随着人口的增长、生活方式的改变及老龄化社会的到来,退行性疾病的发生已经成为医疗和社会经济所面临的巨大挑战。其中,以骨关节炎(osteoarthritis,OA)为首的肌肉骨骼系统疾病发病率极高。目前尚无规范的治疗方法用以预防或治疗OA的发生或者发展。抑制炎症,修复受损软骨以及维持软骨下骨的完整结构是治疗OA的三个关键所在。本课题将具有抗炎和修复能力的活性药物分子与仿生递送系统相结合来开发一种治疗OA的新策略。第一部分从临床使用抗炎复方中药中筛选抗炎且促骨形成的活性小分子。采用人炎性滑膜成纤维细胞系MH7A,应用酶联免疫法分析复方颈舒颗粒、单味药材颗粒和单味药材缺失的颈舒颗粒,在安全浓度下,对炎症状态下的MH7A细胞分泌肿瘤坏死因子(TNF-α)、白介素6(IL-6)及白介素8(IL-8)的影响。通过筛选确定了复方颈舒颗粒中发挥主要抗炎作用的药材——肉桂、当归、红花,进一步对肉桂、红花、当归的中的有效成分进行筛选,得到了抗炎效果显著的中药活性分子——桂皮醛(Cinnamaldehyde,CIN)。然后,使用PCR和western的方法发现桂皮醛可能通过JAK/STAT信号通路发挥抗炎作用。使用成骨样细胞系MC3T3-E1确定桂皮醛可以促进矿化结节形成。第二部分将第一部分筛选得到的具有抗炎和促进骨形成的中药分子桂皮醛(CIN)和文献中报道的可以促进软骨再生的活性小分子kartogenin(KGN),以聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic)acid,PLGA)和β-磷酸三钙(β-TCP)为原料,利用低温3D打印技术制作双相递送系统,分别模拟骨软骨的软骨层(PLGA/KGN)和软骨下骨层(PLGA/TCP/CIN)的双层结构。然后,对该递送系统的理化特性(孔径尺寸、孔隙率、力学性能),体外降解特性以及其生物相容性进行评价。本研究使用低温3D打印技术制作的双相支架,软骨层和软骨下骨层结合紧密,不易开裂,改进了双相支架之间容易开裂的缺陷。支架的孔径大小均匀、孔隙率高可以满足细胞迁移、生长的需求;支架降解缓慢,并具有一定的机械性能,可以为细胞生长提供力学支撑。通过SEM和DAPI染色观察到细胞在双相支架上有良好的黏附性。第三部分将上一步得到的双相载药系统植入带有炎症的骨软骨缺损的动物模型中,进一步验证该递送系统在炎症环境下对骨软骨缺损修复的能力。模型动物分为3组:空白对照组(control)、空白支架组(PTP)、含药支架组(PK/PTC)。植入材料后16周,通过组织学染色法(番红O-固绿染色、HE染色、甲苯胺蓝染色)、偏振光法和免疫组化法对缺损处新生软骨的糖胺聚糖(GAG)和II胶原蛋白进行评价。通过番红O-固绿染色和II型胶原免疫组化可以观察到PK/PTC组新生软骨中的着色明显优于PTP组和control组,这表明PK/PTC组的新生软骨中糖胺聚糖(GAG)和II胶原蛋白的表达更明显,进一步验证KGN可以促进糖胺聚糖和II型胶原的表达,促进软骨修复。通过组织学染色法、micro-CT法、双荧光标记法对缺损处新生骨的骨体积百分数(BV/TV)、骨小梁数量(Tb.N)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁间距(Tb.Sp)以及单荧光周长和骨矿化沉积率(MAR)进行评价。PK/PTC组的骨体积百分数和骨小梁数量均大于control组和PTP组。PK/PTC组的矿化沉积率高于PTP组,反映了PK/PTC组成骨细胞的矿化速度快,成骨细胞的活性强,表明桂皮醛可以促进成骨细胞矿化和新骨生成。综上所述,本研究开发的含中药分子的递送系统可以促进骨关节炎中软骨和软骨下骨修复,为对将来的临床治疗OA引起骨软骨缺损提供重要依据。