Ons lichaam communiceert met bio-elektrische signalen die door ons zenuwstelsel reizen om de juiste reactie op te wekken, bijvoorbeeld bij gevaar. Nu hebben onderzoekers ontdekt dat de epitheelcellen op onze huid, bloedvaten en lichaamsholten ook gevaar kunnen signaleren. Ze doen het alleen net even anders, namelijk door een trage, stille ‘schreeuw’ te slaken.
De studieresultaten zijn een grote verrassing. Wetenschappers beschouwden deze cellen tot voor kort als ‘stille krachten’. Deze ontdekking maakt de weg vrij voor medische apparatuur die met behulp van elektrische pulsen de genezing versnelt. “Epitheelcellen zijn tot verbijsterende dingen in staat. Niemand heeft er ooit aan gedacht om de huid op deze manier te onderzoeken”, zegt hoofdonderzoeker Steve Granick van de University of Massachusetts. “Bij verwonding ‘schreeuwen’ ze naar hun buren, langzaam, aanhoudend en over verrassend grote afstanden. Het is als een zenuwimpuls, maar dan duizend keer trager.”
De communicatienetwerken van het lichaam zijn cruciaal om goed te functioneren. Je trekt je hand snel terug van een heet oppervlak zonder erover na te denken. Dat is je zenuwstelsel aan het werk. Het kloppen van je hart wordt gereguleerd via elektrische signalen. De ontdekking daarvan maakte de uitvinding van de pacemaker mogelijk.
Opwindend gesprek in slow-motion
Granick en zijn collega, biomedisch ingenieur Sun-Min Yu, ontwierpen een systeem om cellulaire communicatie in het epitheel te onderzoeken, bestaande uit een chip verbonden met ongeveer zestig elektroden. De wetenschappers bedekten de chip met een laag in het laboratorium gekweekte menselijke keratinocyten, de belangrijkste epitheelcellen waaruit de opperhuid is opgebouwd. Met een laser ‘prikten’ de onderzoekers in de huidlaag. De elektroden gebruikten ze om de elektrische veranderingen in het dekweefsel te registreren. “We volgden de manier waarop de epitheelcellen reageerden”, zegt Yu. “Zo luisterden we mee met een opwindend gesprek in slow-motion.”
De huidsignalen verspreidden zich met een snelheid van ongeveer 10 millimeter per seconde vanaf de plaats van de wond en reikten vrij ver: soms tot honderden micrometers, zo’n veertig keer de lengte van een epitheelcel. Dit proces heeft veel weg van de elektrische calciumsignalering die we bij planten waarnemen wanneer ze worden beschadigd door bijvoorbeeld een rups.
Ionkanalen
De communicatie blijkt via zogenaamde ionkanalen te gaan. Dit zijn kleine eiwitporiën in celmembranen die de doorgang van geladen ionen mogelijk maken via passief transport. Het zijn vooral de calciumionen die deze rol op zich nemen. Deze epitheelcel-ionkanalen reageren op mechanische prikkels, zoals druk of uitrekking. Dit werkt iets anders dan de ionkanalen van neuronen, die reageren op veranderingen in spanning of chemische toestand.
De epitheliale signalen duren veel langer dan neuronale signalen, schrijven de onderzoekers. Sommige ‘gesprekken’ kunnen wel vijf uur duren. Maar de gemeten elektrische spanning bleek ongeveer net zo hoog als eerder al in neuronen is waargenomen en de communicatie van de huidcellen doorliep dezelfde fasen als bij neuronale communicatie.
Medische toepassingen
Omdat dit allemaal pas ontdekt is, moet er meer onderzoek worden gedaan om te begrijpen hoe het werkt en welke factoren bijdragen aan deze fascinerende vorm van cellulaire signaaloverdacht. Het communicatieproces van het epitheel is nog niet tot in detail uitgedokterd. Er zijn verschillende soorten epitheelcellen en het zou kunnen dat ze anders werken bij de communicatie van schade. De eerste tests maken echter al duidelijk dat calciumionen een belangrijke rol innemen in het proces.
Het team hoopt dat hun ontdekking de ontwikkeling van nieuwe biomedische apparaten mogelijk maakt. Ze denken hierbij aan draagbare sensoren en elektronische verbanden die wondgenezing versnellen. “Nu we deze stille schreeuwen van gewonde cellen beter begrijpen, gaan er deuren open waarvan we niet wisten dat ze bestonden”, besluit Yu.
