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造血干细胞龛是促进造血干细胞保持并调节其功能的特定微环境。采用工程化手段构建造血干细胞龛是解决造血干细胞当前面临的临床应用问题与拓展临床新手段的重要途径。目前常用的体外构建因无法很好地模拟体内造血干细胞龛的实际情况，难以实现对造血干细胞的保持及有效扩增，也无法在体内对干细胞龛组分实现有效的调控。本文结合造血干细胞龛生物学近期的研究进展，提出利用生物材料负载生长因子在体内构建工程化造血干细胞龛，并通过改变材料参数，调控造血干细胞龛组分。基于这一研究思路，本文开展了以下研究: (1)工程化造血干细胞龛的体内构建 分别选择了明胶水凝胶与磺化壳聚糖水凝胶作为基底材料，负载骨形态发生蛋白-2后植入小鼠体内形成异位骨，以异位骨骨髓作为造血干细胞龛，表征了不同材料构建的工程化造血干细胞龛发育过程中及成熟后的差异。研究表明，植入两周时工程化造血干细胞龛处于发育状态，此时明胶组已形成骨组织，并具备一定量的血管网络结构，但表达Sca-1的小动脉较少，且不含有间充质干细胞;磺化壳聚糖组以纤维结缔组织为主体，含有较丰富的血管结构，并有较多的Sca-1+小动脉和较高水平的间充质干细胞。发育中的工程化造血干细胞龛均存在一定量的造血干细胞，但此时均不具备长期造血干细胞，其中明胶组造血干细胞数量较少，龛内血细胞呈现淋巴系分化偏向;而磺化壳聚糖组造血干细胞含量较高，龛内血细胞呈现髓系偏向。三周时工程化造血干细胞龛已发育成熟，此时明胶组以成熟的骨结构为主，沿骨内膜可见Sca-1+小动脉，具有一定量间充质干细胞;磺化壳聚糖组仍以纤维结缔结构为主，血管结构退化，间充质干细胞数量也显著下降。成熟的工程化造血干细胞龛内都保留有造血干细胞，其中明胶组的造血干细胞整体含量与未成熟时差异不大，但此时已具有长期造血干细胞;磺化壳聚糖组造血干细胞含量显著下降，不能保持长期造血干细胞。以上数据表明，不同材料对造血干细胞龛中细胞组分的生长和造血干细胞的保持有着明显差异，蛋白类材料是构建并维持造血干细胞所处的骨髓环境所必须的，而磺化多糖材料有利于工程化龛的血管结构生长。上述研究证明了利用材料体内构建并调控工程化造血干细胞龛的可行性。 (2)材料参数对造血干细胞龛细胞组分生长的影响 根据材料的力学性能及生物学效应设计材料体系，对造血干细胞龛的主要细胞组分进行了三维培养，考察材料参数对造血干细胞龛中主要细胞组分生长的影响。研究表明，与骨髓模量相近的水凝胶对细胞的生长和分泌行为的支持性最佳。其中，内皮细胞在以明胶为主体，掺杂磺化壳聚糖的复合水凝胶中生长状况最好并可以形成大范围的相连环状结构，具有最强的成血管潜能;间充质干细胞在单组分明胶水凝胶中可以形成与生理条件下相似的均匀网络结构，且在此条件下表达最高水平的造血干细胞支持因子Cxcl12。含磺化壳聚糖的凝胶无法支持间充质干细胞的生长。上述结果为利用不同的材料参数构建工程化造血干细胞龛提供了实验依据，并为深入理解造血干细胞龛生物学及其调控手段提供了新的研究思路。