综述:基于脱细胞组织支架的离体器官工程

【字体: 时间:2025年06月17日 来源:Nature Reviews Bioengineering

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  (编辑推荐)这篇综述系统阐述了利用脱细胞(decellularized)技术构建工程化器官的最新进展,涵盖从动物供体筛选、脱细胞化(decellularization)方案到再细胞化(recellularization)策略的全流程,为解决终末期器官衰竭(end-stage organ failure)的移植短缺问题提供了创新思路,尤其强调了生物反应器(bioreactor)培养和移植后受体互作机制的关键作用。

  

脱细胞技术的革新与挑战

通过去除供体器官的细胞成分保留天然细胞外基质(ECM),脱细胞技术为器官工程提供了理想支架。研究表明,肾脏、肝脏、心脏等实体器官的脱细胞基质能有效维持三维结构和生物力学特性,其微血管网络和基底膜成分可支持后续细胞黏附与功能重建。

从动物供体到临床转化

猪等非人源供体因器官尺寸接近人类而成为首选,但需通过α-1,3-半乳糖苷酶(α-Gal)表位清除等基因改造降低异种移植排斥风险。预处理环节强调灌注参数优化,如0.1%十二烷基硫酸钠(SDS)联合DNase/RNase的梯度灌注可最大限度清除免疫原性物质。

再细胞化的精准策略

自体诱导多能干细胞(iPSCs)分化的功能细胞被优先用于再细胞化,通过门静脉灌注实现肝脏实质-脉管系统的同步重建。最新研究证实,缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)转染可提升再细胞化效率达30%。生物反应器中的脉动流培养(5 mL/min,37°C)能促进内皮细胞在血管网络的定向排布。

移植后的命运博弈

植入后的器官需应对缺血-再灌注损伤(IRI)和补体激活双重挑战。动物模型显示,基质金属蛋白酶-9(MMP-9)抑制剂可减少ECM降解,而调节性T细胞(Treg
)过继转移能诱导免疫耐受。值得注意的是,脱细胞肺移植后Ⅱ型肺泡上皮细胞(AT2)的极性重建直接影响气体交换功能。

临床转化的瓶颈突破

尽管已实现大鼠肾脏移植后7天存活,但规模化生产仍面临灭菌(γ射线≥25 kGy会破坏胶原交联)和长期保存(冻存ECM的弹性模量下降15%)等技术壁垒。微流控芯片模拟器官间液交流、人工智能优化脱细胞参数等新兴技术或将成为破局关键。

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