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摘要由于人体难以修复大节段骨缺损，因此开发各种骨支架并将其应用于临床治疗是骨组织工程的发展趋势。目前，基于3D打印技术已开发出大量骨组织工程支架，但这些传统的支架仍依赖具有破坏性的组织学技术获取组织修复过程的信息，无法实现对同一实验个体的连续动态监测。因此，亟待建立一种非侵入性的骨再生动态监测技术，以优化支架设计并促进骨修复。<br>　　本研究旨在开发一种兼具多模态影像功能和骨修复能力的骨组织工程支架，试图用于骨缺损修复过程的动态监测。利用3D打印技术制备了一种具有诊疗一体化功能的复合支架。利用氧化海藻酸钠/羧甲基壳聚糖（OSA/CMCS）复合水凝胶对成骨小分子药物-辛伐他汀（SV）、碱性磷酸酶（ALP）响应型荧光探针-聚合物胶束（ICG@Sup）和磁共振T2造影剂-超小超顺磁性氧化铁纳米粒子（USPIO-NH2）进行负载，将负载SV、ICG@Sup和USPIO-NH2的复合水凝胶灌入3D打印聚己内酯（PCL）支架的间隙中，构建了一种具有促进骨修复、ALP响应型荧光成像（FLI）和磁共振成像（MRI）能力的复合支架（SV/IU@OCP）。通过对制备的支架材料进行微观形貌观察，研究支架的成像特性、降解特性以及药物释放特性，并通过体外细胞实验和体内动物实验评估支架的 FLI/MRI 能力、体外成骨能力和体内骨缺损修复能力，得到的主要结论如下：<br>　　（1）TEM结果显示，ICG@Sup和USPIO-NH2纳米粒子呈球形结构且粒径均一，USPIO-NH2经表面氨基修饰后分散性有所改善。FLI结果表明，ICG@Sup的荧光强度随 ALP浓度升高而增大，具有对 ALP的灵敏响应性。MRI结果显示，USPIO-NH2表现出良好的磁共振T2成像效果。SV/IU@OCP的FLI和MRI结果显示该支架具有荧光/磁共振双模态成像性能。体外药物释放结果显示，该支架可作为药物释放的载体，实现药物的长期释放。<br>　　（2）细胞毒性实验表明ICG@Sup及USPIO-NH2无细胞毒性。细胞增殖实验表明，SV/IU@OCP支架对细胞粘附和增殖有支持作用，生物相容性良好。实时定量荧光 PCR（qRT-PCR）实验和Western blot（WB）实验显示，相比其他组，SV/IU@OCP 组显著上调骨髓间充质干细胞（BMSCs）中成骨基因表达及成骨蛋白分泌水平。ALP染色实验结果表明 SV/IU@OCP 支架能显著增强 ALP 活性。FLI 结果显示， SV/IU@OCP组荧光强度显著高于IU@OCP组，表明经辛伐他汀刺激后细胞的ALP分泌水平提高，促进ICG@Sup产生更强荧光。<br>　　（3）通过SD大鼠临界尺寸颅骨缺损模型探究了支架的可视化和骨缺损修复能力。FLI和MRI结果表明SV/IU@OCP支架可以通过荧光成像来监测体内早期骨修复过程，还可以通过磁共振成像监测植入物降解情况。Micro-CT结果显示SV/IU@OCP支架组显著促进骨修复，组织染色和免疫组织化学染色实验进一步表明 SV/IU@OCP 支架具有更好的成骨潜力。<br>　　综上所述，本论文结合 3D 打印支架和水凝胶制备了负载成骨药物、荧光探针和磁共振造影剂的诊疗一体化支架。理化性能表征、影像监测以及体内、外实验结果表明，该诊疗一体化支架具有成骨药物释放特性，能够促进体内骨再生。此外，支架还具有灵敏的ALP响应型荧光成像以及MR-T2成像功能，可实现原位无创监测骨修复过程及支架降解过程。因此，本论文的研究提供了一种促进和跟踪新骨形成和植入物降解过程的潜在方法，为骨组织工程的研究提供了新的思路。