天然骨组织本身是一个高度血管化的组织,具备一定的自我修复能力,然而,当骨损伤超过其临界缺损尺寸后则无法自愈。因此,临界骨缺损是目前临床亟待解决的痛点问题之一。临界骨修复材料往往因其修复体积较大而材料内部新生骨组织血管化不足,导致移植骨修复材料内部坏死而修复失败。因此,设计和构建促血管化骨再生修复材料具有重要的研究意义和临床应用潜力。基因激活基质的本质是将组织工程与基因治疗相结合获得新材料,近年来受到越来越多的关注。用生长因子的基因形式来替代传统的重组蛋白形式,可以有效地规避重组蛋白带来的诸多问题,如蛋白因子易暴释而引起持续性短、易变性而导致效力差、因过量释放而诱发系统毒性以及因制备程序复杂而成本高等,而被广泛应用于组织工程。因此,本论文以基因激活材料为依托,用血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor,VEGF）的基因形式替代传统的重组蛋白形式,然后选用生物相容性好、细胞毒性低及细胞摄取效率高的外泌体作为基因递送载体,与多孔的骨修复支架结合,设计和构建具有成血管和成骨双重功能的血管化骨再生修复材料体系,解决临界骨缺损修复材料因内部血管化不足而坏死的临床痛点问题,为发展下一代完全骨再生修复材料奠定理论基础。本论文的研究内容主要包括以下三点:（1）开发一种基于外泌体为基因载体的血管化骨再生修复材料体系,并研究其在颅骨缺损修复中的应用。首先,以软骨祖细胞系来源的外泌体作为VEGF基因的载体构建了一种工程化外泌体,这种工程化外泌体不仅可以发挥基因递送载体的功能,而且可以发挥其来源细胞的成骨分化功能。然后,以丝素蛋白（Silk fibroin,SF）和聚己内酯（Polycaprolactone,PCL）作为基材,通过静电纺丝技术制备了SF/PCL混纺膜,SF/PCL混纺膜为不仅可以模拟细胞外基质,进一步用聚多巴胺修饰电纺膜提高对工程化外泌体的粘附能力。最后,将粘附有工程化外泌体的SF/PCL电纺膜作为一种新型的血管化骨再生修复材料用于大鼠颅骨缺损的修复。体内外实验结果均表明工程化外泌体具有促进血管和新生骨形成的双重功能,该血管化骨再生修复材料有利于临界骨缺损的修复。（2）优化基于外泌体的血管化骨再生修复材料,并将其扩大应用于长段骨缺损的修复。为了解决因外泌体与材料的连接不够牢固而导致VEGF前期大量暴释的问题,进一步优化外泌体与材料的连接方式,创造性引入了外泌体亲和肽。首先,利用三维（Three-dimensional,3D）打印技术制备PCL多孔支架,进一步修饰外泌体亲和肽将工程化外泌体特异性柔性结合到PCL多孔支架上,从而发挥工程化外泌体原位细胞摄取、原位缓释VEGF的作用。该血管化骨再生修复材料用于大鼠桡骨缺损的修复,取得了良好的骨修复效果。进一步验证了基于工程化外泌体的血管化骨再生修复材料为临界骨缺损的修复提供了新的策略。（3）设计一种基于外泌体类似物（Exosome-mimetics）为基因载体的血管化骨再生修复材料,并研究其在颅骨缺损修复中的应用。为了克服外泌体提取步骤繁琐、周期长、产量低等缺陷,通过构建分子筛,采用梯度机械挤压的方法提取一种新型的外泌体类似物,该外泌体类似物具有与外泌体相似的形貌、尺寸及表面蛋白标志物,产量却是外泌体的约100倍。以壳聚糖（Chitosan,CS）和聚乳酸（Polylactic acid,PLA）作为基材,利用静电纺丝技术制备具有核壳结构的CS/PLA同轴电纺膜。另外,为了加强外泌体类似物与材料的连接,进一步优化二者的连接方式,采用介于物理吸附和共价结合之间的柔性连接方式——生物素-链霉亲和素系统。分别在外泌体类似物及材料表面修饰生物素,通过链霉亲和素作为桥梁将二者连接在一起。体内动物实验结果表明该材料具有很好的修复效果。外泌体类似物的运用更加丰富了基于基因激活的血管化骨再生修复材料体系在骨组织工程中的应用。综上所述,本论文设计和构建了一系列工程化外泌体介导的血管化骨再生修复材料,从血管再生和骨再生两个方面出发,提升临界骨缺损修复,攻克长段骨骨缺损因血管化不足而导致坏死的临床痛点问题,也为发展新一代血管化骨再生修复材料提供新材料体系。