Трансплантация кожи — системы организма (гистология)

Методы гистологии и цитологии: в чем разница проведения исследований, подготовка

Трансплантация кожи - системы организма (гистология)

Онкологические пациенты часто слышат от врача фразы «анализ на цитологию» или «гистологию». Давайте разбираться что это такое.

В академическом смысле, гистология — это наука, которая занимается изучением строения ткани. Цитология — это наука, которая изучает клетки, особенности их размножения, роста и трансформации.

В медицине знания, накопленные этими науками, используют для постановки предварительного и окончательного диагноза при различных заболеваниях, в частности при онкологии.

Соответственно проводятся цитологические и гистологические методы исследования.

Цитологическое исследование

Цитологическое исследование проводится для оценки морфологических особенностей клеточных элементов тканей различных органов, жидкостей и выделений организма. Этот анализ позволяет выявить диспластические и злокачественные трансформации отдельных клеток и поставить предварительный диагноз. Для окончательной диагностики потребуется гистологическое исследование.

Преимущества цитологии:

  • Доступность метода.
  • Не требуется специального дорогостоящего оборудования.
  • Исследование проводится быстро, буквально в течение часа.
  • Забор материала проводится неинвазивными или малоинвазивными методами.
  • Относительно низкая цена.

Все эти особенности делают возможным широкое использование цитологического исследования, в том числе и в рамках скрининга разных патологий.

В зависимости от особенностей получения материала, цитологию можно разделить на дооперационную и интраоперационную. Дооперационная цитология делится на три вида:

  • Эксфолиативная. Материалом исследования служит отделяемое мочеполовых органов, мокрота, выпотные жидкости, моча, цереброспинальная жидкость и др. Недостатком такого исследования является плохая сохранность материала и, как следствие, погрешности в диагностике. Клетки могут быть разрушены из-за воспалительных процессов, особенностей забора и других факторов.
  • Абразивная. Материалом служат соскобы с определенных участков внутренних органов. Для забора материала используются специальные инструменты, например цитощетки, и даже фиброоптическая техника. Таким методом получают материал с шейки матки, стенок желудочно-кишечного тракта и др. При таком заборе клетки хорошо сохраняются и результат легче интерпретировать.
  • Аспирационная цитология с помощью тонкоигольной биопсии позволяет получить препарат практически из любого органа. Наибольшее распространение методика получила для предварительной диагностики новообразований молочной железы.

При всех своих преимуществах, цитологического исследования недостаточно для постановки окончательного диагноза в онкологии. Метод больше направлен на констатацию факта наличия рака. но есть современные технологии, например, дополнительное окрашивание с применением антител, которые позволяют более точно определить предварительный диагноз и спланировать лечение.

Гистологическое исследование

Гистологическое исследование изучает не отдельные клетки, а фрагмент ткани. На сегодняшний день это единственный метод окончательной верификации большинства новообразований, в том числе и злокачественных. Это сложный метод, который предполагает разные техники забора материала, обработки ткани и даже разные способы микроскопии.

Для забора материала проводятся следующие виды биопсии:

  • Щипковая — с помощью щипчиков откусывается кусочек ткани.
  • Кюретаж — полый орган выскабливается с помощью ложечки-кюретки с острыми краями.
  • Толстоигольная пункционная биопсия — берется столбик ткани из разных мест органа.
  • Эксцизионная биопсия — удаляется весь орган или все новообразование и потом исследуется по отдельным фрагментам.

Полученный материал заливают в парафиновые блоки и нарезают на тончайшие срезы (около 1 микрона). Потом их окрашивают различными красителями и исследуют под микроскопом. Подготовка материала может занимать от нескольких дней до нескольких недель.

Во время микроскопии врач патоморфолог оценивает строение клеток, их взаимоотношение в рамках слоя ткани и правильность расположения слоев. Для уточнения информации могут использоваться дополнительные методы окрашивания, которые визуализируют разные структуры клеток, например, рецепторы, мембраны и даже отдельные гены.

Как подготовиться к исследованию

Для неинвазивных методов цитологии особой подготовки не требуется. А вот для проведения биопсии, в том числе и для тонкоигольной, лучше быть натощак, поскольку забор материала будет проводиться инвазивно и скорее всего потребует обезболивания. То же касается эндоскопических методов исследования.

В ряде случаев на первом этапе проводят цитологическое исследование, выставляют предварительный диагноз, планируют лечение и объем операции. И уже инраоперационно, во время онкохирургического вмешательства берут биопсию. По ее результатам устанавливается окончательный диагноз и при необходимости проводится коррекция лечения.

Системы организма (гистология) — Трансплантация кожи

Трансплантация кожи - системы организма (гистология)

Подробности Категория: Архивы

Кожу можно успешно пересаживать в пределах одного организма с одной части тела на другую двумя основными методами.

При первом методе (который широко используют, например, при восстановлении части лица) кожу переносят с одной части тела к близлежащей (например, кожу руки прикрепляют к лицу и так держат какое-то время), но кровоснабжение при этом полностью не прерывают.

Один край трансплантата питается кровью за счет имевшейся ранее сети, а другой прикрепляется к новому руслу.

Когда (через несколько дней) трансплантат уже получает достаточно крови из нового источника, с которым устанавливается связь, его можно отделить от исходного места и зафиксировать на новом.

Однако в большинстве случаев, когда требуется пересадка кожи например, для того чтобы закрыть большую площадь, на которой кожа была полностью разрушена при ожоге, используют свободные кожные трансплантаты, т. е. трансплантаты, полностью отделенные от исходного источника кровоснабжения. Это делается следующим образом.

Свободные кожные трансплантаты

Аутотрансплантаты кожи бывают двух главных типов: расщепленные и во всю толщу.

Так как при многих несчастных случаях, в особенности при термических ожогах, могут быть поражены значительные площади, а гомотрансплантаты не приживаются, очень удачно, что строение кожи человека позволяет хирургу увеличить ее площадь.

Это достигается за счет расщепленных кожных трансплантатов. При их использовании у больного в конечном итоге окажется больше кожи, чем у него было до трансплантации.
Как увеличивают площадь кожи за счет расщепленных трансплантатов

Рис. 20-25. Схема создания расщепленного кожного трансплантата.

А. При иссечении трансплантата захватывают ткань до середины расстояния между поверхностью кожи и дермой. Такой трансплантат (часть выше линии разреза) можно пересадить и приживить в другом месте у того же человека.

Б. То место, откуда был взят трансплантат, через некоторое время покрывается новым эпидермисом, растущим из волосяных фолликулов, а у человека-и из потовых желез (как показано справа). Дерма в дальнейшем утолщается.

Расщепленный кожный трансплантат — это тангенциальный срез кожи. Относительно толстый трансплантат (толще, чем обычно используется теперь) показан на рис. 20-10,5. На рис. 25,А показано, что приблизительно половина толщи кожи попадает в трансплантат.

Удаленную часть можно переместить на область, где эпидермис утрачен, и, если ее зафиксировать на месте, клетки трансплантата начнут получать питание через тканевую жидкость из неровной поверхности, на которую он был помещен.

С течением времени клетки соединительной ткани из тканевого ложа будут врастать в трансплантат и образовывать новое межклеточное вещество, посредством которого трансплантат будет плотно фиксироваться на месте, образуя новый эпидермис. Будет происходить и реваскуляризация трансплантата.

Благодаря тому что волосяные фолликулы и потовые железы протягиваются через всю толщу кожи, то место, откуда был получен расщепленный трансплантат, начнет заново покрываться эпидермисом.

Когда удаляется поверхностная часть кожи (с тем, чтобы использоваться в качестве расщепленного трансплантата), наружные корневые влагалища волосяных фолликулов и протоки потовых желез служат источниками новых эпидермальных клеток, которые, разрастаясь из этих образований, заново покрывают поверхность новым эпидермисом.

Исследования Хэма (Наш А., 1944) по пересадке кожи были выполнены на свиньях-животных, очень удобных для этих опытов. У свиней рост нового эпидермиса происходит преимущественно, если не целиком, из наружных корневых влагалищ волосяных фолликулов. Считается, однако, что у человека происходит весьма значительный рост эпидермиса за счет потовых желез.

Трансплантаты во всю толщу кожи

В некоторых случаях, в особенности когда желателен хороший косметический эффект, используются свободные аутотрансплантаты во всю толщу кожи. Здесь, однако, эффект увеличения площади кожи отсутствует, так как в трансплантат попадают, кроме эпидермиса и дермы, также и придатки кожи.

Поэтому края участка, из которого был вырезан трансплантат кожи во всю толщу, должны быть сшиты вместе, либо поверхность надо покрыть расщепленным трансплантатом.
Как осуществляется васкуляризация свободных трансплантатов.

Можно подумать, что трансплантат во всю толщу кожи будет слишком толстым для того, чтобы его клетки могли питаться путем диффузии веществ из тканевой жидкости на новом месте. Однако такие трансплантаты приживаются, и в них вскоре развивается нормальное кровообращение; при этом нет необходимости соединять сосуды трансплантата и ложа.

Клутье и Хэм (Cloutier, Наш) в опытах на свиньях с инъекцией сосудов (см. рис. 13 —  4) показали, что капилляры трансплантата и капиллярная сеть его ложа вскоре соединяются друг с другом, и к седьмому дню в крупных сосудах трансплантата, которые в течение этого времени оставались живыми (вероятно, благодаря диффузии), восстанавливается кровоток.

Старые сосуды трансплантата снова начинают функционировать, однако представляется вероятным, что в такой трансплантат начинают врастать новые сосуды в дополнение к имевшимся, которые образуют соединения с новыми капиллярами.

Тканевая инженерия — окно в современную медицину

Трансплантация кожи - системы организма (гистология)

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Петр I мечтал «прорубить окно в Европу», а ученые нашего времени — окно в современную медицину.

Сочетание «медицина + биотехнология» нашло свое отражение в тканевой инженерии — технологии, открывающей возможность восстановления утраченных органов без трансплантации.

Методы и результаты тканевой инженерии поражают: это получение живых (а не искусственных!) органов и тканей; регенерация тканей; печать кровеносных сосудов на 3D-принтере; использование «тающих» в организме хирургических шовных нитей и многое другое.

Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2011 в номинации «Лучшая обзорная статья».

В последние десятилетия стали отчетливо проявляться тревожные тенденции старения населения, роста количества заболеваний и инвалидизации людей трудоспособного возраста, что настоятельно требует освоения и внедрения в клиническую практику новых, более эффективных и доступных методов восстановительного лечения больных. На рисунке 1 показано, как изменяется структура заболеваний в настоящее время.

Рисунок 1. Мировая динамика частоты заболеваний.

На сегодняшний день наука и техника предлагает несколько альтернативных путей восстановления или замены поврежденных или пораженных патологией тканей и органов:

  • трансплантацию;
  • имплантацию;
  • тканевую инженерию.

В рамках данной статьи мы подробнее остановимся на возможностях и перспективах тканевой инженерии.

Тканевая инженерия — современная инновационная технология

Принципиально новый подход — клеточная и тканевая инженерия — является последним достижением в области молекулярной и клеточной биологии. Этот подход открыл широкие перспективы для создания эффективных биомедицинских технологий, с помощью которых становится возможным восстановление поврежденных тканей и органов и лечение ряда тяжелых метаболических заболеваний человека.

Цель тканевой инженерии — конструирование и выращивание вне организма человека живых, функциональных тканей или органов для последующей трансплантации пациенту с целью замены или стимуляции регенерации поврежденных органа или ткани. Иными словами, на месте дефекта должна быть восстановлена трехмерная структура ткани.

Важно отметить, что обычные имплантаты из инертных материалов могут устранить только физические и механические недостатки поврежденных тканей, — в отличие от тканей, полученных методом инженерии, которые восстанавливают, в том числе, и биологические (метаболические) функции. То есть, происходит регенерация ткани, а не простое замещение ее синтетическим материалом.

Однако для развития и совершенствования методов реконструктивной медицины на базе тканевой инженерии необходимо освоение новых высокофункциональных материалов. Эти материалы, применяемые для создания биоимплантатов, должны придавать тканеинженерным конструкциям характеристики, присущие живым тканям:

  • способность к самовосстановлению;
  • способность поддерживать кровоснабжение;
  • способность изменять строение и свойства в ответ на факторы окружающей среды, включая механическую нагрузку.

Клетки и матриксы — основа основ для тканевой инженерии

Наиболее важным элементом успеха является наличие необходимого количества функционально активных клеток, способных дифференцироваться, поддерживать соответствующий фенотип и выполнять конкретные биологические функции.

Источником клеток могут быть ткани организма и внутренние органы. Возможно использование соответствующих клеток от пациента, нуждающегося в реконструктивной терапии, или от близкого родственника (аутогенных клеток).

Могут быть использованы клетки различного происхождения, в том числе первичные (рис. 2) и стволовые клетки (рис. 3).

Рисунок 2. Первичная клетка человека.

Первичные клетки — это зрелые клетки определенной ткани, которые могут быть взяты непосредственно от организма-донора (ex vivo) хирургическим путем.

Если первичные клетки взяты у определенного организма-донора, и впоследствии необходимо имплантировать эти клетки ему же в качестве реципиента, то вероятность отторжения имплантированной ткани исключается, поскольку присутствует максимально возможная иммунологическая совместимость первичных клеток и реципиента. Однако первичные клетки, как правило, не способны делиться — их потенциал к размножению и росту низок. При культивировании таких клеток in vitro (посредством тканевой инженерии) для некоторых типов клеток возможна дедифференцировка, то есть потеря специфических, индивидуальных свойств. Так, например, хондроциты, вводимые в культуру вне организма, часто продуцируют фиброзный, а не прозрачный хрящ.

Поскольку первичные клетки не способны делиться и могут потерять свои специфичные свойства, возникла необходимость альтернативных источников клеток для развития технологий клеточной инженерии. Таковой альтернативой стали стволовые клетки.

Рисунок 4. Биокерамические изделия из ортофосфатов кальция.

Стволовые клетки — недифференцированные клетки, которые имеют способность к делению, самообновлению и дифференцировке в различные типы специализированных клеток под воздействием конкретных биологических стимулов (см.: «Была клетка простая, стала стволовая» [3]). Стволовые клетки подразделяются на «взрослые» [2] и «эмбриональные».

Эмбриональные стволовые клетки образуются из внутренней клеточной массы развития зародыша на ранней стадии, а взрослые — из тканей взрослого организма, пуповины или даже плодных тканей. Однако существует этическая проблема, связанная с неизбежным разрушением человеческого эмбриона при получении эмбриональных стволовых клеток [4].

Поэтому предпочтительнее «добыча» клеток из тканей взрослого организма. Так, например, в 2007 году Шинью Яманакой (Shinya Yamanaka) из Киотского университета Японии были открыты индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), получаемые из покровных тканей человека (в основном, из кожи).

ИПСК открывают поистине невиданные возможности для регенеративной медицины, хотя, прежде чем они всерьез войдут в медицинскую практику, предстоит решить еще немало проблем (см.: «Снежный ком проблем с плюрипотентностью» [5]).

Для направления организации, поддержания роста и дифференцировки клеток в процессе реконструкции поврежденной ткани необходим специальный носитель клеток — матрикс, представляющий из себя трехмерную сеть, похожую на губку или пемзу (рис. 4).

Для их создания применяют биологически инертные синтетические материалы, материалы на основе природных полимеров (хитозан, альгинат, коллаген) и биокомпозиты.

Так, например, эквиваленты костной ткани получают путем направленной дифференцировки стволовых клеток костного мозга, пуповинной крови или жировой ткани в остеобласты, которые затем наносят на различные материалы, поддерживающие их деление (например, донорскую кость, коллагеновые матрицы и др.).

«Фирменная» стратегия тканевой инженерии

На сегодняшний день одна из стратегий тканевой инженерии такова:

  1. Отбор и культивирование собственных или донорских стволовых клеток.
  2. Разработка специального носителя для клеток (матрицы) на основе биосовместимых материалов.
  3. Нанесение культуры клеток на матрицу и размножение клеток в биореакторе со специальными условиями культивирования.
  4. Непосредственное внедрение тканеинженерной конструкции в область пораженного органа или предварительное размещение в области, хорошо снабжаемой кровью, для дозревания и формирования микроциркуляции внутри конструкции (префабрикация).

Матриксы через некоторое время после имплантации в организм хозяина полностью исчезают (в зависимости от скорости роста ткани), а в месте дефекта останется только новая ткань. Также возможно внедрение матрикса с уже частично сформированной новой тканью («биокомпозит»).

Безусловно, после имплантации тканеинженерная конструкция должна сохранить свои структуру и функции в течение периода времени, достаточного для восстановления нормально функционирующей ткани в месте дефекта, и интегрироваться с окружающими тканями.

Но, к сожалению, идеальные матриксы, удовлетворяющие всем необходимым условиям, пока не созданы.

Кровеносные сосуды из принтера

Перспективные тканеинженерные технологии открыли возможность лабораторного создания живых тканей и органов, но перед созданием сложных органов наука пока бессильна.

Однако сравнительно недавно ученые под руководством доктора Гунтера Товара (Gunter Tovar) из Общества Фраунгофера в Германии сделали огромнейший прорыв в сфере тканевой инженерии — они разработали технологию создания кровеносных сосудов.

А ведь казалось, что капиллярные структуры создать искусственно невозможно, поскольку они должны быть гибкими, эластичными, малой формы и при этом взаимодействовать с естественными тканями.

Как ни странно, но на помощь пришли производственные технологии — метод быстрого прототипирования (другими словами, 3D-печать). Подразумевается, что сложная трехмерная модель (в нашем случае кровеносный сосуд) печатается на трехмерном струйном принтере с использованием специальных «чернил» (рис. 5).

Рисунок 5. Технология «печати» искусственного кровеносного сосуда.

Принтер наносит материал послойно, и в определенных местах слои соединяются химически. Однако заметим, что для мельчайших капилляров трехмерные принтеры пока недостаточно точны. В связи с этим был применен метод многофотонной полимеризации, используемый в полимерной промышленности.

Короткие интенсивные лазерные импульсы, обрабатывающие материал, так сильно возбуждают молекулы, что они взаимодействуют друг с другом, соединяясь в длинные цепочки. Таким образом, материал полимеризуется и становится твердым, но эластичным, как естественные материалы.

Эти реакции настолько управляемы, что с их помощью можно создавать мельчайшие структуры по трехмерному «чертежу».

А для того, чтобы созданные кровеносные сосуды могли состыковаться с клетками организма, при изготовлении сосудов в них интегрируют модифицированные биологические структуры (например, гепарин) и «якорные» белки.

На следующем этапе в системе созданных «трубочек» закрепляются клетки эндотелия (однослойный пласт плоских клеток, выстилающий внутреннюю поверхность кровеносных сосудов) — для того, чтобы компоненты крови не приклеивались к стенкам сосудистой системы, а свободно транспортировались по ней.

Однако прежде чем действительно можно будет имплантировать выращенные в лаборатории органы с собственными кровеносными сосудами, пройдет еще какое-то время.

Давай, Россия, давай вперед!

Без ложной скромности скажем, что и в России создана научная основа для практического применения биомедицинских материалов нового поколения. Интересную разработку предложила молодой учёный из Красноярска Екатерина Игоревна Шишацкая (рис. 6) — растворимый биосовместимый полимер биопластотан [7].

Суть своей разработки она объясняет просто: «в настоящее время практические медики испытывают большой дефицит материалов, способных заменить сегменты человеческого организма. Нам удалось синтезировать уникальный материал, который в состоянии заменить элементы органов и тканей человека».

Разработка Екатерины Игоревны найдет применение, прежде всего, в хирургии. «Самое простое — это, например, шовные нити, сделанные из нашего полимера, которые растворяются после того, как зарастает рана, — говорит Шишацкая. — Также можно делать специальные вставки в сосуды — стенты.

Это маленькие полые трубки, которые используют, чтобы расширить сосуд. Через некоторое время после операции сосуд восстанавливается, а полимерный заменитель растворяется» [8].

Рисунок 6. Лауреат премии Президента РФ Екатерина Игоревна Шишацкая.

Первый опыт трансплантации тканеинженерной конструкции в клинике

Рисунок 7. Паоло Маккиарини, мастер-класс которого «Клеточные технологии для тканевой инженерии и выращивания органов» прошел в Москве в 2010 году.

Осенью 2008 года руководитель клиники Университета Барселоны (Испания) и Медицинской школы Ганновера (Германия) профессор Паоло Маккиарини (Paolo Macchiarini; рис. 7) провел первую успешную операцию по трансплантации биоинженерного эквивалента трахеи пациентке со стенозом главного левого бронха на протяжении 3 см (рис. 8) [11].

В качестве матрикса будущего трансплантата был взят сегмент трупной трахеи длиной 7 см. Чтобы получить природную матрицу, по свойствам превосходящую все то, что можно сделать из полимерных трубок, трахею очистили от окружающей соединительной ткани, клеток донора и антигенов гистосовместимости.

Очищение заключалось в 25 циклах девитализации с применением 4%-деоксихолата натрия и дезоксирибонуклеазы I (процесс занял 6 недель).

После каждого цикла девитализации проводили гистологическое исследование ткани для выявления количества оставшихся ядросодержащих клеток, а также иммуногистохимическое исследование на наличие в ткани антигенов гистосовместимости HLA-ABC, HLA-DR, HLA-DP и HLA-DQ. Благодаря биореактору собственной разработки (рис.

 9) ученые на поверхность медленно вращающегося отрезка трахеи равномерно нанесли шприцем суспензию клеток. Затем трансплантат, наполовину погруженный в среду для культивирования, вращался вокруг своей оси с целью попеременного контакта клеток со средой и воздухом.

Рисунок 8. Операция по пересадке пациентке трахеи.

Рисунок 9. Биореактор для создания тканеинженерного эквивалента трахеи. А — схема биореактора, вид с боку. Б — герметизация биореактора. В — биореактор с тканеинженерным эквивалентом трахеи in situ. Г — биореактор после удаления эквивалента трахеи. Д — вид эквивалента трахеи непосредственно перед операцией.

Эквивалент трахеи находился в биореакторе 96 часов; затем его трансплантировали пациентке. При операции был полностью удален главный левый бронх и участок трахеи, к которому он примыкал. В образовавшийся промежуток вшили трансплантат, а некоторое несоответствие диаметров просветов тканеинженерного эквивалента и бронха реципиента было преодолено благодаря эластичности донорской ткани.

По истечении десяти суток после операции пациентка была выписана из клиники без признаков дыхательной недостаточности и иммунной реакции отторжения трансплантата. По данным компьютерной томографии, с помощью которых была сделана виртуальная 3D реконструкция дыхательных путей, тканеинженерный эквивалент был практически неотличим от собственных бронхов пациентки (рис. 10).

Рисунок 10. Виртуальная 3D-реконструкция дыхательных путей по данным компьютерной томографии и бронхоскопии перед операцией (А, Б) и через 1 месяц и после замены стенозного участка левого главного бронха тканеинженерным эквивалентом (В, Г). Стрелкой указан стеноз.

Знай об организме
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: