Kvantitativ histologi er en videnskab, der studerer mønstre for vævsudvikling og funktion ved hjælp af kvantitative variabler og strenge hypotesetestmetoder. Det er mere korrekt at betragte kvantitativ histologi ikke som en selvstændig videnskabelig disciplin, men som en slags overgangstilstand for den egentlige histologi på vejen for dens udvikling fra beskrivende til eksakt videnskab.
Den biologiske videnskab om histologi studerer væv - komplekse mosaikker dannet af celler og intercellulært stof, hvis tilstedeværelse er karakteristisk for flercellede organismer. Menneskelige væv falder ind under opmærksomhedssfæren ikke kun for biologi, men også for medicin. I sidstnævnte tilfælde lægges undersøgelsen af patologiske processer på vævsniveau til forskningsopgaverne, og selve disciplinen kaldes patohistologi .
Traditionelt blev histologi betragtet som en beskrivende videnskab, men i de senere år har den været aktivt under forandring, hvilket hovedsageligt skyldes brugen af kvantitative analysemetoder. Sådanne transformationer gør det muligt at tale om kvantitativ histologi.
Indførelsen af kvantitative analyseelementer gør det muligt mere effektivt at finde sammenhænge mellem struktur og funktion af væv og/eller celler, forbedre nøjagtigheden af de opnåede estimater, reducere indflydelsen af den subjektive faktor på analyseresultaterne og automatisere forskning og diagnostiske procedurer ( Nikonenko, 2013 ).
Det er klart, at histologien i sin udvikling gentager den vej, fysikken tidligere har rejst. I den første fase af sin eksistens akkumulerer videnskaben information om de genstande, der undersøges. Derefter klassificeres denne information, og der etableres empirisk links mellem objekter. Yderligere begynder forskere, der forsøger at forklare de undersøgte fænomener, at skabe matematiske modeller. Begyndelsen af den nøjagtige periode i udviklingen af videnskab kan tilskrives det tidspunkt, hvor resultaterne af tests af matematiske modeller stemmer ganske nøjagtigt overens med reelle indikatorer.
Grundlaget for kvantitativ histologi begyndte at blive lagt ved begyndelsen af mikroskopisk forskning. Det menes, at de første forsøg på at måle celler blev lavet i slutningen af det 17. århundrede af hollænderen Antoni van Leeuwenhoek, som brugte sandkorn som standard til at bestemme størrelsen af menneskelige erytrocytter. Senere, til sådanne målinger, begyndte specielle optisk-mekaniske anordninger at blive brugt, for eksempel et okular-mikrometer, der projicerer en måleskala ind i mikroskopets brændplan eller bevægelige sigter. Denne enhed kom til mikroskopi fra astronomi, hvor den først blev brugt af William Gascoigne (1612-1644) [Vazquez, Vaquero, 2009].
Et andet måleinstrument - hæmocytometeret begyndte at blive brugt i anden halvdel af det 19. århundrede. Det var en tyk glasplade med en fordybning i form af et rektangulært kammer, som var fyldt med en cellesuspension. Celler blev talt i kammeret under et konventionelt lysmikroskop. For at løse visse problemer med cytometri bruges denne enhed på nuværende tidspunkt. Som en mærkelig detalje brugte William S. Gosset, forfatter til den statistiske Students test, et hæmocytometer til at tælle ølgærceller [Gosset, 1907].
Matematiske metoders indtrængen i histologien kan ses i eksemplet med at løse problemet med at fortolke målinger taget på tilfældige snit. En yderligere forklaring er på sin plads her. Sektioner er den mest almindeligt anvendte type histologisk præparat. I de fleste tilfælde gør de det muligt kun at observere tilfældige sektioner af strukturer; derfor er en korrekt kvantitativ analyse af sidstnævnte kun mulig, hvis principperne for stokastisk geometri overholdes.
De såkaldte stereologiske metoder er baseret på disse principper, som i praksis ofte går ud på at kombinere billeder af væv og/eller celler med billeder af rækker af testpunkter eller linjer og tælle skæringspunkterne mellem profiler af strukturer af interesse med dem. Stereologiske løsninger på individuelle problemer med morfometri har været kendt siden begyndelsen af det 20. århundrede [Wicksell, 1925]. Til dato er der udviklet metoder, der gør det muligt at opnå uvildige estimater af antallet, volumen, areal eller længde af mikroskopiske strukturer, fortolke størrelsesfordelinger osv. [Howard og Reed, 1998].
Hvis histologiens vigtigste værktøj er et mikroskop, spilles denne rolle i kvantitativ histologi af et billedanalysesystem, som kan forenkles som et mikroskop kombineret med en computer. Softwaredelen af moderne billedanalysesystemer indeholder snesevis af algoritmer rettet mod at analysere antallet og størrelsen af mikroskopiske strukturer, vævstopologi, rumlig fordeling af objekter osv.
Sådanne systemer er i stand til at give visuel screening af histologiske præparater og for eksempel synkronisering af data opnået under billedanalyse med genetiske profiler af tumorer. Nogle systemer er i stand til at træffe diagnostiske beslutninger, hvilket placerer dem i kategorien af såkaldte ekspertsystemer. De er i stand til at rangere neoplasmer efter deres sværhedsgrad og endda forudsige patientens overlevelse [Bourzac, 2013].
Det øjeblik, hvor forskningsproblemer begynder at blive løst ved hjælp af matematiske modeller, markerer et vist stadium i udviklingen af en videnskabelig disciplin. Som en illustration af brugen af sådanne modeller i histologien kan vi nævne den engelske forsker Denis Nobles arbejde. I 1960, mens han stadig var studerende, foreslog han en matematisk model af kardiomyocytten . Hendes test viste, at ved at ændre det elektriske potentiale i en enkelt celle, kan du genskabe rytmen af hjertesammentrækninger. Senere komplicerede D. Noble opgaven ved at gå videre til at modellere hjertevævet, og i 1990'erne begyndte hans modeller at tage højde for detaljerne i hjertets anatomiske struktur [Noble, 2002]. I øjeblikket bruges de til at teste virkningerne af antiarytmiske lægemidler.
Et eksempel på en anden matematisk model, der beskriver udviklingen af vævsstrukturer i rum og tid, er den interaktive model for pancreas organogenese. Den bruger en animeret grænseflade, der giver dig mulighed for visuelt at observere resultaterne af simuleringen, samt interagere med modellen. Kirtelceller efterlignes som autonome midler, der opfatter miljøsignaler og reagerer på dem. Den animerede grænseflade er baseret på 3D GameStudio-motoren, et kommercielt softwareprodukt, der bruges i udviklingen af computerspil og virtual reality-applikationer [Setty et al., 2008].
I øjeblikket er anvendelser af kvantitativ histologi rettet mod:
● Udvikling af metoder til at opnå objektive vurderinger af vævs- og/eller cellekarakteristika.
● Finde nye (kvantitative) kriterier til vurdering af vævsfunktion, samt markører for patologiske processer.
● Automatisering af analyse af histologiske præparater. Dette gør det muligt at fremskynde procedurerne for diagnostisk screening af lægemidler ved hjælp af specialiserede billedanalysesystemer og som følge heraf udpegelse af målrettet pleje til patienter.
● Udvikling af algoritmer til computeriserede systemer, der kan hjælpe læger med at stille en diagnose. Softwaredelen af en række af sådanne systemer indeholder elementer af kunstig intelligens, så de er i stand til selvstændigt at træffe diagnostiske beslutninger. Dette bliver først muligt, efter at de kritiske karakteristika af den histologiske prøve er præsenteret i form af kvantitative variabler.
Materialer om emnet kvantitativ histologi kan findes i videnskabelige monografier [Glaser et al., 2007; Nikonenko, 2013 ] og tidsskrifter med en bred videnskabelig profil. Der er dog specialiserede tidsskrifter som Analytical and Quantitative Cytology and Histology (AQCH). Dette er den officielle publikation af International Cytological Society (International Academy of Cytology) og Italian Society of Urologic Pathology.
Image Analysis & Stereology er den officielle publikation af International Stereological Society. På dens sider kan du finde materialer om morfometri, stereologi, billedbehandling og analyse, matematisk morfologi, stokastisk geometri og andre emner.
Journal of Diagnostic Pathology er en publikation med åben adgang, der kun findes i elektronisk form og udgiver forskningsdata inden for medicinsk diagnostik. Tidsskriftet lægger vægt på molekylærbiologiske, morfometriske (stereologi, DNA-analyse, syntaktisk strukturanalyse) og kommunikations- (telemedicinske, virtuel mikroskopi, etc.) aspekter af diagnostik.
Materialer relateret til kvantitativ histologi kan også findes i de videnskabelige tidsskrifter Microscopy Research and Technique , Journal of Microscopy , Cytometri Part A, Cytometri Part A , Cytometri Part B: Clinical Cytometry » ( Cytometri Part B: Clinical Cytometry ) mv.
| Histologi | |
|---|---|
| Histologiske metoder | |
| Relaterede artikler | |