小鼠植入物相关金黄色葡萄球菌感染模型中骨丢失、骨膜骨形成及新型组织病理学变化的量化

植入物相关骨感染涉及病原刺激与宿主细胞反应之间复杂的相互作用，然而，对临床前模型的分析通常依赖于定性或半定量指标。我们的目标是建立一个定量评估框架，以界定临床前植入物感染模型中的宿主—病原关系。将金黄色葡萄球菌包被的不锈钢植入物经皮质横向植入小鼠胫骨，并通过体内微型CT对骨变化进行纵向记录。我们开发了一套自动化分割任务流程，用于独立分离并量化皮质骨、骨膜反应性骨以及松质骨区室。采用RGB三色组织形态计量法定量评估骨基质完整性、骨细胞陷窝几何形态及破骨细胞活性。采用微滴数字PCR测定细菌和宿主基因组拷贝数的绝对值。 感染植入物导致松质骨体积分数、骨小梁数目和骨矿物质密度（BMD）显著降低，同时伴随皮质骨体积分数下降和皮质孔隙率升高，并出现骨膜骨体积分数显著增加。组织学上，感染骨表现出侵蚀表面增加，提示破骨细胞吸收增强；同时可见广泛的骨基质降解，以及骨细胞陷窝向圆形化发展的病理性重塑，这与骨细胞性骨溶解反应相一致。感染诱导的皮质骨结构变化主要与宿主细胞负荷而非细菌负荷相关；然而，皮质骨BMD与细菌∶宿主基因组比值呈负相关。该多维度定量框架揭示了植入物相关感染对松质骨、皮质骨和骨膜骨区室，以及骨基质、骨细胞和破骨细胞群体的不同病理生物学效应，这与人类患者中的相关报道一致，提示主要病理变化是由宿主骨细胞对感染的反应所驱动。

植入物相关骨感染涉及病原刺激与宿主细胞反应之间复杂的相互作用，然而，对临床前模型的分析通常依赖于定性或半定量指标。我们的目标是建立一个定量评估框架，以界定临床前植入物感染模型中的宿主—病原体关系。将金黄色葡萄球菌包被的不锈钢植入物经皮质横向植入小鼠胫骨内，并通过体内微型CT对骨变化进行纵向记录。我们开发了一套自动分割任务流程，用于独立分离并定量分析皮质骨、骨膜反应性骨以及松质骨区室。采用RGB三色组织形态计量法定量评估骨基质完整性、骨细胞陷窝几何形态及破骨细胞活性。采用微滴数字PCR测定细菌和宿主基因组拷贝数的绝对值。感染植入物导致松质骨骨体积分数、骨小梁数量及骨矿物质密度（BMD）显著降低，同时伴随皮质骨骨体积分数下降和皮质骨孔隙率增加，并出现骨膜骨体积分数显著升高。组织学上，感染骨表现出侵蚀表面增加，提示破骨细胞吸收增强；广泛的骨基质降解，以及骨细胞陷窝向圆形化发展的病理性重塑，这与骨细胞性骨溶解反应相一致。感染诱导的皮质骨结构变化主要与宿主细胞负荷而非细菌负荷相关；然而，皮质骨BMD与细菌/宿主基因组比值呈负相关。这一多维度定量框架揭示了植入物相关感染对松质骨、皮质骨和骨膜骨区室、骨基质以及骨细胞和破骨细胞群体的不同病理生物学影响，这与人类患者中的报道一致，提示主要病理变化是由宿主骨细胞对感染的反应所驱动的。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.05.742940v1?rss=1

🏷️ 植入物相关感染 金黄色葡萄球菌 骨丢失 微型CT 组织形态计量 骨重塑