作为体外组织构建和体内组织修复和再生的重要替代物,细胞与三维支架材料的复合体之间的相互作用己成为组织工程研究中的一个非常重要课题。三维支架为细胞的生存和生长构建了一个微环境,它应具有适宜的孔径、孔隙率、良好的孔连通性和适宜的机械性能。三维支架的结构及表面拓扑形貌等物理因素及化学组成在微纳级尺度上的差异都影响着细胞的粘附、增殖、迁移、分化、基因表达等,从而决定着特定组织或器官的形成。三维支架种类包括多孔支架、水凝胶、纤维支架、微球型支架等多种形式,其中微球堆积型支架因其具有较大的比表面积而更利于细胞的增殖和保持表型而备受关注。三维支架的制备方法众多,其中致孔剂法因其可获得适宜细胞粘附和增殖的可控孔径和孔隙率的支架而成为制备微球堆积型支架的首选。本课题以明胶无规粒子为致孔剂,结合相分离的原理制备了具有不同表面形貌的聚己内酯多孔支架和不对称粒子,考察了溶液的初始温度、浓度、粗化温度、粗化时间和溶剂组成对多孔支架和微球形貌的影响并讨论了形成相应结构的机理。当聚己内酯／四氢呋喃溶液的初始温度固定为25℃,在-20℃冰箱中时,液一液相分离起主导作用,得到聚己内酯多孔支架,当溶液的初始温度固定为37℃时,固一液相分离起主导作用,得到不对称的粒子,明胶模板为不对称粒子的形成提供了微环境和成核中心。当体系在-198℃进行粗化时,则全部形成支架。因此,溶液的初始温度和粗化温度对支架的最终形貌起着决定性作用。基于致孔剂法制备微球支架的过程复杂、冗长、繁琐等缺点,利用相分离技术的原理,通过一步冻干法制备了具有大孔结构且孔间连通性良好的聚己内酯微球堆积型多孔支架,极大地简化了制备工艺,并系统研究了溶液初始温度、浓度等制备参数对微球堆积型支架形貌、支架上微球的尺寸,孔径及孔隙率的影响,探讨了形成大孔和微球堆积的双连续结构的机理。该微球堆积型支架较传统的多孔支架具有更高的力学性能,有望做为承重的病损组织的修复。微球堆积型支架较传统的致孔剂法制备的支架更有利于骨髓间充质干细胞的增殖和表型保持,糖胺聚糖(GAGs)、碱性磷酸酶(ALP)及Ⅰ型胶原和Ⅱ型胶原检测结果表明微球堆积型支架有利于骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化,而传统的石蜡致孔剂法制备的支架更有利于骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化。分化趋势的不同归因于支架所特有的微球堆积型结构(物理因素)。除了物理因素外,化学因素对干细胞的粘附、增殖及分化等行为亦有着重要影响。利用碱解技术对微球堆积型支架和传统的致孔剂法制备的多孔支架进行了表面活化,接枝了促进肝细胞保持表型的活性组分—半乳糖化的壳聚糖(GC,取代度65%)。考察了GC改性后的微球堆积型支架及多孔支架的孔隙率,力学性能和支架上GC的含量和稳定性。在同样的碱解条件下,微球堆积型支架上羧基含量少于多孔支架上,这和微球的晶体结构十分稳定有关,不容易被此碱解条件所破坏。碱解后的微球堆积型支架较碱解前会接枝更多的GC,碱解对微球堆积型支架上GC的稳定性影响不显著。碱解后的多孔支架较碱解前接枝GC的量变化不大,碱解后的多孔支架上的GC具有更好的稳定性。虽然微球堆积型支架上GC含量远远少于多孔支架上的GC含量,骨髓间充质干细胞的接种实验结果表明,经过GC改性的微球堆积型支架上的细胞活性及白蛋白的分泌量远高于经过GC改性的多孔支架。经过GC改性的微球堆积型支架较经过GC改性的多孔支架及两种空白支架更有利于干细胞向肝细胞分化,这归因于微球堆积型支架所特有的结构和形貌的物理因素及GC改性支架的化学因素的协同作用所致。物理因素和化学因素对干细胞在支架上的增殖及定向分化行为有着协同作用,利用胶原对微球堆积型支架进行了改性,考察了不同浓度胶原改性的微球堆积型支架的形貌、支架上胶原的含量、孔隙率、力学强度及胶原改性的微球堆积型支架对大鼠骨髓间充质干细胞的粘附、增殖及分化等行为的影响。胶原改性支架上的细胞活性远高于空白微球堆积型支架,0.1%胶原改性的微球堆积型支架上的细胞活性始终高于或保持与0.5%、0.3%胶原改性的微球堆积型支架上的细胞活性相当。培养至21天时,0.1%、0.3%、0.5%胶原改性支架上的细胞活性较14天时略有下降,可能的原因是细胞在支架上大量快速生长后导致的细胞凋亡加速。糖胺聚糖及碱性磷酸酶检测结果表明,经过0.5%胶原改性的微球堆积型支架上细胞分泌的碱性磷酸酶量显著高于经过0.1%胶原改性的和空白的微球堆积型支架上的细胞的分泌量,而糖胺聚糖的分泌量显著低于经过0.1%胶原改性的和空白微球堆积型支架上的细胞的分泌量。经过胶原改性的微球堆积型支架有利于支架上的干细胞向成骨细胞分化,浓度越高向成骨细胞分化的趋势越显著,此体系中化学因素对干细胞的分化行为起着关键作用。