目的:本研究通过使用微流控芯片技术制备载骨髓间充质干细胞海藻酸微凝胶球,模拟细胞外基质的微环境,探索对干细胞在存活增殖及成骨分化方面的影响,为进一步探索干细胞与细胞外环境的相互关系及新型骨修复材料的研究提供依据,展望了干细胞组织工程在生物医学方面的广泛应用前景。方法:1.以微流控芯片技术制备载骨髓间充质干细胞海藻酸微凝胶球,利用光学显微镜观察微凝胶球内间充质干细胞的生长状况,并用倒置荧光显微镜观察微凝胶球内细胞核的状况;2.将载细胞微凝胶球与二维平面培养细胞对比,以死活染色及CCK-8试剂检测间充质干细胞在微凝胶球中的存活增殖情况;3.利用光学显微镜及扫描电子显微镜观察微凝胶球在成骨诱导后矿化情况,并用傅里叶变换红外光谱分析及能量散射x射线谱分析检测微凝胶球矿化成分;4.将载细胞微凝胶球与二维平面培养细胞对比,通过碱性磷酸酶活性检测载细胞微凝胶球成骨能力;5.使用胫骨髓腔消融模型,将载细胞微凝胶球植入大鼠胫骨髓腔内,以仅注入凝胶及仅注入细胞作为对照组,胫骨标本均经石蜡包埋,切片,用苏木素-伊红染色验证在体内骨修复的能力。结果:1.在光学显微镜下看到随着培养时间延长,细胞的直径不断增加,第7天达到峰值36.379μm,在荧光显微镜下看到微凝胶球内的细胞呈现为多核细胞团;2.制作微凝胶球后的第1天,载细胞微凝胶组的细胞存活率及细胞活性低于未包裹凝胶的对照组,两组差异具有统计学意义(P<0.05);在之后的时间点(第3、5、7、11天)两组细胞存活率及细胞活性无明显差异(P>0.05),两组细胞存活率均可达到98%以上,两组细胞活性均在前3天快速上升,之后趋势减缓,于第7天达代谢峰值;3.在光学显微镜下看到微凝胶球在成骨诱导7天后出现从细胞周围向微凝胶球表面扩散的矿物质沉积,在扫描电子显微镜下看到在成骨诱导21天后的微凝胶球表面粗糙,可见大量钙化晶体出现,红外光谱分析显示相较成骨诱导培养前,微凝胶在诱导21天后表面出现大量磷酸盐沉积及Ⅰ型胶原;能量散射x射线谱分析显示相较成骨诱导培养前,微凝胶球在诱导21天后Ca元素与P元素的含量明显增加;4.载细胞微凝胶球组碱性磷酸酶活性增长较未包裹凝胶的对照组更快,且更早的达到了峰值;5.动物实验结果显示载细胞微凝胶球组髓腔中出现了大量新生骨小梁,从皮质边缘延伸,与骨髓中的脂肪细胞减少相匹配,而两组对照组仅有稀疏的骨小梁生成。结论:通过使用微流控芯片技术制备载骨髓间充质干细胞海藻酸微凝胶球不仅能够保证细胞在微凝胶球内的存活生长和增殖能力,而且对细胞有促进成骨分化与矿化沉积的作用。