Kvantitativ histologi är en vetenskap som studerar mönster för vävnadsutveckling och funktion med hjälp av kvantitativa variabler och rigorösa hypotestestmetoder. Det är mer korrekt att betrakta kvantitativ histologi inte som en självständig vetenskaplig disciplin, utan som ett slags övergångstillstånd för histologin i själva verket, på vägen mot dess utveckling från beskrivande till exakt vetenskap.
Den biologiska vetenskapen om histologi studerar vävnader - komplexa mosaiker som bildas av celler och intercellulär substans, vars närvaro är karakteristisk för flercelliga organismer. Mänskliga vävnader faller i uppmärksamhetssfären inte bara för biologi, utan också för medicin. I det senare fallet läggs studiet av patologiska processer på vävnadsnivå till forskningsuppgifterna, och själva disciplinen kallas patohistologi .
Traditionellt sett betraktades histologi som en beskrivande vetenskap, men på senare år har den aktivt förändrats, vilket främst beror på användningen av kvantitativa analysmetoder. Sådana transformationer gör det möjligt att tala om kvantitativ histologi.
Införandet av kvantitativa analyselement gör det möjligt att mer effektivt hitta samband mellan strukturen och funktionen hos vävnader och/eller celler, förbättra noggrannheten hos de uppskattningar som erhålls, minska påverkan av den subjektiva faktorn på analysresultaten och automatisera forskning och diagnostiska procedurer ( Nikonenko, 2013 ).
Uppenbarligen upprepar histologin i sin utveckling den väg som fysiken tidigare vandrat. I det första skedet av dess existens samlar vetenskapen information om de föremål som studeras. Sedan klassificeras denna information och länkar upprättas empiriskt mellan objekt. Vidare börjar forskare, som försöker förklara de studerade fenomenen, skapa matematiska modeller. Början av den exakta perioden i vetenskapens utveckling kan hänföras till den tid då resultaten av tester av matematiska modeller överensstämmer ganska exakt med verkliga indikatorer.
Grunden för kvantitativ histologi började läggas i början av mikroskopisk forskning. Man tror att de första försöken att mäta celler gjordes i slutet av 1600-talet av holländaren Antoni van Leeuwenhoek, som använde sandkorn som standard för att bestämma storleken på mänskliga erytrocyter. Senare, för sådana mätningar, började speciella optisk-mekaniska anordningar användas, till exempel en okular-mikrometer som projicerar en mätskala i mikroskopets fokalplan eller rörliga sikten. Denna enhet kom till mikroskopi från astronomi, där den först användes av William Gascoigne (1612-1644) [Vazquez, Vaquero, 2009].
Ett annat mätinstrument - hemocytometern började användas under andra hälften av 1800-talet. Det var en tjock glasskiva med ett urtag i form av en rektangulär kammare, som var fylld med en cellsuspension. Celler räknades inuti kammaren under ett konventionellt ljusmikroskop. För att lösa vissa problem med cytometri används denna anordning för närvarande. Som en märklig detalj använde William S. Gosset, författare till det statistiska Students test, en hemocytometer för att räkna bryggerjästceller [Gosset, 1907].
Matematiska metoders inträngning i histologin kan ses i exemplet med att lösa problemet med att tolka mätningar gjorda på slumpmässiga sektioner. En ytterligare förklaring är på sin plats här. Sektioner är den vanligaste typen av histologiska preparat. I de flesta fall gör de det möjligt att endast observera slumpmässiga sektioner av strukturer; därför är en korrekt kvantitativ analys av den senare endast möjlig om principerna för stokastisk geometri observeras.
De så kallade stereologiska metoderna bygger på dessa principer, som i praktiken ofta går ut på att kombinera bilder av vävnader och/eller celler med bilder av uppsättningar av testpunkter eller linjer och att räkna skärningspunkterna mellan profiler av strukturer av intresse med dem. Stereologiska lösningar på individuella problem med morfometri har varit kända sedan början av 1900-talet [Wicksell, 1925]. Hittills har metoder utvecklats som gör det möjligt att erhålla opartiska uppskattningar av antalet, volymen, arean eller längden av mikroskopiska strukturer, tolka storleksfördelningar etc. [Howard och Reed, 1998].
Om histologins huvudverktyg är ett mikroskop, spelas denna roll i kvantitativ histologi av ett bildanalyssystem, vilket kan förenklas som ett mikroskop i kombination med en dator. Mjukvarudelen av moderna bildanalyssystem innehåller dussintals algoritmer som syftar till att analysera antalet och storleken på mikroskopiska strukturer, vävnadstopologi, rumslig fördelning av objekt, etc.
Sådana system kan tillhandahålla visuell screening av histologiska preparat och till exempel synkronisering av data som erhålls under bildanalys med genetiska profiler av tumörer. Vissa system är kapabla att fatta diagnostiska beslut, vilket placerar dem i kategorin så kallade expertsystem. De kan rangordna neoplasmer efter deras svårighetsgrad och till och med förutsäga patientöverlevnad [Bourzac, 2013].
Det ögonblick då forskningsproblem börjar lösas med hjälp av matematiska modeller markerar ett visst stadium i utvecklingen av en vetenskaplig disciplin. Som en illustration av användningen av sådana modeller i histologi kan vi nämna den engelska forskaren Denis Nobles arbete. 1960, medan han fortfarande var student, föreslog han en matematisk modell av kardiomyocyten . Hennes test visade att genom att ändra den elektriska potentialen i en enda cell kan du återskapa rytmen av hjärtsammandragningar. Senare komplicerade D. Noble uppgiften genom att gå vidare till att modellera hjärtvävnaden och på 1990-talet började hans modeller ta hänsyn till detaljerna i hjärtats anatomiska struktur [Noble, 2002]. För närvarande används de för att testa effekten av antiarytmika.
Ett exempel på en annan matematisk modell som beskriver utvecklingen av vävnadsstrukturer i rum och tid är den interaktiva modellen för pankreas organogenes. Den använder ett animerat gränssnitt som låter dig visuellt observera resultaten av simuleringen, samt interagera med modellen. Körtelceller efterliknas som autonoma agenter som uppfattar miljösignaler och svarar på dem. Det animerade gränssnittet är baserat på 3D GameStudio-motorn, en kommersiell mjukvaruprodukt som används i utvecklingen av datorspel och virtual reality-applikationer [Setty et al., 2008].
För närvarande är tillämpningar av kvantitativ histologi inriktade på:
● Utveckling av metoder för att få objektiva bedömningar av vävnads- och/eller cellegenskaper.
● Hitta nya (kvantitativa) kriterier för att bedöma vävnadsfunktion, samt markörer för patologiska processer.
● Automatisering av analys av histologiska preparat. Detta gör det möjligt att påskynda procedurerna för diagnostisk screening av läkemedel genom specialiserade bildanalyssystem och, som ett resultat, utnämningen av riktad vård för patienterna.
● Utveckling av algoritmer för datoriserade system som kan hjälpa läkare att ställa en diagnos. Programvarudelen av ett antal sådana system innehåller element av artificiell intelligens, så de kan självständigt fatta diagnostiska beslut. Detta blir möjligt först efter att de kritiska egenskaperna hos det histologiska provet presenteras i form av kvantitativa variabler.
Material om ämnet kvantitativ histologi finns i vetenskapliga monografier [Glaser et al., 2007; Nikonenko, 2013 ] och tidskrifter med en bred vetenskaplig profil. Det finns dock specialiserade tidskrifter som Analytical and Quantitative Cytology and Histology (AQCH). Detta är den officiella publikationen av International Cytological Society (International Academy of Cytology) och Italian Society of Urologic Pathology.
Image Analysis & Stereology är den officiella publikationen av International Stereological Society. På dess sidor kan du hitta material om morfometri, stereologi, bildbehandling och analys, matematisk morfologi, stokastisk geometri och andra frågor.
Journal of Diagnostic Pathology är en publikation med öppen tillgång som endast finns i elektronisk form och som publicerar forskningsdata inom området medicinsk diagnostik. Tidskriften uppmärksammar molekylärbiologiska, morfometriska (stereologi, DNA-analys, syntaktisk strukturanalys) och kommunikations- (telemedicin, virtuell mikroskopi, etc.) aspekter av diagnostik.
Material relaterat till kvantitativ histologi finns även i de vetenskapliga tidskrifterna Microscopy Research and Technique , Journal of Microscopy , Cytometri Part A, Cytometri Part A , Cytometri Part B: Clinical Cytometry » ( Cytometri Part B: Clinical Cytometry ), etc.
| Histologi | |
|---|---|
| Histologiska metoder | |
| Relaterade artiklar | |