Uusi tutkimus valottaa aiemmin mysteeriksi jäänyttä imusuonten palapelimäista muotoa

Wihurin tutkimuslaitoksen johtajan, professori Taija Mäkisen johtama tutkimus paljastaa, kuinka imusuonet mukautuvat kudosten turvotukseen repeytymättä. Imusuonten palapelimäinen solumuoto auttaa soluja sietämään mekaanista rasitusta.

Imusuonisto on keskeinen järjestelmä kehon nestetasapainon ylläpitämisessä ja immuunipuolustuksen tukemisessa. Imusuonet koostuvat yksikerroksisesta endoteelisolukosta, joka mahdollistaa nesteiden, solujen ja suurten molekyylien siirtymisen ympäröivistä kudoksista. Näiden suonien on oltava erittäin läpäiseviä ottaakseen tehokkaasti nestettä vastaan, mutta samalla joustavia, jotta ne kestävät äkillisiä kudoksen nestetilavuuden muutoksia, kuten turvotusta, repeämättä.

Uudessa Nature-lehdessä julkaistussa tutkimuksessa professori Taija Mäkisen tutkimusryhmä selvitti, miten tämä ohut endoteelisolukerros pystyy säilyttämään eheytensä vaihtelevissa nestepaineolosuhteissa. Tutkimuksessa havaittiin, että ratkaiseva tekijä on solujen kyky jatkuvasti mukauttaa ainutlaatuista muotoaan.

“On jo pitkään tiedetty, että imusuonten kapillaarien endoteelisolut muistuttavat muodoltaan tammen lehtiä tai palapelin paloja. Tämän erikoisen muodon syy on kuitenkin ollut arvoitus, eikä sitä ole aiemmin onnistuttu jäljittelemään viljellyissä soluissa”, kertoo tutkimusta johtanut Taija Mäkinen. “Tutkimuksessamme havaitsimme, että kun viljeltyjä endoteelisoluja altistettiin jaksottaiselle monisuuntaiselle venytykselle, ne saivat palapelimäisen muodon piirteitä ja lisäsivät päällekkäisyyttä naapurisolujen kanssa.”

Mielenkiintoista on, että samanlainen palapelimäinen solumuoto esiintyy täysin erilaisessa solutyypissä – kasvien lehtien pinnalla. Kasveilla tämä muoto auttaa soluja kestämään sisäistä nestepainetta, joka on elintärkeää kasvin kasvulle ja rakenteen tukemiselle.

“Kasvien solujen palapelimäistä muotoa säätelee tietty signaalireitti, joka ohjaa solujen tukirangan järjestäytymistä, ja vastaava reitti on myös imusuonten endoteelisoluissa”, Taija Mäkinen selittää.

“Kun estimme tämän reitin viljellyissä endoteelisoluissa, venytyksen aiheuttama solujen päällekkäisyys väheni. Hiirillä, joilta puuttui yksi tämän reitin keskeisistä signaalimolekyyleistä, solujen muoto muuttui mutta myös imusuonten eheys ja toiminta heikkenivät. Tämä viittaa siihen, että palapelimäinen järjestäytyminen ja solujen lomittuminen ovat välttämättömiä imusuonten turvalliselle laajentumiselle, jolloin ne voivat repeämättä ottaa vastaan nestettä nestepaineen kasvaessa.”

Se, että palapelimäiset solut toimivat samalla tavalla sekä kasveissa että nisäkkäissä, viittaa perustavanlaatuiseen biologiseen periaatteeseen: tämä erottuva solumuoto parantaa rakenteellista vakautta eri eliöryhmissä. Kiinnostavaa on, että samaa periaatetta on hyödynnetty myös ihmisen suunnittelussa – esimerkiksi teiden päällystyskivet ovat usein aaltoilevia tai toisiinsa lukittuvia kestävyyden ja kulutuksenkeston parantamiseksi. Uusi tutkimus osoittaa, miten sama periaate auttaa soluja sietämään mekaanista rasitusta ja tarjoaa uusia näkemyksiä imusuonten toiminnasta niin terveydessä kuin sairauksissa.

“Tutkimuksemme keskeiset löydökset perustuivat kokeisiin, joissa merkitsimme yksittäisiä endoteelisoluja tai solujen tukirangan eri väreillä ja seurasimme yksittäisten solujen käyttäytymistä elävissä hiirissä minuuttien, tuntien tai jopa kuukausien ajan kaksifotonimikroskopian avulla”, Mäkinen kertoo.

“Tämä teknologia mahdollisti samojen solujen toistuvan kuvantamisen samassa hiiressä tarjoten ennennäkemätöntä tietoa niiden dynaamisesta mukautumisista kudosten olosuhteisiin.”

Uudet löydökset tehtiin Uppsalan yliopistossa, josta Mäkisen tutkimusryhmä on tämän vuoden alussa siirtynyt Wihurin tutkimuslaitokseen ja Helsingin yliopistoon. Helsingin Yliopiston HiLife-kuvantamisyksikköön ollaan juuri hankkimassa Jenny ja Antti Wihurin rahaston, Helsingin yliopiston sekä Suomen Akatemian yhteisesti rahoittama huipputason kaksifotonimikroskooppi. Uusi huipputeknologia tarjoaa tutkijoille mahdollisuuden uusiin löytöihin, jotka laajentavat ymmärrystä imusuonten rakenteesta ja toiminnasta.

Wihurin tutkimuslaitos on Jenny ja Antti Wihurin rahaston perustama ja ylläpitämä tutkimuslaitos, joka on keskittynyt sydän- ja verisuonitutkimukseen. Kansainvälisesti merkittäviä tuloksia saavuttanut tutkimuslaitos toimii Biomedicum Helsinki -tutkimuskeskuksessa Meilahdessa.

Artikkelin pääkuva: Palapelimäinen muoto hiiren imusuonen endoteelisoluissa (ylhäällä, kuvan ottanut Hans Schoofs), kasvin lehden pinnan soluissa (keskellä, muokattu ©2018, Sapala et al, käytetty CC BY 4.0 -lisenssillä https://doi.org/10.7554/eLife.32794) ja Helsingin Lasipalatsin sisäpihan kukkuloiden päällyskivissä (alhaalla, kuvan ottanut Taija Mäkinen).