allgemeine histologie 1. embryologie 2. 4 grundgewebe
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Allgemeine Histologie
1. Embryologie2. 4 Grundgewebe: Epithel
BindegewebeMuskelNerven
3. Knochenmark und Blut4. extrazelluläre Matrix, Knochenbildung und
aktuelle Forschung5. Lymphatische Organe
Komponenten:- Proteine: 1. Kollagene, Elastin (unlösliche Fasern)
2. Hochvisköse Proteoglykane(Grundsubstanz)3. Lösliche Multiadhäsionsmatrixmoleküle
- ortsfeste Zellen: Fibrozyten, Chondrozyten, Osteozyten,Epithelzellen, Muskelzellen
- freie Zellen: Abwehrzellen, Leukozyten, Makrophagen, Mastzellen
- Gewebeflüssigkeit
Die extrazelluläre Matrix (Interzellularsubstanz)
Beispiele für Bindegewebe und Stützgewebe:
1. embryonales Mesenchym2. lockeres zwischen beweglicheren Geweben, z.B. Lamina
propia3. straffes dicht geordnetes (Sehnen, Cornea)
dicht ungeordnetes (Haut: Dermis)4. sehr straffes Knochen, Knorpel5. retikuläres Netzwerk von Fasern in Milz, Lymphknoten,
Knochenmark6. elastisches Ligamenten der Wirbelsäule-, Zellwand
der Arterien
Verschiedene Kombinationen der Matrix-Komponenten
bestimmen die Festigkeit des Gewebes
Aminosäuresequenz der Kollagene: Gly-Pro-X--Gly-Pro-X--usw.
Kollagen:
- häufigstes Protein im Säugetier (25% aller Proteine)- mindestens 25 verschiedene Kollagentypen- Hauptmerkmal: Tripelhelix
fibrilläre Kollagene:Typ I Knochen, Sehnen, Haut, Bänder,Typ II Knorpel, GlaskörperTyp III Retikuläre Fasern, Haut, Muskel
schichtenbildende KollageneTyp IV Basalmembram
Fibrillen assoziierte Kollagene mit unterbrochener Tripelhelix:Typ IX, XII und XIV modulieren die Fibrillendicke und die Anzahl der Proteoglykanbindungsstellen
kurzkettige KollageneTyp X Knochenwachstum
Kollagen Typ III bilden das retikuläre Bindegewebe, Stromavieler Gewebe (Leber, Milz, Lymphknoten), Unterlage für Parenchymzellen
Kollagen Typ IVUnterbrechung der Tripelhelix ermöglicht zahlreiche Biegungen und eine hohe Flexibiltät, unregelmäßiges zweidimensionales Netzwerk
Basalmembran
Elastische Fasern
Aufbau:Elastin, Fibrillin
-keine Tripelhelix, eher „random coiled“;
-reversible Dehnbarkeit-Verbindung einzelner Elastinmoleküle ergibt gummiartige Eigenschaften(2,5-fach)
Vorkommen: Arterienwände, elastischer Knorpel, Haut,Lungengewebe
2. Proteoglykane oder Grundsubstanz
1. in der extrazellulären Matrix (groß)2. auf der Oberfläche vieler Zellen (klein)
Aufbau:- Core-protein mit vielen Polysaccharidketten, den Glykosaminoglykanen
- Glykosaminoglykane: lineare Ketten aus 20-100 sulfatisiertenDisacchariden
Aggrecan:
- ein einziges Molekül kann 4 mm groß sein, und ein Volumen einnehmen, das grösser ist als das einer Bakterienzelle
- bewirkt gelartige Konsistenzdes Knorpels
Hyaluronsäure: n< 50 000-außerordentliches langes, negativ geladenes Polysaccharid-bindet viel Wasser, da viele anionische Reste Quellung
-Turgordruck im Gewebe gegen Fasern und Zellen-behindert Anheftung zwischen den Zellen-erleichtert Zellwanderung, wenn an bestimmte Rezeptoren gebunden (CD44)
2. Proteoglykane oder Grundsubstanz
1. in der extrazellulären Matrix (groß)2. auf der Oberfläche vieler Zellen (klein)
Syndekan: -kleines Zelloberflächenproteoglykan, Core-Proteindurchspannt die Plasmamembran, Wechselwirkung mit dem Cytoskelett,- extrazelluläre Domäne besitzt Bindestellen zu Kollagenen,- Verankerung der Zellen mit der Matrix (RGD-Sequenz bindet Integrine)
Beispiel 2:
3. Multiadhäsionsmatrixmoleküle
2. Fibronektin-verbindet Zellen mit Typ I, II und III KollagenRGD (Arg-Gly-Asp)
1. Laminin-verbindet Zellen mit Typ IV KollagenBasalmembran
- 3 Proteinkomponenten:
1. Kollagene: fibrillenbildende (I, II, III), schichtenbildende (IV)
Elastin (unlösliche Fasern)
2. Hochvisköse Proteoglykane: Aggrecan, Syndecan
3. Lösliche Multiadhäsionsmatrixmoleküle: Laminin, Fibronektin
Die Kombinationen verschiedener Matrix-Komponenten
bestimmt die Festigkeit des Gewebes
Bestandteile:
Ortsfeste Zellen: Chondroblasten, ChondrozytenExtrazelluläre Matrix: Kollagenfibrillen (Typ II), Proteoglykane (höchster Anteil in allen Geweben)
Eigenschaften:
Druckelastizität: Quellungsdruck der Proteoglykanekontra Zugfestigkeit der Kollagenfibrillenkeine Blutgefäße (Ausnahme: im Primordialskelett)bindegewebige Knorpelhaut (Perichondrium)
Typen:
Hyaliner KnorpelElastischer KnorpelFaserknorpel
Knorpel
Hyaliner Knorpel: Vorkommen: Gelenkknorpel, Atemwege (Nasenseptum, Trachea, Bronchialbaum), Rippenknorpel, Wachstumsplatten, Primordialskelett
Knorpel
Chondrozyten (meist in isogenen Gruppen)
"Knorpelhöhle", enthält Chondrozyten-Reste
"Knorpelkapsel"
Knorpelhof
Interterritorium: läßt im gesunden Zustand dieKollagenfibrillen der Matrix nicht erkennen
Begriff Chondron: Chondrozyt(en) + Knorpelhof
Elastischer Knorpel: Vorkommen:
Ohrmuschel, äußerer Gehörgang,kleine Kehlkopfknorpel
Chondrone: bestehen meist nur aus einer Zelle
EZM: enthält zusätzlich elastische Fasernetze,deshalb druck- und biegeelastisch
Darstellung der elastischen Fasern mit Elastica-Färbungen wie Resorcin-Fuchsin oder Orcein
Knorpel
Faserknorpel: Vorkommen:
Zwischenwirbelscheiben, Gelenklippen, Menisken, Symphyse
Chondrone: bestehen meist nur aus einer Zelle
EZM: enthält massive Kollagenfasern, im Lichtmikroskop deutlich sichtbar
Funktionell: Kombination aus straffem Bindegewebe und Knorpel; zugfest und druckelastisch
Knorpel
Bestandteile:
Ortsfeste Zellen: Osteoblasten, -zyten und -klastenExtrazelluläre Matrix: Kollagenfibrillen (Typ I), Hydroxylapatit (Calcium-, Phosphat- und Hydroxyl-ionen sind 45% des Feuchtgewichtes)
Eigenschaften:
stabil, druck- und zugfest, ständiger Umbau, durch Hormone gesteuertwichtigster Calcium-Speicher (enthält 99%)bindegewebige Hüllen: End- und Periost
Typen:
Geflechtknochen: entsteht primär, unreife Form Lamellenknochen: entsteht nach Umbau, reife Form
Knochen
Knochenentstehung
1.Chondral: aus Knorpelvorform (Extremitäten)
Perichondral: um Knorpelvorform herum
Endochondral: im Inneren der Knorpelvorform
2. Desmal: aus Bindegewebe (Schädeldach)
Die extrazelluläre Matrix bestimmt diebiomechanischen
Eigenschaften der einzelnen Gewebe
aus druckelastischem Gewebe (Knorpel)Kollagen II und Proteoglykane
stabiles, zugfestes Gewebe (Knochen)Kollagen I
enchondrale Ossifikation
Knochenentwicklung (Ossifikation):Knochen
1.Chondral: aus Knorpel-vorform (Extremitäten)
Perichondral: um Knorpelvorformherum
Endochondral: im Inneren derKnorpelvorform
2.Desmal: aus Bindegewebe(Schädeldach)
Enchondrale Ossifikation:Knochen
Zonen der Wachstumsplatte:
ReservezoneSäulenknorpel (proliferierende Chondrozyten)Blasenknorpel (hypertrophe Zellen) mit
Mineralisation der Matrix
Invasionszone mit Abbauder Knorpelmatrix, Ein-sprossen von Gefäßenund Aufbau der Knochen-matrix durch Osteoblasten
Längenwachstum
Zonen der Wachstumsplatte:
ReservezoneSäulenknorpel (proliferierende Chondrozyten)Blasenknorpel mit Mineralisation der MatrixInvasionszone mit Ossifikation
Forschung in der Anatomie ?
1. analytisch: Zellkultur, ganze Organe
Bestimmung des Expressionsmusters
(mRNA, Proteine)
Organarchitektur geht verloren
Wie kann ich einzelne Gewebe untersuchen ?
2. mikroskopisch: Organarchitektur bleibt erhalten
1. Fixierung der Gewebe
2. Einbettung/Schneiden
3. Färbung
1. Fixierung des Gewebes: -chemisch: Alkohole oder Quervernetzung durch Aldehyde
-Gefrier-Fixierung bzw. Kryofixation
Kryoschnitte: schnelle Konservierung (Ist-zustand),
Kernfärbung (30 min), Immunhistologie
Paraffinschnitte: Längere Fixierung (3 Wochen), Entfettung,
gute Morphologie
2. Einbetten/Schneiden-mit Hilfe eines Mikrotoms kann man sehr dünne Schnitte
anfertigen (ca. 5-100 µm)
-Auffangen der dünnen Schnitte auf einem Glas-Objektträger
3. histologische Färbungen
1. selektive Farbstoffe
2. Kopplung von Farbstoffen an Antikörper
Immunhistologie: Antikörper erkennen spezifisch bestimmte Makromoleküle
3. Kopplung von Fluoreszenz-
Farbstoffen an Antikörper
Lichtmikroskop
Lichtmikroskop
-Fluoreszenzmikroskop-konfokales Laser-scanning-Mikroskop-two photon Mikroskop
-Chemische Grundlage der Farbreaktionen oft nicht bekannt
z.B. Hematoxylin-Eosin (HE) Färbung:- Grundfärbung in der Histologie
- färbt negativ geladene Moleküle wie DNA, RNA an
Histologie der Milz: Kryoschnitt, Kernfärbung (HE)
- Kapsel- Rote Pulpa- Zentralarterie- Periarterioläre
lymphatischeBegleitscheide(PALS) (T-Zellen)
- Follikel (B-Zellen)- Marginalzone (B-Zellen)
Aufgabe der Milz (sekundär lymphatisches Organ) Weiße Pulpa:1. Vervielfältigung von spezifischen Lymphozyten
gegen Antigene aus dem BlutRote Pulpa: 2. Entfernung alter Erythrozyten (Blutfilter)
Wie kann ich einzelne Gewebe untersuchen, ohne dieOrganstruktur zu zerstören ?
two-photon-Mikroskopie
mikroskopisch/histologisch:
konfokale Laser-scanning-mikroskopie: 3-D Darstellung
Elektronenmikroskopie
1. Lichtmikroskopie: Kryoschnitte, Färbungen, Immunhistologie
2. Fluoreszenzmikroskopie: Kryoschnitte, Immunhistologie,Kopplung von Fluoreszenz-Farbstoffen an Antikörper
Was passiert mit den Lymphozyten in Kultur ?
T-Zellen liegen neben B-Zellen, Makrophagen, dendritischen Zellen,kein dreidimensionales Netzwerk mehr, keine extrazelluläre Matrix,keine Arteriolen, keine Stromazellen
Verlust der organisierten Struktur der lymphatischen Organe
Mikromilieu, dynamische Prozesse und Zell-Zell-Interaktionen gehen verloren
Aufgabe der Milz:1. Entfernung alter Erythrozyten (Blutfilter)
2. Vervielfältigung von spezifischen Lymphozyten gegen Antigene aus dem Blut
Antigen
Antigenpräsentation (MHC I, MHC II)
Aktivierung der T-Lymphozyten (CD8; CD4-TH1 oder TH2)
Aktivierung der B-Lymphozyten (Keimzentren)
Antikörperproduktion Termination
Proliferation
Proliferation
Lokale Immunantwort in der Ratten-Milz nach Injektion von Schaf-Erythrozyten:
B-Zellen: blauproliferierende Zellen: rot
Immunhistologie auf Kryoschnitten
Ändert sich das Mikromilieu ?Ändert sich das Expressionsmuster ?Welche Zytokine werden produziert ?
Hypothese:Ablauf einer Immunantwort wird bestimmt vom Kompartiment und dem geeigneten Mikromilieu.
Mikrodissektion eines Milz-Follikels:
Kombination aus mikroskopischer Betrachtung und molekularbiologischer Analyse:
Isolation einzelner Zellen oder Kompartimente von Kryoschnitten
Isolation einzelner Kompartimente: Follikel, PALS, Marginalzone
1. RNA-Isolierung
2. Umschreiben in cDNA
3. quantitative Analyse mittels Real-Time PCR
Lokale Immunantwort in der Ratten-Milz nach Injektion von Schaf-Erythrozyten:
Zusammenfassung:
Die Mikrodissektion ermöglicht die Isolation und Analyse einzelner Zellen oder Kompartimente aus Kryoschnitten, ohne die Organ- und Gewebsstruktur zu zerstören.
Effekte, die bei Analyse des gesamten Organesverwischen, werden in einzelnen Kompartimentendeutlich.
Kombination aus mikroskopischer Betrachtung und molekularbiologischer Analyse
Phasen der Immunantwort:
angeboren: Makrophagen, Komplementsystem, Zytokine
1.primär lymphatische Organe: Thymus, Knochenmark
2.sekundär lymphatische Organe: Lymphknoten, Milz, Peyers Patches, Tonsillen
Herstellung des T- und B-Zellrepertoires
Antigenpräsentation und Vervielfältigung
erworben: spezifische T- und B-Zellen
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