肿瘤切除、创伤和先天性畸形是临床上导致骨和软骨缺损的主要原因。目前,修复骨及软骨缺损的金标准是自体组织移植,但自体组织移植会给患者带来二次创伤,而且取材量有限,因此,骨和软骨缺损修复依然是医学界的难点。组织工程(tissue engineering, TE)技术为骨和软骨组织缺损修复提供了有效的方法。TE的基本原理是从机体内获得少量的细胞(又称种子细胞)在体外培养扩增,然后使扩增的细胞粘附在生物材料上形成细胞-材料复合物,将该复合物植入机体的组织或器官病损部位,修复创伤。TE的基本要素包括种子细胞,促进细胞和组织再生的生物活性分子,以及用以维持人工组织特定形态的支架材料。理想的组织工程支架材料应满足：①易于成型；②适当的力学性能；③适宜的降解速率；④无免疫原性,不引起免疫排斥反应及炎症；⑤生物相容性好,利于组织修复、生长等。近年来,出现了静电纺丝高分子材料用于骨及软骨组织工程,其优点是构建了类似于细胞外基质的微米或纳米拓扑结构,但材料孔径较小,不利于细胞进入材料内部从而限制了组织向内生长。近十年出现的还有水凝胶材料,其可以方便实现细胞的包埋,但其生物惰性和不可降解性以及难以塑形性限制了它的应用。最新出现的还有3D打印组织技术,然而种子细胞在应用该技术制备的组织工程材料中的存活率较低。结合组织工程支架材料的研究现状,本论文探究制备了新型组织工程骨及软骨支架材料,并对其性能进行了系统评价。本论文选取了天然蚕丝作为基底材料,它具有优良的力学性能,一定的降解速率,无免疫原性等特点。但天然蚕丝缺乏促进细胞粘附和生长的生物活性成分,因此本论文通过基因工程技术,发酵获得类弹性蛋白(elastin-like polypeptide, ELP),用ELP修饰蚕丝纤维材料表面。为了提高支架材料的力学性能及稳定性,应用低温冷冻干燥、干热交联、京尼平交联、原花青素交联和戊二醛／聚乙二醇交联五种方法制备五种类弹性蛋白-蚕丝复合材料支架。并通过扫描电子显微镜、力学测试分析和细胞相容性实验对五种方法制备的类弹性蛋白-蚕丝复合支架进行比较筛选,最终选出了力学性能和细胞相容性较好的干热交联类弹性蛋白-蚕丝复合支架(silk-elastin like polypeptide-dehydrothermal treatment, S-ELP-DHT)。采用红外光谱、扫描电镜、水接触角测试、蛋白损失速率测试、材料体外降解速率测试和力学性能测试系统检测了干热交联弹性蛋白-蚕丝复合支架的理化性质及其稳定性。结果表明：①干热处理并未破坏类弹性蛋白的化学结构。②干热交联类弹性蛋白-蚕丝复合支架具有三维多孔结构,孔隙率达到85%以上,且孔隙间形成多孔薄膜,为细胞粘附和生长提供了更多空间。③干热交联类弹性蛋白-蚕丝复合支架弹性模量显著提高,更易于加工成型。④干热交联复合材料在模拟体液中降解2个月后,质量仍保持在初始质量的61%以上,基本与软骨或骨修复速率相匹配。通过观察、测试骨髓间充质干细胞和软骨细胞分别在热交联类弹性蛋白-蚕丝复合材料上的粘附、增殖、分化等行为来评价该材料的细胞相容性。①细胞粘附实验和细胞接种效率测试实验结果证明：干热交联类弹性蛋白-蚕丝复合支架上粘附的细胞(MSCs和软骨细胞)形态良好,骨髓间充质干细胞的接种效率可达到79%以上软骨细胞接种效率可达到74%以上。②细胞增殖实验结果证明：干热交联类弹性蛋白-蚕丝复合支架上细胞的增殖能力较强,细胞增长速度显著高于二维的类弹性蛋白材料上细胞的增长速度。③细胞分化实验结果证明：干热交联类弹性蛋白-蚕丝复合支架利于骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化。干热交联类弹性蛋白-蚕丝复合支架能促进软骨细胞中软骨标志基因Col Ⅱ和AGG的表达,利于软骨细胞维持软骨表型。将S-ELP-DHT/细胞复合物植入裸鼠皮下,评价干热交联类弹性蛋白-蚕丝复合材料的组织相容性、异位成骨能力和异位成软骨能力。结果证实：①干热交联弹性蛋白-蚕丝复合支架无免疫原性,组织相容性好。②干热交联弹性蛋白-蚕丝复合支架材料在动物体内降解缓慢,在植入2个月后仍能维持三维多孔结构,持续稳定地为细胞和组织生长提供支撑。③通过大体观察、显微CT、组织学染色、免疫组化和免疫荧光等方法分析植入裸鼠皮下2个月后的S-ELP-DHT/MSCs复合物,证实该复合物已异位成骨,且成骨方式为软骨内成骨。④通过大体观察、力学测试、GAG含量检测、组织学染色、免疫荧光等方法分析植入裸鼠皮下2个月后的S-ELP-DHT/软骨细胞复合物,证实该复合物已异位成软骨,且所形成软骨的结构和功能与纤维软骨相似,而不同于弹性软骨和透明软骨。综上所述,本论文研究制备出了类弹性蛋白-蚕丝纤维新型三维多孔复合材料,具备骨及软骨修复所需的理化性能、细胞相容性,同时可促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化,促进软骨细胞分泌胞外基质,维持软骨形态。且构建的S-ELP-DHT/细胞复合物成功在裸鼠皮下异位成骨和异位成软骨,所形成的骨及软骨非常接近天然骨和天然软骨,具有应用于骨及软骨缺损修复的潜力。