骨缺损动物模型构建服务简介

1. 模型模拟疾病介绍

骨缺损（Bone Defect）是指由创伤、感染、肿瘤切除或先天性疾病导致的骨组织连续性中断或结构性缺失，其修复过程涉及复杂的成骨-破骨细胞动态平衡及生物力学微环境重建[1]。发病机制核心为局部血供障碍、炎症因子（如IL-1β、TNF-α）过度释放及间充质干细胞（MSCs）成骨分化能力受损[2]。全球每年因严重创伤或骨科手术导致的临界尺寸骨缺损病例超200万例，骨质疏松患者中约15%会发展为难愈性骨缺损[3]。典型临床表现包括患处畸形、功能障碍及病理性骨折风险增高。

既往研究证实，骨缺损修复效率与血管化程度（如HIF-1α/VEGF通路激活[4]）、支架材料生物相容性（如β-磷酸三钙支架[5]）及生长因子递送系统（如BMP-2缓释微球[6]）显著相关。通过构建大鼠股骨临界尺寸缺损（CSD）或兔桡骨节段性缺损模型，可有效模拟人类骨缺损的病理微环境，此类模型已广泛应用于骨组织工程（如3D打印仿生支架测试）、基因治疗（如shRNA抑制SOST基因[7]）及药物评价（如甲状旁腺素类似物[8]）等研究领域。

相关疾病: 骨质疏松症（Osteoporosis）;骨肿瘤（Bone Tumors）; 骨髓炎（Osteomyelitis）;骨坏死（Osteonecrosis）; 骨纤维异常增殖症（Fibrous Dysplasia of Bone）;创伤性骨不连（Traumatic Nonunion Fractures）;类风湿性关节炎（Rheumatoid Arthritis, RA）;糖尿病性骨病（Diabetic Osteopathy）

2. 模型概述

l 普通浏览介绍：

如耀生物采用临界尺寸骨缺损（Critical-Sized Defect, CSD）标准化构建技术与生物材料复合移植（如3D打印支架/BMP-2缓释系统）两大核心方法，精准建立骨缺损动物模型，高度还原人类骨缺损的病理微环境与修复障碍特征。该模型可广泛应用于骨组织工程材料测试、促骨再生药物开发、基因治疗评估及创伤/肿瘤继发骨缺损机制研究，为骨科再生医学领域提供高效临床前研究平台。

l 专业模型介绍：

骨缺损（Bone Defect）动物模型采用临界尺寸骨缺损（Critical-Sized Defect, CSD）标准化构建技术与生物活性材料复合修复（如β-磷酸三钙支架/BMP-2缓释系统）两大核心技术，为研究骨缺损的再生机制和治疗策略提供精准实验平台。该模型通过外科手术在目标骨位点（如SD大鼠股骨或新西兰兔桡骨）精确创建5-8mm的临界尺寸缺损，并植入复合生物材料（如负载BMP-2的3D打印羟基磷灰石支架），辅以术后系统性促骨形成干预（如甲状旁腺素类似物20μg/kg，每周3次），在4-8周内成功诱导骨缺损修复障碍，成模率>90%。同时，通过局部注射炎症诱导剂（如LPS 1mg/mL）可模拟感染性骨缺损的病理微环境，21天内形成典型的骨吸收陷窝和纤维化组织填充，成功率85-95%。

该模型高度复现了临床骨缺损的核心病理特征：Micro-CT定量分析显示骨体积分数（BV/TV）降低>50%，骨小梁数量（Tb.N）减少70%以上；组织学检测（Goldner三色染色）证实缺损区纤维组织占比>40%，成骨细胞活性（ALP染色阳性率）下降60%；分子水平检测证实炎症因子（IL-1β、TNF-α）表达上调3-5倍，而成骨标志物（Runx2、Osterix）和血管生成因子（VEGF、CD31）表达显著抑制。研究人员利用该模型重点探究骨缺损相关的血管化障碍、炎症-成骨偶联失调及生物材料整合机制，为开发新型治疗策略（如干细胞-支架复合物、基因修饰的Exosome递送系统及力学刺激装置）提供高度可靠的临床前研究体系。

在标准化模型构建过程中，我们严格把控手术规范（精确缺损定位、无菌操作）、术后管理（镇痛护理、抗感染预防）和质量控制（每周X光监测骨痂形成），确保实验数据的可重复性。该模型系统不仅适用于基础机制研究（如Wnt/β-catenin信号在骨再生中的作用），还可用于骨替代材料生物相容性测试、促骨生长药物评价及个体化再生方案优化，为临床骨缺损治疗提供转化研究支撑。

图１大鼠胫骨骨缺损模型克氏针固定

doi:10.3969./j.issn.1006-6179.2025.01.002

l服务亮点/较同行的特长：

1. 标准化建模体系：严格遵循ISO手术规范，提供可重复的临界尺寸骨缺损模型，支持Micro-CT、组织学及分子生物学多维度验证

2. 转化研究支持：适配临床需求，可定制感染性/肿瘤性等复杂骨缺损模型，并联合3D打印支架、基因编辑等前沿技术开展机制与治疗研究

3. 典型应用(Use Cases)

1. 骨修复材料生物相容性评价：

如：3D打印β-磷酸三钙支架植入兔桡骨缺损模型8周后，Micro-CT显示骨体积分数（BV/TV）提升至45%，显著高于空白对照组（22%）（详见参考[9]）

2. 促骨再生药物药效验证：

如：BMP-2缓释微球（10 μg/kg）局部注射至大鼠股骨缺损模型，4周后组织学检测显示新生骨小梁面积增加60%，ALP活性上调3倍（详见参考[10]）

3. 感染性骨缺损治疗评估：

如：万古霉素负载水凝胶联合清创术在金黄色葡萄球菌诱导的兔胫骨感染模型中，2周后细菌载量下降99%，炎症因子IL-1β表达降低70%（详见参考[11]）

4. 基因治疗载体效率测试：

如：AAV-shRNA-SOST局部注射至骨质疏松大鼠骨缺损区，8周后Micro-CT显示骨密度（BMD）提高35%，缺损闭合率提升50%（详见参考[12]）

5. 肿瘤术后骨缺损修复研究：

如：载药（顺铂）骨水泥填充骨肉瘤切除后兔股骨缺损，6周内无肿瘤复发，且新生血管密度提高40%（详见参考[13]）

6. 力学刺激对骨再生的影响：

如：动态力学加载装置联合干细胞移植在大鼠胫骨缺损模型中，4周后生物力学测试显示抗弯强度提升80%（详见参考[14]）

7. 血管化骨再生机制研究：

如：VEGF过表达MSCs复合支架植入临界尺寸缺损后，CD31免疫组化显示血管密度提高2.5倍，成骨速率加快50%（详见参考[15]）

4. 工作流程速览

模型构建阶段

l动物准备：

a. 常规动物模型：SD大鼠（12-14周龄，雄性，体重300±20g，SPF级）；

b. 大动物模型：新西兰兔（6-8月龄，体重2.5±0.3kg，普通级）

术前处理：禁食12小时（自由饮水），麻醉前30分钟皮下注射阿托品（0.05mg/kg）减少呼吸道分泌物，尾静脉留置针建立输液通路（生理盐水10mL/kg/h）

l临界尺寸骨缺损（CSD）模型（大鼠股骨）

1. 麻醉与体位：异氟烷吸入麻醉（诱导5%，维持2%），侧卧位固定，术肢剃毛（股外侧区域）

2. 手术步骤：切口与暴露：股外侧纵切口1.5cm，钝性分离肌间隙，骨膜剥离器暴露股骨中段（避开转子下1cm）；缺损制备：低速牙科钻（0.8mm钻头，转速3000rpm）制备5mm全层缺损，生理盐水冲洗降温，骨蜡封闭髓腔两端止血

干预组处理：

a. 空白组：直接缝合

b. 支架组：植入预制的β-TCP支架（直径5mm×5mm）

c. 药物组：支架+局部注射BMP-2（10μg溶于50μL PBS）

3.术后处理：逐层缝合筋膜与皮肤，术后48小时内布托啡诺（1mg/kg）镇痛

l感染性骨缺损模型（兔胫骨）

1.病原体接种：术前24小时制备金黄色葡萄球菌（ATCC 29213）悬液（1×10^6 CFU/10μL）

2.手术改良：胫骨中段钻孔（4mm）后注入菌液，明胶海绵填塞延迟缝合（模拟临床开放感染）

3.抗感染监测：术后每日体温监测，D3/D7采血培养

l 骨肿瘤切除缺损模型（大鼠桡骨）

1.肿瘤植入：D-14：桡骨远端注射UMR-106骨肉瘤细胞（5×10^5/10μL）

2.根治性切除：D0：切除肿瘤累及骨段（约8mm），残端髓腔电灼灭活

3.重建方案：3D打印钛合金假体植入组 vs 自体腓骨移植组

药效研究：

l影像学评估：Micro-CT（每周1次）：参数：BV/TV（%）、Tb.Th（μm）、孔隙率，扫描分辨率：10μm（大鼠），20μm（兔）

l分子生物学检测：qPCR（终点取材）：成骨基因：Runx2、Osterix、Col1a1；炎症因子：IL-6、TNF-α、IL-1β

l生物力学测试三点弯曲试验：跨距15mm（大鼠股骨），加载速率1mm/min，记录**载荷（N）、刚度（N/mm）

l组织病理学染色方案：

HE：炎症评分（0-4级）

Masson：胶原面积占比（ImageJ量化）

TRAP：破骨细胞计数/HPF

l质量控制标准手术成功率：

术中死亡率<5%（麻醉相关）

术后感染率<10%（严格无菌操作）

l模型有效性：

空白组D28缺损区自发愈合<10%（确认临界尺寸）

感染组D7细菌载量>10^4 CFU/g骨组织

终点检测

工作过程流程图

l模型验证

doi:10.3969./j.issn.1006-6179.2025.01.002

图2 大鼠胫骨骨缺损部位14d组织染色（×100）    图3大鼠胫骨骨缺损部位28ｄ组织染色（×100）

5. 交付成果(Deliverables)

1) 动物基本信息与模型建立数据

(1)动物基础信息：品系（如SD大鼠/C57BL6小鼠）、周龄、性别、体重变化曲线（术前/术后/终点）(2) 建模关键参数：手术成功率（%）、死亡率（%）、缺损尺寸（长×宽×深，mm）及定位（如股骨中段）、成模率（符合预设标准比例，如Micro-CT显示BV/TV<15%）

(3)原始数据表：个体动物编号对应手术日期、干预方式、观测时间点

2) 组织学分析结果

(1) H&E染色切片：全视野扫描图像（20×/40×，TIFF格式，含标尺）、病理注释（新生骨/纤维组织/炎症区域占比评分）

(2) Masson三色染色（胶原沉积面积%，ImageJ定量数据）

(3) TRAP染色（破骨细胞计数/HPF，标注热点区域）

3) 分子与影像学数据

(1) 免疫组化（IHC）：成骨标志物（Runx2、Osterix）阳性细胞密度（个/mm²）、炎症/血管化指标（CD68、CD31）染色图及定量热图

(2) Micro-CT三维重建：原始DICOM文件 + 三维渲染图（冠状/矢状/横断面）

(3) 定量报告（BV/TV、Tb.Th、Tb.Sp等，Excel格式）

4) 功能学检测报告

(1)生物力学测试：三点弯曲试验原始曲线（载荷-位移）、刚度与**载荷（N）

(2) 血清ELISA数据：PINP、CTX-I、IL-6浓度（pg/mL，含标准曲线）

5) 项目总结报告（PDF）

核心内容：实验设计流程图（含时间轴）、关键结果图表（统计显著性标注，*p<0.05）、讨论与结论（与临床转化的关联性分析）

附录：原始数据表（体重、影像学参数、分子检测值）、参考文献（APA格式，重点标注模型构建方法来源）

6.时间线和价格(Timeline & Pricing)

30-40天，价格面议

7. 快速下单(Get Started)

扫码填写需求表，或直接联系我们：技术顾问：13780009482 | bioslu@163.com （此文档仅作宣传，详细技术协议与质控指标可按需定制）

参考文献：

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