Mereka mengendalikan banyak fungsi utama di hati, serta responsnya terhadap cedera.
Ada 4 tipe dasar sel yang berada di hati:
Hepatosit.
Sel penyimpanan lemak yang rusak.
Kupffer sel .
Sel endotel hepar.
Tantangan dengan sel-sel hati adalah mereka menjadi kesepian dengan sangat cepat, yang membuat mereka sangat temperamental ketika berada di luar tubuh.
Ketika sel-sel hati dikeluarkan dari tubuh. Sel segera mati dan fungsi hilang dalam hitungan jam.
Para peneliti mendalilkan bahwa mereka dapat menggunakan sel hati untuk membuat hati baru bagi lebih dari 16.000 pasien dalam daftar transplantasi hati, mengembangkan vaksin untuk hepatitis C dan malaria, dan membuat tes toksisitas yang lebih baik untuk obat baru – jika saja sel-sel hati ini bekerja sama.
Hepatosit
Hepatosit (juga disebut sel parenkim) adalah sel dari jaringan parenkim utama hati. Hepatosit merupakan 70-85% dari massa sitoplasma hati dan berpartisipasi dalam sintesis protein, kolesterol, garam empedu, fibrinogen, fosfolipid, dan glikoprotein.
Sel-sel ini terlibat dalam:
Mereka adalah sel epitel polihedral besar, dengan inti bulat besar di tengah (2 atau lebih).
Berkelompok dalam pelat yang saling berhubungan yang tersusun dalam ribuan lobus polihedral kecil.
Menyimpan glukosa dalam bentuk glikogen, juga vitamin B12, asam folat, dan zat besi.
Berpartisipasi dalam penagihan dan transportasi lipid.
Sintesis beberapa protein plasma (albumin, dan globulin, protrombin, fibrinogen).
Metabolisme / detoksifikasi lemak.
Berpartisipasi dalam rotasi hormon steroid.
Mengatur tingkat kolesterol, sintesis kolesterol, garam empedu dan fosfolipid
Mengeluarkan empedu (hingga 1 liter per hari).
Sintesis protein.
Penyimpanan protein.
Transformasi karbohidrat.
Detoksifikasi, modifikasi dan ekskresi zat eksogen dan endogen.
Awal pembentukan dan sekresi empedu.
Struktur
Hepatosit tipikal adalah kubik dengan sisi 20-30 m (sebagai perbandingan, rambut manusia memiliki diameter 17 hingga 180 m). Volume tipikal hepatosit adalah 3,4 x 10-9 cm3.
Retikulum endoplasma halus berlimpah di hepatosit, sementara sebagian besar sel dalam tubuh memiliki jumlah kecil.
Mikroanatomi
Hepatosit menunjukkan sitoplasma eosinofilik yang mencerminkan banyak mitokondria dan bintik-bintik basofilik karena sejumlah besar retikulum endoplasma kasar dan ribosom bebas.
Granula lipofuscin berwarna coklat (dengan bertambahnya usia) juga terlihat bersama dengan area sitoplasma yang tidak beraturan; ini sesuai dengan glikogen dan cadangan lipid sitoplasma selama persiapan histologis. Kehidupan rata-rata hepatosit adalah 5 bulan; mereka mampu regenerasi.
Inti hepatosit berbentuk bulat dengan kromatin jarang dan nukleolus menonjol.
Anisoroarieosis (atau variasi ukuran nuklei) sering terjadi dan sering mencerminkan tetraploidi dan derajat poliploidi lainnya, gambaran normal dari 30-40% hepatosit di hati manusia dewasa. Sel berinti dua juga umum.
Hepatosit tersusun dalam lempeng yang dipisahkan oleh saluran vaskular (sinusoid), suatu susunan yang didukung oleh jaringan retikulin (kolagen tipe III).
Plak hepatosit setebal satu sel pada mamalia dan dua sel pada ayam. Sinusoid menunjukkan lapisan sel endotel yang terputus-putus dan berfenestrasi.
Sel endotel tidak memiliki membran basal dan dipisahkan dari hepatosit oleh ruang Disse, yang mengalirkan limfe ke dalam pembuluh limfatik dari saluran portal.
Sel Kupffer tersebar di antara sel-sel endotel; mereka adalah bagian dari sistem retikuloendotelial dan eritrosit dikonsumsi oleh fagositosis.
Sel-sel stellata menyimpan vitamin A dan menghasilkan matriks ekstraseluler dan kolagen; mereka juga didistribusikan di antara sel-sel endotel, tetapi sulit untuk divisualisasikan dengan mikroskop cahaya.
Fungsi
Sintesis protein:
Hepatosit adalah sel dalam tubuh yang membuat serum albumin, fibrinogen, dan kelompok protrombin sebagai faktor pembekuan (kecuali faktor 3 dan 4).
Ini adalah situs utama untuk sintesis lipoprotein, seruloplasmin, transferin, komplemen, dan glikoprotein. Hepatosit membuat protein struktural dan enzim intraselulernya sendiri.
Sintesis protein dilakukan oleh retikulum endoplasma kasar (RER), dan baik retikulum endoplasma kasar dan halus berpartisipasi dalam sekresi protein yang terbentuk.
Retikulum endoplasma (ER) terlibat dalam konjugasi protein dengan residu lipid dan karbohidrat yang disintesis oleh, atau dimodifikasi di dalam, hepatosit.
Metabolisme karbohidrat:
Hati membentuk asam lemak dari karbohidrat dan mensintesis trigliserida dari asam lemak dan gliserol. Hepatosit juga mensintesis apoprotein yang dengannya mereka kemudian merakit dan mengekspor lipoprotein (VLDL, HDL).
Hati juga merupakan situs utama dalam tubuh untuk glukoneogenesis, pembentukan karbohidrat dari prekursor seperti alanin, gliserol, dan oksaloasetat.
Metabolisme lipid:
Hati menerima banyak lipid dari peredaran sistemik dan memetabolisme residu kilomikron. Ini juga mensintesis kolesterol dari asetat dan selanjutnya mensintesis garam empedu. Hati adalah satu-satunya tempat pembentukan garam empedu.
Detoksifikasi:
Hepatosit memiliki kemampuan untuk memetabolisme, mendetoksifikasi, dan menonaktifkan senyawa eksogen seperti obat-obatan (metabolisme obat) dan insektisida serta senyawa endogen seperti steroid.
Drainase darah vena usus ke hati membutuhkan detoksifikasi yang efisien dari berbagai zat yang diserap untuk mempertahankan homeostasis dan melindungi tubuh terhadap racun yang tertelan.
Salah satu fungsi detoksifikasi hepatosit adalah memodifikasi amonia menjadi urea untuk ekskresi. Organel yang paling melimpah dalam sel hati adalah retikulum endoplasma halus.
Penggunaan penelitian:
Hepatosit primer biasanya digunakan dalam penelitian biofarmasi dan biologi sel. Sistem caral in vitro berdasarkan hepatosit telah membantu dalam pemahaman yang lebih baik tentang peran hepatosit dalam proses fisiologis hati (patho).
Selanjutnya, industri farmasi sangat bergantung pada penggunaan hepatosit dalam suspensi atau kultur untuk mengeksplorasi mekanisme metabolisme obat dan bahkan memprediksi metabolisme obat in vivo.
Untuk tujuan ini, hepatosit biasanya diisolasi dari seluruh hati hewan atau manusia atau jaringan hati dengan pencernaan kolagenase, yang merupakan proses dua langkah.
Pada langkah pertama, hati ditempatkan dalam larutan isotonik, di mana kalsium dikeluarkan untuk memutus sambungan sel tertutup melalui penggunaan agen pengkelat kalsium.
Selanjutnya, larutan yang mengandung kolagenase ditambahkan untuk memisahkan hepatosit dari stroma hati. Proses ini menciptakan suspensi hepatosit, yang dapat diunggulkan dalam pelat multi-sumur dan dikultur selama berhari-hari atau bahkan berminggu-minggu.
Untuk hasil yang optimal, pelat kultur pertama-tama harus dilapisi dengan matriks ekstraseluler (misalnya, kolagen, Matrigel) untuk meningkatkan perlekatan hepatosit (biasanya dalam 1 hingga 3 jam setelah penyemaian) dan pemeliharaan fenotipe hati.
Selain itu, dan overlay dengan lapisan tambahan matriks ekstraseluler sering dilakukan untuk membentuk kultur sandwich hepatosit. Penerapan konfigurasi sandwich memungkinkan pemeliharaan hepatosit yang dikultur dalam jangka panjang.
Hepatosit yang baru diisolasi dan tidak segera digunakan dapat dikriopreservasi dan disimpan. Mereka tidak berkembang biak dalam budaya. Hepatosit sangat sensitif terhadap kerusakan selama siklus kriopreservasi, termasuk proses beku-cair.
Bahkan setelah penambahan krioprotektan klasik, kerusakan masih terjadi selama kriopreservasi. Namun, protokol kriopreservasi dan resusitasi baru-baru ini mendukung penerapan hepatosit kriopreservasi untuk sebagian besar aplikasi biofarmasi.
Dengan kata lain, hepatosit memastikan bahwa darah kita membeku sehingga kita tidak mati kehabisan darah, komunikasi sel yang optimal, dan bahwa kita mampu mengangkut lemak dalam aliran darah.
Fungsi lain dari hepatosit termasuk transformasi karbohidrat (dari alanin, gliserol, dan oksaloasetat), penyimpanan protein, inisiasi pembentukan dan sekresi empedu dan urea, serta detoksifikasi dan ekskresi zat.
Sel penyimpanan lemak stellata hati
Pikirkan sel-sel stellata hati sebagai pasukan cadangan hati. Sebagian besar waktu, 5 hingga 8 persen sel hati ini hanya duduk dalam keadaan tidak aktif, menyimpan vitamin A dan beberapa reseptor penting.
Para peneliti percaya bahwa sel-sel stellata hati memainkan peran kunci dalam melepaskan jaringan parut dari kolagen dan meningkatkan penyembuhan hati.
Mereka berada sangat dekat dengan hepatosit (di ruang perisinusoidal, bukan di lumen).
Menyimpan kira-kira 80% dari suplai vitamin A tubuh dan berbagai lipid lainnya (dalam kondisi normal).
Dalam kondisi cedera hati, sel-sel stellata yang teraktivasi sangat responsif terhadap faktor-faktor pro-fibrogenik, seperti transforming growth factor (TGF-β).
Berproliferasi sebagai respons terhadap faktor-faktor seperti faktor pertumbuhan yang diturunkan dari trombosit.
sel kupffer
Di satu sisi, sel kupffer seperti pengawal dan pembunuh hepatosit, melindungi mereka dari penjajah dan puing-puing seluler.
Makrofag stellata khusus.
Menempel pada endotel sinusoidal (dalam lumen sinusoid), terutama di dekat area portal (= triad portal).
Membersihkan darah dari bakteri patogen yang tertelan yang dapat masuk ke darah portal dari usus.
Hapus eritrosit tua dan heme bebas untuk digunakan kembali.
Bertindak sebagai sel penyaji antigen dalam imunitas adaptif.
Sitokin dan kemokin rahasia yang merekrut dan memperluas populasi sel pro-inflamasi lainnya di hati.
Sel endotel sinusoidal
Jenis lain dari sel hati adalah sel endotel. Karena mereka tidak memiliki membran yang rapat, sel-sel ini bertindak sebagai “pemulung” untuk sel-sel di dekatnya, mengumpulkan dan mengedarkan hepatosit dalam darah misalnya.
Mereka juga terutama bertanggung jawab untuk pengangkutan sel darah putih dan bahan lain dari darah ke hati dan untuk meningkatkan toleransi sistem kekebalan ke hati.
Mereka dapat menyerap ligan, yang berfungsi sebagai penanda biologis dan pengikat obat. Ketika dirangsang, sel-sel endotel mengeluarkan sitokin, yang merupakan bentuk sinyal komunikasi seluler.
Sel-sel endotel hati.
Ini membentuk dinding pembuluh darah (sinusoid) yang membawa darah ke seluruh hati.
Mereka membentuk satu lapisan dengan ruang di antara setiap sel yang dikenal sebagai fenestra.
Mereka kaya akan enzim lisosom yang diperlukan untuk mendegradasi bahan endosit.
Kerjasama sel hati dalam kesehatan dan penyakit
Lobus hati terdiri dari sel parenkim, yaitu hepatosit dan sel non-parenkim.
Tidak seperti hepatosit yang menempati hampir 80% dari total volume hati dan melakukan sebagian besar dari banyak fungsi hati, sel-sel hati non-parenkim terlokalisasi, hanya berkontribusi 6,5% terhadap volume hati, tetapi 40% terhadap jumlah total sel hati. dalam kompartemen sinusoidal jaringan.
Dinding sinusoid hati dilapisi oleh tiga jenis sel yang berbeda: sel endotel sinusoidal (CES), sel Kupffer (CK), dan sel stellata hepatik (CEH, sebelumnya dikenal sebagai sel penyimpan lemak, liposit, sel perisinusoidal, atau sel kaya. .dalam vitamin A).
Selain itu, limfosit intrahepatik (LIH), yang meliputi sel pit, yaitu sel pembunuh alami spesifik hati, sering terdapat di lumen sinusoidal.
Telah semakin diakui bahwa baik dalam kondisi normal maupun patologis, banyak fungsi hepatosit diatur oleh zat-zat yang dilepaskan dari sel-sel non-parenkim tetangga.
Sel endotel sinusoid hepatik membentuk lapisan atau dinding sinusoid hepatik.
Mereka melakukan fungsi penyaringan yang penting karena adanya fenestrasi kecil yang memungkinkan difusi bebas banyak zat, tetapi bukan partikel seukuran kilomikron, antara darah dan permukaan hepatosit.
Sel endotel sinusoidal menunjukkan kapasitas endositik yang tinggi untuk banyak ligan, termasuk glikoprotein, komponen matriks ekstraseluler (ECM, seperti hialuronat, fragmen kolagen, fibronektin, atau kondroitin sulfat proteoglikan), kompleks imun, transferin, dan seruloplasmin.
Sel endotel sinusoidal dapat berfungsi sebagai sel penyaji antigen (APC) dalam konteks pembatasan MHC-I dan MHC-II dengan perkembangan yang dihasilkan dari toleransi sel T spesifik antigen.
Mereka juga aktif dalam sekresi sitokin, eikosanoid (yaitu, prostanoid dan leukotrien), endotelin-1, oksida nitrat, dan beberapa komponen matriks ekstraseluler.
Sel Kupffer adalah makrofag jaringan yang terlokalisasi secara intranusoidal dengan kapasitas endositik dan fagositosis yang jelas.
Mereka berada dalam kontak konstan dengan bahan partikulat yang diturunkan dari usus dan produk bakteri terlarut, sehingga tingkat subliminal aktivasi mereka dapat diantisipasi di hati normal.
Makrofag hati mensekresi mediator kuat dari respon inflamasi (spesies oksigen reaktif, eicosanoids, oksida nitrat, karbon monoksida, TNF-alpha dan sitokin lainnya) dan mengontrol fase awal peradangan hati, memainkan peran penting dalam pertahanan kekebalan bawaan.
Paparan sel Kupffer yang tinggi terhadap produk bakteri, terutama endotoksin (lipopolisakarida, LPS), dapat menyebabkan produksi intensif mediator inflamasi dan akhirnya cedera hati.
Pengembangan metode untuk isolasi dan kultivasi jenis utama sel hati memungkinkan untuk menunjukkan bahwa sel non-parenkim dan parenkim mensekresi lusinan mediator yang mengerahkan banyak aksi parakrin dan autokrin.
Eksperimen kokultur dan analisis efek media terkondisi dalam kultur sel hati jenis lain telah memungkinkan identifikasi banyak zat yang dilepaskan dari sel hati non-parenkim yang terbukti mengatur beberapa fungsi penting hepatosit dan non-hepatosit tetangga.
Mediator kunci yang terlibat dalam komunikasi antar sel di hati termasuk prostanoid, oksida nitrat, endotelin-1, TNF-alfa, interleukin dan kemokin, banyak faktor pertumbuhan (TGF-beta, PDGF, IGF-I, HGF) dan reagen spesies oksigen (REO) ).
Paradoksnya, kerja sama sel-sel hati lebih dipahami dalam beberapa kondisi patologis (yaitu, dalam caral eksperimental kerusakan hati) daripada di hati normal karena kemungkinan membandingkan fenotipe seluler di bawah kondisi in vivo dan in vitro dengan fungsi yang terluka. organ. .
Regulasi metabolisme vitamin A memberikan contoh peran fisiologis interkomunikasi seluler di hati normal.
Sebagian besar (hingga 80%) dari total vitamin A tubuh disimpan di hati sebagai ester asam lemak rantai panjang retina, yang bertindak sebagai sumber utama retinoid yang digunakan oleh semua jaringan dalam tubuh.
Hepatosit terlibat langsung dalam pengambilan darah dari residu kilomikron dan sintesis protein pengikat retinol yang mentransfer retinol ke jaringan lain. Namun, lebih dari 80% retinoid hati disimpan dalam tetesan lipid sel stellata hati.
Sel stelata hati mampu menyerap dan melepaskan retinol tergantung pada status retinol tubuh. Aktivitas beberapa enzim utama metabolisme vitamin A telah ditemukan beberapa kali lebih besar per protein dalam sel stellata daripada di hepatosit.
Meskipun kemajuan dalam memahami peran yang dimainkan oleh kedua jenis sel ini dalam metabolisme retinoid hati, cara retinoid bergerak di antara sel parenkim, sel stellata, dan plasma darah belum sepenuhnya dijelaskan.
Aliran darah sinusoidal sebagian besar diatur oleh sel-sel stelata hati yang dapat berkontraksi karena adanya aktin otot polos alfa.
Substansi vasoaktif utama yang mempengaruhi konstriksi atau relaksasi sel stelata hati berasal dari sumber yang jauh dan hepatosit tetangga (karbon monoksida, leukotrien), sel endotel (endotelin, oksida nitrat, prostaglandin), sel Kupffer (prostaglandin) dan sel stelata (endotelin). ).
Interferensi seluler yang dicerminkan oleh modulasi kontraksi sinusoidal yang disesuaikan diubah dalam kondisi patologis, seperti endotoksemia atau fibrosis hati, melalui sintesis berlebih senyawa vasoregulatory dan partisipasi mediator tambahan yang bekerja secara parakrin.
Hati merupakan sumber penting dari beberapa faktor pertumbuhan dan protein pengikat faktor pertumbuhan. Meskipun hepatosit mensintesis sebagian besar faktor pertumbuhan seperti insulin I (IGF-I), jenis sel hati non-parenkim lainnya juga dapat memproduksi peptida ini.
Ekspresi spesifik sel dari protein pengikat IGF yang berbeda yang diamati pada hati tikus dan hati manusia memberikan regulasi spesifik sintesis IGF-I hati tidak hanya oleh hormon pertumbuhan, insulin, dan IGF-I, tetapi juga oleh sitokin yang dilepaskan oleh Kupffer teraktivasi (IL-I). 1, TNF-alpha, TGF-beta) atau sel bintang (TGF-alpha, TGF-beta).
Sel stelata hati dapat mempengaruhi pergantian hepatosit melalui sintesis sinyal positif dan negatif yang kuat, seperti masing-masing, faktor pertumbuhan hepatosit atau TGF-beta.
Selain aktivitas khas makrofag, sel Kupffer memainkan peran penting dalam penghapusan sel darah merah tua dan rusak.
Makrofag hati memodulasi respons imun melalui presentasi antigen, penekanan aktivasi sel T oleh sel endotel sinusoidal yang menyajikan antigen melalui aksi parakrin IL-10, prostanoid, dan TNF-alfa, dan partisipasi dalam pengembangan toleransi oral terhadap superantigen bakteri.
Selanjutnya, selama cedera hati dan peradangan, sel Kupffer mengeluarkan enzim dan sitokin yang dapat merusak hepatosit dan aktif dalam recaraling matriks ekstraseluler. Sel-sel stelata hepatik terdapat di ruang perisinusoidal.
Mereka dicirikan oleh banyaknya tetesan lemak intracytoplasmic dan adanya proses sitoplasma yang bercabang dengan baik, yang meliputi sel-sel endotel dan secara fokal menyediakan lapisan ganda untuk sinusoid.
Dalam hati yang normal, sel-sel stellata hepatik menyimpan vitamin A, mengontrol pergantian matriks ekstraseluler, dan mengatur kontraktilitas sinusoid.
Kerusakan akut pada hepatosit mengaktifkan transformasi sel stellata diam menjadi sel mirip miofibroblas yang memainkan peran kunci dalam pengembangan respon fibrotik inflamasi.
Sel pit mewakili populasi limfosit granular besar yang berhubungan dengan hati, yaitu sel pembunuh alami. Mereka secara spontan membunuh berbagai sel tumor dalam bentuk MHC yang tidak terbatas, dan aktivitas antitumor ini dapat ditingkatkan dengan sekresi gamma interferon.
Selain sel pit, hati orang dewasa mengandung subpopulasi limfosit lain seperti sel T gamma delta, dan sel T alfa beta “konvensional” dan “tidak konvensional”, yang terakhir mengandung sel T pembunuh alami spesifik hati.
Meskipun hepatosit tampaknya tidak menghasilkan TGF-beta, suatu sitokin pleiotropik yang disintesis dan disekresikan dalam bentuk laten oleh Kupffer dan sel-sel stellata, yang mungkin berkontribusi pada aksinya di hati melalui aktivasi intraseluler TGF-beta laten, dan sekresi isoform yang aktif secara biologis.
Banyak mediator yang mencapai hati selama proses inflamasi, seperti endotoksin, kompleks imun, anafilatoksin, dan faktor pengaktif trombosit, meningkatkan produksi glukosa dalam perfusi hati, tetapi tidak demikian pada hepatosit terisolasi, yang bekerja secara tidak langsung melalui pelepasan prostaglandin dari sel Kupffer.
Di hati, prostaglandin disintesis dari asam arakidonat, terutama di sel Kupffer sebagai respons terhadap berbagai rangsangan inflamasi, memodulasi metabolisme glukosa hati dengan meningkatkan glikogenolisis di hepatosit yang berdekatan.
Pelepasan glukosa dari glikogen mendukung peningkatan permintaan bahan bakar energi oleh sel-sel inflamasi seperti leukosit, dan selanjutnya memungkinkan peningkatan pergantian glukosa dalam sel endotel sinusoidal dan sel Kupffer yang diperlukan untuk pertahanan efektif sel-sel ini terhadap invasi mikroorganisme dan oksidatif. stres di hati.
Leukotrien, produk oksidasi lain dari asam arakidonat, memiliki efek vasokonstriksi, kolestatik, dan metabolik di hati.
Sintesis transseluler dari sisteinil leukotrien (LTC4, LTD4, dan LTE4) bekerja di hati: LTA4, zat antara yang penting, disintesis dalam sel Kupffer, diambil oleh hepatosit, diubah menjadi LTC4 yang poten, dan kemudian dilepaskan di ruang ekstraseluler, bekerja secara parakrin pada Kupffer dan sel endotel sinusoidal.
Oleh karena itu, hepatosit adalah sel target oleh aksi eikosanoid dan tempat transformasi dan degradasinya, tetapi mereka tidak dapat secara langsung mengoksidasi asam arakidonat menjadi eikosanoid.