[論文レビュー] Active interfacial dynamic transport of fluid in fibrous connective tissues and a hypothesis of interstitial fluid circulatory system

Hongyi Li, Yin Yajun+8 more|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 2019

Cerebrospinal fluid and hydrocephalus参考文献 14被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、繊維状の細胞外マトリックス成分に沿った能動的界面流体輸送によって駆動される間隙液循環系の新規仮説を提唱する。生体内および生体外イメージングを用いて、著者らは長距離にわたる繊維に沿った流体の流れ（「ダイナモタクシス」と呼ばれる）を同定した。これは従来の間隙液が拡散的に捕捉されたものと見なされる考え方に挑戦するものであり、結合組織における制御的で方向性のある循環機構の存在を示唆している。

ABSTRACT

Fluid in interstitial spaces accounts for ~20% of an adult body weight. Does it circulate around the body like vascular circulations besides a diffusive and short-ranged transport? This bold conjecture has been debated for decades. As a conventional physiological concept, interstitial space was the space between cells and a micron-sized space. Fluid in interstitial spaces is thought to be entrapped within interstitial matrix. However, our serial data have further defined an interfacial transport zone on a solid fiber of interstitial matrix. Within this fine space that is probably nanosized, fluid can transport along a fiber under a driving power. Since 2006, our imaging data from volunteers and cadavers have revealed a long-distance extravascular pathway for interstitial fluid flow, comprising four types of anatomic distributions at least. The framework of each extravascular pathway contains the longitudinally assembled and oriented fibers, working as a fibrous guiderail for fluid flow. Interestingly, our data showed that the movement of fluid in a fibrous pathway is in response to a dynamic driving source and named as dynamotaxis. By analysis of some representative studies and our experimental results, a hypothesis of interstitial fluid circulatory system is proposed.

研究の動機と目的

• 間隙液が能動的拡散を超えて長距離で方向性のある輸送を示すかどうかを調査すること。
• 間隙液が静的マトリックスに閉じ込められているという従来の見方を覆すこと。
• 持続的でガイドされた流体移動を可能にする解剖的経路とメカニズムを同定すること。
• 新たな生理学的枠組みとして『間隙液循環系』を提唱すること。

提案手法

• 先進的な可視化技術を用いて、被験者および死体における間隙液の流れを連続的に撮影すること。
• 縦方向に整列した繊維状構造が流体輸送の構造的ガイドとして機能することを同定すること。
• 動的駆動力に応じた流体移動パターンを分析し、これを『ダイナモタクシス』と呼ぶ。
• 18件の会議および代表的な研究からの実験データを統合して仮説を裏付けること。
• 固体繊維に沿ったナノスケールの界面領域における流体輸送を定量化して特徴づけること。
• 繊維に沿ったガイドレールと能動的輸送ダイナミクスに基づく間隙液循環系の概念的モデルを構築すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 間隙液は血管系とは独立して長距離で方向性のある輸送を受けることができるか？
• RQ2 結合組織にどのような構造的特徴が、持続的かつガイドされた流体移動を可能にするか？
• RQ3 動的力がどのように繊維状の細胞外マトリックス成分に沿って流体を輸送するか？
• RQ4 人間組織に機能的で組織立てられた間隙液循環系の存在に証拠があるか？
• RQ5 流体と固体繊維のナノスケールの界面ダイナミクスが流体輸送に果たす役割は何か？

主な発見

• 間隙液は、生体被験者および死体の両方で、結合組織内において繊維に沿った長距離で血管外の流れを示している。
• 固体マトリックス繊維上に、明確に区別される界面輸送領域（おそらくナノスケール）が存在し、駆動力に応じた流体移動を可能としている。
• 流体輸送は能動的であり、動的要因に応答するものであり、これを『ダイナモタクシス』と呼ぶ。
• 4つの異なる繊維状流体経路の解剖的分布が同定され、それぞれが縦方向に整列した繊維がガイドレールとして機能している。
• データは、制御的で方向性のある間隙液循環系の存在を裏付けており、従来の受動的で短距離の拡散モデルに挑戦する。
• 提唱されるシステムは、間隙液のホメオスタシスおよび輸送に関する以前に認識されていなかった生理学的メカニズムを示唆している。