背景:生长因子作为骨组织工程中重要的组成元素,发挥着巨大的作用。目前已经有许多的生长因子被FDA批准用于临床上,如BMP2,BMP7。然而,我们发现在转化的过程中仍存在一些问题。无论是生长因子的高成本和难保存,还是它们可能引起的骨代谢异常和免疫原反应,都困扰着我们。骨诱导小分子药物,可作为生长因子的替代物,被应用到骨组织工程中,具有着更广阔的前景。从天然骨诱导小分子十烯酸类,黄酮类化合物,醌类化合物,到合成骨诱导小分子GSK-3β抑制剂,Necro X-7,SVAK-12,越来越多的骨诱导小分子药物被发现和设计合成出来,发挥的促进成骨效果也越来越强,其作用机制也越来越清楚。虽然骨诱导小分子药物比生长因子更加安全稳定和成本低廉,但是长期的系统给予患者,依然可能造成骨代谢紊乱和肝肾毒性,所以在骨组织工程中,我们需要局部的有效的稳定持续的骨诱导小分子药物的释放,已达到良好的促进骨再生和减小毒副作用的效果。目的:本研究设计了两种复合支架材料,并担载不同的骨诱导小分子药物来实现骨缺损的修复。在不同的支架体系中,并通过不同的骨缺损动物模型,验证骨诱导小分子药物的局部缓慢释放和联合使用的方式,能够有效地促进骨缺损的修复。方法:在第一个体系中,在温敏型水凝胶PLGA-PEG-PLGA内加入r GO-HA来提高药物的局部缓释作用,并担载小分子阿伦磷酸钠(ALD),来修复小鼠的临界颅骨缺损。在第二个体系中,在PLGA支架的明胶涂层中担载小分子药物阿伦磷酸钠(ALD)和柚皮苷(NG),通过联合用药的方式来修复大鼠的颅骨缺损。我们利用micro-CT骨形态学参数、H&E染色和特殊染色评价骨修复的效果,并通过PCR和Western blot等实验进一步验证不同的载药体系能够显著地提高成骨基因的表达。结果:在第一个体系中,我们在温敏型水凝胶Gel内加入少量的r GO-HA,发现复合水凝胶Gel/r GO-HA的强度增加了1.5倍,小分子药物ALD的释放周期由原来的7天,延长到了14天。通过micro-CT的3D重构和骨形态学参数分析,发现载药复合水凝胶组Gel/r GO-HA/ALD有着最好的骨修复作用。并进一步在分子水平研究发现,它可以通过BMP2和RANKL信号通路来促进成骨细胞的增殖分化,并抑制破骨细胞的活性。在第二个体系中,由于明胶内含有大量的RGD序列,能够有效的促进细胞的粘附和增殖,并改善支架表面的性质。随着明胶覆于支架内部,支架的机械性能和降解性也得到明显的提高。从micro-CT、H&E染色、PCR和Westernblot等实验结果中,我们发现共同载药复合支架PLGA+Gelatin/ALD/NG比单一载药复合支架PLGA+Gelatin/ALD和PLGA+Gelatin/NG发挥着更好的骨修复作用。结论:在本课题中,我们设计了不同的骨诱导小分子药物载药体系,并担载不同的药物分子,验证了不同体系在骨缺损动物模型中的修复情况。我们发现,骨诱导小分子在骨组织工程中具有很大的前景,可以通过局部缓慢释放和联合用药的方式,有效地促进骨再生,有希望向临床应用进行转化。