La histología cuantitativa es una ciencia que estudia los patrones de desarrollo y función de los tejidos utilizando variables cuantitativas y métodos rigurosos de prueba de hipótesis. Es más correcto considerar la histología cuantitativa no como una disciplina científica independiente, sino como una especie de estado de transición de la histología propiamente dicha, en el camino de su desarrollo desde la ciencia descriptiva a la ciencia exacta.
La ciencia biológica de la histología estudia los tejidos: mosaicos complejos formados por células y sustancia intercelular, cuya presencia es característica de los organismos multicelulares. Los tejidos humanos caen en la esfera de atención no solo de la biología, sino también de la medicina. En este último caso, a las tareas de investigación se suma el estudio de los procesos patológicos a nivel tisular, y la disciplina en sí se denomina patohistología .
Tradicionalmente, la histología se consideraba una ciencia descriptiva, pero en los últimos años ha ido cambiando activamente, lo que se debe principalmente al uso de métodos de análisis cuantitativos. Tales transformaciones permiten hablar de histología cuantitativa.
La introducción de elementos de análisis cuantitativo permite encontrar de forma más eficaz las relaciones entre la estructura y la función de los tejidos y/o células, mejorar la precisión de las estimaciones obtenidas, reducir la influencia del factor subjetivo en los resultados del análisis y automatizar la investigación y procedimientos diagnósticos ( Nikonenko, 2013 ).
Obviamente, en su desarrollo, la histología repite el camino previamente recorrido por la física. En la primera etapa de su existencia, la ciencia acumula información sobre los objetos en estudio. Luego se clasifica esta información y se establecen empíricamente vínculos entre objetos. Además, los investigadores, tratando de explicar los fenómenos estudiados, comienzan a crear modelos matemáticos. El comienzo del período exacto en el desarrollo de la ciencia se puede atribuir al momento en que los resultados de las pruebas de modelos matemáticos concuerdan con bastante precisión con los indicadores reales.
Las bases de la histología cuantitativa comenzaron a establecerse en los albores de la investigación microscópica. Se cree que los primeros intentos de medir las células se realizaron a finales del siglo XVII por el holandés Antoni van Leeuwenhoek, quien utilizó granos de arena como patrón para determinar el tamaño de los eritrocitos humanos. Más tarde, para tales mediciones, comenzaron a usarse dispositivos mecánicos ópticos especiales, por ejemplo, un micrómetro ocular que proyecta una escala de medición en el plano focal del microscopio o miras móviles. Este dispositivo llegó a la microscopía desde la astronomía, donde fue utilizado por primera vez por William Gascoigne (1612-1644) [Vazquez, Vaquero, 2009].
Otro instrumento de medición: el hemocitómetro comenzó a usarse en la segunda mitad del siglo XIX. Era un portaobjetos de vidrio grueso con un hueco en forma de cámara rectangular, que estaba lleno de una suspensión celular. Las células se contaron dentro de la cámara bajo un microscopio óptico convencional. Para solucionar ciertos problemas de citometría, este dispositivo se utiliza en la actualidad. Como detalle curioso, William S. Gosset, autor de la prueba estadística de Student, utilizó un hemocitómetro para contar las células de levadura de cerveza [Gosset, 1907].
La penetración de los métodos matemáticos en la histología se puede ver en el ejemplo de resolver el problema de interpretar las medidas tomadas en secciones aleatorias. Una explicación adicional está en orden aquí. Las secciones son el tipo de preparación histológica más comúnmente utilizado. En la mayoría de los casos, permiten observar solo secciones aleatorias de estructuras; por lo tanto, un análisis cuantitativo correcto de estas últimas solo es posible si se observan los principios de la geometría estocástica.
Los llamados métodos estereológicos se basan en estos principios, que en la práctica a menudo se reducen a combinar imágenes de tejidos y/o células con imágenes de matrices de puntos o líneas de prueba y contar las intersecciones de perfiles de estructuras de interés con ellas. Las soluciones estereológicas a problemas individuales de morfometría se conocen desde principios del siglo XX [Wicksell, 1925]. Hasta la fecha se han desarrollado métodos que permiten obtener estimaciones no sesgadas del número, volumen, área o longitud de estructuras microscópicas, interpretar distribuciones de tamaño, etc. [Howard y Reed, 1998].
Si la herramienta principal de la histología es un microscopio, en la histología cuantitativa este papel lo desempeña un sistema de análisis de imágenes, que se puede simplificar como un microscopio combinado con una computadora. La parte de software de los sistemas modernos de análisis de imágenes contiene docenas de algoritmos destinados a analizar el número y el tamaño de las estructuras microscópicas, la topología de los tejidos, la distribución espacial de los objetos, etc.
Dichos sistemas pueden proporcionar un examen visual de las preparaciones histológicas y, por ejemplo, la sincronización de los datos obtenidos durante el análisis de imágenes con los perfiles genéticos de los tumores. Algunos sistemas son capaces de tomar decisiones de diagnóstico, lo que los ubica en la categoría de los llamados sistemas expertos. Son capaces de clasificar las neoplasias según su gravedad e incluso predecir la supervivencia de los pacientes [Bourzac, 2013].
El momento en que los problemas de investigación comienzan a resolverse con la ayuda de modelos matemáticos marca una determinada etapa en el desarrollo de una disciplina científica. Como ilustración del uso de tales modelos en histología, podemos mencionar el trabajo del investigador inglés Denis Noble. En 1960, siendo aún estudiante, propuso un modelo matemático del cardiomiocito . Su prueba mostró que al cambiar el potencial eléctrico en una sola célula, se puede reproducir el ritmo de las contracciones del corazón. Más tarde, D. Noble complicó la tarea al pasar a modelar el tejido del corazón, y en la década de 1990, sus modelos comenzaron a tener en cuenta los detalles de la estructura anatómica del corazón [Noble, 2002]. Actualmente, se utilizan para probar los efectos de los fármacos antiarrítmicos.
Un ejemplo de otro modelo matemático que describe el desarrollo de estructuras tisulares en el espacio y el tiempo es el modelo interactivo de organogénesis pancreática. Utiliza una interfaz animada que le permite observar visualmente los resultados de la simulación, así como interactuar con el modelo. Las células de las glándulas se imitan como agentes autónomos que perciben señales ambientales y responden a ellas. La interfaz animada se basa en el motor 3D GameStudio, un producto de software comercial utilizado en el desarrollo de juegos de computadora y aplicaciones de realidad virtual [Setty et al., 2008].
Actualmente, las aplicaciones de la histología cuantitativa están dirigidas a:
● Desarrollo de métodos para obtener valoraciones objetivas de las características de tejidos y/o células.
● Encontrar nuevos criterios (cuantitativos) para evaluar la función de los tejidos, así como marcadores de procesos patológicos.
● Automatización del análisis de preparados histológicos. Esto permite agilizar los procedimientos de detección diagnóstica de medicamentos mediante sistemas especializados de análisis de imágenes y, en consecuencia, la designación de cuidados dirigidos a los pacientes.
● Desarrollo de algoritmos para sistemas informáticos capaces de ayudar a los médicos a realizar un diagnóstico. La parte del software de varios de estos sistemas contiene elementos de inteligencia artificial, por lo que pueden tomar decisiones de diagnóstico de forma independiente. Esto es posible solo después de que las características críticas de la muestra histológica se presenten en forma de variables cuantitativas.
Los materiales sobre el tema de la histología cuantitativa se pueden encontrar en monografías científicas [Glaser et al., 2007; Nikonenko, 2013 ] y publicaciones periódicas de amplio perfil científico. Sin embargo, existen revistas especializadas como Analytical and Quantitative Cytology and Histology (AQCH). Esta es la publicación oficial de la Sociedad Citológica Internacional (Academia Internacional de Citología) y la Sociedad Italiana de Patología Urológica.
Image Analysis & Stereology es la publicación oficial de la Sociedad Estereológica Internacional. En sus páginas se pueden encontrar materiales sobre morfometría, estereología, procesamiento y análisis de imágenes, morfología matemática, geometría estocástica y otros temas.
El Journal of Diagnostic Pathology es una publicación de acceso abierto que existe solo en formato electrónico y publica datos de investigación en el campo del diagnóstico médico. La revista presta atención a los aspectos de diagnóstico de biología molecular, morfométricos (estereología, análisis de ADN, análisis estructural sintáctico) y de comunicación (telemedicina, microscopía virtual, etc.).
También se pueden encontrar materiales relacionados con la histología cuantitativa en las revistas científicas Microscopy Research and Technique , Journal of Microscopy , Cytometry Part A, Cytometry Part A , Cytometry Part B: Clinical Cytometry » ( Cytometry Part B: Clinical Cytometry ), etc.
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