开发一种用于皮肤再生研究的高效小鼠组织扩张模型

摘要

本研究提出了一种在大鼠中建立连续组织扩张模型的实用且高效的实验方案，从而促进皮肤再生机制的研究和技术进步。

摘要

皮肤再生对于各种浅表伤口的愈合至关重要，并可通过机械刺激得以促进。组织扩张是一种通过可控的机械牵张来加速皮肤再生的常用策略；然而，其临床疗效常受限于机械负荷与皮肤再生能力之间的不匹配。为解决这一局限性，迫切需要建立标准化的组织扩张动物模型。在本研究中，我们建立了Sprague-Dawley大鼠的组织扩张模型。在背部植入一个10 mL的组织扩张器后，术后立即注入5 mL生理盐水。经过两周的恢复期后，动物接受每周两次的生理盐水注射方案（每次10 mL）。扩张动力学表现出典型的特征：皮肤快速生长后逐渐减缓。在后期阶段，观察到严重的并发症，如皮肤坏死、组织破裂和扩张器暴露。本研究建立了一个可重复的临床前研究框架，能够紧密模拟人体组织扩张的生理和病理过程，为研究再生机制及优化临床方案提供了基础模型。

引言

皮肤是机体的第一道防线，提供机械保护并防止水分流失，同时在体温调节、对外界刺激的反应以及免疫调节中发挥关键作用¹。临床上，皮肤创伤十分常见，可由外伤、微生物感染、化学损伤和手术切除引起²。小面积伤口通常可愈合并恢复正常的外观，但大面积损伤往往会导致严重的纤维化瘢痕，损害组织功能，甚至可能危及生命³。自体全层皮片移植被广泛认为是处理大面积创面、预防瘢痕形成的金标准⁴。然而，获取足够量的可移植皮肤仍是临床面临的重要挑战。因此，开发创新的皮肤再生技术已成为再生医学和生物材料领域研究的核心方向⁵。

自1957年Neumann首次提出组织扩张原理以来，通过在耳后乳突区植入聚乙烯气囊以修复耳部畸形⁶该技术已得到显著发展。如今，它已成为重建外科中最广泛应用的方法之一，仍是修复大面积皮肤缺损的重要手段。具体而言，组织扩张通过动员邻近皮肤并刺激其再生，从而产生额外的自体组织⁷在机械刺激的驱动下，新形成的皮肤在外观和结构上均与天然皮肤高度相似，因此非常适合临床应用⁸然而，由于在后期加载力的大小与皮肤生长速率之间存在不匹....

方案

所有动物实验均经上海第九人民医院伦理委员会批准（编号：SH9H-2025-A1673-1），并依照美国国立卫生研究院《实验动物护理与使用指南》进行。

1. 准备

1. 实验前将所有SD大鼠适应性饲养7天。将SD大鼠饲养在12小时光照/12小时黑暗循环的动物设施中，并提供标准的小麦/大豆基础饲料和饮水 随意摄取 在整个实验过程中。
2. 设计用于实验的10 mL半圆形组织扩张器（图1A），包括可扩张球囊、注射端口和连接导管。使用电子束辐照（25 kGy）对扩张器进行灭菌。手术前，检查每个扩张器的完整性以确保安全。通过注射端口注入10 mL生理盐水，观察连接导管的通畅性及扩张情况，确认无液体渗漏。
   注意：排出预先注入的生理盐水。

2. 术前和术中动物护理

1. 选取6至8周龄、体重240至260 g的雄性SD大鼠。
2. 通过吸入异氟烷对SD大鼠进行麻醉。将大鼠放入诱导室，以3 L/min的气流使用5%异氟烷诱导麻醉。手术过程中以1.5 L/min的气流使用2%异氟烷维持麻醉状态。
3. 将麻醉后的SD大鼠置于棉垫上以在手术期间保持体温，并在麻醉恢复后将其置于加热垫（约28 ℃....

结果

本研究建立了一种连续组织扩张模型的标准操作流程。在确认扩张器的安全性后（图1A），将其通过手术皮下植入SD大鼠背部区域，扩张面朝向皮肤。为防止扩张器移位，将导管与注射端口的连接处固定于肌肉筋膜上（图1B）。在每周两次的生理盐水注射后，记录皮肤逐步扩张的过程（图2A）。随着注射体积的增加，扩张皮肤逐渐生长，表现为虚线框内区域扩大及皮肤进行性变薄。所有SD大鼠扩张区域的变化以及标记表面区域的变化均证实，皮肤再生呈现双相模式，即初始阶段快速扩张，随后增速减缓（图2B，C）。在灌注体积达到155 mL时，标记区域的皮肤重量显著高于45 mL时的重量（图2D）。在该大鼠模型中还观察到皮肤坏死和皮肤破裂等严重的晚期并发症（图2E）。这些结果表明，该连续组织扩张模.......

讨论

组织扩张已成为一种广泛应用的技术，可生成在质地和颜色上均与邻近健康皮肤高度相似的额外皮肤¹⁹。该技术已应用于多种临床情况，包括瘢痕修复、乳房重建以及体表肿瘤切除后的修复重建²⁰。然而，长期组织扩张仍然是一个关键挑战，主要原因是皮肤再生能力耗竭²¹。由于缺乏合适的动物模型，相关潜在机制的研究受到阻碍。因此，我们建立了一种连续组织扩张模型，该模型能够紧密模拟临床长期组织扩张过程，并具有高度的稳定性和可重复性。

C57BL/6小鼠和SD大鼠是组织扩张研究中常用的动物模型。由于小鼠与大鼠的皮肤特性相似²²，大鼠因其更丰富的皮肤组织而更受青睐。与C57BL/6小鼠相比，SD大鼠性情更为温顺，对长期、重复性的实验操作具有更强的耐受性。已有文献报道，头皮²³和背部²⁴均可作为扩张器植入的部位。尽管头皮血供更为丰富.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
CD31 抗体	Abcam Shanghai Trading Co.,Ltd	ab182981	免疫组化染色
电子束辐照仪	Tongwei Xinda Technology (Jiangsu) Co,. Ltd	高能电子加速器（10 MeV，24 kW）	灭菌
FITC 标记的二抗	Proteintech Group, Inc	SA0003-2	免疫组化染色
GraphPad Prism 软件	GraphPad Software	版本 10.0	统计分析
苏木精-伊红染色试剂盒	碧云天生物技术有限公司	C0105S	组织学染色
高精度三维扫描仪	先临三维科技股份有限公司	EinScan Pro 2X V2	面积测量
ImageJ 软件	美国国立卫生研究院	版本 1.54	统计分析
Masson 三色染色试剂盒	碧云天生物技术有限公司	C0189S	组织学染色
组织扩张器	上海 Winner 整形外科产品有限公司	N/A	特殊定制