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小鼠骨软骨缺损造模与生物材料填充

王颖 |  2021-12-10  | DOI: 10.21769/BioProtoc.v862
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视频简介骨软骨缺损是由严重创伤或生理性疾病(如骨关节炎)引起的一种常见疾病。因软骨自身的生理特点譬如缺乏血供,软骨自身修复能力差,并可进一步引发软骨下骨的损伤,导致不可逆性的关节退变。而生物材料的发展为其治疗带来了新的希望。在研究这些治疗方法的有效性过程中,动物模型的构建必不可少。小鼠因其与人类基因组高度同源、品系繁多、较为成熟的遗传操作系统等其他动物不可替代的优势成为常用的疾病模式动物。但对于骨软骨缺损造模而言,小鼠常因体型过小,操作技术要求高等原因未能被广泛应用。因此,本视频基于前辈们的研究,建立一种骨组织工程中简便易行的标准化小鼠骨软骨缺损模型的操作流程。
  • 视频介绍
  • 评审评语摘选

一、视频摘要

骨软骨缺损是由严重创伤或生理性疾病(如骨关节炎)引起的一种常见病变。因软骨的生理特点(譬如缺乏血供),自身修复能力差,并可进一步引发软骨下骨的损伤,常导致不可逆的关节退行性变[1],生物材料的发展为其治疗带来了新的希望。在研究这些治疗方法的有效性过程中,动物模型的构建必不可少。小鼠因与人类基因组高度同源、品系繁多、以及拥有较为成熟的遗传操作系统等其他动物不可替代的优势,成为常用的疾病模式动物。但对于骨软骨缺损造模而言,小鼠因体型过小、操作技术要求高等原因未能被广泛应用[2]。因此,本视频基于前人的研究,建立一种骨组织工程中简便易行的标准化小鼠骨软骨缺损模型的操作流程[3-4]

 

 

二、关键词

小鼠骨软骨缺损造模、生物材料填充、骨软骨修复

 

三、实验样品信息,试剂、耗材或仪器

1. 样品信息

 

2. 试剂和耗材

试剂:

1.       4%多聚甲醛溶液;

2.       10% EDTA脱钙液;

3.       赛拉嗪;

4.       氯胺酮;

5.       1% 碘伏消毒液。

耗材:

1.       1 ml注射器;

2.       27G针头;

3.       11号手术刀片;

4.       持针器;

5.       弯头镊;

6.       4-0手术缝线;

7.       6-0手术缝线。

 

3. 仪器和软件

1.       Nikon SMZ745T体式显微镜

2.       Micro-CT扫描仪(Milabs, 型号:U-SPECT4

 

 

四、实验操作

1.       用赛拉嗪(5mg/kg)和氯胺酮(40mg/kg)混合麻醉成年小鼠(﹥6周)(例: C57BL/6),随后用脱毛膏去除术区毛发。将小鼠仰卧并固定在手术台上,用1% 碘伏溶液对术区进行消毒;

2.       使用11号手术刀片切开膝关节内侧皮肤,暴露髌腱及膝内侧韧带,于二者之间切入关节腔,划开关节囊,并向近端延伸,直至股四头肌的附着处;

3.       随后拉直小鼠膝关节,可用棉签辅助推髌骨向关节外侧脱位,随即屈曲膝关节以暴露股骨下端髌骨沟;

4.       使用27G针头(尖端磨平针头外径为0.4mm,距针口0.6mm处放置定位珠)垂直髌骨沟放置,轻轻旋转针头制造骨软骨缺损;

5.       注射器吸取生物材料(例:GelMA水凝胶),挤压注射栓,使材料在针头处呈半球状,轻轻点于缺损区(需保证整个过程中关节面的湿润,可降低材料在组织面上的液体张力,更容易充满缺损区),随后进行材料的光固化处理;

6.       拉直小鼠膝关节,用棉签推髌骨向关节内侧进行复位,最后分层缝合关节囊与皮肤。

 

 

五、注意事项

1.       手术过程中可使用蘸有肾上腺素(用生理盐水1:10000稀释)的棉球擦拭手术区域,能减少术区出血,保证手术视野清晰。

2.       整个手术过程中需要紧紧固定小鼠膝关节,避免手术器械的滑脱,刮伤其他组织;

3.       整个手术过程中,需保证关节面的湿润,此既可避免生物材料填充缺损区出现气泡,又能减少干燥对软骨细胞的刺激。

4.       在缝合关节囊时,需紧密缝合组织。且在不影响小鼠活动的情况下,可缝合多固定肌肉组织,避免小鼠运动时创口崩开。

5.       Micro-CT参数设置:tube voltage(kV)=50; tube current(mA)=0.21; exposure time(ms)=75

 

六、结果分析(可选)

 

 

七、参考文献(可选)

[1] Li X, Ding J, Wang J, Zhuang X, Chen X. Biomimetic biphasic scaffolds for osteochondral defect repair. Regen Biomater, 2015;2(3):221-8.

[2] Tam HK, Srivastava A, Colwell CW Jr, et al. In vitro model of full- thickness cartilage defect healing[J]. J Orthop Res, 2007, 25(9):1136-1144.

[3] N. M. Eltawil, C. De Bari, et al. A novel in vivo murine model of cartilage regeneration. Age and strain-dependent outcome after joint surface injury[J]. osteoarthritis and Cartilage (2009) 17, 695-704.

[4] Hironori Unno, Masahiro Hasegawa, et al. Tenascin-C promotes the repair of cartilage defects in mice[J]. J Orthop Science (2020) 25(2): 324-330.

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对小鼠骨软骨缺损造模与生物材料填充有很好的指导价值。
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