骨缺损修复是当前骨科领域研究的难题之一,传统的自体或异体骨移植的治疗方法都存在自身难以克服的缺点,因此,人们一直在进行人工骨移植替代材料的研究。磷酸钙骨水泥(CPC)是一种非陶瓷型羟基磷灰石(HA)类材料,生物学特性与骨的化学组成相似,其良好的生物相容性和骨传导性引起人们的广泛重视,同时具有可吸收性,良好的蛋白亲和性,可复合骨形成蛋白而具有骨诱导性,制备简便、固化迅速、易塑形、在结晶过程中不产热等许多明显的优势使其广泛用于骨缺损修复、骨强化和骨替代。但常规制作的CPC脆性高,微孔率仅约为40%,缺少促骨内生的大孔,降解速度慢,吸收率很低,增加孔隙尤其是增加相互连通的大孔成为促CPC吸收重建的一个重要研究方向。而追求高孔隙、连通的大孔道结构又会极大地降低材料的强度,形成人工骨的机械性能与多孔结构的矛盾要求。本研究利用各种生物材料降解速度不同的特征,提出在纤维材料表面涂敷降解速度更快的涂层材料以加快人工骨多孔结构和相互连通的大孔的形成,并使人工骨在短期内因纤维增强体的存在而拥有高强度。研究中利用计算机辅助设计仿生模拟骨内自然存在的相互连通的微管结构并应用快速成形制造技术和立体编织技术,制造了一种以自固化磷酸钙骨水泥、壳聚糖纤维、Ⅰ型胶原蛋白和重组人骨形成蛋白2 (rhBMP-2)复合而成的纤维增强型微管结构仿生人工骨。本文对这一新型人工骨进行了系列研究,包括人工骨孔隙率测定、生物力学实验、复合细胞培养、犬股骨下段腔隙性松质骨缺损的修复及定量化分析等。实验结果显示,正交和同心两种微管结构模式的仿生人工骨孔隙率约为64%,压缩强度远高于CPC(约6MPa)可达30MPa,证明仿生人工骨的内部纤维结构对人工骨有明显的增强作用;仿生结构人工骨在促进犬骨髓基质细胞(BMSCs)增殖和成骨活性表达上均显著优于无结构的复合人工骨(对照组);植入体内后,仿生结构人工骨在短期内保持其形态结构而具有较强的力学性能,在较长期的骨缺损修复过程中因纤维成分逐渐降解消失而形成多孔结构,仿生结构人工骨的活化与成骨特性和纤维结构密切相关,植入12周后因纤维结构不同而导致仿生结构人工骨形成不同的成骨与降解方式,微管结构仿生人工骨在促进成骨、加快磷酸钙骨水泥降解速度上显著优于不具有微管结构的CPC人工骨,其中同心结构具有最佳成骨和促骨水泥降解作用,是比较理想的仿生结构。从而证明了仿生结构设计的有效性,纤维增强复合材料三组分在仿生人工骨生物力学和骨生长上具有积极作用。