Mesenchyme to rodzaj tkanki zwierzęcej składającej się z luźnych komórek osadzonych w siatce białek i płynu, zwanej macierzą zewnątrzkomórkową. Luźna, płynna natura mesenchyme umożliwia jej komórkom łatwą migrację i odgrywa kluczową rolę w powstawaniu i rozwoju struktur morfologicznych podczas embrionalnych i płodowych stadiów życia zwierząt. Mesenchyme bezpośrednio powoduje powstanie większości tkanek łącznych organizmu, od kości i chrząstki do układu limfatycznego i krążenia. Ponadto interakcje między mezenchymem a innym typem tkanki, nabłonkiem, pomagają tworzyć prawie każdy narząd w organizmie.

chociaż większość mezenchymów wywodzi się ze środkowej embriologicznej warstwy zarodkowej, mezodermy, zewnętrzna warstwa zarodkowa znana jako ektoderma również wytwarza niewielką ilość mezenchymu ze wyspecjalizowanej struktury zwanej grzebieniem nerwowym. Mezenchyma jest na ogół tkanką przejściową; chociaż jest kluczowa dla morfogenezy podczas rozwoju, niewiele można znaleźć u dorosłych organizmów. Wyjątkiem są mezenchymalne komórki macierzyste, które znajdują się w małych ilościach w szpiku kostnym, tłuszczu, mięśniach i miazdze zębów dziecka.

Mezenchyme tworzy się we wczesnym okresie życia zarodkowego. Gdy pierwotne warstwy zarodkowe rozwijają się podczas gastrulizacji, populacje komórkowe tracą swoje właściwości adhezyjne i odrywają się od arkuszy połączonych komórek, zwanych nabłonkami. Proces ten, znany jako przejście nabłonkowo-mezenchymalne, powoduje powstanie mezodermalnej warstwy zarodka i występuje wiele razy w trakcie rozwoju wyższych kręgowców. Przejścia nabłonkowo-mezenchymalne odgrywają kluczową rolę w proliferacji komórkowej i naprawie tkanek i są wskazane w wielu procesach patologicznych, w tym w rozwoju nadmiaru włóknistej tkanki łącznej (zwłóknienie) i rozprzestrzenianiu się choroby między narządami (przerzuty). Proces odwrotny, Przejście mezenchymalno-nabłonkowe, zachodzi, gdy luźne komórki mezenchymu rozwijają właściwości adhezyjne i układają się w zorganizowany arkusz. Ten typ przejścia jest również powszechny podczas rozwoju i bierze udział w tworzeniu nerek.

pojęcie mesenchyme ma długą historię, która ukształtowała nasze współczesne rozumienie tkanki na wiele sposobów. W 1879 Charles Sedgwick Minot, anatom z Harvard Medical School w Bostonie w stanie Massachusetts, po raz pierwszy opisał mezamoeboidy, komórkową część tego, co wkrótce zostanie uznane za mezenchyme. Minot odkrył te komórki w kontekście badań histologicznych mezodermy. Rozumiał luźne, mobilne komórki mezenchymy jako prymitywnych przedstawicieli mezodermy, ale nie uważał tych komórek za rodzaj tkanki. Dwa lata po uznaniu mesamoeboidów przez Minota, Oscar i Richard Hertwig, dwaj bracia i doktoranci Ernsta Haeckela na Uniwersytecie w Jenie w Niemczech, ukuli termin mesenchyma w swojej publikacji Die Coelomtheorie. Versucheiner Erklärung des mittleren Keimblattes (teoria Coeloma: próba wyjaśnienia środkowej warstwy zarodkowej) i wykorzystali ją do opisania rodzaju tkanki, która składała się z komórek ameboidalnych, które przedstawiał Minot. Bracia Hertwig ustalili, że mezenchyma wywodzi się z mezodermy i umiejscawiali tę zależność w szerszym kontekście rozwoju coeloma, wypełnionej płynem jamy ciała. Ich Die Coelomtheorie rozwinęły również ideę, że trzy warstwy zarodkowe zachowują oddzielną tożsamość i rozwijają odrębne tkanki i narządy, koncepcję znaną jako teoria warstw zarodkowych.

w 1888 r. N. Katschenko zasugerował, że mezenchyma znaleziona w okolicy głowy pochodzi z grzebienia nerwowego, pochodnej ektodermalnej, skutecznie rozszerzając początki tkanki poza pojedynczą warstwę zarodkową. Pięć lat później doktorantka Harvard Medical School, Julia Platt, w Cambridge, Massachusetts, przedstawiła dowody na podstawie swoich badań nad embrionami necturus maculosus, rodzajem salamandry wodnej, że mezenchyma, która rozwinęła się w elementy szkieletowe łuków rozgałęzionych pochodzących z ektodermy. Publikacja Platta z 1893 roku, „Ectodermic Origin of the Cartilages of the Head”, i jej wnioski o ektodermicznym pochodzeniu mesenchyme w regionie głowy, a tym samym szkieletowych i chrzęstnych tkankach czaszki, były sprzeczne z zakorzenioną teorią warstwy zarodkowej i mezodermicznym pochodzeniem mesenchyme, zalecaną przez braci Hertwig w ich Die Coelomtheorie z 1881 roku. Odkrycia Platta zostały odrzucone przez wielu uznanych embriologów, którzy podtrzymywali teorię integralności warstw zarodkowych.

w latach następujących po publikacji Platta, kilku innych embriologów zidentyfikowało ektodermalne pochodzenie mezenchymy i jej pochodnych elementów szkieletowych w regionie głowy ryb i ptaków. Dopiero prawie trzydzieści lat po pierwszej publikacji Platta niezależne badania wykazały duży wpływ ektodermalny na mezenchymę. W 1921 roku, badając granice grzebienia nerwowego w tworzeniu zwojów mózgowych urodeli, powszechnie znanych jako salamandry, Francis Landacre z Ohio State University w Columbus w stanie Ohio, wykazał ektodermalne pochodzenie mezenchymy czaszkowej. Prace Landacre ’ a były kontynuowane przez inne badania, które dodatkowo wykazały ektodermalny Składnik mezenchymy. Pomysł, że mezenchyma w regionie czaszki pochodzi z grzebienia nerwowego, został ostatecznie uchylony w 1940 roku dzięki niezależnym badaniom embriologów Svena Hörstadiusa z Uppsala University w Uppsali w Szwecji i Gavina de Beera z University College w Londynie w Anglii.

wkrótce po zakończeniu debaty nad ektodermalną mezenchymą wybuchły badania nad rolą mezenchymu w rozwoju. W latach 60. embriolodzy zdali sobie sprawę, że mesenchyme, w połączeniu z nabłonkiem, odgrywał istotną rolę w morfogenezie wielu narządów podczas rozwoju embrionalnego i płodowego. Interakcje nabłonkowo-mezenchymalne tworzą prawie każdy narząd ciała, od włosów i gruczołów potowych po przewód pokarmowy, nerki i zęby.

w 1969 roku Edward Kollar i Grace Baird z University of Chicago w Chicago, Illinois, zaprojektowali serię eksperymentów, aby zrozumieć, w jaki sposób mezenchyma i nabłonek współpracują ze sobą, gdy komórki się różnicują, i jak te dwie tkanki łączą się, tworząc struktury embrionalne. Ich badania opierały się na długiej historii badania interakcji tkankowych podczas morfogenezy, a zwłaszcza na pracach Johna Cairna z 1954 roku na University of Texas w Austin w Teksasie i Johna Saundersa na Marquette University w Milwaukee w Wisconsin. Cairn i Saunders uznali, że mezoderma posiada bodziec indukcyjny w interakcjach między mezodermą a nabłonkiem. Wykorzystując rozwój zęba jako system modelowy, Kollar i Baird dostarczyli dowodów, że mezenchyma napędza zarówno indukcję, jak i różnicowanie podczas interakcji nabłonkowo-mezenchymalnych, a zatem jest tkanką, która nadaje specyficzność strukturalną podczas tych interakcji lub określa, jaka struktura powstanie. Kollar i Baird opublikowali swoje odkrycia w 1969 roku w „the Influence of the Dental Papilla on the Development of Tooth Shape in Embrionic Mouse Tooth Germs”, a w 1970 roku w „Tissue Interactions in Embrionic Mouse Tooth Germs.”

krótko przed opublikowaniem przez Kollara i Bairda relacji o interakcjach nabłonkowo-mezenchymalnych, Alexander Friedenstein odkrył mezenchymalne komórki macierzyste u myszy (Mus musculus). W publikacjach z lat 1966-1987 Friedenstein, we współpracy z rówieśnikami z Uniwersytetu Moskiewskiego w Moskwie, dostarczył dowodów z eksperymentów transplantacyjnych, że komórki macierzyste pobrane ze szpiku kostnego mogą różnicować się w tkanki mezenchymalne, takie jak tłuszcz, kość i chrząstka. Komórki te stały się znane jako mezenchymalne komórki macierzyste, a następnie zostały znalezione we krwi, chrząstkach, szkieletach i tkankach tłuszczowych. Mezenchymalne komórki macierzyste stanowią zbiornik komórek rezerwowych, które organizm może wykorzystać do normalnej lub patologicznej regeneracji i naprawy tkanek. Zdolności mezenchymalnych komórek macierzystych do różnicowania się w różne tkanki, znane jako siła komórkowa, było przyczyną debaty w ostatnich latach, prowadząc naukowców do pytania, czy te komórki są naprawdę multipotentne i mogą powodować wiele typów komórek. Potencjalna multipotencja mezenchymalnych komórek macierzystych, w połączeniu z ich obecnością w dorosłych organizmach, uczyniła z nich atrakcyjną alternatywę dla embrionalnych komórek macierzystych do badań nad regeneracją tkanek.

obecne badania nad mezenchymem rozprzestrzeniają się na wiele dziedzin biologicznych. Badania nad mezenchymem dzielą się jednak na dwa ogólne zainteresowania: rolę i ekspresję genów specyficznych dla mezenchymu podczas rozwoju, w tym procesów patologicznych, oraz lokalizacje i możliwości mezenchymalnych komórek macierzystych. Podczas gdy niektórzy nadal badają mezenchym na poziomie tkanki, dwa obecne ogniska odzwierciedlają tendencję do analizy i zrozumienia mechanizmów na poziomie molekularnym, dzięki którym mezenchym funkcjonuje podczas rozwoju. Począwszy od definicji braci Hertwig, badania mesenchyme przeszły od badań anatomicznych w rozwoju zarodków, do wkładu komórkowego w tworzenie narządów i interakcje na poziomie tkanek, a teraz do genetycznych mechanizmów rozwoju i naprawy tkanek.

istnieje ciągłość historyczna w badaniach nad mezenchymem, ale pozostają ślady kontrowersji, które otaczały tę tkankę pod koniec XIX wieku. W swoim artykule z 1893 roku, w którym wprowadziła społeczność biologiczną do ektodermalnego pochodzenia mezenchymy w regionie głowy, Julia Platt zasugerowała również zmianę terminologii. Mesenchyme pochodzenia ektodermalnego określiła terminem mesectoderm, podczas gdy mesodermal mesenchyme nazwała mesendoderm. Społeczność medyczna, zwłaszcza patolodzy, nadal stosuje to rozróżnienie między źródłami mezenchymalnymi, tylko odnosząc się do tkanki jako mezenchym, jeśli pochodzi ona z mezodermy. Patolodzy utrzymują to rozróżnienie, ponieważ źródło mezenchymalne określa rodzaj i zachowanie choroby. Tymczasem biolodzy rozwojowi mają tendencję do rozpoznawania mezenchymy po jednej nazwie, niezależnie od źródła.

badania nad mezenchymem mają długą historię, od rozpoznania mezenchyme w ramach teorii warstwy zarodkowej, przez kontrowersje dotyczące pochodzenia mezenchyme, po odkrycie roli mezenchyme w morfogenezie i jej zdolności do produkcji komórek macierzystych. Historia ta wynika częściowo z faktu, że mezenchyma ma kluczowe znaczenie dla wzrostu i rozwoju embrionalnego, a także utrzymania tkanki łącznej w wieku dorosłym. Luźny charakter komórek w obrębie mezenchymy umożliwia przemieszczanie się i formowanie tkanki. Podczas embriogenezy mesenchyme powoduje powstanie tkanki łącznej organizmu, od chrząstki i kości do tłuszczu, mięśni i układu krążenia. Tymczasem prawie każdy narząd tworzy się poprzez interakcje nabłonkowo-mezenchymalne, w których mezenchym dostarcza zarówno bodźca indukcyjnego, jak i determinuje ścieżkę różnicowania. Chociaż niewiele mezenchymów pozostaje w ciele w wieku dorosłym, końcowe pozostałości tej tkanki, mezenchymalne komórki macierzyste, pozwalają tkankom łącznym na naprawę i regenerację.