《Laboratory Investigation》：The Human Knee as An Organ: Joint Tissue Collection, Processing and Scoring for Multimodal Analyses
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膝关节作为器官的多维度标准化研究方法及流程构建 | 跨组学分析 | 组织异质性评估 | 评分系统标准化 | RE-JOIN联盟
Miguel Otero | Irene Lorenzo Gomez | Takuya Sakamoto | Yu Okuno | Chelsea Kenvisay | Merissa Olmer | Hannah Swahn | Dana E. Orange | Bella Mehta | Fuadur Omi | Edward F. DiCarlo | Daniel C. Ramirez | Alia Obeidat | Anne-Marie Malfait | Priya Kulkarni | Robert P. Dalton | Muhammad Abbas | Yenisel Cruz-Almeida | Kyle D. Allen | Nele A. Haelterman | Martin K. Lotz
美国纽约州纽约市特殊外科医院及威尔康奈尔医学院
摘要
所有膝关节组织都会经历与衰老和骨关节炎（OA）相关的变化，但我们对膝关节作为器官的理解，以及其在稳态、衰老和OA过程中的组织间相互作用仍较为有限。分子成像技术的出现使得能够对关节组织进行全面分析，以填补这些知识空白。成功应用这些新技术需要精确的临床诊断，并对组织特异性变量进行严格且一致的定义，包括记录用于宏观、组织学、细胞学和分子学表征的感兴趣区域。宏观和组织学评分系统是解释细胞学和分子学分析结果的基准。因此，标准化这些系统对于减少实验变异性至关重要。目前，大多数关节组织缺乏被广泛接受的评分系统，不同的组织学特征采用不同的方法进行选择和量化，这限制了研究之间的可比性和重复性。本文回顾了现有方法，讨论了其局限性，并提出了基于应跨不同组织类型一致评估的特征的新方法，以克服这些问题。
引言
人体组织为关节生物学、衰老及骨关节炎（OA）等疾病的研究提供了独特优势，因为它们提供了具有临床相关性和物种特异性的信息，有助于理解疾病的复杂性、细胞结构和分子特征。此外，这些研究为开发能够反映人类疾病不同方面的模式生物提供了依据，从而支持机制研究和临床前研究。尽管多年前就已提出将关节视为一个器官的概念1, 2, 3，但全面整合关节各组织组织学、细胞学和分子学分析的研究仍然较为缺乏。
高通量组学方法的出现为利用人体组织生成多模态数据集提供了前所未有的机会。这些数据集有助于无偏地识别维持组织稳态的机制，以及与衰老和OA相关的改变，这些改变会增加疾病风险或促进疾病的发生和发展。
为了充分利用这些下一代研究工具，我们必须开发标准化的人体组织分析方法，以解决以往研究中经常出现的结果不一致性问题。在使用全膝关节置换术（TKA）样本的研究中，患者表型分析这一关键步骤有时会被忽视，因为这些研究并不总是报告研究中包含的患者是否符合特定的临床和/或放射学标准4,5。这可能会增加本已异质性的OA患者群体的变异性，并导致研究结果的可重复性不足。此外，对组织样本采集的确切解剖位置的记录不完整（例如半月板的前部或后部）可能导致数据集混杂和结论不准确。使用人体组织的研究还受到供体相关生物变量异质性的影响，这凸显了方法标准化和优化的迫切需求。因此，要从人体样本中生成可靠的数据以研究膝关节作为器官，必须具备几个关键要素，包括对患者群体和关节特异性变量的详细表型分析，以及对用于宏观、组织学、细胞学和分子学表征的感兴趣区域的全面记录。此外，还需要针对不同组织和分析类型优化技术细节，如组织分装和保存方法。
宏观和组织学评分通常是首先应用于所有关节组织的分析方法，为后续研究提供了基础参考。目前，大多数关节组织缺乏被广泛接受的评分系统，不同的组织学特征采用不同的方法进行选择和量化，这限制了研究之间的可比性。为了克服这些局限性，应针对每种组织类型定义并使用一致的方法对一组标准特征进行量化。
本综述基于“恢复关节健康和功能以减轻疼痛”（RE-JOIN）联盟的最新工作，该联盟旨在了解OA中关节组织损伤和疼痛的机制，采用综合方法研究OA这一整体关节疾病。该项目应用了尖端的多组学和成像技术，因此需要开发标准化的组织处理和分析方案。
基于这些经验，我们讨论了需要一个全面的工作流程，该流程应包含针对组织特异性的优化方法，以生成高质量的数据。这样的工作流程将首次实现对人体膝关节作为器官的综合多模态评估。我们回顾了宏观和组织学评分系统，提出了目前最有效的方法，并建议开发改进的评分系统（表16-11）。
研究用人体组织来源
研究用的人体膝关节组织可以从多个来源获得，包括接受手术的患者（最常见的是TKA患者）、同意为研究捐献组织的已故捐赠者，或在关节镜手术过程中获取的活检样本。诸如国家疾病研究交换中心（NDRI）之类的生物库也提供膝关节组织。
不同的组织来源在OA研究中具有不同的优势和局限性。TKA过程中获取的组织通常与丰富的……
宏观评分和感兴趣区域的选择
对于整个膝关节的捐赠样本，可以使用半定量评分系统评估所有关节组织的宏观外观。每种组织的整体宏观评分是解释后续结果的重要基础。这可以通过在组织切除的各个阶段获取高分辨率照片来实现，照片中应包含颜色参考和标尺。任何观察到的宏观病变都应记录在组织图上，以记录其空间位置
结论与建议
目前缺乏全面研究膝关节作为器官并评估所有关节组织的研究，这突显了RE-JOIN联盟致力于开发一种能够实现膝关节作为器官的综合多模态评估工作流程的关键重要性。组织病理学是组织分析的基础，是理解和解释多组学技术所捕捉到的细胞和分子变化影响的重要第一步
致谢
我们感谢Christie Yee在膝关节组织学方面的协助，以及Connie Choate对手稿编辑的工作。
