Mechanizmy komórkowe zaangażowane w patologię mięśni

Uszkodzenie mięśni szkieletowych jest jednym z najczęstszych urazów sportowych, które jest spowodowane nadmiernym napięciem mięśnia i dotyczy obszaru, w którym pęczki mięśniowe przyczepiają się do tkanki łącznej (rozcięgno). Dlatego nie jest to uraz dotykający wyłącznie mięśni szkieletowych, ale interfejs mięsień szkieletowy-rozcięgno. Doznanie jednego urazu przeciążeniowego znacznie zwiększa ryzyko ponownego urazu, zmienia biomechanikę zajętego mięśnia i prowadzi do znacznego powiększenia rozcięgna. Niedawno badacze odkryli gromadzenie się tłuszczu ektopowego w przestrzeni wewnątrzpęczkowej iw obrębie miofibryli. Nagromadzenie ektopowego tłuszczu w mięśniach szkieletowych jest stanem zwyrodnieniowym i zostało opisane głównie w przypadku urazów stożka rotatorów, gdzie wiąże się z gorszymi wynikami funkcjonalnymi barku. Jednocześnie badacze zaobserwowali wysoką komórkowość patologicznego rozcięgna mięśnia po urazach przeciążeniowych, ale nie wiadomo, jakie to typy komórek. Wydaje się więc prawdopodobne, że przynajmniej część z tych komórek to fibro/adipogenne komórki progenitorowe (FAP), które przyczyniają się do gromadzenia tłuszczu w uszkodzonych mięśniach i że gromadzenie się tłuszczu może być czynnikiem przyczyniającym się do wysokiego ryzyka nawrotów urazów, jak również inne problemy medyczne, takie jak ból i pogorszenie funkcji, często opisywane długo po urazie przeciążeniowym.

Innym częstym urazem podudzia jest pełne zerwanie ścięgna Achillesa. Ostatnie dane pokazują, że pacjenci mają długotrwałe upośledzenia w uszkodzonej nodze w porównaniu ze stroną zdrową. Również po całkowitym zerwaniu ścięgna Achillesa zgłaszano zwyrodnienie tłuszczowe mięśni łydek, które wiązano ze złym rokowaniem pacjenta. W ostatnim czasie badacze zaobserwowali nacieki tłuszczowe w mięśniach łydek u pacjentów po zerwaniu ścięgna Achillesa, co może prowadzić do pogorszenia funkcji mięśni, a tym samym do złego rokowania pacjentów.

Pomimo dużej częstości występowania urazów spowodowanych przeciążeniem mięśni, bardzo niewiele wiadomo na temat mechanizmów komórkowych występujących po urazie przeciążeniowym. Ponadto literatura dotycząca składu komórkowego i zmian po zerwaniu ścięgna Achillesa jest skąpa. Dziesięć lat temu w przestrzeni śródmiąższowej mięśni szkieletowych zidentyfikowano grupę komórek zwanych progenitorami fibro/adipogennymi (FAP) na podstawie obecności antygenu komórek macierzystych 1+, CD34+, płytkopochodnego receptora czynnika wzrostu α (PDGFR α)+ . Oprócz działania wspomagającego regenerację mięśni, FAP mają potencjał przyjmowania fenotypu adipogennego lub profibrotycznego. Pomimo dużej częstości występowania nie zbadano, czy uraz urazowy i późniejsze zmiany biomechaniczne w mięśniu szkieletowym i związanej z nim tkance łącznej po urazach przeciążeniowych lub zerwaniu ścięgna Achillesa aktywują FAP i w jaki sposób komórki te przyczyniają się do gromadzenia się tłuszczu w mięśniu szkieletowym .

hipotezy:

1. W patologicznym mięśniu szkieletowym występuje duża liczba progenitorów włóknisto-adipogennych (FAP) o wzorze adipogennym po urazie nadwyrężenia mięśnia i pełnym zerwaniu ścięgna Achillesa. Badacze stawiają hipotezę, że już w ostrej fazie po urazie przeciążeniowym występuje zwiększona liczba FAP z sygnaturą adipogenną, ale znacznie większa liczba w fazie przewlekłej, jak również w mięśniu po zerwaniu ścięgna Achillesa.
2. Mechaniczne wskazówki są głównym motorem dryfu fenotypowego FAP. Brak bodźców mechanicznych inicjuje przyjęcie szlaku adipogennego w naiwnych FAP, podczas gdy naiwne FAP wystawione na bodźce mechaniczne zachowają swój niezróżnicowany fenotyp.
3. Przyleganie FAP do miękkiego materiału aktywuje przyjęcie fenotypu adipogennego, podczas gdy sztywny materiał będzie faworyzował fenotyp bardziej włóknisty w naiwnych FAP wyizolowanych ze zdrowych mięśni szkieletowych.

Aby to sprawdzić, badacze pobiorą małe próbki tkanek z uszkodzonego obszaru w fazie ostrej (grupa badana A) lub fazie przewlekłej (grupa badana B) po urazie przeciążeniowym, a także z tkanki mięśniowej osób, które miały pełne zerwanie ścięgna Achillesa co najmniej rok przed włączeniem (grupa badana C). We wszystkich trzech grupach badacze pobiorą również niewielką próbkę tkanki z tego samego mięśnia co uszkodzony po zdrowej stronie. Ponadto pobiera się większą biopsję mięśnia z przeciwległego zdrowego mięśnia obszernego bocznego w celu porównania składu komórkowego i profilu komórkowego między patologicznym mięśniem szkieletowym-rozcięgnem a zdrowym mięśniem szkieletowym.

Aby przetestować znaczenie bodźców mechanicznych, wyizolowane komórki mięśniowe zostaną posortowane za pomocą sortowania komórek aktywowanego fluorescencją (FACS), a następnie hodowane in vitro. Badacze szczególnie skupiają się na kulturze w stanie napięcia statycznego i dynamicznego oraz w stanie odprężenia.

Poziom alfa równy 0,05 zostanie uznany za znaczący. Na podstawie wcześniejszych danych do każdej grupy zostanie zrekrutowanych 10 uczestników, co umożliwi badaczom wykrycie szacunkowego podwojenia liczby FAP w uszkodzonych mięśniach (główny wynik). Analiza mocy dla pierwotnego wyniku dała n=4 dla każdej grupy (α=0,05, β=0,80, CV=72,4%), co badacze uważają za istotne klinicznie. Badacze planują włączyć 10 uczestników do każdej grupy, aby mieć wystarczającą ilość materiału biopsyjnego od 5 osób do sekwencjonowania pojedynczego jądra RNA i 5 biopsji do sortowania komórek aktywowanych fluorescencją i późniejszych badań in vitro.