細胞外基質（extracellular matrix，ECM）為固有細胞提供獨特的組織特異性微環境，具有組織結構和生化信號傳導所需的功能。脫細胞基質（decellularized extracellular matrix，dECM）旨在去除介導免疫排斥的細胞，保留原組織結構和基質功能。dECM 在組織工程應用上受到廣泛關注，已成為一種新興且成熟的生物材料。本文總結了脫細胞方法的代表性方案，探討了脫細胞組織衍生材料及生物墨水在胸心外科領域的最新應用，分析了目前 dECM 面臨的問題和挑戰，并展望了未來的發展趨勢。
組織工程技術快速發展給組織或器官的修復與重建帶來了新希望。一種生物相容性好，利于細胞生長與增殖的組織工程支架是成功構建組織工程器官的關鍵[1]。細胞外基質（extracellular matrix，ECM）是由細胞合成并分泌的多種生物大分子（如膠原蛋白、彈性蛋白、纖連蛋白、層粘連蛋白、蛋白聚糖、糖胺聚糖等）所構成的高度動態且精密有序的3D網狀結構，是細胞特有的適宜生長的天然支架，為固有細胞創造了獨特的組織特異性微環境[2]。此外，ECM 還提供了在具體組織發揮功能所必需的結構和生化信號，具有調節細胞增殖、分化、遷移、穩態和形態發生的功能[3-4]。
脫細胞技術被廣泛應用于組織工程研究領域，脫細胞基質（decellularized extracellular matrix，dECM）的研究逐漸成為組織工程支架構建的熱點方向[5-8]。脫細胞是從組織/器官去除細胞成分，同時保留結構和基質功能，并創建 ECM 衍生支架[9]。dECM 具有低免疫原性、利于細胞粘附、支持細胞分化及增殖，能夠促進體內組織修復和再生，并為細胞生長提供較為理想的微環境[10]。dECM 的功能主要取決于供體組織脫細胞的有效性，以及組織或器官經脫細胞處理后保留的 ECM 特性。脫細胞骨、軟骨、肌肉、肌腱、血管等簡單組織和心、肝、肺、腎等復雜器官已經應用于組織工程和再生醫學領域，大量相關研究涵蓋了各種形式的 dECM （如水凝膠、生物墨水和多孔組織結構）及其應用取得了優異的成果，展現出了巨大的應用前景[11-12]。
dECM 生物材料是組織工程和再生醫學的前沿領域。本文介紹了主流的脫細胞策略，探討了脫細胞過程對組織或器官機械性能和生物特性的影響，總結了 dECM 主要應用形式，并調查了脫細胞組織/器官在胸心外科領域的應用研究。
1 脫細胞基質的制備和表征
組織或器官通過脫細胞處理，來破壞其中細胞的細胞膜，誘導細胞死亡，去除細胞成分[13]。常用的脫細胞方法有：物理方法、化學方法和生物方法等（表1）。為了確定組織或器官脫細胞的效果，Crapo 等[14]提出了評估 dECM 的最低標準，包括:（1）每 1 mg 干燥 ECM 中 dECM 必須含有少于 50 ng 的 DNA；（2）DNA 片段的長度少于200對核苷酸；（3）用 DAPI 或蘇木精和伊紅染色的組織切片不含有微量遺傳物質。該標準確定了植入宿主機體后誘導免疫應答的閾值，降低了免疫排斥的發生。除了細胞 DNA 和遺傳物質，還需要評估蛋白質和其他 ECM 成分（如膠原蛋白、糖胺聚糖和生長因子）以及機械性能（如拉伸強度、彈性模量、粘性模量和剛度）[15]。
表1
脫細胞基質的制備方法
采用單純的物理方法防止ECM結構的破壞，脫細胞過程久且效果不佳[16]。去污劑法旨在溶解細胞膜、解離 DNA 和破壞脂質-蛋白質相互作用，以達到脫細胞化的效果，但組織長時間的暴露對細胞毒性和成分的破壞較大[16]。酶通過切割細胞-細胞/ECM 相互作用和核酸來去除細胞和遺傳物質。然而，單獨的酶作用不能達到完全脫細胞，且長時間暴露會破壞 ECM 結構和蛋白質[17]。因此，研究者[18]嘗試聯合法提高組織/器官中細胞和遺傳物質去除的效率以及基質有效成分的保留。主流的聯合法是去污劑聯合酶法（detergent-enzymatic method，DEM），有效去除細胞成分的同時減少對 ECM 的影響以及提高生長因子的保留，因此這種方法所制備的 dECM 不僅具有較低的免疫原性，還有良好的生物相容性與生物活性[19-20]。
為了縮短脫細胞的時間，進一步減少 ECM 有效成分的流失與破壞，研究者[21-23]嘗試將物理方法與 DEM 相結合。Baiguera 等[24]將固定的氣管放入灌流生物反應器中進行 DEM 脫細胞方案，與單純的 DEM 相比，該法通過增加溶液擴散，去除細胞成分的同時有效縮短了脫細胞時間。Mazza 等[25]首次報道了 DEM 方案（胰蛋白酶-EDTA、SDS、Triton X-100、過氧乙酸和乙醇）處理肝臟左葉2周，結果顯示 DNA 含量顯著減少，細胞碎片的去除及組織結構的保留。Mazza 等[26]在 DEM 方案的基礎上通過使用高攪拌速度，快速使肝組織立方體（125 mm3）脫細胞化，將完全脫細胞時間成功縮短至3 h。此外，真空輔助脫細胞加速脫細胞過程，并降低了長期保存引起的 dECM 缺失。Friedrich 等[27]在 508 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）的真空壓力下結合 DEM 法，更快且有效制備脫細胞肌肉基質，其不僅具有較低的 DNA 含量，還保留了與原生組織相似的 ECM 成分、細胞相容性和生物力學特性。
因此，聯合方案進行脫細胞能夠縮短 ECM 暴露去污劑和處理的時間，以及開發的 dECM 不僅作為適宜的細胞載體，而且調節細胞行為和組織再生。目前研究了很多不同的脫細胞策略，但是由于組織/器官特異性，尚無個性化的脫細胞方案的共識，需要進一步研究制備理想的 dECM，支持細胞-細胞相互作用，使細胞可以粘附、增殖和分化，并適應復雜器官的結構要求。
2 脫細胞基質的應用形式
dECM 有兩種應用形式：完整的器官支架和松散的 dECM 組織。整個器官脫細胞后保留3D結構和血管網絡，其功能通過再細胞化重新實現[39-40]；另一種形式是通過分離純化和滅菌的松散 dECM 組織制備的 dECM 粉末和水凝膠/生物墨水[41]。在需要結構和機械完整性的應用中，完整的 dECM 優于進一步處理的 dECM，但粉末處理的 dECM 提供了完整組織所不能提供的益處。包括填充區域并塑造組織缺損的形狀，以及其順應能力允許微創植入手術等。
脫細胞支架通過保留 ECM 有效成分和纖維結構以模擬體內微環境，并通過釋放生物活性物質來促進內源性募集[42]。因此，研究者嘗試將種子細胞接種到脫細胞支架來促進移植物再生。Ott 等[43]用含氧培養基灌注上皮細胞和內皮細胞接種的脫細胞肺支架，結果表明再細胞化肺移植物產生的氣體交換稍低于原生肺，且無組織壞死。再生肺的功能恢復證明再細胞化移植物有重現組織器官自身功能的潛力，但需要進一步完善再生方案以更好的誘導細胞分化和功能恢復。移植物的血管形成有助于移植后的代謝循環和營養物質的分布，且避免移植塌陷、狹窄、感染和壞死。Tan 等[44]將脫細胞氣管支架連續灌注血管內皮生長因子（VEGF），有效促進新生血管形成。血小板生長因子、VEGF和血管生成素等影響內皮細胞的遷移、分化和增殖，并促進血運重建。總之，在生物反應器中，自體/干細胞接種脫細胞移植物實現再細胞化。
3D 打印技術將細胞、生物材料和生物活性因子組裝成3D空間結構，以支持細胞生長和分化。dECM 水凝膠作為 3D 打印生物墨水可以調節細胞功能、組織再生和重塑[45-46]。Wu 等[47]利用脫細胞心肌組織在生理溫度下自組裝成納米纖維水凝膠，以接種心肌細胞（CMS）和基質細胞衍生因子-1（SDF-1a），并注射到心肌梗死區域。結果顯示水凝膠促進了內源性細胞的募集和血管形成，減少梗死面積和改善心臟功能。此外，隨著微流控 3D 打印水凝膠支架的進步，水凝膠通過微通道的摻入功能實現對化學物質的精確控制和操作，并且促進了組織/器官的功能。Idaszek 等[48]設計了由生物墨水組成的細胞負載的微流體水凝膠支架，來模擬軟骨的 ECM。水凝膠植入滑車關節損傷的大鼠，觀察到分化的軟骨細胞。通過微流控打印的新型生物墨水具有高細胞存活率和分辨率。因此，生物墨水代表了一種與天然組織高度相似的生物材料，支持了高細胞活力，增加了軟骨形成和糖胺聚糖的含量。雖然 3D 打印還不能打印較大的結構，并且容易導致細胞活力下降甚至凋亡，但隨著材料和工藝的開發以及生物功能的不斷認知，3D 打印將大規模地生成功能性心臟、肝臟和腎臟等。
3 脫細胞基質在胸心外科領域的應用
基于 dECM 的生物制造技術越來越多地用于胸心外科組織工程領域。由于不同組織的厚度、密度、結構以及用途等存在差異，研究者需要選擇個性化的脫細胞試劑和調整脫細胞方案。因此，雖然更復雜的組織工程支架正處于早期臨床試驗，但隨著組織工程研究的進步，有望創建理想的移植替代物，為移植器官短缺提供新的解決辦法。
3.1 心臟
心血管疾病是世界范圍內主要的死亡原因[49]。由于缺乏合適的供體器官，以及存在排斥風險和終身免疫抑制治療的困難，采用機械拉伸和電刺激的心臟組織工程應用在促進組織的搏動功能和傳導方面顯示出希望。Ott 等[50]首次通過冠狀動脈對大鼠心臟灌注去污劑，用新生心肌細胞再細胞化后，心臟組織顯示出對單步電刺激和收縮反應。為了改善移植物的機械性能，Seo 等[51]使用 scCO2 和乙醇共溶劑制備了 ECM 力學特性更好的脫細胞心臟組織，并且在大鼠皮下層觀察到血管形成。因此，心臟 dECM 是一種有潛力治療心臟缺血性疾病的生物醫學材料。
目前集中于開發具有抗鈣化特性的脫細胞心臟瓣膜，并利用 PCL內封裝 VEGF 和表達骨保護素，來應對退行性鈣化導致的自體心臟瓣膜衰竭[52-53]。Jang 等[45]制備了一種負載心臟祖細胞和 MSCs 的 hdECM 生物墨水。hdECM 生物墨水與 VEGF 的使用促進了血管形成，增強了心臟功能。此外，與傳統的 Glu-DHV 相比，兩性離子水凝膠（MPC）涂層瓣膜具有優越的抗鈣化性能[54]。負載 VEGF 的 PEGDA-MPC-DHV 表現出減少鈣化、較低的免疫反應和增強的再內皮化能力[52]。多功能水凝膠在改善生物瓣膜質量和心臟瓣膜鈣化方面的潛力已被證實，可以解決與機械和生物瓣膜相關的限制，以尋求瓣膜性心臟病的有效治療。
3.2 血管
組織和器官中的血管可以提供氧氣和營養代謝物質，以修復和再生組織。由于缺乏血液供應會導致缺氧，因此移植物構建脈管系統是至關重要的。Gao 等[55]將負載內皮細胞的豬降主動脈 dECM 生物墨水結合阿托伐他汀的聚乳酸-乙醇酸（PLGA）微球來構建生物血管，可促進新生血管形成。為了準確模擬血管的三層空間特征和構建血管化通道，Xu 等[56]制備了負載 HUVECs 的內膜、負載人主動脈血管平滑肌細胞（HA-VSMCs）和 dECM 的中層以及負載人真皮成纖維細胞-新生兒（HDF-n）細胞的外膜的三層血管厚結構，這種血管的力學性能和血管結構與人天然主動脈相似，并且觀察到血管形成。因此，具有多層次結構的血管化厚組織表現出更高的穩定性和生物相容性，證明了使用 3D 生物打印技術制造的移植物來模仿人體血管系統的結構和功能的可行性。為了觀察血管生成過程，研究者構建了一個血管等效物的生物打印和灌注平臺，以打印可調灌注的復雜血管結構，培養7 d的血管構建體形成了完整的內皮和細胞緊密連接[57]。結果證明血管移植物在促血管生成因子的刺激下表現出新生血管形成的能力，這為開發觀察血管形成的先進模型奠定了基礎。這些研究為血管組織工程提供了一條新的策略。
3.3 肺
組織工程構建的生物肺通過氣道、血管和氣體交換組織來提供生理特性，減少免疫排斥反應的發生。肺脫細胞包括去污劑灌注氣道和脈管系統。Ott 等[43]使用 0.1% SDS 和 1% Triton X-100 進行肺動脈灌注，再用 HUVECs 和大鼠胎肺細胞接種脫細胞肺支架。早期研究證明了脫細胞肺支架支持基本器官功能的能力，但對氣道和血管網絡造成損傷，導致肺滲漏和功能受限。
脫細胞肺支架需要恢復正常的氣體交換以實現功能再生。Young 等[58]研究基底膜蛋白改善 dlECM 以形成適當的上皮和肺泡屏障。結果顯示添加層粘連蛋白或纖連蛋白的 dlECM 恢復更好的肺泡上皮細胞屏障功能。目前溫和的去污劑展現了減少肺組織 ECM 損傷的潛力。Obata 等[59]研究了天然脂肪酸和肥皂月桂酸鉀（PL）作為肺生物工程去污劑的能力，PL-脫細胞支架提高大鼠細胞的去除和結構的保存，以及上皮細胞的均勻分布。此外，密集的血管循環網絡可以進行生理血流和氣體交換。研究證明了 Epac 激動劑改善內皮屏障功能和增加連接蛋白，有助于肺氣-血屏障的形成[58, 60]。在氣道和脈管系統再細胞化時允許適當的細胞分布，以實現氣體交換、順應性和正常的體內肺功能。組織工程技術的發展為肺臟移植提供了新的來源，體外再細胞化構建功能性的肺組織，以滿足移植的需求。
3.4 氣管
氣道與空氣相通，因此氣管具有復雜的微環境。為了滿足長段氣管病變的臨床需求，脫細胞氣管支架是一個前沿的選擇。Go 等[61]制備了脫細胞氣管結合自體骨髓 MSCs 衍生的軟骨細胞和自體上皮細胞的氣管移植物，觀察到較少的炎癥反應。Zhong 等[62]根據此方案顯示移植物未發生塌陷和破裂，僅有薄層粘連。
此外，生物墨水與內皮細胞和成纖維細胞的結合在氣道上皮和血管網絡之間構建了一個功能性氣道界面。Park [63]使用豬源性氣管粘膜（tmdECM）生物墨水制備功能性氣道補片。tmdECM 具有多種血管生成因子，促進血管生成分化，形成穩定的血管網絡。為了促進缺損氣管的上皮再生，Park 等[64]開發了人下鼻甲間充質基質細胞（hTMSCs）負載氣管粘膜（tmdECM）的生物墨水，來修復兔模型的氣管缺損。結果顯示，術后2個月，tmdECM 支架完全被上皮組織覆蓋，而膠原支架+ hTMSCs 組則嚴重狹窄。免疫熒光顯示基底細胞表達 KRT-14，提示基底細胞再生活躍。這些結果證實，生物打印氣管移植物是一種合適的組織工程策略，可用于環形氣管重建。未來 3D 生物打印有可能制作模擬復雜器官環境的高功能器官模型。
4 結論與展望
dECM 生物材料在組織工程和再生醫學中獲得了極大的研究關注。脫細胞心臟、肺和氣管等移植物證明了其作為組織替代物的臨床實用性。dECM 的多功能性允許開發各種生物材料形式，如粉末、水凝膠、生物墨水、薄片和 3D 結構等。組織工程應用 dECM 必須采用恒定且生物學上合適的 ECM，優化組織脫細胞方案，防止基質組成的改變，改善基于 dECM 的生物墨水的機械性能，避免生物體的免疫反應。盡管取得了重大進展，但仍然存在一些挑戰。包括殘留毒性去污劑，缺乏 dECM 標準化的滅菌和保存方式，尚未充分驗證dECM 在體內的長期功能和安全性，需要改進脫細胞方法，需要解決 dECM 作為生物墨水進行 3D 打印時，打印質量、分辨率和功能性的問題，深入了解 dECM 如何影響細胞行為并優化其過程以提高再生效率，以及實現類似于天然組織的機械性能和 dECM 的規模化生產，并評估其成本效益，以促進移植物的臨床轉化。總之，dECM 作為一個前沿的平臺，為干細胞和其他生物活性材料的整合提供了仿生環境，為未來支架的創建提供可行的模型并且在胸心外科組織工程領域有更加廣闊的應用前景。
利益沖突：無
作者貢獻：陳浩負責檢索文獻、整理資料、撰寫文章；朱劍煒負責制作表格、審閱與修改論文；史宏燦負責審閱與修改文章。
組織工程技術快速發展給組織或器官的修復與重建帶來了新希望。一種生物相容性好，利于細胞生長與增殖的組織工程支架是成功構建組織工程器官的關鍵[1]。細胞外基質（extracellular matrix，ECM）是由細胞合成并分泌的多種生物大分子（如膠原蛋白、彈性蛋白、纖連蛋白、層粘連蛋白、蛋白聚糖、糖胺聚糖等）所構成的高度動態且精密有序的3D網狀結構，是細胞特有的適宜生長的天然支架，為固有細胞創造了獨特的組織特異性微環境[2]。此外，ECM 還提供了在具體組織發揮功能所必需的結構和生化信號，具有調節細胞增殖、分化、遷移、穩態和形態發生的功能[3-4]。
脫細胞技術被廣泛應用于組織工程研究領域，脫細胞基質（decellularized extracellular matrix，dECM）的研究逐漸成為組織工程支架構建的熱點方向[5-8]。脫細胞是從組織/器官去除細胞成分，同時保留結構和基質功能，并創建 ECM 衍生支架[9]。dECM 具有低免疫原性、利于細胞粘附、支持細胞分化及增殖，能夠促進體內組織修復和再生，并為細胞生長提供較為理想的微環境[10]。dECM 的功能主要取決于供體組織脫細胞的有效性，以及組織或器官經脫細胞處理后保留的 ECM 特性。脫細胞骨、軟骨、肌肉、肌腱、血管等簡單組織和心、肝、肺、腎等復雜器官已經應用于組織工程和再生醫學領域，大量相關研究涵蓋了各種形式的 dECM （如水凝膠、生物墨水和多孔組織結構）及其應用取得了優異的成果，展現出了巨大的應用前景[11-12]。
dECM 生物材料是組織工程和再生醫學的前沿領域。本文介紹了主流的脫細胞策略，探討了脫細胞過程對組織或器官機械性能和生物特性的影響，總結了 dECM 主要應用形式，并調查了脫細胞組織/器官在胸心外科領域的應用研究。
1 脫細胞基質的制備和表征
組織或器官通過脫細胞處理，來破壞其中細胞的細胞膜，誘導細胞死亡，去除細胞成分[13]。常用的脫細胞方法有：物理方法、化學方法和生物方法等（表1）。為了確定組織或器官脫細胞的效果，Crapo 等[14]提出了評估 dECM 的最低標準，包括:（1）每 1 mg 干燥 ECM 中 dECM 必須含有少于 50 ng 的 DNA；（2）DNA 片段的長度少于200對核苷酸；（3）用 DAPI 或蘇木精和伊紅染色的組織切片不含有微量遺傳物質。該標準確定了植入宿主機體后誘導免疫應答的閾值，降低了免疫排斥的發生。除了細胞 DNA 和遺傳物質，還需要評估蛋白質和其他 ECM 成分（如膠原蛋白、糖胺聚糖和生長因子）以及機械性能（如拉伸強度、彈性模量、粘性模量和剛度）[15]。
表1
脫細胞基質的制備方法
采用單純的物理方法防止ECM結構的破壞，脫細胞過程久且效果不佳[16]。去污劑法旨在溶解細胞膜、解離 DNA 和破壞脂質-蛋白質相互作用，以達到脫細胞化的效果，但組織長時間的暴露對細胞毒性和成分的破壞較大[16]。酶通過切割細胞-細胞/ECM 相互作用和核酸來去除細胞和遺傳物質。然而，單獨的酶作用不能達到完全脫細胞，且長時間暴露會破壞 ECM 結構和蛋白質[17]。因此，研究者[18]嘗試聯合法提高組織/器官中細胞和遺傳物質去除的效率以及基質有效成分的保留。主流的聯合法是去污劑聯合酶法（detergent-enzymatic method，DEM），有效去除細胞成分的同時減少對 ECM 的影響以及提高生長因子的保留，因此這種方法所制備的 dECM 不僅具有較低的免疫原性，還有良好的生物相容性與生物活性[19-20]。
為了縮短脫細胞的時間，進一步減少 ECM 有效成分的流失與破壞，研究者[21-23]嘗試將物理方法與 DEM 相結合。Baiguera 等[24]將固定的氣管放入灌流生物反應器中進行 DEM 脫細胞方案，與單純的 DEM 相比，該法通過增加溶液擴散，去除細胞成分的同時有效縮短了脫細胞時間。Mazza 等[25]首次報道了 DEM 方案（胰蛋白酶-EDTA、SDS、Triton X-100、過氧乙酸和乙醇）處理肝臟左葉2周，結果顯示 DNA 含量顯著減少，細胞碎片的去除及組織結構的保留。Mazza 等[26]在 DEM 方案的基礎上通過使用高攪拌速度，快速使肝組織立方體（125 mm3）脫細胞化，將完全脫細胞時間成功縮短至3 h。此外，真空輔助脫細胞加速脫細胞過程，并降低了長期保存引起的 dECM 缺失。Friedrich 等[27]在 508 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）的真空壓力下結合 DEM 法，更快且有效制備脫細胞肌肉基質，其不僅具有較低的 DNA 含量，還保留了與原生組織相似的 ECM 成分、細胞相容性和生物力學特性。
因此，聯合方案進行脫細胞能夠縮短 ECM 暴露去污劑和處理的時間，以及開發的 dECM 不僅作為適宜的細胞載體，而且調節細胞行為和組織再生。目前研究了很多不同的脫細胞策略，但是由于組織/器官特異性，尚無個性化的脫細胞方案的共識，需要進一步研究制備理想的 dECM，支持細胞-細胞相互作用，使細胞可以粘附、增殖和分化，并適應復雜器官的結構要求。
2 脫細胞基質的應用形式
dECM 有兩種應用形式：完整的器官支架和松散的 dECM 組織。整個器官脫細胞后保留3D結構和血管網絡，其功能通過再細胞化重新實現[39-40]；另一種形式是通過分離純化和滅菌的松散 dECM 組織制備的 dECM 粉末和水凝膠/生物墨水[41]。在需要結構和機械完整性的應用中，完整的 dECM 優于進一步處理的 dECM，但粉末處理的 dECM 提供了完整組織所不能提供的益處。包括填充區域并塑造組織缺損的形狀，以及其順應能力允許微創植入手術等。
脫細胞支架通過保留 ECM 有效成分和纖維結構以模擬體內微環境，并通過釋放生物活性物質來促進內源性募集[42]。因此，研究者嘗試將種子細胞接種到脫細胞支架來促進移植物再生。Ott 等[43]用含氧培養基灌注上皮細胞和內皮細胞接種的脫細胞肺支架，結果表明再細胞化肺移植物產生的氣體交換稍低于原生肺，且無組織壞死。再生肺的功能恢復證明再細胞化移植物有重現組織器官自身功能的潛力，但需要進一步完善再生方案以更好的誘導細胞分化和功能恢復。移植物的血管形成有助于移植后的代謝循環和營養物質的分布，且避免移植塌陷、狹窄、感染和壞死。Tan 等[44]將脫細胞氣管支架連續灌注血管內皮生長因子（VEGF），有效促進新生血管形成。血小板生長因子、VEGF和血管生成素等影響內皮細胞的遷移、分化和增殖，并促進血運重建。總之，在生物反應器中，自體/干細胞接種脫細胞移植物實現再細胞化。
3D 打印技術將細胞、生物材料和生物活性因子組裝成3D空間結構，以支持細胞生長和分化。dECM 水凝膠作為 3D 打印生物墨水可以調節細胞功能、組織再生和重塑[45-46]。Wu 等[47]利用脫細胞心肌組織在生理溫度下自組裝成納米纖維水凝膠，以接種心肌細胞（CMS）和基質細胞衍生因子-1（SDF-1a），并注射到心肌梗死區域。結果顯示水凝膠促進了內源性細胞的募集和血管形成，減少梗死面積和改善心臟功能。此外，隨著微流控 3D 打印水凝膠支架的進步，水凝膠通過微通道的摻入功能實現對化學物質的精確控制和操作，并且促進了組織/器官的功能。Idaszek 等[48]設計了由生物墨水組成的細胞負載的微流體水凝膠支架，來模擬軟骨的 ECM。水凝膠植入滑車關節損傷的大鼠，觀察到分化的軟骨細胞。通過微流控打印的新型生物墨水具有高細胞存活率和分辨率。因此，生物墨水代表了一種與天然組織高度相似的生物材料，支持了高細胞活力，增加了軟骨形成和糖胺聚糖的含量。雖然 3D 打印還不能打印較大的結構，并且容易導致細胞活力下降甚至凋亡，但隨著材料和工藝的開發以及生物功能的不斷認知，3D 打印將大規模地生成功能性心臟、肝臟和腎臟等。
3 脫細胞基質在胸心外科領域的應用
基于 dECM 的生物制造技術越來越多地用于胸心外科組織工程領域。由于不同組織的厚度、密度、結構以及用途等存在差異，研究者需要選擇個性化的脫細胞試劑和調整脫細胞方案。因此，雖然更復雜的組織工程支架正處于早期臨床試驗，但隨著組織工程研究的進步，有望創建理想的移植替代物，為移植器官短缺提供新的解決辦法。
3.1 心臟
心血管疾病是世界范圍內主要的死亡原因[49]。由于缺乏合適的供體器官，以及存在排斥風險和終身免疫抑制治療的困難，采用機械拉伸和電刺激的心臟組織工程應用在促進組織的搏動功能和傳導方面顯示出希望。Ott 等[50]首次通過冠狀動脈對大鼠心臟灌注去污劑，用新生心肌細胞再細胞化后，心臟組織顯示出對單步電刺激和收縮反應。為了改善移植物的機械性能，Seo 等[51]使用 scCO2 和乙醇共溶劑制備了 ECM 力學特性更好的脫細胞心臟組織，并且在大鼠皮下層觀察到血管形成。因此，心臟 dECM 是一種有潛力治療心臟缺血性疾病的生物醫學材料。
目前集中于開發具有抗鈣化特性的脫細胞心臟瓣膜，并利用 PCL內封裝 VEGF 和表達骨保護素，來應對退行性鈣化導致的自體心臟瓣膜衰竭[52-53]。Jang 等[45]制備了一種負載心臟祖細胞和 MSCs 的 hdECM 生物墨水。hdECM 生物墨水與 VEGF 的使用促進了血管形成，增強了心臟功能。此外，與傳統的 Glu-DHV 相比，兩性離子水凝膠（MPC）涂層瓣膜具有優越的抗鈣化性能[54]。負載 VEGF 的 PEGDA-MPC-DHV 表現出減少鈣化、較低的免疫反應和增強的再內皮化能力[52]。多功能水凝膠在改善生物瓣膜質量和心臟瓣膜鈣化方面的潛力已被證實，可以解決與機械和生物瓣膜相關的限制，以尋求瓣膜性心臟病的有效治療。
3.2 血管
組織和器官中的血管可以提供氧氣和營養代謝物質，以修復和再生組織。由于缺乏血液供應會導致缺氧，因此移植物構建脈管系統是至關重要的。Gao 等[55]將負載內皮細胞的豬降主動脈 dECM 生物墨水結合阿托伐他汀的聚乳酸-乙醇酸（PLGA）微球來構建生物血管，可促進新生血管形成。為了準確模擬血管的三層空間特征和構建血管化通道，Xu 等[56]制備了負載 HUVECs 的內膜、負載人主動脈血管平滑肌細胞（HA-VSMCs）和 dECM 的中層以及負載人真皮成纖維細胞-新生兒（HDF-n）細胞的外膜的三層血管厚結構，這種血管的力學性能和血管結構與人天然主動脈相似，并且觀察到血管形成。因此，具有多層次結構的血管化厚組織表現出更高的穩定性和生物相容性，證明了使用 3D 生物打印技術制造的移植物來模仿人體血管系統的結構和功能的可行性。為了觀察血管生成過程，研究者構建了一個血管等效物的生物打印和灌注平臺，以打印可調灌注的復雜血管結構，培養7 d的血管構建體形成了完整的內皮和細胞緊密連接[57]。結果證明血管移植物在促血管生成因子的刺激下表現出新生血管形成的能力，這為開發觀察血管形成的先進模型奠定了基礎。這些研究為血管組織工程提供了一條新的策略。
3.3 肺
組織工程構建的生物肺通過氣道、血管和氣體交換組織來提供生理特性，減少免疫排斥反應的發生。肺脫細胞包括去污劑灌注氣道和脈管系統。Ott 等[43]使用 0.1% SDS 和 1% Triton X-100 進行肺動脈灌注，再用 HUVECs 和大鼠胎肺細胞接種脫細胞肺支架。早期研究證明了脫細胞肺支架支持基本器官功能的能力，但對氣道和血管網絡造成損傷，導致肺滲漏和功能受限。
脫細胞肺支架需要恢復正常的氣體交換以實現功能再生。Young 等[58]研究基底膜蛋白改善 dlECM 以形成適當的上皮和肺泡屏障。結果顯示添加層粘連蛋白或纖連蛋白的 dlECM 恢復更好的肺泡上皮細胞屏障功能。目前溫和的去污劑展現了減少肺組織 ECM 損傷的潛力。Obata 等[59]研究了天然脂肪酸和肥皂月桂酸鉀（PL）作為肺生物工程去污劑的能力，PL-脫細胞支架提高大鼠細胞的去除和結構的保存，以及上皮細胞的均勻分布。此外，密集的血管循環網絡可以進行生理血流和氣體交換。研究證明了 Epac 激動劑改善內皮屏障功能和增加連接蛋白，有助于肺氣-血屏障的形成[58, 60]。在氣道和脈管系統再細胞化時允許適當的細胞分布，以實現氣體交換、順應性和正常的體內肺功能。組織工程技術的發展為肺臟移植提供了新的來源，體外再細胞化構建功能性的肺組織，以滿足移植的需求。
3.4 氣管
氣道與空氣相通，因此氣管具有復雜的微環境。為了滿足長段氣管病變的臨床需求，脫細胞氣管支架是一個前沿的選擇。Go 等[61]制備了脫細胞氣管結合自體骨髓 MSCs 衍生的軟骨細胞和自體上皮細胞的氣管移植物，觀察到較少的炎癥反應。Zhong 等[62]根據此方案顯示移植物未發生塌陷和破裂，僅有薄層粘連。
此外，生物墨水與內皮細胞和成纖維細胞的結合在氣道上皮和血管網絡之間構建了一個功能性氣道界面。Park [63]使用豬源性氣管粘膜（tmdECM）生物墨水制備功能性氣道補片。tmdECM 具有多種血管生成因子，促進血管生成分化，形成穩定的血管網絡。為了促進缺損氣管的上皮再生，Park 等[64]開發了人下鼻甲間充質基質細胞（hTMSCs）負載氣管粘膜（tmdECM）的生物墨水，來修復兔模型的氣管缺損。結果顯示，術后2個月，tmdECM 支架完全被上皮組織覆蓋，而膠原支架+ hTMSCs 組則嚴重狹窄。免疫熒光顯示基底細胞表達 KRT-14，提示基底細胞再生活躍。這些結果證實，生物打印氣管移植物是一種合適的組織工程策略，可用于環形氣管重建。未來 3D 生物打印有可能制作模擬復雜器官環境的高功能器官模型。
4 結論與展望
dECM 生物材料在組織工程和再生醫學中獲得了極大的研究關注。脫細胞心臟、肺和氣管等移植物證明了其作為組織替代物的臨床實用性。dECM 的多功能性允許開發各種生物材料形式，如粉末、水凝膠、生物墨水、薄片和 3D 結構等。組織工程應用 dECM 必須采用恒定且生物學上合適的 ECM，優化組織脫細胞方案，防止基質組成的改變，改善基于 dECM 的生物墨水的機械性能，避免生物體的免疫反應。盡管取得了重大進展，但仍然存在一些挑戰。包括殘留毒性去污劑，缺乏 dECM 標準化的滅菌和保存方式，尚未充分驗證dECM 在體內的長期功能和安全性，需要改進脫細胞方法，需要解決 dECM 作為生物墨水進行 3D 打印時，打印質量、分辨率和功能性的問題，深入了解 dECM 如何影響細胞行為并優化其過程以提高再生效率，以及實現類似于天然組織的機械性能和 dECM 的規模化生產，并評估其成本效益，以促進移植物的臨床轉化。總之，dECM 作為一個前沿的平臺，為干細胞和其他生物活性材料的整合提供了仿生環境，為未來支架的創建提供可行的模型并且在胸心外科組織工程領域有更加廣闊的應用前景。
利益沖突：無
作者貢獻：陳浩負責檢索文獻、整理資料、撰寫文章；朱劍煒負責制作表格、審閱與修改論文；史宏燦負責審閱與修改文章。
