Questo protocollo utilizza topi reporter fluorescenti trilineari per indurre con precisione un difetto della placca di crescita laterale nella tibia prossimale, sfruttando la fluorescenza rossa intrinseca emessa dal collagene di tipo X per la guida chirurgica. La vista che il chirurgo ha mentre guarda attraverso l'oculare dello stereomicroscopio con il set di filtri mCherry è mostrata nella Figura 2D. La fluorescenza nativa di tipo X consente al chirurgo di posizionare la fresa nella zona ipertrofica e creare una lesione che imita un tipo comune di lesione della cartilagine di accrescimento che porta a un ponte osseo (Figura 2F). La fluorescenza sotto il canale rosso è la più brillante e, quindi, consigliata per l'uso durante il posizionamento della fresa. In alternativa, la creazione di difetti potrebbe essere guidata utilizzando altri colori della fluorescenza nativa dei topi tripli transgenici se l'obiettivo dell'esperimento è studiare lesioni in altre zone della cartilagine di crescita rispetto alla zona ipertrofica e alla regione calcificata adiacente.
La creazione di un difetto simile a Salter-Harris di tipo II nella zona ipertrofica della cartilagine di accrescimento e del tessuto osseo inferiore adiacente, utilizzando una fresa dentale di 0,5 mm di diametro, è stata convalidata attraverso microCT e crio-istologia delle tibie prossimali danneggiate (tempo 0) rispetto ai controlli laterali illesi in N = 3 topi (Figura 4). I difetti erano difficili da vedere nelle immagini microCT 3D, ma erano rilevabili nelle sezioni trasversali 2D (Figura 3A, B, E, F). La Figura 3G mostra la distribuzione delle cellule ossee produttrici di collagene di tipo I (fluorescenza verde), dei condrociti proliferativi produttori di collagene di tipo II (fluorescenza ciano) e dei condrociti ipertrofici produttori di collagene di tipo X. Nell'immagine del topo ferito (Figura 4G), c'è una rottura della zona ipertrofica, dello strato provvisoriamente calcificato e di parte dell'osso di nuova formazione rispetto al controllo con la zona proliferativa solo leggermente disturbata. La colorazione Safranin O/Fast Green (Figura 4H) illustra al meglio la posizione del difetto all'interno della cartilagine di crescita danneggiata poiché tutte le cellule sono chiaramente visibili.
L'analisi a raggi X fornisce alcune informazioni sui topi vivi per quanto riguarda l'impatto di questo tipo di lesione della cartilagine di crescita sulla lunghezza della tibia e sulla formazione del ponte osseo nel tempo (Figura 3). L'imaging comparativo tra tibie illese (Figura 3A) e ferite (Figura 3B), prelevato prima dell'intervento chirurgico e 3 settimane dopo l'intervento, rivela una grande quantità di crescita degli arti, assottigliamento delle placche di crescita e una distinta regione opaca che si è sviluppata nell'area della cartilagine di crescita lesa a 3 settimane. Questa opacità all'interno della cartilagine di crescita non è presente nella controparte illesa né nei topi prima dell'intervento chirurgico. Il faxitron è quindi un modo per osservare i cambiamenti patologici indotti dalla lesione nei topi vivi, come la formazione di un ponte osseo e i cambiamenti nella lunghezza degli arti.
L'imaging MicroCT delle ossa sezionate offre una visualizzazione dettagliata della formazione del ponte osseo all'interno delle placche di crescita danneggiate tre settimane dopo l'intervento chirurgico (Figura 5). Come si vede nelle immagini di sei diversi topi feriti mostrati nella Figura 5, c'è uno sviluppo costante del ponte osseo in tutti i topi. Utilizzando il software Scanco Medical, il volume del ponte osseo è stato calcolato esaminando ciascuna sezione della placca di crescita tibiale prossimale, delineando l'area del ponte osseo (Figura 5B) con lo strumento di selezione e quindi integrando ciascuna area della sezione nell'intero volume della placca di crescita per ottenere il volume totale24. Il volume del ponte osseo calcolato in questo modo era 0,0761 mm3 ± 0,0246 (media ± deviazione standard, N = 6). La maggior parte dei ponti ossei si forma vicino al centro della cartilagine di accrescimento nonostante l'approccio laterale, che ferisce il bordo esterno e il centro della cartilagine di accrescimento. Questo fenomeno può essere attribuito al fatto che le cellule staminali mesenchimali (MSC) del midollo osseo, piuttosto che del pericondrio, sono responsabili della formazione del ponte osseo25.
In questi topi transgenici tricolori, l'analisi crio-istologica della cartilagine di crescita danneggiata è arricchita dalla fluorescenza del collagene nativo (Figura 6). Rivela la complessa interazione tra cellule ossee e condrociti nel sito della lesione. Le immagini MicroCT mostrate nella Figura 6J,K sono state fornite al tecnico istologo per guidare l'inclusione e il sezionamento. Le cellule ossee produttrici di collagene di tipo I sono visibili nella Figura 6L, O, P (fluorescenza verde), mentre i condrociti proliferativi produttori di collagene di tipo II sono visibili nella Figura 6L, O, Q (fluorescenza ciano). I condrociti ipertrofici che producono collagene di tipo X sono visibili nella Figura 6L,O,R (fluorescenza rossa). Questo approccio a fluorescenza multicolore consente un esame dettagliato della differenziazione dei condrociti post-operatoria all'interno dell'area del ponte osseo su uno sfondo di tessuto mineralizzato. La colorazione DAPI è stata utilizzata per confermare la distribuzione di tutti i tipi di cellule all'interno dell'area della cartilagine di crescita (Figura 6M). La colorazione Safranin O/Fast Green dimostra l'organizzazione composita e strutturale della cartilagine e dell'osso all'interno della cartilagine di crescita lesionata (Figura 6N). L'imaging di queste sezioni colorate con un set di filtri Cy5 illumina notevolmente le cellule della zona di riposo all'interfaccia tra l'osso epifisario e la cartilagine.

Figura 3: Immagini radiografiche del controllo controlaterale e delle tibie di topo ferite. (A) Le immagini a raggi X della tibia di controllo controlaterale vengono scattate appena prima della lesione quando i topi hanno 2 settimane e a 3 settimane dopo l'intervento chirurgico quando i topi hanno 5 settimane, dimostrando l'entità della crescita che si verifica durante questo periodo. (B) Tibia ferita dallo stesso topo negli stessi punti temporali di cui al punto (A). I punti di riferimento utilizzati per le misurazioni della lunghezza della tibia sono l'apice della testa della tibia prossimale fino all'estremità della tibia all'altezza dell'articolazione della caviglia (frecce rosse a due punte). Il ponte osseo opaco è visibile nella cartilagine di crescita della tibia prossimale lesionata a 5 settimane. Barre della scala = 5,00 mm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: MicroCT e immagini istologiche del controllo controlaterale a tempo zero e tibie prossimali di topo ferite. (A,E) e (B,F) raffigurano viste microCT 3D e 2D trasversali, con il difetto indicato da frecce rosse in (E) e (F). (C,G) Immagini crio-istologiche combinate in composito che fondono tre strati di fluorescenza innata con uno strato di tessuto mineralizzato. Le cellule verdi (Col3.6GFPtpz) sono le cellule ossee produttrici di collagene di tipo I, le cellule di colore blu ciano (Col2A1GFPcyan) sono condrociti proliferativi produttori di collagene di tipo II e i globuli rossi (Col10A1RFPchry) sono condrociti ipertrofici che producono collagene di tipo X. (D,H) Safranina O/Colorazione Fast Green della stessa regione di (C) e (G). Barre della scala = 1,0 mm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Immagini MicroCT dei ponti ossei formati da questo protocollo. (A,C,E,G,I,K) Sezioni trasversali della placca di crescita tibiale prossimale di sei diversi topi a 3 settimane dalla creazione del difetto della fresa. Ponte osseo delineato da una linea tratteggiata rossa in (A). (B,D,F,H,J,L) Ricostruzioni 3D con un piano longitudinale tagliato. Ponte osseo delineato da una linea tratteggiata rossa in (B). Barre della scala = 1,0 mm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: MicroTC e immagini istologiche del controllo controlaterale e della tibia prossimale di topo lesionata con formazione di ponti ossei. (A,J) e (B,K) raffigurano viste microCT 3D e 2D trasversali, con il ponte osseo indicato da frecce gialle in (J) e (K). (C,L) Immagini crio-istologiche combinate in composito che fondono tre strati di fluorescenza innata con uno strato di tessuto mineralizzato. Le cellule verdi (Col3.6GFPtpz) sono le cellule ossee produttrici di collagene di tipo I, le cellule di colore blu ciano (Col2A1GFPcyan) sono condrociti proliferativi produttori di collagene di tipo II e i globuli rossi (Col10A1RFPchry) sono condrociti ipertrofici che producono collagene di tipo X. La casella bianca indica l'ingrandimento maggiore mostrato nei pannelli F e O. (D,M) Il tessuto mineralizzato e la colorazione DAPI nell'area della placca di crescita dei pannelli C e L. (E,N) Colorazione Safranin O/Fast Green della stessa regione di (D) e (M) scansionata con fluorescenza cy5. (F,O) Un ingrandimento maggiore dell'area della piastra di crescita nell'immagine unita dei pannelli C e L. (G-I,P-R) Singoli canali della fluorescenza nativa mostrati con uno sfondo tissutale mineralizzato. Barre della scala = 1,0 mm (A-E) e (J-N), = 250 μm in (F-I) e (O-R). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.