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严重的骨软骨缺损会导致骨关节炎,这是一种涉及整个关节组织的关节炎。骨软骨天然无血管,无神经和无淋巴系统,骨软骨缺损很难自行修复。骨关节炎因不影响生命的可持续性而受到很少的关注,任其发展最终会导致机体的残疾。除了软骨降解外,软骨缺损延伸到软骨下骨的问题也越来越受到重视,成功的软骨下骨重建对骨软骨修复起重要的作用。有许多天然或合成聚合物已被用于骨软骨缺损修复,但临床上因骨质支撑不足而引起的修复失败亦不断地激励人们去发现或制造出新的软骨下骨构建体以满足日益增加的临床需求。本项工作以软体动物壳衍生的有机模板(OTMS)为基底,成功地制备了具有仿生结构的可生物降解软骨下骨构建体,它可以满足软骨下骨构建体的功能性要求,例如有效的机械支撑,优异的生物活性,细胞相容性和骨整合性能。研究的具体内容如下:(1)本部分通过一步仿生矿化过程,在有机“超强力胶”聚多巴胺修饰的软体动物壳衍生有机模板(pDA-OTMS)上得到羟基磷灰石/有机模板复合材料HA/pDA-OTMS。各组材料的性质表征和以MC3T3-E1细胞为靶细胞的体外细胞实验发现:类蜂窝状OTMS具有优异的机械性能,互连的通道阵列可以促进气体交换,营养物质和废弃物的输送;它是糖类和蛋白质的组合体,生物安全无毒主要归于OTMS的天然来源,是生物相容的,允许细胞的粘附和增殖;pDA修饰后的负电面利于磷酸钙成核,且无明显的细胞毒性,有利于细胞增殖和生长;有机基底的类蜂窝状空间结构允许最小的材料创造最大和最稳定的几何空间,在整个表面和内壁上加载HA可以提供一定的机械性能,并促进成骨相关基因的表达,提高构建体的成骨性能。本工作首次证明OTMS作为生物材料基底的可行性,同时来源广泛制备简单的优点可推动其广泛使用。(2)本部分通过两步仿生矿化过程,在聚多巴胺修饰的贝壳衍生有机模板(pDA-OTMS)上沉积掺杂不同量钴离子的羟基磷灰石:HA/Co X(X是第二步仿生矿化时理论上掺入的Co2+浓度,分别取0,0.1,1,5,10,15,20 μM)。各组材料的性质表征和以MC3T3-E1细胞为靶细胞的体外细胞实验发现:适当浓度的Co2+可以促进细胞的粘附和增殖,Co2+浓度最高的HA/Co 20组不利于细胞的粘附和铺展,同时Co2+存在可以促进成骨细胞分化,所有的掺杂组相对于纯HA组均显示明显的促进骨生成作用,ALP活性随着Co2+浓度的增大先增大后变小,其中HA/Co 10组有最佳的成骨作用,说明一定范围的Co2+存在可以增强材料的成骨作用。综上所述,本实验以贝壳衍生的有机模板为基底,通过一步仿生矿化制备了HA/pDA-OTMS构建体,和两步仿生法制备了HA/Co X(X=0,0.1,1,5,10,15,20)三维有机/无机复合构建体。实验表明.:类蜂窝状OTMS作为生物材料的基底有一定的可行性:天然的空间结构赋予其优异的机械性能,成分安全无毒,具有细胞相容性,可生物降解,连通孔结构利于细胞在组织深处的迁移和增殖,有利于营养物质和废弃物的交换;HA/pDA-OTMS和HA/Co充分的结合了有机模板和无机晶体的优势,可以在提供足够机械支撑的基础上促进成骨细胞的生长和分化。掺杂Co2+的HA可以有效的增强材料的成骨性能。二者均可应用于软骨下骨的重建。