肌腱损伤是一种非常常见的运动损伤。目前以物理治疗、外科缝合以及移植为代表的治疗手段,疗效十分有限。目前,干细胞和组织工程等新技术的手段还是只能部分改善肌腱的修复效果,这其中问题在于没有有效方法能够使细胞向成熟功能细胞分化,实现肌腱完全再生。所以,我们在之前对干细胞协同生物支架的研究成果基础之上,对干细胞阶段性向肌腱分化与成熟展开研究,提出假说:物理与化学微环境通过肌腱细胞特异整合素(integrin)调控肌腱干细胞向肌腱系分化成熟。实验室前期的研究证明,物理微环境与肌腱相关转录因子可以用来诱导干细胞向肌腱干细胞分化,并且integrin基因参与了肌腱的分化成熟。因此,本课题基于以下三部分内容。在第一部分中,我们通过基因芯片筛选,发现力学相关转录因子Fos基因在早期肌腱中高表达,通过体内外过表达与敲降实验,发现在早期肌腱干细胞中过表达Fos基因可以促进肌腱干细胞向早期肌腱分化。第二部分我们探索力学微环境对肌腱晚期分化与成熟的影响,利用PDMS凝胶构建梯度杨氏模量的基质材料,我们发现合适的基质硬度能够促进肌腱干细胞的Scx表达和腱系表型维持,并协同TGF-β1诱导向肌腱系分化。进一步实验利用无支架体外组织工程肌腱模型,在不同基质硬度上诱导组织工程肌腱。在体内膑腱损伤修复实验中,我们发现合适基质硬度能诱导肌腱干细胞向成熟肌腱分化并促进损伤肌腱的再生。整合素(integrin)家族为细胞力学传导的第一类感受器,因此第三部分为探索integrin在肌腱干细胞分化中的机制,我们发现肌腱干细胞特异性表达integrinam亚型,进一步实验发现硬度与Fos基因均可能通过肌腱特异integrin诱导肌腱分化。本研究揭示了物理与化学信号通过肌腱干细胞特异性integrin亚型的改变诱导干细胞向成熟肌腱分化,为在体外大量扩增肌腱组织工程细胞和实现肌腱组织完全再生提供了全新的思路。