Hématoxyline

composé chimique

Hématoxyline
Image illustrative de l’article Hématoxyline
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Identification
No CAS 517-28-2
No ECHA 100.007.490
No RTECS MH7875000
PubChem 10603
SMILES
InChI
Apparence solide cristallin inodore, incolore (échantillons purs) ou beige à marron foncé selon les impuretés
Propriétés chimiques
Formule brute C16H14O6  [Isomères]
Masse molaire[1] 302,2788 ± 0,0156 g/mol
C 63,57 %, H 4,67 %, O 31,76 %,
Propriétés physiques
fusion 200 °C[2]
Précautions
SGH[3]
SGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Attention
H302, H315, H319, H335, P261, P305+P351+P338,
Écotoxicologie
LogP 0,710[4]

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

L'hématoxyline, noir de campêche ou noir naturel 1 (C.I. 75290) est un composé organique de formule C16H14O6. C'est un colorant noir, extrait du duramen du campêche (Haematoxylum campechianum)[5],[6]. Il est notamment utilisé en histologie, comme encre[7],[8],[9],[10] et comme teinture dans l'industrie du textile et du cuir [11],[12]. En histologie, la coloration à l'hématoxyline est souvent suivie par une à l'éosine[13],[14],[5] (contre-coloration), ce procédé étant appelé « coloration HE », une des associations de colorants les plus utilisées dans le domaine[5],[15],[16],[11],[17]. L'hématoxyline est aussi un des composants de la coloration de Papanicolaou (coloration PAP) très utilisée en cytologie[17],[5].

Bien que le colorant soit couramment appelé « hématoxyline », le colorant actif est en réalité sa forme oxydée, l'hématéine, qui forme des complexes très colorés avec certains ions métalliques (notamment les sels de Fe(III) et d'Al(III))[18],[5],[11],[12],[19]. Dans sa forme pure, l'hématoxyline est un solide cristallin incolore[20],[11], mais les échantillons commerciaux présentent en général une teinte marron foncé du fait d'impuretés[6],[21].

Extraction et purificationModifier

Si l'hématoxyline a été synthétisée[22],[23], elle ne l'a jamais été en quantités commerciales[24],[17], et la totalité de l'hématoxyline présente dans le commerce est extraite du bois de campêche. Historiquement, le bois – originaire du Mexique – était exporté en Europe où était ensuite extraite l'hématoxyline, mais de nos jours cette extraction est effectuée plus proche du site de production[21]. Il existe deux procédés d'extraction de l'hématoxyline à l'échelle industrielle : le « procédé français » où l'on fait bouillir dans l'eau des copeaux de bois, et le « procédé américain » où le bois est soumis à la pression de vapeur d'eau[25],[26]. Une fois extrait, le colorant peut être vendu sous forme de liquide concentré, ou séché, et vendu sous forme cristalline[25]. Les méthodes de production modernes utilisent comme solvant l'eau, l'éther, ou l'éthanol, les extraits pouvant ensuite être raffinés plus en avant selon le niveau de pureté désiré[21].

Les échantillons commerciaux peuvent varier en fonctions de lots ou des sites de production[21], aussi bien au niveau du taux d'impuretés qu'au ratio hématoxyline/hématéine (forme oxydée de l'hématoxyline)[27],[6],[28]. C'est notamment un problème en histologie, car ces variations peuvent affecter la coloration et fausser les observations, un sujet d'inquiétude pour les histologiste et les pathologistes[27],[6],[21]. Comme pour d'autres colorants, certains lots d'hématoxyline peuvent être certifiés par la Biological Stain Commission (en), ce qui signifie que le lot particulier a passé avec succès un test standardisé, mais ne dit rien quant à sa pureté[27].

UtilisationsModifier

HistologieModifier

 
Peau de souris colorée avec de l'hématoxyline (violet) et de l'éosine (rose).

L'hématoxyline peut servir seule de colorant histologique. Elle est principalement utilisée pour la coloration des noyaux de cellule, mais elle colore également le réticulum endoplasmique rugueux, les ribosomes, le collagène, la myéline, les fibres élastiques et les mucines acides[13]. L'hématoxyline seule n'est pas un colorant efficace, mais oxydée en hématéine et combinée avec un mordnt (en), elle peut colorer la chromatine d'un noyau d'une teinte allant du bleu foncé au noir[5],[11],[29],[13]. La couleur et la spécificité de la coloration à l'hématoxyline dépendent sa nature chimique, sa quantité, le mordant utilisé, et le pH de la solution colorante ; ainsi, plusieurs formulations à base d'hématoxyline ont été développées[5],[13],[18].

L'hématoxyline est également très souvent associée avec un ou plusieurs autre colorants. L'une des associations les plus utilisées en histologie est celle avec l'éosine[13],[14],[5], on parle alors de coloration HE[5],[15],[11],[17]. L'hématoxyline est également, avec l'éosine et l'orange G, un composant de la coloration de Papanicolaou (coloration PAP) très utilisée en cytologie, notamment pour le test PAP de dépistage du cancer du col utérin[17],[5]. On peut également citer la coloration HPS (en) (hématoxyline/phloxine/safran), la coloration HES (hématoxyline/éosine/safran), la coloration de van Gieson (en) (hématoxyline/fuchsine acide/acide picrique), la coloration de Goldner (hématoxyline/fuchsine acide/RAL 6027), la coloration de Ladewig (orange G/bleu de méthylène/fuchsine acide/hématoxyline) et la coloration PAS (hématoxyline/acide periodique/réactif de Schiff)

Formulations de colorantsModifier

 
Oxydation de l'hématoxyline en hématéine, la forme active pour la coloration.

Les formulations de colorants à l'hématoxyline peuvent être classés selon la méthode d'oxydation de l'hématoxyline et le choix du mordant[5]. L'hématoxyline peut être oxydée de façon naturelle, par exposition à l'air et la lumière, ou de façon plus courante par des solutions oxydantes[11], par exemple par de l'iodate de sodium[5],[30],[14]. En général, on ajoute assez d'oxydant pour ne convertir que la moitié de l'hématoxyline en hématéine, en laissant le reste s'oxyder naturellement avec le temps. C'est une façon d'allonger la durée de vie de la préparation, car l'hématéine ainsi produite à retard remplace en partie au moins l'hématéine qui s'oxyde elle aussi naturellement au cours du temps en oxyhematéine[16],[31],[14]. Parmi les sels métalliques utilisés comme mordants, ceux à l'aluminium sont les plus courants[14] ; sont également utilisés des sels de fer, de tungstène, de molybdène ou de plomb[5].

Selon la formulation, le colorant peut être utilisé de deux façons : de façon « progressive » où l'on contrôle la quantité de colorant utilisée par la durée de contact entre le tissu et la solution, ou de façon « régressive », où l'on sur-colore l'échantillon, et l'excès de colorant est alors supprimé dans une seconde étape[14],[29],[5]. Pour retirer cet excès de colorant (étape parfois appelée « différentiation »), on utilise en général une solution diluée d'éthanol et d'acide chlorhydrique[14],[5],[23].

Nom Référence Mordant Méthode d'oxydation Utilisation
Hématoxyline d'Ehrlich[30] Ehrlich, 1886 alun de potassium naturelle coloration de noyau H&E
Hématoxyline de Delafield[30] Prudden, 1855 alun d'ammonium naturelle coloration de noyau H&E
Hématoxyline de Mayer[30] Mayer, 1903 alun de potassium ou d'ammonim iodate de sodium coloration de noyau H&E
Hématoxyline de Harris[30] Harris, 1900[32] alun de potassium oxyde mercurique coloration de noyau H&E, aussi utilisée dans les versions classiques de coloration de Papanicolaou[33]
Hématoxyline de Cole[5] Cole, 1943[34] alun de potassium iode coloration de noyau H&E
Hématoxyline de Carazzi[5] Carazzi, 1911 alun de potassium iodate de potassium coloration de noyau H&E, services de biopsies urgentes
Hématoxyline de Weigert[30] Weigert, 1904 chlorure ferrique naturelle coloration de noyau H&E, résistante aux acides
Hématoxyline de Verhoeff[5] Verhoeff, 1908 chlorure ferrique iode fibres élastiques, myéline[23]
Hématoxyline acide phosphotungstique (en) de Mallory[5] Mallory, 1897 acide phosphotungstique naturelle or chimique fibrine, muscle strié[Lequel ?]
Hématoxyline de Gill (I, II et III) Culling et al. 1985 [14],[31] sulfate d'aluminium iodate de sodium coloration de noyau H&E

Utilisation précoce comme colorant histologiqueModifier

En 1758, Georg Christian Reichel utilise l'hémotoxyline, sans mordant, pour colorer des tissus végétaux[35],[15],[36]. John Thomas Quekett, dans un livre de 1852[37], suggère d'utiliser le « campêche » (l'hématoxyline) pour colorer les matériaux translucides afin de les examiner sous un microscope[36],[35]. En 1863, Wilhelm von Waldeyer-Hartz utilise l'hématoxyline sur des tissus animaux, sans mordant (avec un succès limité)[38] et est parfois crédité comme le pionnier en la matière[12],[15],[39],[38], un fait qui n'est toutefois pas universellement accepté[39],[12]. Franz Böhmer en 1865 a publié une formulation d'hématoxyline utilisant comme mordant de l'alun[38],[24],[15],[12],[39],[35] et en 1891, Paul Mayer a publié une formulation utilisnt un oxydant chimique pour convertir l'hématoxyline en hématéine[30],[35],[15]. L'utilisation d'hématoxyline avec l'éosine comme contre-coloration fut suggérée pour la première fois par A. Wissowzky en 1876[18],[35]. Au début des années 1900, l'hématoxyline était devenue un colorant courant en histologie[15].

Pénuries et alternativesModifier

Durant les deux guerres mondiales, la fin des années 1920, le début des années 1970 (été 1973<)ref name="Lillie, 1974" />) et en 2008, le monde a connu des pénuries d'hématoxyline du fait de l'interruption de son extraction du bois[21]. Ces pénuries ont incité à chercher des solutions de rechange concernant son usage comme colorant de noyau[26],[21]. Plusieurs colorants synthétiques ont été proposés comme solution de rechange, notamment le bleu célestin (CI 51050)[21], la gallocyanine (CI 51030)[11],[14], la galléine (CI 45445)[21] et l'ériochrome cyanine R (CI 43820)[21],[14] (aussi appelée chromoxane cyanine R et solochrome cyanine). Tous les quatre utilisent le Fe(III) comme ). Une autre solution est le complexe d'aluminium de la braziline oxydée, qui ne diffère de l'hématoxyline que par un groupe hydroxyle en moins. Un des obstacles majeurs au développement de ces substituts vient de la réticence des histologistes et pathologistes à abandonner la coloration HE[17], un outil fiable qu'ils ont passé des années à étudier, à manipuler, et à utiliser pour établir des diagnostics médicaux[11]. Un des impératifs pour le développement de tels substituts devient donc de ne pas perturber ce fonctionnement. À ce jour, aucune des solutions de rechange proposées n'a été adoptée de façon large[17],[11].

Industrie textileModifier

L'hématoxyline fut d'abord utilisée comme teinture par les Mayas et les Aztèques en Amérique centrale, d'où le campêche est originaire[12],[25]. Elle est introduite en premier en Europe par les espagnols, et est rapidement adoptée[25],[12]. L'hématoxyline servait à teindre divers textiles en noir, bleu ou violet et est resté une teinture industrielle d'importance avant que de alternatives synthétiques ne soient développées[25]. Utilisée comme teinture bleue (avec de l'alun comme mordant), les résultats ne furent dans un premier temps pas aussi solides qu'avec l'indigo[11],[25]. En réaction à cette infériorité perçue des teintures à l'hématoxyline, son usage comme teinture à textile fut interdit en Angleterre de 1581 à 1662[12],[25]. Après l'introduction de teintures noires synthétiques à la fin du XIXe siècle, elle fut progressivement remplacée, à commencer pour les textiles en coton[25]. C'est notamment le noir d'aniline qui lui fera la plus grande concurrence[40]. L'hématoxyline resta une teinture noire importante (avec du sulfate de fer(II) ou du chrome comme mordant) pour la laine, jusque dans les années 1920, où des teintures synthétiques compatibles devinrent disponibles (diamond black PV et solochrome black PVS)[25]. De nos jours, l'hématoxyline est toujours utilisée pour teindre la soie, le cuir et les sutures[11].

EncreModifier

L'hématoxyline a été utilisée comme composant principal de certaines encres, mais la période de première utilisation est incertaine[9]. De l'hématoxyline fut aussi ajoutée aux encres métallo-galliques, qui prennent un certain temps avant de noircir une fois appliquée sur du papier[8],[9]. Dans ce cas, l'hématoxyline produit l'aspect noir initial, avant que l'encre ne prenne sa couleur finale[8],[9]. William Lewis est crédité pour la première utilistion de l'hématoxyline comme additif à une encre métallo-gallique en 1763[10]. En 1848, Friedlieb Ferdinand Runge produit une encre à l'hématoxyline non-acide, utilisant du chromate de potassium comme mordant, ce qui avait l'avanatge de ne pas corroder les plumes en acier[10]. On sait que Van Gogh a utilisé de l'encre à l'hématoxyline avec un mordant au chrome chrome pour nombre de ses dessins et lettres[10],[41],[9].

Notes et référencesModifier

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. Fiche Sigma-Aldrich du composé Hematoxylin, consultée le 27 septembre 2019..
  3. Entrée « Haematoxylin » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 27 septembre 2019 (JavaScript nécessaire)
  4. Fiche (en) « Hematoxylin », sur ChemIDplus, consulté le 27 septembre 2019.
  5. a b c d e f g h i j k l m n o p q r et s Alan Stevens, The Theory and Practice of Histological Techniques, Longman Group Limited, , 2nd éd., « The Haematoxylins », p. 109
  6. a b c et d Ralph Dougall Lillie, H. J. Conn's Biological stains, Baltimore, Williams & Wilkins, , 9th éd., 692p p.
  7. A. Mitchell, « English inks: their composition and differentiation in handwriting. », Analyst, vol. 33, no 384,‎ , p. 80–85 (DOI 10.1039/AN9083300080, Bibcode 1908Ana....33...80M, lire en ligne)
  8. a b et c William Barrow, « Black Writing Ink of the Colonial Period », The American Archivist, vol. 11, no 4,‎ , p. 291–307 (ISSN 0360-9081, DOI 10.17723/aarc.11.4.903256p5lp2g3354)
  9. a b c d et e Silvia A. Centeno, Polonca Ropret, Eleonora Del Federico, Jacob Shamir, Boris Itin et Alexej Jerschow, « Characterization of Al(III) complexes with hematein in artistic alum logwood inks », Journal of Raman Spectroscopy,‎ , n/a (ISSN 0377-0486, DOI 10.1002/jrs.2455)
  10. a b c et d Johan Neevel, Van Gogh's studio practice, Mercatorfonds, , 420–435 p. (ISBN 978-0-300-19187-5), « 24: The Identification of Van Gogh's Inks for Drawing and Writing »
  11. a b c d e f g h i j k et l M. Titford, « The long history of hematoxylin », Biotechnic & Histochemistry, vol. 80, no 2,‎ , p. 73–80 (PMID 16195172, DOI 10.1080/10520290500138372)
  12. a b c d e f g et h « Hematoxylin: Mesoamerica's Gift to Histopathology. Palo de Campeche (Logwood Tree), Pirates' Most Desired Treasure, and Irreplaceable Tissue Stain. », Int J Surg Pathol, vol. 27, no 1,‎ , p. 4–14 (PMID 30001639, DOI 10.1177/1066896918787652, lire en ligne)
  13. a b c d et e Chan JK, « The wonderful colors of the hematoxylin-eosin stain in diagnostic surgical pathology. », Int J Surg Pathol, vol. 22, no 1,‎ , p. 12–32 (PMID 24406626, DOI 10.1177/1066896913517939, lire en ligne)
  14. a b c d e f g h i et j Llewellyn BD, « Nuclear staining with alum hematoxylin. », Biotech Histochem, vol. 84, no 4,‎ , p. 159–77 (PMID 19579146, DOI 10.1080/10520290903052899, lire en ligne)
  15. a b c d e f et g Smith C, « Our debt to the logwood tree: the history of hematoxylin. », MLO Med Lab Obs, vol. 38, no 5,‎ , p. 18, 20–2 (PMID 16761865, lire en ligne)
  16. a et b J A Kiernan, « Dyes and other colorants in microtechnique and biomedical research », Coloration Technology, vol. 122, no 1,‎ , p. 1–21 (ISSN 1472-3581, DOI 10.1111/j.1478-4408.2006.00009.x)
  17. a b c d e f et g « Dyes from a twenty-first century perspective. », Biotech Histochem, vol. 84, no 4,‎ , p. 135–7 (PMID 19384743, DOI 10.1080/10520290902908802, lire en ligne)
  18. a b et c Michael Titford, « Progress in the Development of Microscopical Techniques for Diagnostic Pathology », Journal of Histotechnology, vol. 32, no 1,‎ , p. 9–19 (ISSN 0147-8885, DOI 10.1179/his.2009.32.1.9)
  19. Bart Kahr, Scott Lovell et Anand Subramony, « The progress of logwood extract », Chirality: The Pharmacological, Biological, and Chemical Consequences of Molecular Asymmetry, vol. 10, nos 1–2,‎ , p. 66–77 (DOI 10.1002/chir.12)
  20. « New investigations on hematoxylin, hematein, and hematein-aluminium complexes. II. Hematein-aluminium complexes and hemalum staining. », Histochemistry, vol. 96, no 3,‎ , p. 215–28 (PMID 1717413, DOI 10.1007/BF00271540, lire en ligne)
  21. a b c d e f g h i et j « Hematoxylin shortages: their causes and duration, and other dyes that can replace hemalum in routine hematoxylin and eosin staining. », Biotech Histochem, vol. 85, no 1,‎ , p. 55–63 (PMID 19562570, DOI 10.3109/10520290903048400, lire en ligne)
  22. F. Morsingh et R. Robinson, « The syntheses of brazilin and haematoxylin », Tetrahedron, vol. 26, no 1,‎ , p. 281–289 (DOI 10.1016/0040-4020(70)85029-3)
  23. a b et c « Application of current chemical concepts to metal-hematein and -brazilein stains. », Histochemistry, vol. 85, no 5,‎ , p. 353–64 (PMID 2430916, DOI 10.1007/BF00982665, lire en ligne)
  24. a et b Cooksey C, « Hematoxylin and related compounds--an annotated bibliography concerning their origin, properties, chemistry, and certain applications. », Biotech Histochem, vol. 85, no 1,‎ , p. 65–82 (PMID 19568968, DOI 10.3109/10520290903048418, lire en ligne)
  25. a b c d e f g h et i K. G. Ponting, « Logwood: an interesting Dye », Journal of European Economic History, vol. 2, no 1,‎ , p. 109–119 (ISSN 2499-8281, lire en ligne)
  26. a et b Lillie RD, « The hematoxylin shortage and the availability of synthetic substitutes. », Am J Med Technol, vol. 40, no 11,‎ , p. 455–61 (PMID 4139897, lire en ligne)
  27. a b et c Schulte EK, « Standardization of biological dyes and stains: pitfalls and possibilities. », Histochemistry, vol. 95, no 4,‎ , p. 319–28 (PMID 1708749, DOI 10.1007/BF00266958, lire en ligne)
  28. « A simple assay procedure for mixtures of hematoxylin and hematein. », Stain Technol, vol. 49, no 3,‎ , p. 137–42 (PMID 4135791, DOI 10.3109/10520297409116964, lire en ligne)
  29. a et b Kiernan JA, « Does progressive nuclear staining with hemalum (alum hematoxylin) involve DNA, and what is the nature of the dye-chromatin complex? », Biotech Histochem, vol. 93, no 2,‎ , p. 133–148 (PMID 29320873, DOI 10.1080/10520295.2017.1399466, lire en ligne)
  30. a b c d e f et g J. B. Gatenby et H. W. Beams, The Microtomist's Vade-Mecum, Philadelphie, The Blackstone Comany, , 11th éd.
  31. a et b Gill GW, « Gill hematoxylins: first person account. », Biotech Histochem, vol. 85, no 1,‎ , p. 7–18 (PMID 19657780, DOI 10.3109/10520290903048376, lire en ligne)
  32. H. F. Harris, « On the rapid conversion of haematoxylin into haematein in staining reactions. », Journal of Applied Microscopic Laboratory Methods, vol. 3, no 3,‎ , p. 777
  33. Gary W. Gill, Cytopreparation, vol. 12, coll. « Essentials in Cytopathology », , 143–189 p. (ISBN 978-1-4614-4932-4, ISSN 1574-9053, DOI 10.1007/978-1-4614-4933-1_10, lire en ligne), « Papanicolaou Stain »
  34. Elbert C. Cole, « Studies on Hematoxylin Stains », Stain Technology, vol. 18, no 3,‎ , p. 125–142 (ISSN 0038-9153, DOI 10.3109/10520294309105804)
  35. a b c d et e Brain Bracegirdle, A history of microtechnique : the evolution of the microtome and the development of tissue preparation, Lincolnwood, IL, Science Heritage Ltd, , 2nd éd., 393 p. (ISBN 978-0-940095-00-7)
  36. a et b Allison RT, « Haematoxylin--from the wood. », J Clin Pathol, vol. 52, no 7,‎ , p. 527–8 (PMID 10605407, PMCID 501496, DOI 10.1136/jcp.52.7.527, lire en ligne)
  37. John Thomas Quekett, A Practical treatise on the use of the microscope, vol. VI, Paris, Hippolyte Bailliere, coll. « Library of illustrated standard scientific works », (lire en ligne)
  38. a b et c Gustav Mann, Physiological Histology, Methods and Theory, Clarendon Press, (lire en ligne), p. 488
  39. a b et c Cook HC, « Origins of ... tinctorial methods in histology. », J Clin Pathol, vol. 50, no 9,‎ , p. 716–20 (PMID 9389971, PMCID 500167, DOI 10.1136/jcp.50.9.716, lire en ligne)
  40. Georg von Georgievics, The Chemical Technology of Textile Fibres : Their Origin, Structure, Preparation, Washing, Bleaching, Dyeing, Printing and Dressing, Scott, Greenwood & Co., (lire en ligne), p. 180
  41. Silvia A. Centeno, Maddalena Bronzato, Polonca Ropret, Alfonso Zoleo, Alfonso Venzo, Sara Bogialli et Denis Badocco, « Composition and spectroscopic properties of historic Cr logwood inks », Journal of Raman Spectroscopy, vol. 47, no 12,‎ , p. 1422–1428 (ISSN 0377-0486, DOI 10.1002/jrs.4938, Bibcode 2016JRSp...47.1422C)