Histologia cantitativă este o știință care studiază modelele de dezvoltare și funcționare a țesuturilor folosind variabile cantitative și metode riguroase de testare a ipotezelor. Este mai corect să considerăm histologia cantitativă nu ca o disciplină științifică independentă, ci ca un fel de stare de tranziție a histologiei propriu-zise, pe calea dezvoltării ei de la știința descriptivă la știința exactă.
Știința biologică a histologiei studiază țesuturile - mozaicuri complexe formate din celule și substanțe intercelulare, a căror prezență este caracteristică organismelor multicelulare. Țesuturile umane intră în sfera de atenție nu numai a biologiei, ci și a medicinei. În acest din urmă caz, la sarcinile de cercetare se adaugă studiul proceselor patologice la nivel de țesut, iar disciplina în sine se numește patohistologie .
În mod tradițional, histologia a fost considerată ca o știință descriptivă, dar în ultimii ani s-a schimbat activ, ceea ce se datorează în principal utilizării metodelor de analiză cantitativă. Astfel de transformări fac posibilă vorbirea de histologie cantitativă.
Introducerea elementelor de analiză cantitativă face posibilă găsirea mai eficientă a relațiilor dintre structura și funcția țesuturilor și/sau celulelor, îmbunătățirea acurateței estimărilor obținute, reducerea influenței factorului subiectiv asupra rezultatelor analizei și automatizarea cercetării și proceduri de diagnostic ( Nikonenko, 2013 ).
Evident, în dezvoltarea sa, histologia repetă calea parcursă anterior de fizică. În prima etapă a existenței sale, știința acumulează informații despre obiectele studiate. Apoi aceste informații sunt clasificate, iar legăturile sunt stabilite empiric între obiecte. Mai departe, cercetătorii, încercând să explice fenomenele studiate, încep să creeze modele matematice. Începutul perioadei exacte în dezvoltarea științei poate fi atribuit momentului în care rezultatele testelor modelelor matematice sunt de acord destul de precis cu indicatorii reali.
Bazele histologiei cantitative au început să fie puse în zorii cercetării microscopice. Se crede că primele încercări de măsurare a celulelor au fost făcute la sfârșitul secolului al XVII-lea de către olandezul Antoni van Leeuwenhoek, care a folosit granule de nisip ca standard în determinarea dimensiunii eritrocitelor umane. Mai târziu, pentru astfel de măsurători, au început să fie utilizate dispozitive optic-mecanice speciale, de exemplu, un micrometru-ocular care proiectează o scară de măsurare în planul focal al microscopului sau obiective mobile. Acest dispozitiv a ajuns la microscopie din astronomie, unde a fost folosit pentru prima dată de William Gascoigne (1612-1644) [Vazquez, Vaquero, 2009].
Un alt instrument de măsurare - hemocitometrul a început să fie folosit în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Era o lamă groasă de sticlă cu o adâncitură în formă de cameră dreptunghiulară, care era umplută cu o suspensie celulară. Celulele au fost numărate în interiorul camerei la un microscop cu lumină convențional. Pentru a rezolva anumite probleme de citometrie, acest dispozitiv este utilizat în prezent. Ca un detaliu curios, William S. Gosset, autorul testului statistic Student's, a folosit un hemocitometru pentru a număra celulele de drojdie de bere [Gosset, 1907].
Pătrunderea metodelor matematice în histologie se poate observa în exemplul rezolvării problemei interpretării măsurătorilor efectuate pe secțiuni aleatorii. O explicație suplimentară este necesară aici. Secțiunile sunt cel mai utilizat tip de preparat histologic. În cele mai multe cazuri, ele fac posibilă observarea doar a secțiunilor aleatorii ale structurilor; prin urmare, o analiză cantitativă corectă a acestora din urmă este posibilă numai dacă sunt respectate principiile geometriei stocastice.
Așa-numitele metode stereologice se bazează pe aceste principii, care în practică se rezumă adesea la combinarea imaginilor țesuturilor și/sau celulelor cu imagini ale rețelelor de puncte sau linii de testare și numărarea intersecțiilor profilurilor structurilor de interes cu acestea. Soluțiile stereologice la problemele individuale de morfometrie sunt cunoscute încă de la începutul secolului al XX-lea [Wicksell, 1925]. Până în prezent, au fost dezvoltate metode care fac posibilă obținerea unor estimări imparțiale ale numărului, volumului, ariei sau lungimii structurilor microscopice, interpretarea distribuțiilor de mărime etc. [Howard și Reed, 1998].
Dacă instrumentul principal al histologiei este un microscop, atunci în histologia cantitativă acest rol este jucat de un sistem de analiză a imaginii, care poate fi simplificat ca un microscop combinat cu un computer. Partea software a sistemelor moderne de analiză a imaginii conține zeci de algoritmi care vizează analiza numărului și dimensiunii structurilor microscopice, topologiei țesuturilor, distribuția spațială a obiectelor etc.
Astfel de sisteme sunt capabile să ofere screening vizual al preparatelor histologice și, de exemplu, sincronizarea datelor obținute în timpul analizei imaginii cu profilele genetice ale tumorilor. Unele sisteme sunt capabile să ia decizii de diagnosticare, ceea ce le plasează în categoria așa-numitelor sisteme experte. Ei sunt capabili să clasifice neoplasmele în funcție de severitatea lor și chiar să prezică supraviețuirea pacientului [Bourzac, 2013].
Momentul în care problemele de cercetare încep să fie rezolvate cu ajutorul modelelor matematice marchează o anumită etapă în dezvoltarea unei discipline științifice. Ca o ilustrare a utilizării unor astfel de modele în histologie, putem aminti lucrările cercetătorului englez Denis Noble. În 1960, pe când era încă student, el a propus un model matematic al cardiomiocitelor . Testul ei a arătat că prin modificarea potențialului electric dintr-o singură celulă, puteți reproduce ritmul contracțiilor inimii. Mai târziu, D. Noble a complicat sarcina trecând la modelarea țesutului cardiac, iar în anii 1990, modelele sale au început să ia în considerare detaliile structurii anatomice a inimii [Noble, 2002]. În prezent, ele sunt folosite pentru a testa efectele medicamentelor antiaritmice.
Un exemplu de alt model matematic care descrie dezvoltarea structurilor tisulare în spațiu și timp este modelul interactiv al organogenezei pancreatice. Utilizează o interfață animată care vă permite să observați vizual rezultatele simulării, precum și să interacționați cu modelul. Celulele glandelor sunt imitate ca agenți autonomi care percep semnalele de mediu și răspund la acestea. Interfața animată se bazează pe motorul 3D GameStudio, un produs software comercial utilizat în dezvoltarea de jocuri pe calculator și aplicații de realitate virtuală [Setty et al., 2008].
În prezent, aplicațiile histologiei cantitative vizează:
● Dezvoltarea de metode pentru a obține evaluări obiective ale caracteristicilor țesuturilor și/sau celulelor.
● Găsirea de noi criterii (cantitative) pentru evaluarea funcției tisulare, precum și a markerilor proceselor patologice.
● Automatizarea analizei preparatelor histologice. Acest lucru face posibilă accelerarea procedurilor de screening diagnostic al medicamentelor prin sisteme specializate de analiză a imaginii și, ca urmare, numirea de îngrijiri țintite pentru pacienți.
● Dezvoltarea de algoritmi pentru sisteme computerizate capabile să asiste medicii în stabilirea unui diagnostic. Partea software a unui număr de astfel de sisteme conține elemente de inteligență artificială, astfel încât acestea sunt capabile să ia decizii de diagnosticare în mod independent. Acest lucru devine posibil numai după ce caracteristicile critice ale specimenului histologic sunt prezentate sub formă de variabile cantitative.
Materiale pe tema histologiei cantitative pot fi găsite în monografii științifice [Glaser et al., 2007; Nikonenko, 2013 ] și periodice cu un profil științific larg. Cu toate acestea, există reviste de specialitate, cum ar fi Citologie și Histologie analitică și cantitativă (AQCH). Aceasta este publicația oficială a Societății Internaționale de Citologie (Academia Internațională de Citologie) și a Societății Italiene de Patologie Urologică.
Image Analysis & Stereology este publicația oficială a Societății Internaționale de Stereologie. Pe paginile sale puteți găsi materiale despre morfometrie, stereologie, procesare și analiză a imaginilor, morfologie matematică, geometrie stocastică și alte probleme.
Journal of Diagnostic Pathology este o publicație cu acces deschis care există doar în formă electronică și publică date de cercetare în domeniul diagnosticului medical. Revista acordă atenție aspectelor biologice moleculare, morfometrice (stereologie, analiză ADN, analiza structurală sintactică) și comunicare (telemedicină, microscopie virtuală etc.) ale diagnosticului.
Materiale legate de histologia cantitativă pot fi găsite și în revistele științifice Microscopy Research and Technique , Journal of Microscopy , Cytometry Part A, Cytometry Part A , Cytometry Part B: Clinical Cytometry » ( Cytometry Part B: Clinical Cytometry ), etc.
| Histologie | |
|---|---|
| Metode histologice | |
| Articole similare | |