超臨界CO2流體技術(shù)制備脫細(xì)胞外基質(zhì)材料及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

摘要： 脫細(xì)胞外基質(zhì)（decellularized extracellular matrix，dECM）材料在組織工程和再生醫(yī)學(xué)中具有重要應(yīng)用，超臨界CO2流體（supercritical CO2 fluid， SCF-CO2）技術(shù)已被證明可用于dECM材料的制備。文中綜述了SCF-CO2的基本原理、SCF-CO2脫細(xì)胞及其滅菌機(jī)制，介紹了輔助溶劑的使用與預(yù)處理技術(shù)對(duì)SCF-CO2脫細(xì)胞的影響，以及dECM材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。結(jié)果表明：與常規(guī)方法相比，具有高滲透性、高擴(kuò)散性的SCF-CO2能更有效地保持細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）的結(jié)構(gòu)完整性和生物活性，同時(shí)展現(xiàn)出高效滅菌的優(yōu)勢(shì)，且制備的dECM材料在組織修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有顯著應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞： 超臨界CO2流體；脫細(xì)胞外基質(zhì)；超臨界滅菌；組織工程

中圖分類號(hào)： R 318文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A"" 文章編號(hào)： 1000-5013（2024）05-0551-08

Supercritical CO2 Fluid Technology-Assisted Fabrication of Decellularized Extracellular Matrix Materials and Biomedical Applications

Abstract： Decellularized extracellular matrix （dECM） materials play a significant role in tissue engineering and regenerative medicine. Supercritical CO2 fluid （SCF-CO2） technology has been proven to be applicable in the preparation of dECM materials. By reviewing relevant literature in recent years， this paper summarizes the basic principles of SCF-CO2， the mechanisms of decellularization and sterilization by SCF-CO2， and discusses the impact of auxiliary solvents and pretreatment techniques on SCF-CO2-assisted decellularization， as well as the biomedical applications of dECM materials. The results show that， compared with conventional methods， SCF-CO2 with high permeability and high diffusivity could maintain the structural integrity and biological activity of extracellular matrix （ECM） more effectively and show the advantage of high sterilization efficiency. Moreover， the prepared dECM materials have significant potential for application in the field of tissue repair and regenerative medicine.

Keywords： supercritical carbon dioxidefluid； decellularized extracellular matrix； supercritical sterilization； tissue engineering

生物材料在組織工程與再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，具有巨大的臨床應(yīng)用前景。隨著生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的快速發(fā)展，脫細(xì)胞外基質(zhì)（decellularized extracellular matrix，dECM）材料因其獨(dú)特的生物相容性、低免疫原性和生物活性，在再生醫(yī)學(xué)、組織工程和藥物遞送等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。dECM材料通過去除具有免疫原性的細(xì)胞成分、同時(shí)保留天然細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix， ECM）成分和結(jié)構(gòu)以兼具生物相容性和生物活性。然而，傳統(tǒng)的脫細(xì)胞方法，如使用極性洗滌劑或強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液，可能會(huì)導(dǎo)致多糖的損失和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變；使用生物酶會(huì)因濃度過高或作用時(shí)間過長(zhǎng)破壞生物活性物質(zhì)且成本高昂。超臨界CO2流體（supercritical CO2 fluid， SCF-CO2）技術(shù)利用CO2在超臨界狀態(tài)下的高滲透性、高擴(kuò)散性和對(duì)極性組分（如蛋白質(zhì)和多糖）的低反應(yīng)性，有效地防止了在組織提取過程中生物分子的變性，從而最大限度地保留了ECM的天然成分和結(jié)構(gòu)，因此成為一種可能的脫細(xì)胞方法 ［1］。此外，溫和、綠色的SCF-CO2在dECM材料的滅菌中也展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文綜述了SCF-CO2的基本原理、SCF-CO2脫細(xì)胞及其滅菌機(jī)制，介紹了輔助溶劑的使用與預(yù)處理技術(shù)對(duì)SCF-CO2脫細(xì)胞的影響，以及dECM材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

1 SCF-CO2概述

超臨界流體技術(shù)是一種利用物質(zhì)在超臨界狀態(tài)下的特殊性質(zhì)進(jìn)行材料加工和化學(xué)合成的技術(shù)。當(dāng)一種特定物質(zhì)的溫度和壓力達(dá)到其臨界點(diǎn)之上時(shí)，如果對(duì)該氣體狀態(tài)的物質(zhì)施加壓力，它不會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，只是密度會(huì)增加，展現(xiàn)出類似液體的特性，同時(shí)仍然保持氣體的一些性質(zhì)，這種介于兩者之間的一種特殊流體狀態(tài)被稱為超臨界流體狀態(tài) ［2］。超臨界流體技術(shù)可以使用多種不同的流體作為溶劑，如水、甲醇、乙醇、丙烷和二氧化碳等，每種流體都有其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，適用于不同的應(yīng)用。其中，二氧化碳是最常用的超臨界流體，因?yàn)樗_(dá)到超臨界狀態(tài)的條件相對(duì)溫和（臨界溫度約為31.3 ℃，臨界壓力約為7.38 MPa），且對(duì)環(huán)境友好，具有較低的粘度、較高的擴(kuò)散性以及很好的溶解能力。

SCF-CO2因其獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，在材料加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，主要包括SCF-CO2萃取、SCF-CO2造粒、SCF-CO2發(fā)泡三個(gè)方面。SCF-CO2萃取技術(shù)是一種利用SCF-CO2為萃取劑，從液體或固體中萃取出特定成分的技術(shù) ［3］。SCF-CO2萃取在接近室溫的條件下操作，可以最大限度地保留食品的原有風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分，因此被廣泛應(yīng)用于在食品工業(yè)提取香料、油脂和色素等成分 ［4］。在醫(yī)藥與化妝品工業(yè)中，SCF-CO2萃取技術(shù)被用于提取藥物有效成分，可以保證產(chǎn)品的純天然性和無化學(xué)污染。SCF-CO2造粒技術(shù)是將溶質(zhì)溶解于超臨界流體中，通過特制的噴嘴進(jìn)行快速降壓膨脹，使溶質(zhì)瞬間形成大量的晶核并生長(zhǎng)成微粒，從而制備出粒度均勻、分布狹窄的超細(xì)微粒 ［5］，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)和生物醫(yī)藥領(lǐng)域制備高性能超細(xì)微粒材料和藥物微納米顆粒。SCF-CO2發(fā)泡技術(shù)利用超臨界流體的溶解和膨脹性質(zhì)，在材料內(nèi)部形成均勻分布的氣泡結(jié)構(gòu)，以制備出輕質(zhì)、高強(qiáng)度的發(fā)泡材料 ［6］，適宜于建筑材料和汽車工業(yè)領(lǐng)域制備輕質(zhì)、隔熱、隔音的發(fā)泡板材，輕量化、高性能的發(fā)泡零部件等，以及在生物醫(yī)藥領(lǐng)域制備具有良好生物相容性的多孔支架，可用于組織工程和再生醫(yī)學(xué) ［7］。

近年來，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，SCF-CO2因其低粘度和高擴(kuò)散性被廣泛地用于dECM材料的制備，可以有效去除具有免疫原性的細(xì)胞成分并最大限度保留其生物活性成分。與傳統(tǒng)的化學(xué)洗滌劑相比，SCF-CO2的使用能夠減少對(duì)ECM成分的損害，并且有效避免因洗滌劑殘留引起的細(xì)胞毒性。此外，SCF-CO2也因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在dECM材料的滅菌中也展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢(shì) ［8］。

2 SCF-CO2在dECM材料中的應(yīng)用

SCF-CO2制備dECM材料及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如圖1所示。

2.1 SCF-CO2用于脫細(xì)胞

dECM作為一種新興的生物材料，近年來在組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。dECM是通過去除組織或器官中的細(xì)胞成分，保留其ECM的結(jié)構(gòu)和成分得到的。dECM材料的來源廣泛，包括皮膚、心臟、血管、骨骼、軟骨等多種組織和器官。這些組織和器官經(jīng)過脫細(xì)胞處理后，可得到富含膠原蛋白、糖胺聚糖（glycosaminoglycans，GAGs）、生長(zhǎng)因子等生物活性物質(zhì)的dECM ［9］，對(duì)于細(xì)胞的增殖、遷移、黏附和分化具有重要影響，為組織工程和再生醫(yī)學(xué)提供了理想的生物材料。傳統(tǒng)上，動(dòng)物組織的脫細(xì)胞過程涉及物理、化學(xué)和生物方法的多種組合，如使用酸堿溶劑、洗滌劑、生物酶處理或通過反復(fù)凍融來實(shí)現(xiàn) ［10］。然而，在這些脫細(xì)胞方法中，為防止因化學(xué)試劑引起ECM成分的損失降解是一個(gè)挑戰(zhàn)。ECM中的一些關(guān)鍵物質(zhì)，例如糖蛋白和生長(zhǎng)因子，對(duì)于組織再生至關(guān)重要，但它們可能會(huì)因洗滌劑的表面活性作用而變性或被移除。SCF-CO2作為一種溫和的處理方法，可以在較低的溫度和壓力下有效地去除細(xì)胞成分，同時(shí)避免對(duì)ECM結(jié)構(gòu)的破壞。如圖2所示，SCF-CO2滲透擴(kuò)散至原始組織細(xì)胞內(nèi)，將細(xì)胞脹大破裂使細(xì)胞內(nèi)容物流出，留下ECM成分與結(jié)構(gòu)。

基于SCF-CO2制備的dECM材料具有優(yōu)異的生物相容性、低免疫原性和生物活性，在組織工程、再生醫(yī)學(xué)和藥物遞送等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景 ［11］。CO2分子是非極性的，但在超臨界狀態(tài)下，其溶劑特性可以發(fā)生變化，如SCF-CO2能夠溶解一些通常難溶于非極性溶劑的極性物質(zhì) ［12］。SCF-CO2通過滲透進(jìn)入組織，利用其溶解能力將細(xì)胞內(nèi)的部分成分溶解，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)容物的去除。此外，SCF-CO2可以增加細(xì)胞膜的流動(dòng)性，加速細(xì)胞膜破裂，釋放細(xì)胞內(nèi)容物，進(jìn)一步促進(jìn)脫細(xì)胞過程。由于不涉及化學(xué)試劑的使用，SCF-CO2脫細(xì)胞在去除DNA的同時(shí)可以較大程度地保留ECM，相較于傳統(tǒng)的脫細(xì)胞方法展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。SCF-CO2脫細(xì)胞技術(shù)是一種綠色高效的脫細(xì)胞方法，然而，SCF-CO2本身可能不足以完全去除組織中的所有細(xì)胞成分，特別是當(dāng)組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜或細(xì)胞間連接緊密時(shí) ［13］。因此，研究通過引入輔助溶劑和優(yōu)化預(yù)處理步驟等方法，可以進(jìn)一步提升SCF-CO2脫細(xì)胞的效率。

2008年，Sawada等 ［14］首次嘗試使用SCF-CO2進(jìn)行豬主動(dòng)脈的脫細(xì)胞。但是單獨(dú)使用SCF-CO2不能完全去除細(xì)胞核，而添加乙醇作為輔助溶劑后可以成功地從主動(dòng)脈徹底去除細(xì)胞核。輔助溶劑的作用機(jī)制是通過與SCF-CO2混合，降低其表面張力，增加其溶解極性分子的能力。這些溶劑可以是極性小分子、表面活性劑或酶，它們能夠與細(xì)胞膜相互作用，削弱細(xì)胞間的連接，從而促進(jìn)細(xì)胞的分離和去除。例如，表面活性劑可以降低細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，使得SCF-CO2更容易滲透進(jìn)入細(xì)胞并去除細(xì)胞成分。在一項(xiàng)軟骨組織的脫細(xì)胞研究中 ［15］，以乙醇為助溶劑使用SCF-CO2進(jìn)行脫細(xì)胞處理，不僅成功去除了DNA，而且在dECM中培養(yǎng)的軟骨細(xì)胞，其COL-Ⅱ和聚集蛋白的基因表達(dá)水平有所增加，表明細(xì)胞在培養(yǎng)過程中保持了較高的活性。此外，將上述軟骨dECM材料應(yīng)用于軟骨缺損的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，觀察到植入的dECM材料與周圍的天然組織實(shí)現(xiàn)了良好的整合。在Anton團(tuán)隊(duì)的研究中，通過使用親CO2洗滌劑（Ls-54）與SCF-CO2共溶劑成功進(jìn)行了軟骨、肌腱和皮膚的脫細(xì)胞 ［16］。

另外，使用輔助溶劑的另一個(gè)重要考慮是它們的生物相容性和環(huán)境影響。理想的輔助溶劑應(yīng)該具有良好的生物相容性，不會(huì)對(duì)后續(xù)的細(xì)胞培養(yǎng)或組織工程應(yīng)用產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，考慮到成本和環(huán)境可持續(xù)性，輔助溶劑的回收和再利用也是重要的考量因素。盡管使用輔助溶劑可以顯著提高SCF-CO2脫細(xì)胞的效率，但仍存在一些問題和限制，如當(dāng)組織結(jié)構(gòu)致密時(shí)，即使使用輔助溶劑也需要較長(zhǎng)的處理時(shí)間，且某些輔助溶劑可能難以從最終產(chǎn)品中完全去除。因此，研究人員需要不斷探索優(yōu)化脫細(xì)胞過程，以實(shí)現(xiàn)更高效、經(jīng)濟(jì)的脫細(xì)胞技術(shù)。

為了使SCF-CO2和輔助溶劑能夠更好地通過滲透和溶解作用將細(xì)胞成分從ECM中分離出來，選擇合適的預(yù)處理方法是關(guān)鍵的一步 ［13］。預(yù)處理的目的是使組織更易于SCF-CO2處理，從而提高脫細(xì)胞效率并減少對(duì)ECM成分的損害。常見的預(yù)處理方法主要包括物理處理和化學(xué)處理兩種方式。物理預(yù)處理技術(shù)包括凍融循環(huán)、機(jī)械攪拌或壓力處理。凍融循環(huán)通過冷凍和融化的過程破壞細(xì)胞膜，釋放細(xì)胞內(nèi)容物，為SCF-CO2的滲透創(chuàng)造通道；機(jī)械攪拌通過物理方式促進(jìn)SCF-CO2與組織接觸，加速細(xì)胞成分的去除；壓力處理通過改變細(xì)胞的結(jié)構(gòu)完整性，幫助SCF-CO2更深入地滲透到組織內(nèi)部。化學(xué)預(yù)處理通常涉及使用低濃度的表面活性劑或酶，低濃度的非離子表面活性劑（如Triton X-100）可以輕微破壞細(xì)胞膜，有助于SCF-CO2的滲透和細(xì)胞內(nèi)容物的去除；特定的酶，如膠原酶或透明質(zhì)酸酶，可以特異性地分解ECM中的某些成分，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)容物的分離和去除。要注意的是，酶處理需要精確控制用量，以避免過度破壞ECM。

聯(lián)合預(yù)處理方法結(jié)合了物理和化學(xué)處理的優(yōu)勢(shì)，通過相互補(bǔ)充提高脫細(xì)胞效率，同時(shí)減少對(duì)ECM的損害。例如，可以先使用凍融循環(huán)或機(jī)械攪拌破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，再使用低濃度的化學(xué)試劑進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞的去除。預(yù)處理?xiàng)l件的優(yōu)化同樣重要，需要根據(jù)具體的組織類型和所需的ECM特性進(jìn)行調(diào)整。這包括確定最佳的凍融循環(huán)次數(shù)，機(jī)械攪拌的強(qiáng)度、時(shí)間和壓力處理的參數(shù)，以及化學(xué)試劑的濃度和處理時(shí)間等。SCF-CO2應(yīng)用于脫細(xì)胞的研究結(jié)果，如表1所示。

2.2 SCF-CO2用于滅菌

對(duì)于dECM材料的臨床轉(zhuǎn)化和實(shí)施，除了成功制備以外，還必須包括有效的滅菌方法。在材料植入體內(nèi)之前，最關(guān)鍵的步驟是確保其經(jīng)過徹底的滅菌處理，以避免因植入物引起的感染和免疫反應(yīng)，從而提高植入的成功率及安全性。選擇滅菌技術(shù)必須綜合考慮脫細(xì)胞組織移植物的大小、復(fù)雜性，以及對(duì)結(jié)構(gòu)完整性和ECM的影響。常用的滅菌技術(shù)包括γ輻照、電子輻照及環(huán)氧乙烷（ETO）處理。γ輻照是一種冷過程，使用放射性同位素鈷60作為輻射源，可以在無需額外處理的情況下對(duì)濕物料進(jìn)行滅菌，適合于熱敏感的生物材料。然而，輻照過程可能會(huì)對(duì)ECM的膠原蛋白網(wǎng)絡(luò)造成一定程度的損害 ［23］。電子輻照也是一種冷殺菌工藝，使用電子加速器作為輻射源，與伽馬輻照相似，能夠有效破壞微生物DNA，但同樣也可能對(duì)ECM造成損傷。ETO是一種烷基化劑，將材料暴露于ETO氣體中能夠通過破壞DNA來阻止微生物的復(fù)制，但由于其在材料中的滲透性有限，僅能作用于材料表面，可能需要額外的步驟以確保完全滅菌 ［24］。

1951年，F(xiàn)raser首次報(bào)告SCF-CO2作為一種滅菌方法 ［25］。在后來研究中，SCF-CO2殺菌作用被大量的文獻(xiàn)證明，并廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)療等領(lǐng)域中。SCF-CO2是一種具有化學(xué)惰性、易獲得、溶解能力高、粘度低以及高擴(kuò)散系數(shù)等物理化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)，能夠不受多孔隙及結(jié)構(gòu)較復(fù)雜材料的影響，穿透材料后可作用在病原微生物上，對(duì)細(xì)菌、酵母菌、霉菌、病毒等微生物具有很好的殺滅能力 ［26］。

多年來，一些研究人員一直致力于了解SCF-CO2滅菌作用背后的機(jī)制。根據(jù)Garcia-Gonzalez等 ［27］的假設(shè)，SCF-CO2滅菌涉及H2CO3的形成和解離，擴(kuò)散進(jìn)細(xì)胞膜內(nèi)后會(huì)增加膜的流動(dòng)性與通透性；同時(shí)，也會(huì)使細(xì)胞內(nèi)的pH值降低，導(dǎo)致關(guān)鍵酶的失活、細(xì)胞代謝受抑制，最終導(dǎo)致細(xì)胞平衡紊亂、細(xì)胞成分流失，實(shí)現(xiàn)滅菌效果。SCF-CO2滅菌過程，如圖3所示

因此，SCF-CO2為脫細(xì)胞外基質(zhì)材料的滅菌提供了一種非熱、非化學(xué)的方法。但在大部分情況下，SCF-CO2本身不足以使全部的病原體滅活，所以SCF-CO2可以與抗菌劑、氧化劑等輔助劑結(jié)合使用，進(jìn)一步提高滅菌效果和效率 ［28］。有研究顯示，添加低劑量過氧乙酸的SCF-CO2處理可有效滅活細(xì)菌，同時(shí)保持生物力學(xué)性能，這創(chuàng)造了在一個(gè)步驟過程中整合脫細(xì)胞和滅菌的可能性，從而提高了效率。

de Wit等 ［8］采取三種方法對(duì)使用SCF-CO2制備的豬氣管脫細(xì)胞支架材料進(jìn)行滅菌，分別是NaOH清洗后γ射線照射滅菌、僅有γ射線照射滅菌，以及SCF-CO2配合低劑量過氧乙酸滅菌。研究結(jié)果顯示，與γ射線滅菌相比，用SCF-CO2滅菌后支架材料的功能結(jié)果更接近于原始?xì)夤?。在Ryan等 ［29］的研究中比較了SCF-CO2、電解水、γ射線、乙醇-過氧乙酸和過氧化氫方法對(duì)脫細(xì)胞豬心臟主動(dòng)脈瓣無菌性和機(jī)械完整性的影響。通過組織學(xué)、微生物培養(yǎng)和電子顯微鏡分析，發(fā)現(xiàn)乙醇-過乙酸和SCF-CO2處理的瓣膜是無菌的，而且SCF-CO2處理的瓣膜尖端拉伸性能高于其他技術(shù)處理的瓣膜，且在用SCF-CO2滅菌處理的脫細(xì)胞瓣膜中發(fā)現(xiàn)了優(yōu)異的無菌性和完整性。綜上所述，SCF-CO2為dECM材料提供了一種理想的滅菌方法。

3 dECM材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

3.1 3D打印

在3D生物打印領(lǐng)域，dECM溶液可以通過改變溫度和離子濃度形成固態(tài)作為生物墨水，為細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移和分化提供理想的支持環(huán)境，為構(gòu)建具有生物活性的組織或器官提供了可能 ［30］。通過將dECM與其他生物材料或細(xì)胞結(jié)合，可以打印出與原生組織相似的結(jié)構(gòu)，為組織工程和再生醫(yī)學(xué)提供了新的解決方案。Daniel等 ［31］的工作中突出了基于SCF-CO2來提取由不同細(xì)胞類型（人真皮成纖維細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞）組成的細(xì)胞片的ECM成分，用于制備dECM生物墨水的優(yōu)勢(shì)，并開拓了dECM生物墨水在打印組織樣結(jié)構(gòu)開發(fā)中的前景。

3.2 水凝膠

dECM水凝膠的形成是一種基于膠原蛋白的自組裝過程，同時(shí)受到其他的蛋白成分、GAGs以及蛋白多糖的影響。dECM干燥粉末經(jīng)胃蛋白酶消化后，通過調(diào)節(jié)pH值、鹽離子濃度與溫度以誘導(dǎo)形成凝膠。dECM水凝膠結(jié)合了dECM的生物活性和水凝膠的吸水性，具有模擬生理基質(zhì)環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞粘附、浸潤(rùn)和增殖的能力 ［32］。在皮膚創(chuàng)面修復(fù)、軟骨再生等領(lǐng)域，dECM水凝膠能夠作為傷口敷料或細(xì)胞載體，加速組織的修復(fù)和再生，從而促進(jìn)細(xì)胞的增殖和分化。Seo等 ［1］開發(fā)了一種使用SCF-CO2-乙醇共溶劑系統(tǒng)代替洗滌劑處理方法的心臟組織脫細(xì)胞方法，所制備的心臟dECM水凝膠有效促進(jìn)了血管生成。

3.3 組織工程支架

dECM材料還可作為組織工程支架，能夠支持細(xì)胞的粘附和增殖，為細(xì)胞的生長(zhǎng)和組織的形成提供模板 ［33］。在骨缺損修復(fù)、神經(jīng)修復(fù)再生等領(lǐng)域中，dECM生物支架已被廣泛應(yīng)用。超臨界脫細(xì)胞過程可以能夠保持動(dòng)物組織原有的三維結(jié)構(gòu)，有效去除組織內(nèi)的抗原性細(xì)胞和遺傳物質(zhì)。因此，采用SCF-CO2進(jìn)行脫細(xì)胞的多種組織已被廣泛應(yīng)用于組織工程支架，以促進(jìn)受損部位的修復(fù)再生。

Wang等 ［34］報(bào)道了一種用SCF-CO2技術(shù)從豬皮中制備脫細(xì)胞真皮基質(zhì)的方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示4 cm×3 cm的全層創(chuàng)面經(jīng)dECM處理后，創(chuàng)面缺損未出現(xiàn)組織學(xué)類型的異常纖維化或細(xì)胞團(tuán)簇。有研究表示，SCF-CO2處理后的脫細(xì)胞組織也可用于角膜移植實(shí)驗(yàn)。即使在豬與兔的異種移植實(shí)驗(yàn)中，移植的SCF-CO2脫細(xì)胞組織也沒有表現(xiàn)出任何細(xì)胞毒性或炎癥反應(yīng)。經(jīng)過板層角膜移植術(shù)，將眼睛的基質(zhì)部位移除并用植入物代替，觀察到脫細(xì)胞組織和原生眼組織完全融合，脫細(xì)胞組織被角質(zhì)形成細(xì)胞浸潤(rùn)，未觀察到免疫細(xì)胞識(shí)別和分化 ［35］。此外，使用SCF-CO2對(duì)神經(jīng)組織進(jìn)行脫細(xì)胞，能更有效地保留神經(jīng)組織中的ECM成分，植入后能夠?yàn)檩S突提供物理引導(dǎo)和化學(xué)信號(hào)，促進(jìn)受損神經(jīng)的再生和修復(fù)。Kim等 ［21］的研究表明，基于SCF-CO2的方法比傳統(tǒng)的化學(xué)脫細(xì)胞能夠更好地保存ECM成分和機(jī)械性能，以及更好地促進(jìn)細(xì)胞反應(yīng)。

4 結(jié)論與展望

綜上所述，SCF-CO2因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，如高滲透性、高擴(kuò)散性以及綠色高效等特點(diǎn)，在dECM材料的制備過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。深入了解SCF-CO2脫細(xì)胞和滅菌原理，不僅能夠更好地掌握其在dECM材料制備中的核心作用機(jī)制，還有助于進(jìn)一步優(yōu)化SCF-CO2的應(yīng)用工藝，這對(duì)于對(duì)提高dECM材料的制備效率、降低生產(chǎn)成本，以及促進(jìn)dECM材料的產(chǎn)品開發(fā)、臨床應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］ SEO Y，JUNG Y，KIM S H.Decellularized heart ECM hydrogel using supercritical carbon dioxide for improved angiogenesis［J］.Acta Biomaterialia，2018，67：270-281.DOI：10.1016/j.actbio.2017.11.046.

［2］ COUNSELL J F，EVERETT D H.Nature of fluids in the hypercritical region［J］.Nature，1960，188（4750）：576-577.DOI：10.1038/188576a0.

［3］ YOUSEFI M，RAHIMI NASRABADI M，POURMORTAZAVI S M，et al.Supercritical fluid extraction of essential oils［J］.Trends in Analytical Chemistry，2019，118：182-193.DOI：10.1016/j.trac.2019.05.038.

［4］ 呂東燦，劉運(yùn)權(quán)，王奪，等.生物油萃取分離技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展，2012，31（7）：1425-1431.DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2012.07.025.

［5］ FRANCO P，DE MARCO I.Nanoparticles and nanocrystals by supercritical CO2-assisted techniques for pharmaceutical applications：areview［J］.Applied Sciences，2021，11（4）：1476.DOI：10.3390/app11041476.

［6］ DONG Mengyao，WANG Gang，ZHANG Xiangning，et al.An overview of polymer foaming assisted by supercritical fluid［J］.Advanced Composites and Hybrid Materials，2023，6（6）：207.DOI：10.1007/s42114-023-00790-6.

［7］ KANKALA R K，ZHANG Y S，WANG Shibin，et al.Supercritical fluid technology： An emphasis on drug delivery and related biomedical applications［J］.Advanced Healthcare Materials，2017，6（16）：1700433.DOI：10.1002/adhm.201700433.

［8］ DE WIT R J J，VAN DIS D J，BERTRAND M E，et al.Scaffold-based tissue engineering： Supercritical carbon dioxide as an alternative method for decellularization and sterilization of dense materials［J］.Acta Biomaterialia，2023，155：323-332.DOI：10.1016/j.actbio.2022.11.028.

［9］ BEJLERI D，DAVIS M E.Decellularized extracellular matrix materials for cardiac repair and regeneration［J］.Advanced Healthcare Materials，2019，8（5）：1801217.DOI：10.1002/adhm.201801217.

［10］ YAO Qing，ZHENG Yawen，LAN Qinghua，et al.Recent development and biomedical applications of decellularized extracellular matrix biomaterials［J］.Materials Science and Engineering： C，2019，104：109942.DOI：10.1016/j.msec.2019.109942.

［11］ KIM B S，KIM J U，LEE JW，et al.Comparative analysis of supercritical fluid-based and chemical-based decellularization techniques for nerve tissue regeneration［J］.Biomaterials Science，2024，12（7）：1847-1863.DOI：10.1039/D3BM02072J.

［12］ KANG Xing，MAO Liuhao，SHI Jinwen，et al.Supercritical carbon dioxide systems for sustainable and efficient dissolution of solutes：a review［J］.Environmental Chemistry Letters，2024，22（2）：815-839.DOI：10.1007/s10311-023-01681-4.

［13］ CHASCHIN I S，BRITIKOV D V，KHUGAEV G A，et al.Decellularization of the human donor aortic conduit by a new hybrid treatment in a multicomponent system with supercritical CO2 and Tween 80［J］.The Journal of Supercritical Fluids，2022，180：105452.DOI：10.1016/j.supflu.2021.105452.

［14］ SAWADA K，TERADA D，YAMAOKA T，et al.Cell removal with supercritical carbon dioxide for acellular artificial tissue［J］.Journal of Chemical Technology amp; Biotechnology，2008，83（6）：943-949.DOI：10.1002/jctb.1899.

［15］ CHEN Yiting，LEE H S，HSIEH D J，et al.3D composite engineered using supercritical CO2 decellularized porcine cartilage scaffold，chondrocytes，and PRP：Role in articular cartilage regeneration［J］.Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine，2021，15（2）：163-175.DOI：10.1002/term.3162.

［16］ KIM B S，KIM J U，LEE J W，et al.Comparative analysis of supercritical fluid-based and chemical-based decellularization techniques for nerve tissue regeneration［J］.Biomaterials Science，2024，12（7）：1847-1863.DOI：10.1039/D3BM02072J.

［17］ ANTONS J，MARASCIO M G M，AEBERHARD P，et al.Decellularised tissues obtained by a CO2-philic detergent and supercritical CO2［J］.European Cells and Materials，2018，36：81-95.DOI：10.22203/eCM.v036a07.

［18］ TOPUZ B，GüNAL G，GULER S，et al.Chapter 4 - Use of supercritical CO2 in soft tissue decellularization ［M］//CABALLERO D，KUNDU S C，REIS R L.Methods in Cell Biology.Academic Press.2020：49-79.DOI：10.1016/bs.mcb.2019.10.012.

［19］ GULER S，ASLAN B，HOSSEINIAN P，et al.Supercritical carbon dioxide-assisted decellularization of aorta and cornea［J］.Tissue Engineering Part C： Methods，2017，23（9）：540-547.DOI：10.1089/ten.tec.2017.0090.

［20］ GAFAROVA E R，GREBENIK E A，LAZHKO A E，et al.Evaluation of supercritical CO2-assisted protocols in a model of ovine aortic root decellularization［J］.Molecules，2020，25（17）：3923.DOI：10.3390/molecules25173923.

［21］ CHUNG S，KWON H，KIM N P.Supercritical extraction of decellularized extracellular matrix from porcine adipose tissue as regeneration therapeutics［J］.Journal of Cosmetic Medicine，2019，3（2）：86-93.DOI：10.25056/JCM.2019.3.2.86.

［22］ CASALI D M，HANDLETON R M，SHAZLY T，et al.A novel supercritical CO2-based decellularization method for maintaining scaffold hydration and mechanical properties［J］.The Journal of Supercritical Fluids，2018，131：72-81.DOI：10.1016/j.supflu.2017.07.021.

［23］ AFFATATO S，BORDINI B，F(xiàn)AGNANO C，et al.Effects of the sterilisation method on the wear of UHMWPE acetabular cups tested in a hip joint simulator［J］.Biomaterials，2002，23（6）：1439-1446.DOI：10.1016/s0142-9612（01）00265-4.

［24］ MENDES G ，BRANDO T，SILVA C.Ethylene oxide sterilization of medical devices：A review［J］.American Journal of Infection Control，2007，35（9）：574-581.DOI：10.1016/j.ajic.2006.10.014.

［25］ FRASER D.Bursting bacteria by release of gas pressure［J］.Nature，1951，167（4236）：33-34.DOI：10.1038/167033b0.

［26］ ZHANG Jian，DAVIS T A，MATTHEWS M A，et al.Sterilization using high-pressure carbon dioxide［J］.The Journal of Supercritical Fluids，2006，38（3）：354-372.DOI：10.1016/j.supflu.2005.05.005.

［27］ GARCIA-GONZALEZ L，GEERAERD A H，SPILIMBERGO S，et al.High pressure carbon dioxide inactivation of microorganisms in foods：The past，the present and the future［J］.International Journal of Food Microbiology，2007，117（1）：1-28.DOI：：10.1016/j.ijfoodmicro.2007.02.018.

［28］ SHIEH E，PASZCZYNSKI A，WAI C M，et al.Sterilization of bacillus pumilus spores using supercritical fluid carbon dioxide containing various modifier solutions［J］.Journal of Microbiological Methods，2009，76（3）：247-252.DOI：10.1016/j.mimet.2008.11.005.

［29］ HENNESSY R S，JANA S，TEFFT B J，et al.Supercritical carbon dioxide–based sterilization of decellularized heart valves［J］.JACC：Basic to Translational Science，2017，2（1）：71-84.DOI：10.1016/j.jacbts.2016.08.009.

［30］ 閆伽寧，胥義.脫細(xì)胞基質(zhì)生物墨水制備方法及應(yīng)用進(jìn)展［J］.生物工程學(xué)報(bào)，2021，37（11）：4024-4035.DOI：10.13345/j.cjb.210091.

［31］ REIS D P，DOMINGUES B，F(xiàn)IDALGO C，et al.Bioinks enriched with ECM components obtained by supercritical extraction［J］.Biomolecules，2022，12（3）：394.DOI：10.3390/biom12030394.

［32］ SALDIN L T，CRAMER M C，VELANKAR S S，et al.Extracellular matrix hydrogels from decellularized tissues：Structure and function［J］.Acta Biomaterialia，2017，49：1-15.DOI：10.1016/j.actbio.2016.11.068.

［33］ ZHANG Ying，ZHANG Chenyu，LI Yuwen，et al.Evolution of biomimetic ECM scaffolds from decellularized tissue matrix for tissue engineering：A comprehensive review［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2023，246：125672.DOI：10.1016/j.ijbiomac.2023.125672.

［34］ WANG C H，HSIEH D J，PERIASAMY S，et al.Regenerative porcine dermal collagen matrix developed by supercritical carbon dioxide extraction technology：Role in accelerated wound healing［J］.Materialia，2020，9：100576.DOI：10.1016/j.mtla.2019.100576.

［35］ HUANG Y H，TSENG F W，CHANG W H，et al.Preparation of acellular scaffold for corneal tissue engineering by supercritical carbon dioxide extraction technology［J］.Acta Biomaterialia，2017，58：238-243.DOI：10.1016/j.actbio.2017.05.060.