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摘要角膜盲是世界范围内的主要致盲眼病之一，角膜移植捐献供体极度匮乏使得开发角膜修复材料成为角膜盲患者复明的关键。传统角膜修复材料存在的与组织适配性差、上皮化困难及角膜易纤维化的问题，这是因为传统角膜修复材料大多着重于角膜成分仿生，而忽略了曲率这一重要因素，进而限制了它们应用于临床。角膜曲率对于角膜正常生理功能的维持起着决定性作用，3D 打印技术在制备高精度的复杂结构组织方面具有优势，且可根据患者缺损情况进行个性化定制，是一种制备曲率角膜的好方法。然而目前 3D 打印角膜植片仍存在一些技术难题（如“台阶效应”）未能克服，极大限制了3D打印技术在角膜领域的发展。如何解决上述技术难题，开发一种表面光滑、性能优良的角膜再生修复材料是获得理想角膜修复效果的关键。因此，本论文拟通过挤出温控打印技术克服“台阶效应”，构建出具有曲率的角膜再生修复材料，从材料力学和细胞力学角度阐明曲率对角膜细胞的调控规律，并通过体外基因水平、蛋白水平分析与体内兔角膜修复进程相结合，探讨3D打印曲率角膜植片对角膜细胞的内在调控机制及角膜修复的影响，为指导角膜再生修复材料设计与制备提供新思路。基于此，本论文开展了如下研究：<br>　　第一，通过3D打印技术，利用I型胶原和甲基丙烯酰化明胶（GelMA）材料进行角膜曲率的仿生构建，通过温度控制打印策略开发出精度高、性能好的曲率角膜再生修复材料，详细研究了墨水配方和打印工艺对3D打印角膜植片精确度和性能的影响。胶原的添加可以提高墨水的打印性能和曲率角膜植片的力学性能、耐酶解性能和细胞相容性等，这对制备打印曲率角膜植片是有利的。当GelMA浓度为10%，胶原浓度为0.6%，且喷头打印温度为 27.5℃时，得到的曲率角膜植片具有最光滑的表面和最佳的综合性能，满足角膜修复的需求。<br>　　第二，系统研究兔角膜上皮细胞（RCECs）在3D打印曲率角膜植片上的生长行为及规律。为了验证曲率角膜植片同样具有天然角膜的各向异性，按照眼科学分区将曲率角膜植片按照不同坡度分为四个区域，并以平面角膜植片为对照组。与传统平面角膜植片不同，在曲率角膜植片上生长的细胞表现出明显的极化和取向排列行为，且细胞的生长轨迹倾向于沿着曲率经线方向生长。进一步通过细胞骨架染色观察细胞生长取向变化，发现随着坡度增加，细胞逐渐变得细长且取向度逐渐增加。RCECs 在角膜材料上紧密黏附是角膜修复的关键，通过信号通路的筛选和分析找出了影响细胞黏附的整合素相关基因和关键通路，并通过黏附力测量、免疫荧光染色、分子生物学和FEM 模拟等实验均发现曲率及坡度能提高细胞的黏附能力，阐明了曲率角膜植片调控RCECs的细胞行为及分子机制。<br>　　第三，通过动物实验验证曲率角膜植片能否促进角膜修复。兔角膜囊袋实验说明曲率角膜植片具有优异的生物相容性，在体 180 天时材料基本保持完整。在兔角膜板层移植术中，与平面角膜植片相比，曲率角膜植片具有明显的优势，同样的缝合方式下曲率角膜植片能够与角膜组织有更好的贴合，3天内即完成上皮化进程，且在曲率角膜植片上生长的上皮细胞黏附牢固，上皮功能完整。在 180 天的持续观察中，角膜始终保持透明，同时随着材料的在体转归，观察到角膜基质和神经再生，整体修复情况良好。<br>　　第四，通过 3D打印技术构建包载兔角膜基质细胞（RCSCs）的曲率角膜植片，解决角膜修复过程中易出现的角膜纤维化问题。受天然角膜组织结构特点启发，拟通过构建与天然角膜相同的曲率维持 RCSCs 表型，抑制纤维化的形成。首先，为了解决大分子量I型胶原在中性条件下的溶解难题，我们通过添加环氧季铵盐小分子，与胶原形成氢键作用，减弱胶原分子链间的相互作用，提高其溶解性。其次，利用含有中性胶原的生物墨水负载 RCSCs 成功打印出曲率角膜，其具有良好的理化性能和细胞存活率（95%）。通过 mRNA水平和蛋白水平分析在曲率角膜植片中的 RCSCs 具有基质细胞的特征基因和蛋白表达，而在平面角膜植片中的细胞具有较高的α-SMA 表达，证明打印曲率角膜植片能够抑制 RCSCs 向成纤维细胞转化，其具有作为能够抑制角膜纤维化的角膜再生修复材料的潜力。