人工构建生物性血管在组织器官工程与血管替代治疗、血管发育与生理病理等领域中展露其重要价值。将血管细胞贴附于一定表面或者将其包封于基质环境中并促使其向“血管”组织形态生长,是构建生物性血管的一类技术策略。但是这类技术策略,在朝向构建微小型血管时面临一些挑战。其主要问题在于用于人工血管构建的生物材料往往不能兼具良好的机械性能和生物相容性,植入体内通常会导致内膜增生进而形成血栓,甚至引起假性动脉瘤。而目前文献中用来构建管状材料的方法较多采用静电纺丝法和相转化法等,其加工过程需要高压或者高温的相对复杂的设备装置,常常引起生物材料的变性,同时也难于直接在加工中引入细胞;而细胞片技术(cell sheet technology,CST)虽然可直接采用成熟的血管细胞(如血管内皮细胞,vascular endothelial cells,VECs),但是成熟血管的细胞获取较为困难,而且分裂能力十分有限,往往不能形成完整整合的内皮层。骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells,MSCs)的体外多向分化、跨分化与免疫调控能力,尤其是抗血栓潜力,引起了人工血管研究界的关注,值得把它作为人工构建血管中的主要种子细胞作出系统探索。本论文利用微流控微纤维生成中包封细胞的技术途径,来探索微尺度流控空间约束条件下调控间充质干细胞向血管内皮分化的可能性。首先,将海藻酸钠和氯化钙溶液引入有机玻璃微流控装置实现交联反应,制备出具有良好生物相容性和力学性能的海藻酸钙微纤维;进一步在海藻酸钙微纤维的微流控生成过程中,将MSCs联合血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和成纤维细胞生长因子(fibroblastic growth factor,FGF)一并包封入微纤维,建立起藻酸钙微纤维流控包封MSCs三维立体培养体系,以此为基础探讨促使其向微血管内皮形态分化的若干分子机制;继而将微纤维-细胞复合体移植入动物体内,评估微纤维-细胞复合体对机体的急性毒性。本文的主要工作和研究结果如下:(1)海藻酸盐微纤维的微流控合成首先自制T型微流控聚焦流装置,其中在结构上利用拉锥毛细管尖端直径的精确截取,以及在加工有T型交叉结构通道装置内的合理置放,使这种流控装置具有生成可控直径的聚焦流能力。在这种聚焦流微流控装置的拉锥毛细管段入口引入海藻酸钠溶液(作为核心流),侧向通道中引入氯化钙(鞘流),在一定的流量比范围内,可在装置的出口连续生成不同直径的海藻酸钙凝胶微纤维。检测结果显示所合成的长0.3m-0.5m直径<600?m的海藻酸钙微纤维形态较均匀,内部纹理清晰,表面富有微孔。微纤维的直径与核心流的流量呈线性正相关关系,随核心流流量的增加而增加。直径为500?m和300?m左右的具有类似于以其他人工聚合物为材料的人工血管的缝合强度。(2)MSCs在微纤维中的生长、增殖及血管内皮定向分化将MSCs联合细胞生长因子VEGF和FGF包封入微纤维中进行三维培养,利用DiO活细胞染色,Live/dead细胞染色和CCK-8法观察海藻酸盐微纤维中三维培养中MSCs生长增殖情况,并用Elisa法检测VEGF从海藻酸盐微纤维中的释放特性;进一步利用免疫荧光化学,RT-PCR,Western blot和流式细胞等技术,观察VEGF和FGF在藻酸盐微纤维包封培养中对MSCs向VECs诱导分化的影响。结果显示,细胞生长因子VEGF和FGF在藻酸盐微纤维中能促进MSCs增殖并维持其活力,且双细胞生长因子的协同作用下对MSCs增殖的促进更为明显。MSCs的增殖主要集中在一周之内,两周左右MSCs趋于成团生长并出现凋亡,其生长周期与二维平板培养无显著差别。海藻酸盐微纤维具有良好的生化物质承载性能、缓释性能以及细胞包封率,包封的MSCs在微纤维内能够连续分泌VEGF并通过微纤维释放。这些结果表明,VEGF和FGF在藻酸盐微纤维中能够诱导MSCs定向分化为VECs。(3)海藻酸盐微纤维-细胞复合物急性毒性的评估将海藻酸盐微纤维-细胞复合物腹腔移植入小鼠体内利用组织病理学定性评估移植物的心血管系统急性毒性。结果显示海藻酸盐微纤维-细胞复合物对于生物机体无明显毒性,具有较好的生物相容性和良好的抗血栓潜能。综合上述结果,本文利用微流控方法制备的海藻酸盐微纤维具有良好生物物理性和生物相容性,细胞因子VEGF和FGF能够在微纤维中促进MSCs的生长增殖以及内皮分化,同时微纤维-细胞复合体对机体无急性毒性,这表明这种体系有利于人工血管的初步构建。本研究为人工血管的合成以及后续血管疾病的治疗预示了新的可行性。