综述：用于肌腱与骨骼愈合的去细胞生物材料：进展与转化应用挑战

《Acta Biomaterialia》：Decellularized Biomaterials for Tendon-to-Bone Healing: Advances and Translational Challenges

　　

摘要

由于肌腱与骨骼连接处结构复杂且自身再生能力有限，修复这一部位始终是临床上的重大挑战。去细胞化生物材料因其保留了天然的细胞外基质成分、结构相似性以及生物活性，被视为修复肌腱和韧带的有希望的支架材料。本综述总结了近年来在利用去细胞化生物材料促进肌腱与骨骼连接处愈合方面的进展，涵盖了来自不同来源的支架材料的临床前研究及临床试验，这些来源包括猪小肠黏膜下层、皮肤基质、肌腱、羊膜、心包以及脐带中的华通氏胶。文中特别强调了旨在提升再生效果的设计策略，如仿生结构设计、用于构建梯度界面的三维生物打印技术、免疫微环境的调控、干细胞或其衍生物的整合，以及生物活性成分的有序释放。尽管临床前研究结果令人鼓舞，但实际临床应用仍存在诸多限制且效果不一。主要的障碍包括残留的免疫原性、生物活性在不同批次间的差异、对界面再生机制的理解尚不完整，以及高质量临床证据的缺乏。因此，未来的研究应致力于优化去细胞化流程、改进支架的结构与功能修饰策略、整合干细胞或干细胞衍生疗法，并开展严格的转化研究和临床试验，以缩小实验成功与实际应用之间的差距。

重要性说明

肌腱与骨骼连接处的愈合仍是再生医学领域的重大难题，因为其天然的连接结构具有复杂的梯度特征，受伤后很难恢复。去细胞化生物材料因保留了天然的细胞外基质成分、结构上的仿生特性以及自身的生物活性，为修复这一部位带来了希望。本综述系统总结了近年来在利用去细胞化生物材料促进该部位愈合方面的进展，涵盖了材料来源以及相关的临床前和临床证据。同时，还介绍了各种新兴的功能化策略，包括仿生设计、三维生物打印、免疫调节、干细胞整合以及可控的生物活性成分释放技术。通过探讨再生潜力与转化应用中的障碍，本综述为设计出能够实现高效肌腱与骨骼再生的去细胞化支架提供了实用的框架。

引言

肌腱/韧带损伤在运动医学和骨科领域一直是重要的临床问题，尤其是当愈合依赖于肌腱与骨骼连接处的再生时。常见的相关损伤包括肩袖撕裂和前交叉韧带损伤，这两种损伤往往会导致疼痛、关节不稳定、功能受限以及长期退化。虽然肩袖修复和前交叉韧带重建能够恢复组织的连续性或关节稳定性，但目前的手术方法无法完全重现天然的梯度结构。在肩袖修复中，结构失败仍然较为常见，据报道再次撕裂的发生率在13%到94%之间[1]。而在前交叉韧带重建中，肌腱移植物仍是标准选择，但自体移植物会受到供体部位并发症的限制，而异体移植物则可能存在成本较高、疾病传播风险以及移植物整合延迟或不完全的问题[2]。此外，初次前交叉韧带重建后的移植物失败也是一个尚未解决的临床问题[3,4]。这些局限性凸显出需要开发基于生物材料的策略，既能提供结构支撑，又能促进更有序的肌腱与骨骼整合。

核心问题在于肌腱与骨骼连接处那极其复杂的梯度结构，它从肌腱中的纤维状胶原蛋白逐渐过渡到骨骼中的矿化基质[5]。受伤后，这种梯度结构很难自发再生，通常会被瘢痕组织替代，从而导致生物力学强度显著下降，进而影响修复效果[6]。因此，迫切需要能够更好地模拟该部位自然结构的策略，从而同时提升机械强度和促进生物愈合[7,8]。

去细胞化生物材料在促进肌腱与骨骼愈合方面展现出巨大潜力。这类材料来源于多种不同的组织，如猪小肠黏膜下层、皮肤、肌腱、羊膜、心包以及脐带中的华通氏胶[9,10]。去细胞化处理可以有效去除细胞，同时保留天然的细胞外基质，后者为细胞的粘附、迁移和分化提供了理想的框架，从而为该部位的修复创造有利的微环境[11]。去细胞化生物材料的出现代表了肌腱与骨骼修复领域的范式转变，从单纯提供机械支撑的被动方式，发展为能够引导该部位组织功能性再生的主动策略。

近年来，去细胞化生物材料在肌腱与骨骼愈合中的应用取得了快速进展[12,13]。本综述概述了这类材料在肌腱与骨骼愈合中的应用情况。首先探讨了肌腱与骨骼愈合的机制，分类了目前用于该目的的各种去细胞化生物材料。同时分析了灭菌和储存方法在保持这些材料生物活性方面的关键作用。此外，还研究了用于开发能够模拟天然肌腱与骨骼连接结构的功能化去细胞化材料的先进策略。最后，指出了当前在临床应用方面存在的挑战及未来发展方向。

章节要点

文献检索策略

为了找出有关使用去细胞化生物材料修复肌腱与骨骼连接处的代表性研究，我们在PubMed、Web of Science和Scopus数据库中进行了文献检索，搜索关键词包括“肌腱与骨骼愈合”或“肌腱-骨骼连接处”，并结合“去细胞化生物材料”、“去细胞化细胞外基质”、“小肠黏膜下层”、“皮肤基质”、“肌腱衍生基质”、“去细胞化羊膜”、“去细胞化心包”以及“华通氏胶”。检索范围限定为

肌腱与骨骼愈合机制

肌腱与骨骼连接处是一种高度特化、分层结构的过渡组织，由四个连续的区域组成：肌腱、未钙化的纤维软骨、钙化的纤维软骨以及骨骼[14]（见图1a和1b）。天然的连接结构在细胞外基质成分、矿化程度、细胞表型以及机械性能方面存在逐渐变化，这些特点共同有助于实现有效的负荷传递并减少应力集中。高分辨率微型CT和扫描电子显微镜进一步揭示了该结构的梯度微观特征

去细胞化生物材料的制备

面对肌腱与骨骼连接处复杂的结构以及巨大的愈合难题，传统的修复方法往往难以克服各种生物学和机械学上的障碍，无法引导组织实现高质量的再生愈合[5]。因此，开发能够模拟天然细胞外基质微环境、主动调节细胞行为并提供适当机械支撑的生物材料，对于突破当前的临床瓶颈至关重要。

去细胞化生物材料的来源

由于去细胞化生物材料兼具天然的细胞外基质生物活性以及不同程度的结构和机械特性仿生效果，它们作为修复肌腱与骨骼连接处的材料越来越受到关注。表2按来源类别、组织来源、支架形式、预期功能以及典型应用，总结了目前正在研究的各类去细胞化生物材料。

仿生结构设计

无法实现纤维软骨过渡区的再生是阻碍肌腱与骨骼连接处功能恢复的主要因素之一。去细胞化生物材料的宏观和微观结构在肌腱与骨骼连接处的再生过程中起着关键作用，因为它决定了细胞浸润、空间排列、基质沉积以及功能组织重塑的初始结构框架[27,101,102]。天然的去细胞化基质本身保留了以胶原和弹性蛋白为基础的细胞外基质结构，这类结构十分有利于

临床前研究的进展

临床前研究为去细胞化支架在促进肌腱与骨骼连接处愈合方面的再生潜力提供了有力的支持。在动物模型中，这类材料已被证明能够调节炎症反应、促进胶原重塑、推动类似纤维软骨的组织形成，并提升修复后连接处的生物力学性能[132]。但由于动物模型在解剖尺度、手术可行性、受力环境以及向临床应用的转化程度上存在差异

肩袖修复

关于使用去细胞化小肠黏膜下层材料进行肩袖修复的临床证据并不一致，且大多显示不出积极效果（见表4）。使用该材料进行修复会导致较高的再次撕裂率，功能改善并不明显，最多只能略微提升结构愈合效果[[151], [152], [153], [154]]。现有数据并不支持将这种材料常规用于大面积或严重的肩袖撕裂病例。

相比之下，去细胞化皮肤基质则展现出了更好的效果

转化应用面临的挑战与未来展望

在肌腱与骨骼连接处愈合的临床前模型中，去细胞化生物材料已显示出良好的再生效果。然而，在实际临床应用中需谨慎解读这些研究结果，因为目前的体外实验和动物模型无法完全模拟临床环境中复杂的生物力学环境、慢性退化过程、免疫反应以及不同患者之间的个体差异。啮齿类动物和兔类模型虽适用于机制研究，但也可能存在一定局限

结论

去细胞化生物材料因其保留了与组织再生相关的天然细胞外基质成分、结构特征以及生物活性信号，被视为修复肌腱与骨骼连接处的优质支架材料。越来越多的临床前研究表明，这类材料能够促进细胞聚集、调节宿主免疫反应并推动界面结构的重塑；不过，现有的临床研究在研究设计、结局评估指标等方面存在较大差异

资金支持

本研究得到了中国国家自然科学基金（82272569）和四川省科技计划项目（2024NSFSC0576）的支持。这些资助机构并未参与本研究的设计、数据收集、分析、解释或论文撰写工作。

作者贡献说明

金洪福：文章撰写——初稿撰写、可视化处理、方法设计。 张春森：文章撰写——初稿撰写。 陈佳辉：可视化处理、资源整理。 张国绪：可视化处理、软件应用。 唐欣：文章撰写——审稿与编辑、研究指导、资金筹集。 黄一洲：文章撰写——审稿与编辑、研究指导。

Hongfu Jin|Chunsen Zhang|Jiahui Chen|Guoxu Zhang|Xin Tang|Yizhou Huang