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生物材料是组织工程的三大要素（细胞、生物材料和生长因子）之一，对组织和器官的形成和再生具有不可替代的支撑和引导作用。理想的生物材料应该在结构和功能上模拟或替代天然组织中的细胞外基质。具体应具备以下条件:1）生物相容性，即具有可降解性或可吸收性，并且在替代正常组织时不引起炎症反应。2)可提供合适的微环境以调控细胞行为（如细胞粘附、增殖、迁移和分化），使细胞形成有功能的组织。3）提供暂时的力学支撑，以保证组织再生时所需的足够的三维空间。本课题构建了可调控表达人骨形态蛋白4(BMP-4)质粒pSTAR-hBMP-4，从基因安全角度制备了hBMP-4基因释放与表达双调控的组织工程支架。并以改善支架的细胞相容性和骨诱导能力为目的，从结构仿生的角度出发，设计和制备了不同结构和功能的HA/PLGA骨修复替代材料，并在体外及体内系统评价了它们的骨修复能力。 1.构建了可调控表达人骨形态蛋白4(hBMP-4)质粒pSTAR-hBMP-4。通过加入强力霉素(Dox)调控pSTAR-hBMP-4质粒在体内细胞中进行表达，10μg/mL的Dox浓度剂量是其调控pSTAR-hBMP-4质粒表达的最佳剂量。Dox诱导及撤除实验，证明了pSTAR-hBMP-4的表达完全受到Dox控制。pSTAR-hBMP-4质粒的表达对兔成骨细胞内的骨形态蛋白2（BMP-2），Ⅰ型胶原(CO-Ⅰ)以及骨粘连蛋白(ON)等成骨相关基因的表达具有调节作用，反映了其成骨诱导活性。 2.合成了导电高分子材料PAP共聚物，采用冷冻相分离的方法制备了掺杂PAP共聚物的骨移植材料。然后，将pSTAR-hBMP-4/Au-PEI基因载体复合物引入到该支架内部，制备了hBMP-4基因释放与表达双调控组织工程支架。验证了导电材料和基因的引入不但未影响复合物支架的孔隙率和力学性能，而且部分改善复合物支架的表面亲水性能。 3.研究了载入pSTAR-hBMP-4基因的hBMP-4基因释放与表达双调控的组织工程支架的体外基因释放和诱导成骨的能力。兔背部包埋实验验证了Dox对于含pSTAR-hBMP-4/Au-PEI基因载体复合物的支架在体内具有良好的调控作用。体内实验证明含pSTAR-hBMP-4/Au-PEI基因载体复合物的支架比对照组支架具有更强的骨修复能力。实验证明通过电信号和Dox可以有效地调控pSTAR-hBMP-4/Au-PEI基因载体复合物从支架中的释放和pSTAR-hBMP-4质粒在细胞内表达hBMP-4，实现了基因释放与表达的双重调控。 4.利用粒子沥滤和粒子沥滤-相转化的方法制备了HA/PLGA复合支架。粒子沥滤-相转化支架制各工艺DMF占总溶剂含量分别为20％、40％和60％的聚合物支架。3种支架分别命名为PI20、PI40、PI60。该方法制各的支架孔壁上分别观察到微米级的孔道。支架制各过程中加入相转化试剂DMF能显著降低支架表面的接触角，提高支架的亲水性。相转化方法的引入成功的提高了支架的孔隙率和比表面积。随着DMF比例的升高支架的孔隙率与比表面积相应的增大。制备支架过程中适当加入相转化试剂可以提高支架的压缩强度。但是，当相转化试剂含量过高时则会使支架的压缩强度下降。PI40抗压缩强度最佳，达2.8MPa，而PI60支架的抗压缩强度最差，仅为1.2 MPa。 5.研究了粒子沥滤和粒子沥滤-相转化支架体外、体内的成骨诱导能力。体外实验证明rBMSCs在支架上能够较好的粘附、增殖以及成骨诱导分化。体内实验也得到了同样的结果。通过X光片、组织学染色观察到沥滤和粒子沥滤-相转化支架比较对照组有明显的骨修复效果，并从基因水平分析了成骨相关基因的表达情况，证明了粒子沥滤-相转化支架的体内成骨修复作用。 6.通过熔融旋碟纺丝方法联合超临界技术制各出PLGA纤维支架以及含不同HA的HA/PLGA纤维支架。结果显示熔融旋碟纺丝技术可制备出理想的纳米/微米纤维支架，纳米纤维和微米纤维均一地混合在一起，解决了以往纳米/微米纤维支架分层的现象。纤维材料经超临界处理后压缩强度和三点弯曲强度明显增加，接近于人体松质骨的强度。通过体外实验探讨了不同羟基磷灰石含量的纤维支架的细胞增殖和分化能力，结果发现5％HA/PLGA，10％HA/PLGA更有利于细胞的增殖和分化。体内修复兔桡骨骨缺损实验结果进一步证明了纤维支架的成骨诱导能力。 7.比较了超临界CO2处理的纳米/微米纤维支架、粒子沥滤支架和超临界CO2处理的粒子沥滤支架的体外细胞增殖和分化能力，以及体内骨修复能力。探讨了超临界CO2处理对支架的作用机制。结果表明纳米/微米纤维支架由于结构的仿生其通透性更优，更利于细胞的长入。超临界CO2的作用下纳米/微米纤维支架，超临界模压支架的微观结构发生变化，均起到了提高细胞粘附力和细胞增殖能力、调节细胞分化和成骨相关基因表达的作用。 通过本论文的研究，希望能为骨组织工程支架的研究和临床再生医学提供新方法和新思路。