生物活性陶瓷材料释放的活性离子被证实可以调控细胞行为,能够促进细胞增殖、成骨和成血管,进而有利于组织修复,但是目前关于离子种类和浓度与生物活性关系的研究很少,导致单一离子的特定作用、离子组合的协同作用和最佳作用浓度仍然不明确,主要包括以下几个问题:(1)生物活性陶瓷材料释放离子的精确控制;(2)离子对不同组织不同细胞特定的生物学效应和最佳作用浓度;(3)具有可控离子释放的组织修复材料的设计。本论文以硅和锶离子为研究对象,提出了关于硅-锶体系生物陶瓷离子释放规律及对骨/心肌组织修复相关生物学效应研究的课题,首先探究了硅-锶体系生物活性陶瓷材料的化学组成和物相组成及外部生理微环境对其离子释放的影响,进一步研究了硅-锶离子在骨组织修复中的协同作用、最佳作用浓度和应用,最后受到上一步关于锶离子能够显著促进血管生成研究结果的启发,并联想到修复过程中需要大量血管重建的软组织—心肌组织,深入阐明了锶离子在心肌组织修复中的生物活性、最佳作用浓度和应用,为生物活性离子用于组织修复提供了可行的方法和理论依据。主要研究内容和结果如下:1)首次采用无容器技术制备具有不同化学组成的钙-锶-硅体系玻璃材料,并探究热处理温度对材料物相组成的影响,进而研究材料化学组成和物相组成对离子释放的影响,同时改变外部生理微环境,如p H和蛋白,阐明其对材料离子释放行为的影响规律。研究发现,无容器技术制备的化学成分可控的玻璃材料结合后期热处理,能够精确调控其物相组成。材料的化学组成和物相组成均能进一步调控材料的离子释放行为,同时改变溶解环境的p H也是调控材料离子释放的有效方法。本章研究结果对设计具有可控离子释放的生物材料具有重要的指导意义。同时,材料离子释放的精确可控也为接下来深入探究单一离子和离子协同对细胞行为的影响、最佳作用浓度和作用机制提供了可行的离子获得渠道。2)探究硅-锶离子对骨组织工程快速扩增人骨髓间充质干细胞(h BMSCs)的作用和最佳作用浓度,并阐明最佳作用浓度对h BMSCs干性维持的影响,进一步研究硅-锶离子对h BMSCs成骨分化的影响和最佳作用浓度,并在此基础上设计h BMSCs培育方法和骨组织工程支架材料,探究其在体内对成骨和成血管的影响。结果表明,硅和锶离子能够协同促进h BMSCs增殖并有利于其大量扩增后的干性维持,得到了最佳作用浓度,并基于此设计了h BMSCs的体外培养条件,使得体外短时间内获得了大量保持干性的h BMSCs。进一步发现了硅和锶离子能够协同促进h BMSCs成骨分化,得到了最佳作用浓度,并发现硅和锶离子协同促进h BMSCs成骨分化的最佳作用浓度要高于其协同促进h BMSCs增殖的最佳作用浓度。最后,基于硅和锶离子协同促进h BMSCs成骨分化的最佳作用浓度,设计了硅-锶离子复合可注射水凝胶,使其可以释放处于促进h BMSCs成骨分化作用浓度范围内的硅-锶离子,进而通过动物实验,裸鼠(BALB/c,6周龄,n=6)皮下移植,证明了负载h BMSCs的硅-锶离子复合水凝胶能够在体内促进成血管和成骨。通过对比硅和锶离子的生物学效应差异,结果显示硅离子在促进h BMSCs成骨分化中起到了主导作用,锶离子在促进h BMSCs增殖和成血管中起到了主导作用。本章研究结果为骨组织工程的设计提供了可行的方法,并在此基础上引申出了下一部分的研究工作,为其提供了理论指导。3)基于上一部分的研究结果,发现了锶离子在促进成血管方面具有比硅离子更显著的效果。除了硬组织修复以外,血管生成在软组织修复过程中也具有非常关键的作用,尤其是高度血管化的心肌组织的修复,因此,本章研究了锶离子对心肌修复相关细胞(内皮细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞和新生大鼠心肌细胞)的调控和对心肌损伤的修复作用。首先探究锶离子对血管形成的最佳作用浓度和作用机制,进而阐明锶离子对心肌细胞活性维持和缺氧损伤后修复抗凋亡的作用和最佳作用浓度,并基于此设计锶离子复合的水凝胶材料,通过体内实验探究其对心梗后心功能恢复的影响,进而通过血管形成和受损心肌细胞修复揭示锶离子促进心梗后心功能恢复的机制。研究发现,锶离子能够促进血管形成和血管成熟,得到了最佳作用浓度,并发现了其通过刺激旁分泌效应促进血管形成的作用机制。进一步发现了锶离子能促进新生大鼠心肌细胞活性维持,促进其缺氧损伤后的抗凋亡和修复,并得到了其最佳作用浓度。最后,基于锶离子的最佳作用浓度,设计了锶离子复合可注射水凝胶,并使其可以释放处于活性作用浓度范围内的锶离子,通过体内实验(雄性小鼠,BALB/c,12周龄,n=12),证明了锶离子复合水凝胶能够促进缺血再灌心梗模型心脏功能恢复,并发现了可能的作用机制是其释放的锶离子能够促进血管形成,进而恢复梗死区域的营养和氧气供给,并能够促进缺氧损伤后心肌细胞修复抗凋亡。我们的研究结果为心梗心肌组织的修复提供了新的可行的方法。