整形外科及颌面外科中出现的越来越多的骨缺损、骨不连病人的骨组织再生修复成为临床亟待解决的难题。临床常用的骨修复材料由于骨诱导活性较差、降解速率慢，导致体内骨再生效果欠佳。近年来，通过调控成骨分化相关细胞的行为来提高材料骨修复性能的研究受到了广泛的关注。本论文基于天然骨组织的化学组成与微观结构，以磷酸钙骨水泥为基础，通过材料化学组成调控和生长因子活性负载，构建了三种多级结构钙磷基活性骨修复材料体系。重点研究材料化学组成、微观结构、生长因子的固载和活性维持及三者之间的相互作用对成骨相关细胞行为的影响，探索可能的作用机理，并考察材料的体内成骨活性，可为生物活性骨修复材料的设计制备提供参考。围绕上述内容开展了以下创新研究工作:　　(1)镁改性磷酸钙骨水泥通过整合素信号机制调控间充质干细胞的粘附和成骨分化　　利用磷酸镁骨水泥(MPC)对磷酸钙骨水泥(CPC)进行改性制备活性磷酸钙/镁骨水泥(MCPC)，考察骨水泥中的镁含量对骨髓间充质干细胞(BMSCs)的初期粘附和后期成骨分化的影响，并探索了其可能的影响机制。结果表明，MPC加入可参与CPC的水化反应，加速骨水泥的固化，并提高其抗压强度。固化后的MCPC材料表面粗糙度和亲水性随MPC含量的不同而有所差异。MCPC体外生物活性实验结果表明，低MPC含量(5％、10％)的骨水泥(5MCPC、10MCPC)一方面能够调控粘连蛋白(Fn)在材料表面的吸附和活性聚集，使Fn具有更高的受体结合活性，有利于BMSCs的快速粘附和铺展;另一方面能够刺激BMSCs对整合素（Integrin）α5β1的表达，促进材料表面Fn与细胞表面受体Integrinα5β1的结合，进而刺激细胞内成骨分化相关基因的转录和碱性磷酸酶(ALP)的表达，促进细胞的成骨分化。体内实验结果表明，5MCPC能够更快速地诱导骨组织生成，且磷酸镁的引入可以提高材料的降解速率，加速骨整合。　　(2)镁改性对CPC表面重组人骨形态发生蛋白-2(rhBMP-2)活性的调控及MCPC/rhBMP-2体内成骨效果　　利用MCPC作为载体装载rhBMP-2，考察骨水泥中磷酸镁含量对rhBMP-2的负载及体内外成骨活性的调控作用，并探索其可能的调控机制。结果显示，与CPC/rhBMP-2相比，5MCPC/rhBMP-2能够更显著地刺激C2C12细胞的体外成骨分化，并加速体内骨再生过程。体外细胞实验证明，5MCPC对rhBMP-2的活性调控作用是通过材料与其表面结合的rhBMP-2的相互作用实现的。采用石英晶体微天平法对不同镁含量的MCPC表面rhBMP-2及其不同类型的细胞表面受体的吸附过程进行实时测定，结果表明，镁含量的改变会影响rhBMP-2在材料表面的吸附能力和蛋白构象，进而改变rhBMP-2与细胞表面受体的结合效率，其中5MCPC能够促进rhBMP-2与其IA及II型受体的结合，进而启动Smad信号通路，刺激细胞的成骨分化。　　(3)多级结构硅酸钙/磷酸钙骨水泥对rhBMP-2的活性调控作用及体内成骨效果研究　　利用活性硅酸钙(CS)对CPC进行改性，通过盐析法制备了具有多级结构的硅酸钙/磷酸钙骨水泥(CSPC)支架。支架大孔孔径200-500μm，且大孔孔壁分布有丰富的2-5μm的微孔，总孔隙率在80％左右。CS的引入能够提高材料的体外降解速率。用CSPC支架装载rhBMP-2，考察了CSPC/rhBMP-2支架的体内外成骨活性。结果表明，多级结构有利于体外C2C12细胞的粘附、迁移和体内骨组织的长入。CSPC与rhBMP-2能够协同促进体外C2C12细胞的成骨分化。对这种协同作用的可能机理探索，结果表明，CSPC溶出的Si离子能够影响rhBMP-2的蛋白二级结构，有利于rhBMP-2与细胞表面受体结合，从而刺激细胞向成骨分化。材料植入小鼠后腿肌袋异位成骨及兔股骨原位缺损修复的结果显示，CSPC/rhBMP-2支架能够在体内诱导更多骨组织生成，加快骨修复进程。　　(4)多级结构β-磷酸三钙/介孔生物玻璃支架对间充质干细胞粘附和成骨分化的调控作用研究　　以β-磷酸三钙(β-TCP)为基体材料，粘度可调的介孔生物玻璃(MBG)溶胶为粘合剂和增强剂，采用聚氨酯海绵泡沫浸渍法制备出了具有200-500μm的高连通大孔的TCP/MBG三维复合支架。研究发现，通过调节MBG的加入量，可以调控支架大孔孔壁的表面微-纳形貌。其中MBG加入量为25％时，所制备的TCP/25MBG表面具有丰富的孔径在1μm左右的微孔结构。以TCP（少量微孔表面）和TCP/50MBG（无孔粗糙表面）两种支架作为对照组，考察了TCP/25MBG支架对蛋白的吸附能力和对BMSCs细胞粘附和成骨分化行为的影响。结果表明，具有均匀的1μm左右微孔表面的TCP/25MBG支架有利于Fn的活性吸附，促进BMSCs细胞的快速粘附和铺展，并通过Integrin与ERK-MAPK信号通路刺激细胞成骨相关基因的转录和蛋白的表达，诱导体外BMSCs的成骨分化。