皮肤外用药物研究方法学
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第三章 皮肤结构的检测方法

皮肤结构的变化,可能会影响药物的经皮吸收后进入全身血液循环产生的全身作用或影响药物在靶组织发挥药效,而常见的检测方法有如下几种。

第一节 物理和化学法

物理和化学法是应用最为广泛的一种皮肤结构检测方法,包括化学前处理阶段和物理方法观察阶段。
一、化学前处理阶段
化学前处理阶段是电镜和光镜观察的前提,对收集整理好的皮肤样本进行如下处理后观察其结构:
1.固定
用固定液进行反应。常见固定液有不同浓度的戊二醛、锇酸(四氧化锇)、多聚甲醛、鞣酸及甲醛溶液。戊二醛渗透力强,可与皮肤多肽链交联,保存组织中的蛋白物质,但不保存组织中脂类;锇酸渗透力弱,可溶解皮肤和黏膜非饱和脂类,可在一定程度上与组织中饱和脂肪酸类发生反应从而固定饱和脂肪酸类;多聚甲醛适宜固定结构致密的皮肤和黏膜组织。
2.脱水
常用试剂是乙醇和丙酮的系列浓度溶液。
3.置换和清洗
常用试剂是醋酸异戊酯溶液、磷酸缓冲液、蒸馏水及二甲砷酸钠溶液。
4.临界干燥阶段
常出现于黏膜,尤其是鼻咽黏膜结构的处理阶段,一般采用CO 2临界干燥或CO 2临界干燥。
5.渗透与包埋
包埋的材料种类较多,主要包括石蜡、树脂、环氧树脂及树胶等,其目的在于包埋剂逐步渗透入组织细胞,使其和细胞聚合,有利于样品的性质稳定。
6.切片
可分为机器切片和人工切片两种,切片的厚度随观察精度的不同而不同。如用光镜观察,切片厚度通常是µm级,而在电镜观察时,往往是nm级。
7.染色
适用于光学显微镜的HE(苏木素-伊红)染色、PAS-阿尔新蓝(alcian blue)双染色、亚甲基蓝-天青双染色、碱性复红染色、Schmorl染色等和适用于电子显微镜的双重染色(电子染色),常用的是醋酸钠和枸橼酸铅双染色法。为了便于观察不同样本的不同结构特征,往往选择不同染色剂和不同的染色法。例如在观察皮肤表皮下基底膜带时,用苏木素-伊红染色可见均匀一致紫红染色带;在检测真皮上部网状结构时,用硝酸银浸染时,只可见真皮上部网状结构,再用阿尔新蓝染色时,可同时见到多糖带及网状结构;在皮肤切片中的弹性纤维染色应采用Gomori醛复红染色法染色效果最佳。染色是较为复杂的一个环节,不仅由于其染色物质繁多,而且更重要的是该步骤常需要配合其他的结构观测方法,具有较为重要的意义。
二、物理观察方法
主要包括显微、摄影、超声及激光等技术显示皮肤及黏膜微观、超微观结构,为观察者认知。该方法主要包括:
1.肉眼观察
仅限于对皮肤、黏膜的外观检测,如毛发脱落,局部皮肤的红肿、溃疡、坏死、结痂及流脓等。特点是直观,但检测精度不够。
2.光学显微镜观察
适用于对皮肤及黏膜微观结构的检测,通常可达到细胞水平。如在皮肤结构观察中,可观察到表皮表面的微观结构,如皮脂囊、汗腺、毛囊、基底细胞及毛乳头等。病理状态下观察皮肤表面或基底细胞坏死、淋巴系统和血管破裂、皮脂腺的肿胀和毛乳头的破坏等。
3.电子显微镜观察
其原理与光学显微镜类似,但其放大倍率和精确度远高于光镜,通常达到nm级,可观察到亚细胞水平,如可以观察到皮肤的嵴细胞的线粒体、高尔基体,基底细胞的核质及胞质,基底层的半桥粒、桥粒、张力微丝,胞浆中的线粒体。扫描和透射两种电镜在观察精确度和立体感方面存在一定差异。
4.摄影、摄像及放射技术的应用
用显微仪器观测到皮肤的微观结构、超微观结构,以照片、录像带、光盘、光片的形式记录下来,有利于这些检测结果的保存与回顾。
5.超声技术的应用
常用于检测皮肤表面创面和内部组织的损伤。还可用来检测皮肤的厚度以及皮肤内某些成分的含量。采用彩色多普勒超声诊断系统对真皮进行扫描,并进行局部放大,待图像清晰后停帧,测定真皮厚度。用高频超声波检测生理和病理状况下皮肤结构中水的含量并与磁共振法比较,结果表明超声信号可穿透皮肤达数毫米,至真皮层及部分皮下脂肪组织,并可同时对皮肤中某些成分进行定量。
6.激光技术的应用
利用激光经光导纤维传送至皮肤,部分激光被组织吸收,部分被散射。其中皮肤或黏膜上相对静止的结构(如血管壁、结缔组织)所散射的频率与原入射光相同,而运动着的部分(如血液)散射的频率则发生改变(频移),其大小与运动着的皮肤结构速度成正比。频移部分与不频移部分的激光束被另外的光导纤维接受并输入光导探测器进行混频,可以产生外差拍频信号,再经过信号处理及频率-电压转换,即可得到与频移成正比的电压信号。通过对比电压信号的观察,就可得知皮肤的静态或动态的微观结构。因激光技术安全性及可靠性远远高于传统的皮肤微观结构检测技术,故具有非常光明的发展前景。

第二节 对皮肤角质层结构的物理研究方法

近年来出现了一些新的皮肤结构检测方法,尤其是角质层结构的检测方法。角质层主要含有存在于细胞内相的角蛋白(约40%)、集中于细胞外相的类脂(15%~20%)、水(40%)。有许多物理方法适用于研究皮肤角质层结构,主要包括以下几种方法:
一、差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)
DSC主要利用生物膜的热致相变的性质,即生物膜在进行量热扫描时会出现不同的吸收峰,通过研究这些吸收峰的变化,了解生物膜(角质层)结构。对于水合角质层,DSC图谱可显示出4个吸收峰(40℃、75℃、85℃、100℃),皮肤促渗剂处理角质层可引起DSC峰形状与位置发生变化。
二、傅里叶红外光谱法(fourier transform infrared,FTIR)
FTIR是研究皮肤角质层细胞间脂质结构微观变化的有力工具,它可提供脂质分子振动方式,在分子水平阐明角质层结构变化机制。典型的人皮肤角质层表现为很强的氨基峰(1500~1700cm -1)与水峰(3000~3600cm -1),其中靠近2850cm -1和2920cm -1的峰称为对称和反对称亚甲基(—C 2H)伸缩振动峰,它主要来源于皮肤角质层脂质—C 2H的吸收。而当皮肤角质脱脂后,对称和反对称峰的—C 2H伸缩振动峰吸收强度明显减弱。
三、X射线衍射分析法(X-ray diffraction analysis,XRD)
XRD利用X射线的波长与原子大小及原子间距数量级一致的特性,当X射线入射到样品晶体分子上时,组成分子的原子使散射的X射线互相干涉形成衍射图形,衍射点位置与强度取决于分子中原子排列和相互关系。
四、电子自旋共振法(electron spin resonance,ESR)
ESR用来研究未成对电子结构的顺磁性物质在生物膜中运动。其中自旋标记技术是一种新型的ESR研究法,原理是将一顺磁自旋标记物嵌入生物膜,利用ESR特征谱反映标记物周围微观结构的变化。对于生物膜,多采用脂肪酸类氮氧自由基自旋标记物。
五、荧光分析法(fluorescence analysis)
主要用于研究皮肤脂质双分子层中脂质相的特征。它是将一个亲脂的膜荧光探针插入脂质双分子层中,研究其光谱学特性,探针光谱参数的变化反映其周围皮肤脂质双分子微观结构的变化。

第三节 其他方法

一、计算机及其软件技术的应用
随着信息时代的来临,计算机技术已被广泛应用于解剖科学的研究之中。近年来又出现了Digital Morph、Digital Biograph软件对皮肤结构进行检测。该技术在人体微观结构检测分析中将占有越来越重要的地位。
二、生物酶及免疫组化技术的应用
生物酶技术主要用于皮肤的染色过程,且效果优于传统的化学染色。将皮肤样本的组织块,放入对苯二甲酸(EPTA)分离液中浸泡2小时,分离皮下组织,取上皮用Tris缓冲液固定20分钟,再以ATP铅液孵育70分钟,1%硫化铵室温显色2分钟,光镜观察。观察朗格汉斯细胞,结果较普通染色清晰、明显。免疫组化是将免疫细胞化学技术、单克隆抗体技术和免疫荧光技术结合应用的技术。其中在皮肤结构观察中应用较为广泛的是免疫金银染色法,其方法主要如下:取标本用8%蔗糖-4%多聚甲醛磷酸缓冲液(4℃)固定3小时,恒冷切片10µm切片,依次滴加1︰1000鼠抗人单克隆抗体,孵育48小时,1︰5金标羊抗鼠IgG,37℃孵育1小时,显影液中避光显影10~15分钟,脱水后观察。ATP酶染色法和免疫金银染色法有其突出优点,即往往用常规化学染色法难以观测的皮肤组织,用该法观察较为清晰,不易受外界变化影响。
三、其他
除上述几种检测方法外,还有几种专属性的检测方法。这些方法常与物理化学方法联合使用,用于检测某些特殊皮肤结构。
1.盐酸化学消化法
扫描电镜可显示生物组织和细胞三维结构,在扫描电镜下观察细胞基底形态及组织深层表面形态时,可采用盐酸化学消化法。具体步骤依次为灌流固定、前固定、清洗、盐酸消化、Tween液浸泡、后固定等,再经脱水、干燥、喷镀后,于电镜下观察。
2.冷冻复型法
冰冻复型蚀刻技术可以将生物膜的两层分离,是唯一一种可以观察细胞间连接装置的方法。应用这一技术,对人全身大部分黏膜及皮肤结构进行观察,具体方法是取1.0cm×5.0cm皮肤样本,投入预冷的2.5%戊二醛缓冲液中(4℃)固定3小时,然后用0.067mol/L磷酸盐缓冲液充分洗涤数次,再放入磷酸盐缓冲液的30%甘油生理盐水浸渍8小时,按冷冻复型常规操作,将处理的皮肤样品成形装入样品杯内(以便有不同层次的割断面),在液氮中冷冻至-200~-196℃,然后用喷气镀机将样品进行割断、喷铂、喷碳,剥制复型膜,将膜捞在铜网上,再用透射电镜观察、摄片。
有关皮肤结构检测的方法多种多样,有其基本的处理与观测方法,但不同方法又有其优点和不足之处。随着当代科学技术,尤其是数学、化学、物理、生物技术和计算机科学及其他相关科学的迅猛发展,人类已有的皮肤及黏膜结构的观测技术将日臻完美,并有希望出现一些新的结构检测技术。

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(李昕 薛漫清)