骨缺损的问题目前仍是临床治疗的一大难题，利用仿生骨修复骨缺损已经成为治疗骨缺损的新趋势，然而目前治疗过程中往往未考虑力学环境的影响。由于力学微环境对骨组织细胞的生长十分重要，研究多孔结构中的应力环境对细胞生长的影响，在仿生骨材料中引入有利于细胞生长的应力环境，将有利于促进骨缺损修复过程细胞的增殖分化和基因表达，实现骨缺损的快速愈合，将会给骨缺损修复治疗带来巨大的创新。
   本研究利用自行研制的四点弯曲装置对具有三维多孔结构的牛松质骨切片施加弯矩，并通过有限元仿真得到骨片在弯矩作用下的应力分布，分别计算骨片各典型结构（表面、连接结构、孔壁）的平均应力。利用该牛骨切片培养MC3T3-E1成骨细胞系，同时设置未加载弯矩的牛骨片培养细胞作为对照组。利用细胞骨架免疫荧光染色和碱性磷酸酶活性检测细胞增殖及活力，并提出一种基于骨片结构划分的细胞密度比较方法，建立了细胞密度与应力关系的数学模型。模型结果预测显示，当骨片上应力范围在0-11.59 kPa时能够促进成骨细胞增殖，并在5.79 kPa时达到促生长峰值，而后随着骨片应力的增加其对成骨细胞增殖的促进作用下降；当骨片上应力大于11.59kPa时则会抑制细胞增殖。这一研究提示，力学微环境的变化会导致成骨细胞增殖发生改变，应力对细胞增殖的详细影响可以用数学模型来描述，这为考虑力学因素影响的骨组织工程支架结构设计提供了理论依据。

                                          图左：骨片典型结构划分；图右上：有限元分析骨片结构应力分布；

图右下：成骨细胞在不同结构上的形态（上：受力组；下：对照组）