Cellulære mekanismer involvert i muskelpatologi

Strekkskade i skjelettmuskulaturen er en av de vanligste idrettsskadene, som er forårsaket av overdreven strekkbelastning av muskelen og påvirker området der muskelfascikler settes inn i bindevevet (aponeurose). Det er derfor ikke en skade som utelukkende påvirker skjelettmuskulaturen, men grensesnittet mellom skjelettmuskulatur og aponeurose. Å ha pådratt seg en belastningsskade øker risikoen for ny skade betydelig, endrer biomekanikken til den involverte muskelen og fører til en betydelig forstørret aponeurose. Nylig har etterforskerne oppdaget akkumulering av ektopisk fett i det intrafassikulære rommet og i myofibriller. Oppbyggingen av ektopisk fett i skjelettmuskulaturen er en degenerativ tilstand og har for det meste blitt beskrevet for rotatorcuffskader der det er assosiert med dårligere skulderfunksjon. Samtidig har etterforskerne observert en høy cellularitet i den patologiske muskelaponeurosen etter belastningsskader, men det er ikke kjent hvilke celletyper disse cellene er. Det virker derfor sannsynlig at i det minste noen av cellene er Fibro/adipogene stamceller (FAP), som bidrar til fettakkumulering i belastningsskadde muskler og at fettakkumulering kan være en faktor som bidrar til høy risiko for tilbakevendende skader, samt andre medisinske problemer som smerte og nedsatt funksjon ofte beskrevet lang tid etter en belastningsskade.

En annen vanlig skade på underbenet er full akillesseneruptur. Nyere data viser at pasienter har langvarige svekkelser i det skadde beinet sammenlignet med den ikke-skadde siden. Også etter full akillesseneruptur, har fettdegenerasjon av musklene i leggen blitt rapportert og har vært knyttet til dårlig pasientresultat. Nylig har etterforskerne observert fettinfiltrasjon av leggmuskler hos pasienter etter akillesseneruptur, noe som kan føre til en reduksjon i muskelfunksjon og derved til et dårlig pasientresultat.

Til tross for den høye forekomsten av muskelbelastningsskader, er svært lite kjent om de cellulære mekanismene etter en belastningsskade. I tillegg er litteraturen om cellesammensetningen og endringer etter akillessenerupturer knappe. For et tiår siden ble en gruppe celler kalt fibro/adipogene progenitorer (FAPs) identifisert i det interstitielle rommet i skjelettmuskulaturen basert på tilstedeværelsen av stamcelleantigen 1+, CD34+, platelet-derived Growth Factor Receptor α (PDGFR α)+ . Bortsett fra deres støtteaktivitet i muskelregenerering, har FAP-er potensial til å adoptere en adipogen eller profibrotisk fenotype. Til tross for den høye forekomsten er det ikke studert om den traumatiske skaden og de påfølgende biomekaniske endringene i skjelettmuskulaturen og tilhørende bindevev etter belastningsskader eller akillesseneruptur aktiverer FAP, og hvordan disse cellene bidrar til fettakkumuleringen i skjelettmuskelen. .

Hypoteser:

1. Det er en høy mengde fibro-adipogene stamceller (FAP) med et adipogent mønster i patologisk skjelettmuskulatur etter en muskelbelastningsskade og en full akillesseneruptur. Etterforskerne antar at det er et økt antall FAP med adipogen signatur allerede i den akutte fasen etter en belastningsskade, men et betydelig høyere antall i det kroniske stadiet så vel som i muskelen etter en akillesseneruptur.
2. Mekaniske signaler er en viktig driver for den fenotypiske driften til FAP-er. Mangelen på mekaniske stimuli initierer adopsjonen av en adipogen vei i naive FAP-er, mens naive FAP-er utsatt for mekaniske stimuli vil opprettholde sin udifferensierte fenotype.
3. Adherensen av FAP-er til et mykt materiale vil aktivere adopsjonen av en adipogen fenotype, mens et stivt materiale vil favorisere en mer fibrotisk fenotype i naive FAP-er isolert fra sunn skjelettmuskulatur.

For å teste dette vil etterforskerne ta små vevsprøver fra det skadede området i enten den akutte fasen (emnegruppe A) eller den kroniske fasen (emnegruppe B) etter en belastningsskade samt fra muskelvevet til personer som hadde en full akillesseneruptur minst ett år før inkludering (emnegruppe C). I alle tre gruppene vil etterforskerne også ta en liten vevsprøve fra samme muskel som den skadde på den friske siden. I tillegg tas en større muskelbiopsi fra den kontralaterale sunne vastus lateralis-muskelen for å sammenligne den cellulære sammensetningen og den cellulære profilen mellom den patologiske skjelettmuskel-aponeurose og en sunn skjelettmuskel.

For å teste viktigheten av mekaniske stimuli, vil isolerte muskelceller sorteres med Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) og dyrkes in vitro deretter. Etterforskerne fokuserer spesielt på kultur under statisk og dynamisk spenning og i de-tensjon tilstand.

Et alfanivå på 0,05 vil bli ansett som signifikant. Basert på tidligere data, vil 10 deltakere bli rekruttert for hver gruppe, noe som gjør det mulig for etterforskerne å oppdage en estimert dobling av FAP i de skadede musklene (primært utfall). Effektanalyse for det primære resultatet resulterte i n=4 for hver gruppe (α=0,05, β=0,80, CV=72,4%), som etterforskerne anser som klinisk relevant. Etterforskerne planlegger å inkludere 10 deltakere i hver gruppe for å ha tilstrekkelig biopsimateriale fra 5 individer for enkeltkjerner RNA-sekvensering og 5 biopsier for fluorescensaktivert cellesortering og de påfølgende in vitro-studiene.