염색 (생물학)
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1. 개요
염색 (생물학)은 세포나 조직의 형태나 위치를 관찰하고 연구하기 위해 특정 색상을 입히는 과정으로, in vitro(시험관 내)와 in vivo(생체 내) 염색으로 구분된다. 염색은 세포학적 세부 사항을 밝히거나 특정 화학 물질 또는 반응의 위치를 파악하는 데 사용되며, 습식 표본, 고정, 매염제 처리 등 다양한 전처리 단계를 거쳐 수행된다. 염색 기법에는 단순 염색, 차별 염색, 그람 염색, H&E 염색 등 여러 종류가 있으며, 아크리딘 오렌지, 헤마톡실린, 에오신, 사프라닌 등 다양한 염료가 사용된다. 염료를 흡수하는 조직의 성질을 색성이라고 하며, 전자 현미경에서는 인산텅스텐산이나 사산화 오스뮴과 같은 중금속 화합물을 사용하여 대비를 높인다.
염색은 크게 생체 내(in vivo) 염색과 시험관 내(in vitro) 염색으로 나뉜다. 생체 내 염색은 살아있는 조직에 염색하는 방법이고, 시험관 내 염색은 생체에서 분리된 세포나 조직을 염색하는 방법이다.
염색 전처리 과정은 분석 목적과 시료의 특성에 따라 달라진다.
2. in vitro 염색과 in vivo 염색
생체 내 염색은 살아있는 세포나 조직을 염색하여 형태나 위치, 또는 특정 화학 물질 및 반응을 관찰하는 데 사용된다. 하지만 염료는 생체에 독성이 있을 수 있으므로 매우 묽게 사용해야 한다.
시험관 내 염색은 여러 염료를 조합하여 더 자세한 정보를 얻을 수 있으며, 고정 및 표본 준비 과정을 통해 일관된 결과를 얻어 진단 도구로 활용할 수 있다. 이때, 주 염색으로 잘 보이지 않는 부분을 보기 위해 대조 염색을 사용하기도 한다.
2. 1. in vivo 염색
생체 염색(생체 내 염색 또는 생체 염색이라고도 함)은 살아있는 조직을 염색하는 과정이다. 특정 세포 또는 구조가 대비되는 색상을 갖도록 함으로써 세포 또는 조직 내의 형태(형태) 또는 위치를 쉽게 관찰하고 연구할 수 있다. 일반적인 목적은 그렇지 않으면 명확하지 않을 수 있는 세포학적 세부 사항을 밝히는 것이지만, 염색은 특정 화학 물질 또는 특정 화학 반응이 세포 또는 조직 내에서 어디에서 발생하는지 밝힐 수도 있다.
종종 이러한 염색은 '''생체 염색'''이라고 불리며, 세포가 살아있는 동안 색소가 생체 내로 흡수된다. 그러나 이러한 색소는 많은 생물에게 독성이 있기 때문에, 원하는 효과를 얻기 위해서는 색소를 매우 묽게 희석하여 사용해야 한다. (Howey, 2000) ''생체 내'' 염색에 사용되는 많은 염색법은 색소의 사용 농도를 바꾸면 살아있는 세포와 죽은 세포 모두에 사용할 수 있다.
2. 2. in vitro 염색
시험관 내 염색은 생체에서 분리된 세포나 조직에 색상을 입히는 것을 말한다. 특정 염료를 조합하여 사용하면 단일 염료만으로는 얻을 수 없는 더 자세한 특징을 밝힐 수 있다. 고정 및 표본 준비 과정을 거치면 일관되고 반복 가능한 결과를 얻을 수 있으며, 이는 진단 도구로 활용된다. 대조 염색은 주 염색으로 잘 보이지 않는 세포나 구조를 더 잘 보이게 하기 위해 사용되는 염료이다.3. 염색 전처리
투과 처리는 세포의 세포막을 용해하여 염료가 세포 내부로 잘 침투하도록 돕는 과정으로, 주로 순한 계면활성제를 사용한다.
장착은 시료를 슬라이드 글라스에 부착하여 관찰 및 분석을 용이하게 하는 과정이다. 얇은 세포 샘플은 슬라이드에 직접 적용하고, 큰 조직은 미세 절단기로 얇게 잘라 장착한다.
3. 1. 습식 표본
습식 표본은 살아있는 유기체를 관찰하는 데 사용되며 물과 특정 염료를 사용하여 만들 수 있다. 액체는 유기체를 추가하기 전에 슬라이드에 추가하고 커버 슬립은 물과 염료로 표본 위에 놓아 시야 내에 포함되도록 한다.[1]
3. 2. 고정 (조직학)
고정은 세포나 조직의 형태를 가능한 한 많이 보존하기 위한 여러 단계로 이루어진다. 때로는 열 고정을 사용하여 표본을 죽이고, 부착하고, 변경하여 염료를 받아들이게 한다. 대부분의 화학적 고정제(고정을 유발하는 화학 물질)는 샘플 내의 단백질과 기타 물질 사이에 화학 결합을 생성하여 강성을 증가시킨다. 일반적인 고정제로는 포름알데히드, 에탄올, 메탄올, 피크르산 등이 있다.[2] 조직 조각은 기계적 강도와 안정성을 높이고 얇은 조각으로 쉽게 자르기 위해 파라핀 왁스에 넣을 수 있다.[2]
3. 3. 매염제
매염제는 그렇지 않으면 염색할 수 없는 물질을 염색하게 하는 화학 물질이다.[2]
매염제는 두 가지 범주로 분류된다.[2]
a) 염기성 매염제: 산성 염료와 반응한다. 예시: 명반, 황산제일철, 세틸피리디늄 클로라이드.[2]
b) 산성 매염제: 염기성 염료와 반응한다. 예시: 피크르산, 탄닌산.[2]
| 간접 염색 기술 | 적용된 매염제 |
|---|---|
| 그람 염색 | 그람 요오드 |
| 세포벽 염색 | |
| 편모 염색 | |
| 스피로헤타 염색 |
몇몇 염색법에서는 염색된 색소를 불용화하기 위해 세척 전에 매염제를 사용하기도 한다.
3. 4. 투과성 부여
투과성 부여는 세포를 순한 계면활성제로 처리하는 것을 포함한다. 이 처리는 세포막을 용해시켜 더 큰 염료 분자가 세포 내부로 들어갈 수 있게 한다.[1]3. 5. 장착
일반적으로 관찰 및 분석을 위해 시료를 슬라이드 글라스에 부착하는 과정을 장착이라고 한다. 경우에 따라 세포를 슬라이드에서 직접 배양할 수 있다. 혈액 도말 또는 파파니콜라우 검사와 같은 얇은 세포 샘플은 슬라이드에 직접 적용할 수 있다. 더 큰 조직 조각은 미세 절단기를 사용하여 얇은 절편(조각)을 만들어 장착하여 검사할 수 있다.[2]3. 6. 표준화
현미경에서 일반적으로 사용되는 대부분의 염료는 '''BSC 인증 염료'''로 제공된다. 이는 제조업체의 배치 샘플이 생물학적 염료 위원회(BSC)라는 독립 기관에서 테스트를 거쳤으며, 특정 순도, 염료 함량 및 염색 기술 성능 표준을 충족하거나 초과하여 보다 정확하게 수행된 실험과 더 신뢰할 수 있는 결과를 보장함을 의미한다. 이러한 표준은 위원회의 저널 Biotechnic & Histochemistry에 게재된다.[3] 많은 염료는 공급업체에 따라 구성이 일치하지 않기 때문에, BSC 인증 염료를 사용하면 예상치 못한 결과의 원인을 제거할 수 있다.[21]일부 판매업체는 생물학적 염료 위원회가 아닌 자체적으로 "인증"된 염료를 판매하는데, 이러한 제품은 진단 및 기타 응용 분야에 적합할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.[4]
4. 염색 기법의 종류
생체 외(in vitro) 염색은 살아있지 않은 세포나 조직에 색을 입히는 것이다. 생체 외(in vitro)는 "유리 안"을 의미하며, 생체 내(in vivo)와 대비된다. 단독 염색보다 더 자세한 정보를 얻기 위해 여러 염색법을 조합하여 사용하기도 한다.
'''대조 염색'''은 세포를 잘 보이게 하거나 주요 염색법으로 염색되지 않은 세포를 추가로 염색하는 것이다. 예를 들어, 그람 염색에서 크리스탈 바이올렛 염색은 그람 양성균만 염색하지만, 사프라닌 대조 염색은 그람 음성균을 포함한 모든 세포를 염색하여 구별한다.[1]
일반적인 염색 과정은 다음과 같다.
- '''투과 처리''': 세포를 약한 계면활성제로 처리하여 세포막을 용해시켜 큰 색소 분자가 세포 내로 들어가게 한다.
- '''고정''': 세포나 조직의 형태를 최대한 보존하기 위해 포름알데히드, 에탄올, 메탄올, 피크르산 등의 고정액을 사용하여 단백질과 다른 물질 사이에 화학 결합을 만들어 경도를 증가시킨다.
- '''마운팅''': 관찰과 분석을 위해 슬라이드 글라스에 샘플을 부착한다.
4. 1. 음성 염색
음성 염색은 세균을 간단하게 염색하는 방법으로, 일반적인 양성 염색이 실패해도 성공하는 경우가 많다. 이 방법은 슬라이드에 표본을 묻힌 다음 니그로신(검은색 합성 염료) 또는 인디아 잉크(탄소 입자의 수성 현탁액)를 적용한다. 건조 후, 미생물은 주변의 어두운 환경과 뚜렷하게 대비되는 밝은 포함물로 명시야 현미경을 통해 관찰할 수 있다.[5] 음성 염색은 미생물의 세포벽이 주로 음전하를 띠어 음전하를 띤 염료를 밀어내기 때문에, 유기체 대신 배경을 염색한다. 음성 염색에 사용되는 염료는 산성이다.[1] 또한, 음성 염색은 미생물을 파괴하지 않는 순한 기술이므로, 병원체를 연구하기에는 적합하지 않다.
4. 2. 양성 염색
양성 염색은 밝은 배경에서 표본을 염색하기 위해 염기성 염료를 사용한다. 발색단은 음성 염색과 양성 염색 모두에 사용되지만, 양성 염색에 사용되는 발색단은 음이온 대신 양이온이다. 많은 미생물의 음전하 세포벽은 양전하 발색단을 끌어당겨 표본이 사용되는 염료의 색상을 흡수하게 한다. 양성 염색은 미생물학에서 음성 염색보다 더 일반적으로 사용된다.[1]4. 3. 단순 염색과 차별 염색
단순 염색은 한 번에 슬라이드에 한 종류의 염료만 사용하는 기술이다. 하나의 염료만 사용되기 때문에, 검체(양성 염색의 경우) 또는 배경(음성 염색의 경우)은 한 가지 색상으로 나타난다. 따라서 단순 염색은 일반적으로 슬라이드당 하나의 유기체만 관찰하는 데 사용된다. 차별 염색은 슬라이드당 여러 개의 염료를 사용한다. 사용되는 염료에 따라 서로 다른 특성을 가진 유기체는 다른 색상으로 나타나 여러 검체를 분류할 수 있다. 차별 염색은 또한 내생포자 염색에서 볼 수 있듯이 하나의 유기체 내에서 다른 소기관을 염색하는 데에도 사용될 수 있다.[1]'''대조 염색'''은 보이는 세포나 주요 염색법으로 염색되지 않은 세포에 추가된다. 예를 들어, 크리스탈 바이올렛 염색은 그람 양성균만 염색하는 그람 염색이다. 사프라닌 대조 염색은 그람 음성균을 마찬가지로 식별하기 위해 모든 세포를 염색하는 데 사용된다.
4. 4. 일반적인 염색 기법
단순 염색은 한 번에 슬라이드에 한 종류의 염료만 사용하는 기술이다. 하나의 염료만 사용되기 때문에, 검체(양성 염색의 경우) 또는 배경(음성 염색의 경우)은 한 가지 색상으로 나타난다. 따라서 단순 염색은 일반적으로 슬라이드당 하나의 유기체만 관찰하는 데 사용된다. 반면 차별 염색은 슬라이드에 여러 염료를 사용한다. 사용되는 염료에 따라 서로 다른 특성을 가진 유기체는 다른 색상으로 나타나 여러 검체를 분류할 수 있다. 차별 염색은 내생포자 염색과 같이 하나의 유기체 내에서 다른 소기관을 염색하는 데에도 사용될 수 있다.[1]생체 외(in vitro) 염색은 살아있지 않은 세포나 조직에 색을 입히는 것이다. 생체 외(in vitro)는 "유리 안"을 의미하며, 생체 내(in vivo)와 대비된다. 단독 염색보다 더 자세한 정보를 얻기 위해 여러 염색법을 조합하여 사용하기도 한다.
'''대조 염색'''은 세포를 잘 보이게 하거나 주요 염색법으로 염색되지 않은 세포를 추가로 염색하는 것이다. 예를 들어, 그람 염색에서 크리스탈 바이올렛 염색은 그람 양성균만 염색하지만, 사프라닌 대조 염색은 그람 음성균을 포함한 모든 세포를 염색하여 구별한다.
일반적인 염색 과정은 다음과 같다.
- '''고정''': 세포나 조직의 형태를 최대한 보존하기 위해 포름알데히드, 에탄올, 메탄올, 피크르산 등의 고정액을 사용하여 단백질과 다른 물질 사이에 화학 결합을 만들어 경도를 증가시킨다.
- '''마운팅''': 관찰과 분석을 위해 슬라이드 글라스에 샘플을 부착한다.
4. 4. 1. 그람 염색
그람 염색은 세균의 세포벽 구조 차이를 이용하여 그람 양성균과 그람 음성균을 구별하는 염색법이다. 이 염색법은 크리스탈 바이올렛, 요오드, 사프라닌 등의 염료를 사용한다.[7]그람 양성균은 짙은 청색이나 청자색으로 염색되고, 그람 음성균은 사프라닌과 같은 대조 염색에 의해 적색이나 분홍색으로 염색된다. 이 분류는 세균의 세포벽의 구성에 기초한다. 그람 양성균의 세포벽은 단순하고 두꺼운 펩티도글리칸층으로 형성되어 있는 반면, 그람 음성균의 세포벽은 펩티도글리칸층은 얇고, 리포다당 등의 지질을 많이 포함한 외막으로 덮여 있다. 이 때문에 그람 음성균의 세포벽은 알코올에 의해 파괴되기 쉽고, 처음 염색한 크리스탈 바이올렛-요오드 복합체가 용이하게 용출되어 탈색된다.[7]
4. 4. 2. 항산성 염색 (Ziehl-Neelsen 염색)
Ziehl–Neelsen 염색은 그람 염색과 같은 표준 실험실 염색 절차로는 염색되지 않는 ''결핵균'' 종을 염색하는 데 사용되는 항산성 염색이다.[1]이 염색은 세균을 염색하는 붉은색 카볼푸크신과 메틸렌 블루와 같은 대조 염색을 사용하여 수행된다. 결핵균, 비결핵항산균 등의 염색에 사용된다.
균체를 붉은 카볼푸크신으로, 배경을 메틸렌 블루나 말라카이트 그린 등으로 염색한다.
4. 4. 3. 내생포자 염색
내생포자 염색은 세균을 죽이기 매우 어렵게 만드는 내생포자의 유무를 식별하는 데 사용되는 염색법이다. 세균 포자는 수성 염료 시약에 투과되지 않아 염색하기 어렵다.[1] 내생포자 염색은 특히 ''클로스트리디오이데스 디피실''과 같은 내생포자 형성 세균 병원체를 식별하는 데 유용하다.[8]과거에는 열 고정과 대조 염색을 사용하는 비르츠(Wirtz) 방법으로 내생포자 염색을 수행했다. 이 방법은 말라카이트 그린과 희석된 비율의 카볼 푸크신을 사용하고, 세균을 오스미산에 고정하여 염료가 혼합되지 않도록 했다. 그러나 최근 수정된 염색 방법으로 염색 시간이 상당히 단축되었다. 이 방법은 카볼 푸크신을 수성 사프라닌으로 대체하고, 새롭게 희석된 5% 말라카이트 그린 공식을 사용한다. 염색 후 열 고정, 헹굼, 건조 과정을 거쳐 검사하면 모든 내생포자 형성 세균은 녹색으로, 다른 세포는 빨간색으로 염색된다.[8]
4. 4. 4. H&E 염색 (헤마톡실린-에오신 염색)
헤마톡실린과 에오신 염색(H&E 염색)은 얇은 조직 절편을 검사하기 위해 조직학에서 자주 사용된다.[9] 헤마톡실린은 세포 핵을 파란색으로 염색하는 반면, 에오신은 세포질, 결합 조직 및 기타 세포 외 물질을 분홍색 또는 빨간색으로 염색한다.[9] 에오신은 적혈구에 강하게 흡수되어 밝은 빨간색으로 착색된다. 숙련된 H&E 준비에서는 적혈구가 거의 주황색을 띠고 콜라겐과 세포질 (특히 근육)이 다양한 분홍색 음영을 띤다.'''헤마톡실린-에오신 염색'''(HE 염색, H&E 염색)은 조직학에서 조직 박편을 관찰하는 데 자주 사용되는 염색법이다. '''헤마톡실린'''은 청자색 색소이며, 이에 염색되는 조직을 헤마톡실린 친화성 또는 호염기성이라고 한다. 헤마톡실린에 염색되는 구체적인 조직에는 세포핵, 골 조직, 연골 조직의 일부, 장액 성분 등이 있다. '''에오신'''은 빨강~분홍색 색소이며, 이에 염색되는 조직을 에오신 친화성 또는 호산성이라고 한다. 에오신에 염색되는 구체적인 조직에는 세포질, 연부 조직의 결합 조직, 적혈구, 섬유소, 내분비 과립 등이 있다. 특히 적혈구는 에오신을 강하게 흡수하여 밝은 빨강색으로 염색된다. 청람색으로 염색되기도 한다.
에오신은 에오진이라고도 한다.
'''헤마톡실린'''(haematoxylin [영], hematoxylin [미])은 핵을 청자색 또는 갈색으로 염색하며, 매염제가 필요하다. 조직학에서 공통적으로 사용되는 방법 중 하나인 헤마톡실린-에오신 염색에서 에오신과 함께 항상 사용된다. 헤마톡실린 색소로 핵을 암자색으로, 에오신 색소로 세포질을 적황색으로 염색하여, 포르말린 고정 파라핀 포매된 조직의 박절 표본을 염색하는 방법이 전 세계적으로 보급되어 있다.
광학 현미경을 사용한 조직학적 연구나, 병리 진단 등에서 가장 일반적으로 사용되는 염색법이며, 염색법의 머리글자를 따서 HE 염색(에이치·이 염색)이라고도 약칭된다. 또한 헤마톡실린 염색은 면역조직화학(면역 염색)을 실시한 후의 핵 염색 (대비 염색과 거의 동의어)에도 널리 사용된다.
'''에오신'''(eosin)은 헤마톡실린의 대조 염색에 가장 많이 사용되며 세포질, 세포막, 일부 세포외 구조를 분홍색이나 빨간색으로 염색한다. 이것은 적혈구에 강한 붉은색을 띤다. 에오신은 그람 염색의 대조 염색 및 다른 많은 절차에도 사용할 수 있다. 에오신에는 두 가지의 매우 근연 화합물이 있다. 자주 사용되는 것은 '''에오신 Y'''(eosin yellowish, 에오신 Y ws)이며, 매우 옅은 황색을 띤 종류이다. 또 다른 에오신은 '''에오신 B'''(eosin bluish 또는 imperial red)로, 매우 희미하게 푸른 기운을 띤 종류이다. 두 염료는 호환성이 있으며, 어느 것을 사용할지는 취향과 전통의 문제이다.
4. 4. 5. 파파니콜로 염색
파파니콜라우 염색법 (PAP 염색)은 염색 시간과 비용을 절감하면서도 세포 검사의 질을 유지하기 위해 개발된 세포진 검사 염색법이다. 이 염색법은 다양한 기관에서 채취한 세포 샘플을 검사하는 데 널리 사용된다.[10] 특히 자궁경부 도말 검사 표본 염색에 자주 사용된다.[10]이 염색법은 헤마톡실린, 오렌지 G, 에오신 Y, 라이트 그린 SF 황색 등의 염료를 사용하며, 때로는 비스마르크 브라운 Y를 사용하기도 한다.[9][10][11] 파파니콜로 염색에서 핵은 헤마톡실린으로, 세포질은 오렌지 G, 라이트 그린, 에오신으로 염색되며, 유지질은 비스마르크 브라운으로 염색된다.
PAP 염색은 여러 번의 수정을 거쳐 세침 흡인 세포 검사(FNAC)의 "적절한 대안"으로 자리 잡았다.[10] 이러한 변화는 핵의 구조를 보존하는 습식 고정 도말의 가치를 인정하면서 시작되었으며, 초고속 파파니콜라우 염색으로 알려진 습식 고정 및 공기 건조 혼합 염색법 개발로 이어졌다. 세포 투명도를 높이기 위해 생리식염수를 사용하거나 핵의 색상을 강화하기 위해 알코올성 포르말린을 사용하는 방법 등이 포함된다.[10]
4. 4. 6. PAS 염색 (주기산-쉬프 염색)
주기산-쉬프 염색(PAS 염색)은 탄수화물(글리코겐, 당단백질, 프로테오글리칸)을 표지하기 위해 사용되는 조직학적 특수 염색법이다.[12] PAS 염색은 글리코겐 축적이 이루어지는 간 조직에서 흔히 사용되며, 다양한 유형의 글리코겐 축적 질환을 구별하기 위한 시도로 수행된다. 난소와 내분비계의 췌장 종양, 신장계의 방광과 신장에서 발견되는 글리코겐 과립을 감지할 수 있기 때문에 중요하다. 기저막 역시 PAS 염색에서 나타날 수 있으며, 신장 질환 진단에 중요할 수 있다. 곰팡이의 균사 및 효모 형태 세포벽 내에 다량의 탄수화물이 존재하기 때문에 주기산-쉬프 염색은 인체 조직 샘플 내에서 이러한 종들을 찾는 데 도움이 될 수 있다.[12]과요오드산 시프 반응이라고도 불린다. 주로 글리코겐을 염색하는 염색법으로, 세포질 내 글리코겐 과립, 아포크린 땀샘 등에서의 분비물, 세균이나 기생충 등의 생체 내 이물질, 케라토히알린 과립 등이 PAS 반응 양성으로 나타난다. 콜라겐 섬유, 혈관 내피 등은 PAS 반응 약양성이다. 병리조직학적으로는 세포 내 이물질 검출, 글리코겐 변성 증명, 혈관 내피 검출 등에 사용된다.
4. 4. 7. 매슨 삼색 염색법 (Masson's trichrome)
마손의 삼색 염색법은 (이름에서 알 수 있듯이) 3가지 색상을 사용하는 염색 기법이다.[1] 이 기법은 마손의 원래 기술에서 발전하여 다양한 특정 용도로 사용되지만, 모두 세포와 주변 결합 조직을 구별하는 데 적합하다.[1] 대부분의 기법은 케라틴과 근육 섬유를 빨간색으로, 콜라겐과 뼈를 파란색 또는 녹색으로, 세포질을 옅은 빨간색 또는 분홍색으로, 그리고 검은색 세포 핵을 염색한다.[1]매슨 트리크롬 염색법은 3색 염색법이다.[1] 이 염색법의 레시피는 매슨 염색법의 최초의 다른 용법에서 발전되었지만, 모두 주변 결합 조직에서 세포를 구별하는 데 적합하다.[1] 대부분의 레시피는 편평 상피 세포의 케라틴, 근육 세포의 근원 섬유, 섬유소를 붉게 염색하고, 콜라겐 세포 외 기질과 뼈 기질을 청색 또는 녹색으로 염색하며, 대부분의 세포의 세포질을 밝은 붉은색으로, 세포핵을 검은색으로 염색한다.[1]
4. 4. 8. 로마노프스키 염색
로마노프스키 염색은 다색 염색 효과를 가지며, 에오신과 환원된 메틸렌 블루(아주르 A와 아주르 B 포함)의 조합을 기반으로 한다.[13] 이 염색은 세포 구조에 다양한 색상을 나타내어 중성구 다형핵 백혈구와 세포 핵을 염색하는 데 사용된다. 라이트 염색, 제너 염색, 메이-그룬발트 염색, 레이시만 염색, 김자 염색 등이 로마노프스키 염색의 일반적인 변형에 속한다.[13]이러한 염색들은 혈액이나 골수 샘플 검사에 사용되며, 다양한 백혈구를 쉽게 구별할 수 있어 H&E 염색보다 선호된다.[13] 또한 말라리아와 같은 혈액 매개 기생충 검출에도 적합하다.[13]
| 염색 종류 | 설명 |
|---|---|
| 라이트 염색 | |
| 제너 염색 | |
| 레이시만 염색 | |
| 김자 염색 | |
| 메이-김자 염색 |
이 염색들은 모두 골수생검이나 골수 천자액, 말초 혈액 도말 검체를 보는 데 사용된다.
4. 4. 9. 은 염색
은 염색은 조직 절편에서 단백질(예: III형 콜라겐)과 DNA를 검출하는 데 사용되는 염색법이다.[1] 세포 내부와 외부의 물질을 모두 보여주는 데 사용되며, 온도 구배 젤 전기영동에도 사용된다.[1]은 염색의 원리는 다음과 같다. 먼저, ''아르겐타핀 세포''는 포름알데히드 고정 후 은 용액을 금속 은으로 환원시킨다. 이 방법은 카밀로 골지가 발견했다(골지 염색법 참조).[1] ''아르기로필 세포''는 환원제(예: 하이드로퀴논, 포름알데히드)에 노출된 후 은 용액을 금속 은으로 환원시킨다.[1]
은 염색은 조직 절편이나 폴리아크릴아미드 겔 전기 영동 등으로 분리한 단백질이나 핵산을 은으로 염색하는 방법이다. 은 이온을 단백질 또는 DNA에 결합시키고, 포르마잔으로 환원하여 금속 은으로 만든다. 이는 은 거울 반응을 응용한 것이다. 은 염색은 세포 내외에 존재하는 은 친화성 단백질이나 DNA를 관찰하는 데 특히 중요하다.
4. 4. 10. 수단 염색
수단 염색은 수단 염료를 사용하여 수단친화성 물질, 주로 지질을 염색하는 방법이다. 수단 III, 수단 IV, 오일 레드 O, 수단 블랙 B 등이 자주 사용된다.[1] 수단 염색은 지방변증 진단에서 대변 지방의 수준을 결정하는 데 자주 사용된다.조직 내 지방 성분을 염색하는 염색법으로, 중성 지방을 등황색으로 염색한다. 포르말린-파라핀 블록으로부터 조직을 제작하는 경우, 그 과정에서 지방 성분이 유출되기 때문에 즈단 III 염색은 동결 절편을 사용해야 한다.
4. 4. 11. Wirtz-Conklin 염색
Wirtz-Conklin 염색은 말라카이트 그린을 1차 염색제로, 사프라닌을 대조 염색제로 사용하여 진정 내생포자를 염색하는 특수 기법이다. 염색 후에는 탈색되지 않으며, 염색 과정에서 열을 가하는 것이 매우 중요하다.[14] 열은 염료가 들어갈 수 있도록 포자의 막을 여는 역할을 한다. 이 염색의 주된 목적은 세균 포자의 발아를 관찰하는 것이다. 발아 과정 중인 포자는 말라카이트 그린에 의해 녹색으로, 주변 세포는 사프라닌에 의해 붉은색으로 염색된다. 또한, 이 염색은 세균 세포 내 포자의 위치(말단, 아말단, 중앙)를 파악하는 데에도 활용될 수 있다.내생포자 염색은 내생포자의 유무를 확인하는 데 사용되며, 특히 ''클로스트리디오이데스 디피실''과 같은 내생포자 형성 병원체를 식별하는 데 유용하다.[8] 과거에는 비르츠(Wirtz) 방법이 사용되었으나, 최근에는 카볼 푸크신 대신 수성 사프라닌을 사용하고, 5% 말라카이트 그린 용액을 사용하는 개선된 방법이 개발되어 염색 시간이 단축되었다.[8]
4. 4. 12. 콜라겐 하이브리다이징 펩타이드 (CHP) 염색
콜라겐 하이브리다이징 펩타이드(CHP) 염색은 효소, 기계적, 화학적 또는 열적 수단으로 손상되거나 분해된 모든 유형(I형, II형, IV형 등)의 변성 콜라겐을 쉽고 직접적으로 염색할 수 있게 해준다. 이들은 조직 내에서 이용 가능한 단일 가닥과 함께 콜라겐 삼중 나선 구조로 재접힘으로써 작용한다. CHP는 간단한 형광 현미경으로 시각화할 수 있다.[1]5. 일반적인 생물학적 염료
세포나 조직의 특정 구성 요소를 염색하기 위해 다양한 염료가 사용된다. 아래는 일반적인 생물학적 염료 목록이다. 별도로 표시되지 않은 경우, 이 염료들은 모두 고정된 세포와 조직에 사용할 수 있으며, 생체 염료(생물체에 사용하기 적합한)는 별도로 표기한다.
- 아크리딘 오렌지: 세포 주기 결정에 유용한 핵산 선택적 형광 양이온 염료이다. DNA와 RNA에 결합하여 형광을 낸다.
- 비스마르크 브라운: 산성 뮤신을 노란색으로 염색하며, 살아있는 세포에도 사용할 수 있다.
- 카민: 글리코겐을 붉게 염색하는 염료이며, 알루미늄을 매염제로 사용한다.
- 쿠마시 블루: 단백질을 비특이적으로 파란색으로 염색하며, 젤 전기영동에 자주 사용된다.
- 크레실 바이올렛: 신경 세포질의 산성 성분, 특히 니슬 소체를 보라색으로 염색하며, 뇌 연구에 주로 사용된다.
- 크리스탈 바이올렛: 매염제와 함께 세포벽을 자주색으로 염색하며, 그람 염색에 필수적이다.
- DAPI: DNA에 결합하여 강한 청색 형광을 나타내는 형광 핵 염색 시약이다.
- 에오신: H&E 염색에서 헤마톡실린의 대조 염색제로 사용되며, 세포질, 세포막 등을 분홍색이나 빨간색으로 염색한다. 적혈구를 강하게 붉은색으로 염색한다.
- 에티듐 브로마이드: DNA에 끼워넣기를 통해 결합하여 적등색 형광을 낸다. 세포 자멸사 확인 및 젤 전기 영동에서 DNA 위치 표지자로 사용된다.
- 산성 푸크신: 콜라겐, 평활근, 미토콘드리아 염색에 사용된다.
- 헤마톡실린: H&E 염색에 사용되며, 매염제와 함께 핵을 청자색 또는 갈색으로 염색한다.
- Hoechst 염색: DNA의 작은 홈에 결합하는 형광 색소로, 형광 현미경에서 DNA 염색에 자주 사용된다.
- 아이오딘: 전분의 지시약으로 사용되며, 루골 용액은 세포 세포핵을 더 잘 보이게 한다.
- 말라카이트 그린: 내생포자 염색이나 세균의 그람 염색에서 사프라닌에 대한 청록색 대조 염색제로 사용된다.
- 메틸 그린: 명시야 및 형광 현미경에서 세포의 크로마틴을 염색하는 데 사용된다.
- 메틸렌 블루: 동물 세포의 세포핵을 더 잘 관찰할 수 있도록 염색하며, 세포학에서 혈액 도말 염색에도 사용된다.
- 뉴트럴 레드: 핵을 붉게 염색하는 염료로, 대조 염색에 자주 사용된다.
- 나일 블루: 세포핵을 파란색으로 염색하며, 살아있는 세포에도 사용할 수 있다.
- 나일 레드: 친유성 염료로, 세포 내 지질 덩어리에 축적되어 붉게 염색하며, 생체 염색에 사용 가능하다.
- 프로피디움 아이오다이드: 세포 자멸사를 겪은 세포와 건강한 세포를 구별하는 데 유용한 형광 끼워넣는 물질이다.
- 로다민: 형광 현미경에서 일반적으로 사용되는 단백질 특이적 형광 염료이다.
- 사프라닌: 핵(DNA)을 붉게 염색하는 양이온 염료로, 대조 염색에 자주 사용되며, 그람 염색에서 그람 음성균을 식별할 수 있게 한다. 콜라겐을 노란색으로 염색한다.
5. 1. 아크리딘 오렌지
아크리딘 오렌지는 세포 주기 결정에 유용한 핵산 선택적 형광 양이온 염료이다. 세포 투과성이 있으며, 삽입 또는 정전기적 인력에 의해 DNA 및 RNA와 상호 작용한다. DNA에 결합되면 형광과 스펙트럼이 매우 유사하다. 형광과 마찬가지로 고전적으로 염색된 세포를 고체 조직 표면에서 백라이팅하는 데에도 유용하다(형광 백라이트 염색[15]).5. 2. 비스마르크 브라운
비스마르크 브라운(Bismarck brown, 비스마르크 브라운 Y 또는 맨체스터 브라운이라고도 함)은 산성 뮤신에 노란색을 띠게 한다. 살아있는 세포에도 사용할 수 있다.[1]5. 3. 카민
카민은 글리코겐을 강하게 붉은색으로 염색하는 염료이며, 카민 명반은 핵 염료이다. 카민 염색에는 알루미늄을 매염제로 사용해야 한다.5. 4. 쿠마시 블루
쿠마시 브릴리언트 블루는 단백질을 비특이적으로 강한 파란색으로 염색하는 염료이다. 젤 전기영동에 자주 사용된다. R-250과 G-250의 두 종류가 자주 사용된다. R-250은 각종 전기 영동 후 단백질의 위치를 검출하는 데 사용된다. 간편한 단백질 염색법이기 때문에 다용되지만, 감도는 은 염색보다 떨어진다. G-250은 단백질과 결합하면 색이 빨간색에서 파란색으로 변화하기 때문에, 차이 스펙트럼을 통해 단백질을 정량하는 데에도 사용된다(브래드포드법).[1]5. 5. 크레실 바이올렛
크레실 바이올렛은 신경 세포질의 산성 성분을 보라색으로 염색하며, 특히 니슬 소체를 염색하는 데 사용되는 염료이다. 주로 뇌 연구에 사용된다.5. 6. 크리스탈 바이올렛
크리스탈 바이올렛은 적절한 매염제와 조합하면 세포벽을 자주색으로 염색하며, 그람 염색에 필수적인 염료이다.[7]5. 7. DAPI
DAPI는 자외선에 의해 여기되어 DNA에 결합했을 때 강한 청색 형광을 나타내는 형광 핵 염색 시약이다.[17] DAPI는 염색체의 A=T가 풍부한 반복 서열에 결합하며,[17] 일반적인 투과 현미경으로는 보이지 않고, 생세포 또는 고정된 세포에서 사용할 수 있다.[17]5. 8. 에오신
H&E 염색에서 헤마톡실린의 대조 염색제로 가장 많이 사용되며 세포질, 세포막, 일부 세포외 구조를 분홍색이나 빨간색으로 염색한다.[9] 적혈구에 강한 붉은색을 띤다. 에오신은 그람 염색 등 다른 많은 염색 과정에서도 대조 염색제로 사용될 수 있다.에오신이라고 불리는 두 가지의 매우 밀접하게 관련된 화합물이 있다. 가장 흔하게 사용되는 것은 에오신 Y(에오신 Y ws 또는 에오신 황색이라고도 함)로, 약간 노란빛을 띤다. 다른 에오신 화합물은 에오신 B(에오신 청색 또는 임페리얼 레드)로, 아주 희미한 푸른빛을 띤다. 두 염료는 상호 교환이 가능하며, 어느 것을 사용하느냐는 선호도와 전통의 문제이다.[9]
5. 9. 에티듐 브로마이드
에티듐 브로마이드는 DNA에 끼워넣기를 통해 결합하여 적등색 형광을 낸다. 건강한 세포는 염색할 수 없지만, 세포 자멸사의 마지막 단계에 있는 세포는 생체막의 투과성이 더 높아 염색이 가능하다. 따라서 에티듐 브로마이드는 세포군에서 세포 자멸사를 확인하고, 젤 전기 영동에서 DNA 위치를 나타내는 표지자로 사용된다.5. 10. 산성 푸크신
산성 푸크신은 콜라겐, 평활근 또는 미토콘드리아 염색에 사용되는 염료이다. 말로리 트리크롬 방법에서는 핵 및 세포질 염색제로, Van Gieson's picro-fuchsine에서는 콜라겐 섬유에 붉은색을 부여하며, 알트만(Altmann's) 방법에서는 미토콘드리아 염색제로 사용된다.5. 11. 헤마톡실린
H&E 염색에 사용되는 염료로, 매염제와 함께 사용하면 핵을 청자색 또는 갈색으로 염색한다.[9] 이는 조직학에서 가장 흔한 절차 중 하나인 H&E 염색(헤마톡실린과 에오신 염색)에 가장 자주 사용된다.[9]헤마톡실린(haematoxylin [영], hematoxylin [미])은 핵을 청자색 또는 갈색으로 염색하며, 매염제가 필요하다. 조직학에서 공통적으로 사용되는 방법 중 하나인 헤마톡실린-에오신 염색에서 에오신과 함께 항상 사용된다. 헤마톡실린 색소로 핵을 암자색으로, 에오신 색소로 세포질을 적황색으로 염색하여, 포르말린 고정 파라핀 포매된 조직의 박절 표본을 염색하는 방법이 전 세계적으로 보급되어 있다.
광학 현미경을 사용한 조직학적 연구나, 병리 진단 등에서 가장 일반적으로 사용되는 염색법이며, 염색법의 머리글자를 따서 HE 염색(에이치·이 염색)이라고도 약칭된다. 또한 헤마톡실린 염색은 면역조직화학(면역 염색)을 실시한 후의 핵 염색(대비 염색과 거의 동의어)에도 널리 사용된다.
5. 12. Hoechst 염색
Hoechst 염색은 DNA의 작은 홈(''minor groove'')에 결합하는 비스-벤즈이미다졸 유도체 화합물이다. 형광 현미경에서 DNA 염색에 자주 사용되며, Hoechst 염료는 수용액에 녹으면 노란색을 띠고 자외선 여기 하에서 파란색 빛을 방출한다. Hoechst 염료에는 주요 유형으로 ''Hoechst 33258''과 ''Hoechst 33342''가 있다. 두 화합물은 기능적으로 유사하지만 구조에 약간의 차이가 있다. Hoechst 33258은 말단 수산기를 포함하고 있어 수용액에 더 잘 용해되지만, 이러한 특성으로 인해 세포막을 관통하는 능력이 감소한다. Hoechst 33342는 말단 수산기에 에틸기 치환(즉, 에틸에테르기)을 포함하고 있어 소수성이 더 크기 때문에 세포막을 더 쉽게 통과할 수 있다.'''호에흐스트 33258'''과 '''호에흐스트 33342'''는 근연 형광 색소이다. DNA와 결합하여 강한 형광을 내지만 투과광 하에서는 보이지 않는다.
5. 13. 아이오딘
아이오딘은 화학에서 전분의 지시약으로 사용된다. 전분 용액에 아이오딘을 혼합하면 짙은 남색이 나타나는데, 이는 전분과 아이오딘의 복합체를 나타낸다. 전분은 대부분의 식물 세포에 공통적으로 존재하는 물질이므로, 약한 아이오딘 용액은 세포 내의 전분을 염색한다.[18] 그람 염색은 미생물학에서 사용되는 염색 기법으로, 매염제로 사용되는 아이오딘은 세포벽/막에 존재하는 기공을 통해 염료가 침투하는 것을 향상시킨다.루골 요오드 또는 루골 용액(IKI)은 전분이 있으면 검게 변하는 갈색 용액으로, 세포 염색에 사용되어 세포 세포핵을 더 잘 보이게 한다.[18]
5. 14. 말라카이트 그린
말라카이트 그린(다이아몬드 그린 B 또는 빅토리아 그린 B라고도 함)은 내생포자 염색이나 세균의 그람 염색에서 사프라닌에 대한 청록색 대조 염색제로 사용될 수 있다.[8] 또한 아포를 직접 염색하는 데에도 사용될 수 있다.[8]5. 15. 메틸 그린
메틸 그린은 명시야 및 형광 현미경에서 세포의 크로마틴을 염색하여 더 쉽게 관찰할 수 있도록 하는 데 사용된다.[20] 메틸 그린(methyl green)은 크리스탈 바이올렛과 화학적으로 가깝다.5. 16. 메틸렌 블루
메틸렌 블루는 사람의 볼 세포와 같은 동물 세포를 염색하여 세포핵을 더 잘 관찰할 수 있도록 하는 데 사용되는 염료이다. 세포학에서 혈액 도말을 염색하는 데에도 사용된다.5. 17. 뉴트럴 레드
뉴트럴 레드는 핵을 붉게 염색하는 염료이다. 다른 염료와 함께 대조 염색에 자주 사용된다.5. 18. 나일 블루
나일 블루(나일 블루 A)는 세포핵을 파란색으로 염색한다. 살아있는 세포에도 사용할 수 있다.5. 19. 나일 레드
나일 레드는 친유성 염료로, 세포 내의 지질 덩어리에 축적되어 붉게 염색한다. 생체 염색에 사용할 수 있다. 지질에 들어갈 때 강하게 형광을 내지만, 수용액에서는 거의 형광을 내지 않는다.5. 20. 프로피디움 아이오다이드
프로피디움 아이오다이드는 세포를 염색하는 데 사용되는 형광 끼워넣는 물질이다. 세포막을 통과할 수 없기 때문에 세포 자멸사를 겪은 세포와 건강한 세포를 구별하는 데 유용하며, 유세포 분석에서 DNA 염색제로 사용되어 세포 생존력을 평가하거나 세포 주기 분석에서 DNA 함량을 평가하는 데 쓰인다. 현미경 검사에서는 핵 및 기타 DNA 함유 세포 소기관을 시각화하는 데 사용된다. 프로피디움 아이오다이드는 RNA에도 결합하므로, RNA와 DNA 염색을 구별하기 위해 뉴클리에이스로 처리해야 한다.5. 21. 로다민
로다민은 형광 현미경에서 일반적으로 사용되는 단백질 특이적 형광 염료이다.5. 22. 사프라닌
사프라닌 (또는 사프라닌 O)은 붉은색 양이온 염료이다. 핵(DNA)을 붉게 염색하며, 대조 염색에 자주 사용된다.[20] 그람 염색에서 크리스탈 바이올렛 염색은 그람 양성균만 염색하지만, 사프라닌 대조 염색은 모든 세포를 염색하여 그람 음성균도 식별할 수 있게 한다. 또한 콜라겐을 노란색으로 염색한다.[20]"사프라닌"이라는 철자는 틀린 표현이다. 이 염료는 아민이기 때문에 사프라닌 O에 -ine 접미사가 붙는 것이 적절하다.[21][22][23]
6. 조직의 염색성
염료를 흡수하는 조직을 '''색성'''이라고 한다. 염색체는 보라색 염료를 흡수하는 능력 때문에 그러한 이름이 붙여졌다.
특정 염료에 대한 양성 친화성은 접미사 "-필릭"으로 표시될 수 있다. 예를 들어, 아주르 염색으로 염색되는 조직은 아주로필성이라고 할 수 있다. 이것은 더 일반화된 염색 특성에도 사용될 수 있는데, 산성 염료(특히 에오신)로 염색되는 조직은 산성 친화성, 염기성 염료로 염색될 때 호염기성, 산성 또는 염기성 염료로 염색될 때 ''양쪽성''[24]이다. 반대로, 색소혐성 조직은 유색 염료를 쉽게 흡수하지 않는다.
7. 전자 현미경 염색
전자 현미경 염색은 광학 현미경에서와 마찬가지로 투과 전자 현미경에서 대비를 향상시키기 위해 사용된다. 이때 중금속의 전자 밀도가 높은 화합물이 주로 사용되며, 이는 전자 현미경 관찰 시 중요한 전도 특성을 부여하기 위함이다.
7. 1. 인텅스텐산
인텅스텐산은 바이러스, 신경, 다당류를 비롯한 여러 생물학적 조직 재료에 대한 일반적인 음성 염색 시약이다.[1] 인텅스텐산은 보통 0.5~2% pH의 중성 상태로 사용되며, 물과 혼합하여 수용액을 만든다.[1] 전자 밀도가 높은 물질로 채워져 있어 표본 주변의 배경을 어둡게 염색하고, 표본 자체는 밝게 염색하는 특징을 보인다.[1] 이는 표본이 어둡고 배경이 밝게 유지되는 일반적인 양성 염색 기술과는 반대되는 방식이다.[1]7. 2. 사산화 오스뮴
사산화 오스뮴은 광학 현미경에서 지질을 염색하는 데 사용된다. 지방에 녹으며, 유기 물질에 의해 환원되어 쉽게 보이는 검은색 물질인 원소 오스뮴으로 변환된다.[1] 전자를 흡수하는 중금속이기 때문에 생물학적 전자 현미경에서 형태학적 연구에 사용되는 가장 흔한 염료이며, TEM을 통한 형태학적 연구를 위해 다양한 폴리머를 염색하는 데에도 사용된다.[1] OsO|4영어는 휘발성이 매우 강하고 독성이 매우 강하며, 오스뮴의 산화수가 +8이므로 강력한 산화제이다.[1] 많은 물질을 강력하게 산화시켜 낮은 산화 상태의 비휘발성 오스뮴 침전물을 남긴다.[1]7. 3. 사산화 루테늄
사산화 루테늄은 사산화 오스뮴과 마찬가지로 휘발성이 있으며, 폴리에틸렌과 같이 사산화 오스뮴 염색에 저항하는 재료도 염색할 수 있을 정도로 반응성이 강하다.7. 4. 기타 전자 현미경 염색 시약
몰리브덴산 암모늄, 요오드화 카드뮴, 염화 철(III), 질산 란타넘(III), 아세트산 납, 구연산 납, 질산 납(II), 과요오드산, 인몰리브덴산, 페리시안화 칼륨, 페로시안화 칼륨, 루테늄 레드, 질산 은, 단백질 은, 클로로금산 나트륨, 질산 탈륨, 티오세미카르바지드, 아세트산 우라닐, 질산 우라닐, 황산 바나딜 등 다양한 화합물들이 전자 현미경 염색에 사용된다.참조
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