1.1 设计 随机对照动物实验,组间比较采用ANOVA检验。
1.2 时间及地点 实验于2021年1-9月在南华大学转化研究所动物实验中心完成。
1.3 材料
1.3.1 实验动物 选用36只成年雄性新西兰白兔,体质量3.0-4.0 kg,由南华大学转化研究所动物实验中心提供,许可证号:SYXK(湘)2020-0002。所有动物均单笼饲养2周以适应环境后进行手术。该研究中严格遵循动物伦理原则及外科无菌操作原则,得到郴州市第一人民医院伦理委员会批准(伦理批件号:20211020H)。
1.3.2 主要试剂及仪器 盐酸氯胺酮(20 mg/kg,浙江九旭药业,中国);甲苯噻嗪(5 mg/kg,青岛捷世康药业,中国);阿仑膦酸钠(河北岩峰药业,中国);锝(99Tcm)亚甲基二膦酸盐(河北岩峰药业,中国);EDTA(成都川弘生物,中国); 抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphase,TRAP)孵育液(Sigma-Aldrich,德国);BCA蛋白定量试剂盒(Thermo,美国);核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)一抗(Bioss,中国);GAPDH一抗(Abcam,英国);血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)一抗(Bioss,中国);TRAP一抗(Abcam,英国);Runt相关转录因子2(Runt-related transcription factor 2,Runx2)一抗(Abcam,英国)。
兔下颌骨钛合金牵张器(自制);计算机断层扫描仪CT)(Siemens,德国);双能量X射线骨密度吸收检测仪(Lunar iDXATM,德国);核素扫描仪(Skylight,Phlips,荷兰);电子万能材料试验机(Instron,美国);BCA蛋白定量试剂盒(Thermo,美国)。
1.4 方法
1.4.1 动物分组 36只新西兰兔按随机数字表法随机分为A、B、C组,每组12只。
1.4.2 牵张手术和干预方案 所有实验程序的麻醉均通过耳缘静脉注射盐酸氯胺酮和甲苯噻嗪进行。
所有实验动物在标准动物实验手术室全麻后经过严格备皮消毒后,按之前手术方式进行[5-6],沿右下颌下缘做3 cm的纵向切口,分层切开颈阔肌及骨膜,钝性分离暴露右侧下颌骨,根据下颌骨形态对自制兔下颌骨钛合金牵张器预成型后,使用钛钉(直径2 mm×长8 mm)固定,然后在第一前磨牙和颏孔之间用裂钻全层截断下颌骨,注意截骨时盐水冲洗降温和保护舌侧骨膜的完整性,旋转牵张螺杆,牵开间隙后将暴露的切牙牙髓及被截断的切牙牙根尖去除,冲洗止血后旋紧螺杆,分层缝合。
牵张成骨分为4个连续阶段:①手术期:完成截骨及安放牵张器;②滞留期:使牵张间隙形成骨痂,一般为5-7 d;③牵张期:按照一定的频率和速度缓慢牵张延长牵张间隙;④固定期:牵张结束后至拆除牵张器,目的促进牵张新生骨质矿化改建已达到足够强度。此次实验拟建立成骨不良牵张模型故加快了牵张速率、缩短了滞留期,滞留期为3 d,并以1.5 mm/12 h/3 d的牵张策略建立快速牵张成骨不良的模型。在固定期第1,3和7天,A组动物牵张间隙注射200 μg/kg 阿仑膦酸钠(溶解于0.5 mL生理盐水),B组动物牵张间隙注射100 μg/kg 阿仑膦酸钠(溶解于0.5 mL生理盐水),C组动物注射等体积生理盐水。
1.5 主要观察指标 见表1。
1.5.1 CT、骨密度和核素检查 在固定期第4周随机选择6只动物通过耳缘静脉注射锝(99Tcm)亚甲基二膦酸盐(7.4 MBq/kg)。麻醉成功后将兔仰卧位置于扫描平台上,对其颌面部进行CT扫描(120 kV,100 mA),并通过计算机软件重建图像。随后将动物置于双能量X射线骨密度测量仪扫描区检测牵张区域(0.9 cm)骨密度,最后待核素显影剂注射3 h后将动物置于核素扫描仪上以收集牵张间隙的核素信号。
1.5.2 组织标本的收集和处理 核素扫描后过量麻醉处死动物,迅速解剖出牵张间隙骨质,沿下颌骨体长轴水平分为两均等部分,甲醛固定后上部分用14.5%EDTA溶液室温下脱钙14-21 d,制备4 μm厚组织切片行苏木精-伊红及TRAP染色;下部分立即存储于液氮中用于Western Blotting检测。第8周过量麻醉处死剩余动物后,在牵张间隙新生骨质外0.5 cm处截断标本并冷冻用于三点弯曲力学测试。
1.5.3 苏木精-伊红组织切片染色及TRAP染色及计数 石蜡切片常规脱蜡至水,常规进行苏木精-伊红染色,封固。再制切片装入染色盒37 ℃水浴15 min后加入现配TRAP孵育液(Sigma-Aldrich,德国)避光浸染 60 min,双蒸水充分洗涤,苏木精复染细胞核。在TRAP染色切片低倍镜下先找寻新生骨组织结构,再换高倍镜(×400)随机选择10个视野进行TRAP阳性染色细胞计数,每个视野不重叠。
1.5.4 Western Blotting检验 液氮条件下磨碎牵张间隙组织,裂解后得到总蛋白,以牛血清为标准品,利用BCA蛋白定量试剂盒(Thermo,美国)建立标准曲线,计算总蛋白浓度,取总蛋白20 μg行SDS-PAGE电泳,转PVDF膜,脱脂奶粉封闭后分别一抗[RANKL(1∶500),GAPDH(1∶1 000),VEGF(1∶750),TRAP(1∶500),Runx2(1∶750)]孵育过夜后二抗37 ℃孵育1 h。最后置于自动成像仪暗匣中加显影液,计算机扫描收集图像。GAPDH作为内参。利用Image J软件对目标蛋白条带灰度值进行测量数据,除以内参灰度值作为其相对蛋白含量。
1.5.5 生物力学测试 标本复室温后使用电子万能材料试验机对复温后8周牵张间隙组织施以1 kN负载(5 mm/min)进行三点弯曲试验,直到牵张区之间出现断裂为止。
1.6 统计学分析 采用SPSS 17.0软件(SPSS,美国)对实验数据进行统计学分析,结果以x±s表示,采用单因素方差(ANOVA)分析和检验,P < 0.05为差异有显著性意义。此文统计学方法得到郴州市第一人民医院生物统计学专家审核。