脊髓损伤的组织再生与功能重建作为世界性的难题,迄今为止仍然缺乏有效的临床治疗方案.近年来,组织工程与再生医学方法为脊髓损伤修复提供了一个极具希望的修复策略.其中,设计具有激活细胞和组织再生潜能的生物活性材料,为内源/外源干细胞创造合适的神经再生微环境已成为当前中枢神经组织再生修复研究的重点和前沿课题.本工作中开发了一类具有多级定向结构的水凝胶材料,通过体外细胞学和体内动物学方法重点研究了其在脊髓损伤修复中的作用.在本研究中,采用旋转液态接收方式将静电纺丝技术和分子自组装过程结合,成功制备出具有多级定向结构的水凝胶纤维.并通过SEM和偏光显微镜对该水凝胶的多级定向纤维结构进行了表征.同时采用原子力显微镜测试了定向纤维蛋白水凝胶(AFG)弹性模量.并在体外实验中研究了该材料对干细胞分化行为的调控作用以及对神经元轴突生长的促进作用.同时通过大鼠的脊髓半切模型和狗脊髓半切模型体内评价了该材料对脊髓损伤修复的作用.体外研究中表明三维多级定向纤维蛋白水凝胶可快速诱导脐带间充质干细胞(hUMSCs)定向粘附,形成具有类神经微组织的定向微结构.而且在未加诱导因子的条件下培养2周后,过蛋白免疫荧光染色和real-time PCR方法证明了AFG具有诱导hUMSCs向神经方向分化的作用.同时在未加神经营养因子的条件下,背根神经节(DRG)在AFG上培养3天后,其神经突触可沿着AFG的长轴方向定向生长达3.92 mm.在大鼠的T9背侧半切模型中,AFG植入1周后即可促进内源性神经细胞向材料内迁移形成纤维状微组织.在术后4周时,可见轴突纤维沿着早期形成的纤维状微组织上生长.第8周时可以观察到轴突纤维穿过损伤区域的中部.同时行为学BBB评分也证明了早期形成的纤维状微组织可以促进大鼠运动功能的恢复.采用核磁中的DTI技术追踪计算脊髓中定向轴突的再生情况.同时,在狗的L2左侧半切损伤模型中,采用组织染色观察到AFG的植入可以促进脊髓组织的再生,减少瘢痕组织以及二次损伤.采用DTI技术观测了神经轴突再生的动态过程.综上所述,多级定向结构的纤维蛋白水凝胶材料具有调控干细胞向神经方向分化以及促进神经元轴突定向生长的作用,并在脊髓损伤修复中具有促进组织修复和运动功能改善的作用,具有临床研究价值.