В соединительной ткани человека обнаружена губчатая структура, способная накапливать жидкость

Рис. 1. Губчатая структура в соединительной ткани человека. А: вверху — подкожная соединительная ткань (дерма), окрашенная гематоксилином-эозином (ядра клеток — синие, сами клетки и межклеточные волокна — розовые); внизу — она же, окрашенная антителами к CD34 (маркер эндотелиальных клеток, выстилающих сосуды) и микроскопическая фотография открытой структуры in vivo. В: схематическое изображение тела человека и областей, в которых обнаружены аналогичные структуры. Изображение из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Современные методы микроскопии и заморозки биологических образцов позволили разглядеть структуру, до сих пор ускользавшую от взгляда гистологов. Стопка волокон межклеточного вещества на поверку оказалась сдувшейся губчатой сетью, в ячейках которой расположены клетки. Подобные структуры удалось обнаружить вокруг всех органов человека, способных к растяжению, — от кожи до желчного пузыря. Судя по всему, они служат для амортизации тканей. Эта сеть способна не только накапливать, но и транспортировать жидкость, что может играть важную роль, например, в расселении раковых клеток.

Соединительные ткани — довольно разнородная группа, включающая в себя такие разные элементы, как кровь, кость, жир, сухожилия и др. Все они характеризуются большим количеством межклеточного вещества, но в зависимости от типа ткани клетки и вещество располагаются по-разному друг относительно друга. В крови клетки просто плавают в жидкости, в кости — наоборот, замурованы в костных пластинах, в подкожной дерме — создают сеть волокон и «ползают» по ней. Но совсем недавно оказалось, что мы знаем о соединительных тканях еще не всё и что в них можно обнаружить и другие, неизвестные нам структуры.

Исследовать живого человека в микроскоп довольно непросто: он большой и непрозрачный. Но благодаря конфокальной микроскопии можно заглянуть вглубь человеческих тканей на несколько десятков микрон (то есть на несколько сотых долей миллиметра). Этого достаточно, чтобы рассмотреть соединительные ткани в коже или слизистых оболочках. Эндомикроскопы позволяют разглядывать внутренние полые органы. Например, можно завести зонд с микроскопом в проток желчного пузыря и исследовать его стенку на предмет новообразований. Однако для конфокальной микроскопии необходимы светящиеся красители. Часто для этих целей используют флуоресцеин — органический краситель, безопасный для человека. Его вводят в сосудистое русло, а затем по светящимся линиям на снимке восстанавливают расположение сосудов в исследуемом органе. Такие исследования in vivo («вживую») выявляют тканевые структуры гораздо лучше, чем исследования in vitro («в пробирке») — в первую очередь потому, что не требуют фиксации (см. Fixation) образца.

При исследованиях in vitro образец ткани, который вырезают для изготовления препарата, обрабатывают фиксирующим раствором, чтобы избежать разложения. Но при такой обработке ткани всё равно могут портиться. Например, самый известный фиксатор, формалин (который, впрочем, сейчас практически нигде не используется), образует сшивки между белками. При этом ткань может дополнительно уплотниться и потерять изначальную структуру. До недавнего времени, кода еще не применялись исследования in vivo, считалось, что в стенках растяжимых органов присутствует прослойка из коллагеновых фибрилл — белковых пучков, составляющих межклеточное вещество соединительной ткани. Использование альтернативы фиксации — прижизненной микроскопии и быстрой заморозки, при которой ткань не успевать деградировать, — показало, что белковые пучки на самом деле представляют собой рыхлую губчатую сеть (рис. 2).

Рис. 2. Сравнение замороженных и фиксированных тканей желчных протоков. G: слева — замороженный образец, звездочками обозначены полости; справа — фиксированные образцы с разными окрасками, стрелками отмечены схлопнувшиеся и исчезнувшие полости. Н: вверху — замороженные образцы, внизу — фиксированные, окрашенные на маркеры кровеносных сосудов (слева) и лимфатических сосудов (справа). Изображение из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Эту губчатую структуру исследователи обнаружили еще в 2011 году с помощью эндомикроскопии (C. S. Loeser, M. E. Robert et al., 2011. Confocal Endomicroscopic Examination of Malignant Biliary Strictures and Histologic Correlation With Lymphatics). Но тогда они решили, что перед ними сосудистая сеть, и не обратили на нее особенного внимания. Авторы обсуждаемой статьи пошли дальше: они брали у пациентов образцы тканей, замораживали их и окрашивали для более подробного микроскопического исследования (рис. 3).

Рис. 3. Ход обсуждаемого исследования. А — биопсия желчевыводящих путей, В — конфокальная эндомикроскопия in vivo, С — резекция части протока, D — замораживание, Е — конфокальная микроскопия препарата, F — нарезка препарата и флуоресцентная микроскопия среза. Изображение из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Оказалось, что наблюдаемая структура совсем не напоминает ни сосудистую сеть, ни сплошной коллагеновый слой. Среди пучков коллагена обнаружились полости, а в них — одиночные клетки соединительной ткани (рис. 4).

Рис. 4. Схематическое изображение губчатой структуры, наполненной жидкостью. Mucosa — слизистая оболочка, Collagen bundles — волокна коллагена, CD34 positive lining cells — клетки, содержащие CD34 (маркер клеток соединительной ткани и стенок сосудов), Fluid filled space — пространство с жидкостью. Изображение из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Эта конструкция не похожа на сосуды, имеющие непрерывную выстилку из клеток. Она не похожа и на соединительную ткань, где клеток больше, а межклеточное вещество более равномерное и не содержит полостей. Иными словами, она не соответствует ни одной известной нам тканевой структуре. При этом занимает до 90% толщины стенки желчевыводящих путей.

Чтобы определить возможные происхождение и функцию этой структуры, ученые охарактеризовали находящиеся в ней клетки. Они несут на себе маркер CD34 (характерный для соединительной и кроветворной тканей, а также стенок сосудов) и маркер D2-40, окрашивающий клетки лимфатических сосудов (см. рис. 2). Маркеров мышечных и стволовых клеток у них не нашли. По форме и строению эти клетки напоминают фибробласты — подвижные распластанные клетки соединительной ткани — и совсем не похожи на выстилку сосудов (рис. 5).

Рис. 5. Электронная микроскопия открытой губчатой структуры. А — меньшее увеличение, В — большее (увеличена центральная область с фото A). Звездочками обозначены пучки коллагена, стрелками — загадочные новые клетки. Длина масштабных отрезов — 1 мкм. Изображение из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

С помощью того же метода — инъекции флуоресцеина и конфокальной микроскопии in vivo — авторы статьи обнаружили эти структуры и в других частях организма: в дерме кожи, пищеварительной системе, мочевом пузыре, вокруг бронхов, сухожилий, артерий и вен.

Итак, новая структура не является ни кровеносным, ни лимфатическим сосудом. Но, поскольку она может заполняться жидкостью, можно предположить, что она служит между ними своеобразным посредником. Пространство между кровеносной и лимфатической системой изучали и раньше; тогда его называли интерстицием, но никто не предполагал наличие в нем такой структуры (K. Aukland, R. K. Reed, 1993. Interstitial-lymphatic mechanisms in the control of extracellular fluid volume). Можно представить себе, что жидкость, выходящая из крови в ткани, сначала собирается в этих полостях, а уже оттуда поступает в лимфу и по лимфатическим сосудам возвращается в кровоток. Для доказательства связи этих полостей с лимфатической системой авторы обсуждаемой статьи вводили татуировочный пигмент в слизистую оболочку. Через некоторое время они обнаруживали в полостях макрофаги — фагоцитирующие иммунные клетки, призванные уничтожить инородные вещества. Затем эти макрофаги мигрировали в локальные иммунные органы (рис. 6).

Рис. 6. Последствия инъекции татуировочного пигмента в слизистую оболочку толстой кишки. А — общий вид среза, В — увеличенный фрагмент (сиреневые клетки с черными гранулами пигмента внутри — макрофаги), С — фрагмент лимфатического узла, куда мигрировали макрофаги. Изображение из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Последствия обнаружения новой тканевой структуры еще только предстоит осознать. Во-первых, стоит отметить, что для водозапасающей полости ее структура довольно необычна. Как правило, межклеточное вещество изолировано от жидкости с помощью базальной мембраны (белково-углеводной прослойки) и клеточной выстилки. Так устроены сосуды и другие полые органы у человека. Есть только одно принципиальное исключение — почки: в них волокна соединительной ткани работают как фильтр, превращая кровь в мочу. В большинстве органов базальная мембрана и клеточный слой позволяют регулировать передвижение жидкости и веществ между тканями и полостями. В случае новой структуры регуляцией заниматься некому.

Во-вторых, функции этой губчатой структуры до конца не определены. Логичнее всего предположить, что она работает амортизатором в растяжимых органах. Однако это не означает, что эта функция единственная. Зато, в-третьих, новая структура может сыграть роль в патогенезе различных заболеваний. Например, она может оказаться еще одним путем миграции раковых клеток. Известно, что опухоли «недолюбливают» кровеносные сосуды, так как в них находятся иммунные клетки. А губчатая сеть, заполненная жидкостью, вполне может быть альтернативным маршрутом (E. K. Rofstad et al., 2014. Tumor Interstitial Fluid Pressure — A Link between Tumor Hypoxia, Microvascular Density, and Lymph Node Metastasis). Причем, так как транспорт по ней не регулируется напрямую, метастазы в ней могут оказаться неуловимыми.

Источник: Petros C. Benias, Rebecca G. Wells, Bridget Sackey-Aboagye, Heather Klavan, Jason Reidy, Darren Buonocore, Markus Miranda, Susan Kornacki, Michael Wayne, David L. Carr-Locke & Neil D. Theise. Structure and Distribution of an Unrecognized Interstitium in Human Tissues // Scientific Reports. 2018. DOI: 10.1038/s41598-018-23062-6.

Полина Лосева