Mural-VISTA: A tool for mural cell-vessel interaction assessment and multiscale single-cell topo-morphological analysis

Binnen de wanden van onze bloedvaten speelt zich een stille maar vitale samenwerking af tussen het vat zelf en de cellen die eromheen gewikkeld zijn. Deze omhullende cellen, bekend als muralcellen, omvatten pericyten en vasculaire gladde spiercellen. Ze zijn niet louter passieve bekledingen; ze vormen en stabiliseren actief de kleine buisjes die het bloed door het lichaam transporteren. Om te begrijpen hoe deze cellen functioneren, moeten wetenschappers kijken naar hun driedimensionale vorm. Jarenlang hebben onderzoekers vertrouwd op platte, tweedimensionale beelden om deze cellen te bestuderen, een methode die de complexe, kronkelende vertakkingen van de cellen in één enkel vlak plat slaat. Deze aanpak verbergt vaak de ware aard van de cel, waardoor verschillende delen over elkaar heen vallen en precies wordt vertroebeld hoe de cel contact maakt en interageert met het vat dat hij omringt. Zonder een duidelijk zicht op de volledige driedimensionale structuur is het moeilijk om te meten hoe deze cellen veranderen wanneer hun interne chemie verschuift.

Om dit probleem op te lossen, hebben onderzoekers een nieuwe digitale tool ontwikkeld genaamd Mural-VISTA. Dit is een gespecialiseerd computerprogramma dat is ontworpen om complexe, driedimensionale modellen van cellen en vaten te nemen en deze met hoge precisie te meten. In plaats van naar een plat plaatje te kijken, werkt de tool met een gereconstrueerd oppervlaktesnet (surface mesh), wat in essentie een digitale huid is die over de vorm van de cel is gebouwd. De software stelt een wetenschapper in staat om interactief het centrum van het vat te traceren en vervolgens de verschillende delen van de cel zorgvuldig te scheiden, waarbij het onderscheid wordt gemaakt tussen het hoofdlichaam en de lange, dunne takken die uitsteken. Zodra de onderdelen zijn gescheiden, berekent het programma zesendertig verschillende metingen. Deze metrieken beschrijven de vorm van de cel op drie verschillende schalen: de minuscule segmenten van een tak, de gehele tak, en de hele cel als één enkele eenheid. Door deze metingen te gebruiken, kunnen de onderzoekers exact kwantificeren hoe de cel is opgebouwd en hoe deze zich verhoudt tot de vaatwand.

Het team gebruikte deze nieuwe tool om te onderzoeken wat er gebeurt wanneer de activiteit van een specifiek eiwit binnen de cel, genaamd RhoA, wordt veranderd. RhoA is een molecuul dat helpt bij het controleren van het interne skelet van de cel, wat de vorm en stijfheid bepaalt. De onderzoekers testten twee scenario's: één waarbij het eiwit in een permanent actieve staat werd vergrendeld, en een andere waarbij de activiteit ervan aanzienlijk werd verminderd. Wanneer het eiwit werd gedwongen om actief te blijven, onthulde de tool dat de cellen eenvoudiger werden in hun structuur. De vertakkingen werden minder talrijk en rechter, en volgden de lijn van het vat nauwer. Deze verandering trad op bij beide typen muralcellen. De tool detecteerde echter ook een verschil tussen de twee celtypen. Terwijl het actieve eiwit de gehele cel en de takken compacter en steviger maakte in de vasculaire gladde spiercellen, trad deze specifieke verandering niet op in de pericyten.

Wanneer de onderzoekers de activiteit van het eiwit verminderden, waren de resultaten weer anders en waren ze afhankelijk van het type cel. Bij de pericyten werden de vertakkingen talrijker en minder solide, waardoor ze meer uitwaaierden dan normaal. In contrast hiermee vertoonden de vasculaire gladde spiercellen niet dezelfde toename in het aantal vertakkingen of afname in soliditeit. Dit suggereert dat de twee typen muralcellen verschillend reageren wanneer hetzelfde interne signaal wordt teruggeschroefd. De studie bevestigt dat de vorm van deze cellen niet willekeurig is, maar nauw verbonden is met hun interne chemische signalen en hun fysieke relatie met het vat. Door een manier te bieden om deze complexe vormen in drie dimensies te meten, biedt Mural-VISTA een helderder venster op hoe deze essentiële cellen de gezondheid van onze bloedvaten in stand houden.