作为调节细胞行为的有效手段,电刺激在组织工程领域引起了人们的广泛关注。组织工程主要将细胞接种在导电生物支架上,采用电刺激调节控制细胞,观察刺激后细胞行为的变化,从而达到治疗组织损伤的目的。本课题为研究电刺激结合导电聚合物对细胞特定行为的影响,以聚多巴胺部分还原的氧化石墨烯为导电组分,制备了兼具良好导电性和力学性能的复合水凝胶PDA-GO-PAAM,表征了水凝胶的理化性质和生物学性质,并将其与电刺激联合使用,研究电信号对骨髓间充质干细胞和巨噬细胞行为的影响。1.复合导电水凝胶的制备与性能测试:采用聚多巴胺（PDA）部分还原氧化石墨烯（GO）的方式,并与丙烯酰胺（AM）单体混合,制备了具有良好导电性和力学性能的复合水凝胶PDA-GO-PAAM,及其对照水凝胶PAAM和PDA-PAAM。通过扫描电镜观察了水凝胶的微观结构。借助拉曼光谱、导电率测试以及动态热机械拉伸仪分析了水凝胶的理化性能。形态学观察表明,各水凝胶的孔隙结构在孔隙率方面基本一致,说明PDA和pr GO的掺杂对其孔隙结构的干扰较小。Raman光谱显示pr GO的ID/IG峰值比（1.100）大于GO的峰值比（1.008）,小于r GO的峰值比（1.330）,证明复合水凝胶中的GO部分还原。导电率结果表明复合水凝胶具有良好的导电性,导电率可达到8.23×10-4S/cm,比纯水凝胶（PAAM）的导电率提高了近25倍。同时,复合水凝胶的拉伸强度可达到9.10 KPa,这是因为纳米粒子（pr GO）的纳米复合效应和水凝胶自生共价交联共同作用增强了水凝胶的力学性能。2.复合水凝胶的生物学性质:采用小鼠骨髓间充质干细胞（mBMSCs）和巨噬细胞（RAW264.7）评估了不同水凝胶的细胞毒性和促分化/极化能力。通过不同水凝胶与细胞的体外共培养,采用细胞增殖/毒性试剂盒（CCK8）检测细胞增殖,通过实时定量荧光PCR法、碱性磷酸酶活性检测、免疫荧光染色以及流式细胞实验研究不同水凝胶对细胞行为的影响。结果表明,与对照组水凝胶相比,复合水凝胶具有良好的生物相容性,可促进其表面细胞明显增殖,同时复合水凝胶表面mBMSCs细胞表达的细胞-材料粘附因子（NCAM、integrin）较高,可显著促进细胞粘附。此外,PCR、碱性磷酸酶活性检测以及流式细胞术结果表明,复合水凝胶可显著促进mBMSCs成骨和成软骨分化,还能调节RAW264.7的免疫极化行为。3.电刺激对导电水凝胶表面mBMSCs细胞的影响:通过对导电水凝胶PDA-GO-PAAM表面mBMSCs细胞施加不同的电刺激参数,采用CCK8法检测细胞增殖,实时定量荧光PCR法、免疫荧光染色和碱性磷酸酶活性检测研究电刺激对mBMSCs细胞行为的影响。实验表明,与未刺激组相比,电刺激对细胞增殖没有显著影响,但显著促进了细胞粘附分子的表达。电刺激增大了导电水凝胶表面mBMSCs扩散面积,成骨细胞基因型和表型表达更强烈,尤其是在1 V/cm和1h的刺激条件下。此外,电刺激也显著促进细胞成软骨分化。4.电刺激对导电水凝胶表面RAW264.7细胞的影响:通过对导电水凝胶表面RAW264.7细胞施加不同的电刺激参数,采用CCK8法检测细胞增殖,实时定量荧光PCR法和流式细胞术研究电刺激对RAW264.7细胞行为的影响。实验表明,与未刺激组相比,合适的电刺激参数显著促进细胞增殖,电压过大或刺激时间过长则抑制了细胞增殖。此外,在电刺激作用下,培养前期,复合水凝胶表面分泌的促炎因子和抑炎因子的表达都明显增加;且随培养时间增长,两种免疫因子的表达水平都会降低,防止过度炎症和过度的促愈合产生不良影响。电刺激的作用进一步增强了复合水凝胶的免疫应答效果。5.电刺激对导电水凝胶表面mBMSCs和RAW264.7细胞共培养的影响:对导电水凝胶表面细胞施加不同的电场强度,通过实时定量荧光PCR法研究了电刺激对mBMSCs成骨分化以及RAW264.7免疫极化的影响。研究结果表明,间接共培养和直接共培养下电刺激复合水凝胶表面巨噬细胞的促炎因子和抑炎因子的表达趋势整体相同:培养前期表达较多的促炎因子,培养后期表达较多的抑炎因子,即可引起适当的异物反应,也可有效促进炎症愈合。促炎因子和抑炎因子对mBMSCs成骨分化具有促进作用,电信号也在一定程度上促进成骨细胞分化。由此证明在共培养条件下,电场强度和电刺激调节的免疫相关基因表达是影响细胞成骨分化的主要因素。