Технологии

Междисциплинарная группа ученых построила и распечатала модель пениса из гидрогеля с пещеристыми телами, способную эрегировать как настоящий орган. Кроме того, удалось имплантировать модифицированные под животных протезы свиньям и кроликам, полностью восстановив им эректильную функцию. Животные смогли зачать потомство, а самки — выносить и родить детенышей.

По статистике, с эректильной дисфункцией сталкиваются 40% мужчин старше 40 лет, однако наше понимание этого состояния до сих пор остается ограниченным. Ученые в основном проводили исследования на реальных органах и живых людях. Это затрудняло изучение взаимодействия кровотока и тканей при эрекции.

С развитием 3D-печати исследования получили новое развитие — ученые занимались исследованием и протезированием отдельных тканей. Новые технологии и материалы позволяют точно повторять сложные системы пещеристых тел и сосудов, обеспечивающих эректильную функцию половых органов.

Команда ученых из Китая, Японии и США создала модель пениса на основе 3D-печатного гидрогеля, включающую основные кровеносные сосуды для имитации естественного функционирования органа. Исследователи имплантировали свою разработку кроликам и свиньям с деформациями пениса и вернули способность спариваться и размножаться. Подопытные животные смогли принести здоровое потомство. Статья об этом опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.

Система кровеносных сосудов обеспечивает не только транспортировку кислорода, питательных и мусорных веществ по всему телу, но и эрекцию тканей — увеличение их объема за счет притока крови. Пещеристые тела половых органов заполняются кровью во время эрекции и сдавливают близлежащие вены. Это блокирует отток крови, и так организм дает пенису набухнуть и стать упругим. Повреждение сложной системы сосудов может вызвать эректильную дисфункцию (трудности с полным набуханием) и болезнь Пейрони, искривление и деформацию пениса.

Ученые создали детализированную модель пениса, которая включала головку (кончик органа), губчатое тело (ткань, окружающую уретру) с уретральными структурами и имплантируемую модель пещеристого тела. Биомиметическая модель пещеристого тела дала ученым визуализировать, как различные структуры и жидкости взаимодействуют во время нормальной и дисфункциональной эрекции.

После этого ученые проверили принципиальную возможность работы модельного органа с человеческим биологическим материалом. Они использовали культуры человеческих клеток гладких мышц аорты и эндотелиальные клетки пупочной вены, выстилающие стенки кровеносных сосудов, и поместили их в созданную на принтере гидрогелевую модель пениса. После этого модельный орган поместили в специальную среду, где клетки смогли развиться и покрыть всю его внутреннюю поверхность. Клетки выросли здоровыми, небольшую часть гидрогеля с выросшими в лаборатории клетками имплантировали крысам. Заживление места операции прошло успешно, через месяц после операции крысы чувствовали себя нормально.

Исследователи изучили восстановление повреждений тканей пениса на кроликах и свиньях. Подготовительный процесс остался тем же: ученые построили модель, напечатали орган из гидрогеля, нарастили на внутренней поверхности клетки, выстилающие сосуды, только в этот раз взяли культуры клеток кроликов и свиней.

Затем модельный пенис имплантировали животным с нарушенной из-за небольшого дефекта пещеристого тела эректильной функцией. В течение нескольких недель после имплантации у животных восстановилась нормальная эректильная функция, изменения оказались статистически значимы относительно контрольных групп с дефектами пещеристых тел, которым имплантацию не проводили.

Прооперированные органы отвечали и на электростимуляцию, и на спонтанное возбуждение. И кролики, и свиньи смогли спариваться с самками и произвели потомство.

Этот результат показывает реальную возможность для лечения повреждений тканей пениса и даже для реализации его трансплантации. Процесс забора клеток донора и выращивания их большого количества во многом хорошо отработан. Не требуется выращивать целый орган, достаточно покрыть биосовместимую гидрогелевую структуру одним типом клеток. Возможно построить модель тканей конкретного органа в 3D и напечатать орган с нужными конкретному пациенту размерами.

Исследователи также считают, что результаты этой работы будут способствовать дальнейшему развитию практики трансплантации 3D-печатных функциональных органов с кровеносными сосудами. Та же исследовательская группа уже показывала успехи в лечении повреждения внешней белочной оболочки свиного пениса. Ученые признали, что регенерация и восстановление при значительных повреждениях пениса все еще на стадии разработки, но они активно работают в этом направлении.