Misurazione quantitativa assistita da software dello spessore osseo subcondrale osteoartritico
Summary
Questo articolo metodologico presenta un protocollo di misurazione quantitativa assistito da software per quantificare lo spessore osseo subcondrale istologico nelle articolazioni del ginocchio osteoartritico murino e nelle articolazioni normali del ginocchio come controlli. Questo protocollo è altamente sensibile all’ispessimento sottile ed è adatto per rilevare i primi cambiamenti osteoartritici dell’osso subcondrale.
Abstract
L’ispessimento osseo subcondrale e la sclerosi sono i principali segni distintivi dell’osteoartrite (OA), sia nei modelli animali che negli esseri umani. Attualmente, la gravità dell’ispessimento osseo subcondrale istologico è per lo più determinata da sistemi di classificazione semi-quantitativi basati sulla stima visiva. Questo articolo presenta un protocollo riproducibile e facilmente eseguibile per misurare quantitativamente lo spessore dell’osso subcondrale in un modello murino di OA del ginocchio indotto dalla destabilizzazione del menisco mediale (DMM). Questo protocollo utilizzava il software ImageJ per quantificare lo spessore dell’osso subcondrale su immagini istologiche dopo aver definito una regione di interesse nel condilo femorale mediale e nel plateau tibiale medico in cui l’ispessimento osseo subcondrale di solito si verifica nell’OA del ginocchio indotta da DMM. Le immagini istologiche delle articolazioni del ginocchio con una procedura fittizia sono state utilizzate come controlli. L’analisi statistica ha indicato che il sistema di misurazione quantitativa dell’osso subcondrale di recente sviluppo era altamente riproducibile con basse variabilità intra- e inter-osservatore. I risultati suggeriscono che il nuovo protocollo è più sensibile all’ispessimento osseo subcondrale sottile o lieve rispetto ai sistemi di classificazione visiva ampiamente utilizzati. Questo protocollo è adatto per rilevare cambiamenti osteoartritici subcondrali sia precoci che progressivi dell’osso subcondrale e per valutare l’efficacia in vivo dei trattamenti OA di concerto con la classificazione della cartilagine OA.
Introduction
L’osteoartrite (OA), caratterizzata radiograficamente dal restringimento dello spazio articolare dovuto alla perdita di cartilagine articolare, osteofiti e sclerosi dell’osso subcondrale (SCB), è la forma più comune di artrite1,2. Sebbene il ruolo dell’osso peri-articolare nell’eziologia dell’OA non sia completamente compreso, la formazione di osteofiti e la sclerosi SCB sono generalmente ritenute i risultati del processo patologico piuttosto che fattori causali, ma i cambiamenti nell’architettura / forma ossea peri-articolare e nella biologia possono contribuire allo sviluppo e alla progressione di OA3,4 . Lo sviluppo di un sistema di classificazione OA accurato e facilmente eseguibile, compresa la misurazione SCB, è fondamentale per studi comparativi tra laboratori di ricerca e per valutare l’efficacia di agenti terapeutici progettati per prevenire o attenuare la progressione dell’OA.
SCB è costruito con una sottile piastra ossea a cupola e uno strato sottostante di osso trabecolare. La piastra SCB è la lamella corticale, che giace parallela e immediatamente sotto la cartilagine calcificata. Piccoli rami di vasi arteriosi e venosi, così come i nervi, penetrano attraverso i canali nella piastra SCB, comunicando tra la cartilagine calcificata e l’osso trabecolare. L’osso trabecolare subcondrale contiene vasi sanguigni, nervi sensoriali, midollo osseo ed è più poroso e metabolicamente attivo rispetto alla piastra SCB. Pertanto, SCB esercita funzioni di assorbimento degli urti e di supporto ed è anche importante per l’apporto di nutrienti della cartilagine e il metabolismo nelle articolazioni normali5,6,7,8.
L’ispessimento SCB (in istologia) e la sclerosi (in radiografia) sono i principali tratti distintivi dell’OA e delle aree di ricerca chiave della fisiopatologia dell’OA. La misurazione dell’ispessimento SCB è una componente importante delle valutazioni istologiche della gravità dell’OA. La microradiografia digitale precedentemente riportata per la misurazione della densità minerale SCB dei roditori9 e la misurazione quantitativa SCB basata sulla micro-computergrafia (micro-CT) in modelli di roditori di OA10,11,12,13 hanno migliorato la nostra comprensione della struttura SCB e il ruolo dei cambiamenti SCB nella fisiopatologia OA. L’area e lo spessore SCB sono stati inoltre quantificati con vetrini istologici utilizzando un sofisticato sistema informatico con specifico e costoso software di istomorfometria ossea14. Tuttavia, i sistemi di classificazione OA semi-quantitativi basati su stime visive, tra cui la classificazione di ispessimento SCB, sono attualmente più ampiamente utilizzati della micro-TC perché i sistemi di classificazione sono facili da usare, in particolare per lo screening di numerose immagini istologiche. Tuttavia, la maggior parte dei sistemi di classificazione OA esistenti si concentra principalmente sui cambiamenti della cartilagine15,16,17. Un metodo di classificazione dello spessore SCB osteoartritico ampiamente utilizzato che classifica l’ispessimento SCB come lieve, moderato e grave è in gran parte soggettivo e la sua affidabilità non è stata completamente convalidata15. Un protocollo di misurazione dello spessore SCB osteoartritico passo-passo affidabile e facilmente eseguibile non è completamente sviluppato o non standardizzato.
Questo studio mirava a sviluppare un protocollo riproducibile, sensibile e facilmente eseguibile per misurare quantitativamente lo spessore SCB in un modello murino di OA. I nostri rigorosi test di misurazione e analisi statistica hanno dimostrato che questo protocollo di misurazione quantitativa assistito dal software ImageJ potrebbe quantificare lo spessore SCB nelle articolazioni del ginocchio sia normali che osteoartritiche. Il protocollo di nuova concezione è riproducibile e più sensibile ai lievi cambiamenti SCB rispetto ai sistemi di classificazione visiva ampiamente utilizzati. Può essere utilizzato per rilevare i primi cambiamenti osteoartritici dell’SCB e per valutare l’efficacia in vivo dei trattamenti OA di concerto con la classificazione della cartilagine OA.
Protocol
Representative Results
Discussion
La misurazione dell’ispessimento SCB è una componente importante delle valutazioni istologiche della gravità dell’OA. La maggior parte dei sistemi di classificazione OA esistenti si concentra principalmente sui cambiamenti della cartilagine15,16,17. Un metodo di classificazione dello spessore SCB osteoartritico murino ampiamente utilizzato che classifica l’ispessimento SCB come lieve, moderato e grave è in gran parte soggetti…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dal National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases del National Institutes of Health (NIH) con il numero di premio R01 AR059088, dal Dipartimento della Difesa (DoD) con il numero di premio di ricerca W81XWH-12-1-0304 e dal Mary and Paul Harrington Distinguished Professorship Endowment.
Materials
| Safranin-O | Sigma-Aldrich | S8884 | |
| Fast green | Sigma-Aldrich | F7252 | |
| Hematoxylin | Sigma-Aldrich | GHS216 | |
| Eosin | Sigma-Aldrich | E4382 | |
| illustrator | Adobe | Not applicable |
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