目的:本课题旨在运用化学交联和电场驱动的方式分别对非晶和高晶丝蛋白纳米纤维在同一体系中进行单独调控,从而模拟天然骨组织中皮质骨和松质骨的结构特点,构建出一种外层为各向异性结构而内层为无规多孔结构,同时具有力学梯度的环形管状丝蛋白基骨仿生支架。通过对骨结构的仿生和免疫反应的调控来提高支架促进骨组织再生的性能。方法:1、首先将生蚕丝经过脱胶、溴化锂溶解、透析、离心和浓缩等步骤获得高晶和非晶丝蛋白纳米纤维。再将两种纳米纤维按一定的比例混合,倒入预制好的环形石墨模具中,通过电场和化学交联的方式制备出丝蛋白仿生骨支架;2、将支架内外层切开,并设置单纯外层组（outer）、单纯内层组（inner）和复合组（combined）。通过压缩模量、红外吸收光谱、扫描电子显微镜、孔径和取向度、保水率和降解实验分别对丝蛋白支架的力学性能、二级结构、微观形貌和降解行为进行分析;3、通过免疫荧光、DNA含量检测的方法对丝蛋白支架的生物相容性进行评价;4、通过建立巨噬细胞与骨髓间充质干细胞的共培养体系,使用免疫荧光、qRT-PCR、Western Blot、ELISA法、茜素红染色及碱性磷酸酶染色,评价支架对巨噬细胞极化的调控和成骨性能的评价。5、建立大鼠股骨缺损模型,并通过Micro-CT及组织病理切片染色评价材料在体内促进骨再生及其对巨噬细胞极化调控的能力。结果:1、制备了外层具有各向异性结构和内层为无规多孔结构的环形丝蛋白仿生骨支架,且电子扫描显微镜证实了这一复合结构的存在。2.红外光谱表明丝蛋白支架的主要二级结构为β-sheet。支架外层的孔径、孔隙率、保水率均小于支架内层。支架的外层较内层具有更高的力学性能。体外降解实验表明该支架具有一定的生物可降解性,同时又可以起到较长期干预的作用。3、激光共聚焦观察和细胞的DNA含量检测的结果表明,该支架具有较好的生物相容性,并且内层和复合层因其存在较大的孔径,更有利于细胞的增殖。4、在对巨噬细胞与骨髓间充质干细胞的共培养体系进行一系列的检测中,免疫荧光、qRT-PCR、Western Blot及ELISA法的检测结果为:外层和复合组中IL-10、CD 206、BMP-2、RUNX2、茜素红、碱性磷酸酶的表达较高,且复合组因其较好的增殖性能,各项表达均高于外层组;而内层组IL-6、iNOS的表达较高,其余指标均较低,表明各向异性结构的存在可以诱导巨噬细胞向M2型极化并拥有较好的成骨性能。5、在动物实验中,Micro-CT及组织病理切片染色的结果与细胞实验一致,复合组具有最优的诱导巨噬细胞向M2型极化及促进骨组织修复的能力。结论:本实验形成的环形仿生骨支架可以最大限度的模拟生理状态下的骨皮质与松质的结构特点,以实现骨传导性与力学强度的统一;并通过对巨噬细胞极化的调控来提高支架整体促进骨组织修复的能力,实现了在同一体系中对多因素的整合,为将来体外构建仿生骨材料提供了思路和可能。