Введение
Метахромазия (вариант: метахромазия) – характерное изменение цвета окраски, происходящее в биологических тканях, проявляемое некоторыми красителями при связывании с определенными веществами, присутствующими в этих тканях, называемыми хромотропами. Например, толуидиновый синий становится темно-синим (с цветовым диапазоном от синего до красного в зависимости от содержания гликозаминогликана) при связывании с хрящом. Другие широко используемые метахроматические красители – это семейство красителей Романовского, которые также содержат тиазиновые красители: ядро лейкоцитов окрашивается в фиолетовый цвет, гранулы базофилов – в интенсивный малиновый, а цитоплазма (мононуклеарных клеток) – в синий цвет, что называется эффектом Романовского. Отсутствие изменения цвета при окраске называется ортохромазией. Основной механизм метахромазии требует наличия полианионов в ткани. Когда эти ткани окрашиваются концентрированным раствором основного красителя, такого как толуидиновый синий, связанные молекулы красителя оказываются достаточно близко друг к другу для формирования димерных и полимерных агрегатов. Спектры поглощения света этих агрегированных красителей отличаются от спектров отдельных мономерных молекул красителя. Клетки и ткани с высокой концентрацией ионизированных сульфатных и фосфатных групп – такие как основное вещество хряща, гранулы мастоцитов, содержащие гепарин, и шероховатый эндоплазматический ретикулум плазматических клеток – проявляют метахромазию. Это зависит от плотности заряда отрицательных сульфатных и карбоксилатных анионов в гликозаминогликане (GAG). Полианион GAG стабилизирует агрегированные, положительно заряженные молекулы красителя, что приводит к сдвигу спектра при перекрытии сопряженных двойных π-орбиталей соседних молекул красителя. Чем выше степень агрегации, тем больше метахроматический сдвиг. Таким образом, гиалуроновая кислота, не содержащая сульфатных групп и имеющая лишь умеренную плотность заряда, вызывает слабую метахромазию; хондроитинсульфат, содержащий дополнительный остаток сульфата на димер сахаридов GAG, является эффективным метахроматическим субстратом, а гепарин с дальнейшей N-сульфатацией – сильно метахроматическим. Следовательно, толуидиновый синий будет казаться фиолетовым или красным при окрашивании этих компонентов. Метахроматические свойства диметилметиленового синего, тиазинового красителя, тесно связанного с толуидиновым синим, были использованы для количественного определения гликозаминогликанов, выделенных из хрящей и других соединительных тканей. Пик поглощения смещается примерно с 630 нм (красное поглощение, следовательно, синий цвет) до примерно 530 нм в присутствии GAG. Первоначальный метод Хумбеля и Этрингера был усовершенствован другими исследователями для создания стабильного и широко используемого реагента диметилметиленового синего. Хотя метахромазия наблюдалась и описывалась с 1875 года Корнилем, Ранвье и другими, именно немецкий ученый Пауль Эрлих (1854–1915) дал ей название и более подробно ее изучил. Современное понимание метахромазии было углублено бельгийским гистологом Люсьеном Лисоном, который изучал ее в период с 1933 по 1936 год и установил ее ценность в количественном определении сульфатных эфиров с высокой молекулярной массой. Он также изучал метахромазию нуклеиновых кислот. В последнее время, в 1970 году, Карлхайнц Топфер опубликовал данные о спектральных сдвигах при увеличении концентрации тиазиновых красителей, которые соответствовали спектрам смесей красителя и гепарина, что четко показало, что метахромазия, соответствующая цвету окрашенного хряща, может быть воспроизведена при высокой концентрации только красителя в растворе. Таким образом, близость молекул красителя была ключевым параметром, определяющим метахромазию. Другим примером метахроматического красителя (флуорохрома) является акридин оранжевый. При определенных условиях он окрашивает одноцепочечные нуклеиновые кислоты, вызывая красную флуоресценцию (красное свечение), а при взаимодействии с двуцепочечными нуклеиновыми кислотами – зеленую флуоресценцию.