A kvantitatív szövettan egy olyan tudomány, amely a szövetek fejlődésének és működésének mintázatait vizsgálja kvantitatív változók és szigorú hipotézisvizsgálati módszerek segítségével. Helyesebb, ha a kvantitatív szövettant nem önálló tudományágnak tekintjük, hanem a tulajdonképpeni szövettan egyfajta átmeneti állapotának, a leíró tudományból az egzakt tudományba való fejlődésének útján.
A szövettan biológiai tudománya a szöveteket - a sejtek és az intercelluláris anyag által alkotott összetett mozaikot - vizsgálja, amelyek jelenléte a többsejtű szervezetekre jellemző. Az emberi szövetek nemcsak a biológia, hanem az orvostudomány figyelmébe is tartoznak. Ez utóbbi esetben a kóros folyamatok szöveti szintű vizsgálata is kiegészül a kutatási feladatok mellett, magát a tudományágat pedig patohistológiának nevezzük .
A szövettan hagyományosan leíró tudománynak számított, de az utóbbi években aktívan átalakult, ami elsősorban a kvantitatív elemzési módszerek alkalmazásának köszönhető. Az ilyen transzformációk lehetővé teszik, hogy kvantitatív szövettanról beszéljünk.
A kvantitatív elemzési elemek bevezetése lehetővé teszi a szövetek és/vagy sejtek szerkezete és működése közötti összefüggések hatékonyabb felkutatását, a kapott becslések pontosságának javítását, a szubjektív tényező elemzési eredményekre gyakorolt befolyásának csökkentését, a kutatás automatizálását, diagnosztikai eljárások ( Nikonenko, 2013 ).
Nyilvánvaló, hogy fejlődésében a szövettan megismétli a fizika által korábban megtett utat. Létezésének első szakaszában a tudomány információkat halmoz fel a vizsgált tárgyakról. Ezután ezeket az információkat osztályozzák, és empirikusan kapcsolatokat hoznak létre az objektumok között. Továbbá a kutatók, megpróbálva megmagyarázni a vizsgált jelenségeket, matematikai modelleket kezdenek alkotni. A tudomány fejlődésében az egzakt korszak kezdete annak az időnek tudható be, amikor a matematikai modellek tesztelésének eredményei meglehetősen pontosan megegyeznek a valós mutatókkal.
A kvantitatív szövettan alapjait a mikroszkópos kutatások hajnalán kezdték lerakni. Úgy tartják, hogy a 17. század végén a holland Antoni van Leeuwenhoek tette az első kísérletet a sejtek mérésére, aki homokszemeket használt szabványként az emberi vörösvértestek méretének meghatározásához. Később az ilyen mérésekhez speciális optikai-mechanikus eszközöket kezdtek használni, például okulár-mikrométert, amely mérőskálát vetít a mikroszkóp fókuszsíkjába, vagy mozgatható irányzékokat. Ez az eszköz a csillagászatból került a mikroszkópiába, ahol először William Gascoigne (1612-1644) használta [Vazquez, Vaquero, 2009].
Egy másik mérőműszer - a hemocitométer - a 19. század második felében kezdték használni. Ez egy vastag üveglemez volt, téglalap alakú kamra alakú mélyedéssel, amelyet sejtszuszpenzióval töltöttek meg. A sejteket a kamrában hagyományos fénymikroszkóp alatt megszámoltuk. A citometria bizonyos problémáinak megoldására jelenleg ezt az eszközt használják. Érdekes részletként William S. Gosset, a statisztikai Student-féle teszt szerzője hemocitométer segítségével számolta meg a sörélesztő sejteket [Gosset, 1907].
A matematikai módszerek szövettanba való behatolása jól látható a véletlen metszeteken végzett mérések értelmezési probléma megoldásának példáján. Itt egy további magyarázat szükséges. A metszet a szövettani készítmény leggyakrabban használt típusa. A legtöbb esetben csak véletlenszerű szerkezeti szakaszok megfigyelését teszik lehetővé, ezért ez utóbbiak helyes kvantitatív elemzése csak a sztochasztikus geometria elveinek betartásával lehetséges.
Az úgynevezett sztereológiai módszerek ezeken az elveken alapulnak, amelyek a gyakorlatban gyakran abból fakadnak, hogy a szövetek és/vagy sejtek képeit kombinálják a vizsgálati pontok vagy vonalak tömbjeinek képeivel, és megszámolják az érdekes struktúrák profiljainak metszéspontjait azokkal. A morfometria egyes problémáinak sztereológiai megoldásai a 20. század eleje óta ismertek [Wicksell, 1925]. A mai napig olyan módszereket fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik a mikroszkopikus struktúrák számának, térfogatának, területének vagy hosszának elfogulatlan becslését, a méreteloszlások értelmezését stb. [Howard és Reed, 1998].
Ha a szövettan fő eszköze a mikroszkóp, akkor a kvantitatív szövettanban ezt a szerepet egy képelemző rendszer tölti be, amely leegyszerűsíthető számítógéppel kombinált mikroszkópként. A modern képelemző rendszerek szoftveres része több tucat algoritmust tartalmaz, amelyek a mikroszkópikus struktúrák számának és méretének, a szövet topológiájának, az objektumok térbeli eloszlásának stb.
Az ilyen rendszerek képesek biztosítani a szövettani preparátumok vizuális szűrését, és például a képelemzés során kapott adatok szinkronizálását a daganatok genetikai profiljával. Egyes rendszerek képesek diagnosztikai döntéseket hozni, ami az úgynevezett szakértői rendszerek kategóriájába sorolja őket. Képesek rangsorolni a daganatokat súlyosságuk szerint, és megjósolni a betegek túlélését is [Bourzac, 2013].
Az a pillanat, amikor a kutatási problémákat matematikai modellek segítségével kezdik megoldani, egy tudományág fejlődésének egy bizonyos szakaszát jelzi. Az ilyen modellek szövettani alkalmazásának illusztrációjaként megemlíthetjük Denis Noble angol kutató munkásságát. 1960-ban még diákként javasolta a szívizomsejtek matematikai modelljét . Tesztje azt mutatta, hogy egyetlen sejt elektromos potenciáljának megváltoztatásával reprodukálhatja a szívösszehúzódások ritmusát. Később D. Noble tovább bonyolította a feladatot a szívszövet modellezésével, és az 1990-es években modelljei elkezdték figyelembe venni a szív anatómiai felépítésének részleteit [Noble, 2002]. Jelenleg az antiarrhythmiás szerek hatásának tesztelésére használják.
Példa egy másik matematikai modellre, amely a szöveti struktúrák térben és időben történő fejlődését írja le, a hasnyálmirigy organogenezisének interaktív modellje. Animált felületet használ, amely lehetővé teszi a szimuláció eredményeinek vizuális megfigyelését, valamint a modellel való interakciót. A mirigysejteket autonóm ágensekként utánozzák, amelyek érzékelik a környezeti jeleket és reagálnak azokra. Az animált felület a 3D GameStudio motoron alapul, amely egy kereskedelmi szoftvertermék, amelyet számítógépes játékok és virtuális valóság alkalmazások fejlesztésében használnak [Setty et al., 2008].
Jelenleg a kvantitatív szövettan alkalmazásai a következőkre irányulnak:
● A szövetek és/vagy sejtek jellemzőinek objektív értékelésére szolgáló módszerek kidolgozása.
● Új (kvantitatív) kritériumok felkutatása a szöveti funkció értékelésére, valamint a kóros folyamatok markereire.
● A szövettani preparátumok elemzésének automatizálása. Ez lehetővé teszi a gyógyszerek speciális képelemző rendszerekkel történő diagnosztikus szűrésének felgyorsítását, és ennek eredményeként a betegek célzott ellátásának kijelölését.
● Algoritmusok fejlesztése olyan számítógépes rendszerek számára, amelyek segíthetik az orvosokat a diagnózis felállításában. Számos ilyen rendszer szoftveres része mesterséges intelligencia elemeket tartalmaz, így képesek önállóan diagnosztikai döntéseket hozni. Ez csak a szövettani minta kritikus jellemzőinek mennyiségi változók formájában történő bemutatása után válik lehetővé.
A kvantitatív szövettan témájával kapcsolatos anyagok tudományos monográfiákban találhatók [Glaser et al., 2007; Nikonenko, 2013 ] és széles tudományos profilú folyóiratok. Vannak azonban olyan szakfolyóiratok, mint például az Analytical and Quantitative Cytology and Histology (AQCH). Ez a Nemzetközi Citológiai Társaság (Nemzetközi Citológiai Akadémia) és az Olasz Urológiai Patológiai Társaság hivatalos kiadványa.
Az Image Analysis & Stereology a Nemzetközi Sztereológiai Társaság hivatalos kiadványa. Oldalain morfometriával, sztereológiával, képfeldolgozással és -elemzéssel, matematikai morfológiával, sztochasztikus geometriával és egyéb témákkal kapcsolatos anyagok találhatók.
A Journal of Diagnostic Pathology egy nyílt hozzáférésű kiadvány, amely csak elektronikus formában létezik, és az orvosi diagnosztika területén kutatási adatokat közöl. A folyóirat figyelmet fordít a diagnosztika molekuláris biológiai, morfometriai (sztereológia, DNS-analízis, szintaktikai szerkezetelemzés) és kommunikációs (telemedicina, virtuális mikroszkópia stb.) vonatkozásaira.
A kvantitatív szövettannal kapcsolatos anyagok megtalálhatók a Microscopy Research and Technique , Journal of Microscopy , Cytometry Part A, Cytometry Part A , Cytometry B Part: Clinical Cytometry » ( Cytometry Part B: Clinical Cytometry ) tudományos folyóiratokban is.
| Szövettan | |
|---|---|
| Szövettani módszerek | |
| Kapcsolódó cikkek | |