Histochemische Färbungen sind Methoden, um ein Präparat unter dem Mikroskop besser erkennbar zu machen. Dabei dienen chemische Substanzen zur Anfärbung. Die histochemischen Färbungen werden oftmals als in der histologischen Diagnostik verwendet.
Definition zur Histologie
Bevor die histochemische Färbung erklärt werden kann, sollte der Begriff "Histologie" klar sein.
Als Histologie bezeichnet man die Gewebelehre. In der Humanmedizin stehen dabei in der Regel menschliche Gewebe im Mittelpunkt.
Histologische und auch histochemische Untersuchungen sind also Untersuchungen von bestimmten Geweben, meist unter dem Lichtmikroskop. Diese dienen dann beispielsweise ÄrztInnen als Grundlage zur Erkennung verschiedenster Erkrankungen (Diagnostik).
Funktion der histochemischen Färbung
Im Gegensatz zur klassischen histologischen Färbung werden histochemische Färbemethoden gezielt dafür angewandt, die Gewebe und Zellen des Präparats chemisch zu untersuchen. Durch diese histochemische Färbung werden spezielle Stoffe möglichst genau nachgewiesen und es kann die bestimmte Enzymaktivität in der Zelle oder dem Gewebe bestimmt werden. Durch histochemische Färbung können Strukturen gezielt angefärbt werden.
Enzyme sind Stoffe, die im Körper bestimmte Reaktionen im Körper beschleunigen (katalysieren) können.
Histochemische Färbung: Herstellung eines Präparats
Bevor ein Gewebe gefärbt werden kann, bedarf es zunächst einigen vorbereitenden Schritten. Der Weg zum histochemischen Präparat ist dabei lang und fordert viel Präzision im Laufe der Herstellung.
Gewinnung des Gewebes
Wenn man für diagnostische Zwecke eine histologische Untersuchung vornehmen möchte, muss das gewünschte Gewebe zunächst entnommen werden. Prinzipiell kommen alle Gewebe des Körpers dafür infrage. Im Rahmen einer sogenannten Biopsie, wird eine frische Gewebeprobe entnommen. Dies passiert meist an lebenden Patient*innen. Die Entnahme von Gewebeproben kann aber auch am Leichnam sinnvoll sein, um beispielsweise Hinweise auf mögliche Todesursachen zu erhalten.
Fixierung
Das frische Präparat sollte nach der Entnahme recht schnell fixiert werden. Fixierung bedeutet im Fall der histochemischen Untersuchung meist eine Fixierung in Formaldehyd-Lösung.
Formaldehyd, beziehungsweise Formalin, ist eine Flüssigkeit, in welcher große Gewebeteile, also die histologische Probe, schnell fixiert und damit gut erhalten werden können.
Die Fixierung dient dazu, dass das Präparat erhalten bleibt. Wenn die Fixierung nicht zum Einsatz kommt, findet im Gewebe eine Autolyse statt. Dies ist eine von den Gewebezellen ausgehende Selbstauflösung. Um dies zu verhindern und das Präparat haltbar zu machen, wird es fixiert.
Einbettung des Gewebes
Bei der Einbettung handelt es sich meist um einen Block aus Paraffin, in welchen das Gewebe nach der histologischen Fixierung eingebettet wird. Durch diese Einbettung kann das Gewebe im nächsten Schritt weiter bearbeitet werden.
Die Einbettung in Paraffin kannst du dir so vorstellen, dass das fixierte Gewebe in heißes Paraffinwachs eingebettet wird. Dieses ist bei Temperaturen über 65 °C flüssig. Durch die Abkühlung entsteht der Paraffinblock mit dem eingebetteten Gewebe.
Das Wasser des entstehenden histologischen Präparats wurde durch in der Fixierung und anschließenden Einbettung ersetzt.
Paraffin ist ein häufig vorkommendes Kohlenwasserstoffgemisch. Es ist beispielsweise in Kerzenwachs enthalten und erscheint auch bei der Einbettung als wachsartiger Block.
Das Schneiden des Gewebes
Damit die Gewebe optimal histochemisch abgebildet werden können, braucht es einen sehr dünnen Schnitt des Präparats.
Bei in Paraffin eingebetteten Präparaten beträgt die Scheibendicke normalerweise fünf bis zehn Mikrometer.
Dabei bedarf es einem speziellen Gerät, welches diese Schnitte durchführen kann. Das Gerät bezeichnet man als Mikrotom. Es schneidet das eingebettete histologische Präparat so, dass eine Kette an Schnitten entsteht, wie in Abbildung 1 gezeigt. Danach werden diese Kettenglieder getrennt. Dieser Vorgang wird als Aufziehen bezeichnet.
Das Färben der Gewebe
Nach dem Aufziehen werden die Präparate angefärbt. Färbungen in der Histologie sind allgemein dafür da, verschiedene Strukturen im Gewebe sichtbar zu machen. Welche histochemische Färbung wann zu verwenden ist und welche unterschiedlichen Arten es gibt, lernst du weiter unten im Artikel.
Das Mikroskopieren des Präparats
Zuletzt wird das angefärbte Präparat eingedeckt. Dabei wird das Präparat auf einen Objektträger gelegt und mit einem Deckglas bedeckt. Danach kann das Präparat mikroskopiert werden. Die Struktur kann im Anschluss analysiert werden.
Eine mikroskopische histochemische Diagnostik kann beispielsweise als Methode zur Bestimmung von Gewebe verwendet werden, wenn ein Verdacht auf Krebs besteht. Dabei kommen Antikörper zum Einsatz, die an spezifische Tumoreiweiße, auch Tumormarker genannt, binden können. Wenn diese gebunden werden, lässt sich dies farblich unter dem Mikroskop erkennen.
Die Färbemethoden der Histochemie
Bevor sich mit den verschiedenen Methoden zur histochemischen Färbung befasst werden kann, wird zunächst die Funktion dieser Färbungen erläutert.
In diesem Artikel werden die histochemischen Färbungen behandelt, nicht aber die Standardfärbungen. Abzugrenzen sind diese histochemischen Färbungen dadurch, dass die histochemischen Methoden die Enzymaktivität der histologischen Präparate sichtbar macht.
Die unterschiedlichen histochemischen Färbungen
Im nächsten Absatz werden die häufigsten und wichtigsten histochemischen Färbungen erläutert.
Die PAS-Reaktion
PAS ist eine Abkürzung und steht für periodic acid-Schiff. Dies bedeutet, dass bei dieser Färbung Perjodsäure und fuchsinschweflige Säure, auch Schiff-Reagenz genannt, verwendet werden. Das Präparat erscheint durch diese Behandlung rot. Mit dieser histochemischen Methode können besonders gut Kohlenhydrate wie Glykogen und Cellulose im Gewebe gefärbt werden. Dies kannst du in Abbildung 2 beobachten.
An diesem Präparat kann gut nachvollzogen werden, wie histochemische Methoden in der Diagnostik von Krankheiten eingesetzt werden können. Diese dargestellte Biopsie ist ein Hinweis auf die vorliegende Glykogenspeicherkrankheit.
In der Pathologie wird häufig auf eine histochemische Untersuchung des Gewebes zurückgegriffen. Die Pathologie ist ein Zweig der Medizin. Damit ist die Lehre von krankhaften Veränderungen des Körpers gemeint. Die Pathologie such dabei nach den Ursachen der Veränderungen.
Färbung durch Silberimprägnation
Bei der Silberimprägnation handelt es sich um eine Färbemethode, bei welcher kleinste Silberpartikel in das Präparat eingebracht werden. Dies macht es möglich, feinste Strukturen hervorzuheben und zu verfolgen. Retikuläre Fasern, das sind sehr feine Fasern des Bindegewebes, werden häufig mit der Färbung durch Silberimprägnation dargestellt, wie Abbildung 3 zeigt.
Diesen Verlauf retikulärer Fasern, wie in Abbildung 3, könnte man durch normale, nicht – histochemische Färbungen nicht gut erkennen. Dies liegt daran, dass retikuläre Fasern eine sehr dünne und feine Struktur aufweisen.
Als retikuläre Faser wird in der Histologie eine Bindegewebsfaser bezeichnet, welche hauptsächlich aus Kollagen Typ 3 besteht.
Färbung durch Sudan 3
Mit Sudan 3 ist es möglich, vor allem Fette (Lipide) sichtbar anzufärben. Um mit dieser Färbung zu arbeiten, muss das Fett im Präparat erhalten bleiben. Deswegen darf kein organisches Lösungsmittel bei der Herstellung verwendet werden, da die Fetttropfen sonst durch das Lösungsmittel aus dem Präparat herausgespült werden würden. Durch Sudan 3 erhalten die Lipide eine rot orange Färbung, wie in Abbildung 4 dargestellt.
In Abbildung 4 ist das Präparat mit Sudan 3 gefärbt. Dadurch erhalten die Fetttropfen, also die kreisrunden Strukturen der Abbildung, eine orange Farbe. Normalerweise wird Fett aus dem Präparat gewaschen.
Die Feulgen-Färbung
Die Feulgen Färbung geht auf die Feulgen Reaktion zurück.
Bei der Feulgenreaktion wird die Probe zunächst so behandelt, dass sich die Verbindung der Base zum Zucker des Erbguts löst. Das bei der Feulgenreaktion eingesetzte Schiff Reagenz kann nun reagieren und somit eine Färbung bewerkstelligen.
Bei der Feugen-Färbung handelt es sich um eine Methode, mit welcher sich das Erbgut, also die DNA, anfärben lässt. Manchmal kann man sogar die Stadien der Teilung erkennen, in denen sich die Zelle befindet, wie in Abbildung 5 zu sehen ist. Durch die Feugen-Färbung können Stadien der Zellteilung mikroskopiert werden.
Die zwei unteren Zellen in Abbildung 5 befinden sich gerade in der Telophase. Sie sind somit kurz davor, sich zu zwei separaten Zellen zu entwickeln.
Histochemische Färbung: Die Enzymhistochemie
Nachdem du nun die wichtigsten histochemischen Färbungen kennst, wird im Folgenden noch die Enzymhistochemie betrachtet. Diese Technik ist oftmals wichtig, um bei Präparaten durch eine Reaktion bestimmte Enzyme nachweisen zu können, wie Abbildung 6 dargestellt.
Theorie der Enzymhistochemie
Bei der Enzymhistochemie werden Antikörper bei der Färbung verwendet. Diese Antikörper passen spezifisch an die Stoffe, welche bei der Färbung nachgewiesen werden sollen. Die Stoffe habe die passenden Antigene zu den eingesetzten Antikörpern.
Antikörper und Antigene gehen miteinander eine Verbindung ein, wenn sie zueinander passend sind. Dies geschieht nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip.
Wenn Antikörper an die Antigene binden, wird eine Farbreaktion ausgelöst. Dadurch werden nur die gewünschten Bereiche mit den passenden Antigenen angefärbt. Bei dieser Methode muss das Präparat aber als Gefrierschnitt vorliegen, damit die Reaktion stattfinden kann.
Bei einem Gefrierschnitt handelt es sich um eine spezielle histologische Methode, bei welcher Proben ohne Fixierung schon nach kürzester Zeit bearbeitet werden können. Der Gefrierschnitt ist ein wichtiges Werkzeug für eine schnelle Diagnostik.
Bei dem Präparat in Abbildung 6 wurde die Acetylcholinesterase Aktivität untersucht. Diese ist wie hier zu sehen beim gesunden Menschen recht gering, nur ein paar dunkle Ablagerungen sind im Präparat erkennbar.
Histochemische Färbung - Das Wichtigste
- Die histochemische Färbung ist neben den Standardfärbungen eine häufige Färbetechnik der Histologie.
- Durch die histochemische Färbung können gezielt Zellen und Gewebe angefärbt werden.
- Zu den häufigsten histochemischen Färbungen zählt die PAS-Färbung und die Silberimprägnation.
- Durch histochemische Färbemethoden können auch dünnste Strukturen im Präparat abgebildet werden.
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