Histologie - Histology

Histologický vzorek je umístěn na jeviště optického mikroskopu .
Lidská plicní tkáň obarvená hematoxylinem a eosinem, jak je vidět pod mikroskopem.

Histologie , také známá jako mikroskopická anatomie nebo mikroanatomie , je obor biologie, který studuje mikroskopickou anatomii biologických tkání . Histologie je mikroskopickým protějškem hrubé anatomie , která se dívá na větší struktury viditelné bez mikroskopu . Ačkoli lze mikroskopickou anatomii rozdělit na organologii , studium orgánů, histologie , studium tkání a cytologie , studium buněk , moderní využití řadí všechna tato témata do oblasti histologie. V medicíně je histopatologie oborem histologie, který zahrnuje mikroskopickou identifikaci a studium nemocné tkáně. V oblasti paleontologie se termínem paleohistologie označuje histologie fosilních organismů.

Biologické tkáně

Klasifikace zvířecí tkáně

Hlavní článek: Anatomie § Živočišné tkáně

Existují čtyři základní typy zvířecích tkání: svalová tkáň , nervová tkáň , pojivová tkáň a epiteliální tkáň . Všechny zvířecí tkáně jsou považovány za podtypy těchto čtyř hlavních typů tkání (například krev je klasifikována jako pojivová tkáň, protože krvinky jsou suspendovány v extracelulární matrix , plazmě ).

Klasifikace rostlinné tkáně

Histologický řez stonku rostliny ( Alliaria petiolata ).
Hlavní článek: Anatomie rostlin

U rostlin studium jejich pletiv spadá do oblasti anatomie rostlin s následujícími čtyřmi hlavními typy:

Lékařská histologie

Histopatologie je obor histologie, který zahrnuje mikroskopickou identifikaci a studium nemocné tkáně. Je důležitou součástí anatomické patologie a chirurgické patologie , protože přesná diagnostika rakoviny a dalších onemocnění často vyžaduje histopatologické vyšetření vzorků tkání. Vyškolení lékaři, často licencovaní patologové , provádějí histopatologické vyšetření a poskytují diagnostické informace na základě svých pozorování.

Povolání

Oblast histologie, která zahrnuje přípravu tkání pro mikroskopické vyšetření, je známá jako histotechnologie. Pracovní nabídky vyškoleného personálu, který připravuje histologické vzorky k vyšetření, jsou četné a zahrnují histotechniky, histotechnology, histologické techniky a technology, zdravotnické laboranty a biomedicínské vědce .

příprava vzorků

Většina histologických vzorků vyžaduje přípravu před mikroskopickým pozorováním; tyto metody závisí na vzorku a způsobu pozorování.

Fixace

Hlavní článek: Fixace (histologie)
Histologický řez zkamenělého bezobratlého. Ordovik bryozoan .

Chemické fixační prostředky se používají k zachování a udržení struktury tkání a buněk; fixace také zpevňuje tkáně, což pomáhá při řezání tenkých částí tkáně potřebných pro pozorování pod mikroskopem. Fixátory obecně chrání tkáně (a buňky) nevratným zesíťováním proteinů. Nejčastěji používaným fixátorem pro světelnou mikroskopii je 10% neutrálně pufrovaný formalin nebo NBF (4% formaldehyd ve fyziologickém roztoku pufrovaném fosfátem ).

Pro elektronovou mikroskopii je nejčastěji používaným fixátorem glutaraldehyd , obvykle jako 2,5% roztok ve fyziologickém roztoku pufrovaném fosfáty . Dalšími fixačními prostředky používanými pro elektronovou mikroskopii jsou oxid osmičelý nebo uranylacetát .

Hlavní účinek těchto aldehydových fixační je zesíťování amino skupin v proteinech tvorbou methylenových můstků (-CH 2 -), v případě formaldehydu, nebo C 5 H 10 příčné vazby v případě glutaraldehydu. Tento proces při zachování strukturální integrity buněk a tkání může poškodit biologickou funkčnost proteinů, zejména enzymů .

Formalinová fixace vede k degradaci mRNA, miRNA a DNA, jakož i denaturaci a modifikaci proteinů v tkáních. Extrakce a analýza nukleových kyselin a proteinů z tkání fixovaných ve formalínu a v parafinu je však možná pomocí vhodných protokolů.

Výběr a ořez

Předměty používané k odeslání vzorků: (biopsie) obal, (biopsie) houba, kazeta (zpracování tkáně) a (bioptický) vak.

Výběr je výběr příslušné tkáně v případech, kdy není nutné podrobit celou původní tkáňovou hmotu dalšímu zpracování. Zbytek může zůstat fixovaný v případě, že bude třeba jej prozkoumat později.

Ořezávání je řezání vzorků tkáně za účelem odhalení příslušných povrchů pro pozdější krájení. Vytváří také vzorky tkáně vhodné velikosti, aby se vešly do kazet.

Vkládání

Tkáně jsou uloženy v tvrdším médiu jak jako podpora, tak i pro řezání tenkých plátků tkáně. Obecně platí, že voda musí být nejprve odstraněna z tkání (dehydratace) a nahrazena médiem, které buď přímo tuhne, nebo intermediární tekutinou (čiráním), která je mísitelná se zalévacím médiem.

Parafínový vosk

Histologický vzorek je uložen v parafínovém vosku (tkáň je držena na dně kovové formy a nalije se do ní více roztaveného parafinu).

Pro světelnou mikroskopii je nejčastěji používaným vkládacím materiálem parafín . Parafín je nemísitelný s vodou, hlavní složkou biologické tkáně, proto musí být nejprve odstraněn v sérii dehydratačních kroků. Vzorky se přenesou řadou postupně koncentrovanějších ethanolových lázní až do 100% ethanolu, aby se odstranily zbývající stopy vody. Po dehydrataci následuje čisticí činidlo (typicky xylen, i když se používají jiné ekologicky bezpečné náhražky), které odstraní alkohol a je mísitelné s voskem, nakonec se přidá roztavený parafín, který nahradí xylen a infiltruje tkáň. Ve většině histologických nebo histopatologických laboratoří se dehydratace, čištění a vosková infiltrace provádějí v tkáňových procesorech, které tento proces automatizují. Jakmile jsou tkáně infiltrovány v parafínu, jsou tkáně orientovány ve formách, které jsou naplněny voskem; jakmile je vosk umístěn, ochlazuje se a zpevňuje blok a tkáň.

Jiné materiály

Parafínový vosk neposkytuje vždy dostatečně tvrdou matrici pro řezání velmi tenkých řezů (což je zvláště důležité pro elektronovou mikroskopii). Parafínový vosk může být také vůči tkáni příliš měkký, teplo roztaveného vosku může tkáň nežádoucím způsobem změnit nebo dehydratační nebo čisticí chemikálie mohou tkáň poškodit. Alternativy k parafinovému vosku zahrnují epoxidové , akrylové , agarové , želatinové , celoidinové a další druhy vosků.

V elektronové mikroskopii jsou epoxidové pryskyřice nejčastěji používaným zapouzdřovacím médiem, ale používají se také akrylové pryskyřice, zejména tam, kde je požadována imunohistochemie .

U tkání, které mají být nařezány ve zmrazeném stavu, jsou tkáně umístěny do zalévacího média na vodní bázi. Předzmrazené tkáně se vloží do forem s tekutým materiálem pro vložení, obvykle glykolem na vodní bázi, OCT , TBS , Cryogel nebo pryskyřicí, který se poté zmrazí za vzniku vytvrzených bloků.

Krájení

Hlavní článek: Mikrotom
Histologický vzorek řezaný na mikrotomu.

Pro světelnou mikroskopii se k řezání tkáňových řezů (typicky mezi 5 až 15 mikrometrů tlustých), které jsou připevněny na sklíčko mikroskopu , používá nůž upevněný v mikrotomu . Pro transmisní elektronovou mikroskopii (TEM) se používá diamantový nebo skleněný nůž upevněný v ultramicrotomu k řezání mezi 50-150 nanometrovými silnými řezy tkáně.

Barvení

Hlavní článek: Barvení

Biologická tkáň má malý inherentní kontrast ve světelném nebo elektronovém mikroskopu. Barvení se používá jak pro kontrast tkáně, tak pro zvýraznění zvláštních rysů zájmu. Když se barvivo používá k cílení na konkrétní chemickou složku tkáně (a ne na obecnou strukturu), používá se termín histochemie .

Světelná mikroskopie

Massonovo trichromové barvení na krysí průdušnici .

Hematoxylin a eosin ( barvení H&E ) je jedním z nejčastěji používaných barviv v histologii k zobrazení obecné struktury tkáně. Hematoxylin barví jádra buněk modře; eosin, kyselé barvivo, barví cytoplazmu a další tkáně v různých barvách růžové.

Na rozdíl od H&E, který se používá jako obecné barvivo, existuje mnoho technik, které selektivněji barví buňky, buněčné složky a specifické látky. Běžně prováděnou histochemickou technikou, která se zaměřuje na konkrétní chemikálii, je Perlsova pruská modrá reakce, která se používá k prokázání usazenin železa u nemocí, jako je hemochromatóza . Metoda Nissl pro látku Nissl a Golgiho metoda (a související barvení stříbrem ) jsou užitečné při identifikaci neuronů, další příklady konkrétnějších skvrn.

Historiografie

V historadiografii je snímek (někdy histochemicky obarvený) rentgenován. Běžněji se autoradiografie používá k vizualizaci míst, do kterých byla radioaktivní látka transportována v těle, jako jsou buňky ve fázi S (podstupující replikaci DNA ), které obsahují tritiovaný thymidin , nebo místa, na která se sondy radioaktivně značené nukleové kyseliny vážou in situ hybridizace . Pro autoradiografii na mikroskopické úrovni se sklíčko obvykle ponoří do kapalné emulze jaderného traktu, která zaschne a vytvoří expoziční film. Jednotlivá zrna stříbra ve filmu jsou vizualizována mikroskopií tmavého pole .

Imunohistochemie

Hlavní článek: imunohistochemie

V poslední době se protilátky používají ke specifické vizualizaci proteinů, sacharidů a lipidů. Tento proces se nazývá imunohistochemie , nebo pokud je barvivem fluorescenční molekula, imunofluorescence . Tato technika výrazně zvýšila schopnost identifikovat kategorie buněk pod mikroskopem. Další pokročilé techniky, jako je neradioaktivní in situ hybridizace, lze kombinovat s imunochemií za účelem identifikace specifických molekul DNA nebo RNA pomocí fluorescenčních sond nebo značek, které lze použít pro imunofluorescenční a enzymatickou fluorescenční amplifikaci (zejména amplifikaci alkalické fosfatázy a tyramidového signálu). K detekci fluorescenčních signálů s dobrými intracelulárními detaily se používá fluorescenční mikroskopie a konfokální mikroskopie .

Elektronová mikroskopie

Hlavní článek: Elektronový mikroskop § Příprava vzorku

Pro elektronovou mikroskopii se k barvení řezů tkání obvykle používají těžké kovy . Uranylacetát a citrát olovnatý se běžně používají k přenosu kontrastu k tkáni v elektronovém mikroskopu.

Specializované techniky

Kryosectioning

Hlavní článek: Postup zmrazené sekce

Kryosekce je podobná metodě zmrazeného řezu, která se používá v medicíně, k rychlému zmrazení, řezání a připojování řezů tkáně pro histologii. Tkáň je obvykle rozřezána na kryostat nebo zmrazovací mikrotom. Zmrazené sekce jsou upevněny na skleněné podložní sklíčko a mohou být obarveny, aby se zvýšil kontrast mezi různými tkáněmi. Nefixované zmrazené řezy lze použít pro studie vyžadující lokalizaci enzymu v tkáních a buňkách. Pro určité postupy, jako je imunofluorescenční barvení navázané na protilátku, je nutná tkáňová fixace . Zmrazené řezy se často připravují během chirurgického odstraňování nádorů, aby byla umožněna rychlá identifikace okrajů nádoru, jako při Mohsově chirurgii , nebo stanovení malignity nádoru, když je nádor náhodně objeven během chirurgického zákroku.

Ultramicrotomie

Zelené řasy pod přenosovým elektronovým mikroskopem
Hlavní článek: Ultramicrotomy

Ultramicrotomy je metoda přípravy extrémně tenkých řezů pro analýzu transmisním elektronovým mikroskopem (TEM). Tkáně jsou běžně uloženy v epoxidové nebo jiné plastové pryskyřici. Velmi tenké řezy (o tloušťce menší než 0,1 mikrometru) jsou řezány diamantovými nebo skleněnými noži na ultramicrotomu .

Artefakty

Artefakty jsou struktury nebo rysy v tkáni, které narušují normální histologické vyšetření. Artefakty interferují s histologií tím, že mění vzhled tkání a skrývají struktury. Artefakty zpracování tkáně mohou zahrnovat pigmenty tvořené fixačními prostředky, smršťováním, vymýváním buněčných složek, barevnými změnami v různých typech tkání a změnami struktur v tkáni. Příkladem je rtuťový pigment zanechaný po použití Zenkerova fixátoru k opravě řezu. Formalinová fixace může za kyselých podmínek také zanechat hnědý až černý pigment.

Dějiny

Santiago Ramón y Cajal ve své laboratoři.

V 17. století italský Marcello Malpighi používal mikroskopy ke studiu drobných biologických entit; někteří ho považují za zakladatele oborů histologie a mikroskopické patologie. Malpighi analyzoval pod mikroskopem několik částí orgánů netopýrů, žab a dalších zvířat. Při studiu struktury plic si Malpighi všiml jejích membránových alveol a chlupatých spojení mezi žilkami a tepnami, které pojmenoval kapiláry. Jeho objev prokázal, jak vdechovaný kyslík vstupuje do krevního oběhu a slouží tělu.

V 19. století byla histologie sama o sobě akademickou disciplínou. Francouzský anatom Xavier Bichat představil koncept tkáně v anatomii v roce 1801 a termín „histologie“ ( německy : Histologie ), vytvořený pro označení „studia tkání“, se poprvé objevil v knize Karla Meyera v roce 1819. Bichat popsal jedenadvacet lidských tkání, které lze zahrnout do čtyř kategorií aktuálně přijímaných histology. Jean Cruveilhier propagoval použití ilustrací v histologii, které Bichat považoval za zbytečné .

Na počátku třicátých let minulého století Purkyně vynalezla mikrotom s vysokou přesností.

V průběhu 19. století vyvinuli Adolph Hannover (roztoky chromátů a kyseliny chromové ), Franz Schulze a Max Schultze ( kyselina osmová ), Alexander Butlerov ( formaldehyd ) a Benedikt Stilling ( zmrazení ) mnoho technik fixace .

Techniky montáže vyvinul Rudolf Heidenhain (1824-1898), který představil arabskou gumu ; Salomon Stricker (1834-1898), který obhajoval směs vosku a oleje; a Andrew Pritchard (1804-1884), kteří v roce 1832 použili směs guma/ isinglass . Ve stejném roce se na scéně objevil kanadský balzám a v roce 1869 Edwin Klebs (1834-1913) oznámil, že na několik let vložil své vzorky do parafínu.

Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu z roku 1906 získali histologové Camillo Golgi a Santiago Ramon y Cajal . Měli protichůdné interpretace nervové struktury mozku na základě rozdílných interpretací stejných obrazů. Ramón y Cajal získal cenu za správnou teorii a Golgi za techniku barvení stříbrem , kterou vynalezl, aby to bylo možné.

Budoucí pokyny

Histologie in vivo

V současné době existuje velký zájem o vývoj technik pro histologii in vivo (převážně pomocí MRI ), které by lékařům umožnily neinvazivně shromažďovat informace o zdravých a nemocných tkáních u žijících pacientů, nikoli ze vzorků fixních tkání.

Poznámky

Reference

  1. ^ „Definice a význam mikroanatomie“ . Collinsův anglický slovník .
  2. ^ "Histologie | fyziologie" . Encyklopedie Britannica . Citováno 2018-10-29 .
  3. ^ "DefinedTerm: Histologie" . Definovaný termín . Citováno 2018-10-29 .
  4. ^ Maximow, Alexander A .; Bloom, William (1957). Učebnice histologie (sedmé vydání.). Philadelphia: WB Saunders Company.
  5. ^ a b c d e f g h Leeson, Thomas S .; Leeson, C. Roland (1981). Histologie (čtvrté vydání.). Společnost WB Saunders. p. 600. ISBN 978-0721657042.
  6. ^ a b c Stedmanův lékařský slovník (27. vydání). Lippincott Williams & Wilkins. 2006. ISBN 978-0683400076.
  7. ^ Padian, Kevin; Lamm, Ellen-Thérèse, eds. (2013). Kostní histologie fosilních tetrapodů: Pokrokové metody, analýza a interpretace (1. vydání). University of California Press. p. 298. ISBN 978-0-520-27352-8.
  8. ^ Canoville A, Chinsamy A (2015). „Kostní mikrostruktura Stereospondyl Lydekkerina Huxleyi odhaluje adaptivní strategie pro drsné prostředí po zániku Permu“. Anatomický záznam . 298 (7): 1237–54. doi : 10,1002/ar.23160 . PMID  25857487 . S2CID  43628074 .
  9. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r Ross, Michael H .; Pawlina, Wojciech (2016). Histologie: text a atlas: s korelovanou buněčnou a molekulární biologií (7. vydání). Wolters Kluwer. s. 984 s. ISBN 978-1451187427.
  10. ^ Rosai J (2007). „Proč mikroskopie zůstane základním kamenem chirurgické patologie“ . Lab Invest . 87 (5): 403–8. doi : 10,1038/labinvest.3700551 . PMID  17401434 . S2CID  27399409 .
  11. ^ Titford, Michael; Bowman, Blythe (2012). „Co může budoucnost přinést histotechnologům?“ . Laboratorní medicína . 43 (dodatek 2): e5 – e10. doi : 10,1309/LMXB668WDCBIAWJL . ISSN  0007-5027 .
  12. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t Bancroft, John; Stevens, Alan, eds. (1982). Teorie a praxe histologických technik (2. vyd.). Longman Group Limited.
  13. ^ a b c d e f Wick, Mark R. (2019). „Hematoxylin a eosin se barví v anatomické patologii-často opomíjené zaměření zajišťování kvality v laboratoři“. Semináře v diagnostické patologii . 36 (5): 303–311. doi : 10,1053/j.semdp.2019.06.003 . ISSN  0740-2570 . PMID  31230963 .
  14. ^ Weiss AT, Delcour NM, Meyer A, Klopfleisch R (červenec 2011). „Efektivní a nákladově efektivní extrakce genomové DNA z tkání fixovaných formalinem a v parafinu“ . Veterinární patologie . 48 (4): 834–8. doi : 10,1177/0300985810380399 . PMID  20817894 . S2CID  34974790 .
  15. ^ Bennike TB, Kastaniegaard K, Padurariu S, Gaihede M, Birkelund S, Andersen V, Stensballe A (březen 2016). „Srovnání proteomu zmrazených, RNAlater konzervovaných a formalinem fixovaných vzorků lidské tkáně zapuštěných do parafinu“ . Otevřená proteomika EuPA . 10 : 9–18. doi : 10,1016/j.euprot.2015.10.001 . PMC  5988570 . PMID  29900094 .
  16. ^ Slaoui, Mohamed; Fiette, Laurence (2011). „Histopatologické postupy: Od odběru tkáně k histopatologickému hodnocení“. Hodnocení bezpečnosti léčiv . Metody v molekulární biologii. 691 . s. 69–82. doi : 10,1007/978-1-60761-849-2_4 . ISBN 978-1-60327-186-8. ISSN  1064-3745 . PMID  20972747 .
  17. ^ a b Drury, RAB; Wallington, EA (1980). Carletonova histologická technika (5. vyd.). Oxford University Press. p. 520. ISBN 0-19-261310-3.
  18. ^ Dapson RW, Horobin RW (2009). „Barviva z pohledu jednadvacátého století“. Biotech Histochem . 84 (4): 135–7. doi : 10,1080/10520290902908802 . PMID  19384743 . S2CID  28563610 .
  19. ^ a b Bracegirdle B (1977). „Historie histologie: Stručný průzkum zdrojů“. Dějiny vědy . 15 (2): 77–101. Bibcode : 1977 HisSc..15 ... 77B . doi : 10,1177/007327537701500201 . S2CID  161338778 .
  20. ^ Motta PM (1998). „Marcello Malpighi a základy funkční mikroanatomie“ . Anat Rec . 253 (1): 10–2. doi : 10,1002/(SICI) 1097-0185 (199802) 253: 1 <10 :: AID-AR7> 3.0.CO; 2-I . PMID  9556019 .
  21. ^ Adelmann HB, Malpighi M (1966). Marcello Malpighi a vývoj embryologie . 5 . Ithaca, NY: Cornell University Press. OCLC  306783 .
  22. ^ Bichat X (1801). „Considérations générales“ . Anatomie générale Appliquée à la fyziologiologie et à la médecine (ve francouzštině). Paříž: Chez Brosson, Gabon et Cie, Libraires, rue Pierre-Sarrazin, č. 7, et place de l'École de Médecine. s. cvj – cxj.
  23. ^ Mayer AF (1819). Ueber Histologie und eine neue Eintheilung der Gewebe des menschlichen Körpers (v němčině). Bonn: Adolph Marcus.
  24. ^ a b c Bock O (2015). „Historie vývoje histologie do konce devatenáctého století“ . Výzkum . 2 : 1283. doi : 10,13070/rs.en.2.1283 (neaktivní 31. května 2021).CS1 maint: DOI inactive as May 2021 ( link )
  25. ^ Spíše LJ (1978). Genesis rakoviny: Studie v historii nápadů . Baltimore: Johns Hopkins University Press. ISBN 9780801821035. Většina Bichatových jednadvaceti tkání může být zahrnuta do čtyř kategorií obecně přijímaných současnými histology; epitel, pojivová tkáň, sval a nerv. Čtyři Bichatovy tkáně spadají pod hlavičku epitelu (epidermoidní, mukózní, serózní a synoviální); šest pod pojivovou tkání (dermoidní, vláknitá, fibrokartilaginózní, chrupavčitá, kostní a buněčná); dva pod svaly; a dva pod nervy - rozdíl mezi nervovým vládnoucím „zvířecím“ životem a nervově ovládajícím „organickým“ životem odpovídá tomu mezi dobrovolným a nedobrovolným nervovým systémem. Tepny a žíly, dlouhé zdroje sváru, jsou dnes klasifikovány jako složené tkáně. Absorbenty a exhalační látky (které Bichat považoval za nádoby s otevřeným koncem) vypadly nebo byly nahrazeny lymfatickými cestami. Jeho dřeňový systém nemá žádný protějšek mezi dnešními tkáněmi.
  26. ^ Meli DB (2017). Vizualizace nemoci: umění a historie patologických ilustrací . Chicago: The University of Chicago Press.
  27. ^ Bock, Ortwin (2015-01-05). „Historie vývoje histologie do konce devatenáctého století“ . Výzkum .
  28. ^ „Nobelova cena za fyziologii nebo medicínu 1906“ . NobelPrize.org .
  29. ^ Dominietto, Marco; Rudin, Markus (2014). „Mohla by magnetická rezonance poskytnout histologii in vivo?“ . Hranice v genetice . 4 : 298. doi : 10,3389/fgene.2013.00298 . ISSN  1664-8021 . PMC  3888945 . PMID  24454320 .
  30. ^ Delnoij, Thijs; van Suylen, Robert Jan; Cleutjens, Jack PM; Schalla, Simon; Bekkers, Sebastiaan CAM (říjen 2009). „In vivo histologie pomocí kardiovaskulárního zobrazování magnetickou rezonancí“ . European Heart Journal . 30 (20): 2492. doi : 10,1093/eurheartj/ehp319 . ISSN  1522-9645 . PMID  19696188 .
  31. ^ Most, Holly; Clare, Stuart (2006-01-29). „MRI s vysokým rozlišením: histologie in vivo?“ . Filozofické transakce Královské společnosti B: Biologické vědy . 361 (1465): 137–146. doi : 10.1098/rstb.2005.1777 . ISSN  0962-8436 . PMC  1626544 . PMID  16553313 .
  32. ^ Deistung, Andreas; Schäfer, Andreas; Schweser, Ferdinand; Biedermann, Uta; Turner, Robert; Reichenbach, Jürgen R. (leden 2013). „Směrem k histologii in vivo: Srovnání kvantitativního mapování citlivosti (QSM) se zobrazováním velikosti, fáze a R2⁎ při ultravysoké síle magnetického pole“. NeuroImage . 65 : 299–314. doi : 10,1016/j.neuroimage.2012.09.055 . PMID  23036448 . S2CID  140122831 .