生物医学电子显微镜应用

1电子显微镜技术在医学领域应用特点

随着科学技术的发展,电子显微镜放大倍数已从第一台电镜的十几倍提高到现在的百万倍,因此在生物医学领域利用高性能的电子显微镜观察细胞中各种细胞器正常的和病理的超微结构,诸如内质网、线粒体、高尔基体、溶酶体、细胞骨架系统等,对探明病因和治疗疾病有很大帮助。通过研究细胞结构和功能的关系,也可以研究细胞的通讯与运输、分裂与分化、增殖与调控等生命活动的规律,电子显微镜也可结合各种制样技术观察病毒、细菌、支原体、生物大分子等的超微结构,是现代生物医学研究不可替代的工具。

2电子显微镜技术在肿瘤诊断中的应用

电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的,光学显微镜的分辨率为0.2μm,透射电子显微镜的分辨率为0.2nm,也就是说透射电子显微镜在光学显微镜的基础上放大了1000倍。因此,透射电子显微镜突破了光学显微镜分辨率低的限制,成为了诊断疑难肿瘤的一种新的工具。有研究报道,无色素性肿瘤、嗜酸细胞瘤、肌原性肿瘤、软组织腺泡状肉瘤及神经内分泌肿瘤这些在光镜很难明确诊断的肿瘤,利用电镜可以明确诊断[3-5]。电镜主要是通过对超微结构的精细观察,寻找组织细胞的分化标记,确诊和鉴别相应的肿瘤类型。细胞凋亡与肿瘤有着密切的关系,电镜对细胞凋亡的研究起着重要的作用,因此利用电镜观察细胞的超微结构病理变化和细胞凋亡情况,将为肿瘤的诊断和治疗提供科学依据。

3电子显微镜技术在肿瘤鉴别诊断中的应用

透射电子显微镜观察的是组织细胞、生物大分子、病毒、细菌等结构,能够观察到不同病的病理结构,也可以鉴别一些肿瘤疾病,有研究报道电子显微镜技术通过超微结构观察可以区分癌、黑色素瘤和肉瘤以及腺癌和间皮瘤;可区别胸腺瘤、胸腺类癌、恶性淋巴瘤和生殖细胞瘤;可区别神经母细胞瘤、胚胎性横纹肌瘤、Ewing氏肉瘤、恶性淋巴瘤和小细胞癌;可区别纤维肉瘤、恶性纤维组织细胞瘤、平滑肌肉瘤和恶性神经鞘瘤以及区别梭形细胞癌和癌肉瘤(杨光华,1992)[6-10]。

4电镜在肾活检病理诊断中应用

肾穿活检对了解疾病发生、发展及选择治疗方法是十分重要的,可以提高诊断的准确性。目前采用的方法有免疫组化和电子显微镜检查,电子显微镜检查可以弥补光学显微镜分辨率不高的缺陷,可观察到光镜所看不到的成分的超微结构病理变化,特别是上皮细胞、系膜、肌膜细胞和间质的改变,确定有无电子致密物沉着及其沉着部位。Siegel等曾报道,经对213例肾病活检资料分析,发现有11%的病例需要用电镜作出正确诊断,有36%病例肾的超微结构改变对光镜诊断提供确诊或亚分类,如遗传性肾炎,此病肾小球的组织学特征无特殊改变,唯电镜检查才能作出准确诊断[11]。

5电镜在代谢性疾病诊断中的应用

随着科学技术的进步,电镜的应用越来越广泛,已有研究报道,电镜在肝脏代谢性疾病、软组织系统疾病诊断中的作用值得肯定。Mierau等(1997)认为电镜对影响儿童神经系统代谢储积性疾病的诊断起着决定作用,而且对此类疾病诊断特别是对那些需要明确界定的溶酶体储积病的诊断起着不可替代的作用。在肝脏代谢性疾病诊断中,如wilson病是一种先天的代谢性疾病,线粒体在早期的病理变化对病理诊断是非常有价值的。在软组织系统疾病诊断中,Kyriacou等认为电镜对3种主要类型肌病的诊断很有用:①空泡性肌病;②代谢性肌病;③先天性肌病。这些疾病中大约15%～20%的肌肉活检需要进一步应用电镜检查资料作为最终诊断的前提[12-13]。

6电子显微镜技术在病毒领域中的应用

揭示病毒的结构或新病毒的发现与鉴别都是电镜的经典应用,因为病毒是最小的生命形态,只有应用电镜才可以对它进行直接观察,在整个生物医学界,利用电镜研究受益最多的是病毒学领域。目前,电镜技术不仅成为病毒快速诊断的常规技术手段,而且在肿瘤病毒基因及各种免疫病、腹泻病等重要研究领域中也起着不可替代的作用。一般组织内的病毒,可以利用超薄切片技术进行,通过取材、固定、脱水、浸透、包埋、聚合、修块、超薄切片及染色后用透射电镜观察病毒大小、形态、排列及其复制组装、成熟的过程及病毒包涵体的形态特征。通过形态特征再结合病毒的核酸和蛋白分子生物学特性,可以对致病病毒进行鉴定和分类。鉴别诊断病毒的另外一种方法就是负染技术。电镜负染技术是一种快速简便的操作程序,是病毒性致病因子电镜诊断常用的方法,在新病毒的发现中作出了重要贡献。一般是将病毒分离提纯出来,分离提纯主要是将病毒从细胞中裂解出来,然后进行离心沉淀30min除去细胞碎片,取上清液制片,然后进行染色。如果病毒含量太少,则需制成悬浮液制片。制片后用磷钨酸染液染色约1min左右后晾干,然后上电镜观察病毒的形态、结构等特征以鉴别诊断病毒属性。负染色的特点是反差强,分辨力高,操作简便,节省时间,可以看到病毒的亚单位结构。免疫电镜技术能使抗原和抗体在超微结构水平上得到精细检测和定位,陈德蕙等报道免疫电镜技术的应用更提高了病毒快速诊断的敏感性和特异性。常国权等应用固相免疫电镜技术成功地对鸡贫血病病毒(CAV)进行了检测;焦仁杰用生物素标记腺病毒的基因探针与整装抽提的细胞进行电镜原位杂交技术,成功地证明了腺病毒DNA与核骨架的紧密结合关系和胶体金颗粒族状与串珠状结合在核骨架上;程安春等采用胶体金标记羊抗兔的免疫电镜技术检测了鸭肝炎病毒(DVHV)QL7。目前,国外研究人员已利用该项技术成功地检测出了猪传染性胃肠炎冠状病毒(TGEV)、犬细小病毒(CPV)、SV40病毒、轮状病毒、Sabin毒株及西方型马脑炎病毒(WEEV)。因此,病毒性疾病的诊断离不开电镜,电子显微技术是确定各种病毒形态结构最有用的工具。

7结束语

随着显微医学的发展,电镜技术将会与免疫学、分子生物学和摄影技术、计算机等技术相结合,更好的为医学研究提供平台,还会利用计算机建立三维立体图象,确切定位细胞位置及状态,总之,电镜技术与其他实验技术的结合最终会推动整个生物医学科学研究。