Normal Structure, Function, and Histology of the Bone Marrow

Demineralization Determination

Determination of the demineralization endpoint is an im-

portant step. Overdecalcification results in tissue destruction

and underdecalcification results in poor dehydration and in-

filtration and, ultimately, sectioning. The X-ray method is the

most accurate but requires the appropriate equipment. Also,

tissues treated with fixatives containing mercury or other

heavy metals are rendered radiopaque; thus, X-ray cannot

be used for these tissues. The chemical precipitation method

(e.g., calcium oxalate precipitation) is reliable and easily ap-

plied for acid decalcifiers. A modification of this method also

may be used for EDTA decalcified tissues. Mechanical bend-

ing or probing is a subjective assessment and is by far the

easiest method and is often done. But, it is not recommended

as it is not reliable and the tissue manipulation may disrupt

architecture or dislodge soft tissue components from the sam-

ple. Cutting the sample has also been used and appears to be

an accepted practice.

Tissue Processing and Staining

Because of its routine use, H&E-stained sections of

paraffin-embedded bone marrow tissue are typically evalu-

ated histologically. However, H&E does not provide consis-

tent hematopoietic cell differentiation. Section thickness is

an important factor and 3-micron sections provide better cel-

lular morphological detail compared to thicker (

≥

5-micron)

sections (Figure 18). Cytological quality is not, however, as

good compared to Romanowsky-stained cytology prepara-

tions. Giemsa–stained sections provides better morphologi-

cal detail compared to H&E-stained sections and are more

easily compared to Romanowsky-stained smears.

For the Giemsa stain, however, acid-decalcified tissue re-

sults in loss of basophilic-staining structures. The use of

chelating-type decalcifiers improves Giemsa staining. Plas-

tic embedding provides a significant improvement in cellular

morphology. Additionally, there is no need for decalcifica-

tion, thus, reducing shrinkage artifact and loss of cellular de-

tail related to decalcification methods. Thin sections (

≤

3 mi-

crons) can be easily produced, improving cytological quality.

However, plastic embedding is time, labor and cost intensive

and, thus, not justified for a high-throughput operation. Prus-

sian Blue stain is used for the assessment of iron stores; acids

in decalcifiers or fixatives may washout iron stores. Thus,

tissue iron could be underestimated.

S

UMMARY

Since hematopoietic system is a potential target organ of

chemical exposure, evaluation of the blood and bone mar-

row is important component of any toxicity or safety assess-

ment study. Evaluation of the hematopoietic system should

routinely include a CBC and differential and bone marrow

histopathology. While the CBC provides information regard-

ing possible compound-related effects demonstrated in the

peripheral blood, morphological evaluation of bone marrow

provides information about bone marrow tissue architecture

(e.g., cellularity, cell linages, vascular or stromal alterations,

inflammation, necrosis), estimation of iron stores and iden-

tification of other features (e.g., pigment, infectious agents,

proliferative or neoplastic disorders) that otherwise would be

missed by examination of peripheral blood alone. The quality

of the marrow sections, however, is governed by numerous

variables related to specimen collection and processing and

must be considered.

R

EFERENCES

Abboud, C. N., and Lichtman, M. A. (2001). Structure of the marrow and the

hematopoietic microenvironment. In Williams’ Hematology, 6th edition

(E. Beutler, M. A. Lichtman, B. S. Coller, T. J. Kipps, and U. Seligsohn,

eds.) pp. 29–58, McGraw-Hill, New York.

Allen, T. D., and Dexter, T. M. (1984). The essential cells of the hematopoietic

microenvironment.