Гистологии , [помощь 1] , также известная как микроскопическая анатомия или микроанатомия , [1] являются отраслью биологии , которая изучает микроскопическую анатомию биологических тканей . [2] [3] [4] [5] Гистология - это микроскопический аналог общей анатомии , который рассматривает более крупные структуры, видимые без микроскопа . [5] [6] Хотя микроскопическую анатомию можно разделить на органологию , изучение органов, гистологию , исследование тканей и цитологию.Изучение клеток , современное использование помещает все эти темы в область гистологии. [5] В медицине , гистопатология является филиалом гистологии , которая включает в себя микроскопическую идентификацию и исследование пораженной ткани. [5] [6] В области палеонтологии термин палеогистология относится к гистологии ископаемых организмов. [7] [8]
Биологические ткани
Классификация тканей животных
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 взвешены во внеклеточном матриксе , плазме ). [9]
- Эпителий
- Мышечная ткань
- Гладкая мышца
- Скелетные мышцы
- Сердечная мышца
- Соединительная ткань
- Общая соединительная ткань
- Рыхлая соединительная ткань
- Плотная соединительная ткань
- Особая соединительная ткань
- Хрящ
- Кость
- Кроветворный
- Кровь
- Лимфа
- Общая соединительная ткань
- Нервная ткань
- Центральная нервная система
- Периферическая нервная система
- Особые рецепторы
Классификация тканей растений
Что касается растений, изучение их тканей относится к области анатомии растений и включает следующие четыре основных типа:
- Кожная ткань
- Сосудистая ткань
- Земляная ткань
- Меристематическая ткань
Медицинская гистология
Гистопатология - это раздел гистологии, который включает микроскопическую идентификацию и исследование пораженных тканей. [5] [6] Это важная часть анатомической патологии и хирургической патологии , поскольку для точной диагностики рака и других заболеваний часто требуется гистопатологическое исследование образцов тканей. [10] Квалифицированные врачи, часто имеющие лицензию патологи , проводят гистопатологические исследования и предоставляют 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] техников и технологов гистологии, техников медицинских лабораторий и ученых-биомедиков .
Базовые приготовления
Большинство гистологических образцов требуют подготовки перед микроскопическим исследованием; эти методы зависят от образца и метода наблюдения. [9]
Фиксация
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 используемым фиксатором для световой микроскопии является 10% нейтральный буферный формалин или NBF (4% формальдегида в фосфатно-солевом буфере ). [13] [12] [9]
Для электронной микроскопии наиболее часто используемым фиксатором является глутаральдегид , обычно в виде 2,5% раствора в физиологическом растворе с фосфатным буфером . [9] Другими фиксаторами, используемыми для электронной микроскопии, являются тетроксид осмия или уранилацетат . [9]
Основное действие этих альдегидных фиксаторов заключается в сшивании аминогрупп в белках за счет образования метиленовых мостиков (-CH 2 -) в случае формальдегида или за счет 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 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 и залитых парафином тканей возможны с использованием соответствующих протоколов. [14] [15]
Выбор и обрезка
Выбор - это выбор соответствующей ткани в тех случаях, когда нет необходимости подвергать всю исходную массу ткани дальнейшей обработке. Остаток может остаться зафиксированным на случай, если его нужно будет исследовать позже.
Обрезка - это вырезание образцов ткани, чтобы обнажить 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] В общем, 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
Для световой микроскопии чаще всего используется парафиновый воск . [12] [13] Парафин не смешивается с водой, основным компонентом биологической ткани, поэтому сначала его необходимо удалить с помощью ряда этапов обезвоживания. [12] Образцы переносятся через серию все более концентрированных этанольных ванн, вплоть до 100% этанола, чтобы удалить оставшиеся следы воды. [9] [12] За обезвоживанием следует очищающий агент (обычно ксилол [13], хотя используются и другие безопасные для окружающей среды заменители [13] ), который удаляет спирт и смешивается с воском. Наконец, для замены добавляется расплавленный парафиновый воск. ксилол и проникнуть в ткань. [9] В большинстве гистологических или гистопатологических лабораторий обезвоживание, очистка и инфильтрация воска выполняются в тканевых процессорах, 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, тепло расплавленного воска может нежелательным образом изменить ткань, или обезвоживающие или очищающие химические вещества могут повредить ткань. [12] Альтернативы парафиновому воску включают эпоксидные , акриловые , агаровые , желатиновые , целлоидиновые 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 требуется иммуногистохимия .
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, OCT , TBS , криогель или смола, которые затем замораживают с образованием затвердевших блоков.
Разделение
Для световой микроскопии нож, установленный в микротоме, используется для вырезания срезов ткани (обычно толщиной 5-15 микрометров ), которые устанавливаются на предметное стекло микроскопа . [9] Для просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) алмазный или стеклянный нож, установленный в ультрамикротоме , используется для разрезания срезов ткани толщиной 50-150 нанометров . [9]
Окрашивание
Биологическая ткань не имеет особого контраста ни в световом, ни в электронном микроскопе. [17] Окрашивание используется как для контраста с тканью, так и для выделения интересующих деталей. Когда краситель используется для нацеливания на конкретный химический компонент ткани (а не на общую структуру), используется термин гистохимия . [9]
Световая микроскопия
Гематоксилин и эозин ( окраска H&E ) являются одними из наиболее часто используемых красителей в гистологии, чтобы показать общую структуру ткани. [9] [18] Гематоксилин окрашивает ядра клеток в синий цвет; эозин, кислотный краситель, окрашивает цитоплазму и другие ткани в разные пятна 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 определенные вещества. [12] Обычно применяемый гистохимический метод, нацеленный на конкретное химическое вещество, - это реакция берлинской синей Перлза , используемая для выявления отложений железа [12] при таких заболеваниях, как гемохроматоз . Метод Ниссля для субстанции Ниссля и метод Гольджи (и связанные с ним серебряные пятна ) полезны для идентификации нейронов - другие примеры более специфических пятен. [12]
Гисторадиография
При гисторадиографии предметное стекло (иногда окрашенное гистохимически) подвергается рентгенографии. Чаще авторадиография используется для визуализации мест, куда радиоактивное вещество было перенесено в организме, например, клеток в S-фазе (подвергающихся репликации ДНК ), которые содержат меченный тритием тимидин , или участков, с которыми in situ связываются радиоактивно меченые зонды нуклеиновых кислот. гибридизация . Для авторадиографии на микроскопическом уровне предметное стекло обычно погружают в жидкую эмульсию ядерного тракта, которая высыхает, образуя пленку для экспонирования. Отдельные зерна серебра в пленке визуализируются с помощью темнопольной микроскопии .
Иммуногистохимия
В последнее время антитела стали использовать для специфической визуализации белков, углеводов и липидов. Этот процесс называется иммуногистохимией , или, когда пятно представляет собой флуоресцентную молекулу, иммунофлуоресценцией . Этот метод значительно расширил возможности определения категорий клеток под микроскопом. Другие передовые методы, такие как нерадиоактивная гибридизация in situ, могут быть объединены 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 усиление сигнала щелочной фосфатазы и тирамида). Флуоресцентная микроскопия и конфокальная микроскопия используются для обнаружения флуоресцентных сигналов с хорошими внутриклеточными деталями.
Электронная микроскопия
В 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
Подобно процедуре замороженных срезов, применяемой в медицине, криосрезы - это метод быстрого замораживания, разрезания и закрепления срезов ткани для гистологии. Ткани обычно разрезают на криостате или замораживающем микротоме. [12] Замороженные срезы помещаются на предметное стекло и могут быть окрашены для усиления контраста между различными тканями. Нефиксированные замороженные срезы можно использовать для исследований, требующих локализации ферментов в тканях и клетках. Фиксация ткани требуется для определенных процедур, таких как иммунофлуоресцентное окрашивание с помощью антител . Замороженные срезы часто готовят во время хирургического удаления опухолей, чтобы быстро идентифицировать края опухоли, как в хирургии Мооса , или определить злокачественность опухоли, когда опухоль обнаруживается случайно во время операции.
Ультрамикротомия
Ультрамикротомия - это метод подготовки очень тонких срезов для анализа с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Ткани обычно залиты эпоксидной смолой или другой пластмассовой смолой. [9] Очень тонкие срезы (толщиной менее 0,1 микрометра) вырезают с помощью алмазных или стеклянных ножей на ультрамикротоме . [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 ткани могут включать пигменты, образованные фиксаторами [12], усадку, вымывание клеточных компонентов, изменения цвета в различных типах тканей и изменения структур в тканях. Примером может служить ртутный пигмент, оставшийся после использования фиксатора Ценкера для фиксации среза. [12] Фиксация формалином также может оставлять пигмент от коричневого до черного в кислых условиях. [12]
История
В 17 веке итальянец Марчелло Мальпиги использовал микроскопы для изучения крошечных биологических объектов; некоторые считают его основоположником гистологии и микроскопической патологии. [19] [20] Мальпиги проанализировал несколько частей органов летучих мышей, лягушек и других животных под микроскопом. 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 ввел понятие ткани в анатомии в 1801 году [22], а термин «гистология» ( немецкий : Histologie ), придуманный для обозначения «исследования тканей», впервые появился в книге Карла Мейера в 1819 году. . [23] [24] [19] Биш описал двадцать один ткани человека, которые можно отнести к четырем категорий в настоящее время принятых гистологами. [25] Использование иллюстраций в гистологии, которое Биша считал бесполезным, продвигал Жан Крювелье . [26] [ когда? ]
В начале 1830-х годов Пуркин изобрел микротом с высокой точностью. [24]
В 19 веке Адольфом Ганновером (растворы хроматов и хромовой кислоты ), Францем Шульце и Максом Шульце ( осмиевая кислота ), Александром Бутлеровым ( формальдегид ) и Бенедиктом Штиллингом ( замораживание ) разработали многие методы фиксации . [24]
Техника крепления была разработана Рудольфом Хайденхайном (1824-1898), который ввел гуммиарабик ; Саломон Стрикер (1834-1898), выступавший за смесь воска и масла; и Эндрю Притчард (1804-1884), который в 1832 году использовал смесь жевательной резинки и изингласа . В том же году появился канадский бальзам , а в 1869 году Эдвин Клебс (1834-1913) сообщил, что в течение нескольких лет погружал свои образцы в парафин. [27]
Нобелевская премия по физиологии и медицине 1906 г. была присуждена гистологам Камилло Гольджи и Сантьяго Рамон-и-Кахаль . У них были противоречивые интерпретации нервной структуры мозга, основанные на разных интерпретациях одних и тех же изображений. Рамон-и-Кахаль получил приз за свою правильную теорию, а Гольджи за технику окрашивания серебром , которую он изобрел, чтобы сделать это возможным. [28]
Будущие направления
Гистология in vivo
В настоящее время наблюдается большой интерес к разработке методов гистологии in vivo (преимущественно с использованием МРТ ), которые позволили бы врачам неинвазивным способом собирать информацию о здоровых и пораженных тканях у живых пациентов, а не из фиксированных образцов тканей. [29] [30] [31] [32]
Заметки
- ^ Слово гистологии ( / ч ɪ с т ɒ л ə dʒ я / ) в Нью - латыни с использованием сочетающих формы из histo- + -logy , получая «исследование ткани», от греческих слов ἱστός histos , «ткань», и -λογία , "этюд".
Рекомендации
- ^ "Определение и значение микроанатомии" . Словарь английского языка Коллинза .
- ^ «Гистология | физиология» . Британская энциклопедия . Проверено 29 октября 2018 .
- ^ «Определенный термин: гистология» . Определенный срок . Проверено 29 октября 2018 .
- ^ Максимов, Александр А .; Блум, Уильям (1957). Учебник гистологии (Седьмое изд.). Филадельфия: WB Saunders Company.
- ^ Б с д е е г ч Leeson, Thomas S .; Лисон, К. Роланд (1981). Гистология (Четвертое изд.). Компания WB Saunders. п. 600. ISBN 978-0721657042.
- ^ а б в 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.). Калифорнийский университет Press. п. 298. ISBN 978-0-520-27352-8.
- ^ Кановилл А., Чинсами А. (2015). «Костная микроструктура стереоспондилов Lydekkerina Huxleyi раскрывает стратегии адаптации к суровой среде после пермского вымирания». Анат Рек (Хобокен) . 298 (7): 1237–54. DOI : 10.1002 / ar.23160 . PMID 25857487 . S2CID 43628074 .
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р д 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.
- ^ Росай Дж (2007). «Почему микроскопия останется краеугольным камнем хирургической патологии» . Lab Invest . 87 (5): 403–8. DOI : 10.1038 / labinvest.3700551 . PMID 17401434 . S2CID 27399409 .
- ^ Титфорд, Майкл; Боуман, Блайт (2012). «Что может быть в будущем для гистотехнологов?» . Лабораторная медицина . 43 (приложение 2): e5 – e10. DOI : 10.1309 / LMXB668WDCBIAWJL . ISSN 0007-5027 .
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р а Q R сек т Бэнкрофт, Джон; Стивенс, Алан, ред. (1982). Теория и практика гистологических методов (2-е изд.). Longman Group Limited.
- ^ а б в г д е 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. DOI : 10,1053 / j.semdp.2019.06.003 . ISSN 0740-2570 . PMID 31230963 .
- ^ 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. DOI : 10.1177 / 0300985810380399 . PMID 20817894 . S2CID 34974790 .
- ^ Беннике Т. Б., Кастаньегаард К., Падурариу С., Гайхеде М., Биркелунд С., Андерсен В., Стенсбалле А. (март 2016 г.). «Сравнение протеома мгновенно замороженных, сохраненных РНК позже и фиксированных формалином образцов тканей человека, залитых парафином» . Открытая протеомика EuPA . 10 : 9–18. DOI : 10.1016 / j.euprot.2015.10.001 . PMC 5988570 . PMID 29900094 .
- ^ Слауи, Мохамед; Фьет, Лоуренс (2011). «Гистопатологические процедуры: от отбора образцов ткани до гистопатологической оценки». Оценка безопасности лекарств . Методы молекулярной биологии. 691 . С. 69–82. DOI : 10.1007 / 978-1-60761-849-2_4 . ISBN 978-1-60327-186-8. ISSN 1064-3745 . PMID 20972747 .
- ^ а б Друри, РАБ; Уоллингтон, EA (1980). Гистологический метод Карлтона (5-е изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 520. ISBN 0-19-261310-3.
- ^ Дапсон Р.В., Горобин Р.В. (2009). «Красители с точки зрения ХХI века». Biotech Histochem . 84 (4): 135–7. DOI : 10.1080 / 10520290902908802 . PMID 19384743 . S2CID 28563610 .
- ^ а б Bracegirdle B (1977). «История гистологии: краткий обзор источников». История науки . 15 (2): 77–101. Bibcode : 1977HisSc..15 ... 77B . DOI : 10.1177 / 007327537701500201 . S2CID 161338778 .
- ^ Мотта PM (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 . PMID 9556019 .
- ^ Адельманн Х. Б., Мальпиги М (1966). Марчелло Мальпиги и эволюция эмбриологии . 5 . Итака, Нью-Йорк: Издательство Корнельского университета. OCLC 306783 .
- ^ Биша X (1801 г.). "Considérations générales" . Anatomie générale appliquée à la Physiologie et à la médecine (на французском языке). Париж: Chez Brosson, Gabon et Cie, Libraires, rue Pierre-Sarrazin, no. 7, et Place de l'École de Médecine. стр. cvj – cxj.
- ^ Майер А.Ф. (1819). Ueber Histologie und eine neue Eintheilung der Gewebe des menschlichen Körpers (на немецком языке). Бонн: Адольф Маркус.
- ^ а б в Бок О. (2015). «История развития гистологии до конца XIX века» . Исследования . 2 : 1283. doi : 10.13070 / rs.en.2.1283 (неактивен 2021-01-11).CS1 maint: DOI неактивен с января 2021 г. ( ссылка )
- ^ 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 (дермоидной, фиброзной, фиброзно-хрящевой, хрящевой, костной и клеточной); 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 костномозговая система не имеет аналогов среди современных тканей.
- ^ Meli DB (2017). Визуализация болезни: искусство и история патологических иллюстраций . Чикаго: Издательство Чикагского университета.[ требуется страница ]
- ^ Бок, Ортвин (05.01.2015). «История развития гистологии до конца XIX века» . Исследования .
- ^ «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. DOI : 10,3389 / fgene.2013.00298 . ISSN 1664-8021 . PMC 3888945 . PMID 24454320 .
- ^ Delnoij, Thijs; ван Суйлен, Роберт Ян; Клейтьенс, Джек ПМ; Шалла, Саймон; Беккерс, Себастьян САМ (октябрь 2009 г.). «Гистология in vivo с помощью магнитно-резонансной томографии сердечно-сосудистой системы» . Европейский журнал сердца . 30 (20): 2492. DOI : 10,1093 / eurheartj / ehp319 . ISSN 1522-9645 . PMID 19696188 .
- ^ 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. DOI : 10.1098 / rstb.2005.1777 . ISSN 0962-8436 . PMC 1626544 . PMID 16553313 .
- ^ 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 величины, фазы и R2 при сверхвысокой напряженности магнитного поля». NeuroImage . 65 : 299–314. DOI : 10.1016 / j.neuroimage.2012.09.055 . PMID 23036448 . S2CID 140122831 .