Name: software-assisted quantitative measurement of osteoarthritic subchondral bone thickness
Uploaded: 2022-03-18T14:00:00
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Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional de Artrite e Doenças Musculoesqueléticos e de Pele dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH) sob o Prêmio Número R01 AR059088, o Departamento de Defesa (DoD) sob o Prêmio de Pesquisa Número W81XWH-12-1-0304, e o Mary and Paul Harrington Distinguished Professorship Endowment.

Todos os procedimentos animais incluídos neste protocolo foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) do Centro Médico da Universidade do Kansas, em conformidade com todas as leis e regulamentos federais e estaduais.
1. Criação de oa de joelho em camundongos
<ol><li>Crie um modelo de camundongo de joelho OA por desestabilização cirúrgica do menisco medial (DMM), conforme descrito por Glasson et al.18 em 22 cam...

<ol>
	<li>Kotlarz, H., Gunnarsson, C. L., Fang, H., Rizzo, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insurer+and+out-of-pocket+costs+of+osteoarthritis+in+the+US:+evidence+from+national+survey+data.">Insurer and out-of-pocket costs of osteoarthritis in the US: evidence from national survey data.</a> Arthritis and Rheumatology. 60 (12), 3546-3553 (2009).</li><li>Buckwalter, J. A., Martin, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteoarthritis.">Osteoarthritis.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 58 (2), 150-167 (2006).</li><li>Weinans, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathophysiology+of+peri-articular+bone+changes+in+osteoarthritis.">Pathophysiology of peri-articular bone changes in osteoarthritis.</a> Bone. 51 (2), 190-196 (2012).</li><li>Baker-LePain, J. C., Lane, N. 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M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cartilage+damage+pattern+in+relation+to+subchondral+plate+thickness+in+a+collagenase-induced+model+of+osteoarthritis.">Cartilage damage pattern in relation to subchondral plate thickness in a collagenase-induced model of osteoarthritis.</a> Osteoarthritis Cartilage. 16 (4), 506-514 (2008).</li><li>Nalesso, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium+calmodulin+kinase+II+activity+is+required+for+cartilage+homeostasis+in+osteoarthritis.">Calcium calmodulin kinase II activity is required for cartilage homeostasis in osteoarthritis.</a> Science Reports. 11 (1), 5682 (2021).</li><li>Ding, M., Christian Danielsen, C., Hvid, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+hyaluronan+on+three-dimensional+microarchitecture+of+subchondral+bone+tissues+in+guinea+pig+primary+osteoarthrosis.">Effects of hyaluronan on three-dimensional microarchitecture of subchondral bone tissues in guinea pig primary osteoarthrosis.</a> Bone. 36 (3), 489-501 (2005).</li><li>Kraus, V. B., Huebner, J. L., DeGroot, J., Bendele, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+OARSI+histopathology+initiative+-+recommendations+for+histological+assessments+of+osteoarthritis+in+the+guinea+pig.">The OARSI histopathology initiative - recommendations for histological assessments of osteoarthritis in the guinea pig.</a> Osteoarthritis Cartilage. 18, 35-52 (2010).</li><li>McNulty, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comprehensive+histological+assessment+of+osteoarthritis+lesions+in+Mice.">A comprehensive histological assessment of osteoarthritis lesions in Mice.</a> Cartilage. 2 (4), 354-363 (2011).</li><li>Glasson, S. S., Chambers, M. G., Van Den Berg, W. B., Little, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+OARSI+histopathology+initiative+-+recommendations+for+histological+assessments+of+osteoarthritis+in+the+mouse.">The OARSI histopathology initiative - recommendations for histological assessments of osteoarthritis in the mouse.</a> Osteoarthritis Cartilage. 18, 17-23 (2010).</li><li>Pritzker, K. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osteoarthritis+cartilage+histopathology:+grading+and+staging.">Osteoarthritis cartilage histopathology: grading and staging.</a> Osteoarthritis Cartilage. 14 (1), 13-29 (2006).</li><li>Mankin, H. J., Dorfman, H., Lippiello, L., Zarins, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biochemical+and+metabolic+abnormalities+in+articular+cartilage+from+osteo-arthritic+human+hips.+II.+Correlation+of+morphology+with+biochemical+and+metabolic+data.">Biochemical and metabolic abnormalities in articular cartilage from osteo-arthritic human hips. II. Correlation of morphology with biochemical and metabolic data.</a> Journal of Bone and Joint Surgery American. 53 (3), 523-537 (1971).</li><li>Glasson, S. S., Blanchet, T. J., Morris, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+surgical+destabilization+of+the+medial+meniscus+(DMM)+model+of+osteoarthritis+in+the+129/SvEv+mouse.">The surgical destabilization of the medial meniscus (DMM) model of osteoarthritis in the 129/SvEv mouse.</a> Osteoarthritis Cartilage. 15 (9), 1061-1069 (2007).</li><li>Wang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcription+factor+Nfat1+deficiency+causes+osteoarthritis+through+dysfunction+of+adult+articular+chondrocytes.">Transcription factor Nfat1 deficiency causes osteoarthritis through dysfunction of adult articular chondrocytes.</a> Journal of Pathology. 219 (2), 163-172 (2009).</li><li>Zhang, M., Lu, Q., Budden, T., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NFAT1+protects+articular+cartilage+against+osteoarthritic+degradation+by+directly+regulating+transcription+of+specific+anabolic+and+catabolic+genes.">NFAT1 protects articular cartilage against osteoarthritic degradation by directly regulating transcription of specific anabolic and catabolic genes.</a> Bone Joint Research. 8 (2), 90-100 (2019).</li><li>Zhang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epigenetically+mediated+spontaneous+reduction+of+NFAT1+expression+causes+imbalanced+metabolic+activities+of+articular+chondrocytes+in+aged+mice.">Epigenetically mediated spontaneous reduction of NFAT1 expression causes imbalanced metabolic activities of articular chondrocytes in aged mice.</a> Osteoarthritis Cartilage. 24 (7), 1274-1283 (2016).</li><li>Rodova, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nfat1+regulates+adult+articular+chondrocyte+function+through+its+age-dependent+expression+mediated+by+epigenetic+histone+methylation.">Nfat1 regulates adult articular chondrocyte function through its age-dependent expression mediated by epigenetic histone methylation.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 26 (8), 1974-1986 (2011).</li><li>Jackson, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depletion+of+protease-activated+receptor+2+but+not+protease-activated+receptor+1+may+confer+protection+against+osteoarthritis+in+mice+through+extracartilaginous+mechanisms.">Depletion of protease-activated receptor 2 but not protease-activated receptor 1 may confer protection against osteoarthritis in mice through extracartilaginous mechanisms.</a> Arthritis and Rheumatology. 66 (12), 3337-3348 (2014).</li></ol>

Medir o espessamento de SCB é um componente importante das avaliações histológicas da gravidade da OA. A maioria dos sistemas de classificação OA existentes concentra-se principalmente em alterações de cartilagem15,16,17. Um método de classificação de espessura scb osteoartrrítico de murina amplamente utilizado que classifica o espessamento de SCB como leve, moderado e grave é em grande parte subjetivo, e sua confia...

A osteoartrite (OA), caracterizada radiograficamente pelo estreitamento do espaço articular devido à perda de cartilagem articular, osteofitas e esclerose óssea subcondral (SCB), é a forma mais comum de artrite1,2. Embora o papel do osso peri-articular na etiologia da OA não seja totalmente compreendido, a formação de osteofitas e a esclerose SCB são geralmente consideradas como resultados do processo da doença em vez de fatores causadores, mas mudanças na arquitetura/forma e biologia óssea peri-articular podem contribuir para o desenvolvimento e progressão da OA3,4 . O desenvolvimento de um sistema de classificação OA preciso e facilmente executado, incluindo a medição de SCB, é fundamental para estudos comparativos entre laboratórios de pesquisa e para avaliar a eficácia de agentes terapêuticos projetados para prevenir ou atenuar a progressão de OA.
SCB é construído com uma fina placa óssea semelhante a uma cúpula e uma camada subjacente de osso trabecular. A placa SCB é a lamella cortical, situada paralelamente e imediatamente sob a cartilagem calcificada. Pequenos ramos de vasos arteriais e venosos, bem como nervos, penetram através dos canais na placa SCB, comunicando-se entre a cartilagem calcificada e o osso trabecular. O osso trabecular subcondral contém vasos sanguíneos, nervos sensoriais, medula óssea e é mais poroso e metabolicamente ativo que a placa SCB. Portanto, o SCB exerce funções de absorção de choque e suporte e também é importante para o fornecimento de nutrientes da cartilagem e metabolismo em articulações normais5,6,7,8.
O espessamento de SCB (em histologia) e a esclerose (na radiografia) são as principais marcas da OA e das principais áreas de pesquisa da fisiopatologia OA. Medir o espessamento de SCB é um componente importante das avaliações histológicas da gravidade da OA. A microradiografia digital relatada anteriormente para medição da densidade mineral SCB 9, bem como a medição quantitativa de SCB baseada em microcândia (microcdáciclo) em modelos de roedores de OA10,11,12,13 melhoraram nossa compreensão da estrutura scb e o papel das mudanças de SCB na fisiopatologia OA. A área e a espessura do SCB também foram quantificadas com lâminas histológicas usando um sofisticado sistema de computador com software específico e caro de histomorfometria óssea14. No entanto, os sistemas de classificação OA semi-quantitativos baseados em estimativas visuais, incluindo a classificação de espessamento SCB, são mais amplamente utilizados do que micro-CT no momento, porque os sistemas de classificação são fáceis de usar, particularmente para a triagem de numerosas imagens histológicas. No entanto, a maioria dos sistemas de classificação OA existentes concentra-se principalmente em alterações de cartilagem15,16,17. Um método de classificação de espessura de SCB osteoartrítico amplamente utilizado que classifica o espessamento de SCB como leve, moderado e grave é em grande parte subjetivo, e sua confiabilidade não foi totalmente validada15. Um protocolo de medição de espessura SCB osteoartrrítico confiável e facilmente executado passo a passo não é totalmente desenvolvido ou não padronizado.
Este estudo teve como objetivo desenvolver um protocolo reprodutível, sensível e facilmente executado para medir quantitativamente a espessura do SCB em um modelo de mouse de OA. Nossos rigorosos testes de medição e análise estatística demonstraram que este protocolo de medição quantitativa assistido pelo software ImageJ poderia quantificar a espessura do SCB nas articulações normais e osteoartríticas do joelho. O protocolo recém-desenvolvido é reprodutível e mais sensível a mudanças leves de SCB do que os sistemas de classificação visual amplamente utilizados. Pode ser usado para detectar alterações precoces de SCB osteoartrvérticos e para avaliar a eficácia in vivo dos tratamentos de OA em conjunto com a classificação da cartilagem OA.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Safranin-O</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S8884</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fast green</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F7252</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hematoxylin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>GHS216</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eosin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>E4382</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>illustrator</td>
			<td>Adobe</td>
			<td>Not applicable</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

software-assisted quantitative measurement of osteoarthritic subchondral bone thickness

O espessamento ósseo subcondral e a esclerose são as principais marcas da osteoartrite (OA), tanto em modelos animais quanto em humanos. Atualmente, a gravidade do espessamento do osso subcondral histológico é determinada principalmente por sistemas de classificação semi-quantitativos baseados em estimativa visual. Este artigo apresenta um protocolo reprodutível e facilmente executado para medir quantitativamente a espessura óssea subcondral em um modelo de camundongo de joelho OA induzido pela desestabilização do menisco medial (DMM). Este protocolo utilizou o software ImageJ para quantificar a espessura óssea subcondral em imagens histológicas depois de definir uma região de interesse no condílo femoral medial e no platô tibial médico onde o espessamento do osso subcondral geralmente ocorre no OA do joelho induzido por DMM. Imagens histológicas das articulações do joelho com um procedimento falso foram usadas como controles. A análise estatística indicou que o recém-desenvolvido sistema de medição óssea subcondral quantitativa foi altamente reprodutível com baixas variabilidades intra e inter-observador. Os resultados sugerem que o novo protocolo é mais sensível ao espessamento de ossos subcondrais sutis ou leves do que os sistemas de classificação visual amplamente utilizados. Este protocolo é adequado para detectar alterações ósseas subcondriais osteoartríticas precoces e em andamento e para avaliar a eficácia in vivo dos tratamentos de OA em conjunto com a classificação da cartilagem OA.

Comparação de reprodutibilidade entre classificação de estimativa visual e medição quantitativa assistida por ImageJ: A espessura de SCB em 48 regiões de interesse (ROI) (24 MFC e 24 MTP), definida a partir de uma seção média de cada joelho de 24 joelhos/animais, foi pontuada por três indivíduos independentes utilizando o esquema de pontuação visual existente 0-3, conforme descrito na literatura15,23, quando 0 = normal (sem espes...

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Software-Assisted Quantitative Measurement of Osteoarthritic Subchondral Bone Thickness

Este artigo de metodologia apresenta um protocolo de medição quantitativa assistido por software para quantificar a espessura óssea subcondral histológica nas articulações do joelho osteoartrrítico murina e articulações normais do joelho como controles. Este protocolo é altamente sensível ao espessamento sutil e é adequado para detectar alterações ósseas subcondriais osteoartríticas precoces.

Medição quantitativa assistida por software da espessura óssea subcondral osteoartrítica

Subchondral bone thickening and sclerosis are the major hallmarks of osteoarthritis (OA), both in animal models and in humans. Currently, the severity of ...

O espessamento ósseo subcondral, ou esclerose, é uma das marcas da osteoartrite, tanto em modelos animais quanto em humanos. Atualmente, a gravidade do espessamento ósseo subcondral histológico é determinada principalmente pela estimativa visual baseada em sistemas de classificação semi-quantitativos. Este estudo tem como objetivo desenvolver um protocolo reprodutível e facilmente executado para medir quantitativamente a espessura óssea subcondral em um modelo de camundongo de joelho OA induzido pela desestabilização do menisco medial.Criamos um modelo de camundongo para osteoartrite do joelho por desestabilização cirúrgica do menisco medial que é realizado sob microscópio cirúrgico e condição estéril. O processo histológico das articulações do joelho do rato inclui fixação tecidual, decalcificação, corte, processamento, incorporação, secção e coloração, seguido de imagem microscópica. A imagem na tela mostra osteoartrite do joelho do rato com lesões de cartilagem articular, formação de osteofito e espessamento de osso subcondral Medição quantitativa do osso subcondral osteoartrítico com o software ImageJ.Baixe ImageJ de imagej.nih.gov/ij. Imagem abertaJ. Clique na guia Arquivo e clique em Abrir a opção Abrir a imagem histológica.Encontre o endereço do diretório do arquivo, selecione o arquivo de imagem e clique em Abrir. Use a ferramenta linha reta para desenhar uma unidade de comprimento, um micrômetro e clique em Analisar, em seguida, definir escala. Defina a distância conhecida e a proporção de pixels para um e clique em Ok.ImageJ pode converter o comprimento do pixel para o comprimento da unidade, um micrômetro.Defina o fator medido para a área. Clique em Analisar e definir medição e verificar área e caixa limite para limiar sob a nova janela. Esta etapa define ImageJ para medir a área do parâmetro dentro do limiar selecionado.Área de interesse total subcondral definida como mostrado no rádio que cobre a placa cortical subcondral e uma parte do osso trabecular subjacente adjacente à placa cortical. Esboce o contorno da área óssea subcondral total usando a ferramenta de seleção sob a janela principal da imagem. As ferramentas de seleção dão ao sistema um limite para limitar a medição após a escolha do limiar.Clique em Analisar e, em seguida, medir. Uma janela de resultado com medição de área será aberta. Clique em Editar e, em seguida, limpar para fora para excluir a área fora da área óssea subcondral total.Apenas a área óssea subcondral total é visível depois de clicar na opção Limpar de fora. Clique em Imagem e, em seguida, ajuste o limiar de cor para abrir a janela de cor limiar. Clique em Original na parte inferior da janela de cores limiar para restaurar a imagem ao status original.Use ferramentas de seleção para desenhar uma pequena caixa na região da substância óssea. Clique em Opção de Amostra na parte inferior da janela para definir a área da substância óssea. A área de substância óssea selecionada ficará vermelha.Clique em Selecionar na parte inferior da janela de cor limiar para criar um limiar de medição de área. Clique em Analisar e, em seguida, medir no menu principal imageJ. O resultado da medição da área da substância óssea aparecerá na janela de resultados.Guarde os dados da área óssea subcondral total e da área da substância óssea. A variabilidade inter e intraobservadora e a reprodutibilidade foram determinadas pela análise do coeficiente de correlação de Pearson. A significância da diferença entre os grupos de estudo foi determinada pelo uso do T-Test estudantil ou da ANOVA unidirecional, seguido do teste pós-hoc.Esta figura mostra painéis superiores e inferiores. O painel superior mostra imagens fotomicômicas de imagens histológicas de grupos Sham e DMM para classificação óssea subcondral baseada em estimativa visual. Os painéis inferiores mostram imagens fotomicrômicas de imagens histólógicas de grupos sham e DMM para medição óssea subcondral assistida por ImageJ.As caixas delineadas com uma linha amarela pontilhada feita com o Adobe Illustrator define a área óssea subcondral total de interesse. A área de substância óssea dentro das caixas é destacada em laranja. O notável espessamento do osso subcondral no condílo femoral medial e no planalto tibial medial pode ser quantificado usando o software ImageJ.Nesta figura, os testes de variação interobservadora indicam uma alta reprodutibilidade entre observadores tanto para a primeira quanto para a segunda medições da espessura óssea subcondral no planalto tibial medial e nas regiões de condíle femoral medial de interesse. Nesta figura, os testes de variação intraobservadora indicam uma alta reprodutibilidade entre as primeira e segunda medições de espessura óssea subcondral no planalto tibial medial e regiões de condíle femoral medial de interesse. A Tabela 1 mostra análise comparativa da reprodutibilidade entre a classificação visual e a medição quantitativa assistida por ImageJ da espessura óssea subcondral.O teste do coeficiente de correlação sugere que a medição quantitativa era relativamente mais reprodutível do que o sistema de classificação visual. Esta figura mostra a análise de sensibilidade comparativa da classificação visual e da medição quantitativa assistida pela ImageJ da espessura óssea subcondral no condíle femoral medial e no planalto tibial medial. As imagens histológicas para classificação de estimativa visual foram divididas em três grupos.O valor quantitativo de espessura óssea subcondral de todos os três observadores para as imagens DMM com pontuação visual zero foi significativamente maior do que o das imagens de Sham com um escore visual zero, indicando que a medição quantitativa é mais sensível do que a classificação visual para leve espessamento ósseo subcondral. O protocolo recém-desenvolvido para medição quantitativa da espessura óssea subcondral osteoartrítica é mais sensível a alterações ósseas subcondriais leves do que os sistemas de classificação visual amplamente utilizados. E este protocolo pode ser usado para detectar alterações ósseas subcondriais osteoartriticas precoces e para avaliar a eficácia in vivo dos tratamentos de osteoartrite em conjunto com a classificação da cartilagem osteoartrite.

Research

JoVE Journal

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Análise quantitativa [18F]-NAF-PET-RM para avaliação da rotatividade óssea dinâmica em paciente com dor nas costas Facetogênica

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