小鼠臨界尺寸顱骨缺損模型(critical-size calvarial defects)是骨再生、骨修復材料及生長因子治療研究中經典、應用廣泛的體內動物模型。臨界尺寸缺損定義為:動物自身無法通過生理性骨修復愈合、終生無法自主閉合的骨缺損尺寸,可排除自身修復干擾,精準評價外源藥物、細胞、支架材料及生長因子的骨再生促進效果。
一、模型基本參數
常規采用6–8周齡C57BL/6小鼠,顱骨正中頂骨區域制備圓形全層骨缺損。小鼠顱骨臨界缺損的標準直徑為3.0–4.0 mm。該尺寸下,小鼠自身骨再生能力無法填補缺損區域,術后8–12周仍存在明顯骨缺損空腔,是評價骨修復療效的標準模型尺寸。
二、模型造模原理
小鼠顱骨骨板薄、血供相對有限、成骨潛能較低,超大臨界尺寸缺損會破壞局部骨膜成骨體系,阻斷內源成骨細胞的遷移與增殖。在無外源性干預條件下,缺損區域僅形成纖維結締組織填充,無法完成骨重塑與骨再生,能夠客觀、真實地反映各類治療手段的骨修復效能,廣泛應用于BMP-2、PDGF-BB等生長因子、免疫調控制劑及組織工程支架的體內藥效驗證。
三、適用研究方向
該模型主要用于驗證:生長因子介導的骨再生修復效果、炎癥微環境對骨修復的抑制作用、免疫調控(巨噬細胞/白介素信號調控)改善骨缺損修復、新型生物材料的骨誘導能力等,適配IL-1受體拮抗、炎癥微環境調控聯合生長因子治療的相關機制與療效研究。
四、模型優勢
造模操作簡單、創傷小、小鼠存活率高、重復性好;缺損自愈率極低,實驗陰性對照穩定;能夠同時檢測骨新生量、骨密度、炎癥浸潤水平,可結合免疫組化、流式細胞術、Micro-CT掃描等多維度指標評價修復效果,是骨再生領域的標準體內評價模型。
骨再生、骨修復模型中,如何研究巨噬細胞的功能? 一個重要的手段就是建立疾病模型,體內給藥使用荷蘭Liposoma的巨噬細胞清除劑氯膦酸鹽脂質體ClodronateLiposomes & Control Liposomes。

氯膦酸鹽脂質體清除小鼠顱骨缺損模型巨噬細胞實驗方案
顱骨缺損模型
用于手術的小鼠為10至12周齡。用異氟烷麻醉小鼠,并剃除頭頂毛發。行縱向切口以暴露顱骨,并通過牽開軟組織暴露骨組織。使用鉆頭在顱骨矢狀縫兩側的頂骨上各制造一個顱骨開窗缺損(直徑4.5 mm)。缺損用生理鹽水沖洗后,用聚合在硬腦膜上方的纖維蛋白基質覆蓋[每缺損40 μl,含纖維蛋白原(14 mg/ml;Enzyme Research Laboratories)、牛凝血酶(4 U/ml;Sigma-Aldrich)、5 mM CaCl?和抑肽酶(25 μg/ml;Roche)]。在特定實驗條件下,基質中還添加了1 μg生長因子及IL-1Ra變體。隨后,用縫線閉合軟組織。作為鎮痛藥,小鼠接受皮下注射麻醉試劑(0.1 mg/kg)。術后8周處死小鼠,并通過顯微計算機斷層掃描(microCT)對顱骨進行分析。
巨噬細胞清除
手術前1天,向C57BL/6小鼠(10至12周齡)靜脈注射200 μl氯膦酸鹽脂質體(5 mg/ml)或空脂質體(Liposoma)。此后每2天腹腔注射200 μl氯膦酸鹽脂質體或空脂質體一次,直至第6天。取小鼠脾臟并碾碎,用紅細胞裂解液[氯化銨(8.3 g/L)和10 mM Tris-HCl,溶于蒸餾水]裂解紅細胞。通過將脾細胞重懸于含TruStain FcX抗CD16/32(1 μg/ml;克隆號93,BioLegend)抗體(用于阻斷非特異性結合)和1:500稀釋的Zombie Aqua(BioLegend,溶于PBS)的溶液中進行巨噬細胞耗竭驗證。隨后,脾細胞用以下抗體進行標記:抗CD11b PE(1 μg/ml;克隆號M1/70,BioLegend)、抗Ly6G BV421(1 μg/ml;克隆號1A8,BioLegend)以及生物素化抗F4/80(3 μg/ml;克隆號REA126,Miltenyi Biotech),后者與溶于流式細胞術緩沖液(含1% BSA和5 mM EDTA的PBS)中的鏈霉親和素APC/Fire 750(0.4 μg/ml;BioLegend)結合。樣本在BD FACS Fortessa X20流式細胞儀上采集,并使用FlowJo軟件(TreeStar Inc.)進行分析。
巨噬細胞清除效果評價
用氯膦酸鹽脂質體耗竭巨噬細胞。(A和B) 在顱骨手術前2天,向野生型小鼠注射氯膦酸鹽脂質體或對照脂質體(7 mg/ml,200 µl)。在手術前即刻以及之后每2天(直至第6天)額外注射100 µl氯膦酸鹽脂質體或空脂質體。圖A展示代表性的流式細胞術圖,圖B展示第6天從脾臟中收集的Ly6G?、F4/80?細胞的百分比。氯膦酸鹽脂質體耗竭了約80%的巨噬細胞。
