肠道被用于膀胱重建已经有100多年的历史，目前仍然是膀胱重建的金标准。但肠道处在泌尿系中，会引起粘液分泌增加、代谢紊乱、感染发生、结石形成甚至癌变等一系列并发症，严重影响患者生活质量和生存寿命。因此，探寻理想的膀胱替代物仍然是医学界所面临的一项巨大的难题。随着组织工程学的兴起和发展，组织工程膀胱的研究和临床应用都已经取得了显著的成果。这为我们寻找理想的膀胱替代物而提供了新的技术。
1．组织工程膀胱的历史
组织工程学兴起于20世纪80年代，是应用生命科学、工程学和材料学等多个学科的原理和技术，将细胞和支架材料结合起来，以建立细胞-支架的三维复合组织，用于维护、修复和促进人体各种组织或器官损伤后的结构和功能的学科。组织工程的基本原理和方法就是将体外培养扩增的种子细胞，接种于生物相容性良好的支架材料上，形成细胞-支架的复合体，再将其植入体内进行组织或器官的替代。因此，组织工程学的技术为进一步探寻膀胱替代物提供了新的思路。
20世纪90年代，研究者们开始尝试利用胶原基质、膀胱无细胞基、小肠粘膜下层等生物材料进行膀胱重建。研究发现，利用这些生物材料进行膀胱重建后，尿路上皮能快速再生，间质有肌细胞浸润，也观察到神经、血管组织的再生。但膀胱肌层再生欠佳，中心区的平滑肌细胞密度较低，排列紊乱；而且还观察到支架缩小、结石形成等术后并发症出现。
随着细胞培养技术的进步，膀胱尿路上皮细胞和平滑肌细胞的体外培养取得了较大的进展。研究发现，通过短时间的体外培养扩增即能收获极大数量的膀胱尿路上皮细胞和平滑肌细胞；而且，在部分患者（如膀胱外翻、神经源性膀胱、膀胱癌等患者）也能进行种子细胞的培养。
在种子细胞研究的基础之上，研究者开始尝试在支架材料上种植尿路上皮细胞和平滑肌细胞，进行复合膀胱组织的体外构建和体内移植。动物实验研究发现，应用种子细胞-支架材料构建的组织工程膀胱，不仅能改善膀胱的功能，而且能够避免结石形成、漏尿、支架缩小等并发症。在动物实验研究的基础上，Atala等开始将组织工程膀胱用于临床，他们对7例脊髓脊膜膨出所导致高张、低容量、低顺应性膀胱的患儿进行膀胱活检，将活检所得1-2cm2的膀胱组织进行尿路上皮细胞和平滑肌细胞的分离、培养，然后分别将其接种到聚乙醇酸支架或胶原-聚乙醇酸复合支架的内外表面，体外孵育3-4天后再将其用于膀胱扩大成形术。术后随后随访发下，患儿膀胱容量、膀胱内压、膀胱顺应性均有明显的改善，患儿的生活质量得到提高，并且无结石形成、代谢紊乱、无粘液分泌增加等并发症的出现，肾功能也得到保护。该项临床报道在组织工程膀胱的研究和应用上有着“里程碑式的意义”。
目前，Tengion公司的组织工程膀胱产品Tengion Neo-BladderTMConstruction应用于膀胱扩大成形已经进入了II期临床实验。不仅可以用于神经源性疾病所致的膀胱功能障碍，如脊柱裂、脊髓脊膜膨出等先天性疾病的患者以及脊髓损伤，多发性硬化等疾病的患者；还可以用于非神经源性膀胱功能障碍，如膀胱过渡活动症患者；而且还有望用于膀胱癌患者在膀胱切除后的膀胱重建。该产品的临床应用具有较高的安全性，有望解决胃肠道替代膀胱的相关并发症。
2．组织工程膀胱的现状
组织工程膀胱在动物实验和临床研究已经取得了巨大的成功，并显示出其巨大的应用潜能；但是，目前组织工程膀胱的研究和应用仍然还面临着许多挑战，主要有种子细胞来源受限，缺乏理想的支架材料和生物反应器，组织工程膀胱血管化不足，膀胱功能恢复欠佳以及面临着医学伦理学的冲突。
2.1种子细胞的来源受限
组织工程对种子细胞的要求：（1）容易获取，短期内即能收获数量足够的种子细胞；（2）体外培养后不影响其分化功能，能够得到结构和功能与正常细胞类似的种子细胞；（3）利用自体细胞，避免免疫排斥反应，临床具有可行性；（4）种子细胞植入体内后，能形成机构和功能良好的膀胱组织。目前，膀胱种子细胞主要来自膀胱活检组织，活检本身可能给患者带来伤害，并进一步加重原发疾病。膀胱平滑肌细胞体外培养培养时，经多次传代培养后，膀胱平滑肌细胞开始去分化，影响其细胞功能。对于浸润肌层的膀胱癌患者，培养的平滑肌细胞仍有混杂肿瘤细胞的可能。另一个方面，目前的种子细胞培养技术，多利用胎牛血清作为生长添加剂，这可能会引起动物源性疾病的传播。近年来，随着干细胞研究的进步，将干细胞诱导分化为平滑肌细胞已经取得了初步的成功，干细胞作为种子细胞的研究已经成为目前种子细胞研究一个热点，但是干细胞定向分化的诱导、调控机制目前尚不完全明确。
2.2缺乏理想的支架材料
组织工程对支架材料的要求：（1）具有良好的生物相容性，不引起宿主的免疫排斥反应；（2）具有一定的机械力学性能，能够满足膀胱构建的结构和功能需求；（3）具有合理的表面特征，有利于种子细胞的黏附，生长；（4）具有合适的形状，合适的多孔结构，能够满足细胞接种、生长的结构需求；（5）合适的降解速度，且其降解产物无毒性。目前，合成材料由于机械力学、生物相容性、结构和功能等的原因而未能得到满意的结果。小肠粘膜下层残留的核酸有细胞毒性，而且小肠粘膜下层太薄，可能不适用于大动物和人体。膀胱无细胞基质制备方法各异，对其超微结构仍不了解。另一方面，对动物来源的生物材料，一个潜在的问题是他们可能携带有危险的病原菌，在临床使用前还需要进一步验证其安全性。
2.3缺乏理想的生物反应器
理想的生物反应器应具备模拟组织或器官本身生理状态的功能，主要包括温度，酸碱度，生化信号，电生理以及机械力学性能等。生物反应器的设计和使用应该根据各个组织和器官的特性而决定。目前，用于组织工程的生物反应器主要有Spinner Flask和Rotating-wall Vessel Bioreactor两类，在组织工程软骨、骨、血管和瓣膜等方面已经有较多的研究。结果发现，种子细胞接种到支架材料上，再在生物反应器中进行三维动态培养并予以适当的电信号刺激或机械力学刺激，不仅有利于物质和气体交换，而且还有利于细胞外基质的合成，有利于组织的发育、成熟。为了满足储尿和排尿的需求，组织工程膀胱应具备可扩张、低张力和高顺应性等机械力学特征。目前，生物反应器在组织工程膀胱的研究和应用还较少，还缺乏理想的生物反应器以用来提供适合于膀胱的功能特征的电信号以及机械力学刺激。
2.4植入组织血管化不足
在体外，接种到支架材料上用于构建组织工程膀胱的种子细胞能够从培养基中获取营养。而置入体内早期，一方面置入组织仅能依靠周围血液的扩散效应而获得代谢所需的物质，但是扩散距离大约仅有100-200μm；另一方面，宿主自身的血管开始向置入组织长入，但是这是一个极其缓慢且作用十分有限的过程。大面积的较厚的平滑肌组织，则会由于缺血导致细胞的凋亡或死亡，最终会影响平滑肌的发育并致替代组织的功能障碍。因此，促进体外构建的膀胱组织置入体内后的快速血管化是目前组织工程膀胱面临的主要问题。
2.5替代膀胱的功能恢复还需进一步研究
组织工程构建的膀胱植入体内后，膀胱功能恢复需要依靠平滑肌组织的舒缩功能，神经支配的建立。目前，组织工程膀胱神经支配建立的研究很少。组织工程膀胱的肌条实验表明，再生的平滑肌组织具有类似正常肌肉组织的舒缩功能。动物实验中，用膀胱无细胞基质进行膀胱扩大后，观察到有神经组织的长入支架材料；临床研究中，组织工程膀胱扩大成形术后，尿流动力学的结果表明了膀胱功能的改善，而不知其神经组织的再生情况。另外，目前还没有研究着眼于组织工程构建的全膀胱的功能情况，目前也没有建立理想的实验技术以评价组织工程膀胱的功能状况。
2.6医学伦理学的冲突
目前，组织工程膀胱的研究尚处在实验研究阶段，距离临床广泛应用仍还有许多问题需要克服。组织工程膀胱的研究涉及到种子细胞、支架材料、植入手术和临床应用等方面，在其进入临床应用前还面临着广泛的医学伦理学的争论。在具备开展组织工程膀胱研究和应用的单位，在临床上应用组织工程技术进行膀胱的修复和重建时，仍需要谨慎。
3．组织工程膀胱研究的未来
组织工程膀胱研究和应用所存在的困难，也是我们今后要努力的方向。在种子细胞方面，首先需要提供稳定充足的种子细胞来源，进一步发展种子细胞的无血清培养和自体血清培养的技术，并诱导去分化的种子细胞再分化；还要进一步开展干细胞定向分化、调控的研究，使得干细胞成为种子细胞的稳定可靠的来源。在支架材料方面，首先明确组织工程膀胱的支架材料所应满足的超微结构，发展具备膀胱的机械力学性能的支架材料；对生物材料的制备要进行严格的质量控制，提高生物材料的安全性。进一步发展血管化策略，包括进行支架的优化设计，应用促血管新生的生长因子，接种血管内皮细胞以提供血管壁细胞成分，利用体内富含血管网的组织包绕，甚至联合应用多种促血管化策略以协同促进组织工程膀胱的血管化。进一步发展适合膀胱组织的生物反应器，使得构建的组织工程膀胱具有正常的结构和功能。同时，还有必要开始全膀胱的体外构建和体内移植研究。另外，组织工程膀胱的临床效果，还需要更大样本，随访时间更长，多中心的研究来进一步验证。
组织工程膀胱的研究和临床应用，需要政府、全社会增加投入进一步完善技术缺陷，充分权衡利弊、充分尊重患者的知情权，谨慎对待适应证和禁忌证，将对人体的伤害减少到最低。同时需要加强医疗工作者的技术提升和道德培养，避免组织工程膀胱可能带来的不利影响。
虽然组织工程膀胱还处在实验研究的阶段，但已经取得了巨大的进步，并在临床尝试中取得了巨大的成功。在今后，材料学，生命科学以及工程科学的发展及相互渗透、交叉，有望解决目前所面临的支架材料的设计，种子细胞来源，生物反应器的开发，体内充分快速血管化，神经再生、功能恢复以及医学伦理学冲突等方面的难题，使其能给终末期膀胱疾病的患者带来福音。