骨缺损动物模型的研究进展

 
  骨缺损是骨科临床工作中较棘手的问题。目前临床修复骨缺损的常规方式为自体骨移植和异体骨移植，但两者均有一定的弊端。自体骨移植造成供区损伤，给患者带来额外的负担；异体骨移植则有传播疾病的风险，且存在排异反应。而且对于大范围骨缺损来说，二者都存在骨量来源有限的问题。近年来，各种骨组织代替材料的研究日益兴起，而骨缺损模型的建立是这些研究的基础。笔者根据近年来国内外对骨缺损动物模型的研究，从动物种类及年龄的选择，实验动物骨缺损部位的选择及缺损长度的选择等方面对骨缺损动物模型选择综述如下。
 

1动物种类的选择
    目前常用于制作骨缺损模型的动物有小鼠，大鼠，兔，犬等。骨缺损动物模型理论上是选择越大型的动物越好，比如犬，猪，羊等。一则越大型的动物骨折愈合机制与人类越相似；再则越大型的动物制作过程中越易于操作。然而大型动物也有实验成本过高，样本数量难以保证的现实缺点，并且动物越高等，自我恢复能力越弱，不利于骨折断端骨痂生长情况的短期观察，极易造成实验周期过长，所以使用大型动物并不常见。小鼠模型价格低廉，来源广泛，小鼠自身具有较强的抗感染及耐受手术的能力，且围手术期易于管理，因此小鼠模型具有一定优势。但其也有一定的局限性：①小鼠自身修复速度比人类快，因此小鼠骨缺损修复模型仅可作为骨缺损修复的分子机制和骨栲料短期修复及生物相容性的初步研究；②作为骨替代植入材料在体内的短期评估较有优势，但不能做长期评估。③小鼠骨结构中不含有哈佛系统，不能完全模拟人类的骨骼重建过程，因此不宜用在研究哈佛系统的形态、功能和组织性质方面的实验。④小鼠过于瘦小，操作不便，模型手术要求术者具备一定的显微外科手术基础。大鼠形态比小鼠大，手术操作较为方便，比小鼠更有优势。兔是目前做骨缺损模型最常用的动物。目前最常用的品种是新西兰大白兔，其来源广泛，生物信息已经充分了解，也比较容易饲养，耐受手术和抗感染能力也较强。兔相比于鼠类最大的优势就是兔体型大，操作比鼠类方便，而且经济方面也在能接受的范围内．因此较为常用。
 

2动物年龄的选择
    实验动物的年龄能够影响实验结果的科学性。实验动物年龄过小，动物自身生长发育旺盛，会影响骨移植材料实验结果的说明性。而且如果动物年龄过小，骨骼强度不够，植骨或内固定后，不易固定牢靠，难以操作管理。相反，如果动物年龄过大，骨骼老化，自身修复能力低下，更不利于实验结果。因此，选择年龄合适的动物，对实验的操作，实验结果的科学性都很重要。一般小鼠4到5周达到性成熟，所以应选择2到3个月的小鼠作为模型。一般雌兔5到6个月达到性成熟，所以一般选择6到10个月的兔作为模型。
 

3实验动物骨缺损部位的选择
    临床上骨缺损的种类很多，部位各不相同。所以针对不同部位骨缺损的研究就要设计出不同的动物模型。总的来说，骨缺损的部位可以划分为负重部位骨缺损与不负重部位骨缺损两类。如上肢的骨缺损就是不负重部位的骨缺损，下肢的骨缺损就是负重部位的骨缺损。在动物模型中，多以兔的桡骨部分切除、鼠的胫骨部分切除来模拟不负重部位的骨缺损，因为兔的桡骨缺损后，有尺骨支撑，桡骨不负重，鼠的胫骨缺损后，腓骨支撑，胫骨不负重。这两种骨缺损模型，骨缺损部位可以不用内固定，用来研究促进骨痂生长的因素等。而常用兔的股骨远端和鼠的股骨来模拟负重部位的骨缺损。这些部位都是单骨，缺损后需要植入材料后内固定。
 

4缺损长度的选择
    实验动物骨缺损模型是进行骨缺损内植物研究的基础。若是缺损长度不够，实验动物骨缺损可自行愈合，则无再研究的必要。只有缺损的长度达到无法自行愈合时进行骨组织工程修复才有实验意义。而这个超出骨自行修复最大能力的缺损长度即为临界骨缺损长度(CSD)，它是进行骨组织工程研究的基础。
    目前国内外关于兔桡骨缺损模型缺损长度的认识上存在一定的差异，有学者采用兔桡骨中段1．0cm缺损模型，其依据为新西兰大白兔桡骨平均直径约在4～5mm左右，按照Stephen标准，缺损值达到骨直径的1．5～2．0倍即可认为是骨缺损临界值。桡骨中段1．2cm缺损也是部分学者所采用的骨缺损模型，其实验结果证实该骨缺损模型亦可应用、Niemeyer等及Geiger等取兔桡骨中段截除1．5cm骨段(包括骨膜)制作骨缺损模型，经10周发现骨缺损两断端硬化，骨缺损区域形成。有研究应用4月龄兔进行桡骨中段1．5cm与2．0cm骨缺损模型，术中将骨膜于骨间膜均剔除，观察12周，发现16例2．0cm缺损中有6例是骨不连，15例1．5cm缺损中有7例骨不连，因此认为4月龄兔不宜作为骨缺损模型动物。赵明东等在探讨兔桡骨中段骨缺损的模型的标准化研究中，取6月龄左右健康新西兰大白兔，分别研究了缺损1．0cm、1．2cm、1．4cm、1．7cm和2．O cm组，每组16侧。观察12周，发现骨缺损1．0cm、1．2 cm组骨缺损在12周时愈合率较高，骨缺损1．4 cm组及以上组的模型，愈合率明显下降。由此认为在进行骨组织工程研究时，应采用桡骨缺损模型1．4 cm及以上长度、6月龄左右健康新西兰大白兔作为骨缺损模型更有说服力。
    靳慧勇等制备缺损长度分别为1mm、2 mm和2．5 mm的小鼠股骨干中段骨缺损模型，术后观察3个月发现：1mm的缺损可以通过自身修复机制愈合，而2mm及2．5 mm的缺损则无法自行愈合。由此得出结论：小鼠股骨缺损>2mm不能自行修复。Nagashima等为研究双磷酸盐对骨损伤的愈合作用，制备小鼠股骨直径1．0 mm打孔缺损模型。Monfoulet等[20 J为研究股骨皮质骨和松质骨愈合，制备小鼠直径O．9mm缺损。由此可见，骨缺损大小的确定是根据研究目的而定。如果要进行骨缺损的内置物或内固定的研究，动物模型兔的骨缺损在1．4cm以上，小鼠的骨缺损模型在2mm以上具有说明性，也可以设计对照实验来排除动物自身愈合对结果的干扰。如果研究某种植人物或药物对骨缺损修复的机制，可以相应的减少缺损长度。
 

5总结
    骨缺损动物模型的制作要从多方面考虑。首先应根据研究经费及实验目的等综合情况选择合适的动物种类和骨缺损的缺损部位；其次根据动物种类的不同，截取不同长度的骨块，以成功制作骨缺损模型，一般模型兔的骨缺损在1．4cm以上，鼠的骨缺损在2mm以上。然而无论实验目的有何不同，动物年龄的选择一定要合理，要选择生理发育均较稳定的年龄段动物，综合近年来骨缺损模型制作情况来看，选择2到3个月的小鼠或6到10个月的兔作为模型，比较合理。
    笔者认为一个成功的动物模型的设计，不仅要满足实验目的，提供实验所要收集和观察的指标数据，还要能反映实际临床中该疾病的发病机制。只有以临床实际为基础的实验设计，以每个骨伤科疾病的发病机制为指导设计出的动物模型才更具有说服力及实际意义。

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