在组织工程领域,大量研究证实生物材料以及由其构成的组织工程支架不仅是组织构建过程中细胞生长的壁龛,其自身具有的多种活性信号,如结构信号、化学信号和力学信号,也会对细胞生长行为产生影响,继而调节组织修复过程。近年来,基于对组织发育及再生过程的进一步探究和了解,研究者逐渐认识到不同种类细胞-细胞间的相互交流在组织再生过程中也发挥重要作用。我们课题组前期研究显示,生物材料的各种活性信号对细胞-细胞间相互作用存在显著影响,从而进一步揭示了生物材料影响组织再生的潜在机制。然而,生物材料的各种活性信号在影响细胞生长行为和细胞-细胞间相互交流中扮演的具体角色以及其影响细胞-细胞间相互交流的作用机制尚不清楚。因此,本论文首先研究了两种典型的二维生物材料结构信号（电纺纳米纤维膜和二氧化钛纳米管（TNs）阵列）、一种典型的三维生物材料结构信号（多孔支架）和一种典型的生物材料化学信号（生物活性玻璃（BG）离子产物）对细胞生长行为的影响规律及扮演的不同角色。结果显示两种二维生物材料结构信号主要以表面牵引力等形式作用于细胞,影响细胞骨架结构继而调节细胞分化能力;多孔支架主要以贯通多孔结构容纳细胞持久快速增殖并维持细胞原有属性;而BG离子产物则主要以活性离子形式作用于细胞,影响细胞增殖并调节细胞分化功能。而且,研究结果还显示,TNs阵列和多孔支架的结构信号以及BG离子产物的化学信号均能影响人骨髓间充质干细胞（HBMSCs）与人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的细胞-细胞间相互交流,继而调节两种细胞的分化行为。研究报道,旁分泌作用在细胞-细胞间相互交流中至关重要。在通过旁分泌方式进行交流时,细胞分泌信号物质经细胞外环境递送给受体细胞,并对其生长行为进行调控。外泌体是活细胞主动分泌的一类携带有丰富信号物质的纳米囊泡,是细胞-细胞间旁分泌交流的重要信号物质载体。因此,本论文验证了外泌体在HBMSCs-HUVECs相互交流中发挥的重要作用,并进一步探究了BG离子产物对这两种细胞分泌外泌体的影响。结果显示,当细胞外泌体分泌受阻后,HBMSCsHUVECs相互作用即被显著抑制,而且BG离子产物在HBMSCsHUVECs相互交流中所发挥促进作用也被明显减弱,导致这两种细胞的分化能力显著下降。进一步研究发现,BG离子产物能明显促进HBMSCs和HUVECs分泌外泌体,同时提升两种细胞作为受体细胞时捕获内化外泌体的能力。而且,BG离子产物在不影响细胞所分泌外泌体基本囊泡特征时,明显增强HBMSCs所分泌外泌体的促血管化能力及HUVECs所分泌外泌体的促成骨分化能力。基于以上发现,本论文进一步探索了BG离子产物影响细胞外泌体分泌及其生物功能的分子机理。结果显示,BG离子产物在促进HBMSCs分泌外泌体时,主要通过上调细胞内中性鞘磷脂酶2（n SMase2）及Rab27a的基因表达和蛋白分泌,分别增强细胞内源性n SMases和Rab GTPase信号通路,继而促进细胞内腔内囊泡体（ILVs）的形成,同时加速成熟多囊泡体向质膜运转、停靠及融合,最终向细胞外空间释放出更多外泌体。而且,BG离子产物在促进ILVs生成时,可选择性地调节ILVs所携带各种信号物质的水平,如下调其微小RNA（mi R）-342-5p和上调mi R-1290的水平,从而增强HBMSCs所分泌外泌体的促血管化能力。本论文研究结果表明,BG离子产物所提供化学活性信号可通过增强细胞内源性外泌体分泌调控信号通路而稳定、安全地促进细胞分泌数量更多、生物功能更强的外泌体,同时提高受体细胞捕获内化外泌体的能力,最终通过增强细胞旁分泌作用而促进细胞-细胞间相互交流。本论文研究结果进一步阐明了生物材料活性信号在影响细胞生长行为时扮演的重要角色,并从外泌体的角度揭示了BG离子产物影响细胞-细胞间相互作用的潜在机制,为研究生物材料活性信号影响细胞-细胞间相互作用提供了一个新思路,并为提高外泌体产生以及外泌体生物功能修饰提供了一种简单可行的工程化策略。