Cellulära mekanismer involverade i muskelpatologi

Skelettmuskelbelastningsskada är en av de vanligaste idrottsskadorna, som orsakas av överdriven dragbelastning av muskeln och påverkar det område där muskelfasciklar förs in i bindväven (aponeuros). Det är därför inte en skada som enbart påverkar skelettmuskulaturen, utan gränsytan mellan skelettmuskel och aponeuros. Att ha ådragit sig en belastningsskada ökar risken för återskada avsevärt, förändrar biomekaniken i den inblandade muskeln och leder till en avsevärt förstorad aponeuros. Nyligen har forskarna upptäckt ackumulering av ektopiskt fett i det intrafascikulära utrymmet och i myofibriller. Uppbyggnaden av ektopiskt fett i skelettmuskulaturen är ett degenerativt tillstånd och har mestadels beskrivits för rotatorcuffskador där det är förknippat med sämre axelfunktionella poäng. Samtidigt har forskarna observerat en hög cellularitet i den patologiska muskelaponeurosen efter belastningsskador, men det är inte känt vilka celltyper dessa celler är. Det verkar därför troligt att åtminstone några av cellerna är fibro/adipogena progenitorer (FAP), som bidrar till fettansamlingen i belastningsskadade muskler och att fettansamling kan vara en faktor som bidrar till den höga risken för återkommande skador, samt andra medicinska problem som smärta och nedsatt funktion beskrivs ofta lång tid efter en belastningsskada.

En annan vanlig skada på underbenet är full akillessenaruptur. Nya data visar att patienter har långvariga funktionsnedsättningar i det skadade benet jämfört med den icke-skadade sidan. Också efter fulla akillessenrupturer har fet degeneration av musklerna i vaden rapporterats och har kopplats till dåligt patientresultat. Nyligen har forskarna observerat fettinfiltration av vadmuskler hos patienter efter akillessenruptur, vilket kan leda till en minskning av muskelfunktionen och därmed till ett dåligt patientresultat.

Trots den höga förekomsten av muskelskador är mycket lite känt om de cellulära mekanismerna efter en belastningsskada. Dessutom är litteraturen om den cellulära sammansättningen och förändringar efter akillessenrupturer knapphändig. För ett decennium sedan har en grupp celler med namnet fibro/adipogena progenitorer (FAP) identifierats i skelettmuskelns interstitella utrymme baserat på närvaron av stamcellsantigen 1+, CD34+, trombocythärledd tillväxtfaktorreceptor α (PDGFR α)+ . Bortsett från sin stödjande aktivitet i muskelregenerering, har FAPs potential att anta en adipogen eller profibrotisk fenotyp. Trots den höga incidensen har det inte studerats huruvida den traumatiska skadan och de efterföljande biomekaniska förändringarna i skelettmuskeln och tillhörande bindväv efter belastningsskador eller hälsenans ruptur aktiverar FAP, och hur dessa celler bidrar till fettansamlingen i skelettmuskeln. .

Hypoteser:

1. Det finns en stor mängd fibro-adipogena progenitorer (FAP) med ett adipogent mönster i patologisk skelettmuskel efter en muskelskada och en fullständig akillessenaruptur. Utredarna antar att det finns ett ökat antal FAP med en adipogen signatur redan i den akuta fasen efter en belastningsskada, men ett betydligt högre antal i det kroniska skedet såväl som i muskeln efter en akillessenruptur.
2. Mekaniska signaler är en viktig drivkraft för den fenotypiska driften av FAP. Bristen på mekaniska stimuli initierar antagandet av en adipogen väg i naiva FAPs, medan naiva FAPs som exponeras för mekaniska stimuli kommer att behålla sin odifferentierade fenotyp.
3. Vidhäftningen av FAPs till ett mjukt material kommer att aktivera adoptionen av en adipogen fenotyp, medan ett styvt material gynnar en mer fibrotisk fenotyp i naiva FAPs isolerade från friska skelettmuskler.

För att testa detta kommer utredarna att ta små vävnadsprover från det skadade området i antingen den akuta fasen (ämnesgrupp A) eller den kroniska fasen (ämnesgrupp B) efter en belastningsskada samt från muskelvävnaden hos individer som hade en full akillessenruptur minst ett år före inklusionen (ämnesgrupp C). I alla tre grupperna kommer utredarna också att ta ett litet vävnadsprov från samma muskel som den skadade på den friska sidan. Dessutom tas en större muskelbiopsi från den kontralaterala friska vastus lateralis-muskeln för att jämföra den cellulära sammansättningen och den cellulära profilen mellan den patologiska skelettmuskel-aponeurosen och en frisk skelettmuskel.

För att testa vikten av mekanisk stimuli kommer isolerade muskelceller att sorteras med Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) och odlas in vitro därefter. Utredarna fokuserar särskilt på kultur under statisk och dynamisk spänning och i avspänt tillstånd.

En alfanivå på 0,05 anses vara signifikant. Baserat på tidigare data kommer 10 deltagare att rekryteras för varje grupp, vilket gör det möjligt för utredarna att upptäcka en uppskattad fördubbling av FAP i de skadade musklerna (primärt resultat). Effektanalys för det primära resultatet resulterade i n=4 för varje grupp (α=0,05, β=0,80, CV=72,4%), vilket utredarna anser vara kliniskt relevant. Utredarna planerar att inkludera 10 deltagare i varje grupp för att ha tillräckligt med biopsimaterial från 5 individer för RNA-sekvensering av enstaka kärnor och 5 biopsier för fluorescensaktiverad cellsortering och de efterföljande in vitro-studierna.