Este protocolo utiliza ratones reporteros fluorescentes trilinaje para inducir un defecto de la placa de crecimiento lateral en la tibia proximal con precisión al aprovechar la fluorescencia roja inherente emitida por el colágeno tipo X para la guía quirúrgica. La vista que tiene el cirujano mientras mira a través del ocular de microscopio estereoscópico con el juego de filtros mCherry se muestra en la Figura 2D. La fluorescencia nativa de tipo X permite al cirujano colocar la fresa en la zona hipertrófica y crear una lesión que imita un tipo común de lesión de la placa de crecimiento que conduce a un puente óseo (Figura 2F). La fluorescencia bajo el canal rojo es la más brillante y, por lo tanto, se recomienda su uso durante la colocación de fresas. Alternativamente, la creación de defectos podría guiarse mediante el uso de otros colores de la fluorescencia nativa de los ratones transgénicos triples si el objetivo del experimento es estudiar las lesiones en otras zonas de la placa de crecimiento que no sean la zona hipertrófica y la región calcificada adyacente.
La creación de un defecto tipo II de Salter-Harris en la zona hipertrófica de la placa de crecimiento y el tejido óseo inferior adyacente, utilizando una fresa dental de 0,5 mm de diámetro, se validó mediante microTC y criohistología de las tibias proximales lesionadas (tiempo 0) en comparación con los controles laterales no lesionados en ratones N = 3 (Figura 4). Los defectos eran difíciles de ver en las imágenes 3D de microCT, pero eran detectables en las secciones transversales 2D (Figura 3A,B,E,F). La figura 3G muestra la distribución de las células óseas productoras de colágeno tipo I (fluorescencia verde), los condrocitos proliferativos productores de colágeno tipo II (fluorescencia cian) y los condrocitos hipertróficos productores de colágeno tipo X. En la imagen del ratón lesionado (Figura 4G), hay una alteración de la zona hipertrófica, la capa provisionalmente calcificada y parte del hueso más reciente formado en relación con el control, con la zona proliferativa solo ligeramente alterada. La tinción con Safranin O/Fast Green (Figura 4H) ilustra mejor la ubicación del defecto dentro de la placa de crecimiento lesionada, ya que todas las células son claramente visibles.
El análisis de rayos X proporciona información sobre ratones vivos en cuanto al impacto de este tipo de lesión de la placa de crecimiento en la longitud de la tibia y la formación de puentes óseos a lo largo del tiempo (Figura 3). Las imágenes comparativas entre tibias no lesionadas (Figura 3A) y lesionadas (Figura 3B), tomadas antes de la cirugía y 3 semanas después de la cirugía, revelan una gran cantidad de crecimiento de las extremidades, adelgazamiento de las placas de crecimiento y una región opaca distinta que se ha desarrollado en el área de la placa de crecimiento lesionada a las 3 semanas. Esta opacidad dentro de la placa de crecimiento no está presente en la contraparte no lesionada ni en los ratones antes de la cirugía. Por lo tanto, el faxitrón es una forma de observar los cambios patológicos inducidos por la lesión en ratones vivos, como la formación de un puente óseo y cambios en la longitud de las extremidades.
Las imágenes por microtomografía computarizada de los huesos disecados ofrecen una visualización detallada de la formación de puentes óseos dentro de las placas de crecimiento lesionadas tres semanas después de la cirugía (Figura 5). Como se ve en las imágenes de seis ratones lesionados diferentes que se muestran en la Figura 5, hay un desarrollo consistente de puentes óseos en todos los ratones. Utilizando el software Scanco Medical, el volumen del puente óseo se calculó revisando cada sección de la placa de crecimiento tibial proximal, delineando el área del puente óseo (Figura 5B) con la herramienta de selección y, a continuación, integrando cada área de la sección a lo largo de todo el volumen de la placa de crecimiento para obtener el volumen total24. El volumen del puente óseo calculado de esta manera fue de 0,0761 mm3 ± 0,0246 (media ± desviación estándar, N = 6). La mayoría de los puentes óseos se forman cerca de la mitad de la placa de crecimiento a pesar del abordaje lateral, que lesiona el borde exterior y el centro de la placa de crecimiento. Este fenómeno puede atribuirse al hecho de que las células madre mesenquimales (MSC) de la médula ósea, en lugar del pericondrio, son responsables de la formación de puentes óseos25.
En estos ratones transgénicos tricolores, el análisis criohistológico de la placa de crecimiento lesionada se enriquece con la fluorescencia del colágeno nativo (Figura 6). Revela la compleja interacción de las células óseas y los condrocitos en el sitio de la lesión. Las imágenes de microTC que se muestran en la Figura 6J,K se proporcionaron al técnico de histología para guiar la inclusión y el corte. Las células óseas productoras de colágeno tipo I se observan en la Figura 6L,O,P (fluorescencia verde), mientras que los condrocitos proliferativos productores de colágeno tipo II se ven en la Figura 6L,O,Q (fluorescencia cian). Los condrocitos hipertróficos productores de colágeno tipo X se observan en la Figura 6L,O,R (fluorescencia roja). Este enfoque de fluorescencia multicolor permite un examen detallado de la diferenciación de condrocitos postoperatorios dentro del área del puente óseo contra un fondo de tejido mineralizado. Se utilizó la tinción DAPI para confirmar la distribución de todos los tipos de células dentro del área de la placa de crecimiento (Figura 6M). La tinción con Safranin O/Fast Green demuestra la organización compuesta y estructural del cartílago y el hueso dentro de la placa de crecimiento lesionada (Figura 6N). La obtención de imágenes de estas secciones teñidas bajo un conjunto de filtros Cy5 ilumina notablemente las células de la zona de reposo en la interfaz entre el hueso epifisario y el cartílago.

Figura 3: Imágenes de rayos X del control contralateral y de las tibias de ratón lesionadas. (A) Las imágenes de rayos X de la tibia de control contralateral se toman justo antes de la lesión cuando los ratones tienen 2 semanas de edad y a las 3 semanas después de la cirugía cuando los ratones tienen 5 semanas de edad, lo que demuestra el grado de crecimiento que ocurre durante este período. (B) Tibia lesionada por el mismo ratón en los mismos puntos de tiempo que en (A). Los puntos de referencia utilizados para las mediciones de la longitud de la tibia son el ápice de la cabeza proximal de la tibia hasta el final de la tibia en la articulación del tobillo (flechas rojas de doble punta). El puente óseo opaco es visible en la placa de crecimiento de la tibia proximal lesionada a las 5 semanas. Barras de escala = 5.00 mm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: MicroCT e imágenes histológicas del control contralateral en tiempo cero y tibias proximales de ratón lesionadas. (A,E) y (B,F) muestran vistas de microCT en 3D y 2D transversales, con el defecto indicado por flechas rojas en (E) y (F). (C,G) Imágenes criohistológicas compuestas fusionadas fusionando tres capas de fluorescencia innata con una capa de tejido mineralizado. Los glóbulos verdes (Col3.6GFPtpz) son las células óseas productoras de colágeno tipo I, las células de color azul cian (Col2A1GFPcyan) son condrocitos proliferativos productores de colágeno tipo II y los glóbulos rojos (Col10A1RFPchry) son condrocitos hipertróficos productores de colágeno tipo X. (D,H) Tinción de Safranina O/Fast Green de la misma región que (C) y (G). Barras de escala = 1,0 mm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Imágenes de MicroCT de puentes óseos formados por este protocolo. (A,C,E,G,I,K) Secciones transversales transversales de la placa de crecimiento tibial proximal de seis ratones diferentes a las 3 semanas después de la creación del defecto de fresa. Puente óseo delineado por una línea punteada roja en (A). (B,D,F,H,J,L) Reconstrucciones 3D con un plano longitudinal recortado. Puente óseo delineado por una línea punteada roja en (B). Barras de escala = 1,0 mm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: MicroTC e imágenes histológicas de control contralateral y tibia proximal de ratón lesionada con formación de puente óseo. (A,J) y (B,K) muestran vistas de microCT en 3D y 2D transversales, con el puente óseo indicado con flechas amarillas en (J) y (K). (C,L) Imágenes criohistológicas compuestas fusionadas fusionando tres capas de fluorescencia innata con una capa de tejido mineralizado. Los glóbulos verdes (Col3.6GFPtpz) son las células óseas productoras de colágeno tipo I, las células de color azul cian (Col2A1GFPcyan) son condrocitos proliferativos productores de colágeno tipo II y los glóbulos rojos (Col10A1RFPchry) son condrocitos hipertróficos productores de colágeno tipo X. El recuadro blanco indica el aumento más alto que se muestra en los paneles F y O. (D,M) El tejido mineralizado y la tinción de DAPI en el área de la placa de crecimiento de los paneles C y L. (E,N) Tinción con safranina O/Fast Green de la misma región que (D) y (M) escaneada con fluorescencia cy5. (F,O) Un mayor aumento del área de la placa de crecimiento en la imagen combinada de los paneles C y L. (G-I,P-R) Se muestran canales individuales de la fluorescencia nativa con un fondo de tejido mineralizado. Barras de escala = 1,0 mm (A-E) y (J-N), = 250 μm en (F-I) y (O-R). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.