关节软骨一旦损伤很难自行愈合,如不及时处理,关节软骨基质的降解容易导致骨性关节炎甚至残疾。基于种子细胞、支架、生长因子的软骨组织工程学的发展为软骨再生修复开辟了新的途径。水凝胶由于其具有仿生细胞外基质的性能,已成为一种理想的种子细胞支架材料。然而,传统化学交联的水凝胶支架存在自修复性能弱、生物安全性差以及三维静态网络的形成往往不利于软骨细胞增殖、软骨基质分泌等问题。基于可逆键构建的超分子水凝胶不仅能够仿生细胞外基质的动态粘弹性,还具有独特的可注射、剪切变稀的性能,有利于细胞的友好输送。利用可逆键的断裂与重组,注射后超分子凝胶能够快速实现力学恢复及网络自愈合,有利于细胞的原位固定。此外,超分子水凝胶形成的三维动态微环境对于软骨细胞表型的维持以及软骨特征基质的分泌至关重要。基于此,本论文开展了下列研究:首先,基于四重氢键和温度诱导的疏水自组装协同相互作用,利用双键功能化的脲基-嘧啶酮基团(UPy MA)、温敏单体2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯(DEGMA)和双键功能化的透明质酸(HAMA)的自由基聚合,成功制备了基于透明质酸的支化超分子共聚物(HDU)及其功能水凝胶。HDU共聚物中PDEGMA链段具有温敏特性,在其最低临界溶解温度(lower critical solution temperature,LCST)以上可自组装形成疏水微相,有利于提高UPy四重氢键二聚体在极性水环境下的稳定性,从而赋予HDU超分子凝胶独特的温敏性和自修复性能。流变测试结果表明形成的HDU超分子凝胶具有快速可逆的溶胶-凝胶转变性能以及优异的自修复性能和注射性能。细胞三维培养和SD大鼠皮下注射的结果表明HDU超分子凝胶具有良好的细胞相容性和组织相容性。此外,通过在HDU超分子凝胶体系中引入明胶(Gelatin)大分子,基于冰晶模板法构建具有大孔结构和水诱导形变恢复的HDU/Gelatin杂化超分子凝胶。大孔结构和水诱导的形变恢复性能有利于细胞的三维浸润。通过对微结构的调控,HDU/Gelatin杂化超分子凝胶能够维持网络中的软骨细胞呈球形,有利于软骨细胞功能的维持。优选适合软骨细胞三维培养的HDU超分子凝胶,在体外细胞水平、体内动物学水平我们系统评估了HDU超分子凝胶作为软骨细胞载体促进软骨损伤修复的效果。采用荧光定量PCR仪表征软骨特征基因的表达,结果表明HDU超分子凝胶形成的三维微环境有利于软骨细胞表型的维持;采用细胞免疫荧光染色和组织学染色评估体外新生组织的形成,结果表明随着培养天数的延长,软骨细胞分泌的特异性基质逐渐增多,且分泌的基质主要是II型胶原蛋白和糖胺聚糖。在此基础上,构建SD大鼠和新西兰大白兔关节软骨缺损模型,进一步验证了HDU超分子凝胶作为软骨细胞载体促进体内软骨再生的效果,结果表明包封有软骨细胞的HDU超分子凝胶能够促进软骨特征基质的分泌。最后,本研究进一步探索了HDU超分子水凝胶的骨软骨一体化修复潜在应用。纳米粘土(Laponite)可促进细胞粘附、增殖以及成骨分化,我们利用Laponite与HDU超分子凝胶之间形成的物理相互作用,构建了HDU/Laponite纳米复合水凝胶。与HDU超分子凝胶相比,Laponite的引入能够提高纳米复合凝胶的力学性能。HDU/Laponite纳米复合凝胶具有优异的剪切变稀性能,有利于细胞的三维培养。进一步,利用HDU超分子凝胶和HDU/Laponite纳米复合凝胶之间的自我整合性(Self-integrating),以HDU超分子凝胶为上层软骨细胞载体、HDU/Laponite纳米复合凝胶为下层干细胞载体,可形成双相复合水凝胶,并在动物水平验证了双相复合水凝胶的组织相容性及骨软骨一体化修复效果。