生物体中的细胞处于一个三维（3D）的动态微环境之中,细胞在微环境中的迁移、增殖和分化等行为受许多因素的影响,例如:细胞外基质构成,细胞与细胞之间的串扰,机械刺激产生的物理、化学以及生物信号等。细胞外基质中由纳米尺寸的胶原蛋白和弹性蛋白纤维所形成的3D网状结构,及其与周围的物理和化学微环境的相互作用均影响着细胞的功能与行为。因此,利用具有纳米结构的生物材料模拟细胞外微环境中的物理、化学以及生物信号从而调控细胞的生长和功能是目前的研究热点。本研究拟探究工程化微环境对细胞行为和功能的影响,并解析物理刺激在影响细胞行为中的调控机制。具体从以下两个方面进行了研究:1、为探究物理刺激在调控细胞生物学中的作用,利用生物3D打印技术制备高生物相容性的仿生贴片,该仿生贴片可以为细胞提供合适的微环境。在静磁场的联合作用下提高了细胞的增殖、粘附和肌原性分化能力。通过体外和体内试验,我们证明了静磁场与再生贴片可通过激活p38α-MAPK信号通路调控肌原性分化。将再生贴片植入小鼠肌肉缺损部位并暴露于合适的静磁场下可增强肌肉再生。2、为模拟天然胰岛的生长微环境,我们利用猪的胰腺、肝脏和脂肪组织制作ECM水凝胶并构建3D胰岛组织。探究了含不同ECM的水凝胶对胰岛功能重构的影响。通过药物测试,证明了建立的3D胰岛组织可用于药物筛选和血糖控制从而有助于疾病研究与治疗。本论文旨在针对现阶段组织修复与建模过程中所遇到的难题,利用组织工程学理论,结合具有特定结构的生物材料模拟细胞外微环境并利用其物理化学性质调控细胞命运,为组织再生或建模提供新的思路和理论基础。