组织工程(Tissue Engineering)一词最早由美国国家科学基金委员会于1987年正式提出。它是应用细胞生物学和工程学的原理,研究开发用于修复或改善人体病损组织或器官的结构、功能的生物活性替代物的一门科学。其基本原理和方法是将体外培养扩增的正常细胞吸附于一种具有优良细胞相容性并可被机体降解吸收的生物材料上面形成复合物,然后将细胞-生物材料复合物植入病损部位,在生物材料逐渐被机体降解吸收的同时,细胞不断增殖、分化,形成新的形态、功能方面与相应组织、器官一致的组织,达到修复创伤和重建功能的目的。由于具有重大科学意义,巨大临床应用前景和潜在的开发价值,使其成为研究的热门课题。目前的研究领域已经涉及心脏、骨、软骨、肝胆、皮肤等多种组织或器官修复治疗。由创伤或肿瘤导致的骨缺损是临床常见外科疾病,目前采用的自体骨移植、异体骨移植及人工合成替代品等治疗方法存在各自不足,难以满足临床需要。组织工程化骨组织研究为骨缺损修复治疗开辟了新的途径。由于骨缺损在临床上的常见性和治疗上的迫切性,近年来骨组织工程研究发展迅速；加之其组成结构相对单一,组织工程化骨有望成为最早进入临床应用的组织工程研究成果之一。而骨髓间充质干细胞(Mesenchymal stem cell, MSCs)具有高增殖率、多分化潜能以及低免疫原性等特性,是最理想的组织工程用种子细胞。因此,本研究的前两部分内容(即第二章和第三章)主要是基于人骨髓间充质干细胞(hMSCs)的骨组织工程技术研究。第一部分：主要评估了hMSCs以及hMSCs来源的成骨样细胞复合聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)支架对大鼠颅骨极限缺损的修复效果。将制备的干细胞支架复合物及成骨细胞支架复合物移植入SD大鼠颅骨极限缺损区域。同时利用荧光染料CM-Dil对植入细胞进行体内示踪。一定时间后对大鼠颅骨样本进行大体观察、组织学染色等检测来评估缺损区域的骨再生情况。体内实验结果表明：植入的人源细胞在大鼠体内可存活10周时间,干细胞及成骨细胞支架复合物均有助于缺损区域的骨再生。在异种移植模型中,相比成骨细胞支架复合物,干细胞支架复合物促进骨再生能力更强。本研究证实了基于hMSCs的组织工程技术应用于异种移植的可行性,且未分化干细胞更适用于异种移植研究。第二部分：为了进一步优化骨组织工程技术体系,寻找最适用于组织工程骨构建的支架材料,我们进行了接下来的研究。共聚物复合支架和生物陶瓷复合聚合物支架是应用于骨组织工程研究的两种最典型代表。而对上述支架的生物相容性及骨修复能力进行全面的比较评估对于临床应用支架的选择或改进具有重要意义。于是本研究在制备PLGA支架和羟基磷灰石聚乳酸聚合物(nHAP/PLA)支架的基础上,通过检测hMSCs在上述两种支架上的粘附、增殖以及成骨分化潜能情况对两种支架的生物相容性进行全面比较。然后将上述两种支架与hMSCs的复合物移植到大鼠颅骨缺损区域对其骨修复能力进行评估。体外研究结果发现nHAP/PLA支架比PLGA支架更有助于细胞粘附、胞外基质的分泌以及hMSCs向成骨细胞分化。而移植实验结果显示,两种支架复合物均有助于缺损区域的矿化和骨再生,但植入PLGA支架细胞复合物的缺损区域骨重建效果更加理想。nHAP/PLA支架的体内骨修复能力之所以未达预期效果,我们认为最可能是由于其体内降解速度过慢,阻碍了新生组织的生长所致。这提示我们,理想的骨组织工程支架必须考虑到生物相容性、力学性能、骨诱导性以及降解性能等,只有各方面性能达到平衡状态才是最理想的。第三部分：进行上述研究同时,我们一直思索是否可以将该研究思路和技术体系应用于其他组织损伤修复,拓展其应用领域。随着腹腔镜胆囊切除术的出现,手术引起的胆道损伤数量显著增加,且术后易产生胆道狭窄、胆漏等并发症。而目前治疗手段均存在各自不可避免的问题。组织工程技术有望给胆管损伤提供治疗新的思路,给病人带来新的曙光。本研究的主要目的是评估入骨髓间充质干细胞复合胆管仿生支架修复胆管损伤的可行性,探讨组织工程技术在胆管损伤修复领域的应用前景。我们在制备新型PCL/PLGA双层胆管仿生支架的基础上,利用自行设计的干细胞-管道支架复合物制备装置制备了高质量hMSCs-PCL/PLGA胆管支架复合物,并将其移植到猪胆管损伤区域。通过一系列生化及组织学检测评估胆管损伤的修复效果。体外实验结果证明PCL/PLGA胆管支架可支持hMSCs的粘附、增殖以及胞外基质分泌,具有良好的组织相容性。较于单纯胆管支架,植入细胞支架复合物的胆管其损伤修复效果更好,胆总管吻合口炎症反应更轻。上述研究表明,hMSCs-胆管支架复合物不仅可以支持胆汁流通,还有利于胆管损伤修复。此外还证实了hMSCs应用于胆管组织工程的可行性,这种策略将为胆管损伤治疗提供新的思路。