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研究背景及目的关节软骨损伤是临床骨科中最常见的疾病之一,损伤后的软骨大部分都会进展为骨关节炎,给患者带来关节疼痛和行动不便。作为一种慢性疾病,骨关节炎造成的疼痛和关节畸形不仅会影响患者的生活质量,还可能影响患者心理导致抑郁状态,同时,长期的治疗所造成的经济负担也不容小觑。如何在早期治疗软骨损伤阻断疾病的进一步发展一直是医学研究的热点。现有的临床治疗手段都无法取得令人满意的疗效。而近年来组织工程与再生医学的迅猛发展和应用为关节软骨损伤修复带了新的希望和思路。组织工程中支架材料的应用在构建软骨损伤修复体系的过程中尤为重要,其中,水凝胶因其能模拟细胞外微环境而成为组织工程最为广泛应用的材料之一。明胶作为胶原蛋白——软骨基质的主要构成成分——的水解产物,其构建的甲基丙烯酰胺基明胶水凝胶(GelMA)具有可控的机械特性和良好的生物相容性,可以模仿原生软骨的基质特性,为软骨细胞和间充质干细胞(MSCs)的迁移、粘附、增殖和成软骨分化提供有利的微环境。但GelMA本身无生物活性,不能诱导细胞的成软骨分化及维持其表型。而脱细胞原生软骨(DCC)取自天然软骨,经化学和物理脱细胞处理后消除免疫原性,保留了软骨外基质的糖胺聚糖和多重细胞活性因子,因此具有生物活性。而DCC因其可加工性较差,不能控制其孔径大小和孔隙率而不适合单独制备支架材料。本研究拟将GelMA和DCC相混合,利用光交联的方式包埋DCC形成复合水凝胶。由于这种水凝胶不仅高度模拟软骨的细胞外基质,同时还含有丰富的细胞因子,将其应用于软骨组织工程中,引导软骨的再生。第一部分制备含脱细胞原生软骨的甲基丙烯酰胺基明胶的生物墨水及其性质研究目的:制备含脱DCC及GelMA的生物墨水,并检测其理化性质和细胞相容性。方法:分别制取DCC冻干粉末和GelMA溶液,按比例混合,利用其光交联特性固化后做拉伸试验;将细胞接种于生物墨水后培养0、3、5和7天,利用荧光显微镜观察细胞活性。结果:制备出15%(w/v)GelMA+1%(w/v)DCC的生物墨水,拉伸试验杨氏模量显著大于对照组,细胞培养0、3、5和7天后细胞活性为90.32~96.79%。结论:DCC的加入使水凝胶具有更高的力学性能,GelMA/DCC生物墨水具有良好的生物相容性,为后续实验奠定基础。第二部分探究GelMA/DCC生物墨水的可打印性及其性能表征目的:检验GelMA/DCC生物墨水的可打印性。方法:利用三维气动式3D打印系统将生物墨水打印成支架,显微镜下观察支架结构连续性,检测支架的力学压缩性能和支架内细胞存活率。结果:GelMA/DCC生物墨水3D打印后成形性好,其多层网状结构完全互联,压缩模量达到100kPa以上,支架内细胞存活率>90%。结论:GelMA/DCC生物墨水具有优越的可打印性且打印后细胞存活率高,未来可将该生物墨水制成特定结构的支架以生成特定组织或植入体内。第三部分GelMA/DCC复合水凝胶体内促进软骨损伤修复研究目的:探究GelMA/DCC复合水凝胶在动物体内的促进损伤软骨修复的作用。方法:随机选取9只雄性新西兰大白兔,分为3组,即A组GelMA/DCC复合支架组,B组GelMA支架组,C组空白对照组。制造膝关节软骨损伤模型,将生物墨水植入缺损区紫外光照固化。12周后处死实验兔,对造模区行大体观察,HE染色,番红O染色及II型胶原免疫组化检测。结果:ICRS大体评分,A组(10.2±1.0)分,B组(7.5±1.0)分,C组(5.0±0.9)分,A组与B组、C组相比较修复组织生长情况较好,差异均有统计学意义(P<0.05)。O’Driscoll组织学评分,A组(15.2±0.8)分。B组(9.5±1.0)分,C组(7.2±1.2)分。A组O’Driscoll组织学评分显著高于A组及C组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:GelMA/DCC复合水凝胶在体内可以促进软骨损伤修复,再生组织类似天然软骨。