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钛合金具有良好的生物相容性,出色的抗腐蚀性能和机械性能,在骨损伤治疗中得到了广泛应用。但其表面惰性诱发多种临床问题,需要对其表面进行功能化改性。microRNAs参与调控骨修复的各个过程,投递成骨相关microRNAs已经被证明能够有效促进骨愈合。因此,本文目的是设计一种microRNAs投递系统,实现体内稳定有效的microRNA转导,并对钛合金表面进行修饰,实现体内促进骨再生的功能。本文首先以商用基因转染剂分别将miR-21和反义miR-21(as-miR-21)转染到脐带血间充质干细胞(hUMSCs)中,研究miR-21促进hUMSCs成骨分化的能力及其机制。结果表明,hUMSCs内投递miR-21可显著提高成骨标志物碱性磷酸酶(ALP)、RUNT相关基因2(RUNX-2)和骨钙素(OCN)的表达,茜素红染色证明miR-21可促进hUMSCs成骨分化。本文同时证明,随着miR-21的上游调控作用,PI3K-AKT信号通路得以激活,进而促进GSK-3β的磷酸化,使得β-catenin得以稳定并入核后增加RUNX-2基因的表达,最终促进hUMSCs成骨分化。其次本文以原位聚合法制备了包载miRNA的纳米微囊,进一步通过静电作用与O-羧甲基壳聚糖(CMCS)复合,形成miRNA活化基质,避免了miRNA的漏出并且为细胞转染提供了更好的稳定性,同时活化基质具有良好的生物相容性。以此基质投递miR-21至hUMSCs,ALP及RUNX-2的表达均呈上升趋势,证明miR-21活化基质具有诱导干细胞成骨分化的能力。SD大鼠体内胫骨平台骨损伤部位注射基质后,分别于2周和4周考察活化基质促进骨修复能力,结果表明:注射基质后,miR-21相关靶点蛋白PTEN下调,β-catenin上调。并且与对照组相比具有更好的促进骨再生能力第三,本文以miR-29b活化基质修饰钛合金表面。该涂层不仅有利于细胞黏附以及增值,而且能够提供较高的细胞转染效率。此外,涂层可以调控miR-29b的靶点HDAC-4,并可体外诱导hUMSCs成骨分化。将miR-29b活化基质修饰的钛合金植入大鼠胫骨平台,分别在2周、4周、6周和8周考察钛合金表面骨的修复能力,结果表明:钛合金表面miR-29b涂层修饰后,能够极大提高其表面骨缺损愈合能力。此外,成骨相关标志物RUNX-2和OCN的表达水平提高且miR-29b靶点HDAC-4的表达下调,进一步证明miR-29b功能化涂层修饰后,能够极大提高钛合金表面骨再生能力。