条件性基因敲除方法研究内源性BMP2在小鼠骨折愈合中的生物学作用

第一章优化小鼠骨折模型的建立、评价及骨折愈合特点分析 目的：探讨优化小鼠骨折模型的建立,并对其效果进行综合评价分析,初步研究两种改良的小鼠骨折模型的骨折愈合特点。 方法：在无菌操作下对C57BL/6野生型小鼠行单侧开放性胫骨骨干横形骨折髓内针固定术或单侧闭合性股骨骨干横形骨折髓内针固定术。术后连续观察小鼠35天,通过在术后第4、7、10、14、21、28天、35天收取骨折部位标本进行X线、micro-CT、组织形态计量学分析,并连续观察小鼠平均体重值、活动能力及步态变化,将上述两种骨折模型效果及愈合特点进行比较。 结果： 1.开放性胫骨骨干横形骨折模型单批建立成功率为94.2%,闭合性股骨骨干横形骨折模型单批建立成功率为80.0%。术后第14天及28天,骨折线模糊程度在胫骨骨折组小鼠和股骨骨折组小鼠之间有显著差异(p<0.05)。 2.胫骨骨折组小鼠骨性骨痂体积百分比及骨连接密度在术后第10、14、21及28天均显著高于股骨骨折组小鼠(p<0.05)。 3.术后第7天,胫骨骨折组小鼠软骨骨痂面积百分比显著高于股骨骨折组小鼠；术后第10、14、21、28天,胫骨骨折组小鼠骨性骨痂面积百分比显著高于股骨骨折组小鼠(p<0.05)。 4.胫骨骨折组小鼠和股骨骨折组小鼠的软骨骨痂面积百分比分别在术后第7天和第10天到达峰值。 5.术后胫骨骨折组小鼠在体重、活动能力及步态恢复均快于股骨骨折组小鼠。 结论：改良的小鼠开放性胫骨骨干横形骨折髓内针固定模型是一种较为理想的小鼠骨折模型。 第二章细胞特异性Bmp2条件性基因敲除小鼠骨骼生理特点研究 目的：评估成骨细胞或软骨细胞特异性Bmp2基因敲除小鼠作为骨折愈合相关实验研究动物平台的可行性及可靠性。 方法：通过将Collal-Cre;Bmp2fx/fx或Col2al-Cre;Bmp2fx/fx与Bmp2fx/fx小鼠交配获得成骨细胞或软骨细胞特异性Bmp2基因敲除小鼠。通过收取多部位骨组织标本进行X线、micro-CT、组织形态计量学及mRNA表达分析,并连续观察小鼠平均体重值,将上述两种小鼠与Cre阴性对照组小鼠在2周龄、1月龄及2月龄进行骨相关生理学特点比较。 结果： 1.2周龄时,软骨细胞特异性Bmp2条件性基因敲除小鼠平均体重值显著低于其它两组小鼠(p<0.05)。 2.成骨细胞特异性Bmp2条件性基因敲除小鼠在各时间点均出现短尾卷曲畸形,而软骨细胞特异性Bmp2条件性基因敲除小鼠体型在2周龄时显著小于Cre阴性对照组小鼠。 3.2周龄及1月龄时,软骨细胞特异性条件性Bmp2基因敲除小鼠在骨量及骨密度均显著低于Cre阴性对照组小鼠(p<0.05),而在2月龄时仅稍低于对照组小鼠。 4.三组小鼠骨标本在组织形态计量学分析与Cre阴性对照组小鼠未见显著差异。 5.肋软骨组织中,Sox9在软骨细胞特异性Bmp2条件性基因敲除小鼠2周龄时较Cre阴性对照组小鼠显著增高, Col2a1及ColX的表达水平则显著低于Cre阴性对照组小鼠(p<0.05)。 结论：各组小鼠在2月龄时的骨生理学特征已非常相似,具有进行骨折相关研究的可行性及可靠性。 第三章内源性BMP2在小鼠骨折愈合中的生物学作用 目的：研究小鼠骨折愈合过程内源性BMP2在软骨性骨痂或骨性骨痂中的生物学作用及其发挥作用的具体细胞群与时相。 方法：通过以成骨细胞、软骨细胞特异性Bmp2基因敲除小鼠及Cre阴性对照组小鼠为平台,建立开放性胫骨骨干横形骨折髓内针固定模型。通过在术后第7、10、14、21、28天收取骨折部位标本进行X线、micro-CT、组织形态计量学、生物扭力学及骨痂mRNA表达分析,将上述三组小鼠的骨折愈合特点进行比较。 结果： 1.术后第14天及28天,骨折线模糊程度在软骨细胞特异性Bmp2基因敲除小鼠与Cre阴性对照组小鼠之间有显著差异。 2.软骨细胞特异性Bmp2基因敲除小鼠骨性骨痂体积百分比及骨连接密度在术后第7、10、14、21天较Cre阴性对照组小鼠均显著降低(p<0.05)。 3.术后第10、14、21天,软骨细胞特异性Bmp2基因敲除小鼠软骨骨痂面积百分比显著大于Cre阴性对照组小鼠,骨性骨痂面积百分比则显著小于Cre阴性对照组小鼠(p<0.05)。 4.在术后第10、14、21天,软骨细胞特异性Bmp2基因敲除小鼠的最大扭力值、硬度及强度值均显著小于Cre阴性对照组小鼠(p<0.05)。 5.Sox9在软骨细胞特异性Bmp2基因敲除小鼠术后第10、14天显著高于Cre阴性对照组小鼠,Col2a1及ColX的表达水平于术后第7、10天显著低于而在术后第14天显著高于Cre阴性对照组小鼠(p<0.05)。 结论：软骨细胞内源性BMP2的表达在骨折愈合过程早期软骨骨痂成熟阶段具有决定性作用。