“手风琴”技术与去铁胺促进牵张成骨区骨再生效果的实验研究

目的比较牵张成骨(distraction osteogenesis,DO)矿化期给予牵张区灌注低氧诱导药物去铁胺(deferoxamine,DFO)和“手风琴”技术(accordion technique,AT)循环应力,激活缺氧诱导因子1α(hypoxiainducible factor 1α,HIF-1α)/VEGF信号通路,促进骨再生与重建的效果。方法取45只SPF级成年雄性SD大鼠,随机分为对照组、DFO组及AT组,每组15只。首先,所有大鼠截骨建立右侧股骨DO模型,截骨5 d后开始持续牵拉延长10 d;牵张完成后在矿化期内,对照组不作干预,DFO组于矿化第3周开始牵张区局部灌注DFO,AT组于矿化第3周开始给予循环应力刺激。观察各组大鼠一般情况;于牵张期结束及矿化第2、4、6周摄X线片,观察牵张区钙化情况;矿化第4、6周,取外周血行ELISA检测HIF-1α、VEGF、CD31及成骨相关转录因子(Osterix)表达,取股骨标本行大体观察以及组织学(HE染色)及免疫组织化学染色[HIF-1α、VEGF、骨桥蛋白(osteopontin,OPN)、骨钙素(osteocalcin,OCN)]观测;矿化第6周,取股骨标本行Micro-CT扫描,观测牵张区新生骨骨密度(bone mineral density,BMD)、骨体积/组织体积(bone volume/tissue volume,BV/TV)、骨小梁疏密度(trabecular separation,Tb.Sp)、骨小梁数量(trabecular number,Tb.N)及骨小梁厚度(trabecular thickness,Tb.Th),以及生物力学测试极限载荷、弹性模量、断裂能量及刚度,检测牵张区骨再生情况。结果术后3组大鼠均存活至实验完成。ELISA检测示,矿化第4、6周AT组血清中HIF-1α、VEGF、CD31及Osterix含量均高于DFO组和对照组(P<0.05)。大体观察、X线片、Micro-CT及生物力学试验示,DFO组和AT组股骨牵张区内骨形成显著优于对照组,且AT组髓腔实现完全再通,AT组牵张区新生骨BMD、BV/TV、Tb.Sp、Tb.N、Tb.Th以及极限载荷、弹性模量、断裂能量、刚度均优于DFO组、对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。HE染色示AT组牵张区骨小梁形成、成熟程度优于DFO组、对照组。免疫组织化学染色示,矿化第4周AT组牵张区HIF-1α、VEGF、OCN、OPN表达量均高于DFO组、对照组,差异有统计学意义(P<0.05);而矿化第6周时,AT组上述指标均低于DFO组、对照组,但组间差异均无统计学意义(P>0.05)。结论DO矿化中期于牵张区局部持续灌注DFO或采用AT循环应力刺激均可激活HIF-1α/VEGF信号通路,但后者加速成血管-成骨耦联作用及骨重建效果优于前者。