目的将合适的生长因子引入支架材料中来提高其骨诱导性能,这对于骨组织工程领域和再生医学领域至关重要。然而,直接引入蛋白质形式的生长因子存在生物活性低、易降解、费用高,不能长久稳定地发挥诱导作用等问题。基因治疗与组织工程的结合为解决这种限制提供了良好办法。将可降解生物支架材料与具有较强转染能力的质粒DNA相结合,形成基因活化基质（GAM）,经过该系统的细胞将更多的分泌生长因子。支架基本上充当基因的仓库,同时提供结构支持和新组织沉积的基质。本研究中,我们在微流控和乳化方法的基础上制备了羟基磷灰石/壳聚糖-微球（n HA/CS-MS）,并负载了具有高转染效率的聚乙烯亚胺/骨形态发生蛋白2质粒（PEI/p BMP2）纳米复合物,从而开发了一种具有优越成骨能力的新型GAM系统:PEI/p BMP2-n HA/CS-MS（p BMP2-MS-GAM）。在前期体外研究上面,我们选用MC3T3-E1细胞进行优化一系列条件,最终将GAM植入动物体内验证其介导BMP2过表达的成骨效果。方法体外实验,使用微流控和乳化的方法制备具有仿ECM纳米纤维结构的羟基磷灰石/壳聚糖-微球,接着使用扫描电镜（SEM）,X线衍射（XRD）,傅立叶红外光谱（FITR）对微球材料的理化性质进行了检测。用不同剂量的PEI和质粒DNA形成复合物,并优化到最佳比例,使其具有较强的转染能力和较小的细胞毒性。接着将PEI/p DNA复合物负载于微球材料上,形成新型GAM复合材料。使用CCK-8试剂,活死染试剂检测复合材料的生物相容性。使用倒置荧光显微镜,报告基因和q-PCR检测粘附在复合材料上的细胞的转染情况,同时进一步检测复合材料释放PEI/p BMP2的能力。再使用q-PCR检测复合材料诱导细胞后,其相关成骨基因（RUNX2,SP7,OCN和COLI）的表达情况。使用碱性磷酸酶（ALP）,茜素红（ARS）染色试剂盒检测复合材料对成骨分化的影响。体内实验,选用9只雄性SD大鼠（8周龄,体重200-220 g）。在麻醉下进行手术（60 mg/kg的氯胺酮和8 mg/kg的甲苯噻嗪）。使用直径为5 mm的空心环钻造出颅骨缺损的模型。将缺损区随机分为以下研究组:（1）空缺损组;（2）MS组;（3）p BMP2-MS组。每只大鼠植入0.5 mg的材料,切口采用无菌丝线分层缝合。每组由3只大鼠组成。手术8周后处死动物,micro CT和组织切片分析术区骨量变化情况。结果体外实验:首先,成功制备出具有仿细胞外基质（ECM）纳米纤维结构的羟基磷灰石/壳聚糖-微球（MS）。在N/P比值范围内制备PEI/p DNA复合物,并在单层细胞培养中测定其最佳转染参数（N/P=10,2μg剂量）和转染效率（54.79±4.95%）。用SEM对MS进行了表征,可以看到整个微球由均匀的纳米纤维网络组成,该网络与骨天然ECM的纳米纤维结构具有极大的相似性。从FTIR光谱和XRD图像的结果中可以看出,制备的微球含有n HA和CS这两种物质。细胞的CCK-8和活/死染色结果表明p BMP2-MS材料具有出色的生物相容性。体外转染试验表明,粘附到材料上的细胞可以被有效的转染,并且从p BMP2-MS上释放的PEI/p BMP2复合物也可以有效转靶细胞,使其分泌BMP2蛋白,增加钙沉积和碱性磷酸酶,同时增加RUNX2,SP7,OCN和COLI的基因表达,最终有效地诱导MC3T3-E1细胞成骨分化。体内实验:来自微计算机断层扫描（micro-CT）和组织学染色的体内数据表明,与对照组动物相比,使用复合激活支架有效地促进了骨缺损中的骨形成。这些发现表明,非病毒基因激活基质p BMP2-MS对骨再生是有效的,是一种有吸引力的基因传递系统,具有显著的临床应用潜力。结论新型GAM可以向周围缓慢释放质粒,有效转染局部靶细胞,同时粘附到材料上面的细胞也可以胞吞质粒,从而分泌目标蛋白,共同促进成骨效果。