Συμβολή στην μελέτη της εξέλιξης των κυττάρων του Langerhans στο δέρμα μυών

Abstract

Langerhans cells are concerned as one of the most important cellular populations of the epidermis playing a crucial role in protecting the epidermis from external antigens. They are most often localized and described into the epidermis, although, apart from this location they are really abundant but most difficult localized in other tissues and organs of the human organism, such as the thymus which in the past was described to be their native location and their origin of development, the lymph nodes, the oral, esophageal and vaginal mucosa as well as the urinary system's mucosa. Their participation role in clinical diseases and their important participation which they play in Pathology, mostly concerning the Pathology of Skin and Blood diseases, several systematic diseases and Cancer, is widely discussed during the recent years, as the role there are taking an active part in Histiocytosis X and other types of Cancerotic lesions is one of the most critical roles for the identification and treatment of the disease and it's lesions. Besides to those prementioned conditions, there is much more to study about their origin, differentiation, development and migration in the epidermis. A very low number of experimental studies in the international literature, concerning the subject, have described some aspects of their origin and evolution in the mammalian embryo and fetus. Furthermore their morphological differentiation from the precursor cell and it's derivatives to the totally differentiated morphologically and functionally Langerhans cell has not yet studied and discussed. Respectively to the above, the aim of this study was the morphological observation and the functional identification of Langerhans cells in both embryos/fetuses and neonate mice, of the species C57Black/J, C3H and Balb/c. We have studied and observed the local origin of their migration, the precursor cells they are originated from, the time of their differentiation and their evolution until the age of 20 days after birth, when the neonate mice are weaning. The morphological and functional differentiation of Langerhans cells was identified both with histochemical and immunohistochemical methods by light microscopy. Their functional differentiation was identified by their ability to react positively against specific antibodies as their reactivity against the protein S 100 and the glycoprotein CD50. Our study was fulfilled by detailed ultrastructural observations with Transmission Electron Microscopy (Τ Ε M). As the target place of Langerhans cell migration is mostly the skin and more specifically the epidermis, localization in which they are found in abundancy and in a variety of numbers between black, brown and white coloured population; we have studied the three species of mice as experimental animals, of different skin colour each, in order to differentiate their mode of differentiation in three types of skin. The black coloured skin with the C57Black J mice specie, the brown coloured skin with the C3H mice species and the white coloured skin with the Balb/c mouse species. From our results we concluded that for the C57Black/J and C3H mice species, Langerhans cells were observed to differentiate from their precursor cells, which we have found both, the neural crest cell precursor and the monocyte precursor at the 10th neonatal day while for the Balb/c mice species they appeared to differentiate quite later in the 15th neonatal day. However it is discussed that according to recent studies they appear to develop from the precursor cell in the 7th embryonic week into the human epidermis. In all of the three mice species we have studied, Langerhans cell precursor appears to be mostly the primitive monocyte, as they seem to migrate from the primitive embryonic blood islets and from the bone marrow through the total embryonic body, and from the neural crest cells in a small percentage, to several directions, as to the stratified squamous epithelium of the skin, to the lymph nodes and the mucosa of the oral cavity, the esophagus, the vagina and the urinary system's mucosa. Furthermore the fact that the monocyte is the Langerhans cell precursor is enhanced by the fact that they present the same superficial markers like the monocytes as they have been identified and localized by the special antibodies that we had applied. The presence of melanin granules in their cytoplasm, where we can additionally observe the characteristic Birbeck granules, have raised much controversy about the aspect that melaninocytes could be Langerhans cell precursor, or it’s vechicle. However, Langerhans cells are described and discussed to be differentiated earlier in the embryo than the melaninocytes, as they become functionally differentiated in the embryonic body earlier than melaninocytes and they are more capable for phagocytosis and protein synthesis. The range of study for Langerhans cells is widely huge and much more scientific work has to be developed in the future for their role in systematic diseases and Pathology as already referred, in combination with their morphological and functional maturation and migration in the mammalian body.

Τα κύτταρα του Langerhans αποτελούν έναν από τους σημαντικότερους κυτταρικούς πληθυσμούς της επιδερμίδος με κύριο λειτουργικό έργο την προστασία της, από πολλαπλά εξωτερικά αντιγόνα. Εκτός αυτής της τοπογραφικής τους εντόπισης συναντώνται αρκετά συχνά και σε άλλα όργανα του ανθρωπίνου σώματος όπως στο θύμο αδένα, ο οποίος κατά το παρελθόν θεωρήθηκε ως τόπος παραγωγής τους, ο βλεννογόνος της στοματικής κοιλότητας, του οισοφάγου, του ουροποιητικού συστήματος και του κολεού και οι λεμφαδένες όλου του σώματος. Παρά την τεράστια σημασία που αποδίδεται στα κύτταρα αυτά δεν έχουν αποσαφηνιστεί πολλά σημεία που αφορούν την εμφάνιση και τη μετανάστευση τους στην επιδερμίδα, από τις διάφορες υπό συζήτηση θέσεις καταγωγής και διαφοροποίησης τους. Διεθνώς, ελάχιστες μόνον ερευνητικές εργασίες έχουν μελετήσει μορφολογικά, την καταγωγή και την εξέλιξη των κυττάρων του Langerhans, τόσο όσον αφορά την εμβρυολογική τους προέλευση και την μετανάστευση τους με προορισμό το δέρμα, αλλά και όσον αφορά τη μορφολογική τους εξέλιξη κατά τη διάπλαση από την αρχέγονη μορφή της εξέλιξης τους στο πλήρως διαφοροποιημένο μορφολογικά αλλά τέλεια ενεργοποιημένο λειτουργικά κύτταρο του Langerhans. Για το λόγο αυτό, σκοπός της Διδακτορικής αυτής Διατριβής, ήταν η μορφολογική μελέτη της διαφοροποίησης των κυττάρων του Langerhans στο έμβρυο και στο νεογέννητο μυ, η παρακολούθηση της μετανάστευσής τους κατά τη διαφοροποίηση του εμβρύου του μυός, η εξέλιξη τους κατά τη νεογνική περίοδο έως και την 20η ημέρα, ηλικία η οποία είναι καθοριστική για το είδος των πειραματόζωων που επιλέχθηκαν, δεδομένου ότι κατ’ αυτήν την ηλικία οι νεογέννητοι μύες απογαλακτίζονται. Μελετήθηκε η μορφολογική και η λειτουργική διαφοροποίηση των κυττάρων του Langerhans, η οποία ταυτοποιείται τόσο με ιστοχημικές μεθόδους, όσο και με την ικανότητα τους να απαντούν θετικά σε εξειδικευμένα αντισώματα. Η ταυτοποίηση των κυττάρων του Langerhans έγινε στα έμβρυα "in toto" και στο δέρμα μυών των φυλών: C57BlacWJ, C3H και Balb/c. Η ερευνητική μελέτη ολοκληρώθηκε με τις παρατηρήσεις μας στο Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Διέλευσης. Ως θέση τελικής κατάληξης της μετανάστευσης των κυττάρων του Langerhans επιλέχθηκε το δέρμα, δεδομένου ότι είναι γενικώς παραδεκτό, ότι στην επιδερμίδα απαντώνται σε μεγαλύτερη αναλογία τα κύτταρα του Langerhans. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε τρία είδη πειραματόζωων (μυών), των φυλών C57Black/J, C3H και Balb/c. Τα πειραματόζωα διασταυρώθηκαν και παρατηρήθηκαν τόσο τα έμβρυα διαφόρων ηλικιών, όσο και τα νεογνά με πολλαπλές τεχνικές Οπτικού και Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Διέλευσης. Τα κύρια συμπεράσματα της ερευνητικής αυτής εργασίας εστιάζονται στα ακόλουθα : • Για τα έμβρυα και τα νεογνά της φυλής C57Black/J, αλλά και της φυλής C3H τα κύτταρα του Langerhans διαφοροποιούνται τόσο μορφολογικά, όσο και λειτουργικά σχεδόν ταυτόχρονα την 10η ημέρα της εξωμήτριας ζωής, ενώ αυξάνονται σε αριθμό την 15η και την 20η ημέρα της εξωμήτριας ζωής παρουσιάζονται πλήρως διαφοροποιημένα σε όλες τις θέσεις του δέρματος οι οποίες παρατηρήθηκαν με τις εφαρμόσιμες ιστολογικές τεχνικές Οπτικής και Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας. • Για τα έμβρυα και τα νεογνά της φυλής Balb/c τα κύτταρα του Langerhans διαφοροποιούνται τόσο μορφολογικά, όσο και λειτουργικά την 15η ημέρα της εξωμήτριας ζωής, ενώ αυξάνονται σε αριθμό την 18η και την 20η ημέρα της εξωμήτριας ζωής παρουσιάζονται πλήρως διαφοροποιημένα σε όλες τις θέσεις του δέρματος οι οποίες παρατηρήθηκαν με τις εφαρμόσιμες ιστολογικές τεχνικές Οπτικής και Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας. Στον άνθρωπο ωστόσο, σύμφωνα με τις ήδη υπάρχουσες βιβλιογραφικές αναφορές εμφανίζονται την 7η εμβρυϊκή εβδομάδα και αναγνωρίζονται με τη θετική απάντηση τους στην ανοσοϊστοχημική ταυτοποίηση με το αντίσωμα τής ΑΤΡ. Σύμφωνα με τις πιο πρόσφατες βιβλιογραφικές αναφορές, αυτά προέρχονται από το αρχέγονο μονοκύτταρο και μεταναστεύουν από το μυελό των οστών στο πολύστιβο πλακώδες επιθήλιο της επιδερμίδος, στους λεμφαδένες και στους προαναφερθέντες βλεννογόνους. Άλλωστε το αρχέγονο μονοκύτταρο, από όπου οιδιαφοροποιημένες μορφές των κυττάρων του Langerhans κατάγονται, αναφέρεται ότι παρουσιάζει τους ίδιους επιφανειακούς δείκτες ενώ λειτουργικά είναι ικανό για φαγοκυττάρωση όπως και τα μακροφάγα. Η παρουσία κοκκίων μελανίνης στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων του Langerhans, όπου συναντούμε τα χαρακτηριστικά για τα κύτταρα αυτά κοκκία του Bierbeck, απετέλεσε έναν σημαντικό παράγοντα υπόθεσης, όπως αναφέρεται στην διεθνή βιβλιογραφία, για το αν τα μελανινοκύτταρα είναι ο προγονός τους. Ωστόσο, τόσο η μικρότερη εμβρυολογική ηλικία λειτουργικής διαφοροποίησης των κυττάρων του Langerhans σε σχέση με τα μελανινοκύτταρα όσο και η ικανότητα τους για φαγοκυττάρωση και πρωτεϊνοσύνθεση μας αποτρέπουν από αυτή την προσέγγιση. Το πεδίο της ερεύνης διαφοροποίησης και μετανάστευσης των κυττάρων του Langerhans είναι πολύ ευρύ και είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα η αναζήτηση του ρόλου τον οποίο διαδραματίζουν στην αιτιοπαθογένεια συστηματικών νοσημάτων που αναφέρονται στην Δερματολογία, στην Αιματολογία και στην Ογκολογία σε μεταγενέστερες ερευνητικές εργασίες.