目的 为了加速长骨牵张成骨(DO)过程中新骨的形成、矿化及塑型改建,将具有特异性促进成骨分化及矿化的NELL1因子应用于大鼠股骨牵张成骨模型,通过创新性的外固定架设计及动态Micro-CT观察,研究NELL1因子对股骨牵张成骨的影响,从而为治疗四肢大段骨缺损寻找一种快速有效的方法。
    方法 取30只SD大鼠应用自行研制的DO 外固定架系统制备股骨DO 模型,自术后第8天开始以0.25mm/12h的速度延长14天,共延长7mm。术后14天在骨延长局部注射自行构建的同时携有绿色荧光蛋白(GFP)报告基因和NELL1基因的重组腺病毒载体Ad-GFP-NELL1,并设Ad-GFP和生理盐水为对照组;术后分期行X线及活体Micro-CT 检查,于术后56天处死后取材行生物力学、组织学及免疫组化检测。
    结果 Ad-GFP-NELL1局部应用于大鼠DO 模型,注射后14天可见延长区NELL1蛋白表达。X线片显示,术后56天,Ad-GFP-NELL1组9只延长区均达到骨性愈合,两对照组分别为4只、5只。Micro-CT数据显示:巩固后期Ad-GFP-NELL1组骨痂增速减缓,到术后56天,骨体积分数(BVF)、矿化组织密度(BMD)均低于两对照组。而Micro-CT 三维重建显示:到巩固期后期,Ad-GFP-NELL1组生成的骨痂以皮质骨为主,松质骨较少,骨髓腔贯通,形成了类似长骨管状骨的结构,两对照组形成了较多的骨痂,以松质骨为主,改建较差。组织学切片显示:两对照组延长区中央于术后56天仍有软骨组织结构,而Ad-GFP-NELL1组未见明显软骨组织存留,均为骨痂结构。免疫组化结果显示:3 组RUNX2、BMP2、BMP7 表达无明显差异,Ad-GFPNELL1组骨钙素及骨桥蛋白表达高于两对照组。生物力学测试显示Ad-GFP-NELL1组明显优于两对照组,与正常股骨的抗扭强度相当。
    结论 ①在大鼠股骨DO 延长结束后应用可透X线的高分子材料固定牵引针可以获得稳定的固定并便于采用Micro-CT活体动态观察及评价DO 过程中新骨的形成;②NELL1具有促进股骨DO过程中皮质骨生成的作用。在DO 的环境下,NELL1与已应用于临床的BMPs相比,并不是单纯的促进局部新骨形成的量,而是促进缺损局部新骨的形成及骨痂的矿化、改建,形成较少但结构及生物力学强度更佳类似于长骨管状骨结构的骨痂结构,从而加速DO 的骨愈合。