关节软骨主要由软骨细胞以及其分泌的细胞外基质构成,是一种表面光滑,有弹性的结缔组织,在体内主要起到负重和润滑的作用。在正常的关节软骨组织内基本无血管,淋巴管以及神经的分布,且其中缺少未分化的细胞,因此关节软骨受损后难以自行修复。同时关节软骨的损伤大多伴随着软骨下骨的损伤。软骨下骨主要为关节提供力学支撑,关节软骨的修复离不开软骨下骨提供的适宜环境。目前常规治疗手段针对关节软骨以及软骨下骨的缺损难以达到良好的修复效果。在此,我们提出了一种具有生物活性的可注射双层水凝胶。在结构上,该支架仿生了关节软骨及软骨下骨的多层结构,其中海藻酸钠/生物活性玻璃构建的离子交联型可注射水凝胶携带骨髓间充质干细胞用于软骨下骨的修复,海藻酸钠/琼脂糖组成的温敏性可注射水凝胶携带共培养的骨髓间充质干细胞和软骨细胞用于关节软骨缺损的修复,而且双层支架具有共同的基底材料海藻酸钠,通过生物活性玻璃离子扩散可将上下层海藻酸钠结合起来,并形成自然过渡层。在功能上,成骨层水凝胶能促进骨髓间充质干细胞成骨分化,上调骨髓间充质干细胞成骨相关基因以及一型胶原蛋白的表达;软骨层水凝胶能够促进骨髓间充质干细胞向软骨分化,上调其软骨相关基因,并维持软骨细胞分型,使得软骨细胞持续分泌二型胶原蛋白等软骨细胞外基质。此外,该双层支架具有可注射性,使用方便能充分填充创面。将该双层水凝胶支架材料植入大鼠关节软骨以及软骨下骨缺损后,取6周和12周生物样本进行观察,与正常关节软骨以及自然修复的关节缺损相比,双层水凝胶支架组中的新生软骨组织表面光滑,新生软骨形态以及其中软骨细胞形态和分布与正常关节软骨最接近,出现了近似透明软骨的结构以及初步的钙化层。同时,此组的新生软骨下骨中出现了大量规整的骨小梁结构,新生软骨和软骨下骨之间结合紧密分界明显,无互相侵入且与周围组织之间结合紧密。以上结果表明,本研究制备的连续双层水凝胶不仅在结构上能仿生关节软骨以及软骨下骨多层结构,而且在功能上能促进关节软骨以及软骨下骨修复,并且新生组织和原有组织之间紧密结合,具备应用于关节软骨修复的潜力。