利用仿生生物材料支架复合干细胞来修复和再生各类伤病组织或器官，是近年来组织工程与再生医学的一个研究热点。本文主要目的是研究通过电纺丝技术制备羟基磷灰石/胶原/壳聚糖（HAp/Col/CTS）纳米纤维支架来仿生天然骨组织的组分及纳米纤维结构，然后探索该支架对诱导性多能干细胞来源的间充质干细胞（iPSC-MSCs）的体外成骨诱导作用以及体内骨缺损的修复和再生功效。作为一种新的干细胞体系，iPSCs是由体细胞重编程而来，并具有强大自我更新能力和分化潜能的多能干细胞。与胚胎干细胞相比，iPSCs具有可建立大批量同源细胞而无伦理争议和免疫排斥性的优势；与间充质干细胞相比，iPSCs来源广泛，取材对患者无痛苦。而由iPSCs而来的MSCs干细胞（即iPSC-MSCs），不仅增殖能力强，能够表达MSCs的标志性基因和具备三系分化能力，而且相对于iPSCs其分化方向相对可控，具有较高的生物安全性（致瘤性低）。这些特点使iPSC-MSCs在骨组织工程研究领域具有更大的研究和应用价值。但是，如何在体内、体外环境下诱导其形成特异骨组织细胞是关键问题。由于天然的骨基质是骨/干细胞赖以生存的微环境，并直接调控着细胞的各种行为，利用精确仿生骨细胞生存微环境的生物材料支架来诱导iPSC-MSCs的成骨分化，将是一种最为直接有效的调控方式。本研究选取电纺HAp/Col/CTS纳米纤维来仿生天然骨基质组成和微-纳米结构。其中，HAp是自然骨中主要的无机成分，降解后的钙离子和磷酸根离子能促进骨组织修复，具有骨传导性和良好的成骨性能；Col是天然骨基质的主要有机成分，生物相容性优良，可与HAp在纳米尺度上复合形成HAp/Col复合纳米纤维，形成构建多级结构骨组织的基本结构单元；CTS是一种多糖生物大分子，在化学结构上与广泛存在于胞外基质中的氨基聚糖（GAG）类似，且其生物降解特性可通过酰基含量进行调控，一定程度上弥补了Col成分的降解特性不易控制的不足。因此，通过将这三种材料复合制得的纳米纤维不仅在组分上与骨基质的组成近似，而且具有聚合材料纳米纤维超结构，这为形成具有良好生物相容性、生物活性（如骨传导性与骨诱导性）以及优异的机械强度的高仿生骨组织工程支架提供了可能。理论上推测，我们预期该仿生活性HAp/Col/CTS纳米纤维支架将有利于iPSC-MSCs的生长、黏附及向成骨细胞定向分化。为此，在本研究中，我们首先采用原位共沉淀方法合成了HAp/CTS纳米复合材料，进而加入15wt%的Col与15wt%的PEO（均相对于CTS的质量比）并在乙酸水溶液中混合均匀后，在25-30%的湿度和30-35C的温度条件下进行电纺丝。通过表征分析发现，电纺制备的HAp/Col/CTS复合纤维的形貌良好，直径范围为190-230nm，并且HAp在纤维中的分布也比较均匀。同时复合纳米纤维中各成分之间存在着较强的相互作用，与纯Col相比其热稳定性与力学性能都有所提高，其中分解温度由纯Col的172C上升至235C，拉伸强度获得增强达2.54MPa，能够用于骨组织工程支架。其次，通过对小鼠源iPSCs先经过拟胚体阶段悬浮培养后再进行贴壁诱导，我们获得了iPSC-MSCs种子细胞。研究发现，第四代以后的iPSC-MSCs在Nanog, Oct3/4, Sox2这三种多性能基因表达上维持在一个较为平缓的低水平，既可以保证细胞的安全性又使其具备较强的增殖能力。并且该细胞的MSCs标志物CD90, CD29, CD44分别高达99.62%,99.14%,86.12%，而造血干细胞的标志物CD45仅为0.29%。证明iPSC-MSCs既具备iPSCs的同源性强、来源广、体外分化能力强，又具备MSCs的安全性、中胚层分化性并可定向诱导分化为成骨细胞的特性。因此iPSC-MSCs可作为一种优良的种子细胞用于本课题的骨组织工程研究中。接着，对iPSC-MSCs在CTS, HAp/CTS, HAp/Col/CTS纳米纤维支架及组织培养板（TCP）上培养不同时间后，我们考察了其形貌特征、细胞增殖、细胞迁移及成骨分化等特性，结果表明：HAp/Col/CTS对iPSC-MSCs具有很强的细胞亲和力，能够促进这些细胞的铺展与增殖，说明此材料具有良好的细胞相容性。骨相关基因Runx2, Ocn, Alp,Col的高表达如Runx2在HAp/Col/CTS纳米纤维膜上的表达量分别是TCP、CTS纳米纤维膜与HAp/CTS纳米纤维膜上的3.82、3.29、2.67倍，标志性蛋白（RUNX2与OCN）的高阳性率以及分泌蛋白（ALP与Col）的过量表达均证明该仿生支架材料具有优良的成骨诱导性。最后，以小鼠颅骨缺损为实验动物模型，我们研究了植入iPSC-MSCs复合HAp/Col/CTS仿生纳米纤维支架对骨缺损的修复功效。通过双源CT影像学、骨密度检测以及HE染色检测，发现复合iPSC-MSCs的HAp/Col/CTS仿生纳米纤维支架在小鼠颅骨缺损模型中能够刺激骨组织再生，在植入六周之后该组别的新生骨密度分别是空白对照组、CTS纳米纤维组、HAp/CTS纳米纤维组与HAp/Col/CTS纳米纤维组的3.35、2.91、2.88和2.14倍，均表现出极显著性差异（P＜0.01），呈现出最优的骨缺损修复效果，证明iPSC-MSCs/HAp/Col/CTS复合体具有突出的修复骨缺损潜力。总之，iPSCs在实现个性化的治疗领域有着巨大的优势和潜能，本研究首次利用HAp/Col/CTS纳米纤维支架来诱导iPSC-MSCs的成骨分化，结果证明该仿生支架可显著诱导iPSC-MSCs向成骨细胞分化，促进功能表达，对骨缺损的修复效果明显，具有优良的生物相容性与生物功能性，在骨组织工程中具有重要的应用前景。