Chińscy, amerykańscy i japońscy naukowcy wykorzystali technologię druku 3D z hydrożelu do stworzenia biomimetycznych modeli penisa, zdolnych do erekcji zbliżonej do fizjologicznej. W eksperymentach technologia ta z powodzeniem przywróciła funkcje erekcji u królików i świń. Raport z badania został opublikowany w czasopiśmie Nature Biomedical Engineering.
Głównymi elementami funkcjonalnymi prącia są dwa ciała jamiste i ciało gąbczaste otaczające cewkę moczową, wszystkie otoczone błoną białawą. Ciała jamiste zawierają liczne jamy (zatoki) otaczające tętnicę jamistą biegnącą przez środek ciała. Pomiędzy nimi znajduje się splot żylny z żyłami odprowadzającymi. Podczas erekcji jamy jamiste wypełniają się krwią i uciskają splot żylny, uniemożliwiając przepływ krwi. To zwiększa ciśnienie w prąciu i powoduje jego powiększenie. Gęsta błona biaława utrzymuje jego kształt i sztywność. Uszkodzenie ciał jamistych może prowadzić do zaburzeń erekcji, a uszkodzenie błony białawej może prowadzić do choroby Peyroniego, w której w ich wnętrzu tworzy się płytka tkanki bliznowatej, deformująca prącie. Sieć naczyniowa prącia jest jedną z najbardziej złożonych w organizmie i niezwykle trudno jest ją sztucznie odtworzyć, zachowując jej funkcjonalność.
Xuetao Shi z Uniwersytetu Technologii Południowochińskiej wraz ze współpracownikami postanowił wykorzystać w tym celu druk 3D sterowany cyfrowym przetwarzaniem światła (DLP). Polimeryzowalny tusz hydrożelowy zawierał kwas akrylowy, żelatynę, diakrylan polietylenoglikolu, fenylo-2,4,6-trimetylobenzoilofosfinian litu i tartrazynę. Uzyskany materiał odpowiada właściwościom mechanicznym ciał jamistych. Poprzez liczne symulacje naukowcy obliczyli konfigurację jamy, która zapewnia okluzję żylną i erekcję, co potwierdzili eksperymentalnie, perfundując roztworem barwnika i koncentratem czerwonych krwinek w izotonicznym roztworze soli fizjologicznej.
Po przetestowaniu prostszych konfiguracji, autorzy wydrukowali kompletny model prącia z dwoma ciałami jamistymi, ciałem gąbczastym i żołędzią, otaczając go sztuczną błoną białawą, którą wcześniej opracowali i przetestowali. Wprowadzając do tego konstruktu defekty imitujące zmiany patologiczne, z powodzeniem skonstruowali modele tętniczej dysfunkcji erekcji spowodowanej miażdżycą i chorobą Peyroniego. Eksperymenty z hodowlami ludzkich komórek naczyniowych oraz podskórna implantacja hydrożelu u szczurów potwierdziły biozgodność tego materiału.
Для опытов по восстановлению искусственно нанесенных дефектов пещеристых тел кроликов и свиней (минипигов) исследователи напечатали соответствующие этим дефектам фрагменты биомиметических пещеристых тел (BCC) и в течение двух недель культивировали часть из них in vitro с клетками кавернозного эндотелия этих животных. Клетки сформировали целостный слой на внутренних поверхностях полостей, сохранив свой фенотип и экспрессию биомаркера CD31. После этого части животных выполнили простое хирургическое ушивание небольших (порядка двух миллиметров у кроликов и нескольких сантиметров у минипигов) дефектов пещеристых тел, части пересадили в такие дефекты бесклеточные BCC и части — BCC с эндотелием.
Использование BCC привело к значимо лучшему восстановлению морфологии пениса и эректильной функции (с электростимуляцией и спонтанной), причем результаты у имплантатов с эндотелием оказались близки к показателям нормальных животных. Структурную адекватность BCC подтвердили с помощью МРТ, гистологические исследования показали интеграцию их клеточного слоя с тканью пещеристых тел, секвенирование РНК выявило хороший уровень роста сосудов и новой ткани и низкую активность воспаления. Спаривание животных с самками продемонстрировало значительное восстановление репродуктивной функции: после простого ушивания дефекта, сопровождавшегося деформацией полового члена, уровень беременностей составил 25 процентов, после использования бесклеточного имплантата — 75 процентов, а после имплантации BCC с клетками достиг 100 процентов.
Полученные результаты свидетельствуют в пользу дальнейшей разработки биомиметических протезов пещеристых тел. Как отмечают авторы работы, для восстановления более крупных повреждений пениса предстоит решить задачу регенерации нервов, уретры и более сложных сосудистых сетей, чем в проведенных экспериментах.
Другое направление в регенерации различных структур пениса (белочной оболочки, пещеристых тел, уретры) состоит в использовании тканевой инженерии, и в этом направлении уже были достигнуты некоторые успехи. Кроме того, уже неоднократно проводились успешные трансплантации полового члена, в том числе с мошонкой, от мертвого донора.
