组织工程和再生医学研究旨在利用组织工程三元素（细胞、生物材料支架和生物因子）的相互作用,充分发挥细胞的组织修复潜能,从而达到修复受损组织的形态与功能的目的。当前基于细胞归巢的骨修复策略仅能够修复小面积骨缺损,在修复大面积的骨缺损方面效率不高,主要表现在新骨生成过慢。骨髓间充质干细胞（BMSC）经静脉输注后仅有极少量能够成功到达受损骨组织,推测新骨生成过慢的原因与归巢BMSC的数量少相关。因此,如何通过技术手段诱导更多的BMSC在骨缺损处聚集成为研究的焦点。骨折处细胞分泌的PDGF-BB与BMSC表面的受体PDGFR-beta作用,诱导BMSC向骨缺损部位归巢,并参与组织修复。BMSC经体外培养后其归巢的效率随培养代数逐渐降低,推测与其表面的PDGFR-beta的数量减少相关。本项目拟采用疏水相互作用的方法修饰BMSC的表面。DMPE-PEG-maleimide能够与PDGFR-beta共价结合,形成DMPE-PEG-PDGFR-beta复合物。DMPE-PEG是一种磷脂-聚乙二醇复合物,其中DMPE能够插入细胞膜的磷脂双分子层内,与细胞膜稳定结合,从而经DMPE-PEG-PDGFR-beta复合物可以在BMSC表面修饰PDGFR-beta。在此,我们研究了经DMPE-PEG-PDGFR-beta修饰对BMSC的相关基因和蛋白的影响,发现改性后BMSC的MMP1和MMP2的表达上调以及相关蛋白的磷酸化水平增加。此研究为后续探讨表面修饰对MSC向骨折处的迁移奠定了的基础。归巢后的BMSC的生物学行为,包括贴附、伸展、迁移、渗透、增殖和分化等与细胞微环境直接相关。在大面积组织缺损的修复中,支架材料往往必不可少,其与细胞的相互作用很大程度地影响细胞的以上生物学行为。静电纺丝技术是一种制备纤维支架的简单而经济的方式,在创伤修复和组织工程领域应用广泛。之前许多有关纤维直径、纤维方向和材料种类对细胞行为和功能的影响的研究大多数是基于体外培养细胞的静态观测。然而,我们关于纤维支架与接种细胞的动态作用以及对BMSC生物学行为和功能的动态影响认识相当缺乏。在此,我们利用微米级别的PLLA纤维和纳米级别的PCL/gelatin纤维全面地研究了微米和纳米纤维的排列方式对BMSC伸展、迁移、分化和支架重构的影响。研究发现,与无序纤维支架相比较,BMSC在有序纤维支架上表现出更快的伸展、迁移和不同的分化行为。此外,细胞和纤维之间的相互作用增加,促进了细胞渗入纤维内部,有效的促进了细胞与材料之间的整合和支架重构,这些改变与细胞的分化和细胞外基质分泌的行为保持一致性。以上动态研究模型有助于我们更加了解干细胞与生物材料支架的动态作用,深入理解缺损部位细胞和生物材料支架的命运,并从根本上优化生物材料支架的设计。本论文从干细胞和生物支架材料两方面研究了基于干细胞归巢的组织工程新策略,探讨了干细胞表面改性和生物材料支架的拓扑结构对干细胞生物学行为的影响,为优化基于干细胞归巢的组织工程新策略奠定了理论基础。