science-review.ru
Морфология относится к фундаментальным методам исследованиям ткани при помощи различных способов микроскопии, однако данная дисциплина постоянно развивается, чтобы соответствовать критериям современной науки. Морфологические исследования проводятся как в медицинских учреждениях, так и в научно-исследовательских институтах. Эта сфера научных знаний вносит значительный вклад в определение медицинских нозологий, их патогенетических проявлений и оценку эффективности лечения. Высококачественное морфологическое исследование необходимо для успешного и доказательного как доклинического, так и клинического испытания разрабатываемых новшеств, углубленного изучения закономерностей развития патологических процессов. Морфологическая служба, как обязательный компонент любого биомедицинского исследовательского центра, является доказательной основой макро- и микроскопических проявлений патологии, позволяет проводить сравнительный анализ реакции тканей на лечебное воздействие. Лишь соединение методов и технологий, имеющих минимальные погрешности, необходимо использовать для получения достоверных результатов. В связи с вышеизложенным целью нашего изучения стало выявление взаимосвязи клинической и фундаментальной морфологии и выявление перспектив развития морфологического кластера в структуре медицинского НИИ.
Морфология в современной науке. Результатами работы морфологической лаборатории является представление о биологии ткани и механизмах заболевания, а также практические знания о работе с тканями и требованиях к проведению исследования, таких как получение тканей, сроки выполнения эксперимента и выбора метода оценки [1]. Воспроизводство исследований in vivo с использованием лабораторных животных зависит от многих факторов, включая выбор животного, дизайн и сроки эксперимента. Морфологи часто являются конечным звеном таких исследований, и у ученого-гистолога возникают вопросы к точности проведенного эксперимента и качеству оцениваемого материала. Отсутствие учета экспертизы морфолога в планировании и выполнении исследования in vivo приводят к сомнительным результатам и выводам [2]. Таким образом, участие морфолога необходимо на всех этапах экспериментальных исследований и клинических испытаний, от разработки концепции и дизайна исследования до проведения испытаний, анализа и интерпретации результатов.
Методы микроскопии развивались, чтобы должным образом решать задачи биомедицинских наук, тем самым превращая гистологию из чисто фундаментальной дисциплины, которая играла вспомогательную роль в традиционных «основных» науках, таких как анатомия, в современную экспериментальную науку, способную управлять прогрессом знаний в биологии и медицине [3]. Гистопатология – это исследование заболеваний на тканевом и клеточном уровнях. Несмотря на давнюю практику, гистопатология в современную научную эпоху сохранила за собой один из существенных разделов изучения болезней в медицине. В течение нынешнего молекулярного века в эту практику были внесены некоторые улучшения. Ранней модификацией гистопатологии является введение иммуногистохимии, которая играет невероятную роль в диагностике опухолей. Новые разработки, в том числе цифровая патология, мультиплексная иммуногистохимия, иммунофлуоресценция, и создание искусственных нейронных сетей, подчеркивают новые технологии и почти изменили прежние обычные методы диагностики. Приобретенная сегодня техника делает возможными компьютеризированную гистоморфометрическую диагностику и прогноз, и теперь результаты более достоверны и воспроизводимы. Наука считается крупной, когда гипотезы проверяются экспериментальным путем, т.е. объективными определениями изменений, вызываемых в изучаемом предмете применяемыми раздражителями. В идеале стимулы и изменения должны иметь количественную корреляцию, другими словами, каждый стимул должен вызывать положительное или отрицательное изменение, пропорциональное его интенсивности. Развитие количественной микроскопии, наконец, превратило гистологию в основную науку, предоставив возможность количественной оценки морфологических изменений, вызванных стимулом у наблюдаемого субъекта [4-6].
Телемедицина, внедрившаяся в клиническую практику, помогает научному сообществу, позволяя обмениваться гистологическими фотографиями и получать сторонние мнения о полученных результатах. Эта практика облегчит изучение всего предметного стекла и позволит оперативно распространять изображения для ранней диагностики и детального изучения процесса заболевания.
Ошибки и проблемы морфологии. Большая часть существующих пробелов, которые необходимо решать лабораториям, связана с отсутствием важных качественных химикатов, реагентов и инструментов, а именно: недоступность микротомов для тонких срезов и электронных микроскопов для исследования тканей и т.д., а также отсутствие различных очень распространенных тестов, включая иммуногистохимию. Различные учебные и научно-исследовательские институты не имеют такого оборудования и сосредоточены только на гематоксилине и эозине. Другой проблемой является отсутствие квалифицированных кадров, прежде всего лаборантского состава [8]. Концепция окрашивания ткани заключается в четкой визуализации ее микроструктуры, для получения которой необходимо четкое соблюдение всех этапов пробоподготовки и стандартизация методов. Эта практика требует много времени, однако в современную эпоху в такой протокол были внесены некоторые улучшения [9]. Новые разработки в современных новых технологиях улучшили более ранние традиционные процедуры диагностики заболеваний, что сделало возможным быстрое применение такой практики. Ручной протокол заменяется автоматизированными машинами. Необходимо наличие современного оборудования, а также квалифицированных специалистов, которые могут получить образцы, обработать их, окрасить и определить повреждения. В настоящее время большинство недостатков устраняется, и предполагается, что неизбежный архетип гистопатологии в ближайшем будущем станет цифровым [10]. Таким образом, гистопатологи будут подтверждать диагноз с помощью анализа виртуальных изображений на компьютерах вместо обычной морфометрии, а оцифрованная ткань может быть классифицирована по различным гистологическим градациям для количественного анализа, что обеспечивает быстрые и улучшенные перспективы для диагностики и постановки заключения.
Связь лаборатории морфологии с другими лабораториями. Основное изменение и обновление гистопатологии связано с использованием иммуногистохимических методов. Это метод определения маркеров клеток после классической гистологической проводки. В настоящее время произошли революции в молекулярной биологии и в технологии определения генов, облегчая исследователям поиск новых и быстрых маркеров для диагностики патологических состояний. Таким образом, молекулярный диагноз патологических поражений можно было бы получить до подготовки парафинированных срезов. Микроматричный анализ ДНК и протеомика объясняют, как комплексная экспрессия генов приводит к тканевой неоплазии и помогает в диагностике. Эти тесты проводятся в сочетании с предшествующей гистопатологией для получения более достоверных результатов. Продуктивный переход от визуального морфологического объяснения к малопонятной молекулярной науке может быть отсроченным, но в конечном счете произойдет, когда молекулярные методы будут применяться к поражениям до их парафинизации, а эксперты-гистопатологи заранее узнают, что изучать в срезах.
Помимо диагностики аутопсийного и биопсийного материала, большинство патологий изучают и моделируют в лабораториях с помощью культуральных методов. Клеточные линии используют в качестве экспериментальных моделей для изучения закономерностей опухолевого роста, межклеточных взаимодействий, морфологических и других особенностей клеток различных опухолей, влияния препаратов химического и биологического происхождения на опухолевые и нормальные клетки. Эти исследования осуществляют с применением современных методов культивирования, клонирования клеток и их трансдукции разными генами, а также иммунологических, вирусологических, биохимических, морфологических и цитогенетических методов. Благодаря наличию этих клеточных моделей осуществляется создание и тестирование активности новых противоопухолевых средств, антиангиогенных, иммуномодулирующих и противовирусных препаратов. Таким образом, имея в структуре НИИ лабораторию генетики и возможность работы с клеточными культурами, ученые–морфологи реализуют многоуровневый подход в своих исследованиях – от молекулярного до тканевого (рис. 1).
Морфологическая лаборатория в КГМУ. Морфологическая лаборатория располагается на базе научно-исследовательского института экспериментальной медицины, который является структурным подразделением КГМУ. Научными задачами лаборатории являются выполнение морфологических исследований для научных подразделений КГМУ и сторонних организаций, обеспечение морфологического сопровождения исследований, выполняемых докторантами, аспирантами и студентами КГМУ, выполнение морфологических и гистологических исследований при проведении доклинических исследований лекарственных препаратов [11].
Рис. 1. Схема проведения современных морфологических исследований
Рис. 2. Микрофотографии примеров различных метод исследования для изучения волокнистого компонента соединительной ткани. А – световая микроскопия. Окр. по методу Маллори. Ув. х200. Б – световая микроскопия. Окр. по Ван Гизону. Ув. х200. В – сканирующая электронная микроскопия. Ув. х1000
Рис. 3. Микрофотография фибробласта на коллагеновой матрице. Сканирующая электронная микроскопия. Ув. х2500
Лаборатория оснащена современным оборудованием, позволяющим производить изготовление различных срезов и световую и люминесцентную микроскопию с использованием различных видов окраски: гематоксилином и эозином, по Ван Гизону, окраска эластических волокон орсеином, красителем «Фенаф», окраска альциановым синим+ШИК-реакция, по Романовскому-Гимзе, толуидиновым синим с гистохимическими контролями, окраска основным коричневым, галлоцианином по Эйнарсону, реакция Фельгена, реакция Перлса, окраска по Шиката, реакция Шморля, диазореакция с диазолем розовым, импрегнация по Гримелиусу, импрегнации для выявления нервных элементов органов, импрегнации по Лили, Паскуалю, окраска азур-эозином, судаковыми красителями, окраска по Рего, импрегнация для выявления белков ядрышковых организаторов, реакция на щелочную фосфатазу, реакция на кислую фосфатазу, реакция на АТФ-азу, реакция на сукцинатдегидрогеназу, люминесцентная микроскопия (рис. 2).
В 2022 г. в состав лаборатории вошел кластер «Клеточные технологии и тканевая инженерия». Основными направлениями работы являются технологии культивирования (получения, хранения) клеточных линий, создание банков клеток (хранение, идентификация, управляемость), клеточная трансплантология, тканевая инженерия, регенеративная медицина (рис. 3).
Совместно с другими лабораториями, входящими в структуру НИИ ЭМ, перед морфологами КГМУ стоят следующие задачи.
1. Создание тканеинженерных конструкций на основе биодеградируемых матриксов или полимерных конструкций для заместительной и регенеративной медицины.
2. Создание кожных эквивалентов для лечения обширных ран, ожогов, трофических язв; предотвращается образование грубых рубцов.
3. Оценка возможности применения культур тканеспецифичных колоний клеток, а также мезенхимальных поливалентных клеток в травматологии и ортопедии для усовершенствования методик замещения дефектов хрящевой ткани крупных суставов, улучшения процессов репарации в зоне переломов трубчатых костей.
4. Изучение канцерогенеза, механизмов развития резистентности к проводимой терапии, тестирование новых соединений для таргетной терапии.
Успехи в методах морфологических исследований позволили расширить наши представления о морфофункциональных отношениях, близких к молекулярному уровню организации тканей, а также получить достоверные данные не только из фиксированных и, следовательно, статичных биологических образцов, но и живых клеток и тканей. Морфологические методы развивались под влиянием возникающих экспериментальных потребностей, тем самым превращая гистологию из чисто качественной дисциплины, играющей вспомогательную роль, в традиционные «благородные» или «крупные» науки, такие как анатомия, в современную экспериментальную науку, способную стимулировать научный прогресс в биологии и медицине. Это увлекательное преобразование сделало гистологические методы и знания незаменимыми не только для ответов на классические биомедицинские вопросы, но и для разработки новых терапевтических и хирургических стратегий в прикладной медицине.