因肿瘤和运动损伤等多种原因引起关节软骨缺损发病率的逐年增加对人类健康造成了极大的威胁。组织工程的出现为软骨缺损治疗带来了新技术,具有良好生物活性和生物相容性的可降解生物材料的研究使关节软骨缺损的再生修复成为可能,其中具有时空控制释放特性的负载生长因子生物材料的构建是一个重要的研究方向之一。因此,本研究设计制备了一种双层致密程度不同的胶原/丝素蛋白复合材料,拟通过微纳拓扑结构差异实现所负载生长因子的时空控制释放,并将该复合材料植入软骨缺损的动物模型中,研究对缺损软骨组织修复情况。本研究内容及结果如下:(1)制备胶原和丝素蛋白材料最优配比的确定。分别从蚕茧和水产加工废弃鱼皮中提取丝素蛋白(SF)和胶原蛋白(COL),通过共混、交联等过程制备双侧异相结构、一侧为疏松结构另一侧为致密结构的双层胶原基材料;对材料制备中胶原蛋白和丝素蛋白的最优配比、制备过程的影响因素以及材料的理化性能进行研究和表征。研究结果显示,胶原蛋白:丝素蛋白质量比3:7和7:3为最优配比,具有综合最佳吸水性、孔隙率、热水溶失率和生物相容性。(2)负载TGF-β1胶原蛋白/丝素蛋白复合材料制备及其体外释放动力学研究。分别制备PLGA微球、多聚赖氨酸-肝素(PLL-Hep)纳米粒和壳聚糖-肝素(Ch-Hep)纳米粒,通过粒径、Zata电位、包封率等因素分析筛选最佳可包载生长因子的微球或纳米粒;采用物理吸附法将筛选的包载生长因子的微求或纳米粒复合于胶原蛋白/丝素蛋白双层材料中,从而制备出负载生长因子的胶原蛋白/丝素蛋白复合材料,并利用流池法对其体外释放动学进行研究。结果表明,PLL-Hep纳米粒为包载TGF-β1的最适载体;负载生长因子胶原蛋白/丝素蛋白复合材料所负载生长因子的释放具有时空控制释放特点,与材料微纳拓扑结构存在相关性。(3)负载生长因子胶原蛋白/丝素蛋白复合材料对骨髓间充质干细胞粘附、增殖的影响。在体外分离和培养骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs),研究BMSCs在负载TGF-β1胶原/丝素蛋白复合材料上的粘附,增殖情况。结果表明材料具有良好的生物相容性,BMSCs在材料不同表面均呈现良好的粘附和增殖,其中结构疏松面效果最佳,这与该材料对负载生长因子的时空控制释放特性相关。(4)建立兔关节软骨缺损动物模型,将负载TGF-β1胶原/丝素蛋白复合材料分别按其疏松层或致密层朝向缺损处软骨下骨面植入缺损区,通过大体观察、组织学染色和组织学评分等评价其对软骨缺损的修复效果。结果显示,材料对兔膝关节软骨缺损具有良好的修复作用,其中疏松侧朝向软骨下骨面组修复效果最好,在12周时缺损基本被完全修复,说明负载生长因子胶原/丝素蛋白复合材料的结构以及对所负载生长因子的时空控制释放有利于关节软骨缺损修复。