骨关节炎（OA）是一种持续不可逆的软骨退化的疾病,易致残。调节关节软骨中的细胞表型和代谢对克服OA的临床挑战非常重要。半乳糖作为重要的营养物质和能量来源,在细胞中通过Leloir途径转化成许多具有重要生理功能的分子。此外,它还作为细胞外基质和细胞膜中各种酶的底物,刺激细胞响应。但目前鲜有关于半乳糖对软骨修复和再生的影响的研究,基于此,本论文开展了以下研究:首先,采用micromass法,以ATDC5和软骨细胞为模型细胞,用一系列浓度的半乳糖评估其对软骨生成和软骨基质形成的能力。细胞增殖实验表明,半乳糖对ATDC5细胞和软骨细胞都没有细胞毒性。阿利新蓝染色、GAG/DNA定量表征结果表明,随着培养时间延长,ATDC5细胞和软骨细胞能够分泌并积累糖胺聚糖（GAG）,且在第21天时GAG积累量分别达到最大。RT-PCR、免疫荧光染色和组织学染色结果表明,半乳糖能够使软骨基质聚集蛋白聚糖（aggrecan）和II型胶原基因表达和蛋白表达水平显著上调。本研究首次验证了半乳糖可促进ATDC5细胞向软骨分化,并且提高软骨细胞软骨相关的基因表达和基质分泌水平,在体外培养情况下可调控细胞表型,将半乳糖在Leloir途径中的代谢结果可视化。在体外培养中,半乳糖浓度在8 m M时对促进软骨生成有最好效果,这使得半乳糖有望在软骨修复和再生方面发挥重要作用。其次,从软骨组成上来看,细胞外基质（ECM）主要由水、蛋白聚糖（PG）和胶原蛋白组成,PG由1个或多个共价连接的线性糖胺聚糖链和核心蛋白组成,其中aggrecan与透明质酸（HA）相互作用,通过连接蛋白（link protein）形成大蛋白聚糖聚集体,与胶原蛋白分子互相缠绕。因此我们从仿生角度首次设计并合成了半乳糖基刷状大分子（HA-PMAgala）。通过对半乳糖进行化学改性引入双键,经可逆加成链转移（RAFT）聚合反应制备末端带有羧基的聚半乳糖侧链（PMAgala）。通过对半乳糖进行化学改性引入双键,经可逆加成链转移（RAFT）聚合反应制备末端带有羧基的聚半乳糖侧链（PMAgala）。通过己二酸二酰肼与HA上羧基的酰胺化反应在HA上引入氨基,作为主链,进一步通过酰胺化反应成功合成了HA-PMAgala。利用核磁共振波谱（NMR）和凝胶渗透色谱（GPC）等测试方法确定了分子的成功合成,侧链接枝率为67.9%,从而估算出相对分子质量约为2×10~7 Da。粒径约为711 nm（水中）,zeta电位为-18.9±4.39m V,临界胶束浓度为0.6 mg/m L,并且具有良好的细胞相容性,在1 mg/m L浓度以内可以促进软骨细胞增殖。半乳糖基刷状大分子的合成有效提高了半乳糖衍生分子的分子量,拓宽了半乳糖在软骨修复中的应用场景。最后,基于临床基质诱导软骨细胞移植手术（MACI）,为了保持软骨细胞表型稳定性和促进软骨再生,需要设计一种优化细胞微环境的仿生支架。以冰晶为造孔剂,双键改性明胶（GelMA）为主体支架,制备了具有相互连通的大孔结构的HA-PMAgala/Gel MA复合冷冻凝胶。该凝胶具有优异的保水能力、快速的溶胀性和超过80%的连通孔隙率,原位湿态孔径约为70-200μm,大孔分布均匀,凝胶壁致密。随着HA-PMAgala分子质量分数的增加,压缩模量从1.73±0.56 k Pa增加至4.50±0.53 k Pa,并且具有优异的形变恢复能力。在体外培养过程中,能够调节软骨细胞的形态,培养21天后,G2H1组能够显著上调软骨特征基因aggrecan和II型胶原基因的表达水平。综上,半乳糖可以提高透明软骨相关基因表达水平和基质积累。HA-PMAgala/Gel MA冷冻凝胶能够改善软骨细胞周围的微环境,调控软骨细胞的表型,诱导适当的细胞响应,在软骨组织工程领域具有广阔的应用前景。