关节软骨是无血运、单一的结缔组织，损伤后依靠自身修复的能力很低，常导致软骨面的进一步破坏甚至骨性关节炎的发生。近年来，随着细胞生物学和生物材料学的发展而产生了组织工程这一新兴学科，为软骨的再生提供了新的治疗方向。软骨组织工程至少包括三个方面内容：1，种子细胞的分化与增殖；2，支架材料的选择；3，合适的培养环境，细胞因子的作用。 在软骨修复过程中，生长因子在调控软骨细胞的分化、增殖以及细胞外基质的合成中发挥着重要作用。而由于软骨解剖部位特殊，细胞因子很难能够到达。国内外研究生长因子的应用方式包括：构建控制释放系统，如微包囊、水凝胶；和生物材料复合形成缓慢释放系统；或直接注射活性因子。但外源性生长因子半衰期短，局部使用很快被稀释和代谢，需反复使用，价格昂贵，且治疗剂量相对较大，有可能导致毒性作用。基因治疗方法的出现，可以有效的解决这个问题，利用转基因技术将外源性目的基因转入种子细胞，通过转基因细胞在缺损局部持续高效地表达产生高生物活性的内源性生长因子，来达到治疗目的。本研究即通过构建含有治疗基因片段的生物支架材料，来完成缺损区的填充，基因成分的局部传送与表达，促进缺损区内软骨的再生。这种基因活化材料(gene-activated matrix GAM)不仅可充当细胞生长增殖的场所，还可协带质粒DNA到组织缺损区域，在材料降解的过程中能够不断释放基因 成分，靶细胞明确，转基因产物仅局部作用，安全性高，并可保护质粒在体内不被过分地吸收与降解。但传统制备的GAM存在转染效率低，质粒释放较慢的缺点。为解决这个问题，我们在实验中通过控制制备过程中的各项条件，如改变冷冻的时间与温度，调整材料中多聚阳离子的合成比例，调节成形后材料的孔隙与孔径，来达到对质粒DNA快速释放及协带足量的基因成分。因此本实验旨在：选择合适的生物材料构建基因活化材料；体外细胞实验证实GAM对软骨细胞有促进增殖的作用；体内评估GAM修复兔膝关节软骨缺损的结果。 质粒DNA具有负电荷的特性充许其与多价阳离子聚合物相结合而构成基因传送系统。本研究选择壳聚糖及明胶作为支架材料成分，是因为这两种生物材料均具有与DNA相结合的能力，在体内可降解，无免疫原性，具有良好的生物相容性，价格低廉，来源丰富。相互成形后还可改变各自的理化特性，能够促进软骨再生并可协带更多的基因成分。本实验选择转化生长因子-β1(TGF-β1)作为治疗因子是因为它具有促进软骨细胞增殖和分化、促进软骨细胞外基质的合成与代谢、促进多种细胞(骨髓间充质细胞、骨膜或软骨膜细胞)向软骨细胞分化等多重生物学功能，在软骨修复过程中发挥着重要作用。实验中证实：2％的壳聚糖与2％的明胶复合冻干后可形成性能优良的三维支架材料，并可作为局部基因传递载体协带编码有TGF—β1的质粒DNA；基因成分能够在短期内大量释放并具有体外转染软骨细胞的能力；治疗因子的表达能够促进体外培养状态下的软骨细胞生长增殖及分泌合成特异性细胞外基质；体内植入兔膝关节全层软骨缺损区12周后，发现较对照组有明显的修复效果。 因此说GAM在关节软骨缺损的治疗领域中展现出优越的前景：首先作为支架材料GAM可填充缺损，恢复关节面的完整性，防止因应力不均而导致的进一步软骨破坏；其次GAM利于修复细胞的粘附、增殖与分化，材料的构成可模拟软骨的组织结构；GAM协带的质粒DNA在释放后可转染部分修复细胞，表达产物有利于修复过程的完成。这种技术联合了组织工程和基因转染两种治疗手段，又称为组织工程基因强化技术，发展了关节软骨损伤的基因治疗新方法，初步形成了利用含目的基因的复合生物材料修复关节软骨缺损的治疗措施。