编辑推荐：
针对尿道狭窄（USD）治疗及再狭窄预防难题，研究人员开发细菌纤维素（BC）基双网络支架 OBCPU，其通过原位聚合阳离子聚氨酯（PU）胶束和环糊精（CD），实现 MMC 缓释、抗菌及细胞因子吸附，动物实验显示修复效果接近正常组织，为 USD 治疗提供新策略。
尿道狭窄（Urethral Stricture Disease, USD）是泌尿外科的棘手难题，尤其在老年男性中高发。其核心问题在于尿道损伤或感染后，周围组织广泛纤维化，上皮细胞修复能力不足导致炎症细胞和成纤维细胞浸润，形成瘢痕。同时，细菌滋生的微环境进一步阻碍修复，传统治疗如黏膜移植、支架置入等存在材料来源有限、并发症多或效果不佳等问题。因此，开发兼具抗菌、促修复和药物缓释功能的新型生物材料成为迫切需求。
北京大学第一医院的研究团队针对这一挑战，开展了细菌纤维素（Bacterial Cellulose, BC）基支架的改性研究。他们设计并合成了一种氧化纤维素聚氨酯（OBCPU）双网络支架，通过在氧化细菌纤维素（OBC）表面原位聚合阳离子聚氨酯（PU）胶束和乙烯基环糊精（CD），赋予材料高效抗菌、细胞因子吸附及丝裂霉素 C（Mitomycin C, MMC）长效缓释能力。该研究成果发表在《Bioactive Materials》，为 USD 的治疗提供了全新思路。
研究中采用的关键技术方法包括：材料合成方面，通过席夫碱反应和 C-N 键形成构建双网络结构；表征手段涵盖傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X 射线衍射（XRD）、热重分析（TG）、差示扫描量热法（DSC）等；体外实验涉及分子动力学模拟、药物释放曲线测定、细胞毒性（CCK-8）和抗菌活性检测；体内研究利用新西兰兔尿道缺损模型，结合超声、尿道镜、尿道造影等影像学评估及组织学染色（HE、Masson、天狼星红）和 16S rRNA 菌群分析。
2.1 材料合成与表征
通过 FT-IR 证实 PU 与 BC 的结合及季铵盐结构的引入，XRD 显示材料氧化程度低，TG 和 DSC 验证热稳定性，ζ 电位表明表面电荷由负转正，接触角和水蒸气透过率显示 PU 改性影响材料亲水性和孔隙结构。力学测试显示 OBCPU 的拉伸强度（0.84 MPa）、断裂伸长率（58.74%）及抗撕裂能力接近正常尿道组织，满足修复需求。
2.2 细胞因子募集能力
分子动力学模拟显示，OBCPU 通过 PU 引入的极性基团（如氨基酸酯）与血管内皮生长因子（VEGF）形成静电和氢键作用，100 fs 内即可捕获 VEGF，内聚能密度和非键能分析证实其结合力显著强于未改性 BC，表明其通过吸附修复因子促进组织再生的潜力。
2.3 MMC 缓释性能
环糊精的疏水空腔与 MMC 通过主 - 客体相互作用形成稳定包合物，结合能显示 MMC 与 CD 的亲和力远高于 BC。释放曲线显示，OBCPU/MMC 在 4 周内持续释药，而 OBC/MMC 因材料降解在第 7 天释药终止，证实 CD 的缓释作用依赖于稳定的分子结构而非物理吸附。
2.4 生物相容性与细胞黏附
CCK-8 和活 / 死染色显示，OBCPU 及 OBCPU/MMC 的细胞存活率均超 90%，证实良好生物相容性。PU 改性显著促进细胞黏附，培养 7 天后细胞数量较 OBC 组翻倍，葡萄糖消耗率升高表明细胞代谢活跃，纤维多孔结构与 PU 表面特性协同优化细胞微环境。
2.5 体外抗菌活性
PU 的季铵盐结构赋予 OBCPU 高效抗菌能力，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率超 90%，并显著破坏生物膜形成（效率 78.2%-81.1%）。MMC 的加载对抗菌性能无显著影响，证实抗菌功能主要由 PU 介导。
2.6 体内修复效果
影像学显示，OBCPU/MMC 组尿道直径接近正常，瘢痕组织少，而对照组可见明显狭窄和纤维光斑。组织学染色表明，OBCPU 组上皮覆盖完整，血管化丰富，胶原沉积（尤其是 Ⅰ 型和 Ⅲ 型胶原）显著少于对照组，MMC 的加入进一步抑制炎症因子 TGF-β1 表达，平滑肌排列更接近正常组织。
2.7 菌群分析
16S rRNA 测序显示，OBC 组致病菌（如肠杆菌科）丰度显著高于 OBCPU 组，后者菌群结构更接近正常，PU 有效抑制病原菌定植，而 MMC 对菌群多样性无显著影响。LEfSE 分析和 BugBase 预测显示，OBCPU 组富集厚壁菌门，减少生物膜形成菌和潜在致病菌。
2.8 分子机制探索
RNA-seq 揭示，PU 改性下调 EGF 和 SYPL2 基因表达，可能抑制瘢痕相关细胞增殖；MMC 通过调控 MAPK-p38 通路和热休克蛋白家族发挥抗纤维化作用。通路富集显示，PU 与线粒体功能调控相关，MMC 涉及蛋白折叠和 TNF 受体活性，为材料作用机制提供分子层面证据。
结论与意义
该研究开发的 OBCPU 支架通过多机制协同（PU 抗菌 + CD 缓释 + 细胞因子吸附），在动物模型中实现了接近正常尿道的修复效果，为 USD 治疗提供了 “材料 - 药物 - 微环境调控” 的综合解决方案。尽管存在动物模型与临床差异、MMC 长期毒性需验证等局限，但其创新性双网络设计和多功能整合策略，为组织工程支架在泌尿系统疾病中的应用开辟了新方向，有望推动临床转化。未来可进一步优化材料降解周期与药物释放动力学，拓展至膀胱和输尿管修复领域。
