作者：上海交通大学医学院附属第六人民医院运动医学科 汪希铭
dECM的制备方法
物理方法 物理方法主要通过机械作用破坏细胞膜结构，释放细胞内容物。其中，冻融循环是最常用的方法。该方法通过反复冻结和融化，导致细胞内形成冰晶，破坏细胞膜完整性。冻结过程中，细胞内的水分形成冰晶，使细胞体积膨胀导致细胞膜破裂；融化过程则促进细胞成分释放。高压处理和超声处理也常用于dECM制备。超临界二氧化碳处理是指采用在一定压力和温度条件下具有高度渗透性的低黏度、强扩散能力的二氧化碳进行处理，尤其适合致密材料的脱细胞处理。超声处理则是利用超声波产生的空化效应破坏细胞结构，以提高处理效率。物理方法制备dECM的优势在于对ECM三维结构的干扰较小，但单独使用时脱细胞效果有限，通常需与化学方法或酶处理方法相结合。
化学方法 化学方法通过化学试剂溶解细胞膜和细胞器，是制备dECM最常用的方法。离子表面活性剂如十二烷基硫酸钠（SDS）、脱氧胆酸钠（SDC）等能有效溶解细胞膜和核膜，清除细胞残余物。SDS具有很强的脱细胞能力，但可能对ECM结构和生长因子产生负面影响，如导致胶原纤维变性和糖胺聚糖流失。而SDC相对温和，在保留ECM完整性方面表现更好，但脱细胞效率较低。非离子表面活性剂如TritonX-100等对细胞膜有较好的溶解作用，同时对ECM结构影响较小。通过与细胞膜磷脂相互作用，非离子表面活性剂可以选择性地破坏细胞膜结构，保留大部分ECM蛋白的原生构象。此外，促渗透性试剂如高浓度
生物酶处理 生物酶处理能够特异性分解细胞成分，核酸酶（DNase和RNase）用于分解残留的DNA和RNA，可以降低材料的免疫原性。蛋白酶（如
综合脱细胞策略 针对关节软骨组织的复杂结构，单一脱细胞方法往往难以实现理想效果。而序贯处理法是按照特定顺序依次应用不同脱细胞方法进行处理，能够充分发挥各种方法的优势。例如，先采用物理处理破坏细胞膜，再用温和的非离子表面活性剂溶解细胞成分，最后使用核酸酶处理去除残留的DNA。序贯处理法能够在保留ECM结构和功能的同时实现高效脱细胞。
dECM治疗OA的应用形式
三维多孔支架 对于大面积关节软骨损伤，三维多孔dECM支架能提供更持久的机械支持和组织再生环境。这些支架通常采用冻干、电纺或3D打印等技术制备，以精确控制支架的微观结构特性。dECM支架能够模拟天然关节软骨的力学特性，支持细胞迁入生长，并保证营养物质有效传输。此外，通过调整交联程度，可使dECM支架降解速率与组织再生进程相匹配，实现支架降解与软骨再生在结构与功能上同步耦合的过程。Benders等开展研究将制备的dECM支架植入OA动物模型，结果表明dECM支架能够有效吸引内源性干细胞向损伤部位迁移，并引导它们分化为软骨细胞，形成新的功能性软骨组织。该过程中，支架中保留的生物信号分子扮演了关键角色，它们激活了软骨再生相关的细胞信号通路。生物3D打印技术的引入进一步推动了该领域的发展，使得根据患者特定关节解剖结构定制个性化植入物成为可能。
可注射水凝胶 dECM水凝胶是OA治疗中最受关注的应用形式，特别适用于微创治疗。这类水凝胶通过将dECM材料超微粉碎、酸碱可溶化处理后，经过中和与温控凝胶化制备而成。在OA治疗中，dECM水凝胶可注射至软骨缺损处或关节腔内，提供类似天然ECM的微环境，支持软骨细胞迁移和增殖，并填充组织缺损区域，恢复关节表面平滑度。此外，dECM可注射水凝胶还可作为载体与生长因子或干细胞结合使用，增强修复效果。在动物模型研究中，将软骨来源的dECM水凝胶注入OA模型动物的关节腔后，能够有效缓解软骨退化进程，抑制炎症反应，并改善关节功能。这主要归功于水凝胶中保留的软骨特异性成分与生物活性因子，它们能够共同调节关节微环境，促进软骨修复过程。
微球与颗粒 微球是另一种具有应用前景的dECM材料形式，大小自数微米至数百微米不等。微球的高比表面积特性为细胞提供了更大的附着面积，同时也有利于生物活性分子的负载与释放。在OA治疗中，dECM微球可作为抗炎药物或生长因子（如血小板源性生长因子、骨形态发生蛋白等）的控释载体，延长药物在关节腔内停留时间，减少给药频率，同时降低全身性不良反应。研究显示，微球载药系统可将药物释放周期从数小时延长至数周甚至数月。
dECM治疗OA的作用机制
dECM能够提供类似于天然关节软骨ECM的三维微环境，支持软骨细胞和间充质干细胞（MSC）的黏附、迁移、增殖和分化。研究表明，软骨来源的dECM能够促进MSC向软骨细胞分化，增加Ⅱ型胶原和蛋白聚糖的合成，有助于形成功能性软骨组织。即使非软骨来源的dECM如脐带、滑膜等组织来源的基质材料，也表现出促进软骨再生的能力，这主要归因于其中保留的生长因子和生物活性分子。此外，dECM具有显著的免疫调节功能，能够改善OA相关的炎症微环境。多项研究显示，dECM可促进巨噬细胞向M2表型极化，减少炎症因子如白细胞介素（IL）-1β、肿瘤坏死因子（TNF）-α等产生，同时增加抗炎因子如IL-10、转化生长因子（TGF）-β等释放。这种免疫调节作用不仅有助于控制OA的炎症进程，还为软骨再生创造了有利条件。
Xu等制备了一种负载MSC的dECM材料，该dECM能够支持骨髓间充质干细胞（BMSC）的活性和增殖，且能显著促进BMSC的成骨功能；蛋白质组学分析表明，dECM中Ⅳ型胶原蛋白α2链含量更高；研究还表明，含有MSC的dECM水凝胶可促进软骨组织再生，提供长期治疗效果。这些研究结果表明，dECM通过多种机制共同作用，能够显著改善OA的治疗效果。
问题与展望
尽管dECM在OA治疗领域已显示出巨大潜力，但其临床转化仍面临挑战。由于组织来源的变异性及制备工艺差异，不同批次dECM材料的成分及相对性能可能存在显著差异。此外，目前尚无统一的dECM质量评价标准，不同研究与不同产品所采用的评价指标存在差异，这使得横向比较变得困难。因此，建立标准化dECM制备工艺流程和质量控制体系是推进临床应用的重要前提，包括对原材料组织的严格筛选、脱细胞过程的精确控制、残留DNA含量的限定、关键生物活性组分的定量分析等。
此外，免疫原性和安全性问题同样不容忽视。虽然脱细胞处理可以显著降低材料的免疫原性，但脱细胞不完全的情况下会出现残留DNA、细胞膜片段等免疫原性物质，特别是异种来源dECM中可能存在α-半乳糖苷酶等易引起超急性排斥反应的抗原。组织来源筛查和灭菌处理有效性与dECM安全性直接相关。优化脱细胞方案、建立严格的供体筛查系统、开发更有效的终端灭菌方法及进行全面的生物相容性评价是dECM产业化生产过程中必不可少的环节。与其他同类产品相同，dECM应用于OA治疗的长期预后评估如临床终点选择、随访时间以及对照选择等也存在一定难度。例如，软骨修复的影像学改善与症状缓解及功能恢复并不总是一致，且OA作为慢性进展性疾病，基于影像学和短期症状改善程度的疗效评估方法可能难以反映治疗的真实长期效果。因此，设计科学合理的临床研究方案，包括足够的样本量、适当的随访时间和多维度的评价指标，对评估dECM治疗的真实有效性至关重要。
dECM产品的研发、生产等成本以及最终价格也是影响其临床应用的重要因素。严格的质量控制、复杂的脱细胞工艺增加了生产成本，且储存条件要求低温等也在一定程度上增加了运输和储存成本。因此，开发更高效的组织获取渠道、简化制备工艺、延长产品保质期、扩大规模，以及通过与传统治疗的成本效益进行比较分析，证明dECM治疗的长期经济价值，对推动其临床应用同样重要。
结语
dECM在OA治疗中展现出独特优势，其通过提供机械支持、促进细胞迁移与生长、调节免疫反应等多种机制显著改善软骨修复结果，在一定程度上延缓关节退变进程。dECM具有多种制备方法和应用形式，使其能够适应多种临床情况，为精准化治疗提供更多可能性。dECM仍面临质量标准化、免疫原性控制等挑战。未来，结合更先进的制造技术和精准医疗理念，dECM有望在OA治疗中发挥更多作用。
来源：国际骨科学杂志2025年7月第46卷第4期
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