Um die Anwendbarkeit dieses auf EDTA basierenden Arbeitsablaufs über verschiedene Arten und Krankheitskontexte hinweg zu bewerten, wurde das Protokoll auf vier Knochenmarkproben angewendet: zwei murine Femora und zwei humane Knochenproben, die gesunde und Multiple-Myelom-(MM-)Bedingungen repräsentieren (Tabelle 1 und Abbildung 1).
| Probenidentifikation | Art | Geschlecht | Alter | Erkrankung |
| YFPcγ1 | Maus | Weiblich | 210 Tage | Gesund |
| mMM | Maus | Männlich | 314 Tage | MM |
| hHBM | Mensch | Männlich | 76 Jahre | Gesund |
| hMM | Mensch | Weiblich | 50 Jahre | MM |
Tabelle 1: Murine und humane Knochenproben, die in die Studie eingeschlossen wurden. Art, Geschlecht, Alter und Gesundheitszustand sind für jede Probe angegeben. Abkürzungen: hHBM = gesundes menschliches Knochenmark; hMM = humanes Multiples Myelom; mMM = murines Multiples Myelom; MM = Multiples Myelom; YFPcγ1 = gesunde Kontrollmaus.
Die in dieser Studie verwendeten Proben wurden bereits in früheren Veröffentlichungen der Forschungsgruppe, insbesondere in den Arbeiten von Muiños-Lopez et al. und Cenzano et al., charakterisiert und beschrieben, mit Ausnahme der Mausprobe mit MM. Für die zuvor beschriebenen Proben werden die Daten und Ergebnisse der räumlichen Transkriptomik in jenen Studien präsentiert8,10. Daher dient das hier enthaltene Material der Beurteilung der technischen Eignung des Protokolls für die räumliche Transkriptomik und nicht der Darstellung neuartiger biologischer Erkenntnisse.
Mausfemurproben wurden aus dem genetisch veränderten MM-Mausmodell BIC (BIcγ1) gewonnen, das die klinischen und immunologischen Merkmale von MM-Patienten nachbildet, sowie aus der entsprechenden gesunden Kontrollmaus (YFPcγ1)8,49. Von jedem Tier wurde ein einzelner Femur entnommen, gereinigt und gemäß dem standardisierten Protokoll verarbeitet (Abbildung 2A). Femuren wurden speziell für diese Analysen verwendet, da sie reichlich verfügbares Mark, eine überlegene Nischenqualität und eine einfache reproduzierbare Aufarbeitung bieten, was sie besonders gut für eine sequenzbasierte räumliche Transkriptomik-Plattform geeignet macht8,10. Der erfolgreiche Entkalkungsprozess am Femur der Kontrollmaus wurde makroskopisch durch eine deutliche Zunahme der Gewebeflexibilität bei manueller Handhabung mit einer Pinzette bestätigt (Abbildung 2B). Anschließend wurde dieses Knochenfragment effizient in Paraffin eingebettet, wobei eine spezielle, mit der räumlichen Transkriptomik kompatible Form verwendet wurde, um die RNA-Integrität und die Gewebearchitektur für nachfolgende molekularbiologische Analysen zu bewahren (Abbildung 2C).
Zwei humane KM-Proben mit unterschiedlichen Aufbereitungshistorien wurden ebenfalls analysiert8,10. Eine frische, hämatologisch gesunde humane KM-Probe wurde aus operativem Abfallmaterial während eines Hüftgelenkersatzes am Hospital Universitario de Navarra gewonnen (Abbildung 2D–F). Um die Übertragbarkeit des Protokolls zu demonstrieren, wurde diese Probe genauso wie murine Proben aufbereitet. In Übereinstimmung mit den Ergebnissen an Mausgewebe wurde eine erfolgreiche EDTA-Entkalkung des menschlichen Knochens makroskopisch durch vollständige Weichheit des Gewebes bestätigt, was sich in einem mühelosen Einstich mit einer Nadel zeigte (Abbildung 2E). Das entkalkte humane Knochenfragment wurde erfolgreich mit einem standardmäßigen Metallformwerkzeug in Paraffin eingebettet, um nachfolgende Verfahrensschritte zu ermöglichen (Abbildung 2F). Die zweite humane Probe bestand aus archivierten FFPE-KM-Biopsien aus dem Darmbein eines MM-Patienten aus der Pathologieabteilung der Clínica Universidad de Navarra (CUN). Bemerkenswerterweise war diese archivierte MM-Probe zuvor mit einem standardmäßigen klinischen Protokoll unter Verwendung starker Säuren entkalkt worden36. Diese Probe dient als qualitativer Vergleich zu den mit EDTA behandelten Proben; aufgrund von Unterschieden in der Gewebequelle, Fixierungshistorie, Lagerung und Entkalkung können die beobachteten Unterschiede jedoch nicht allein auf das Entkalkungsmittel zurückgeführt werden.

Abbildung 2: Maus- und menschliche Knochenproben während der EDTA-basierten Aufbereitung. (A) Intakte Kontrollmausfemora vor der Entkalkung. (B) Entkalkter Kontrollmausfemur mit erhöhter Flexibilität. (C) Kontrollmausknochenfragmente in Paraffin eingebettet. (D) Gesunde menschliche Knochenfragmente aus einer Hüftoperation vor der Entkalkung. (E) Derselbe Fragment nach EDTA-Entkalkung, mit sichtbarem Nadeleinstich. (F) Mit EDTA entkalkte gesunde menschliche Knochenprobe in Paraffin eingebettet. Maßstäbe: (A, B) 5 mm; (C–F) 1 cm. Abkürzung: EDTA = Ethylendiamintetraessigsäure. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.
Zur Analyse der allgemeinen Geweearchitektur wurde eine H&E-Färbung durchgeführt (Abbildung 3). Die bessere morphologische Erhaltung in den murinen Schnitten könnte Unterschiede in der Probennahme und -verarbeitung widerspiegeln, anstatt inhärenter, artenspezifischer Merkmale. Die Femora der Mäuse wurden speziell für die räumliche Transkriptomik entnommen und unmittelbar als intakte Knochen verarbeitet, wodurch ihre Architektur erhalten blieb (Abbildung 3A, B). Im Gegensatz dazu stammen die humanen Proben entweder von Restmaterial, das während einer Hüftersatzoperation gewonnen wurde (Abbildung 3C), oder von diagnostischen Knochenbiopsien bei multiplem Myelom (MM) (Abbildung 3D), wobei die präanalytische Gewebequalität variabel sein kann. Infolgedessen sind die morphologischen Unterschiede zwischen der EDTA-entkalkten humanen Probe und der säureentkalkten MM-Biopsie geringfügig, da bereits beide humanen Proben grundlegende strukturelle Einschränkungen aufweisen, die nicht nur durch die Entkalkung, sondern auch durch die allgemeine Gewebeverarbeitung verursacht wurden (Abbildung 3C, D). Daher erfordert die umfassende Beurteilung der Probenqualität für die räumliche Transkriptomik die Evaluierung mehrerer unterschiedlicher Parameter. Erstens muss die Gewebeintegrität sorgfältig überwacht werden, da die strukturelle Erhaltung stark mit dem spezifischen Probentyp variieren kann und nicht allein mit der verwendeten entkalkenden Säure zusammenhängt. Zweitens sollte auch die RNA-Qualität bewertet werden, da die Bedingungen der Entkalkung diese beeinflussen können20,35,36.

Abbildung 3: Mit H&E gefärbte Schnitte zur Beurteilung der Gewebequalität. Aufeinanderfolgende FFPE-Schnitte entsprechen (A) einer gesunden Kontrollmaus10, (B) einer Maus mit MM, (C) gesundem menschlichem Knochen8,10 und (D) einer menschlichen MM-Biopsie8. Maßstabsbalken = 500 µm. Abkürzungen: FFPE = formalinfixiert, paraffineingebettet; H&E = Hämatoxylin und Eosin; MM = multiples Myelom. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
Zur Ergänzung der histologischen Analyse wurde die RNA-Qualität bewertet. Während die H&E-Färbung unklare Unterschiede zeigte, unterschied sich die RNA-Integrität deutlich zwischen den beiden Entkalkungsmethoden (Tabelle 2). DV200-Werte sowohl aus murinen Proben als auch aus der gesunden menschlichen Knochenprobe lagen über der für Visium-FFPE-Assays empfohlenen Schwelle, was auf eine ausreichende Verteilung der RNA-Fragmentlängen für die Hybridisierung von Sonden und den Bibliotheksaufbau hinweist. Die Probe des gesunden YFP-Mausgewebes weist einen DV200-Wert von 82,55 % auf, und die Probe des gesunden menschlichen Knochens (hHBM) erreicht 58 %, beide deutlich über der von 10x Genomics definierten Akzeptanzschwelle von 30 %. Die Probe der MM-Maus (mMM) zeigt einen DV200-Wert von 31,3 %, nahe der unteren Akzeptanzgrenze, was möglicherweise auf eine längere Lagerung des Paraffinblocks bei 4 °C vor dem Schneiden sowie andere probenspezifische Faktoren zurückzuführen ist. Im Gegensatz dazu weist die säureentkalkte menschliche MM-Biopsie (hMM) lediglich einen DV200-Wert von 8 % auf, was mit einer deutlich geringeren RNA-Integrität assoziiert war, selbst wenn die morphologische Degeneration weniger ausgeprägt war. Zusammenfassend ist es wichtig, sowohl strukturelle als auch molekulare Bewertungen durchzuführen, um die Eignung der Proben für nachgeschaltete räumliche Analysen zu beurteilen.
| Probenidentifizierung | DV200 (%)1 |
| YFPcγ1 | 82.55 |
| mMM | 31.3 |
| hHBM | 58 |
| hMM2 | 8 |
| 1DV200: Prozentsatz der gesamten RNA-Fragmente > 200 Nukleotide |
| 2Diese Probe wurde mithilfe eines standardmäßigen klinischen Protokolls unter Verwendung starker Säuren entkalkt. |
Tabelle 2: RNA-Qualität der Studienproben. DV200 ist der Prozentsatz an RNA-Fragmenten, die länger als 200 Nukleotide sind; Werte von mindestens 30 % wurden als geeignet für nachgeschaltete räumliche Transkriptomik-Analysen betrachtet. Abkürzungen: hHBM = gesundes menschliches Knochenmark; hMM = menschliches Multiplen Myelom; mMM = murines Multiplen Myelom.
Zusätzliche Qualitätsbewertungen können ebenfalls durchgeführt werden. Um die Gewebeintegrität weiter zu validieren und die Erhaltung spezifischer zellulärer Kompartimente nach EDTA-Dekalkifizierung zu bestätigen, wurde optional eine IF-Färbung an benachbarten FFPE-Schnitten von Maus- und Humanproben durchgeführt. Antikörper gegen Endomucin (Emcn) und Cd271 wurden verwendet, um Endothelzellen (EC) bzw. mesenchymale Zellen (MSC) in der MM-Mausprobe darzustellen (Abbildung 4A). Diese Färbung zeigte, dass in EDTA-verarbeiteten Geweben gut definierte vaskuläre Strukturen mit kontinuierlicher Emcn-Färbung und erhaltenen stromalen Netzwerken vorhanden waren, was belegt, dass die getesteten Marker nach der Aufarbeitung weiterhin nachweisbar blieben. Darüber hinaus lieferte die hochauflösende Bildgebung mittels eines automatisierten multispektralen Bildgebungssystems zusätzliche Hinweise darauf, dass die untersuchten Antigene für die Zelltyp-Verifizierung weiterhin detektierbar waren und somit eine zusätzliche Qualitätssicherungsebene vor der räumlichen Transkriptomik-Analyse darstellten. Ferner wurden diese Befunde ebenfalls in gesunden menschlichen Proben älterer Spender beobachtet, bei denen die Expression von EC mittels CD31- und die von MSC mittels PRRX1 (Paired Related Homeobox 1)-Antikörpern nachgewiesen wurde, was zeigt, dass die untersuchten Nischenmarker nach EDTA-Dekalkifizierung weiterhin identifizierbar blieben (Abbildung 4B). Im Gegensatz dazu konnten diese Ergebnisse nicht in menschlichen MM-Biopsien repliziert werden, die verschiedenen säurebasierten Dekalkifizierungsprotokollen unterzogen wurden. Wie bereits erwähnt, war die RNA-Integrität in diesen Proben gering, was die downstream gerichtete transkriptomische Analyse einschränkte. Aufgrund des degradierten Zustands dieser menschlichen Proben war ihre downstream gerichtete Anwendbarkeit auf die Baseline-Transkriptomprofilierung8 und die immunhistochemische (IHC) Beurteilung maligner Plasmazellen (PC) beschränkt (Abbildung 4C).

Abbildung 4: Optionale Immunfluoreszenz und Immunhistochemie zur Zelltyp-Verifizierung. (A) Maus-MM-Gewebe mit DAPI-gefärbten Kernen (blau), CD271-positiven MSC (grün) und EMCN-positiven EC (rot). (B) Gesundes menschliches Knochengewebe mit DAPI-gefärbten Kernen (blau), PRRX1-positiven MSC (grün) und CD31-positiven EC (rot)10. (C) Menschliche MM-Biopsie mit CD138-positiven malignen PC8. Maßstäbe: (A) 250 µm (Übersicht), 20 µm (zusammengesetzte Vergrößerung) und 50 µm (Einzelkanal-Bilder); (B) 500 µm (Übersicht) und 20 µm (zusammengesetzte und Einzelkanal-Vergrößerungen); (C) 500 µm. Abkürzungen: DAPI = 4′,6-Diamidino-2-phenylindol; EC = endotheliale Zelle; MM = multiples Myelom; MSC = mesenchymale stromale Zelle; PC = Plasmazelle. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.
Zusammen unterstützen die Gewebemorphologie und die DV200-Ergebnisse die Eignung von EDTA-verarbeiteten Proben für nachgeschaltete räumliche Transkriptom-Analysen. Räumliche Transkriptom-Anwendungen dieses Aufbereitungsworkflows wurden bereits früher berichtet8,10.