多孔磷酸钙生物陶瓷不仅具有良好的生物相容性，在一定条件下还表现出骨诱导性，即不用外加生长因子或活体细胞可以在非骨部位诱导骨组织形成，在治疗骨缺损等方面中具有光明的应用前景。已有研究表明多孔磷酸钙具有骨诱导性的材料学因素主要包括(1)多孔结构；(2)相组成；(3)结晶度和力学性能等。前期动物植入实验结果表明多孔双相陶瓷在体内具有较强的成骨诱导能力，因此本论文实验主要采用多孔的HA／TCP双相陶瓷。在骨诱导机理研究中，对于材料诱导的靶向细胞一直是猜测和假设骨髓基质细胞或在植入部位出现的未分化的血管末梢干细胞，然而缺乏直接的体内和体外数据证明，间充质细胞的来源问题需要进一步研究。另外，在干细胞向成骨细胞分化过程中大量的基因参与表达，从材料——基因表达的关系进行看，钙磷材料可以诱导细胞内控制成骨发育的关键基因在细胞中的上调表达吗?哪些不同的材料学因素影响这些基因的表达?这些问题构成了本论文的研究内容。在磷酸钙材料的骨诱导过程中，处于未分化的间充质干细胞、定向的基质干细胞、早期骨祖细胞、后期骨祖细胞、前成骨细胞到成骨细胞等，都可能是磷酸钙陶瓷材料诱导的靶向细胞。本文主要采用了成骨细胞、骨髓基质细胞、骨骼肌母细胞等可以向骨细胞分化的细胞类型研究了磷酸钙陶瓷骨诱导过程中对细胞的诱导分化作用，并从分子生物学水平提供了骨诱导的证据。首先，研究了多孔磷酸钙陶瓷体外对原代培养的骨髓基质细胞的诱导作用。多孔磷酸钙陶瓷在植入狗的非骨部位一定时间后组织学观察可以在陶瓷的孔隙中形成骨组织，因此，抽取小鼠骨髓，分离培养原代的骨髓基质细胞，体外与各种多孔的磷酸钙陶瓷材料复合培养，研究其对原代细胞的诱导作用。如果能观察到多孔磷酸钙陶瓷对分离培养的骨髓基质细胞起到骨诱导作用，即骨髓基质细胞为骨诱导过程中的靶向细胞，那么在培养一定时间后应该可以观察到骨组织的形成。为验证这一假设，设计了扩散盒模型，即多孔磷酸钙陶瓷与分离培养的大鼠骨髓基质细胞一起装入到扩散盒中，然后植入到动物肌肉中，以屏蔽宿主的自身细胞，利用动物自身的血液循环和营养环境，植入一定时间后，观察其成骨情况。在植入半年后，组织学切片观察到多孔陶瓷孔隙里面已形成骨组织，证实了这一假设，进一步为钙磷陶瓷的骨诱导性提供直接证据。其次，体外培养研究了磷酸钙陶瓷材料的材料学因素对成骨细胞骨诱导过程中细胞的生长、增殖、骨相关基因的表达等。体外培养情况下，细胞通常是生长在材料的表面上，因此，以多孔磷酸钙陶瓷形成类骨磷灰石层后为研究材料，研究材料表面形貌变化对成骨细胞的影响；同时，由于不同相成份和不同烧结温度下的磷酸钙陶瓷在培养基中的溶解性不一样，对细胞的影响也不一样，故同时还采用了多种不同相成份和烧结温度的磷酸钙陶瓷材料。结果表明钙磷陶瓷不同的相成份和烧结温度能够影响骨相关基因的表达，其表面形成类骨磷灰石层后能促进成骨细胞对骨钙素和Ⅰ型胶原基因的表达。最后，由于肌肉组织中也存在大量的多能干细胞类型，因此以骨骼肌母细胞(C2C12系)为细胞模型，我们研究了多孔磷酸钙陶瓷对肌母细胞的骨诱导过程中骨特异基因的表达情况。多孔磷酸钙陶瓷在骨诱导过程中，即骨的形成过程中，同时伴随着细胞的成骨定向分化及骨相关基因(Cbfal，OCN，TypeⅠcollagen，Osteopontin等等)的表达。Cbfal为多能干细胞向成骨细胞分化的关键调控因子，通过进一步定量研究多孔磷酸钙陶瓷对骨骼肌母细胞骨诱导过程中Cbfal和OCN基因的表达情况发现，骨诱导过程中伴随着干细胞的这一分化过程，Cbfal，这一关键基因被激活并高效表达，从而引起细胞进一步分化，出现确定成骨细胞功能的标志性基因OCN的表达。