小鼠闭合性股骨骨折模型是研究骨折愈合及加速骨再生新型治疗策略的有力平台。本手术方案的目标是通过使用髓内钢针固定股骨，在小鼠体内建立单侧闭合性股骨骨折。
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摘要
摘要
骨折不仅对患者造成巨大的社会经济负担，还显著影响其生活质量。目前尚无有效的促进骨愈合的治疗策略，而这类策略的需求极为迫切。为了理解与骨再生相关的复杂生物学过程，迫切需要建立有效且可重复的骨折愈合动物模型。多年来已开发出多种骨折愈合动物模型，但近年来小鼠骨折模型已逐渐成为研究骨愈合的有力工具。尽管已有多种开放性和闭合性模型被建立，但闭合性股骨骨折模型因其能够在生理相关条件下快速、稳定地产生可重复结果而尤为突出。本手术方案的目标是在小鼠中建立单侧闭合性股骨骨折，并通过植入髓内钢针实现骨折后股骨的稳定固定。尽管钉或螺钉等装置可提供更强的轴向和旋转稳定性，但髓内针已足以实现稳定的固定，从而获得一致的愈合结果，同时不会在骨组织中产生新的缺损或损伤邻近软组织。通过放射影像学手段监测骨痂形成、骨性连接以及后续骨痂重塑的进程。骨愈合效果通常与愈合后骨组织的力学强度相关，并通过扭转测试进行量化评估。然而，理解与骨折修复相关的早期细胞与分子事件，对于骨组织再生研究至关重要。结合髓内固定的闭合性小鼠股骨骨折模型，为研究骨折愈合机制及评估促进愈合的治疗策略提供了一个理想的平台。
引言
骨折是肌肉骨骼系统中最常见的损伤之一，伴随着巨大的社会经济负担，包括治疗费用，预计在美国每年将超过250亿美元1,2。尽管大多数骨折能够顺利愈合，但愈合过程仍会导致显著的停工时间和生产力损失。由于年龄或其他潜在的慢性健康状况（如骨质疏松症和 糖尿病），约有5%至10%的骨折会出现愈合延迟或 不愈合3,4,5。目前尚无经美国食品药品监督管理局（FDA）批准的药物疗法可用于促进骨骼高效愈合并缩短恢复时间。
骨折愈合是一个复杂且高度动态的过程，涉及多种细胞类型的协调作用。因此，全面理解与骨再生相关的细胞和分子事件，对于识别能够加速该过程的治疗靶点至关重要。与其他人类疾病一样，建立一个易于操作且可重复的动物模型，对于研究骨愈合至关重要。大型动物（如绵羊和猪）的骨重建特性和生物力学与人类相似，但其饲养成本高、需要较长的愈合时间，且难以进行遗传操作6。相比之下，小型动物模型（如大鼠和小鼠）具有诸多优势，包括易于操作、维护成本低、繁殖周期短以及愈合时间较短7。此外，小鼠基因组....
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方案
以下操作步骤已获得印第安纳大学医学院机构动物照护与使用委员会（IACUC）的批准。所有存活手术均按照美国国立卫生研究院（NIH）指南所述的无菌条件进行。通过使用适当的镇痛药和抗生素来控制疼痛和感染风险，以确保手术成功。
1. 麻醉与准备
- 称重小鼠，并使用氯胺酮（100 mg/kg）和赛拉嗪（10 mg/kg）混合物进行麻醉给药 通过 腹腔（I.P.）注射途径。将小鼠放入一个空笼中，并持续观察直至其完全镇静。
- 通过脚趾捏压反射确认小鼠已处于镇静状态。在其眼睛上涂抹眼用软膏，以防止角膜干燥。
- 去除右肢的毛发。用含碘消毒剂和70%乙醇擦拭手术区域。从膝关节中心开始，以环形方式向外周擦拭消毒。使用新的消毒材料重复此过程3次，最后用70%乙醇结束。
- 皮下注射盐酸丁丙诺啡镇痛剂（0.03 mg/kg）作为术前用药，用于术后即刻镇痛管理。
- 将小鼠置于覆盖无菌手术垫的加热垫上。
2. 手术入路
注意：在骨折前，应根据特定品系、年龄和性别的小鼠通过实验预先确定重量和下落高度。该手术方案针对10周龄的C57BJ6雄性小鼠进行了优化。
- 将小鼠仰卧放置，并屈曲手术侧肢体的膝关节。使用手术刀片在膝关节中心处做一个1.5 cm长的切口。....
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结果
通过放射影像学检查监测手术操作的成功实施。关键步骤包括插入髓内针、置入导丝、在股骨中段诱导横行骨折，以及使用髓内钉进行适当的固定（图2Ai - 2Aiv）。术后每周通过放射影像学图像监测骨折愈合过程中骨痂的形成情况，持续至术后28天（图2B）。在骨折后第10至16天，软骨细胞发生肥大，并产生矿化软骨，形成明显的软性骨痂。
研究软骨内成骨和膜内成骨过程中早期的细胞和分子事件，对于理解骨折愈合机制具有重要意义。骨折后7天和14天，对股骨进行甲苯胺蓝染色，以观察骨折间隙中软骨基质的形成（图3A）。骨折后7天即可检测到软骨形成，至第14天时软骨组织已沿骨折间隙排列。
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讨论
本手术操作的目标是在小鼠中建立标准化的闭合性股骨骨折模型。该模型的一个关键优势在于，内固定操作在骨折形成之后进行，从而避免了髓内钉发生角度偏移。本方案中可能最为关键的步骤是在股骨中段产生一个标准化的横断骨折，因为骨折的几何形态取决于施加的弯曲力以及后肢的定位。在弯曲过程中若股骨位置不当，可能导致斜行或粉碎性骨折。体重和下落高度必须通过经验预先确定，因为它们取决于小鼠的年龄、性别和品系。可使用配备三点弯曲装置的材料试验机替代落锤来进一步精确控制施加的力24。然而，采用落锤致伤的方式更符合临床高能量冲击或应力相关损伤的模型。
此外，手术过程中可能会出现并发症。骨折形成后，导丝可能发生移位，导致使用髓内钉固定时受伤股骨对位不良。通过在骨折形成前和形成后进行放射影像学监测，可预防此问题。对于粉碎性骨折，应将动物排除在研究之外。此外，术后应密切监测动物髓内钉的移位情况，因为这可能影响受伤肢体的活动能力和愈合过程。该技术的一个局限性在于无法进行活体（in vivo）显微CT或磁共振成像（MRI）分析，因为不锈钢髓内钉会干扰图像质.......
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披露
本文作者无任何利益冲突需要披露。作者进一步声明，对本论文所报告研究中使用的所有材料的完全访问不存在任何限制。
致谢
本工作获得了美国国防部（DoD）陆军医学研究与物资司令部（USAMRMC）国会指定医学研究计划（CDMRP）（项目编号 PR121604）以及美国国立关节炎与肌肉骨骼和皮肤病研究所（NIAMS）国立卫生研究院（NIH）R01 AR068332 项目对 Uma Sankar 的资助。 Justin Williams 的研究由 NIAMS/NIH 综合肌肉骨骼 T32 培训项目（AR065971）支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 奥斯特迷你克斯修剪器 | 动物世界网络 | 78049-100 | |
| 聚维酮碘 | 赛默飞世尔科技 | 395516 | |
| 眼科软膏 | 赛默飞世尔科技 | NC0490117 | |
| 史赛克T/Pump温水循环仪 | 肯特科学公司 | TP-700 | |
| 1ml皮下注射器 | 赛默飞世尔科技 | 309597 | |
| ENCORE Sensi-Touch PF | 摩尔医疗有限责任公司 | 30347 | 乳胶、无粉外科手套 |
| PrecisionGlide 25G皮下注射针头 | 赛默飞世尔科技 | 14-826-49 | |
| 超高温钨丝 | 麦克马斯特-卡尔 | 3775K37 | 0.005" 直径，1/16磅线轴，380英尺长 |
| 304不锈钢，24G薄壁管 | Microgroup公司 | 304h24tw-5ft | |
| #15手术刀片 | 精细科学工具 | 10015-00 | |
| #10手术刀片 | 精细科学工具 | 10010-00 | |
| 窄型图案镊子 | 精细科学工具 | 11002-12 | 带齿/直型/12cm |
| 虹膜镊 | 精细科学工具 | 11066-07 | 1x2齿/直型/7cm |
| 解剖剪 | 精细科学工具 | 14081-09 | 细刃/侧向倾斜/双锋利/10cm |
| 精细剪刀 | 精细科学工具 | 14058-11 | ToughCut/直型/双锋利/11.5cm |
| Olsen-Hegar带缝线切割器的持针器 | 精细科学工具 | 12002-12 | 直型/带齿/12cm/带锁扣 |
| 克里尔止血钳 | 精细科学工具 | 13004-14 | 带齿/直型/14cm |
| 钨丝切割器 | ACE牙科供应公司 | 08-051-90 | ACE #150线剪，碳化钨刀头 |
| 3-0 VICRYL缝线 | 爱惜康缝线 | J423H | 3-0未染色VICRYL 27" FS-2切割型 |
| piXarray 100数字标本放射成像系统 | Bioptics公司 | 柜式X射线系统 | |
| Einhorn三点弯曲装置 | N/A | N/A | 定制装置 |
参考文献
- Schnell, S., Friedman, S. M., Mendelson, D. A., Bingham, K. W., Kates, S. L. The 1-Year Mortality of Patients Treated in a Hip Fracture Program for Elders. Geriatric Orthopaedic Surgery & Rehabilitation. 1 (1), 6-14 (2010).
- Burge, R., et al.
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重印与许可
