Ce protocole utilise des souris rapporteures fluorescentes trilinéaires pour induire un défaut de la plaque de croissance latérale dans le tibia proximal avec précision en exploitant la fluorescence rouge inhérente émise par le collagène de type X pour le guidage chirurgical. La figure 2D montre la vue du chirurgien lorsqu’il regarde à travers l’oculaire du stéréomicroscope avec le jeu de filtres mCherry. La fluorescence native de type X permet au chirurgien de placer la fraise dans la zone hypertrophique et de créer une lésion qui imite un type courant de lésion de la plaque de croissance conduisant à un pont osseux (Figure 2F). La fluorescence sous le canal rouge est la plus brillante et, par conséquent, recommandée pour la mise en place de la fraise. Alternativement, la création de défauts pourrait être guidée par l’utilisation d’autres couleurs de la fluorescence native des souris transgéniques triples si le but de l’expérience est d’étudier les lésions à d’autres zones de la plaque de croissance que la zone hypertrophique et la région calcifiée adjacente.
La création d’un défaut de type Salter-Harris de type II dans la zone hypertrophique de la plaque de croissance et du tissu osseux inférieur adjacent, à l’aide d’une fraise dentaire de 0,5 mm de diamètre, a été validée par microtomodensitométrie et imagerie cryohistologique des tibias proximaux blessés (temps 0) par rapport aux témoins latéraux non blessés chez N = 3 souris (figure 4). Les défauts étaient difficiles à voir sur les images microCT 3D, mais étaient détectables dans les coupes efficaces 2D (figures 3A, B, E, F). La figure 3G montre la distribution des cellules osseuses productrices de collagène de type I (fluorescence verte), des chondrocytes prolifératifs producteurs de collagène de type II (fluorescence cyan) et des chondrocytes hypertrophiques producteurs de collagène de type X. Sur l’image de la souris blessée (Figure 4G), il y a une perturbation de la zone hypertrophique, de la couche provisoirement calcifiée et d’une partie de l’os le plus récent par rapport au contrôle, la zone proliférative n’étant que légèrement perturbée. La coloration Safranin O/Fast Green (Figure 4H) illustre le mieux l’emplacement du défaut dans la plaque de croissance blessée puisque toutes les cellules sont clairement visibles.
L’analyse aux rayons X donne un aperçu de l’impact de ce type de blessure à la plaque de croissance sur la longueur du tibia et la formation du pont osseux au fil du temps (figure 3). L’imagerie comparative entre les tibias non blessés (Figure 3A) et blessés (Figure 3B), prise avant la chirurgie et 3 semaines après la chirurgie, révèle une grande quantité de croissance des membres, un amincissement des plaques de croissance et une région opaque distincte qui s’est développée dans la zone de la plaque de croissance blessée à 3 semaines. Cette opacité à l’intérieur de la plaque de croissance n’est pas présente chez l’homologue non blessé ni chez les souris avant la chirurgie. Faxitron est donc un moyen d’observer les changements pathologiques induits par la lésion chez les souris vivantes, tels que la formation d’un pont osseux et les modifications de la longueur des membres.
L’imagerie MicroCT des os disséqués offre une visualisation détaillée de la formation des ponts osseux dans les plaques de croissance blessées trois semaines après la chirurgie (Figure 5). Comme le montrent les images de six souris blessées différentes montrées à la figure 5, il y a un développement cohérent du pont osseux chez toutes les souris. À l’aide du logiciel Scanco Medical, le volume du pont osseux a été calculé en examinant chaque section de la plaque de croissance tibiale proximale, en délimitant la zone du pont osseux (Figure 5B) à l’aide de l’outil de sélection, puis en intégrant chaque section dans tout le volume de la plaque de croissance pour obtenir le volume totalde 24. Le volume osseux du pont calculé de cette manière était de 0,0761 mm3 ± 0,0246 (moyenne ±écart-type, N = 6). La majorité des ponts osseux se forment près du milieu de la plaque de croissance malgré l’approche latérale, ce qui blesse le bord externe ainsi que le centre de la plaque de croissance. Ce phénomène peut être attribué au fait que les cellules souches mésenchymateuses (CSM) de la moelle osseuse, plutôt que du périchondre, sont responsables de la formation des ponts osseux25.
Chez ces souris transgéniques tricolores, l’analyse cryo-histologique de la plaque de croissance lésée est enrichie par la fluorescence du collagène natif (Figure 6). Il révèle l’interaction complexe des cellules osseuses et des chondrocytes sur le site de la lésion. Les images MicroCT illustrées à la figure 6J,K ont été fournies au technicien en histologie pour guider l’enrobage et la section. Les cellules osseuses productrices de collagène de type I sont observées sur la figure 6L, O, P (fluorescence verte), tandis que les chondrocytes prolifératifs producteurs de collagène de type II sont visibles sur la figure 6L, O, Q (fluorescence cyan). Les chondrocytes hypertrophiques producteurs de collagène de type X sont observés sur la figure 6L, O, R (fluorescence rouge). Cette approche de fluorescence multicolore permet un examen détaillé de la différenciation postopératoire des chondrocytes dans la zone du pont osseux sur fond de tissu minéralisé. La coloration DAPI a été utilisée pour confirmer la distribution de tous les types de cellules dans la zone de la plaque de croissance (Figure 6M). La coloration Safranin O/Fast Green démontre l’organisation composite et structurelle du cartilage et de l’os à l’intérieur de la plaque de croissance lésée (Figure 6N). L’imagerie de ces coupes colorées sous un ensemble de filtres Cy5 permet d’éclaircir notamment les cellules de la zone de repos à l’interface entre l’os épiphysaire et le cartilage.

Figure 3 : Radiographies du tibia de contrôle controlatéral et des tibias de souris lésés. (A) Les images radiographiques du tibia de contrôle controlatéral sont prises juste avant la blessure lorsque les souris ont 2 semaines et à 3 semaines après la chirurgie lorsque les souris ont 5 semaines, démontrant l’étendue de la croissance qui se produit pendant cette période. (B) Tibia blessé par la même souris aux mêmes moments qu’en (A). Les points de repère utilisés pour les mesures de la longueur du tibia sont l’apex de la tête du tibia proximal jusqu’à l’extrémité du tibia au niveau de l’articulation de la cheville (flèches rouges à deux pointes). Le pont osseux opaque est visible dans la plaque de croissance du tibia proximal blessé à 5 semaines. Barres d’échelle = 5,00 mm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : MicroCT et images histologiques du contrôle controlatéral de temps zéro et des tibias proximaux de souris blessés. (A, E) et (B, F) représentent des vues microCT 3D et transversales 2D, le défaut étant indiqué par des flèches rouges en (E) et (F). (C, G) Images cryo-histologiques composites fusionnées fusionnant trois couches de fluorescence innée avec une couche de tissu minéralisé. Les cellules vertes (Col3.6GFPtpz) sont les cellules osseuses productrices de collagène de type I, les cellules de couleur bleu cyan (Col2A1GFPcyan) sont des chondrocytes prolifératifs producteurs de collagène de type II, et les globules rouges (Col10A1RFPchry) sont des chondrocytes hypertrophiques producteurs de collagène de type X. (D,H) Coloration Safranine O/Fast Green de la même région que (C) et (G). Barres d’échelle = 1,0 mm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5 : Images MicroCT des ponts osseux formés par ce protocole. (A, C, E, G, I, K) Coupes transversales transversales de la plaque de croissance tibiale proximale de six souris différentes 3 semaines après la création du défaut de fraise. Pont osseux délimité par une ligne pointillée rouge en (A). (B,D,F,H,J,L) Reconstruction 3D avec un plan longitudinal découpé. Pont osseux délimité par une ligne pointillée rouge en (B). Barres d’échelle = 1,0 mm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 6 : MicroCT et images histologiques du contrôle controlatéral et du tibia proximal de souris blessé avec formation de pont osseux. (A, J) et (B, K) représentent des vues microCT 3D et transversales 2D, le pont osseux étant indiqué par des flèches jaunes en (J) et (K). (C,L) Images cryo-histologiques composites fusionnées fusionnant trois couches de fluorescence innée avec une couche de tissu minéralisé. Les cellules vertes (Col3.6GFPtpz) sont les cellules osseuses productrices de collagène de type I, les cellules de couleur bleu cyan (Col2A1GFPcyan) sont des chondrocytes prolifératifs producteurs de collagène de type II, et les globules rouges (Col10A1RFPchry) sont des chondrocytes hypertrophiques producteurs de collagène de type X. La boîte blanche indique le grossissement plus élevé indiqué dans les panneaux F et O. (D,M) Le tissu minéralisé et la coloration DAPI dans la zone de la plaque de croissance des panneaux C et L. (E,N) Coloration Safranin O/Fast Green de la même région que (D) et (M) balayée avec fluorescence cy5. (F,O) Un grossissement plus élevé de la surface de la plaque de croissance dans l’image fusionnée des panneaux C et L. (G-I,P-R) Canaux individuels de la fluorescence native représentés avec un fond de tissu minéralisé. Barres d’échelle = 1,0 mm (A-E) et (J-N), = 250 μm in (F-I) et (O-R). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.