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心血管疾病高发病率高致死率已受到研究人员的广泛关注,严重危害人类的生命与健康。基于干细胞与支架材料的心肌组织工程研究在心肌梗死治疗中具有重要应用前景,其中包括心脏创可贴策略与可注射性材料治疗心肌梗塞两个策略。在基于心脏创可贴策略的心肌组织构建方面,现有支架材料存在缺乏仿心肌微组份、微结构的问题,如在蚕丝丝素蛋白多孔支架构建工程化心肌组织研究中,蚕丝丝素蛋白多孔支架存在材料组份单一、不具有细胞外基质微环境组份、仿生能力不足的问题。在基于可注射性材料的心肌组织工程方面,支架材料缺乏对心梗恶劣微环境主动调控的作用,尤其是在调控心梗区域活性氧（Reactive oxygen species,ROS）微环境方面作用有限。因此,研制出具有模拟心肌微组份的支架材料用于工程化心肌组织（Engineered cardiac tissues,ECTs）构建以及具有抗氧化、抗炎等微环境主动调控作用的天然支架材料携带干细胞用于心梗修复具有重要意义。为此,本论文的重点研究工作包括:研制出模拟心肌微组份的心肌成纤维细胞衍生基质（Cardiac fibroblast-derived extracellular matrix,CFs-d ECM）修饰的蚕丝丝素蛋白（Silk fibroin,SF）天然活性支架材料,以及具有微环境主动调控功能的黑色素/海藻酸（Melanin nanoparticles/Alginate,MNPs/Alg）水凝胶天然活性支架材料;阐明CFs-d ECM修饰的SF影响棕色脂肪干细胞（Brown adipose derived stem cells,BADSCs）向心肌细胞分化的规律;阐明具有天然微环境主动调控功能的MNPs/Alg水凝胶支架材料抗氧化、抗炎以及影响BADSCs向心肌细胞分化的规律;检验基于两种类型的天然活性材料携带BADSCs对心梗的修复效果。本课题首先分别研制了CFs-d ECM、SF以及CFs-d ECM修饰的丝素蛋天然活性支架材料,利用QPCR、Western blotting、免疫荧光等手段明确了CFs-d ECM以及构建的ECTs中CFs-d ECM修饰的SF均可在一定程度上促进BADSCs向心肌细胞分化,并进一步明确了ECTs构建过程中CFs-d ECM通过β1-integrin-依赖的TGF-β1信号通路参与BADSCs向心肌细胞分化的调控。进一步研制了用于调控心梗微环境的可注射性MNPs/Alg水凝胶天然活性支架材料,并系统的评价了其抗氧化性能,发现该材料具有良好的生物相容性与抗氧化性能。利用活性染色、DHE染色、免疫荧光、QPCR及Western blotting等手段检测了MNPs/Alg水凝胶对心肌细胞的抗凋亡、抗氧化性能,对BADSCs增殖分化的影响以及对巨噬细胞抗炎及转型的影响。结果显示,MNPs/Alg水凝胶可缓解H2O2诱导下的心肌细胞凋亡,促进心肌细胞抗氧化,并有效促进BADSCs的增殖以及心肌肌钙蛋白T（Cardiac troponin T,c-Tn T）和缝隙链接蛋白43（Connexin 43,Cx-43）等蛋白的表达,同时在ROS环境下抑制M0型巨噬细胞向M1型巨噬细胞的极化,而有效促进其向M2修复型极化。相关实验结果为后续MNPs/Alg水凝胶的体内心梗移植修复奠定了基础。在此基础上,制备了大鼠心梗模型,分别探索了基于CFs-d ECM修饰的SF天然活性材料携带BADSCs以及基于MNPs/Alg水凝胶活性材料携带BADSCs的心梗修复研究。通过组织学染色、免疫荧光染色、QPCR、心脏超声等方法系统评估了MNPs/Alg水凝胶和BADSCs在心梗微环境调控与心功能修复方面发挥的作用。结果显示与CFs-d ECM修饰的SF天然活性材料携带BADSCs相比,MNPs/Alg水凝胶活性材料可有效清除心梗部位的超氧阴离子和羟基自由基,并促进M2型巨噬细胞的转型。无论是否携带棕色脂肪干细胞,MNPs/Alg水凝胶均可促进心肌区域心肌细胞结构的维持,心梗区域缝隙连接的形成以及血管的生成,进而促进心脏功能的恢复。综上所述,本课题研制了模拟心肌微组份、微结构的细胞衍生基质修饰的SF天然活性支架材料和具有微环境主动调控功能的MNPs/Alg水凝胶天然活性支架材料;并从细胞水平、蛋白水平、基因水平、动物水平系统阐明了两类材料对BADSCs的存活、增殖以及向心肌细胞分化的调控作用及相关分子机制;进一步探索了基于CFs-d ECM修饰的SF天然活性材料和MNPs/Alg水凝胶活性材料治疗心肌梗死的可能性,为基于心肌组织工程的未来临床应用提供了一定的理论基础和实验依据。