骨缺损的发生率很高,临床上对骨植入物有很大的需求。目前,大型骨植入物主要挑战之一是在植入物中形成血管网络。新骨组织形成过程中,血管化程度的高低对于支架中心细胞的气体交换、营养物质供应以及代谢废物去除至关重要。其次,骨骼中分布的神经,也可以通过影响骨细胞的功能来调节骨重塑过程。因此,本论文的研究目标是制备一种既能促成血管,也能促进成骨,同时还能对成骨过程中的神经功能表达有一定上调作用的多功能骨组织工程支架;并通过体内外生物学表征,来对支架的有效性和安全性进行评价。骨骼是一种由有机成分（Ⅰ型胶原等）和无机成分（磷酸钙等）复合的组织,也是一种具有电生理活性的组织;基于结构和功能仿生设计的原则,本论文主要开展了以下研究:1)基于天然骨的无机成分中约含有20%左右的白磷钙石(WH Ca18Mg2（HPO4）2（PO4）12),其释放的Mg2+具有促成血管、提高细胞活力和上调神经相关基因表达的多重生理功能。首先通过沉淀法成功制备了WH粒子,并根据最新文献报道,在650℃下退火3 h制备了具有压电性的WH（WHE）。作为对照,同时也通过沉淀法合成了β-磷酸三钙（β-TCP）粒子。三维多孔支架的制备是采用熔融3D打印成型,以聚己内酯（PCL）为有机成分,分别制备质量分数为10 wt.%、30 wt.%的WH、WHE或β-TCP有机-无机复合的三维多孔支架。应用Na OH刻蚀处理提高支架表面的亲水性和粗糙度后,表征了支架的压缩强度、电活性和细胞亲和性。通过以上实验,我们最终确定:利用20 M Na OH刻蚀3 h后,支架具备一定的粗糙度,且压缩强度能够达到10 MPa左右,满足骨再生对支架的力学需求;经过650℃退火处理,WH具备一定的电活性。体外细胞实验结果发现,各组支架细胞相容性很好,没有明显的细胞毒性,BMSC在支架上增殖、铺展良好。2)基于前述的各种3D打印支架,采用BMSC体外培养以及鸡胚尿囊膜成血管模型（CAM）,表征并比较了支架组成和理化性能对细胞成血管、成骨/破骨、成神经表达的影响规律。实验结果表明,β-TCP的加入,使PCL/β-TCP复合支架具备一定的生物活性,与纯PCL支架相比,表现出更好的促成骨效果;与此同时,PCL/WH复合支架不管是在成血管还是在成骨/破骨,以及对成神经的方面的促进作用均比PCL/β-TCP复合支架强;PCL/WHE复合支架拥有非常好的细胞相容性,不仅能够最大程度地促进血管长入支架、促进成神经的表达,还能有效地抑制破骨细胞的分化,展现出最明显的促成骨效果。3)最后,我们将上述支架植入大鼠颅骨5 mm缺损,在术后4周和8周,进行Micro-CT、组织学染色和免疫组化染色表征。Micro-CT结果证明:PCL组骨再生效果有限,PCL/β-TCP复合支架有一定程度的促进骨再生作用,PCL/WH复合支架新骨形成的量比PCL/β-TCP组更多,而具有电活性的PCL/WHE复合支架促进新骨形成能力最强,8 W时支架孔隙被长入的新骨填满。组织学染色和免疫组化染色结果均显示出与Micro-CT结果一致的趋势,即各组支架的成骨效果按PCL＜PCL/β-TCP＜PCL/WH＜PCL/WHE的顺序递增,电活性PCL/WHE支架在促进CD31、OCN的表达以及抑制TRAP的表达方面性能最为突出。从以上研究结果可以确定:WH作为一种含镁磷酸钙,经过合适的退火处理后呈现压电特性,与天然骨骼的组成和电生理活性更加匹配,复合了WHE的3D打印支架在促进骨再生方面展现出显著潜能。相比于PCL、PCL/β-TCP和PCL/WH支架,PCL/WHE支架在促成血管、促神经、抑制破骨细胞成熟和加速新骨生成等方面具有明显的优势,被证实是一种可用于骨再生修复的多功能支架材料。