Loading article…
組織学[ヘルプ 1 ]は、顕微鏡解剖学、微細解剖学[ 1 ]または組織解剖学[ 2 ] [ 3 ]とも呼ばれ、生物組織の微細解剖を研究する生物学の一分野です。[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]組織学は、顕微鏡なしで見えるより大きな構造を観察する肉眼解剖学の顕微鏡版です。[ 7 ] [ 8 ]
歴史的に、顕微鏡解剖学は器官の研究である器官学、組織の研究である組織学、細胞の研究である細胞学に分けられていましたが、現代の用法ではこれらすべてのトピックが組織学の分野に含まれています。[ 7 ]医学では、病理組織学は、病気の組織の顕微鏡的同定と研究を含む組織学の分野です。[ 7 ] [ 8 ]古生物学の分野では、古組織学という用語は、化石生物の組織学を指します。[ 9 ] [ 10 ]
動物組織には、筋肉組織、神経組織、結合組織、上皮組織の 4 つの基本的なタイプがあります。[ 7 ] [ 11 ]すべての動物組織は、これら 4 つの主要な組織タイプのサブタイプであると考えられています (たとえば、血液は、血球が細胞外マトリックスである血漿に懸濁されているため、結合組織に分類されます)。[ 11 ]
。
植物の場合、その組織の研究は植物解剖学の分野に属し、主な種類は以下の4つである。
組織病理学は、病変組織の顕微鏡的同定と研究を含む組織学の一分野です。[ 7 ] [ 8 ]癌やその他の疾患の正確な診断には組織サンプルの組織病理学的検査が必要となることが多いため、解剖病理学および外科病理学の重要な部分です。[ 12 ]訓練を受けた医師、多くの場合免許を持つ病理医が組織病理学的検査を実施し、観察に基づいて診断情報を提供します。
組織を顕微鏡検査用に準備する組織学の分野は、組織技術として知られています。検査用の組織標本を準備する訓練を受けた職員の職名は数多くあり、組織技術者、組織技術者、[ 13 ]組織学技術者、臨床検査技師、生物医学科学者などが含まれます。
ほとんどの組織学的サンプルは顕微鏡観察の前に準備が必要であり、これらの方法は標本と観察方法によって異なります。[ 11 ]
化学固定剤は、組織や細胞の構造を保存および維持するために使用されます。固定によって組織が硬化し、顕微鏡での観察に必要な薄い組織切片の切断が容易になります。[ 7 ] [ 14 ]固定剤は一般的に、タンパク質を不可逆的に架橋することによって組織（および細胞）を保存します。[ 14 ]光学顕微鏡で最も広く使用されている固定剤は、10% 中性緩衝ホルマリン、または NBF（リン酸緩衝生理食塩水中の4%ホルムアルデヒド）です。[ 15 ] [ 14 ] [ 11 ]
電子顕微鏡検査では、最も一般的に使用される固定剤はグルタルアルデヒドで、通常はリン酸緩衝生理食塩水中の2.5%溶液として使用されます。[ 11 ]電子顕微鏡検査に使用されるその他の固定剤は、四酸化オスミウムまたは酢酸ウラニルです。[ 11 ]
これらのアルデヒド固定剤の主な作用は、ホルムアルデヒドの場合はメチレン架橋（−CH 2 − ）の形成、グルタルアルデヒドの場合はC 5 H 10架橋の形成によって、タンパク質中のアミノ基を架橋することです。このプロセスは、細胞や組織の構造的完全性を維持する一方で、タンパク質、特に酵素の生物学的機能を損なう可能性があります。[ 16 ]
ホルマリン固定は、組織中のmRNA、miRNA、DNAの分解、およびタンパク質の変性や修飾を引き起こします。しかし、適切なプロトコルを使用すれば、ホルマリン固定パラフィン包埋組織から核酸やタンパク質を抽出して分析することは可能です。[ 17 ] [ 18 ]
選択とは、元の組織全体をさらに処理する必要がない場合に、関連する組織を選択することである。残りの組織は、後日検査する必要が生じた場合に備えて固定保存される。
トリミングとは、後で切片を作成するために、組織サンプルを切断して関連する表面を露出させることです。また、カセットに収まる適切なサイズの組織サンプルを作成します。[ 19 ]
組織は、支持体として、また薄い組織切片を切断できるようにするために、より硬い媒体に埋め込まれます。[ 11 ] [ 7 ]一般的に、まず組織から水分を除去し（脱水）、直接固化する媒体、または包埋媒体と混和する中間液（透明化）に置き換える必要があります。[ 14 ]
光学顕微鏡検査では、パラフィンワックスが最も頻繁に使用される包埋材料です。[ 14 ] [ 15 ]パラフィンは生物組織の主成分である水と混和しないため、まず一連の脱水工程で除去する必要があります。[ 14 ]サンプルは、残存する微量の水分を除去するために、徐々に濃度が高くなる一連のエタノール浴（最大100%エタノール）に通されます。[ 11 ] [ 14 ]脱水に続いて、アルコールを除去しワックスと混和する透明化剤（通常はキシレン[ 15 ]ですが、他の環境に安全な代替品も使用されています[ 15 ] ）が使用され、最後に溶融パラフィンワックスがキシレンの代わりに加えられ、組織に浸透します。[ 11 ]ほとんどの組織学または組織病理学の研究室では、脱水、透明化、ワックス浸透は、このプロセスを自動化する組織処理装置で行われます。[ 15 ]パラフィンに浸透させた組織は、ワックスで満たされた型の中で向きを変えられ、位置が決まったらワックスが冷やされてブロックと組織が固まる。[ 15 ] [ 14 ]
パラフィンワックスは、非常に薄い切片（特に電子顕微鏡検査で重要）を切断するのに十分な硬さのマトリックスを常に提供するとは限りません。[ 14 ]また、パラフィンワックスは組織に対して柔らかすぎる場合があり、溶けたワックスの熱が組織を望ましくない方法で変化させたり、脱水剤や透明化剤が組織を傷つけたりする可能性があります。[ 14 ]パラフィンワックスの代替品には、エポキシ、アクリル、寒天、ゼラチン、セロイジン、その他の種類のワックスがあります。[ 14 ] [ 20 ]
電子顕微鏡ではエポキシ樹脂が最も一般的に使用される包埋媒体ですが[ 11 ] 、特に免疫組織化学が必要な場合にはアクリル樹脂も使用されます。
組織を凍結状態で切断する場合、組織は水性包埋剤に浸されます。あらかじめ凍結された組織は、液体包埋剤（通常は水性グリコール、OCT、TBS、クライオジェン、または樹脂）とともに型に入れられ、その後凍結されて硬化ブロックが形成されます。
光学顕微鏡では、ミクロトームに取り付けられたナイフを使用して組織切片（通常5～15マイクロメートルの厚さ）を切り出し、ガラス顕微鏡スライドに載せます。[ 11 ]透過型電子顕微鏡（TEM）では、ウルトラミクロトームに取り付けられたダイヤモンドまたはガラスナイフを使用して、50～150ナノメートルの厚さの組織切片を切り出します。[ 11 ]
限られた数のメーカーが、主に研究や臨床研究用の振動式ミクロトーム（一般的にビブラトームと呼ばれる）を含むミクロトームの製造で知られています。さらに、ライカバイオシステムズは、研究や臨床研究の文脈における光学顕微鏡関連製品の製造で知られています。[ 21 ]
生体組織は、光学顕微鏡でも電子顕微鏡でも、本来のコントラストがほとんどありません。[ 20 ]染色法は、組織にコントラストを与えるとともに、特定の関心のある特徴を強調するために用いられます。染色法が組織の特定の化学成分（一般的な構造ではなく）を標的とする場合、組織化学という用語が用いられます。[ 11 ]
ヘマトキシリン・エオシン染色（H&E染色）は、組織の一般的な構造を示すために組織学で最も一般的に使用される染色法の1つです。[ 11 ] [ 22 ]ヘマトキシリンは細胞核を青色に染色し、酸性色素であるエオシンは細胞質やその他の組織をピンク色に染色します。[ 11 ] [ 14 ]
一般的な染色法として用いられるH&E染色とは対照的に、細胞、細胞成分、および特定の物質をより選択的に染色する技術が数多く存在する。[ 14 ] 特定の化学物質を標的とする一般的な組織化学的手法としては、ヘモクロマトーシスなどの疾患における鉄沈着の検出に用いられるパールズ・プルシアンブルー反応がある。[ 14 ]より特異的な染色法の例としては、ニッスル小体に対するニッスル染色法やゴルジ染色法（および関連する銀染色）があり、これらはニューロンの同定に有用である。[ 14 ]
組織ラジオグラフィーでは、スライド（組織化学的に染色されている場合もある）をX線撮影します。より一般的には、オートラジオグラフィーは、トリチウム標識チミジンを取り込むS期（DNA複製中）の細胞や、 in situハイブリダイゼーションで放射性標識核酸プローブが結合する部位など、放射性物質が体内に運ばれた場所を可視化するために使用されます。[ 23 ]顕微鏡レベルでのオートラジオグラフィーでは、通常、スライドを液体核トラクト乳剤に浸し、それが乾燥して露光フィルムを形成します。フィルム中の個々の銀粒子は、暗視野顕微鏡で可視化されます。
近年、抗体はタンパク質、炭水化物、脂質を特異的に可視化するために用いられるようになった。このプロセスは免疫組織化学と呼ばれ、染色に蛍光分子を用いる場合は免疫蛍光法と呼ばれる。この技術により、顕微鏡下で様々な種類の細胞を識別する能力が大幅に向上した。非放射性in situハイブリダイゼーションなどの他の高度な技術は、免疫化学と組み合わせることで、免疫蛍光法や酵素結合蛍光増幅法（特にアルカリホスファターゼおよびチラミドシグナル増幅法）に使用できる蛍光プローブやタグを用いて、特定のDNAまたはRNA分子を識別することができる。蛍光顕微鏡や共焦点顕微鏡は、細胞内の詳細な構造を鮮明に捉えながら蛍光シグナルを検出するために用いられる。
電子顕微鏡では、組織切片の染色に重金属が一般的に使用されます。[ 11 ]酢酸ウラニルとクエン酸鉛は、電子顕微鏡で組織にコントラストを与えるためによく使用されます。[ 11 ]
医学で用いられる凍結切片法と同様に、凍結切片法は、組織学のために組織を迅速に凍結、切断、マウントする方法です。組織は通常、クライオスタットまたは凍結ミクロトームで切断されます。[ 14 ]凍結切片はスライドガラスにマウントされ、異なる組織間のコントラストを高めるために染色されることがあります。固定されていない凍結切片は、組織や細胞内の酵素の局在を必要とする研究に使用できます。抗体結合免疫蛍光染色などの特定の手順には、組織の固定が必要です。凍結切片は、モース手術のように腫瘍の境界を迅速に特定したり、手術中に偶然腫瘍が発見された場合に腫瘍の悪性度を判定したりするために、腫瘍の外科的切除中に作成されることがよくあります。
超薄切片法は、透過型電子顕微鏡（TEM）分析用の極めて薄い切片を作製する方法です。組織は一般的にエポキシ樹脂またはその他のプラスチック樹脂に包埋されます。[ 11 ]超薄切片（厚さ0.1マイクロメートル未満）は、超薄切片機でダイヤモンドナイフまたはガラスナイフを使用して切断されます。[ 14 ]
アーティファクトとは、通常の組織学的検査を妨げる組織内の構造または特徴のことです。アーティファクトは、組織の外観を変えたり、構造を隠したりすることで、組織学を妨害します。組織処理アーティファクトには、固定剤によって形成された色素[ 14 ]、収縮、細胞成分の洗い流し、異なる組織タイプにおける色の変化、組織内の構造の変化などが含まれます。例としては、ゼンカー固定液を使用して切片を固定した後に残る水銀色素があります[ 14 ]。ホルマリン固定も、酸性条件下で茶色から黒色の色素を残すことがあります[ 14 ] 。
17 世紀、イタリアのマルチェロ・マルピーギは顕微鏡を使って微小な生物を研究しました。彼を組織学と顕微鏡病理学の分野の創始者と考える人もいます。[ 24 ] [ 25 ]マルピーギは顕微鏡でコウモリ、カエル、その他の動物の臓器のいくつかの部分を分析しました。肺の構造を研究しているときに、マルピーギは膜状の肺胞と静脈と動脈の間の毛のような接続に気づき、それを毛細血管と名付けました。彼の発見は、吸い込んだ酸素がどのように血流に入り、体に供給されるかを明らかにしました。[ 26 ]
19世紀には、組織学はそれ自体が独立した学問分野であった。フランスの解剖学者グザヴィエ・ビシャは1801年に解剖学に組織の概念を導入し[ 27 ]、「組織の研究」を意味する造語「組織学」（ドイツ語：Histologie ）は1819年にカール・マイヤーの著書に初めて登場した[ 28 ] [ 29 ] [ 24 ]。ビシャは21種類の人体組織を記述しており、これらは現在組織学者によって受け入れられている4つのカテゴリーに分類できる[ 30 ] 。ビシャは組織学における図の使用を無用と考えていたが、ジャン・クルヴェイエがそれを推進した[ 31 ]。
1830年代初頭、プルキネは高精度のミクロトームを発明した。[ 29 ]
19世紀には、アドルフ・ハノーバー（クロム酸塩とクロム酸の溶液）、フランツ・シュルツェとマックス・シュルツェ（オスミウム酸）、アレクサンダー・ブトレロフ（ホルムアルデヒド）、ベネディクト・スティリング（凍結）によって多くの固定技術が開発されました。[ 29 ]
標本を固定する技術は、アラビアゴムを導入したルドルフ・ハイデンハイン（1824～1898）、ワックスとオイルの混合物を提唱したサロモン・ストリッカー（1834～1898）、そして1832年にゴムと魚膠の混合物を使用したアンドリュー・プリチャード（1804～1884）によって開発されました。同年、カナダバルサムが登場し、1869年にはエドウィン・クレブス（1834～1913）が、数年間標本をパラフィンに包埋していたと報告しました。[ 32 ]
1906年のノーベル生理学・医学賞は、組織学者のカミッロ・ゴルジとサンティアゴ・ラモン・イ・カハルに授与された。彼らは同じ画像に対する解釈の違いに基づき、脳の神経構造について相反する解釈をしていた。ラモン・イ・カハルは正しい理論で、ゴルジはそれを可能にした銀染色法の発明で受賞した。[ 33 ]
生体組織学（主にMRIを使用）の技術開発に関心が寄せられており、これにより医師は固定組織サンプルからではなく、生きた患者の健康な組織と病気の組織に関する情報を非侵襲的に収集できるようになる。[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]
{{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年7月現在非アクティブです（リンク）現代の組織学者が一般的に受け入れている4つのカテゴリー、すなわち上皮、結合組織、筋肉、神経に分類できる。ビシャの組織のうち4つは上皮（表皮、粘膜、漿液、滑膜）、6つは結合組織（真皮、線維性、線維軟骨性、軟骨性、骨性、細胞性）、2つは筋肉、2つは神経に分類される。神経が支配する「動物」の生命と神経が支配する「有機体」の生命の区別は、随意神経系と不随意神経系の区別に対応する。長らく議論の的となってきた動脈と静脈は、今日では複合組織に分類されている。吸収管と排出管（ビシャはこれらを開口端の血管と考えていた）は、現在では削除されるか、リンパ管に置き換えられている。彼の髄質系は、現代の組織には対応するものがない。
ウィキメディア・コモンズにある組織学関連のメディア