اساساً دو نوع ماتریکس خارج سلولی (Extra Cellular Matrix) ECM وجود دارد. نوع interstitial matrix، غنی از مواد زمینه کلاژن بوده و فیبروبلاستهای استروما در آن قرار گرفتهاند و نوع (Basement Membrane) BM که دارای ضخامت 100-20 نانومتر بوده و سلولهای اپیتلیال به آن متصل میشوند (1). BM حاوی کلاژن تیپ IV و گلیکوپروتئینهای لامینین، انتاکتین و هپارین سولفات میباشد (2).
BM در تکامل و عملکرد بافتهای مختلف نقش مهمی بازی میکند. مهاجرت سلولها در طول تکاملشان اغلب در مجاورت Bdd انجام شده و وجود آن برای پولاریزاسیون سلولهای اپیتلیال لازم میباشد. BM به عنوان سوبسترا برای اتصال سلولها و مهاجرت آنها در طول ترمیم زخمها و بازسازی اعصاب عمل میکند (3،4،5).
جداسازی و استخراج اجزای BM و مطالعه اثرات آنها روی سلولها در in vitro نشان میدهد که BM نقش بسیار مهمی روی رفتار و عملکرد سلولها بازی میکند (5). BM بوسیله اینتگرینها، پروتئوگلیکانهاولکتینها به سلولها متصل شده و فنوتیپ سلولها را در in vitro تعدیل میکند (6).
BM همچنین بعنوان محلی برای ذخیره فاکتورهای رشد محسوب شده و فعالیت آنها را تنظیم مینماید (7). مطالعات اخیر نشان میدهد که اختلال در اتصال سلولها به ECM در iv vitro سبب شروع مرگ برنامهریزی شده (apoptosis) در آنها میشود (8،9،10). علیرغم مطالعات فراوان اثرات BM روی سلولهای بافتهای مختلف، بررسیهای بسیار معدودی روی سلولهای اپیتلیال اندومتر انسان که نقش مهمی در مراحل اولیه لانهگزینی جنین بازی میکنند انجام گرفته است. در این مطالعه از Matrigel که بسیار شبیه BM بوده و از موشهای با سارکومای Engelbreth-Holm-swarm بدست میآید، استفاده شد و سلولهای اپیتلیالی اندومتر انسان با Matrigel و بدون آن کشت داده شده و با هم مقایسه شد تا اثرات ECM روی عملکرد سلولهای اپیتلیال اندومتر در محیط آزمایشگاه مطالعه شود.
تهیه بافت: بافت اندومتر بوسیله هیسترکتومی کامل شکمی از 17 زن (جدول 1) با ویژگیهای سنی 48-32 سال، سابقه یک یا بیش از یک حاملگی موفق، سیکل قاعدگی منظم 25 تا 35 روز، عدم مصرف قرص ضد بارداری و یا IUDs حداقل سه ماه قبل از عمل، عدم وجود اشکالات پاتولوژیک از قبیل کارسینومای تخمدان، لوله رحم یا سرویکس در بیمارستان زنان Jessop، شهر شفیلد انگلستان تهیه شد.
تمام بافتها با اطلاع و رضایت کامل بیماران و کمیته اخلاقی جمعآوری شدند. با استفاده از یک کورت بیوپسی (Downs Surgical Ltd, Sheffield, Sharmans UK) یک تکه از ناحیه فوندوس و قسمت فوقانی تنه رحم برداشته شد و سپس به دو قسمت تقسیم شد که یک تکه برای پروسه میکروسکوپ نوری و الکترونی به منظور تشخیص طبیعی بودن اندومتر و تعیین مرحله سیکل قاعدگی بکار برده شد. این نمونه به عنوان (Original biopsiys) OB نامیده شد و قسمت دیگر برای کشت سلولی استفاده شد.
روز سیکل قاعدگی OBs بوسیله اولین روز آخرین پریود (LMP) و میکروسکوپ نوری و الکترونی مشخص شدند.
موارد مورد استفاده برای مطالعه
- موارد استفاده نشده برای مطالعه
آمادهسازی بافت برای کشت سلولی
بافت اندومتر با یک تیغ اسکالپل تکه تکه شده و به لوله سانتریفوژ حاوی 5 میلیلیتر کلاژناز (25%، GradeIV) (Sigma, England) در HBSS 10% گذاشته و در درجه حرارت 37 درجه سانتیگراد بمدت 2 ساعت قرار داده شد. در این مدت لوله با ورتکس هر 15 دقیقه تکان داده شد. پس از 2 ساعت که سلولها ته نشین شدند قسمت روئی (حاوی کلاژناز) برداشته و سپس بافت ته نشین شده با 5 میلیلیتر HBSS 10% به صورت سوسپانسیون سلولی درآمد. پس از آن محلول روئی (حاوی سلولهای غنی از اپیتلیال) برداشته و در لوله سانتریفوژ ریخته و با دور g1000 بمدت 5 دقیقه سانتریفوژ شد. قسمت روئی دور ریخته و رسوب بوسیله 5 میلیلیتر محیط Dulbeccs/Hams F12 (Life Technologies Ltd Scotland) حاوی L-glutamine 1%، Nu serum 5/2%، سرم جنین گاو 5/2%، استرپتومایسین و پنیسیلین 1%، بافر HEPES 2% و سدیم بیکربنات 3% به حالت تعلیق درآمد. 5/0 میلیلیتر از سوسپانسیون سلولهای غنی از اپیتلیال روی پلاستیک (روش استاندارد) و یا روی Matrigel به منظور تولید سلولهای پولاریزه کشت داده شد.
کشت پولاریزه سلولهای اندومتر
نوع HA millicell insert با پرزهای (m 5/0، Millipore UK) را داخل پلیت کشت چند خانهای گذاشته و حدود 15/0 مییلیتر (Uniscience Collabovative Matrial) داخل millicell ریخته شد. 5/0 میلیلیتر سوسپانسیون سلولهای اپیتلیال روی Matrigel قرار داده شد و 5/0 میلیلیتر محیط کشت در اطراف millicell ریخته شد تا محیط کشت از طریق سوراخهای قسمت تحتانی millicell به سلولهای اندومتر برسد. سپس پلیت در یک انکوباتور با 5% گاز Co2 و 95% هوا و درجه حرارت 5/36 درجه سانتیگراد گذاشته و هر 48 ساعت محیط کشت تعویض شد. سلولها به مدت 7 روز کشت داده و سپس زیر میکروسکوپ مورد مطالعه قرار گرفتند.
کشت سلولهای اندومتر روی پلاستیک و ECM با هورمونهای استروئیدی
به منظور بررسی اثرات هورمونهای استروئیدی بر میزان RNA کل تولید شده توسط سلولهای اندومتر در محیط آزمایشگاه، سلولهای اندومتر از مرحله اول لوتئال سیکل قاعدگی بدست آمد و روی پلاستیک و ECM کشت داده شدند و نیم میلیلیتر محیط کشت DMEM-F12 که حاوی هورمون پروژسترون )غلظت M6-10) (Sigma Aldrich, Poole, England) بود به سلولها اضافه شد و هر دو روز یکبار محیط کشت با محیط کشت جدید حاوی هورمون جنسی بمدت 5 روز تعویض شد بعد از 7 روز سلولهای اندومتر جمعآوری و مورد بررسیهای مولکولی قرار گرفتند.
جمعآوری سلولهای کشت داده شده بر روی پلاستیک
بعد از 7 روز که سلولها به ته پلاستیک چسبیدند و حالت confluent پیدا کردند این سلولها بوسیله تریپسین از پلاستیک جدا شدند. برای تریپسینه کردن ابتدا محیط کشت برداشته و ذخیره شد. سپس 200 میکرولیتر محلول حاوی تریپسین 5% و EDTA 2% (Gibco, BRL, Paisley Scotland) به هر چاهک اضافه و بوسیله پیپت بطور آهسته چندین بار بالا و پایین کشیده شد. پلیتهای کشت در دمای 37 درجه سانتیگراد گذاشته و هر 5 دقیقه با استفاده از میکروسکوپ فازکنتر است جهت مشاهده جدا شدن سلولها از ته پلاستیک بررسی گردید. بعد از جدا شدن سلولها (حدود 20 دقیقه) 5/0 میلیلیتر محیط کشت به چاهک اضافه شد و سوسپانسیون سلولی تشکیل شده را برداشته و در کرایوویال (company, England Nalge) 2 میلیلیتری گذاشته و با دور g1000 بمدت 5 دقیقه سانتریفوژ شد. سپس محلول روئی را دور ریخته و رسوب در 5/0 میلیلیتر محیط کشت به حالت سوسپانسیون درآمد و در نیتروژن مایع برای مطالعات بعدی ذخیره شد.
جمعآوری سلولهای کشت داده شده بر روی ECM
بعد از 7 روز که سلولها پولاریزه شدند محیط کشت برداشته و ذخیره شد. فیلتر قسمت تحتانی insert بوسیله یک تیغ استریل بریده شد. ژل که حاوی سلولها بود جدا و در کرایوویال 2 میلیلیتری گذاشته شد. 5/0 میلیلیتر محیط کشت به آن اضافه و داخل نیتروژن مایع برای مطالعات بعدی ذخیره شد.
استخراج RNA و DNA از سلولهای اندومتر
استخراج RNA
سلولهای اندومتر ذخیره شده در نیتروژن مایع بعد از آب شدن، بداخل لوله میکروسانتریفوژ 5/1 میلیلیتر (Sarstedt, Numbrecht, Germany) منتقل شد. سلولها پس از چند ثانیه سانتریفوژ ته نشین شده و محیط کشت روئی آن برداشته و دور ریخته شد. یک میلیلیتر محلول Trizol (Life technologies USA) به سولها اضافه و بمدت 5 دقیقه در درجه حرارت اتاق قرار داده شد. 200 میکرولیتر کلروفرم (Fisons, UK) به نمونهها اضافه و سپس تکانهای شدید بمدت 15 ثانیه شدیداً تکان داده شد و بعد از آن در درجه حرارت اتاق بمدت 3 دقیقه نگهداری شد. نمونهها با دور g12000 بمدت 15 دقیقه و در درجه حرارت 4 درجه سانتیگراد سانتریوفوژ 32 شد. قسمت فوقانی و شفاف برداشته و به یک لوله میکروسانتریفوژ 5/1 میلیلیتری استریل و تازه انتقال داده شد. 500 میکرولیتر ایزوپروپانول (fisons, UK) به نمونهها اضافه و در درجه حرارت اتاق بمدت 10 دقیقه قرار داده و سپس بمدت 10 دقیقه در درجه حرارت 4 درجه سانتیگراد با دور g12000 سانتریفوژ شد.
محلول روئی حاصل دور ریخته و رسوبها در یک میلیلیتر اتانل 75% (BDH, UK) شسته و در درجه حرارت اتاق خشک شد و با افزودن 25 میکرولیتر آب مقطر دو بار تقطیر به حالت سوسپانسیون درآمد و در درجه حرارت 60 درجه سانتیگراد بمدت 10 دقیقه قرار داده شد. RNA کل سپس در درجه حرارت 70- درجه سانتیگراد ذخیره شد. مقدار RNA کل ودرجه خلوص آن با اسپکتروفتومتری ارزیابی شد.
استخراج DNA
باقیمانده فاز آبی که روی فاز بینابینی قرار گرفته بود، برداشته و به یک لوله میکروسانتریفوژ 5/1 میلیلیتری استریل منتقل شد. سیصد میکرولیتر اتانل 100% به آن اضافه شد و پس از مخلوط کردن نمونهها در درجه حرارت اتاق بمدت 3 دقیقه قرار داده و سپس در درجه حرارت 4 درجه سانتیگراد بمدت 5 دقیقه با دور g20000 سانتریفوژ شد. محلولهای روئی دور ریخته شد و رسوبها دو بار با حلول حاوی سیترات سدیم M1/0 در اتانل 10% شسته شد. در هر بار شستشو رسوبها در محلول شستشو بمدت 30 دقیقه در درجه حرارت اتاق قرار داده شد و سپس بمدت 5 دقیقه در درجه حرارت 4 درجه سانتیگراد با دور g20000 سانتریفوژ شد. بدنبال دو بار شستشو، محلول روئی دور ریخته و رسوبها در 5/1 میلیلیتر اتانل 75% به حالت سوسپانسیون درآمده و در درجه حرارت اطاق بمدت 20 دقیقه گذاشته شد. سپس بمدت 5 دقیقه در درجه حرارت 4 درجه سانتیگراد با دور g20000 سانتریفوژ شد. پس از آن رسوبها بمدت 5 دقیقه در درجه حرارت اطاق گذاشته تا خشک شد و سپس در 500 میکرولیتر محلول هیدروکسید سدیم mM8 حل شد و مجدداً در درجه حرارت اطاق بمدت 10 دقیقه با دور g12000 سانتریفوژ شد. محلول روئی حاوی DNA به یک لوله تازه منتقل و در درجه حرارت 4 درجه سانتیگراد ذخیره شد.
DNA کل بدست آمده به وسیله اسپکتروفتومتری در میزان جذب خطی nm260 و فرمول (g/l) DNA total=05/0260 OD ارزیابی شد (11). از آنجائی که میزان DNA در هر سلول دیپلوئیدی در انسان برابر pg1/7 میباشد مقدار DNA به pg1/7 تقسیم شد تا تعداد سلولها در هر نمونه محاسبه شود مقدار Total RNA برای هر سلول با تقسیم میزان کل RNA به تعداد کل سلولها بدست آمد.
اثرات ECM روی عملکرد سلولهای اپیتلیال اندومتر
به منظور مطالعه اثرات ECM روی عملکرد سلوهای اپیتلیال اندومتر انسان در محیط آزمایشگاه سلولهای اپیتلیال اندومتر از سرتاسر روزهای سیکل قاعدگی تهیه و بر روی ECM (روش پولاریزه) و پلاستیک (روش استاندارد) بمدت 7 روز کشت داده شدند. یافتههای این مطالعه نشان داد اگرچه تعداد سلولهای استفاده شده در هر دو مدل (استاندارد و پولاریزه) یکسان بودند ولی بعد از 7 روز کشت، تعداد سلولهای بدست آمده با استفاده از تریپسین از روش کشت استاندارد چندین برابر بیشتر از روش کشت پولاریزه بود که نشانه میتوز و پرولیفراسیون فراوان در کشت روی پلاستیک میباشد. در حقیقت سلولهای اپیتلیالی کشت داده شده بر روی پلاستیک تا زمانی که تمام سطح پلاستیک را اشغال نکنند و حالت confluent ایجاد نکنند به پرولیفراسیون و تکثیر خود ادامه میدهند. در صورتیکه سلولهای اپیتلیال کشت داد شده بر روی ECM دارای میتوز محدود بوده و بعد از چند روز تشکیل غددی مشابه آنچه در in vivo دیده میشود را میدهند (شکل 1 و 2). همچنین سلولهای اپیتلیال در کشت استاندارد از نظر ساختمانی بصورت پهن و سنگفرشی بوده در صورتیکه در کشت پولاریزه سلولها بصورت قطبی بوده و مشابه مورفولوژی سلولها در in vivo هستند. با اندازهگیری میزان Total RNA در هر سلول مشاهده شد که مقدار Total RNA در سلولهای کشت داده شده روی ECM در هر سلول (pg5/123) بود که تقریباً 5/2 برابر مقدار RNA در سلولهای روی پلاستیک (در هر سلول pg4/11/9) بود.
اثرات هورمون پروژسترون روی سلولهای اپیتلیال اندومتر
به منظور بررسی پاسخ سلولهای اپیتلیال اندومتر انسان به هورمون پروژسترون در میحط آزمایشگاه، سلولهای اپیتلیال اندومتر از مرحله اولیه لوتئال سیکل قاعدگی تهیه و به دو روش استاندارد و پولاریزه با افزودن هورمون پروژسترون کشت داده شد. نتایج این مطالعه نشان داد که پروژسترون در هر دو مدل سبب افزایش تولید RNA کل در سلولها شده که این میزان در سلولهای کشت داده شده روی ECM (در هر سلول pg230) بطور معنیداری بیشتر از کشت روی پلاستیک (در هر سلول pg9/112) بود.
این مطالعه نشان داد که ECM بطور اساسی روی عملکرد و تکامل سلولهای اپیتلیال اندومتر انسان تأثیر میگذارد. ECM بطور معنیداری باعث افزایش بروز ژن در سلولهای اپیتلیال اندومتر میشود که این اثر بر روی سایر سلولهای اپیتلیال نیز گزارش شده است.
Caron و همکاران (12) نشان دادند که ECM باعث افزایش بروز ژن در سلولهای کبدی میشود. Lee و همکاران (13) گزارش نمودند سلولهای اپیتلیال پستان موش که بر روی ECM کشت داده شده بودند در مقایسه با سلولهایی که روی پلاستیک کشت داده شده بودند 3 تا 10 برابر بیشتر mRNA اختصاصی Casein تولید میکنند. همچنین این سلولها که بر روی ECM کشت داده شده بودند مقدار بسیار زیادی Transferrin mRNA (14) و Muc-1 mucin mRNA (15) در مقایسه با سلولهایی که روی پلاستیک بودند تولید میکند.
Streuli و همکاران (16) لازمه فعال شدن نسخه برداری ژنهای تولید کننده شیر را در سلولهای اپیتلیال پستان موش اثرات متقابل بین سلولهای اپیتلیال با Laminin غشاء پایه (BM) از طریق گیرنده سطحی Integrin در سطح سلول گزارش نمودند. آنها (17) با بکار بردن آنتیبادی anti-Integrin که بلوک کننده عملکرد Integrin میباشد نشان دادند که توانایی تولید بتا casin توسط سلولهای اپیتلیال پستان موش به طور شدیدی کاهش مییابد.
این مطالعه نشان داد که ECM در اثر واکنش متقابل با سلولهای اپیتلیال با جلوگیری از میتوز و پرولیفراسیون سلولها منجر به تکامل سلول و ارگانهای داخل سلول میشود. همچنین در اثر اتصال ECM به مولکولهای چسبنده واقع در سطح سلول، سیگنالهایی بداخل سلول منتقل که منجر به بازسازی اسکلت داخل سلول و سیستم انتقال مواد و ارگانلها شده و باعث پولاریزه شدن سلول میشود (18،19). پولاریزه شدن سلولهای اپیتلیالی اندومتر نقش اساسی در عملکرد آنها در زمان لانهگزینی جنین بازی میکند. در سلول پولاریزه پروتئینها و مولکولهای تولید شده در سلول در اثر برنامه خاصی به سطوح مختلف سلول منتقل و یا از آن سطوح ترشح میشود. برای مثال سلولهای اپیتلیال اندومتر در زمان لانهگزینی تولید مولکولهای چسبنده خاصی بنام مولکولهای چسبنده Integrin کرده که به سطح آپیکال سلول منتقل میشود (20،21). ظهور این مولکولهای چسبنده با ظهور لیگاندآنها در سطح جنین همزمان بوده که منجر به چسبیدن جنین به اندومتر میگردد و یا سلولهای اپیتلیال اندومتر در زمان لانهگزینی تولید فاکتورهای داخلی (سایتوکاین و فاکتور رشد) کرده که از قسمت فوقانی سلول ترشح و سبب تکامل جنین میشود (22). پولاریزه شدن سلول همچنین سبب میشود که در زمان لانهگزینی سلول اپیتلیال اندومتر تولید فاکتورهای داخلی خاصی کرده که از سطح تحتانی سلول ترشح و سبب decidualization استرومای اندومتر میشود (23).
نتایج این مطالعه نشان داد که سلولهای اپیتلیالی اندومتر در محیط آزمایشگاهی صرفنظر از نوع کشت با افزایش بروز ژن در سلول به هورمون پروژسترون پاسخ میدهد. مطالعات دیگری نیز وجود دارد که تأیید کننده این موضوع میباشد (24). همچنین ما (25) در مطالعه دیگری با استفاده از تکنیک مورفومتری و میکروسکوپ الکترونی نشان دادیم که پروژسترون در محیط آزمایشگاهی باعث افزایش نسبت یوکروماتین به هتروکروماتین در هسته سلول اپیتلیال اندومتر میشود که نشانه فعال شدن سلول در جهت افزایش بروز ژن بوده و تأیید کننده افزایش میزان RNA کل سلول میباشد. این نتایج در مجموع بیانگر وجود گیرندههای پروژسترون (PR) در این سلولها در محیط کشت میباشد.
میزان PR در سلولهای اپیتلیال اندومتر انسان در in vivo تحت تأثیر هورمون استروژن در مرحله پرولیفراتیو سیکل قاعدگی سیر صعودی پیدا کرده و به حداکثر خود در اوایل فازلوتئال میرسد. بعد از تخمکگذاری که با افزایش هورمون پروژسترون همراه میباشد میزان PR در این سلولها در اثر هورمون پروژسترون سیر نزولی پیدا کرده و به حداقل خود در انتهای فازلوتئال میرسد (26).
به همین دلیل در این مطالعه، نمونهها از مرحله اولیه فازلوتئال که بیشترین میزان PR را داشته استفاده شده تا اثر هورمون پروژسترون بر روی سلولهای اپیتلیال بهتر بررسی شود.
یافتههای این مطالعه نشان داد که سلولهای کشت داده شده روی پلاستیک (که تولید سلولهای غیر پولاریزه میکند) نسبت به سلولهای کشت داده شده روی ECM (که تولید سلولهای پولاریزه میکند) به مراتب کمتر به هورمون پروژسترون پاسخ میدهند که نشان دهنده تعداد کمتر گیرندههای پروژسترون در سلولهای غیر پولاریزه میباشد. علت این تفاوت در تعداد گیرندههای پروژسترون میتواند ناشی از اختلال در تولید این گیرندهها در سلولهای غیر پولاریزه باشد. لازمه تولید گیرندههای پروژسترونی که از نوع پروتئین میباشد سلامت در فرآیند پروتئین سازی (نسخه برداری، ترجمه و مرحله بعد از ترجمه) میباشد.
Lee و همکارانش (12) نشان دادند که سلولهای اپیتلیال پستان موش کشت داده شده روی پلاستیک در مرحله بعد از ترجمه به علت اشکال در سیستم اسکلت
سلولی دچار نقص میباشد. لذا تعداد کمتر گیرندههای پروژسترون در سلولهای غیر پولاریزه میتواند بدلیل اختلال در مرحله بعد از ترجمه و تولید کمتر گیرنده پروژسترون باشد. مطالعات نشان میدهد که گیرندههای پروژسترون داخل سلولی بعد از تولید، بطور فعال و با صرف انرژی بداخل هسته منتقل (Nucleocytoplamic shuttling) تا پس از اتصال با پروژسترون در داخل هسته باعث افزایش نسخهبرداری از ژنهای خاصی شود (27).
با توجه به اینکه ارگانلهای داخل سلول از جمله میتوکندری که تولید کننده انرژی سلولی میباشد، در سلول غیر پولاریزه تکامل نیافته و به تعداد کمتر وجود دارد لذا کاهش تولید انرژی در این سلولها و یا اختلال در سیستم اسکلتی داخل سلول که در بالا بیان شد میتواند سبب کاهش انتقال گیرنده پروژسترون به داخل هسته سلول غیر پولاریزه شده و توجیه کننده پاسخ ضعیفتر سلولهای غیر پولاریزه به پروژسترون در مقایسه با سلولهای پولاریزه باشد.
ECM نقش اساسی در تکامل و عملکرد سلولهای اپیتلیال اندومتر انسان بازی میکند و مطالعه عملکرد سلولهای اپیتلیال اندومتر در محیط آزمایشگاه بدون استفاده از ECM نمیتواند نشانگر عملکرد واقعی آن در داخل بدن باشد.