早期膝骨性关节炎模型大鼠的建立与验证

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.1382

中国组织工程研究 ›› 2019, Vol. 23 ›› Issue (27): 4338-4343.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.1382

• 组织构建实验造模 experimental modeling in tissue construction • 上一篇下一篇

早期膝骨性关节炎模型大鼠的建立与验证

何强1，尹宏2，代凤雷2，张斌3，孙欣2，曾怿3，严一峰1

(1南京中医药大学，江苏省南京市 210023；2南京中医药大学附属南京中医院骨科，江苏省南京市 210001；3扬州大学医学院附属六合医院骨科，江苏省南京市 211500)

收稿日期:2019-03-28 出版日期:2019-09-28 发布日期:2019-09-28
通讯作者: 尹宏，教授，主任医师，研究生导师，南京中医药大学附属南京中医院骨科，江苏省南京市 210001
作者简介:何强，男，1993年生，黑龙江省泰来县人，汉族，南京中医药大学在读硕士，主要从事骨性关节炎研究。
基金资助:
南京市医学科技发展一般性课题(YKK17240)，项目负责人：张斌

Establishment and verification of rat models of early knee osteoarthritis

He Qiang1, Yin Hong2, Dai Fenglei2, Zhang Bin3, Sun Xin2, Zeng Yi3, Yan Yifeng1

(1Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210023, Jiangsu Province, China; 2Department of Orthopedics, Nanjing Hospital of Traditional Chinese Medicine Affiliated to Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210001, Jiangsu Province, China; 3Department of Orthopedics, Liuhe Hospital Affiliated to Yangzhou University Medical College, Nanjing 211500, Jiangsu Province, China)

Received:2019-03-28 Online:2019-09-28 Published:2019-09-28
Contact: Yin Hong, Professor, Chief physician, Master’s supervisor, Department of Orthopedics, Nanjing Hospital of Traditional Chinese Medicine Affiliated to Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210001, Jiangsu Province, China
About author:He Qiang, Master candidate, Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210023, Jiangsu Province, China
Supported by:
the Medical Science and Technology Development Project of Nanjing, No.YKK17240 (to ZB)

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
非侵入性方法诱导动物模型：是一种采用机械压头提供的冲击力导致关节内闭合性骨折。其优势在于：①由机械驱动，通过机械冲击造成伤害，无需任何化学或外科手术干预，因而不会导致动物皮肤破裂；②可以精确地创建损伤，这在传统方法中是不可行的；③结果具有高度可重复性；④可以给予每只动物的结果精确度；⑤能够去除任何手术干预的伪影，例如研究者的熟练程度和炎症变化或手术本身引起的因素；⑥密切模拟导致创伤后骨关节炎的人体损伤。
木瓜蛋白酶：是一种蛋白水解酶。木瓜蛋白酶产生早期的膝关节骨性关节炎模型的机制是通过影响细胞外基质中的蛋白多糖而损害胶原蛋白的整合。木瓜蛋白酶与其他化学诱导试剂相比优势在于对胶原蛋白和软骨细胞没有直接影响。

摘要
背景：木瓜蛋白酶诱导膝关节骨性关节炎与其他化学诱导试剂相比优势在于对胶原蛋白和软骨细胞没有直接影响。
目的：通过软骨的表面形态、放射学和组织病理学进一步验证木瓜蛋白酶诱导大鼠早期膝关节骨性关节炎模型的有效性。
方法：20只成年雄性Wistar大鼠，由南京市江宁区青龙山动物繁殖场提供，实验方案经南京市六合区人民医院医学伦理委员会批准。将大鼠随机分成对照组和实验组：分别于实验开始后第1，4，7天，给予对照组右膝关节腔内注射4%生理盐水；实验组右膝关节腔内注射4%木瓜蛋白酶。实验开始后第10天观察关节软骨形态，行X射线、三维CT检查；之后麻醉下处死大鼠即刻进行组织病理学检查，并使用Mankins和OARSI评分验证结果。
结果与结论：①与对照组相比，实验组大鼠明显跛行，注射侧膝关节肿胀明显，后肢不愿着地；放射学检查可见明显关节间隙变窄，三维CT关节间隙值变小[对照组(0.680 0±0.016 3) mm，实验组(0.558 0±0.033 9) mm，P < 0.05]；②实验组右膝关节组织显微镜下观察可见早期的炎症特征；2组病理学Mankins和OARSI评分差异均有显著性意义(P < 0.05)；③结果说明，大鼠右膝关节腔内注射木瓜蛋白酶诱发的早期膝骨性关节炎可用于相关实验研究，因为它提供了关节运动、触觉异常性疼痛、进行性放射性变性和关节软骨微观炎症的可测量变化，代表了骨关节炎评估，为研究早期膝关节骨性关节炎的发病机制提供依据。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0003-1640-1776(何强)

关键词: 大鼠模型, 早期膝骨性关节炎, 关节软骨, 木瓜蛋白酶

Abstract:

BACKGROUND: Papain inducing knee osteoarthritis has no direct effect on collagen and chondrocyte compared with other chemical inducers.
OBJECTIVE: To evaluate the effectiveness of early osteoarthritis model of knee joint in rats by the surface morphology, radiology and histopathology of cartilage.
METHODS: Twenty adult male Wistar rats were provided by Qinglongshan Animal Breeding Farm of Jiangning District, Nanjing, and the study was approved by the Ethics Committee of Liuhe Hospital Affiliated to Yangzhou University Medical College. The rats were randomly divided into control and experimental groups. At 1, 4 and 7 days, 4% normal saline and 4% papain were injected into the rat right knee joint cavity in the control and experimental groups, respectively. Rats were killed at 10 days. The articular cartilage morphology,X-ray and three-dimensional CT images were observed before the execution. Histopathological examination was performed immediately after the execution, and the results were verified by Mankins and OARSI scores.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Compared with the control group, in the experimental group, the limp was obvious, the knee joint swelling on the injection side was obvious, and the hind limbs were unwilling to land. Radiological examination showed that the joint space narrowed obviously, and the value of three-dimensional CT joint space was significantly decreased [(0.680 0±0.016 3)vs.(0.558 0±0.033 9) mm, P < 0.05]. (2) Microscopic examination showed early stage inflammation characteristics at the right knee joint in the experimental group. There were significant differences in the Mankins and OARSI scores (P < 0.05). (3) In summary, early knee osteoarthritis induced by intra-articular injection of papain into the right knee joint of rats can be used in relevant clinical studies, because it provides measurable changes in joint motion, tactile abnormal pain, progressive radiodegeneration and micro-inflammation of articular cartilage, representing the evaluation of osteoarthritis, and providing a basis for studying the pathogenesis of early knee osteoarthritis.

Key words: rat model, early knee osteoarthritis, articular cartilage, papain

中图分类号:

何强，尹宏，代凤雷，张斌，孙欣，曾怿，严一峰. 早期膝骨性关节炎模型大鼠的建立与验证[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(27): 4338-4343.

He Qiang1, Yin Hong2, Dai Fenglei2, Zhang Bin3, Sun Xin2, Zeng Yi3, Yan Yifeng1. Establishment and verification of rat models of early knee osteoarthritis[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2019, 23(27): 4338-4343.

图/表（结果） 2

2.1 实验动物数量分析实验选用Wistar大鼠20只，分为2组，实验过程无脱失，全部进入结果分析。

2.2 给药后一般情况 3次给药后实验组大鼠饮食及活动量减少，明显跛行，注射侧膝关节肿胀明显，后肢不愿着地，体质量明显减轻。对照组大鼠饮食、活动量、体质量均未见明显改变，偶有出现肢体活动障碍及跛行，注射侧膝关节出现轻微肿胀于每次注射后一两天消失。

2.3 大体观察对照组关节软骨呈灰白色，色泽光亮，软骨表面光滑平整，没有关节面裂缝及破损，没有出现软骨下骨质暴露，未见增生，见图1A；实验组软骨呈淡黄白色，色泽暗淡，软骨表面粗糙出现剥脱，有软骨缺损出现

软骨下骨质暴露，有增生出现，见图1B。

2.4 X射线检查及图像观察对照组正位X射线显示膝关节间隙正常，未见狭窄，骨质边缘光滑平整，无骨赘生成，见图2A；实验组正位X射线显示膝关节间隙变窄，骨质边缘毛糙有骨赘形成，见图2B。将大鼠右腿牵拉伸直，拍摄X射线片对比关节间隙，能显示出对照组关节间隙明显大于实验组，且清晰度较高，见图2C。

2.5 三维CT检查及图像观察对照组膝关节CT显示关节间隙清晰正常，未见狭窄，关节骨质边缘光滑平整，见图3A；实验组膝关节CT显示关节间隙变窄明显，有清晰骨赘生成，骨质边缘粗糙不光滑，见图3B。从图3A和3B对比结果可见实验组与对照组相比关节间隙明显变窄，有骨赘生成，关节软骨表面粗糙不光滑。采用 SPSS 25.0统计软件来分析对照组、实验组关节间隙分析结果证明存在统计学意义[(0.680 0±0.016 3)，(0.558 0±0.033 9)mm，P=0.04 < 0.05]。

2.6 组织病理检查取标本苏木精-伊红染色后，于显微镜下观察对照组、实验组右膝关节软骨病变部位细胞，分别以Mankins和OARSI分级评估^[4-6]。对照组大鼠软骨表面平整，染色清晰，软骨各层清楚可辨，潮线连续完整，细胞排列规则，层次清晰，软骨基质染色均匀，细胞核清晰。见图4A；实验组大鼠软骨表面明显粗糙不平整，表层变薄甚至破损，部分区域的细胞核固缩、坏死，钙化层细胞紊乱排列呈簇状，潮线紊乱不连续或消失，细胞排列紊乱，软骨基质染色明显减轻、不均，见图4B。Mankins评分验证了大鼠膝关节骨性关节炎的早期阶段(10 d内)2组间差异有显著性意义(P < 0.05)。以OARSI分级标准验证了大鼠膝关节骨性关节炎的早期阶段(10 d内)2组间差异有显著性意义(P < 0.05)。见表1。

参考文献

[1]Bastick AN ,Belo JN ,Runhaar J ,et al.What are the prognostic factors for imaging progress of knee osteoarthritis .Clin Orthop Relat Res.2015; 473:2969-2989.

[2]Chen N, Wang J, Mucelli A,et al. Electroacupuncture is beneficial for knee osteoarthritis: the evidence from meta-analysis of randomized controlled trials.Am J Chin Med. 2017;45:965-985.

[3]吴清洪,杨朝湘,邹华章,等.猪膝关节早期骨性关节炎模型的建立[J].动物医学进展,2018,39(6):33-37.

[4]Mankin HJ,Dorfman H,Lippillo L,et al.Biochemical and metabolic abnormalities in articular cartilage from osteo-arthritic human hips. J Bone joint Surg(Am).1971; 53(3):523-537.

[5]Pritzker KP, Gay S, Jimenez SA, et al.Osteoarthritis cartilage histopathology: grading and staging.Osteoarthritis Cartilage. 2006;14(10):13-29.

[6]Rutgers M, van Pelt MJP, Dhert WJA,et al.Evaluation of histological scoring systems for tissue-engineered, repaired and osteoarthritic cartilage. Osteoarthritis Cartilage.2010; 18(1):12–23.

[7]Aigner T, Cook JL, Gerwin N, et al. Histopathology atlas of animal model systems—overview of guiding principles. Osteoarthritis Cartilage. 2010;18, Supplement 3:S2-6.

[8]苏睿. 膝关节骨性关节炎治疗进展研究[J].中医临床研究,2016, 8(2): 145-146.

[9]Karsdal MA,Christiansen C,Ladel C,et al.Osteoarthritis-a case for personalized health care? Osteoarthritis Cartilage. 2014;22(1):7-16.

[10]Matthews GL.Disease modification: promising targets and impediments to success. Rheum Dis Clin N Am. 2013;39(1): 177-187.

[11]许蓓,许进.骨关节炎发病机制及治疗进展[J].浙江医学,2017, 39(21) :1833-1835.

[12]尹宏,俞宁,钱卫庆.奇正消痛贴治疗膝骨性关节炎临床疗效观察[J].白求恩军医学院学报,2010,12(6):8.

[13]中华医学会骨科学分会关节外科学组.骨关节炎诊疗指南 (2018年版) [J].中华骨科杂志, 2018, 38(12):705-715.

[14]Lampropoulou-Adamidou K, Lelovas P, Karadimas EV, et al. Useful animal models for the research of osteoarthritis. Eur J Orthop Surg Traumatol.2014;24(3):263-271.

[15]Bendele AM. Animal models of osteoarthritis.J Musculoskelet Neuronal Interact.2001;1(4):363-376.

[16]Poole R, Blake S, Buschmann M, et al. Recommendations for the use of preclinical models in the study and treatment of osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage. 2010;18, Supplement 3:S10-16.

[17]McCoy AM. Animal models of osteoarthritis: comparisons and key considerations. Vet Pathol. 2015;52(5):803-818.

[18]Jimenez PA, Glasson SS, Trubetskoy OV, et al. Spontaneous osteoarthritis in Dunkin Hartley guinea pigs: histologic, radiologic, and biochemical changes. Lab Anim Sci.1997; 47(6):598-601.

[19]Glyn-Jones S, Palmer AJR, Agricola R,et al.Osteoarthritis. Lancet.2015;386(9991):376-387.

[20]Havdrup T, Henricson A, Telhag H. Papain-induced mitosis of chondrocytes in adult joint cartilage: an experimental study in full-grown rabbits. Acta Orthop Scand.1982;53:119-124.

[21]Pritzker KP. Animal models for osteoarthritis: processes, problems and prospects. Ann Rheum Dis. 1994;53(6): 406-420.

[22]Kikuchi T, Sakuta T, Yamaguchi T. Intra-articular injection of collagenase induces experimental osteoarthritis in mature rabbits. Osteoarthr Cartil.1998;6:177-186.

[23]Khan HM, Ashraf M, Hashmi AS, et al. Papain induced progressive degenerative changes in articular cartilage of rat femorotibial joint and its histopathological grading. J Anim Plant Sci. 2013;23(2):350-358.

[24]Braun HJ,Gold GE.Diagnosis of osteoarthritis: imaging. Bone. 2012;51(2):278-288.

[25]Kraus VB, Blanco FJ, Englund M, et al. Call for standardized definitions of osteoarthritis and risk stratification for clinical trials and clinical use. Osteoarthritis Cartilage. 2015;23(8): 1233-1241.

[26]Ferrazzo KL, Osório LB, Ferrazzo VA. CT images of a severe TMJ osteoarthritis and differential diagnosis with other joint disorders. Case Rep Dentistry. 2013;2013:5.

[27]Piscaer TM,Waarsing JH,Kops N,et al.In vivo imaging of cartilage degeneration using μCT-arthrography. Osteoarthritis Cartilage.2008;16(9): 1011-1017.

[28]谢希,高洁生.骨关节炎动物模型研究进展[J].医学综述,2005, 11(1):67-69.

[29]Park J,Lee J,Kim KI,A Pathophysiological Validation of Collagenase II-Induced Biochemical Osteoarthritis Animal Model in Rabbit.Tissue Eng Regen Med.2018;15(4):437-444.

[30]Kuyinu EL,Narayanan G,Nair LS,et al. Animal models of osteoarthritis: classification, update, and measurement of outcomes. J Orthop Surg Res. 2016;11:19.

[31]Murakami K, Nakagawa H, Nishimura K,et al. Changes in peptidergic fiber density in the synovium of mice with collagenase-induced acute arthritis. Can J Physiol Pharmacol. 2015;93(6):435-441.

[32]Kumagai K, Suzuki S,Kanri Y,et al.Spontaneously developed osteoarthritis in the temporomandibular joint in STR/ort mice. Biomed Rep.2015;3(4):453-456.

[33]Staines KA,Poulet B,Wentworth DN,et al. The STR/ort mouse model of spontaneous osteoarthritis—an update. Osteoarthritis Cartilage.2017;25(6):802-808.

[34]Motomura H,Seki S,Shiozawa S,et al. A selective c-Fos/AP-1 inhibitor prevents cartilage destruction and subsequent osteophyte formation. Biochem Biophys Res Commun.2018; 497(2):756-761.

[35]Morse A,McDonald MM,Kelly NH,et al.Mechanical load increases in bone formation via a sclerostin-independent pathway.J Bone Miner Res.2014;29 (11):2456-2467.

[36]Christiansen BA,Guilak F,Lockwood KA,et al.Non-invasive mouse models of post-traumatic osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage. 2015;23(10):1627-1638.

引言

材料方法

1.1 设计随机对照动物观察。

1.2 时间及地点实验于2018年10至12月在南京中医药大学动物实验中心完成。

1.3 材料

1.3.1 实验动物 3-8周龄成年雄性Wistar大鼠20只，由南京市江宁区青龙山动物繁殖场提供，许可证号：SCXK(苏)2017-0001]，体质量(0.29±0.1) kg。20只Wistar大鼠分笼饲养，每笼5只，以玉米芯鼠饲料(购于南京江宁区龙泉饲料经营部)喂养，采取自由饮水饮食。室内环境：温度控制在(23±2)℃；人工光照12 h/d；通风良好，气流量≤0.2 m/s；氨浓度<14 mg/m³；相对湿度50%-65%。实验人员均获得江苏省动物实验资格证。

1.3.2 实验用主要药品及仪器 4%木瓜蛋白酶(上海恒远生物科技有限公司)；X射线机器(型号：GMM OPERA FP)，三维CT(型号：Siemens Ddfintion AS†)，均为南京中医药大学附属南京市中医院影像科提供。

1.4 实验方法

1.4.1 动物分组适应性的喂养1周后，精准称质量，按体质量由小到大顺序进行编号，随机分成2组：对照组10只，体质量(293.30±3.94)g；实验组10只，体质量(294.90±3.28)g。经统计学分析结果差异无显著性意义(P=0.540)，证明分组情况合理。

1.4.2 建立大鼠膝关节骨性关节炎模型

(1)实验组：于实验开始后第1，4，7天注射4%木瓜蛋白酶。大鼠麻醉前禁食12 h，将大鼠按体质量(5 mL/kg)采用体积分数7%的水合氯醛于腹腔注射麻醉，大鼠出现反抗能力减弱即视为麻醉显效，大鼠进入浅麻醉期。麻醉后应注意室内温度值(麻醉后动物体温较低)，使其侧卧身体伸展进行大鼠右膝常规备皮、乙醇消毒，右膝关节屈曲45º，于髌骨下极髌腱外缘处，用注射器将4%木瓜蛋白酶100 µL注入大鼠右膝关节腔，在注射中向髁间窝方向进针有穿透感，达到股骨髁后回撤2 mm进行注射，诱导早期大鼠膝关节骨性关节炎。

(2)对照组：处理方法及注射部位与实验组大鼠相同，利用注射器将同等量生理盐水注射入关节腔。

1.4.3 大鼠滑膜及软骨标本制作实验开始后第10天，将大鼠过量麻醉处死(大鼠心脏注射过量体积分数7%水合氯醛)，处死后的实验大鼠采用10%强力消毒冷溶液完全浸泡10 min，然后将实验大鼠置于超净工作台，选择仰位固定，常规术野消毒。选择右后肢内侧打开右膝关节腔后，由髌骨下缘向上延缓可见有一层平滑光亮呈淡黄色的滑膜组织，完全剥离滑膜组织后以手术刀片完整切下。去除右后肢内侧股骨髁软骨关节面周围软组织，利用软骨的弹性的特点，凿取0.3 cm×0.3 cm关节软骨，凿下的每个关节表面软骨附带少量软骨下骨。分别以PBS反复冲洗干净标本后分别修裁，40 g/L多聚甲醛液固定，梯度乙醇脱水，正丁醇透明，石蜡包埋，切片后，将玻片架中置于60 ℃恒温烘箱中烘烤约5 h放入4 ℃冰箱保存待用。

1.5 主要观察指标 ①2组大鼠用药后一般情况； ②大鼠注射侧膝关节大体观察：打开右膝关节腔，观察关节软骨表面结构；③X射线检查及图像观察：将大鼠麻醉后采取正卧位放置仪器台上，依次将2组大鼠右肢拉直进行右膝正侧位X射线检查，并进行图像对比分析；④三维CT检查及图像观察：将大鼠麻醉后采取正卧位放置仪器台上，依次将2组大鼠进行三维CT检查，并进行图像对比分析；⑤组织病理检查结果及Mankins和OARSI分级评估：将切片脱蜡及水化后，灭活组织切片中的内源性过氧化物酶，进行抗原修复，将所有修复后的切片封闭及抗体孵育后进行苏木精-伊红染色，于显微镜下观察拍照。记录结果分析并进行Mankins和OARSI分级评估。

1.6 统计学分析采用SPSS 25.0软件处理，组间比较进行t 检验。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

膝关节骨性关节炎是当今世界上最常见的关节炎形式之一。此次实验采用木瓜蛋白酶法诱导大鼠早期膝骨性关节炎模型，使用成像技术、组织病理学等多种方法来验证模型的建立，特别加入独特的活体下三维CT成像技术为临床诊疗膝骨性关节炎提供证据。为了提高再现性，减少差异，并在动物模型中标准化评估和报告技术，采用广泛用于研究膝关节骨性关节炎动物模型的Mankin和OARSI评分系统^[7]。

目前对于此类疾病尚无特效药治疗，西医在早期主要使用镇痛药、非类固醇类消炎药、糖皮质激素等效果尚可，但也只能暂时的改善症状、到了晚期不得不选择手术治疗^[8]。由于临床现实与伦理的局限，难以获取人的早期膝关节骨性关节炎实验样本来进行研究。人类症状的发生和疾病之间的差异使得对疾病的准确研究变得困难^[9]。慢性疾病的性质以及人类受试者疾病进展率的显著变异性也提出了挑战^[9-10]。如果没有临床前模型，临床试验中的这些障碍将阻止当前医学在了解和治疗该疾病方面的进展^[11-13]。体内临床前动物模型被用来完成2个主要目标：①研究疾病的发病机制；②研究治疗方式的疗效^[14-15]。此次实验主要针对膝骨性关节炎的临床表现及组织结构改变进行研究。

3.1 采用木瓜蛋白酶诱导大鼠膝骨性关节炎的必要性及优势此次实验选择的Wistar大鼠与大型动物模型相比，具有的一个优势是它们可以快速增长到成熟^[16]；另一个优势是可以形成与人类受试者显著相似的病变^[10-11，17]，进一步提高了它们在治疗和病原学研究中的应用^[18]。目前膝关节骨性关节炎研究中最常用的化合物是碘乙酸钠(MIA)^[19]，而将木瓜蛋白酶用于膝关节骨性关节炎模型的情况越来越少。在作者的研究中，通过关节腔内注射木瓜蛋白酶(一种蛋白水解酶)产生早期的膝关节骨性关节炎模型，机制是木瓜蛋白酶通过影响细胞外基质中的蛋白多糖而损害胶原蛋白的整合^[20]；与其他化学诱导试剂相比优势在于对胶原蛋白和软骨细胞没有直接影响^[21]。已经有报道表明，木瓜蛋白酶也没有损害软骨的再生机制和再生电位，与所施加的剂量成反比^[20，22]。在啮齿动物模型中对木瓜蛋白酶诱导的膝关节骨性关节炎的定量是针对病变的进展而开发的。因此，可以对膝关节骨性关节炎进行评级并评估这些等级中可用的治疗选择。在实验第10天，观察到的软骨病变与人类的早期骨关节炎变化一致^[23]。

3.2 膝骨性关节炎的三维CT成像分析经常用于研究人类膝关节骨性关节炎的成像模式包括X射线、MRI、CT扫描和超声波。传统上，膝关节骨性关节炎在临床上采用放射照片进行评估，以证明关节间隙宽度(JSW)和骨赘形成^[24]。此次实验中应用X射线成像技术结果显示：①对照组正位X射线显示膝关节间隙正常，未见狭窄，骨质边缘光滑平整，无骨赘生成；实验组正位X射线显示膝关节间隙变窄，骨质边缘毛糙有骨赘形成；②将大鼠右腿牵拉伸直，能观察到对照组关节间隙明显大于实验组，且清晰度较高。目前也有一部分实验采用MRI进行研究^[25]，然而很少有采用三维CT扫描，它一种用于研究从2D图像切片重建的3D结构的强大技术^[24]，可视化骨关节的变化。尽管它的应用可能仅限于膝关节骨性关节炎^[26]，但最近三维CT已被用于对软骨下变化进行成像，从而跟踪大鼠的膝关节骨性关节炎进展^[27]。此次实验组采取活体下行三维CT扫描结果显示：①对照组关节软骨表面光滑平整；实验组关节软骨粗糙不光滑，关节间隙变窄；②可以清晰地三维重建关节并精准测量关节间隙距离，使用SPSS 25.0统计软件进行分析，结果证明存在统计学差异(P < 0.05)。

3.3 膝骨性关节炎的组织病理学表现组织病理学是评估动物模型中膝关节骨性关节炎的金标准^[28]。取标本苏木精-伊红染色后，于显微镜下观察对照组、实验组右膝关节软骨病变部位细胞，分别以Mankins评分和OARSI分级评估。2项评估结果均显示差异有显著性意义(P < 0.05)，成功验证了木瓜蛋白酶诱导早期大鼠膝骨性关节炎动物模型。

3.4 展望与不足造模方法很多，但每种方法各有优缺点。手术途径制作的模型，需要经过专门培训的外科医生以及感染风险，以及由于周围组织的各种影响导致不一致的病理状态^[29]，但优势在于高发病率、快速进展，在评估疗法中很有用^[17，30]。关节腔内注造模不足在于诱发的软骨基质分解代谢强烈，病程及组织病理学变化与关节不稳所导致膝关节骨性关节炎差异较大，优势在于造模时间短，受其他因素干预少，主要适用于软骨病变及药物防治的研究^[31]。自然发生的骨关节炎不足在于进展时间长，低发病率，高成本，优势在于是最自然的进展，无需专门培训的人员，不需要专门的设备^[14，32]。转基因模型不足在于低普遍性高成本，由于遗传改变导致混淆症状的可能性，严重程度和发病的可变性，优势在于是自然进展，高发生率，无需专门培训的人员，可评估遗传学对膝关节骨性关节炎发展和治疗^[33-34]。

现阶段的研究还没有发现一种较完美的动物模型，因此研究者需要根据研究的需要，结合各种膝关节骨性关节炎动物模型的特点，选择适合的动物模型。此次实验选择化学诱导法可以快速诱导膝骨关节炎，确保了研究可以在更短的时间内进行同时消除了手术的需要，并避免了某些动物可能的感染问题。然而，诱导模型的一个弱点是它们与人类退行性骨关节炎的自然退行性变化无关^[35]。这类方法的不足之处可以通过非侵入性方法诱导动物模型来解决。非侵入性方法诱导动物模型是一种采用机械压头提供的冲击力导致关节内闭合性骨折，与侵入性模型相比具有的优势：①由机械驱动，通过机械冲击造成伤害，无需任何化学或外科手术干预，因而不会导致动物皮肤破裂；②可以精确地创建损伤，这在传统方法中是不可行的^[36]；③结果具有高度可重复性；④可以给予每只动物的结果精确度；⑤能够去除任何手术干预的伪影，例如研究者的熟练程度和炎症变化或手术本身引起的因素；⑥密切模拟导致创伤后骨关节炎的人体损伤。目前，国内外很少应用非侵入性诱导动物模型来研究膝骨性关节炎，因此采用更大的动物模型及非侵入性诱导动物模型来研究膝骨性关节炎将是下一步的研究目标。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

早期膝骨性关节炎模型大鼠的建立与验证

Establishment and verification of rat models of early knee osteoarthritis

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 2

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	邓桢翰, 黄勇, 肖璐璐, 陈昱霖, 朱伟民, 陆伟, 王大平. 骨形态发生蛋白在关节软骨再生过程中的作用与应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 798-806.
[2]	任文博, 廖远朋. 基于CiteSpace对创伤性骨关节炎研究热点与内容的可视化分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(21): 3374-3381.
[3]	卢明峰, 赵立连, 邢基斯, 何利雷, 许挺, 王昌兵. 前交叉韧带重建后二次关节镜探查关节软骨的转归分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(2): 222-227.
[4]	韩磊, 刘海英, 张浩. 步态周期下各级骨关节炎软骨力学行为的数值分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(18): 2810-2815.
[5]	张胜, 白吉佳, 徐艳萍, 王晓红. 脓毒症心肌功能障碍模型大鼠的构建与评价[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(8): 1249-1253.
[6]	靳少锋, 郑蕊, 杰永生, 陈磊, 綦惠, 孙磊, 舒雄. 真皮脱细胞基质复合骨髓间充质干细胞修复比格犬关节软骨缺损[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(4): 532-537.
[7]	林义才, 吴正远, 罗颖丽, 姚军. 紫檀芪干预人软骨细胞的氧化应激性凋亡[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(32): 5092-5096.
[8]	张斌, 代凤雷, 尹宏, 曾怿, 何强, 钱建吉, 欧先锋. 地黄梓醇干预早期膝骨关节炎大鼠膝关节滑膜组织中炎症相关因子的表达[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(29): 4656-4661.
[9]	张宇, 余城墙, 吴有财, 欧裕福, 韦建勋. 关节软骨的修复与修复失败[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(21): 3387-3393.
[10]	廖建钊, 章晓云, 张璇. 骨性关节炎发生发展中的分子信号通路[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(21): 3394-3400.
[11]	郭江博, 梁婷, 车艳军, 侯俊俊, 杨惠林, 罗宗平. 髋关节软骨高、低负重区微纳结构的力学性质对比[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(20): 3157-3161.
[12]	司雲朋, 高丽兰, 张春秋, 彭宇霖. 含裂纹缺损关节软骨的单轴准静态拉伸性能[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(2): 187-191.
[13]	李凯, 杜玉雪, 高丽兰, 张春秋, 孙东东. 滚压载荷下成年和幼年软骨的棘轮行为[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(14): 2133-2139.
[14]	余绍涌, 刘建航, 章晓云, 徐志为, 谢桂鑫, 吴海波, 张兆剑. 淫羊藿苷治疗骨性关节炎过程中对关节软骨、软骨下骨、滑膜等影响的机制[J]. 中国组织工程研究, 2020, 24(14): 2243-2249.
[15]	李进军，门玉涛，张春秋. 复合载荷条件下运动膝关节软骨的数值分析[J]. 中国组织工程研究, 2019, 23(8): 1208-1213.