Histologi - Histology

Histologiskt prov placeras på scenen i ett optiskt mikroskop .
Human lungvävnad färgad med hematoxylin och eosin sett under ett mikroskop.

Histologi , även känd som mikroskopisk anatomi eller mikroanatomi , är den gren av biologin som studerar den mikroskopiska anatomin hos biologiska vävnader . Histologi är den mikroskopiska motsvarigheten till grov anatomi , som tittar på större strukturer som är synliga utan ett mikroskop . Även om man kan dela in mikroskopisk anatomi i organologi , studerar organ, histologi , studier av vävnader och cytologi , studier av celler , modern användning alla dessa ämnen under histologiområdet. Inom medicin är histopatologi den gren av histologi som inkluderar mikroskopisk identifiering och studie av sjuk vävnad. Inom paleontologi avser termen paleohistologi histologin hos fossila organismer.

Biologiska vävnader

Djurvävnadsklassificering

Det finns fyra grundläggande typer av djurvävnader: muskelvävnad , nervvävnad , bindväv och epitelvävnad . Alla djurvävnader anses vara undertyper av dessa fyra huvudsakliga vävnadstyper (till exempel klassificeras blod som bindväv, eftersom blodcellerna är suspenderade i en extracellulär matris , plasma ).

Växtvävnadsklassificering

Histologisk del av en växtstam ( Alliaria petiolata ).

För växter faller studien av deras vävnader under området växtanatomi , med följande fyra huvudtyper:

Medicinsk histologi

Histopatologi är den gren av histologi som inkluderar mikroskopisk identifiering och studie av sjuk vävnad. Det är en viktig del av anatomisk patologi och kirurgisk patologi , eftersom korrekt diagnos av cancer och andra sjukdomar ofta kräver histopatologisk undersökning av vävnadsprover. Utbildade läkare, ofta licensierade patologer , utför histopatologisk undersökning och tillhandahåller diagnostisk information baserat på deras observationer.

Yrken

Histologiområdet som inkluderar förberedelse av vävnader för mikroskopisk undersökning kallas histoteknik. Arbetstitlar för utbildad personal som förbereder histologiska prover för undersökning är många och inkluderar histotekniker, histoteknologer, histologiker och teknologer, medicinska laboratorietekniker och biomedicinska forskare .

Provberedning

De flesta histologiska prover behöver förberedas före mikroskopisk observation; dessa metoder beror på exemplaret och metoden för observation.

Fixering

Histologisk del av ett fossiliserat ryggradslösa djur. Ordoviciska bryozoan .

Kemiska fixeringsmedel används för att bevara och upprätthålla strukturen hos vävnader och celler; fixering härdar också vävnader som hjälper till att skära de tunna delarna av vävnad som behövs för observation under mikroskopet. Fixativ bevarar i allmänhet vävnader (och celler) genom irreversibelt tvärbindande proteiner. Det mest använda fixeringsmedlet för ljusmikroskopi är 10% neutralt buffrat formalin eller NBF (4% formaldehyd i fosfatbuffrad saltlösning ).

För elektronmikroskopi är det vanligaste fixeringsmedlet glutaraldehyd , vanligtvis som en 2,5% lösning i fosfatbuffrad saltlösning . Andra fixeringsmedel som används för elektronmikroskopi är osmiumtetroxid eller uranylacetat .

Den viktigaste åtgärden av dessa aldehyd fixativ är att tvärbinda aminogrupper i proteiner genom bildning av metylenbryggor (-CH 2 -), i fallet med formaldehyd, eller med C 5 H 10 tvärbindningar i fallet med glutaraldehyd. Denna process, samtidigt som den strukturella integriteten hos cellerna och vävnaden bibehålls, kan skada den biologiska funktionaliteten hos proteiner, särskilt enzymer .

Formalinfixering leder till nedbrytning av mRNA, miRNA och DNA samt denaturering och modifiering av proteiner i vävnader. Extraktion och analys av nukleinsyror och proteiner från formalinfixerade, paraffininbäddade vävnader är emellertid möjlig med lämpliga protokoll.

Urval och trimning

Artiklar som används för inlämning av prover: (Biopsi) omslag, (biopsi) svamp, (vävnadsbehandling) kassett och (biopsi) påse.

Urval är valet av relevant vävnad i fall där det inte är nödvändigt att sätta hela den ursprungliga vävnadsmassan genom ytterligare bearbetning. Resten kan förbli fixerad om den behöver undersökas vid ett senare tillfälle.

Trimning är skärning av vävnadsprover för att exponera relevanta ytor för senare snittning. Det skapar också vävnadsprover av lämplig storlek för att passa i kassetter.

Bädda in

Vävnader är inbäddade i ett hårdare medium både som stöd och för att möjliggöra skärning av tunna vävnadsskivor. I allmänhet måste vatten först avlägsnas från vävnader (uttorkning) och ersättas med ett medium som antingen stelnar direkt, eller med en mellanvätska (clearing) som är blandbar med inbäddningsmediet.

Paraffin

Histologiskt prov är inbäddat i paraffinvax (vävnad hålls i botten av en metallform och mer smält paraffin hälls över det för att fylla det).

För ljusmikroskopi är paraffinvax det mest använda inbäddningsmaterialet. Paraffin är inte blandbart med vatten, huvudbeståndsdelen i biologisk vävnad, så det måste först avlägsnas i en rad uttorkningssteg. Prover överförs genom en serie progressivt mer koncentrerade etanolbad , upp till 100% etanol för att ta bort återstående spår av vatten. Dehydrering följs av ett rensningsmedel (vanligtvis xylen även om andra miljösäkra substitut används) som avlägsnar alkoholen och är blandbar med vaxet, slutligen tillsätts smält paraffinvax för att ersätta xylenen och infiltrera vävnaden. I de flesta histologiska eller histopatologiska laboratorier utförs uttorkning, rensning och vaxinfiltration i vävnadsprocessorer som automatiserar denna process. När de väl infiltrerats i paraffin orienteras vävnaderna i formar som är fyllda med vax; när det placerats, kyls vaxet, stelnar blocket och vävnaden.

Andra material

Paraffinvax ger inte alltid en tillräckligt hård matris för att skära mycket tunna sektioner (vilket är särskilt viktigt för elektronmikroskopi). Paraffinvax kan också vara för mjukt i förhållande till vävnaden, värmen i det smälta vaxet kan förändra vävnaden på oönskade sätt, eller dehydrerande eller rensande kemikalier kan skada vävnaden. Alternativ till paraffinvax inkluderar epoxi , akryl , agar , gelatin , celloidin och andra typer av vaxer.

I elektronmikroskopi är epoxihartser de vanligaste inbäddningsmedierna, men akrylhartser används också, särskilt när immunhistokemi krävs.

För att vävnader ska klippas i fryst tillstånd placeras vävnader i ett vattenbaserat inbäddningsmedium. Förfrysta vävnader placeras i formar med det flytande inbäddningsmaterialet, vanligtvis en vattenbaserad glykol, OCT , TBS , Cryogel eller harts, som sedan fryses för att bilda härdade block.

Sektionering

Histologiskt prov skärs på en mikrotom.

För ljusmikroskopi används en kniv monterad i en mikrotom för att skära vävnadssektioner (vanligtvis mellan 5-15 mikrometer tjocka) som är monterade på ett glasmikroskopglas . För transmissionselektronmikroskopi (TEM) används en diamant- eller glaskniv monterad i en ultramikrotom för att skära mellan 50-150 nanometer tjocka vävnadssektioner.

Färgning

Biologisk vävnad har liten inneboende kontrast i antingen ljus- eller elektronmikroskopet. Färgning används för att ge både kontrast till vävnaden såväl som för att lyfta fram särskilda särdrag av intresse. När fläcken används för att rikta en specifik kemisk komponent i vävnaden (och inte den allmänna strukturen) används termen histokemi .

Ljusmikroskopi

Hematoxylin och eosin ( H & E -fläck ) är en av de vanligaste fläckarna i histologi för att visa vävnadens allmänna struktur. Hematoxylin fläckar cellkärnor blå; eosin, ett surt färgämne, färgar cytoplasman och andra vävnader i olika rosa fläckar.

Till skillnad från H&E, som används som en allmän fläck, finns det många tekniker som mer selektivt färgar celler, cellulära komponenter och specifika ämnen. En vanligt utförd histokemisk teknik som riktar sig mot en specifik kemikalie är Perls preussiska blå reaktion, som används för att påvisa järnavlagringar vid sjukdomar som hemokromatos . Den Nissl Förfarande för Nissl substans och golgimetoden (och besläktade silverfärgningar ) är användbara i att identifiera neuroner är andra exempel på mera specifika fläckar.

Historadiografi

I historadiografi röntgas en bild (ibland färgad histokemiskt). Mer vanligt, autoradiografi används i visualisera platser till vilka ett radioaktivt ämne har transporterats inuti kroppen, såsom celler i S-fasen (som genomgår DNA-replikation ), vilket inkorporerar tritierat tymidin , eller ställen till vilka radiomärkt nukleinsyra- prober binder in in situ hybridisering . För autoradiografi på mikroskopisk nivå doppas objektglaset vanligtvis i flytande kärnvägsemulsion, som torkar för att bilda exponeringsfilmen. Individuella silverkorn i filmen visualiseras med mörkfältmikroskopi .

Immunhistokemi

Nyligen har antikroppar använts för att specifikt visualisera proteiner, kolhydrater och lipider. Denna process kallas immunhistokemi , eller när fläcken är en fluorescerande molekyl, immunofluorescens . Denna teknik har kraftigt ökat förmågan att identifiera kategorier av celler under ett mikroskop. Andra avancerade tekniker, såsom icke-radioaktiv in situ- hybridisering, kan kombineras med immunokemi för att identifiera specifika DNA- eller RNA-molekyler med fluorescerande prober eller taggar som kan användas för immunfluorescens och enzymkopplad fluorescensförstärkning (särskilt alkaliskt fosfatas och tyramidsignalförstärkning). Fluorescensmikroskopi och konfokalmikroskopi används för att detektera fluorescerande signaler med god intracellulär detalj.

Elektronmikroskopi

För elektronmikroskopi används vanligtvis tungmetaller för att färga vävnadssektioner. Uranylacetat och blycitrat används vanligtvis för att ge kontrast till vävnad i elektronmikroskopet.

Specialiserade tekniker

Kryosektionering

Liksom det frysta sektionsförfarandet som används inom medicin är kryosektion en metod för att snabbt frysa, skära och montera vävnadssektioner för histologi. Vävnaden är vanligtvis snittad på en kryostat eller frysande mikrotom. De frysta sektionerna är monterade på en glasskiva och kan färgas för att öka kontrasten mellan olika vävnader. Ofixade frysta sektioner kan användas för studier som kräver enzymlokalisering i vävnader och celler. Vävnadsfixering krävs för vissa förfaranden, såsom antikroppsbunden immunofluorescensfärgning . Frysta sektioner förbereds ofta under kirurgiskt avlägsnande av tumörer för att möjliggöra snabb identifiering av tumörmarginaler, som vid Mohs -kirurgi , eller bestämning av tumörmalignitet, när en tumör upptäcks för övrigt under operationen.

Ultramikrotomi

Ultramikrotomi är en metod för att förbereda extremt tunna sektioner för transmissionselektronmikroskopanalys (TEM). Vävnader är vanligtvis inbäddade i epoxi eller annat plastharts. Mycket tunna sektioner (mindre än 0,1 mikrometer i tjocklek) skärs med diamant- eller glasknivar på en ultramikrotom .

Artefakter

Artefakter är strukturer eller funktioner i vävnad som stör normal histologisk undersökning. Artefakter stör histologi genom att ändra vävnaders utseende och dölja strukturer. Vävnadsbearbetande artefakter kan inkludera pigment som bildas av fixeringsmedel, krympning, tvätt av cellkomponenter, färgförändringar i olika vävnadstyper och förändringar av strukturerna i vävnaden. Ett exempel är kvicksilverpigment kvar efter att ha använt Zenkers fixeringsmedel för att fixa en sektion. Formalinfixering kan också lämna ett brunt till svart pigment under sura förhållanden.

Historia

Santiago Ramón y Cajal i sitt laboratorium.

På 1600 -talet använde italienaren Marcello Malpighi mikroskop för att studera små biologiska enheter; vissa betraktar honom som grundaren av områdena histologi och mikroskopisk patologi. Malpighi analyserade flera delar av fladdermöss, grodor och andra djur under mikroskopet. Medan han studerade lungans struktur märkte Malpighi dess membranösa alveoler och de hårliknande förbindelserna mellan vener och artärer, som han kallade kapillärer. Hans upptäckt visade hur syret som andades in kommer in i blodet och tjänar kroppen.

På 1800 -talet var histologi en akademisk disciplin i sig. Den franske anatomisten Xavier Bichat introducerade begreppet vävnad i anatomi 1801, och termen "histologi" ( tyska : Histologie ), myntad för att beteckna "studier av vävnader", uppträdde först i en bok av Karl Meyer 1819. Bichat beskrev tjugoen mänskliga vävnader, som kan subsumeras under de fyra kategorier som för närvarande accepteras av histologer. Användningen av illustrationer inom histologi, som Bichat ansåg vara värdelös, främjades av Jean Cruveilhier .

I början av 1830 -talet uppfann Purkynĕ en mikrotom med hög precision.

Under 1800 -talet utvecklades många fixeringstekniker av Adolph Hannover (lösningar av kromater och kromsyra ), Franz Schulze och Max Schultze ( osminsyra ), Alexander Butlerov ( formaldehyd ) och Benedikt Stilling ( frysning ).

Monteringstekniker utvecklades av Rudolf Heidenhain (1824-1898), som introducerade arabiskt tuggummi ; Salomon Stricker (1834-1898), som förespråkade en blandning av vax och olja; och Andrew Pritchard (1804-1884) som 1832 använde en blandning av tuggummi/ isglas . Samma år dök Kanada balsam upp på scenen och 1869 rapporterade Edwin Klebs (1834-1913) att han under några år hade bäddat in sina exemplar i paraffin.

Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1906 tilldelades histologerna Camillo Golgi och Santiago Ramon y Cajal . De hade motstridiga tolkningar av den neurala strukturen i hjärnan baserat på olika tolkningar av samma bilder. Ramón y Cajal vann priset för sin rätt teori och Golgi för silver färgning teknik som han uppfann att göra det möjligt.

Framtida inriktningar

In vivo histologi

För närvarande finns det ett stort intresse för att utveckla tekniker för in vivo histologi (främst med hjälp av MR ), vilket skulle göra det möjligt för läkare att icke-invasivt samla in information om friska och sjuka vävnader hos levande patienter, snarare än från fasta vävnadsprover.

Anteckningar

Referenser

  1. ^ "Mikroanatomi definition och mening" . Collins English Dictionary .
  2. ^ "Histologi | fysiologi" . Encyclopedia Britannica . Hämtad 2018-10-29 .
  3. ^ "DefinedTerm: Histologi" . Definierad term . Hämtad 2018-10-29 .
  4. ^ Maximow, Alexander A .; Bloom, William (1957). En lärobok i histologi (sjunde utg.). Philadelphia: WB Saunders Company.
  5. ^ a b c d e f g h Leeson, Thomas S .; Leeson, C. Roland (1981). Histologi (fjärde upplagan). WB Saunders Company. sid. 600. ISBN 978-0721657042.
  6. ^ a b c Stedmans medicinska ordbok (27: e upplagan). Lippincott Williams & Wilkins. 2006. ISBN 978-0683400076.
  7. ^ Padian, Kevin; Lamm, Ellen-Thérèse, red. (2013). Benhistologi hos fossila tetrapoder: Framstegsmetoder, analys och tolkning (1: a upplagan). University of California Press. sid. 298. ISBN 978-0-520-27352-8.
  8. ^ Canoville A, Chinsamy A (2015). "Benmikrostruktur i Stereospondyl Lydekkerina Huxleyi avslöjar adaptiva strategier för den hårda miljön för utrotning av permer". Det anatomiska rekordet . 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). Histologi: en text och atlas: med korrelerad cell och molekylärbiologi (sjunde upplagan). Wolters Kluwer. s. 984s. ISBN 978-1451187427.
  10. ^ Rosai J (2007). "Varför mikroskopi kommer att förbli en hörnsten i kirurgisk patologi" . Lab Invest . 87 (5): 403–8. doi : 10.1038/labinvest.3700551 . PMID  17401434 . S2CID  27399409 .
  11. ^ Titford, Michael; Bowman, Blythe (2012). "Vad kan framtiden hålla för histoteknologer?" . Laboratoriemedicin . 43 (suppl 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, red. (1982). Theory and Practice of Histological Techniques (2: a upplagan). Longman Group Limited.
  13. ^ a b c d e f Wick, Mark R. (2019). "Hematoxylin och eosinfläck i anatomisk patologi-Ett ofta försummat fokus för kvalitetssäkring i laboratoriet". Seminarier i diagnostisk patologi . 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 (juli 2011). "Effektiv och kostnadseffektiv extraktion av genomiskt DNA från formalinfixerade och paraffininbäddade vävnader" . Veterinärpatologi . 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 (mars 2016). "Jämförelse av proteomen för snabbfrysta, RNAlater-konserverade och formalinfixerade paraffininbäddade mänskliga vävnadsprover" . EuPA Open Proteomics . 10 : 9–18. doi : 10.1016/j.euprot.2015.10.001 . PMC  5988570 . PMID  29900094 .
  16. ^ Slaoui, Mohamed; Fiette, Laurence (2011). "Histopatologiprocedurer: Från vävnadsprovning till histopatologisk utvärdering". Utvärdering av läkemedelssäkerhet . Metoder i molekylärbiologi. 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). Carletons histologiska teknik (5: e upplagan). Oxford University Press. sid. 520. ISBN 0-19-261310-3.
  18. ^ Dapson RW, Horobin RW (2009). "Färgämnen ur ett tjugoförsta århundradets perspektiv". Biotech Histochem . 84 (4): 135–7. doi : 10.1080/10520290902908802 . PMID  19384743 . S2CID  28563610 .
  19. ^ a b Bracegirdle B (1977). "Histologins historia: en kort undersökning av källor". Vetenskapshistoria . 15 (2): 77–101. Bibcode : 1977HisSc..15 ... 77B . doi : 10.1177/007327537701500201 . S2CID  161338778 .
  20. ^ Motta PM (1998). "Marcello Malpighi och grunden för funktionell mikroanatomi" . 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 och evolutionen av embryologi . 5 . Ithaca, NY: Cornell University Press. OCLC  306783 .
  22. ^ Bichat X (1801). "Considérations générales" . Anatomie générale appliquée à la physiologie et à la médecine (på franska). Paris: Chez Brosson, Gabon et Cie, Libraires, rue Pierre-Sarrazin, nr. 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 (på tyska). Bonn: Adolph Marcus.
  24. ^ a b c Bock O (2015). "En historia om histologins utveckling fram till slutet av artonhundratalet" . Forskning . 2 : 1283. doi : 10.13070/rs.en.2.1283 (inaktiv 31 maj 2021).CS1 -underhåll: DOI inaktiv från maj 2021 ( länk )
  25. ^ Snarare LJ (1978). Cancer of Genesis: A Study in the Ideas History . Baltimore: Johns Hopkins University Press. ISBN 9780801821035. De flesta av Bichats tjugoen vävnader kan underordnas de fyra kategorier som allmänt accepteras av samtida histologer; epitel, bindväv, muskler och nerv. Fyra av Bichats vävnader faller under rubriken epitel (epidermoid, slem, serös och synovial); sex under bindväv (dermoid, fiber, fibrocartilaginous, brosk, osseous och cellulär); två under muskler; och två under nerv - skillnaden mellan nervöst styrande "djur" liv och nervöst styrande "organiskt" liv motsvarar skillnaden mellan det frivilliga och ofrivilliga nervsystemet. Artärerna och venerna, långa stridskällor, klassificeras idag som sammansatta vävnader. Absorbenterna och utandningsmedlen (som Bichat trodde var kärl med öppna ändar) har hoppat av eller ersatts av lymfatikerna. Hans medullära system har ingen motsvarighet bland dagens vävnader.
  26. ^ Meli DB (2017). Visualisering av sjukdom: patologiska illustrationer . Chicago: University of Chicago Press.
  27. ^ Bock, Ortwin (2015-01-05). "En historia om histologins utveckling fram till slutet av artonhundratalet" . Forskning .
  28. ^ "Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1906" . NobelPrize.org .
  29. ^ Dominietto, Marco; Rudin, Markus (2014). "Kan magnetresonans ge in vivo histologi?" . Gränser i genetik . 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 (oktober 2009). "In vivo histologi med kardiovaskulär magnetisk resonansavbildning" . European Heart Journal . 30 (20): 2492. doi : 10.1093/eurheartj/ehp319 . ISSN  1522-9645 . PMID  19696188 .
  31. ^ Bridge, Holly; Clare, Stuart (2006-01-29). "Högupplöst MR: histologi in vivo?" . Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biologiska vetenskaper . 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. (januari 2013). "Mot in vivo histologi: En jämförelse av kvantitativ känslighetskartläggning (QSM) med magnitud-, fas- och R2⁎-avbildning vid ultrahög magnetfältstyrka". NeuroImage . 65 : 299–314. doi : 10.1016/j.neuroimage.2012.09.055 . PMID  23036448 . S2CID  140122831 .