Co bada cytologia? Historia rozwoju tej nauki i stosowane w niej metody

Nie wszyscy wiedzą, że cytologia to nauka zajmująca się badaniem funkcji, budowy i rozwoju komórek dowolnych organizmów żywych, w tym jednokomórkowych. W diagnostyce chorób ludzi i zwierząt ogromne znaczenie nabrały badania cytologiczne.

Znając definicję, czym jest cytologia, nietrudno zrozumieć, że nauka ta mogła się rozwinąć dopiero po stworzeniu i stopniowym udoskonalaniu mikroskopu optycznego oraz rozwoju histologicznych metod badawczych.

Historia odkrywania komórek

Historia rozwoju cytologii zaczyna się od odkrycia komórki. Termin „komórka" został po raz pierwszy użyty przez Anglika Roberta Hooke’a w 1665 roku, który zbadał skrawek korka pod ulepszonym przez siebie mikroskopem. Był w stanie zobaczyć strukturę komórkową materiału, a dokładniej błony komórkowe celulozy. Później jego odkrycia potwierdzili Włoch M. Malpighi i Anglik N. Gru, a A. Leeuwenhoek w 1781 roku po raz pierwszy opublikował rysunki przedstawiające komórki zwierzęce z jądrami. W ten sposób cytologia, nauka o komórce, zaczęła stawiać pierwsze kroki.

Na początku XIX wieku zaczął się kształtować pogląd, że komórka jest najważniejszą jednostką strukturalną każdego organizmu, czyli położono podwaliny pod cytologię. R. Brown w 1831 r. znalazł jądra w komórkach roślinnych, nadając im taką nazwę po łacinie, a nieco później udowodnił, że pierwiastek ten występuje w komórkach wszystkich zwierząt i roślin. Naukowcy odkryli również proces podziału komórki.

J. Purkinje, który jako pierwszy opisał jądro komórki zwierzęcej, wymyślił metody klarowania i barwienia preparatów komórkowych, bo to właśnie bada cytologia. Wprowadził pojęcie protoplazmy i był jednym z pierwszych naukowców, którzy podjęli próbę porównania komórek zwierzęcych i roślinnych.

W 1839 r. Niemcy T. Schwann i M. Schleiden sformułowali teorię komórkową, w której komórkę uznano za główny element budowy, rozwoju i życia świata ożywionego, który zawiera cały zespół właściwości tkwiących w życiu, będących jego podstawowa komórka. Od tego czasu ustalono, że cytologia jest nauką o wszystkich aspektach związanych z komórką. Za pomocą teorii komórkowej ujawniono naturę różnych pierwotniaków. T. Siebold podał preparat zwierzętom jednokomórkowym oparty na postulatach teorii komórkowej.

Dla rozwoju cytologii istotne stało się pojawienie się nauk R. Virchowa na temat patologii komórkowej, w których komórki uważano za miejsce zakorzeniania się chorób. Dzięki temu badaniem komórek zainteresowali się nie tylko fizjolodzy i anatomowie, ale także patolodzy. Virchow argumentował również, że komórki pochodzą tylko od swoich prekursorów. Jego nauczanie silnie wpłynęło na rewizję poglądów na naturę komórki: jeśli początkowo błona komórkowa była uważana za główny element strukturalny, to później komórka została zdefiniowana jako fragment protoplazmy z jądrem w środku. W ten sposób jądro zostało uznane za integralny element struktury komórkowej. Jednocześnie odkryto złożoną strukturę samej protoplazmy, w której znaleziono różne organelle: mitochondria, centrum komórkowe, kompleks Golgiego. W jądrach znaleziono kwasy nukleinowe.

Film o tym, co studiuje cytologia

Na rozwój cytologii duży wpływ miały prawa dziedziczenia cech G. Mendla i ich późniejsza interpretacja. Dzięki temu pojawiła się chromosomalna teoria dziedziczności, aw cytologii pojawiły się nowe kierunki – kariologia i cytogenetyka.

Dużym krokiem naprzód dla cytologii było wynalezienie metody hodowli tkankowej i jej pochodnych, w tym:

• metoda jednowarstwowej hodowli komórkowej;
• metoda hodowli fragmentów i całych narządów w tkankach zwierzęcych, na skorupkach zarodków kurzych lub w pożywce;
• metoda hodowli narządowych fragmentów tkanek na przekroju fazy gazowej i pożywki.

Z ich pomocą możliwe są długoterminowe obserwacje życiowej aktywności komórek wyizolowanych z organizmu, badanie ich podziału, ruchu, różnicowania itp.

Pojawienie się metod ilościowych w badaniach cytologicznych umożliwiło ujawnienie prawa stałości gatunkowej w odniesieniu do wielkości komórek, które później stało się znane jako prawo stałości minimalnych rozmiarów komórek. W 1925 roku odkryto zjawisko sekwencyjnego podwajania objętości jąder komórkowych, zwykle odzwierciedlające podwajanie się chromosomów w komórkach.

W połowie XX wieku rewolucja naukowa i technologiczna zapewniła szybki rozwój cytologii i rewizję niektórych jej idei. Stworzenie mikroskopu elektronowego umożliwiło zbadanie budowy i zrozumienie niezrozumiałych dotąd funkcji organelli komórkowych, a także odkrycie ogromnej liczby struktur submikroskopowych, zrozumienie pochodzenia komórek macierzystych.

Rodzaje i kierunki cytologii

Kiedy mówią, czym jest cytologia w biologii, rozróżniają cytologię ogólną i szczegółową. Pierwsza, zwana także biologią komórki, sprowadza się do badania struktur wspólnych dla większości typów komórek, a także ich funkcji, reakcji na uszkodzenia, metabolizmu, zmian chorobowych, procesów regeneracji i adaptacji do warunków środowiskowych. Cytologia prywatna ma na celu badanie cech wyspecjalizowanych komórek organizmów wielokomórkowych oraz ich adaptacji do środowiska w przypadku pierwotniaków.

Obecnie istnieje 6 głównych obszarów cytologii:

• Cytomorfologia bada cechy struktury komórki. Jej głównymi narzędziami są różne rodzaje mikroskopii komórek nieruchomych (optyczna, polaryzacyjna, elektronowa) i żywych (mikroskopia luminescencyjna i fazowo-kontrastowa, kondensator ciemnego pola).
• Cytofizjologia bada pracę komórki jako żywego pojedynczego systemu, interakcję i funkcjonowanie struktur wewnątrzkomórkowych. Te złożone problemy są rozwiązywane za pomocą specjalnych metod eksperymentalnych, połączonych z metodami mikrochirurgii, mikrofilmowania oraz hodowli komórkowych i tkankowych.
• Cytochemia interesuje się strukturą molekularną komórki i jej składników, a także procesami metabolicznymi. Do badań cytochemicznych wykorzystuje się mikroskopy optyczne i elektronowe, mikroskopię interferencyjną i ultrafioletową, autoradiografię, cytofotometrię, wirowanie frakcyjne z dalszą analizą chemiczną każdej frakcji.
• Cytogenetyka zajmuje się prawidłowościami funkcjonalnej i strukturalnej organizacji chromosomów eukariotycznych.

• Cytoekologia zajmuje się badaniem odpowiedzi komórek na różne czynniki środowiskowe i przejawiającymi się mechanizmami adaptacji.
• Cytopatologia zajmuje się badaniem chorych komórek, podzielonych na wirusowe (w przypadkach, gdy wirusy atakują komórkę), onkologiczne (zmiany w komórkach nowotworowych), cytofarmakologiczne (wpływ leków), kosmiczne (badania komórek w warunkach lotu kosmicznego) itp.

Badania cytologiczne

Bardzo często w cytologii stosuje się metodę badawczą zbieżną z badaniem histologicznym, w którym pobiera się próbkę tkanki z chorego narządu. Ale jest różnica: badanie cytologiczne wymaga mniejszej ilości biomateriału, a jego badanie nie wymaga wstępnej obróbki i specjalnego sprzętu, z wyjątkiem mikroskopu. Przyczyną badania cytologicznego może być niepożądana lub niemożliwa biopsja, jeśli na przykład pacjent jest badany w konwencjonalnej klinice. Za pomocą badania cytologicznego można ocenić stan ludzkich tkanek powłokowych (błon śluzowych i skóry), ponieważ choroby onkologiczne bardzo często zaczynają tworzyć się w tych tkankach. Możesz także badać aktywność hormonalną kobiet, proces gojenia się ran i inne procesy.

Film o cytologii – nauce o komórce

Sposób pozyskania materiału niezbędnego do badań zależy od tego, która tkanka lub narząd uległ uszkodzeniu:

• W przypadku chorób skóry pobiera się odciski lub zeskrobiny z tkanek.
• W chorobach narządów krwiotwórczych, gruczołów sutkowych lub tarczycy punkciki pobiera się z dotkniętych obszarów.
• Przy dolegliwościach ośrodkowego układu nerwowego konieczne jest przyjmowanie płynu mózgowo-rdzeniowego.
• W chorobach płuc można zbierać plwocinę itp.

Dzięki szybkiemu rozwojowi nauki i techniki możliwości cytologii stale rosną.