软件辅助骨关节炎软骨下骨厚度的定量测量
Summary
本方法论文章提出了一种软件辅助定量测量方案，用于量化小鼠骨关节炎膝关节和正常膝关节的组织学软骨下骨厚度作为对照。该方案对细微增厚高度敏感，适用于检测早期骨关节炎软骨下骨变化。
Abstract
软骨下骨增厚和硬化是骨关节炎（OA）的主要标志，无论是在动物模型中还是在人类中。目前，组织学软骨下骨增厚的严重程度主要由基于视觉估计的半定量分级系统确定。本文提出了一种可重复且易于执行的方案，用于定量测量由内侧半月板（DMM）不稳定诱导的膝关节OA小鼠模型中的软骨下骨厚度。该协议利用ImageJ软件在定义股骨内侧髁和内侧胫骨平台的感兴趣区域后，量化组织学图像上的软骨下骨厚度，其中软骨下骨增厚通常发生在DMM诱导的膝关节OA中。使用假手术的膝关节的组织学图像作为对照。统计分析表明，新开发的定量软骨下骨测量系统具有高度的可重复性，观察者和观察者之间的变异性较低。结果表明，与广泛使用的视觉分级系统相比，新方案对细微或轻度软骨下骨增厚更敏感。该协议适用于检测早期和进展的骨关节炎软骨下骨变化，并用于评估OA治疗与OA软骨分级的 体内 疗效。
Introduction
骨关节炎 （OA） 是关节炎最常见的形式，其放射学特征是关节软骨、骨赘和软骨下 （SCB） 硬化症导致关节间隙变窄1，2。虽然关节周围骨在OA病因中的作用尚不完全清楚，但骨赘形成和SCB硬化通常被认为是疾病过程的结果而不是致病因素，但关节周围骨骼结构/形状和生物学的变化可能有助于OA的发展和进展3，4.开发准确且易于执行的OA分级系统，包括SCB测量，对于研究实验室之间的比较研究以及评估旨在预防或减弱OA进展的治疗剂的功效至关重要。
SCB由薄圆顶状骨板和下层小梁骨组成。SCB板是皮质薄片，与钙化软骨平行并紧挨着钙化软骨下方。动脉和静脉血管的小分支以及神经穿透SCB板中的通道，在钙化软骨和小梁骨之间相通。软骨下小梁骨含有血管，感觉神经，骨髓，并且比SCB板更具多孔性和代谢活性。因此，SCB具有减震和支持功能，对正常关节的软骨营养供应和新陈代谢也很重要5，6，7，8。
SCB增厚（在组织学中）和硬化症（在X线照相中）是OA的主要标志和OA病理生理学的关键研究领域。测量 SCB 增厚是组织学评估 OA 严重程度的重要组成部分。先前报道的数字显微放射成像用于测量啮齿动物SCB矿物密度9，以及基于微计算机断层扫描（micro-CT）的OA10，11，12，13啮齿动物模型中的SCB定量测量，提高了我们对SCB结构和SCB变化在OA病理生理学中的作用的理解。SCB面积和厚度也已使用具有特定且昂贵的骨组织形态测量软件的复杂计算机系统通过组织学载玻片进行量化14。然而，基于视觉估计的半定量OA分级系统，包括SCB增厚分级，目前比micro-CT更广泛地使用，因为分级系统易于使用，特别是用于筛选许多组织学图像。然而，大多数现有的OA分级系统主要关注软骨变化15，16，17。广泛使用的骨关节炎SCB厚度分级方法将SCB增厚分为轻度，中度和重度，这在很大程度上是主观的，其可靠性尚未得到充分验证15。可靠且易于执行的分步骨关节炎SCB厚度测量方案要么尚未完全开发，要么未标准化。
本研究旨在开发一种可重复，灵敏且易于执行的方案，以定量测量OA小鼠模型中的SCB厚度。我们严格的测量测试和统计分析表明，这种ImageJ软件辅助的定量测量方案可以量化正常和骨关节炎膝关节的SCB厚度。新开发的方案是可重复的，并且比广泛使用的视觉分级系统对轻度SCB变化更敏感。它可用于检测早期骨关节炎SCB变化，并用于评估OA治疗与OA软骨分级的 体内 疗效。
Protocol
Representative Results
Discussion
测量 SCB 增厚是组织学评估 OA 严重程度的重要组成部分。大多数现有的OA分级系统主要关注软骨变化15，16，17。广泛使用的小鼠骨关节炎SCB厚度分级方法将SCB增厚分为轻度，中度和重度，这在很大程度上是主观的，其可靠性尚未得到充分验证15。本研究已经开发并验证了一种新的测量方案来量化SCB厚度，其中?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了美国国立卫生研究院（NIH）国家关节炎和肌肉骨骼及皮肤病研究所（编号为R01 AR059088），国防部（DoD）研究奖编号为W81XWH-12-1-0304以及玛丽和保罗哈灵顿杰出教授捐赠基金的支持。
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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