Гистология в 3D: новый метод окрашивания позволяет производить нано-томографию образцов ткани

22 февраля 2018

До сих пор исследование тканевых образцов пациента означало их разрезание на тонкие слои для гистологического анализа. Отныне в этой области ожидаются существенные перемены – благодаря новому методу окрашивания, разработанному мультидисциплинарной группой в Мюнхенском техническом университете (МТУ). Метод позволит специалистам исследовать трехмерные образцы тканей с использованием системы нано-КТ (компьютерная томография нанометрового разрешения), которая также была недавно разработана в МТУ.
Приготовление тканевых срезов является рутинной процедурой в больницах и применяется, например, для выявления опухолей. Как следует из названия, отобранный в организме образец ткани (биоптат) нарезается тонкими слоями с последующим окрашиванием и визуальным исследованием под микроскопом. В течение долгого времени специалисты могли лишь мечтать о возможности исследования целостного, объемного образца ткани, а не отдельных его срезов. Наиболее очевидный путь к такому исследованию пролегает через компьютерную томографию (КТ-сканирование), которая, в свою очередь, является стандартным, применяемым в повседневной клинической практике методом.

Существующие ограничения в разрешении и контрасте

До настоящего времени на пути к решению данной задачи стояло два главных препятствия.

Во-первых, разрешение стандартных моделей КТ-сканеров является слишком низким, а современные системы микро- и нано-КТ, как правило, непригодны к применению в передовой исследовательской медицине. Некоторые из них не обеспечивают достаточно высокого разрешения, в то время как другие основаны на использовании радиации от больших ускорителей элементарных частиц.
Во-вторых, мягкие ткани известны своей сложностью для диагностики с использованием КТ-оборудования. Многие контрастные вещества, применяемые в КТ, высокотоксичны и чрезвычайно трудоемки в применении. Порой они изменяют саму ткань настолько, что дальнейший анализ образца становится невозможным.
Успешное взаимодействие физики, химии и медицины

Однако ученым факультета биоинженерии Мюнхенского технического института удалось решить обе проблемы. В ноябре 2017 года профессор Франц Пфайффер и руководимая им группа впервые представили систему нано-КТ, которая обеспечивает разрешение до 100 нанометров и при этом допускает применение в обычных лабораторных условиях. В только что выпущенном номере журнала «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS) мультидисциплинарная исследовательская команда, состоящая из физиков, химиков и медиков, также представили метод окрашивания биоптата для последующего гистологического анализа посредством нано-КТ.

Совместимость с обычными методами

Используя почку мыши, ученые успешно продемонстрировали возможности нано-КТ в создании 3D-изображений, степень детализации которых соответствует тончайшим срезам ткани. В основе метода окрашивания лежит эозин, стандартный ксантеновый краситель, который применяется для изготовления тканевых препаратов и ранее считался неприменимым для компьютерной томографии.

«Наш подход включал создание способа специальной предварительной обработки, который позволил нам использовать эозин вопреки существующим представлениям о его непригодности», – подчеркивает химик Мадлен Буссе. Новый метод окрашивания достаточно прост и быстр для того, чтобы его можно было использовать в повседневной клинической работе.

«Другим важным преимуществом является то, что после сканирования не возникает никаких проблем с применением к тому же образцу ныне существующих методов гистологического исследования», – добавляет Буссе.

Расширение вместо замены

На следующем этапе ученые намерены исследовать образцы человеческих тканей. Однако это не означает, что компьютерно-томографическая гистология в ближайшем будущем вытеснит обычные методы. По крайней мере, на сегодняшний день группа разработчиков видит новую процедуру как дополнительную, – позволяющую врачу, например, оценить пространственное расположение клеток и ядер. Франц Пфайффер также рассматривает новые возможности, открывающиеся в плане фундаментальных медицинских исследований: «Наравне с клинико-диагностическим применением, неразрушающий 3D-анализ с применением нано-КТ позволит на микроскопическом, клеточно-ядерном уровне увидеть новые закономерности развития многих широко распространенных болезней, – в частности, рака».

Оригинальный материал с иллюстрацией см. на сайте Science Daily