间充质干细胞(MSCs)能从抑制炎症、促进血管新生、激活细胞等多个方面发挥作用,促进组织修复,在细胞替代治疗及组织工程中得到广泛应用。近年来,越来越多的证据显示MSCs主要通过旁分泌途径,即分泌各种可溶性因子(炎症抑制因子、营养因子等)和外泌体等改善组织微环境,促进组织修复。因此,诱导激活MSCs的旁分泌功能,使其分泌促进组织修复的活性因子/外泌体,成为近年来的研究热点之一。大量研究显示材料的各种物理学因素(拓扑结构、硬度、流变学性质、表面粗糙度等),均可以调控MSCs的迁移、增殖、分化等行为。然而这些物理性质对MSCs旁分泌性能的影响还不清楚。因此,本研究选取两种研究最为广泛的物理调控因素,即拓扑结构和硬度,探究材料物理性质对MSCs旁分泌性能的调控规律及内在机制。首先,本研究结合软光刻和熔融铸膜法构建了表面具有不同拓扑结构(沟槽结构和平面结构)的聚己内酯基底,探究拓扑结构对大鼠脂肪来源间充质干细胞(r ASCs)旁分泌性能的影响。结果显示,沟槽结构表面可刺激r ASCs表达更高水平的组织修复相关基因并分泌更多外泌体。同时,相较于平面,沟槽结构表面的r ASCs分泌的外泌体包含更多促血管生成因子(细胞因子和micro RNA),并可以显著促进血管内皮细胞(HUVEC)的迁移和成小管。本研究还表明Alix蛋白可能参与介导沟槽结构表面促进r ASCs外泌体的分泌。另外,本研究还以不同交联度的聚丙烯酰胺为基底材料,探究硬度对人骨髓来源间充质干细胞(h MSCs)旁分泌的影响。结果显示,相对于硬基底(200 k Pa),软基底(0.5k Pa)可以促进h MSCs中组织修复相关旁分泌基因的表达及抑炎因子PGE2的分泌。利用在软硬两种基底上培养h MSCs的旁分泌物作用于巨噬细胞和血管内皮细胞,发现软基底上培养的h MSCs的分泌物可以诱导巨噬细胞从M1炎症型向M2修复型转化,并显著促进HUVEC的迁移和成小管。进一步机制研究的结果表明,软基底对h MSCs旁分泌性能的促进作用与细胞中肌动蛋白聚合、以及骨架张力受到抑制有关。本研究阐述了材料拓扑结构和硬度对MSCs旁分泌性能的调控规律和作用机制,为诱导调控MSCs旁分泌性能提供了新途径,同时为新型促修复组织工程支架的设计提供理论依据和基础。