创伤和疾病等引起的骨缺损是临床上面临的难题,并且随着社会人口老龄化的加剧,与骨组织相关的问题越来越多。临床上修复骨的手段主要有以下几种：自体骨移植、异体骨移植和异种骨移植等。其中自体骨移植被认为是修复骨缺损的“黄金标准”,但是自体骨移植增加病人的痛苦和感染的几率,并且容易引起新的骨缺损。组织工程的兴起为骨修复提供了新方向。天然骨组织在不同尺度上具有不同的结构。微观尺度为三维多孔结构；纳米尺度为纳米级羟基磷灰石(HA)在几百纳米至1微米的胶原蛋白纤维中有序排列的结构。天然骨组织的主要组成成分为无机的HA和Ⅰ型胶原蛋白。从仿生天然骨组织的结构、组成和功能的角度出发,制备接近天然骨组织的结构、组成和功能的组织工程支架用于引导骨再生具有重要的意义。本课题从仿生天然骨组织的细胞外基质的角度出发,采用静电纺丝法制备纳米纤维,然后控制外加矿化条件、组分和矿化时间用10倍模拟体液(10SBF)调控钙磷化合物在纳米纤维上的生长的形态、数量、生长的部位和纳米纤维膜的结构。扫描电子显微镜(SEM)下观察到,在静态矿化条件下,矿化物在纳米纤维表面生长,呈现无规形态。在动态矿化条件下,纳米球状矿化物在合成材料纳米纤维表面生长；在含有胶原蛋白的纳米纤维内部生长,并且沿单根纳米纤维轴向生长。随矿化时间增加,矿化物尺寸增大,数量增多；纳米纤维膜形态和结构逐渐难以保持。通过x-射线衍射(xRD)、红外光谱分析(FTIR)和X-射线能谱仪(EDS)对无机物的结晶结构和组分进行分析。通过检测接触角和力学性能发现,矿化物极大的改善了支架的亲水性,并且增强了支架的力学性能。体外实验结果表明,矿化复合纳米纤维膜[M-P(LLA-CL)/COL]上生长的成骨细胞形态良好；支架与细胞结合紧密。噻唑蓝(MTT)实验结果表明矿化物促进了细胞的增殖。检测细胞的碱性磷酸酶(ALP)活性和骨钙蛋白分泌发现,在矿化复合纳米纤维膜上的细胞ALP活性和骨钙蛋白表达得到促进。矿化复合纳米纳米纤维膜具有良好的生物相容性和促进成骨细胞分化的能力。进一步研究了矿化复合纳米纤维膜对干细胞行为的影响。SEM观察到人骨髓间充质干细胞(hMSC)在M-P(LLA-CL)/COL上具有较好的形态,与支架结合紧密。MTT检测干细胞的增殖行为结果表明干细胞在M-P(LLA-CL)/COL上生长良好。通过ALP活性检测、钙结节观察和免疫荧光染色观察,发现矿化纳米纤维膜促进了干细胞分化。胶原蛋白和含HA的球状矿化物共同起积极作用。此外,矿化物改变了纳米纤维膜的表面拓扑结构,可能对hMSC向成骨细胞分化产生了积极影响。M-P(LLA-CL)/COL具有良好的生物相容性和诱导成骨能力,具有在骨组织工程中应用的潜力。为了仿生天然骨组织的三维多孔结构,采用冷冻干燥法制备了纳米纱线增强胶原蛋白三维多孔支架。与静电纺丝纳米纤维相比,静电纺丝纳米纱线保留了纳米纤维的形态和结构,其微米级尺寸便于处理加工。采用水循环法从下层容器的水面收集P(LLA-CL)纳米纱线。纱线直径分布均匀,取向度较高。把冷冻干燥后的长纳米纱线处理成1-2mm的纳米纱线,在光镜下观察到纳米纱线分离较好,没有缠结现象。SEM观察到处理后的纳米纱线保持了纳米纤维的形态和结构。用光学显微镜和SEM观察到纳米纱线在支架中分散均匀,没有缠结现象,大部分纳米纱线组成了多孔支架的孔壁。统计支架孔径发现,纳米纱线的加入降低了支架的孔径尺寸。检测支架的吸水率发现,随纳米纱线加入的量增加吸水率下降。检测支架的力学性能发现适量纳米纱线的加入能增强支架的力学性能。随纳米纱线加入增多,支架的收缩率随之降低。MTT结果表明适量纳米纱线的加入促进细胞的增殖；过量的纳米纱线,破坏支架孔隙,不利于细胞的增殖。SEM观察细胞在支架上的形态发现,细胞贴附在支架的孔壁上生长。通过检测ALP活性和骨钙蛋白染色发现适量纳米纱线的加入促进了干细胞分化。此外还发现细胞能够迁移长入多孔支架内部。上述结果表明,适量纳米纱线(4mg/mL左右)增强的三维多孔支架具有在骨组织工程中应用的潜力。传统的骨移植手术有诸多缺点。微创手术(MIP)的出现为骨移植手术提供了新的手段,进而对骨移植材料的研发提出了新要求。把P(LLA-CL)纳米纱线加入可注射胶原蛋白水凝胶中,制备得到一种新型的可注射骨移植支架。这种支架在37℃下2h凝胶。光学显微镜和SEM观察发现纳米纱线在水凝胶中分散均匀,没有缠结现象。流变仪检测结果发现,纳米纱线增强了支架的力学性能。可注射性测试表明新型支架能具有良好的可注射性。与对照组相比,所用针头的尺寸更小。体外细胞实验结果表明纳米纱线有效阻止了细胞多层团聚形态的出现,MTT检测表明细胞在新型支架上增殖良好。通过ALP活性检测和骨钙蛋白荧光染色发现纳米纱线的加入促进了干细胞的分化。共聚焦显微镜3D扫描结果发现在新型支架上的细胞荧光分布更均匀,并且在新型支架上层的细胞呈现成骨细胞的不规则多边形形态。上述结果表明纳米纱线增强的可注射水凝胶具有应用于MIP和骨组织工程的潜力。