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 (Table 1 und Abbildung 1).
| Probenidentifikation | Art | Geschlecht | Alter | Erkrankung |
| YFPcγ1 | Mouse | Weiblich | 210 days | Gesund |
| mMM | Mouse | Männlich | 314 days | MM |
| hHBM | Human | Männlich | 76 years | Gesund |
| hMM | Human | Weiblich | 50 years | MM |
Tabelle 1: Murine und humane Knochenproben, die in die Studie eingeschlossen wurden. Für jede Probe sind Art, Geschlecht, Alter und Gesundheitszustand 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 früher von der Forschungsgruppe charakterisiert und in früheren Veröffentlichungen beschrieben, insbesondere in den Arbeiten von Muiños-Lopez et al. und Cenzano et al., mit Ausnahme der Mausprobe mit MM. Für die zuvor publizierten Proben liegen die Daten und Ergebnisse der räumlichen Transkriptomik in jenen Studien vor8,10. Daher dient das hier enthaltene Material zur Beurteilung der technischen Eignung des Protokolls für die räumliche Transkriptomik und nicht zur Präsentation neuartiger biologischer Erkenntnisse.
Mäusefemurproben 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. Ein einzelner Femur von jedem Tier wurde entnommen, gereinigt und gemäß dem standardisierten Protokoll aufbereitet (Abbildung 2A). Femuren wurden speziell für diese Analysen verwendet, da sie ein reichlich vorhandenes Markangebot, 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 während der manuellen Handhabung mit der 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 die nachfolgende molekulare Analyse zu bewahren (Abbildung 2C).
Zwei humane Knochenmarkproben mit unterschiedlichen Aufbereitungshistorien wurden ebenfalls analysiert8,10. Eine frische humane Knochenmarkprobe von hämatologisch gesundem Gewebe 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-Dekalzifizierung menschlichen Knochens makroskopisch durch vollständige Weichheit des Gewebes bestätigt, erkennbar an einer mühelosen Nadelpenetration (Abbildung 2E). Das dekalzifizierte menschliche 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-Knochenmarkbiopsien aus dem Darmbeinstachel eines Multiplen-Myelom-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 dekalzifiziert worden36. Diese Probe dient als qualitativer Vergleich zu den mit EDTA behandelten Proben; aufgrund von Unterschieden in der Gewebequelle, Fixierungshistorie, Lagerung und Dekalzifizierung können die beobachteten Unterschiede jedoch nicht allein auf das Dekalzifizierungsmittel zurückgeführt werden.

Abbildung 2: Maus- und menschliche Knochenproben während der EDTA-basierten Aufbereitung. (A) Intakte Kontroll-Mausfemora vor der Entkalkung. (B) Entkalktes Kontroll-Mausfemur mit erhöhter Flexibilität. (C) Kontroll-Mausknochenfragmente in Paraffin eingebettet. (D) Gesunde menschliche Knochenfragmente aus Hüftchirurgie vor der Entkalkung. (E) Derselbe Fragment nach EDTA-Entkalkung, mit sichtbarer Nadelpenetration. (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, artspezifischer Merkmale. Die murinen Femora wurden speziell für die räumliche Transkriptomik entnommen und unverzüglich als intakte Knochen weiterverarbeitet, wodurch ihre Architektur erhalten blieb (Abbildung 3A, B). Im Gegensatz dazu stammen die humanen Proben entweder von Restmaterial aus Hüftersatzoperationen (Abbildung 3C) oder von diagnostischen Knochenbiopsien bei multipler Myelom-Erkrankung (MM) (Abbildung 3D), wobei die präanalytische Gewebequalität variabel sein kann. Folglich sind die morphologischen Unterschiede zwischen der EDTA-entkalkten humanen Probe und der säureentkalkten MM-Biopsie geringfügig, da bereits beide humanen Präparate grundlegende strukturelle Einschränkungen aufweisen, die nicht nur durch die Entkalkung, sondern auch durch die allgemeine Gewebeverarbeitung verursacht werden (Abbildung 3C, D). Um die Probengüte für die räumliche Transkriptomik daher umfassend beurteilen zu können, müssen mehrere unterschiedliche Parameter evaluiert werden. Erstens muss die Gewebeintegrität sorgfältig überwacht werden, da die Erhaltung der Struktur stark von der jeweiligen Probentypologie abhängen kann und nicht ausschließlich von der verwendeten entkalkenden Säure. Zweitens sollte auch die RNA-Qualität bewertet werden, da die Bedingungen der Entkalkung diese beeinflussen können20,35,36.

Abbildung 3: H&E-gefärbte Schnitte zur Beurteilung der Gewebequalität. Aufeinanderfolgende FFPE-Schnitte entsprechen (A) einem gesunden Kontrollmaus10, (B) einer Maus mit MM, (C) gesundem menschlichem Knochen8,10 und (D) einer menschlichen MM-Biopsie8. Maßstabsbalken = 500 µm. Abkürzungen: FFPE = formalinfixiert, paraffingeeicht; H&E = Hämatoxylin und Eosin; MM = multiple Myelom. Klicken Sie bitte hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.
Zur Ergänzung der histologischen Analyse wurde die RNA-Qualität bewertet. Während die H&E-Färbung uneindeutige Unterschiede zeigte, unterschied sich die RNA-Integrität deutlich zwischen den beiden Entkalkungsmethoden (Tabelle 2). Die DV200-Werte sowohl der murinen Proben als auch der gesunden menschlichen Knochenprobe lagen über der für Visium-FFPE-Assays empfohlenen Schwelle, was auf eine ausreichende Verteilung der RNA-Fragmentlängen für die Sondenhybridisierung und die Bibliothekskonstruktion hinweist. Die Probe des gesunden YFP-Mausgewebes weist einen DV200-Wert von 82,55 % auf, und die gesunde menschliche Knochenprobe (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 Grenze der Akzeptanz, was möglicherweise auf eine längere Lagerung des Paraffinblocks bei 4 °C vor dem Aufschneiden 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 verringerten 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 von Proben für nachfolgende räumliche Analysen zu beurteilen.
| Probenidentifikation | DV200 (%)1 |
| YFPcγ1 | 82,55 |
| mMM | 31,3 |
| hHBM | 58 |
| hMM2 | 8 |
| 1DV200: Anteil der gesamten RNA-Fragmente > 200 Nukleotide in Prozent. |
| 2Diese Probe wurde mit einem standardmäßigen klinischen Protokoll, das starke Säuren verwendet, entmineralisiert. |
Tabelle 2: RNA-Qualität der untersuchten Proben. DV200 ist der Prozentsatz an RNA-Fragmenten, die länger als 200 Nukleotide sind; Werte von mindestens 30 % wurden als geeignet für anschließende 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 der EDTA-Dekalzifizierung zu bestätigen, wurde eine optionale Immunfluoreszenz-Färbung an benachbarten FFPE-Schnitten von Maus- und Humanproben durchgeführt. Antikörper gegen Endomucin (Emcn) und Cd271 wurden verwendet, um endotheliale Zellen (EC) bzw. mesenchymale Zellen (MSC) in der MM-Mausprobe darzustellen (Abbildung 4A). Diese Färbung zeigte, dass Gewebe, die mit EDTA verarbeitet wurden, gut definierte vaskuläre Strukturen mit kontinuierlicher Emcn-Färbung und erhaltenen stromalen Netzwerken aufwiesen, was darauf hinweist, dass die getesteten Marker nach der Aufarbeitung weiterhin nachweisbar blieben. Darüber hinaus lieferte die hochauflösende Bildgebung mittels eines automatisierten multispektralen Bildgebungssystems zusätzliche Belege dafür, dass die untersuchten Antigene für die Zelltyp-Verifizierung weiterhin detektierbar waren, was eine zusätzliche Qualitätssicherungsebene vor der räumlichen Transkriptomik-Analyse darstellt. Diese Befunde wurden zudem auch in gesunden menschlichen Proben von älteren Spender*innen beobachtet, bei denen der EC-Ausdruck mittels CD31- und der MSC-Ausdruck mittels PRRX1 (Paired Related Homeobox 1)-Antikörpern nachgewiesen wurde, was zeigt, dass die untersuchten Nischenmarker nach der EDTA-Dekalzifizierung weiterhin identifizierbar blieben (Abbildung 4B). Im Gegensatz dazu konnten diese Ergebnisse bei humanen MM-Biopsien, die verschiedenen säurebasierten Dekalzifizierungsprotokollen unterzogen wurden, nicht reproduziert werden. Wie bereits erwähnt, war die RNA-Integrität in diesen Proben gering, was die nachgeschaltete Transkriptomik-Analyse einschränkte. Aufgrund des degradierten Zustands dieser humanen Proben war ihre nachgeschaltete Anwendbarkeit auf eine Baseline-Transkriptom-Profilierung8 und die immunhistochemische (IHC) Beurteilung maligner Plasmazellen (PC) beschränkt (Abbildung 4C).

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