综述：异种脱细胞材料用于骨软骨一体化修复

这篇综述系统总结了异种脱细胞材料（xenogeneic decellularized materials）在骨软骨一体化修复中的研究进展，重点探讨了其生物特性（ECM保留、免疫原性调控）、制备技术（同步脱细胞、3D打印梯度支架）及修复机制（干细胞定向分化、界面整合），为临床转化提供了技术优化方向。

　　

异种脱细胞材料的生物学特性与修复机制

异种脱细胞材料通过保留天然细胞外基质（ECM）的三维多孔网络，精准模拟骨软骨组织的梯度结构。软骨层ECM的孔隙率和胶原纤维直径与天然软骨匹配，为软骨细胞提供黏附增殖的微环境；而软骨下骨层则通过矿化基质保留力学强度，避免界面应力集中。脱细胞过程中保留的胶原、糖胺聚糖（GAGs）及生长因子（如BMP-2、TGF-β）形成生物活性信号库，直接诱导间充质干细胞（BMSCs）向软骨或成骨谱系分化。例如，II型胶原与聚集蛋白聚糖可上调SOX9表达，促进软骨表型形成，而I型胶原与BMP-2协同增强RUNX2活性，驱动成骨分化。

免疫原性调控是脱细胞的核心目标。通过物理-化学-酶法联合处理，材料中主要组织相容性复合体（MHC）和α-Gal抗原表位可被有效清除。研究显示，猪源脱细胞软骨的残留DNA可降至20 ng/mg以下，且保留的GAGs能促进巨噬细胞向抗炎M2型极化，降低TNF-α和IL-6等炎症因子释放。

骨软骨脱细胞技术与体外评价

骨与软骨组织的解剖差异要求差异化的脱细胞策略。骨基质（DBM）制备常采用低浓度NaOH（1%）联合超声处理，在清除细胞的同时保留I型胶原和羟基磷灰石；而软骨基质（DCM）则依赖冻融循环与温和去垢剂（如0.1% SDS）以保护II型胶原和蛋白聚糖。同步脱细胞技术通过激光微孔（250-300 μm）增强脱细胞剂渗透，实现骨软骨界面的完整保留，其生长因子（TGF-β1、BMP-2）保留率可达83%。

体外评价指标涵盖四大维度：

1. 1.

   物化特性：软骨层孔径100-300 μm（压缩模量1-5 MPa），骨层孔径50-150 μm（模量50-100 MPa）；

2. 2.

   细胞行为：纤维连接蛋白的RGD序列通过整合素α5β1促进BMSCs迁移（效率提升40%）；

3. 3.

   免疫相容性：补体激活率需<10%，炎症因子TNF-α/IL-10比值<1；

4. 4.

   降解匹配：8-16周降解40-60%，避免毒性产物释放。

一体化支架构建技术

梯度设计是支架功能化的核心。冻干法通过调控冰晶生长构建双层支架（DCM/DBM），但物理堆叠导致界面剪切强度仅18 kPa；3D打印则利用丝素蛋白/脱细胞基质生物墨水，打印轨迹锁合层间结构，使剪切强度恢复至天然的68%。界面改性策略包括：

• •

  生物涂层：X型胶原喷涂形成50-100 nm纤维网，潮线结构形成率提升至75%；

• •

  力学匹配：动态机械预刺激（10%应变，0.5 Hz）通过整合素-FAK-ERK通路促进胶原纤维定向排列，压缩强度提高33%。

动物实验与修复效果

在兔股骨髁缺损模型中，激光微孔支架12周时II型胶原占比77.3%，但骨层再生依赖宿主修复；而保留钙化软骨带（CCZ）的三层支架在迷你猪模型中表现出更优整合性，MOCART评分达87.7±5.5。光交联双层水凝胶通过TGF-β/BMP-2缓释诱导软骨层GAG恢复85%，骨层矿化55%，但光引发剂浓度>0.2%会抑制15%细胞活性。

挑战与未来方向

当前瓶颈包括残余免疫原性、降解-再生节奏失谐（如丝素蛋白12周降解30%），以及大动物模型验证不足。未来需结合基因编辑（如α-Gal敲除）和智能材料（pH响应降解），并通过动态力学加载优化仿生关节功能。临床转化还需建立标准化质控体系，推动个体化精准修复方案的落地。