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目的:四肢大段骨缺损致残率高,缺乏满意的治疗方案。牵张成骨技术自推广以来,逐渐成为临床上治疗骨缺损、骨不连的有效手段。然而,对于大段骨缺损,牵张后新骨矿化慢,并发症多,给患者生理、心理带来极大的负担。因此,本研究从物理刺激、生物因子、细胞蛋白、生物材料、小分子RNA、药物等多方面研究促进牵张区骨再生的有效方法,初步阐明作用机制。方法:本研究主要对牵张区进行局部干预,包括运用“手风琴”式的机械刺激,金黄色葡萄球菌外泌素(SEC2),人胚胎骨髓间充质干细胞分泌素(hFMSCs secretome),胚胎期猪脑提取物(PBE),聚已酸内酯/羟基磷灰石(PCL/HA)微球颗粒,过表达miR-503的大鼠MSCs(rBMSCs),以及SDF-1/Cxcr4阻断剂AMD3100。体外以rBMSCs为研究对象,通过成骨染色,相关基因检测等研究对rBMSCs成骨分化的影响;体内以大鼠胫骨延长为模型,分别从影像学、组织学、力学、分子生物学等方面阐述其对成骨区新骨再生作用及可能机制。结果:体外实验中,运用SEC2、hFMSCs secretome、PBE、PCL/HA、及miR-503干预,rBMSCs的成骨分化能力与普通成骨诱导相比有显著提升;而局部应用AMD3100后rBMSCs成骨分化能力有所下降。体内实验中,除了局部运用AMD3100出现矿化不良,其余均能明显促进成骨区新骨再生。机制研究发现,机械刺激可诱导HIF-1α/VEGF信号上调促进骨与血管再生;SEC2诱导局部炎症反应,致使IL-1β、IL-6等炎症因子表达升高,促进骨发生;hFMSCs secretome可能通过促进体内BMP2及VEGF的表达而促进成骨;PBE内含有的丰富生物活性因子促进成骨细胞的增殖与分化,调控骨再生;PCL/HA颗粒不仅增强了矿化区的机械性能,而且缓慢降解释放的HA也促进了骨与血管发生;MicroRNA-503通过抑制Smurf1的表达促进成骨;而AMD3100抑制了SDF-1/Cxcr4信号通路,阻碍了新骨矿化。结论:本实验首先证实了大鼠牵张成骨模型是研究骨再生的有效模型;其次应用不同干预措施,发现机械刺激,SEC2、hFMSCs secretome、PBE、PCL/HA微球颗粒、miR-503能显著促进矿化区新骨再生;并通过机制研究,分析了相关信号通路在牵张成骨中的作用,为临床大段骨缺损的快速修复提供实验依据。