Name: 大鼠胫骨糖尿病和骨质疏松症模型的外科骨植入技术 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-07-05T12:40:00.000+00:00
Duration: 2 min 8 s
Description: 学习在大鼠胫骨中植入钛合金的外科手术技术，用于糖尿病和骨质疏松症研究模型。该方法通过标准化钻孔和植入步骤，提高临床前实验的可重复性和可靠性。

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作者感谢西班牙国家研究局通过项目 PID2020-114019RBI00 和 PID2021-125150OB-I00 提供的经费支持。

所有实验操作均遵循欧盟关于用于科学目的动物保护的指导方针（指令 2010/63/EU），并符合西班牙法律（皇家法令 53/2013）及加泰罗尼亚自治区法规（法令 214/97）的规定。所有动物操作和处理均获得巴尔德希伯伦研究机构动物实验伦理委员会的伦理批准（注册编号 72/18 CEEA）。在骨质疏松模型中，使用了平均体重为 484 g、平均年龄为 12 周的雌性 Sprague Dawley 大鼠。在糖尿病模型中，使用了经基因修饰的雌性 BBDR（Bio Breeding Diabetes Resistant）大鼠，其平均体重为 730 g，平均年龄为 12 周。所有动物均来自商业供应商。本研究中所使用的动物、试剂和设备的具体信息列于材料表中。
1. 动物的麻醉/药理学及准备工作
<ol>
	<li>在手术开始前10-15分钟，通过皮下注射给予术前镇痛药物：布托啡诺（buprenorphine）0.05 mg/kg 和美洛昔康（meloxicam）2 mg/kg。</li>
	<li>术中麻醉采用吸入式异氟烷：诱导时在新鲜空气中使用5%异氟烷，维持时浓度为3%。在大鼠麻醉诱导舱中进行麻醉诱导，术中通过锥形鼻罩持续供给异氟烷。</li>
</ol>
2. 手术准备
<ol>
	<li>使用直肠探针测量麻醉动物的体温，并在整个手术过程中使用电子温控加热垫进行体温支持。手术开始前必须涂抹眼膏，以防止角膜干燥。 
	注意：如有必要，在检查眼睛干燥程度后必须重新涂抹药膏。</li>
	<li>使用电动剃须刀修剪毛发，并涂抹脱毛膏以去除残留的毛发。</li>
	<li>使用无菌棉签，以碘伏和70%（v/v）乙醇按从内向外的顺序对膝关节皮肤进行环形消毒，避免重复擦拭切口线。至少完成三次连续的清洁循环（碘伏-乙醇-碘伏）。</li>
	<li>通过放置无菌带孔巾隔离手术区域&#160;用手术巾覆盖动物，通过中央开口暴露腿部（图1).</li>
</ol>
3. 手术
<ol>
	<li>手术暴露
	<ol>
		<li>在胫骨前内侧面上端干骺端区域，沿近端边缘垂直做一条长约1 cm的全层皮肤切口，以暴露骨面（图2).</li>
		<li>固定腿部，并在切口时将皮肤紧贴下方骨骼绷紧，以确保切口整齐且位置准确。用生理盐水浸湿的纱布清洁预期的轻微出血进行处理。图2). 
		注意：大鼠皮肤较薄且松弛。固定皮肤至关重要，必须进行。</li>
		<li>使用小型骨膜剥离器将组织从骨头上完全分离图3).</li>
		<li>暴露骨骼，直至辨认出插入部位 胫前肌， 这些 gracilis, 以及 腓肠肌外侧头肌肉&#160;位于胫骨内侧后缘，为一呈纤维状的白色组织，牢固地附着于骨面图3). 
		注意：必须识别出这组肌肉附着点，以便将植入物放置在具有相似特征和刺激的骨区域中，确保在整个样本中具有一致性，而不论大鼠的体型大小。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>钻孔过程
	<ol>
		<li>在胫骨近端嵴与胫骨内侧面后缘之间、紧邻该处结构附着点的正确位置开始钻孔操作 胫前肌，该 gracilis, 以及 腓肠肌外侧头肌肉，避免任何肌肉损伤。1 
		注意：正确位置应为距离胫骨平台 5 mm ± 2 mm 处。</li>
		<li>使用外科电动马达配合20:1减速弯角手机，在接近20 °C的生理盐水冲洗条件下，以最高150 rpm（转/分钟）的速度进行钻孔。 
		注意：仅需两个钻孔。</li>
		<li>从使用矛形导向钻头开始（图4在盐水灌注条件下，深度为2.4 mm处。 
		注意：每支钻头最多使用10次。</li>
		<li>作为第二个钻孔，使用（图4在生理盐水环境下，使用直径为1.6 mm、钻深为2.4 mm的扭转设计钻头进行钻孔。 
		注：每支钻头最多使用10次。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>植入物放置
	<ol>
		<li>使用中间连接件插入植入物（图5连接到20:1减速弯角手机上。</li>
		<li>在植入之前，将种植体在反角手机中旋转，同时用生理盐水冲洗10秒，以清除残留的化学消毒剂。图5).</li>
		<li>使用中间部件以 20 rpm 的速度植入钛种植体（长 2 mm，直径 1.8 mm），同时监测实时扭矩值，并记录最大植入扭矩。 
		注意：由于终末钻头与种植体之间存在尺寸差异，以及种植体为圆柱形轮廓，因此在植入初期可能会遇到一定阻力；然而，一旦种植体穿过初始皮质骨，这种初期阻力便会迅速消失。</li>
		<li>在植入物完全穿过其插入位置的皮质骨之前完成植入，即胫骨内侧平坦面。 
		注意：在植入物插入的最后阶段，重要的是使植入物略微位于皮质骨外侧或与植入物插入处的皮质骨齐平，即胫骨内侧平坦面，以确保初期稳定性图6).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>伤口闭合
	<ol>
		<li>使用4/0单丝合成可吸收缝线（Glyconate）通过单纯间断缝合关闭肌层切口图7).</li>
		<li>使用4/0单股合成可吸收缝线（Glyconate）进行皮内缝合关闭皮肤图7).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 微型计算机断层扫描
<ol>
	<li>手术完成后，在全身麻醉状态下进行微型CT扫描，以确认植入物位置正确。</li>
	<li>将大鼠从手术台上移至扫描台，使用微型CT的实时扫描模式定位手术侧肢体，并将视野中心对准植入物。 
	注意：推荐的扫描参数为视野范围5 mm，空间分辨率为0.0001 mm3，50 kV，200 µA，扫描时间为3分钟。</li>
	<li>获取扫描图像后，根据步骤5.2.1确认植入物近端与胫骨平台表面之间的距离是否正确。 
	注意：该数值有助于技术的标准化（图8）。</li>
</ol>
5. 术后护理
<ol>
	<li>完成成像采集后，将大鼠放回笼中，并监测直至完全恢复。 
	注意：这大约需要 5-10 分钟，具体时间取决于动物模型。由于糖尿病引起的代谢变化，糖尿病大鼠预计会保持麻醉状态更长时间，且恢复时间更长。</li>
	<li>术后 72 小时内，每 6-8 小时皮下注射一次布托啡诺（0.1 mg/kg），每 24 小时皮下注射一次美洛昔康（5 mg/kg）。</li>
	<li>拆线时间
	<ol>
		<li>每天检查手术伤口是否有感染、缝线完整性或其他问题，必要时于术后第 15 天清除残留缝线。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
6. 安乐死
<ol>
	<li>使用 CO2 腔室，依据美国国立卫生研究院（NIH）指南，配备 CO2 植入后时间（4周或12周）内，室腔体积每分钟的填充率为30%–70%。</li>
</ol>
7. 术后分析
<ol>
	<li>对于两种模型（骨质疏松症和糖尿病），在安乐死后通过离断取出胫骨，用于进一步分析。 
	注：关于显微CT分析，所获数据可用于计算骨-种植体接触率（BIC）。CT扫描采用先前描述的参数进行，BIC分析通过将皮质骨区域的骨面积（mm2）除以种植体面积（mm2）来完成，该方法基于文献中已有描述的方案18。每种模型的代表性图像分别展示如下：骨质疏松症模型（图9）和糖尿病模型（图10）。</li>
</ol>

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</ol>

我们在此声明，本篇科学文章不存在利益冲突。

尽管大鼠是研究骨整合的常用模型，但定义和描述一种可重复的手术技术以准确定位植入物显得尤为重要。这种技术可为科学界提供参考。此外，某些疾病（如骨质疏松症和糖尿病）会改变骨代谢，这意味着对手术方案的设计提出了更高要求。与其他动物模型相比，大鼠具有明显优势，因为它能自然表现出骨质疏松症（自发性骨折和低能量骨折）以及糖尿病和饮食诱导肥胖的主要特征，且无需昂贵的专业设施、长期高成本实验以及复杂的术后管理和维护19。大鼠体型小、繁殖力强、生命周期短，有利于开展大规模、高时效性的实验，同时符合动物实验的“3R”原则（替代、减少和优化）20。
尽管该领域已有大量科学文献，但描述详细手术技术的科学文章却寥寥无几。而且，绝大多数文章遗漏了关键的手术信息，从而无法实现所描述技术的重复验证。
在本手术方案中，整个手术过程需考虑多个关键步骤，例如切口位置、钻孔及种植体植入的精确位置、钻孔技术、种植体的准确尺寸，以及用于种植体植入的最终钻头。
在文献中，切口位置的描述往往不够精确，缺乏科学依据。切口应选择在与植入物放置区域不同的部位。为保持植入物上方剥离的骨膜完整性，应避免将切口及随后的缝合线直接置于植入区域上方。切口及全厚瓣的初始剥离可能破坏血供并损伤骨膜，进而可能干扰成骨过程中骨膜细胞的活性，这一点已在其他研究中被观察到21。该方法旨在优化种植体周围骨形成，同时最大限度减少创伤、愈合不良、纤维化或缝合区域细菌定植的风险。在本方法中，切口具体位于胫骨近端嵴处，确保其不直接位于植入物放置位置的上方。
在确定植入物放置区域时，必须确保样本中骨密度均匀一致。通常以胫骨平台作为测量参考。由于大鼠的纵向尺寸存在差异，因此需要一个解剖学参考点，以确保植入物始终放置于相同区域。在本方法中，胫前肌（tibialis cranialis）、缝匠肌（gracilis）和腓肠肌外侧头（gastrocnemius lateral head）肌肉附着处邻近的区域可作为可靠的解剖学参考。该区域因有肌肉附着，预期在整个样本中具有均一的骨密度。
在讨论钻孔方法时，必须准确提供钻头的类型/尺寸、钻孔速度（通常以 rpm 为单位）以及生理盐水溶液的温度。这些因素对于防止大面积坏死及随后纤维组织的形成至关重要22,23，这一点已在多项关于钻孔诱导坏死反应的研究中得到强调。然而，一些文章在其钻孔方法中超过了这些生物学限制24，而另一些则完全省略了这一关键信息4,25,26,27,28。本研究强调了在钻孔过程中为减少手术创伤和组织坏死所采取的细致预防措施。我们采用了一种安全的钻孔程序，将钻速限制在 150 rpm 以内，该速度即使在不使用生理盐水的情况下也被认为对骨组织温度是安全的。该方法在钻孔速度方面具有可行性，并可在操作过程中实现良好的钻头控制29,30。此外，我们使用温度约为 20 °C 的生理盐水进行持续灌注和冷却，以进一步减轻任何潜在的热效应。
另一个常被忽略的重要信息是所用种植体的尺寸。这一信息的缺失使得无法判断最终钻孔尺寸与种植体尺寸之间的关系。这种差异对于评估种植体的稳定性至关重要：若间隙不足，可能导致种植体不稳定；而间隙过大，则可能引起过高的压力，导致缺血性坏死反应。
需要注意的是，要实现初期稳定性，最终钻孔与种植体之间应存在轻微的直径差异，且种植体的直径应略大于最终钻孔。这一实现初期稳定性的关键手术参数在文献中并不总是一致，因为某些方法采用的最终钻孔直径大于所植入的种植体4。由于该区域具有肌肉附着的特点，因此在整个样本中预期具有均匀且坚固的骨密度。这一特性有助于避免大鼠胫骨干预中已报道的主要局限性，即胫骨随时间发生的纵向生长31。此外，该方法允许进行温度控制，从而解决了并发症及继发性病态的一个原因23。然而，与其它研究类似，本研究也存在一个局限性，即需要根据胫骨尺寸的差异对装置进行调整4,17。
与所用动物数量相关的另一个问题是选择合适样本量的重要性。选择合适的样本量对于在减少动物使用的同时最大化研究结果的影响至关重要。这一策略不仅提高了研究的效率和可靠性，也强调了科学研究中的伦理考量。应持续努力优化这种效率。
综上所述，本方法详细描述了所有外科手术操作步骤，能够观察两种疾病中的各种手术挑战。此外，该方案之所以成为一种有效的方法，在于所有与骨组织直接接触的样本均获得了稳定的骨整合面积比（V(BIC)）值。然而，与文献中大多数实验研究不同，本方案提供了一种详细且有理论依据的技术，从而实现了精确重复。因此，该方法可用于研究不同种植体表面在多种疾病中的作用，包括影响骨密度的疾病。

选择大鼠作为实验对象的常见原因是，与较大的动物模型相比，它们易于繁殖且相对便宜。随着新方法的出现，例如能够可靠地复制某种疾病（如骨质疏松症或糖尿病），这一模型在分析治疗手段的潜在应用，以及疾病对药物和外科器械或手术操作生物学反应影响方面的价值尤为突出1,2。
大鼠的骨量增加主要发生在出生后的前6个月内，尽管一些研究人员认为长骨至少在一年内持续生长，并伴随长度的渐进性增加1。随着年龄增长，骨组织由建模（modeling）向重塑（remodeling）转变，但这种转变在所有骨骼中并非均等发生2。雌性Sprague Dawley大鼠的生长速度较雄性慢，且体重峰值低于雄性大鼠1。大鼠持续的骨伸长以及多变的骨重塑动态是研究人类健康问题时必须考虑的因素；然而，目前尚未发现任何实验研究能够证明大鼠终生的骨发育过程或该物种缺乏骨重塑能力1。 若实验在约10月龄时开始，由于存在纵向骨生长，在胫骨生长板周围应至少保留1 mm的完整区域，这一点在牙种植体研究中需特别注意2。激素也是骨研究中的关键参数，因为在8月龄时，雄性大鼠的胫骨骨宽度比雌性大22%，断裂强度高33%3。
因此，在骨科和种植牙科中，可靠地复制疾病模型非常重要，因为骨科螺钉或牙科种植体的骨整合是一个复杂的过程，受到多种因素影响，这些因素会调控机体对植入物置入骨组织后的全身反应。已知骨质疏松症和糖尿病等全身性疾病会影响骨科和种植牙科的治疗成功率，因此，通过在大鼠模型中可靠地复制这些疾病，可用于探索克服这些局限性的方法。
大鼠胫骨由于手术通路便利、骨量适中，且内侧骨板呈扁平状，适合用于外科骨植入实验4,5，已被广泛应用于众多研究中，以探讨植入物表面特性对骨整合的影响4,5,6。越来越多的研究评估了在健康动物7以及患有糖尿病或骨质疏松等疾病的动物模型中，植入物表面添加涂层或物质对骨整合的影响8,9,10,11,12,13,14。
在一只大鼠胫骨中植入的装置数量有限，且可能因研究类型的不同而有所差异。根据植入物数量或实验条件的不同，必须调整装置的尺寸以尽量减少手术创伤。在单植入物研究中，可植入接近人类尺寸的植入物（直径2.0 mm，长度4至5 mm），并可实现双皮质固定6,7,15,16。在多植入物实验方案中，应采用适当尺寸的植入物（直径1.5 mm，长度2.5 mm）4,17。
本研究旨在描述一种在两种大鼠模型——骨质疏松模型和糖尿病模型——的胫骨上植入钛种植体的标准外科手术方案。此外，本研究还允许通过该手术方案来测试不同类型的种植体表面生物功能化方法及其对骨整合的影响。
将80只大鼠的样本分为两组。第1组包括40只卵巢切除的Sprague Dawley雌性大鼠和5只假手术动物，平均体重为484 g，平均年龄为12周。根据供应商建议（见材料表），在去势手术三个月后开始实验。这一等待期确保了性激素的消失。在手术时，通过显微计算机断层扫描（micro-CT）骨分析确认骨质疏松，与假手术组相比，骨量平均减少20%。第2组包括40只具有II型糖尿病的BBDR（Bio Breeding Diabetes Resistant）基因修饰Sprague Dawley大鼠。平均体重为730 g，平均年龄为12周。在手术前，通过连续三天血糖测量结果均高于200 mg/dL来确认糖尿病状态。血糖检测在禁食6小时后使用血糖仪进行，通过尾部穿刺采集一滴血液。
使用长度为 2 mm、直径为 1.8 mm 的 3 级钛种植体。所有种植体均在洁净室条件下进行灭菌处理：将种植体置于超声波清洗仪（230 VAC，50/60 Hz，360 W）中，依次用环己烷超声清洗 3 次（每次 2 分钟）、丙酮清洗 1 次（1 分钟）、去离子水清洗 3 次（每次 2 分钟）、乙醇清洗 3 次（每次 2 分钟），再用丙酮清洗 3 次（每次 2 分钟）。随后，样品用氮气干燥，并以 0.5 bar 的氮气流直接吹扫样品表面。植入前，种植体先浸入去离子水中，再置于 70% 乙醇（v/v）中浸泡 10 分钟。之后将种植体转移至无菌微量离心管中，并在无菌条件下保存直至手术使用。

<table><tbody><tr><td>22 G 针头+A2:C30</td><td>Terumo</td><td>NN-2238R</td><td></td></tr><tr><td>4/0 单股合成可吸收缝线</td><td>Braun (MonoSyn)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>5 mL、10 mL 注射器</td><td>Braun</td><td>4617100V-02 4606051V</td><td></td></tr><tr><td>Adson 镊子</td><td>Ant&amp;atilde;o Medical</td><td>货号：A586</td><td></td></tr><tr><td>BBDR（Biobreeding Diabetes Resistant）Sprague Dawley 大鼠</td><td>Janvier Labs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>聚维酮碘（Betadine）</td><td>Mylan</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Buprecare</td><td>Animalcare (UK)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Castroviejo 测径规 0–40 mm 15 cm 角度型</td><td>UL AMIN Industries</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Castroviejo 持针器</td><td>Ant&amp;atilde;o Medical</td><td>货号：AM1702</td><td></td></tr><tr><td>牙科手术剪（弯型和直型）</td><td>Ant&amp;atilde;o Medical</td><td>AMA603 / AMA600</td><td></td></tr><tr><td>电动剃毛器</td><td>Oster Pro 3000i</td><td>34264482227</td><td></td></tr><tr><td>超细 Graefe 镊子</td><td>F.S.T</td><td>货号：11150-10</td><td></td></tr><tr><td>纱布垫</td><td>COVIDIEN</td><td>441001</td><td></td></tr><tr><td>血糖仪</td><td>Menarini (意大利)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>螺旋钻 / OSTEO-PIN 钻头 &amp;Oslash;1.6 mm</td><td>soadco</td><td>货号：OS-8001</td><td></td></tr><tr><td>种植体 / SCREW OSTEO-PIN &amp;Oslash;1.8 × 2.0 mm</td><td>soadco</td><td>货号：OS-3</td><td></td></tr><tr><td>Isoflo</td><td>Le Vet Pharma (荷兰)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>先锋钻 / Lanceolate 钻头 (DS)</td><td>soadco</td><td>货号：10 02 01 T</td><td></td></tr><tr><td>乳胶手套 - 无菌外科手套</td><td>Hartmann</td><td>货号：9426495</td><td></td></tr><tr><td>Lucas 外科刮匙</td><td>Ant&amp;atilde;o Medical</td><td>货号：AMA940-3</td><td></td></tr><tr><td>Metacam</td><td>Boehringer Ingelheim (德国)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>直型微型镊子</td><td>nopa</td><td>货号：AB 542/12</td><td></td></tr><tr><td>Micro-CT 扫描仪（Quantum Fx microCT）</td><td>Perkin Elmer (美国)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>骨质疏松型雌性 Sprague Dawley 大鼠</td><td>Janvier Labs</td><td></td><td></td></tr><tr><td>骨膜剥离器 - &amp;nbsp;Molt 2-4</td><td>Ant&amp;atilde;o Medical</td><td>货号：A1564</td><td></td></tr><tr><td>灌注用生理溶液</td><td>Hygitech</td><td>货号：10238</td><td></td></tr><tr><td>碳钢手术刀片 15C</td><td>Razor Med</td><td>货号：02846</td><td></td></tr><tr><td>无菌纱布棉片</td><td>Alledental</td><td>货号：270712</td><td></td></tr><tr><td>无菌灌注系统</td><td>Hygitech</td><td>货号：HY1-110001D</td><td></td></tr><tr><td>无菌毛巾（每只动物 1 条）</td><td>Dinarex</td><td>4410</td><td></td></tr><tr><td>外科弯角手机</td><td>W&amp;H</td><td>货号：WS-75 LED G</td><td></td></tr><tr><td>外科弯角手机</td><td>W&amp;H</td><td>序列号：08877</td><td></td></tr><tr><td>外科弯角手机</td><td>W&amp;H</td><td>序列号：01309</td><td></td></tr><tr><td>外科电动马达</td><td>WH Implantmed 型号：SI-1023</td><td>&amp;nbsp;货号：30288000</td><td></td></tr><tr><td>外科手术刀柄</td><td>AsaDental</td><td>货号：0350-3</td><td></td></tr><tr><td>巾钳</td><td>Xelpov surgical</td><td>AF-773-11</td><td></td></tr><tr><td>超声设备</td><td>J.P. Selecta, Abrera, 西班牙</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

糖尿病与骨质疏松大鼠胫骨模型的外科骨植入技术

Surgical Bone Implantation Technique for Rat Tibia Models of Diabetes and Osteoporosis

大鼠长期以来在种植牙科和骨科领域作为有价值的动物模型，尤其适用于研究生物材料与骨组织之间的相互作用。大鼠胫骨常被选用，因其可通过较薄的软组织层（皮肤和肌肉）实现便捷的手术入路，且其内侧面呈扁平状，有利于骨内植入装置的手术置入。此外，该模型可诱导特定疾病状态，模拟多种临床条件，以评估不同种植体条件（如几何形状、表面纹理或生物信号）下的生物学反应。然而，尽管大鼠胫骨具有坚固的皮质骨结构，某些骨内装置仍可能需要在设计和尺寸上进行调整，以实现成功植入。因此，建立标准化的手术方法，以规范植入区域软组织和硬组织的操作，对于确保种植体或螺钉装置的准确放置至关重要，尤其在种植牙科和骨科领域。本研究共纳入80只斯普拉格-多利大鼠，根据所建立的疾病类型分为两组：第1组为骨质疏松模型，第2组为2型糖尿病模型。植入手术分别在术后4周和12周进行，均由同一名外科医生采用一致的手术技术完成。观察到良好的生物学反应，表明所有植入物均实现了完全的骨整合。这些结果验证了该手术方案的成功性，可为其他研究提供可重复的操作范式，并为生物材料领域提供参考基准。值得注意的是，在两种疾病模型中，4周和12周时的骨整合水平均保持稳定，表明种植体具有随时间推移的持久整合能力，并强调早在术后4周即已形成紧密的骨结合。

手术阶段 
需要指出的是，本研究中使用的两种动物模型由于所诱导的疾病而存在一定的限制。这些对硬组织和软组织操作的限制在手术过程中会有所体现。
在糖尿病模型中，大鼠体型较大，导致手术过程中难以稳定其腿部。这会延长手术时间，进而延长麻醉时间，因此需要更长的恢复时间，术后阶段也需更加密切的监护。
对于骨质疏松模型而言，其要求在骨组织操作阶段尤为不同，且更为集中。在此情况下，钻孔过程中可观察到更明显的出血。此外，种植体植入过程也变得更加困难。可能会出现一些并发症，例如骨组织出现微小裂纹，从而改变种植体进入时的推进路径，并由于种植体侧壁缺乏骨组织阻力而使其稳定性降低。这一局限性要求在植入过程中施加更大的手动压力并加强稳定性控制，直至种植体达到正确位置，因而操作难度更高。
关于种植体最大植入扭矩，两种疾病之间观察到的数值相对不同（表1）。总体而言，骨质疏松模型观察到的最大平均植入扭矩高于糖尿病模型。根据这些结果，有必要进一步了解糖尿病对骨密度及骨组织抵抗种植体植入能力的影响，因为与骨质疏松相比，糖尿病似乎对骨的力学性能产生更为严重的影响。
术后分析 
通过显微CT成像分析了钛种植体在植入后4周和12周时的正确放置情况。图中分别提供了骨质疏松症大鼠（图9）和糖尿病大鼠（图10）的代表性图像。总体而言，种植体成功穿过胫骨的皮质骨和松质骨，与皮质骨部分保持紧密且连续的接触，未见任何炎症或不良反应迹象，从而证明了该手术方案在两种病理模型中均取得成功。
综合图像分析还可用于计算皮质骨区域骨面积（mm2）与种植体面积（mm2）的比值，即V(BIC)，并比较不同时间点及不同模型间手术效果的表现。如 图11所示，骨质疏松模型在4周和12周时V(BIC)值保持稳定，表明种植体随时间推移实现了稳定的骨整合，且在术后4周时已形成与骨组织的紧密连接。值得注意的是，糖尿病模型也获得了非常相似的结果，表明本研究方案对这两种病理模型均具有适用性。
<img alt="动物解剖装置；手术器械按手术要求排列；生物学教学实验。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66591/66591fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图1"> 
图1：手术区域。 该图显示了大鼠在手术区域中的正确体位及待干预部位的暴露情况，锥形接头与气道连接以在手术过程中维持麻醉，以及手术所需的各种器械。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66591/66591fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="显示在肿胀组织上切口技术的手术操作。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66591/66591fig02v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 2"> 
图 2：外科切口。 正确固定大鼠足掌，同时固定薄而易移动的皮肤，以获得准确的切口。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66591/66591fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="用于兽医学研究的动物组织切口手术技术示意图" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66591/66591fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图3"> 
图3骨暴露与肌肉附着点识别 左侧：组织完全脱离，导致骨组织暴露。应保留并避免损伤附着点 胫前肌，该 gracilis 以及 腓肠肌外侧头 肌肉，准确识别牢固附着于骨上的纤维状白色组织至关重要, 如右侧图所示。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66591/66591fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="动物模型手术操作；切口与钻孔步骤；研究、兽医、实验设置" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66591/66591fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图4"> 
图4钻孔顺序。 钻孔操作的顺序始于左侧的冲头式导向钻，随后使用右侧的麻花钻。为确保钻孔过程的稳定与安全，钻孔期间必须保持腿部及软组织的稳定。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66591/66591fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
<img alt="牙科钻孔技术分析，精密仪器，临床设置，纱布相互作用，牙科研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66591/66591fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 5"> 
图 5：种植体植入前的准备。 将种植体插入一个中间部件中，随后用生理盐水进行清洗，同时种植体以 20 rpm 的速度旋转。该中间部件可将种植体连接至电子设备，用于将其植入骨内。该设备可精确控制种植体的植入速度，并实时记录植入扭矩。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66591/66591fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="手术操作系列、植入物置入、医疗技术、特写、分步操作。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66591/66591fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图6"> 
图6：钛植入物的放置。 将植入物置入骨内时，应将其放置于骨内侧的平坦面上，远离骨前内侧面近端边缘。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66591/66591fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="小鼠模型手术操作；组织研究与愈合过程分析的实验装置。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66591/66591fig07.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图7"> 
图7：伤口闭合。 伤口闭合的步骤在两个不同的层次中进行观察。左侧：第一层为较深的层次，采用间断缝合使肌肉组织边缘对合。右侧：第二层为较表浅的层次，采用皮内缝合使皮肤对合，同时避免线结外露。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66591/66591fig07large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="在X射线扫描仪中对大鼠骨骼进行CT成像实验，显示骨骼的横截面分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66591/66591fig08.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图8"> 
图8：手术后植入物放置的显微CT扫描。 该图展示了大鼠在显微CT扫描仪中的体位，植入物位置的图像分为三个部分，分别对应x轴、y轴和z轴视图。在不同视图中，植入物由红色箭头标示。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66591/66591fig08large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="CT扫描对比，种植体植入分析，轴向和横截面视图，放射学研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66591/66591fig09.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图9"> 
图9：骨质疏松大鼠胫骨中植入种植体的显微CT扫描。 骨质疏松大鼠胫骨中植入的钛种植体在术后（A）4周和（B）12周的代表性显微CT图像。每幅图像分为三个部分，分别对应x轴、y轴和z轴视图。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66591/66591fig09large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="CT扫描对比；骨植入物界面；U形和O形植入物；结构完整性分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66591/66591fig10.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图10"> 
图10：糖尿病大鼠胫骨中植入物的显微CT扫描。 植入钛合金植入物后，骨质疏松大鼠胫骨内植入物在术后（A）4周和（B）12周的代表性显微CT图像。每幅图像分为三个部分，分别对应x轴、y轴和z轴视图。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66591/66591fig10large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="骨-种植体接触比柱状图；VBIC=骨面积/种植体面积；比较骨质疏松组（Osteo）与糖尿病组（Diab）在4周和12周时的结果。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66591/66591fig11.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 11"> 
图11：骨-种植体接触（BIC）分析。V(BIC) 值根据植入后4周（4 w）和12周（12 w）的微计算机断层扫描（micro-CT）图像计算得出，计算公式为骨面积（mm2）×100 / 种植体面积（mm2），用于骨质疏松（Osteo）和糖尿病（Diab）模型的比较。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66591/66591fig11large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td colspan="2">最大植入扭矩 [N·cm]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>模型</td>
			<td>右腿</td>
			<td>左腿</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>骨质疏松</td>
			<td>6.11 ± 0.96</td>
			<td>6.49 ± 1.34</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>糖尿病</td>
			<td>4.79 ± 1.70</td>
			<td>4.90 ± 1.76</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1：最大植入扭矩。 糖尿病大鼠与骨质疏松大鼠在种植体植入过程中获得的最大扭矩值之间的差异。糖尿病大鼠的最大扭矩值低于骨质疏松大鼠。

在大鼠模型中植入种植体是临床研究中一项基本的实验操作。本研究提供了一套完整的手术方案，用于将钛种植体植入患有糖尿病和骨质疏松症的大鼠模型胫骨中。

大鼠长期以来在种植牙科和骨科领域作为重要的动物模型，尤其在研究生物材料与组织之间的相互作用方面……

开始对麻醉动物进行手术时，在胫骨近端内前侧干骺端区域沿近侧边界垂直做一条长一厘米的全层皮肤切口，以暴露骨骼。使用小型骨膜剥离器将组织完全从骨面分离。暴露骨骼后，辨认胫前肌、缝匠肌以及腓肠肌外侧头肌在胫骨内侧面后缘的附着点，这些结构呈牢固附着于骨面的纤维状白色组织。使用穿刺引导钻头，在2.4毫米深度下以每分钟150转的最大转速，在生理盐水冲洗条件下钻孔，操作方法如前所述，注意避免损伤任何肌肉组织。随后使用直径为1.6毫米的麻花钻头，在2.4毫米深度下进行第二次钻孔。为植入钛种植体，首先将种植体与连接在20:1减速直角手机上的中间部件一起插入。接下来，将种植体在反角手机中旋转，同时用生理盐水冲洗10秒，以清除任何残留的化学消毒剂。然后植入种植体，注意在种植体完全穿过插入部位的皮质骨之前停止植入，即停止于胫骨与肌肉止点相邻的平坦内侧面处。使用4/0单丝合成可吸收聚乙醇酸缝线，以单纯间断缝合法缝合肌肉组织边缘。最后，采用相同的4/0单丝合成可吸收聚乙醇酸缝线进行皮内缝合关闭皮肤。

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科研

JoVE Journal

Medicine

医学

大鼠胫骨糖尿病和骨质疏松症模型的外科骨植入技术

本文介绍了一种改进的机械测试方法，用于评估骨组织与候选植入物表面之间的锚定强度。该方法可使破坏力精确地垂直或平行于植入物表面平面，并能准确地将破坏力施加于特定的种植体周围区域。...

一种改进的力学测试方法以评估骨-植入物锚定性能

骨修复领域临床前研究的一个限制因素是对愈合骨病灶局部力学环境缺乏实验性控制。本文报道了一种可用于骨修复的外固定装置的设计与应用，该装置具有调节固定器刚度的能力 体内.

可调节刚度的外固定架用于大鼠股骨截骨术及节段性骨缺损模型

尽管小鼠模型在骨组织工程中是不可或缺的工具，但长骨缺损模型却较为稀少。这一需求促使了本实验方案的开发，该方案采用带有四枚螺钉的锁定钢板和专用导板，以建立并稳定可重复的股骨临界尺寸缺损，且具有较低的并发症发生率。...

建立经钢板内固定稳定的鼠股骨节段性临界尺寸缺损模型

本方案描述了一种使用髓内锁定钉进行股骨截骨标准化固定的骨接合技术，可用于分析小鼠正常及缺陷性骨愈合过程。...

一种用于小鼠股骨截骨术标准化固定的髓内锁定钉以分析正常与缺陷性骨愈合

本研究描述了一种可重复且详细的实验方案，该方案使用新开发的外固定器在大鼠股骨模型中进行牵张成骨（DO），在移除外固定器后可允许动物进行生理性的负重活动。...

一种高效且可重复的大鼠牵张成骨实验方案以实现功能性股骨再生

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利用实体瘤移植物骨内植入建立原发性骨肿瘤与骨转移模型

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一种用于控制转移率的同系正位骨肉瘤Sprague Dawley大鼠截肢模型

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Wistar白化大鼠股骨截骨模型建立方案

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用于评估承重区域骨替代材料性能的大鼠半节段性骨干骨缺损模型

该研究创新性地结合缝合线与钛针，在大鼠桡骨骨折模型中实现稳定的内固定。通过微型计算机断层扫描（micro-CT）评估骨折愈合情况，并分离培养原代背根神经节（DRG）神经元以进行后续研究。...

一种新型大鼠桡骨骨折内固定模型的建立：骨折愈合评估与背根神经节分离

学习在大鼠胫骨中植入钛合金的外科手术技术，用于糖尿病和骨质疏松症研究模型。该方法通过标准化钻孔和植入步骤，提高临床前实验的可重复性和可靠性。

糖尿病与骨质疏松大鼠胫骨模型的外科骨植入技术

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