Knochen ist ein spezialisiertes Bindegewebe, das hauptsächlich aus Fasern des Kollagens Typ 1 und anorganischen Salzen1 besteht. Dadurch ist der Knochen unglaublich stark und steif und gleichzeitig leicht und traumaresistent. Die große Festigkeit des Knochens beruht auf seinem mineralischen Gehalt. Tatsächlich erhöht sich die Steifigkeit bei jeder Erhöhung des prozentualen Anteils an Mineralien um das Fünffache2. Folglich stehen Forscher vor erheblichen Problemen, wenn sie mittels histologischer Schnitte die Biologie einer Knochenprobe analysieren.
Eine nicht entkalkte Knochenhistologie ist machbar und manchmal erforderlich, je nach Art der Untersuchung (z. B. zur Untersuchung der Mikroarchitektur des Knochens); Es ist jedoch eine große Herausforderung, vor allem, wenn die Exemplare groß sind. In diesen Fällen erfordert die Gewebeaufbereitung für histologische Zwecke mehrere Modifikationen der Standardprotokolle und -techniken3. Im Allgemeinen wird das Knochengewebe direkt nach der Fixation entkalkt, um die üblichen histologischen Untersuchungen durchzuführen, ein Prozess, der je nach Größe des Gewebes und verwendetem Entkalkungsmittel einige Tage bis mehrere Wochen dauern kann4. Entkalkte Schnitte werden häufig für die Untersuchung des Knochenmarks, die Diagnose von Tumoren usw. verwendet. Es gibt drei Haupttypen von Entkalkungsmitteln: starke Säuren (z. B. Salpetersäure, Salzsäure), schwache Säuren (z. B. Ameisensäure) und Chelatbildner (z. B. Ethylendiamintetracetinsäure oder EDTA)5. Starke Säuren können den Knochen sehr schnell entkalken, aber sie können das Gewebe schädigen; schwache Säuren sind sehr verbreitet und eignen sich für diagnostische Verfahren; Chelatbildner sind bei weitem die am häufigsten verwendeten und für Forschungsanwendungen geeigneten, da in diesem Fall der Demineralisierungsprozess langsam und schonend ist und die Beibehaltung einer qualitativ hochwertigen Morphologie und die Erhaltung von Gen- und Proteininformationen ermöglicht, wie sie bei vielen Verfahren (z. B. In-situ-Hybridisierung , Immunfärbung) erforderlich sind. Wenn jedoch das gesamte Transkriptom erhalten werden muss, wie z. B. für Genexpressionsanalysen, kann selbst eine langsame und sanfte Demineralisierung nachteilig sein. Daher sind bessere Ansätze und Methoden erforderlich, wenn die morphologische Analyse der Gewebe mit Genexpressionsanalysen der Zellen gekoppelt werden muss.
Dank der jüngsten Verbesserungen in der Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) und der räumlichen Transkriptomik ist es nun möglich, die Genexpression einer Gewebeprobe auch dann zu untersuchen, wenn zur Lagerung der Gewebeproben eine Formalinfixierungsparaffineinbettung (FFPE) verwendet wurde 6,7,8. Diese Möglichkeit hat den Zugang zu einer größeren Anzahl von Proben ermöglicht, wie sie beispielsweise in Gewebebanken weltweit gelagert werden. Wenn scRNA-seq eingesetzt werden soll, ist die RNA-Integrität die wichtigste Anforderung; Bei der räumlichen Transkriptomik von FFPE-Proben sind jedoch sowohl hochwertige Gewebeschnitte als auch hochwertige RNA notwendig, um die Genexpression im histologischen Kontext jedes Gewebeschnitts sichtbar zu machen. Während dies mit Weichteilen leicht zu erreichen war, gilt dies nicht für Hartgewebe wie Knochen. Tatsächlich wurde nach unserem besten Wissen noch nie eine Studie mit räumlicher Transkriptomik an FFPE-Knochenproben durchgeführt. Dies liegt daran, dass es an Protokollen mangelt, die FFPE-Knochengewebe effektiv verarbeiten und gleichzeitig ihren RNA-Gehalt erhalten können. Hier wird zunächst eine Methode zur Aufbereitung und Entkalkung frisch gewonnener Knochengewebeproben unter Vermeidung des RNA-Abbaus bereitgestellt. In Anbetracht der Notwendigkeit einer Transkriptomik-Analyse der FFPE-Proben, die in Gewebebanken weltweit gesammelt wurden, werden auch Richtlinien für den korrekten Umgang mit FFPE-Proben von nicht demineralisierten Knochen vorgestellt.