动物造模,创伤后骨关节炎,动物模型 中国实验动物信息网 2021-01-14 2344

　　简介：骨关节炎（OA）是一种常见的炎症性关节病，影响着老年人的成长，具有很强的社会经济影响。由于创伤后骨性关节炎的发病机制和病因尚不明确，缺乏有效的临床诊断和治疗措施，使其康复困难重重，因此建立创伤后骨性关节炎动物模型研究骨性关节炎显得十分必要和紧迫。创伤性骨关节炎的动物模型可以通过多种人工方法选择不同的动物种类来诱导进行性软骨损伤、软骨下骨重建、骨赘形成和关节周围软组织炎症等病理过程。本文综述了创伤后骨关节炎动物模型的研究方法和研究现状，覆盖国外近十年的学术论文，为创伤后骨关节炎动物模型的建立提供了合适的参考方法。

　　结论：关节外诱导：胫骨压缩超载模型  Christiansen等人使用C57BL/6N小鼠和超负荷循环胫骨压缩法，使用由两个定制加载板组成的胫骨压缩系统建立创伤后动物模型。底部踏板使膝盖弯曲，顶部踏板使脚与脚踝呈约30°角。然后，对每只小鼠的右腿施加单一的动态轴向压缩载荷，导致相对于股骨远端的胫骨暂时性前半脱位。鉴于关节软骨关节应力环境的正常活动，该建模方法具有重要意义。人工增加或减少关节应力可导致创伤后骨关节炎（PTOA）。骨基质损伤是由人工增加或减少应力引起的。由于软骨细胞代偿性肥大和退化，整个动物软骨关节发生软骨退化。Satkunananthan?等人用C57BL/6N小鼠在实验中成功复制了创伤后骨关节炎模型。Killian等人成功地建立了一个创伤后骨关节炎模型，使兔在压缩轴向过载的情况下，对胫股关节进行钝性力损伤。Tochigi等人用猪成功地制作了肘关节创伤后骨关节炎模型。.肘关节受到轴向压缩过载。Borrelli等人改变了过载的位置。新西兰大白兔接受股骨内侧髁压缩，成功模拟人创伤后骨关节炎的过程。

　　关节内手术：前交叉韧带横断，ACLT模型：Pond等人对10只狗的一只后肢膝关节进行前交叉韧带横断手术，对侧关节作为对照。手术后1-26周，动物在不同时间被处死。放射学和病理学检查表明，人创伤后骨关节炎模型已成功建立。这种建模原理通常表明，胫骨应受到前交叉韧带的约束，以限制其过度运动。动物模型前交叉韧带切除后，胫、后肢膝关节向内旋转前移，增加了动物后肢膝关节的屈伸过程，导致关节稳定性破坏，*终导致创伤后骨关节炎（PTOA）。犬科动物的ACLT模型表明通过观察其地面反作用力（GRF）和后膝关节力学数据，证明动物在ACLT手术后5个月恢复到术前水平。Boyd等人将13只猫分为3组，采用相同的前交叉韧带横断方法建立类人ptoa模型，消除动物模型中物种差异的干扰。然后，用微型CT观察关节周围骨（包括胫骨近端软骨下骨、股骨髁和干骺端松质骨）的长期影响，并评价其在创伤后骨关节炎发病机制中的作用。Nagai等人利用日本白兔和ACTL技术建立兔创伤后骨关节炎模型。Dong等人成功地塑造了小鼠ptoA模型，Mevel等人使用新西兰白兔制作了人ptoA模型。

　　内侧半月板失稳，DMM模型：Moskowitz等人将82只新西兰大白兔分为3组，在无菌条件下，将兔右后肢膝关节从前内侧侧切开，露出膝关节中间室，移除内侧半月板附件的前半部分（与半月板的1/3相关），建立了人PTOA模型。Arunakul?等人采用16只新西兰白兔制作的PTOA模型，采用全半月板切除术（TMM）的手术方法，导致动物膝关节内侧半月板不稳定。Panahfar等人应用内侧半月板切除术（MMX）技术使用SD大鼠建立人创伤后骨关节炎模型。DMM模型的建模过程比前面提到的ACTL模型耗时更长。Glasson等人使用ADAMTS-4和ADAMTS-5基因敲除小鼠，通过组织学评分系统评估软骨损伤程度，比较ACTL模型和DMM模型。结果表明，ACTL模型能够模拟更严重的人PTOA过程。其中一些ACTL动物在胫骨平台表现出严重的后软骨下骨侵蚀和骨赘形成。相比之下，DMM模型的侵犯较少，胫骨平台和股骨髁中间仅显示轻度损伤。因此，Glasson等人认为，DMM是小鼠创伤后骨关节炎模型的首选操作方法。Usmani等人在实验中均采用上述成型方法，成功地建立了小鼠PTOA模型。

　　Hulth模型/改良的Hulth模型：Hulth等人对兔进行实验，切除了前交叉韧带和内侧副韧带，完全切除了内侧半月板，成功地塑造了人PTOA模型。组织学观察结果表明，Hulth术后3个月内观察到了PTOA的特征，如软骨表面裂纹和软骨表面损伤。Hulth的手术破坏了维持动物膝关节静态稳定的主要韧带（包括前交叉韧带和内侧副韧带）。结果，膝关节的法向力线由外翻10°变为内翻，关节的轴向压力发生变化，胫骨外侧平台向内侧移动，关节的承重面降低。此外，应力集中增加了局部关节软骨的压缩，导致关节稳定性损伤和关节表面磨损加剧，*终导致PTOA。Moskowitz等人认为，传统的Hulth模型造成较大的创伤和关节损伤，不能观察PYOA的生化代谢变化。由于模型时间和治疗干预时间短，因此Hulth模型PTOA在动物模型药物干预中的应用较少。目前，有改进的Hulth模型，如ACLT+部分半月板切除术（PM）。手术方式为ACLT+内侧半月板切除。在ACLT+内侧副韧带（MCLT）+内侧半月板切除（MX）手术中，手术的目的是保持后交叉韧带的完整性，其余手术与传统Hulth模型相同。在交叉韧带横断（CLT）中，手术方法是只切除前交叉韧带，其余的静态结构没有被触及。

　　前交叉韧带（ACL）自体移植物解剖重建，ACL-R模型：鉴于上述各种建模方法，所有的方法都以破坏关节稳定结构、加剧关节表面磨损为重点，以及使用其他手术技术模拟人的PTOA过程。然而，长期来看，即使重建了交叉韧带，并且已经有了相对稳定的关节结构，某些患者仍会出现PTOA表现。为了更好地了解和探讨PTOA的发病机制，Heard等人在绵羊前交叉韧带手术后应用自体韧带移植重建方法进行了实验，*终形成了人PTOA模型。术后2周，在关节液中可观察到基质金属蛋白酶和白细胞介素样PTOA炎症标志物的增加。该模型消除了关节结构不稳定对PTOA发病率的影响，充分了解了炎症因素和早期分解代谢对PTOA发病的影响.因此，本文作者认为该模型优于以前的模型，可以将其视为一种理想化的大动物模型，用于早期诊断和治疗PTOA（尤其是炎症因子和分解代谢机制的研究）。

　　关节内骨折（IAF）模型:小型猪，用特制的三脚架固定，在猪膝1-2毫米胫骨截骨术后固定，模拟PTOA的病程。Lewis等人使用C57BL/6小鼠通过人工压缩轴向过载法构建了一个类人PTOA模型。由于设备的限制（如特殊的三脚架和压缩台）以及相应的内固定材料，作者不推荐这种建立模型的方法。

　　创伤性骨关节炎的动物模型有不同的特点，这取决于所用的动物和建模方法。没有标准的动物模型用于PTOA模型。作者建议在考虑项目资金、实验目标和技术条件的基础上，选择合适的实验动物和建模方法，获得合适的PTOA模型和预期的实验结果，为临床治疗提供指导。