脱细胞组织基质(Acellular Tissue Matrix)是用适当的方法将组织/器官进行脱细胞处理,去除组织中可能引起排斥反应的细胞及其他抗原分子,保留3维结构(胶原和弹性蛋白)和功能蛋白(如葡萄氨基葡聚糖、蛋白聚糖和生长因子等),具有生物诱导功能,可以在体内/体外形成特定的功能化组织,可用于组织损伤修复/重建的一种新型生物材料。
1975年Meezan通过化学除垢剂成功制备了一些组织的脱细胞基质,随后,人们做了大量制备脱细胞基质的研究,现有的许多方法都是在Meezan的基础上发展而来的。1990年代后期,随着组织工程学研究在全球范围内的开展,脱细胞基质材料因其良好的生物相容性、可降解性和生物诱导能力而备受关注。目前,脱细胞组织基质已被广泛用于组织重建研究,并在临床应用实验中被证实其有效性。
目前,已经有大量的组织和器官被用于脱细胞材料研究中,包括:皮肤、小肠粘膜下层、血管、外周神经、心脏、脑组织、脊髓、肺、肝、软骨、脂肪组织、骨、肌腱、肾脏、肌肉组织、角膜等。
组织脱细胞方法的有效性取决于多种因素,如细胞类型、组织密度、厚度和脂质含量等。常用的脱细胞方法有物理方法、化学方法和生物方法。为了提高脱细胞的效率,常将物理、化学和生物酶等多种方法联合应用。
一般来说脱细胞的步骤是用物理或者化学溶剂破坏细胞膜,然后用酶将细胞成分与ECM分离开,最后将细胞碎片从ECM分离。在这些步骤中可增加物理方法,比如搅拌、振荡等,以提高效率。
物理方法主要是借助物理手段破坏细胞膜,将细胞内容物释放,利于随后的洗涤剂来清除细胞碎片。物理方法主要包括超声、超高压力、反复冻融和机械搅拌等。物理方法通常无法彻底除去细胞,需要进一步借助化学方法或生物学方法处理。
化学方法主要是利用一种或几种化学试剂改变细胞膜的通透性,最终使细胞溶胀破裂从而达到脱细胞的目的。常用的化学试剂主要包括脱氧胆酸钠(SD)、TritonX-100和SDS等,但这些试剂根据其结构的特点和浓度会与细胞外基质中的蛋白质发生相互作用,导致细胞外基质成分不同程度的损伤或丢失。为了提高化学试剂的渗透效率,通常与物理方法结合,如振荡、搅拌等物理方法。
生物方法常用的酶类有胰蛋白酶、Dispase、核酸酶等。酶水解法脱细胞效果最显著,但是当酶的浓度过高或是作用时间过长时,在破坏细胞结构的同时可能会破坏生物活性物质,包括细胞外基质中的胶原蛋白、氨基葡聚糖等。因此,需要根据具体组织来确定酶处理的浓度、温度和作用时间。
不管是化学试剂还是酶对组织的渗透性都比较差,对组织中细胞和细胞成分的效应随作用时间延长而加强,对于一定厚度或致密的组织,需要长时间处理才能作用于组织内部。
残留的化学试剂会引起严重的炎症反应,所以在除去细胞后需要长时间反复淋洗以除去组织内的残留试剂,但长时间淋洗浸泡可能导致基质中胶原纤维间距增大,组织尺寸发生改变。这些因素导致了制备脱细胞基质的时间周期长,且存在试剂残留问题。为此,一些研究者不断对组织脱细胞处理工艺进行探索,以期获得更高效更安全的脱细胞工艺。
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