細胞観察に染色が必要な理由とは？

細胞の内部構造や活動を見ることで、医師や研究者は生物学的プロセスについて多くの情報を得られます。例えば、白血球は免疫機能を果たすために十分な数が存在し増殖しなければなりませんし、他の細胞プロセスは生命を維持するために不可欠です。こうした重要な構造や機能を実際に観察できるのは、染色—細胞サンプルに染料を付加する手法—を行ったときだけです。

細胞観察の課題

科学者や医師は、まず染色しなければほとんどの細胞内部の詳細を見ることはできません。Fun Science Galleryによると、細胞は自然状態では拡大しても透明に見えます。例えば赤血球はほとんど見えず、白血球は実質的に不可視です。このように細胞構造が見えない問題を解決すべく、ハンス・クリスチャン・グラムは1882年に現在の染色法を考案しました（ペンシルベニア大学医療システム）。

染色のメリット

生物学者は様々な目的で細胞染色を利用します。細胞内部を観察することで、病理学者は疾患に関連する異常を検出できます。学生は染色スライドを用いて細胞構造を学びます（Microbial Life Education Resources）。染色はサンプル中の生存細胞数を把握する手段でもあり、染色された細胞は特定環境における生体物質（バイオマス）の密度を明確に示します。

染料の種類

染料の種類によって細胞内の異なる部位やプロセスが可視化されます。例えば、Bismark Brownは酸性ムシンというタンパク質に結合し、カーミンはデンプンを赤く染め、クリスタルバイオレットは細胞壁を紫に染めます（Microbial Life Education Resources）。他にも、フチシンは滑らかな細胞を染めるなど、特定の細胞種を選択的に染色します。生細胞と死細胞の両方に使用できる染料もありますが、生細胞を損傷せずに染められるのは限られた染料だけです。

染色手法

染色目的に応じた染料を選ぶだけでなく、適切な標本作製法も選択しなければなりません。すべての細胞は染色の前後いずれかでスライドに載せる必要があります。生細胞はスライド上で培養できる一方、将来の使用のために「休止状態」に保つ必要がある細胞は固定（fixation）という手法で化学的結合を保存します。固定には細胞内構造を保つ化学薬品が用いられます。染料の浸透性を高めるために界面活性剤で前処理したり、モルダントと呼ばれる化合物を加えて染料の付着を助けることもあります。

留意点

不適切な染色手法を用いると、観察目的が失われます。Fun with Science Galleryは、前処理されていないサンプルに染料を直接付けると細胞内の塩分バランスが崩れ、細胞が破裂して内容物が漏れ、標本が使用不能になるケースがあると警告しています。アルコールや他の防腐剤で予め固定すれば、染色時に細胞壁が保たれます。