Cellulaire mechanismen die betrokken zijn bij spierpathologie

Verrekking van de skeletspieren is een van de meest voorkomende sportblessures, die wordt veroorzaakt door overmatige trekbelasting van de spier en die het gebied aantast waar spierbundels in het bindweefsel steken (aponeurose). Het is daarom niet een blessure die alleen de skeletspieren aantast, maar het raakvlak tussen skeletspieren en aponeurose. Het hebben van één verrekkingsblessure verhoogt het risico op opnieuw letsel aanzienlijk, verandert de biomechanica van de betrokken spier en leidt tot een aanzienlijk vergrote aponeurose. Onlangs hebben de onderzoekers de ophoping van ectopisch vet ontdekt in de intrafasciculaire ruimte en in de myofibrillen. De opeenhoping van ectopisch vet in de skeletspieren is een degeneratieve toestand en is vooral beschreven voor rotator cuff-letsels, waar het gepaard gaat met slechtere schouderfunctionele scores. Tegelijkertijd hebben de onderzoekers een hoge cellulariteit waargenomen in de pathologische spieraponeurose na overbelasting, maar het is niet bekend welke celtypen deze cellen zijn. Het lijkt daarom waarschijnlijk dat ten minste enkele van de cellen Fibro/adipogene voorlopers (FAP's) zijn, die bijdragen aan de vetophoping in door overbelasting gewonde spieren en dat vetophoping een factor kan zijn die bijdraagt ​​aan het hoge risico op terugkerende verwondingen, evenals andere medische problemen zoals pijn en verminderde functie worden vaak lange tijd na een overbelastingsblessure beschreven.

Een andere veelvoorkomende blessure aan het onderbeen is de volledige achillespeesruptuur. Recente gegevens tonen aan dat patiënten langdurige beperkingen hebben in het geblesseerde been in vergelijking met de niet-geblesseerde zijde. Ook na een volledige achillespeesruptuur is vervetting van de spieren in de kuit gemeld en dit is in verband gebracht met een slechte uitkomst voor de patiënt. Onlangs hebben de onderzoekers vetinfiltratie van kuitspieren waargenomen bij patiënten na een achillespeesruptuur, wat zou kunnen leiden tot een afname van de spierfunctie en daardoor tot een slecht resultaat voor de patiënt.

Ondanks de hoge prevalentie van spierblessures, is er zeer weinig bekend over de cellulaire mechanismen na een blessure. Bovendien is de literatuur over de cellulaire samenstelling en veranderingen na een achillespeesruptuur schaars. Tien jaar geleden werd een groep cellen met de naam fibro/adipogene voorlopercellen (FAP's) geïdentificeerd in de interstitiële ruimte van de skeletspier op basis van de aanwezigheid van stamcelantigeen 1+, CD34+, Platelet Derived Growth Factor Receptor α (PDGFR α)+ . Afgezien van hun ondersteunende activiteit bij spierregeneratie, hebben FAP's het potentieel om een ​​adipogeen of profibrotisch fenotype aan te nemen. Ondanks de hoge incidentie is niet onderzocht of de traumatische verwonding en de daaropvolgende biomechanische veranderingen in de skeletspier en het bijbehorende bindweefsel na overbelasting of achillespeesruptuur FAP's activeren, en hoe deze cellen bijdragen aan de vetophoping in de skeletspier. .

Hypothesen:

1. Er is een grote hoeveelheid fibro-adipogene voorlopercellen (FAP's) met een adipogeen patroon in pathologische skeletspier na een spierverrekking en een volledige achillespeesruptuur. De onderzoekers veronderstellen dat er al een verhoogd aantal FAP's met een adipogene signatuur is in de acute fase na een verrekkingsblessure, maar een significant hoger aantal in de chronische fase en in de spier na een achillespeesruptuur.
2. Mechanische signalen zijn een belangrijke oorzaak van de fenotypische drift van FAP's. Het ontbreken van mechanische prikkels initieert de acceptatie van een adipogene route in naïeve FAP's, terwijl naïeve FAP's die worden blootgesteld aan mechanische prikkels hun ongedifferentieerde fenotype behouden.
3. De hechting van FAP's aan een zacht materiaal zal de acceptatie van een adipogeen fenotype activeren, terwijl een stijf materiaal een meer fibrotisch fenotype zal bevorderen bij naïeve FAP's geïsoleerd uit gezonde skeletspieren.

Om dit te testen, zullen de onderzoekers kleine weefselmonsters nemen van het geblesseerde gebied in de acute fase (proefpersoongroep A) of de chronische fase (proefpersoongroep B) na een verrekkingsblessure, evenals van het spierweefsel van personen die een volledige achillespeesruptuur minstens een jaar voorafgaand aan opname (proefgroep C). In alle drie de groepen nemen de onderzoekers ook een klein stukje weefsel af van dezelfde spier als de gewonde aan de gezonde kant. Bovendien wordt een grotere spierbiopsie genomen van de contralaterale gezonde musculus vastus lateralis om de cellulaire samenstelling en het cellulaire profiel tussen de pathologische skeletspier-aponeurose en een gezonde skeletspier te vergelijken.

Om het belang van mechanische prikkels te testen, zullen geïsoleerde spiercellen worden gesorteerd met Fluorescentie Geactiveerde Celsortering (FACS) en daarna in vitro worden gekweekt. De onderzoekers richten zich met name op cultuur onder statische en dynamische spanning en in de ontspannen toestand.

Een alfaniveau van 0,05 wordt als significant beschouwd. Op basis van eerdere gegevens zullen voor elke groep 10 deelnemers worden gerekruteerd, waardoor de onderzoekers een geschatte verdubbeling van FAP's in de geblesseerde spieren kunnen detecteren (primair resultaat). Poweranalyse voor de primaire uitkomst resulteerde in n=4 voor elke groep (α=0,05, β=0,80, CV=72,4%), wat de onderzoekers als klinisch relevant beschouwen. De onderzoekers zijn van plan om 10 deelnemers in elke groep op te nemen om voldoende biopsiemateriaal te hebben van 5 individuen voor single nuclei RNA-sequencing en 5 biopsieën voor fluorescentie-geactiveerde celsortering en de daaropvolgende in vitro studies.