近年来,由于创伤、外科切除术后或先天畸形造成的骨缺损的重建仍然是骨科和颌面外科临床实践所面临的重大问题。骨组织包含占干重65-70%的无机成分,主要是羟基磷灰石,占干重30-35%的有机基质,主要是胶原,包含骨组织有机成分和无机成分以及具有骨组织再生能力的骨膜结构的生物活性支架可作为自体移植的替代品。聚己内酯(PCL)由于具有良好的生物相容性和加工性能广泛用于组织工程中,但由于其高疏水性和体内的低降解性使它不适合在体内长期应用。但聚己内酯具有良好的力学强度。PLGA构成骨架的优点是比表面积大,有利于细胞黏附和养分扩散,对细胞存活和生长有利。纳米羟基磷灰石(n HA)的结构非常接近天然骨中的无机组成成分,易于形成骨性结合并能有效促进成骨细胞粘附、增殖及分泌基质。纯化的纳米羟基磷灰石的直径为20-40 nm,包含官能团OH,能在一定程度上中和PLGA在降解过程中产生的酸性产物,降低周围组织的炎性反应。壳聚糖(CS)是天然的聚阳离子多糖,可促进多种细胞的黏附与表达。聚酰胺(PA)是一类性能优良的医用高分子材料,在结构上与人体胶原蛋白分子十分相似。骨髓间充质干细胞(BMSCs)是一种成体干细胞,具有免疫原性低、获取容易、较少的伦理问题和较低的肿瘤发生的风险,常被作为骨组织工程理想的种子细胞。本论文旨在以聚己内酯作为基体,采用熔融共混/粒子沥滤的工艺路线,与不同高分子聚合物共混,引入纳米羟基磷灰石增强聚合物的生物活性,以Na Cl和PVP作为共同致孔剂,通过熔融成型与致孔剂沥滤相结合的方法制成多孔复合骨支架材料。分析支架材料的结构,对支架的性能进行了评估,探索了骨髓间充质干细胞在支架上的粘附、增殖和分化,以及成骨相关基因的表达情况。本论文主要从以下几个方面开展工作:1.支架制备:以聚己内酯为基体,分别与不同高分子聚合物PLGA、壳聚糖、聚酰胺共混,加入纳米羟基磷灰石,制备了新型功能性的多孔骨组织支架材料。2.支架的表征:扫描电镜(SEM)显示聚合物纤维很好融入到PCL基体中,联通了分散的单孔,保持了必要的空间互联孔隙网络。支架的孔隙率为64.47±0.05%到75.74±1.21%;支架的平均孔径为154.36±1.32μm到179.07±0.75μm。利于细胞的黏附、迁移和物质传输。傅里叶红外光谱(FTIR)、X线衍射(XRD)、热重分析(TGA)证实了孔隙表面的纳米结构是由羟基磷灰石组成。PCL与高分子聚合物共混后具有较强的改善支架力学性能的作用。支架的拉伸强度为127±2 MPa到147±5 MPa,压缩强度为39±2 MPa到47±2 MPa,24周降解率为32.31±1.93%到37.52±1.69%。支架3-6个月逐渐降解,既能维持骨修复中的支架形态,又能当复合材料植入机体病损部位后,生物支架被降解吸收,但种子细胞继续增殖,形成新的骨组织。3.体外评价BMSCs在支架材料上的成骨分化潜能:BMSCs在支架材料上培养7-21天。14天后,PCL复合支架材料上的单个细胞已难以看见,并且已经长入孔中,细胞层和细胞外基质层继续增厚将支架基本完全覆盖,而且细胞基质层表面显得很光滑。细胞增殖实验结果显示随着培养时间的延长,PCL聚合物共混体系形成的互通纳米网络结构使细胞获得了更多的营养,促进了BMSCs细胞的增殖。碱性磷酸酶作为早期成骨标记之一,用于评价支架材料的骨诱导潜力,进一步检测其活性,用于评价BMSCs细胞向成骨细胞分化的潜能。对于PCL复合支架,培养到14天,ALP均呈现出高活性,第7天活性达到最高值;从第14天到第21天,ALP活性持续降低,表明支架上的成骨细胞标志物减少,BMSCs细胞在支架上继续分化并逐渐成熟。茜素红染色表明有大量钙沉积和矿物形成。实时定量PCR(RT-PCR)检测骨相关基因Runx2、OPN、OCN、BMP-2、collagen I、integrin a1、integrin b1和SLP的表达显著增高,表明该支架可促进BMSCs向成骨细胞分化、增殖和成熟。4.体内评价复合支架材料的成骨生物活性:体内实验中,复合支架被植入兔颅骨缺损模型。微米X线三维成像、HE染色和免疫组化结果显示,支架材料是可降解的,同时具有良好的生物相容性以及诱导骨再生的能力。用熔融共混/粒子沥滤工艺制备了具有一定机械强度和可控降解速率的多孔复合以PCL为基体,与高分子聚合物和纳米羟基磷灰石复合的骨支架材料,有接近天然骨基质的成分和结构特征,支持细胞的粘附、传播、促进细胞活力和增殖。避免了传统合成过程中有机溶剂对机体的影响,具有良好的生物相容性。支架材料的骨诱导活性体外实验使用人骨髓间充质干细胞,评估了该支架诱导人骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的能力以及在动物模型中修复颅面部病变的能力。结果表明,在引导骨再生和自我修复方面,该复合支架材料具有明显的优势,可应用于骨组织工程,特别是颅颌面非负重骨的重构。因此,这项工作将为进一步的研究打下良好的基础。