骨缺損動物模型的研究進展

岳飛翔隋海明

1.福建中醫藥大學，福建 福州 350108；2.山東省文登整骨醫院，山東 威海 264400

骨缺損動物模型的研究進展

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1.福建中醫藥大學，福建 福州 350108；2.山東省文登整骨醫院，山東 威海 264400

通過查閱整理近年來有關骨缺損動物模型的研究資料，從動物種類及年齡的選擇，實驗動物骨缺損部位的選擇及缺損長度的選擇等方面對骨缺損動物模型進行綜述，以期為骨缺損動物模型的制作提供參考。

骨缺損；動物模型；研究進展

骨缺損是骨科臨床工作中較棘手的問題［1］。目前臨床修復骨缺損的常規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損傷，給患者帶來額外的負擔；異體骨移植則有傳播疾病的風險，且存在排異反應。而且對于大范圍骨缺損來說，二者都存在骨量來源有限的問題［3］。近年來，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［5］。筆者根據近年來國內外對骨缺損動物模型的研究，從動物種類及年齡的選擇，實驗動物骨缺損部位的選擇及缺損長度的選擇等方面對骨缺損動物模型選擇綜述如下。

1 動物種類的選擇

目前常用于制作骨缺損模型的動物有小鼠，大鼠，兔，犬等。骨缺損動物模型理論上是選擇越大型的動物越好，比如犬，豬，羊等。一則越大型的動物骨折愈合機制與人類越相似［6］；再則越大型的動物制作過程中越易于操作。然而大型動物也有實驗成本過高，樣本數量難以保證的現實缺點，并且動物越高等，自我恢復能力越弱，不利于骨折斷端骨痂生長情況的短期觀察，極易造成實驗周期過長，所以使用大型動物并不常見。小鼠模型價格低廉，來源廣泛［7］，小鼠自身具有較強的抗感染及耐受手術的能力，且圍手術期易于管理，因此小鼠模型具有一定優勢。但其也有一定的局限性［8］：①小鼠自身修復速度比人類快，因此小鼠骨缺損修復模型僅可作為骨缺損修復的分子機制和骨材料短期修復及生物相容性的初步研究；②作為骨替代植入材料在體內的短期評估較有優勢，但不能做長期評估。③小鼠骨結構中不含有哈佛系統，不能完全模擬人類的骨骼重建過程，因此不宜用在研究哈佛系統的形態、功能和組織性質方面的實驗。④小鼠過于瘦小，操作不便，模型手術要求術者具備一定的顯微外科手術基礎。大鼠形態比小鼠大，手術操作較為方便，比小鼠更有優勢。兔是目前做骨缺損模型最常用的動物［9］。目前最常用的品種是新西蘭大白兔，其來源廣泛，生物信息已經充分了解，也比較容易飼養，耐受手術和抗感染能力也較強。兔相比于鼠類最大的優勢就是兔體型大，操作比鼠類方便，而且經濟方面也在能接受的范圍內，因此較為常用。

2 動物年齡的選擇

實驗動物的年齡能夠影響實驗結果的科學性。實驗動物年齡過小，動物自身生長發育旺盛，會影響骨移植材料實驗結果的說明性。而且如果動物年齡過小，骨骼強度不夠，植骨或內固定后，不易固定牢靠，難以操作管理。相反，如果動物年齡過大，骨骼老化，自身修復能力低下，更不利于實驗結果［10］。因此，選擇年齡合適的動物，對實驗的操作，實驗結果的科學性都很重要。一般小鼠4到5周達到性成熟，所以應選擇2到3個月的小鼠作為模型［11］。一般雌兔5到6個月達到性成熟，所以一般選擇6到10個月的兔作為模型［12］。

3 實驗動物骨缺損部位的選擇

臨床上骨缺損的種類很多，部位各不相同。所以針對不同部位骨缺損的研究就要設計出不同的動物模型。總的來說，骨缺損的部位可以劃分為負重部位骨缺損與不負重部位骨缺損兩類。如上肢的骨缺損就是不負重部位的骨缺損，下肢的骨缺損就是負重部位的骨缺損。在動物模型中，多以兔的橈骨部分切除、鼠的脛骨部分切除來模擬不負重部位的骨缺損，因為兔的橈骨缺損后，有尺骨支撐，橈骨不負重，鼠的脛骨缺損后，腓骨支撐，脛骨不負重。這兩種骨缺損模型，骨缺損部位可以不用內固定，用來研究促進骨痂生長的因素等。而常用兔的股骨遠端和鼠的股骨來模擬負重部位的骨缺損。這些部位都是單骨，缺損后需要植入材料后內固定。

4 缺損長度的選擇

實驗動物骨缺損模型是進行骨缺損內植物研究的基礎。若是缺損長度不夠，實驗動物骨缺損可自行愈合，則無再研究的必要。只有缺損的長度達到無法自行愈合時進行骨組織工程修復才有實驗意義。而這個超出骨自行修復最大能力的缺損長度即為臨界骨缺損長度 （CSD）［11］，它是進行骨組織工程研究的基礎。

目前國內外關于兔橈骨缺損模型缺損長度的認識上存在一定的差異［13］，有學者采用兔橈骨中段1.0cm缺損模型，其依據為新西蘭大白兔橈骨平均直徑約在4～5mm左右，按照Stephen標準，缺損值達到骨直徑的1.5～2.0倍即可認為是骨缺損臨界值［14］。橈骨中段1.2cm缺損也是部分學者所采用的骨缺損模型，其實驗結果證實該骨缺損模型亦可應用［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10周發現骨缺損兩斷端硬化，骨缺損區域形成。有研究應用4月齡兔進行橈骨中段1.5cm與2.0cm骨缺損模型，術中將骨膜于骨間膜均剔除，觀察12周，發現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，因此認為4月齡兔不宜作為骨缺損模型動物。趙明東等［18］在探討兔橈骨中段骨缺損的模型的標準化研究中，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。觀察12周，發現骨缺損1.0cm、1.2 cm組骨缺損在12周時愈合率較高，骨缺損1.4 cm組及以上組的模型，愈合率明顯下降。由此認為在進行骨組織工程研究時，應采用橈骨缺損模型1.4 cm及以上長度、6月齡左右健康新西蘭大白兔作為骨缺損模型更有說服力。

靳慧勇等［11］制備缺損長度分別為1mm、2 mm和2.5 mm的小鼠股骨干中段骨缺損模型，術后觀察3個月發現：1mm的缺損可以通過自身修復機制愈合，而2mm及2.5 mm的缺損則無法自行愈合。由此得出結論：小鼠股骨缺損＞2mm不能自行修復。Nagashima等［19］為研究雙磷酸鹽對骨損傷的愈合作用，制備小鼠股骨直徑1.0 mm打孔缺損模型。Monfoulet等［20］為研究股骨皮質骨和松質骨愈合，制備小鼠直徑0.9mm缺損。由此可見，骨缺損大小的確定是根據研究目的而定。如果要進行骨缺損的內置物或內固定的研究，動物模型兔的骨缺損在1.4cm以上，小鼠的骨缺損模型在2mm以上具有說明性，也可以設計對照實驗來排除動物自身愈合對結果的干擾。如果研究某種植入物或藥物對骨缺損修復的機制，可以相應的減少缺損長度。

5 總結

骨缺損動物模型的制作要從多方面考慮。首先應根據研究經費及實驗目的等綜合情況選擇合適的動物種類和骨缺損的缺損部位；其次根據動物種類的不同，截取不同長度的骨塊，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。然而無論實驗目的有何不同，動物年齡的選擇一定要合理，要選擇生理發育均較穩定的年齡段動物，綜合近年來骨缺損模型制作情況來看，選擇2到3個月的小鼠或6到10個月的兔作為模型，比較合理。

筆者認為一個成功的動物模型的設計，不僅要滿足實驗目的，提供實驗所要收集和觀察的指標數據，還要能反映實際臨床中該疾病的發病機制。只有以臨床實際為基礎的實驗設計，以每個骨傷科疾病的發病機制為指導設計出的動物模型才更具有說服力及實際意義。

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