由创伤、炎症、肿瘤等疾病造成的骨和软骨缺损发病率高,并伴随着老龄化程度的加剧不断增长。细胞外基质（ECM）重塑是缺损修复的重要环节,受到细胞和生长因子的调控,但由于骨和软骨缺损区域内源性细胞和生长因子的供给有限,需要移植或替代材料递送外源性细胞和生长因子来助力缺损修复。目前常用的替代材料中,无论是被视为“金标准”的自体移植物,还是同种异体移植物或金属、陶瓷、高分子支架材料,均难以满足ECM重塑的需求。因此,需要开发一类替代材料用于骨和软骨修复再生。水凝胶是一类由亲水性高分子交联形成的三维网络支架,具有良好的生物相容性,不仅可以递送细胞,提供与天然ECM相似的生长环境,还能运输、控释生长因子,常用于构建仿生ECM支架材料。明胶作为天然ECM中常见的成分,具有良好的生物相容性和生物降解性,明胶及其侧链修饰产物常用于水凝胶的合成,其中,甲基丙烯酸化明胶（Gel MA）可共价交联合成水凝胶支架。Gel MA水凝胶因其出色的生物学性能,常用于细胞培养和递送。然而,Gel MA水凝胶作为线性大分子,其稳定性和力学性能相对较弱;并由于物质交换速率过快等原因无法实现对生长因子的控制释放,难以满足骨和软骨修复材料的需求,其物理性能有待进一步优化。树枝状分子聚酰胺-胺（PAMAM）是一类球形高分子聚合物,具有大量可修饰外端官能团和内部空腔,不仅能通过表面可修饰官能团和内部空腔实现对生物活性大分子的负载和递送,还能在构建分子交联网络时帮助维持网络结构的稳定,提高交联网络的机械强度。因此,PAMAM非常有潜力用于优化Gel MA水凝胶的物理性能,以满足骨和软骨基质修复替代材料的需求。基于以上研究背景,本论文提出研究目的:构建匹配ECM重塑需求的替代材料,并通过调节材料的性能以满足不同组织缺损修复的需求,最终用于体内骨和软骨缺损修复。本论文旨在将第四代氨基端PAMAM分子通过甲基丙烯酸修饰,引入Gel MA交联网络中,构建线-球双因子水凝胶支架材料。首先通过调整PAMAM分子的浓度实现对水凝胶物理性能的调控和优化,并利用PAMAM表面可修饰的氨基基团,用化学交联的方式负载并控制生长因子的释放速率;随后,负载间充质干细胞进行三维培养和递送,通过调整水凝胶的物理性能实现对干细胞分化方向的控制,并筛选出成骨分化诱导能力最强的一组水凝胶,用于化学交联生长因子,将干细胞和生长因子递送至骨缺损区域,助力骨修复再生;最后,选择适宜比例的水凝胶用于递送脂肪干细胞至膝关节软骨缺损区域进行软骨修复再生,为骨和软骨替代材料的开发提供新的设计思路参考和可靠的数据支持。本论文的主要研究内容和结果如下:（1）使用甲基丙烯酸酐（MA）修饰明胶和PAMAM,合成Gel MA和甲基丙烯酸化聚酰胺-胺（PAMAM-MA）;通过调整PAMAM-MA的浓度,合成四组Gel MA/PAMAM-MA水凝胶。四组水凝胶的交联网络孔隙大小随PAMAM-MA的浓度增高而逐渐减小,液体渗透速率也呈递减趋势;四组水凝胶的稳定性的力学性能随PAMAM-MA的浓度增高而逐渐增强;Gel MA/PAMAM-MA水凝胶通过化学交联负载生长因子骨形态发生蛋白2（BMP2）,有效降低了BMP2的释放速率。（2）提取满足干细胞鉴定标准的大鼠骨髓间充质干细胞（r BMSCs）,包裹在四组水凝胶中进行三维培养,均具备较高的细胞活性;四组水凝胶的体外成骨分化诱导能力随着PAMAM-MA浓度的增高而逐渐提高,其中5/5组相对最强;化学交联BMP2组水凝胶的体外成骨分化诱导能力强于物理包裹BMP2组水凝胶;体内大鼠皮下植入后,化学交联组水凝胶通过减缓BMP2的释放速率有效降低了炎症反应;将包裹了r BMSCs、用不同方式负载生长因子的水凝胶用于大鼠颅顶骨缺损修复,化学交联BMP2组水凝胶的修复效果最优。（3）提取满足干细胞鉴定标准的大鼠脂肪干细胞（r ASCs）,选择Gel MA/PAMAM-MA水凝胶（5/2组,实验组）和Gel MA水凝胶（5/0组,对照组）进行三维培养和检测,两组水凝胶中三维培养的r ASCs的细胞活力在各个时间点均在80%以上;PAMAM-MA的加入限制了r ASCs的细胞骨架铺展;两组水凝胶的成软骨分化诱导能力随着PAMAM-MA的加入而提高;相较于Gel MA组水凝胶,Gel MA/PAMAM-MA组水凝胶包裹r ASCs进行大鼠膝关节软骨缺损修复的效果更佳。