組織学、細胞学、発生学の研究方法。細胞学 - 細胞の科学現代の研究方法研究における細胞学の主な方法

組織学、細胞学、発生学の進歩にとって、物理学や化学の成果、生化学、分子生物学、遺伝子工学といった関連科学の新しい手法の導入は非常に重要です。

現代の研究方法では、組織を単一の全体として研究するだけでなく、組織から個々の細胞型を分離してその生命活動を長期間にわたって研究したり、個々の細胞小器官とその構成高分子（たとえば、 DNA）を調べ、その機能的特徴を研究します。

このような機会は、さまざまな種類の顕微鏡、コンピュータ技術、X線構造分析、核磁気共鳴（NMR）の使用、放射性同位体とオートラジオグラフィー、電気泳動とクロマトグラフィー、分画など、新しい機器や技術の創造に関連して開かれています。超遠心分離を使用した細胞内容物の分離、細胞の分離と培養、ハイブリッドの生成。バイオテクノロジー手法の使用 - ハイブリドーマやモノクローナル抗体、組換え DNA などの生産。

したがって、生物学的対象物を組織、細胞、細胞内および分子レベルで研究することができます。細胞や組織の生命に関連する多くの問題を解決するために必要な、さまざまな生化学的、生物物理学的、物理的および技術的手法が自然科学に導入されているにもかかわらず、組織学は基本的に独自の手法を備えた形態科学であり続けています。後者により、細胞や組織で発生するプロセスとその構造的特徴を特徴付けることが可能になります。

細胞学的および組織学的分析の主な段階は、研究対象の選択、顕微鏡下での検査の準備、顕微鏡法の使用、および定性的および定量的な画像分析です。

研究の対象となるのは、生きた細胞や固定された細胞や組織であり、光学顕微鏡や電子顕微鏡、あるいはテレビの画面上で得られるそれらの画像です。これらのオブジェクトを分析できる方法は多数あります。

組織標本を顕微鏡で観察する方法

生物学的微小物体を研究する主な方法は光学顕微鏡と電子顕微鏡であり、実験および臨床現場で広く使用されています。

顕微鏡検査は、微生物を研究するための主要な方法であり、300 年以上生物学で使用されてきました。最初の顕微鏡が作成され使用されて以来、顕微鏡は絶えず改良されてきました。最新の顕微鏡は、高解像度を備えたさまざまな複雑な光学システムです。顕微鏡で見ることができる最小構造のサイズは、主に光の波長に依存する最小分解可能距離 (d o ) によって決まります。 (\) この依存性は、d 0 = の式によって近似的に決定されます。 1 / 2 \. したがって、波長が短ければ短いほど、分解距離は小さくなり、調製物中に見られる微細構造はより小さくなります。組織学的標本を研究するには、さまざまな種類の光学顕微鏡や電子顕微鏡が使用されます。

米。 1. 生物学研究用の顕微鏡。

A - 光学生物顕微鏡「Biolam-S」： 1 - ベース。 2 - チューブホルダー。 3 - 傾斜したチューブ; 4 - 接眼レンズ、5 - リボルバー。 6 - レンズ。 7 - テーブル。 8 - 虹彩絞りを備えたコンデンサー。 9 - コンデンサーネジ。 10 - 鏡。 11 - マイクロメートルねじ。 12 - マクロネジ。 B - 自動画像処理システムを備えた電子顕微鏡 EMV-100AK: 1 - 顕微鏡カラム (電子光学システムとサンプルチャンバーを備えた)。 2 - コントロールパネル。 3 - 発光スクリーン付きカメラ; 4 - 画像分析ユニット。 5 - ビデオ信号センサー。

光学顕微鏡検査。組織学的微小物体を研究するには、異なる波長の光源を使用する従来の光学顕微鏡とその種類が使用されます。従来の光学顕微鏡では、照明源は自然光または人工光です (図 1、A)。スペクトルの可視部分の最小波長は約 0.4 μm です。したがって、従来の光学顕微鏡では最小の分解能距離は約0.2μm（する = "/、- 0.4 μm = 0.2 μm)、総合倍率 (対物レンズ倍率と接眼レンズ倍率の積) は 1500 ～ 2500 になります。

したがって、光学顕微鏡では、4〜150ミクロンのサイズの個々の細胞だけでなく、細胞内構造（細胞小器官、封入体）も見ることができます。微小物のコントラストを強調するために、その色を使用します。

紫外線顕微鏡検査. これは光学顕微鏡検査の一種です。紫外線顕微鏡は、波長約0.2ミクロンのより短い紫外線を使用します。ここでの分解距離は従来の光学顕微鏡よりも２倍小さく、約０．１μｍ（ｄ０＝Ｖ２－０．２μｍ＝０．１μｍ）である。紫外線で得られた目には見えない画像は、写真乾板に記録するか、特殊な装置（蛍光スクリーン、電子光変換器）を使用することによって目に見える画像に変換されます。

蛍光（発光）顕微鏡。蛍光現象は、多くの物質の原子や分子が短波長光線を吸収して励起状態になるという事実にあります。励起状態から通常状態への逆遷移は、光の放出により発生しますが、その際の波長は長くなります。蛍光顕微鏡では、超高圧水銀ランプやキセノンランプを光源として蛍光を励起し、0.25～0.4μm（近紫外線）、0.4～0.5μm（青紫光）のスペクトル領域で輝度が高くなります。）。蛍光の波長は常に励起光の波長より長いため、光フィルターを使用してそれらが分離され、物体の画像は蛍光光のみで調べられます。固有蛍光または一次蛍光と誘導蛍光または二次蛍光は区別されます。生物のどの細胞にも独自の蛍光がありますが、多くの場合、蛍光は非常に弱いものです。

神経、マスト、その他の細胞に含まれるセロトニンとカテコールアミン (アドレナリン、ノルエピネフリン) は、60 ～ 80 °C のホルムアルデヒド蒸気中で組織を固定した後、一次蛍光を示します (Falck 法)。

二次蛍光は、薬物が特別な染料、つまり蛍光色素で処理されるときに発生します。

特定の高分子 (アクリジンオレンジ、ローダミン、フルオレセインなど) に特異的に結合するさまざまな蛍光色素があります。たとえば、アクリジンオレンジ蛍光色素は、医薬品を処理するときに最もよく使用されます。この場合、細胞内の DNA とその化合物は明るい緑色で、 RNAおよびその派生物 - 明るい赤い輝き。したがって、放射線のスペクトル組成は、物体の内部構造とその化学組成に関する情報を伝えます。蛍光の励起と発光の両方がスペクトルの紫外領域で発生する蛍光顕微鏡法の変形は、この方法と呼ばれます。 紫外蛍光顕微鏡.

位相差顕微鏡検査。この方法は、従来の顕微鏡法では見ることができなかった、無色透明な生体のコントラスト画像を取得するために使用されます。すでに示したように、従来の光学顕微鏡では、構造の必要なコントラストは染色によって達成されます。位相コントラスト法は、コンデンサー内に配置された特殊な環状絞りとレンズ内に配置されたいわゆる位相板により、研究対象の未塗装構造にコントラストを提供します。顕微鏡光学系のこの設計により、目には知覚されない、染色されていない標本を通過する光の位相変化を、その振幅の変化、すなわち、振幅の変化に変換することが可能になる。結果の画像の明るさ。コントラストを高めると、屈折率の異なるすべての構造を確認できるようになります。位相コントラスト法のバリエーションとしては、次のような方法があります。 位相暗視野コントラスト、ネガティブ対ポジティブの位相コントラスト画像が得られます。

暗視野顕微鏡。暗視野顕微鏡では、標本内の構造の回折を引き起こす光のみが対物レンズに到達します。これは、顕微鏡に特別なコンデンサーがあり、試料を厳密に斜光で照明するために発生します。照明器からの光は側面から照射されます。したがって、視野は暗くなり、製剤中の小さな粒子が光を反射し、その光がレンズに入ります。同じ波長が使用されるため、この顕微鏡の解像度は明視野顕微鏡の解像度よりも優れていることはありません。しかし、ここではさらに大きなコントラストが得られます。生きている物体や、暗視野で明るく見える銀の粒子などのオートラジオグラフィーの物体を研究するために使用されます。臨床では、尿中の結晶（尿酸、シュウ酸塩）を研究したり、スピロヘータ、特に梅毒の原因となる梅毒トレポネーマを証明したりするために使用されます。

干渉顕微鏡検査。位相差顕微鏡には、組織質量を定量化するために設計された干渉顕微鏡と、特に細胞やその他の生物学的対象物の表面レリーフを研究するために使用される微分干渉顕微鏡 (ノマルスキー光学系を備えた) があります。

干渉顕微鏡では、照明器からの光線が 2 つの流れに分割されます。1 つは物体を通過して発振位相を変化させ、2 つ目は物体をバイパスします。対物プリズムでは、両方のビームが接続され、互いに干渉します。その結果、厚さや密度の異なる微小体の部分のコントラストの度合いが異なる画像が構築される。変化を定量化した後、乾物の濃度と質量を測定します。

位相差顕微鏡と干渉顕微鏡を使用すると、生きた細胞を研究することができます。彼らは、2 つの波のセットが結合するときに発生する干渉効果を利用して、微細構造の画像を作成します。位相差顕微鏡、干渉顕微鏡および暗視野顕微鏡の利点は、移動および有糸分裂の過程にある細胞を観察できることです。この場合、細胞の動きはタイムラプス（フレームごと）のマイクロフィルム撮影を使用して記録できます。

偏光顕微鏡。偏光顕微鏡は光学顕微鏡を改良したもので、2 つの偏光フィルターが取り付けられています。1 つ目 (偏光子) は光線と物体の間に、2 つ目 (検光子) は対物レンズと目の間に設置されます。最初のフィルターを通過すると、光は一方向にのみ通過します。2 番目のフィルターは、第一のフィルターに対して垂直な主軸を持ち、光を透過しません。これにより、暗視野効果が生じます。どちらのフィルターも回転して、光線の方向を変えることができます。検光子が偏光子に対して 90°回転すると、光はそれらを通過しません。縦方向に配向した分子を含む構造 (コラーゲン、微小管、マイクロフィラメント) および結晶構造 (ライディッヒ細胞 1) は、回転軸が変化すると光って見えます。光波を通常の波とそれに垂直な波に分割する結晶または準結晶形成の能力は、複屈折と呼ばれます。横紋筋の原線維にはこの能力があります。

電子顕微鏡検査。顕微鏡技術の開発における大きな前進は、電子顕微鏡の作成と使用でした (図 1、B を参照)。電子顕微鏡は、光学顕微鏡よりも短い波長の電子の流れを使用します。電圧が50,000Vのとき、真空中を電子の流れが移動するときに生じる電磁振動の波長は0.0056nmです。理論的には、これらの条件下での分解距離は約 0.002 nm、つまり 0.000002 μm になると計算されます。 100,000分の1です。光学顕微鏡よりも。実際、最新の電子顕微鏡では、分解距離は約 0.1 ～ 0.7 nm です。

現在、透過型（透過型）電子顕微鏡（TEM）と走査型（ラスター型）電子顕微鏡（SEM）が広く使われています。 TEM を使用すると、研究対象の微小物の平面画像しか取得できません。構造の空間表現を取得するには、3 次元画像を作成できる SEM が使用されます。走査型電子顕微鏡は、電子マイクロプローブで研究対象の物体を走査するという原理に基づいて動作します。つまり、鋭く焦点を絞った電子ビームで表面の個々の点を順番に「調査」します。選択した領域を研究するために、マイクロプローブは偏向コイルの影響下でその表面に沿って移動します (テレビの走査原理)。このような物体の検査はスキャン（読み取り）と呼ばれ、マイクロプローブが移動するパターンはラスターと呼ばれます。得られた画像はテレビ画面に表示され、その電子ビームはマイクロプローブと同期して移動します。

走査型電子顕微鏡の主な利点は、被写界深度が広いこと、倍率を広範囲に連続的に変更できること (数万倍から数万倍まで)、および高い解像度です。

凍結法による電子顕微鏡観察- チッピング膜の構造や細胞間結合の詳細を研究するために使用されます。チップを製造するには、細胞を低温 (-160 °C) で凍結させます。膜を検査すると、切断面が脂質二重層の中央を通過します。次に、得られた膜の半分の内面に金属 (プラチナ、パラジウム、ウラン) をスプレーし、TEM と顕微鏡写真を使用して研究します。

極低温電子顕微鏡法。組織サンプルの急速凍結した薄層（約 100 nm）を顕微鏡グリッド上に置き、-160℃の真空顕微鏡下で検査します。

電子顕微鏡法「凍結法」- エッチング"細胞膜の外表面を研究するために使用されます。細胞を極低温で急速凍結させた後、ナイフの刃でブロックを分割します。生じた氷の結晶は、真空中で水を昇華させることによって除去されます。次に、重金属 (プラチナなど) の薄膜をスパッタリングすることによって、セルの領域に影が付けられます。この方法により、構造の三次元組織を特定することが可能になります。

したがって、凍結切断および凍結エッチング法を使用すると、固定によって引き起こされるアーチファクトを形成することなく、未固定の細胞を研究することが可能になります。

重金属塩を用いた対比法により、DNA、大きなタンパク質（ミオシンなど）などの個々の巨大分子を電子顕微鏡で検査することが可能になります。ネガティブコントラストでは、巨大分子（リボソーム、ウイルス）またはタンパク質フィラメント（アクチンフィラメント）の凝集体が研究されます。

凍結超薄切片の電子顕微鏡観察。この方法では、固体培地に固定または包埋されていない組織片が液体窒素中で -196 °C の温度で急速に冷却されます。これにより、細胞の代謝プロセスの阻害と、水の液相から固相への移行が確実に行われます。次に、ウルトラミクロトームを使用して低温でブロックを切断します。この切片調製方法は、通常、酵素活性の測定や免疫化学反応の実行に使用されます。抗原を検出するには、金コロイドの粒子と結合した抗体が使用されます。金コロイドの局在は、標本上で簡単に識別できます。

超高圧顕微鏡検査の方法。最大 3,000,000 V の加速電圧を持つ電子顕微鏡が使用されます。これらの顕微鏡の利点は、高い電子エネルギーでは物体による吸収が少ないため、厚い物体 (1 ～ 10 ミクロン) を観察できることです。。立体画像化により、細胞内構造の三次元組織に関する情報を高解像度（約0.5nm）で得ることができます。

X線回折分析。高分子の構造を原子レベルで研究するには、波長約0.1 nm（水素原子の直径）のX線を使用する方法が使用されます。結晶格子を形成する分子は、回折パターンを使用して研究されます。回折パターンは、さまざまな強度の多数のスポットの形で写真乾板に記録されます。スポットの強度は、アレイ内のさまざまなオブジェクトが放射線を散乱する能力に依存します。回折パターン内のスポットの位置は系内の物体の位置に依存し、その強度は内部の原子構造を示します。

固定された細胞および組織を研究する方法

固定された細胞と組織の研究。研究の主な目的は、 組織学的準備、固定構造から作成されます。標本は、塗抹標本（例えば、血液、骨髄、唾液、脳脊髄液などの塗抹標本）、インプリント（例えば、脾臓、胸腺、肝臓）、組織のフィルム（例えば、結合組織または組織組織）であり得る。腹膜、胸膜、軟膜）、薄切り。ほとんどの場合、組織または臓器の一部が研究に使用されます。組織学的標本は特別な処理なしで研究できます。たとえば、準備された血液塗抹標本、印刷物、フィルム、または臓器切片は、顕微鏡ですぐに検査できます。しかし、構造はコントラストが低いため、従来の光学顕微鏡では見えにくく、特殊な顕微鏡（位相差など）の使用が必要となるため、特別に加工された標本が使用されることが多くなります。

光学顕微鏡および電子顕微鏡用の組織学的標本を作成するプロセスには、次の主なステップが含まれます: 1) 材料を採取して固定する、2) 材料を圧縮する、3) 切片を準備する、4) 切片を染色または対照する。光学顕微鏡の場合は、切片を香油またはその他の透明な媒体で囲むという別の手順が必要です (5)。固定分解プロセスを確実に防止し、構造の完全性を維持します。これは、臓器から採取した少量のサンプルを固定液（アルコール、ホルムアルデヒド、重金属塩の溶液、オスミン酸、特殊な固定液混合物）に浸すか、熱処理することで実現されます。固定剤の影響下で、組織や器官に複雑な物理的および化学的変化が発生します。それらの中で最も重要なのは、タンパク質の不可逆的な凝固のプロセスであり、その結果として生命活動が停止し、構造が死滅して固定されます。固定により、断片の圧縮と体積の減少が得られるだけでなく、その後の細胞や組織の着色も改善されます。

ピースの圧縮切片作製に必要な、あらかじめ脱水した材料にパラフィン、セロイジン、有機樹脂を含浸させて製造します。たとえば液体二酸化炭素中でピースを凍結する方法を使用すると、より迅速な圧縮が達成されます。

セクションの準備特別な装置で生産されます - ミクロトーム（光学顕微鏡用）および ウルトラミクロトーム(電子顕微鏡用)。

切片染色(光学顕微鏡で) または 金属塩をスプレーする（電子顕微鏡で）顕微鏡で個々の構造を観察するときに、その画像のコントラストを高めるために使用されます。組織構造を染色する方法は非常に多様であり、研究の目的に応じて選択されます。組織学的染色は、酸性、塩基性、中性に分類されます。一例としては、核を紫色に染色する最も有名な塩基性染料のアジュール II と、細胞質をピンクからオレンジに染色する酸性染料のエオシンがあります。特定の色素に対する構造の選択的親和性は、その化学組成と物理的特性によって決まります。酸性染料によく染まる構造をといいます。 好酸性の(好酸性、好酸性)、および塩基性のもので染色されたもの - 好塩基性。酸性染料と塩基性染料の両方を受け入れる構造は次のとおりです。 好中球性（異好性）。着色された製剤は、通常、濃度を高めたアルコール中で脱水され、キシレン、ベンゼン、トルエンまたは一部の油中で透明になります。長期保存の場合、乾燥した組織切片はスライドとカバーガラスの間にカナダバルサムまたはその他の物質で封入されます。完成した組織標本は、顕微鏡での研究に長年使用できます。電子顕微鏡では、ウルトラミクロトームで得られた切片を特別なグリッド上に置き、マンガン、コバルトなどの塩と対比し、その後顕微鏡で観察して写真を撮ります。得られた顕微鏡写真は、組織学的標本とともに研究の対象として役立ちます。

生きた細胞や組織を研究する方法

生きた細胞や組織を研究することにより、細胞の動き、分裂、破壊、成長、分化、相互作用のプロセス、ライフサイクルの期間、それに応じた反応性の変化など、それらの生命活動に関する最も完全な情報を得ることができます。さまざまな要因の作用に影響されます。

体内の細胞の生体内研究 (で生体内). 生体内研究手法の一つに、生体内の構造の観察があります。たとえば、特殊な透過照明顕微鏡を使用すると、微小血管内の血液循環の動態を研究することができます。動物に麻酔をかけた後、組織を等張塩化ナトリウム溶液で常に湿らせながら、研究対象（例えば、腸間膜）を取り出して顕微鏡で検査します。ただし、そのような観察の期間は限られています。最良の結果は、動物の体に透明なカメラを埋め込む方法によって得られます。

このようなカメラを埋め込んで観察するのに最も便利な器官は、動物 (ウサギなど) の耳です。透明な部屋を備えた耳の一部を顕微鏡ステージに置き、この条件下で細胞や組織の変化のダイナミクスを長期間にわたって研究します。このようにして、血管からの白血球の除去のプロセス、結合組織、毛細血管、神経の形成のさまざまな段階、およびその他のプロセスを研究することができます。実験動物の目を自然な透明カメラとして利用できます。細胞、組織、または器官サンプルは、角膜と虹彩によって形成される角度で前眼房の液体中に配置され、透明な角膜を通して見ることができます。このようにして、受精卵が移植され、胚発生の初期段階が追跡されました。子宮の小片をサルに移植し、月経周期のさまざまな段階における子宮粘膜の変化を研究しました。

致死性放射線に曝露された健康なドナー動物からレシピエント動物に血球と骨髄を移植する方法は、広く使用されている。レシピエント動物は、脾臓内に造血細胞のコロニーを形成したドナー細胞の生着により、移植後も生き続けた。コロニーの数とその細胞構成を研究することで、親造血細胞の数とそれらの分化のさまざまな段階を特定することが可能になります。コロニー形成法を使用して、すべての血球の発生源が特定されました。

バイタルおよび超バイタル染色。細胞や組織の生体（生体内）染色では、染料が動物の体内に導入され、特定の細胞、その小器官、または細胞間物質を選択的に染色します。たとえば、食細胞はトリパンブルーやリチウムカーミンを使用して検出され、新しく形成された骨基質はアリザリンを使用して検出されます。

超生体染色は、体から分離された生きた細胞の染色です。このようにして、血液網状赤血球（ダイアモンドクレシルブルー色素）、細胞内のミトコンドリア（ヤヌスグリーン色素）、リソソーム（ニュートラルレッド色素）など、赤血球の若い形態が識別されます。

培養中の生きた細胞と組織の研究 (で試験管内). この方法は最も一般的な方法の 1 つです。人間や動物の体から分離された細胞、小さな組織サンプル、臓器は、特別な栄養培地（血漿、胚抽出物、および人工培地）が入ったガラスまたはプラスチックの容器に入れられます。懸濁培養 (細胞が培地に懸濁されている)、組織、器官および単層培養 (外植された細胞がガラス上に連続層を形成する) があります。環境の無菌性と体温に相当する温度が確保されます。このような条件下では、細胞は、成長、再生、分化、移動する能力などの基本的なバイタルサインを長期間保持します。このような培養物は、培地が更新され、生細胞が他の容器に移植された場合、何日も、何か月も、さらには何年も存続することができます。一部の種類の細胞は、ゲノムの変化により、培養中に生存して増殖し、継続的な細胞株を形成することができます。 A. A. Maksimov、A. V. Rumyantsev、N. G. Khlopin、A. D. Timofeevsky、F. M. Lazarenko は、細胞および組織の培養方法の開発に多大な貢献をしました。現在、線維芽細胞、筋細胞、上皮細胞、マクロファージなどの細胞株が得られており、これらは長年存在しています。

この培養法の使用により、細胞の分化、悪性変性、細胞相互作用、および細胞とウイルスや微生物との相互作用の多くのパターンを特定することが可能になりました。軟骨細胞が培養物中で細胞間物質を形成する能力と、副腎細胞がホルモンを産生する能力が実証されています。胚の組織や器官を培養することで、骨、皮膚、その他の器官の発生を追跡することが可能になりました。神経細胞を培養する技術が開発されました。

組織培養法は、ヒトの細胞や組織を実験的に観察するために特に重要です。穿刺または生検中に人体から採取された細胞は、組織培養に使用して、性別、遺伝性疾患、悪性変性を判定したり、多くの有毒物質の影響を検出したりできます。

近年、細胞培養は細胞ハイブリダイゼーションに広く使用されています。

組織を細胞に分割し、個々の細胞タイプを分離して培養する方法が開発されています。

まず、タンパク質分解酵素 (トリプシン、コラゲナーゼ) と Ca 2+ 結合化合物 (EDTA - エチレンジアミン四酢酸を使用) を使用して細胞間接触と細胞間マトリックスを破壊することにより、組織を細胞懸濁液に変換します。次に、得られた懸濁液を遠心分離を使用してさまざまな種類の細胞の画分に分割します。これにより、重い細胞と軽い細胞、大きな細胞と小さな細胞を分離することができます。また、細胞をガラスやプラスチックに付着させることによって分離することもできます。その能力は細胞によって異なります。さまざまな種類の細胞。ガラス表面への細胞の特異的接着を確実にするために、1 つのタイプの細胞に特異的に結合する抗体が使用されます。次に、酵素でマトリックスを破壊することによって付着細胞が分離され、均一な細胞の懸濁液が得られます。より巧妙な細胞分離方法は、蛍光色素と関連付けられた抗体で標識することです。標識細胞は、ソーター（電子蛍光活性化細胞分析装置）を使用して非標識細胞から分離されます。セルアナライザーは1台で約5000個の細胞を選別します。単離された細胞は培養条件下で研究できます。

細胞を培養する方法により、細胞の生命活動、生殖、分化、他の細胞との相互作用、ホルモンや成長因子の影響などを研究することができます。

培養物は通常、上記の組織解離法によって得られた細胞懸濁液から調製されます。ほとんどの細胞は懸濁液中では増殖できません。細胞は固体の表面、つまりプラスチックの培養皿の表面を必要とし、場合によってはコラーゲンなどの細胞外マトリックス成分を必要とします。 主な作物細胞分画の第一段階の直後に調製された培養物と呼ばれます。 二次的- 初代培養から新しい環境に移植された細胞培養。細胞は、分化の特徴（例えば、層を形成する上皮細胞）を保持したまま、数週間または数か月にわたって連続的に移植することができます。細胞培養の出発材料は通常、胎児および新生児の組織です。

塩、アミノ酸、ビタミン、馬血清、鶏胚抽出物、胎児血清などの混合物が、さまざまな種類の細胞を培養するための栄養培地として現在開発されています。これらには、細胞が機能し再生するために必要な 1 つ以上のタンパク質成長因子が含まれています。たとえば、神経細胞の成長には神経成長因子 (NGF) が必要です。

培養中のほとんどの細胞は、一定回数 (50 ～ 100 回) の分裂を経て、死にます。場合によっては、突然変異細胞が培養中に出現し、際限なく増殖して細胞株 (線維芽細胞、上皮細胞、筋芽細胞など) を形成します。変異細胞は癌細胞とは異なり、癌細胞も継続的に分裂することができますが、固体表面に付着せずに増殖することができます。培養皿内のがん細胞は、正常細胞の集団よりも高密度の集団を形成します。腫瘍由来のウイルスまたは化合物で正常細胞を形質転換することにより、同様の特性を正常細胞に実験的に誘導することができ、その結果、腫瘍的に形質転換された細胞株が形成されます。非形質転換細胞および形質転換細胞の細胞株は、低温（-70℃）で長期間保存できます。細胞の遺伝的均一性は、連続分裂中に 1 つの細胞から均一な細胞の大きなコロニーが得られるクローニングによって強化されます。クローンは、単一の前駆細胞に由来する細胞の集団です。

細胞ハイブリッド。異なる種類の 2 つの細胞が結合すると、異核存在、つまり 2 つの核を持つ細胞が形成されます。異核体を得るには、細胞懸濁液をポリエチレングリコールまたは不活化ウイルスで処理して細胞の原形質膜に損傷を与え、その後細胞は融合可能になります。例えば、ニワトリ赤血球の不活性核は、細胞融合により活性化し（RNA合成、DNA複製）、組織培養で増殖する別の細胞の細胞質に移入されます。ヘテロカリオンは有糸分裂が可能であり、その結果、 ハイブリッドセル。異核存在の核の殻は破壊され、その染色体は 1 つの大きな核に結合されます。

ハイブリッド細胞のクローニングは、ゲノム研究に使用されるハイブリッド細胞株の形成につながります。たとえば、マウスとヒトのハイブリッド細胞株では、インスリン合成におけるヒト 11 番染色体の役割が確立されました。

ハイブリドーマ。ハイブリドーマ細胞株はモノクローナル抗体の産生に使用されます。抗体は、免疫中に B リンパ球から形成される形質細胞によって産生されます。特定の種類の抗体は、マウスを特定の抗原で免疫することによって得られます。このような免疫化リンパ球をクローン化すると、多数の均質な抗体を得ることができる。ただし、培養中の B リンパ球の寿命は限られています。したがって、それらは「不死の」腫瘍細胞（B リンパ腫）と融合します。その結果、ハイブリッドが形成されます (ハイブリッドセル、 2 つの異なる細胞からのゲノムを使用します。 おま -腫瘍の名前で終わります）。このようなハイブリドーマは、培養下で長期間増殖し、特定の種類の抗体を合成することができます。各ハイブリドーマクローンはモノクローナル抗体の供給源です。特定の種類のすべての抗体分子は、同じ抗原結合特異性を持っています。細胞内に含まれるあらゆるタンパク質に対するモノクローナル抗体を取得し、それを利用して細胞内のタンパク質の局在を調べたり、混合物からタンパク質を単離（タンパク質精製）して構造や機能を研究したりすることが可能です。タンパク質の。モノクローナル抗体は遺伝子クローニング技術にも使用されます。

抗体は、薄いガラスのピペットで形質膜を通して細胞の細胞質に直接導入することにより、さまざまな分子の機能を研究するために使用できます。たとえば、ミオシンに対する抗体をウニの受精卵の細胞質に導入すると、細胞質の分裂が止まります。

組換えDNA技術。古典的な遺伝学的手法を使用すると、突然変異生物とその子孫の表現型を分析することで遺伝子機能を研究することができます。組換え DNA 技術はこれらの方法を補完し、遺伝物質の詳細な化学分析と細胞タンパク質の大量生産を可能にします。

ハイブリダイゼーション法は、遺伝子の構造とその発現を研究するために現代生物学で広く使用されています。

細胞や組織の化学組成と代謝を研究する方法

生物学的構造の化学組成、つまり物質の局在化、代謝プロセスにおける濃度と動態を研究するには、特別な研究方法が使用されます。

サイトーそして 組織化学的方法。これらの方法により、細胞、組織、器官の構造におけるさまざまな化学物質（DNA、RNA、タンパク質、炭水化物、脂質、アミノ酸、ミネラル、ビタミン、酵素活性）の局在を特定することが可能になります。これらの方法は、化学試薬と細胞および組織構造の一部である基質との間の反応の特異性、および化学反応生成物の着色に基づいています。反応の特異性を高めるために、酵素制御がよく使用されます。たとえば、細胞内のリボ核酸 (RNA) を検出するには、基本的な特性を持つ色素であるガロシアニンがよく使用されます。 RNA RNAを切断するリボヌクレアーゼによる対照処理によって確認されました。ガロシアニン汚れ RNA青紫色で。切片がリボヌクレアーゼで前処理され、その後ガロシアニンで染色された場合、染色がないことにより、構造内にリボ核酸が存在することが確認されます。多数の細胞化学的および組織化学的方法の説明は、特別なマニュアルに記載されています。

近年、組織化学的手法と電子顕微鏡検査の組み合わせにより、電子組織化学という新しい有望な方向の開発が行われています。この方法により、さまざまな化学物質の局在を細胞レベルだけでなく、細胞内レベルおよび分子レベルでも研究することが可能になります。

細胞の高分子を研究するには、放射性同位体と抗体を使用した非常に高感度な方法が使用され、少量の分子（1000 未満）でも検出できます。

放射性同位体原子核が崩壊すると、荷電粒子 (電子) または放射線 (ガンマ線など) が放出され、特別な機器で検出できます。オートラジオグラフィー法では放射性同位体が使用されます。例えば、３Ｈ－チミジンの放射性同位体の助けを借りて、核のＤＮＡが、３Ｈ－ウリジン－ＲＮＡの助けを借りて研究される。

オートラジオグラフィー法。この方法により、さまざまな構造における代謝を最も完全に研究することが可能になります。この方法は、放射性元素（たとえば、リン - 32 P、炭素 - 14 C、硫黄 - 35 S、水素 - 3 H）またはそれらで標識された化合物の使用に基づいています。組織切片中の放射性物質は、標本に塗布されて現像される写真乳剤を使用して検出されます。光エマルションが放射性物質と接触する薬剤の領域では光反応が起こり、その結果、照射された領域（トラック）が形成されます。この方法は、例えば、タンパク質への標識アミノ酸の取り込み速度、核酸の形成、甲状腺細胞におけるヨウ素代謝などを測定するために使用できます。

免疫蛍光分析の方法。抗体の応用。抗体は、異物 (抗原) の作用に応答して形質細胞 (B リンパ球の誘導体) によって産生される防御タンパク質です。さまざまな形態の抗体の数は 100 万に達します。各抗体には、この抗体の合成を引き起こした分子を「認識」するための部位があります。抗体は抗原に対する特異性が高いため、あらゆる細胞タンパク質の検出に使用できます。タンパク質の局在を明らかにするには、抗体を蛍光色素で染色し、蛍光顕微鏡を使用して細胞を検査します。抗体は、電子顕微鏡を使用して超微細構造レベルで抗原を研究するために使用することもできます。これを行うために、抗体は電子密度の高い粒子 (コロイド状金微小球) で標識されます。反応の特異性を高めるために、細胞株、つまり1つの細胞からハイブリドーマ法によって得られるクローンによって形成されるモノクローナル抗体が使用されます。ハイブリドーマ法を使用すると、同じ特異性を持つモノクローナル抗体を無制限の量で得ることができます。

免疫蛍光分析法は、現代の組織学で広く効果的に使用されています。これらの方法は、細胞分化のプロセスを研究し、細胞内の特定の化合物と構造を同定するために使用されます。それらは抗原抗体反応に基づいています。体の各細胞は特定の抗原組成を持っており、それは主にタンパク質によって決定されます。反応生成物は蛍光顕微鏡で染色および検出できます。たとえば、免疫蛍光法を使用した細胞内のアクチンおよびチューブリンの検出です (第 IV 章を参照)。

現代の研究方法により、固定細胞と生存細胞の両方の細胞のさまざまな構造成分の化学組成を分析することが可能になります。個々の細胞内構造の研究は、細胞内容物を分画する技術の開発後に可能になりました。

細胞内容物の分別

細胞構造と高分子は、超遠心分離、クロマトグラフィー、電気泳動などのさまざまな方法を使用して分別できます。これらの方法は生化学の教科書に詳しく記載されています。

超遠心分離。この方法を使用すると、細胞を細胞小器官と高分子に分割できます。まず、細胞は浸透圧衝撃、超音波、または機械的作用によって破壊されます。この場合、膜（原形質膜、小胞体）は断片に崩壊し、そこから小さな小胞が形成されますが、核と細胞小器官（ミトコンドリア、ゴルジ装置、リソソームおよびペルオキシソーム）は無傷のままで、形成中の懸濁液中にあります。

上記の細胞成分を分離するには、高速遠心分離機 (80,000 ～ 150,000 rpm) が使用されます。まず、大きな部分（核、細胞骨格）が試験管の底に沈みます（沈殿物）。上清画分の遠心分離速度をさらに高めると、最初にミトコンドリア、リソソーム、ペルオキシソーム、次にミクロソームと小さな小胞、そして最後にリボソームと大きな高分子という小さな粒子が順番に沈降します。遠心分離中に、異なる画分が異なる速度で沈降し、試験管内に分離して検査できる別々のバンドが形成されます。分画細胞抽出物 (無細胞系) は、タンパク質生合成の研究、遺伝暗号の解読など、細胞内プロセスの研究に広く使用されています。

クロマトグラフィーはタンパク質の分画に広く使用されています。

電気泳動では、異なる電荷を持つタンパク質分子を電場内の水溶液 (または固体の多孔質マトリックス) に置くことで、タンパク質分子を分離することができます。

クロマトグラフィーおよび電気泳動の方法は、タンパク質分子を分割して得られるペプチドを分析し、いわゆるタンパク質のペプチドマップを取得するために使用されます。これらの方法は生化学の教科書に詳しく記載されています。

生きた細胞の化学組成の研究。生きた細胞内の物質の分布とその代謝を研究するには、核磁気共鳴法と微小電極技術が使用されます。

核磁気共鳴 (NMR) を使用すると、低分子量物質の小分子を研究できます。組織サンプルには、さまざまな分子およびさまざまな環境にある原子が含まれているため、さまざまな共鳴周波数でエネルギーを吸収します。特定のサンプルの共鳴周波数における吸収図がそのスペクトルになります。 NMR。生物学では、プロトン (水素原子核) からの NMR 信号は、タンパク質や核酸などの研究に広く使用されています。生細胞内の高分子を研究するには、同位体 3 H、13 C、35 K、31 R がよく使用されます。 NMR信号を送信し、セルの寿命中のその変化を監視します。したがって、3| P は、筋肉の収縮、つまり組織内の ATP および無機リン酸塩の含有量の変化を研究するために使用されます。 13 C 同位体により、NMR を使用してグルコースが関与する多くのプロセスを研究することが可能になります。 NMR の使用は、その感度の低さによって制限されます。1 g の生体組織には、研究対象の物質が少なくとも 0.2 mm 含まれていなければなりません。この方法の利点は、生きた細胞に無害であることです。

微小電極技術。微小電極は、導電性溶液 (通常は KS1 の水溶液) で満たされたガラス管で、その端の直径は 1 ミクロンの単位で測定されます。このようなチューブの先端をプラズマレンマを通して細胞の細胞質に導入し、H + 、Na + 、K + 、C1"、Ca 2+ 、Mg 2+ イオンの濃度、プラズマレンマ全体の電位差を測定できます。特定のイオンの濃度を測定するには、特定のイオンのみを透過させるイオン選択性電極が使用されます。この場合、先端がプラズマ膜の対応する部分にしっかりと押し付けられた、より厚い微小電極が使用されます。この方法では、細胞内の単一のタンパク質分子の機能を研究することができます。たとえば、発光タンパク質であるアクアリン（細胞内）の濃度を調べるために、発光インジケーターを使用できます。クラゲ) が使用され、Ca 2+ イオンの存在下で発光し、0.5 ～ 10 μM の範囲内の後者の濃度変化に応答します。 Ca 2+ に強く結合する蛍光指示薬も合成されています。さまざまな新しいタイプの細胞内インジケーターの作成と最新の画像解析手法により、多くの低分子物質の細胞内濃度を正確かつ迅速に測定することが可能になりました。

定量的方法

現在、定性的方法とともに定量的組織化学的方法が開発され、細胞および組織内のさまざまな物質の含有量を測定するために使用されています。 (生化学とは対照的に) 定量的組織化学的研究方法の特徴は、細胞や組織の特定の構造における化学成分の濃度と含有量を研究できることです。

細胞分光光度法- 吸収スペクトルに基づいて細胞内物質を定量的に研究する方法。

細胞分光蛍光分析- あらかじめ選択された 1 つの波長での蛍光スペクトルまたは蛍光強度によって細胞内物質を定量的に研究する方法 (細胞蛍光測定)。

現代の顕微鏡 - サイトフルオロメーターさまざまな構造中の微量物質（最大10〜14〜10〜16 g）を検出し、微細構造中の研究対象物質の局在を評価することができます。

細胞および組織構造の画像を解析する方法

顕微鏡、テレビ画面、または電子顕微鏡写真で得られた微小対象物の画像は、形態計測、濃度計測パラメータの特定、およびそれらの統計処理などの特別な分析にかけることができます。

形態計測手法特別なグリッド (E. Weibel、A. A. Glagolev、S. B. Stefanov) を使用して、構造の数、その面積、直径などを決定できます。特に、細胞では、核、細胞質の面積、それらの直径を測定できます。手動形態計測法と自動形態計測法があり、すべてのパラメータが自動的に測定され、装置に記録されます。

近年、それらはますます普及しています オートメーション画像処理システム (AIS)、これにより、細胞や組織を研究するための上記の定量的方法を最も効果的に実行できるようになります。同時に、定量顕微鏡の分析能力は、電子コンピューターを使用して細胞や組織の画像から抽出された処理情報に基づくサンプルの分析および認識の方法によって補完されます。本質的に、人間の視覚分析装置の光学機能を強化するだけでなく、その分析能力を大幅に拡張するデバイスについて話すことができます。 ACOI は、約 300 年前の光学顕微鏡や約 50 年前の電子顕微鏡の発明によって起こったのと同じ形態学の革命を起こしていることが示唆されています。なぜなら、ACOI は研究者の生産性を計り知れないほど向上させるだけでなく、観察を客観化するだけでなく、これまで検出されなかったプロセスに関する新しい情報を取得したり、細胞や組織におけるプロセスの発生を数値的にモデル化して予測したりすることもできます。

同時に、コンピュータ実験に参加するには、研究者はその実装に対する新しいアプローチ、研究プロセスのアルゴリズムを作成するスキル、推論の正確さ、そして最終的には科学的および方法論的なレベルを高める必要があります。研究の。

解決できる形態学的問題の数を大幅に拡大した方法の 1 つは次のとおりです。 光学構造機械解析 (OSMA)、 1965年にK.M.によって提案されました。 1978 年、このメソッドの作者はソ連国家賞を受賞しました。 OSMA の出現により、統計的特性に基づく微細構造の定量分析のための統一された方法論の開発において、質的に新しい一歩が踏み出されました。最近、OSMA は研究実践や国家経済において効果的な応用が見出されています。

図では、図 2 は、LOMO 社によって我が国で開発された自動画像処理システム Protva-MP を示しています。このシステムは、吸収、蛍光顕微鏡、オートラジオグラフィーの方法を使用した細胞と組織の複雑な研究用に設計されています。

システムに含まれる特別な走査型光学顕微鏡または電子顕微鏡は、2 つの座標に沿って薬物の画像を順次観察してデジタル形式に変換し、それをコンピュータに入力します。次に、コンピュータがデジタル画像処理を実行して、幾何学的な情報を提供します。分析されたオブジェクトのその他の特性。

カラーディスプレイを使用すると、研究者は画像を「解剖」し、興味のある構造コンポーネントのみを強調表示できます。コンピュータに組み込まれている磁気ディスクまたはテープ上の大容量情報記憶装置により、画像自体とその処理結果の両方を、後の保存や文書化のために保存することができます。

血液白血球の画像処理の例を使用して、微小オブジェクトの自動分析方法の使用を考えてみましょう (図 3)。走査型顕微鏡光度計を使用すると、光学濃度値を 1 行ずつ「表示」できます。研究者が指定したステップで、その結果、物体の光学密度に対応する光信号がデジタル形式に変換され、得られたデジタルマトリックスは特別な数学的装置を使用して作成されます。

まず、背景が除去され、「純粋な」オブジェクト、つまり細胞の画像 (1a) が分離されます。その後、細胞質 (16) や核 (I) など、研究者が関心のある細部が細胞画像から分離されます。光学濃度、分散、非対称性、尖度などの次数平均と積分値。対象物の画像から、面積、周囲長、直径、核細胞質比、形状係数などの形態計測パラメータが得られます。

画像処理の次の段階は、最初の場合と同様に、細胞全体 (図 3 を参照)、細胞質 (Shb)、および核 (Shv) の光学密度の相互依存性の 2 次元図を構築することです。細胞全体の図 (Sha) 細胞質相とカーネルを区別することができます。これらの図を使用すると、均一性、局所コントラスト、エントロピーなどの 2 次のヒストグラムパラメーターを計算できます。

米。 H. 自動化された細胞画像処理 (図)。

白血球 (a)、その細胞質 (b)、および核 (c) の画像。 I - デジタル画像。 II - 光学濃度ヒストグラム。 III - 光学濃度値の依存性の 2 次元ヒストグラム。

このようにして得られたパラメータは、細胞の多次元の「肖像」を表し、特定の数値表現を持ちます。さまざまな統計処理方法を適用できるため、微小物体の極めて正確な分類が可能になり、視覚的には検出できない構造の特徴を特定できます。

したがって、組織学、細胞学、および発生学における新しい研究方法を使用すると、組織および細胞の組織化の一般的なパターン、細胞の特定の構造成分の機能を決定する生化学的プロセスの構造的基礎を明らかにすることが可能になります。

細胞学の発展の主な段階

細胞発見の歴史

細胞学（「サイトス」 - 細胞、細胞）は細胞の科学です。現代の細胞学の研究：細胞の構造、基本的な生命システムとしての細胞の形成、個々の細胞成分の形成、細胞の再生、修復、環境条件への適応、その他のプロセスのプロセスを研究します。言い換えれば、現代の細胞学は細胞の生理学です。

細胞の研究の発展は、顕微鏡の発明と密接に関係しています（ギリシャ語の「micros」-小さい、「skopeo」-私が見る）。これは、人間の目では 0.1 mm、つまり 100 マイクロメートル (ミクロンまたは µm と略されます) より小さい物体を区別できないためです。細胞（さらには細胞内構造）のサイズも大幅に小さくなります。

たとえば、動物細胞の直径は通常20ミクロンを超えず、植物細胞は50ミクロン、開花植物の葉緑体の長さは10ミクロンを超えません。光学顕微鏡を使用すると、直径が 10 分の 1 ミクロンの物体を区別できます。

最初の顕微鏡は 1610 年にガリレオによって設計され、鉛管内にレンズを組み合わせたものでした。 (図1.1)。 1590 年のこの発見以前は、オランダの巨匠ヤンセンスがガラスの製造に従事していました。

米。 1.1. ガリレオ・ガリレイ (1564-1642)

イギリスの物理学者で博物学者の R. フックは、研究に初めて顕微鏡を使用しました。 (図1.2、1.4)。 1665 年に、彼はコルクの細胞構造を初めて説明し、「細胞」という用語を作りました。 (図1.3)。 R. フックは、プラグの特定の体積内のセルの数を数えるという最初の試みを行いました。

彼は、細胞をすべての面で完全に閉じた細胞として概念化し、植物組織の細胞構造の事実を確立しました。これら 2 つの主な結論により、この分野におけるさらなる研究の方向性が決定されました。

米。 1.2. ロバート・フック (1635-1703)

米。 1.3. ロバート・フックによって研究されたコルク細胞

米。 1.4. ロバート・フック顕微鏡

1674年、オランダの貿易商アントニオ・ファン・レーウェンフックは、顕微鏡を使用して、初めて水滴の中に「動物」、つまり動く生き物（単細胞生物、血球、精子）を観察し、これを科学界に報告しました。 (図1.5、1.6)。これらの「動物」の記述は、オランダ人に世界的な名声をもたらし、生きたミクロ世界の研究への関心を呼び起こしました。

米。 1.5. アントニオ・ファン・レーウェンフック (1632-1723)

米。 1.6. アントニオ・ファン・レーウェンフック作の顕微鏡

1693 年、ピョートル 1 世がデルフィに滞在していたとき、A. レーウェンフックは魚のヒレの中で血がどのように動くかを彼に実演しました。これらのデモンストレーションはピョートル 1 世に大きな印象を与え、ロシアに帰国した彼は光学機器の工房を設立しました。 1725 年にサンクトペテルブルク科学アカデミーが組織されました。

才能あるマスター I.E. ベリャエフ、I.P. クリビン製顕微鏡 (図1.7、1.8、1.9)、その設計には学者のL.オイラーとF.エピナスが参加しました。

米。 1.7. I.P. クリビン (1735-1818)

米。 1.8. I.E. ベリャーエフ

米。 1.9. ロシアの職人が作った顕微鏡

1671 ～ 1679 年イタリアの生物学者で医師のマルチェロマルピーギは、植物の器官の微細構造について初めて系統的に説明し、植物の解剖学の基礎を築きました。 (図1.10).

米。 1.10. マルチェロマルピーギ (1628-1694)

1671 ～ 1682 年イギリス人のネヘミア・グルーは植物の微細構造を詳細に説明しました。「泡」または「バッグ」の集合の概念を指す「ティッシュ」という用語を導入しました。 (図1.11)。これらの研究者は両方とも（互いに独立して研究しました）、驚くほど正確な説明と図面を提供しました。彼らは、小胞からの植物組織の構築の普遍性に関して同じ結論に達しました。

米。 1.11. ネヘマイアグルー (1641-1712)

19 世紀の 20 年代。動植物の組織研究の分野で最も重要な業績は、フランスの科学者アンリ・デュトロシェ (1824 年)、フランソワ・ラスパイユ (1827 年)、ピエール・テュルパン (1829 年) によるものです。彼らは、細胞（嚢、小胞）がすべての植物および動物組織の基本構造であることを証明しました。これらの研究は、細胞理論の発見への道を切り開きました。

発生学と比較解剖学の創設者の一人であり、サンクトペテルブルク科学アカデミーの会員であるカール・マクシモヴィッチ・ベアは、細胞が構造だけでなく生物の発達の単位であることを示しました。 (図1.12).

米。 1.12. K.M. ベア (1792-1876)

1759年、ドイツの解剖学者で生理学者のカスパー・フリードリヒ・ヴォルフは、細胞が成長の単位であることを証明しました。 (図1.13).

米。 1.13。 K.F. オオカミ (1733–1794)

1830年代チェコの生理学者で解剖学者のJ.E. プルカイン (図1.14)、ドイツの生物学者I.P. ミュラーは、細胞組織があらゆる種類の組織に普遍的であることを証明しました。

米。 1.14。やーえプルカイン (1787-1869)

1833年、イギリスの植物学者R.ブラウン (図1.15)植物細胞の核について説明しました。

米。 1.15。ロバートブラウン (1773-1858)

1837年マティアス・ヤコブ・シュライデン (図1.16)は、このプロセスにおける細胞核の決定的な役割を認識し、植物細胞の形成に関する新しい理論を提案しました。 1842 年に彼は核の中に核小体を初めて発見しました。

現代の考え方によると、シュライデンの具体的な研究には多くの誤りが含まれていました。特に、シュライデンは、細胞は構造のない物質から発生し、植物の胚は花粉管から発生できると信じていました（生命の自然発生の仮説）。

米。 1.16 マティアス・ヤコブ・シュライデン (1804-1881)

ドイツの細胞学者、組織学者、生理学者テオドール・シュワン (図1.17)博士は、植物細胞における核の役割を説明したドイツの植物学者 M. シュライデンの著作を知りました。これらの研究を彼自身の観察と比較して、シュワンは細胞構造と生物の発達に関する彼自身の原理を開発しました。

1838年、シュワンは細胞理論に関する3つの予備報告を発表し、1839年には「動物と植物の構造と成長の対応に関する顕微鏡的研究」という著作を発表し、その中で動物と植物の細胞構造理論の基本原理を発表した。生きている生物。

F.エンゲルスは、細胞理論の創造は、エネルギー変換の法則と進化理論と並んで、19世紀の自然科学における三大発見の1つであると主張しました。

米。 1.17。テオドール・シュワン (1810-1882)

1834 ～ 1847 年サンクトペテルブルクの医学外科アカデミー教授、P.F. ゴリヤニノフ (図1.18)彼は、細胞が生物組織の普遍的なモデルであるという原理を定式化しました。

ゴリヤニノフは、生物の世界を 2 つの王国、つまり形のない王国、つまり分子の王国と、有機的な王国、つまり細胞の王国に分けました。彼は「...有機世界は主に細胞王国である...」と書いています。彼は研究の中で、すべての動物と植物は相互につながった細胞で構成されており、それを小胞と呼んでいることに注目しました。つまり、彼は植物と動物の一般的な構造についての意見を表明しました。

米。 1.18 P.F. ゴリヤニノフ (1796-1865)

細胞理論の発展の歴史では、次の 2 つの段階に区別できます。

1) 動植物のさまざまな単細胞生物および多細胞生物の構造に関する観察の蓄積期間（約300年）。

2) 1838 年の入手可能なデータの一般化と細胞理論の仮説の定式化の期間。

ムルマンスク国立工科大学

生物学科

トピックに関するレポート:

「細胞学の研究方法」

完了:

1年生

工学部

学科生物学

セレブリャコーヴァ・ラーダ・ヴィャチェスラヴォヴナ

チェック済み:

ムルマンスク2001

プラン：

1.細胞学では何を研究しますか?

2.生物は細胞から構成されているという考え。

3. 細胞学で使用される研究方法。

4. 細胞分画。

5. オートラジオグラフィー。

6. オートラジオグラフィーを使用した細胞周期のいくつかの段階の期間の決定。

細胞学は細胞の科学です。それはほぼ 100 年前に他の生物学から出現しました。初めて、細胞の構造に関する一般的な情報が、J.-B. 著の本に集められました。カーノイの細胞生物学、1884 年に出版。現代の細胞学は、細胞の構造、基本的な生命システムとしての細胞の機能を研究します。個々の細胞構成要素の機能、細胞の再生、細胞の修復、環境条件への適応、その他多くのプロセスが研究され、特性と機能を判断することができます。すべての細胞に共通です。細胞学では、特殊化された細胞の構造的特徴も考慮されます。言い換えれば、現代の細胞学は細胞の生理学です。細胞学は、生化学、生物物理学、分子生物学、遺伝学の科学的および方法論的成果と密接に関連しています。これは、これらの科学の観点から細胞を徹底的に研究し、細胞に関する特定の総合科学である細胞生物学、または細胞生物学の出現の基礎として役立ちました。現在、細胞学と細胞生物学という用語は一致しています。なぜなら、それらの研究対象は、独自の組織化と機能のパターンを持つ細胞であるためです。「細胞生物学」という学問は、地球上のすべての生命の唯一の単位である細胞を研究し説明するものであるため、生物学の基本的なセクションを指します。

細胞そのものについての長く注意深く研究された結果、一般的な生物学的重要性の重要な理論的一般化、すなわち細胞理論の出現が形成されました。 17世紀に優れた創意工夫に優れた物理学者であり生物学者であるロバート・フックは、コルクの薄い部分を顕微鏡で観察し、それが薄い壁で区切られた小さな空の細胞でできていることを発見しました。その細胞は、現在知られているようにセルロースで構成されています。。彼はこれらの細胞を小細胞と呼びました。その後、他の生物学者が顕微鏡で植物組織を調べ始めたとき、フックが死んだ枯れた栓の中に発見した小さな細胞が、生きた植物組織にも存在していたが、それらは空ではなく、それぞれの細胞に含まれていることが判明した。小さなゼラチン状の体。動物の組織を顕微鏡で検査したところ、これらの組織も小さなゼラチン状の体から構成されているが、これらの体が壁によって互いに隔てられているのはまれであることが判明しました。これらすべての研究の結果、1939 年にシュライデンとシュワンは独立しました。細胞理論は、細胞がすべての植物とすべての動物を最終的に構築する基本単位であると述べています。しばらくの間、細胞という言葉の二重の意味は依然として誤解を引き起こしていましたが、その後、この小さなゼリー状の物体にしっかりと定着しました。

現代の細胞の概念は、技術の進歩と研究方法の改善と密接に関係しています。その役割を失っていない従来の光学顕微鏡に加えて、偏光顕微鏡、紫外線顕微鏡、蛍光顕微鏡、および位相差顕微鏡は、過去数十年で非常に重要性を増しています。その中で、電子顕微鏡は特別な位置を占めており、その解像度により、細胞の超顕微鏡的および分子構造に侵入して研究することが可能になりました。現代の研究方法により、細胞組織の詳細な全体像を明らかにすることが可能になりました。

各細胞は核と細胞質で構成され、互いに、また膜によって外部環境から分離されています。細胞質の構成要素は、膜、硝子質、小胞体およびリボソーム、ゴルジ体、リソソーム、ミトコンドリア、封入体、細胞中心、特殊な細胞小器官です。

生物の中で特別な機能を果たす部分を器官といいます。肺、肝臓、腎臓など、どの臓器もそれぞれ独自の特別な構造を持っており、そのおかげで体内で特定の役割を果たしています。同様に、細胞質には特別な構造があり、その特別な構造により、細胞の代謝に必要な特定の機能を実行できます。これらの構造はオルガネラ（「小さな器官」）と呼ばれます。

細胞質小器官の性質、機能、分布の解明は、現代の細胞生物学の手法が開発されて初めて可能になりました。この点で最も有用なものは次のとおりです。 1) 電子顕微鏡検査。 2) 細胞分別。生化学者はこれを利用して、特定の細胞小器官を含む比較的純粋な細胞画分を単離し、それらに興味のある個々の代謝反応を研究することができます。 3) オートラジオグラフィー。これにより、細胞小器官で起こる個々の代謝反応を直接研究することが可能になりました。

細胞小器官を細胞から単離する方法は分画と呼ばれます。この方法は非常に有益であることが判明し、生化学者にさまざまな細胞小器官を比較的純粋な形で単離する機会を与えました。さらに、細胞小器官の化学組成とそれに含まれる酵素を決定し、得られたデータに基づいて細胞内でのそれらの機能について結論を導くことができます。最初のステップとして、細胞小器官の安全性を確保し、その凝集を防ぐため、適切な培地中で細胞を破砕します。これにはショ糖溶液が使用されます。ミトコンドリアや他の多くの細胞小器官は無傷のままですが、小胞体や細胞膜などの膜構造は断片に崩壊します。しかし、得られる膜断片は多くの場合、自ら閉じてしまい、さまざまなサイズの丸い小胞が形成されます。

次の段階では、細胞ホモジネートは一連の遠心分離にかけられ、その速度と継続時間は毎回増加します。このプロセスは分画遠心分離と呼ばれます。さまざまな細胞小器官が、細胞小器官のサイズ、密度、形状に応じて異なる遠心速度で遠心分離管の底に堆積します。得られた沈殿物を収集して検査することができます。核などのより大きく密度の高い構造は沈降に最も速く反応しますが、小胞体小胞などのより小さく密度の低い構造は沈降に長い時間を要するため、より高い速度を必要とします。したがって、遠心分離速度が低い場合、核は沈降しますが、他の細胞小器官は懸濁液中に残ります。高速ではミトコンドリアとリソソームが沈殿し、長時間の遠心分離や非常に高速では、リボソームなどの小さな粒子も沈殿します。電子顕微鏡を使用して沈殿物を検査し、得られた画分の純度を決定できます。すべての画分は他の細胞小器官である程度汚染されています。それにもかかわらず、分画の十分な純度を達成することが可能であれば、それらは次に生化学分析に供され、単離された細胞小器官の化学組成および酵素活性が決定される。

最近では、密度勾配遠心分離という別の細胞分画法が開発されました。この場合、遠心分離は試験管内で実行され、その中で濃度が徐々に増加し、したがって密度が増加するショ糖溶液が最初に互いの上に層状に重ねられます。遠心分離中、ホモジネートに含まれる細胞小器官は、遠心分離管内でスクロース溶液が存在するレベルに存在し、その密度に対応します。この方法により、生化学者は同じサイズで異なる密度の細胞小器官を分離する機会が得られます (図 1)。

オートラジオグラフィーは、光学顕微鏡と電子顕微鏡の両方の機能を大幅に拡張した比較的新しい方法です。これは核物理学の発展により、さまざまな元素の放射性同位体を取得できるようになった非常に現代的な方法です。オートラジオグラフィーには、特に、細胞によって使用される、または細胞によって使用される物質に結合できる元素の同位体が必要であり、正常な細胞代謝を妨げない量で動物に投与したり培養物に添加したりすることができます。放射性同位体（またはそれで標識された物質）は、非放射性同位体と同じように生化学反応に参加し、同時に放射線を放出するため、体内の同位体の経路はさまざまな検出方法を使用して追跡できます。放射能。放射能を検出する 1 つの方法は、放射能が光のように写真フィルムに作用する能力に基づいています。しかし、放射線はフィルムを光から保護するために使用される黒い紙を透過し、フィルムに光と同じ影響を与えます。

光学顕微鏡または電子顕微鏡を使用して研究を目的とした標本上の放射性同位体によって放出される放射線を検出するには、暗室で標本を特殊な写真乳剤でコーティングし、暗闇の中にしばらく放置します。次に、プレパレーションは現像され（これも暗所で）、固定されます。放射性同位体を含む薬剤の領域は、下にある乳剤に影響を与え、放出された放射線の影響で暗い「粒子」が現れます。このようにして、ラジオオートグラフが得られます（ギリシャ語。無線– 放射し、 自動車– 彼自身と グラフォ- 書く）。

当初、組織学者は少数の放射性同位体しか持っていませんでした。たとえば、初期のオートラジオグラフィーの研究の多くでは放射性リンが使用され、その後、さらに多くの同位体が使用されました。水素の放射性同位体であるトリチウムは、特に広く使用されています。

オートラジオグラフィーは、体内の特定の生化学反応がどこでどのように起こるかを研究するために、昔も今も非常に広く使用されています。

生物学的プロセスを研究するために使用される放射性同位体で標識された化合物は、通常、前駆体と呼ばれ、体が食物から取得するものと同様の物質です。それらは組織構築のための構成要素として機能し、標識されていない構成要素が細胞や組織の複雑な構成要素に組み込まれるのと同じ方法で細胞や組織の複雑な構成要素に組み込まれます。標識された前駆体が組み込まれ、放射線を放出する組織成分は、生成物と呼ばれます。

培養で増殖した細胞は、同じ種類に属していても、細胞周期を同期させるための特別な措置を講じない限り、常に異なる細胞周期の段階にあります。しかし、トリチウムチミジンを細胞に導入し、その後オートラジオグラフを作成することによって、サイクルのさまざまな段階の期間を決定することができます。 1 つの段階 (有糸分裂) の開始時間は、標識チミジンなしで決定できます。これを行うには、培養細胞のサンプルを位相差顕微鏡で観察し、有糸分裂の進行を直接監視し、そのタイミングを決定することが可能になります。有糸分裂の持続時間は通常 1 時間ですが、細胞の種類によっては最大 1.5 時間かかります。

期間の定義G2期.

G 2 期間の期間を決定するには、次のような方法があります。 パルスタグ:標識チミジンが細胞培養物に添加され、細胞による標識チミジンのさらなる取り込みを防ぐために、短時間後に培地が新しい培地と交換されます。この場合、標識は、トリチウムチミジンを含む培地に短期間滞在したときに細胞周期の S 期にあった細胞にのみ含まれます。このような細胞の割合は小さく、ごく一部の細胞のみが標識を受け取ります。さらに、標識を含むすべての細胞は、S 期に入ったばかりの細胞から、トリチウムチミジンへの曝露中に S 期をほぼ完了した細胞まで、間期にあります。標識チミジンの除去直後に採取されたサンプルでは、標識は、標識への曝露期間中に S 期にあった細胞に属する間期核にのみ含まれています。この期間中に有糸分裂状態にあった細胞は標識されないままになります。

その後、一定の間隔で培養物からサンプルを採取し続け、連続サンプルごとにオートラジオグラフを準備すると、ラベルが表示され始める瞬間が来ます。 有糸分裂d-染色体。標識は、培地中にトリチウムチミジンが存在するときに S 期にあったすべての細胞に含まれます。これらの細胞の中には、S 期に入ったばかりの細胞と、S 期をほぼ完了した細胞が存在します。これらの後者は、標識された細胞の中で有糸分裂を起こす最初の細胞であること、したがって、標識がそれらの有糸分裂染色体で検出されることは明らかである。したがって、1) 標識チミジンが培養物から除去された時間と、2) 標識有糸分裂染色体の出現時間との間の間隔は、細胞周期の G 2 期間の期間に相当します。

期間の定義S-期間.

標識が培地に導入された時点で S 期間の最後にある細胞が最初に有糸分裂に入ることから、標識が除去される直前に S 期間が始まる細胞では、、標識された有糸分裂染色体が最後に表示されます。したがって、最初にマークされた細胞と最後にマークされた細胞の有糸分裂開始時間の間の間隔を決定できれば、S 期間の期間を確立することになります。ただし、標識された有糸分裂染色体が最初に出現する時刻は簡単に決定できますが、最後の標識された細胞が有糸分裂に入る時刻は決定できません (これは、後者のサンプルに含まれる非常に多数の標識された分裂細胞によって妨げられます)。したがって、S 期間の期間は別の方法で決定する必要があります。

等間隔で採取した細胞の連続サンプルのオートラジオグラフを調べると、有糸分裂染色体に標識をもつ細胞の割合が徐々に増加し、最終的には文字通りすべての分裂細胞が標識されることがわかります。ただし、細胞が 1 つずつ有糸分裂を完了すると、標識された間期細胞になります。最初に有糸分裂を完了するのは、最初に有糸分裂に入った標識された細胞です。したがって、標識された有糸分裂染色体を持つ細胞のうち、最後に有糸分裂を完了した細胞は、すべてよりも後に細胞に加わったものとなります。有糸分裂の持続時間は常に同じであるため、次の間隔を決定できれば、1) 最初にマークをオンにした細胞の有糸分裂の終了時間と、2) マークがオンになった細胞の有糸分裂の終了時間の間の間隔を決定できます。最後にマークをオンにした細胞の有糸分裂を確認すると、S 期間の期間を確立できます。S 期間は、次の間隔を決定することで簡単に確立できます。1) 細胞の 50% が減少する時点。培養物中の有糸分裂細胞は標識されていない、および 2) 培養物に標識細胞の 50% が含まれなくなった時点。

生成時間（細胞周期全体の合計期間）の決定。

培養物から細胞サンプルを採取し続けると、マークされた有糸分裂像がある時点で完全に消え、その後再び現れることがわかります。このような分裂細胞は、トリチウムチミジンへの曝露時に S 期にある間に標識をオンにした母細胞に由来する娘細胞です。これらの母細胞は S 期に入り、分裂し、その後、第 2 間期と第 2 分裂を経ました。つまり、1 つの完全な周期と次の周期の一部を経ました。完全な細胞周期を完了するのに必要な時間を時間と呼びます 世代。これは、標識包含の 2 つの連続するピーク間の間隔に対応し、通常は有糸分裂像の 50% が標識を含む連続する上昇曲線の点間の間隔に対応します。

文学。

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M.G. アブラモフ「臨床細胞学」モスクワ「MEDICINE」1974年。

Y.S.チェンツォフ「一般細胞学」

細胞レベルの生命組織

§ 16. 細胞の研究の歴史。細胞学的研究の方法。

細胞の研究の歴史。

細胞の世界は、人々が視力を高めるためにレンズを研磨して使用することを学んだ17世紀半ばまで、まったく未知のままでした。

顕微鏡を最初に作成した人の一人は、 ロバート・フック物理学者、気象学者、生物学者、エンジニア、建築家。で 1665年彼は「マクログラフィー」と呼ばれる、顕微鏡下での観察を示した図面のアルバムを出版しました。

フックの才能ある同時代人の一人はオランダ人だった アンソニー・ファン・レーウェンフック彼は独自に特別に設計した 200 台の顕微鏡を作成しました。レーウェンフックはオブジェクトの 270 倍の増加を達成し、優れた発見をしました。

ロバート・ブラウン、1833年細胞の中に核を発見しました。後 1825年ヤン・プルキンエ顕微鏡装置用のプレパラートを調製および染色するための効果的な方法を開発しました。

植物について提案された細胞理論 1837年ドイツの植物学者 マティアス・シュライデンそして彼の友人である生理学者によって動物の世界にも拡張されました テオドール・シュワン。少ししたら補足されました ルドルフ・ヴィルヒョウどの中で 1885年「すべての細胞は細胞から生じる」という命題を定式化しました。

19世紀半ば。細胞理論が一般に受け入れられ、細胞科学の基礎となった - 細胞学。 19世紀の終わりまでに。細胞の多くの成分が発見されています。科学者たちはそれらを説明し、名前を付けました。

しかし、 1945年細胞学者は初めて電子顕微鏡を使って細胞を観察し、これまで知られていなかった多くの構造を確認しました。したがって、細胞学の発展における決定的な役割は、他の科学、特に物理学における新しい発見に属します。

細胞学的研究の方法。

主な方法は、 光学顕微鏡法。これには光学顕微鏡が使用されますが、光学顕微鏡で検査できるのは特別に調製された細胞学的標本だけです。

標本を準備するために、細胞学者はスライドガラスと検査可能な特別に準備された物体を使用します。

ほとんどの場合、これらの構造は無色であるため、見たい構造に応じて毎回異なる特別な染料で塗装する必要があります。

次の 2 つの方法があります。圧力標本を調製する方法 - 研究中の対象物をスライドとカバーガラスの間の一層に単純に粉砕する方法、および細胞の単層からなる薄い切片を調製する方法。

生きた細胞の研究に使用される 位相差顕微鏡法。これは、透明なセルの個々のセクションの密度と光の屈折が互いに異なるという事実に基づいています。

生きた細胞を研究するとき、彼らはまた、 蛍光顕微鏡法。その意味は、多くの物質が光エネルギーを吸収すると光る能力を持っているという事実にあります。たとえば、蛍光顕微鏡で植物細胞を見ると、濃い青色の体に明るく輝く赤い粒が見えます - これらは葉緑体です。

標識された同位体を使用する方法があります - オートラジオグラフィー法- 同位体で標識された物質の登録。この方法を使用すると、細胞のどの部分が放射性同位体で標識された物質を受け取るかを確認できます。

電子顕微鏡法細胞学者は、光の波長よりも小さい寸法を持つ細胞構造を発見しました。この方法のおかげで、タンパク質合成が起こるウイルスや細胞小器官（リボソーム）を調べることが可能になりました。

細胞学者は、次の方法を使用して細胞のさまざまな成分を取得して研究することもできます。 細胞分画。まず細胞が破壊され、次に特別な装置である遠心分離機を使用して細胞構造が分離されます。

細胞培養法人間、動物、または植物の体から分離された細胞、組織、小器官、またはそれらの部分を特別な栄養培地で長期保存および培養する方法です。この方法の重要な利点は、顕微鏡を使用して細胞の生命活動を観察できることです。

人間の病気の診断と治療における細胞学的手法の重要性。

1) 細胞学的方法医学では、細胞の構造の研究に基づいて人体の生理学的状態を研究するために使用されます。これらは、血液疾患の特定、悪性および良性腫瘍、呼吸器系、消化、排尿、神経系の多くの疾患とその治療を認識するために使用されます。

2) 幹細胞自己複製が可能で、体の特殊な細胞に発達することができる未熟な細胞です。成人の身体では、幹細胞は主に骨髄に存在し、すべての臓器や組織にごく少量存在します。それらは多くの病気の治療に使用できます。

§ 17. 原核細胞と真核細胞の構造。

細胞構造の統一。

細胞の内容物は特別な構造によって外部環境から隔離されています。 細胞膜（プラズマレンマ）。この隔離により、周囲とは異なる非常に特殊な環境を細胞内に作り出すことができます。したがって、他の場所では発生しないプロセスが、呼び出されたセル内で発生する可能性があります。 人生のプロセス。

細胞膜で囲まれた生きた細胞の内部環境は、 細胞質。それには以下が含まれます 硝子質（塩基性透明物質）と 細胞小器官、さまざまな非永続的な構造物と同様に、 内包物。どの細胞にも存在する細胞小器官には、次のものがあります。 リボソーム、それが起こる場所 タンパク質の合成。

真核細胞の構造。

真核生物- これらは細胞に核がある生物です。コア- これはまさに真核細胞の細胞小器官であり、染色体に記録された遺伝情報が保存され、そこから遺伝情報が転写されます。 染色体タンパク質と統合された DNA 分子です。コアには以下が含まれます 核小体～タンパク質合成に関わるその他の重要な細胞小器官が形成される場所～ リボソーム。しかし、リボソームは核内でのみ形成され、細胞質内で機能します（つまり、タンパク質を合成します）。それらの一部は細胞質内で遊離しており、一部は膜に付着してネットワークと呼ばれるネットワークを形成しています。 小胞体。

リボソーム- 非膜細胞小器官。

小胞体膜で囲まれた細管のネットワークです。滑らかなものと粒状のものの2種類があります。リボソームは顆粒小胞体の膜上に位置しており、タンパク質はそこで合成され輸送されます。そして、平滑小胞体は炭水化物と脂質の合成と輸送の場です。そこにはリボソームはありません。

タンパク質、炭水化物、脂肪の合成にはエネルギーが必要です。エネルギーは、細胞の「エネルギーステーション」によって真核細胞内で生成されます。 ミトコンドリア。

ミトコンドリア- 細胞呼吸のプロセスが発生する二重膜細胞小器官。有機化合物はミトコンドリア膜上で酸化され、化学エネルギーが特殊なエネルギー分子の形で蓄積されます。 (ATP)。

細胞内には有機化合物が蓄積し、そこから有機化合物が輸送される場所もあります。 ゴルジ体、平膜バッグのシステム。タンパク質、脂質、炭水化物の輸送に関与しています。ゴルジ体は細胞内消化のための細胞小器官も生成します - リソソーム。

リソソーム- 動物細胞に特徴的な単膜細胞小器官には、タンパク質、炭水化物、核酸、脂質を分解できる酵素が含まれています。

細胞には、リボソームや細胞骨格などの膜構造を持たない細胞小器官が含まれる場合があります。

細胞骨格- これは細胞の筋骨格系であり、マイクロフィラメント、繊毛、鞭毛、微小管と中心小体を生成する細胞中心を含みます。

植物細胞だけに特徴的な細胞小器官があります - 色素体。葉緑体、色素体、白質体があります。光合成のプロセスは葉緑体で起こります。

植物細胞にも液胞- 細胞の老廃物。水とその中に溶けている化合物の貯蔵庫です。真核生物には、植物、動物、菌類が含まれます。

原核細胞の構造。

原核生物- 細胞に核がない単細胞生物。

原核細胞はサイズが小さく、環状 DNA 分子 (核様体) の形で遺伝物質を保存します。原核生物には、以前は藍藻類と呼ばれていた細菌やシアノバクテリアが含まれます。

好気呼吸のプロセスが原核生物で発生する場合、細胞膜の特別な突起がこれに使用されます。 メソソーム。細菌が光合成を行う場合、光合成のプロセスは光合成膜上で発生します。 チラコイド。

原核生物のタンパク質合成は次のように行われます。 リボソーム。原核細胞には細胞小器官がほとんどありません。

真核細胞の小器官の起源に関する仮説。

原核細胞は真核細胞よりも早く地球上に出現しました。

1) 共生仮説真核細胞のいくつかの細胞小器官（ミトコンドリアと光合成色素体）の出現のメカニズムを説明します。

2) 腸重積仮説- 真核細胞の起源は、祖先形態が好気性原核生物であったという事実に由来すると述べています。その中の細胞小器官は、殻の一部の陥入と剥離の結果として生じ、その後、他の細胞小器官の核、ミトコンドリア、葉緑体への機能的分化が続きました。

§ 18. 細胞膜。膜を通過する物質の輸送。細胞の表面装置とその機能。

細胞膜。

生体膜- これらは、細胞および細胞内部分の表面に位置する分子サイズの薄い隣接構造、ならびに原形質を貫通する細管および小胞です。生体膜の機能は、イオン、糖、アミノ酸、その他の代謝産物の輸送を調節することです。

あらゆる膜の基礎はリン脂質の二重層です。

ただし、二重脂質層は既製の膜ではなく、その基礎にすぎません。と呼ばれるタンパク質 膜タンパク質。膜の特性の多くを決定するのは膜タンパク質です。炭水化物も膜の一部であり、タンパク質または脂質と複合体を形成します。膜は二重脂質層で構成されており、その中にタンパク質分子が浮遊（または固定）され、一種のモザイクを形成しています。

膜の構造はその機能に対応しています。輸送、バリア、受容体。

1) バリア機能。膜は、さまざまな化学物質やその他の物質が細胞内に侵入するのを防ぐ障壁です。

2) 受容体機能。膜表面には、さまざまな物質との特異的反応を可能にする多数の受容体があります。

3) トランスポート機能。イオンや物質の輸送は膜を通して行われます。

生体膜は細胞を覆い、環境から分離することで、細胞と細胞小器官の完全性を保証します。原形質と環境の間でカリウム、ナトリウム、塩素、その他のイオンの不均一な分布を維持します。

細胞の中で特に重要な膜は、 プラズマレンマ- 表面膜。バリア、輸送、受容体、シグナル伝達機能を実行します。

膜を通過する物質の輸送。

アクティブなプロセスが 2 つあります。 エキソサイトーシスとエンドサイトーシス。

物質は次のようにして細胞から除去されます。 エキソサイトーシス- 細胞内小胞と原形質膜の融合。物質は次の経路を通って細胞に侵入することができます。 エンドサイトーシス。エンドサイトーシスの過程で、原形質膜は凹部を形成して成長し、その後剥がれて小胞または液胞になります。

エンドサイトーシスには 2 つのタイプがあります。

- 飲作用- 小さな気泡を使用した液体および溶解物質の吸収。

- 食作用- 微生物や細胞破片などの大きな粒子の吸収。

貪食の場合、大きな泡が形成されます。 液胞。

分子は単純拡散、促進拡散、能動輸送というプロセスを経て膜を通過します。

単純な拡散- これは、分子濃度が高い領域から分子濃度が低い領域へ通過する受動輸送の一例です。単純な拡散により、脂質に可溶な非極性 (疎水性) 物質および小さな非荷電分子 (水など) が細胞内に浸透します。しかし、ほとんどの物質は、膜に埋め込まれた輸送タンパク質を使用して膜を通って輸送されます。アドレスには 2 つの形式があります。 拡散と能動輸送が促進されます。

促進拡散は濃度勾配によって決まり、分子はこの勾配に従って動きます。ただし、分子は荷電しているため、その輸送は濃度勾配と膜電位の両方の影響を受けます。

アクティブな交通手段 ATP のエネルギーを使用した、濃度勾配に逆らった溶質の輸送です。物質は拡散によって移動する自然な傾向に反して、反対方向に移動しなければならないため、エネルギーが必要です。例としては、ナトリウムカリウムポンプがあります。拡散の法則に従って、Na イオンは常に細胞内に移動し、K + イオンは細胞の外に移動します。これらのイオンの必要な濃度を逸脱すると、細胞死につながります。

細胞の表面装置。

さまざまな原核細胞および真核細胞は、表面装置、細胞質、核装置という部分で構成されています。

水上装置細胞は、すべての種類の細胞に共通する 3 つの機能、つまりバリア、輸送、受容体を実行します。また、多くの特定の機能 (たとえば、植物細胞の細胞壁の機械的膨張機能) も実行できます。細胞の表面装置は、原形質膜、膜上複合体、および膜下（すなわち、膜下）筋骨格装置の系で構成されています。

原形質膜、またはプラズマレンマは、表面装置の主要なシステムであり、すべての細胞に普遍的です。その下には膜下システムがあり、膜貫通輸送と受容に関与しており、細胞質の一部です。

膜上の構造表面装置は、細胞と外部環境の間、または他の細胞と相互作用します。動物細胞では、膜上複合体、または グリコカリックス、細胞の受容体機能において重要な役割を果たします。糖衣は炭水化物で構成されており、比較的薄くて弾力性があります。

派生した膜上構造に属します 細胞壁。それは植物、菌類、細菌の細胞によって生成されなければなりません。植物の細胞壁にはセルロース、真菌 - キチン、細菌 - ムレインが含まれています。かなり硬めで縮みません。水、塩、および多くの有機物質の分子は細胞壁を通過します。 植物細胞における原形質溶解および脱原形質溶解の現象。

原形質分解- これは、細胞が高張に浸されたとき、つまり細胞膜からの細胞質の分離です。外側から濃縮された溶液。動物細胞を高張溶液に浸すと、細胞は収縮します。場合によっては、原形質溶解した細胞が生きたままになることがあります。このような細胞を細胞内よりも塩濃度が低い水に浸すと、脱原形質溶解が起こります。

プラズマ除去- これは、植物細胞の細胞質が原形質溶解状態から元の状態に戻ることです。

細胞学的研究では、悪性腫瘍、良性腫瘍、および腫瘍以外の性質の病変を特定するために細胞の構造が研究されます。研究の主な目的は、分析のために採取された細胞の悪性の事実を確認または反論することです。

細胞学的研究方法は、顕微鏡下で細胞の構造、体液や組織の細胞組成を研究することに基づいています。

細胞学的研究には次の方法があります。

光学顕微鏡検査。
電子顕微鏡;
遠心分離法。細胞膜を一般構造から分離する必要がある場合に使用されます。
タグ付きアトムメソッド。それらは細胞内の生化学的プロセスを研究するために使用されます。この目的のために、標識された放射性同位体がそれらに導入されます。
生涯学習。この研究方法により、細胞内で発生する動的なプロセスを研究することが可能になります。

細胞学的研究の結論は、細胞質、細胞核、核と細胞質の比率、複合体の形成および細胞構造の変化の特徴に基づいています。

細胞学的分析は、予防検査中に診断を明確にするために、手術中に再発を適時に検出し、治療の進行状況を監視するために使用されます。

塗抹標本の細胞学的検査

分析には次の資料が使用されます。

液体：尿、前立腺分泌物、喀痰、さまざまな臓器の内視鏡検査中に採取された綿棒、乳首からの分泌物、潰瘍性および侵食性の表面からの痕跡および擦過物、創傷および瘻孔、漿液性および関節腔からの液体。
点状：細い針で行われる診断用の穿刺中に得られる生体物質。
空洞と子宮頸部からの汚れ。

これらの塗抹標本の細胞学的研究のほとんどは、診断を確立し明確にするために、必要に応じて実行されます。ただし、子宮頸部塗抹標本（パップスミア）の細胞学的検査が推奨されています。性的に活動的な 19 歳以上の女性の場合は年に 1 回。年に2回 - ホルモン避妊薬を服用しており、性器ヘルペスに罹患したことのある女性が対象。年に2回以上 - 不妊、子宮出血、肥満に悩む女性、性的パートナーを頻繁に変える女性、エストロゲンを服用している女性、性器にイボがある女性、性器ヘルペスと診断された女性が対象です。

子宮頸部の細胞学的検査

子宮頸部の細胞学的検査では、特別な木製のスパチュラを使用して、子宮頸部の外側と内側、および膣円蓋から塗抹標本が採取されます。その後、ガラスに転写して固定します。

細胞の癌性変化を特定するために子宮頸部の細胞学的検査が行われ、結論として、医師は細胞の状態を5つの段階のいずれかに示します。

ステージ 1. 異常のある細胞が見つからない。
ステージ2。内生殖器の炎症によって細胞の構造に小さな変化が起こります。この細胞の状態は心配する必要はありませんが、女性は追加の検査と治療を受けることが推奨されます。
ステージ 3. 構造に異常のある細胞が少数見つかりました。この場合、再度塗抹標本を採取するか、変化した組織の組織学的検査を行うことをお勧めします。
ステージ 4. 悪性変化を伴う個々の細胞が見つかります。最終的な診断は行われず、追加の検査が処方されます。
ステージ 5。塗抹標本中に多数のがん細胞が見つかります。

このような細胞学的研究の信頼性は高いですが、解析のために細胞が採取された領域に関する情報しか得られません。卵管、卵巣、子宮の状態を評価するには、総合的な検査を受ける必要があります。