Sobota, 26 listopada 2022

Co powinieneś wiedzieć o automatyzacji w histologii

12 czerwca 2022

Histologia znacznie się rozwinęła od swoich początków w XVII wieku, dzięki postępom w zakresie obróbki i analizy próbek. W związku z tym działy histologii mają obecnie coraz większe obciążenie pracą. Aby się do tego przystosować, wprowadzono systemy automatyczne, które oszczędzają czas i pozwalają specjalistom zajmującym się histologią pracować nad innymi zadaniami, zachowując jednocześnie wystarczającą elastyczność, aby przetwarzać i barwić próbki zgodnie z potrzebami laboratorium medycznego lub badawczego. Poniżej przedstawiamy, w jaki sposób automatyzacja została wprowadzona do histologii, aby przyspieszyć pracę zarówno techników medycznych, jak i badaczy.

Automatyzacja przygotowywania tkanek

Aby przygotować szkiełka do barwienia histochemicznego, tkanki muszą być najpierw utrwalone, zatopione w parafinie i wycięte. Cały ten proces można obecnie zautomatyzować za pomocą szeregu różnych maszyn, które wykonują każdy etap procesu. Po pobraniu tkanki można ją utrwalić za pomocą automatycznych stacji (np. Milestone Medicine FixSTATION™), które kontrolują temperaturę, czas utrwalania i pH. Następnie zautomatyzowane procesory tkankowe mogą przygotować próbki do zatopienia, wykonując wszystkie niezbędne czynności, w tym odwodnienie próbki za pomocą wzrastających stężeń etanolu i oczyszczenie jej za pomocą środka oczyszczającego (zwykle ksylenu, choć niektóre systemy są obecnie wyposażone w odczynniki niezawierające ksylenu, np. izopropanol). Niektóre procesory mogą monitorować stężenia stosowanych odczynników, powiadamiając użytkownika w przypadku wystąpienia problemów podczas przetwarzania próbki. Próbki są następnie poddawane działaniu parafiny, ale przed sekcjonowaniem muszą być jeszcze zatopione w formach, ręcznie lub w oddzielnym automatycznym urządzeniu do zatapiania tkanek.

Zautomatyzowane urządzenia do zatapiania tkanek są wyposażone w zbiorniki parafiny i mogą prawidłowo orientować próbkę tkanki, zapewniając jej umieszczenie we właściwej płaszczyźnie trójwymiarowej do analizy, eliminując błędy orientacji i zapobiegając utracie próbek tkanek w trakcie procesu. Po zastygnięciu bloki są gotowe do cięcia na sekcje za pomocą mikrotomu. W tym przypadku automatyzacja polega na zastosowaniu zmotoryzowanego mikrotomu połączonego z maszyną do automatycznego mocowania przekrojów. Narzędzie to umożliwia pobieranie wycinków, relaksację tkanki w zbiorniku wodnym, a następnie umieszczenie wycinka na szkiełku mikroskopowym, co zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia urazów związanych z powtarzającym się stresem spowodowanym wielokrotnym ręcznym wycinaniem i mocowaniem.

Barwienie preparatów i nakładanie warstw

Barwienie preparatów na szkiełkach podstawowych to obszar, w którym automatyzacja wymaga największej elastyczności, ponieważ musi być ono dostosowane zarówno do podstawowych analiz histochemicznych, jak i immunohistochemicznych. Dostępne są dwa rodzaje systemów: systemy otwarte i zamknięte. Otwarte systemy barwienia zapewniają największą elastyczność i są często używane do celów badawczych, gdzie protokoły mogą wymagać dostosowania w zależności od tkanki lub biomarkera. Systemy zamknięte zapewniają mniejszą elastyczność i są bardziej odpowiednie dla laboratoriów klinicznych, w których priorytetem jest powtarzalność przy użyciu ustalonych protokołów.1 Systemy te mogą być również wyposażone w zautomatyzowane urządzenia do nakładania szkiełek nakrywkowych, które suszą preparaty i natychmiast nakładają na nie szkiełka nakrywkowe.

Niektóre z cech, które mogą się różnić w przypadku automatycznych barwiarek do preparatów, obejmują zarządzanie preparatami i odczynnikami. W przypadku zarządzania preparatami, szkiełka są ładowane poziomo na tace lub stojaki i pokrywane odczynnikiem, który jest rozprowadzany za pomocą powietrza lub kapilarnie.1 Liczba preparatów, które można przetwarzać jednocześnie, jest jednak różna - niektóre modele z wyższej półki są w stanie przetwarzać do 330 preparatów na godzinę. Wiele urządzeń, takich jak HistoCore SPECTRA ST firmy Leica, umożliwia wykonywanie protokołów barwienia o dużej wydajności dla typowych barwników, takich jak hematoksylina i eozyna (H&E), podczas gdy inne, takie jak system Ventana HE 600, pozwalają na barwienie pojedynczych preparatów, co jest idealnym rozwiązaniem dla laboratoriów badawczych, w których wielu użytkowników korzysta z różnych protokołów barwienia. Jeśli chodzi o zarządzanie odczynnikami, większość systemów wykorzystuje architekturę macierzową, w której zarówno preparaty, jak i odczynniki są ułożone w rzędach i kolumnach, a ramię robota porusza się, dozując odczynniki na preparaty. Zarządzanie odczynnikami może mieć również postać obrotową, w której szkiełka i odczynniki są rozmieszczone wokół dwóch obracających się okrągłych tac, a obrót powoduje, że szkiełka stykają się z pojemnikami dozującymi odczynniki.1

Zautomatyzowane etykieciarki

Okazy wymagają identyfikacji i śledzenia przez cały czas, od utrwalenia do nałożenia szkiełek podstawowych. Najlepszym sposobem na to jest stosowanie kodów kreskowych lub identyfikacji radiowej (RFID), które można skanować lub odczytywać na każdym etapie przetwarzania próbek. Wiele procesorów tkankowych, embederów i barwiarek do szkiełek może skanować kody kreskowe (kilka z nich może skanować kody RFID) i zintegrować przepływ pracy z systemem informacji laboratoryjnej (LIMS). Niektóre firmy, takie jak Leica, oferują własny system zarządzania przepływem pracy o nazwie CEREBRO™, który może być zintegrowany z systemami Leica i systemami innych firm.

Jeśli chodzi o drukowanie etykiet dla histologii, istnieją dwie opcje: automatyczne drukarki do slajdów lub kaset oraz drukowanie etykiet z folii termoplastycznej. Preferowane jest stosowanie drukarek termotransferowych z etykietami odpornymi na ksylen, ponieważ wydruki z drukarek do slajdów histologicznych, które drukują bezpośrednio na szkle szkiełka, mogą nie być tak odporne i mogą się rozmazywać lub blaknąć podczas obróbki i barwienia. Jednak w przypadku identyfikacji kaset z tkankami lepszym rozwiązaniem są zautomatyzowane drukarki kasetowe. Dostępnych jest wiele różnych marek uniwersalnych drukarek termotransferowych, takich jak Citizen i Zebra. Jednak kilka drukarek etykiet zostało zaprojektowanych specjalnie z myślą o automatyzacji histologii, np. Cognitive Cxi Label Printer firmy Leica, które skanują kody kreskowe z kaset z tkankami i drukują zestawy etykiet do przetwarzania, zatapiania i barwienia próbek.

W ciągu ostatniej dekady automatyzacja stała się podstawą w histologii. W zależności od potrzeb laboratorium każdy etap procesu przygotowania i barwienia tkanek może być zautomatyzowany, co skraca czas przetwarzania i barwienia, a także zapewnia bardziej spójne wyniki. Automatyzację wprowadzono nawet w analizie histologicznej, stosując zautomatyzowane metody normalizacji barwień, korekcji zniekształceń tkanek i zszywania obrazów.2,3 W najbliższej przyszłości z pewnością pojawi się jeszcze więcej innowacji, ponieważ wprowadzenie sztucznej inteligencji może zmienić sposób wykonywania badań histologicznych, zwłaszcza w odniesieniu do analizy danych, w której konieczne jest zestawianie i sortowanie ogromnych ilości danych. Ostatecznie, automatyzacja histologii doprowadzi do szybszych i dokładniejszych wyników badań dla pacjentów, którzy są od nich zależni oraz dla naukowców pracujących nad znalezieniem metod leczenia.

LabTAG firmy GA International jest wiodącym producentem wysokowydajnych etykiet specjalistycznychoraz dostawcą rozwiązań identyfikacyjnych stosowanych w laboratoriach badawczych i medycznych, a także w instytucjach opieki zdrowotnej.

Referencje:

  1. Prichard JW. Przegląd zautomatyzowanej immunohistochemii. Arch Pathol Lab Med. 2014;138:1578-1582.
  2. Mccann T, Ozolek JA, Castro CA, et al. Automated Histology Analysis. IEEE Signal Process Mag. 2015;32(1):78-87.
  3. Van Eycke YR, Allard J, Salmon I, Debeir O, Decaestecker C. Image processing in digital pathology: An opportunity to solve inter-batch variability of immunohistochemical staining. Sci Rep. 2017;7:1-15.