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骨-软骨组织缺损和骨肿瘤是骨组织工程中面临的两种常见的骨组织疾病。当关节软骨遭遇由外创和紊乱引起的局灶性和退行性病变时,由于自身含有较少的血管和细胞,很难进行自我痊愈,最终会转化为关节炎,关节炎反过来会引起关节软骨的降解,同时会造成软骨下骨重塑。而骨组织内部具有高浓度的钙和多种促进骨质溶解的生长因子,同时pH值呈现酸性,这样特殊的微环境有利于其他部位的肿瘤细胞迁移到骨组织形成骨肿瘤。手术切除是一种常见的骨肿瘤治疗方式,但是手术切除不能够保证完全清除骨肿瘤细胞,同时会造成大的骨缺损。因而,针对骨-软骨组织受损和骨肿瘤两种骨组织相关疾病,制备修复骨-软骨组织缺损和治疗骨肿瘤疾病的功能性支架材料是具有重大意义的。将双功能支架材料用于骨-软骨组织缺损修复时,支架既能修复关节软骨,同时又能修复软骨下骨;将双功能支架材料用于骨肿瘤治疗时,支架既能消除掉手术切除后残余的骨肿瘤细胞,同时又能修复手术切除造成的骨缺损。在本论文中,通过将一些具有生物活性的金属化合物与三维打印的传统生物陶瓷材料相结合制得新颖的功能性支架,分别应用于骨-软骨组织缺损的修复和骨肿瘤的治疗。主要研究成果描述如下:1.结合溶胶凝胶法和三维打印法制备出含Mo的生物活性玻璃陶瓷（BGC）支架,Mo元素在陶瓷支架材料中以CaMoO4的形式存在。由于CaMoO4的熔点较低,高温下熔融后,能够显著提高支架的致密度和抗压强度。体外降解实验表明随着支架中Mo含量的增加,相同条件下支架的降解率会下降。与BGC浸取液相比,7.5Mo-BGC浸取液不仅能够显著促进人体骨间充质干细胞（HBMSCs）成骨基因的表达,促进ALP表达和更多钙结节的形成,而且能够显著促进兔子软骨细胞（RCs）成软骨基因的表达。体外细胞实验表明7.5Mo-BGC支架能够促进HBMSCs和RCs的增殖和黏附。在MoO42-离子、RCs、HBMSCs共培养体系中,MoO42-离子通过促进RCs和HBMSCs的合成代谢,抑制RCs和HBMSCs的分解代谢,最终促进RCs成软骨分化和HBMSCs向成软骨化转变。体内实验表明7.5Mo-BGC支架能够促进更多软骨组织关键成分糖胺聚糖（GAGs）和新骨组织的形成。因此,含Mo的玻璃陶瓷支架展示出对骨-软骨一体化修复的双功能特性,有望应用于治疗骨性关节炎等疾病。2.通过热溶剂法CuFeSe2纳米颗粒成功原位生长在三维打印的生物玻璃陶瓷（BG）支架表面。结果发现支架表面的CuFeSe2含量可以通过改变反应体系中的反应物含量而得到调控。制备的BG-CFS支架具有优异的光热性能,且光热性能可以通过改变支架表面CuFeSe2的含量,环境湿度,以及近红外激光功率密度得到改变。在体外,BG-5CFS支架在近红外光作用下,能够有效的杀死骨肿瘤细胞。通过改变激光辐照时间,激光辐照次数以及激光辐照的温度,可以对BG-5CFS支架杀死肿瘤细胞的能力得到有效的调节。在体内,BG-5CFS支架通过释放的高热消融骨肿瘤,抑制骨肿瘤的生长,其消融率能够达到96%。同时BG-5CFS支架在体外能够促进兔子骨间充质干细胞（rBMSCs）的增殖,支持它们的黏附,促进成骨相关基因OPN和OCN的表达。在体内,BG-5CFS支架能够促进新骨的再生,展示出了与BG支架相似的成骨活性。因此,CuFeSe2改性的3D打印生物玻璃陶瓷支架在早期既能在近红外光作用下有效杀死骨肿瘤,在后期又能修复骨缺损,故可以潜在用于治疗骨肿瘤疾病。3.聚内消旋乳酸（PDLLA）具有优异的粘性,能够充当胶水的作用。通过PDLLA将高能球磨后的LaB6微纳米颗粒包覆在三维打印的β-磷酸三钙（TCP）支架表面上,制得了TCP-PDLLA-LB支架。由于高粘性的PDLLA将LaB6微纳米颗粒填充在TCP支架表面的微孔里,使得TCP-PDLLA-5LB支架的韧性和致密度提高,具有比TCP支架更高的抗压强度,且这种抗压强度可以通过改变包覆次数得到调节。通过局部等离子共振效应,LaB6微纳米颗粒赋予TCP-PDLLA-LB支架优异的光热性能,且光热性能可以通过改变支架表面的LaB6含量,近红外光功率密度以及环境湿度得到灵活的调节。通过改变近红外光功率密度,光照持续时间以及近红外光照射次数可以调控TCP-PDLLA-5LB支架在体外杀死骨肿瘤细胞的能力。在体内,TCP-PDLLA-5LB支架能够通过热量消融骨肿瘤组织。体外成骨细胞实验结果表明:TCP-PDLLA-5LB支架能够支持兔子骨间充值干细胞的黏附和增殖,通过释放一系列生物活性离子Ca2+,PO43-,La3+,BO33-促进成骨基因BMP2,RUNX2和COL I的表达。在兔子股骨缺损模型中,TCP-PDLLA-5LB支架能够促进新骨的再生。因此,LaB6结合PDLLA改性的磷酸三钙生物陶瓷支架兼具高强度、肿瘤治疗与骨修复活性的诸多优点,可用于修复承重骨部位由于骨肿瘤导致的骨缺损。4.铜离子配位的中-四（4-羧基苯基）卟吩（Cu-TCPP）属于金属有机结构框架（MOF）材料中的一种。由于Cu-TCPP拥有二维片层状的结构特点,它能够快速吸收外界的近红外光,并转化为热能。通过热溶剂法将层状的Cu-TCPP纳米片原位生长在β-磷酸三钙（TCP）支架表面上,制得Cu-TCPP-TCP复合支架。Cu-TCPP能够赋予TCP支架良好的光热性能,且可以通过改变TCP支架表面的Cu-TCPP纳米片含量,环境湿度和近红外光功率密度对其进行调控。在近红外光的照射下,20Cu-TCPP-TCP支架在体外能够通过释放的高能杀死骨肿瘤细胞,同时在体内能够消融骨肿瘤组织,抑制骨肿瘤的生长。此外,20Cu-TCPP-TCP支架在体外能够支持人体骨间充质干细胞（HBMSCs）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的黏附和生长,激活成骨和成血管基因的表达,同时在体内能够促进新骨组织的再生。因此,铜金属有机框架通过结合TCP陶瓷支架有望实现骨肿瘤治疗与血管化骨再生,具有一定的临床应用潜力。综上所述,我们通过将金属化合物与传统的生物陶瓷支架相结合,制备出具有特定功能的生物活性陶瓷支架,并对其物化性能进行了表征。一方面制备的生物活性陶瓷支架可以通过释放具有生物活性的金属离子实现骨-软骨组织一体化修复;另一方面,生物陶瓷支架则可以通过表面修饰的光热剂将光能转化为热能实现骨肿瘤治疗,同时释放的一系列生物活性离子可以实现骨肿瘤造成的骨缺损的修复。这些功能性支架的研究能够为骨组织工程寻找新颖的骨科材料提供一定的选材依据,同时能够很好的推动骨组织工程与肿瘤治疗相结合,具有重要的临床价值。