人体受损后,组织、器官的损坏会严重地影响到人们的生命和身体健康。组织工程技术的发展和应用为这一问题的研究提供了新的途径。作为组织工程三要素之一,种子细胞较强的再生和分化潜能发挥着重要作用。但调控干细胞定向分化,实现精准的组织受损修复是仍存在的难题。调控干细胞分化的因素包括:生物因素,化学因素和物理因素。其中生物因素和化学因素存在费用昂贵和毒副作用大等问题,制约了临床上干细胞治疗的开展。而物理因素因具体操作简单、费用低以及毒副作用小等诸多优势而引起广泛的关注。机体内细胞都处于一种三维动态微环境中,微环境中的细胞外基质、机械刺激等提供的物理信号影响着细胞的迁移、自我更新和分化等多种行为和功能。因此,构建模拟体内天然细胞微环境以及物理信号的支架材料,可调控细胞命运,成为组织修复和再生医学领域研究的热点。纳米材料在调控干细胞命运方面存在诸多优势如:一,细胞外基质中具有由胶原蛋白等活性物质构成的特定微环境,利用纳米材料模拟细胞微环境能够对干细胞行为和功能产生影响;二,纳米材料可实现靶向接触式作用于受损组织,对其他组织细胞影响较小,实现精准靶向修复;三,具有特定形貌的功能性纳米材料如压电材料、磁电材料等可介导外场物理信号,更高效的调控干细胞的命运。此外,电刺激对细胞的生长,分化以及组织再生具有显著的调控作用。因此,电活性生物材料被认为是组织工程最理想的材料支架。然而,将电信号输送到体内受损组织仍具有挑战性。使用外接导线可能在手术植入过程中引起感染,影响人体的运动和行为。此外,连接导线与支架所需的导电膏或胶,也会给体内植入带来不便,使其在实际临床应用中受到很大的限制。高效协调种子细胞、诱导因子与支架材料三因素的相互关系,使支架材料作为细胞支撑和内源电信号的载体,在支架自身产生的局域电信号下,调控干细胞定向分化,是解决上述问题的突破口。功能材料在特定条件下会产生电荷的重新分布,从而实现不依靠外接电源而产生电流。利用支架材料产生的物理信号（电信号）,调控干细胞定分化,从而为组织修复奠定基础。因此,本论文旨探索支架材料特定形貌以及其介导的无线电信号调控干细胞定向分化。以间充质干细胞（MSCs）为种子细胞,利用静电纺丝技术制备PLLA和PLLA/Gr纳米纤维膜,系统的研究具有压电性能的纳米纤维膜对MSCs向成骨方向分化的调控,为骨损伤修复的研究和治疗提供理论和新思路;借助旋转磁场辅助,实现非接触式在石墨烯纸（GP）上产生感应电流,系统的研究电信号对MSCs向神经元方向分化的调控,为神经系统性疾病的研究和治疗提供理论和新思路。具体工作以及结论如下:1.压电PLLA/Gr纳米纤维膜调控MSCs向成骨方向分化压电材料已被证明可通过内部或外部机械力介导下产生压电电位。左旋聚乳酸（PLLA）是被FDA批准的具有良好生物相容性、可降解性和压电性能的材料,被广泛用于组织修复;石墨烯（Gr）具有良好的导电性和生物相容性,近年来在医学领域中受到广泛的关注。本文通过静电纺丝技术制备PLLA/Gr纳米纤维材料,其纤维形貌可模拟天然细胞微环境,同时Gr可有效的提高材料的压电性。通过细胞的粘附和迁移显著地最大化所产生的压电电位。综合研究压电和纳米形貌对MSCs细胞增殖和成骨分化的影响。CCK-8、细胞死活染色以及核骨架染色结果显示,PLLA和PLLA/Gr纳米纤维膜具有良好的生物相容性,有利于细胞的粘附和增殖。通过实时定量聚合酶链式反应（q PCR）和免疫组化分别在基因和蛋白水平上分析了纳米纤维膜对MSCs成骨分化的影响作用,结果显示,纳米纤维膜上的细胞成骨分化相关性基因OPN,OCN和Runx2分别上调了5.4,16.2和6.5倍;而且细胞成骨分化相关性蛋白OPN,OCN,Runx2和COL-1都高度表达。利用碱性磷酸酶和茜素红染色进一步验证成骨分化效果,结果显示PLLA/Gr纳米纤维上存在更多的染色细胞。综上结果充分说明,具有较高压电性的PLLA/Gr纳米纤维膜能有效的促进间充质干细胞的成骨分化。这一发现为骨组织工程支架的合理设计提供了新的思路。2.旋转磁场驱动导电石墨烯纸产生局域电信号调控MSCs向神经元分化鉴于电磁感应原理,本论文提出以较高导电率和良好生物相容性的石墨烯纸（GP）作为导电支架,借助外部旋转磁场的驱动,实现无导线接触式产生电信号,探究其对MSCs神经分化的调控。GP是由石墨烯制备而成的薄膜,具有优异的机械性能和电导率。利用永磁体和电动搅拌器构建外部旋转磁场,检测GP在不同转速磁场下产生的感应电流。结果显示感应电流的大小与磁场的旋转速度呈正比关系,在400rmp的旋转速度下,可产生高达6μA大小的电流。以MSCs作为种子细胞,以400rmp的旋转速度介导GP产生感应电流,探究产生的电刺激对MSCs向神经元方向分化的调控作用。CCK-8、细胞死活染色以及核骨架染色结果显示,GP具有良好的生物相容性,有利于细胞的粘附和增殖;产生的电信号不影响细胞的活性。通过实时定量聚合酶链式反应（q PCR）和免疫组化分别在基因和蛋白水平上分析GP产生的电刺激对MSCs神经分化的调控作用。结果显示,在400rmp的旋转磁场下,细胞中神经分化相关性基因Nestin、Tuj1和MAP2分别上调了2.8,2和2.9倍;神经分化相关性蛋白Nestin、Tuj1、GFAP和MAP2都高度表达。同时,采用大鼠为实验对象进行了体内分化检测,苏木精-伊红（HE）染色结果证实GP具有良好的组织相容性,无明显的组织炎症反应;此外,免疫荧光染色显示,在旋转磁场辅助下,植入到体内的GP能够调控MSCs向神经元方向分化。这种基于电磁感应的原位无线电信号调控干细胞神经分化的技术,可为开发非侵入式外场驱动的神经修复技术奠定前期基础。