조직병리학
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1. 개요
조직병리학은 수술, 생검, 부검 등을 통해 채취한 조직을 현미경으로 관찰하여 질병을 진단하는 학문이다. 채취된 조직은 부패 방지를 위해 고정 과정을 거치며, 가장 일반적인 고정액은 10% 중성 완충 포르말린이다. 조직은 화학적 고정 후 파라핀 블록으로 만들어지거나, 동결절편으로 처리되어 염색 과정을 거친다. 가장 널리 사용되는 염색은 헤마톡실린과 에오신(H&E) 염색이며, 면역조직화학, 분자병리학적 검사도 활용된다. 병리과 의사는 조직병리학적 소견을 바탕으로 병리 보고서를 작성하며, 최근에는 디지털 병리학과 인공 지능 기술이 진단 정확성을 높이는 데 기여하고 있다. 조직병리학은 다양한 구조적 패턴과 핵 패턴을 관찰하며, 심근경색과 같은 질병의 경과를 평가하는 데에도 활용된다.
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| 조직병리학 | |
|---|---|
| 병리학 | |
 | |
| 분야 | |
| 전문 분야 | 병리학 |
| 상세 정보 | |
| 설명 | 조직의 질병 연구 |
| 어원 | 그리스어 ἱστός (histos, "조직"), πάθος (pathos, "고통"), -λογία (-logia, "연구") |
2. 조직 채취
조직병리학적 검사는 수술, 생검 또는 부검을 통해 이루어진다. 조직은 인체 또는 식물에서 채취하며, 신선한 상태에서 전문가가 해부하는 경우가 많다.
2. 1. 고정
채취된 조직은 부패를 방지하기 위해 고정액에 담긴다. 가장 일반적인 고정액은 10% 중성 완충 포르말린이다. 면역조직화학(IHC) 염색 및 진단 분자병리학 검사의 등장으로 포르말린이 표준 화학적 고정액이 되었지만, 포르말린 외에도 다른 화학적 고정액이 사용되어 왔다.[1]3. 조직 처리
조직병리학적 검사는 수술, 생검 또는 부검으로 시작된다. 인체 또는 식물에서 적출된 조직은 부패를 방지하기 위해 고정액에 담기는데, 전문가가 신선한 상태에서 해부하는 경우가 많다. 가장 일반적인 고정액은 10% 중성 완충 포르말린(인산 완충 생리 식염수같은 중성 완충액에 3.7% w/v 포름알데히드를 넣은 것)이다.[1]
조직은 현미경으로 관찰하기 위해 화학적 고정 또는 동결절편을 사용하여 준비한다.
수술 절차 등에서 제공되는 큰 샘플의 경우, 병리학자는 조직 샘플을 살펴보고 유용하고 정확한 진단을 얻을 가능성이 가장 높은 부분을 선택한다. 이 부분은 일반적으로 조직 검사 또는 절단으로 알려진 과정에서 검사를 위해 제거된다. 큰 샘플은 카세트 내 해부학적 구조를 올바르게 배치하도록 절단된다. 특정 검체(특히 생검)는 카세트와 블록, 그리고 진단 현미경 슬라이드에서 조직 방향을 정확하게 하기 위해 한천 매립 전처리를 거칠 수 있다. 그런 다음 나머지 과정의 대부분 동안 플라스틱 카세트에 넣는다.
3. 1. 화학적 고정 후 처리
화학적 고정을 거친 조직은 파라핀 블록으로 만들어진다. 이 과정은 탈수, 투명화, 침투, 포매 단계를 거친다.| 단계 | 설명 |
|---|---|
| 탈수 | 조직에서 물을 제거하는 과정으로, 점차 농도를 높여가는 알코올을 사용한다.[1] |
| 투명화 | 자일렌을 사용하여 조직을 투명하게 만든다. 파라핀은 알코올에 녹지 않지만 자일렌에는 녹기 때문에, 이 과정을 통해 파라핀이 조직에 스며들 수 있게 된다.[1] |
| 침투 | 자일렌을 통해 투명화된 조직에 녹인 파라핀을 침투시킨다.[1] |
| 포매 | 파라핀이 침투된 조직을 금속 용기에 넣고, 녹인 파라핀을 부어 냉각시켜 고형화된 파라핀 블록으로 만든다.[1] |
이렇게 만들어진 파라핀 블록은 마이크로톰을 사용하여 얇게(3~5μm) 잘라낸 후 유리 슬라이드에 부착한다. 이후 염색 과정을 거쳐 현미경으로 관찰할 수 있게 된다.[1]
3. 2. 동결절편 처리
동결절편 검사법은 숙련된 조직 과학자가 수행하는 매우 전문적인 방법이다. 이 방법은 조직을 동결시킨 후 냉동절편기(cryostat)라는 영하의 냉장 장치에 장착된 마이크로톰을 사용하여 얇게 절편한다. 얇게 절단된 동결절편은 유리 슬라이드에 올려 놓고 액체 고정액에 즉시 짧게 고정한 다음, 전통적인 파라핀 포매 절편과 유사한 염색 기법을 사용하여 염색한다.
동결절편 검사법의 장점은 처리 시간이 빠르고, 장비 요구 사항이 적으며, 실험실 환기 요구량이 적다는 것이다. 단점은 최종 슬라이드의 품질이 좋지 않다는 것이다. 이 방법은 수술 중 병리 검사에 사용되어 수술 중 다음 수술 단계를 결정하는 데 도움이 될 수 있다(예: 수술 중 종양의 절제연의 명확성을 예비적으로 결정).
4. 염색
화학적 고정 또는 동결절편 슬라이드로 처리된 슬라이드에 대해 염색을 수행할 수 있다. 현미경으로 조직을 관찰하기 위해 절편은 하나 이상의 색소로 염색한다. 염색의 목적은 세포 성분을 드러내는 것이며, 대조 염색은 대조를 제공하는 데 사용된다.
세포를 선택적으로 염색하는 데 사용되는 다양한 기술이 수백 가지 있다. 조직 절편을 착색하는 데 사용되는 다른 화합물에는 사프라닌, 오일 레드 O, 콩고 레드, 은염 및 인공 염료가 포함된다. '''조직화학'''은 실험실 화학 물질과 조직 내 성분 간의 화학 반응을 사용하는 과학을 말한다. 일반적으로 수행되는 조직화학적 기술은 프러시안 블루 반응(Perls' Prussian blue)으로, 혈색소침착증과 같은 질병에서 철 침착을 보여주는 데 사용된다.[2]
위의 절차는 숙련된 전문 의료 검사실 과학자(조직 과학자)가 실험실에서 엄격하고 정밀하게 수행한다. 디지털 카메라는 조직병리학적 이미지를 캡처하는 데 점점 더 많이 사용되고 있다.
4. 1. H&E 염색
헤마톡실린과 에오신(H&E)의 조합은 조직학에서 가장 일반적으로 사용되는 염색이다.[2] 헤마톡실린은 세포핵을 '''파란색'''으로 염색하는 데 사용되는 반면, 에오신은 대부분의 세포의 세포질과 세포 외 결합 조직 기질을 '''분홍색'''으로 염색한다.[2]4. 2. 특수 염색
화학적 고정 또는 동결절편 슬라이드로 처리된 슬라이드에 대해 특수 염색을 수행할 수 있다. 현미경으로 조직을 관찰하기 위해 절편은 하나 이상의 색소로 염색된다. 염색의 목적은 세포 성분을 드러내는 것이며, 대조 염색은 대조를 제공하는 데 사용된다.조직학에서 가장 일반적으로 사용되는 염색은 헤마톡실린과 에오신(H&E)의 조합이다. 헤마톡실린은 세포핵을 '''파란색'''으로 염색하는 데 사용되는 반면, 에오신은 대부분의 세포의 세포질과 세포 외 결합 조직 기질을 '''분홍색'''으로 염색한다.
조직 절편을 착색하는 데 사용되는 다른 화합물에는 사프라닌, 오일 레드 O, 콩고 레드, 은염 및 인공 염료가 포함된다. '''조직화학'''은 실험실 화학 물질과 조직 내 성분 간의 화학 반응을 사용하는 과학을 말한다. 일반적으로 수행되는 조직화학적 기술은 프러시안 블루 반응(Perls' Prussian blue)으로, 혈색소침착증과 같은 질병에서 철 침착을 보여주는 데 사용된다.[2]
최근에는 특정 단백질, 지질 및 탄수화물을 염색하는 데 항체가 사용되었다. 면역조직화학이라고 하는 이 기술은 현미경으로 세포 범주를 특이적으로 식별하는 능력을 크게 향상시켰다. 기타 고급 기술에는 특정 DNA 또는 RNA 분자를 식별하는 '''제자리 부합법(in situ hybridization)'''이 포함된다. 이러한 항체 염색 방법에는 종종 동결절편 조직학의 사용이 필요하다.
4. 3. 면역조직화학 염색
면역조직화학은 특정 단백질, 지질, 탄수화물을 염색하는 데 항체를 사용하는 기술이다. 이 방법을 통해 현미경으로 세포 종류를 더 정확하게 구별할 수 있게 되었다. 특정 DNA나 RNA 분자를 식별하기 위해 '''제자리 부합법(in situ hybridization)''' 같은 고급 기술도 사용된다.[2] 이러한 항체 염색 방법에는 동결절편 조직학이 사용되는 경우가 많다. 이 모든 과정은 숙련된 조직 과학자가 실험실에서 정밀하게 수행한다.[2] 최근에는 디지털 카메라를 사용하여 조직병리학적 이미지를 얻는 경우가 늘고 있다.4. 4. 분자병리학적 검사
면역조직화학은 현미경으로 세포 범주를 특이적으로 식별하는 능력을 크게 향상시킨 기술이다. 특정 DNA 또는 RNA 분자를 식별하는 '''제자리 부합법(in situ hybridization)'''도 사용된다. 이러한 항체 염색 방법에는 종종 동결절편 조직학이 필요하다.[2]5. 판독 및 진단
조직병리학 슬라이드는 인정받는 교육 프로그램을 이수한 의학 전문가인 병리과(병리의) 의사가 현미경으로 검사한다. 병리과 의사는 조직의 구조적 특징, 세포의 형태 및 배열, 핵의 모양, 염색성 등을 종합적으로 분석하여 질병 유무와 종류, 진행 정도 등을 판단한다.
5. 1. 병리 보고서
병리과 의사는 판독 결과를 바탕으로 병리 보고서를 작성한다. 병리 보고서에는 조직학적 소견, 진단명, 종양의 크기, 침범 정도, 림프절 전이 여부 등 치료 방침 결정에 필요한 정보가 포함된다. 암의 경우, 병리 보고서는 대부분의 치료 프로토콜에 필요한 조직 진단을 나타내므로, 치료 프로토콜을 결정하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 암 절제술에서 병리과 의사는 절제연이 제거되었는지, 또는 침범되었는지(잔여 암이 남아 있음)를 나타낸다. 이는 빵 덩어리 절단법 또는 CCPDMA 방법 중 하나를 사용하여 수행된다. 현미경 사진에서의 인공물은 샘플의 잘못된 진단을 초래할 수 있다. 슬라이드 스캐닝을 통해 디지털 병리학의 다양한 방법을 적용할 수 있으며, 해석을 위한 인공 지능의 적용도 포함된다.5. 2. 인공지능의 활용
최근에는 디지털 병리학 및 인공 지능 기술이 조직병리학 분야에 도입되면서 진단의 정확성과 효율성을 높이고 있다. 슬라이드 스캐닝을 통해 다양한 디지털 병리학 방법을 적용할 수 있으며, 해석을 위한 인공 지능의 적용도 가능하다. 인공지능은 병리과 의사의 판독을 보조하고, 객관적이고 정량적인 분석을 제공함으로써 진단의 질을 향상시키는 데 기여할 수 있다.다음은 조직병리학에서 저배율에서 고배율까지 관찰할 수 있는 의심스러운 소견의 일반적인 특징의 예이다.
6. 조직병리학적 구조 패턴
조직병리학적 판독 시 관찰되는 주요 구조 패턴에는 둥지, 선포형 또는 세관형, 소주형, 유두상, 미세유두상, 속상, 직조상 또는 방추형, 고형, 체형, 회오리(Whorl)형, 수레바퀴 형태(Cartwheel pattern)가 있다. 세포의 구조적 패턴에서는 세포 둥지뿐만 아니라 그 사이에 있는 간질(stroma)의 구성 요소를 확인할 수 있다.
핵 패턴의 경우 크기와 모양이 비슷하면 단형성, 다르면 이형성이라고 한다. 핵소체만 보이면 미세염색질, 그렇지 않으면 조밀염색질이라고 하며, 과립성 "소금 후추" 염색질도 존재한다.
6. 1. 구조적 패턴
세포의 '''구조적 패턴'''에서는 세포 둥지뿐만 아니라 그 사이에 있는 간질(stroma)의 구성 요소를 확인할 수 있다. 주요 조직병리학적 구조 패턴은 다음과 같다.| 패턴 | 설명 | 예시 이미지 |
|---|---|---|
| 둥지(Nests) | 유사한 유형의 세포 섬 | -- |
| 선포형(Acinar) 또는 세관형(tubular) | 각 선포는 루멘을 둘러싼 세포로 구성됨 | -- |
| 소주형(Trabecular) | 길쭉한 (막대 모양) 세포 군 | -- |
| 유두상(Papillary) | 섬유혈관 중심 주위의 상피양 세포 돌출부 | -- |
| 미세유두상(Micropapillary) | 섬유혈관 중심이 없는 유두상 융모 | -- |
| 속상(Fascicular) | 일반적으로 전체적으로 동일한 세포 유형이지만, 일부는 동일한 방향으로 정렬된 띠 모양의 그룹을 형성함 | -- |
| 직조상(Woven) 또는 방추형(storiform) | 작은 다발이 무작위 패턴으로 정렬된 길쭉한 세포 또는 핵 | -- |
| 고형(Solid) | 거의 동일한 세포 유형으로 구성되며, 사이에 공간이 없고 다른 특정 패턴이 없음 | -- |
| 체형(Cribriform) | 다수의 명확한 공간이 있는 고형 | -- |
6. 2. 핵 패턴다음은 조직병리학에서 저배율에서 고배율까지 관찰할 수 있는 의심스러운 소견의 일반적인 특징의 예이다.주요 핵 양상은 다음과 같다.
7. 심근경색의 조직병리학
심근경색 (심장마비) 후 약 30분 동안은 조직병리학적 소견이 관찰되지 않는다. 최초 4시간 동안 관찰 가능한 유일한 징후는 경계부 섬유의 파상 변화일 수 있다. 그러나 그 이후에는 부종과 출혈을 동반한 괴사가 시작된다. 12시간 후에는 심장근세포의 핵농축과 호산성 증가, 경계부의 수축대 괴사가 관찰되며, 중성구 침윤이 시작된다. 1~3일 후에는 핵과 횡문이 소실되고 괴사가 지속되며, 간질로 중성구 침윤이 증가한다. 심근경색 후 첫 주말까지는 죽은 근육 섬유의 붕괴, 중성구의 괴사, 경계부에서 대식세포에 의한 죽은 세포 제거가 시작되며, 이는 그 후 며칠 동안 증가한다. 1주일 후에는 경계부에서 과립 조직 형성이 시작되며, 이는 다음 달 동안 성숙되고, 콜라겐 침착이 증가하고 세포성이 감소하여 심근 반흔이 심근경색 후 약 2개월 후에 완전히 성숙된다.[3] 참조
[1]
웹사이트
Basic guide to histological staining and tissue preparation
http://www.mwap.co.u[...]
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