组织工程学是应用细胞生物学、生物材料学和工程学原理,以组织工程支架、种子细胞和生长因子为基础,来研究和开发生物活性替代物用于创伤组织修复以及组织再生的一门科学。组织工程支架的构建是组织工程学的核心内容和研究热点之一。静电纺丝技术可以将天然材料、合成材料以及二者的复合物制备成纳米或微米纤维膜。这种静电纺纤维膜比表面积大,孔隙率高,结构上十分类似于细胞外基质,因而十分具有组织工程应用前景。目前有很多静电纺纤维支架在皮肤、血管以及神经修复方面的应用,但是鲜有静电纺纤维支架成功修复软骨组织的报道。软骨组织都有一定的厚度(2.2-2.5毫米),而细胞仅能在传统静电纺纤维支架的表面呈单层生长,因而不能完全修复软骨组织。本研究中,我们通过改进静电纺丝接收装置,用动态液体接收静电纺纳米纤维。此过程中,静电纺聚乳酸-聚已内酯/胶原纳米纤维通过水流漩涡的作用抱合成一束纱(～24微米,称之为纳米纱),并通过一个转轴接收,再经冷冻干燥成型,即得到纳米纱三维支架。场发射扫描电镜(FE-SEM)表明,这种新型三维支架是由取向排列的纳米纱组成,疏松多孔,纱表面粗糙,纱与纱之间形成大孔和沟槽结构。傅利叶红外测试结果证明,支架中有聚乳酸-聚已内酯和胶原的特征吸收峰并且没有新的吸收峰产生,说明支架制备过程对材料化学成分没有影响。此外,力学测试结果证明该支架具备良好的力学性能。体外生物相容性测试以猪髋内皮细胞(PIEC)和小鼠前成骨细胞(MC3T3-E1)种子细胞。MTT结果表明,纳米纱三维支架比传统静电纺纳米纤维支架更利于细胞生长,PIEC和MC3T3-E1在纳米纱三维支架增殖速度更快;组织学分析(H&E染色)表明细胞能逐渐长入纳米纱三维支架内部,而仅在纳米纤维支架的表面生长;FE-SEM和激光共聚焦扫描(CLSM)都证明细胞在纳米纱三维支架上铺展更开,呈梭形或线形生长。此外,PIEC在纳米纱支架上沿着纳米纱生长,形成类似毛细血管结构,说明这种纳米纱三维支架能够引导细胞生长,或许能促进再生组织血管化。为了进一步提高支架的性能,我们通过冷冻干燥将胶原/透明质酸复合到纳米纱支架中,得到形态更稳定的仿生三维支架。以兔源骨髓间充质干细胞(BMSC)为种子细胞复合三维支架体外构建组织工程软骨。阿尔新蓝染色结果均表明,在含转化生长因子(TGF-β1)的诱导培养基中,可以将BMSC诱导为软骨细胞;CLSM证明细胞在支架上沿纳米纱方向呈取向生长。此外,H&E切片证明细胞能长入支架内部。将三维支架与医用大孔β-磷酸三钙(β-TCP)通过冷冻干燥结合,得到骨-软骨双相支架。BMSC在双相支架上体外诱导培养三周后,植入骨-软骨缺损兔体内。结果表明,三个月后,植入细胞-支架组的兔骨-软骨缺损得到完全修复。