骨缺損動(dòng)物模型的研究進(jìn)展

岳飛翔隋海明

1.福建中醫(yī)藥大學(xué)，福建 福州 350108；2.山東省文登整骨醫(yī)院，山東 威海 264400

骨缺損動(dòng)物模型的研究進(jìn)展

岳飛翔1隋海明2

1.福建中醫(yī)藥大學(xué)，福建 福州 350108；2.山東省文登整骨醫(yī)院，山東 威海 264400

通過(guò)查閱整理近年來(lái)有關(guān)骨缺損動(dòng)物模型的研究資料，從動(dòng)物種類(lèi)及年齡的選擇，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物骨缺損部位的選擇及缺損長(zhǎng)度的選擇等方面對(duì)骨缺損動(dòng)物模型進(jìn)行綜述，以期為骨缺損動(dòng)物模型的制作提供參考。

骨缺損；動(dòng)物模型；研究進(jìn)展

骨缺損是骨科臨床工作中較棘手的問(wèn)題［1］。目前臨床修復(fù)骨缺損的常規(guī)方式為自體骨移植和異體骨移植［2］，但兩者均有一定的弊端。自體骨移植造成供區(qū)損傷，給患者帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān)；異體骨移植則有傳播疾病的風(fēng)險(xiǎn)，且存在排異反應(yīng)。而且對(duì)于大范圍骨缺損來(lái)說(shuō)，二者都存在骨量來(lái)源有限的問(wèn)題［3］。近年來(lái)，各種骨組織代替材料的研究日益興起［4］，而骨缺損模型的建立是這些研究的基礎(chǔ)［5］。筆者根據(jù)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)骨缺損動(dòng)物模型的研究，從動(dòng)物種類(lèi)及年齡的選擇，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物骨缺損部位的選擇及缺損長(zhǎng)度的選擇等方面對(duì)骨缺損動(dòng)物模型選擇綜述如下。

1 動(dòng)物種類(lèi)的選擇

目前常用于制作骨缺損模型的動(dòng)物有小鼠，大鼠，兔，犬等。骨缺損動(dòng)物模型理論上是選擇越大型的動(dòng)物越好，比如犬，豬，羊等。一則越大型的動(dòng)物骨折愈合機(jī)制與人類(lèi)越相似［6］；再則越大型的動(dòng)物制作過(guò)程中越易于操作。然而大型動(dòng)物也有實(shí)驗(yàn)成本過(guò)高，樣本數(shù)量難以保證的現(xiàn)實(shí)缺點(diǎn)，并且動(dòng)物越高等，自我恢復(fù)能力越弱，不利于骨折斷端骨痂生長(zhǎng)情況的短期觀察，極易造成實(shí)驗(yàn)周期過(guò)長(zhǎng)，所以使用大型動(dòng)物并不常見(jiàn)。小鼠模型價(jià)格低廉，來(lái)源廣泛［7］，小鼠自身具有較強(qiáng)的抗感染及耐受手術(shù)的能力，且圍手術(shù)期易于管理，因此小鼠模型具有一定優(yōu)勢(shì)。但其也有一定的局限性［8］：①小鼠自身修復(fù)速度比人類(lèi)快，因此小鼠骨缺損修復(fù)模型僅可作為骨缺損修復(fù)的分子機(jī)制和骨材料短期修復(fù)及生物相容性的初步研究；②作為骨替代植入材料在體內(nèi)的短期評(píng)估較有優(yōu)勢(shì)，但不能做長(zhǎng)期評(píng)估。③小鼠骨結(jié)構(gòu)中不含有哈佛系統(tǒng)，不能完全模擬人類(lèi)的骨骼重建過(guò)程，因此不宜用在研究哈佛系統(tǒng)的形態(tài)、功能和組織性質(zhì)方面的實(shí)驗(yàn)。④小鼠過(guò)于瘦小，操作不便，模型手術(shù)要求術(shù)者具備一定的顯微外科手術(shù)基礎(chǔ)。大鼠形態(tài)比小鼠大，手術(shù)操作較為方便，比小鼠更有優(yōu)勢(shì)。兔是目前做骨缺損模型最常用的動(dòng)物［9］。目前最常用的品種是新西蘭大白兔，其來(lái)源廣泛，生物信息已經(jīng)充分了解，也比較容易飼養(yǎng)，耐受手術(shù)和抗感染能力也較強(qiáng)。兔相比于鼠類(lèi)最大的優(yōu)勢(shì)就是兔體型大，操作比鼠類(lèi)方便，而且經(jīng)濟(jì)方面也在能接受的范圍內(nèi)，因此較為常用。

2 動(dòng)物年齡的選擇

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的年齡能夠影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物年齡過(guò)小，動(dòng)物自身生長(zhǎng)發(fā)育旺盛，會(huì)影響骨移植材料實(shí)驗(yàn)結(jié)果的說(shuō)明性。而且如果動(dòng)物年齡過(guò)小，骨骼強(qiáng)度不夠，植骨或內(nèi)固定后，不易固定牢靠，難以操作管理。相反，如果動(dòng)物年齡過(guò)大，骨骼老化，自身修復(fù)能力低下，更不利于實(shí)驗(yàn)結(jié)果［10］。因此，選擇年齡合適的動(dòng)物，對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性都很重要。一般小鼠4到5周達(dá)到性成熟，所以應(yīng)選擇2到3個(gè)月的小鼠作為模型［11］。一般雌兔5到6個(gè)月達(dá)到性成熟，所以一般選擇6到10個(gè)月的兔作為模型［12］。

3 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物骨缺損部位的選擇

臨床上骨缺損的種類(lèi)很多，部位各不相同。所以針對(duì)不同部位骨缺損的研究就要設(shè)計(jì)出不同的動(dòng)物模型。總的來(lái)說(shuō)，骨缺損的部位可以劃分為負(fù)重部位骨缺損與不負(fù)重部位骨缺損兩類(lèi)。如上肢的骨缺損就是不負(fù)重部位的骨缺損，下肢的骨缺損就是負(fù)重部位的骨缺損。在動(dòng)物模型中，多以兔的橈骨部分切除、鼠的脛骨部分切除來(lái)模擬不負(fù)重部位的骨缺損，因?yàn)橥玫臉锕侨睋p后，有尺骨支撐，橈骨不負(fù)重，鼠的脛骨缺損后，腓骨支撐，脛骨不負(fù)重。這兩種骨缺損模型，骨缺損部位可以不用內(nèi)固定，用來(lái)研究促進(jìn)骨痂生長(zhǎng)的因素等。而常用兔的股骨遠(yuǎn)端和鼠的股骨來(lái)模擬負(fù)重部位的骨缺損。這些部位都是單骨，缺損后需要植入材料后內(nèi)固定。

4 缺損長(zhǎng)度的選擇

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物骨缺損模型是進(jìn)行骨缺損內(nèi)植物研究的基礎(chǔ)。若是缺損長(zhǎng)度不夠，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物骨缺損可自行愈合，則無(wú)再研究的必要。只有缺損的長(zhǎng)度達(dá)到無(wú)法自行愈合時(shí)進(jìn)行骨組織工程修復(fù)才有實(shí)驗(yàn)意義。而這個(gè)超出骨自行修復(fù)最大能力的缺損長(zhǎng)度即為臨界骨缺損長(zhǎng)度 （CSD）［11］，它是進(jìn)行骨組織工程研究的基礎(chǔ)。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于兔橈骨缺損模型缺損長(zhǎng)度的認(rèn)識(shí)上存在一定的差異［13］，有學(xué)者采用兔橈骨中段1.0cm缺損模型，其依據(jù)為新西蘭大白兔橈骨平均直徑約在4～5mm左右，按照Stephen標(biāo)準(zhǔn)，缺損值達(dá)到骨直徑的1.5～2.0倍即可認(rèn)為是骨缺損臨界值［14］。橈骨中段1.2cm缺損也是部分學(xué)者所采用的骨缺損模型，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)該骨缺損模型亦可應(yīng)用［15］。［16］、Niemeyer等［16］及Geiger等［17］取兔橈骨中段截除1.5cm骨段（包括骨膜）制作骨缺損模型，經(jīng)10周發(fā)現(xiàn)骨缺損兩斷端硬化，骨缺損區(qū)域形成。有研究應(yīng)用4月齡兔進(jìn)行橈骨中段1.5cm與2.0cm骨缺損模型，術(shù)中將骨膜于骨間膜均剔除，觀察12周，發(fā)現(xiàn)16例2.0cm缺損中有6例是骨不連，15例1.5cm缺損中有7例骨不連，因此認(rèn)為4月齡兔不宜作為骨缺損模型動(dòng)物。趙明東等［18］在探討兔橈骨中段骨缺損的模型的標(biāo)準(zhǔn)化研究中，取6月齡左右健康新西蘭大白兔，分別研究了缺損1.0cm、1.2cm、1.4cm、1.7cm和2.0 cm組，每組16側(cè)。觀察12周，發(fā)現(xiàn)骨缺損1.0cm、1.2 cm組骨缺損在12周時(shí)愈合率較高，骨缺損1.4 cm組及以上組的模型，愈合率明顯下降。由此認(rèn)為在進(jìn)行骨組織工程研究時(shí)，應(yīng)采用橈骨缺損模型1.4 cm及以上長(zhǎng)度、6月齡左右健康新西蘭大白兔作為骨缺損模型更有說(shuō)服力。

靳慧勇等［11］制備缺損長(zhǎng)度分別為1mm、2 mm和2.5 mm的小鼠股骨干中段骨缺損模型，術(shù)后觀察3個(gè)月發(fā)現(xiàn)：1mm的缺損可以通過(guò)自身修復(fù)機(jī)制愈合，而2mm及2.5 mm的缺損則無(wú)法自行愈合。由此得出結(jié)論：小鼠股骨缺損＞2mm不能自行修復(fù)。Nagashima等［19］為研究雙磷酸鹽對(duì)骨損傷的愈合作用，制備小鼠股骨直徑1.0 mm打孔缺損模型。Monfoulet等［20］為研究股骨皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨愈合，制備小鼠直徑0.9mm缺損。由此可見(jiàn)，骨缺損大小的確定是根據(jù)研究目的而定。如果要進(jìn)行骨缺損的內(nèi)置物或內(nèi)固定的研究，動(dòng)物模型兔的骨缺損在1.4cm以上，小鼠的骨缺損模型在2mm以上具有說(shuō)明性，也可以設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)來(lái)排除動(dòng)物自身愈合對(duì)結(jié)果的干擾。如果研究某種植入物或藥物對(duì)骨缺損修復(fù)的機(jī)制，可以相應(yīng)的減少缺損長(zhǎng)度。

5 總結(jié)

骨缺損動(dòng)物模型的制作要從多方面考慮。首先應(yīng)根據(jù)研究經(jīng)費(fèi)及實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡染C合情況選擇合適的動(dòng)物種類(lèi)和骨缺損的缺損部位；其次根據(jù)動(dòng)物種類(lèi)的不同，截取不同長(zhǎng)度的骨塊，以成功制作骨缺損模型，一般模型兔的骨缺損在1.4cm以上，鼠的骨缺損在2mm以上。然而無(wú)論實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠泻尾煌?，?dòng)物年齡的選擇一定要合理，要選擇生理發(fā)育均較穩(wěn)定的年齡段動(dòng)物，綜合近年來(lái)骨缺損模型制作情況來(lái)看，選擇2到3個(gè)月的小鼠或6到10個(gè)月的兔作為模型，比較合理。

筆者認(rèn)為一個(gè)成功的動(dòng)物模型的設(shè)計(jì)，不僅要滿足實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，提供?shí)驗(yàn)所要收集和觀察的指標(biāo)數(shù)據(jù)，還要能反映實(shí)際臨床中該疾病的發(fā)病機(jī)制。只有以臨床實(shí)際為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以每個(gè)骨傷科疾病的發(fā)病機(jī)制為指導(dǎo)設(shè)計(jì)出的動(dòng)物模型才更具有說(shuō)服力及實(shí)際意義。

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1007－8517（2015）16－0035－02

2015.05.17）