脊髓损伤是中枢神经系统的一种严重损伤，我国每年因高空坠落、交通事故等造成的严重脊髓损伤病例至少数万例，而脊髓损伤的修复和重建一直是再生医学领域的难题和研究热点之一。目前，自体神经移植仍然是严重脊髓缺损修复的主要手段。为了替代自体神经移植物，减少供体不足和结构差异的限制以及二次手术的痛苦，恢复脊髓的正常结构和功能，迫切需要研制既具备促脊髓修复活性，又具有良好的生物相容性，且结构可调控的新型脊髓修复支架。国内外的研究已初步证明丝素蛋白（SF）用于修复神经组织缺损具有一定的优势。若能进一步增强支架调节细胞行为的能力，并提高其引导细胞和组织生长的模板功能，则其有可能满足脊髓损伤修复的需要。本文采用定向温度场冷冻-干燥技术制备具有定向通道的SF支架，研究制备条件对支架结构和性能的影响，探讨孔道的形成机制；在SF基定向多通道支架上原代培养海马神经元，研究定向通道支架的结构对神经元行为的影响；并通过动物实验，研究SF基定向多通道支架植入后，促进脊髓缺损修复的活性及其机制。首先，采用定向温度场冷冻使冰晶定向生长，经冷冻干燥、冰晶升华后制备出具有定向孔道的多孔SF支架，定向通道的内表面存在大量的“脊”。支架具有良好吸水性能和孔的连通性，其孔径随着冷冻温度的降低和SF溶液浓度的增大而减小，平均孔径为40.29-238.49μm，孔隙率为54.29-93.13%。定向温度场冷冻过程中，冰晶的定向生长对SF分子链段产生应力作用，同时SF溶液被浓缩，SF分子链段聚集、结晶，使支架内β-sheet结构的含量增大。改变丝素溶液中的化学势分布，可以达到改变冰核或冰晶的尺寸、控制三维支架内平行排列的孔道的直径和形状的目的。其次，在定向多通道SF支架表面引入层粘连蛋白（LN），体外原代培养海马神经元的结果表明，神经元能够以SF支架为载体生长，并能正常表达神经元的标记性蛋白神经丝（NF200）、生长相关蛋白（GAP43）、微管相关蛋白（MAP2）和β-III-tubulin，几乎不表达神经胶质纤维酸性蛋白（GFAP）。神经元多粘附在定向通道的孔壁上，轴突沿孔道的方向延伸。进一步研究表明，定向多通道SF支架孔道内表面的“脊”对神经元具有引导作用，有利于神经元的粘附、迁移和轴突的延伸。再次，将非定向SF支架、定向多通道SF支架和改性后的定向多通道SF支架三种材料植入SD大鼠背部正中T8-T10处脊髓半缺损部位，进行体内试验，结果显示三种材料内均无明显的炎症细胞浸润，材料引起的机体免疫应答和炎症反应轻微。组织修复细胞均能迁移进入材料内部构建脊髓组织。改性后的定向多通道SF支架中，再生轴突能够贯穿缺损区域到达远端实现桥接，且定向多通道支架中的毛细血管更丰富，新生组织和正常脊髓组织更接近。BBB功能恢复评分结果显示，定向多通道支架组得分明显高于非定向组，有显著性差异（P<0.05）。最后，采用多个因子免疫组化的方法探究定向SF支架促进脊髓修复的机制，定向多通道支架组内GAP43、NF、神经元特异性烯酸化酶（NSE）和β-III-tubulin的阳性表达率高于非定向材料组，而GFAP的表达量低于对照组，均有显著性差异（P<0.05）。这进一步说明SF基定向多通道支架具有促进脊髓损伤处轴突的再生、减轻瘢痕和利于脊髓重建的活性，同时也提示产生这一活性的机制是支架通过吸附体液中的活性成分和炎性细胞等，形成有利于细胞生长的微环境。细胞分泌生长因子并富集在支架内，趋化神经细胞、胶质细胞、成纤维细胞、血管内皮细胞等细胞向材料内迁移，并通过支架定向通道的模板作用引导轴突的延伸和新生组织的形成，最终实现脊髓修复。通过本文的研究，阐明了SF定向孔道的形成机理，发现孔道内壁的“脊”对细胞的粘附、迁移和伸展具有引导作用，发现SF基定向多通道支架具有明显的促轴突再生和血管生成的活性，其主要机制是支架通过吸附体液中的活性成分和炎性细胞等，富集生长因子，进而趋化各种细胞向材料内迁移，并通过支架定向通道的模板作用抑制瘢痕的增生、引导轴突的延伸和新生组织的形成。该研究为脊髓缺损的修复重建提供了一种新的材料。