关节软骨损伤是临床常见疾病,由创伤、肿瘤、感染、骨性关节炎等引起。由于软骨组织中没有血管、神经和淋巴等组织,因此软骨一旦损伤,很难自愈。组织工程软骨已成为软骨再生修复领域的研究热点,但该方法依然存在诸多问题。例如,组织工程产品多为大块支架,难以实现微创治疗,手术创面大,影响术后恢复效果;支架缺少与宿主组织的界面结合,易滑脱;自体软骨细胞来源有限,且在体外扩增过程中易失去其软骨表型,体内修复时易产生纤维软骨。因此,对支架材料进行功能化设计和选择合适的物理化学信号调控细胞的软骨表型对改善软骨再生效果至关重要。本论文从软骨组织工程的三要素出发,围绕支架、细胞和因子（物理信号和化学信号）进行独特的选择和设计,旨在解决目前软骨组织工程产品面临的问题,为软骨再生修复提供新方案。运用液滴微流控技术,以明胶和透明质酸为主体材料,结合巯基-迈克尔加成反应、光引发自由基反应和苯硼酸酯反应,构建出一系列具有可注射、自愈合、组织粘附、药物缓释和连通微孔结构的微凝胶组装体,以合适的机械性能和小分子药物,促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成软骨分化,达到良好的关节软骨再生修复效果。首先,在微流控芯片中成功制备了明胶/透明质酸（Gel-HA）微凝胶,以此为研究模型探究3D机械微环境对BMSCs行为特别是成软骨分化行为的影响。通过巯基化明胶（Gel-SH）和具有不同取代度的乙烯砜化透明质酸（HA-VS）之间的巯基-迈克尔加成反应制备出三种分别具有低、中、高交联密度的明胶/透明质酸微凝胶,分别命名为Gel-HA（L）、Gel-HA（M）和Gel-HA（H）。实验结果表明,BMSCs的增殖、分布和成软骨分化行为均与微凝胶的力学性能密切相关。Gel-HA（L）中的BMSCs表现出明显的成透明软骨分化的趋势,Gel-HA（M）和Gel-HA（H）中的BMSCs则表现出明显的成纤维软骨分化的趋势。转录组RNA测序提示了,微凝胶的力学微环境通过TGF-β/Smad信号通路、Hippo信号通路和整合素/YAP/TAZ信号通路影响BMSCs的分化行为。基于上述材料,我们构建出一种新型Gel-HA微凝胶自组装体,并提出了一种新型软骨修复策略,即以微创方式注射包载BMSCs的微凝胶至动物体内,借助细胞间的相互作用微凝胶自发地形成类软骨微凝胶自组装体,促进软骨再生。体外测试表明包载BMSCs的Gel-HA微凝胶可注射且不会损伤BMSCs的活性,更重要的是,微凝胶可以通过细胞间相互作用自组装成类软骨支架。动物实验进一步证实,微凝胶可原位形成微凝胶自组装体,微凝胶自组装体中有大量软骨基质沉积,且无明显血管化和肥大化现象。在成功构建微凝胶自组装体后,我们探索构建其他形式微凝胶组装体,以设计新的软骨修复材料,为软骨再生修复提供多种选择。我们以甲基丙烯酸酐和苯硼酸改性的透明质酸（HAMA-PBA）和甲基丙烯酸酐改性的明胶（Gel MA）作为主体材料,在液滴微流控芯片中制备出微凝胶,借助微凝胶上的苯硼酸与多巴胺修饰的透明质酸（HA-DA）之间的动态苯硼酸酯反应将微凝胶连接在一起,构建出动态共价键合的微凝胶组装体（DC-MA）。DC-MA具有良好的剪切变稀性能和机械强度,可用作生物墨水,稳定地挤出长达70 mm的微丝,良好的挤出稳定性可确保打印20层的环形结构且无塌陷。此外,DC-MA具有组织粘附、微孔性和自愈合性能,有利于细胞的粘附、迁移和细胞外基质沉积。在上述材料体系的基础上,复合负载卡丁激素（KGN）的环糊精纳米颗粒（KGN@CD NPs）,构建出纳米复合微凝胶组装体,该纳米复合微凝胶组装体具有可注射、组织粘附、药物缓释和连通的微孔结构。KGN@CD NPs通过双键的自由基反应锚定在凝胶网络中,可以避免内吞作用造成的细胞毒性效应,同时可实现长达28天的KGN持续稳定释放。纳米复合微凝胶组装体,可促进BMSCs中runx1、sox9、col2a1和aggrecan等软骨标志基因的表达以及Col I、Col II、aggrecan等软骨基质的分泌。新西兰兔关节软骨缺损修复实验表明,纳米复合微凝胶组装体可以明显促进关节软骨基质的沉积,并达到良好的关节软骨再生效果。