Ramon y Cajal etsi aivoja yksinkertaisempaa hermoverkkoa ja tutki kanin ohutsuolta löytääkseen interstitiaalisia soluja, joita hän piti sympaattisen hermoston loppusoluina (Ramon y Cajal, 1911). Hänen piirroksensa siitä, mitä myöhemmin kutsuttaisiin Cajalin interstitiaalisoluiksi, herättävät edelleen ihailua tarkkuudellaan. Hypoteesi ICC:stä hermosoluina perustui havaintoon, jonka mukaan ICC liittyi kanin suolen myenteriseen plexukseen, joka oli värjätty metyleenisinisellä ja hopeakyllästyksellä Golgin menetelmän mukaisesti, hermokudosten tavoin. Lisäksi solut näyttivät olevan tyypillisten hermosolujen ja sileiden lihassolujen välissä. Cajalin julkaisuja seuranneina vuosina morfologit tutkivat suoliston ICC:tä lähes jatkuvasti päätyen siihen tulokseen, että ne olivat hermosoluja, Schwannin soluja, fibroblasteja tai myoidisoluja. Toisinaan joku yhdisti solut suoliston motorisen aktiivisuuden rytmityksen tuottamiseen. Keith näki rakenteellisia yhtäläisyyksiä sinussolmukesolujen kanssa ja oletti niiden olevan tahdistinsoluja (Keith, 1915). Leeuwe kirjoitti vuonna 1937: ”Cajalin interstitiaaliset solut ovat sympaattisen hermoston loppumuodostumia, jotka ovat vastuussa suolen peristalttisen toiminnan rytmisistä supistuksista” (Leeuwe, 1937). Vaikka Ambache uskoi edelleen ICC:n kuuluvan hermostoon, hän kuitenkin ehdotti, että supistuksia edeltävä sähköinen hidas aalto ”edustaa tahdistimen purkautumista suolistossa ja saattaa syntyä Cajalin kuvaamassa hermoverkossa” (Ambache, 1947). Nelemans ja Nauta kommentoivat: ”Koska useimmissa interstitiaalisia soluja sisältävissä elimissä esiintyy rytmisyyttä …., se vaikuttaa meistä todennäköisimmältä, että tämän rytmisyyden alkuperä on löydettävä interstitiaalisesta verkosta” (Nelemans ja Nauta, 1951). Elektronimikroskopia aloitti Cajalin interstitiaalisten solujen fysiologiaa ja patofysiologiaa koskevan tutkimuksen nykyaikaisen aikakauden. Ensimmäisen artikkelin, jossa esitettiin tähän uuteen tekniikkaan perustuva hypoteesi, jonka mukaan ICC:t olivat tahdistinsoluja, julkaisi italialaisessa lehdessä Firenzen yliopistossa Italiassa työskentelevä professori Faussone-Pellegrini, jossa hän kuvaili ICC:tä, joita oli havaittu ruokatorven ja mahalaukun näytteissä, jotka olivat peräisin potilailta, joilla ei ollut motiliteettipatologiaa (Faussone Pellegrini ym., 1977). Tämän artikkelin englanninkielinen käännös on nyt ilmestynyt Frontiers in Autonomic Neuroscience -lehdessä (Faussone Pellegrini et al., 2013). Faussone-Pellegrini valmistui Firenzen yliopistosta vuonna 1963 23-vuotiaana, ja hänelle tarjottiin paikkaa histologian ja embryologian laitokselta opastamaan laitoksen jäseniä uuden läpäisyelektronimikroskoopin käytössä. Vähällä rahalla ja ilman apua Faussone Pellegrini löysi tuolloin (1967-1968) ICC:n rotan mahalaukussa, mutta ei voinut julkaista mitään, koska hänen professorinsa katsoi, että hän oli liian nuori eikä häntä ollut pyydetty etsimään jotain muuta kuin sitä aihetta, jota hänen pitäisi tutkia. Vuosia myöhemmin, vuosina 1974-1976, kirurgi Camillo Cortesini pyysi Faussone-Pellegriniä tutkimaan ahalaasiapotilaiden maha-ruokatorven liitoskohdasta otettuja näytteitä, joissa hän huomasi, että ICC:n morfologia erosi kontrolleista, sillä niissä oli vähemmän organelleja, kuten mitokondrioita ja sileää endoplasmista retikulumia, ja niillä oli myös vähemmän kontakteja sileisiin lihassoluihin ja hermoihin (Faussone Pellegrini et al., 1977). Se, että ahalaasiaan liittyy heikko peristaltiikka, antoi hänelle ideoita hypoteesiin, jonka mukaan ICC voisi olla tahdistinsoluja. Hypoteesin kehittämistä edesauttoi myös kirjallisuudesta saatujen fysiologisten löydösten suhteuttaminen hänen löytämiinsä rakenteellisiin tietoihin. Faussone-Pellegrini (Faussone Pellegrini et al., 1977) viittaa kahteen lukuun vuoden 1986 Handbook of Physiology -teoksesta. Holman kirjoitti, että tahdistinaktiivisuutta synnyttävät todennäköisesti muutamat tai kaikki ohutsuolen pitkittäiset lihassolut, ja myönsi, että oli epätodennäköistä, että kaikilla sileillä lihassoluilla olisi tahdistinominaisuuksia (Holman, 1968). Myös Prosser ja Bortoff kiinnittivät huomionsa pitkittäisiin lihassoluihin, mutta he esittävät seuraavan toteamuksen: ”Morfologisin perustein Tiegs (1925) postuloi, että interstitiaaliset solut, joita Cajal oli kuvannut olevan runsaasti hermojen varrella … muodostavat interstitiaalisen verkon, joka synnyttää, johtaa ja koordinoi rytmisiä supistuksia.” Prosser ja Bortoff näyttivät kuitenkin hylkäävän tämän toteamalla, että ”Richardson (1958) osoitti elektronimikroskoopilla selvästi, että ne ovat fibroblasteja, jotka muodostavat hermojen ympärille vaippoja.”

Fysiologisten tutkimusten lisäksi vertaileva morfologia auttoi Faussone-Pellegriniä luomaan hypoteesin. Faussone-Pellegrini kirjoittaa: ”Interstitiaalisten solujen vähäinen erilaistumisaste supistuvina elementteinä saattaa liittyä itseärsytykseen, kuten sydänlihaksessa (Viragh ja Challice, 1973), jossa erityinen impulssien tuottamiseen ja johtamiseen omistettu kudos koostuu soluista, jotka ovat vähemmän hyvin erilaistuneita supistumista varten kuin tavalliset sydänlihassolut.” (Faussone Pellegrini ym, 2013).

Sen vuoksi, että alkuperäinen artikkeli oli kirjoitettu italiaksi (Faussone Pellegrini et al., 1977), se ei saanut laajaa yleisöä, ja Faussone-Pellegrini pyrki julkaisemaan sen englanniksi. Tavoitteena oli tutkia ICC:tä ihmisen ohutsuolessa. Ensimmäiset julkaisuyritykset eivät onnistuneet, koska arvostelijat pitivät ICC:tä epäkypsiä lihassoluja tai huonosti kiinnittyneitä lihassoluja. Lopulta vuonna 1983 julkaistiin kuitenkin hänen tutkimuksensa, jossa hän kuvasi ICC:tä myenteric plexus -alueella ja syvän lihaskudoksen alueella (Faussone Pellegrini ja Cortesini, 1983). Tänä aikana Faussone Pellegrini tutki myös hiiren pre- ja postnataalista suolistoa ja osoitti, että ICC eivät olleet epäkypsiä sileälihassoluja, ja antoi tietoa ICC:n erilaistumisen morfologiasta mesenkyymisolusta ”aikuiseksi” ICC:ksi (Faussone Pellegrini, 1984).

Faussone-Pellegrinin työ tuli tunnetummaksi Kööpenhaminan yliopistossa Tanskassa työskentelevän professori Lars Thunebergin tekemien julkaisujen ja konferenssiesitelmien kautta. Faussone-Pellegrinin (1977) artikkelia siteerattiin Thunebergin (1982) uraauurtavassa väitöskirjassa, joka huipensi vuosien elektronimikroskopoinnin vanhalla Hitachi-mikroskoopilla. Thunebergillä oli kyky havainnoida yksityiskohtia, jotka näyttivät useimmille tarkkailijoille merkityksettömiltä, mikä antoi hänelle runsaasti ideoita ja monia omaperäisiä hypoteeseja. Thuneberg löysi ICC:n noin vuonna 1974, mutta julkaisupaineista vapaana tutkimus ilmestyi väitöskirjana vasta vuonna 1982 (Thuneberg, 1982). Thuneberg laajensi rakenteellista näyttöä ICC:stä tahdistinsoluina, ja pian hän toimitti ensimmäiset fysiologiset todisteet yhdessä Juri Rumessenin kanssa (Thuneberg ym., 1984). Hitaiden aaltojen aktiivisuuden oli osoitettu olevan peräisin myenteric plexus -alueelta, joten päätettiin tutkia mahdollisuutta, että ICC-MP-verkon valokemiallinen ablaatio aiheuttaisi tallentuvan hitaiden aaltojen aktiivisuuden katoamisen. Elintärkeä metyleenisininen sattui kertymään ainutlaatuisella tavalla ICC-MP-verkkoon, ja kun soluja altistettiin suoralle valaistukselle, ICC vahingoittui vakavasti, ja se aiheutti todellakin hitaiden aaltojen katoamisen (Thuneberg ym., 1984), mikä antoi vahvan tuen ajatukselle, että ICC-MP ovat suolen tahdistinsoluja. Fysiologi, joka oli päässyt lähimmäksi ennustamaan tätä lopputulosta, oli Tomita, joka julkaisi vuonna 1981: ”On siis mahdollista, että jotkin tietyt lihaskerrosten välissä sijaitsevat solut toimivat hitaiden aaltojen tahdistajina ja aktivoivat sekä pitkittäis- että kiertäjälihaksia.” (Tomita, 1981)

Fotokemiallisesta ablaatiosta tehdystä tutkimuksesta tiedotettiin 9. kansainvälisessä GI-motiliteettikokouksessa Aix en Provencessa (Thuneberg ym., 1984), mikä sai useat laboratoriot aloittamaan ICC:n tutkimuksen. Tämän jälkeen ICC:tä koskevien julkaisujen määrä kasvoi dramaattisesti (Thuneberg, 1999). Vaikka Szurszewski ei mainitse ICC:tä mahdollisena lähteenä vuonna 1981 julkaistussa ruoansulatuskanavan fysiologian ”raamatussa”: ”The physiology of Gastrointestinal Tract”, jonka on toimittanut Leonard Johnson (Szurszewski, 1981), vuonna 1986 Szurszewskin laboratorio rekisteröi ohutsuolen eristettyjen osioiden sähköistä aktiivisuutta ja toteaa, että koiran, kissan, kanin, opossumin ja ihmisen ohutsuolen spontaanit hitaat aallot syntyvät ei-neuraalisissa soluissa, jotka sijaitsevat pitkittäisen ja ulomman pyöreän lihaskerroksen välissä. On ehdotettu, että lähteenä voisi olla ICC (Hara ym., 1986). Suzuki ym. tekivät samanlaisia tutkimuksia kissan jejunumissa ja tulivat samaan tulokseen (Suzuki ym., 1986). Vuonna 1987 ilmestyneessä teoksessa ”Physiology of the gastrointestinal tract” käsitellään laajasti Thunebergin vuonna 1982 julkaistua artikkelia, ja Szurszewski kirjoittaa: ”Mitä tulee näiden solujen luonteeseen … Cajalin interstitiaaliset solut näyttävät lupaavimmilta (Szurszewski, 1987). ICC oli hyväksytty ruoansulatuskanavan fysiologian linnakkeeseen! Vuonna 1989 lisää fysiologista näyttöä muista laboratorioista vahvisti ICC:n tahdistinroolin (Barajas-Lopez ym., 1989; Langton ym., 1989). Vuonna 1999 Thuneberg ja Faussone Pellegrini julkaisivat yhteisen artikkelin ”Guide to the identification of interstitial cells of Cajal” (Faussone-Pellegrini ja Thuneberg, 1999).

On erikoista, että Faussone Pellegrini kehitti ajatuksen, jonka mukaan ICC olisivat peristaltiikkaa ohjaavia tahdistinsoluja, työskennellessään ruokatorvessa, jossa normaalioloissa ei havaita mitään spontaania rytmillistä aktiivisuutta ja jossa peristaltiikan oletetaan tapahtuvan vagaalisen kontrollin alla. Kaikki myöhemmät fysiologiset tutkimukset ICC:n roolista tahdistinsoluina eivät koskeneet ruokatorvea. Ruokatorven peristaltiikan häviämisen ajatellaan johtuvan hermosolujen häviämisestä (Kraichely ja Farrugia, 2006) tai LES:n toimintahäiriöstä (Kraichely ja Farrugia, 2006). Ruokatorvessa on hyvin vähän ICC:tä, jotka liittyvät myenteriseen plexukseen, ICC:hen, joka useimmiten liittyy tahdistinaktiivisuuteen. Ruokatorvessa on runsaasti lihaksensisäisiä ICC:tä (ICC-IM), jotka ovat hajallaan koko kiertäjä- ja pitkittäislihaksessa (kuva 1). ICC-IM:n uskotaan osallistuvan tahdistukseen ja hitaiden aaltojen etenemiseen mahalaukussa (Hirst ym., 2006). Mielenkiintoista on, että ICC:tä esiintyy myös ruokatorven raidallisessa lihaksessa (Faussone-Pellegrini ja Cortesini, 1986). Liittyvätkö ruokatorven ICC peristaltiikkaan? Kuten muuallakin elimistössä, ruokatorvessa on päällekkäisiä etenemismekanismeja. Nielemisen aiheuttamaa työntövoimaa ohjaa ja koordinoi keskushermoston nielemiskeskuksen ohjelmoima peräkkäinen eksitaatio vaguskuitujen kautta. Vagaalisen toiminnan puuttuessa intramuraalinen hermomekanismi voi ottaa ohjat käsiinsä. Boluksen nieleminen aktivoi tämän järjestelmän, ja sitä seuraava etenevä supistus on ominaisuuksiltaan hyvin samanlainen kuin keskushermoston ohjaama supistus (Diamant, 1989). Opossumin ruokatorven lihaksen suora stimulaatio saa aikaan supistuksia, jotka etenevät peristalttisesti nopeudella, joka on samankaltainen kuin nielemisen aiheuttamat peristalttiset supistukset TTX:n läsnä ollessa (Sarna ym., 1977). Näin ollen ruokatorvessa on myogeeninen ohjausjärjestelmä, joka voi täysin orkestroida peristalttista toimintaa, ja ICC-verkko on looginen ehdokas sen alkuperäksi. Joillakin potilailla, joilla on ahalaasia, havaitaan voimakasta rytmistä supistumisaktiivisuutta, mikä viittaa selvästi tahdistimen läsnäoloon (Jee et al., 2009). Uudet todisteet ihmisen ruokatorvesta viittaavat siihen, että tahdistin saattaa olla ICC-IM- ja PDGFRα-positiivisten solujen verkosto (Ji-Hong Chen ja Jan D. Huizinga, julkaisematon). Näin ollen Faussonne Pellegrinin ajatus ruokatorven ICC:stä tahdistimena saattaa edelleen osoittautua oikeaksi.

Kuva 1. ICC-IM:n ultrastruktuuri ihmisen alemman ruokatorven pyöreässä lihaskerroksessa. (A) ICC-IM ja sen prosessit muodostavat useita yhteyksiä (nuolet) viereisiin sileisiin lihassoluihin. (B) Pienessä väliseinässä oleva ICC-IM on lähellä kahta pientä hermokimppua (N).

Yhteenvetona voidaan todeta, että kirjallisuudessa on esiintynyt vuodesta 1915 lähtien hypoteesi, jonka mukaan ICC:t ovat suolen tahdistinsoluja. Faussone-Pellegrini julkaisi ensimmäisenä vuonna 1977 tutkimuksen, joka vahvisti hypoteesia elektronimikroskopian avulla. Thuneberg kehitti ja popularisoi tätä käsitystä edelleen vuonna 1982, ja tämä aloitti nykyaikaisen fysiologisten tutkimusten aikakauden, jossa selvitettiin suoliston tahdistimen solujen alkuperää.

Kiitokset

Tätä työtä on tuettu taloudellisesti Kiinan kansallisen luonnontieteellisen säätiön (NSFC) Ji-Hong Chenille myöntämällä apurahalla # 81170249 ja Kanadan terveystutkimuslaitoksen (CIHR) Jan D. Huizingalle myöntämällä apurahalla # MOP12874.