Цитогенетические исследования — это совокупность методов исследования связи между явлением наследственности и строением клеток (особенно структур клеточного ядра). Цитогенетические исследования играют важную роль в медико-биологических работах, так как с их помощью выясняют генетические особенности, изменчивость (см.), происхождение и эволюцию живых существ.
Объектом цитогенетических исследований служат в первую очередь хромосомы (см.) человека, животных и растений, имеющие специфические для каждого вида свойства (количество, размеры, особенности строения) и образующие характерный для данного организма кариотип. Поэтому методы цитогенетических исследований используются при построении естественных классификаций живых организмов.
В цитогенетических исследованиях уделяют особое внимание полиплоидии — явлению, связанному с кратным увеличением числа хромосом, сопровождающимся появлением целого ряда новых свойств (увеличение общих размеров, вкусовых качеств фруктов и овощей, жизнестойкости у растений и т. д.). Разработка проблемы полиплоидии имеет практическое значение в сельском хозяйстве, в селекции растений и животных.
С помощью цитогенетических исследований обнаруживают изменения в хромосомах, передающиеся потомству и определенным образом влияющие на признаки организма. Изучают вредные хромосомные перестройки, утрату, выпадение или добавление отдельных хромосом или участков хромосом. Они позволяют выявить участие наследственного фактора в возникновении ряда заболеваний человека (см. Наследственные болезни), в том числе нарушений развития, предрасположенность к злокачественным новообразованиям и т. д. Цитогенетические исследования привели к правильному пониманию природы лучевой болезни.
С помощью цитогенетических исследований установлено, например, что в ядрах клеток различных тканей и органов, но только у самок, присутствуют интенсивно окрашиваемые специальными красителями образования, так называемые тельца Барра или половой хроматин (см.). Оказалось, что половой хроматин встречается у многих животных и у человека. Открытие полового хроматина позволило определять пол человека на клеточном уровне (это имеет особое значение для судебной медицины), диагностировать пол эмбриона на ранних стадиях беременности и решать ряд других вопросов медицинской практики.
См. также Генетика, Наследственность.
Цитогенетические исследования — микроскопическое изучение особых структур клетки, обусловливающих процессы наследования и развития.
Цитогенетические исследования получают все более широкое применение в клинической медицине. Наиболее простым, быстрым и доступным методом цитогенетического анализа является исследование полового хроматина.
Половой хроматин представляет собой хроматиновое тельце, которое отсутствует у особей мужского пола, а у особей женского пола прилежит к ядерной оболочке.
Таким образом, это тельце может служить цитологическим признаком пола, в связи с чем оно и получило название половой хроматин.
Размеры телец полового хроматина у человека колеблются от 0,7 до 1,2 мк, форма их может варьировать (рис. 1 — 3). У женщин половой хроматин определяется в среднем в 40% ядер (рис. 4). Он образуется одной из Х-хромосом женского кариотипа, находящейся в неактивном, спирализованном состоянии. Половой хроматин можно определить в клетках слизистой оболочки полости рта, влагалища и мочеиспускательного канала, а также в клетках крови, биопсированной кожи, культивируемой ткани взрослого, в эмбриональной ткани, нервных клетках.
Наиболее простая и удобная методика определения полового хроматина в клетках слизистой оболочки полости рта предложена Тири (Н. Thiries) и усовершенствована Сандерсоном (S. Sanderson). Для исследования берут соскоб со слизистой оболочки щек. Материал переносят на предметное стекло, высушивают на воздухе и в течение 10 мин. фиксируют в метиловом спирте. Окраску производят каплей свежефильтрованного ацетоорсеина (1 г синтетического орсеина растворяют в 45 мл ледяной уксусной кислоты, подогревают до кипения и после охлаждения фильтруют, к 45 мл профильтрованного раствора добавляют 55 мл дистиллированной воды и эту смесь фильтруют повторно). При микроскопировании иммерсионным объективом подсчитывают количество хроматинположительных ядер на 100 клеток.
Исследование полового хроматина применяют для цитологического определения пола, быстрой и ранней диагностики заболеваний, связанных с аберрациями половых хромосом (в частности, синдромов Клайнфелтера, Шерешевского—Тернера и др.), характеристики ряда физиологических процессов (в частности, менструального цикла), исследования общих и локальных закономерностей ряда патологических процессов и прежде всего злокачественных новообразований, выяснения действия некоторых терапевтических методов и средств (антибиотиков, кортикостероидов, цитостатических препаратов).
К методам цитогенетического анализа относится также изучение кариотипа (см.).
Установлено, что хромосомный набор человека состоит из 46 хромосом (23 пары), двух половых хромосом (XX — у женщины, XY — у мужчины), 22 пар аутосом (рис. 5) и отличается высоким постоянством в клетках человеческого организма.
В зависимости от длины хромосом и расположения их центромер весь хромосомный набор делится на 7 групп — А, В, С, D, Е, F, G.
Для изучения хромосомного набора человека (кариотипа) используют методы культивирования лейкоцитов периферической крови, фибробластов эмбриональной ткани, культивирование клеток кожи и прямой метод определения хромосомного набора в клетках костного мозга.
Впервые об успешном культивировании неделящихся лейкоцитов сообщил советский биолог Г. К. Хрущев (1935). В 1958 г. Ноуэлл (P. Nowell) предложил использовать для стимуляции деления лейкоцитов вещество, выделенное из бобовых растений,— фитогемагглютинин (ФГА). Культивирование лейкоцитов осуществляют по модифицированной и усовершенствованной методике. 10 мл венозной крови, взятой стерильно в пробирку с гепарином (1 мл ампулированного гепарина разводят в 20 раз раствором Хенкса), помещают на 30—40 мин. в холодильник. Затем стерильно (в боксе) в кровь добавляют 0,7 — 1 мл 10% раствора желатины для ускорения осаждения эритроцитов. После отстаивания крови плазму отсасывают и помещают в стерильную колбу. К плазме добавляют среду 199 либо среду Игла из расчета 1,5 мл среды на 1 мл плазмы.
Для стимуляции митотической активности лейкоцитов в смесь добавляют 0,2 мл ФГА. Полученную клеточную суспензию помещают в термостат при t° 37° на 72 часа. За 2—3 часа до проведения фиксации на каждый флакон (суспензия для культивирования разливается по 1,5—2 мл в стерильные флаконы типа пенициллиновых) добавляют по 0,5—0,75 мкг колхицина (рабочий раствор колхицина: 10 мкг на 1 мл дистиллированной воды) и продолжают культивирование. В дальнейшем культуры центрифугируют в течение 5 мин. при 800 об/мин. Надосадочную жидкость сливают, к ней добавляют 3—5 мл 0,95% раствора цитрата натрия, нагретого до t°37°, который вызывает набухание клеток. В гипотоническом растворе клетки находятся от 15 до 30 мин., после чего надосадочную жидкость сливают, к осадку осторожно добавляют фиксатор (3 ч. абсолютного спирта + 1 ч. ледяной уксусной кислоты), ставят в холодильник на 15 мин., затем повторно центрифугируют и меняют фиксатор. На обезжиренные предметные стекла наносят 1—2 капли клеточной суспензии и высушивают над пламенем либо поджигают фиксатор («жженые» препараты). Препараты красят полихромной синью Унны, ацетоорсеином или по Романовскому. Хромосомный набор изучают при помощи иммерсионной микроскопии в 100 метафазных пластинах.
Для изучения хромосом используют также прямой метод определения хромосомного набора в клетках костного мозга: 1 мл свежеаспирированного пунктата костного мозга помещают в колбу с 30 мл среды 199 и 3 мл раствора колхицина (10 мкг на 1 мл). Содержимое колбы осторожно взбалтывают для равномерного распределения клеток, а затем центрифугируют. Надосадочную жидкость сливают и к осадку добавляют 10 мл 0,95% раствора цитрата натрия, подогретого до t° 37°. Клетки тщательно ресуспензируют и помещают в термостат при t° 37° на 40—45 мин. После этого вновь проводят центрифугирование, надосадочную жидкость сливают и к осадку добавляют свежеприготовленный фиксатор, состоящий из 3 ч. метилового спирта и 1 ч. концентрированной уксусной кислоты. Через 10 мин. осадок ресуспензируют и оставляют в фиксаторе еще на 20 мин. при комнатной температуре, затем центрифугируют в течение 10 мин., вновь меняют фиксатор и приготовляют препараты тем же способом, как при фиксации культуры лейкоцитов крови.
Исследование кариотипа может быть с успехом использовано для диагностики хромосомных заболеваний человека. За последнее время выделена целая группа хромосомных болезней, связанных с патологией как половых, так и аутосомных хромосом (см. Наследственные болезни). Помимо изменения количества хромосом, возможно нарушение их морфологии. Так, при хроническом миелоидном лейкозе наблюдается необычно малая акроцентрическая хромосома из 21-й пары. Появление анеуплоидии (увеличение или уменьшение числа хромосом, некратное гаплоидному числу хромосом) может служить прогностическим тестом для терминальной стадии лейкоза.
Цитогенетические исследования все ближе смыкаются с онкологическими. Возможно, что изменения хромосомного набора при раковых процессах можно будет использовать для их ранней диагностики. Для цитогенетических исследований используют методы кратковременных тканевых культур: метод плазменного сгустка с последующим исследованием субкультур и метод первично трипсинизированных суспензионных культур. Предпочтение следует отдать первому методу, так как второй требует большого количества ткани для получения суспензии клеток, способных к размножению.
Для создания наиболее благоприятных условий метаболизма используют плацентарную сыворотку человека, не обладающую токсичностью, 50% эмбриональный экстракт абортированных плодов человека, который готовят на среде Игла. Для закрепления кусочков на стекле и прикрепления большего числа клеток при применении суспензионных культур используют сухую человеческую плазму IV группы, разведенную перед употреблением средой Игла и плацентарной сывороткой 1:1; после внесения эксплантата добавляют эмбриональный экстракт. Культивирование проводят во флаконах Карреля (см. Культура тканей).
Рис. 1. Половой хроматин в виде овала (Х1100).
Рис. 2. Половой хроматин в виде треугольника (XI100).
Рис. 3. Половой хроматин в виде утолщения ядерной оболочки (Х1100).
Рис. 4. Хроматинотрицательное ядро у женщины (Х1100).
Рис. 5. Нормальный женский кариотип (x1100).