用于评估骨替代材料中骨生长与新生血管形成的兔颅骨骨增量模型

摘要

本文介绍了一种在兔子中进行的外科手术方案，旨在评估骨替代材料在骨再生能力方面的性能。通过将聚醚醚酮（PEEK）圆柱体固定在兔颅骨上，可在活体或安乐死动物中评估材料所诱导的成骨传导、成骨诱导、成骨生成以及血管生成作用。

摘要

兔颅骨模型的基本原理是在颅骨皮质部分的上方垂直生长新骨组织。该模型可用于评估骨替代材料在口腔和颅面骨再生方面对骨生长和新生血管形成的支持作用。动物麻醉并进行通气（经气管插管）后，将四个由聚醚醚酮（PEEK）制成的圆柱体分别固定于颅骨上，位于矢状缝和冠状缝两侧。在每个圆柱体所限定的骨区域内钻五个髓内孔，以允许骨髓细胞流入。将待测材料样本置入圆柱体内，随后封闭圆柱体。最后缝合手术部位，使动物苏醒。可通过显微CT对活体动物进行骨生长的评估。动物安乐死后，可利用显微CT、免疫组织化学和免疫荧光技术进一步评估骨生长及新生血管形成情况。由于材料评估需要最大程度的标准化与校准，颅骨模型显得尤为理想。该模型操作简便，使用定义明确的圆柱体有助于实现校准与标准化，并可同时评估四个样本。此外，可对活体动物进行连续断层扫描，从而有望显著减少需安乐死的动物数量。

引言

颅骨骨增量模型于20世纪90年代建立，旨在优化口腔及颅面外科领域内的引导性骨再生（GBR）概念。该模型的基本原理是在颅骨的皮质骨部分上方垂直生长新的骨组织。为此，将一个反应器（例如钛制穹顶、圆柱或笼状结构）固定于颅骨上，以保护由移植物（如水凝胶、骨替代材料等）介导的骨再生过程。借助该模型，研究人员已对钛或陶瓷笼^1,2,3,4,5,6、GBR膜^7,8,9,10、成骨因子^11,12,13,14,

方案

根据瑞士法律法规，该方案已获得学术委员会批准，并由州级和联邦级兽医机构监督（许可编号 n° GE/165/16 和 GE/100/18

1. 特定设备与动物

1. 圆柱体
   1. 将聚醚醚酮（PEEK）材料加工成带有侧向稳定凸片的圆柱体，内径为5 mm，外径为8 mm，高度为5 mm（图1）。
   2. 加工PEEK盖帽，设计为可精确卡接到圆柱体顶部（厚度1 mm）。
   3. 手术前通过高压灭菌法对PEEK圆柱体和盖帽进行灭菌。
2. 螺钉
   1. 使用自钻式微型螺钉（由商业纯钛（5级）制成）固定圆柱体（直径1.2 mm，长度4 mm）。手术前通过高压灭菌法进行灭菌。
3. 实验动物
   1. 购买三个月大的新西兰白兔（雄性或雌性），每只体重约2.5 kg。
      注：本研究使用的兔子来源于日内瓦大学的繁殖种群。

2. 手术

1. 手术托盘
   1. 准备好手术刀....

结果

本文所述模型专用于评估骨替代材料的骨传导性。也可对经（预先）细胞化或负载生物活性分子的骨替代材料的成骨作用和/或骨诱导作用，以及血管生成进行评估^{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,}

讨论

本文所述模型操作简便，只要遵循所有步骤并使用合适的设备，即可轻松建立。由于本方案属于外科手术方法，所有步骤均至关重要，必须严格遵守。操作人员必须接受过动物实验培训，尤其是兔类动物的饲养管理和麻醉技术。如有需要，应毫不犹豫地寻求专业麻醉师和兽医的帮助。必须强调在缝线拆除前后对动物进行每日视觉观察。尽管颅骨部位皮肤较厚、丰富且松弛，但圆柱体固定后会产生较大张力。若过早拆除缝线，伤口可能重新裂开，需要再缝合一周并重新进行抗生素治疗。若伤口裂开部位超出切口线范围，外科医生需评估是否仍可进行缝合。如无法缝合，则需考虑样本废弃。

除了方案部分所述的关键步骤外，以下细节可能有助于正确实施本方案。从技术角度来看，由于所使用的兔子年龄较小且体型较小，因此必须采用方案中描述的两步插管法。 第二根（也是最终的）导管过大，不能用于首次插管，否则存在明显的“错误路径”风险，可能导致严重损害甚至死亡。
根据所测试的材料，可考虑从已放置的耳缘静脉留置管中采集少量新鲜血液。这种方法可用于在植入前用天然细胞和生长因子预处理骨替代材料。新鲜凝固的血液也可作为理想的假手术对照样本。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
药物
恩诺沙星 Baytril 10%	Bayer		抗生素
芬太尼	Bischel		用于镇痛
Ketalar 50mg/ml	Pfizer		用于麻醉的氯胺酮
Lidohex	Bichsel		眼部润滑凝胶
Opsite	Smith and Nephew	66004978	可喷洒敷料
聚维酮碘 10%，Betadine	Mundipharma		抗感染剂
丙泊酚 2%	Braun	3538710	用于麻醉
Rapidocain 2%	sintetica		局部麻醉
林格氏醋酸盐	Fresenius Kabi		容量补充
Rompun 2%	Bayer		用于麻醉的赛拉嗪
七氟烷 5%	Abbvie		用于麻醉
无菌生理盐水	Sintetica
Temgesic	Reckitt Benckiser		盐酸丁丙诺啡，用于镇痛
硫喷妥钠 Inresa	Ospediala		用于麻醉
Xylocaine 10% 喷雾	Astra Zeneca		用于插管
名称	公司	目录编号	备注
设备
Fresenius Vial pilot C	Imexmed		输液泵
加热垫	Harvard Apparatus
Suction dominant 50	Medela
Suction tubing Optimus	Promedical	80342.2
外科电机	Schick dental	Qube	用于钻制髓内孔
通气设备	Maquet Servo1
名称	公司	目录编号	备注
材料
圆柱体及盖帽	Boutyplast	定制	成分：PEEK（聚醚醚酮）
手动自持式套管	GlobalD	ACT1K
自持式套管的移动手柄	GlobalD	MTM
自攻螺钉	GlobalD	VA1.2KL4	十字驱动螺钉，由钛合金5级（ISO 5832-3）制成
名称	公司	目录编号	备注
手术托盘
Shiley 气管插管，直径 2.5 mm	Covidien	86233	用于插管
Shiley 气管插管，直径 4.9 mm	Covidien	107-35G	用于插管
Ethicon prolene 4-0	Ethicon	8581H	不可吸收缝线
镊子	Marcel Blanc	BD027R	145 mm
插管导管	Cook medical		插管引导
持针器	Marcel Blanc	BM008R
BD Microlance3 针头	Becton Dickinson	300300/304622	26G；18G
骨膜剥离器	HU-Friedy	P9X
圆形外科钻头	Patterson	78000	直径 0.8 mm，用于钻制髓内孔
手术刀	Swann-Morton		编号°10 和编号°15
剪刀	Marcel Blanc	00657	180 mm
Omnifix 注射器	Braun	4616057V	5 ml、10 ml 和 50 ml
Venflon G22	Braun	42690985-01	耳部静脉通路用 Vasofix 安全型留置针