Bewertung der trabekulären Knochenmikroarchitektur in einem Osteoporose-Mausmodell
Summary
Dieses Protokoll stellt eine kostengünstige und effiziente Methode zur quantitativen Bewertung der Knochenmikroarchitektur in einem Mausmodell der Osteoporose dar, indem Hämatoxylin-Eosin (HE)-Färbung und Mikro-Computertomographie (Mikro-CT) kombiniert werden.
Abstract
Die Knochenmikrostruktur bezieht sich auf die Anordnung und Qualität des Knochengewebes auf mikroskopischer Ebene. Das Verständnis der Knochenmikrostruktur des Skeletts ist entscheidend, um Einblicke in die Pathophysiologie der Osteoporose zu gewinnen und ihre Behandlung zu verbessern. Die Handhabung von Knochenproben kann jedoch aufgrund ihrer harten und dichten Eigenschaften komplex sein. Zweitens erschwert spezialisierte Software die Bildverarbeitung und -analyse. In diesem Protokoll stellen wir eine kostengünstige und einfach zu handhabende Lösung für die trabekuläre Knochenmikrostrukturanalyse vor. Detaillierte Schritte und Vorsichtsmaßnahmen werden bereitgestellt. Mikro-CT ist ein zerstörungsfreies dreidimensionales (3D) Bildgebungsverfahren, das hochauflösende Bilder der trabekulären Knochenstruktur liefert. Sie ermöglicht die objektive und quantitative Bewertung der Knochenqualität, weshalb sie weithin als Goldstandardmethode zur Beurteilung der Knochenqualität gilt. Die Histomorphometrie bleibt jedoch unverzichtbar, da sie entscheidende Parameter auf zellulärer Ebene liefert und die Lücke zwischen zweidimensionalen (2D) und 3D-Beurteilungen von Knochenproben schließt. Was die histologischen Techniken betrifft, so haben wir uns dafür entschieden, das Knochengewebe zu entkalken und dann eine traditionelle Paraffineinbettung durchzuführen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kombination dieser beiden Methoden umfassendere und genauere Informationen über die Knochenmikrostruktur liefern kann.
Introduction
Osteoporose ist eine weit verbreitete metabolische Knochenerkrankung, insbesondere bei älteren Menschen, und geht mit einem erhöhten Risiko für Fragilitätsfrakturen einher. Da Osteoporose in China immer häufiger vorkommt1, wird es eine wachsende Nachfrage nach der Untersuchung der Knochenstrukturen von Kleintieren geben 2,3. Die bisherigen Methoden zur Messung des Knochenschwunds beruhen auf den Ergebnissen der zweidimensionalen Dual-Energy-Röntgenabsorptiometrie. Dies erfasst jedoch nicht die Veränderungen in der architektonischen Mikrostruktur des Trabekelknochens, die ein Schlüsselfaktor für die Skelettfestigkeit ist4. Die Mikrostruktur des Knochens beeinflusst seine Festigkeit, Steifigkeit und Bruchfestigkeit. Durch den Vergleich der Knochenmikroarchitektur in normalen und pathologischen Zuständen können durch Osteoporose verursachte Veränderungen der Morphologie, Struktur und Funktion des Knochengewebes identifiziert werden. Diese Informationen tragen zum Verständnis der Entstehung von Osteoporose und ihres Zusammenhangs mit anderen Krankheiten bei.
Die Mikro-Computertomographie (Mikro-CT) hat sich in letzter Zeit zu einer beliebten Technik für die Beurteilung der Knochenmorphologie entwickelt, wo sie genaue und umfassende Daten zu Knochenstruktur- und Dichteparametern wie Knochenvolumenanteil, -dicke und -trennung liefern kann 5,6. Gleichzeitig können die Mikro-CT-Ergebnisse durch die Analysesoftware7 beeinflusst werden. Verschiedene Methoden der Bildaufnahme, -auswertung und -befundung werden von verschiedenen kommerziellen Mikro-CT-Systemen verwendet. Diese Inkonsistenz macht es schwierig, die Ergebnisse verschiedener Studien zu vergleichen und zu interpretieren5. Außerdem kann sie die Knochenhistomorphometrie derzeit nicht ersetzen, da sie den Forschern Informationen über Parameter auf zellulärer Ebene im Skelettsystem liefert8. Histologische Techniken ermöglichen die direkte Beobachtung und Messung der mikroskopischen Morphologie des Knochens. Die Hämatoxylin- und Eosinfärbung (HE) ist eine gängige Färbetechnik, die in der Histologie verwendet wird, um die allgemeine Struktur von Zellen und Geweben sichtbar zu machen. Es wird verwendet, um das Vorhandensein von Knochengewebe und seine Mikroarchitektur zu identifizieren.
In diesem Artikel wird Mikro-CT in Kombination mit einer Gewebeschneidetechnik (Hämatoxylin-Eosin [HE]-Färbung) verwendet, um Knochengewebebilder zu sammeln und eine quantitative Analyse des trabekulären Knochens durchzuführen, um die Veränderungen der Knochenmikrostruktur in einem Osteoporose-Mausmodell zu bewerten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Osteoporose kann zu häufigen Frakturen führen, die kostspielig sind, Schmerzen, Behinderungen oder sogar den Tod verursachen und die Lebensqualität der Patienten ernsthaft beeinträchtigenkönnen 20. Im Laufe der Jahre hat sich das Modell der Ovariektomie als eine der Standardmethoden zur Untersuchung von Osteoporose21 durchgesetzt. Das häufigste präklinische Tiermodell für Osteoporose ist die ovariektomierte (OVX) Ratte. Trotzdem wurde der Großteil der Forschung zu …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der Sichuan Provincial Administration of Traditional Chinese Medicine (2021YJ0175) und dem Graduate Research Innovation Project der School of Clinical Medicine (LCYJSKT2023-11) der Chengdu University of Traditional Chinese Medicine unterstützt.
Materials
| 4% Paraformaldehyde | Biosharp | BL539A | |
| Adobe Photoshop | Adobe Inc. | ||
| Ammonia Solution | Chengdu Kolon Chemical Co., Ltd | 2021070101 | |
| Analyze 12.0 | AnalyzeDirect, Inc | ||
| Anatomical Forceps | Jinzhong surgical instrument Co., Ltd | J3C030 | |
| Anhydrous Ethanol | Chengdu Kolon Chemical Co., Ltd | 2022070501 | |
| Automatic Dyeing Machine | Thermo scientific | Varistain™ Gemini ES | |
| Bone Microarchitecture Analysis Add-on | AnalyzeDirect, Inc | ||
| C57BL/6J mice | SPF (Beijing) Biotechnology Co., Ltd. | ||
| Carrier Slides | Nantong Mei Wei De Experimental Equipment Co., Ltd | 220518001 | |
| Coverslips | Nantong Mei Wei De Experimental Equipment Co. | 220518001 | |
| Decalcification Solution | Wuhan Xavier Biotechnology Co., Ltd | CR2203047 | |
| Delicate Scissors | Jinzhong surgical instrument Co., Ltd | ZJA010 | |
| Embedding box marking machine | Thermo scientific | PrintMate AS | |
| Embedding Machine | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | JB-P5 | |
| Fiji: ImageJ | National Institutes of Health, USA | ||
| Film Sealer | Thermo scientific | Autostainer 360 | |
| Freezing Table | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | JB-L5 | |
| H&E Staining Kit | Leagene | DH0020 | |
| Hydrochloric Acid Solution | Sichuan Xilong Science Co., Ltd | 210608 | |
| ImageJ2 Plugin | BoneJ 7.0.16 | ||
| Medical Gauze | Shandong Ang Yang Medical Technology Co. | ||
| Mersilk 3-0 Silk Braided Non-Absorbable Sutures | Ethicon, Inc. | SA84G | |
| Needle Holder | Jinzhong surgical instrument Co., Ltd | J32010 | |
| Neutral Balsam | Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd | 10004160 | |
| Oven | Shanghai Yiheng Scientific Instruments Co., Ltd | DHG-9240A | |
| PANNORAMIC Digital Slide Scanners | 3DHISTECH Ltd. | PANNORAMIC DESK/MIDI/250/1000 | |
| PBS buffer | Biosharp | G4202 | |
| Povidone-iodine solution 5% | Chengdu Yongan Pharmaceutical Co., Ltd | ||
| Quantum GX2 microCT Imaging System | PerkinElmer, Inc. | ||
| Rotary Microtome | Thermo scientific | HM325 | |
| Scalpel | Quanzhou Excellence Medical Co., Ltd | 20170022 | |
| Scan & Browse Software | 3DHISTECH Ltd. | CaseViewer2.4 | |
| Single-Use Sterile Rubber Surgical Gloves | Guangdong Huitong Latex Products Group Co., Ltd | 22B141EO | |
| Sodium Chloride Solution 0.9% | Sichuan Kelun Pharmaceutical Co., Ltd | ||
| Sterile Hypodermic Syringes for Single Use | Shandong Weigao Group Medical Polymer Products Co., Ltd | ||
| Sterile Medical Suture Needles | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Products Co., Ltd. | PW8068 | |
| Tissue Processor | Thermo scientific | STP420 ES | |
| Tissue Spreading and Baking Machine | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | JK-6 | |
| Tribromoethanol | Nanjing Aibei Biotechnology Co., Ltd | M2920 | |
| Wax Trimmer | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | JXL-818 | |
| Xylene | Chengdu Kolon Chemical Co., Ltd | 2022051901 |
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