基于干细胞对微环境变化的响应实现通过外界刺激对干细胞分化的调控,这是当前生物医学和化学生物学研究中颇受关注的研究方向。但干细胞如何对外界环境变化因素产生响应及这些动态响应遵循什么规律,仍需要开展大量的研究以探究其中的分子机制和调控规律。因此如何在体外细胞培养时模拟与干细胞在体内所处的动态变化类似的三维微环境,以使在体外细胞水平的研究尽可能真实地还原细胞在体内动态变化环境中的真正状态,这是生物医学和组织工程领域亟待解决的问题。运用外界光源刺激对干细胞培养的三维基质进行时空分辨的动态调控,是研究细胞在微环境变化下行为响应的有效方法,而光敏水凝胶在这方面有独特的应用。由短肽自组装成的超分子水凝胶能否在干细胞三维微环境的模拟及动态调控方面找到应用,是本论文关注和探索的主要问题。论文工作基于两个光诱导的生物正交反应,探索了将光敏生物正交官能团修饰的短肽分子组装成为能模拟干细胞三维培养微环境的水凝胶的方法,并基于光诱导生物正交反应在微环境中固定对干细胞分化等行为具有调节活性的肽段,从而研究干细胞在微环境产生变化时在细胞粘附、分化等行为方面产生响应和变化的规律。在论文第一部分工作中,我们将基于二芳基四氮唑修饰的短肽成胶因子TPI-GGF组装成为具有高度生物相容性的单组分光敏水凝胶,它可以支撑干细胞长达两周的三维培养。将人间充质干细胞三维培养在TPI-GGF形成的超分子水凝胶中后,我们通过紫外光照射将环状多肽c（RGDfK）或成骨分化多肽（OGP）通过光点击反应固定在水凝胶基质上,并通过光照的区域及时间长短的调节对活性短肽分布梯度进行调控,从而形成动态调控的干细胞三维微环境。基于此体系,我们研究了三维培养在相应微环境中的人间充质干细胞（hMSC）随微环境中生物活性多肽分布变化而产生的响应。论文的第二部分工作构建了修饰了菲醌的短肽成胶因子PQ-GFF和TPI-GGF在生物相容条件下组装成双组分超分子水凝胶,使其同时具有对紫外光和可见光的响应能力。该双组分水凝胶同样表现出良好的机械强度和高生物相容性,可支撑干细胞在其中三维生长两周以上。通过紫外光诱导的四氮唑-富马酸单甲酯光点击反应和可见光诱导的菲醌-烯醚环加成反应,我们可实现在凝胶基质上时空分辨且相互正交地引入c（RGDfK）和OGP,进而研究干细胞在复杂微环境中的行为变化。实验结果表明,通过可见光诱导连接了 c（RGDfK）的水凝胶微环境中三维培养的hMSC具有明显增大的细胞面积,可能原因是基质附着RGD诱导的细胞拉伸效应;而紫外光诱导连接了 OGP的水凝胶微环境中三维培养的hMSC成骨分化明显得到加强,细胞内骨钙素的表达有显著提升。综上所述,本论文工作在基于小分子和光诱导生物正交反应构筑可受光照时空分辨调控的干细胞三维微环境方面开展了系列探索工作,展示了基于光诱导的生物正交反应向超分子水凝胶基质上引入肽段甚至特定的蛋白质等生物活性分子的可行性,为模拟复杂且动态变化的细胞三维微环境用以研究干细胞行为提供了新思路。