Medición cuantitativa asistida por software del grosor óseo subcondral osteoartrítico
Summary
Este artículo de metodología presenta un protocolo de medición cuantitativa asistido por software para cuantificar el grosor óseo subcondral histológico en articulaciones de rodilla osteoartríticas murinas y articulaciones normales de rodilla como controles. Este protocolo es altamente sensible al engrosamiento sutil y es adecuado para detectar cambios óseos subcondrales osteoartríticos tempranos.
Abstract
El engrosamiento óseo subcondral y la esclerosis son las principales características de la osteoartritis (OA), tanto en modelos animales como en humanos. Actualmente, la gravedad del engrosamiento histológico del hueso subcondral está determinada principalmente por sistemas de clasificación semicuantitativos basados en la estimación visual. Este artículo presenta un protocolo reproducible y de fácil ejecución para medir cuantitativamente el grosor del hueso subcondral en un modelo de ratón de OA de rodilla inducida por desestabilización del menisco medial (DMM). Este protocolo utilizó el software ImageJ para cuantificar el grosor del hueso subcondral en imágenes histológicas después de definir una región de interés en el cóndilo femoral medial y la meseta tibial médica donde el engrosamiento del hueso subcondral generalmente ocurre en la OA de rodilla inducida por DMM. Se utilizaron imágenes histológicas de las articulaciones de la rodilla con un procedimiento simulado como controles. El análisis estadístico indicó que el sistema de medición ósea subcondral cuantitativa recientemente desarrollado era altamente reproducible con bajas variabilidades intra e interobservadores. Los resultados sugieren que el nuevo protocolo es más sensible al engrosamiento óseo subcondral sutil o leve que los sistemas de clasificación visual ampliamente utilizados. Este protocolo es adecuado para detectar cambios óseos subcondrales osteoartríticos tempranos y progresivos y para evaluar la eficacia in vivo de los tratamientos de OA en concierto con la clasificación del cartílago de OA.
Introduction
La artrosis (OA), caracterizada radiográficamente por el estrechamiento del espacio articular debido a la pérdida de cartílago articular, osteofitos y esclerosis del hueso subcondral (SCB), es la forma más común de artritis1,2. Aunque el papel del hueso periarticular en la etiología de la OA no se entiende completamente, generalmente se cree que la formación de osteofitos y la esclerosis SCB son los resultados del proceso de la enfermedad en lugar de factores causales, pero los cambios en la arquitectura / forma y biología del hueso periarticular pueden contribuir al desarrollo y progresión de OA3,4 . El desarrollo de un sistema de clasificación de OA preciso y fácil de ejecutar, incluida la medición de SCB, es fundamental para los estudios comparativos entre laboratorios de investigación y para evaluar la eficacia de los agentes terapéuticos diseñados para prevenir o atenuar la progresión de la OA.
SCB está construido con una placa ósea delgada en forma de cúpula y una capa subyacente de hueso trabecular. La placa SCB es la lámina cortical, que se encuentra paralela e inmediatamente debajo del cartílago calcificado. Pequeñas ramas de vasos arteriales y venosos, así como nervios, penetran a través de los canales en la placa SCB, comunicándose entre el cartílago calcificado y el hueso trabecular. El hueso trabecular subcondral contiene vasos sanguíneos, nervios sensoriales, médula ósea y es más poroso y metabólicamente activo que la placa SCB. Por lo tanto, el SCB ejerce funciones de absorción de impactos y de apoyo y también es importante para el suministro de nutrientes del cartílago y el metabolismo en las articulaciones normales5,6,7,8.
El engrosamiento de SCB (en histología) y la esclerosis (en radiografía) son las principales características distintivas de la OA y las áreas de investigación clave de la fisiopatología de la OA. La medición del engrosamiento de SCB es un componente importante de las evaluaciones histológicas de la gravedad de la OA. La microrradiografía digital previamente informada para medir la densidad mineral de SCB en roedores9, así como la medición cuantitativa de SCB basada en micro-tomografía computarizada (micro-CT) en modelos de roedores de OA10,11,12,13 han mejorado nuestra comprensión de la estructura de SCB y el papel de los cambios de SCB en la fisiopatología de OA. El área y el grosor del SCB también se han cuantificado con diapositivas histológicas utilizando un sofisticado sistema informático con un software de histomorfometría ósea específico y costoso14. Sin embargo, los sistemas de clasificación de OA semicuantitativos basados en estimaciones visuales, incluida la clasificación de espesamiento SCB, se utilizan más ampliamente que la micro-TC en la actualidad porque los sistemas de clasificación son fáciles de usar, particularmente para la detección de numerosas imágenes histológicas. Sin embargo, la mayoría de los sistemas de clasificación de OA existentes se centran principalmente en los cambios de cartílago15,16,17. Un método de clasificación de espesor de SCB osteoartrítico ampliamente utilizado que clasifica el engrosamiento de SCB como leve, moderado y severo es en gran medida subjetivo, y su confiabilidad no ha sido completamente validada15. Un protocolo de medición de espesor SCB osteoartrítico confiable y fácil de ejecutar paso a paso no está completamente desarrollado o no está estandarizado.
Este estudio tuvo como objetivo desarrollar un protocolo reproducible, sensible y fácilmente ejecutable para medir cuantitativamente el espesor de SCB en un modelo de ratón de OA. Nuestras rigurosas pruebas de medición y análisis estadístico demostraron que este protocolo de medición cuantitativa asistido por software ImageJ podría cuantificar el grosor de SCB en articulaciones de rodilla normales y osteoartríticas. El protocolo recientemente desarrollado es reproducible y más sensible a los cambios leves de SCB que los sistemas de clasificación visual ampliamente utilizados. Se puede utilizar para detectar cambios tempranos en el SCB osteoartrítico y para evaluar la eficacia in vivo de los tratamientos con OA en concierto con la clasificación del cartílago OA.
Protocol
Representative Results
Discussion
La medición del engrosamiento de SCB es un componente importante de las evaluaciones histológicas de la gravedad de la OA. La mayoría de los sistemas de clasificación de OA existentes se centran principalmente en los cambios de cartílago15,16,17. Un método de clasificación de espesor SCB osteoartrítico murino ampliamente utilizado que clasifica el engrosamiento SCB como leve, moderado y severo es en gran medida subjetivo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional de Artritis y Enfermedades Musculoesqueléticas y de la Piel de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) bajo el número de premio R01 AR059088, el Departamento de Defensa (DoD) bajo el número de premio de investigación W81XWH-12-1-0304, y el 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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