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骨是高度血管化的组织,血管新生在骨发育和骨缺损的修复中起重要的作用,大段骨缺损修复仍然是骨科中一个具有挑战性的课题。目前,临床治疗大段骨缺损的主要方法是自体移植和/或异体移植,而这两种方法都无法诱导血管新生,并存在着来源不足、供体部位损伤、潜在的疾病可能性或排斥反应等缺陷。骨组织工程支架虽然能够避免这些缺陷,但这些支架在应用中往往同样缺乏足够血管新生和血液供给,易导致氧气和营养物质供给不足甚至细胞死亡,影响修复效果甚至导致修复失败。支架移植入骨组织后,炎症反应会引起由周围组织向材料内部的血管生长和干细胞诱导的血管新生。在细胞损伤后,促炎症因子高迁移率族蛋白B 1(High-mobility group box 1,HMGB 1)作为组织损伤的第一批信号之一从坏死细胞中被动释放,参与炎症反应、组织损伤和再生的过程。HMGB 1能作为一种多功能信号因子引起细胞响应,包括促进多种干细胞迁移、促进骨髓间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSCs)向成骨方向分化等,因此推测HMGB 1有骨诱导能力。HMGB 1还能够促进心肌和血管生成干/祖细胞(Cardiac and angiogenic stem/progenitor cells)的分化,因此HMGB 1也可能是强促血管新生因子。本研究拟利用HMGB 1制备同时具有骨诱导能力和促血管新生能力的骨组织工程支架,以促进骨缺损的修复。将HMGB 1作为信号分子通过肝素修饰在静电纺丝纳米纤维支架上,制备成生物活性纳米纤维骨组织工程支架,并研究其对成骨分化和血管新生的影响,以及对骨缺损修复的影响。本文主要研究内容及结论如下:①原代大鼠骨髓MSCs的分离培养和鉴定。提取的原代大鼠MSCs具有成纤维样细胞形态、粘附能力和增殖潜力较强。三向分化实验证明MSCs能够向骨、软骨和脂肪细胞分化。②制备和表征HMGB 1修饰骨组织工程支架。成功制备了具有良好多孔结构、内部连通、力学性能且能够模拟细胞外基质的纳米纤维支架。成功利用肝素分子修饰HMGB 1至纳米纤维表面。HMGB 1在支架上分布均匀,释放缓慢。③体外研究HMGB 1修饰骨组织工程支架对MSCs影响。体外实验表明HMGB 1修饰骨组织工程支架在7天时对MSCs增殖没有影响;在14天时对MSCs存活没有影响,没有细胞毒性;能够促进MSCs的粘附;使MSCs形态更细长并呈各向异性分布;可诱导MSCs向成骨方向分化。④利用大鼠皮下埋植模型考察HMGB 1修饰骨组织工程支架对细胞浸润、成骨修修复和血管新生的影响。HE实验表明HMGB 1修饰骨组织工程支架支架有细胞浸润,生物相容性良好。CD31与CD34染色表明支架能够促进血管新生;对骨钙素(Osteocalcin,OCN)进行染色发现支架能够促进成骨分化。进一步发现HMGB 1修饰骨组织工程支架能够通过上调间质细胞来源的因子1(Stromal cell-derived factor 1,SDF 1)的表达招募MSCs向支架内部迁移。CD68染色发现该支架并没有引起额外的炎症反应,安全性好。⑤利用大鼠颅骨缺损模型研究HMGB 1修饰骨组织工程支架对大块骨缺损修复的影响以及成骨分化和微血管新生的情况。HE染色证明HMGB 1修饰骨组织工程支架能够显著促进骨缺损的修复质量和修复速度。CD34免疫荧光染色和OCN免疫组化证明,HMGB 1修饰骨组织工程支架在骨环境中有促成骨分化和血管新生能力。综上所述,本研究利用HMGB 1作为组织工程信号分子,成功制备了一种骨组织工程支架,可同时实现促进血管新生、诱导成骨分化、招募干细胞,以提升骨缺损的修复效果。