J. Thiele

Histochemical and immunohistochemical techniques on acrylate embedded bone biopsies

SummaryTill present the advantages of methacrylate embedded bone biopsies for the diagnosis of haemoblastic disorders have been somewhat restricted. This was as a result of the impossibility to apply histochemical methods and other sensitive staining procedures to semithin sections. A routine method is described whereby enzyme activity, excellent fixation and good sectioning ability are retained. Fixation is carried out using 4% purified formaldehyde buffered in 0.1M sodium cacodylate. Dehydration is done with a water-miscible glycolmethacrylate. Naphthol-AS-D-chloroacetate esterase activity can be observed in granules of the entire neutrophil cell lineage. By use of this method it becomes possible to demonstrate acid phosphatase activity and immunoglobulins in atypical plasma cells of multiple myeloma. A considerable decrease in processing time, as well as a preservation of enzyme activity during the postal mailing of fixed tissue samples from outside are further advantages.ZusammenfassungAlle Vorteile der in Methacrylat eingebetteten Myelotomiezylinder für die Differentialdiagnose von HÄmoblastosen wurden bisher durch die Unmöglichkeit betrÄchtlich eingeschrÄnkt, an Semidünnschnitten histochemische Reaktionen oder differenziertere FÄrbemethoden durchzuführen. Eine routinemÄ\ig anwendbare Methode wird beschrieben, bei der EnzymaktivitÄten, eine ausgezeichnete Fixierung und eine sehr gute SchneidequalitÄt erhalten werden. Die Fixierung erfolgt in 4proz., gereinigtem Formaldehyd, der in 0,1M Natriumkakodylatpuffer gelöst ist, die EntwÄsserung über ein wasserlösliches Gemisch aus Glykolacrylaten und die Einbettung in Methacrylat. Die AktivitÄt der Naphthol-ASD-chloracetat-Esterase kann in den spezifischen Granula der gesamten granulopoetischen Reihe nachgewiesen werden. Die Darstellung der sauren Phosphatase und der Immunglobulindepots in atypischen Plasmazellen beim multiplen Myelom gelingt leicht. Eine betrÄchtliche Verkürzung der Herstellungszeit der SchnittprÄparate sowie die Möglichkeit, auch an von auswÄrts eingesandten Myelotomiezylindern noch enzymatische Reaktionen durchzuführen, sind weitere Vorteile dieser neuen Methode.

Myeloid dysplasia (MD): a hematological disorder preceding acute and chronic myeloid leukemia

Light- and electron microscopic appearances of core biopsies of the bone marrow in 27 selected patients out of about 195 cases with a clinically suspected preleukemic syndrome. The correct diagnosis of “ preleukemia” was established retrospectively by sequential biopsies of the iliac crest or autopsy in those patients who developed overt leukemia in periods ranging from 2 to 36 months. As a final diagnosis chronic myelogenous leukemia (CML) was established in 10, with accompanying blast crisis in 6 and acute non-lymphocytic leukemia (ANLL) in 11 cases. Histomorphology of the resin embedded cores of bone marrow showed hypercellularity in 21 specimens, a hypocellular marrow in 5 and a normal bone marrow in 1 case. There was also a conspicuous macrocytic or megaloblastoid maturation of erythropoiesis with frequent sideroblasts. Ultrastructural abnormalities included atypical nuclear clefts, dense iron deposits in the mitochondrial matrix and an increase of ferritin uptake. Neutrophilic granulopoiesis showed a shift to the left and often a remarkable aberration of nuclear segmentation consistent with a pseudo-Pelger-Huët anomaly. Electron microscopy displayed atypias of granulogenesis in comparison with maturation and segmentation of the nuclei, abnormal nuclear loops and blebs and very conspicuous nuclear fibrillar appendages (so called Nebenkerne). There was also an increase in eosinophilic granulocytes, monocytic elements, edema and a remarkable perivascular plasmacytosis of the myeloid stroma. Our results suggest that characteristic morphological features of the bone marrow exist before onset of overt, acute and chronic leukemia. These alterations are identical in CML and ANLL and are the morphological substrate of a maturation defect of hematopoiesis which precedes the establishment of the leukemic clone. The clinical term preleukemia should be replaced by myeloid dysplasia (MD), thus indicating transformation into overt leukemia in only a certain proportion of patients (only 27 of 195 clinically suspected patients who displayed an identical histopathology of MD in the bone marrow in 93 cases to date) and has to include ANLL as well as CML.

Polycythemia vera: electron microscopy of the bone marrow in 10 non-treated patients. A thin section and freeze-fracture study.

ZusammenfassungElektronenmikroskopische Untersuchungen (Dünnschnitte und Gefrierbrechungen) wurden am Knochenmark von zehn Patienten mit Polycythämia vera vor der Behandlung durchgeführt. Au\er der Hyperplasie aller drei Zellreihen und der Sinus wurden vor allem Atypien der reifenden Erythroblasten gesehen. Diese Abweichungen der normalen Entwicklung bestanden hauptsächlich aus tiefen Einstülpungen der Kernhülle im Proerythroblasten und in auffallenden Kernspalten in Erythro- und Normoblasten. Im Vergleich zu ähnlichen Veränderungen bei dyserythropoetischen und aplastischen Anämien ebenso wie bei Leukämien werden diese Anomalien im Zusammenhang mit Störungen der DNA-Synthese diskutiert. Weitere Atypien betrafen die granulocytäre Reihe mit abnormen Kernschleifen und die Megakaryopoese, die Mikroformen aufwies, was wohl als ein Ausdruck der Reifungshemmung zu werten ist. Diese ultrastrukturellen Anomalien mit ihren morphologischen Kriterien der neoplastischen Proliferation aller drei Zellreihen bei der Polycythämia vera passen gut in das neue Konzept der Transformation einer pluripotenten Stammzelle mit klonalem Charakter.SummaryElectron microscopy (thin sections and freeze-fracture replicas) was performed on the bone marrow of ten patients with Polycythemia vera prior to any treatment. In addition to a hyperplasia of all three cell lineages and the sinuses, atypias were observed in the maturing erythroblasts. These aberrations of normal development consisted mainly of deep invaginations of the nuclear envelope in proerythroblasts and conspicuous nuclear clefts in erythro- and normoblasts. In comparison with similar changes in dyserythropoietic and aplastic anemia as well as leukemia these alterations are discussed in connection with disturbances of DNA synthesis. Further atypias involved megakaryopoiesis which displayed microforms probably as an evidence for maturation arrest. These ultrastructural abnormalities with their morphological features of a neoplastic proliferation of all three cell lineages in Polycythemia vera are in good agreement with the new concept of a transformation of a pluripotent stem cell with clonal character.

Ultrastructure of chronic megakaryocytic-granulocytic myelosis

SummaryTo study chronic megakaryocytic-granulocytic myelosis, bone marrow biopsies from 5 patients were obtained. Ultrastructural quantitative and qualitative assessments demonstrate proliferation of both the megakaryocytic and granulocytic cell lines. Factors indicative of malignant growth in megakaryocytes included atypical maturation, nuclear-cytoplasmic asynchrony, nuclear inclusions and production of micromegakaryocytes. Abnormal thrombocyte delineation provoked giant platelet production. The neutrophil series also presented atypia as generally observed in chronic myelogenous leukemia. Even in cases without evidence of myelofibrosis under the light microscope, megakaryoblasts were associated with fibrillar structures. These cells may be responsible for the initial step in fibrillogenesis by providing a medium conductive to the collagen formation found in later stages of this disease.ZusammenfassungBei 5 Patienten mit einer chronischen megakaryozytär-granulozytären Myelose wurden Biopsien des Knochenmarkes elektronenmikroskopisch untersucht. Eine quantitative und qualitative Auswertung der Granulobzw. Megakaryopoese zeigt eine gleichzeitige Proliferation beider Zellreihen. Veränderungen in der Feinstruktur der Megakaryozyten, die für eine Neoplasie sprechen würden, bestehen in einer Reifungsstörung der Zellen, die mit einer Dissoziation der Kern-Zytoplasma-Aus-differenzierung verbunden ist, sowie in Form von Kerneinschlüssen und atypischen Mikroformen. Eine gestörte Thrombozytogenese ist die Ursache für die beobachteten Riesenplättchen. Auch die Granulopoese zeigt Atypien, wie sie gewöhnlich bei reifzelliger chronischer myeloischer Leukämie gefunden werden. Sogar in Fällen ohne lichtmikroskopischen Anhalt für eine Myelofibrose besteht eine Fibrillogenese in enger Beziehung zu Megakaryoblasten. Daraus wird gefolgert, daß Megakaryoblasten die Faserbildung einleiten könnten, die für spätere Stadien dieser Erkrankung charakteristisch ist, indem sie Bausteine bzw. Vorstufen für die Bildung von Fibrillen liefern.

Ultrastructure of blastic crisis in osteomyelofibrosis

The clinical and morphological findings are presented in two patients suffering from myelofibrosis and osteomyelosclerosis which terminated in an acute blastic crisis. Clinical follow-up data and light microscopy of the bone marrow however, revealed a chronic megakaryocytic-granulocytic myelosis (CMGM) with progression into myelofibrosis during the course of disease. In one patient the blastic transformation involved predominantly basophils, and in the other, neutrophils, with an accompanying abnormal proliferation of megakaryocytes in both cases. Electron microscopy of this cell population demonstrated remarkable atypicalities of the neutrophilic, basophilic and megakaryocytic cell lines. These abnormalities consisted of a nuclear-cytoplasmic asynchrony and a partial arrest of maturation, sometimes resulting in bizarre cell forms. Our investigations support the hypothesis of a mixed cellularity type of myelosis with a gradual and insiduous progression into osteomyelofibrosis/-sclerosis and a potential blastic crisis. In the evolution of blastic crisis all cell lines may be transformed, but with predominance of one population — basophils and neutrophils in our two cases — in addition to atypicalities of megakaryocytes.