組織学

動物組織分類

動物の組織には、筋肉組織、神経組織、結合組織、上皮組織の4 つの基本的なタイプがあります。^{[5] [9]}すべての動物組織は、これらの 4 つの主要な組織タイプのサブタイプであると考えられています (たとえば、血球は細胞外マトリックス(血漿) に浮遊しているため、結合組織として分類されます)。^[9]

植物組織分類

植物の茎の組織切片 ( Alliaria petiolata )。

植物の場合、その組織の研究は植物の解剖学の分野に分類され、主に次の 4 つのタイプがあります。

• 皮膚組織
• 維管束組織
• すりつぶした組織
• 分裂組織

組織病理学は、病変組織の顕微鏡的同定および研究を含む組織学の一分野です。^{[5] [6]}癌やその他の疾患の正確な診断には組織サンプルの病理組織学的検査が必要になることが多いため、これは解剖学的病理および外科的病理の重要な部分です。^[10]訓練を受けた医師、多くの場合、ライセンスを取得した病理学者は、病理組織学的検査を行い、観察に基づいて診断情報を提供します。

職業

顕微鏡検査のための組織の準備を含む組織学の分野は、組織工学として知られています。検査用の組織標本を準備する訓練を受けた職員の役職は数多くあり、組織学者、組織工学者、^[11]組織学技術者および技術者、臨床検査技術者、および生物医学科学者が含まれます。

ほとんどの組織学的サンプルは、顕微鏡観察の前に準備が必要です。これらの方法は、標本と観察方法によって異なります。^[9]

固定

化石化した無脊椎動物の組織切片。 オルドビス紀の コケムシ。

化学固定剤は、組織や細胞の構造を保存および維持するために使用されます。固定はまた、組織を硬化させ、顕微鏡下での観察に必要な組織の薄い部分を切断するのに役立ちます。^{[5] [12]}固定剤は通常、タンパク質を不可逆的に架橋することにより、組織 (および細胞) を保存します。^[12]光学顕微鏡のために最も広く使用されている固定液を、10％中性緩衝されたホルマリン、またはNBF（4％ホルムアルデヒドでリン酸緩衝生理食塩水）。^{[13] [12] [9]}

電子顕微鏡検査の場合、最も一般的に使用される固定液はグルタルアルデヒドで、通常はリン酸緩衝生理食塩水に溶解した 2.5% 溶液です。^[9]電子顕微鏡検査に使用される他の固定剤は、四酸化オスミウムまたは酢酸ウラニルです。^[9]

これらのアルデヒド固定剤の主な作用は、ホルムアルデヒドの場合はメチレン架橋(-CH ₂ -)の形成により、グルタルアルデヒドの場合はC ₅ H ₁₀架橋によりタンパク質中のアミノ基を架橋することです。このプロセスは、細胞や組織の構造的完全性を維持しながら、タンパク質、特に酵素の生物学的機能に損傷を与える可能性があります。

ホルマリン固定は、mRNA、miRNA、および DNA の分解、ならびに組織内のタンパク質の変性および修飾につながります。ただし、適切なプロトコルを使用して、ホルマリン固定、パラフィン包埋組織からの核酸およびタンパク質の抽出および分析は可能です。^{[14] [15]}

選択とトリミング

検体の提出に使用するもの：（生検）ラップ、（生検）スポンジ、（組織処理）カセット、（生検）バッグ。

選択は、元の組織塊全体をさらに処理する必要がない場合の関連組織の選択です。残りは、後で調べる必要がある場合に備えて、固定されたままになることがあります。

トリミングは、後で切片化するために関連する表面を露出させるために組織サンプルを切断することです。また、カセットに収まる適切なサイズの組織サンプルを作成します。^[16]

埋め込み

組織は、支持体として、また薄い組織スライスの切断を可能にするために、より硬い媒体に埋め込まれています。^{[9] [5]}一般に、最初に組織から水を除去し (脱水)、直接固化する媒体、または埋め込み媒体と混和性の中間体液 (透明化) と交換する必要があります。^[12]

パラフィンワックス

組織標本がパラフィン ワックスに埋め込まれている (組織は金型の底に保持され、その上からさらに溶融パラフィンが注がれ、満たされます)。

光学顕微鏡検査では、パラフィン ワックスが最も頻繁に使用される埋め込み材料です。^{[12] [13]}パラフィンは、生体組織の主成分である水と混和しないため、一連の脱水手順で最初に除去する必要があります。^[12]サンプルは、段階的に濃縮された一連のエタノール浴に移され、最大 100% のエタノールで残りの微量の水が除去されます。^{[9] [12]}脱水に続いて、アルコールを除去し、ワックスと混和性である透明化剤(通常はキシレン^{[13] [13]}が使用されていますが、他の環境に安全な代替品が使用されています^[13] ) 、最後に溶融したパラフィン ワックスが代わりに追加されます。キシレンと組織に浸透します。^[9]ほとんどの組織学または病理組織学の実験室では、脱水、清澄化、ワックスの浸透は、このプロセスを自動化するティッシュ プロセッサーで行われます。^[13]パラフィンに浸潤したら、ワックスで満たされた型に組織を配置します。位置が決まると、ワックスが冷却され、ブロックとティッシュが固まります。^{[13] [12]}

その他の材料

パラフィン ワックスは、非常に薄いセクション (電子顕微鏡検査では特に重要) を切断するための十分に硬いマトリックスを常に提供するとは限りません。^{[12] また、}パラフィンワックスは組織に対して柔らかすぎる可能性があり、溶けたワックスの熱が組織を望ましくない方法で変化させたり、脱水または浄化用の化学薬品が組織を傷つけたりする可能性があります。^[12]パラフィンワックスの代替品には、エポキシ、アクリル、寒天、ゼラチン、セロイジン、その他の種類のワックスが含まれます。^{[12] [17]}

電子顕微鏡検査では、エポキシ樹脂が最も一般的に使用されている埋め込み媒体^{[9] です}が、特に免疫組織化学が必要な場合は、アクリル樹脂も使用されます。

凍結状態で切断する組織は、水性包埋媒体に組織を入れます。事前に凍結された組織は、通常、水ベースのグリコール、OCT、TBS、クライオゲル、または樹脂である液体埋め込み材料とともに型に入れられ、その後、凍結されて硬化ブロックが形成されます。

セクショニング

ミクロトームで切断されている組織学的サンプル。

光学顕微鏡検査では、ミクロトームに取り付けられたナイフを使用して、ガラスの顕微鏡スライドに取り付けられた組織切片 (通常は 5 ～ 15マイクロメートルの厚さ) を切断します。^[9]透過型電子顕微鏡 (TEM) では、ウルトラミクロトームに取り付けられたダイヤモンドまたはガラスのナイフを使用して、50 ～ 150ナノメートルの厚さの組織切片を切断します。^[9]

染色

生物組織は、光学顕微鏡でも電子顕微鏡でも、固有のコントラストがほとんどありません。^[17] 染色は、組織にコントラストを与えるだけでなく、関心のある特定の特徴を強調するために使用されます。染色が組織の特定の化学成分 (一般構造ではなく) を対象とするために使用される場合、組織化学という用語が使用されます。^[9]

光学顕微鏡

ラット気管のマッソン・トリクローム染色 。

ヘマトキシリンとエオシン( H&E 染色) は、組織の一般的な構造を示すために組織学で最も一般的に使用される染色の 1 つです。^{[9] [18]}ヘマトキシリンは細胞核を青色に染色します。酸性染料であるエオシンは、細胞質や他の組織をさまざまなピンク色で染色します。^{[9] [12]}

一般的な染色法として用いられるH&Eとは異なり、細胞や細胞成分、特定の物質をより選択的に染色する手法は数多く存在します。^[12]特定の化学物質を標的とする一般的に行われる組織化学的手法は、ヘモクロマトーシスなどの疾患における鉄沈着を実証するために使用される、パールズのプルシアンブルー反応です^[12]。ニッスル物質のニッスル法およびゴルジ法(および関連する銀染色) は、ニューロンを識別するのに役立ちます。これは、より具体的な染色の他の例です。^[12]

組織放射線撮影

historadiography、（時には組織化学的染色）スライドをX線撮影です。より一般的には、オートラジオグラフィーは、放射性物質が体内で輸送された場所の視覚化に使用されます。 たとえば、トリチウム化チミジンを組み込んだS 期( DNA 複製を受けている) の細胞、または放射性標識された核酸プローブがin situ で結合する部位などです。ハイブリダイゼーション。顕微鏡レベルでのオートラジオグラフィーでは、通常、スライドを液体の核管乳剤に浸し、乾燥させて露光フィルムを形成します。フィルム内の個々の銀粒子は、暗視野顕微鏡で視覚化されます。

免疫組織化学

最近、抗体はタンパク質、炭水化物、脂質を具体的に視覚化するために使用されています。このプロセスは、免疫組織化学、または染色が蛍光分子である場合、免疫蛍光と呼ばれます。この技術により、顕微鏡下で細胞のカテゴリーを特定する能力が大幅に向上しました。非放射性in situハイブリダイゼーションなどの他の高度な技術を免疫化学と組み合わせて、免疫蛍光および酵素結合蛍光増幅 (特にアルカリホスファターゼおよびチラミドシグナル増幅) に使用できる蛍光プローブまたはタグを使用して特定の DNA または RNA 分子を同定することができます。蛍光顕微鏡と共焦点顕微鏡は、細胞内の詳細な蛍光信号を検出するために使用されます。

電子顕微鏡法

電子顕微鏡検査では、通常、組織切片を染色するために重金属が使用されます。^[9] 酢酸ウラニルとクエン酸鉛は、通常、電子顕微鏡で組織にコントラストを与えるために使用されます。^[9]

専門技術

凍結切片

医療で使用される凍結切片法と同様に、凍結切片法は、組織学のために組織の切片を急速に凍結、切断、およびマウントする方法です。組織は通常、クライオスタットまたは凍結ミクロトームで切断されます。^[12]凍結切片をスライドガラスに載せ、染色して異なる組織間のコントラストを高めることができます。固定されていない凍結切片は、組織や細胞における酵素の局在を必要とする研究に使用できます。抗体結合免疫蛍光染色などの特定の手順では、組織固定が必要です。手術中に偶然腫瘍が発見された場合、モース手術、または腫瘍の悪性度の決定のように、腫瘍の外科的切除中に凍結切片を調製することがよくあります。

ウルトラミクロトミー

緑藻下の 透過型電子顕微鏡

ウルトラミクロトミーは、透過型電子顕微鏡(TEM) 分析用に非常に薄い切片を準備する方法です。組織は通常、エポキシまたは他のプラスチック樹脂に埋め込まれています。^[9]ウルトラミクロトームでダイヤモンド ナイフまたはガラス ナイフを使用して、非常に薄いセクション (厚さ 0.1 マイクロメートル未満) をカットします。^[12]

アーティファクト

アーティファクトは、通常の組織学的検査を妨げる組織内の構造または特徴です。アーティファクトは、組織の外観を変化させ、構造を隠すことにより、組織学を妨害します。組織処理アーティファクトには、固定剤によって形成された色素、^[12]収縮、細胞成分の洗い流し、さまざまな組織タイプにおける色の変化、および組織内の構造の変化が含まれます。例としては、Zenker の固定液を使用してセクションを固定した後に残った水銀色素です。^[12]ホルマリン固定は、酸性条件下で茶色から黒色の色素を残すこともあります。^[12]

研究室でのサンティアゴ・ラモン・イ・カハル。

17 世紀に、イタリアのマルチェロ マルピーギは顕微鏡を使用して、小さな生物の実体を研究しました。彼を組織学および顕微鏡病理学の分野の創始者と見なす人もいます。^{[19] [20]} Malpighi は、顕微鏡下でコウモリ、カエル、その他の動物の器官のいくつかの部分を分析しました。マルピーギは、肺の構造を研究しているときに、肺胞の膜質と、毛細血管と名付けた静脈と動脈の間の毛髪のような接続に気づきました。彼の発見は、吸い込まれた酸素がどのように血流に入り、体に役立つかを明らかにしました。^[21]

19 世紀では、組織学はそれ自体が学問分野でした。フランスの解剖学者ザビエル ビシャは、1801 年に解剖学における組織の概念を導入し^[22]、「組織の研究」を意味する造語である「組織学」(ドイツ語: Histologie )という用語は、1819 年にカール マイヤーの著書に初めて登場しました。. ^{[23] [24] [19]} Bichat は 21 のヒト組織について説明しており、組織学者が現在受け入れている 4 つのカテゴリーに含めることができます。^[25] Bichat によって役に立たないと見なされた組織学におけるイラストの使用は、Jean Cruveilhierによって推進されました。^{[26] [いつ? ]}

1830 年代初頭、パーキンチェムは高精度のミクロトームを発明しました。^[24]

19 世紀に、多くの固定技術がアドルフ ハノーバー(クロム酸塩とクロム酸の溶液)、フランツ シュルツェとマックス シュルツェ(オスミウム酸)、アレクサンダー ブトラーフ(ホルムアルデヒド)、ベネディクト スティリング(凍結)によって開発されました。^[24]

取り付け技術は、アラビアゴムを導入したRudolf Heidenhain (1824-1898)によって開発されました。ワックスとオイルの混合物を提唱したSalomon Stricker (1834-1898)。そしてアンドリュー・プリチャード1832年、ガム/使用、（1804から1884）雲母混合物。同年、カナダバルサムが登場し、1869 年にエドウィン・クレブス(1834-1913) は、標本を数年間パラフィンに埋め込んだと報告しました。^[27]

1906 年のノーベル生理学・医学賞は、組織学者のカミッロ・ゴルジとサンティアゴ・ラモン・イ・カハルに授与されました。彼らは、同じ画像の異なる解釈に基づいて、脳の神経構造について矛盾する解釈をしました。Ramón y Cajal は正しい理論で賞を受賞し、Golgi はそれを可能にするために発明した銀染色 技術で賞を受賞しました。^[28]

インビボ組織学

現在、医師が固定された組織サンプルからではなく、生きている患者の健康な組織と病気の組織に関する情報を非侵襲的に収集できるようにするin vivo組織学 (主にMRIを使用) の技術の開発に強い関心があります。^{[29] [30] [31] [32]}