De geheimzinnige krachten van pericyten
Leidse onderzoekers hebben een manier gevonden om de minieme krachten te meten die worden veroorzaakt door pericyten, een van de meest ongrijpbare celtypes in het lichaam, die deel uitmaken van haarvaten. Zulk onderzoek zou op den duur kunnen leiden tot behandelingen voor aandoeningen als ischemie.
Je zou ze de geheime cellen kunnen noemen, omdat ze zo moeilijk te onderzoeken zijn, of zelfs maar te vinden en van andere cellen te onderscheiden zijn. Olga Iendaltseva is de eerste auteur van een artikel in Stem Cell Reports, dat eindelijk een manier biedt om pericyten te bestuderen - cellen die deel uitmaken van de wand van de dunste bloedvaten: de haarvaten.
Pericyten spelen een belangrijke rol in veel organen omdat ze bepalen hoe veel bloed er door de haarvaten stroomt. 'In de hersenen helpen ze bij het plaatselijk en precies reguleren van de doorbloeding om bepaalde gebieden van zuurstof te voorzien,' zegt Iendaltseva. Dit is wat er zichtbaar wordt gemaakt op fMRI-hersenscans. In andere lichaamsdelen, zoals de penis of de benen, is hun hoofddoel het reguleren van de zwelling, of het versterken van het weefsel tegen hoge bloeddruk.
Althans, dat is wat onderzoekers denken, want over de precieze functie van pericyten wordt nog gedebatteerd. 'Pericyten zijn heel lastig te onderzoeken,' zegt Iendaltseva. Eén reden daarvoor is dat ze heel klein zijn: de haarvaten waar ze deel van uitmaken zijn slechts zo'n acht micrometer dik, en de pericyten zitten ingebed in de vaatwand. Daarom zijn ze op gewone microscopen lastig te onderscheiden.
Lastig te onderzoeken
Nog een reden is dat pericyten erg veel lijken op vergelijkbare cellen in dikkere vaten. Eigenlijk is er een geleidelijke overgang van de gladde spiercellen die in dikkere vaten zitten naar pericyten, een overgang die afhangt van de hoeveelheid smooth muscle actin (SMA), een eiwit. Bloedvaten die zich vertakken in steeds dunnere haarvaten hebben steeds minder van dat eiwit in deze cellen.
Iendaltseva, samen met de onderzoeksgroepen van Erik Danen van het LACDR en Thomas Schmidt van het LION, beschrijft een nieuwe methode om deze geheimzinnige cellen te bestuderen, door ze in het lab, in vitro te kweken.
'Ook dat is lastig, omdat pericyten niet met de gebruikelijke methoden gekweekt kunnen worden,' zegt Iendaltseva. Daarom gebruikten de onderzoekers pericyten die voortkomen uit Induced Pluripotent Stem Cells, gemaakt doro Valeria Orlova en Christine Mummery van het LUMC. 'Het Mummery lab heeft een protocol ontwikkeld om functionele pericyten te maken uit pluripotente stamcellen, dat zijn cellen die nog de mogelijkheid hebben om zich tot ieder ander celtype te ontwikkelen.'
Pilaartjes
In haarvatweefsel zijn pericyten verbonden met endotheelcellen die de binnenste wand van het haarvat vormen. Daartussen zit een laag die bestaat uit het eiwit laminine. Gebaseerd op elektronenmicroscopiebeelden leek het erop dat pericyten zich hechten aan micrometergrote stippen van het stevigere eiwit fibronectine die in de lamininelaag ingebed zijn.
'We hebben een ondergrond met een micropatroon gemaakt waarbij we kleine stippen fibronectine plaatsten om dit complexe ontwerp na te bootsen. We zagen dat pericyten zich inderdaad graag hechten aan de fibronectinestippen in plaats van het laminine.
De volgende vraag was of zulke fibronectinestippen ook als ankerpunten konden dienen voor het uitoefenen van krachten door pericyten. Hiervoor gebruikten de onderzoekers een systeem van micrometergrote micro-pilaartjes om de krachten te meten die de pericyten uitoefenen.
'Dat werkt zo: de cel ligt bovenop de micropilaartjes als op een spijkerbed. Als de cel een kracht uitoefent, buigen de pilaartjes. Op de uiteinden van de pilaartjes zitten fluorescent gelabelde fibronectine, dus de pericyten kunnen zich daaraan hechten zoals ze dat ook in echte cellen doen. Vervolgens kunnen we een fluorescentiemicroscoop gebruiken om de toppen van de pilaartjes te zien. Door te meten hoeveel die afbuigen, kunnen we de kracht berekenen die de pericyten erop uitoefenen.'
Therapieën
Met veel werk en geduld lukte het Iendaltseva om deze experimenten uit te voeren. 'Het lijkt erop dat de kracht afhangt van de stijfheid van het onderliggende materiaal', zegt ze. De kracht is het kleinst als die stijfheid in een middenbereik van 15 tot 25 kilopascal zit. Daaronder en daarboven neemt de kracht toe en veranderen de cellen van vorm.
'Dat is logisch voor de haarvaten: als de bloeddruk toeneemt, wordt de vaatwand stijver, en neemt de kracht van de pericyt toe om het uitrekken van het haarvat tegen te gaan.'
'Ons model maakt het mogelijk om ook te experimenteren met andere omstandigheden, bijvoorbeeld als de cellen weinig zuurstof krijgen', zegt Iendaltseva. Bij ischemie, een aandoening waarbij de bloedtoevoer afgeknepen wordt, zouden de pericyten wel eens een rol kunnen spelen in de mate van beschadiging. Het model kan dan gebruikt worden om zulke medisch relevante mechanismen op te helderen, en misschien ook om nieuwe therapieën te ontwikkelen.
Iendaltseva: 'Er zijn veel tegenstrijdige onderzoeksresultaten op dit gebied, maar ons model laat duidelijk zien dat pericyten echt krachten uitoefenen op de haarvaten, met gebruik van de fibronectinestippen. En daarnaast biedt het een goed beheersbare, in vitro methode om pericyten te onderzoeken onder normale en pathologische omstandigheden.'