Histokemi och histologiska prov Pertti Panula Institutionen för biomedicin 2013 Alberts 5; s580 Skala: makroanatomi, mikroanatomi eller histologi, Öga (glasögon) Lupp Ljusmikroskop EM-skop EM-skop cellbiologi, molekylärbiologi, Ljusmikroskop kemi, (atomfysik) (partikelfysik) EM-skop Biokemi Kemi Ljusmikroskopisk histologisk analys: fortfarande patologens viktigaste verktyg Levervävnad immunohistokemi, in situ hybridisering, elektronimikroskopi kompletterar diagnostik Typer av prov: Traditionell vävnadsbiopsi Leikataan irti pala kudosta Nålbiopsi Endoskopiska prov Barretin ruokatorvi (metaplasia) Bestrykningspreparat Papa-prov Celler utan färgning Ingen färgning Odlad cell i ljusmikroskop Samma cell i faskontrastmikroskop Samma cell i interferensmikroskop (Nomarski) Ingen färgning Ingen färgning Organ eller vävnad kan inte mikroskoperas som sådan; celllager projiseras på varandra Lähde: Alberts Svårt att se detaljer av cellen Enbart några korn syns Cellen och kärnans gränser syns, mera detaljer Samma detaljer, men 3D bild Lösning: tunna snitt färgas. Växtrotens tvärsnitt Jämförelse av ljus- och elektronmikroskop Ljusmikroskop silmä Gartner and Hiat: Color Textbook of Histology Saunders Fluoresc. skiva Okular Projektionslins Objektiv Prov Kondensor Ljuskälla Anod Katod Elektroni mikroskop (uppochner) Snitt ”färjas” med tungmetallsalt: - Osmiumtetroksid, silmä - Uranylacetat - Blycitrat Tungmetalllager strittas elektroner Mörk punkt Framställing av histologiska prov • Fixering -oftast med formalin -fixerar viktiga komponenter, förbereder för behandling • Förberedning av snittning -stärckning av vävnaden med paraffin, matrix -frysning med torris eller flytande kväve • Snittning -kryostat, mikrotom, vibratom Färgning av vävnadsnitt • Deparaffinering med xylen • Rehydrering till vattenfas • Färgning i vatten eller buffertlösning eller annan lösning som alkohol (tex. hematoxylineosin) • Täckning av snitt (med plast, glycerol) Vävnadsbehandlingsapparat Kuva: Karppinen Mikrotom för paraffinprov Kuva: Karppinen Prov i paraffin Kuva: Karppinen Snittning Kuva: Karppinen Snitt, ännu skrynkligt Kuva: Karppinen Paraffin- eller fryssnitt? • Paraffinsnitt är bäst för rutinbruk och stora mängder -prov i rumstemperatur -passar oftast men inte alltid för immunfärgning • Fryssnitt snabba och lämpliga för prov under operationen -fryssnitt kräver mera teknik och torris eller flytande kväve -fryssnitt riktigt lämpliga för immunfärgning • Paraffinsnitt har ofta bättre struktur än ofixerade fryssnitt Färgning Manuell (sidan) eller automatisk (under). Paraffin tas bort med xylen först Kuva: http://www.ucl.ac.uk/~rmkdhjh/autostnr.htm Hematoxylin-eosin Enbart hematoxylin Enbart eosin HE Ross et Pawlina: Histology. A Text and Atlas. 5 p 2006 LWW Histologisk färgning (HE) 1) Hematoxylin är ett blått färgämne. I lösning inoiseras det till en positiv ion (kation) 2) I vävnaden är DNA och RNA negativt laddade efter att ha donerat H+ Väri + Väri + Väri + Väri Väri + + Väri Väri Väri Väri Väri VäriVäri Väri Väri Väri Väri Väri DNA VäriVäriRNA VäriVäri Väri Väri Väri Väri Väri Väri + Väri Väri Väri Väri Väri Väri 3) Positivt laddade hematoxylin-ioner binder till vävnadens negativt laddade element 4) I vävnaden färgas DNA och RNA med hematoxylin, alkalisk färgämne basofilt Kärnorna är färgade basofilt Kerr: Atlas of Functional Histology. 1st edition, 1999 Mosby Nucleolus Är mörk Kärnans strukturer H = Heterokromatin är mörkt Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby E = Eukromatin är ljust TEMbild Nissl korn Ribosomala ansamlingar syns i ljusmikroskop som basofiliska Nissl korn Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby Neuronen har ett väl utvecklat RER, med mycket ribosomer Lähde: J.F.Kerr, Atlas of Functional Histology Hematoxylin färgar kärnans DNA och cytoplasmiskt RNA HE Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby Ross et Pawlina: Histology. A Text and Atlas. 5 p 2006 LWW Histologisk färgning (HE) 1) Eosin är ett rött färgämne. Det är syrligt och ioniseras till en Negativt laddad ion (anion) Eosiini - Eosiini Eosiini Eosiini - - - Eosiini Eosiini - - - Eosiini- Eosiini Eosiini - - - EosiiniEosiini- Eosiini Eosiini -Eosiini EosiiniEosiini - EosiiniEosiiniEosiiniEosiini- Eosiini - Eosiini - Eosiini Eosiini 2) Vävnadsproteinernas aminogrupper laddas ++++++ ++ ++ + + + + + + + ++ +p+++r+o+ +t+++e+i++ + + ++ + i+n +i + + positivt i vattenlösnig + +++ + + + + + + +++ + + + ++ ++ ++ ++ + +++++ ++++ + + Eosiini Histologisk färgning (HE) 1) Eosin är ett rött färgämne. Det är syrligt och ioniserad till anioni 2) Proteinernas aminogrupper är Positivt laddade i vattenlösning - Eosiini Eosiini - - Eosiini Eosiini - - + Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini Eosiini + p r o t e i i +n i + + + 3) Negativt laddadt eosin binder till positivt laddade strukturer (särskilt proteiner) - Kollagen och cellens stödproteiner, mm 4) I snitten färgas proteinerna eosinofilt (=acidofilt) Muslekcellernas proteiner färgas röda med eosin, Kärnorna blåa med hematoxylin Kerr: Atlas of Functional Heikki Hervonen HistologyHY, 1999, Mosby BLL, 2004 Proteinhaltig cytoplasma färgas i allmänhet eosinofilt Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby Svettkörtelcellens cytoplasma färgas starkt eosinofilt Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby Magepitelcellernas och körtelcellernas cytoplasma färgas starkt eosinofilt HE-färgade glattmuskelceller Proteinirik cytoplasma färgas rött, kärnorna i periferin blått Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby Också extracellulära proteiner, här kollagen, färgas med eosin Föreg. bild Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby fibroblasternas kärnor mellan kollagenfibrer är basofilt färgade Slät endoplasmatiskt retikel och mitokondrier (EM) Viktiga särskilt för lipidernas och steroidernas metaboli Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby Heikki Hervonen HY, BLL, 2004 Slät endoplasmatisk retikel och mitokondrier i steroidproducerande celler M = Mitokondrier innehåller mycket proteiner eosino/acidofila färgningsegenskaper Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby SER innehåller mindre proteiner på kanterna och färgas inte lika starkt En exokrin cell i bukspottkörteln Hur färgas cellen med HE? Kornen innehåller proteiner – dvs färgas …………….? Omkring kärnan rikligt med RER Basdelen färgas………….? Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby En exokrin cell i bokspottkörteln Kornen har mycket protein och Färgas eosinofilt Omkring kärnan mycket RER:a, bsdelen färgas basofilt Körtelstruktur in exokrin pancreas Basofilt grovt endoplasmatiskt retikel (RER, ribosomer!) och eosinofila korn (proteiner) Fettdropparna har lösts från ett vanligt prov Fettcellens cytoplasma syns som en tunn ram Fett kan färgas med specifika metoder = triglyserider Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby N = fettcellens kärna Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby Specialfärgning för elastin Skiljer elastin från kollagen och intracellulära proteiner Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby Elastinet är mörkt S = glattmuskelcell C = kollagen Histokemi och enzymhistokemi • Histokemiska färgningar: – PAS-färgning för kolhydrerad, – Alcian-Blue för sura mukopolysakkarider, – Silversaltbaserade färgningar för retikulinfibrer och nerver • Enzymhistokemi utnyttjar cellernas egna enzym som kan åskådligsgöras – som substrat används metallsalt, som enzymet reagerar på och produkten är precipitat som kan visualiseras i mikroskop Silverfärgning visar tunna retikulinfibrer Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby I levern på sinusoiodväggarna Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby Lynfnodernas stödvävnad Kolhydraterna syns inte med hematoxylin-eosin Bägarcellernas sekret (kolhydrater) syns som det ofärgade området i epitelet Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby PAS-färgning för kolhydrater PAS-färgning färgar bägarecellernas Kålhydrater grannrött PAS-färgning färgar Också glycocalyx Och basalmembranglycoproteiner PAS = PeriodicAcidSchiff dvs perjodsyra-Schiff Kerr: Atlas of Functional Histology 1999, Mosby Immunohistokemi Bild: Minna Takkunen: Epithelialmesenchymal transition in oral squamous carcinoma cells. Avhandling Immunohistokemi • Immunohistokemi utnyttjar kroppens egna antikroppar, dvs. humoral immunrespons • Djuret immuniseras (vaccineras) med (makro)molekylen (antigen/immunogen). Denna stimulerar lymfocyter till produktion av specifika antikroppar och ja minnesceller. • Upprepade immuniceringar leder till förstärkt respons • Efter 2-4 immuniseringarkan man dra serum med antikroppar, som på ett specifikt sätt binder till antigenen • Monoklonala antikroppar produceras i cellkultur Antikroppens struktur antigeenia sitova alue Antigen bindande del aminotermin al Varierande del • Två identiska tunga kädjor och två identiska lätta kädjor, Y-form •Y-formade delens varierande område binder immunogen Fab-fragment kevyt ketju raskas ketju Fc-fragment karboxyter minal Ross & Pawlina: Histology. A Text and Atlas, LWW 2011 Indirekt immunohistokemi Antigenens struktur A Primära antikroppar: producerade in kaninen mot antigen A I får producerade sekundära antikroppar, som har markör Alberts et al.: Molecular Biology of The Cell 5.ed, 2008 Garland Science 1. Sk. polyklonal kaninantikropp mot antigen A 2. I fåren producerad antikropp mot kaninens antikroppens Fcdel,som är markerad Markören kan vara •fluorokrom, tex fluoreskein •enzymmolekyl •guldpartikel (EM) Vimentinfibrer (intermediära filament) Fibroblast Immunfärgning i diagnostik: i Lupus-nefrit (njursjukdom) samlas protein i glomerulus Virtanen 2009 in situ hybridisering • Enkel RNA tai DNA kädja (probe, sond) binder specifikt till motsvarande sekvens (DNA, mRNA) • Reaktionen kan ske i lösning, gel eller vävnad (in situ) • Reaktionen identifierar kända sekvenser och kan lokalisera dem i kromosomer/celler/vävnader • Med hjälp av olika fluorokromer kan man identifiera flera sekvenser In situ hybridisering a. grundelement: DNA-sonden och målsekvensen b. Sonden kan märkas direkt med fluorokromen c. Sonden och mål-DNA denatureras för att åstadkomma enkelsträngad (single stranded) DNA d. Enkelsträngade DNA-kedjor binder på varandra e. Fluorokrom -markerad sond syns under mikroskop