Гистология
Гистология , [помощь 1] также известный как микроскопическая анатомия или микроанатомия , [1] — раздел биологии , изучающий микроскопическую анатомию биологических тканей . [2] [3] [4] [5] Гистология является микроскопическим аналогом общей анатомии , которая рассматривает более крупные структуры, видимые без микроскопа . [5] [6] Хотя можно разделить микроскопическую анатомию на органологию , изучение органов, гистологию , изучение тканей и цитологию , изучение клеток , в современном использовании все эти темы отнесены к области гистологии. [5] В медицине гистопатология . — это раздел гистологии, включающий микроскопическую идентификацию и исследование пораженных тканей [5] [6] В области палеонтологии термин палеогистология относится к гистологии ископаемых организмов. [7] [8]
Биологические ткани
[ редактировать ]Классификация тканей животных
[ редактировать ]Существует четыре основных типа тканей животных: мышечная ткань , нервная ткань , соединительная ткань и эпителиальная ткань . [5] [9] Все ткани животных считаются подтипами этих четырех основных типов тканей (например, кровь классифицируется как соединительная ткань, поскольку клетки крови находятся во внеклеточном матриксе — плазме ). [9]
- Эпителий
- Простой эпителий
- Псевдостратифицированный столбчатый эпителий
- Многослойный эпителий
- Многоклеточные железы
- Мышечная ткань
- Соединительная ткань
- Общая соединительная ткань
- Особая соединительная ткань
- Нервная ткань
- Центральная нервная система
- Периферическая нервная система
- Специальные рецепторы
Классификация тканей растений
[ редактировать ]Что касается растений, изучение их тканей относится к области анатомии растений со следующими четырьмя основными типами:
Медицинская гистология
[ редактировать ]Гистопатология — это раздел гистологии, который включает микроскопическую идентификацию и исследование пораженных тканей. [5] [6] Это важная часть анатомической и хирургической патологии , поскольку для точной диагностики рака и других заболеваний часто требуется гистопатологическое исследование образцов тканей. [10] Обученные врачи, часто лицензированные патологоанатомы , проводят гистопатологическое исследование и предоставляют диагностическую информацию на основе своих наблюдений.
Занятия
[ редактировать ]Область гистологии, включающая подготовку тканей к микроскопическому исследованию, известна как гистотехнология. Названия должностей обученного персонала, готовящего гистологические образцы для исследования, многочисленны, включая гистотехников, гистотехнологов, [11] гистологи и технологи, медицинские лаборанты и ученые-биомедики .
Подготовка проб
[ редактировать ]Большинство гистологических образцов перед микроскопическим исследованием необходимо подготовить; эти методы зависят от образца и метода наблюдения. [9]
Фиксация
[ редактировать ]Химические 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] Фиксаторы обычно сохраняют ткани (и клетки) за счет необратимого сшивания белков. [12] Наиболее широко используемый фиксатор для световой микроскопии — 10% нейтральный забуференный формалин или NBF (4% формальдегида в фосфатно-солевом буфере ). [13] [12] [9]
Для электронной микроскопии наиболее часто используемым фиксатором является глутаровый альдегид , обычно в виде 2,5% раствора в фосфатно-солевом буфере . [9] Другими фиксаторами, используемыми для электронной микроскопии, являются четырехокись осмия или ацетат уранила . [9]
Основное действие этих альдегидных фиксаторов заключается в сшивании аминогрупп в белках посредством образования метиленовых мостиков (-CH 2 -) в случае формальдегида или посредством поперечных связей C 5 H 10 в случае глутаральдегида. Этот процесс, сохраняя структурную целостность клеток и тканей, может повредить биологическую функциональность белков, особенно ферментов .
Фиксация формалином приводит к деградации мРНК, микроРНК и ДНК, а также к денатурации и модификации белков в тканях. Однако экстракция и анализ нуклеиновых кислот и белков из фиксированных формалином и залитых в парафин тканей возможны с использованием соответствующих протоколов. [14] [15]
Выбор и обрезка
[ редактировать ]Селекция – это выбор соответствующей ткани в тех случаях, когда нет необходимости подвергать дальнейшую обработку всю исходную массу ткани. Остаток может оставаться фиксированным на случай, если его потребуется проверить позже.
Обрезка – это разрезание образцов ткани с целью обнажить соответствующие поверхности для последующего разделения. Он также создает образцы тканей подходящего размера для размещения в кассетах. [16]
Встраивание
[ редактировать ]Ткани погружают в более твердую среду как в качестве опоры, так и для того, чтобы можно было нарезать тонкие срезы ткани. [9] [5] Как правило, воду необходимо сначала удалить из тканей (обезвоживание) и заменить средой, которая либо затвердевает напрямую, либо промежуточной жидкостью (очистка), которая смешивается со средой для заливки. [12]
Парафиновый воск
[ редактировать ]Для световой микроскопии парафин . наиболее часто используемым материалом для заливки является [12] [13] Парафин не смешивается с водой, основным компонентом биологической ткани, поэтому его необходимо сначала удалить с помощью ряда этапов обезвоживания. [12] Образцы переносятся через серию ванн с постепенно увеличивающейся концентрацией этанола , вплоть до 100% этанола, для удаления оставшихся следов воды. [9] [12] После обезвоживания применяется очищающий агент (обычно ксилол). [13] хотя используются и другие экологически безопасные заменители [13] ), который удаляет спирт и смешивается с воском, в конце добавляется расплавленный парафин, чтобы заменить ксилол и проникнуть в ткань. [9] В большинстве гистологических или гистопатологических лабораторий обезвоживание, очистка и инфильтрация воском выполняются в тканевых процессорах , которые автоматизируют этот процесс. [13] После пропитки парафином ткани ориентируются в формах, заполненных воском; После размещения воск охлаждается, затвердевая блок и ткань. [13] [12]
Другие материалы
[ редактировать ]Парафин не всегда дает достаточно твердую матрицу для изготовления очень тонких срезов (что особенно важно для электронной микроскопии). [12] Парафин также может быть слишком мягким по отношению к ткани, тепло расплавленного воска может изменить ткань нежелательным образом, а обезвоживающие или очищающие химикаты могут повредить ткань. [12] Альтернативами парафину являются эпоксидный , акриловый , агаровый , желатиновый , целлоидиновый и другие типы 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 среду для заливки на водной основе. Предварительно замороженные ткани помещаются в формы с жидким заливочным материалом, обычно гликолем на водной основе, OCT , TBS , криогеном или смолой, который затем замораживается с образованием затвердевших блоков.
Секционирование
[ редактировать ]При световой микроскопии нож, установленный в микротоме, используется для вырезания срезов ткани (обычно толщиной от 5 до 15 микрометров ), которые помещаются на предметное стекло микроскопа . [9] Для трансмиссионной электронной микроскопии (ПЭМ) алмазный или стеклянный нож, установленный в ультрамикротоме, используется для разрезания срезов ткани толщиной от 50 до 150 нанометров . [9]
Ограниченное число производителей признано за производство микротомов, в том числе вибрирующих микротомов, обычно называемых вибратомами , в первую очередь для научных и клинических исследований. Кроме того, Leica Biosystems известна производством продукции, связанной со световой микроскопией в контексте научных и клинических исследований. [18]
Окрашивание
[ редактировать ]Биологическая ткань не имеет естественного контраста ни в световом, ни в электронном микроскопе. [17] Окрашивание используется как для придания ткани контраста, так и для выделения определенных представляющих интерес особенностей. Когда пятно используется для воздействия на конкретный химический компонент ткани (а не на общую структуру), термин гистохимия . используется [9]
Световая микроскопия
[ редактировать ]Окраска гематоксилином и эозином ( окраска H&E ) — одна из наиболее часто используемых красок в гистологии для демонстрации общей структуры ткани. [9] [19] клеток Гематоксилин окрашивает ядра в синий цвет; эозин, кислый краситель, окрашивает цитоплазму и другие ткани в различные оттенки розового цвета. [9] [12]
В отличие от H&E, который используется в качестве общего красителя, существует множество методов, которые более избирательно окрашивают клетки, клеточные компоненты и специфические вещества. [12] Обычно выполняемый гистохимический метод, нацеленный на конкретное химическое вещество, - это реакция Перлса берлинской лазури , используемая для выявления отложений железа. [12] при таких заболеваниях, как гемохроматоз . Метод Ниссля для вещества Ниссля и метод Гольджи (и связанные с ним пятна серебром ) полезны при идентификации нейронов и являются другими примерами более специфичных пятен. [12]
Гисторадиография
[ редактировать ]При гисторадиографии препарат (иногда окрашенный гистохимически) подвергают рентгеновскому исследованию. Чаще авторадиография используется для визуализации мест, куда радиоактивное вещество было транспортировано внутри организма, например, клеток в S-фазе (подвергающихся репликации ДНК ), которые включают тритированный тимидин , или мест, с которыми нуклеиновой кислоты связываются радиоактивно меченные зонды in situ . гибридизация . Для авторадиографии на микроскопическом уровне предметное стекло обычно погружают в жидкую эмульсию ядерного тракта, которая высыхает и образует экспонирующую пленку. Отдельные зерна серебра в пленке визуализируются с помощью темнопольной микроскопии .
Иммуногистохимия
[ редактировать ]В последнее время антитела стали использовать для специфической визуализации белков, углеводов и липидов. Этот процесс называется иммуногистохимией , или, если пятно представляет собой флуоресцентную молекулу, иммунофлуоресценцией . Этот метод значительно расширил возможности идентификации категорий клеток под микроскопом. Другие передовые методы, такие как нерадиоактивная гибридизация in situ , можно сочетать с иммунохимией для идентификации конкретных молекул ДНК или РНК с помощью флуоресцентных зондов или меток, которые можно использовать для иммунофлуоресценции и фермент-связанной амплификации флуоресценции (особенно для усиления сигнала щелочной фосфатазы и тирамида). Флуоресцентная и конфокальная микроскопия используются для обнаружения флуоресцентных сигналов с хорошей внутриклеточной детализацией.
Электронная микроскопия
[ редактировать ]В электронной микроскопии тяжелые металлы обычно используются для окрашивания срезов тканей. [9] Уранилацетат и цитрат свинца обычно используются для придания контраста тканям в электронном микроскопе. [9]
Специализированные методы
[ редактировать ]Криосекция
[ редактировать ]Подобно процедуре замораживания срезов, используемой в медицине, криосрезы — это метод быстрого замораживания, вырезания и монтирования срезов ткани для гистологии. Ткань обычно разрезают на криостате или замораживающем микротоме. [12] Замороженные срезы помещают на предметное стекло и могут быть окрашены для усиления контраста между различными тканями. Нефиксированные замороженные срезы можно использовать для исследований, требующих локализации фермента в тканях и клетках. Фиксация тканей требуется для некоторых процедур, таких как иммунофлуоресцентное окрашивание, связанное с антителами. Замороженные срезы часто готовят во время хирургического удаления опухолей , чтобы обеспечить быструю идентификацию границ опухоли, как при операции Мооса , или определение злокачественности опухоли, когда опухоль обнаруживается случайно во время операции.
Ультрамикротомия
[ редактировать ]Ультрамикротомия — это метод подготовки очень тонких срезов для анализа на просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ). Ткани обычно заливают эпоксидной или другой пластиковой смолой. [9] Очень тонкие срезы (толщиной менее 0,1 микрометра) вырезают алмазными или стеклянными ножами на ультрамикротоме . [12]
Артефакты
[ редактировать ]Артефакты — это структуры или особенности ткани, которые мешают нормальному гистологическому исследованию. Артефакты мешают гистологии, изменяя внешний вид тканей и скрывая структуры. Артефакты обработки тканей могут включать пигменты, образованные фиксаторами, [12] усадка, вымывание клеточных компонентов, изменение цвета различных типов тканей и изменения структур в ткани. Примером может служить ртутный пигмент, оставшийся после использования фиксатора Ценкера для фиксации среза. [12] При фиксации формалином в кислых условиях также может оставаться пигмент от коричневого до черного цвета. [12]
История
[ редактировать ]В 17 веке итальянец Марчелло Мальпиги использовал микроскопы для изучения крошечных биологических объектов; некоторые считают его основателем гистологии и микроскопической патологии. [20] [21] Мальпиги проанализировал под микроскопом несколько частей органов летучих мышей, лягушек и других животных. Изучая строение легкого, Мальпиги заметил его перепончатые альвеолы и волосообразные связи между венами и артериями, которые он назвал капиллярами. Его открытие установило, как вдыхаемый кислород попадает в кровоток и служит организму. [22]
В XIX веке гистология была самостоятельной академической дисциплиной. Французский анатом Ксавье Биша ввел понятие ткани в анатомии в 1801 году. [23] а термин «гистология» ( нем . Histologie ), придуманный для обозначения «исследования тканей», впервые появился в книге Карла Мейера в 1819 году. [24] [25] [20] Биша описал двадцать одну ткань человека, которую можно отнести к четырем категориям, принятым в настоящее время гистологами. [26] Использование иллюстраций в гистологии, которое Биша считал бесполезным, пропагандировал Жан Крювейье . [27] [ когда? ]
В начале 1830-х годов Пуркине изобрела микротом высокой точности. [25]
В течение 19 века многие методы фиксации были разработаны Адольфом Ганновером (растворы хроматов и хромовой кислоты ), Францем Шульце и Максом Шульце ( осмиевая кислота ), Александром Бутлеровым ( формальдегид ) и Бенедиктом Штиллингом ( замораживание ). [25]
Методы крепления были разработаны Рудольфом Гейденхайном (1824-1898), который представил гуммиарабик ; Саломон Стрикер (1834–1898), пропагандировавший смесь воска и масла; и Эндрю Причард (1804–1884), который в 1832 году использовал смесь камеди и изингласса . В том же году канадский бальзам на сцене появился , а в 1869 году Эдвин Клебс (1834-1913) сообщил, что в течение нескольких лет заливал свои образцы в парафин. [28]
по физиологии и медицине 1906 года Нобелевская премия была присуждена гистологам Камилло Гольджи и Сантьяго Рамон-и-Кахалю . У них были противоречивые интерпретации нейронной структуры мозга, основанные на разных интерпретациях одних и тех же изображений. Рамон-и-Кахаль получил премию за свою правильную теорию, а Гольджи — за окрашивания серебром технику , которую он изобрел, чтобы сделать это возможным. [29]
Будущие направления
[ редактировать ]in vivo Гистология
[ редактировать ]В настоящее время существует большой интерес к разработке методов гистологии in vivo (преимущественно с использованием МРТ ), которые позволили бы врачам неинвазивно собирать информацию о здоровых и больных тканях у живых пациентов, а не из фиксированных образцов тканей. [30] [31] [32] [33]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Слово гистология ( / h ɪ s t ˈ ɒ l ə dʒ i / ) является нео-латинским, в котором используются сочетающиеся формы гисто- , « + -логии , что дает «изучение тканей», от греческих слов ἱστός histos ткань», и -λογία , «изучение».
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Определение и значение микроанатомии» . Словарь английского языка Коллинза .
- ^ «Гистология | физиология» . Британская энциклопедия . Проверено 29 октября 2018 г.
- ^ «Определенный термин: гистология» . Определенный срок . Архивировано из оригинала 29 октября 2018 г. Проверено 29 октября 2018 г.
- ^ Максимов, Александр А.; Блум, Уильям (1957). Учебник гистологии (Седьмое изд.). Филадельфия: Компания WB Saunders.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Лисон, Томас С.; Лисон, К. Роланд (1981). Гистология (Четвертое изд.). Компания WB Saunders. п. 600. ИСБН 978-0721657042 .
- ^ Jump up to: а б с Медицинский словарь Стедмана (27-е изд.). Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. 2006. ISBN 978-0683400076 .
- ^ Падиан, Кевин; Ламм, Эллен-Тереза, ред. (2013). Гистология костей ископаемых четвероногих: современные методы, анализ и интерпретация (1-е изд.). Издательство Калифорнийского университета. п. 298. ИСБН 978-0-520-27352-8 .
- ^ Кановиль А., Чинсами А. (2015). «Микроструктура кости стереоспондиля Lydekkerina Huxleyi раскрывает стратегии адаптации к суровой среде после пермского вымирания» . Анатомическая запись . 298 (7): 1237–54. дои : 10.1002/ar.23160 . ПМИД 25857487 . S2CID 43628074 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р Росс, Майкл Х.; Павлина, Войцех (2016). Гистология: текст и атлас: с коррелирующей клеточной и молекулярной биологией (7-е изд.). Уолтерс Клювер. стр. 984 стр. ISBN 978-1451187427 .
- ^ Розай Дж. (2007). «Почему микроскопия останется краеугольным камнем хирургической патологии» . Лаборатория Инвест . 87 (5): 403–8. дои : 10.1038/labinvest.3700551 . ПМИД 17401434 . S2CID 27399409 .
- ^ Титфорд, Майкл; Боуман, Блайт (2012). «Что ждет гистотехнологов в будущем?» . Лабораторная медицина . 43 (приложение 2): e5–e10. doi : 10.1309/LMXB668WDCBIAWJL . ISSN 0007-5027 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т Бэнкрофт, Джон; Стивенс, Алан, ред. (1982). Теория и практика гистологических методов (2-е изд.). Лонгман Групп Лимитед.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Вик, Марк Р. (2019). «Окраска гематоксилином и эозином при анатомической патологии - часто игнорируемый аспект обеспечения качества в лаборатории». Семинары по диагностической патологии . 36 (5): 303–311. дои : 10.1053/j.semdp.2019.06.003 . ISSN 0740-2570 . ПМИД 31230963 . S2CID 195326749 .
- ^ Вайс А.Т., Делькур Н.М., Мейер А., Клопфляйш Р. (июль 2011 г.). «Эффективное и экономически выгодное извлечение геномной ДНК из фиксированных формалином и залитых в парафин тканей» . Ветеринарная патология . 48 (4): 834–8. дои : 10.1177/0300985810380399 . ПМИД 20817894 . S2CID 34974790 .
- ^ Беннике Т.Б., Кастанигаард К., Падурариу С., Гайхеде М., Биркелунд С., Андерсен В., Стенсбалле А. (март 2016 г.). «Сравнение протеома мгновенно замороженных, консервированных РНК и фиксированных формалином образцов тканей человека, залитых в парафин» . Открытая протеомика EuPA . 10 :9–18. дои : 10.1016/j.euprot.2015.10.001 . ПМЦ 5988570 . ПМИД 29900094 .
- ^ Слауи, Мохамед; Фьетте, Лоуренс (2011). «Гистопатологические процедуры: от отбора образцов тканей до гистопатологической оценки». Оценка безопасности лекарств . Методы молекулярной биологии. Том. 691. стр. 69–82. дои : 10.1007/978-1-60761-849-2_4 . ISBN 978-1-60327-186-8 . ISSN 1064-3745 . ПМИД 20972747 .
- ^ Jump up to: а б Друри, RAB; Уоллингтон, Э.А. (1980). Гистологический метод Карлтона (5-е изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 520. ИСБН 0-19-261310-3 .
- ^ «Роторные микротомы — Leica Biosystems» .
- ^ Дапсон Р.В., Хоробин Р.В. (2009). «Красители с точки зрения двадцать первого века». Биотех Гистохим . 84 (4): 135–7. дои : 10.1080/10520290902908802 . ПМИД 19384743 . S2CID 28563610 .
- ^ Jump up to: а б Брейсгедл Б (1977). «История гистологии: краткий обзор источников». История науки . 15 (2): 77–101. Бибкод : 1977HisSc..15...77B . дои : 10.1177/007327537701500201 . S2CID 161338778 .
- ^ Мотта ПМ (1998). «Марчелло Мальпиги и основы функциональной микроанатомии» . Анат Рек . 253 (1): 10–2. doi : 10.1002/(SICI)1097-0185(199802)253:1<10::AID-AR7>3.0.CO;2-I . ПМИД 9556019 .
- ^ Адельманн Х.Б., Мальпиги М (1966). Марчелло Мальпиги и эволюция эмбриологии . Том. 5. Итака, Нью-Йорк: Издательство Корнельского университета. ОСЛК 306783 .
- ^ Биша X (1801 г.). «Общие соображения» . Общая анатомия в применении к физиологии и медицине (на французском языке). Париж: Chez Brosson, Gabon et Cie, Книготорговцы, улица Пьер-Сарразен, нет. 7 и площадь Медицинской школы. стр. cvj–cxj.
- ^ Майер А.Ф. (1819). О гистологии и новом разделении тканей человеческого организма (на немецком языке). Бонн: Адольф Маркус.
- ^ Jump up to: а б с Бок О (2015). «История развития гистологии до конца XIX века» . Исследовать . 2 : 1283. doi : 10.13070/rs.en.2.1283 (неактивен 31 января 2024 г.).
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка ) - ^ Скорее ЖЖ (1978). Генезис рака: исследование истории идей . Балтимор: Издательство Университета Джонса Хопкинса. ISBN 9780801821035 .
Большую часть из двадцати одной 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); два под мышцей; и два под нервами — различие между нервной, управляющей «животной» жизнью, и нервной, управляющей «органической» жизнью, соответствует разнице между произвольной и непроизвольной нервной системой. Артерии и вены, давние источники разногласий, сегодня классифицируются как сложные ткани. Абсорбенты и выдыхаемые вещества (которые, по мнению Биша, представляют собой сосуды с открытыми концами) выпали или были заменены лимфатическими сосудами. Его медуллярная система не имеет аналогов среди современных тканей.
- ^ Мели Д.Б. (2017). Визуализация болезни: искусство и история патологических иллюстраций . Чикаго: Издательство Чикагского университета. [ нужна страница ]
- ^ Бок, Ортвин (5 января 2015 г.). «История развития гистологии до конца XIX века» . Исследовать .
- ^ «Нобелевская премия по физиологии и медицине 1906 года» . NobelPrize.org .
- ^ 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 . ПМЦ 3888945 . ПМИД 24454320 .
- ^ Дельной, Тийс; ван Суйлен, Роберт Ян; Клютьенс, Джек П.М.; Шалла, Саймон; Беккерс, Себастьян САМ (октябрь 2009 г.). «Гистология in vivo методом магнитно-резонансной томографии сердечно-сосудистой системы» . Европейский кардиологический журнал . 30 (20): 2492. doi : 10.1093/eurheartj/ehp319 . ISSN 1522-9645 . ПМИД 19696188 .
- ^ Бридж, 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 . ПМК 1626544 . ПМИД 16553313 .
- ^ Дейстунг, Андреас; Шефер, Андреас; Швезер, Фердинанд; Бидерманн, Юта; Тернер, Роберт; Райхенбах, Юрген Р. (январь 2013 г.). «На пути к гистологии in vivo: сравнение количественного картирования восприимчивости (QSM) с визуализацией величины, фазы и R2⁎ при сверхвысокой напряженности магнитного поля». НейроИмидж . 65 : 299–314. doi : 10.1016/j.neuroimage.2012.09.055 . ПМИД 23036448 . S2CID 140122831 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- СМИ, связанные с гистологией, на Викискладе?