Nr. 9/ maj /2007 89. årgang Genoptræning Johnny Kuhr har besøgt et sygehus og en kommune for at se på genoptræningsplaner. Side 14 Fysioterapeuten www.fysio.dk Cellen Viden om cellens evne til sansing skaber forståelse for, hvordan fysioterapeutisk behandling påvirker celle og væv. SIDE 8
Mekanisk påvirkning af cellen Ny indsigt i cellens opbygning skaber forståelse for effekten af fysioterapi på for eksempel muskler, sener og bindevæv AF TORBEN LUND, FYSIOTERAPEUT, EXAM. SCIENT OG HENNING LANGBERG, FYSIOTERAPEUT, CAND.SCIENT., PH.D. ILLUSTRATION KRISTOF BIEN OG TORBEN LUND indgang I denne artikel introduceres den nyeste viden om, hvordan den levende celle påvirkes af eksterne mekaniske kræfter. Et fællestræk ved mange fysioterapeutiske teknikker er, at de virker gennem en mekanisk påvirkning af patientens krop og forskellige vævstyper (1). Specifik manuel terapi i form af mobilisering, massage, tværmassage, udspænding, akupunktur, osteopatiske teknikker som myofascial release, mm. er teknikker, som åbenlyst påvirker vævet og dermed cellerne og den ekstracellulære matrix i form af stræk, vrid, rotation og kompression. Tidligere forskning har overvejende haft til formål at måle effekten af behandlingen på f. eks. smerte, blodgennemstrømning og lokal metabolisme indgang mere end at kortlægge de mekanismer, Forskningen i cellebiologi giver som ligger til grund for denne effekt. en vigtig brik i forståelsen af effekten af behandlingsmetoder som til at stå alene uden fokus på, hvordan Hermed kommer den kliniske evidens ofte for eksempel myofascial release, denne effekt er opnået. udspænding og akupunktur teknikker. Fysioterapeuten bringer i fuldstændig forståelse af mekanismerne Der foreligger således endnu ingen den kommende tid en række artikler, der sætter fokus på den del af kroskopisk plan (2). Dette til trods for at bag effekten af bl.a. massage på et mi- grundforskningen, der er relevant en sådan indsigt ville kunne målrette den for faget. fysioterapeutiske behandling af forskellige væv og forskellige patologier og tilføre faget evidens på et mikroskopisk plan. Trods intens forskning i knoglers, musklers og seners adaptation til fysisk træning, mangler der forsat viden om, hvordan cellerne reagerer på mekaniske stimuli ved træning (3). En af årsagerne til den manglende basale cellebiologiske indsigt har i høj grad været en mangel på egnede metoder, men også et resultat af at grundforskningen i cellebiologi gennem flere årtier har været domineret af en reduktionistisk tankegang med fokus på molekylærbiologi og de seneste år kortlægning af DNA. Herved har cellens mekaniske egenskaber ikke været levnet megen opmærksomhed (4). I enkelte forskerkredse er der i de seneste år imidlertidig blevet forsket intenst i, hvordan en kunstig fremstillet mekanisk påvirkning af individuelle celler Dette er den første af en række artikler, der formidler internationale forskningsresultater med relevans for anvendt fysioterapi. Der tages blandt andet udgangspunkt i kroppens mindste bestanddele, og teorierne er derfor blandt andet hentet fra grundforskningen i cellebiologi. Teorierne vil, i det omfang det er muligt, blive relateret til fysioterapeutiske behandlingsformer som: massage, myofascial release, mobilisering, osteopati, akupunktur, men også træning og udspænding. I denne artikel præsenteres ny viden om den levende celles fysiske opbygning og dens evne til at føle mekaniske påvirkninger. 4 Fysioterapeuten. nr. 22. december 2006
Figur 1. Skematisk oversigt over kroppens strukturelle biologiske hierarki. Øverst før udspænding og nederst under udspænding. Hvert niveau repræsenterer et selvstændig forskningsfelt, og udfordringen er og bliver i fremtiden at overføre evidens fra et niveau til et andet. på det mikroskopiske plan også medfører biologisk respons. Cellens signaler kommer således ikke kun fra proteiner og molekyler, men overskygges af og til af de signaler, som kommer fra det fysiske miljø og mekaniske påvirkninger (5). PÅVIRKNING AF KEMIEN I CELLEN En lang række teknikker har gennem tiden været benyttet til at klarlægge cellers respons på mekanisk påvirkning. Alle teknikker har det tilfælles, at de kan påvirke en enkelt celle ad gangen under kontrollerede forhold. Denne forskning foregår i cellekulturer og bekræfter, at mekanisk påvirkning har direkte indflydelse på næsten alle cellens funktioner som mobilitet, proteinsyntese, gen-ekspression, vækst, differentiering, overlevelse og død. Mekanisk påvirkning af cellen medfører således ikke kun ændring af cellens facon, men har også indflydelse på den cellulære biokemi (6;7). Når der er tale om et mekanisk stimuli kaldes denne form for cellulær signaltransduktion for mekanotransduktion. Hidtil er forskningen, i hvordan mekaniske kræfter påvirker cellerne, foregået i isolerede cellekulturer. Traditionelt forskes der i et to-dimensionelt miljø, hvor en isoleret celle er fikseret til et fast underlag f.eks. silikone, men i takt med øget viden om cellens interaktion med dens omgivelser (naboceller og den ekstra cellulære matrix) er der udviklet nye teknikker, og celler studeres nu overvejende i tre dimensioner (8-10) Det næste svære skridt er herefter at klarlægge, hvordan celler responderer på mekaniske påvirkninger i forskellige vævstyper (sene-, ligament-, muskel-, knoglevæv mm.). Vævene kan imidlertid i kliniske sammenhænge ikke betragtes isoleret, og den store forskningsmæssige udfordring ligger i at analysere og forstå, hvordan cellulær mekanotransduktion påvirker hele organer og endelig det enkelte menneske (se fig. 1). I de seneste år er det blevet muligt at analysere mekanotransduktion på levende dyr og sågar på mennesker (3). Forskningsresultater, som efterfølgende kan overføres til klinisk praksis og dermed direkte få indflydelse på den fysioterapeutiske behandling. Mekanotransduktion er imidlertid ikke begrænset til celler og væv i bevægeapparatet. Blandt andet hele vores kredsløb, hørelsen, og balancen er regulerede af følsomme mekanoreceptorer (4,11). For at forstå begrebet mekanotransduktion er det imidlertid nødvendig med en revideret opfattelse af den levende celles anatomi. For først herved opnås Fysioterapeuten. nr. 22. december 2006 5
Agranulært endoplasmatisk Mitokondrie Fastsiddende ribosom Golgi-apparat Cellemembran (plasmamembran) Cytosol Lysosomer Vesikel Frie ribosomer Proteintråde Kernelegeme Kernemembran Granulært endoplamatisk reticlum Figur 2. En typisk grafisk fremstilling af den menneskelige celle isoleret fra omgivelserne. I dette tilfælde imidlertid tegnet med proteintråde. Fra: Menneskets Fysiologi Hvile og arbejde. 2. udgave 2005. Med tilladelse fra FADL s Forlag. en logisk sammenhæng mellem påvirkning af ydre mekaniske kræfter og det cellulære respons. CELLEN LIGNER IKKE EN BALLON Den dominerende opfattelse er, at den levende celle er en ballon fyldt med vand, hvor organeller (cellekerne, centrioler, mitrokrondrier, ribosomer mm.) flyder rundt i cytoplasmaet. Cellemembranen beskrives som en dobbeltlaget lipidbarriere, der adskillelser cellens indre og ydre miljø. Den har til opgave at regulere, hvilke stoffer der passerer ind og ud af cellen (fig 2). Dette er en opfattelse, som har præget biologisk forskning i årtier og fortsat er at finde i mange lærebøger på højere læreanstalter. Dette billede af den levende celle er imidlertid ikke brugbart til en forståelse af, hvordan mekaniske kræfter regulerer aktivitet i cellen, idet den ikke tager højde for væsentlige strukturers funktion. De tekniske muligheder bliver konstant forbedret, og jo tættere forskere kommer på cellen, jo flere strukturer kan opserveres og analyseres. Vi ved nu, at cellen er fyldt med filamenter og fibre, og at pladsen er stærkt begrænset (12). Ikke nok med det, flere forskere peger på, at det vand, som cellen indeholder, er bundet til proteinstrukturerne i cellen (13-15). Integriner Aktinfilamenter Celle kerne Intermediafilamenter Mikrotubuli Ekstra cellulær matrix Figur 3. En realistisk fremstilling af cellen med cytoskeletet som via integriner i cellemembranen forbindes med den ekstra cellulære matrix. Herved kan eksterne kræfter overføres til cellekernen. Muskelkontraktioner kan således igangsætte processer i cellekernen og dermed bidrage til f.eks. hypertrofi i musklerne som respons på træning. Illustreret med inspiration fra Parsons s. 79 (26) og Jensen s. 197 (24). CELLEN HAR ET SKELET Store teknologiske fremskridt i form af nanoteknologi, mikromanipulation og biologisk billeddannelse har de seneste 5-10 år kunnet påvise, at den tidligere beskrivelse af den levende celle ikke er korrekt. I stedet er det vist, at cellens indre er koblet sammen via et fint netværk af molekyler også kaldet celleskelettet eller cytoskelettet. Cytoskelettet hænger tæt sammen med den ekstra cellulære matrix. Dette netværk forbinder cellekernen med indersiden af cellemembranen og stabiliserer cellen mekanisk, så cellen kan genere aktive kontraktioner på lige fod med det, vi kender fra muskler (16;17). I levende væv overføres mekanisk stress normalt til cellen via den ekstracellulære matrix, som holder cellerne sammen og sørger for mekanisk støtte til vævet. De mekaniske kræfter overføres til celleskelettet via såkaldte integriner i celleoverfladen. Disse transmembrane receptorer fungerer som koblinger mellem cellens indre og den ekstracellulær matrix via cytoskelettet (18-20). Det er interessant, at celler fra forskellige vævstyper (knogler, sener, brusk mm.) er specialiserede, hvilket blandt andet kan ses på den måde, de er koblet til den ekstra cellulære matrix på (21). Dette kan bidrage til forståelsen af f.eks. de mekanismer, som ligger bag akupunktur. Helene M. Langevin har således for nylig påvist, at rotationer af en 6 Fysioterapeuten. nr. 22. december 2006
akupunkturnål medfører, at de tilstødende kollagene fibre i den løse underhud vikles om nålen. Via de kollagene fibres kobling med integriner og cytoskelettet i fibroblasterne, har hun målt cellulære forandringer flere centimeter fra indstiksstedet. Denne påvirkning er resultatet af mekanotransduktion (22;23). CELLENS MUSKLER Cytoskelettet består af tre typer protein filamenter nemlig mikrofilamenter, mikrotubli og intermediære filamenter. Mikrofilamenterne er cellens muskler. De skaber spænding og trækker aktivt bl.a. cellemembranen mod cellekernen. Mikrofilamenterne har fået deres navn på grund af deres tykkelse (ca. 5-7 nm), men kaldes også for aktinfilamenter på grund af deres evne til at kontrahere sig. Aktinfilamenterne kan i visse celletyper have en højt organiseret og specialiseret struktur. Herved kan hurtige og kraftfulde formforandringer opnås, som vi kender fra muskelkontraktioner. Aktinfilamenterne er direkte bundet til de førnævnte integriner og er overvejende perifert placerede. Der er således direkte sammenhæng mellem den ekstracellulære matrix og den kontraktile del af cytoskelettet. Mikrotubuli er den stive del og dermed cytoskelettets knogler. Deres kraft virker modsat mikrofilamenterne ved at modvirke den indadrettede træk sammen med den ekstracellulære matrix og dette sikrer, at cellen ikke kollapser (16). Mikrotuboli forløberfra centrum af cellen nær kernen ud til cellens periferi. Mikrotubuli DEFINITIONER Den ekstracellulære matrix er det materiale, der omgiver celler. Ekstracellulær matrix består af en grundsubstans af især store molekyler, kollagen og elastin. Mekanotransduktion er fællesbetegnelsen for de mekaniske kræfter, som påvirker levende celler, og som fører til en kemisk reaktion i cellerne. Integriner består af en stor familie af transmembrane sensorer, som formidler signaler gennem proteiner i den ekstracellulære matrix i cellens indre. Tensegrity er en sammentrækning af tension og integrity. Et begreb som oprindeligt er brugt i bygningsarkitekturen, men som også kan benyttes i beskrivelsen af de fysiske komponenter, der stabiliserer cellemembranen på den levende celle. er desuden ansvarlige for den indre organisation, det vil sige fastholdelse og transport af organeller i cellen (24). Den sidste komponent af cytoskelettet er de intermediære filamenter. De har fået deres navn, fordi de er tykkere end aktinfilamenterne og tyndere end mikrotubuli. Disse filamenter integrerer de øvrige to typer og holder cellekernen på plads. Ordet cytoskelet antyder måske, at der er tale om et relativt fasttømret stillads, men det er bestemt ikke tilfældet. fakta om... Cytoskelettet er i de fleste celler under På Donald Ingbers hjemmeside er konstant remodulering, hvor de forskellige det muligt at se animerede figurer elementer i cellen forkortes, forlænges af cellen og dermed tensegrityprincippet. Her kan man også og ændrer position. Donald Ingber og hans gruppe har ved hjælp af mikropipetter kunne påvise, at et mekanisk træk http://web1.tch.harvard.edu/re- downloade mange af hans artikler. i celleoverfladen øjeblikkeligt medførte search/ingber/homepage.htm. strukturændringer i cellekernen (16). Andre har tidligere defineret cytoskelettets funktion således: cytoskelettet funktion er at koble cellekernen og plasmamembranen sammen, så ydre stimuli transmitteres til cellekernen, og der kan påbegyndes et passende respons (25). Samlet set er der således klar evidens for en fysisk kobling mellem cellemembran, cytoskelettet og cellekernen(27;28) Heller ikke cytoskelettets mekaniske egenskaber er forbigået forskeres nysgerrighed. Der er for nylig lykkedes forskere at påvise viskoelastiske egenskaber hos cytoskelettet på lige fod med det, som vi kender fra muskel-sene komplekset(29) CELLEN LIGNER GLOBEN I STOKHOLM Viden fra bygningsarkitektur har bidraget til en bedre forståelse af den levende celles tredimensionelle arkitektur. Det hedder tensegrity og er en sammentrækning af tension (spænding) og integrity (integritet). Tensegrity anvendes normalt om et bygningsmæssigt princip (den geodætiske kuppel som f.eks. Globen i Stokholm). Teorien bruges til at beskrive tredimensionelle strukturer, hvis stabilitet primært afhænger af en konstant balance mellem spænding og kompression og mellem kræfter, der udvider og samler strukturen (se figur 4). Begrebet er siden hen overført til den biologiske verden bl.a. til at beskrive arkitekturen i den levende celle (16;30;31) I starten blev teorien beskrevet ud fra teoretiske beregninger, men avanceret fototeknik har gjort det muligt at påvise, at cytoskelettet er konstrueret ud fra teorien om tensegrity (17). Fysioterapeuten. nr. 22. december 2006 7
Figur 4. Simpel skematisk tegning af tensegrity princippet. På denne måde har mekaniske kræfter fra den ekstracellulære matrix fysisk forbindelse med cellekernen. Ifølge teorien vil celler kun være i stand til at opfange ydre påvirkninger, hvis cytoskelettet opretholder cellemembranen med en hvis grundspænding. Tensegrity princippet indebærer, at en påvirkning et givent sted på cellemembranen også giver anledning til respons et andet sted. Således vil eksterne påvirkninger som muskelkontraktioner kunne igangsætte processer i cellekernen og muliggøre, at muskler f.eks. reagerer med hypertrofi som respons på træning. Tensegrity teorien har fået så stor udbredelse, at det betragtes som et nyt mekanisk paradigme, som midlertidig også er blevet kritiseret (32). Teorien benyttes overvejende inden for cellebiologi, men er også at finde i behandlerverdenen. Osteopater har i flere år brugt tensegrity teorien til at forklare mekanismerne bag manuelle teknikker (26). CELLENS RESPONS PÅ TRÆNING Det er nu alment accepteret, at cellefunktioner reguleres af mekaniske kræfter, som blandt andet påvirker celledifferentiering, celleformering og gener (31). Som ovenfor beskrevet vil en fysisk påvirkning af cellen i forbindelse med en ydre mekanisk påvirkning kunne være starten til en induktion af cellulære processer. Dette er kendt fra knogler (33) og fra muskler, hvor træning påvirker muskelcellen og inducerer syntese af kontraktive proteiner og resulterer i hypertrofi af musklen. Egen forskning har også vist, at langvarig belastning resulterer i en nydannelse af akillessenens strukturelle proteiner (kollagen) (34-37). Denne kobling af mekanisk belastning og cellulært respons sker som et resultat af cellens tensegrity. Cellernes respons på træning og immobilisering vil blive udførligt beskrevet i en senere artikel. NY INDSIGT I VÆVSADAPTATION Forskningen i cellebiologi kan derfor bidrage til en øget indsigt i blandt andet musklers og seners tilpasning til træning og daglig funktion. Den levende celles fysiske strukturer er dermed blevet vigtige brikker i forståelsen af de grundlæggende sammenhænge mellem celleform og cellefunktion, og mellem fysiske kræfter og de biokemiske reaktioner. For fysioterapeuter er biomekaniske overvejelser på det makroskopiske plan en selvfølge. Med denne cellulære tensegrity teori er der skabt teoretisk kobling mellem biomekanik og kroppens mindste bestanddele, de levende celler. Fremtiden vil give en dybere forståelse af, hvordan fysioterapeutiske interventioner påvirker kroppens celler og derigennem igangsætter de biokemiske processer, der er afgørende for behandlingens helbredende effekt. I næste artikel præsenteres opdaterede informationer om den mest centrale del af bindevævet, nemlig fibroblasten. I denne sammenhæng uddybes begrebet mekanotransduktion. Korrespondance: Torben Lund: lund@fysiolab.dk Henning Langberg: langberg@fysiolab.dk UDDRAG AF REFERENCELISTE Den komplette referenceliste kan downloades fra fysio. dk->bilag til artikler 6. Alenghat FJ, Ingber DE. Mechanotransduction: all signals point to cytoskeleton, matrix, and integrins. Sci STKE 2002 Feb 12;2002(119):E6. 10. Pedersen JA, Swartz MA. Mechanobiology in the third dimension. Ann Biomed Eng 2005 Nov;33(11):1469-90. 17. Ingber DE. The mechanochemical basis of cell and tissue regulation. Mech Chem Biosyst 2004 Mar;1(1):53-68. 22. Langevin HM, Bouffard NA, Badger GJ, Churchill DL, Howe AK. Subcutaneous tissue fibroblast cytoskeletal remodeling induced by acupuncture: evidence for a mechanotransduction-based mechanism. J Cell Physiol 2006 Jun;207(3):767-74. 30. Ingber DE. Tensegrity I. Cell structure and hierarchical systems biology. J Cell Sci 2003 Apr 1;116(Pt 7):1157-73. 31. Galli C, Guizzardi S, Passeri G, Macaluso GM, Scandroglio R. Life on the wire: on tensegrity and force balance in cells. Acta Biomed Ateneo Parmense 2005 Apr;76(1):5-12. 8 Fysioterapeuten. nr. 22. december 2006
Mekanisk påvirkning af cellen Referenceliste til artikel bragt i Fysioterapeuten nr. 22 2006. Af Torben Lund og Henning Langberg 1. Lederman E. The Science and Practice of Manual Therapy. second ed. Elsevier Churchill Livingstone; 2005. 2. Dryden T, Baskwill A, Preyde M. Massage therapy for the orthopaedic patient: a review. Orthop Nurs 2004 Sep;23(5):327-32. 3. Ingber DE. Tissue adaptation to mechanical forces in healthy, injured and aging tissues. Scand J Med Sci Sports 2005 Aug;15(4):199-201. 4. Ingber DE. Cellular mechanotransduction: putting all the pieces together again. FASEB J 2006 May;20(7):811-27. 5. Janmey PA, Weitz DA. Dealing with mechanics: mechanisms of force transduction in cells. Trends Biochem Sci 2004 Jul;29(7):364-70. 6. Alenghat FJ, Ingber DE. Mechanotransduction: all signals point to cytoskeleton, matrix, and integrins. Sci STKE 2002 Feb 12;2002(119):E6. 7. Ko KS, McCulloch CA. Intercellular mechanotransduction: cellular circuits that coordinate tissue responses to mechanical loading. Biochem Biophys Res Commun 2001 Aug 3;285(5):1077-83. 8. Grinnell F. Fibroblast biology in three-dimensional collagen matrices. Trends Cell Biol 2003 May;13(5):264-9. 9. Jiang H, Grinnell F. Cell-matrix entanglement and mechanical anchorage of fibroblasts in three-dimensional collagen matrices. Mol Biol Cell 2005 Nov;16(11):5070-6. 10. Pedersen JA, Swartz MA. Mechanobiology in the third dimension. Ann Biomed Eng 2005 Nov;33(11):1469-90. 11. Orr AW, Helmke BP, Blackman BR, Schwartz MA. Mechanisms of mechanotransduction. Dev Cell 2006 Jan;10(1):11-20. 12. Luby-Phelps K. Cytoarchitecture and physical properties of cytoplasm: volume, viscosity, diffusion, intracellular surface area. Int Rev Cytol 2000;192:189-221. 13. Pollack GH. Cells, Gels and the Engines of Life. Seattle, Washington: Ebner & Sons; 2001. 14. Ling GN. Life at the Cell and Below-Cell Level: The Hidden History of a Fundamental Revolution in Biology. New York: Pacific Press; 2001.
15. Chaplin M. The Importance of Cell Water. ISIS Press Release 2004. 16. Ingber DE. The architecture of life. Sci Am 1998 Jan;278(1):48-57. 17. Ingber DE. The mechanochemical basis of cell and tissue regulation. Mech Chem Biosyst 2004 Mar;1(1):53-68. 18. Oschman J. Energy Medicine in Therapeutics and Human Performance. Butterworth- Heinemann; 2003. 19. Horwitz AF. Integrins and health. Sci Am 1997 May;276(5):68-75. 20. Oschman J. Energy Medicine The Scientific Basis. Edinburg: Churchill Livingstone; 2000. 21. Ingber DE. Mechanical control of tissue growth: function follows form. Proc Natl Acad Sci U S A 2005 Aug 16;102(33):11571-2. 22. Langevin HM, Bouffard NA, Badger GJ, Churchill DL, Howe AK. Subcutaneous tissue fibroblast cytoskeletal remodeling induced by acupuncture: evidence for a mechanotransduction-based mechanism. J Cell Physiol 2006 Jun;207(3):767-74. 23. Langevin HM, Churchill DL, Cipolla MJ. Mechanical signaling through connective tissue: a mechanism for the therapeutic effect of acupuncture. FASEB J 2001 Oct;15(12):2275-82. 24. Jensen PV, Prentø P. Cellebiologi, Cellens organisation og livsprocesser. 2 ed. København: Gads Forlag; 2003. 25. Scott JA. The role of cytoskeletal integrity in cellular transformation. J Theor Biol 1984 Jan 21;106(2):183-8. 26. Parsons J, Marcer N. Osteopathy : models for diagnosis, treatment and practice. Edinburgh: Churchill Livingstone; 2006. 27. Pienta KJ, Coffey DS. Nuclear-cytoskeletal interactions: evidence for physical connections between the nucleus and cell periphery and their alteration by transformation. J Cell Biochem 1992 Aug;49(4):357-65. 28. Pienta KJ, Coffey DS. Cellular harmonic information transfer through a tissue tensegritymatrix system. Med Hypotheses 1991 Jan;34(1):88-95. 29. Kumar S, Maxwell IZ, Heisterkamp A, Polte TR, Lele TP, Salanga M, et al. Viscoelastic retraction of single living stress fibers and its impact on cell shape, cytoskeletal organization, and extracellular matrix mechanics. Biophys J 2006 May 15;90(10):3762-73. 30. Ingber DE. Tensegrity I. Cell structure and hierarchical systems biology. J Cell Sci 2003 Apr 1;116(Pt 7):1157-73. 31. Galli C, Guizzardi S, Passeri G, Macaluso GM, Scandroglio R. Life on the wire: on tensegrity and force balance in cells. Acta Biomed Ateneo Parmense 2005 Apr;76(1):5-12.
32. Ingber DE. Opposing views on tensegrity as a structural framework for understanding cell mechanics. J Appl Physiol 2000 Oct;89(4):1663-70. 33. Schwarts P, Eriksen E, Thorsen K. Bone tissue - bone training. Textbook of Sports Medicine, Basic science and clinical aspects of sports injury and physical activity. Kjær M ed. 2003. p. 173-86. 34. Langberg H, Skovgaard D, Petersen LJ, Bulow J, Kjaer M. Type I collagen synthesis and degradation in peritendinous tissue after exercise determined by microdialysis in humans. J Physiol 1999 Nov 15;521 Pt 1:299-306. 35. Langberg H, Skovgaard D, Asp S, Kjaer M. Time pattern of exercise-induced changes in type I collagen turnover after prolonged endurance exercise in humans. Calcif Tissue Int 2000 Jul;67(1):41-4. 36. Langberg H, Rosendal L, Kjaer M. Training-induced changes in peritendinous type I collagen turnover determined by microdialysis in humans. J Physiol 2001 Jul 1;534(Pt 1):297-302. 37. Langberg H, Ellingsgaard H, Madsen T, Jansson J, Magnusson P, Aagaard P, et al. Eccentric rehabilitation exercise increases peritendinous type I collagen synthesis in humans with Achilles tendinosis. Scand J Med Sci Sports 2006 Jun 19.
Fibroblasten hersker lokalt, men Cellerne i kroppen har en langt mere omfattende evne til at føle deres omgivelser end tidligere antaget. Artiklen beskriver det teoretiske grundlag for cellernes respons på fysioterapi AF FYSIOTERAPEUTERNE TORBEN LUN D, EXAM. SCIENT, HEN NIN G LAN GBERG, CAN D. SCIENT. PH.D. ILLUSTRATIO NER TORBEN LUN D indgang Denne artikel er en forlængelse af artiklen Mekanisk påvirkning af cellen (nr. 22 2006). Her beskrev vi, hvordan tre fi lamenttyper med hver deres specialiserede egenskaber udgjorde cytoskelettet, et fysisk ophæng,i cellens indre, som bedst beskrives ud fra tensegrity-princippet. Desuden introducerede vi, hvordan cellen reagerer på mekaniske påvirkninger, som specifi kke manuelle teknikker eller fysisk træning En revurdering af cellens fysiske som f.eks. løb, spring og styrketræning. egenskaber og evne til sansning Via den ekstra-cellulære matrix overføres skaber forståelse for, hvordan forskellige fysioterapeutiske behand- der igen fører til kemiske reaktioner i kræfterne til integriner i cellemembranen, linger påvirker cellerne og vævet. cellekernen (mekanotransduktion). I det følgende vil det teoretiske grundlag for en forståelse af, hvordan cellerne responderer på f.eks. massage, mobilisering, udspænding og styrketræning, blive gennemgået. indgang MILLIARDER ÅRS EVOLUTIO N De første primitive celleformer på jorden menes at være dannet for mere end 3,4 milliarder år siden. Kerneholdige celler, som vi kender dem i kroppen i dag, f.eks. fi broblasten kan spores to milliarder år tilbage (1). Disse celler er således en væsentlig del af den tidlige evolution, en evolution, der har givet den humane krop evnen til at tilpasse sig ændringer i belastning på kort (over uger) og lang sigt (gennem livet og gennem generationer). Fysioterapeuter har traditionelt været fascinerede af kroppens tilpasning på det makroskopiske plan og biomekanisk viden er blevet en af fysioterapeuters spidskompetencer. På det makroskopiske plan bidrager nye forskningsresultater i f.eks. knæets og skulderens biomekanik til stadig bedre behandlingstiltag og optimering af fysisk træning. Cellebiologi er derimod ikke et område, der har været levnet megen opmærksomhed af behandlere generelt, heller ikke af fysioterapeuter. Der er langt fra daglig praksis til teorier om kroppens mindste bestanddele. Men der er megen betydningsfuld viden at hente. En søgning i forskningsdatabasen PubMed på søgeordet Cell afslører således, at der er publiceret mere end 3,3 millioner artikler om celler. Alene antallet af kemiske reaktioner, som fi nder sted i cellens cytoplasma, anslås at være over 10.000. En komplet forståelse af cellens funktion og opbygning er derfor en åbenlys umulighed. N æppe én af disse kemiske processer er overfl ødige, og de er et udtryk for cellens kompleksitet og naturens suveræne evne til biologisk tilpasning. Forskning inden for cellebiologi har tidligere været 8 F y s i o t e r a p e u t e n. n r. 9. m a j 2 0 0 7
Figur 1: Skematisk forløb af bindevæv med fi broblaster og kollagene fi bre. Ved en uniaksiel belastning vil såvel fi broblastens cytoskelet som de kollagene fi bre ensrettes. Fibroblasterne opnår kontakt med hinanden og en mere langstrakt form samtidig med, at der sker en polarisering. tænker globalt svær at overføre til praktisk fysioterapi, bl.a. på grund af manglende fokus på cellens fysiske strukturer. Dette rådes der bod på gennem udviklingen af nye og bedre visualiseringsteknikker. Vi har tidligere beskrevet de kontraktile aktin-fi lamenter i cellens cytoplasma (23), men for nylig er der også påvist aktin-fi lamenter inde i selve fi broblastens kerne tæt på D NA et, som dermed kan påvirke spændingen og organiseringen af kernens strukturer (2). Jo mere vi lærer om cellernes, vævets og kroppens totale reaktion på behandling og træning over tid, des større logisk sammenhæng kan vi se mellem den terapeutiske intervention og behandlingsresultatet. VÆVSTILPASNING MENS DU BEHANDLER Bindevæv forbindes ofte med ligamenter, sener, ledkapsler og fascier (3), men fi ndes også i musklerne og i vores underhud. Desuden er nerver, blodkar, vener, indre organer indlejrede i et tyndt lag bindevæv. Det er derfor svært at forstille sig en fysioterapeutisk behandling, som ikke i en eller anden grad påvirker bindevævet. Kendetegnende for alt bindevæv er en stor tilpasningsevne til ændrede biomekaniske krav, men samtidig er der også risiko for beskadigelse og dysfunktion. Det videnskabelige fokus på bindevævet har været på ligamenters og seners mekaniske egenskaber i forbindelse med fysisk aktivitet og skader, mens fascier, aponeuroser, og det subkutane bindevæv ikke har været levnet megen opmærksomhed. Forskellene i egenskaber ved de forskellige typer bindevæv ligger overvejende på det makroskopiske plan og ikke på det cellulære niveau. De celler, der producerer bindevævet (fi broblasterne), ligner som udgangspunkt hinanden, uanset i hvilket væv de fi ndes, om end der er påvist en anatomisk relateret forskel i fi broblasters gener (4). All levels of organization are equally Celler er biologisk aktive, og deres strukturer er something about all of them if we want important and we have to know ofte en afspejling eller en to approach life (Szent-Györgyi 1974) reaktion på deres fysiske omgivelser. Hvert sekund døgnet rundt påvirkes celler af fysiske ændringer i strukturerne omkring dem. Dette er måske den største forskel mellem traditionel mekanisk tænkning og biologiske materialers egenskaber. Som eksempel på cellens utrolige dynamik kan nævnes, at mikrotubuli fi lamenterne (en del af cytoskelettet) gennemgår en konstant nedbrydning og opbygning så hyppigt, at deres levetid er begrænset til få minutter (5). En F y s i o t e r a p e u t e n. n r. 9. m a j 2 0 0 7 9
Figur 2. Forholdet mellem komprimerende kræfter og kræfter, der trækker i vævet, er afgørende for differentieringen mellem celletyper (fi broblast, fi brochrondocyt, eller en chrondocyt). Således kan en fi broblast skifte karakter og tilpasse sig det fysiske miljø, som omgiver den. Forskelle i cellerne er således udelukkende et resultat af det omgivende miljø som f.eks. i trykket på menisken. ekstrapolation af disse data til den praktiske verden vil betyde, at dele af cellernes fysiske skelet lader sig nedbryde og opbygge fl ere gange under en almindelig fysioterapeutisk behandling eller træningspas. Langt hen ad vejen er fi broblasten ansvarlig for denne tilpasning af vævet. STYRER DE KOLLAGENE FIBRE Fibroblasterne stammer fra udifferentierede stamceller i fosterstadiet, også kaldet mesenkymale celler. De beskrives ofte som isolerede, affl adede eller tenformede celler med slanke udløbere. Ved differentiering kan de mesenkymale celler transformeres til osteblast, chrondrocytter, fedtcelle og endelig til glat muskelcelle. I senevæv benævnes fi broblasterne ofte tendocytter eller fi broblaster (3;6). Fibroblasten er interessant, fordi den er nøglekomponent i alle former for bindevæv. Den udsættes for mekaniske kræfter under dagligdags aktiviteter, idræt samt ved patologiske tilstande og terapeutisk behandling. Ligamenter og sener er organiseret fi brøst bindevæv. De består ofte af parallelle kollagene fi bre med langtrukne fi broblastere, alignet langs fi brene i længderetningen (7), men ved skader i vævet viser det sig, at cellerne mister deres specifi kke orientering. Resultatet er, at den kollagene matrix også mister orienteringen, og dette medfører nedsatte mekaniske egenskaber i det beskadigede væv (fi gur 1) (8). Alignment af celler i cellekulturer, der udsættes for stress, er verifi ceret et utal af gange (7), men forskerne debatterer, hvor meget af cellers alignment, der er en passiv proces, og hvor meget som er en aktiv cellulær respons på kræfterne (9;10). Fibroblastens tilpasningsevne til mekaniske kræfter ses suverænt i knæets menisk. Histologiske fund viser, at en menisk indeholder en unik kombination af både fi broblaster og chrondocytter. I meniskens centrale del fi ndes runde chrondocyt-lignende celler med en relativ stor cellekerne (som chrondocytter), og de producerer primært kollagen type 1. De benævnes fi brochrondocytter (11;12) og er et mellemstadie mellem en chrondocyt og en fi broblast. Denne celletype fi ndes, fordi de fysiske kræfter i denne del af menisken består af et ligeligt forhold mellem kræfter, som komprimerer (stimulerer chondrocytten), og kræfter, som trækker i vævet (stimulerer fi broblasten). Således udsættes senevævets og ligamenternes fi broblaster oftest for stræk (13;14) til forskel fra fi broblaster i bruskvævet (chrondocytterne), som i højere grad stimuleres gennem kompression (3) (fi gur 2). 10 F y s i o t e r a p e u t e n. n r. 9. m a j 2 0 0 7
EN BLÆKSPRUTTE SO M ALDRIG SOVER Det er hovedsagelig fi broblaster, som syntetiserer (producerer) den ekstracellulære matrix i form af kollagen, elastin og forstadiet til protoglykaner (store sukkerproteinmolekyler) (15). Desuden organiserer og opretholder fi broblasten bindevævet under opvækst og ved skader, træning og fi brøse lidelser. In-vivo ligger fi broblasten indlejret i den ekstracellulære matrix (EC M) og udsættes således for træk, kompression og forskydning under fysisk aktivitet, hvilket i forskellig grad påvirker fi broblastens cellulære respons. Herved frisættes signalmolekyler og transskriptionsfaktorer (faktorer, der påvirker afl æsning af D NA), som igen påvirker dannelsen af de enkelte ECMbestanddele. Transduktionen af et lokal mekanisk stimuli til et kemisk signal foregår imidlertid ad adskillige veje (16;17). Denne kobling mellem mekaniske kræfter og cellulære respons benævnes mekanotransduktion (se side 8). Meget tyder på, at størstedelen af denne transduktion foregår i cellens periferi om end kræfterne og de biokemiske signaler forplanter sig i hele cellen (18). I cellemembranen fi ndes blandt andet ionkanaler som først tillader transport af diverse ioner, når membranen udsættes for et fysisk stræk, deraf navnet strækfølsomme ionkanaler (18-20). Disse kanaler formodes at have speciel betydning for fi broblastens evne til at føle de mekaniske egenskaber af EC M (21). Fibroblaster har også evnen til at føle geometrien i cellemembranen ved at registrere kurvaturen (konkav og konveks) af membranen. Ved en bøjning i den konkave retning frigives et enzym (Rac), mens en bøjning i modsatte retning konveks åbner for en ionkanal, så en iontransport over membranen kan foregå (18). En række intracellulære proteiner har vist sig at kunne ændre på deres kobling og deres enzymaktivitet eller fritlægge bindingssteder afhængig af deres struktur (hvorvidt de er rullet sammen som et garnnøgle eller strakt ud) (18;20) (fi gur 3). Desuden kan cytoskeletets mikrotubuli komprimeres eller strækkes, og dette ændrer det kemiske potentiale. Endnu et eksempel på, hvor omfattende transduktionsvejene er i den levende celle. Adhæsionen (sammenkædning) mellem fi broblaster og matrixen omfatter adhæsionsmolekyler i cellemembranen, kaldet integriner. De har vist sig at være de første elementer i kaskaderne af signaler, som opfanger eksterne kræfter, og de har en nøglefunktion gennem at registrere cellefacon, spænding i cytoskeletet og andre typer af cellerespons på mekaniske stimuli og vice versa (9;16;22). Fokale adhæsioner er komplekse samlinger af molekyler og omfatter blandt andet integriner. Fibronektin er bindeledet mellem de kollagene fi bre og integrinerne. Disse lange proteinkæder har vist sig at kunne ændre deres kobling, samt ændre på enzymudskillelsen afhængig af, om proteinet er rullet sammen eller rullet ud (18;20). Mekanotransduktion foregår også intracellulært, prim ært gennem det cytoskelet, som vi tidligere har beskrevet (23), idet membranen, der omslutter kernen, indeholder ionkanaler på lige fod med celle membranen. Træk, kompression og forskydning er de tre basal former for mekanisk belastning som fi broblasten udsættes for under træning og fysioterapeutisk behandling. Det er essentielt at forstå, at så forskellige behandlingstyper som mobilisering, massage og forskellige former for el-terapi (ultralyd og shock wave) fungerer gennem sådanne mekaniske påvirkninger af fi broblasten. KO M MUNIKERER MED NABOCELLERNE Fibroblasten er mekanisk bundet til den ekstracellulære matrix, og har derved mulighed for at føle vævspåvirkninger og spiller derfor en kritisk rolle i mediering af et cellulært respons på en lang række stimuli. Når fi broblasten skal beskrives, bør dens nærmiljø, hvori den indgår, derfor også medtages. Fibroblastens evne til at opfatte de lokale mekaniske kræfter hænger sammen med dens evne til at påvirke det lokale miljø. Med det store antal celler, der arbejder sammen, kan disse lokale forandringer i cellen føre til store forandringer i vævet. Mekaniske signaler fra matrixen giver feedback til fi broblasten i en velkontrolleret proces. Hele vævsmekanikken afhænger således ikke kun af den enkelte celles egenskaber og molekylerne i matrixen, men også af den komplekse organisering og interaktion som foregår mellem grupper af celler og omkringliggende matrix (24). Fibroblastens fysiske forbindelse med matrixen bør ikke undervurderes, men fi broblasten har desuden kontakt med nabocellerne. Der er god evidens for, at fi broblaster ikke er isolerede celler, men nærmere er bundet sammen i et netværk gennem hele kroppen (25). Adskillige studier har vist, at celler i vægtbærende bindevæv er arrangeret i rækker med dendritagtige udløbere (som nerver), som strækker sig fra celler i en række til celle i en anden (26). Der fi ndes fl ere typer celle-celle forbindelser, hvoraf gap junctions er den hyppigste i bindevæv. Gap junctions er ionkanaler, som muliggør overførsel af kalcium mellem celler, hvilket medfører, at et mekanisk signal F y s i o t e r a p e u t e n. n r. 9. m a j 2 0 0 7 11
12 F y s i o t e r a p e u t e n. n r. 9. m a j 2 0 0 7
spredes til nabocellerne. Disse intracellulære kalciumbølger forplanter sig gennem disse kanaler og kan registreres over 10-20 celler fra stimulus stedet (27). Studier i cellekulturer har vist, at mekanisk stimulering af fi broblaster fra ligamenter øger denne intercellulære kommunikation (28). FIBROBLASTEN NU I 3D Tidligere foregik forskningen i fi broblasten i 2-dimensionelle (2D) substrater, hvor fi broblasten var fi kseret til underlaget, og det har givet en række begrænsninger og ført til forkerte konklusioner. Nye teknikker gør det nu muligt at studere fi broblastens egenskaber i mere in-vivo-lignende 3D-miljøer, hvor fi broblasten er omgivet af den ekstracellulær matrix som kollagen og fi brin, og hvor fi broblasten kan udsættes for stræk (tension), kompression eller forskydning (shear stress) i fl ere retninger samtidig. I sådanne studier, udviser fi broblasten en mere kompleks respons og markant anderledes geometri end på 2D overfl ader (24;29;30) Fibroblaster i ligamenter har ikke som tidligere antaget en ens og tenformet morfologi og ligger ikke på lange rækker i et lineært mønster, men udviser i stedet et kompleks 3-dimensionel mønster, hvor cellerne er fl ettet og snoet ind i hinanden. Dette arrangement er langt mere omfattende og kompleks end tidligere beskrevet (29). I 3D systemerne er det desuden muligt at studere såvel cellevandring som 3D remodulering af matrixen. Dette giver et mere realistisk billede af fi broblastens dynamiske funktion i den humane krop. HO MEOSTASE I VÆVET Mekanisk belastning spiller en afgørende rolle i bevarelsen af vævets homeostase (ligevægt). Bindevævet i kroppen fortjener speciel opmærksomhed, fordi det konstant udsættes for mekanisk belastning og som et resultat responderer med ændringer af dets struktur og funktion. Disse forandringer tilvejebringes overvejende af bindevævets fi broblaster. Disse celler konverterer mekanisk belastning via mekanotransduktion til en lang række biologiske processer, herunder ekspression af talrige gener inklusiv de gener, der ansvarlig for tilpasningen af EC M. Mekanotransduktion sker fordi belastning forplanter sig i kroppen til knogler, muskler, sener, fascier via den ekstra cellulære matrix, integriner og celle-celle forbindelser til cytoskelettet og endelig cellekernen. På jorden udsættes vævet konstant for tyngdekraften. De fl este individuelle celler i kroppen inklusiv fi broblasten er for små til at registrere tyngdekraften, medmindre cellen indeholder tunge organeller, som i det indre øre. Cellen føler således tyngdekraft gennem koblingen til den omkringliggende ekstracellulære matrix og om end tyngdekraften som sådan er meget lille, forstærkes den under bevægelse, og det kan i knogler, ledbånd og sener resultere i store samlede komprimerende eller forlængende kræfter (2-10 gange kropsvægten i akillessenen under løb eller hop). Denne mekaniske belastning er en forudsætning for at opretholde homeostase i vævet. Fibroblasten føler altså de påvirkninger (deformationer), som den ekstracellulære matrix udsættes for under mekanisk stress og oversætter disse informationer til et adaptivt respons for eksempel øget kollagenproduktion og ensretning af fi brillerne. Cellulær mekanotransduktion kan ikke forstås isoleret eller defi neres fuldstændig ud fra mekanofølsomme molekyler. Cellens sansning af mekaniske kræfter afhænger af den arkitektoniske kontekst, som cellen lever i. Det cellulære respons vil blive styret af, hvordan mekaniske kræfter er distribueret i organet og i det væv, der omgiver det, samt af den eksisterende sp æ nding som findes i EC M, cellen, cytoskelettet og membranen. Vores evne til at føle mekaniske kræfter på celleniveau er derfor en direkte manifestation af, hvordan vores kroppe er konstruerede. The cells and growth factors necessary to promote tissue regeneration are already present in the tissue; only the correct physical signals are missing, and these can be provided as a form of mechanotherapy (Ingber 2006)(31) UDFORDRINGEN I FREMTIDEN I denne artikel har fokus været på mekanotransduktion i forbindelse med raskt væv. En lang række lidelser ikke mindst i bevægeapparatet som for eksempel osteoporose, reumatoid artrit, artrose og Dupytrens kontraktur skyldes imidlertid en unormal celle- og vævsstruktur (32) og kræver en revurdering af den humane patofysiologi (32). Udfordringen i fremtidens forskning bliver at forstå, hvordan fi broblasten målretter sit adaptive respons ud fra de mange mekanotransduktionssignaler. Mekanotransduktion foregår ikke isoleret, men nærmere ud fra et integreret netværk af forskellige signalveje som både inkluderer molekylære mekanismer, mediatorer, cytokiner og vækstfaktorer, og dermed skabes en endnu større forståelse for, hvordan forskellige fysioterapeutiske behandlinger påvirker cellerne og vævet. En omfattende litteraturliste til artiklen kan downloades fra fysio.dk ->artikelbilag F y s i o t e r a p e u t e n. n r. 9. m a j 2 0 0 7 13
Referenceliste til Fibroblasten hersker lokalt, men tænker globalt Fysioterapeuten nr. 9, 2007 Forfattere Torben Lund og Henning Langberg Kontakt: lund@fysiolab.dk langberg@fysiolab.dk (1) Foltmann B. Det ufattelige liv, tanker om biologi og erkendelse. 1 ed. Gyldendal; 2000. (2) Storch KN, Taatjes DJ, Bouffard NA, Locknar S, Bishop NM, Langevin HM. Alpha smooth muscle actin distribution in cytoplasm and nuclear invaginations of connective tissue fibroblasts. Histochem Cell Biol 2007 Feb 20. (3) Benjamin M, Ralphs JR. The cell and developmental biology of tendons and ligaments. Int Rev Cytol 2000;196:85-130. (4) Rinn JL, Bondre C, Gladstone HB, Brown PO, Chang HY. Anatomic demarcation by positional variation in fibroblast gene expression programs. PLoS Genet 2006 Jul;2(7):e119. (5) Mitchison T, Kirschner M. Dynamic instability of microtubule growth. Nature 1984 Nov 15;312(5991):237-42. (6) Wang JH. Mechanobiology of tendon. J Biomech 2006;39(9):1563-82. (7) Wang JH, Jia F, Gilbert TW, Woo SL. Cell orientation determines the alignment of cellproduced collagenous matrix. J Biomech 2003 Jan;36(1):97-102. (8) Weiss JA, Woo SL, Ohland KJ, Horibe S, Newton PO. Evaluation of a new injury model to study medial collateral ligament healing: primary repair versus nonoperative treatment. J Orthop Res 1991 Jul;9(4):516-28. (9) Pedersen JA, Swartz MA. Mechanobiology in the third dimension. Ann Biomed Eng 2005 Nov;33(11):1469-90. (10) Wang JH, Yang G, Li Z, Shen W. Fibroblast responses to cyclic mechanical stretching depend on cell orientation to the stretching direction. J Biomech 2004 Apr;37(4):573-6. (11) Aufderheide AC, Athanasiou KA. Mechanical stimulation toward tissue engineering of the knee meniscus. Ann Biomed Eng 2004 Aug;32(8):1161-74. (12) Lin Z, Willers C, Xu J, Zheng MH. The chondrocyte: biology and clinical application. Tissue Eng 2006 Jul;12(7):1971-84. (13) Langevin HM, Bouffard NA, Badger GJ, Iatridis JC, Howe AK. Dynamic fibroblast cytoskeletal response to subcutaneous tissue stretch ex vivo and in vivo. Am J Physiol Cell Physiol 2005 Mar;288(3):C747-C756. (14) Wang JH, Thampatty BP, Lin JS, Im HJ. Mechanoregulation of gene expression in fibroblasts. Gene 2007 Jan 31.
(15) Culav EM, Clark CH, Merrilees MJ. Connective tissues: matrix composition and its relevance to physical therapy. Phys Ther 1999 Mar;79(3):308-19. (16) Chen CS, Mrksich M, Huang S, Whitesides GM, Ingber DE. Geometric control of cell life and death. Science 1997 May 30;276(5317):1425-8. (17) Huang H, Kamm RD, Lee RT. Cell mechanics and mechanotransduction: pathways, probes, and physiology. Am J Physiol Cell Physiol 2004 Jul;287(1):C1-11. (18) Vogel V, Sheetz M. Local force and geometry sensing regulate cell functions. Nat Rev Mol Cell Biol 2006 Apr;7(4):265-75. (19) Orr AW, Helmke BP, Blackman BR, Schwartz MA. Mechanisms of mechanotransduction. Dev Cell 2006 Jan;10(1):11-20. (20) Ingber DE. Cellular mechanotransduction: putting all the pieces together again. FASEB J 2006 May;20(7):811-27. (21) Sarasa-Renedo A, Chiquet M. Mechanical signals regulating extracellular matrix gene expression in fibroblasts. Scand J Med Sci Sports 2005 Aug;15(4):223-30. (22) Chiquet M, Renedo AS, Huber F, Fluck M. How do fibroblasts translate mechanical signals into changes in extracellular matrix production? Matrix Biol 2003 Mar;22(1):73-80. (23) Lund T, Langberg H. Mekanisk påvirkning af cellen. Fysioterapeuten 2006;22:4-8. (24) Grinnell F. Fibroblast biology in three-dimensional collagen matrices. Trends Cell Biol 2003 May;13(5):264-9. (25) Langevin HM, Cornbrooks CJ, Taatjes DJ. Fibroblasts form a body-wide cellular network. Histochem Cell Biol 2004 Jul;122(1):7-15. (26) Grinnell F, Ho CH, Tamariz E, Lee DJ, Skuta G. Dendritic fibroblasts in three-dimensional collagen matrices. Mol Biol Cell 2003 Feb;14(2):384-95. (27) Ko KS, McCulloch CA. Intercellular mechanotransduction: cellular circuits that coordinate tissue responses to mechanical loading. Biochem Biophys Res Commun 2001 Aug 3;285(5):1077-83. (28) Jones BF, Wall ME, Carroll RL, Washburn S, Banes AJ. Ligament cells stretch-adapted on a microgrooved substrate increase intercellular communication in response to a mechanical stimulus. J Biomech 2005 Aug;38(8):1653-64. (29) Chi SS, Rattner JB, Sciore P, Boorman R, Lo IK. Gap junctions of the medial collateral ligament: structure, distribution, associations and function. J Anat 2005 Aug;207(2):145-54. (30) Jiang H, Grinnell F. Cell-matrix entanglement and mechanical anchorage of fibroblasts in three-dimensional collagen matrices. Mol Biol Cell 2005 Nov;16(11):5070-6.
(31) Ingber DE, Mow VC, Butler D, Niklason L, Huard J, Mao J, et al. Tissue engineering and developmental biology: going biomimetic. Tissue Eng 2006 Dec;12(12):3265-83. (32) Ingber DE. Mechanobiology and diseases of mechanotransduction. Ann Med 2003;35(8):564-77.