Ramon y Cajal při hledání nervové sítě jednodušší než mozek studoval tenké střevo králíka, aby našel intersticiální buňky, které považoval za koncové buňky sympatického nervového systému (Ramon y Cajal, 1911). Jeho kresby toho, čemu se později začalo říkat Cajalovy intersticiální buňky, dodnes vzbuzují obdiv pro svou přesnost. Hypotéza ICC jako nervových buněk vycházela z pozorování, že ICC spojené s myenterickým plexem králičího střeva, obarvené metylenovou modří a impregnované stříbrem podle Golgiho metody, se podobají nervovým tkáním. Navíc se zdálo, že tyto buňky interkalují mezi typickými nervovými buňkami a buňkami hladkého svalstva. V letech následujících po Cajalových publikacích morfologové při studiu ICC ve střevě téměř nepřetržitě docházeli k závěru, že se jedná o nervové buňky, Schwannovy buňky, fibroblasty nebo myoidní buňky. Občas někdo tyto buňky spojoval s vytvářením rytmicity motorické aktivity střeva. Keith viděl strukturální podobnost s buňkami sinoatriálního uzlu a vyslovil hypotézu, že jde o buňky kardiostimulátoru (Keith, 1915). Leeuwe psal v roce 1937: „Cajalovy intersticiální buňky jsou koncovými útvary sympatického nervového systému, které jsou zodpovědné za rytmické stahy střevní peristaltické činnosti“ (Leeuwe, 1937). Ambache, ačkoli stále věřil, že MTK patří k nervovému systému, nicméně navrhl, že elektrická pomalá vlna, která předchází kontrakcím, „představuje výboj pacemakeru ve střevě a může vznikat v nervové síti, kterou popsal Cajal“ (Ambache, 1947). Nelemans a Nauta to komentovali: „Protože většina orgánů obsahujících intersticiální buňky vykazuje rytmicitu …. , zdá se nám nejpravděpodobnější, že původ této rytmicity musíme hledat v intersticiální síti“ (Nelemans a Nauta, 1951). Elektronová mikroskopie předznamenala moderní éru výzkumu fyziologie a patofyziologie Cajalových intersticiálních buněk. První článek, který na základě této nové techniky přinesl hypotézu, že ICC jsou pacemakerové buňky, publikovala v italském časopise profesorka Faussone-Pellegriniová z Florentské univerzity v Itálii, kde popsala ICC pozorované ve vzorku jícnu a žaludku od pacientů, kteří netrpěli patologií motility (Faussone Pellegrini et al., 1977). Překlad této práce do angličtiny nyní vyšel v časopise Frontiers in Autonomic Neuroscience (Faussone Pellegrini et al., 2013). Faussone-Pellegrini promoval na Florentské univerzitě v roce 1963 ve věku 23 let a bylo mu nabídnuto místo na katedře histologie a embryologie, aby instruoval členy katedry v používání nového transmisního elektronového mikroskopu. S malými finančními prostředky a bez pomoci Faussone Pellegrini tehdy (1967-1968) objevila ICC v krysím žaludku, ale nemohla nic publikovat, protože její profesor rozhodl, že je příliš mladá a nebyla požádána, aby hledala něco mimo téma, které měla studovat. O několik let později, v letech 1974-1976, požádal Faussone-Pellegriniovou chirurg Camillo Cortesini, aby se podívala na vzorky z gastroezofageálního spojení od pacientů s achalázií, kde viděla, že morfologie ICC se liší od kontrol, protože mají méně organel, jako jsou mitochondrie, hladké endoplazmatické retikulum, a mají také méně kontaktů s hladkými svalovými buňkami a nervy (Faussone Pellegrini et al., 1977). Skutečnost, že achalázie je spojena se špatnou peristaltikou, ji přivedla na myšlenku hypotézy, že by ICC mohly být pacemakerovými buňkami. K rozvoji hypotézy jí pomohlo i to, že fyziologické poznatky z literatury korelovala se strukturálními informacemi, které zjišťovala. Faussone-Pellegrini (Faussone Pellegrini et al., 1977) odkazuje na dvě kapitoly z Handbook of Physiology z roku 1986. Holman napsal, že kardiostimulační aktivita je pravděpodobně generována několika málo nebo všemi podélnými svalovými buňkami v tenkém střevě, přičemž připustil, že je nepravděpodobné, že by všechny buňky hladkého svalstva vykazovaly kardiostimulační vlastnosti (Holman, 1968). Prosser a Bortoff rovněž zaměřili svou pozornost na podélné svalové buňky, ale uvádějí následující tvrzení: „Tiegs (1925) na morfologickém základě postuloval, že intersticiální buňky, které Cajal popsal jako hojné podél nervů … tvoří intersticiální síť, která vzniká, vede a koordinuje rytmické kontrakce.“[2]. Prosser a Bortoff to však zřejmě odmítli tvrzením, že „Richardson (1958) elektronovou mikroskopií jasně ukázal, že jde o fibroblasty tvořící pochvy kolem nervů.“

Kromě fyziologických studií pomohla Faussone-Pellegrinimu vytvořit hypotézu i srovnávací morfologie. Faussone-Pellegrini píše: „Nízký stupeň diferenciace intersticiálních buněk jako kontraktilních elementů může souviset se samovzbuzením, podobně jako v myokardu (Viragh a Challice, 1973), kde je specifická tkáň věnovaná generování a vedení impulzů tvořena buňkami, které jsou pro kontrakci méně diferencované než běžné myokardiocyty.“ (Faussone Pellegrini a kol…, 2013).

Protože původní článek byl napsán v italštině (Faussone Pellegrini et al., 1977), neměl široký ohlas a Faussone-Pellegrini toužil publikovat v angličtině. Cílem byla studie ICC v lidském tenkém střevě. První pokusy o publikaci byly neúspěšné, protože recenzenti se domnívali, že ICC jsou nezralé svalové buňky nebo špatně fixované svalové buňky. Nakonec však byla v roce 1983 publikována její studie, kde popsala ICC v oblasti myenterického plexu a v oblasti hlubokého svalového plexu (Faussone Pellegrini a Cortesini, 1983). V této době Faussone Pellegrini také studovala pre- a postnatální myší střevo a prokázala, že ICC nejsou nezralé hladké svalové buňky, a poskytla informace o morfologii diferenciace ICC z mezenchymální buňky na „dospělé“ ICC (Faussone Pellegrini, 1984).

Práce Faussone-Pellegrini se stala známější díky publikacím a konferenčním prezentacím profesora Larse Thuneberga z Kodaňské univerzity v Dánsku. Článek Faussone-Pellegriniho (1977) byl citován v Thunebergově zásadní doktorské práci (1982), která završila léta elektronové mikroskopie na starém mikroskopu Hitachi. Thuneberg měl schopnost pozorovat detaily, které se většině pozorovatelů zdály nepodstatné, což mu poskytlo množství nápadů a mnoho originálních hypotéz. Thuneberg objevil ICC kolem roku 1974, ale bez tlaku na publikování se tento výzkum objevil až v roce 1982 jako doktorská práce (Thuneberg, 1982). Thuneberg rozšířil strukturální důkazy o ICC jako kardiostimulátorech a brzy spolu s Jurim Rumessenem poskytl první fyziologické důkazy (Thuneberg et al., 1984). Bylo prokázáno, že aktivita pomalých vln vychází z oblasti myenterického plexu, a proto bylo rozhodnuto prozkoumat možnost, že fotochemická ablace sítě ICC-MP způsobí vymizení zaznamenatelné aktivity pomalých vln. Stalo se, že v síti ICC-MP se jedinečným způsobem hromadila vitální methylenová modř, a když byly buňky vystaveny přímému osvětlení, došlo k vážnému poškození ICC, které skutečně způsobilo vymizení pomalých vln (Thuneberg et al., 1984), což poskytlo silnou podporu myšlence, že ICC-MP jsou střevní pacemakerové buňky. Fyziologem, který se nejvíce přiblížil předpovědi tohoto výsledku, byl Tomita, který publikoval v roce 1981: „

Studie fotochemické ablace byla sdělena na 9. mezinárodním setkání o motilitě trávicího traktu v Aix en Provence (Thuneberg et al., 1984), což podnítilo několik laboratoří k zahájení práce na ICC. Poté počet publikací o ICC dramaticky vzrostl (Thuneberg, 1999). Ačkoli Szurszewski ve své „bibli“ gastrointestinální fyziologie z roku 1981 ICC jako možný zdroj nezmiňuje: „(Szurszewski, 1981), v roce 1986 Szurszewského laboratoř zaznamenává elektrickou aktivitu izolovaných úseků tenkého střeva a dochází k závěru, že spontánní pomalé vlny tenkého střeva psa, kočky, králíka, vačice a člověka jsou generovány v neurálních buňkách umístěných mezi podélnou a vnější cirkulární svalovou vrstvou. Předpokládá se, že zdrojem může být ICC (Hara et al., 1986). Suzuki et al. provedli podobné studie v jejunu kočky a dospěli ke stejnému závěru (Suzuki et al., 1986). Ve vydání knihy „Physiology of the gastrointestinal tract“ z roku 1987 je obsáhle diskutována Thunebergova práce z roku 1982 a Szurszewski píše: „Pokud jde o povahu těchto buněk … zdá se, že největší naději mají intersticiální Cajalovy buňky (Szurszewski, 1987). ICC byla přijata do bašty gastrointestinální fyziologie! V roce 1989 potvrdily další fyziologické důkazy z jiných laboratoří pacemakerovou roli ICC (Barajas-Lopez et al., 1989; Langton et al., 1989). V roce 1999 publikovali Thuneberg a Faussone Pellegrini společnou práci „Guide to the identification of interstitial cells of Cajal“ (Faussone-Pellegrini a Thuneberg, 1999).

Je zvláštní, že Faussone Pellegrini rozvinul myšlenku, že ICC jsou pacemakerové buňky řídící peristaltiku, když pracoval na jícnu, kde za normálních podmínek není zaznamenána žádná spontánní rytmická aktivita a kde se předpokládá, že peristaltika je pod vagovou kontrolou. Všechny pozdější fyziologické studie o úloze ICC jako pacemakerových buněk se skutečně jícnu netýkaly. Předpokládá se, že ztráta peristaltiky jícnu je způsobena ztrátou neuronů (Kraichely a Farrugia, 2006) nebo dysfunkcí LES (Kraichely a Farrugia, 2006). Jícen má velmi málo ICC spojených s myenterickým plexem, ICC nejčastěji spojovaných s aktivitou kardiostimulátoru. Jícen má hojné intramuskulární ICC (ICC-IM) rozptýlené v cirkulární a longitudinální svalovině (obr. 1). Předpokládá se, že ICC-IM se podílejí na pacemakingu a šíření pomalých vln v žaludku (Hirst et al., 2006). Zajímavé je, že ICC se nacházejí také v příčně pruhované svalovině jícnu (Faussone-Pellegrini a Cortesini, 1986). Souvisí jícnové ICC s peristaltikou? Stejně jako jinde v těle má jícen překrývající se mechanismy propulze. Propulze vyvolaná polykáním je řízena a koordinována sekvenční excitací prostřednictvím vagových vláken programovaných polykacím centrem v centrálním nervovém systému. Při absenci vagové aktivity může převzít řízení intramurální nervový mechanismus. Polknutí bolusu aktivuje tento systém a následná propagační kontrakce má velmi podobné vlastnosti jako ta řízená centrálním nervovým systémem (Diamant, 1989). Přímá stimulace svaloviny jícnu u vačice vyvolává kontrakce, které se šíří peristalticky rychlostí, která je podobná rychlosti peristaltických kontrakcí vyvolaných polykáním, v přítomnosti TTX (Sarna et al., 1977). Jícen má tedy myogenní řídicí systém, který může plně organizovat peristaltickou aktivitu, a síť ICC je logickým kandidátem na jeho původ. U některých pacientů s achalázií je zaznamenána silná rytmická kontraktilní aktivita, která jasně ukazuje na přítomnost pacemakeru (Jee et al., 2009). Nové důkazy v lidském jícnu naznačují, že pacemakerem by mohla být síť ICC-IM a PDGFRα pozitivních buněk (Ji-Hong Chen a Jan D. Huizinga, nepublikováno). Proto by se myšlenka Faussonne Pellegriniho o ICC v jícnu jako o pacemakerech mohla stále ukázat jako správná.

Figure 1. Ultrastruktura ICC-IM v cirkulární svalové vrstvě lidského dolního jícnu. (A) ICC-IM a jeho výběžky tvoří četná spojení (šipky) s přilehlými hladkými svalovými buňkami. (B) ICC-IM v malé přepážce je v blízkosti dvou malých nervových svazků (N).

Shrnuto, hypotéza, že ICC jsou pacemakerové buňky střeva, se v literatuře objevuje od roku 1915. Faussone-Pellegrini jako první publikoval v roce 1977 studii, která tuto hypotézu posílila díky použití elektronové mikroskopie. Tuto představu dále rozvinul a zpopularizoval Thuneberg v roce 1982, čímž byla zahájena moderní éra fyziologických studií buněčného původu činnosti střevních pacemakerů.

Poděkování

Tato práce byla finančně podpořena grantem od National Natural Science Foundation of China (NSFC) # 81170249 pro Ji-Hong Chena a od Canadian Institutes of Health Research (CIHR) # MOP12874 pro Jana D. Huizinga.