Гистология - Histology

Гистологический препарат помещается на сцену оптический микроскоп.
Человек легкое ткань, окрашенная гематоксилин и эозин как видно под микроскопом.

Гистология,[помощь 1]также известен как микроскопическая анатомия или микроанатомия,[1] это филиал биология который изучает микроскопические анатомия биологических ткани.[2][3][4][5] Гистология - это микроскопический аналог общая анатомия, который смотрит на более крупные структуры, видимые без микроскоп.[5][6] Хотя микроскопическую анатомию можно разделить на органология, исследование органов, гистология, исследование тканей, и цитология, изучение клетки, современное использование помещает эти темы в область гистологии.[5] В лекарство, гистопатология это раздел гистологии, который включает микроскопическую идентификацию и исследование пораженных тканей.[5][6] В области палеонтология, термин палеогистология относится к гистологии ископаемое организмы.[7][8]

Биологические ткани

Классификация тканей животных

Основная статья: Анатомия § Ткани животных

Выделяют четыре основных типа тканей животных: мышечная ткань, нервная ткань, соединительная ткань, и ткань эпителия.[5][9] Все ткани животных считаются подтипами этих четырех основных типов тканей (например, кровь классифицируется как соединительная ткань, поскольку клетки крови взвешены в внеклеточный матрикс, то плазма ).[9]

Классификация тканей растений

Гистологический срез стебля растения (Alliaria petiolata ).
Основная статья: Анатомия растений

Для растений изучение их тканей относится к области анатомия растений, со следующими четырьмя основными типами:

Медицинская гистология

Гистопатология это раздел гистологии, который включает микроскопическую идентификацию и исследование пораженных тканей.[5][6] Это важная часть анатомическая патология и хирургическая патология, как точный диагноз рак и другие заболевания часто требуют гистопатологического исследования образцов тканей.[10] Квалифицированные врачи, часто имеющие лицензию патологи, выполнить гистопатологическое исследование и предоставить диагностическую информацию на основе своих наблюдений.

Профессии

Область гистологии, которая включает подготовку тканей к микроскопическому исследованию, известна как гистотехнология. Должности для обученного персонала, который готовит гистологические образцы для исследования, многочисленны и включают гистотехников, гистотехнологов,[11] гистологи и технологи, медицинские лаборанты, и биомедицинские ученые.

Базовые приготовления

Большинство гистологических образцов требует подготовки перед микроскопическим исследованием; эти методы зависят от образца и метода наблюдения.[9]

Фиксация

Основная статья: Фиксация (гистология)
Гистологический срез окаменелого беспозвоночного. Ордовик мшанки.

Химическая фиксаторы используются для сохранения и поддержания структуры тканей и клеток; фиксация также укрепляет ткани, что помогает разрезать тонкие срезы ткани, необходимые для наблюдения под микроскопом.[5][12] Фиксанты обычно сохраняют ткани (и клетки) за счет необратимого сшивания белков.[12] Наиболее широко используемый фиксатор для световой микроскопии - это 10% нейтральный буфер. формалин, или NBF (4% формальдегид в фосфатно-солевой буфер ).[13][12][9]

Для электронной микроскопии наиболее часто используемым фиксатором является глутаральдегид, обычно в виде 2,5% раствора в фосфатно-солевой буфер.[9] Другие фиксаторы, используемые для электронной микроскопии: четырехокись осмия или уранилацетат.[9]

Основное действие этих альдегид фиксаторы предназначены для сшивания аминогрупп в белках посредством образования метиленовые мостики (-CH2-), в случае формальдегида или C5ЧАС10 сшивки в случае глутарового альдегида. Этот процесс, сохраняя структурную целостность клеток и тканей, может повредить биологическую функциональность белков, в частности ферменты.

Фиксация формалина приводит к деградации мРНК, миРНК и ДНК, а также к денатурации и модификации белков в тканях. Однако экстракция и анализ нуклеиновых кислот и белков из фиксированных формалином, залитых парафином тканей возможны с использованием соответствующих протоколов.[14][15]

Выбор и обрезка

Выбор - это выбор соответствующей ткани в случаях, когда нет необходимости подвергать всю исходную массу ткани дальнейшей обработке. Остаток может остаться фиксированным на случай, если его нужно будет исследовать позже.

Обрезка представляет собой вырезание образцов ткани, чтобы открыть соответствующие поверхности для последующего сечения. Он также создает образцы тканей подходящего размера, чтобы поместиться в кассеты.[16]

Встраивание

Ткани заделаны в более твердую среду как в качестве опоры, так и для разрезания тонких срезов ткани.[9][5] Как правило, воду необходимо сначала удалить из тканей (обезвоживание) и заменить средой, которая либо непосредственно затвердевает, либо промежуточной жидкостью (очистка), которая смешивается со средой для заливки.[12]

Парафиновая свеча

Гистологический образец залит парафином (ткань удерживается на дне металлической формы, и на нее заливается больше расплавленного парафина).

Для световой микроскопии, парафиновая свеча является наиболее часто используемым материалом для заливки.[12][13] Парафин не смешивается с водой, основным компонентом биологической ткани, поэтому сначала его необходимо удалить с помощью ряда этапов обезвоживания.[12] Образцы передаются через серию все более концентрированных этиловый спирт ванны, содержащие до 100% этанола, чтобы удалить остатки воды.[9][12] Обезвоживание сопровождается клиринговый агент (обычно ксилол[13] хотя используются другие экологически безопасные заменители[13]), который удаляет спирт и смешивающийся вместе с воском добавляется, наконец, расплавленный парафиновый воск для замены ксилола и проникновения в ткань.[9] В большинстве гистологических или гистопатологических лабораторий обезвоживание, очистка и инфильтрация воска проводятся в тканевые процессоры которые автоматизируют этот процесс.[13] Пропитанные парафином ткани ориентируются в формах, заполненных воском; После размещения воск охлаждается, что приводит к затвердеванию блока и ткани.[13][12]

Другие материалы

Парафин не всегда обеспечивает достаточно твердую матрицу для резки очень тонких срезов (что особенно важно для электронной микроскопии).[12] Парафиновый воск также может быть слишком мягким по отношению к ткани, нагрев расплавленного воска может нежелательным образом изменить ткань, или обезвоживающие или очищающие химические вещества могут повредить ткань.[12] Альтернативы парафиновому воску включают: эпоксидная смола, акрил, агар, желатин, целлоидин, и другие виды восков.[12][17]

В электронной микроскопии эпоксидные смолы являются наиболее часто используемыми средами для заливки,[9] но также используются акриловые смолы, особенно там, где иммуногистохимия требуется.

Для разрезания тканей в замороженном состоянии ткани помещают в заливочную среду на водной основе. Предварительно замороженные ткани помещают в формы с жидким материалом для заливки, обычно это гликоль на водной основе. Октябрь, TBS, Криогель или смола, которую затем замораживают с образованием затвердевших блоков.

Разделение

Основная статья: Микротом
Гистологический образец вырезается на микротоме.

Для световой микроскопии нож, установленный в микротоме, используется для разрезания срезов ткани (обычно от 5 до 15). микрометры толстые), которые устанавливаются на стекло предметное стекло микроскопа.[9] Для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) алмазный или стеклянный нож, установленный в ультрамикротом используется для резки 50–150 нанометр срезы толстых тканей.[9]

Окрашивание

Основная статья: Окрашивание

Биологическая ткань не имеет особого контраста ни в световом, ни в электронном микроскопе.[17] Окрашивание используется как для контраста ткани, так и для выделения отдельных интересующих деталей. Когда краситель используется для нацеливания на определенный химический компонент ткани (а не на общую структуру), термин гистохимия используется.[9]

Световая микроскопия

Трихром Массона окрашивание крысы трахея.

Гематоксилин и эозин (H&E пятно ) является одним из наиболее часто используемых красителей в гистологии, чтобы показать общую структуру ткани.[9][18] Гематоксилин окрашивает клетки ядра синий; эозин, ан кислый краситель, окрашивает цитоплазма и другие ткани с разными оттенками розового.[9][12]

В отличие от H&E, который используется в качестве общего красителя, существует множество методов, которые более избирательно окрашивают клетки, клеточные компоненты и определенные вещества.[12] Обычно применяемый гистохимический метод, нацеленный на конкретное химическое вещество, - это Берлинская лазурь Перлза реакция, используемая для демонстрации отложений железа[12] при таких заболеваниях, как гемохроматоз. В Метод Ниссля для вещества Ниссля и Метод Гольджи (и связанные серебряные пятна ) полезны при идентификации нейроны другие примеры более специфических пятен.[12]

Гисторадиография

В гисторадиография, предметное стекло (иногда окрашенное гистохимически) подвергается рентгенографии. Чаще авторадиография используется для визуализации мест, куда радиоактивное вещество было перенесено в теле, например, клеток в S фаза (проходит Репликация ДНК ), которые включают тритированный тимидин, или сайты, на которых нуклеиновая кислота зонды связываются гибридизация in situ. Для авторадиографии на микроскопическом уровне предметное стекло обычно погружают в жидкую эмульсию ядерного тракта, которая высыхает, образуя пленку экспонирования. Отдельные зерна серебра на пленке визуализируются с помощью темнопольная микроскопия.

Иммуногистохимия

Основная статья: иммуногистохимия

Недавно, антитела были использованы для конкретной визуализации белков, углеводов и липидов. Этот процесс называется иммуногистохимия, или когда пятно флуоресцентный молекула иммунофлуоресценция. Этот метод значительно расширил возможности определения категорий клеток под микроскопом. Другие передовые методы, например нерадиоактивные на месте гибридизация, может сочетаться с иммунохимией для идентификации конкретных молекул ДНК или РНК с флуоресцентными зондами или метками, которые можно использовать для иммунофлуоресценции и ферментно-связанной флуоресцентной амплификации (особенно щелочная фосфатаза и усиление тирамидного сигнала). Флуоресцентная микроскопия и конфокальная микроскопия используются для обнаружения флуоресцентных сигналов с хорошей внутриклеточной детализацией.

Электронная микроскопия

Основная статья: Электронный микроскоп § Подготовка проб

Для электронной микроскопии тяжелые металлы обычно используются для окрашивания срезов тканей.[9] Уранилацетат и цитрат свинца обычно используются для придания контрастности ткани в электронном микроскопе.[9]

Специализированные техники

Криосекционирование

Основная статья: Процедура замороженного сечения

Подобно процедура замороженного участка работает в медицине, криосекция это метод быстрого замораживания, разрезания и монтирования срезов ткани для гистологии. Ткань обычно разрезают на криостат или замораживающий микротом.[12] Замороженные срезы помещают на предметное стекло и могут быть окрашены для усиления контраста между различными тканями. Незакрепленные замороженные срезы можно использовать для исследований, требующих локализации ферментов в тканях и клетках. Фиксация ткани требуется для определенных процедур, таких как связывание с антителами. иммунофлуоресценция окрашивание. Замороженные срезы часто получают во время хирургического удаления опухоли для быстрой идентификации краев опухоли, как в Хирургия Мооса, или определение злокачественности опухоли, когда опухоль обнаруживается случайно во время операции.

Ультрамикротомия

Зеленые водоросли под Просвечивающий электронный микроскоп
Основная статья: Ультрамикротомия

Ультрамикротомия - это метод подготовки очень тонких срезов для просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) анализ. Ткани обычно встраиваются в эпоксидная смола или другой пластиковой смолы.[9] Очень тонкие срезы (толщиной менее 0,1 мкм) вырезают алмазными или стеклянными ножами на ультрамикротом.[12]

Артефакты

Артефакты - это структуры или особенности ткани, которые мешают нормальному гистологическому исследованию. Артефакты влияют на гистологию, изменяя внешний вид тканей и скрывающие их структуры. Артефакты обработки тканей могут включать пигменты, образованные фиксаторами,[12] усадка, вымывание клеточных компонентов, изменение цвета различных типов тканей и изменение структур в тканях. Примером может служить ртутный пигмент, оставшийся после использования Фиксатор Ценкера исправить раздел.[12] Фиксация формалином также может оставлять пигмент от коричневого до черного в кислых условиях.[12]

История

Сантьяго Рамон-и-Кахаль в своей лаборатории.

В 17 веке итальянская Марчелло Мальпиги использовали микроскопы для изучения крошечных биологических объектов; некоторые считают его основоположником гистологии и микроскопической патологии.[19][20] Мальпиги проанализировал под микроскопом несколько частей органов летучих мышей, лягушек и других животных. Изучая структуру легкого, Мальпиги заметил его перепончатые альвеолы ​​и волосовидные связи между венами и артериями, которые он назвал капиллярами. Его открытие установило, как вдыхаемый кислород попадает в кровоток и служит телу.[21]

В XIX веке гистология была самостоятельной академической дисциплиной. Французский анатом Ксавье Биша представил концепцию ткань в анатомии в 1801 г.,[22] и термин «гистология» (Немецкий: Гистология), придуманный для обозначения «исследования тканей», впервые появился в книге Карл Мейер в 1819 г.[23][24][19] Биша описал двадцать одну ткань человека, которую можно отнести к четырем категориям, принятым в настоящее время гистологами.[25] Использование иллюстраций в гистологии, признанное Биша бесполезным, способствовало тому, что Жан Крювелье.[26][когда? ]

В начале 1830-х гг. Purkynĕ изобрел микротом с высокой точностью.[24]

В 19 веке многие фиксация методы были разработаны Адольф Ганновер (решения хроматы и хромовая кислота ), Франц Шульце и Макс Шульце (осмиевая кислота ), Александр Бутлеров (формальдегид ) и Бенедикт Стиллинг (замораживание ).[24]

Монтаж методы были разработаны Рудольф Хайденхайн (гуммиарабик ), Саломон Стрикер (смесь воска и масла), Эндрю Причард (резинка и рыбий клей ) и Эдвин Клебс (Канадский бальзам ).[когда? ][нужна цитата ]

1906 год Нобелевская премия в области физиологии и медицины была присуждена гистологам Камилло Гольджи и Сантьяго Рамон-и-Кахаль. У них были противоречивые интерпретации нейронной структуры мозга, основанные на разных интерпретациях одних и тех же изображений. Рамон-и-Кахаль получил приз за свою правильную теорию, а Гольджи за окрашивание серебром техника он изобрел, чтобы сделать это возможным.[27]

Будущие направления

В естественных условиях гистология

В настоящее время существует большой интерес к разработке методов для in vivo гистология (преимущественно с использованием МРТ ), что позволит врачам неинвазивным образом собирать информацию о здоровых и пораженных тканях у живых пациентов, а не на фиксированных образцах тканей.[28][29][30][31]

Заметки

  1. ^ Слово гистология (/часɪsтˈɒлədʒя/) является Новая латынь с использованием комбинирование форм из гисто- + -логия, дающие "исследование ткани", из Греческий слова ἱστός histos, "ткань" и -λογία, "изучение".

использованная литература

  1. ^ «Определение и значение микроанатомии». Словарь английского языка Коллинза.
  2. ^ «Гистология | физиология». Энциклопедия Британника. Получено 2018-10-29.
  3. ^ «DefinedTerm: гистология». Определенный срок. Получено 2018-10-29.
  4. ^ Максимов, Александр А .; Блум, Уильям (1957). Учебник гистологии (Седьмое изд.). Филадельфия: Компания В. Б. Сондерса.
  5. ^ а б c d е ж г час Leeson, Thomas S .; Лисон, К. Роланд (1981). Гистология (Четвертое изд.). Компания W. B. Saunders. п. 600. ISBN  978-0721657042.
  6. ^ а б c Медицинский словарь Стедмана (27-е изд.). Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. 2006 г. ISBN  978-0683400076.
  7. ^ Падиан, Кевин; Ламм, Эллен-Тереза, ред. (2013). Гистология костей ископаемых четвероногих: современные методы, анализ и интерпретация (1-е изд.). Калифорнийский университет Press. п. 298. ISBN  978-0-520-27352-8.
  8. ^ Кановилл А., Чинсами А. (2015). «Костная микроструктура стереоспондила Lydekkerina Huxleyi раскрывает стратегии адаптации к суровой среде после пермского вымирания». Анат Рек (Хобокен). 298 (7): 1237–54. Дои:10.1002 / ar.23160. PMID  25857487.
  9. ^ а б c d е ж г час я j k л м п о п q р Росс, Майкл Х .; Павлина, Войцех (2016). Гистология: текст и атлас: взаимосвязанная клеточная и молекулярная биология (7-е изд.). Wolters Kluwer. С. 984 с. ISBN  978-1451187427.
  10. ^ Росай Дж (2007). «Почему микроскопия останется краеугольным камнем хирургической патологии». Lab Invest. 87 (5): 403–8. Дои:10.1038 / labinvest.3700551. PMID  17401434. S2CID  27399409.
  11. ^ Титфорд, Майкл; Боуман, Блайт (2012). «Что может быть в будущем для гистотехнологов?». Лабораторная медицина. 43 (приложение 2): e5 – e10. Дои:10.1309 / LMXB668WDCBIAWJL. ISSN  0007-5027.
  12. ^ а б c d е ж г час я j k л м п о п q р s т Бэнкрофт, Джон; Стивенс, Алан, ред. (1982). Теория и практика гистологических методов (2-е изд.). Longman Group Limited.
  13. ^ а б c d е ж Вик, Марк Р. (2019). «Окрашивание гематоксилином и эозином при анатомической патологии - часто игнорируемый центр контроля качества в лаборатории». Семинары по диагностической патологии. 36 (5): 303–311. Дои:10.1053 / j.semdp.2019.06.003. ISSN  0740-2570. PMID  31230963.
  14. ^ Вайс А. Т., Делькур Н. М., Мейер А., Клопфляйш Р. (июль 2011 г.). «Эффективное и экономичное извлечение геномной ДНК из фиксированных формалином и залитых парафином тканей». Ветеринарная патология. 48 (4): 834–8. Дои:10.1177/0300985810380399. PMID  20817894. S2CID  34974790.
  15. ^ Беннике ТБ, Кастаньегаард К., Падурариу С., Гайхеде М., Биркелунд С., Андерсен В., Стенсбалле А. (март 2016 г.). «Сравнение протеома мгновенно замороженных образцов тканей человека с сохранением РНК позже и фиксированных формалином залитых парафином». Открытая протеомика EuPA. 10: 9–18. Дои:10.1016 / j.euprot.2015.10.001. ЧВК  5988570. PMID  29900094.
  16. ^ Слауи, Мохамед; Фьет, Лоуренс (2011). «Гистопатологические процедуры: от отбора проб ткани до гистопатологической оценки». Оценка безопасности лекарств. Методы молекулярной биологии. 691. С. 69–82. Дои:10.1007/978-1-60761-849-2_4. ISBN  978-1-60327-186-8. ISSN  1064-3745. PMID  20972747.
  17. ^ а б Drury, R.A.B .; Уоллингтон, Э. А. (1980). Гистологический метод Карлтона (5-е изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 520. ISBN  0-19-261310-3.
  18. ^ Дапсон Р.В., Горобин Р.В. (2009). «Красители с точки зрения ХХI века». Биотехнология Histochem. 84 (4): 135–7. Дои:10.1080/10520290902908802. PMID  19384743. S2CID  28563610.
  19. ^ а б Bracegirdle B (1977). «История гистологии: краткий обзор источников». История науки. 15 (2): 77–101. Bibcode:1977HisSc..15 ... 77B. Дои:10.1177/007327537701500201. S2CID  161338778.
  20. ^ Мотта PM (1998). «Марчелло Мальпиги и основы функциональной микроанатомии». Анат Рек. 253 (1): 10–2. Дои:10.1002 / (SICI) 1097-0185 (199802) 253: 1 <10 :: AID-AR7> 3.0.CO; 2-I. PMID  9556019.
  21. ^ Адельманн Х. Б., Мальпиги М (1966). Марчелло Мальпиги и эволюция эмбриологии. 5. Итака, Нью-Йорк: Издательство Корнельского университета. OCLC  306783.
  22. ^ Биша X (1801 г.). "Considérations générales". Anatomie générale appliquée à la Physiologie et à la médecine (На французском). Париж: Chez Brosson, Gabon et Cie, Libraires, rue Pierre-Sarrazin, no. 7, et Place de l'École de Médecine. стр. cvj – cxj.
  23. ^ Майер А.Ф. (1819). Ueber Histologie und eine neue Eintheilung der Gewebe des menschlichen Körpers (на немецком). Бонн: Адольф Маркус.
  24. ^ а б c Бок О. (2015). «История развития гистологии до конца XIX века». Исследование. 2: 1283. Дои:10.13070 / rs.en.2.1283 (неактивно 01.09.2020).CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2020 г. (ссылка на сайт)
  25. ^ Скорее ЖЖ (1978). Генезис рака: исследование истории идей. Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса. ISBN  9780801821035. Большинство из 21 ткани Биша можно отнести к четырем категориям, общепринятым современными гистологами; эпителий, соединительная ткань, мышцы и нервы. Четыре ткани Биша относятся к эпителию (эпидермоидная, слизистая, серозная и синовиальная); шесть под соединительной тканью (дермоидная, фиброзная, фиброзно-хрящевая, хрящевая, костная и клеточная); две под мышцу; и два - под нервом - различие между нервной управляющей «животной» жизнью и нервной управляющей «органической» жизнью соответствует различию между произвольной и непроизвольной нервной системой. Артерии и вены, давние источники разногласий, сегодня классифицируются как сложные ткани. Абсорбенты и выдыхающие вещества (которые Биша считал открытыми сосудами) выпали или были заменены лимфатическими сосудами. Его мозговая система не имеет аналогов среди современных тканей.
  26. ^ Meli DB (2017). Визуализация болезни: искусство и история патологических иллюстраций. Чикаго: Издательство Чикагского университета.[страница нужна ]
  27. ^ "Нобелевская премия по физиологии и медицине 1906 г.". NobelPrize.org.
  28. ^ Доминиетто, Марко; Рудин, Маркус (2014). «Может ли магнитный резонанс обеспечить гистологию in vivo?». Границы генетики. 4: 298. Дои:10.3389 / fgene.2013.00298. ISSN  1664-8021. ЧВК  3888945. PMID  24454320.
  29. ^ Delnoij, Thijs; ван Суйлен, Роберт Ян; Клейтьенс, Джек П.М.; Шалла, Саймон; Беккерс, Себастьян К.А.М. (Октябрь 2009 г.). «Гистология in vivo с помощью магнитно-резонансной томографии сердечно-сосудистой системы». Европейский журнал сердца. 30 (20): 2492. Дои:10.1093 / eurheartj / ehp319. ISSN  1522-9645. PMID  19696188.
  30. ^ Мост, Холли; Клэр, Стюарт (29 января 2006 г.). "МРТ высокого разрешения: гистология in vivo?". Философские труды Королевского общества B: биологические науки. 361 (1465): 137–146. Дои:10.1098 / rstb.2005.1777. ISSN  0962-8436. ЧВК  1626544. PMID  16553313.
  31. ^ Deistung, Андреас; Шефер, Андреас; Швезер, Фердинанд; Бидерманн, Ута; Тернер, Роберт; Райхенбах, Юрген Р. (январь 2013 г.). «К гистологии in vivo: сравнение количественного картирования восприимчивости (QSM) с визуализацией по величине, фазе и R2⁎ при сверхвысокой напряженности магнитного поля». NeuroImage. 65: 299–314. Дои:10.1016 / j.neuroimage.2012.09.055. PMID  23036448. S2CID  140122831.