[논문 리뷰] Active interfacial dynamic transport of fluid in fibrous connective tissues and a hypothesis of interstitial fluid circulatory system

Hongyi Li, Yin Yajun외 8명|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 12.

Cerebrospinal fluid and hydrocephalus참고 문헌 14인용 수 4

한 줄 요약

논문은 섬유질 세포외기질 성분을 따라 활성적인 계면 유체 운반에 의해 구동되는 간질액 순환체계에 대한 새로운 가설을 제안한다. 생체내 및 생체외 영상 분석을 통해 저자들은 장거리에 이르는 섬유에 의해 안내되는 유체 흐름—'다이내모타크시스'로 명명—을 규명하였으며, 이는 전통적인 간질액이 퍼져서 갇혀 있는 것으로 보는 관점에 도전하며 결합 조직에서 조절되고 방향성이 있는 순환 메커니즘이 존재할 가능성을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 간질액이 수동적 확산을 초월해 장거리이고 방향성 있는 운반을 보이는지 조사하기 위해.
• 기존의 간질액이 정적 기질에 갇혀 있다고 보는 관점을 도전하기 위해.
• 지속적이고 안내된 유체 이동을 가능하게 하는 해부학적 경로와 메커니즘을 규명하기 위해.
• 새로운 생리학적 프레임워크로 간질액 순환체계를 제안하기 위해.

제안 방법

• 고도의 시각화 기술을 사용하여 자원자와 시신에서의 간질액 유동을 연속적으로 영상 촬영한 것.
• 유체 운반의 구조적 안내자로 기능하는 종방향으로 배열된 섬유질 구조를 특정한 것.
• 다이나믹한 구동력에 반응하여 나타나는 유체 이동 패턴을 분석한 것—'다이내모타크시스'로 명명함.
• 가설을 뒷받침하기 위해 18개의 회의 및 대표적인 연구에서의 실험 데이터를 통합한 것.
• 고체 섬유의 계면에 존재하는 나노스케일 영역에서의 유체 운반을 정량적으로 특성화한 것.
• 섬유에 의해 안내되는 구조와 능동적 운반 역학을 기반으로 한 간질액 순환체계의 개념적 모델을 개발한 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 간질액이 혈관계통과 무관하게 장거리이고 방향성 있는 운반을 겪을 수 있는가?
• RQ2 결합 조직 내에서 지속적이고 안내된 유체 이동을 가능하게 하는 구조적 특징은 무엇인가?
• RQ3 다이나믹한 힘은 어떻게 섬유성 세포외기질 성분을 따라 유체 운반을 이끄는가?
• RQ4 인간 조직에서 功能적이고 조직화된 간질액 순환체계가 존재하는가에 대한 증거가 있는가?
• RQ5 유체와 고체 섬유 사이의 나노스케일 계면 역학은 유체 운반에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 간질액은 살아있는 자원자와 시신 모두에서 결합 조직 내 섬유 경로를 따라 장거리이고 혈관 외부의 흐름을 보이며, 관찰되었다.
• 고체 기질의 섬유 표면에 고유한 계면 운반 영역—나노스케일일 가능성 있음—이 존재하여, 구동력에 의해 유체 이동이 가능하다.
• 유체 운반은 능동적으로 구동되며, 다이나믹한 원천에 따라 반응하며, 이 현상은 '다이내모타크시스'로 명명되었다.
• 4가지의 고유한 섬유 유량 경로의 해부학적 분포가 확인되었으며, 각각 종방향으로 배열된 섬유가 가이드레일 역할을 하였다.
• 실험 데이터는 조절되고 방향성이 있는 간질액 순환체계의 존재를 뒷받침하며, 기존의 수동적이고 국소적인 확산 모델에 도전한다.
• 제안된 체계는 간질액 균형 유지와 운반에 대해 이전에 인식되지 않았던 생리학적 메커니즘을 시사한다.