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由于炎症、外伤与肿瘤等引起的骨缺损是临床常见的疾病。传统的自体/异体骨移植由于来源短缺等原因,在临床的应用受到很大限制。随着材料科学的不断进步和发展,人工合成骨修复体成为解决临床使用骨替代物的最佳方法。在人工合成骨修复体的材料中,β-磷酸三钙(β-TCP)由于与人体骨骼相似无机成份和可生物降解性成为较为理想的材料。在结构方面,骨修复要求修复体材料具有多孔的结构便于细胞和血管的长入。为进一步提高β-TCP修复体材料的成骨诱导能力,促进骨组织再生修复,本研究基于3D打印制备的β-TCP多孔修复体,采用物理包被、负载和细胞工程技术方法对修复体进行功能化改性。主要研究内容和结果如下:(一)β-TCP多孔骨修复体的制备及生物安全性评价利用3D打印技术构建孔结构精确可控的β-TCP多孔修复体,对其进行体内和体外的生物安全性评价。研究发现,在体外,β-TCP多孔修复体有利于骨髓间充质干细胞(mBMSCs)的粘附与增殖;在体内,β-TCP多孔修复体生物相容性好,不刺激结缔组织增生,降解产物不引起主要脏器的毒性反应,具有良好的生物相容性和生物安全性。(二)Ⅰ型胶原纳米纤维功能化β-TCP多孔修复体通过物理包被的方法在β-TCP多孔修复体表面构建重组Ⅰ型胶原纳米纤维。研究发现β-TCP多孔修复体表面的Ⅰ型胶原纳米纤维能促进mBMSCs的增殖与成骨分化,同时,刺激mBMSCs基质小泡的分泌,促进基质矿化。(三)Ⅰ型胶原纳米纤维负载生长因子PIGF功能化β-TCP多孔修复体采用Ⅰ型胶原纳米纤维负载生长因子PIGF修饰β-TCP多孔修复体表面,实现PIGF的有效缓释。研究发现PIGF的负载能促进mBMSC细胞增值及成血管相关生长因子的分泌,更重要的是,PIGF还能刺激mBMSC细胞成骨相关基因的表达,诱导其成骨分化。因此,该修复体具有同时促成血管及促成骨的双重诱导调控作用。(四)转基因pigf-tk-CHO细胞功能化β-TCP多孔修复体构建基于四环素诱导表达系统(Tet-on induce expression system)的pLVX-Tet-On-Tight-myc-PIGF-PGK-Puro质粒和基于更昔洛韦诱导自杀系统(GCV/HSV-tk suicide gene system)的pIRES2-ZsGreen1-TK质粒,同时转染到CHO细胞中。经过转基因CHO修饰的β-TCP多孔修复体,可实现诱导表达PIGF生长因子和细胞凋亡。这种“智能双安全调控表达系统”骨修复体提高了转基因治疗骨修复的生物安全性和有效性,是一种理想的基于基因工程对骨修复体功能化方法。