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目的:本课题旨在研究天然植物来源的高分子多糖瓜尔胶体外诱导骨髓间充质干细胞增殖和向软骨方向分化的作用以及体内修复软骨组织缺损的作用和效果。方法:第一部分方法:对瓜尔胶（GG,guar gum）原料进行可光固化化学改性以及相关物化表征:将瓜尔胶粉末溶解于蒸馏水中,水浴加热搅拌,待其完全溶解以后加入甲基丙烯酸酐（MAA,methacrylic anhydride）进行化学改性,最终反应产物经透析、纯化、冻干后得到高、低甲基丙烯酰基（MA,methacryloyl）接枝率的瓜尔胶甲基丙烯酸酯（GG-MA1、GG-MA2）。以瓜尔胶原材料作为对照,通过傅里叶红外光谱（FTIR）以及核磁氢谱（~1H NMR）检测分析改性后瓜尔胶的化学组成,验证瓜尔胶的改性反应是否成功。分别制备几组不同浓度的GG-MA水凝胶3D打印墨水,利用3D打印机来筛选打印成型效果好、支架结构分辨率高、所需空气压力相对较小的GG-MA水凝胶墨水的合适打印浓度。对光固化3D打印瓜尔胶水凝胶支架进行相关物化表征,包括使用扫描电镜拍摄支架横截面,观察GG-MA水凝胶支架内部形态和孔隙结构、测量孔径大小,利用力学测试仪测量GG-MA水凝胶支架的压缩模量,以PBS缓冲液模拟体内环境计算不同时间点GG-MA水凝胶支架的溶胀率和降解率来研究支架的溶胀和降解性能。第二部分方法:光固化3D打印瓜尔胶水凝胶支架在体外诱导骨髓间充质干细胞向软骨方向分化的研究:提取新西兰大白兔骨髓间充质干细胞进行体外扩增培养,取第三代干细胞与海藻酸钠（AS）水凝胶墨水（对照组）以及高、低改性接枝率的瓜尔胶（GG-MA1、GG-MA2）水凝胶墨水（实验组）搅拌混匀作为生物墨水,使用3D生物打印机打印成支架,在软骨诱导培养基中继续培养。分别在7天和14天两个培养时间点,利用活/死细胞（Live/Dead）染色在激光共聚焦显微镜下观察骨髓间充质干细胞在不同组水凝胶支架中的生长增殖情况;检测各组的GAG和DNA含量来观察软骨基质产物糖胺聚糖（GAG）的分泌量;利用荧光定量PCR检测软骨分化相关标志性基因ACAN、COL2a1、COL1a1、SOX9的表达情况,从而验证骨髓间充质干细胞在各组水凝胶支架中向软骨细胞方向分化的效果。第三部分方法:光固化3D打印瓜尔胶水凝胶支架对体内软骨缺损修复作用的研究:建立新西兰大白兔关节软骨缺损模型,将不同组别的负载兔骨髓间充质干细胞的3D生物打印水凝胶支架（AS组、GG-MA1组、GG-MA2组）植入缺损部位,在术后第12周收取关节样本,对修复关节面进行拍照和大体观评分,观察缺损部位的修复情况;样本经多聚甲醛固定后,脱钙、石蜡包埋、切片,再进行HE染色、番红O-固绿染色,并进行组织学评分观察各组间的修复情况。结果:第一部分结果:傅里叶红外光谱（FTIR）检测结果和核磁共振氢谱（~1H NMR）检测结果显示,瓜尔胶的甲基丙烯酸酐改性反应是成功的,经化学改性后得到的瓜尔胶甲基丙烯酸酯水凝胶具有紫外光固化成凝胶的特性,经3D打印机筛选得到GG-MA水凝胶墨水的合适打印浓度为4%w/v,压缩模量检测结果显示浓度为4%w/v的GG-MA1水凝胶支架的压缩模量为0.069 MPa,GG-MA2水凝胶支架的压缩模量为0.184 MPa。溶胀率检测结果显示,经过24 h后,GG-MA1水凝胶支架的溶胀率约为1917%,GG-MA2水凝胶支架的溶胀率为1139%。降解性能检测结果显示,经过60天后,GG-MA1水凝胶支架的降解率约为90.71%,GG-MA2水凝胶支架的降解率为61.41%。扫描电镜结果显示光固化3D打印瓜尔胶水凝胶支架内部具有互通孔隙的微观结构,而且孔隙的大小及分布较为均匀。第二部分结果:活/死细胞染色结果显示,随着培养时间延长,各组水凝胶支架中的细胞数量增多,生长增殖状态良好,存活率高;GAG/DNA检测结果显示随着培养时间延长,AS组和GG-MA2组糖胺聚糖的相对表达量增多,GG-MA1组糖胺聚糖的相对表达量减少;荧光定量PCR检测（ACAN、COL2a1、COL1a1、SOX9）结果显示随着时间增长,AS组和GG-MA2组中软骨特异性标志基因COL2a1的表达量显著增多,超过AS组的COL2a1表达量。第三部分结果:体内实验收取关节软骨缺损修复样本的大体观察结果显示,GG-MA2组软骨缺损修复效果与AS组相似,新生软骨组织完全填充缺损部位,而且与邻近正常软骨组织生长融合良好,而GG-MA1组修复效果较差、填充不完全。组织学染色结果包括HE染色和番红O-固绿染色结果与大体观察结果基本相符。结论:天然植物多糖瓜尔胶通过甲基丙烯酸酐改性后,其水凝胶具备紫外光固化的凝胶性能,3D打印制备的光固化瓜尔胶水凝胶支架具有互通孔隙的内部微观结构,同时拥有较好的溶胀性能、降解性能以及力学强度,并且以上性能可通过改变改性反应取代率来进行调节;光固化3D打印瓜尔胶水凝胶支架与海藻酸钠水凝胶具有相近的性能,可以在体外给骨髓间充质干细胞生长增殖以及成软骨分化提供良好的支撑环境;负载骨髓间充质干细胞的光固化3D打印瓜尔胶水凝胶支架对体内软骨组织缺损具有良好的再生修复作用。