骨组织是有机基质和无机矿物通过生物矿化作用精密组装而成的复杂含磷材料系统,如何仿生构建骨细胞外基质微环境研究材料对细胞行为和功能的调控是目前骨组织工程研究中的重点和难点问题。磷酸化高分子材料可以模拟骨组织矿化初期的有机基质微环境,为解决这一问题提供了思路。研究表明,磷酸化高分子具有促进蛋白吸附、生物矿化、细胞黏附和成骨分化等多种生物学功能。然而,材料磷酸化微环境调控成骨分化的内在规律与分子机制仍未探明。本研究从材料磷酸化微环境的生物适配性出发,通过化学接枝方法构建了单磷酸化及双磷酸化水凝胶体系,系统研究了磷酸化微环境的细胞生物应答特性,尤其是其对细胞成骨分化的调控规律。进一步通过物理重结晶方法构建了双磷酸化微环境与释放成骨诱导因子的双重调控体系,探讨其调控干细胞向成骨细胞分化的潜在分子机制,为新型生物适配性骨再生修复材料的研制提供科学依据。（1）单磷酸化水凝胶的构建及调控细胞成骨分化研究本研究采用“零位接枝”技术构建了单磷酸化改性壳聚糖水凝胶体系,通过体外实验研究单磷酸化改性对壳聚糖理化性能及成骨细胞生物学性能的影响,探讨单磷酸化微环境对细胞成骨分化的调控规律及其内在机制。单磷酸基团的引入可有效改善壳聚糖的蛋白吸附和矿化性能,上调成骨分化相关标志基因和蛋白的表达水平,促进细胞的成骨分化。（2）双磷酸化水凝胶的构建及调控细胞成骨分化研究为增强磷酸化水凝胶对细胞成骨分化的促进作用,本研究使用成骨诱导因子-阿伦磷酸钠作为双磷酸基团来源,构建了双磷酸化改性明胶水凝胶体系。通过将成骨细胞分别接种于水凝胶表面和封装于水凝胶内部,从二维和三维层面研究双磷酸化微环境对细胞活性和成骨分化的影响。双磷酸基团的引入可有效提升水凝胶的矿化性能,提高材料表面细胞的钙结节沉积及成骨分化相关基因和蛋白的表达水平,增加内部封装细胞的相关成骨蛋白分泌,促进细胞的成骨分化。（3）复合水凝胶表面双磷酸钙涂层的构建及调控干细胞成骨分化研究阿伦磷酸钠作为一种成骨诱导因子,主要通过细胞内吞作用介导干细胞的成骨分化,化学接枝的阿伦磷酸钠需要随基体材料的降解而释放,存在早期释放不足的问题。本研究通过物理重结晶方法构建了具有双磷酸化微环境与释放成骨诱导因子双重调控功能的双磷酸钙涂层（ALC）,通过体外细胞实验和基因芯片技术研究ALC对ADSC干细胞黏附和成骨分化等细胞行为的调控作用,探讨其促进干细胞成骨分化的潜在分子机制。ALC促进了干细胞在材料表面的黏附和铺展,显著上调了碱性磷酸酶活性及成骨分化相关标志基因和蛋白的表达水平,调控干细胞向成骨细胞方向分化。分子机制研究发现,ALC通过激活整合素介导的FAK信号通路和ERK信号通路参与调控干细胞的成骨分化。总而言之,本研究设计了单磷酸化及双磷酸化水凝胶材料体系,系统探讨了磷酸化微环境对成骨细胞及干细胞的活性、黏附和成骨分化等细胞行为的调控作用,初步揭示了磷酸化微环境的细胞生物应答特性及成骨分化相关信号通路,为构建新型生物适配性骨再生修复材料提供了理论指导。