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Programa de Educação Continuada a Distância Curso de Histologia Clínica Aluno: EAD - Educação a Distância Parceria entre Portal Educação e Sites Associados Curso de Histologia Clínica MÓDULO I Atenção: O material deste módulo está disponível apenas como parâmetro de estudos para este Programa de Educação Continuada. É proibida qualquer forma de comercialização do mesmo. Os créditos do conteúdo aqui contido são dados aos seus respectivos autores descritos na bibliografia consultada. 2 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores 3 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores SUMÁRIO I. MÉTODOS DE ESTUDO EM HISTOLOGIA ...................................................4 A. Introdução à Histologia ...............................................................................4 Histologia.........................................................................................................4 Tecidos............................................................................................................4 Origem embrionária dos tecidos......................................................................5 Tecidos fundamentais .....................................................................................6 B. Preparações histológicas para microscopia de luz ..................................9 Protocolo .......................................................................................................10 C. Introdução à Microscopia..........................................................................22 Microscópio óptico composto ........................................................................22 Outros tipos de microscópio ..........................................................................27 D. Cultura de células e tecidos......................................................................33 II. A CÉLULA....................................................................................................38 A. Estruturas e organelas citoplasmáticas...................................................38 Membrana plasmática ...................................................................................39 Citoesqueleto.................................................................................................42 Mitocôndrias ..................................................................................................45 Ribossomos...................................................................................................47 Retículo Endoplasmático...............................................................................48 Aparelho de Golgi..........................................................................................49 Lisossomos....................................................................................................51 Proteassomos................................................................................................51 Peroxissomos................................................................................................52 B. Núcleo celular.............................................................................................53 Envoltório nuclear..........................................................................................54 Cromatina......................................................................................................54 Nucléolo ........................................................................................................55 Matriz nuclear ................................................................................................56 4 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores Módulo I I. Métodos de estudo em Histologia A. Introdução à Histologia Histologia É definida como sendo a ciência, parte da biologia, que estuda os tecidos do corpo, bem como estes se organizam para constituir os órgãos de um organismo vivo. O termo histologia, utilizado inicialmente por Mayer, em 1819, para descrever ‘texturas’ diferentes encontradas no corpo animal, derivou do termo ‘tecido’, criado pelo anatomista francês Bichat por volta de 1800. Mayer fez a conjunção do termo histos (tecido) e logos (estudo). Tecidos Os tecidos, conjuntos de células de mesma origem embrionária e funções gerais relacionadas, são constituídos por células e pela matriz extracelular. Diz-se de funções gerais relacionadas uma vez que as células de um tecido não executam as mesmas funções, mas elas estão intrinsecamente ligadas para possibilitar o funcionamento do tipo tecidual em questão. No tecido ósseo, por exemplo, os osteócitos são células cuja função é contribuir na manutenção da matriz óssea, enquanto os osteoclastos são responsáveis pela reabsorção óssea. A matriz extracelular é composta de diferentes tipos de moléculas que dão sustentação às células do tecido, além de possibilitar o transporte de substâncias e nutrientes para as células e a partir das mesmas. Outra função da matriz extracelular é realizada por moléculas da mesma que atuam como sinalizadores, sendo reconhecidos por receptores das células teciduais. A maioria desses receptores consiste de moléculas que cruzam a membrana plasmática celular e se conectam a outros componentes do citoplasma, transmitindo sinal recebido para o interior da célula. Desse modo, estabelece- se um mecanismo de feedback (ou retroalimentação), uma vez que são as células que sintetizam as substâncias da matriz, mas também sofrem regulação por essas moléculas. 5 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores A maioria dos órgãos que constituem os sistemas de um organismo são compostos por uma combinação bem ordenada de diferentes tipos teciduais, e é a combinação e organização desses tecidos que viabiliza o funcionamento adequado do organismo como um todo. Origem embrionária dos tecidos Quando os gametas masculino (espermatozóide) e feminino (óvulo), ambos haplóides (apresentando a metade do número de cromossomos de uma célula somática da espécie), encontram-se em ambiente propício – o útero ou artificialmente, em meio de cultura – ocorre a fecundação. As duas células após a fecundação formam uma nova célula, o ovo ou zigoto, que é uma célula diplóide (como o mesmo número de cromossomos de qualquer célula somática da espécie). Uma vez que é formado o zigoto, ele passa a sofrer sucessivas mitoses, processo denominado de clivagem. Uma célula forma duas, as duas formam quatro, as quatro formam oito, e assim por diante. E por volta do sétimo dia (na maioria dos animais domésticos) pós-fecundação o que se vê é um amontoado de células envoltas por uma membrana translúcida. Cada célula é chamada de blastômero, sendo cada uma delas, células totipotentes, ou seja, que ainda não se diferenciaram e com a potencialidade de originar qualquer uma das células do corpo animal, e a membrana envoltória é chamada de zona pelúcida. Este estágio do embrião é chamado de mórula. Os blastômerossintetizam um líquido rico em ácido hialurônico que vai se acumulando dentro do embrião e por volta do oitavo/nono dia forma-se uma pequena cavidade no interior do embrião, a blastocele. Neste momento o embrião passa a se chamar de blástula ou blastocisto. Posteriormente, a cavidade aumenta e pela expansão interna do embrião a mórula é rompida (blastocisto eclodido). Esta massa celular começa a se dobrar para dentro de si mesma e aí forma-se uma cavidade central chamada de gastrocele, e neste momento forma-se a gástrula. Nesta fase é possível identificar os dois primeiros tecidos embrionários – ectoderme e endoderme. O ectoderme é folheto embrionário externo e o endoderme o folheto embrionário interno. Um pouco depois, a partir do endoderme forma-se o folheto médio, o mesoderma. A partir daí começa haver diferenciação celular e formação dos tecidos animais. Do ectoderme, por exemplo, formam-se o tecido nervoso e alguns epitélios de revestimento; já do mesoderma origina-se a maioria dos tecidos conjuntivos e musculares; o endoderma dá origem a alguns epitélios de revestimento. Os tecidos embrionários, dessa forma, são três, a saber: ectoderme, mesoderme e endoderme, e deles se formam todos os tecidos do corpo animal. A B Figura A – Desenvolvimento embrionário do ouriço do mar Lytechinus variegatus. A: óvulo; B: ovo fecundado; C: Início da primeira clivagem; D: estágio de 2 células; E – F: estágio de 4 células; G: estágio de 8 células; H: estágio de mórula; I: blástula – http://www.usp.br/cbm/artigos/ourico/fecundacao.html Figura B – Esquema do desenvolvimento embrionário – http://www.sparknotes.com/testprep/books/sat2/biology/chapter9section1.rhtml Tecidos fundamentais São reconhecidos quatro tipos fundamentais de tecidos: tecido epitelial, tecido conjuntivo, tecido muscular, e tecido nervoso. Estes, por sua vez, podem ser subdivididos em categorias de acordo com critérios variados, abaixo listados. Classificação geral dos tecidos 1. Tecido epitelial a. Tecido epitelial de revestimento i. Quanto ao número de camadas: 1. Simples 2. Pseudoestratificado 6 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores 7 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores 3. Estratificado ii. Quanto à forma das células superficiais: 1. Pavimentoso 2. Cúbico 3. Cilíndrico ou prismático b. Tecido epitelial glandular i. Quanto à complexidade dos ductos 1. Simples 2. Composta ii. Quanto à forma da parte secretora 1. Tubular a. Reta b. Enovelada c. Ramificada 2. Acinar ou alveolar 3. Túbulo-acinar 2. Tecido conjuntivo a. Tecido conjuntivo propriamente dito de propriedades gerais i. Tecido conjuntivo frouxo ii. Tecido conjuntivo denso 1. Modelado 2. Não-modelado b. Tecido conjuntivo propriamente dito de propriedades especiais i. Elástico ii. Mucoso iii. Pigmentado iv. Reticular 1. Linfóide 2. Mielóide v. Adiposo 8 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores 1. Branco 2. Pardo c. Tecido conjuntivo de sustentação 1. Cartilaginoso a. Hialino b. Elástico c. Fibroso 2. Ósseo a. Compacto b. Esponjoso 3. Cimento e dentina d. Tecido conjuntivo de transporte i. Sangue ii. Linfa 3. Tecido muscular a. Tecido muscular estriado esquelético b. Tecido muscular estriado cardíaco c. Tecido muscular liso 4. Tecido Nervoso a. Tecido nervoso propriamente dito b. Neuroglia B. Preparações histológicas para microscopia de luz Na histologia, diferentes métodos de estudos podem ser utilizados, variando do estudo dos tecidos in vivo, como a cultura de células e tecidos, até aqueles que utilizam os tecidos mortos. O método mais utilizado são os preparados histológicos permanente, ou lâminas histológicas. Estas, por sua vez, para que possam ser adequadamente observadas e analisadas, tornam necessário o uso de equipamentos como o microscópio. A microscopia de luz é ainda a mais utilizada, de modo que a seguir, descrevemos as etapas de produção de uma lâmina histológica para microscópio óptico. Resumo das etapas de preparação de material histológico que serão estudadas nesta seção. http://www.icb.ufmg.br/mor/biocelch/metodos_estudo/metodos.html 9 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores Protocolo COLETA DA AMOSTRA A etapa inicial do processo de preparação de uma lâmina histológica consiste na coleta da amostra de tecido a ser analisado, e isto pode ser feito de diferentes maneiras: • Biópsia cirúrgica, em que a obtenção da amostra de tecido ou órgão se dá através de uma incisão cirúrgica; • Biópsia endoscópica, usada para órgãos ocos (estômago, intestino, etc) através de endoscopia; • Biópsia por agulha, na qual a amostra tecidual (cilindro) é obtida pela punção do órgão (fígado, pulmão), sem que seja necessário abrir a cavidade natural; • Cirurgias amplas, realizadas quando a amostra corresponde a peças grandes (ex. tumores) ou órgãos (ex. mama, útero) • Necrópsia, que trata-se do procedimento utilizado para estudo anatômico de órgãos ou tecidos, no animal morto. A B Figura A – Diferentes lâminas e bisturis que podem ser utilizados para a coleta da amostra tecidual. Figura B – Fragmento de tecido, já coletado – http://www.pathus.com.br/rotina.asp As peças grandes (cirúrgicas) ou de autópsia, devem ser previamente clivadas para reduzir sua espessura, permitindo a penetração fácil do fixador. 10 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores 11 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores FIXAÇÃO O princípio fundamental de uma boa preparação histológica é a fixação, que deve ser completa e adequada. Os principais objetivos da fixação são: • Inibir ou interromper a autólise tecidual; • Coagular ou endurecer o tecido e tornar difusíveis as substâncias insolúveis; • Proteger, através do endurecimento, os tecidos moles no manuseio e procedimentos técnicos posteriores; • Preservar os vários componentes celulares e tissulares; • Melhorar a diferenciação ótica dos tecidos; • Facilitar a subseqüente coloração. Assim sendo, o objetivo central desta etapa inicial do processamento do material histológica visa preservar sua estrutura de forma mais próxima o possível daquela encontrada no tecido vivo, evitando ao máximo as distorções e possíveis perdas de materiais. Estes dois fenômenos, quando não são propriamente evitados, podem formar artefatos no corte do material. O processo de fixação, em histologia, é quase exclusivamente químico, onde substâncias (fixadores) são utilizadas com a principal função de insolubilizar as proteínas dos tecidos. Poderia ser também um processo físico, como por aquecimento ou resfriamento, mas não é de nosso interesse aqui detalharmosestes casos. Os fixadores podem atuar como agentes desnaturantes ou como estabilizadores, formando pontes com as moléculas vizinhas. Deste modo, a solução isotônica tamponada de aldeído fórmico ou formaldeído a 4% consiste no fixador mais utilizado para a microscopia de luz, sendo conhecido como fixador universal. Juntamente com o aldeído glutárico (ou glutaraldeído), este utilizado principalmente para a microscopia eletrônica, o formaldeído reage com grupamentos amina (NH2), mas a química completa destas reações de fixação ainda não está bem elucidada. 12 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores Para evitar a ocorrência de artefatos no preparo do material, devem-se seguir os dois princípios básicos abaixo, tentando garantir que a fixação seja realizada de maneira eficiente: • O material coletado deve ser imerso o mais rapidamente possível na solução fixadora; • O volume de fixador deverá ser no mínimo 10 vezes maior que o volume da amostra tecidual coletada. Objetivando se conseguir um fixador ideal para cada tipo de tecido, os histologistas costumam elaborar diversas misturas fixadoras como, por exemplo, o líquido de Bouin (formaldeído, ácido acético e ácido pícrico). O tempo de fixação varia de acordo com o tamanho da peça, constituição do tecido, poder de fixação do fixador, objetivos a pesquisar e temperatura ambiente. No entanto, de forma geral, caso o fragmento tenha uma espessura de cerca de 4 mm, o tempo mínimo de fixação é de doze horas. No caso de fragmentos ósseos ou tecidos com áreas de calcificação, deve-se além de fixá-los, proceder à descalcificação ou desmineralização, que consiste na remoção dos sais de cálcio que se encontram depositados nos tecidos orgânicos sem alteração da sua estrutura celular, de modo a permitir que os cortes sejam realizados no micrótomo. Esta etapa é importante, porque as navalhas utilizadas na etapa de microtomia, como a navalha de aço, para os blocos de parafina, e a navalha de vidro, para os blocos de resina acrílica, são bastante delicadas, e perdem o corte facilmente. Assim, os ossos ou outros materiais calcificados devem ser cortados em pequenos pedaços (cerca de 4mm) com serra adequada, antes da fixação. Depois de completada a fixação, o fragmento deve ser imerso na solução descalcificadora. Geralmente são empregados como agentes descalcificadores os ácidos nítrico, fórmico, tricloacético, clorídrico, pícrico e sulfossalicílico. Não existe uma solução descalcificadora ideal. O ácido usado deve ser completamente removido do tecido depois de terminada a descalcificação, por meio de lavagem abundante e cuidadosa em água corrente ou álcool, de acordo com o agente 13 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores descalcificador empregado. Os tempos de lavagem devem ser verificados de acordo com o protocolo utilizado. Com a finalidade de permitir que a luz do microscópio atravesse o material, cortes muito delgados de tecido têm que ser feitos, de espessura de micrômetros. Infelizmente, embora o processo de fixação endureça o tecido, o material não se torna suficientemente firme ou coeso para sozinho permitir cortes delgados perfeitos. Para que esse grau de firmeza seja atingido, o tecido deve ser completamente impregnado com algum meio de sustentação que manterá juntas as células e as estruturas intercelulares. Os materiais de sustentação usados são denominados materiais de inclusão. Certos materiais de inclusão, como a gelatina, são solúveis em água, e assim os tecidos não precisam ser desidratados antes do uso. No entanto, os materiais mais comumente usados são substâncias semelhantes à parafina, que não são miscíveis com água. Quando estes materiais de inclusão forem utilizados os tecidos obrigatoriamente deverão ser desidratados antes da inclusão. Resinas acrílicas (plásticas) também são utilizadas como meios de inclusão, mas aqui abordaremos principalmente o uso da parafina. DESIDRATAÇÃO Antes que um material de inclusão, tal como a parafina, possa penetrar no tecido seu conteúdo em água deve ser removido. A desidratação é levada a efeito imergindo o bloco de tecido em concentrações crescentes de álcool etílico. O álcool é o agente mais comumente utilizado neste processo, sendo empregado numa série crescente (70% - 80% - 90% - 100%) para se evitar a retração pronunciada do tecido ocasionando lesões estruturais da célula de caráter irreversível. O álcool tem a vantagem de endurecer mais o tecido. O volume de álcool deverá ser 10 a 20 vezes maior que o volume da peça. A eficiência da desidratação depende da relação entre a quantidade de álcool e o número de banhos empregados que devem ser suficientes. Os álcoois etílico, butílico, metílico e isopropílico, a acetona, o éter, o clorofórmio ou o óxido propileno são exemplos de substâncias que podem ser usadas como agentes desidratantes. O álcool etílico é o mais utilizado em técnica de rotina. 14 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores DIAFANIZAÇÃO A impregnação do tecido com meio de inclusão ainda não é possível nesse estágio, porque as substâncias semelhantes à parafina usadas para a inclusão não se misturam com o álcool. O tecido deve ser, portanto, imerso em um produto químico em que ambos o álcool e parafina sejam solúveis. Assim, a diafanização consiste na infiltração do tecido por um solvente da parafina que seja ao mesmo tempo desalcolizante. A parafina não se mistura com água e nem com álcool, de modo que ambos devem ser completamente removidos para que a parafina possa penetrar eficientemente no tecido. O xilol é comumente utilizado para esta finalidade. Tal substância é muitas vezes chamado de agente clarificador, porque torna o tecido semi-translúcido, quase transparente. Entre os reagentes mais utilizados na fase de diafanização podemos citar ainda o toluol, clorofórmio, óleo de cedro, benzol e salicilato de metila. A quantidade de xilol (substância mais empregada) utilizada deve ser 10 a 20 vezes o volume da peça, e a duração da clarificação varia de acordo com as dimensões e a constituição do material, além da temperatura ambiente. INCLUSÃO OU EMBEBIÇÃO A finalidade da impregnação é a total penetração da parafina nos vazios deixados pela água e gordura, que antes estavam presentes no tecido. Para tal, é necessário, primeiramente, eliminar completamente o xilol contido no material. Este processo serve, assim, para preparar o material para os cortes, removendo o clarificante e fornecendo a sustentação necessária para que sejam realizados os cortes no micrótomo. O tecido é passado em duas trocas de parafina para assegurar a substituição de todo o agente clarificador pela parafina. Emprega-se a parafina a uma temperatura de 56 a 60 ºC (parafina fundida), de modo que a temperatura alta também possibilita que o solvente utilizado na diafanização evapore. O bloco de tecido permanecerá imerso na parafina fundida (em estufa) durante o tempo necessário para a completa impregnação. Posteriormente serão retirados da estufa e deixados à temperatura ambiente até que a parafina endureça, após o que o bloco de parafina com o tecido será retirado da forma e conduzido ao corte. Podem-se citar ainda como agentes de impregnação: celoidina, goma arábica, resinasplásticas (para microscopia de luz e eletrônica), polietilenoglicol, parafina esterificada e carbovax. A B Figura A – Suportes para a confecção de diferentes formatos de blocos de parafina Figura B – Blocos de parafina já endurecidos contendo os fragmentos de tecido. http://www.pathus.com.br/rotina.asp MICROTOMIA Para se obter cortes do material incluído em parafina ou congelado, é necessário um instrumento especial: o micrótomo. As funções dos micrótomos variam de acordo com o fabricante, mas o equipamento tem como fundamento duas peças principais: o suporte ou mandril (onde é fixada a peça a cortar) e a navalha, que realiza os cortes. O suporte é sempre encaixado a um parafuso micrométrico ou a uma espiral metálica que o faz adiantar segundo seu eixo, em medida conhecida e que pode ser regulada à vontade. Esta medida tem como unidade o micrômetro (µm), que corresponde à milésima parte do milímetro. Normalmente um micrótomo faz cortes cuja espessura varia de 1 a 50 micrômetros, mas a espessura mais utilizada em microscopia óptica é de 1 (para cortes seqüenciais) a 5 micrômetros (quando não há necessidade de se aproveitar todos os cortes). Existem vários tipos de micrótomos, a saber: rotativo, tipo Minot, criomicrótomo (de congelamento) e aquele destinado a trabalhos de microscopia eletrônica. 15 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores A B Figura A – Micrótomo, e suas partes principais indicadas (Junqueira & Carneiro, 2004). Figura B – Utilização do micrótomo. Na figura, pode-se observar a retirada de um corte da navalha de aço – http://www.kochinst.com.br/produt/mic.html COLAGEM DO CORTE À LAMINA As fitas de cortes de parafina são estiradas cuidadosamente e os cortes individuais são separados por um bisturi. Na superfície de uma lâmina de vidro é feito um ponto de aderência (com albumina de ovo, por exemplo) e o corte de parafina é colocado em banho-maria (água morna a fria – o excesso de calor pode levar o corte a se ‘desfazer’) de forma que as dobras provocadas pelo corte no tecido desapareçam. Após o que o corte é “pescado” com a lâmina, na qual se adere. 16 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores Figuras A e B – Fita de cortes sendo retirada na navalha, e em seguida estirada em banho-maria morno http://www.dnr.state.md.us/fisheries/oxford/research/orp/procedures.html Figura C – Corte sendo ‘pescado’ http://www.conganat.org/9congreso/trabajo.asp?id_trabajo=768&tipo=3 COLORAÇÃO Como a maioria dos tecidos é incolor, para que seja possível observá-los ao microscópio de luz, é necessário que sejam empregados corantes. Diferentes técnicas que não somente evidenciam os componentes teciduas, mas também os distinguem entre si. As técnicas de colorações, de um modo geral, se efetuam por processos físico- químicos ou puramente físicos e variam conforme a modalidade, ação, caráter, grau de ação, tempo, número de corantes e a cromatização. Antes que o corte seja corado, a parafina em que ele foi incluído deve ser removida (desparafinização). O corte, que já foi aderido à lâmina de vidro por ‘pescagem’ em banho-maria, é banhado no xilol para dissolver a parafina. Devido ao fato de muitos corantes serem solúveis em água, torna-se necessário remover o xilol do tecido e substituí-lo por água (hidratação). O corte é imerso em uma série de concentrações decrescentes de álcool etílico (álcool mais concentrado → álcool menos concentrado), até 17 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores 18 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores que esteja hidratado. Depois que o corte estiver hidratado, procede-se à coloração propriamente dita. De acordo com o número de cores conferidas às estruturas teciduais pelas colorações simples (um único corante) ou combinadas (que usam mais de um corante), estas recebem a denominação de colorações monocrômicas (uma cor), bicrômicas (duas cores), tricrômicas (três cores) ou ainda policrômicas (mais de três cores). A maioria dos corantes se comporta como substâncias ácidas ou básicas, formando sais (ligações eletrostáticas) com radicais ionizados que estejam presentes nos componentes teciduais. Seguindo este princípio, os componentes teciduais que se coram melhor com corantes básicos, são denominados basófilos, e os que se coram com corantes ácidos, por sua vez, denominam-se acidófilos. Os constituintes celulares que reagem com os corantes básicos o fazem principalmente por meio de ácidos nucléicos, glicoproteínas ácidas e glicosaminoglicanas. Já os corantes básicos reagem principalmente com proteínas citoplasmáticas, grânulos citoplasmáticos, mitocôndrias e colágeno. Para se colorir convenientemente a célula, deve-se recorrer a um método de coloração sucessiva do núcleo e do citoplasma. A combinação mais comum de corantes usada em histologia e histopatologia é a hematoxilina e eosina (HE). A hematoxilina é um corante natural obtido das cascas de pau campeche. Ela não é realmente um corante e deve ser oxidada em hemateína a fim de tornar-se um corante. Ademais, o corante que resulta (hematoxilina-hemateína) não tem afinidade para os tecidos. Deve ser usado um mordente, como o alumínio ou o ferro, juntamente com a mistura de hematoxilina antes que ela possa corar os tecidos. A mistura cora em azul-púrpura. A eosina é um corante sintético e produz uma coloração avermelhada. Hematoxilina – eosina (tumor benigno do terço superior da vagina de uma mulher de 63 anos) http://www.conganat.org/7congreso/trabajo.asp?id_trabajo=295 Nas células coradas com HE, os ácidos nucléicos presentes no núcleo são corados pela hematoxilina, corante básico, dando ao núcleo um tom azul-arroxeado. A eosina, por sua vez, um corante ácido, é atraída pelos elementos básicos das proteínas do citoplasma da célula, corando-os de róseo a vermelho. Certos corantes reagem com os componentes do tecido e os coram com uma cor diferente da cor da solução corante. A propriedade de mudança de cor do corante chama- se metracromasia. Os corantes azul-de-metileno, azul-de-toluidina e tionina são exemplos de corantes simples que exibem metacromasia. Nos corantes azuis, a cor muda para vermelho. A coloração dos mastócitos com o azul-de-metileno constitui um bom exemplo. Os grânulos do citoplasma coram-se em vermelho-púrpura, enquanto que o resto do tecido fica azul. A causa da metacromasia não é totalmente compreendida, porém tem sido sugerido que é devido à polimerização das moléculas do corante, por meio de reação com enzimas ou outras moléculas teciduais. Julga-se que a presença de macromoléculas com radicais eletronegativos no tecido facilita a polimerização e provoca a mudança de cor. 19 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores Desparafinização, hidratação e coloração – http://www.dnr.state.md.us/fisheries/oxford/research/orp/procedures.html MONTAGEM DA LÂMINA Depois que o corte tiver sido corado com a solução apropriada, ele é desidratado novamente, sendo banhado em concentraçõescrescentes de álcool. Objetiva-se com esta nova etapa de desidratação aumentar a sobrevida do preparado histológico. Finalmente o corte é banhado em xilol antes de ser montado em um meio solúvel em xilol, que é o meio de montagem. Para os cortes de parafina, utiliza-se o Bálsamo do Canadá. Para resinas acrílicas, usam-se outros meios de montagem, como o Entellan®. Uma gota do meio de montagem é colocada sobre o corte ou na lamínula de vidro, e esta é posicionada sobre o corte de forma delicada, de tal modo que o meio de montagem cubra completamente o corte. Depois a lamínula é comprimida com firmeza (tomando cuidado para não quebrá-la, pois a lamínula é bastante delicada) sobre o corte e o meio de montagem se espalha formando uma delgada película entre a lâmina e a lamínula. Observar se houve formação de bolhas no meio de montagem. Para retirar possíveis bolhas, basta tentar pressionar mais um pouco a lamínula sobre o corte e o meio de montagem. Após algumas horas, a lamínula estará firmemente aderida à lâmina de vidro, pela estabilização do meio de montagem. 20 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores D Ilustração da montagem de uma lâmina Figuras A, B, C – http://nationaldiagnostics.com/article_info.php/articles_id/107 Figura D – http://www.dnr.state.md.us/fisheries/oxford/research/orp/procedures.html 21 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores 22 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores C. Introdução à Microscopia O estudo da histologia depende da utilização da microscopia. Utilizando-se microscópio de luz é que as preparações histológicas já coradas podem ser analisadas, de modo que o aluno de histologia deve obrigatoriamente conhecer os fundamentos básicos da microscopia. Assim sendo, tornam-se necessários a descrição mais detalhada de um microscópio óptico (utilizado em nossos estudos) e o estudo de alguns conceitos ligados à microscopia óptica. Por fim, a descrição de outros tipos de microscópicos, além do microscópio óptico, será também abordada. Microscópio óptico composto Um microscópio de luz (óptico) pode ser simples ou composto, sendo que o microscópio simples possui uma única lente e só fornece uma imagem moderadamente aumentada do objeto que se está estudando, e o microscópio composto consiste de um conjunto de lentes capaz de fornecer um aumento muito maior. O espécime a ser observado será analisado graças à iluminação que o atravessará. O microscópio óptico é composto de partes mecânicas e ópticas. A parte mecânica é o ‘suporte’ do microscópio, e consiste de uma base, cuja função é estabilizar o microscópio, uma coluna ou canhão que se estende da base para cima, dando sustentação às lentes, e uma platina, na qual é colocado o objeto a ser examinado. As partes ópticas de interesse encontram-se presas à coluna, acima e abaixo da platina, sendo compostas pelas lentes oculares (podem estar presenter uma ou duas oculares) e objetivas, condensador e espelho. Em muitos microscópios, o espelho e a lâmpada estão alojados, com segurança, na base do instrumento. As partes do microscópio ótico composto encontram-se ilustradas abaixo, e suas funções serão descritas de modo a facilitar o entendimento do estudante quanto ao funcionamento do equipamento utilizado Microscópios de uma e duas oculares – http://www.prof2000.pt/users/biologia/const_mic.htm A ocular consiste de uma combinação de lentes que estão embutidas na extremidade superior do tubo do microscópio. O valor gravado tal como 12,5 x indica o aumento da ocular. As objetivas (pode haver três, quatro ou cinco) são uma combinação de lentes presas à extremidade inferior do tubo do microscópio. O valor gravado tal como 10x, indica o aumento da objetiva. Uma objetiva 10x usada em combinação com uma ocular 12,5x dá um aumento total de 125x. As diferentes objetivas atarraxam-se ao revólver, que por sua vez está preso à extremidade inferior do tubo do microscópio. Troca-se uma objetiva por outra pela rotação do revólver, de modo que quando uma objetiva substitui a anterior. O condensador é uma combinação de lentes situada abaixo da platina, cuja função consiste em projetar um cone de luz sobre o objeto que está sendo observado. O condensador pode ser levantado ou abaixado por um mecanismo de cremalheira, de modo que a luz pode ser focalizada mais ou menos intensamente sobre o objeto. A passagem de raios marginais no condensador é impedida pelo diafragma – íris. O diafragma também regula a quantidade de luz que sai do condensador e atinge o objeto, podendo ter sua abertura aumentada ou reduzida por meio de controle manual. O espelho que está situado abaixo do condensador reflete os raios luminosos emanados da fonte de luz. Situado entre o espelho e o condensador existe um porta- filtros móvel. 23 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores Funcionamento do microscópio de luz A lâmina de vidro contendo o fragmento de tecido a ser analisado deve ser posicionada sobre a platina do microscópio, possibilitando que o objeto seja posicionado sob a objetiva, manualmente ou usando-se a platina mecânica. Antes de posicionar a lâmina sobre a platina, o estudante deve se certificar de que a platina esteja na posição mais baixa o possível, fazendo com que a distância inicial entre a lâmina e as objetivas seja máxima. Para que o foco correto do objeto seja alcançado, a platina deverá ser elevada lentamente, com o uso dos botões macro e micrométricos laterais do microscópio, ou ainda levantando-se ou abaixando-se o tubo do microscópio, ao qual estão atarraxados a ocular e as objetivas. Os raios luminosos são defletidos e convergem para o objeto. Então passam através das lentes da ocular e são novamente defletidos. Emergindo da ocular, os raios luminosos são dirigidos para a pupila do olho, após o que eles incidem sobre a retina. Se o olho está em repouso, como na visão a longa distância, deve-se obter uma clara imagem do objeto quando a objetiva estiver no foco exato. Esquema do aumento e inversão da imagem,no microscópio óptico(Modificado de Junqueira & Carneiro, 2004). Um microscópio óptico composto é, assim, um sistema de aumento em dois estágios. Primeiro, o objeto é aumentado e também invertido pelas lentes da objetiva, sofrendo um segundo aumento pelo conjunto de lentes da ocular, sem que ocorra, durante esta etapa, no entanto, inversão da imagem projetada. O aumento total é o produto dos aumentos da objetiva pelo da ocular. Um microscópio composto produz uma imagem de cabeça para baixo e invertida lateralmente. A inversão é facilmente 24 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores 25 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores demonstrada: se o espécie é movido para um lado, a imagem move-se na mesma direção (horizontal ou vertical), mas em sentidocontrário. Aumento, Definição, Limite de Resolução e Profundidade de Foco A grandeza (aumento) consiste no aumento do tamanho da imagem comparada com o objeto. O aumento total de um microscópio composto, como anteriormente explicado, é igual ao grau de aumento da imagem produzido pelas lentes objetivas multiplicado pelo aumento dado pelas lentes da ocular. Deve-se usar sempre uma objetiva de menor aumento quando se começar o exame de um preparado; isto permitirá ao estudante observar um campo mais amplo inicialmente, para depois identificar a área de interesse mais específica do material sob análise. A definição é a nitidez da imagem quando o sistema de lente foi corretamente ajustado. A imagem borrada geralmente significa que as lentes foram incorretamente ajustadas ou que elas estão sujas. Outra ocorrência comum é colocar inadvertidamente a lâmina de vidro na platina com o lado errado para cima. Limite de resolução é a capacidade máxima de um sistema óptico de separar detalhes. Pode ser conceituado como a distância mínima que deve existir entre dois pontos para que estes apareçam individualizados. Por exemplo: duas partículas separadas por 0,3 micrômetros aparecerão individualizadas quando examinadas num sistema cujo limite de resolução é de 0,2 micrômetros. Mas, se forem examinadas num sistema com limite resolutivo de 0,5 micrômetros, aparecerão fundidas, como se fossem uma só partícula, de maior tamanho. O limite de resolução das melhores lentes utilizadas nos microscópios ópticos comuns é de 0,2 micrômetros. Portanto, o que determina a riqueza de detalhes da imagem fornecida por um sistema óptico é seu limite de resolução e não seu poder de aumentar de tamanho os objetos, propriamente. A capacidade de aumento só possui valor prático se for acompanhada de um aumento paralelo do poder resolutivo. O limite resolutivo depende essencialmente da objetiva. A ocular apenas aumenta de tamanho a imagem projetada no seu plano de foco pela objetiva. 26 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores Uma das características mais importantes de uma objetiva é a sua abertura numérica, pois o limite resolutivo depende principalmente desta e do comprimento de luz utilizada. A abertura numérica vem gravada nas objetivas e sua determinação cabe ao fabricante das lentes. Ela é igual ao menor índice de refração (n) interposto entre o corte e a lente objetiva, multiplicado pelo seno do semi-ângulo de abertura (u). Teremos então: Abertura Numérica (AN) = n x seno de u. Já o Limite de Resolução da objetiva é dado pela fórmula: LR = K x Y , AN onde K é uma constante estimada em 0,61 e Y o comprimento de onda. Geralmente toma-se o comprimento da onda da faixa verde-amarelo (0,55 micrômetros) para o cálculo do limite resolutivo, por ser o olho humano mais sensível a essas cores do que a quaisquer outras. Então, substituindo-se as letras pelos seus respectivos valores, temos: LR = 0,61 x 0,55 AN A análise da fórmula mostra que o limite de resolução é diretamente proporcional ao comprimento de onda e inversamente proporcional à abertura numérica da objetiva. O exemplo a seguir nos dará a exata compreensão da importância da abertura numérica e também que a utilização de oculares de grane aumento não traz qualquer vantagem. Admitamos as duas seguintes combinações de lentes: A – uma objetiva de 10x, cuja abertura numérica é de 0,15, em associação a uma lente ocular de aumento de 20x resultará em um aumento total do objeto de 200 vezes (200x); B – já uma objetiva de 40x, cuja abertura numérica seja 0,65, em associação a uma lente ocular de capacidade de aumento de 20x irá produzir igual aumento de 200x. Fazendo-se os cálculos, pode-se verificar que, no exemplo A, o limite de resolução será de 2,2 micrômetros, enquanto que no exemplo B será muito mais rica em detalhes, pois o seu limite de resolução é de 0,5 micrômetros. 27 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores Por último, mas não menos importante, a profundidade de foco é a propriedade da lente de revelar estruturas que estão relacionadas uma às outras, mas que se encontra em diferentes níveis no espécime. A profundidade do foco diminui à medida que o poder de aumento e abertura numérica aumentam. Outros tipos de microscópio Microscópio de contraste de fase Espécimes biológicos que não tenham sido corados, em geral, se apresentam transparentes, o que torna sua observação difícil ao microscópio óptico comum, já que o detalhamento da imagem fica prejudicado pela proximidade das densidades ópticas e índices de refração das diferentes partes do tecido. O microscópio de contraste de fase é um instrumento que converte diferenças do índice de refração que não podem ser vistas, em diferenças de intensidade que se tornem visíveis. As ondas de luz que atravessam os componentes celulares de densidades ópticas diferentes assim o farão em diferentes velocidades. Desse modo, as ondas luminosas que atravessam núcleos, mitocôndrias e inclusões celulares emergirão em tempos diferentes e em fases diversas, de um elemento em relação ao outro. Há também a microscopia de fase diferencial (microscopia de Nomarsky), capaz de produzir imagens que se apresentam aparentemente tridimensionais durante a observação do espécime. Este tipo de microscópio também pode ser denominado microscópio de diferença interferencial de contraste segundo Nomarski. Mais adiante, encontram-se duas fotos nas quais se torna notável a diferença entra a observação da mesma imagem no microscópio óptico convencional e no microscópio de contraste de fase. Esquema do trajeto de luz em um microscópio de contraste de fase – http://ciencia.hsw.uol.com.br/microscopios-de-luz.htm Existem aberturas especiais em placas que absorvem e mudam as fases situadas dentro do condensador e das lentes objetivas do microscópio de contraste de fase que convertem diferenças de fases em intensidade diferentes. O microscópio de fase é particularmente útil no estudo dos tecidos não-corados e de células vivas. A B Mesma imagem observada no microscópio de luz convencional (A), e no microscópio de contraste de fase (B) – Modificado de Junqueira & Carneiro (2004). Microscópio de polarização A polarização é um fenômeno que ocorre quando a luz passa através de certas substâncias, tais como os cristais, e é dividida, de modo que emergem dois raios luminosos derivados de um só. Essas substâncias têm dois índices de refração que são chamados de birrefringentes. No microscópio de polarização, a luz é polarizada embaixo da platina do microscópio, por um prisma de quartzo Nicol chamado polarizador. A luz polarizada passa, então, através do espécime. Um segundo prisma, denominado 28 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores analisador, está localizado perto da ocular, dentro do tubo do microscópio. Quando a posição dos prismas analisador e polarizador é ajustada, de modo que os feixes luminosos tenham um trajeto paralelo, uma imagem normal pode ser vista através da ocular. Se o analisador é, então, girado de modo que o seu eixo fique em ângulo reto com o polarizador, nenhuma luz alcança a ocular e nada pode ser visto. Colocando-se um objeto amorfo (nãorefringente) na platina do microscópio, com os prismas na mesma posição em ângulo reto, nada será visto, porque os raios de luz não foram divididos pelo objeto. Porém, se for colocado um objeto cristalino ou birrefringente na platina, uma imagem luminosa aparecerá em fundo escuro. Assim, a fim de que materiais biológicos alterem a direção da luz polarizada e sejam visualizados com luz polarizada, sua estrutura submicroscópica deve ser de moléculas assimétricas orientadas. Fibras musculares, fibras de tecido conjuntivo e gotículas de gordura exibem birrefringência e têm sido estudadas intensivamente com microscópio de luz polarizada. Fragmento de mesentério de rato corado com picro-sirius, observado sob microscopia de polarização. Fibras colágenas birrefringentes em amarelo. Médio aumento (Modificado de Junqueira e Carneiro, 2004). Microscópio de fluorescência Neste tipo de microscópio, a luz ultravioleta é usada para iluminar o espécime. Certas substâncias biológicas permitem luz visível quando absorvem luz ultravioleta e diz- se que existe fluorescência. A imagem observada aparenta ser auto-luminosa. A fluorescência pode ser obtida a partir de compostos que ocorrem naturalmente, tais como 29 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores a vitamina A. Corantes fluorescentes também podem ser introduzidos no espécime, onde podem combinar-se compostos determinados ou ser acoplados a anticorpos específicos. A B Figura A – Funcionamento de um microscópio de fluorescência. Figura B – Imunofluorescência com marcação para proteínas do citoesqueleto celular, em verde, e desmoplaquina (proteína do desmossomo), em laranja. http://ciencia.hsw.uol.com.br/microscopios-de-luz.htm Microscópio Eletrônico de Transmissão O Microscópio Eletrônico de Transmissão (MET) difere do microscópio óptico pelo fato de usar feixe de elétrons em vez de um feixe visível de luz. Uma das grandes desvantagens do microscópio óptico é o longo comprimento da onda da luz que limita o poder de resolução máximo a cerca de 0,2 micrômetro. Uma corrente de elétrons tem um comprimento de onda muito curto e resoluções de 0,2 nanômetros podem ser obtidas com microscópios modernos. No microscópio eletrônico, os elétrons são emitidos por um filamento aquecido de tungstênio chamado catódio. Em virtude de os elétrons serem partículas carregadas que poderiam colidir com moléculas de ar e assim ser absorvidas e defletidas, todo sistema óptico do microscópio eletrônico deve operar no vácuo. O anódio é uma peça metálica com um pequeno furo no centro. Uma diferença de potencial entre e 40 e 100 KV entre o catódio e o anódio acelera os elétrons à medida que eles passam do catódio para o anódio. Atingindo o anódio, muitos elétrons passam através do furo do seu centro para formar um feixe. O feixe de elétrons passa através de uma série de lentes eletromagnéticas iguais às lentes de vidro do microscópio óptico. As lentes eletromagnéticas servem para focalizar o feixe de elétrons e a força do campo magnético 30 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores produzido pelas lentes pode ser mudada, alterando a quantidade de corrente que passa através dos espirais de fio das lentes. Dessa maneira, o condensador focaliza o feixe sobre o objeto. À medida que os elétrons abandonam o preparado, eles são focalizados na lente objetiva e se obtém uma imagem aumentada. A imagem é mais aumentada por uma ou duas lentes projetoras. Uma vez que os feixes de elétrons são invisíveis ao olho nu, a imagem é revelada fazendo com que os elétrons sejam projetados sobre uma tela fluorescente ou uma película fotográfica. Infelizmente, os feixes de elétrons possuem um poder de penetração muito fraco, de modo que tem que ser feitos cortes muito delgados do espécime (0,02 – 0,1 micrômetros). Devido a sua pequena espessura, os cortes têm um contraste muito pequeno; assim eles precisam ser corados com metais pesados que absorvam elétrons (tais como o urânio e o chumbo) para aumentar o contraste. O poder de penetração dos elétrons é aumentado elevando-se a voltagem de aceleração. É possível agora, com voltagens de aceleração de um milhão de volts, usar cortes mais espessos (1 – 5 micrômetros) e, ao mesmo tempo, obter maior resolução. A B Figura A – Microscópio eletrônico de transmissão – http://www.ufmt.br/bionet/conteudos/01.09.04/transmissao.htm Figura B – Ultraestrutura de uma célula do fígado, obtida por microscopia eletrônica de transmissão – http://www.sci.sdsu.edu/emfacility/classchoices.html Microscópio Eletrônico de Varredura O Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) examina a superfície do tecido, de modo que o feixe de elétrons não atravessa o espécime. Um feixe eletrônico estreito é dirigido sobre a superfície do espécime, ‘varrendo-a’ de um lado para outro regularmente. 31 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores Quando o feixe atinge a superfície do espécime esta emite elétrons secundários. Os elétrons secundários são captados por detectores, os quais criam um sinal elétrico, que é projetado em uma tela de televisão. O feixe de varredura, atingindo a superfície, desloca- se em sincronia com o feixe que produz a imagem no monitor. Desse modo, uma imagem tridimensional da superfície do espécime pode ser construída no vídeo. Podem obter-se micrografias fotografando a imagem. O tecido é preparado para o MEV primeiro fixando-o e depois por desidratação cuidadosa. A superfície do espécime é então revertida com uma delgada camada de metal, como o ouro, ouro-pálido, ou carbono, para ajudar a dispersão de elétrons. A B Figura A – Figura esquemática do funcionamento do microscópio eletrônico de varredura – http://fap01.if.usp.br/~lff/mev.html Figura B – Foto de microscopia de varredura das células do sangue – http://saude.hsw.uol.com.br/sangue-artificial.htm/printable 32 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores D. Cultura de células e tecidos No organismo vivo, suas células e tecidos encontram-se nutridas por substâncias presentes no plasma sangüíneo, e sofrem ainda a influência de, bem como interagem com células e tecidos vizinhos. Contudo, dadas as condições apropriadas, a maior parte das células animais podem viver, multiplicar-se e até mesmo expressar propriedades diferenciadas em uma placa ou garrafa de cultura de tecidos. As células podem ser observadas sob o microscópio ou analisadas bioquimicamente, e os efeitos da adição ou remoção de moléculas específicas, tais como hormônios ou fatores de crescimento podem ser explorados. Seus padrões de crescimento também podem ser analisados por meio de métodos morfométricos e análise de imagens. Além do mais, em uma cultura mista, as interações entre os vários tipos de células podem ser estudadas, e experimentos que muitas vezes não podem ser conduzidos com o uso de animais de laboratório, tornam-se exeqüíveis. Assim, os experimentos com células oriundas de cultura são ditos como tendo sido conduzidos in vitro, para contrastá-los com aqueles experimentos com organismos intactos, os quais são referidos como conduzidos in vivo.Figura A – Placa de cultura contendo células-tronco, sendo observadas sob microscópio de luz invertida - http://ciencia.hsw.uol.com.br/celulas-tronco4.htm ; Figura B - Garrafa de cultura de 25 cm2 – http://www.dw- world.de/dw/article/0,2144,1438453,00.html ; Figura C – Cultura primária de células tronca mesenquimais da medula óssea (Aumento: 25x) – http://www.rbci.org.br/detalhe_artigo.asp?id=234. O início da prática de cultura de tecidos data de 1907, quando o pesquisados Ross Granville Harrison estabeleceu um experimento para solucionar uma contravérsia em relação ao crescimento de fibras nervosas. A hipótese examinada era conhecida como doutrina do neurônio, que estabelece que cada fibra nervosa é o produto de uma única 33 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores célula nervosa e não o produto da fusão de muitas células. Para testar esta controvérsia, pequenos pedaços da medula espinhal de embriões de sapo foram colocados sobre fluidos de tecido coagulado em uma câmara úmida e morna, e observados ao microscópio a intervalos regulares de tempo. Após um ou mais dias, células nervosas individuais puderam ser vistas alongando-se para dentro do coágulo. Assim a doutrina do neurônio foi confirmada, e as bases para a revolução da cultura de células foram assentadas. Os experimentos originais, em 1907, envolveram a cultura de fragmentos pequenos de tecidos, ou explantes. Atualmente, culturas são mais comumente feitas a partir de suspensão de células dissociadas de tecidos, como já descrito. Boa parte das células de tecidos não estão adaptadas para viverem em suspensão e necessitam de uma superfície sólida para crescerem e dividirem-se, que é agora usualmente a superfície plástica de uma placa de cultura de tecidos. Entretanto, as células variam em seus requerimentos, e algumas não crescerão ou se diferenciarão a menos que a placa seja coberta com componentes específicos da matriz extracelular, tais como colágeno ou laminina. Há, ainda, alguns tipos celulares que crescem e se desenvolvem em suspensão, como uma linhagem de tumor ascítico de camundongo, denominado tumor de Ehrlich, inicialmente obtido a partir de um tumor de mama de fêmeas de camundongo, tendo sido este transplantado, de modo a dar origem à forma ascítica (que se desenvolve na cavidade peritoneal). Meio de cultura DMEM (Dulbecco’s Modified Medium), Soro Fetal Bovino (FBS) usado para completar o conteúdo protéico e hormonal necessário para o crescimento das células, e antibiótico para evitar o crescimento de contaminantes - http://nhri.pcking.net/Source/DMEM.htm 34 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores 35 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores Culturas preparadas diretamente de tecidos de um organismo, com ou sem um passo inicial de fracionamento das células, são chamadas culturas primárias. Na maioria dos casos, células em culturas primárias podem ser retiradas da placa de cultura e usadas para formar um número razoável de culturas secundárias, as quais podem ser repetidamente subcultivadas desta forma, por semanas ou meses. Tais células apresentam freqüentemente muitas propriedades diferenciadas que remetem ao tecido original: fibroblastos continuam a secretar colágeno; células de melanoma continuam a secretar melanina no meio de cultura; células derivadas de músculo esquelético embrionário fusionam-se para formar fibras musculares gigantes, que contraem espontaneamente na placa de cultura; células nervosas lançam axônios que são eletricamente excitáveis e fazem sinapse com outra célula nervosa; e células epiteliais formam extensivas lâminas com muitas das propriedades de um epitélio intacto. Como tais fenômenos ocorrem em cultura, eles são acessíveis para estudar eventos que não são possíveis de serem estudados em organismos intactos. As células são cultivadas em meios de cultura ricos em nutrientes, que podem ser suplementados com soluções de soro fetal de bezerro, rica em proteínas, bem como soluções concentradas de aminoácidos específicos, fatores de crescimento que sejam indispensáveis para o crescimento da linhagem celular em questão, e antibióticos, a fim de se evitar a propagação de contaminantes, como vírus e bactérias. Estão disponíveis, atualmente, no mercado uma ampla variedade de meios de culturas, com composições conhecidas e diferenciadas, de modo a satisfazer a necessidade dos diferentes tipos celulares em estudo. As células devem ser cultivadas, desta forma, em meio estéril, com a utilização de capela de fluxo laminar (horizontal ou vertical) previamente esterilizadas (com o uso de luz ultravioleta) para impedir que contaminantes do ar entrem em contato com a cultura. As placas e garrafas de cultura devem ser mantidas em estufa, com controle de umidade e concentração de CO2. Deve-se ainda observar freqüentemente o próprio meio de cultura, uma vez que os meios utilizados atualmente apresentam indicadores de pH, que dão sinais de que o meio está saturado, e seus nutrientes já foram consumidos pelas células da cultura, havendo necessidade de troca do mesmo. 36 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores A maioria das células de vertebrados morre após um número finito de divisões em cultura. Células da pele humana, por exemplo, duram por vários meses em cultura, dividindo-se apenas 50 a 100 vezes antes de morrerem. Entretanto, ocasionalmente, algumas células em cultura sofrerão uma mudança genética que as tornem efetivamente imortais. Tais células se proliferarão indefinidamente e poderão ser propagadas como uma linhagem de células. As linhagens de células podem também ser preparadas a partir de células cancerígenas, mas elas diferem de várias formas daquelas preparadas a partir de células normais. Por exemplo, as linhagens de células cancerígenas freqüentemente crescem sem se fixarem a uma superfície, proliferam-se em densidades muito mais altas em placas de cultura. Propriedades semelhantes podem ser experimentalmente induzidas em células normais, transformando-as com um vírus indutor de tumor ou com uma substância química. As linhagens de células transformadas resultantes, de modo recíproco, podem freqüentemente causar tumores se injetadas em um animal suscetível. Tanto as linhagens de células transformadas quanto as de células não-transformadas são extremamente úteis na pesquisa celular, como fonte de grandes quantidades de células de um tipo uniforme, especialmente por poderem ser estocadas em nitrogênio líquido a - 196oC, por um período indefinido e continuarem viáveis, quando descongeladas. No entanto, é importante lembrar que as células, em ambos os tipos de linhagens celulares, quase sempre diferem de forma importante, de seus progenitores, nos tecidos das quais elas são originárias. Apesar de todas as células em uma linhagem celular serem bastante similares, elas freqüentemente não são idênticas. A uniformidade genética de uma linhagem de célula pode ser melhorada pela clonagem celular, em que uma única célula é isolada e se prolifera para formar uma colônia. Um clone é qualquer uma destas coleções de células, as quais são todas descendentes de uma única célula ancestral. Uma das utilidades mais importantes de clonagem celularé o isolamento de linhagens de células mutantes com defeitos em genes específicos. O estudo de células defectivas em uma determinada proteína revela, freqüentemente, um pouco da função desta proteína nas células normais. É possível, ainda, fusionar-se uma célula com outra para formar uma célula combinada, com dois núcleos separados, denominada um heterocarion. Tipicamente, uma suspensão de células é tratada com certos vírus inativados ou com polietileno glicol, sendo que ambos alteram a membrana plasmática das células, de tal forma que as induza a fusionarem-se. Heterocarions possibilitam uma maneira de se misturar os componentes de duas células distintas, para se estudar suas interações. O núcleo inerte de uma hemácia de galinha, por exemplo, é reativado para sintetizar RNA e, eventualmente, para replicar DNA, quando exposto ao citoplasma de uma célula de cultura de tecido por fusão. A primeira evidência direta de que as proteínas da membrana são capazes de movimentarem-se, no plano da membrana plasmática, veio de um experimento de fusão dentre células de camundongo e células humanas: apesar das proteínas de superfície das células de camundongo e humanas estarem inicialmente confinadas à sua própria metade da membrana plasmática do heterocario, elas rapidamente se difundem e se misturam sobre toda a superfície da célula. Esquema indicando a formação de heterocarion a partir da fusão de uma célula de camundongo e uma célula humana. Na figura, podemos identificar a fusão das membranas plasmáticas a partir do uso de anticorpos específicos contra proteínas específicas de cada um dos tipos celulares (Modificado de Alberts et al., 2002). Eventualmente, um heterocario prosseguirá até a mitose e produzirá uma célula híbrida, na qual os dois envelopes nucleares foram desmontados, permitindo que todos os cromossomos fiquem juntos em um mesmo núcleo. Apesar de tais células híbridas poderem ser clonadas para produzir linhagens de células híbridas, as células tendem a ser instáveis e perdem cromossomos. Por razões desconhecidas células híbridas de camundongos e humanas perdem predominantemente os cromossomos humanos. Estes cromossomos são perdidos aleatoriamente, produzindo uma variedade de linhagens de células híbridas de camundongo e humanas, cada uma das quais contém apenas um ou poucos cromossomos humanos. Este fenômeno tem sido aproveitado para mapear as 37 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores localizações de genes no genoma humano: apenas células híbridas contendo o cromossoma humano de número 11, por exemplo, sintetiza insulina humana, indicando que o gene que codifica insulina está localizado no cromossomo 11. As mesmas células híbridas são também utilizadas como uma fonte de DNA humano, para o preparo de bancos de DNA de cromossomos humanos, específicos. Experimento indicando a fusão de fibroblastos humanos e células tumorais de camundongos, dando origem a heterocarions. Com a utilização de meio seletivo, que permite somente o crescimento dos heterocarions, estes se proliferam e podem dar origem a células híbridas (Modificado de Alberts et al., 2002). II. A CÉLULA A. Estruturas e organelas citoplasmáticas As células animais são ditas eucariontes, as quais apresentam dois grandes compartimentos morfologicamente distintos, o núcleo (individualizado por uma membrana, o envoltório nuclear) e o citoplasma. Nas células procariontes, que consistem das bactérias, o material genético não se encontra compartimentalizado. Nesta seção, as estruturas citoplasmáticas das células animais que constituem os tecidos serão enfatizadas e estudadas, dando seqüência ao estudo do núcleo, na próxima parte. 38 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores Esquema de uma célula animal http://allnatural.iespalomeras.net/encuesta/encuesta-ingles.html O citoplasma celular é constituído pela matriz citoplasmática, ou o citossol, constituída de proteínas, metabólitos, íons e unidades monoméricas que darão origem, posteriormente, aos componentes do citoesqueleto, além das organelas, como os retículos, mitocôndrias, aparelho de Golgi, lisossomos e outros que serão descritos adiante. Membrana plasmática O citoplasma possui um constituinte mais externo, a membrana plasmática, ou plasmalema, que será aqui abordada de forma separa das demais organelas para fins didáticos. A membrana plasmática, com cerca de 7 a 10 nanômetros, tradicionalmente representa o limite externo da célula, mas esta afirmação não condiz com a realidade, uma vez que os meios extra e intracelulares, na verdade, apresentam continuidade, que se dá por meio de moléculas que se estendem através dos dois. As integrinas da membrana plasmática, por exemplo, se ligam a componentes do citoesqueleto no meio intracelular, e também a moléculas do meio extracelular, propiciando o trânsito de informações de uma região para a outra. A membrana do citoplasma, quando observada sob microscópio eletrônico, apresenta um aspecto trilaminar, e isso está relacionado à sua constituição bioquímica. A membrana é uma bicamada lipídica, composta por duas camadas de moléculas de 39 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores fosfolipídios cujos grupamentos hidrofóbicos (ou não-polares) encontram-se voltados para o centro da bicamada, deixado voltados para as duas faces externas, os grupamentos polares (hidrofílicos). Quando a membrana plasmática é observada ao microscópio eletrônico de transmissão, o material sofre uma preparação com ósmio, e é este quem sofre deposição sobre esses grupamentos polares externos, dando origem ao aspecto trilaminar. Modelo do Mosaico Fluido para a membrana plasmática. http://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/biology/biology.html Além dos fosfolipídios, estão presentes outros tipos de gorduras nas membranas plasmáticas, como os glicolipídeos e o colesterol. A composição de cada metade da bicamada também pode variar, de modo que a constituição da face intracelular da membrana poderá ser diferente da face extracelular. Estão presentes na membrana plasmática, além dos lipídios, moléculas de proteínas, que podem se apresentar inseridas parcial (proteínas periféricas) ou totalmente (proteínas integrais) na bicamada. As proteínas periféricas se encontram fracamente associadas à membrana, já as proteínas integrais se apresentam diretamente incorporadas à estrutura da membrana, de modo que a remoção das primeiras pode ser facilmente realizada por meio de soluções salinas, 40 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores e para a remoção das outras proteínas, as integrais, é necessária a desestruturação completa da membrana, com o uso de detergentes. Estrutura química dos fosfolipídios da membrana. http://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/biology/biology.html As proteínas que estão presentes na bicamada lipídica – sintetizadas no retículo endoplasmático, completadas no aparelho de Golgi e transportadas até a membrana por meio de vesículas – podem atuar como formadoras de poros funcionais, os quais irão possibilitar a passagem de pequenas moléculas e íons através da membrana, ou ainda como receptorescelulares, realizando a transmissão de sinais do meio externo para o meio interno da célula e vice-versa. As proteínas integrais de membrana podem atravessar completamente a membrana, sendo então denominadas proteínas transmembrana. As proteínas transmembrana podem atravessar a bicamada uma única vez (proteínas de passagem única), ou podem ainda sofrer dobras de modo que cruzam a membrana várias vezes (proteínas de passagem múltipla). O posicionamento das proteínas da membrana depende das interações dos seus aminoácidos mais superficiais com os fosfolipídios da membrana, além do direcionamento realizado pelo próprio citoesqueleto da célula. A movimentação das moléculas constituintes da membrana plasmática é possível somente uma vez que a mesma é fluida, fato que deu origem ao modelo do mosaico fluido. A membrana plasmática possui características que a tornam responsável pelo reconhecimento entre as células vizinhas, transmissão de sinais entre o meio intra e 41 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores 42 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores extracelular, e transporte de substâncias para dentro e para fora da célula. Na face externa da membrana, por exemplo, encontra-se uma camada rica em carboidratos que possibilita o reconhecimento intercelular em um tecido, bem como a união das células. Estão presentes, ainda, proteínas que possibilitam o transporte de íons e pequenas moléculas, graças à formação de canais. Estes canais podem realizar o transporte de substâncias com ou sem gasto direto de energia, o que constitui os transportes ativo e passivo, respectivamente. Moléculas maiores, por sua vez, podem entrar ou sair da célula por meio de alterações morfológicas na membrana, com a movimentação do conteúdo sendo transportado de um lado para o outro da membrana por endocitose ou exocitose. Por fim, receptores de membrana são responsáveis pela captação de moléculas sinalizadoras, que estimulam ou inibem funções celulares internas, como a síntese de enzimas e outras substâncias. O aprofundamento dessas funções, no entanto, extrapola os objetivos deste curso. Citoesqueleto Os componentes principais do citoesqueleto celular são os microtúbulos, microfilamentos de actina e filamentos intermediários. Esses elementos se apresentam de forma integrada funcional e estruturalmente entre si e os outros componentes menos conhecidos do citoesqueleto a fim de realizar suas funções. Microtúbulos possuem em média 24 nm de diâmetro e suas proteínas apresentam estrutura quaternária. Os microtúbulos são constituídos por dímeros protéicos que se organizam em hélice, cada dímero formado por duas cadeias polipeptídicas de estruturas semelhantes, as tubulinas α e β, sendo que cada volta da hélice do microtúbulo apresenta 13 dímeros. Microtúbulos são constituintes freqüentes dos citoplasmas das células, de cílios e flagelos e centríolos. Rede de microtúbulos em células fixadas em gel de colágeno. http://www.answers.com/topic/cytoskeleton?cat=technology Microfilamentos de actina são formados por duas cadeias em espiral de monômeros globosos de actina G associadas como dois colares de pérolas enrolados, formando estrutura quaternária fibrosa, a actina F. Os filamentos formados possuem 5- 7nm de diâmetro e são encontrados em todas as células, mas estão presentes em maiores quantidades nas células musculares. Microfilamentos de actina de fibroblastos de camundongo, corados com isotiocianato de fluoresceína. http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:MEF_microfilaments.jpg Ambos os microtúbulos e os microfilamentos de actina são polarizados, ou seja, a extremidade ligada ao centrossomo é a extremidade -, e a outra extremidade, não ligada ao centrossomo é + e sofre polimerização e despolimerização. Filamentos intermediários apresentam diâmetro de cerca de 10nm, intermediário entre os microtúbulos e os microfilamentos de actina (daí essa denominação). Nas células são estáveis, e ao contrário dos outros, não são constituídos de monômeros precursores 43 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores que se agregam e se separam. Esta estabilidade indica atuação da sustentação celular. São formados pela agregação de proteínas fibrosas, cada uma delas formada por cadeias polipeptídicas enroladas em hélice, e podem ser de cinco tipos diferentes, de acordo com suas propriedades e o tipo de aminoácido constituinte. Os filamentos de citoqueratina estão presentes nas células epiteliais e em suas estruturas derivadas, como pêlos, unhas e chifres, podem ser formados por 20 tipos diferentes de queratina. Os filamentos de vimentina são os encontrados mais freqüentemente, presentes em fibroblastos e nas células de origem mesenquimal. Já os filamentos de desmina são encontrados em células musculares lisas e nas linhas Z das células musculares estriadas, que constituem os músculos estriados esqueléticos e cardíaco. Os filamentos de GFAP (glial fibrillary acidic protein) são constituintes das células da glia, principalmente dos astrócitos, e os neurofilamentos são encontrados nos próprios neurônios e seus prolongamentos. Microscopia de fluorescência com marcação para filamentos intermediários. http://www.answers.com/topic/cytoskeleton?cat=technology Nas células eucariotas, o citoesqueleto desempenha um papel mecânico, de suporte, mantendo a forma e tamanho celular e o padrão de organização do ambiente celular, a fim de permitir que a célula realize suas funções, além de ser responsável pelos movimentos celulares com contração, formação de pseudópodes e deslocamento intracelular de organelas, cromossomos (durante os processos de divisão celular), vesículas e grânulos diversos. Após a divisão celular, o citoesqueleto também é responsável pela separação da célula em divisão em duas. Além disso, ele sustenta a 44 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores 45 Este material deve ser utilizado apenas como parâmetro de estudo deste Programa. Os créditos deste conteúdo são dados aos seus respectivos autores membrana plasmática de forma a viabilizar que a célula agüente certos estresses sem se romper conforme seu ambiente se altera. O citoesqueleto também permite que algumas células móveis (como os fibroblastos e células do sangue), ciliadas ou flageladas (como os espermatozóides) se locomovam através do meio, constitui o sistema que realiza a contração muscular, e nos neurônios, a extensão de axônios e dendritos. Nas células vegetais, o citoesqueleto determina o crescimento da parede celular. O citoesqueleto também está envolvido na formação da lâmina nuclear, camada protéica interna ao envoltório nuclear que se desestrutura quando ocorre a divisão celular, permitindo a desestruturação também do próprio envoltório. A variedade de funções desempenhadas pelo citoesqueleto tem relação com a grande variedade de proteínas que o compõem. Mitocôndrias As mitocôndrias são organelas membranosas, apresentando entre 0,5 a 1 µm de largura e até 10 µm de comprimento. São estruturas esféricas a alongadas que se apresentam distribuídas pelo citoplasma, concentrando-se nas regiões em que o gasto de
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