2011年4月18日
Pseudofracture,重现的无菌肌肉骨骼损伤的小鼠模型,可以为后期的长期创伤后的免疫反应的评价。本文介绍的模式一步一步的程序执行,包括允许多发性创伤的研究实验模型组合的潜力。
当长骨(如股骨或胫骨)发生骨折时,受损的肌肉和软组织会暴露于断裂的骨碎片和骨髓中。随后,机体将产生强烈的免疫反应以促进组织修复。通过获取股骨和胫骨,可建立用于研究此类暴露效应的模型。
取自供体小鼠。将骨骼碾碎以制备骨溶液,随后将其注射到受体小鼠受伤的大腿部位。通过监测免疫反应并评估远端器官损伤,以研究骨折所致创伤的长期影响。
与现有的外周组织创伤方法(如双侧股骨骨折模型)相比,该技术的主要优势在于,这种假骨折模型允许动物长期存活,且不会出现长时间麻醉或复杂骨折固定技术所导致的并发症,因此可用于研究创伤后期的免疫反应。在开始操作前,准备好以下物品:一个冰桶、聚维酮碘、手术器械、止血钳、研钵和研杵、镊子、20号针头、1 mL注射器、PBS麻醉剂以及异氟烷鼻罩。使用单只经安乐死处理的、年龄和体重相匹配的动物。
一只供体小鼠应能为三只受体提供足够的材料。将供体小鼠固定在有机玻璃板上,注意仅用胶带固定其足部末端。仔细剃除下肢的毛发。
然后用聚维酮碘和酒精完全覆盖以确保无菌,从下肢取出长骨,在腹股沟区域的皮肤上做手术切口,并沿肢体长度向下切至踝部,将皮肤牵开并从皮下筋膜和肌肉上解剖分离,包括内侧和外侧部分。然后将剪刀的一个刀片插入位于胫骨前方和外侧的肌肉下方。上下滑动刀片,将肌肉从下方骨骼上干净地剥离。
在胫骨后侧和内侧下方重复此操作,以分离位于胫骨下方的肌肉。当向远端滑动时,在腿部肌肉近端处将腓骨从胫骨上折断,此时在后侧应尽量减少额外用力。尽可能靠近肌腱止点处将其切断,并在向下牵拉整组肌肉的同时,将肌肉向远端推开,稍加牵拉即可使远端附着点从踝关节分离,随后用剪刀剪断踝关节。
此时不要将胫骨从股骨上分离,这一连接可提供额外的杠杆作用,有助于从髋关节解剖分离股骨。采用类似技术松解股骨上的肌肉。必要时在后侧以及内侧和外侧均进行操作。
切断这些肌群的远端附着点,以使其从膝关节松解。根据需要延长皮肤切口,以获得充分暴露,并在肌肉下方进行分离。为将股骨末端从髋关节中解剖出来,取出供体小鼠的股骨及附带的胫骨,并将其置于无菌纱布上。
通过分别用双手握住每根骨头,并沿其长轴轻轻反向扭转或旋转两根骨头,即可将膝关节处的两根骨头分开。为去除长骨上残留的肌腱附着物,可用一块4×4的纱布包裹住骨的全长,用力握紧后多次全程刮擦骨头,以清除表面残留的组织。
将收集的骨骼置于冰上的无菌 1.5 毫升微量离心管中。将供体骨骼运送至彻底消毒的生物安全柜中,用于骨组织悬液的制备。
应在超净台内准备好无菌敷料、无菌研钵和研杵、无菌镊子、无菌8毫升离心管、无菌PBSA、1毫升移液器及配套的移液器吸头、100微升移液器及配套吸头、1毫升注射器和20号针头。使用镊子将骨骼转移至研钵中,并用研杵轻轻研磨骨骼。向研钵中加入1毫升PBS,继续用环形运动研磨剩余的碎片,以确保充分重悬。
然后加入另一毫升 PBS,继续研磨以制备骨组织悬液,此时悬液应呈现粉红色。将悬液缓慢倒入 8 毫升离心管中,注意确保较大的残渣留在研钵内。将骨组织悬液转移至 1 毫升注射器中。
使用20号针头,骨组织溶液应保持在冰上。取一微升骨组织溶液滴加到麦康凯琼脂平板上,并均匀涂布于表面。将平板孵育24至48小时,以确保无菌状态。
通过脚趾夹捏法评估经戊巴比妥麻醉的小鼠的麻醉深度,以开始软组织损伤和骨内注射的手术操作。将小鼠仰卧固定于有机玻璃板上,使用奥斯卡五号电推剪(配40号刀头),将细条胶带粘面朝外松松地缠绕于各肢体远端,以固定动物。剃除小鼠腹部、腹股沟及大腿区域的毛发。
将小鼠转移至无菌手术区域。用碘伏擦拭手术部位,随后用酒精擦拭以进行消毒。
将一个鼻罩放在小鼠身上,鼻罩内放置一块含有1毫升99%异氟烷的纱布。当动物的呼吸开始减慢时,移除鼻罩。如果在操作过程中的任何阶段需要追加麻醉,可注射额外的戊巴比妥钠或给予异氟烷。
接下来,取一块无菌敷料,将其覆盖在小鼠身上,仅暴露其下肢和头部。该软组织损伤为双侧后肢挤压伤。确保小鼠后肢呈轻度外展和外旋位。
这有助于准确定位目标肌肉。将膝关节屈肌归为一组以进行挤压损伤操作,取一把较大的18厘米止血钳,将其凸面朝向股骨,夹住股骨后侧大腿肌肉的中点位置。仅锁定止血钳至第一声“咔哒”响,持续30秒。
将针头刺入皮肤2至3毫米,直至针尖斜面刚好接触股骨。在每侧压碎的大腿肌肉组织中各注入0.15毫升骨溶液。拔出针头,并迅速用无菌手套包裹的手指按压注射部位,防止骨溶液从伤口反流。
将手指保持在此位置数秒钟。将小鼠放回笼中,并在其麻醉效果逐渐消退后立即恢复其自由活动。适当给予镇痛处理,以应对小鼠苏醒时可能出现的疼痛。
该总体示意图显示了创伤后在零小时时间点的双相免疫反应。创伤发生后,随即出现早期高炎症反应,该反应在6小时达到峰值,通过全身性炎症和远隔器官功能障碍的评估进行测定。
创伤后免疫反应的第二个组成部分是迟发性免疫抑制,表现为免疫细胞功能障碍,并在约48小时处呈现低谷。该图为代表性的血浆炎症性细胞因子反应示意图,发生在创伤早期,是全身性炎症的一个实例。通过肝损伤评估发现,远隔器官功能障碍在相似的时间范围内升高。
此代表性示意图用于突出显示创伤后期免疫细胞功能障碍。在进行该操作时,重要的是要始终注意确保实验过程中的无菌状态和精确操作。该模型并非真实的骨折模型或伤口感染模型。
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本文介绍了一种称为假性骨折的无菌性肌肉骨骼创伤小鼠模型,该模型有助于评估创伤后期的免疫反应。文中详细描述了该模型的操作步骤,强调了其在研究多发性创伤方面的实验组合潜力。
假性骨折小鼠模型可实现对无菌性外周组织创伤后急性期及晚期免疫反应的可重复研究,填补了转化创伤研究中的一个关键空白。该模型的设计规避了传统骨折模型在技术操作和动物存活方面的局限性,支持与免疫去风险和靶点验证相关的长期机制研究。该模型有望为创伤及组织修复领域中免疫调节策略的早期发现和临床前评估提供重要依据。
该模型通过实现对创伤后免疫反应的假设驱动型测试,并支持下游生物标志物和治疗手段的验证,从而弥合了早期发现与临床前研究之间的鸿沟。