Immunohistochemistry in diagnostic pathology of tumors: Approach, benefits, limits and pitfalls

Abstract

Immunohistochemistry is one of the methods that enables the detection and visualization of different antigens in cells and tissue sections using specific primary antibodies and an efficient detection system. This method has been used since the 1940s and was primarily published by Coons et al.101 In the last 20 years, immunohistochemistry was dramatically developed into a highly specialized molecular technique combining the principles of immunology, biochemistry and histology and became a very powerful tool in the daily diagnostic histopathology. A large number of diagnostic antibodies are now available to detect and localize a large number of cell and tissue antigens that enable histopathologists to resolve many diagnostic problems and to increase diagnostic certainty. Nevertheless, immunohistochemistry - as any other method - has its own possibilities, limitations and diagnostic pitfalls that are important to know for everyone practicing this method. Based on our experience as a reference laboratory for immunohistochemistry, we initiate this study to analyze the possibilities, limitations and pitfalls of immunohistochemistry as an important diagnostic tool in the daily practice of modern histopathologists. In this work we describe the standardized immunohistochemical technique used in our practice and demonstrate our diagnostic algorithms developed to be used as a guide for the classification of primary tumors and histogenetic identification of metastases of unknown origin. We also describe the most important antibodies used in the daily routine and the rational use of these antibodies with the most informative, labor- and time-saving combinations. We discuss the distribution and the specific expression pattern of the targeted antigens and point out the most characteristic immunoprofiles for a large number of tumors and the diagnostic pitfalls that must be considered to avoid any misinterpretation. Considering the factors mentioned above, we analyze in this study the results of 18000 immunohistochemical stains performed in the past 5 years to study 2907 various tumors using more than 110 specific monoclonal and polyclonal primary antibodies. Depending on the adequate tumor morphology and optimal immunophenotyping, we were able to characterize 2691 out of the 2709 cases examined, while 18 cases remain uncertain and were sent for a second opinion to highly specialized centers. Further 198 cases were only tested to determine the sensitivity of the tumors to specific therapeutic agents. In the same time we were able to revise 37 outside diagnoses, mainly made without or only with limited immunohistochemical study. After the analysis of error sources, we present our conclusions and recommendations to increase the value of immunohistochemistry as an informative diagnostic method. The results obtained confirmed the role of immunohistochemistry as a powerful tool in tumor histopathology; however the experience showed that this powerful method is safe and informative only in experienced and carful hands.

Die Immunhistochemie ist eine Methode, die den Nachweis von verschiedenen Antigenen in Zellen und Gewebeschnitten unter Anwendung spezifischer Primärantikörper und Detektionssysteme ermöglicht. Diese Methode wurde schon in den 1940er Jahren angewendet und erstmals von Coons et al. beschrieben. In den letzten 20 Jahren hat sich die Immunhistochemie zu einer leistungsfähigen und hochspezialisierten molekularen Technik entwickelt, indem sie Prinzipien der Immunologie, Biochemie und Histologie kombiniert und so zu einem sehr effektiven Werkzeug in der täglichen Histopathologie geworden ist. Derzeit steht eine große Anzahl von diagnostischen Antikörpern zur Verfügung, die eine Vielzahl von Zell- und Gewebeantigenen erkennen und dazu beitragen, diagnostische Probleme zu lösen und die diagnostische Sicherheit zu erhöhen. Dennoch hat die Immunhistochemie ihre Grenzen und weist Fallstricke auf, die jeder praktisch arbeitende Pathologe kennen sollte. Basierend auf langjährigen Erfahrungen im eigenen Referenzlabor für Immunhistochemie, wurde eine Analyse initiiert, um die Möglichkeiten und Grenzen der Immunhistochemie als wichtiges diagnostisches Rüstzeug in der täglichen Routine der modernen Histopathologie aufzuzeigen. In der Arbeit wird zunächst die standardisierte immunhistochemische Technik beschrieben, die in der eigenen Praxis verwendet wird. Außerdem werden diagnostische Algorithmen entwickelt, die für die Klassifikation von Primärtumoren und Metastasen von Tumoren unbekannter Lokalisation verwendet werden können. Es werden die wichtigsten Antikörper für die Routinediagnostik und Möglichkeiten einer rationellen und arbeitszeitsparenden Anwendung dieser Antikörper beschrieben. Weiterhin werden das Expressionsmuster der untersuchten Antigene und die charakteristischsten Immunprofile für eine große Anzahl von Tumoren dargestellt, um diagnostische Fallstricke und Fehlinterpretationen zu vermeiden. Die Arbeit beruht auf den Ergebnissen von 18000 immunhistochemischen Untersuchungen, die in den letzten 5 Jahren an 2907 Tumoren durchgeführt wurden. Dabei gelangten 110 Antikörper zur Anwendung. Auf der Grundlage einer adäquaten Tumormorphologie und optimalen Immunphänotypisierung, konnten 2691 der 2709 Tumoren charakterisiert werden, während 18 Fälle unklar blieben und zur weiteren Diagnostik an spezialisierte Zentren weitergeleitet wurden. Weitere 198 Fälle wurden nur zur Bestimmung der Empfindlichkeit von Anti-Tumor-Arzneimitteln untersucht (Östrogen-und Progesteronrezeptoren, HER-2 und Tyrosinkinase-Inhibitoren). 347 der 384 außerhalb gestellten Diagnosen konnten bestätigt werden, 37 Diagnosen wurden revidiert. Dieses waren vor allem Fälle, die ohne Immunhistochemie oder mit einer geringen Anzahl immunhistochemischer Marker diagnostiziert wurden. Nach eingehender Fehleranalyse werden Schlussfolgerungen und Empfehlungen präsentiert, die dazu beitragen sollen, den Wert der Immunhistochemie als diagnostische Methode zu erhöhen und die Häufigkeit von diagnostischen Fehlern zu verringern. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Immunhistochemie als effektive Methode in Tumorpathologie. Dabei hat die Erfahrung gezeigt, dass die Methode nur in gut ausgebildeten Händen sicher und informativ ist.