在骨组织工程支架中,多孔支架的物理结构特性是影响细胞行为、血管生长和骨形成的关键因素。它不但为细胞的生长和迁移提供模板,同时也为血管生长和骨形成提供充足的空间。虽然优化多孔支架结构特性可有效促进骨组织形成,但是单纯调控支架的物理结构促进骨再生的能力仍然是有限的。一些研究表面引入外源性生长因子和药物可显著增强骨组织再生,因此多孔支架与生物因子或药物有效结合协同调控血管生长和骨形成受到越来越多的关注。在本研究中,通过调控支架的结构参数(孔径、贯通性、孔径分布和表面形貌)探索多孔羟基磷灰石(HA)支架结构特性与血管生长和异位骨形成的关系,进一步优化支架的多孔结构。此外,通过将载药高分子微球均匀分布在涂覆有海藻酸的多孔HA支架孔壁表面构建多孔支架缓释体系,以增强多孔HA支架血管生长和骨形成能力。采用糖球造孔法通过去除糖球制备孔隙结构可控的3类多孔HA支架,控制糖球颗粒的粒径和热处理工艺精确调控多孔支架的宏孔孔径和贯通孔尺寸。在本研究中,通过热处理工艺将宏孔孔径分别为500-650、700-950和1100-1250 μm的多孔HA支架的贯通孔尺寸/宏孔孔径的比例(d/s比)统一调控约为0.26,确保3种孔径支架具有相似的贯通性,以精确研究宏孔孔径对异位骨形成和血管生长的影响。体内实验结果显示多孔支架的宏孔孔径不但影响血管生长和骨形成的速度,同时影响新形成骨的分布。宏孔孔径为700-950 μm的多孔HA支架比其他两种孔径多孔支架展现更高的血管数量、新骨生成量以及更为均匀的新骨分布。采用糖球造孔法和热处理工艺技术制备宏孔孔径为750-900μm、贯通孔径尺寸分别为87、228和367μm (d/s比分别为0.09、0.26和0.45)的3种多孔HA支架,通过体内植入实验研究多孔支架d/s比对异位诱导骨形成和血管生长的影响。结果显示多孔支架的d/s比不但影响血管的生长,同时也影响骨组织的形成。植入4周后结果显示新生血管的尺寸随着支架贯通孔径的增大而增大,体内植入12周后结果显示d/s比为0.45的支架由于抗压强度较低,在植入体内后发生脆裂导致新骨在支架内部不均匀的形成。d/s比为0.09的支架由于贯通孔径较低限制了新生血管的数量和尺寸,导致骨形成能力的降低。而d/s比为0.26的支架则展现了最高的新骨生成量以及更均匀的新骨分布。通过采用梯度糖球模板制备2种孔径分布相反的梯度分布多孔HA支架,即(1)内部孔径为500-650μm、外周孔径为1100-1250μm(HASL); (2)内部孔径为1100-1250μm、外周孔径为500-6500μm (HALS)。体内植入4周后结果显示虽然HASL外周和中心区域的新生血管数量无显著性差异,但是外周新生血管的尺寸明显大于中心区域的新生血管。而HALS外周和中心区域的新生血管数量几乎相同无显著性差异,但是中心区域的新生血管数量小于外周区域的新生血管。HASL内总的新生血管数量和尺寸大于HALS的新生血管数。体内植入12周后结果显示HASL在整个支架的外周及中心展现均匀的骨形成,而HALS只有外周有新骨的生成。HASL内总的新骨形成量明显高于HALS。因此表明梯度多孔支架的孔径分布不仅影响支架的血管化,还影响新形成骨的分布。外部大孔径的梯度多孔支架更有利于再生新骨组织在多孔支架中的整体生长。采用一种新型的糖球颗粒模板湿化处理技术制备宏孔孔壁表面具有沟槽结构的多孔HA支架。结果发现湿化处理可调控糖球模板表面的水分含量,而孔壁表面沟槽的宽度又由糖球模板表面上的水分的含量所控制。细胞实验显示沟槽结构可诱导细胞沿沟槽方向定向排列。基因表达结果显示沟槽结构有利于骨形成。通过一种新型的方法将载丹酚酸B (Sal B)的壳聚糖微球(CMs)均匀固定在涂覆有海藻酸的多孔HA支架表面构建支架缓释体系。为增强CMs和HA支架的结合力,选用海藻酸作为多孔HA支架的涂覆材料。结果显示通过静电吸附的作用,微球稳定地固定在涂有海藻酸的多孔HA支架表面。在吸附过程中,采用静置和震荡两种组装方式将Sal B/CMs组装到多孔支架表面。与静置组装方式相比,采用震荡组装方式的多孔支架表面上的Sal B/CMs分布更为均匀,通过对比不同浓度的海藻酸研究载Sal B的CMs (Sal B/CMs)在多孔支架表面上的分布情况。结果显示最优的海藻酸浓度为1%,因为采用1%海藻酸作为涂覆层保障微球在支架表面均匀地分布并且不会影响多孔HA支架宏孔孔壁表面的多孔结构。细胞实验结果显示采用1%海藻酸作为涂覆层组装Sal B/CMs的多孔HA支架在与细胞共培养3、7天后,明显促进细胞的增殖,并且细胞均匀地粘附在支架的表面。