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骨组织的形成是成骨细胞参与下的有机质模板矿化构建的多级有序结构的过程。在组织学中,模板就是细胞分泌的胶原蛋白组装而成的具有有序化液晶结构的osteoid（类骨质）结构,一旦osteoid矿化,即意味着骨质的形成。这一过程在体外难以模拟,使得多级有序的骨组织难以在体外构建。本论文体外构建仿osteoid结构并开展了成骨细胞在其上的生物矿化机制的探究,从而了解骨组织形成过程中模板与细胞加工的作用,进一步明确生物矿化过程细胞调控的机制,为组织工程骨构建提供理论依据。具体研究内容如下:本文首先以前成骨细胞MC3T3-E1作为种子细胞进行细胞矿化培养基的探究。经过优化,选择添加5 m M甘油磷酸钙（Ca-GP）+50μg/m L抗坏血酸（AA）的培养基作为后续仿osteoid模板细胞矿化的矿化培养基。利用酸酶法提取了鼠尾I型胶原（Col I）,高浓度胶原溶液在一定条件下自组装成有序胶原液晶结构,同时具有良好的生物相容性和矿化性能,通过上述研究确定本研究所选用材料和培养条件。采用静电纺丝法（Es）构建胶原模板及探究其对MC3T3-E1细胞行为的影响:以六氟异丙醇/冰醋酸（HFIP/HAc）混合溶液作为溶剂对鼠尾Col I进行静电纺丝。通过1-乙基-3-（3-二甲氨丙基）碳二亚胺盐酸盐-N-羟琥珀酰亚胺（EDC-NHS）、戊二醛（GTA）和京尼平（GP）对纺丝胶原纤维进行交联,通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、拉伸强度试验、模拟体液（SBF）模拟矿化及细胞培养研究了交联纺丝胶原模板的组成、结构、力学性能和生物相容性。交联纺丝胶原纤维保持良好的纤维结构,水溶液中的稳定性及亲水性增强,具有较好的力学性能、矿化能力和细胞相容性,其中经EDC-NHS交联的胶原纤维模板（Es-EDC-NHS）的综合性能最好。采用静电纺丝法、压缩拉伸法（PCT）、剪切应力法（SS）仿生构建有序化的仿osteoid二维胶原模板及研究其对成骨细胞行为的影响。三种仿osteoid模板的有序纤维引导细胞有序生长。逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）结果表明,三种模板通过上调不同时间段的Col I、核心结合因子α1/成骨特异性转录因子/Cbfα1抗体（Runx2）、碱性磷酸酶（ALP）和骨钙素（OCN）的表达促进成骨细胞成骨分化表达,Col I自组装形成的PCT-template和SS-template促细胞矿化的效果明显优于Es-template,其中SS-template的促成骨分化效果最好。采用SS法制备了与骨组织osteoid结构类似的液晶仿osteoid胶原模板（Os-template）。采用原子力显微镜（AFM）、SEM、XRD、免疫荧光染色、ALP活性检测和RT-PCR技术等对Os-template对成骨细胞矿化的调控作用进行研究。实验结果表明,Os-template平行有序的胶原纤维促进MC3T3-E1细胞的黏附和增殖并引导成骨细胞在Os-template平行有序铺展排列。细胞矿化过程中,Os-template促进Col I的分泌和组装,获得平行有序化胶原纤维组装形成的致密胶原束结构。进一步的表征发现,在细胞的调控下,HAP通过胶原纤维内或者纤维间的矿化,形成了矿化胶原束。矿化胶原束作为进一步多级有序结构的组装单元,组装形成了微米级的平行有序矿化类骨结构。通过RT-PCR技术表征Col I、ALP、OCN和Runx2的表达,结合Col I免疫荧光染色,ALP活性检测探究Os-template引导矿化类骨结构形成的机制:细胞培养前期（3d）,细胞处于增殖期,Os-template调控成骨细胞有序排列,同时细胞合成分泌大量Col I,Col I逐渐成熟自组装成纤维,有序排列的细胞调控细胞分泌的（cell-secreted,CS）Col I纤维取向组装,初步组装形成微米有序的结构。7d后细胞进入矿化初期,ALP大量表达,ALP解离出的钙磷离子在组装好的CS Col I纤维上成核结晶长大。进入矿化中期（14d）,细胞分泌更多的Col I,形成更加致密的胶原纤维束,矿化进入高峰期,ALP、OCN和Runx2大量表达,矿化胶原纤维束形成。矿化后期（21d后）,Col I表达下降,但依然具有较高表达,得到具有一定矿化程度的矿化类骨结构。矿化相关的ALP和Runx2下调到低表达水平,成骨细胞分化末期的特异性标记OCN具有较高表达,进一步调控矿化类骨结构中的骨矿化沉积。经过长时间的模板调控细胞矿化,体外合成类骨成分和结构分级有序的组织工程骨。通过仿osteoid结构的构建及在其上成骨细胞的生物矿化研究可知,在仿osteiod二维胶原模板调控下,成骨细胞可矿化形成有序的类骨矿化胶原纤维束,即细胞在有序模板的引导下,可完成矿化细胞外机质（ECM）的有序组装,获得了矿化胶原纤维束平行有序排列的组织工程骨。这种结构实现了细胞分泌的胶原分子的纳米自组装（几个nm）、矿化物与胶原原纤的纳米组装（约100 nm）和矿化胶原纤维束的有序组装（微米级）。本研究为骨组织再生修复提供借鉴,同时拓宽体外构建组织工程骨的技术路径,为快速修复植入体的研制奠定基础。