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背景:骨组织工程是促进骨再生修复骨缺损的重要技术手段,种子细胞与载体材料是其重要组成部分。有研究提示,干细胞分泌的外泌体(Exosomes,Exos)可发挥类似干细胞样的促进组织再生的功能,且可回避直接移植干细胞可能存在的免疫反应及基因变异等风险。干细胞来源的Exos是否具有促进骨再生修复骨缺损的作用目前尚未见报道。具备优良的生物相容性、组织黏附性及整合性的生物载体材料的构建一直是组织工程技术研究中亟待解决的难题,光固化水凝胶在这方面显示出一定优势,但传统的光固化水凝胶难以达到与组织的高度粘合及整合且存在制备过程中产生自由基等毒副作用。本研究通过系列实验,评价了干细胞来源的Exos促进骨再生的作用及机制;构建了具备优异的可操作性、生物相容性、组织粘附性和整合性等特性的新型原位光致亚胺交联(Phototriggered Imine Corsslink,PIC)水凝胶,并评价了其作为Exos等生物活性物质的载体性能。目的:探讨干细胞分泌的Exos促进骨再生修复骨缺损的作用及相关机制;构建理想的水凝胶载体并评价其在组织工程中的应用潜能。方法:将人诱导多能干细胞(human induced pluripotent stem cells,hiPSCs)定向诱导分化为间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs),分离提取其分泌的Exos(hiPS-MSC-Exos),体内实验观察其促进皮肤损伤修复及促进骨再生修复颅骨缺损的作用;体外实验分析其对骨再生重要前体细胞BMSCs的增殖、迁移、成骨以及成骨重要信号通路的影响。通过引入光照下硝基苄醇(NB)产生邻亚硝基苯甲醛并随即与氨基结合生成亚胺键的反应,将NB嫁接到透明质酸(HA)上形成全新的光引发醛基的HA-NB,构建新型原位PIC水凝胶,体外实验评价其成胶性、细胞毒性、组织粘附性、以及负载并缓释Exos的性能;体内实验评价其生物降解性、与组织的粘附整合性能以及运载活性物质修复颅骨缺损的功能。结果:(1)超滤结合超离方法可成功提取Exos,电镜、粒径及标志物检测结果均显示hiPS-MSC-Exos符合Exos的特征;(2)hiPS-MSC-Exos具有显著修复皮肤及颅骨缺损的作用:组织学染色及免疫组化结果显示皮肤缺损处有大量新生组织长入并且血管化明显,micro-CT结果显示骨缺损处有明显新生骨长入,荧光标记结果显示hiPS-MSC-Exos加速骨盐沉积矿化;免疫组化结果显示hiPS-MSC-Exos促进成骨标志物的表达;(3)hiPS-MSC-Exos可激活BMSCs的PI3K/Akt信号通路促进其成骨功能:CCK8及划痕实验结果显示hiPS-MSC-Exos可显著促进BMSCs增殖与迁移,碱性磷酸酶活性检测结果显示hiPS-MSC-Exos可显著促进BMSCs成骨分化,基因表达谱芯片技术和生物信息学分析显示hiPS-MSC-Exos刺激BMSCs后PI3K/Akt信号通路被显著激活,进一步特异通路阻断实验结果显示阻断PI3K/Akt通路后hiPS-MSC-Exos促成骨发生效应被显著抑制。(4)PIC水凝胶可作为组织工程优良载体:流变学、CCK8、拉伸实验结果显示PIC水凝胶具有良好的成胶性、生物相容性、组织黏附性,Exos摄取实验结果显示PIC水凝胶具有良好的Exos缓释效应,组织学染色结果显示PIC水凝胶具有良好的生物降解性与组织整合性,micro-CT及组织学结果显示PIC水凝胶可运载活性物质修复颅骨缺损。结论:(1)hiPS-MSC-Exos具有显著促进皮肤损伤修复及促进骨再生修复骨缺损的作用;(2)hiPS-MSC-Exos可能通过激活BMSCs的PI3K/Akt信号通路而发挥其促进骨再生的作用;(3)PIC水凝胶具备优异的可操作性、生物相容性、体内降解性、组织黏附性和整合性等性能,可作为干细胞或Exos等生物活性物质的优良载体,展现出广阔的转化应用前景。