Haptotaxis
Haptotaxis (från grekiska ἅπτω (hapto, "röra, fästa") och τάξις (taxis, "arrangemang, ordning")) är den riktade motiliteten eller utväxten av celler, t.ex. i fallet med axonal utväxt, vanligtvis upp en gradient av cellulär adhesion platser eller substratbundna kemoattraktanter (gradienten av kemoattraktanten uttrycks eller binds på en yta, i motsats till den klassiska modellen för kemotaxi , där gradienten utvecklas i en löslig vätska.). Dessa gradienter är naturligt närvarande i den extracellulära matrisen (ECM) i kroppen under processer såsom angiogenes eller artificiellt närvarande i biomaterial där gradienter etableras genom att ändra koncentrationen av vidhäftningsställen på ett polymersubstrat .
Klinisk signifikans
Haptotaxi spelar en viktig roll för effektiv läkning av sår. Till exempel, när hornhinnans integritet äventyras, epitelceller snabbt det skadade området genom proliferation och migration (haptotaxis). I hornhinnans stroma genomgår keratocyter inom det skadade området apoptos , vilket gör att stroman saknar celler som måste ersättas. Keratocyter som omger det sårade området förökar sig och blir fibroblaster som migrerar för att fylla det sårade området. Detta skapar en hälsosam miljö med myofibroblaster och extracellulär matris. Detta är känt som lätt bakåtspridning eller subepitial dis. När det finns skada på en epitelcell uppstår heptotaxi, som i hög grad påverkas av cellens hastighet, som i sin tur påverkas av cellens motilitetsriktning . Celler migrerar lätt och snabbt i förpackningar [ citat behövs ] , så när en cell rör sig följer resten som svar på gradienten och den initiala cellrörelsen. Mekaniska effekter som uppbyggnad av dragkrafter kan spela en viktig roll för både delning och rörlighet hos celler i vävnad.
Metoder för studier
Såsom definierats ovan är haptotaxis rörligheten hos celler uppför en gradient av substratbundna molekyler. Det finns en mängd olika förfaranden för att ställa in denna gradient in vitro för studier av haptotaxi. De två huvudkategorierna kan klassificeras i antingen kontinuerlig eller digital. Båda typerna är relativt lätta att producera, men digitala gradienter ger mer exakta koncentrationsberäkningar. Sammantaget kan de metoder som används för närvarande förbättras för att spegla in vivo mer, eftersom upplösningen av gradienterna inte är lika skarp in vitro som de är in vivo . Biologiska gradienter har också förmågan att ändra geometri, vilket nuvarande modeller in vitro inte kan efterlikna. Dessa gradienter är användbara för att få förståelse för grunderna för haptotaxis, men på grund av den komplexa och flytande naturen hos dessa gradienter är en djupare förståelse av in vivo svår att fastställa.
Tumörceller och haptotaxi
Ett kännetecken för många cancerformer är förmågan att röra sig i hela kroppen. Dessa är maligna celler och utgör ett allvarligt hot mot en individs hälsa. Det har indikerats att haptotaxi spelar en roll för maligna cellers förmåga att metastasera . En faktor som från början visade sig påverka haptotaxi är serumspridningsfaktor, som finns i blodserum och interstitiell vävnad. Närvaron av serumspridningsfaktor visade sig påverka riktad migration längs en gradient av substratmolekyler i ett fåtal typer av cancerceller. En annan komponent som är viktig i haptotaxis av tumörceller är MenaINV, som är ett aktinreglerande protein som blir alltmer uttryckt i tumörceller. Detta aktinreglerande protein binder till fibronektinreceptorer och hjälper till med de haptaktiska och kemotaktiska processerna hos tumörceller.
Patologi
Haptotaxi spelar en roll vid flera typer av sjukdomar där rörelse eller aggregation av celler orsakar symtomen. Som nämnts tidigare har cancer som är metastaserande förmågan att utföra haptotaxi för att spridas i hela kroppen. Denna förmåga är inte begränsad till tumörceller. Idiopatisk lungfibros (IPF) är en sjukdom som kännetecknas av fibros i lungmesoteliala celler . TGF-β1 är ett cytokin som finns i högre koncentrationer av lungor från patienter som har IPF, och inducerar haptotaxi av pleurala mesotelceller. Samtidigt gör TGF-β1 att mesotelcellerna utvecklas till myofibroblaster , vilket bidrar till symtomen vid IPF. Resultatet blir att det blir en aggregering av myofibroblaster i lungorna, vilket leder till fibros av mesotelcellerna. Under nefrit uttrycks VCAM-1 i högre nivåer på tubuli av nefroner, vilket leder till ökad leukocytmigrering via den gradient som etableras av VCAM-1. Det är viktigt att notera att detta ökade uttryck inte hittades på de kapillära endotelcellerna. Denna migration av leukocyter leder till inflammation och vävnadsförstöring som är karakteristiskt för ett inflammatoriskt svar .
Immunförsvar
immunsystemets funktion, och särskilt för antigenpresenterande celler. Dendritiska celler (en av de huvudsakliga antigenpresenterande cellerna i immunsystemet) rör sig mot lymfkörtlarna efter att ha fagocyterat ett antigen för att presentera antigenet för T-celler . Kemokiner påverkar dessa rörelser, särskilt CCL21, som är bundet till lymfatiska endotelcellmembran. Inverkan är kort räckvidd, men orsakar förflyttning av dendritiska cellerna uppför en fast kemisk gradient. Andra leukocyter uppvisar också haptotaktisk rörelse: neutrofiler genomgår IL-8-medierad migration, medan monocyter , basofiler , eosinofiler och vissa T-celler påverkas av RANTES-kemokiner. Vid den autoimmuna sjukdomen reumatoid artrit och vid artros har den associerade svullnaden och migrationen av neutrofiler till det drabbade stället visat sig vara kopplat till membranbundet midkincytokin. Detta cytokin fungerar på ett haptotaktisk sätt och lockar lokala neutrofiler till uttrycksstället.
Vävnadsutveckling
Haptotaxis spelar en roll för att organisera celler för att bilda vävnader och specifika regioner av dessa vävnader. Fibronektin och laminin spelar båda en roll i adrenocytmutation till distinkt distribution i binjuren. Adrenocyterna migrerar centripetalt när de mognar mot medulla i binjuren., och denna rörelse kan vara ett resultat av haptaktiska krafter medierade av fibronektin och laminin. I nervceller medieras axonal tillväxt av nervtillväxtfaktor på ett haptotaktisk sätt, där nervcellernas axon växer längs med gradienten. Denna information skulle kunna användas för att eventuellt utveckla metoder för att främja nervregenerering hos patienter som har nervskador. En annan regenerativ strategi är användningen av mesenkymala stamceller , som kan differentiera till olika typer av bindväv i sårläkningsprocessen. Haptotaxis medieras av fibronektin, vitronektin och typ I kollagen. En nyligen genomförd studie har preliminärt föreslagit idén att strukturerna på celler som är ansvariga för att känna av membranproteingradienterna är försvagade filopodia . Ju mer mängd filopodia som finns på framkanten av den migrerande cellen, desto mer känslig är cellen för den haptaktiska gradienten. Detta är viktigt eftersom det finns möjlighet att alla rörliga celler som visar filopodia kan reagera på haptotaktiska gradienter. Det krävs ytterligare forskning i ämnet, men det är tydligt att fler och fler sorters celler genomgår haptotaxi än vad man ursprungligen trodde.
Terapeutiska användningar
Placeringen av haptotaktiska molekyler skulle gynnas mest i situationer där ett ökat antal celler krävs för att flytta till en önskad plats för att hjälpa läkningsprocessen antingen direkt eller genom deras cellprodukter. Införandet av haptaktiska peptider kan hjälpa till att läka flera sjukdomar som diabetes mellitus , hemofili A- och B-brister och Parkinsons sjukdom . De haptoktatiska molekylerna skulle spela en roll i läkningen genom att begränsa andra biokonstruerade celler som har förmågan att producera de nödvändiga cellprodukterna till det önskade området av kroppen där terapi behövs. Denna applikation kan också användas vid sårläkning, där ett ökat antal fibroblaster och keratinocyter hjälper till med återgranularisering av sår, vilket minskar den totala läkningstiden. När det gäller proteser är det en utmaning att få protesanordningen att integreras framgångsrikt med vävnaden. När protesens yta är belagd med haptaktiska material, hjälper protesen att bilda kovalenta bindningar med cellerna och blir säkert fäst vid cellskiktet. Även om haptotaxi kanske inte förekommer i denna process, visar det på mångfalden med vilken denna kunskap om haptotaxi kan användas.
Se även
externa länkar
- "Cellular Migration" - University of California, Berkeley, 2003. Cell and Tissue Engineering webbplats.