钛及钛合金由于其机械强度高、良好的生物相容性和耐腐蚀性能，在临床骨科和牙科硬组织修复中广泛应用。然而，钛基植入体仍存在松动、移位等现象，导致植入失败，其主要原因在于植入体难以与宿主周边骨组织形成功能性紧密结合（或骨整合）。因此，针对骨整合缺乏而导致植入失败的临床挑战，亟需发展新的研究思路及技术手段，以提高钛基植入体表面的骨形成，加速其体内植入后骨修复过程。　　钛基植入在体内骨整合修复过程中面临复杂微环境诸多因素（细胞外基质组分、活性氧、血管形成等）。在不改变植入体整体物理性能前提下，通过适宜表面改性，赋予其生物功能性，调控骨修复微环境，促进植入体骨形成能力，对新型生物功能化骨修复植入体研发有重要的科学意义及潜在临床转化价值。本论文从模拟天然骨多层结构出发，利用层层组装技术（Layer-by-Layer assembly technique,LBL），在钛材表面仿生构建了具有促骨/血管形成及抗氧化性能的插层多层结构生物活性界面，促进钛基植入体-骨组织界面的修复过程，提高植入体的骨形成能力，同时深入探究了其潜在的分子调控机制。本文的主要研究内容和结论如下：　　①基于儿茶酚－壳聚糖（Chi-C）多层结构的构建及其促骨修复研究　　在成功合成儿茶酚-壳聚糖（Chi-C）和羟基磷灰石纳米纤维（HA nanofibers，HA）的基础上，以Chi-C和Gel（明胶）分别作为聚电解质，以羟基磷灰石纳米纤维作为插层组分，通过LBL技术在钛基材表面构建仿生多层膜结构，并利用接触角测试、扫描电镜（SEM）和原子力电镜（AFM）等表征材料的表面特性。进而，在改性钛基材表面接种成骨细胞，评价其对细胞功能的影响。细胞骨架染色和扫描电镜观察结果表明，细胞可在改性钛基材表面更好的粘附和铺展。细胞活性、碱性磷酸酶活性、天狼猩红、茜素红以及成骨特异性基因mRNA表达水平检测结果表明，构建的多层膜结构可显著促进成骨细胞增殖、碱性磷酸酶活性、I型胶原分泌、细胞外基质矿化水平以及成骨分化特异性基因的表达，显示出其较强的促进成骨细胞增殖和分化能力。进一步利用兔股骨缺损模型，评价了钛基植入体体内促骨损伤修复能力，最大推出力检测结果显示其骨整合效果增强，X-射线和μCT影像学，以及H&E染色、Masson染色和免疫组化学染色等组织学评价结果显示，多层膜结构显著提高钛基材表面骨形成，并有较高的血管化密度。　　②儿茶酚－壳聚糖（Chi-C）多层膜结构的抗氧化保护作用和机制研究　　在本部分研究中，首先利用 H2O2处理，在体外构建成骨细胞氧化应激损伤模型，进而研究多层膜结构的抗氧化保护能力以及潜在分子机制。细胞粘附结果表明，基于Chi-C构建的多层膜结构可减弱氧化应激对成骨细胞初始粘附的损伤；胞内活性氧自由基（ROS）检测表明，多层膜结构可降低细胞内ROS水平；qRT-PCR和Western Blotting结果显示，H2O2处理会引发成骨细胞氧化应激损伤，如粘附和抗凋亡相关基因或蛋白水平降低、以及促凋亡相关蛋白水平的升高，而Chi-C多层膜结构则可以通过清除ROS，降低ROS对成骨细胞的相关损伤，从而达到对成骨细胞的保护作用。　　③改性钛基材表面成骨分化和成血管化共调控的体外实验研究　　在体外成功分离脂肪来源间充质干细胞（adipose-derived mesenchymal stem cells，Ad-MSCs）的基础上，在改性钛基材表面接种Ad-MSCs和人类脐静脉内皮细胞（Human Umbilical Vein Endothelial Cells，HUVECs），考察其体外促成骨分化和成血管化调控效应。相关Ad-MSCs实验结果表明，多层膜结构可促进Ad-MSCs的粘附、铺展、迁移、增殖以及成骨分化，与细胞粘附和迁移相关蛋白、以及SDF-1/CXCR4轴信号通路密切相关。同时，该结构上调了 Ad-MSCs的血管相关因子VEGF和SDF-1的基因表达和蛋白旁分泌水平。而HUVECs接种实验结果显示，多层膜修饰的钛基材显著促进HUVECs的粘附、铺展和迁移，上调细胞粘附、迁移和成血管相关蛋白的表达。此外，利用Tranwell系统共培养Ad-MSCs和HUVECs，结果表明，接种在改性钛基材表面上的Ad-MSCs旁分泌效应会促进共培养体系中HUVECs的迁移和成微管等成血管功能；而接种在改性钛基材表面上的HUVECs成血管因子SDF-1分泌水平上调，同时对共培养体系中Ad-MSCs的迁移以及成骨分化能力也发挥促进作用。　　④改性钛基材表面成骨分化和成血管化共调控的体内实验研究　　在本部分研究中，首先构建大鼠皮下植入模型和股骨缺损植入模型；然后利用组织病理学检测，结果显示，多层膜修饰的钛基材在组织损伤修复早期（7d）会增强植入体表面细胞的增殖能力、间充质干细胞募集能力和血管化密度；在移植28天后，在皮下和股骨组织中，多层膜结构表面改性的钛基植入体表面呈现更多的骨样组织，以及较高水平的成骨晚期标志物OCN和OPN表达。相关实验结果证实，无论是皮下植入（骨异位）还是股骨植入（骨原位），表面改性的钛基材都可显著提高植入体表面的骨形成。　　综上，基于骨组织的结构特征以及骨修复过程中所面临的多重复杂微环境因素，本论文基于仿生思路，利用LBL技术在钛基材表面构建了一种具有促骨修复的仿生多层膜结构。多层膜结构可通过清除骨植入部位微环境中的活性氧、改善局部骨损伤修复微环境，促进细胞粘附、增殖以及分化功能发挥。同时发现，多层结构不但可直接影响接种在钛基材表面Ad-MSCs或HUVECs的生理功能，调控相关细胞的成骨分化或成血管化，而且可通过接种在钛基材表面的Ad-MSCs（或HUVECs）的旁分泌效应，间接调控共培养体系中的HUVECs（或Ad-MSCs）的生理功能，对改善骨修复局部微环境及促进钛基植入体的骨形成有重要科学意义。本论文不仅为制备高性能钛基植入体提供了新策略，同时初步揭示了骨损伤修复过程中微环境调控的作用规律和内在分子机制，可望为骨损伤修复策略的改进提供新的理论支撑。