HISTOLOGISCHE TECHNIKEN I VORBEHANDLUNG 1. BEHANDLUNG VON ZU FIXIERENDEM MATERIAL (ROUTINE) Nach der Entnahme des Materials, muss dieses sofort fixiert werden. Das bedeutet, dass die Probe gleich in ein geeignetes, mit den Patientendaten beschriftetes, Gefäß mit Fixierflüssigkeit (Formalin) gegeben wird. Auf ausreichende Größe des Gefäßes und Menge des Fixiermittels achten! Der Vorgang der Fixierung beginnt sofort. Veränderungen durch Zelltod werden gestoppt und das Gewebe bleibt in gutem Zustand erhalten. II HISTOLOGISCHE VERARBEITUNG FIXIERUNG: stoppt biologische Vorgänge EINBETTUNG: gibt dem Gewebe die notwendige Schneidekonsistenz SCHNEIDEN: Herstellung von Gewebsschnitten mit dem Mikrotom FÄRBUNG: Kontrastgebung EINDECKEN: Haltbarmachung MIKROSKOP. BEGUTACHTUNG: Befunderstellung durch den Arzt FIXIERUNG Nach Entnahme einer Gewebsprobe und der damit verbundenen Unterbrechung der Sauerstoffversorgung, kommt es zu Veränderungen die zum Zelltod führen, wenn nicht eine entsprechende Fixierung diese Vorgänge stoppt. WAS PASSIERT OHNE FIXIERUNG ? o AUTOLYSE: Selbstverdauung durch zelleigene Enzyme. Erfolgt umso rascher je enzymreicher das Gewebe ist. Ist abhängig von der Temperatur und der Zeit. Kühlung bremst die Autolyse. Je mehr Zeit zwischen Entnahme und Fixierung vergeht, desto größer sind die Schäden an den Zellen. o FÄULNIS: Zerstörung des Gewebes unter Mitwirkung körpereigener Bakterien von z.B. Darm oder Haut. Beginn nach 2-3 Tagen; abgeschlossen nach 3-4 Monaten. o VERWESUNG: Oxidationsprozess. Eiweißkörper und Fette werden zu einfachen anorganischen Verbindungen zerlegt. Bei allen drei Vorgängen werden im Wesentlichen die Proteine der Zellen zerstört. Durch Fixierung wird dieser Prozess gestoppt, um den augenblicklichen Zustand festzuhalten. 1 ARTEN DER FIXIERUNG Physikalische Fixierung = Gefrierfixation o o o o o o schlagartiges Abkühlen des Gewebes auf sehr tiefe Temperaturen biochemische Vorgänge werden nur für die Zeit des Tieffrierens gestoppt, nach dem Auftauen setzt die Autolyse wieder ein. Lagerung des Untersuchungsmaterials bei sehr tiefen Temperaturen erforderlich. Vorteil: keine chemische Behandlung des Gewebes Fehlerquellen: durch zu langsames Abkühlen bilden sich Eiskristalle im Gewebswasser, wodurch Zellund Kernmembranen zerstört werden und Proteine dehydrieren → Bildung von künstlichen Vakuolen im Plasma (=Artefakte). Anwendung: Schnelldiagnostik, Enzym- und Fettdarstellung, Immunhistochemie; Schockgefrieren: bei Proben für molekularbiologische Untersuchungen Chemische Fixierung Fixierung läuft je nach Fixiermittel über verschiedene Mechanismen ab: o o o o Vernetzung: FM lagert sich zwischen die EW-Moleküle → Vernetzung der EW-Moleküle → FM wird dabei verbraucht. Wasserentzug: Entzug des Gewebswassers und des Hydratationsmantels durch stärker wasseranziehende Mittel (z.B. Alkohol, Aceton) Salzbildung: EW-Moleküle gehen Verbindungen mit chemischen Substanzen ein (z.B. Sublimat, Pikrinsäure)→Bildung von Komplexsalzen Änderung des Quellungszustandes: durch Zugabe von Säuren (z.B. Essigsäuren) wird EW in einen Bereich minimaler Quellung gebracht → Ausfällung Andere Arten der Fixierung o o o Lufttrocknen: v.a. bei Abstrich, Abklatsch und Ausstrichpräparaten Gefriertrocknung: für Elektronenmikroskopie Gefriersubstitution: für Elektronenmikroskopie REGELN ZUR SACHGERECHTEN DURCHFÜHRUNG DER FIXIERUNG 1. Sofortige Fixierung: - nach Gewebeentnahme - je schneller Gewebe fixiert wird, umso bessere Beurteilbarkeit des Schnittes. 2. Wahl des FM: FM soll dem Untersuchungsziel entsprechen (Alkohol löst Fette, Wasser löst Glykogen). 3. Größe des Gewebsstückes: je kleiner, umso schneller die Fixierung. 4. Menge des FM: ca. 20faches Volumen des Objektes verwenden. FM wird verbraucht → FM zwischendurch wechseln und nur 1x verwenden. 5. Zutritt des FM: von allen Seiten gewährleisten. 6. Fixierdauer: möglichst kurz halten → sonst Gefahr der Schrumpfung bzw. übermäßigen Härtung (Vorsicht: vollständige Durchfixierung des Gewebestückes beachten!) ev. entkalken 7. Nachbehandlung: wenn nötig. 2 FIXIERMITTEL DIE MIT VERNETZUNG ARBEITEN FORMALIN o o o o o ist die wässrige Lösung von Formaldehyd (=stechend riechendes Gas) Formaldehyd ist maximal zu 37-40% in Wasser löslich. bei Lichteinwirkung kommt es zur Bildung von Ameisensäure → Formalin in dunklen Flaschen aufbewahren. um den pH-Wert im neutralen Bereich zu halten → Zugabe von Puffer-Neutralformalin als Konservierungsmittel geeignet Wirkweise: Formalin ist ein proteinvernetzendes Fixativ, wenig denaturierend, keine Schrumpfung Eigenschaften: Eindringgeschwindigkeit: 1mm/Stunde, abhängig von Konzentration, Temperatur und Gewebskonsistenz. Geschwindigkeit nimmt mit der zurückgelegten Strecke ab. Formalin dringt relativ schnell ein, aber die Vernetzungsreaktion läuft langsam ab (Fixierzeit ≠ Eindringzeit!). Erst nach 24 Stunden ist eine adäquate Fixierung erreicht. Vollständige Fixierung wäre erst nach 1-2 Wochen gegeben, dies ist aber nicht wünschenswert, weil dadurch funktionelle Gruppen, die für best. Färbungen bzw. immunhistochemische Reaktionen wichtig sind, blockiert werden. Fixierdauer: kleine Gewebsproben: einige Stunden; größere Präparate: 24 Stunden. Durch die anschließende Einbettung im Einbettungsautomat, der mit Druck, Vakuum und erhöhter Temperatur arbeitet → Verkürzung der Fixierdauer. Anwendung: 4-10%ige Formaldehylösung (10%iges Formalin enthält 4% Formaldehyd) Praktische Hinweise o o o o o o o o o o fixiert wird durch Einlegen des Gewebes in die Fixierlösung = Inversionsfixierung Mengenverhältnis Probe: Fixiermedium=1:10-1:20 entsprechend große Gefäße verwenden Fixativ soll von allen Seiten an das Gewebe herankommen Gewebegröße 3-5 mm dick entsprechende Vorbereitung der Organe (siehe Übernahme). makroskopisch erkennt man formalinfixiertes Gewebe durch Veränderung der Farbe (rot→graubraun) und der Konsistenz (weich→druckelastisch) nicht gepuffertes Formalin: Formalinpigment durch Hämoglobinabbau entsteht - kann durch alk.Pikrinsäure entfernt werden. Vorsicht: kann Allergien und Ekzeme verursachen im Tierversuch cancerogen! →MAK-Werte beachten(Abzug! Handschuhe!) Beschäftigungseinschränkung bei Schwangerschaft Formalinersatzstoffe: HOPE, Prefer-Fixativ Entsorgung: sammeln - nicht in den Ausguss Vorteile: Gutes Diffusionsvermögen Geringe Schrumpfung Fette bleiben erhalten Zahlreiche Enzyme bleiben aktiv Auch für ELMI geeignet Gutes Gelingen vieler Färbungen FM + Konservierungsmittel billig Nachteile: Rindenbildung bei zu hoher Konzentration Härtung bei zu langer Fixierzeit Glycogenverlust bei NBH Formalinniederschläge Allergien, Ekzeme, im Tierversuch canzerogen 3 SPEZIELLE VERARBEITUNGSMETHODEN 1. VERARBEITUNG VON HARTEM GEWEBE ENTKALKUNG=DEKALZIFIKATION: Notwendiger Vorgang um Knochengewebe oder Kalkablagerungen im Gewebe für die Routine (Paraffineinbettung) schneidbar zu machen, wenn nicht die Hartschnittmethode (Methylmetacrylateinbettung) angewandt wird. PRINZIP Die im Gewebe vorkommenden Mineralsalze in fester Form (z.B.: Ca-Carbonat), werden durch das Entkalkungsmittel in lösliche Salze übergeführt. WAS IST ZU BEACHTEN o ausreichende Fixierung (12-48 Std.) bevor das Gewebe in die Entkalkungsflüssigkeit eingebracht wird. o größere Stücke mit Säge entsprechend verkleinern (ca.5 mm dicke Scheiben) o Entkalkungsflüssigkeit regelmäßig wechseln o Prüfen des Entkalkungszustandes durch Einschneiden od. Ammoniumoxalat - Test (Nachweis ob noch Ca-Ionen in der letzten Portion Entkalkerflüssigkeit zu finden sind), ev. Röntgenkontrolle MÖGLICHES UNTERSUCHUNGSMATERIAL o Beckenkammstanzen o Operationspräparate von Knochen (Hüftkopf, Kieferknochen) o verkalkte Operationspräparate (Herzklappenanteile, Schilddrüse) o Zahnmaterial: Entkalkung mit konzentrierter Ameisensäure und 70%igem Alkohol (1:1)Zuweisungsdiagnosen: Osteomyelitis, Arthritis, traumatische Fraktur, nekrotische Veränderungen, Osteomalazie, Osteoporose ENTKALKUNGSMITTEL ENTKALKUNG DURCH SÄUREN schwache Säuren: Essigsäure, Pikrinsäure, Zitonensäure entkalken in 9-10 Tagen starke Säuren: Ameisensäure (ca.8%ig), Milchsäure, Trichloressigsäure, Salpetersäure (5-10%ig), Salzsäure (5-10%ig) entkalken in 24-48 Std. Säuren führen auch zur Hydrolyse der Nucleinsäuren → Kerne färben sich schlecht an, quant. DNAMessung nicht möglich. Auch Enzyme werden durch Säuren gehemmt. ENTKALKUNG DURCH CHELATBILDUNG Chelatbildner haben die Fähigkeit Metallionen in sich einzuschließen (Komplexbildung) z.B.: Ethylendiamintetraacid=EDTA EDTA entkalkt viel langsamer als Säuren, aber dafür auch viel schonender. Entkalkung von Knochenbiopsien ca. 3-4 Tage; kortikale Knochenproben 6-8 Wochen EDTA Lösungen alle 3-5 Tage wechseln Wässerung der Präparate nach Entkalkung → um ein Quellen der kollagenen Fasern zu verhindern, muss der Knochen vorher in 5%ige Natrium- oder Lithiumsulfatlösung gebracht werden. Beschleunigung der Entkalkung durch Mikrowelle, Ultraschall oder Elekrolyse Nach der Entkalkung kann nun die routinemäßige Einbettung erfolgen. Bei größeren Knochenstücken ist es ratsam die Einbettungsschritte dementsprechend zu verlängern (unvollständige Einbettung würde zu kreidig-matschigem und bröckligem Verhalten beim Schneiden führen). 4 SCHNEIDEN VON ENTKALKTEM GEWEBE o o o o o o hartes Gewebe beim Ausgießen: Längsseite des Gewebes immer parallel zur Schneiderichtung auslegen. Einmalklingen für hartes Gewebe verwenden Blöcke gut kühlen entkalktes Gewebe schwimmt leicht vom OT ab → beschichtete OT verwenden ev. auch längere Antrocknungszeit im Brutschrank Oberflächenentkalkung mit konz. Ameisensäure (15’) bei bereits in Paraffin eingeblockten Gewebe (wenn Entkalkung zu kurz od. versteckte Kalkeinschlüsse auftreten) FÄRBEN VON ENTKALKTEM GEWEBE o o o wird routinemäßig durchgeführt durch die Säureeinwirkung sinkt die Kernanfärbbarkeit → durch Behandlung mit 4-5%igem Natriumbicarbonatlösung für 10’-2Std. kann man diese wieder restaurieren. Will man hartes Gewebe nicht entkalken, muss man es nach der Fixierung in Kunststoffen (Methacrylate) einbetten und entsprechend schneiden. Geräte zur Präparatherstellung von hartem Gewebe: Sägemikrotom (diamantbeschichtetes, horizontal rotierendes Lochsägeblatt) Diamantbandsäge (diamantbeschichtetes Sägeblatt)- dient meist als Vorbereitung für: Hartschnittmikrotom, Hochleistungsmikrotom: o Schlittenmikrotom o Stahlmesser o für spongiösen Knochen o Schnittdicke 20-30μm Dünnschliffgerät: o arbeitet mit rotierendem Schleifteller mit Schleifpapieren unterschiedlicher Körnung. o für kompakte Knochen und Implantate o Schnittdicke 50μm ANWENDUNGSGEBIETE: o Einfluss von Implantaten auf angrenzendes Knochengewebe o Zähne 2. VERARBEITUNG VON NATIVEM MATERIAL ALS SCHNELLSCHNITT Dabei wird, während der Patient noch in Narkose liegt, die exzidierte Probe auf schnellsten Weg ins Labor gebracht. Ein Gefrierschnittpräparat wird hergestellt. An diesem wird ein vorläufiger Befund erstellt, der die weitere Vorgehensweise des Chirurgen bestimmt. Man kann feststellen, um welche Art Tumor es sich handelt, und ob er im Gesunden entfernt wurde. Die Dauer vom Einlangen des Gewebes bis zur Befundübermittlung sollte im Idealfall bei 20 Minuten liegen. Der vorläufige Befund muss im Paraffinschnitt bestätigt werden. BEISPIELE: Brust-OP, Hautstücke,…. PRINZIP: Umwandlung von Gewebewasser in Eis → erforderliche Schneidekonsistenz. MERKE: je fettreicher das Gewebe, umso tiefere Temperaturen wählen 5 FEHLERQUELLEN UND NACHTEILE: zu langsames Einfrieren – Bildung von Eiskristallen im Gewebe → Entstehung von Artefakten. zu tiefe Temperaturen → Splittern des Schnittes zu hohe Temperaturen → Stauchen und Zerbröseln des Schnittes schlechtere morphologische Darstellung des Gewebes SCHNEIDEN: im Kryostat: siehe Mikrotome und Schneidetechnik FÄRBUNG: HE-Schnellfärbung KRYOSTAT: Rotationsmikrotom in einem Kälteraum Objekt- und Messerkühlung, Abschluss des Kälteraumes nach außen durch waagrechtes Schiebefenster, Bedienungselemente sind außen angebracht, Streckplättchen am Messer erleichtert das Entrollen des Schnittes Schnittabnahme mit Objektträger Technik: Kühlmedium auf Objekttisch kurz anfrieren, Gewebe tieffrieren, anschneiden Schnittgewinnung, Objektträger anhauchen, Schnitt abnehmen färben, eindecken EINBETTUNG Prozess nach der Fixierung, bei dem das Gewebe aus der Fixierlösung über verschied. Zwischenschritte in das Einbettmedium übergeführt wird. Es dringt ins Gewebe ein und verfestigt sich → so erreicht man einen Zustand, der es erlaubt, am Mikrotom mikrometerdünne Schnitte anzufertigen. NICHT WASSERLÖSLICHE EINBETTMITTEL I. PARAFFINWACHSEINBETTUNG o o o o o o o =Standardverfahren, Verwendung von Einbettautomaten Einbettprozess nur an gut fixiertem Gewebe durchführen Gewebsblockdicke sollte 3-5 mm nicht überschreiten (sonst andere Zeiten verwenden) starke Konzentrationsunterschiede zw. den Lösungen vermeiden → zu starke Schrumpfung wäre sonst die Folge. Dauer: 12-14 Std. über Nacht Schnellverfahren für kleine Biopsien möglich heutzutage verwendet man Paraffine mit spez. Zusätzen z.B. DMSO = Di-Methylsulfoxyd mit Schleppwirkung → Eindringgeschw. wird erhöht, Homogenität verbessert. PRINZIP o o Paraffin ist nicht mit wässrigen Fixantien mischbar. Folglich muss zuerst das Wasser mit Alkohol und anschließend der Alkohol von einem Intermedium verdrängt werden. Dies ist die Voraussetzung, dass Paraffin ins Gewebe eindringen kann. 6 ARBEITSSCHRITTE: 1. FIXIERUNG: o o 2×60΄ Formalin (37-45°) - vervollständigt Fixierung 2 Bäder sind vorteilhaft, weil das erste meist durch Verschleppung verunreinigt ist. 2. ENTWÄSSERUNG: o o o o o o o Wasser wird aus dem Gewebe verdrängt und entfernt. Dazu verwendet man Alkohol in aufsteigender Konzentration. Fixiertes Gewebe wird durch längere Einwirkzeit von niederprozentigem Alkohol nicht nachteilig beeinflusst. 2-4 Std./Alkoholbad je 60΄ bei 37-45° in den niedrigprozentigen Alkoholen 2×60΄ bei 37-45° in den hochprozentigen Alkoholen je 2 Alkoholbäder wegen Verschleppung 3. CLEARING: o o o o o o = aufhellen, klären vermittelt zwischen 100%igem Ethanol und Paraffin = Intermedium 2×60΄ bei 37-45° am häufigsten verwendet: XYLOL ~ gehört zu den Kohlenwasserstoffen ~ rasche Aufhellung des Gewebes ~ wirkt härtend (nicht zu lange drinnen lassen) ~ Vorsicht: krebserregend!!! Kopfschmerzen, Schäden im ZNS, Niere → Xylolersatzstoffe verwenden Zusatz von Phenol zum Intermedium toleriert Wasserrückstände im abs. Alkohol → erlaubt Clearing aus 70-95%igem Alkohol Verwendung bei Gewebe, das nicht der Härtung von abs. Alkohol ausgesetzt werden soll. 4. INFILTRATION: o o o o o Eindringen des Einbettmediums Paraffin wird verflüssigt (Schmelzpunkt 52-60°) und liegt in seiner monomeren Form vor Paraffine mit niedrigem Schmelzpunkt sind schonender für das Gewebe Paraffin dringt ins Gewebe ein → beim Abkühlen verfestigt es sich und kristallisiert aus. Je schneller die Abkühlung vor sich geht, umso feinkristalliner und homogener ist das Ergebnis; überhitztes Paraffin wird gelb und seifig Beim Ausgießen verwendet man Paraffin mit einem höheren Schmelzpunkt!!! KUNSTSTOFFEINBETTUNG o o o o o ermöglicht detailreichere Darstellung der Zellen und Zellkerne um hohe Auflösung zu erreichen müssen die Schnitte eine Dicke unter 1μm haben= SEMIDÜNNSCHNITTE → härteres Einbettmaterial verwenden unumgänglich ist die Verwendung von Kunststoffen zur Einbettung in der Elektronenmikroskopie zur Herstellung von ULTRADÜNNSCHNITTEN v.a. bei Gewebsproben von Niere, Knochenmark, Lymphsystem für die Verarbeitung von unentkalktem Knochen → Herstellung von Hartschnitten und Schliffen. 7 SCHNEIDEN MIKROTOMTYPEN SCHLITTENMIKROTOM Der Messerschlitten wird auf einer Gleitbahn horizontal vor und zurück bewegt. Das Präparat ist auf der Präparathalterung fixiert. Beim Schneidevorgang wird das Messer durch den Block gezogen und so eine dünne Schicht an der Oberseite des Blocks abgetragen. Über einen Vorschubmechanismus wird das Präparat um die eingestellte Mikrometerzahl vertikal nach oben bewegt. Die Gleitbahnen und das ganze Gerät sind aus Metall. Für ein leichteres Gleiten werden die Bahnen geölt. Man muss darauf achten, dass sich kein Rost darauf bildet oder die Bahnen ungleichmäßig abgenutzt werden. Schlittenmikrotome dienen zum Schneiden von hartem, großen Materialien. Der Vorteil der Geräte liegt in der Stabilität und dem verstellbaren Messerwinkeln. Sie werden hauptsächlich in der Routinehistologie eingesetzt. ROTATIONSMIKROTOM Das Messer ist starr fixiert und steht quer mit der Schneide nach oben. Der Gewebeblock wird senkrecht darauf bewegt. Die vertikale Bewegung des Präparates wird durch ein Handrad ausgelöst. Bei jeder Umdrehung erfolgt der Vorschub des Präparates in Richtung Messer. Die Geräte können mit einem Motor ausgestattet sein. Einsatzgebiet o Herstellung von Paraffinschnitten in der Routinehistologie o Herstellung von Semidünnschnitten von kunststoffgebetteten Gewebe für die Lichtmikroskopie o Schnittbänder für Serienschnitte KRYOSTAT Beim Kryostat ist das Rotationsmikrotom in eine Kühlkammer eingebaut. Die Temperatur kann entsprechend dem Gerätetyp bis zu -60°C abgesenkt werden. Präparat, Messer und Zubehör haben dieselbe Temperatur, was die Schnittgewinnung sehr erleichtert. Einsetzgebiet o Herstellung von Gefrierschnitten von ~ unfixiertem Gewebe (Schnellschnitt, Enzymhistochemie) ~ fixiertem Gewebe zur Umgehung des Einbettungsprozess o Schneiden von Industrieprodukten Die Schnittdicke bei Gewebe zur Schnellschnittuntersuchung liegt bei 5-10µm. Es gibt auch tragbare Tischkryostate, die z.B. direkt im OP eingesetzt erden können. Andererseits werden auch sehr große Kryostate für Großflächenschnitte im Handel angeboten. 8 ULTRAMIKROTOM Werden in der Elektronenmikroskopie zur Herstellung von Ultradünnschnitten (0,91-0,5 µm) benötigt. Das Gewebe ist in Kunststoff eingebettet, um diese Dicke zu erreichen zu können. Zur lichtmikroskopischen Vorbeurteilung des Blocks werden auch Semidünn- oder Vorschnitte hergestellt. Die Größe der Präparate liegt im Millimeterbereich. Der Präparatvorschub erfolgt über einen thermischen Mechanismus, bei dem sich ein Bifurkationsmetall kontrolliert ausdehnt. Das Schneiden läuft, um möglichst gleichmäßige Schnitte zu erhalten, motorisiert unter mikroskopischer Beobachtung ab. Zur Anfertigung von Gefrierschnitten wird das Ultramikrotom mit einer Kühlkammer ausgerüstet. SCHNEIDETECHNIK Faktoren zum Gelingen o o o o Stabiles, gut eingestelltes Mikrotom Scharfes Messer Gut gekühlter Block Richtig eingestellte Schneidewinkel Schneidewinkel Die wichtigen Winkel für die Schneidetechnik sind die so genannte Inklination und die Deklination. Inklination Die Inklination entspricht der Neigung des Messers zur Präparateebene. Härtere Konsistenz steilere Inklination, weichere Konsistenz flachere Inklination. Bei einer Inklination über 18° wird das Messer zu steil, es rumpelt über den Block und führt zu Rippeln. Bei einer Inklination unter 13,5° liegt die Facette auf dem Gewebe auf, der Freiwinkel ist null bzw. negativ. Die Schneide erfasst das Gewebe nicht, keine Schnittgewinnung bzw. es wird abwechselnd zu dick und zu dünn geschnitten. Freiwinkel Anstellwinkel zur unteren Facettenfläche, zu klein Inklination zu flach Kante zwischen Messerkörper und Facette drückt auf das Objekt ungleichmäßige Schnittdicke, Objekt wird gepresst Weicheres Einbettungsmedium kann man mit möglichst kleinem Freiwinkel schneiden, um dünne Schnitte zu erhalten. Optimales Schneiden gelingt bei einem Freiwinkel zwischen 0-5°. Schubwinkel Anstellwinkel zur oberen Facettenfläche, bestimmt den grad zur Abhebung des Schnites gegenüber dem Schneidegut, zu groß Inklination zu steil Facettenschneide holpert über den Block Querrillen, Stauchung des Schnittes Deklination Unter Deklination versteht man den Schneidewinkel in Bezug zur Schneidrichtung. Bei einem Rotationsmikrotom zur Serienschnittherstellung steht das Messer quer. Beim Schlittenmikrotom kann man die Deklination verstellen. Die übliche Einstellung liegt zwischen 120-160°. Je härter das Gewebe ist, umso schräger stellt man das Messer. 9 VOR DER FÄRBUNG Entfernen des Einbettmediums und Anpassung des Schnittes an das Milieu des Farbstoffes. BEI PARAFFIN o ENTPARAFFINIEREN: Entfernung von Paraffin durch Xylolersatz o REHYDRIEREN: Entfernung des Xylolersatzstoffes durch 100%igen Alkohol - Anpassung des Schnittes ans Farbstoffmilieu durch absteigende Alkoholreihe bis A.d. o Achtung: unvollständige Paraffinherauslösung bewirkt fleckige Färbung! BEI KUNSTHARZ o Entfernung mit Benzol HISTOLOGISCHE FÄRBUNGEN Farbstoffe sind Substanzen, die die Fähigkeit haben, sich an ein Substrat zu binden. Färbungen schaffen die für die Beurteilung notwendigen Kontraste im Gewebe. Es gibt natürliche (tierisch, pflanzlich z.B. Hämatoxylin) und künstliche (z.B. Eosin, Methylenblau) Farbstoffe. WIRKWEISE VON FARBSTOFFLÖSUNGEN DIREKT-SUBSTANTIV Anfärbung ohne Zusatzstoffe INDIREKT-ADJEKTIV Anfärbung nur mit Hilfsmittel= BEIZE möglich Beize ist ein Metallion, das Komplexe mit bestimmten Farbstoffen bildet. Es werden für die Farbstoffbindung notwendige reaktionsfähige Gruppen freigesetzt. Es entsteht ein FARBLACK. Lacke wirken stets als basische Farbstoffe und werden hauptsächlich als Kernfarbstoffe eingesetzt. 2 Möglichkeiten o einzeitig adjektive Färbung: gemeinsames Anbieten von Farbstoff und Beize → Farblack (Hämatoxylin nach Weigert) o zweizeitig adjektive Färbung: getrenntes Anbieten von Farbstoff und Beize (meist zuerst Beize) BEIZMITTEL o o o Metallsäuren, Metallsalze (Sublimat..) Alaunsalze (Chromalaun…) Oxidationsfördernde Substanzen (Anilin..) BEISPIELE o o Hämalaun Eisenhämatoxylin 10 WAS BEEINFLUSST DIE FÄRBUNG FIXIERUNG saure denaturierende Fixantien bewirken das Aufbrechen des Chromatins → Bindungsstellen für Kernfarbstoff werden frei. zu lange Fixierung durch Vernetzung → Bindungsstellen können blockiert werden. Beispiele: ~ Formalin und Osmiumtetroxid verursachen stärkere Basophilie ~ saure Dichromatlösung verursacht stärkere Eosinophilie ~ Glutaraldehyd verursacht ohne Aldehydblockierung falsch positive PAS Reaktionen o o o EINBETTUNG Gefrierschnitte: nehmen Farbstoffe schneller auf → Überfärbung möglich (v.a. bei Trichrom Färbungen) nicht entfernte Kunststoffe haben Einfluss: z.B.: zu schwache Färbung od. Hintergrundfärbung o o GEWEBEFAKTOREN Dichte der Struktur dünne Gewebsschnitte färben sich schneller als dicke Proben mit unregelmäßiger Oberfläche färben sich schneller als glatte (Gefrierschnitt) verteilte Zellen (z.B.:Ausstriche) färben sich schneller als Schnitte o o o o FARBSTOFFFAKTOREN Löslichkeit eines Farbstoffes im Substrat (Sudan III) Diffusibilität eines Farbstoffes: grob- feindispers (z.B.:Trichrom-Färbung) pH-Wert Bei pH 4,5-6 sind die Kerne negativ geladen => Kerne sind basophil ist das Zytoplasma positiv geladen => Zytoplasma ist acidophil ACHTUNG: basophil und acidophil sind somit relative Bezeichnungen, die vom pH-Wert abhängig sind. FARBSTOFFLÖSUNGEN STAMMLÖSUNG o Gesättigte Form - lange Haltbarkeit GEBRAUCHSLÖSUNG o zur einmaligen Verwendung hergestellte Farbstofflösung 11 GEPUFFERTE LÖSUNGEN o o Bestimmter pH-Wert - optimale Anfärbung der Struktur. Puffer: enthält eine schwache Säure (z.B.:Essigsäure) und ihre konjugierte Base (z.B.:Natriumacetat)-Lösung ist gegenüber Zugabe von Säuren und Basen ziemlich unempfindlich. LÖSUNGSMITTELN o Farbstoffe werden dem Substrat meist in wässriger oder alkoholischer Lösung angeboten. Angabe über Farbintensität bzw. Farbcharakter erfolgt durch Buchstaben hinter dem Namen des Farbstoffes. VERHALTEN VON FARBSTOFFEN GEGENÜBER LÖSUNGSMITTELN o o o o o o o Färbeprodukte wie „Berliner-Blau“ oder metallisches Silber sind praktisch unlöslich in den üblichen Lösungsmitteln. Azofarbstoffe in organischen Lösungsmitteln löslich → wässrige Eindeckmedien verwenden. Metallkomplexfarbstoffe (Hämalaune) werden durch Lösungsmittel kaum beeinflusst. andere basische Farbstoffe (Kristallviolett, Methylenblau) können in verdünnten Alkoholen differenziert werden. saure Farbstoffe (Eosin Y, Orange G) und wasserlösliche basische Farbstoffe (Alcianblau) sind wenig löslich in Alkohol. Fettfärbungen dürfen nur wässrig eingedeckt werden. mit basischen Farbstoffen abgefärbte Schnitte schnell dehydrieren - saure Farbstoffe sind hier weniger empfindlich. BEGRIFFE IN DER FÄRBETECHNIK ÜBERSICHTSFÄRBUNG Kombination aus Kern- und Plasmafarbstoff, HE-Färbung MEHRFACHFÄRBUNG Plasmafärbung mit mehreren Plasmafarbstoffen, unterschiedliche Aufnahme im Gewebe abhängig von der Dispersionsgröße der Farbstoffteilchen. Simultanfärbung: Verwendung eines Farbstoffgemisches (z.B.:Pikrofuchsin bei van Gieson:kollagene Fasern rot, Plasma gelb) Succedanfärbung: Farbstoffe werden nacheinander angeboten (z.B.:Trichromfärbung nach Goldner) PROGRESSIVE FÄRBUNG Ein weniger konzentrierter Farbstoff wird bis zur optimalen Anfärbung angeboten. REGRESSIVE FÄRBUNG Schnittüberfärbung mit konzentriertem Farbstoff → gradweises Entfärben bis zur optimalen Anfärbung der Strukturen. ENDPUNKTFÄRBUNG Zeitunabhängige Färbung von Teilstrukturen. 12 IMPRÄGNATION Keine Färbung, sondern Niederschlagsbildung von Metallsalzen an Zellstrukturen(z.B.:Gomori) METACHROMASIE Farbstoff färbt Struktur nicht in der Eigenfarbe an, sondern in einer anderen Nuance(z.B.:Thionin:Kerne-blau, Schleime-violett) DIFFERENZIERUNG Ist gradweises Entfernen von überschüssigem Farbstoff → Entfärbung mit selektivem Ergebnis. Durch die Veränderung der Reaktionsbedingungen (z.B.:pH-Wert) wird die Bindungskraft des Farbstoffes beeinflusst. Differenzierungsmittel: Wasser, verdünnte Alkohole, verdünnte Säuren, (z.B.:HCl-Alkohol) verdünnte Basen ANFÄRBUNG DER ZELLBESTANDTEILE KERNFARBSTOFFE o Kernchromatin ist aufgebaut aus den Nukleinsäuren und anhängenden Proteinen – zählt zu den basophilen Gewebsanteilen d.h. ist negativ geladen (Phosphatgruppe) und zieht basische Farbstoffe an. o Elektive Kernfärbung kann durch Einstellen des pH-Wertes der Farblösung zw. dem IEP der Kerne (ca.3,8) und dem des Plasmas (ca.6,5) erreicht werden. In diesem Bereich liegt der Kernfarbstoff als Base vor und bindet an die sauren Chromatinbestandteile, jedoch nicht an die basischen Plasmabestandteile. o Basophil erscheinen auch jene Strukturen im Cytoplasma, die bei diesem pH-Wert ebenfalls saure Gruppen aufweisen (z.B. Ribosome). o Kernfarbstoffe: ~ Mayers Hämalaun ~ Weigerts Eisenhämatoxylin ~ Kernechtrot-Aluminiumsulfat ~ Methylenblau PLASMAFARBSTOFFE o o o sind meistens sauer und binden an positiv geladene Gewebselemente. pH-Wert muss zw. 4–6 liegen → Plasmaproteine positiv geladen. Plasmafarbstoffe: ~ Eosin Y ~ Chromotropin ~ Orange G ~ Säurefuchsin ~ Lichtgrün ~ Anilinblau 13 KERNFÄRBUNG mit BASISCHEN ADJEKTIVEN KERNFARBSTOFFEN 1. HÄMATOXYLINE o wird aus Blauholz gewonnen (färberisch noch unwirksam)→ Reifung durch Oxidation notwendig: ~ natürlich: durch Sauerstoff ~ künstlich: durch Oxidantien: Kaliumjodat; Quecksilberoxid o → in diesem Zustand kann der Farbstoff nur schlecht an Gewebekomponenten binden → man setzt Beizmittel zu → stark positiv geladene Komplexbindung von Hämatein und Metallion → Hämatoxylinlacke (Hämateinlacke) entstehen. o je nach verwendetem Beizmittel gibt es: ~ HÄMALAUNE ~ EISEN-HÄMATOXYLINE HÄMALAUNE: o Hämatoxylinlacke des Aluminiums, die mit Alaunen (Kalialaun) gebildet werden. o Beispiele: Mayer’s, Harris’, Gill’s Ehrlich’s, Delafield’s (diese reifen natürlich) o Prinzip: Kernfärbung erfolgt im stark saurem Milieu → positiv geladenes Hämalaun verbindet sich mit Phosphorgruppe der Nucleinsäure. Durch anschließendes Spülen in LW od. schwacher Base, führt man den Hämatoxylinlack in seine blaue Form übe r= BLÄUEN. Mit diesem Vorgang wird die Färbung stabilisiert. o Die Färbung kann sowohl progressiv als auch regressiv erfolgen. Bei letzterer wird in saurer Lösung (2%ige Essigsäure od. 0,1-0,25iger Salzsäure) differenziert. o Färbeergebnis: kontrastreiche Darstellung der Zellkerne in blauen Farbtönen o ACHTUNG: ~ bei alten Farblösungen (=überoxidiert)→ zarter graublauer Hintergrund kann entstehen ~ Farbstoff empfindlich auf Säuren → unbrauchbar für manche Spezialfärbungen mit stark sauren Farblösungen EISEN-HÄMATOXYLINE: o hier werden Eisensalze als Beizmittel und gleichzeitig als Oxidationsmittel eingesetzt. o Beispiele: Weigert’s, Heidenhain’s o Prinzip: bei dieser Färbung mischt man Farblösung und Beizmittel erst kurz vor Gebrauch (sonst Gefahr der Überoxidation) o Färbeergebnis: schwarze Kerne o wird v.a. bei Spezialfärbungen eingesetzt, wo eine Behandlung mit sauren Farblösungen erfolgt – Eisen - Hämatoxylin ist unempfindlich gegenüber Säuren. 14 2. KERNECHTROT KERNFÄRBUNG mit BASISCHEN SUBSTANTIVEN FARBSTOFFEN o o o o o Teerfarbstoffe - ergeben kontrastreiche, leuchtende Anfärbung besonders schöne Ergebnisse nach Fixierung mit abs. Alkohol oder Bouin Beispiele: Toluidinblau, Kresylviolett, Methylenblau Färbeergebnis: Kerne, Nucleoli: blau(violett) Schleimsubstanzen: rotviolett lichtgeschützte Aufbewahrung: weniger gut haltbar KERNFÄRBUNG mit SAUREN KERNFARBSTOFFEN o o Farbstoffbindung an Histone = basisches Eiweißgerüst des Zellkernes Beispiele: Säurefuchsin (Mallory), Azocarmin (BGW-Färbung) PLASMAFÄRBUNG o o o o wird immer in Kombination mit Kernfärbung durchgeführt → Kontrasterhöhung alle Bestandteile des Zytoplasmas werden gefärbt - Anfärbung graduell unterschiedlich. Verwendung von sauren Farbstoffen Beispiele: Eosin, Lichtgrün, Anilinblau, Orange G, Azophloxin ÜBERSICHTSFÄRBUNG KERNFÄRBUNG+PLASMAFÄRBUNG HÄMATOXYLIN-EOSIN FÄRBUNG o o o Routinefärbung Kernfärbung mit Hämatoxylin (siehe Kapitel Kernfärbung) Plasmafärbung mit EOSIN ~ saurer Farbstoff in Wasser und Alkohol löslich ~ pH 4-6 (wird mittels Eisessig eingestellt) ~ Färbeergebnis: Zytoplasma, BGW, Kollagenfasern kräftig rot ~ auch Kernstrukturen nehmen Farbstoff an → rötlich-violettes Mischbild nach Kernfärbung entsteht. ~ Färbung erfolgt regressiv: Überfärben anschließend differenzieren in Wasser und Alkohol. ~ Gebrauchslösung: 0,5-2%ig ~ bessere Kontraste erzielt man durch Mischen von Eosin mit Phloxin B → Kollagen und Muskelfasern unterscheidbar. Jede eingelangte Gewebeprobe wird mit HE-Färbung angefärbt und mikroskopisch beurteilt. In den meisten Fällen wird bereits eine Diagnose erstellt. Durch die großen Probenmengen wird die Färbung im Routinelabor von Färbeautomaten erledigt. 15 SPEZIALFÄRBUNGEN BINDEGEWEBE-UND STÜTZGEWEBE-DARSTELLUNG BINDEGEWEBE o o o o mesenchymalen Ursprungs hat Anteil am Aufbau aller Organe, indem es Stroma, Kapseln und weitere Strukturen bildet. BGW besteht einerseits aus Zellen, andererseits aus zwischenzelligen Substanzen. man unterscheidet: ~ fixe Bindegewebszellen (Fibroblasten,-zyten) ~ freie Bindegewebszellen (Abwehrzellen , Blutzellen) KOLLAGENFASERN o Bestandteil von Sehnen und Muskelfaszien o liegen in der Lederhaut, im gefäßführenden BGW, in Knorpel und Knochen. o haben eine kreuzweise und spiralige Anordnung o sind aus Kollagenfibrillen zusammengesetzt. ELASTISCHE FASERN o kommen in Form von Netzen vor o Begleitstruktur der kollagagenen Fasern im interstitiellen BGW, und in Organkapseln und in großen Mengen in der Lunge. o bilden gefensterte Membranen in der Wand herznaher Arterien. RETIKULINFASERN o bilden gitterartige Strukturen o retikuläres BGW bildet das Grundgerüst der lymphatischen Organe (Milz, Lymphknoten) o kommen auch sonst im lockeren BGW und im Eingeweideorganen vor. Kurzinformationen über Basalmembran, Grundsubstanz, Knorpel, Knochen, Fettzellen, Muskelgewebe und Fibrin finden sie Buch S.196, 197 1. VAN-GIESON-FÄRBUNG: o selektive Darstellung von kollagenen Fasern, Muskel und Cytoplasma. o simultane Färbung mit Pikrinsäure und Säurefuchsin = Pikrofuchsin o Kernfärbung mit Eisenhämatoxylin n. Weigert. 2. CHROMOTROP-ANILINBLAU-FÄRBUNG n. Gomori (CAB): o selektive Darstellung von kollagenen Fasern und allgemein von Bindegewebe. o simultane Trichromfärbung mit sauren Farbstoffen. o Kernfärbung mit Eisenhämatoxylin n. Weigert. 3. WEIGERT`S RESORCIN-FUCHSIN-FÄRBUNG: o Darstellung von elastischen Fasern und Bindegewebskomponenten. o Kernfärbung mit säurefesten Eisen - Hämatoxylin. o übliche Gegenfärbung mit Pikrofuchsin (=Van-Gieson). 4. SILBERIMPRÄGNATION n. Gomeri: o Darstellung der retikulären Fasern. o keine Färbung im eigentlichen Sinne→ Versilberung → genaue Beschreibung s. Kapitel spez. Färbeverfahren 16 5. ROMANOVSKY GIEMSA-FÄRBUNG: o Mischungen von basischen Teerfarbstoffen und ihren Salzen mit Eosin färben das Cytoplasma und die Zellkerne der Blutzellen je nach dem pH-Milieu → eigentümlich rötlich-violette Anfärbung des Kernchromatins entsteht → dieses Phänomen nennt man RomanovskyGiemsa-Effekt oder Polychromasie. o Die Giemsa-Färbung ist eine Übersichtsfärbung und zeigt mehr cytoplasmatische Details als die HEFärbung. ~ Darstellung von Blut- und KM-Zellen. ~ Darstellung von Helicobacter pylori, Parasiten. LIPID-DARSTELLUNG Fettstoffe lassen sich nur am Gefrierschnitt des unfixierten oder kurzfixierten Gewebes darstellen. Im Routinelabor wird der Großteil der Lipide durch Einwirkung von organischen Lösungsmitteln beim Paraffin- Einbettungsprozess herausgelöst und entzieht sich dadurch der Darstellung. Lipidfixierung im Sinne einer Vernetzung gelingt nur mit Osmiumtetroxid und Chromsäure. Im Histolabor färbt man: o Neutralfett mit Sudanfarbstoffen o Lipofuszin bei der Pigmentidentifizierung o Myelinscheiden als neurologische Strukturen 1.SUDAN-III-FÄRBUNG: o Darstellung von Neutralfett o Fett erscheint pathologischer Weise z.B. nach Knochenfrakturen oder Verletzungen von fettreichen Körperarealen als Fettembolie in Gefäßen. o Fettbestandteile von zerfallenen Zellen können als Fetttröpfchen dargestellt werden. o Liposarkome können von anderen Tumortypen differenziert werden. o Prinzip: Färbungen mit öllöslichen Farbstoffen basieren auf der größeren Löslichkeit der Farbstoffe in lipoiden Substanzen als im Reagens selbst. o Lösungsmittel (Aceton, Alkohol) darf die Lipoide nicht aus dem Gewebe extrahieren. KOHLENHYDRAT-DARSTELLUNG 1.PERJOD-ACID-SCHIFF`sche Reaktion n. McMannus (PAS): o Darstellung von neutralen Mucosubstanzen, Glykogen, Basalmembranen, Pilzen. o Glykogen ist die Speicherform der KH (in Leber, Herz und Skelettmuskulatur), es ist relativ unlöslich in Wasser und kann bei rascher Fixierung dargestellt werden (wird in Proteinnetz gefangen). Glykogen wird durch Diastase gelöst (=indirekter Nachweis von Glykogen). o Glutaraldehydfixierte Proben → Aldehydblockierung vor Färbung notwendig, sonst falsch positive Ergebnisse. o Überoxidation am Färbebeginn → falsch negative Ergebnisse. o ACHTUNG: Schiff´sches Reagens ist farblos - färbt aber Hände und Kleidung rot. PRINZIP: Die PAS-Färbung ist eine histochemische Reaktion zum Nachweis von best. KH, deren Glykolgruppen durch die Perjodsäure zu Aldehydgruppen oxidiert werden. Diese reagieren mit dem Schiff´schen Reagens und bewirken eine rot-violette Farbe. Spülen in Metabisulfit entfernt überschüssiges Schiff´sches Reagens und verhindert falsch positive Ergebnisse durch angelagerten Farbstoff an andere Gewebeelemente. Zur Kontrastierung wird eine Kernfärbung mit Hämalaun angeschlossen. 17 2.ALCIANBLAU-FÄRBUNG: o Darstellung saurer Mucosubstanzen o Gegenfärbung mit Kernechtrot oder PAS anschließen. AMYLOID-DARSTELLUNG: o o Amyloid ist eine hauptsächlich extrazelluläre, amorphe, eosinophile Ablagerung in einem oder vielen Organen. Aufgrund von der Bedeutung von amyloiden Fasern bei Krankheiten wie Alzheimer, Kreuzfeld-Jakob oder Rheuma, wird die Forschung weiter vorangetrieben. Amyloid gibt nach Anfärbung mit Kongorot eine apfelgrüne Doppelbrechung mit polarisiertem Licht. KONGOROT n. Highman:- Darstellung von Amyloid PIGMENT-DARSTELLUNG Pigment ist einer in Körperzellen vorkommender Stoff in Körnchenform oder gelöster Form, der eine (meist braun bis schwarze) Eigenfärbung aufweist. Man unterscheidet: o endogene Pigmente hämatogene: ~ Abbauprodukte der Blut-, Muskel- und Gallenfarbstoffe ~ (Hämoglobin, Myoglobin, Hämosiderin, Bilirubin) nicht hämatogen: ~ lipogene Pigmente (Lipo-und Hämofuszine) ~ Melanin o exogene Pigmente ~ in der Haut: Kohle, Tusche, Teer, Metalle ~ in Verdauungs- und Atmungswegen: Pflanzenfarbstoffe, Pikrinsäure, Kohle-, Stein-, Metallstäube o artificielle Pigmente z.B.: fixierungsbedingt 1.BERLINER-BLAU Reaktion: o Darstellung von dreiwertigen Eisenionen: Hämoglobin von zerstörten Erythrozyten wird im Gewebe rasch zu Hämosiderin abgebaut und somit mit der Berlinerblaureaktion nachgewiesen. o kleine Mengen von Eisen findet man normalerweise in der Milz und im Knochenmark o bei Hämochromatose: Ablagerungen in Leber und Pankreas o bei Hämosiderose: Ablagerungen in Leber, Milz und Lymphknoten o auch zur Asbestfaserdarstellung in der Lunge geeignet. PRINZIP: o o o o histochemische Reaktion durch Salzsäure wird das Eisen von Ferritin und Hämosiderin freigegeben die dreiwertigen Eisenionen reagieren sofort mit gelbem Blutlaugensalz (=Kaliumferrocyanid) zu blauem Berlinerblau. Diese Reaktion erfasst nur ionisiertes Eisen, nicht aber das in organischen Verbindungen eingelagerte. Achtung: ~ schnelle Fixierung, weil sonst Eisenionen durch Autolyse frühzeitig freigesetzt werden → falsch positiv ~ Einwirkung von Säuren z.B. bei der Entkalkung kann Eisenionen aus dem Gewebe lösen → falsch positiv Gegenfärbung mit Kernechtrot 18 NACH DER FÄRBUNG Schnitt soll luftdicht abgeschlossen werden. Dies erreicht man durch EINSCHLUSSMITTEL=EINDECKMITTEL Diese verändern weder die Farbe noch die Struktur des Präparates. o WASSERLÖSLICHE EINSCHLUSSMITTEL: z.B. Glyceringelatine ~ Schnitte werden direkt aus dem A.d. eingedeckt ~ für Präparate, die nicht entwässert werden dürfen ~ Nachteil: geringe Haltbarkeit → Austrocknung möglich o WASSERUNLÖSLICHE EINSCHLUSSMITTEL: z.B. Eukitt, Entellan ~ künstliche Harze ~ diese funktionieren nur mit entsprechendem Lösungsmittel nach der Färbung muss das Wasser durch eine aufsteigende Alkoholreihe dem Schnitt entzogen werden, und dann mit dem Lösungsmittel (meist EBE = n-Butylacetat) durchtränkt werden. Schnitte aus der Lösung → 1Tropfen Einschlussmedium darauf → Deckglas darüber → trocknen lassen. In der Routine wird dieser Eindeckvorgang meist von Eindeckautomaten übernommen. 19