北京航空航天大学常凌乾团队等开发植入式可降解生物电子芯片，治疗盆腔器官脱垂

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

题图为常凌乾教授

盆腔器官脱垂（POP） 是一种常见的女性功能障碍疾病，由于盆腔支撑组织（如盆底肌肉和筋膜）的减弱，会影响大约50%的经产妇和25%的老年妇女。POP 的主要症状包括子宫和邻近器官移位，伴有泌尿系统异常、阴道出血以及慢性炎症和疼痛，这些都可能显着降低女性的生活质量。随着预期寿命的延长，需要手术的患者比例将显著增加，这使得对临床 POP 治疗至关重要。

针对这一问题，北京航空航天大学常凌乾联合团队设计了一种完全可降解的植入式生物电子网片——阴道植入式电刺激干细胞网片（VECM）。可加速受损盆腔组织的修复，且功能完成后，VECM 完全降解，防止植入部位的异物反应，减少盆腔炎症。

相关成果以：Galvanic cell-stimulated mesenchymal stem cell mesh for enhanced pelvic organ prolapse treatment 为题，发表在了Advanced Healthcare Materials期刊上。

论文共同通讯作者包括甘肃省妇幼保健院刘青教授、甘肃省肿瘤医院苏海翔院长。论文第一作者包括北航博士生肖傲、甘肃省妇幼保健院王剑博士、首都医科大学附属友谊医院眼科陈曦博士、北航博士生吴晗、蒋欣然。

阴道植入式电刺激干细胞网片（VECM）由顶层的原电池膜和底层的干细胞负载水凝胶组成（图1a）。原电池膜由旋涂的聚（L-乳酸）-聚（三亚甲基碳酸酯）（PLLA-PTMC）基板和溅射沉积锌 （Zn）和钼（Mo）薄膜电极组成。底部水凝胶是生物相容性甲基丙烯酸化明胶（GelMA） 和甲基丙烯酸透明质酸（HAMA）的混合物，负载人脐带间充质干细胞（MSC）。原电池膜在使用前立即粘附在水凝胶上以形成 VECM（图1b（i））。液体水凝胶在固定模具中用紫外线固化，将水凝胶链互连（图1b（ii）），形成用于活细胞的支撑水凝胶。VECM 在卵巢切除术后植入患有 POP 的雌性大鼠的阴道中（图1c），它的作用是修复虚弱的盆底肌肉并增强大鼠阴道的子宫收缩（图1d）。最终，它最大限度地提高了盆底肌肉细胞的承载能力，减少了阴道炎症，降低了感染的风险（图1e）。

图1.VECM器件治疗POP：a）VECM 装置的组成由原电池膜和载有 MSC 的复合水凝胶组成。b）（i）VECM 的结构和排列。（ii）复合水凝胶的化学结构，在紫外线照射下形成稳定的结构。c）雌性大鼠在卵巢切除术后出现 POP，伴有子宫脱垂和盆底肌肉松弛。d）将 VECM 植入阴道并缝合。e）用 VECM 治疗后子宫和盆底肌肉状态的恢复。

为了评估 VECM 在体内治疗 POP 的性能，研究团队建立了卵巢切除术的大鼠模型并将 VECM 植入大鼠阴道。在第 4 周 （4 W） 和长期 （12 W） 评估治疗结果和任何潜在的副作用。这些结果表明，VECM 具有快速保护作用，增强盆底肌肉的力量和弹性，比传统的 MSC 注射方法提供更好的结果（图2）。

图2. 植入大鼠阴道用于治疗 POP 的 VECM 装置。a）动物实验程序示意图。b）各组之间的极限载荷比较。c）各组间最大伸长率的比较。d-h）4 W 和 12 W 时每组弹性蛋白、FBLN5、波形蛋白、β-FGF 和 VEGF-A 的基因表达水平。i）对照组、MSCs 组和 VECM 组在0、4和12 W. j-n）i中每种蛋白质的 WB 条带的定量。

最后，为了确认 VECM 在体内的生物安全性，研究团队研究了其代谢副产物对血液和其他器官的影响。降解产物在 VECM 处理的大鼠中未引起显著的全身异常和炎症。结果表明 VECM 在体内应用中具有良好的生物相容性（图3）。

图3. VECM器件降解后的在体安全性。a） VECM 组与健康大鼠治疗后内脏 HE 炎症的比较。b-c） 健康组和 VECM 组血液生化指标 ALT 和 AST 表达的比较。d-g） 健康组和 VECM 组血常规指标表达的比较。

该植入式、可降解的生物电子网片在促进细胞增殖和迁移方面表现出高效性。在 POP 疗法的场景中，VECM 表现出良好的安全性和可降解性，同时显示出有效的盆底肌肉恢复和显着增加的肌肉负荷能力，这为组织再生开辟了一条新的道路。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202403603