Basal Lamina Scaffold-Anatomy

7/28/2019 Basal Lamina Scaffold-Anatomy

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B a s a l L a m i n a S c a f f o l d :A n a t o W a n d S i g n i f i c a n c ef o r M a i n t e n a n c e o f O r d e r l yTissue S t r u c t u r e

R E V I E WA R T I C L E


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B a s a l L a m i n a S c a f f o l d - A n a t o m y a n d S i g n i f i c a n c ef o r M a i n t e n a n c e o f O r d e r l y T i s s u e S t r u c t u r eA R e v i e wR u d o l f V r a c k o , MD

T h e b a s a l l a m i n a i s a n e x t r a c e l l u l a r s c a f f o l d p o s i t i o n e d b e t w e e n p a r e n c h y m a lc e l l s a n d c o n n e c t i v e t i s s u e . P a r e n c h y m a l c e l l s a t t a c h t o o n e o f i t s s u r f a c e s a n d t h eo t h e r i s a n c h o r e d t o c o n n e c t i v e t i s s u e . B y i t s p r e s e n c e i t d e f i n e s t h e s p a t i a l r e l a t i o n -s h i p s a m o n g s i m i l a r a n d d i s i m i l a r t y p e s o f c e l l s a n d b e t w e e n t h e s e c e l l s a n d t h es p a c e o c c u p i e d b y c o n n e c t i v e a n d su ve t i s s u e s . R e p l e n i s h m e n t o f c e l l s w h i c hh a v e d i e d d u r i n g n o r m a l f u n c t i o n i n g o r h a v e b e c o m e d a m a g e d i n c o u r s e o f i n j u r yo c c u s w i t h new c e l l s i n a n o r d e r l y way a l o n g t h e f r a m e w o r k o f t h e b a s a l l a m i n as c a f f o l d . T h i s p r o c e s s a p p e a r s t o b e a i d e d b y t h e p o l a r i t y o f t h e b a s a l l a m i n a a n db y a n a p p a r e n t s p e c i f i c i t y f o r c e l l t y p e s , a n d i t e n a b l e s m u l t i c e l l u l a r o r g a n i st o r e c o n s t i t u t e h i s t o l o g i c s t r u c t u r e s o f m o s t t i s s u e s a n d o r g a n s t o w h a t t h e y w e r ep r i o r t o l o s s o f c e l l s . I f t h e b a s a l l a m i n a i s d e s t r o y e d , t h e h e a l i n g i n m o s t t i s s u e sr e s u l t s i n f o r m a t i o n o f s c a r a n d l o s s o f f u n c t i o n . T h e p r e r t i e s o f t h e b a s a l l a m I acnrned w i t h m a i n t e n a n c e o f h i s t o l o g i c o r d e r i n o r g a n s a n d t i s s u e s o f f e r n e ww a y s t o i n t e r p r e t t h e p a t h o g e n e s i s o f s e v e r a l common d i s o r d e r s , i n c l u d i n g e m p h y -s e m a , s c a r s , a d h e s i o n s , c i r r h o s i s o f l i v e r a n d e x c e s s i v e a c c u m u l a t i o n o f b a s a l l a m i n am a t e r i a l a s , f o r e x a m p l e , i t o c c u r s i n p a t i e n t s w i t h d i a b e t e s m e l l i t u s (Am J P a t h o l7 7 : 3 1 3 - 3 4 6 , 1 9 7 4 ) .

E A C H T I S S U E A N D O R G A N o f m u l t i c e l l u l a r o r g a n i s m s i s c o m -p o s e d o f s e v e r a l d i f f e r e n t t y p e s o f c e l l s a n d e x t r a c e l l u l a r e l e m e n t s .T h e s e a r e a r r a n g e d i n p r e c i s e r e l a t i o n s h i p s w i t h i n t h e s p a c e o f t h eo r g a n i s m a n d a s s u m e i n e a c h o f t h e t i s s u e s a n d o r g a n s a c h a r a c t e r i s t i ch i s t o l o g i c p a t t e r n . When c e l l s d i e a n d d r o p o u t o f t h i s s y s t e m , a s t h er e s u l t o f e i t h e r c e l l s e n e s c e n c e o r i n j u r y , t h e o r g a n i s m h a s t h e a b i l i t yt o r e p a i r t h e e n s u i n g d e f e c t . T h e p r o c e s s o f r e p a i r may r e s u l t i n a n yo f t h e f o l l o w i n g : a ) c o m p l e t e r e c o n s t r u c t i o n o f a n a t o m i c r e l a t i o n s h i p sa n d r e e s t a b l i s h m e n t o f f u n c t i o n , w h e r e n e w c e l l s a r e p o s i t i o n e d i n e x a c ts p a t i a l r e l a t i o n s h i p s a s t h e y e x i s t e d p r i o r t o i n j u r y ; b ) s c a r r i n g a n d l o s so f f u n c t i o n , w h e r e n o r m a l a n a t o m i c r e l a t i o n s h i p s o f c e l l s a r e n o t r e -e s t a b l i s h e d b u t t h e s i t e o f i n j u r y i s p o p u l a t e d b y c o n n e c t i v e t i s s u e o rc ) d i s o r g a n i z e d r e c o n s t r u c t i o n , u s u a l l y a s s o c i a t e d w i t h i m p a i r e d f u n c -t i o n , w h e r e n e w c e l l s a r e p o s i t i o n e d i n a d i s o r d e r l y w a y , i n a d e q u a t e l ym i m i c k i n g n o r m a l a n a t o m i c r e l a t i o n s h i p s .

From t h e L a b o r a t o r y S e r v i c e , V e t e r a n s A d m i n i s t r a t i o n H o s p i t a l a n d t h e D e p a r t m e n to f P a t h o l o g y , U n i v e r s i t y o f W a s h i n g t o n S c h o o l o f M e d i c i n e , S e a t t l e , W a s h .A c c e p t e d f o r p u b l i c a t i o n Ma y 5 , 1 9 7 4 .A d d r e s s r e p r i n t r e q u e s t s t o D r . R u d o l f V r a c k o , V e t e r a n s A d m i n i s t r a t i o n H o s p i t a l ,4 4 3 5 B e a c o n Av e S o u t h , S e a t t l e , WA 9 8 1 0 8 .314


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V o l . 7 7 , N o . 2 BASAL L A M I N A 315N o v e m b e r 1 9 7 4R e c e n t e x p e r i m e n t s h a v e s h o w n t h a t o r d e r l y p o s i t i o n i n g o f n e w c e l l si n d i f f e r e n t o r g a n s f o l l o w i n g c e l l d e a t h o c c u r s b y g r o w t h o f c e l l s a l o n gt h e s c a f f o l d o f b a s a l l a m i n a . - 1 I t a p p e a r s t h a t i f t h e b a s a l l a m i n a r e -

m a i n s p h y s i c a l l y i n t a c t a f t e r l o s s o f c e l l s , i t m a i n t a i n s b y i t s p r e s e n c et h e s p a t i a l p l a n o f t h e t i s s u e : i t d e f i n e s a n d c o n t a i n s t h e c o n n e c t i v et i s s u e s p a c e w i th o n e o f i t s s u r f a c e s a n d w i t h t h e o p p o s i t e i t p r o v i d e sa p h y s i c a l s u b s t r a t e f o r g r o w t h a n d o r i e n t a t i o n o f p r o l i f e r a t i n g p a r e n -c h y m a l c e l l s . I f , o n t h e o t h e r h a n d , t h e b a s a l l a m i n a i s d e s t r o y e d , o r d e r l yc e l l u l a r r e c o n s t i t u t i o n d o e s n o t o c c u r a n d t h e r e s u l t i s f o r m a t i o n o f s c a ra n d l o s s o f f u n c t i o n .

B e c a u s e o f t h e i m p o r t a n c e t h e b a s a l l a m i n a s e e m s t o h a v e f o r t h em a i n t e n a n c e o f o r d e r l y t i s s u e s t r u c t u r e i t i s t h e p u r p o s e o f t h i s r e v i e wt o a ) d e f i n e t h e b a s a l l a m i n a a n d i t s a n a t o m i c d i s t r i b u t i o n , b ) d e s c r i b ei t s q u a l i t i e s c o n c e r n e d w i t h m a i n t e n a n c e o f s p a t i a l r e l a t i o n s h i p s o n t h eo r g a n i s a t i o n a l l e v e l o f c e l l s a n d f o r m e d e x t r a c e l l u l a r e l e m e n t s , c ) c i t ee x p e r i m e n t a l d a t a w h i c h i l l u s t r a t e t h e s e p r o p e r t i e s a n d d ) d e s c r i b es o m e o f t h e d i s o r d e r s w h i c h s e e m t o b e r e l a t e d t o d e f e c t s i n t h i s s y s t e m .D e f i n i t i o n o f B a s a l L a m i n a

I h e b a s a l l a m i n a ( B L ; s y n o n y m s : b a s e m e n t m e m b r a n e , b a s e m e n tl a m i n a ) i s g e n e r a l l y d e f i n e d b y i t s a n a t o m i c l o c a t i o n a n d s t r u c t u r a la p p e a r a n c e ; a s i n d i c a t e d i n T e x t - f i g u r e 1 , i t i s f o u n d w h e r e v e r p l a s m am e m b r a n e s o f p a r e n c h y m a l c e l l s a b u t u p o n c o n n e c t i v e t i s s u e . A s f a ra s we k n o w , BL w i t h t h i s t y p i c a l d i s t r i b u t i o n i s p r e s e n t i n a l l m u l t i -c e l l u l a r o r g a n i s m s w h i c h e v o l v e e m b r y o l o g i c a l l y w i t h t h r e e g e r m l a y e r s .F o r e x a m p l e , i t i s p r e s e n t i n h y d r a , w h e r e i t s e p a r a t e s m e s o g l e a f r o me n t o d e r m a n d e c t o d e r m . 4

A s a s h e e t a t t h e i n t e r f a c e b e t w e e n p a r e n c h y m a l c e l l s a n d c o n n e c t i v et i s s u e , o n e o f t h e BL s u r f a c e s p r o v i d e s a s u b s t r a t u m u p o n w h i c h p a r e n -c h y m a l c e l l s a r e p o s i t i o n e d 5 ' a n d d i f f e r e n t i a t e , 7 8 a n d t h e o p p o s i t es u r f a c e i s a n c h o r e d t o t h e c o n n e c t i v e t i s s u e . 5 M o d i f i e d a d a p t a t i o n s o ft h i s b a s i c p a t t e r n a r e s e e n i n r e n a l g l o m e m l i , l u n g , l i v e r a n d b r a i n , a n dt h e s e w i l l b e d e s c r i b e d i n d e t a i l .BL i s a p p l i e d i n t i m a t e l y t o t h e p l a s m a m e m b r a n e o f p a r e n c h y m a l c e l l sw h e r e v e r t h e i r s u r f a c e s f a c e c o n n e c t i v e t i s s u e b u t d o e s n o t e x t e n d b e -t w e e n a d j a c e n t c e l l s o f s a m e t y p e . I t i s P A S - p o s i t i v e . W i t h t h e e l e c t r o nm i c r o s c o p e t h r e e z o n e s c a n b e d i s t i n g u i s h e d : 9 a ) t h e l a m i n a d e n s ac o n s i s t s o f t i g h t l y m a t t e d r a n d o m l y o r i e n t e d f i b r i l s ( 3 t o 4 m F t i n d i a m -e t e r ) e m b e d d e d i n a d e n s e m a t r i x ; b ) i t i s s e p a r a t e d f r o m p a r e n c h y m a lc e l l s b y a l i g h t e r z o n e ( l a m i n a r a r a o r l u c i d a ) , w h i c h i s t h o u g h t t o c o n -t a i n e l e m e n t s r e s p o n s i b l e f o r a t t a c h m e n t o f BL t o p l a s m a m e m b r a n e s o f


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3 1 6 VRACKO A m e r i c a n J o u r n a lo f P a t h o l o g y

T E x T - F I G 1 - D i a g r a m o f a n a t o m i c d i s t r i b u t i o n o f b a s a l l a m i n a ( d e p i c t e d a s h e a v yb l a c k l i n e ) i n i t s t y p i c a l l o c a t i o n b e t w e e n p a r e n c h y m a l c e l l s a n d t h e s p a c e o c c u p i e d b yc o n n e c t i v e a n d s u p p o r t i v e t i s s u e s . P a r e n c h y m a l c e l l s i n c l u d e a l l e p i t h e l i a l c e l l s o f e p i d e r -m i s a n d e p i d e r m a l a p p e n d a g e s , o f t h e g e n i t o u r i n a r y , r e s p i r a t o r y a n d g a s t r o i n t e s t i n a lt r a c t s , a l l e x o c r i n e g l a n d s , e n d o t h e l i a l c e l l s o f t h e c a r d i o v a s c u l a r s y s t e m , m e s o t h e l i a l c e l l so f b o d y c a v i t i e s , c e l l s c o m p r i s i n g c e n t r a l a n d p e r i p h e r a l n e r v o u s s y s t e m s , e n d o c n n e c e l l s ,m u s c l e f i b e r s a n d f a t c e l l s . T h e s p a c e o c c u p i e d b y c o n n e c t i v e a n d s u p p o r t i v e t i s s u e( s h a d e d a r e a ) c o n t a i n s b o n e a n d a s s o c i a t e d c e l l s , c a r t i l a g e a n d a s s o c i a t e d c e l l s , c o l l a g e n ,e l a s t i n a n d f i b r o b l a s t s .p a r e n c h y m a l c e l l s ; 1 0 a n d c ) o n t h e o p p o s i t e s i d e o f l a m i n a d e n s a i s az o n e c h a r a c t e r i z e d b y l a r g e r f i b r i l s , a p p r o x i m a t e l y 1 0 m [ t i n d i a m e t e r ,w h i c h a p p e a r t o b l e n d i m p e r c e p t i b l y i n t o c o l l a g e n f i b e r s o f t h e a d j a c e n tc o n n e c t i v e t i s s u e . 9T h e t h i c k n e s s o f BL i s u n i f o r m f o r a g i v e n s t r u c t u r e , b u t d i f f e r s a m o n gs t r u c t u r e s a n d a n i m a l s p e c i e s . I t i s r e s i l i e n t a n d t o u g h a n d s u r v i v e s av a r i e t y o f i n j u r i e s . " 3 , ' When d e n u d e d o f c e l l s , i t i s a p l i a b l e s h e e t w h i c hc r u m p l e s r e a d i l y , f o r m i n g f o l d s a n d p l e a t s . I t a l s o s e e m s t o p o s s e s ss o m e d e g r e e o f e l a s t i c i t y - i t a p p e a r s t o b e t h i n n e r i n d i s t e n d e d c a p i l -l a r i e s t h a n c o n s t r i c t e d o n e s . Y 2BL a p p e a r s e a r l y i n e m b r y o g e n e s i s , f o r m i n g a s a p r o d u c t o f m o l e c u l a re v e n t s a t t h e i n d u c t i v e t i s s u e i n t e r f a c e s . " 3 " 4 I t a p p e a r s t o b e p r i m a r i l yf o r m e d b y p a r e n c h y m a l c e l l s , a l t h o u g h f o r i n v i t r o f o r m a t i o n o f s k i n BLc o l l a g e n m u s t b e p r e s e n t i n t h e s u b s t r a t e . ' 5 N e o p l a s t i c c e l l s o n t h e o t h e rh a n d a p p e a r t o h a v e t h e c a p a c i t y t o s y n t h e s i z e BL i n t h e a b s e n c e o fc o n n e c t i v e t i s s u e . " ' V e r y l i t t l e i s k n o w n a b o u t t h e m a i n t e n a n c e a n di n t r i n s i c t u r n o v e r o f B L . T r i t i a t e d p r o l i n e i n j e c t e d i n t o n o r m a l r a t s i sf o u n d w i t h i n g l o m e r u l a r BL i n 2 4 h o u r s a n d r e m a i n s t h e r e f o r b e t w e e n3 t o 6 m o n t h s . 1 7


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V o l . 7 7 , N o . 2 B ASAL LAMI NA 317November 1 9 7 4T h e c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f BL i s 9 0 % p r o t e i n , 8 T c a r b o h y d r a t e s

a n d 2 % l i p i d s . 1 8 T h e r e a r e a p p r o x i m a t e l y e q u a l a m o u n t s o f c o l l a g e n - l i k ea n d n o n c o l l a g e n p r o t e i n s . T h e l a t t e r a r e g l y c o p r o t e i n s c o n t a i n i n g g l u -c o s e , g a l a c t o s e , m a n n o s e , f u c o s e , h e x o s a m i n e a n d s o m e s i a l i c a c i d . 1 7 " 9 2 0T h e r e a p p e a r t o b e s u b t l e q u a n t i t a t i v e a n d q u a l i t a t i v e d i f f e r e n c e s i nc h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f B L s f r o m d i f f e r e n t b o d y s l t e s . 1 9 ' 2 0I t h a s b e e n d e m o n s t r a t e d t h a t BL a s s o c i a t e d w i t h e p i t h e l i a l c e l l sc o n t a i n s h i s t o c h e m i c a l l y a n d i m m u n o c h e m i c a l l y i d e n t i f i a b l e s u b s t a n c e sw h i c h a r e p r o d u c e d b y e p i t h e l i a l c e l l s a n d p r o b a b l y r e p r e s e n t s u r f a c e -a s s o c i a t e d m a t e r i a l s . 2 1 S e v e r a l t y p e s o f a n t i g e n s h a v e b e e n d e f i n e d i nt h e B L , i n c l u d i n g s p e c i e s - s p e c i f i c a n t i g e n s f o r e p i t h e l i a l BL t h a t d o n o tc r o s s - r e a c t , a s w e l l a s common a n t i g e n s t h a t c r o s s - r e a c t a m o n g s p e c i e s .T h e common a n t i g e n s a r e a s s o c i a t e d w i t h t h e p a t h o g e n e s i s o f n e p h r o -t o x i c n e p h r i t i s . 1 ' 6 2 2B a s a l L a m i n a S c a f f o l d o f S p e c i f i c O r g a n s

I n t h i s s e c t i o n , t h e a n a t o m y o f BL s c a f f o l d s o f s k e l e t a l m u s c l e ( T e x t -f i g u r e 2 ) , l u n g ( T e x t - f i g u r e 3 ) , k i d n e y ( T e x t - f i g u r e 4 ) , p a r c r e a s ( T e x t -f i g u r e 5 ) , n e r v o u s s y s t e m ( T e x t - f i g u r e 6 ) , s k i n ( T e x t - f i g u r e 7 ) a n d l i v e r( T e x t - f i g u r e 8 ) w i l l b e d e s c r i b e d , a n d e x p e r i m e n t s w i l l b e r e v i e w e d t h a td e a l w i t h t h e f u n c t i o n a l s i g n i f i c a n c e o f BL f o r t h o s e o r g a n s .S k e l e t a l M u s c eW a l d a y e r , i n 1 8 6 5 2 a s c r i b e d t h e r o l e o f g u i d i n g r e g e n e r a t i n g m u s c l ec e l l s t o s a r c o l e m m a l t u b e s ( d e f i n i t i o n o f s a r c o l e m m a t o d a y : p l a s m am e m b r a n e a n d BL o f s k e l e t a l m u s c l e f i b e r s ) . I n 1 8 9 3 , V o l k m a n 2 4s h o w e d t h a t i n j u r e d s k e l e t a l m u s c l e w i l l c o m p l e t e l y " r e g e n e r a t e " a n db e c o m e f u n c t i o n a l o n l y i f t h e " s a r c o l e m m a " r e m a i n e d i n t a c t ; i f i t w a sd a m a g e d , t h e i n j u r y h e a l e d w i t h a s c a r . L a t e r , C l a r k 2 5 d e m o n s t r a t e dt h a t " r e g e n e r a t i o n " o f s k e l e t a l m u s c l e f i b e r s o c c u r r e d i n t h e d i r e c t i o n o ft h e o l d f i b e r s , e v e n i f a n e x c i s e d p i e c e o f m u s c l e w a s r e i m p l a n t e d a t r i g h ta n g l e s t o i t s o r i g i n a l o r i e n t a t i o n .V r a c k o a n d B e n d i t t 1 h a v e r e c e n t l y r e p o r t e d o n r e c o n s t r u c t i o n o f r a ta n d r a b b i t s k e l e t a l m u s c l e s a f t e r i n j u r y w i t h e i t h e r f r e e z i n g , i s c h e m i a o ri n s i t t u a u t o g r a f t i n g . E a c h t y p e o f i n j u r y p r o d u c e s c o m p l e t e n e c r o s i so f c e l l s . A s d e p i c t e d i n F i g u r e 1 , BL r e m a i n s i n t a c t i n t h e a r e a o f i n j u r ya n d m a i n t a i n s a map o f t h e o u t l i n e o f t h e s p a t i a l r e l a t i o n s h i p b e t w e e nm u s c l e f i b e r s a n d c a p i l l a r i e s . R e p o p u l a t i o n o f t h e d e f e c t w i t h new c e l l so c c u r s a l o n g t h e o l d BL ( F i g u r e s 2 a n d 3 ) , a n d t h e s p a t i a l r e l a t i o n s h i p sb e t w e e n c e l l s a s t h e y e x i s t e d p r i o r t o i n j u r y a r e r e e s t a b l i s h e d 3 w e e k s


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318 VRACKO A m e r i c a n J o u m a lo f P a t h o l o g y

T E m r - F G 2-Diam-am O f b a s a ll a m i n a s c a f f o l d o f i e t a l m u s c l e .C r o s s s e c t i o n s o f t h r e e d i f f e r e n t s e t so f b a s a l l a m m a t u b e s a r e s e e n : t h el a r g e s t t u b e s ( M ) c o n t a i n s k e l e t a lm u s c l e f i b e r s ; o n e s e t o f t h e s m a l l e ro n e s ( C ) c o n t a i n e n d o t h e l i a l c e l l t u b e so f c a p i l a r i e s a n d t h e o t h e r ( N ) e n c o m -p a s s e s S c h w a n n c e l l s a n d a x o n s o fP e r i P h n a l n e r v e s . T 1 h e c a p l a r y b a s a lhS f o c a l y d i v i d e d i n t O tWO l a y -e r s t o f o r m s p a c e s w h i c h a r e noo c c u p i e d b y p e r i c y t e s . C o l l a g e n i n t h ec o n n e c t i v e t i s s u e s p a c e ( s h a d e d a r e a )a t t a c h e s t o t h e o u t s i d e o f a l l t U b e s s e -c u r i n g t h e m i n r e l a t i v e s p a t i a l p o s i -t i o n s .

a f t e r i n j u r y . T h i s p r o c e s s a p p e a r s t o b e a i d e d b y t h e a b i l i t y o f e a c hc a t e g o r y o f c e l l s t o g r o w a l o n g t h e s u r f a c e o f i t s o w n B L .T h e n e w c e l l s o f m u s c l e f i b e r s a n d c a p i l l a r i e s f r e q u e n t l y f o r m a n e wl a y e r o f BL w h i c h i s o f t h e u s u a l t h i c k n e s s a n d i s d e p o s i t e d p r i m a r i l ya l o n g t h e o u t e r s u r f a c e s o f p l a s m a m e m b r a n e s i n l o c a t i o n s i n w h i c h t h en e w c e l l s a r e s e p a r a t e d f r o m t h e o l d B L . R e m o v a l o f o l d r e d u n d a n t BLl a y e r s a p p e a r s t o b e m e d i a t e d b y i n t e r s t i t i a l f i b r o b l a s t - l i k e c e l l s w h i c ha p p l y t h e m s e l v e s t o t h e o u t e r s u r f a c e s o f s k e l e t a l m u s c l e f i b e r s . " T h i sm e c h a n i s m o f r e m o v a l i s m o r e e f f e c t i v e i n s k e l e t a l m u s c l e f i b e r s t h a n i ns k e l e t a l m u s c l e c a p i l l a r i e s , w i t h t h e r e s u l t t h a t s k e l e t a l m u s c l e f i b e r s g e n -e r a l l y h a v e a s i n g l e l a y e r a n d c a p i l l a r i e s h a v e t w o l a y e r s 1 m o n t h a f t e rh e a l i n g h a s b e e n c o m p l e t e d .R e c o n s t r u c t i o n o f s k e l e t a l m u s c l e o c c u r s t o s o m e d e g r e e i f e x c i s e d p o r -t i o n s a r e m i n c e d i n t o 1 c u mm p i e c e s a n d t h e f r a g m e n t s r e i m p l a n t e di n t o t h e d e f e c t . 2 6 2 7 I t i s o b s e r v e d t h a t i n e a r l y s t a g e s o f t h e r e p a i r p r o c e s st h e n e w l y p r o l i f e r a t i n g i m m a t u r e m u s c l e c e l l s o r i e n t i n t h e d i r e c t i o n o fi m p l a n t e d m u s c l e f r a g m e n t s ' a n d t h a t i n l a t e r s t a g e s t h e m u s c l e f i b e r sa r e o r i e n t e d i n a n i r r e g u l a r a n d d i s o r d e r l y ' - f a s h i o n . T h e s e o b s e r v a -t i o n s s u g g e s t t h a t p r o l i f e r a t i n g m u s c l e c e l l s a r e " t h r e a d i n g " t h e m s e l v e st h r o u g h t h e s h o r t , r a n d o m l y o r i e n t e d f r a g m e n t s o f BL t u b e s . T h e p r o d -u c t i s a t b e s t a p a r t i a l l y r e c o n s t i t u t e d a n d n o n f u n c t i o n a l s k e l e t a l m u s -c l e . 2 7T o t e s t w h e t h e r t h e a t t r a c t i o n o f n e w l y p r o l i f e r a t i n g s k e l e t a l m u s c l e

I


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V o l . 7 7 , N o . 2 B ASAL LAMI NA 319N o v e n m b e r 1 9 7 4c e l l s f o r o l d s k e l e t a l m u s c l e BL t u b e s i s a c e l l - s p e c i f i c p h e n o m e n o n o rs i m p l y r e l a t e d t o m e c h a n i c a l f a c t o r s , we p r e s e n t e d g r o w i n g m u s c l e c e l l sw i t h BL t u b e s b e l o n g i n g t o o t h e r c e l l t y p e s . A p o r t i o n o f r e n a l m e d u l l ai n w h i c h c e l l u l a r e l e m e n t s h a v e b e e n k i l l e d b y f r e e z i n g a n d t h a w i n g w a si m p l a n t e d i n t o a d e f e c t o f s k e l e t a l m u s c l e o f t h e s a m e a n i m a l . R e n a lm e d u l l a w a s c h o s e n b e c a u s e i t s BL s c a f f o l d i s s i m i l a r t o t h a t o f s k e l e t a lm u s c l e c o n s i s t i n g o f p a r a l l e l a r r a y o f d i f f e r e n t c a l i b e r t u b e s : BL t u b e so f r e n a l t u b u l e s a r e b i g e n o u g h t o a c c o m m o d a t e m a t u r e s k e l e t a l m u s c l ef i b e r s a n d t h o s e o f i n t e r s t i t i a l c a p i l l a r i e s f i t i n s i z e c a p i l l a r i e s o f s k e l e t a lm u s c l e . When t h e t r a n s p l a n t e d BL s c a f f o l d o f r e n a l m e d u l l a w a s e x -a m i n e d 6 w e e k s a f t e r s u r g e r y i t w a s f o u n d t h a t s k e l e t a l m u s c l e f i b e r sd i d n o t g r o w i n t o t h e e m p t y BL t u b e s o f r e n a l t u b u l e s a n d d u c t s b u ti n s t e a d t h e t r a n s p l a n t e d p i e c e c o n t a i n e d f i b r o b l a s t - l i k e c e l l s a n d c o l l a -g e n ( F i g u r e 4 ) . C a p i l l a r i e s f r o m t h e s k e l e t a l m u s c l e s t u m p , h o w e v e r ,d i d r e p o p u l a t e s o m e o f t h e p r e e x i s t i n g BL s c a f f o l d s o f v a s a r e c t a ( F i g u r e5 ) . I t i s o f i n t e r e s t t h a t t h e s e c a p i l l a r i e s h a v e t h e a p p e a r a n c e o f s k e l e t a lm u s c l e c a p i l l a r i e s , r a t h e r t h a n r e n a l m e d u l l a c a p i l l a r i e s .I f BL s c a f f o l d o f s k e l e t a l m u s c l e i s d e s t r o y e d b y e i t h e r s e v e r e c r u s h -i n g 2 5 2 8 o r c a u t e r i z a t i o n w i t h h e a t o r s t r o n g a c i d s 2 4 o r i f a n e x c i s e d p i e c eo f s k e l e t a l m u s c l e i s r e p l a c e d b y a f i b r i n c l o t , 2 5 s k e l e t a l m u s c l e f i b e r s d on o t g r o w b a c k b u t i n s t e a d a s c a r f o r m s i n t h e a r e a o f i n j u r y . T h e r e g e n -e r a t i n g m u s c l e f i b e r s f r o m t h e v i a b l e m u s c l e s t u m p s g r o w i n t h e s e e x -p e r i m e n t s f o r a b o u t 1 mm i n a n i r r e g u l a r w a y a n d t h e n s t o p . S c a r r i n ga l s o o c c u r s i f i n j u r y t o s k e l e t a l m u s c l e i s a c c o m p a n i e d b y i n f e c t i o n . I no u r e x p e r i m e n t s , w h e n t h e i n j u r e d m u s c l e s b e c a m e a c c i d e n t a l l y i n f e c t e dw i t h b a c t e r i a t h e BL s c a f f o l d i n g w a s d i s r u p t e d i n m a n y s i t e s . P o l y -m o r p h o n u c l e a r l e u k o c y t e s w e r e t h e n p r e s e n t i n l a r g e n u m b e r s a n d t h ei n j u r y e v e n t u a l l y h e a l e d w i t h a s c a r . I t i s n o t c l e a r w h e t h e r t h e p r e s e n c eo f b a c t e r i a o r w hi t e b l o od c e l l s a l o n e o r a c o m b i n a t i o n o f t h e t w o c a u s e dt h e d a m a g e t o t h e B L .L u n gWhen c e l l s d i e i n t h e l u n g a s a r e s u l t o f i n j u r y , BL p r o v i d e s a s c a f f o l d

w h i c h g u i d e s t h e p o s i t i o n i n g o f new c e l l g e n e r a t i o n s . T h i s w a s d e m o n -s t r a t e d b y t h e f o l l o w i n g e x p e r i m e n t : 3 C e l l s i n f o c a l a r e a s o f d o g l u n gi n v o l v i n g a p p r o x i m a t e l y h a l f t h e l u n g ' s p a r e n c h y m a w e r e k i l l e d b y i n -t r a v e n o u s i n j e c t i o n s o f o l e i c a c i d . T h e e p i t h e l i a l a n d e n d o t h e l i a l BL r e -m a i n e d i n t a c t f o l l o w i n g i n j u r y , m a i n t a i n i n g a m o n g c e l l u l a r d e b r i s a" m a p " o f t h e l u n g ' s a r c h i t e c t u r e a s w e l l a s a s t r u c t u r a l c o n t i n u i t y b e -t w e e n l i v i n g a n d d e a d p o r t i o n s o f t h e l u n g ( F i g u r e 6 ) . T h r e e d a y s a f t e ri n j u r y , r e c o n s t i t u t i o n w i t h e p i t h e l i a l a n d e n d o t h e l i a l , a n d p r e s u m a b l y


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3 2 0 VRACKO A m e r i c a n J o u m a lo f P a t h o l o g yT E T - F I G 3 - D i a g r a m o f b a s a ll a m i n a s c a f f o l d o f p u l m o n a r y a l v e o -l a r s e p t i . T h e a l v e o l a r s p a c e s ( A ) a r ed e f i n e d b y a c o n t i n u o u s s h e e t o fb a s a l l a m i n a w h i c h s u p p o r t s a l v e o l a r

e p i t h e l i a l c e l l s . T h e c a p i l l a r y b a s a ll a m i n a o f i n t e r s t i t i a l c a p i l l a r i e s ( C )f u s e s w i t h a l v e o l a r b a s a l l a m i n a t of o r m a s i n g l e l a y e r o f b a s a l l a m i n a .T h e i n t e r s t i t i a l c o n n e c t i v e t i s s es p a c e ( s h a d e d a r e a ) c o n t a i n s c o l l a -g e n , e l a s t i n , i n t e r s t i t i a l c e l l s a n db a s a l l a m i n a t u b e s ( N ) o f n e r v e f i -b e r s .

s e p t a l , c e l l s b e g a n f r o m t h e a d j a c e n t u n i n j u r e d p a r e n c h y m a , e a c h c e l lt y p e r e p o p u l a t e d i t s " o w n " B L s u r f a c e ( F i g u r e 7 ) . W i t h i n 3 w e e k s m o s to f t h e a r c h i t e c t u r e a n d a l l m e a s u r e d f u n c t i o n s o f t h e l u n g w e r e r e e s t a b -l i s h e d .T h e new p a r e n c h y m a l c e l l s a p p e a r e d t o r e m o v e c e l l d e b r i s a n d u n -f o l d e d t h e p l e a t e d BL i n a r e a s i n w h i c h i t w a s c r u m p l e d . Two t y p e s o fl e s i o n s r e m a i n e d 3 w e e k s a f t e r i n j u r y : t h e r e w e r e s c a t t e r e d f o c i o f c o l l a -g e n d e p o s i t i o n i n w h i c h BL s c a f f o l d i n g s t i l l w a s p r e s e n t a n d u n d e r g o i n gc e l l u l a r r e p o p u l a t i o n s . T h e r e a l s o w e r e f o c a l i n t e r r u p t i o n o f i n t e r a l v e o l a rs e p t i g i v i n g r i s e t o e m p h y s e m a t o u s e n l a r g e m e n t o f a i r s p a c e s . T h e l a t t e ri s o f p a r t i c u l a r i n t e r e s t b e c a u s e i n t e r r u p t i o n o f B L , a s s o c i a t e d w i t h a ni n a b i l i t y o f e p i t h e l i a l c e l l s t o b r i d g e t h e g a p , p r o v i d e s a p l a u s i b l e e x p l a -n a t i o n f o r p a t h o g e n e s i s o f e m p h y s e m a . O f f u r t h e r i n t e r e s t i s t h e o b s e r v a -t i o n t h a t , i n t h e l u n g , i n c o n t r a s t t o r e g e n e r a t i n g s k e l e t a l m u s c l e o r k i d -n e y , t h e r e p o p u l a t i n g c e l l s d i d n o t d e p o s i t a n e w l a y e r o f BL b u t i n s t e a dg r e w d i r e c t l y o n t h e p r e e x i s t i n g BL s u r f a c e s .

T h e r e s e e m t o b e n o e x p e r i m e n t a l o b s e r v a t i o n s d o c u m e n t i n g t h e f o r -m a t i o n o f s c a r a f t e r d e s t r u c t i o n o f p u l m o n a r y BL s c a f f o l d . T h e o b s e r v a -t i o n s t h a t l u n g a b s c e s s e s a n d c a s e a t i n g g r a n u l o m a s g e n e r a l l y h e a l w i t hf o r m a t i o n o f a p e r m a n e n t s c a r s e e m t o s u p p o r t t h e n o t i o n t h a t o n c e t h es c a f f o l d o f t h e l u n g h a s b e e n d e s t r o y e d r e c o n s t r u c t i o n d o e s n o t o c c u r .K ; n e y

K i d n e y w a s p r o b a b l y t h e f i r s t o r g a n i n w h i c h t h e s i g n i f i c a n c e o f BLf o r o r d e r l y c e l l u l a r r e p o p u l a t i o n w a s r e c o g n i z e d . O l i v e r 2 p o i n t e d o u tt h a t r e e p i t h e l i a l i z a t i o n o f r e n a l t u b u l e s , i n c a s e s o f a c u t e t u b u l a r c e l ln e c r o s i s , o c c u r s a l o n g t h e BL s c a f f o l d i n g f r o m c e l l s w h i c h h a v e e s c a p e di n j u r y . T h e r e p a i r w a s c o m p l e t e o n l y i f BL r e m a i n e d i n t a c t . I f i t w a s d i s -r u p t e d e x t e n s i v e l y , t h e t u b u l e s d i d n o t r e c o n s t i t u t e i n t o f u n c t i o n i n g


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V o l . 7 7 , N o . 2 B AS AL L AMI N A 321November 1974

T E x - F I G 4 - D i a g r a m o f b a s a l l u a i n a s c a f f o l d o f k i d n e y . T h e e n d o t h e l i a l b a s a l l a m i n ao f a f f e r e n t a n d e f f e r e n t a r t e r i o l e s ( A ) j o i n a t t h e v a s c u l a r p o l e o f t h e g l o m e m l u s t h eb a s a l l a m i n a o f B o w m a n ' s c a p s u l e t o f o r m a s i n g l e l a y e r o f b a s a l l a m i n a o f g l o m e r u l a rc a p i l l a r y l o o p s ( C ) . T h e b a s a l l a m i n a o f B o w m a n ' s c a p s u l e c o n t i n u e s a t t h e u r i n a r y p o l ei n t o t h e t u b u l a r b a s a l l a m i n a ( T ) w h i c h i n t u r n c o n t i n u e s i n t o t h a t o f c o l l e c t i n g d u c t s ,r e n a l p e l v i s , u r e t e r s , e t c . T h e b a s a l l a m i n a p i p e s w h i c h f o r m t h e s c a f f o l d o f i n t e r s t i t i a lc a p i l l a r i e s ( I ) a r e d i s c o n t i n u o u s , t h e o p e n i n g s c o r r e s p o n d i n g t o e n d o t h e l i a l f e n e s t r a e .N o t i n c l u d e d i n t h e d r a w i n g a r e s p a c e s d e l i n e a t e d b y b a s a l l a m i n a w h i c h c o n t a i n s m o o t hm u s c l e c e l l s o f a r t e r i e s a n d a r t e r i o l s .

u n i t s b e c a u s e r e g e n e r a t i n g t u b u l a r e p i t h e l i a l c e l l s d i d n o t s e e m t o h a v et h e a b i l i t y t o b r i d g e l a r g e g a p s i n B L . When t h e g a p s w e r e s m a l l ( s i z en o t s p e c i f i e d ) e p i t h e l i a l a n d m e s e n c h y m a l t i s s u e s i n t e r a c t e d t o r e f o r mt h e w a l l o f t h e t u b u l e .M I a n y o t h e r e x a m p l e s o f t u b u l a r r e e p i t h e l i a l i z a t i o n f o l l o w i n g a v a -r i e t y o f i n j u r i e s h a v e b e e n d e s c r i b e d s i n c e t h e n . E l e c t r o n m i c r o g r a p h s

f r o m s u c h s t u d i e s f r e q u e n t l y s h o w t h a t BL i s " s p l i t " o r ' l a y e r e d " a n dc e l l d e b r i s i s t r a p p e d b e t w e e n t h e l a y e r s . 2 9 3 0 F i g u r e 8 d e p i c t s t h e o u t -c o m e o f a n e x p e r i m e n t i n w h i c h a c u t e t u b u l a r c e l l n e c r o s i s w a s p r o -d u c e d b y f r e e z i n g a p o r t i o n o f k i d n e y i n a r a t w h i c h h a s r e c e i v e d s i l v e rn i t r a t e i n i t s d r i n k i n g w a t e r f o r 1 0 m o n t h s . A f t e r i n j u r y t h e a n i m a l w a sg i v e n f r e s h w a t e r . T h e o l d B L , w h i c h w a s m a r k e d b y s i l v e r d e p o s i t s ,b e c a m e r e d u n d a n t , a n d new c e l l s w i t h u n l a b e l e d BL w e r e s e e n t o g r o wi n s i d e t h e o l d BL t u b e .

I n a n o t h e r s e r i e s o f e x p e r i m e n t s d e s i g n e d t o d e t e r m i n e i f BL o fg l o m e r u l i a l s o p r o v i d e a s c a f f o l d a f t e r c e l l d e a t h , p o r t i o n s o f n o r m a lr a t k i d n e y c o r t e x w e r e f r o z e n a n d t h a w e d a n d w e r e e x a m i n e d a t i n t e r -v a l s r a n g i n g f r o m 2 4 h o u r s t o 6 w e e k s a f t e r i n j u r y . T h e a c u t e l e s i o n w a sc h a r a c t e r i z e d b y d e s t r u c t i o n o f m o s t c e l l s a n d p r e s e r v a t i o n o f BL s c a f -f o l d o f g l o m e r u l i ( F i g u r e 9 ) . P r e l i m i n a r y r e s u l t s i n d i c a t e t h a t c e l l u l a rr e p o p u l a t i o n b e g a n w i t h i n 3 d a y s , o r i g i n a t i n g a p p a r e n t l y f r o m r e m a i n -i n g c e l l s i n t h e g l o m e r u l i . U n d i f f e r e n t i a t e d c e l l s w e r e s e e n i n s p a c e s d e -


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3 2 2 VRACKO A m e r i c a n J o u m a lo f P a t h o l o g yf i n e d b y t h e e n d o t h e l i a l s u r f a c e o f BL a n d e q u a l l y u n d i f f e r e n t i a t e d c e l l sf i l l e d B o w m a n ' s s p a c e . C e l l s i n b o t h c o m p a r t m e n t s a p p a r e n t l y r e m o v e dc e l l d e b r i s a n d a l i g n e d t h e m s e l v e s a l o n g t h e r e s p e c t i v e BL s u r f a c e s( F i g u r e 1 0 ) . C e l l s o n t h e e p i t h e l i a l s i d e o f t h e BL a t s o m e p o i n t d e -v e l o p e d t h e c h a r a c t e r i s t i c f e a t u r e s o f p o d o c y t e s a n d t h o s e o n t h e c a p -i l l a r y s i d e b e c a m e t y p i c a l e n d o t h e l i a l c e l l s . B o w m a n ' s c a p s u l e a l s o b e -c a m e r e p o p u l a t e d b y s i m p l e s q u a m o u s e p i t h e l i u m . A n e w l a y e r o f BLw a s f o r m e d i n a p p o s i t i o n t o t h e o l d o n e , s o m e t i m e s i n g l o m e r u l a r l o o p sa n d f r e q u e n t l y i n B o w m a n ' s c a p s u l e .P a n c r e a s

R e c o n s t i t u t i o n o f p a n c r e a s h a s b e e n s t u d i e d i n d e t a i l i n r a t s a f t e r i n -i u r y b y e i t h e r a d m i n i s t r a t i o n o f e t h i o n i n e w h i l e a n i m a l s w e r e k e p t o np r o t e i n - f r e e d i e t 3 1 o r f o l l o w i n g r e s e c t i o n o f a p o r t i o n o f t h e o r g a n . 3 2I n r a t s , p r o t e i n - f r e e d i e t a n d i n t r a p e r i t o n e a l i n j e c t i o n s o f e t h i o n i n ef o r 1 0 d a y s c a u s e t h e d e a t h o f m a n y p a n c r e a t i c a c i n a r c e l l s . B a s a l l a m -i n a , a s w e l l a s t h e i n t e r a c i n a r c o n n e c t i v e t i s s u e , r e m a i n i n t a c t d u r i n ga n d f o l l o w i n g t h e i n j u r i o u s e v e n t . W i t h i n 2 t o 3 w e e k s a c i n a r c e l l s a r er e p l e n i s h e d , a n d t h e n o r m a l g r o s s a n d m i c r o s c o p i c c o n f i g u r a t i o n o f t h eo r g a n i s r e e s t a b l i s h e d . I n a p a r a l l e l s e t o f e x p e r i m e n t s , a p p r o x i m a t e l y5 5 % o f r a t p a n c r e a s b o d y w a s s u r g i c a l l y r e m o v e d . 3 2 R e c o n s t i t u t i o n o f t h er e s t o r e d p o r t i o n s d i d n o t o c c u r , e v e n i n a n i m a l s w h i c h w e r e s a c r i f i c e d1 2 m o n t h s a f t e r o p e r a t i o n . T h e r e w a s a n i n c r e a s e i n w e i g h t o f t h er e s i d u a l p i e c e o f p a n c r e a s , s u g g e s t i n g t h a t c o m p e n s a t o r y e n l a r g e m e n to f t h e r e m a i n i n g p a n c r e a s h a d o c c u r r e d .I n a n o t h e r s e t o f e x p e r i m e n t s , 3 3 p a n c r e a t i c a c i n i b e c a m e a t r o p h i c a n d

Tm-FiG 5 - D i a g r a m o fb a s a l l a m i n a s c a f f o l d o f p a n c r e a s .T h e a c i n i ( A ) a r e l i n e d b y b a s a ll a m i n a s h e e t w h i c h i s c o n t i n u o u sw i t h t h e b a s a l l a m i n a o f d u c t s( D ) . T h e e n d o c r i n e c e l l s o f i s l e t so f L a n g e r h a n s ( E ) a r e s u r r o u n d e db y a b a s a l l a m i n a s h e e t w h e r e v e rt h e y a r e e x p o s e d t o t h e c o n n e c -t i v e t i s s u e . I t i s n o t c l e a r a t p r e s -e n t w h e t h e r b a s a l l a m i n a o f m a -t u r e i s l e t s i s i n c o n t i n u i t y w i t ht h a t o f p a n c r e a t i c d u c t s . A l s os h o w n a r e t h e t y p i c a l b a s a l l a m -i n a t u b e s o f c a p i l l a r i e s ( C ) a n dn e r v e s ( N ) . T h e c o l l a g e n i n t h ec o n n e c t i v e f i s s u e s p a c e ( s h a d e da r e a ) i s a n c h o r e d t o t h e b a s a ll a m i n a s u r f a c e s .


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V o l . 7 7 , N o . 2 B ASAL LAMI NA 3 2 3November 1 9 7 4t h e d u c t s d i l a t e d 2 t o 7 w e e k s a f t e r t h e m a i n p a n c r e a t i c d u c t w a s l i -g a t e d . When t h e s a m e p a n c r e a t a w e r e s a m p l e d 4 t o 1 0 w e e k s a f t e r t h em a i n p a n c r e a t i c d u c t w a s r e o p e n e d , t h e g r o s s a n d m i c r o s c o p i c a p p e a r -a n c e o f t h e o r g a n h a d r e t u r n e d t o n o r m a l .T h e s e e x p e r i m e n t s s e e m t o i n d i c a t e t h a t c e l l u l a r r e c o n s t r u c t i o n o ft h e p a n c r e a s w i l l o c c u r r e a d i l y i f t h e BL s c a f f o l d i n g i s l e f t i n t a c t f o l -l o w i n g i n j u r y . I f i t i s r e m o v e d , a s i n s u r g i c a l a m p u t a t i o n , " r e g e n e r a t i o n "d oe s n ot o c c u r .N e r v o u s S y s t e n

A x o n s o f p e r i p h e r a l n e r v e s w i l l r e g r o w a f t e r i n j u r y i n a n o r d e r l yr a t h e r t h a n i n r a n d o m p a t t e r n a l o n g t h e t r a c t s o f o l d n e r v e s , w h i l e a x o n si n b r a i n a n d s p i n a l c o r d w i l l n o t . I n t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m , a x o n ss p r o u t f r o m p r o x i m a l n e r v e s t u m p s f o r a s h o r t d i s t a n c e a n d t h e n s t o p ,a n d t h e i n j u r y h e a l s w i t h s c a r f o r m a t i o n . 3 4 , 3 5 T h e s u g g e s t i o n h a s b e e n

T=r-m 6 - D i a g r a m o f b a s a l l a m i n a o f n e r v o u s s y s t e m . A l l s u r f a c e s o f b r a i n ( B ) ,s p i n a l c o r d ( S ) a n d p e r i p h e r a l n e r v e s ( N ) a r e l i n e d b y a c o n t i n u o u s s h e e t o f b a s a l l a n i n a .O n e s u r f a c e o f b a s a l l a m i n a i s a p p l i e d a g a i n s t c e I l s o f t h e n e r v o u s s y s t e m a n d t h e o t h e ra g a i n s t c o l l a g e n o f s u r r o u n d i n g c o n n e c t i v e t i s s e . When a r t e r i e s ( A ) e n t e r t h e b r a i n t h e ya r e s u r r o n d e d b y l e p t o m e n i n g e a l c o n n e c t i v e t i s s u e . I n c a p i l l a r i e s ( C ) , h o w e v e r , t h eb a s a l l a m i n a o f c a p i l l a r y e n d o t h e l i u m c o m b m e s w i t h t h a t o f b r a i n s u r f a c e a n d o b l i t e r a t e st h e c o n n e c t i v e t i s s u e s p a c e b e t w e e n t h e m , a n d t h e r e f o r e o n l y a s i n g l e b a s a l l a m i n a l a y e ri s p r e s e n t b e t w e e n c a p i l l a r y e n d o t h e l i u m a n d a s t r o c y t e s . When c a p i l l a r i e s b e c o m e v e i n s( V ) , t h e r e v e r s e i s t r u e : t h e c o m n w n b a s a l l a m i n a s h e e t s e p a r a t e s , o n e l e a f f o l l o w i n g t h ec o n t o u r s o f b r a i n s u r f a c e a n d t h e o t h e r t h e c o n t o u r s o f e n d o t h e l i u m . T h e b a s a l l a m i n ao f v e n t r i c l e s a n d t h a t o f e p e n d y m a l l i n i n g ( n o t d e p i c t e d ) i s c o n t i n u o u s w i t h t h e b a s a ll a m i n a o f b r a i n s u r f a c e .


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3 2 4 VRACKO A m e r i c a n J o u r n a lo f P a t h o l o g ym a d e t h a t t h e r e a s o n f o r t h e d i f f e r e n t h e a l i n g p o t e n t i a l l i e s i n t h ea n a t o m i c r e l a t i o n s h i p s : - " w h i l e p e r i p h e r a l n e r v e f i b e r s , c o n s i s t i n g o fa x o n s a n d S c h w a n n c e l l s , a r e e n c a s e d i n a BL t u b e w h i c h i n t u r n i s s u r -r o u n d e d b y c o l l a g e n f i b e r s ( e n d o n e u r i u m ) , t h e n e r v e f i b e r s i n c e n t r a ln e r v o u s s y s t e m , c o n s i s t i n g o f a x o n s a n d o l i g o d e n d r o c y t e s , a r e i n i m m e d i -a t e a p p o s i t i o n t o o t h e r g l i a l c e l l s a n d t h e i r p o s i t i o n w i t h i n t h e s p a c eo f t h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m i s n o t d e f i n e d b y d i s t i n c t BL t u b e s . Whenc o n t i n u i t y o f n e r v e f i b e r s i s d i s r u p t e d , p e r i p h e r a l n e r v e s a n d t h o s e i nt h e c e n t r a l n e r v o u s s y s t e m r e s p o n d s i m i l a r l y i n m a n y r e s p e c t s . I n b o t h ,d e g e n e r a t i o n o f t h e a x o n i n t h e d i s t a l a n d f o r a s h o r t d i s t a n c e i n t h ep r o x i m a l s t u m p i s f o l l o w e d b y p r o l i f e r a t i o n o f e n c a s i n g c e l l s , i e ,S c h w a n n c e l l s o r o l i g o d e n d r o c y t e s . 3 " 8 T h e c r i t i c a l d i f f e r e n c e b e t w e e nt h e t w o a p p e a r s t o b e t h a t S c h w a n n c e l l s p r o l i f e r a t e a l o n g t h e p a t h o ft h e n e r v e i n a t u b e d e f i n e d b y BL w h i l e g l i a l c e l l s p r o l i f e r a t e o n l y a t t h es i t e o f i n j u r y . When t h e a x o n w h i c h i s s p r o u t i n g f r o m t h e p r o x i m a ls t u m p o f a t r a n s s e c t e d p e r i p h e r a l n e r v e f i b e r f i n d s t h e d i s t a l s e g m e n t o ft h e n e r v e , i t g r o w s r a p i d l y , f i r s t o n t h e s u r f a c e b e t w e e n S c h w a n n c e l l sa n d BL a n d l a t e r e n c a s e d b y S c h w a n n c e l l s a l o n g t h e p a t h d e f i n e d b yt h e B L , u n t i l t h e n e r v e f i b e r i s r e c o n s t i t u t e d . T h e o n l y v i s i b l e r e s i d u a lo f t h i s p r o c e s s i s f r e q u e n t l y a new l a y e r o f BL i n s i d e t h e o l d BL t u b e . 3 6 ' 3I n b r a i n a n d s p i n a l c o r d , o n t h e o t h e r h a n d , p a t h s o f d i s t a l n e r v e f i b e rs e g m e n t s s e e m t o l o o s e t h e i r i d e n t i t y a f t e r i n j u r y . A x o n s b u d d i n g f r o mp r o x i m a l n e r v e s t u m p s w i l l g r o w t h e r e o n l y f o r a v e r y s h o r t d i s t a n c ew i t h i n t h e a r e a o f i n j u r y , a n d t h e r e p a i r t e r m i n a t e s a s a r u l e b y f o r m a -t i o n o f a s c a r a t t h e s i t e o f i n j u r y .S i d n

T h e r o l e o f BL f o r t h e m a i n t e n a n c e o f c e l l s a n d t h e r e p a i r o f s k i nh a s n o t b e e n s t u d i e d s y s t e m a t i c a l l y . I t a p p e a r s t h a t c e l l r e n e w a l i nn o r m a l s k i n o c c u r s w i t h i n t h e f r a m e w o r k o f i t s BL s c a f f o l d . F o r e x -a m p l e , c y c l i c r e g r o w t h o f h a i r b u l b s a n d h a i r s h a f t s t a k e s p l a c e i n t h el o c i d e f i n e d b y t h e BL s c a f f o l d s o f t h e i n v o l u t e d o r i g i n a l h a i r s h a f t s . 4 0When s k i n i s i n j u r e d , t h e d a m a g e m a y h e a l b y s c a r r i n g o r b y r e e s t a b -l i s h m e n t o f a n a t o m i c r e l a t i o n s h i p s a s t h e y e x i s t e d p r i o r t o i n j u r y . E x p e r i -e n c e s w i t h d i f f e r e n t t y p e s o f s k i n i n j u r i e s i n d i c a t e t h a t t h e d e p t h o fd a m a g e i s p r o b a b l y t h e m o s t s i g n i f i c a n t f a c t o r w h i c h d e t e r m i n e s t h e o u t -c o m e . F o r e x a m p l e i f t h e r m a l i n j u r y i s c o n f i n e d t o c e l l s o f t h e e p i d e r m i s( f i r s t - d e g r e e b u r n ) a n d t h e b a s a l c e l l l a y e r s a n d t h e BL a r e n o t d a m -a g e d , t h e r e s t o r a t i o n o f o r i g i n a l c o n d i t i o n s i s r a p i d a n d c o m p l e t e . T h ep r e s e n c e o f s u b e p i d e r m a l b u l l a e ( s e c o n d - d e g r e e b u r n ) i n d i c a t e s t h a tb a s a l c e l l s , t h e BL o r b o t h a r e d a m a g e d . T h e h e a l i n g i n s u c h i n s t a n c e s


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V o l . 7 7 , N o . 2 B A S A L L A M I N A 3 2 5November 1 9 7 4E E E E

T E x T - F I G 7 - B a s a l l a m i n a s c a f f o l d o f s k i n . A c o n t i n u o u s s h e e t o f b a s a l l a m i n a s e p a r a t e se p i d e r m i s ( E ) a n d s k i n a p p e n d a g e s ( S , H , S E ) f r o m t h e d e r m i s . T h e c o n t o u r o f t h eb o u n d a r y b e t w e e n e p i t h e h u i m a n d t h e u n d e r l y i n g c o n n e c t i v e t i s s u e h a s t h e c h a r a c t e r i s t i cp a t t e m o f d e r m a l p a p i l l a a n d r e t e r i d g e s . T h e b a s a l l a m i n a d i p s i n t o t h e d e r m i s t o p r o v i d es c a f f o l d s f o r s e v e r a l d i f f e r e n t t y p e s o f s k i n a p p e n d a g e s , e a c h h a v i n g d i s t i n c t a n a t o m i c c o n -f i g u r a t i o n . A s i n o t h e r o r g a n s , b a s a l l a m i n a i s a s u b s t a t u m f o r t h e v a r i o u s t y p e s o fp a r e n c h y m a l c e l l s o f t h e s k i n a n d s k i n a p p e n d a g e s a n d i s a n c h o r e d w i t h o n e o f i t s s u r f a c e st o t h e c o n n e c t i v e t i s s u e ( s h a d e d a r e a ) . I n t h e d e r m i s , b a s a l l a m i n a s c a f f o l d s f o r c a p i l l a r i e s( C ) a n d n e r v e s ( N ) a r e p r e s e n t .may o r may n o t r e s u l t i n c o m p l e t e r e s t o r a t i o n o f o r i g i n a l s t r u c t u r e s . A n di f e p i d e r m i s , BL a n d s u b e p i d e r m a l c o n n e c t i v e t i s s u e s a r e d a m a g e d , a si t o c c u r s i n t h e t h i r d - d e g r e e b u r n , t h e h e a l i n g i s s l o w a n d a s c a r i n -v a r i a b l y f o r m s .T h e f a t e o f b u r n s h a s b e e n c o m p a r e d t o h e a l i n g o f c u t a n e o u s w o u n d sp r o d u c e d a t s k i n g r a f t d o n o r s i t e s . 4 1 T h e s p e e d a n d q u a l i t y o f t h e r e p a i rp r o c e s s b e a r s a d i r e c t r e l a t i o n s h i p t o t h e g r a f t ' s t h i c k n e s s : i n s i t e s f r o mw h i c h t h i n s p l i t - t h i c k n e s s g r a f t s h a v e b e e n r e m o v e d , t h e h e a l i n g i s r a p i dw i th m i l d s c a r r i n g , w h i l e i n s i t e s f r o m w h i c h f u l l t h i c k n e s s g r a f t s h a v eb e e n t a k e n , h e a l i n g i s p r o l o n g e d , w i t h s e v e r e s c a r r i n g . T h e d o n o r s i t e so f t h i n s p l i t - t h i c k n e s s g r a f t s r e t a i n m o s t s k i n a p p e n d a g e s a n d s o m e t i p so f r e t e r i d g e s . T h e s e c a n p r o v i d e n o t o n l y d e n s e l y d i s t r i b u t e d f o c i f r o mw h i c h new c e l l s p r o l i f e r a t e b u t a l s o d e f i n e b y t h e i r p r e s e n c e s u b s t a n t i a lp o r t i o n s o f t h e o r i g i n a l b o u n d r y b e t w e e n d e r m i s a n d e p i d e r m i s . I n p i gs k i n , f o r e x a m p l e , f r o m w h i c h a 0 . 2 - m m - t h i c k l a y e r h a s b e e n r e m o v e d ,t h e i s l a n d s o f s k i n a p p e n d a g e s a r e s e p a r a t e d m a x i m a l l y b y 1 . 0 mm, t h u sb r e a k i n g u p t h e t o t a l w o u n d s u r f a c e a r e a i n t o a s e r i e s o f a n a s t o m o s i n gm i c r o w o u n d s . 4 2 T h e o t h e r e x t r e m e , w h e n m o s t s k i n a p p e n d a g e s a r e r e -m o v e d w i t h t h e g r a f t , t h e o u t g r o w t h o f n e w e p i t h e l i a l c e l l s w i l l o c c u rm a i n l y f r o m t h e g r o s s l y v i s i b l e w o u n d e d g e s a n d s p a t i a l r e l a t i o n s h i p s b e -t w e e n e p i d e r m i s a n d d e r m i s m u s t b e r e e s t a b l i s h e d i n a l a r g e a r e a .


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3 2 6 VRACKO A m e r i c a n J o u r n a lo f P a t h o l o g yI t a p p e a r s t h a t w h e n e v e r c e l l s o f t h e e p i d e r m i s a n d t h e d e r m i s e s t a b -l i s h a n e w i n t e r f a c e t h e p r o d u c t i s i n f e r i o r : t h e r e t e r i d g e s , d e r m a l p a p i l -l a e a n d s k i n a p p p e n d a g e s a r e n o t r e f o r m e d ; t h e e p i t h e l i u m i s t h i n n e r ;

t h e d e r m a l c o l l a g e n i s d e p o s i t e d i n d e n s e , i r r e g u l a r l y p l a c e d b u n d l e s ;a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s u b e p i d e r m a l z o n e o f c o n n e c t i v e t i s s u e i s a b s e n t .I f s u c h s c a r r i n g i n v o l v e s a l a r g e c o n t i g u o u s a r e a t h e g r o s s l y v i s i b l e d i s -t o r t i o n o f t h e s k i n s u r f a c e i s g r e a t e r t h a n i f i t i n v o l v e s s m a l l a n a s t o m o s -i n g s e g m e n t s o f s k i n l o c a t e d b e t w e e n i s l a n d s o f n o r m a l s k i n .C e l l u l a r e v e n t s o n t h e r e c i p i e n t s i t e o f s k i n a u t o g r a f t s a n d b o m o g r a f t sh a v e b e e n s t u d i e d b y G i a c o m e t t i a n d P a r a k k a L 4 3 T h e y h a v e s h o w n t h a tr h e s u s m o n k e y s ' e p i d e r m a l c e l l s g r o w f r o m t h e a d j a c e n t v i a b l e e p i d e r m i so f t h e h o s t a s w e l l a s f r o m t h e h a i r f o l l i c l e s o f t h e g r a f t . I n e a c h c a s et h e n e w l y f o r m e d c e l l s m i g r a t e o v e r t h e BL o f t h e g r a f t e d e p i d e r m i s ,d i s p l a c i n g t h e o l d e p i d e r m i s , a n d a t t a c h t o BL w i t h h e m i d e s m o s o m e s .T h e s e a u t h o r s f e e l t h a t t h e s u b s t r a t u m o f t r a n s p l a n t e d BL p r o v i d e s " c o n -t a c t g u i d a n c e , " a s p o s t u l a t e d b y W e i s s , 6 f o r o r i e n t a t i o n a n d p o s i t i o n i n go f e p i d e r m a l c e l l s .

A n o t h e r e x a m p l e o f t h e a p p a r e n t i m p o r t a n c e o f BL f o r o r d e r l y r e -p a i r i n g o f s k i n s t r u c t u r e i s s e e n i n h e a l i n g o f v a r i o u s t y p e s o f b u l l o u sl e s i o n s . " B l i s t e r s o f p e m p h i g u s v u l g a r i s a n d e p i d e r m o l y s i s b u l l o s a s i m -p l e x , w h e r e BL r e m a i n s i n t a c t a n d a t t a c h e d t o t h e d e r m i s , h e a l w i t h o u tf o r m a t i o n o f s c a r . I n e p i d e r m o l y s i s b u l l o s a d y s t r o p h i c a ( r e c e s s i v e t y p e ) ,w h e r e BL i s p a r t o f t h e b l i s t e r r o o f a n d t h e r e f o r e d e t a c h e d f r o m t h ed e r m i s , t h e h e a l i n g r e s u l t s i n s c a r r i n g . I n m o s t l e s i o n s o f e r y t h e m a m u l t i -f o r m e , t h e BL s t a y s w i t h t h e d e r m i s , a n d t h e h e a l i n g i n g e n e r a l i s w i t h -o u t f o r m a t i o n o f a s c a r ; h o w e v e r s e v e r e l e s i o n s i n w h i c h BL m a y h a v eb e e n d i s t u r b e d h e a l w i t h t h e f o r m a t i o n o f a s c a r .T h e e f f e c t o f t h e p e r s i s t e n c e o f BL o n t h e q u a l i t y o f r e p a i r a n d a l s oi t s s p e e d h a s b e e n d e m o n s t r a t e d b y t h e f o l l o w i n g e x p e r i m e n t s : 4 5 i n t a c ts u c t i o n - i n d u c e d 5-mm l a r g e b l i s t e r s o f s k i n h a v e a n i n t a c t BL w h i c hb e c o m e s r e p o p u l a t e d w i t h s e v e r a l l a y e r s o f e p i t h e l i a l c e l l s w i t h i n 2 4h o u r s f o l l o w i n g i n j u r y ; i n c o n t r a s t , i n o p e n b l i s t e r s t h e BL d i s a p p e a r sa s a s t r u c t u r a l u n i t a n d t h e b a s e o f t h e l e s i o n b e c o m e s l i n e d b y c e l ld e b r i s a n d f i b r i n , a n d c e l l p r o l i f e r a t i o n i s m a r k e d l y r e t a r d e d . A l t h o u g ho t h e r f a c t o r s s u c h a s d r y i n g a n d p r e s e n c e o f c e l l d e b r i s m u s t b e c o n -s i d e r e d a s m o d i f y i n g f a c t o r s , t h e a b s e n c e o f " c o n t a c t g u i d a n c e " 6 i s p r o ma b l y t h e c r i t i c a l d e f i c i e n c v .U v e r

B e c a u s e BL i s n o r m a l l y a b s e n t w i t h i n t h e l i v e r l o b u l e , t h i s o r g a n r e p -r e s e n t s a u n i q u e s i t u a t i o n i n t h e b o d y . A s w a s s h o w n e a r l i e r , t h e BL


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V o l . 7 7 , N o . 2 B AS AL L AMI N A 327November 1974

; ; L It 4 i. : k l

-4I qQ tI . ,; k lt 4 i. 1 3

T m - ' r - F m S - i a g a m o f b a s a l l a m i n a s c a f f o l d o f n o r m a l l i v e r . E p i t h e l i u m o f b i l ed u c t s a n d eium o f l i v e r v e s s e l s , i n d u d i n g t h o s e o f a r t e r i e s , a r t e r i o l s , p o r t a l v e i n ,a n d h e p a t i c v e i n b r a n c h e s a r e a l l s u p p o r t e d b y b a s a l l a m i n a . I n p e r i p o r t a l a r e a s w h e r eb i l e d u c t s j o l i v e r c e U s a n d e p i t h e l i u m o n s t h e l i n i n g o f l i v e r s i n u s o i d s , t h e s e b a s a ll a m i n a s h e e t s t e r m i n a t e s o t h a t t h e r e i s n o b a s a l l a m i n a i n t h e s p a c e o f D i s s e . W h e t h e rt h i s s p a c e i s m o p e n c o n t i u i t y w i t h t h e c o n n e c t i v e t i s s u e s p a c e o f p o r t a l a r e a s a s s h o w no n t h e d i a g r a m o r n o t i s n o t c l e a r . When i n j u r y o c c u r s , a s i n g l e l a y e r o f b a s a l l a m i n ai s d e p o s i t e d i n t h e s p a c e o f D i s s e w i t h i n h o u r s a f t e r i n j u r y a n d s e e m s t o r e m a i n t h e r eu n t i l r e p a i r i s c o m p l e t e d .s c a f f o l d i n r e n a l g l o m e r u l i , l u n g a n d b r a i n c a p i l l a r i e s h a v e b e e n m o d i f i e db y f u s i o n o f B L s b e l o n g i n g t o t w o d i f f e r e n t c e l l t y p e s a n d b y o b l i t e r a t i o no f t h e c o n n e c t i v e t i s s u e s p a c e b e t w e e n t h e m . I n t h e l i v e r t h e m o d i f i c a -t i o n i s a p p a r e n t l y c a r r i e d a s t e p f u r t h e r : t h e BL b e t w e e n t w o d i f f e r e n tt y p e s o f p a r e n c h y m a l c e l l s , i e , l i v e r c e l l s a n d s i n u s o i d a l l i n i n g e p i t h e -l i u m , i s a l m o s t c o m p l e t e l y a b o l i s h e d , p r o b a b l y t o f a c i l i t a t e e x c h a n g e sb e t w e e n b l o o d p l a s m a a n d l i v e r c e l l s . - OL i v e r s e e m s t o p o s s e s s , h o w e v e r , t h e c a p a c i t y t o f o r m BL v e r y q u i c k l yi n r e s p o n s e t o i n j u r y . A l t e r m a n 4 7 o b s e r v e d w i t h l i g h t m i c r o s c o p y t h a tBL a p p e a r s i n t h e s p a c e o f D i s s e o f r a t l i v e r s w i t h i n 4 h o u r s a f t e r l i g a -t i o n o f b i l e d u c t s a n d 3 t o 6 h o u r s a f t e r p a r t i a l h e p a t e c t o m y . T h e BLr e m a i n s p r e s e n t f o r 2 d a y s a n d t h e n d i m i n i s h e s , t o d i s a p p e a r b y t h ef o u r t h d a y a f t e r i n j u r y . I t i s o f i n t e r e s t t h a t t h e p r e s e n c e o f t h i s t e m p o -r a r y BL c o i n c i d e s i n t i m e w i t h t h e m a x i m a l p r o l i f e r a t i o n o f l i v e r c e l l si n r e s p o n s e t o i n j u r y , s u c h a s o c c u r s a f t e r p a r t i a l h e p a t e c t o m y . 4 7 4 8 I na n o t h e r s e t o f e x p e r i m e n t s 4 9 i n w h i c h g u i n e a p i g l i v e r s w e r e i n j u r e d b yh e a t , e l e c t r o n m i c r o s c o p y r e v e a l e d t h a t BL w a s p r e s e n t i n t h e s p a c e o fD i s s e w i t h i n 1 h o u r a f t e r i n j u r y . L a t e r s t a g e s w e r e n o t e x a m i n e d .


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328 VRACKO A m e r i c a n Joumalo f P a t h o l o g yI n h u m a n l i v e r s a l t e r e d b y e i t h e r v i r a l h e p a t i t i s , f a t t v c h a n g e o r e i r -r h o s i s , P o p p e r e t a l 5 0 f o u n d i n c r e a s e d a m o u n t s o f n e u t r a l a n d s o m e a c i dm u c o p o l y s a c c h a r i d e s i n t h e s p a c e o f D i s s e w h i c h w e r e i n t e r p r e t e d a sa m a t r i x f o r d e p o s i t i o n o f c o l l a g e n f i b e r s . When s i m i l a r l i v e r l e s i o n sw e r e e x a m i n e d w i t h t h e e l e c t r o n m i c r o s c o p e 4 6 i n c r e a s e d a m o u n t s o fc o l l a g e n w e r e p r e s e n t i n t h e s p a c e o f D i s s e , a n d t h e s i n u s o i d s w e r e f r e -q u e n t l y " c a p i l l a r i z e d , " i e , w e r e c o m p o s e d o f c o n t i n u o u s l a y e r o f e n d o -t h e l i u m a n d a c o n t i n u o u s i n v e s t m e n t o f B L .S o f a r n o p a r t i c u l a r s i g n i f i c a n c e h a s b e e n a s c r i b e d t o t h e p r e s e n c e o ft h e b a s a l l a m i n a w h i c h a p p e a r s e i t h e r f o l l o w i n g i n j u r y i n e x p e r i m e n t a la n i m a l s o r i n d i s e a s e d l i v e r s o f m a n . I t i s c o n c e i v a b l e , h o w e v e r , t h a t t h e

p r e s e n c e o r a b s e n c e o f BL i n l o b u l e s o f i n j u r e d l i v e r s may d e t e r m i n ew h e t h e r t h e i n j u r v w i l l h e a l b y r e c o n s t i t u t i o n o r b y t h e f o r m a t i o n o f as c a r . P o s s i b l e i m p l i c a t i o n s o f t h i s i d e a w i l l b e d i s c u s s e d l a t e r .T h e F a t e o f I n j u r i e s

A l t h o u g h t h e f u n c t i o n o f BL h a s n o t b e e n c a r e f u l l y e x a m i n e d i n a l lt i s s u e s a n d i n m a n y a n i m a l s p e c i e s , t h e e v i d e n c e p r e s e n t e d a b o v e s e e m st o i n d i c a t e t h a t i n m a n y o r g a n s t h e o u t c o m e o f h e a l i n g e v e n t s i s d e -t e r m i n e d b y w h e t h e r BL i s p r e s e n t a f t e r i n j u r y o r n o t . T o b e c o n s i d e r e dn e x t a r e t h e d i f f e r e n c e s a m o n g v a r i o u s t y p e s o f h e a l i n g p r o c e s s e s , a st h e v o c c u r i n v e r t e b r a t e s , a n d t h e p r o p e r t i e s o f BL w h i c h d e t e r m i n et h e f i n a l o u t c o m e o f r e p a i r i n i n j u r e d o r g a n s a n d t i s s u e s .R e e s t a b l i s h m e n t o f n o r m a l a n a t o m i c a n d h i s t o l o g i c r e l a t i o n s h i p s t ow h a t t h e y w e r e p r i o r t o i n j u r y o c c u r s e i t h e r b y r e g e n e r a t i o n ( i e , d en o v o f o r m a t i o n o f i n j u r e d o r a m p u t a t e d p o r t i o n s o f o r g a n s ) o r b y r e -c o n s t i t u t i o n ( i e , r e p o p u l a t i o n o f r e s i d u a l e x t r a c e l l u l a r s c a f f o l d w i t h newc e l l s ) . T h e m o d e o f r e p a i r d e p e n d s o n a ) p h y l o g e n i c s t a t u s o f t h e a n i -m a l , b ) t y p e o f o r g a n o r t i s s u e a n d c ) w h e t h e r t h e a c e l l u l a r s c a f f o l d o ft h e o r g a n r e m a i n s i n t a c t a f t e r i n j u r y o r n o t .S o m e l o w e r a n i m a l s , i n c l u d i n g v e r t e b r a t e s o f c l a s s e s A m p h i b i a a n dR e p t i l i a , c a n g r o w b a c k p o r t i o n s o f c o m p l e x o r g a n s w h i c h h a v e b e e nd a m a g e d o r a m p u t a t e d , a s f o r e x a m p l e , a n e w t ' s l e g . T h i s t y p e o f r e -g e n e r a t i o n r e q u i r e s t h a t a m p u t a t e d s t r u c t u r e s b e r e p l a c e d b y o u t g r o w t hi n s i t u o f new p a r t s w h i c h a r e e q u i v a l e n t t o t h e o r i g i n a l . T h e p r o c e s sg e n e r a l l y b e g i n s w i t h f o r m a t i o n o f b l a s t e m a a t t h e s i t e o f a m p u t a t i o na n d i s f o l l o w e d b y d e n o v o f o r m a t i o n o f t h e l o s t p o r t i o n . T h e p r o c e s ss e e m s t o c l o s e l y r e c a p i t u l a t e e v e n t s w h i c h t o o k p l a c e d u r i n g e m b r y o -g e n e s i s . 5 1 ' 5 2

H i g h e r v e r t e b r a t e s , i n c l u d i n g m a n , c a n n o t r e f o r m o r r e g e n e r a t e l o s tp o r t i o n s o f c o m p l e x o r g a n s , s u c h a s l i m b s , l i v e r , p a n c r e a s , l u n g , k i d n e v


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V o l . 7 7 , N o . 2 B ASAL LAMI NA 3 2 9November 1 9 7 4o r t h y r o i d . T h e l o s s i s g e n e r a l l y c o m p e n s a t e d f o r b v h y p e r t r o p h y a n dh v p e r p l a s i a o f t h e r e m a i n i n g u n i n j u r e d p o r t i o n s . W h e n , f o r e x a m p l e ,t h r e e l o b e s o f r a t l i v e r a r e a m p u t a t e d t h e y d o n o t r e g e n e r a t e b u t i n -s t e a d t h e r e m a i n i n g t w o l o b e s e n l a r g e b y c o m p e n s a t o r y h y p e r t r o p h ya n d h y p e r p l a s i a u n t i l t h e o r i g i n a l l i v e r c e l l m a s s i s r e e s t a b l i s h e d . 4 8T h e a b i l i t y t o r e g e n e r a t e i s l i m i t e d i n h i g h e r v e r t e b r a t e s t o c e r t a i np o r t i o n s o f o r g a n s a n d t i s s u e s a n d i n c l u d e s t w o t y p e s o f s t r u c t u r e s : t h o s ei n w h i c h p a r e n c h y m a l c e l l s , BL a n d c o n n e c t i v e t i s s u e e l e m e n t s h a v et o b e f o r m e d a n e w a n d t h e i r s p a t i a l r e l a t i o n s h i p s r e e s t a b l i s h e d , a n d as e c o n d c a t e g o r y i n w h i c h a new B L s c a f f o l d i s n o t r e q u i r e d b e c a u s e i ti s n o r m a l l y n o t p r e s e n t . I n t h e f i r s t c a t e g o r y t h e r e g e n e r a t i o n d o e s n o to c c u r b y d e d i f f e r e n t i a t i o n a n d b l a s t e m a f o r m a t i o n b u t b y e x t e n s i o n o fp r e e x i s t i n g s t r u c t u r e s . T h i s i s s e e n i n e n d o m e t r i u m w h i c h i s r e f o r m e di n e v e r y m e n s t r u a l c y c l e b y o u t g r o w t h f r o m r e s i d u a l m u c o s a . T h e m u -c o s a o f t h e g a s t r o i n t e s t i n a l t r a c t a l s o h a s t h e a b i l i t y t o g r o w a n d c o v e rs i t e s f r o m w h i c h i t h a s b e e n l o s t , a l t h o u g h t h e n e w l y f o r m e d m u c o s ai s f r e q u e n t l y t h i n n e r a n d d o e s n o t s e e m t o p o s s e s s t h e c o m p l e x i t i e s o ft h e o r i g i n a l s t r u c t u r e . - " E p i d e r m i s c a n a l s o r e f o r m f r o m p r e e x i s t i n g c e l l s ;h o w e v e r , t h e p r o d u c t i s t h i n n e r t h a n n o r m a l a n d d o e s n o t p o s s e s s t h eu s u a l p a t t e r n o f r e t e r i d g e s a n d l a c k s s k i n a p p e n d a g e s . Ne w c a p i l l a r i e sw i l l g r o w f r o m p r e e x i s t i n g o n e s 5 3 ' 5 4 a n d c a n t r a n s f o r m i n t o v e s s e l s w i t hm u s c u l a r w a l l s . 3 5 S m o o t h m u s c l e c e l l s o f s o m e o r g a n s a l s o s e e m t o h a v et h e a b i l i t y t o g r o w a n e w i n a n o r d e r l y w a y , a s i n u r e t e r s f r o m w h i c hp o r t i o n s h a v e b e e n r e m o v e d . 5 5 I n j u r i e s t o s m o o t h m u s c l e w a l l o f b o w e l ,o n t h e o t h e r h a n d , h e a l w i t h a s c a r . 3 ' T h e c o r t e x o f a d r e n a l g l a n d ( b u tn o t t h e m e d u l l a ) c a n r e f o r m f r o m a f e w a d r e n a l c o r t i c a l c e l l s a t t a c h e dt o t h e o r g a n ' s c a p s u l e . 3 5 S t r u c t u r e s i n w h i c h r e f o r m a t i o n o f BL s c a f f o l di s n o t r e q u i r e d f o r o r d e r l y r e c o n s t r u c t i o n i n c l u d e b o n e , c a r t i l a g e , t e n -d o n s , l y m p h o i d t i s s u e s a n d h e m a t o p o i e t i c p o r t i o n s o f t h e b o n e m a r r o w .S i n c e m o s t o r g a n s o f h i g h e r v e r t e b r a t e s w i l l n o t " r e g e n e r a t e , " i e , f o r md e n o v o o n c e p o r t i o n s h a v e b e e n l o s t , t h e f a t e o f i n j u r y t o t h e s e o r g a n sd e p e n d s o n w h e t h e r t h e a c e l l u l a r s c a f f o l d o f t h e o r g a n h a s s u r v i v e d t h ei n j u r y o r n o t . T h e r e p a i r p r o c e e d s a c c o r d i n g l y a n d t e r m i n a t e s i n o n e o ft h e f o l l o w i n g t h r e e o u t c o m e s : a ) c o m p l e t e r e p a i r a n d r e c o n s t r u c t i o no f d a m a g e d p o r t i o n s ; b ) f o r m a t i o n o f s c a r o r c ) d i s o r g a n i z e d p r o l i f e r a -t i o n o f c e l l s . T h e f a c t o r s w h i c h s e e m t o i n f l u e n c e t h e o u t c o m e o f t h e s eh e a l i n g m o d e s w i l l b e e x a m i n e d n e x t .O r d e r l y R e p a i r a n d R e c o n s t r u c t i o n

I f c e l l u l a r r e l a t i o n s h i p s a r e t o b e r e e s t a b l i s h e d a s t h e y % e x i s t e d p r i o rt o i n j u r y , t h e f o l l o w i n g t h r e e r e q u i r e m e n t s m u s t b e m e t : a ) t h e n e w l y


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330 VRACKO A m e r i c a n J o u r n a lo f P a t h o l o g yf o r m e d c e l l s a n d e x t r a c e l l u l a r e l e m e n t s m u s t b e p o s i t i o n e d i n e x a c ts p a t i a l r e l a t i o n s h i p s a s t h e y e x i s t e d p r i o r t o i n j u r y ; b ) t h e r e p l a c i n g c e l l sm u s t b e o f t h e s a m e c e l l t y p e a s t h e y w e r e p r i o r t o i n j u r y ; a n d c ) t h en u m b e r s o f r e p l a c i n g c e l l s m u s t a p p r o x i m a t e c l o s e l y t h e n u m b e r s p r e s -e n t p r i o r t o i n j u r y .I t a p p e a r s t h a t BL p o s s e s s e s p r o p e r t i e s n e c e s s a r y f o r m e e t i n g e a c h o ft h e s e r e q u i r e m e n t s . I t d e f i n e s , b y i t s p r e s e n c e , t h e r e l a t i o n s h i p s b e -t w e e n s p a c e s a n d s u r f a c e s o c c u p i e d b y p a r e n c h y m a l c e l l s a n d t h e s p a c eo c c u p i e d b y c o n n e c t i v e t i s s u e . I t h a s p o l a r i t y a n d s p e c i f i c i t y f o r c e l l t y p e sa s i n d i c a t e d b y e x p e r i m e n t s w i t h i n j u r e d l u n g s a n d s k e l e t a l m u s c l e 1w h e r e t h e n e w c e l l s g r e w e x c l u s i v e l y o n s u r f a c e s f r o m w h i c h p r e v i o u sc e l l g e n e r a t i o n s h a v e s h e d . W h i l e i t i s p o s s i b l e t h a t i n s o m e o f t h e s e e x -p e r i m e n t s t h e c e l l s d i d n o t h a v e a c c e s s t o t h e o p p o s i t e s i d e o f B L , i ne x p e r i m e n t s i n w h i c h s k e l e t a l m u s c l e w a s e x c i s e d a n d r e i m p l a n t e d , t h ep r o l i f e r a t i n g m u s c l e f i b e r s a n d c a p i l l a r i e s h a d a c c e s s t o t h e o p p o s i t e s u r -f a c e o f BL b u t g r e w i n v a r i a b l y i n s i d e a n d n o t o n t h e o u t s i d e o f BL t u b e s .F u r t h e r m o r e , t h e new c e l l s a l w a y s a p p e a r t o b e o f t h e t y p e w h i c h w a ss u p p o r t e d b y t h a t p a r t i c u l a r BL p r i o r t o i n j u r y . W h i l e i t i s c o n c e i v a b l et h a t BL p o s s e s s e s t h e c a p a c i t y t o i n d u c e " u n c o m m i t t e d " c e l l s t o m a -t u r e i n t o c e l l t y p e s w h i c h a r e a p p r o p r i a t e f o r t h a t p a r t i c u l a r B L , i t i sm o r e l i k e l y t h a t c e l l - s p e c i f i c m a r k e r s e x i s t o n t h e s u r f a c e o f BL w h i c ha r e r e c o g n i z e d b y c e l l s a n d w h i c h i d e n t i f y t h e BL a s b e l o n g i n g t o as p e c i f i c c e l l t y p e . 6 3 8 T h i s i s s u p p o r t e d b y t h e o b s e r v a t i o n t h a t p r o l i f e r a t -i n g s k e l e t a l m u s c l e f i b e r s d o n o t r e c o g n i z e BL t u b e s b e l o n g i n g o r i g i n a l l yt o c e l l s o f r e n a l t u b u l e s a n d c o l l e c t i n g d u c t s .I t a p p e a r s t h a t BL d o e s n o t o n l y p o s s e s s p r o p e r t i e s w h i c h d e t e r m i n et h e p o s i t i o n i n g o f c e l l s a n d c e l l s p e c i f i c i t y , b u t t h a t i t a l s o m a y b e c o n -c e r n e d w i t h i n d u c t i o n a n d r e s t r i c t i o n o f c e l l m u l t i p l i c a t i o n . When BL o fs k e l e t a l m u s c l e , l u n g a n d k i d n e y b e c o m e s d e n u d e d o f c e l l s , t h e p a r e n -c h y m a l c e l l s b e g i n t o m u l t i p l y a n d c o n t i n u e t o d o s o a s l o n g a s t h e r e i sc e l l - f r e e BL s u r f a c e a v a i l a b l e . T h e p r o l i f e r a t i o n s t o p s a s s o o n a s t h ee x p o s e d s u r f a c e s a r e r e p o p u l a t e d . T h e a b s e n c e o f c e l l - s p e c i f i c s u r f a c e s ,d e v o i d o f c e l l s , m a y t h e n a t l e a s t i n p a r t r e p r e s e n t a n i m p o r t a n t n e g a -t i v e s i g n a l w h i c h s e t s t h e s i z e l i m i t t o t i s s u e r e c o n s t r u c t i o n .F o r m a t i o n o f S c a r

W h i l e p r e s e n c e o f t h e BL f a c i l i t a t e s r e c o n s t r u c t i o n , i t s d e s t r u c t i o ng e n e r a l l y c a u s e s t h e i n j u r y t o h e a l b y f o r m a t i o n o f a s c a r . I n a n i m a lm o d e l s i n w h i c h s k e l e t a l m u s c l e BL h a s b e e n d e s t r o y e d , 2 4 ' 2 ' 2 8 t h e d e -f e c t w a s r e p l a c e d b y s c a r t i s s u e . R e n a l t u b u l e s w i l l n o t h e a l b y r e c o n s t i -t u t i o n f o l l o w i n g a c u t e n e c r o s i s o f t u b u l a r e p i t h e l i a l c e l l s i f t h e BL h a s


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V o l . 7 7 , N o . 2 B ASAL LAMI NA 3 3 1November 1 9 7 4b e e n d i s r u p t e d . 2 T r a u m a t i c d i s r u p t i o n o f s k i n i n w h i c h BL h a s n o t b e e nc a r e f u l l y c o a p t e d w i l l h e a l w i t h f o r m a t i o n o f a s c a r , a s w i l l s k i n t r a n s -p l a n t d o n o r s i t e s f r o m w h i c h BL h a s b e e n r e m o v e d ; s i m i l a r l y b u r n sw h i c h a r e d e e p e n o u g h t o d e s t r o y BL a n d b u l l o u s l e s i o n s i n w h i c h t h eBL i s d e t a c h e d f r o m t h e d e r m i s a l s o h e a l w i t h s c a r f o r m a t i o n .R e c o n s t r u c t i o n o f n o r m a l a n a t o m i c r e l a t i o n s h i p s w i l l a l s o n ot o c c u ri f BL s c a f f o l d h a s b e e n r e m o v e d . P o r t i o n s o f p a n c r e a s w h i c h h a v e b e e nr e m o v e d o r d e s t r o y e d w i l l n o t b e r e c o n s t r u c t e d , w h i l e c o m p l e t e r e c o n -s t r u c t i o n w i l l o c c u r i f o n l y p a r e n c h y m a l c e l l s o f t h e p a n c r e a s a r e k i l l e d ,l e a v i n g t h e BL s c a f f o l d i n t a c t . S i m i l a r l y , t r a n s e c t i o n o f n e r v e a x o n s i ns p i n a l c o r d , w h e r e BL i s a b s e n t , w i l l r e s u l t i n a p e r m a n e n t s c a r , 3 8 w h i l er e e s t a b l i s h m e n t o f n o r m a l a n a t o m i c r e l a t i o n s h i p s w i l l o c c u r i n p e r i p e h -e r a l n e r v e w h e r e BL i s p r e s e n t .

S c a r s o r a d h e s i o n s , a s t h e y o c c u r , f o r e x a m p l e , i n p l e u r a l a n d p e r i -t o n e a l c a v i t i e s f o l l o w i n g i n f e c t i o n s o r s u r g i c a l p r o c e d u r e s , c o u l d a l s ob e c a u s e d b y b r e a k s i n t h e B L . I t i s k n o w n t h a t d e f e c t s i n o n e p e r i t o n e a ls u r f a c e h e a l r a p i d l y a n d c o m p l e t e l y ; - w i f , h o w e v e r , p e r i t o n e a l s u r f a c e sa r e d r i e d a n d a b l o o d c l o t i s i n t r o d u c e d i n t o t h e d r i e d a r e a , a d h e s i o n so c c u r c o m m o n l y . 5 7 A l t h o u g h t h e f a t e o f t h e BL i n t h e s e e x p e r i m e n t s i sn o t k n o w n , a r e a s o n a b l e p o s s i b i l i t y i s t h a t d i s r u p t i o n s i n t h e BL h a v eo c c u r r e d o n o p p o s i n g p e r i t o n e a l s u r f a c e s t h r o u g h w h i c h c o n n e c t i v e t i s -s u e t h e n e s t a b l i s h e s a n a s t o m o s i n g b r i d g e s a c r o s s t h e p e r i t o n e a l s p a c e . As o m e w h a t s i m i l a r s i t u a t i o n s o c c u r s i n t h e k i d n e y i n t h e w a k e o f g l o m e r u -l o n e p h r i t i s , w h e r e c e l l u l a r p r o l i f e r a t i o n s w h i c h o b l i t e r a t e B o w m a n ' ss p a c e a s " c r e s c e n t s " a r e f r e q u e n t l y a c c o m p a n i e d b y b r e a k s i n t h e BL o fg l o m e r u l a r c a p i l l a r y l o o p s . 5 8 T h e b r e a k s a r e p r e s u m a b l y c a u s e d b y n e u -t r o p h i l i c l e u k o c y t e s w h i c h a r e a t t r a c t e d t o t h e g l o m e r u l a r BL b y p r o d -u c t s o f i m m u n o l o g i c r e a c t i o n s . 5 9 T h e s o u r c e o f c e l l s w h i c h c o m p r i s e" c r e s c e n t s " i s u n k n o w n .D i s o r g a n i z e d R e p a i r

T h e r e p a i r c a n r e s u l t i n d i s o r d e r l y a n d s o m e t i m e s e x c e s s i v e p r o l i f e r a -t i o n r e s u l t i n g i n d i s t o r t i o n o f n o r m a l a n a t o m i c s t r u c t u r e . T h i s o c c u r sf o r e x a m p l e a t t h e p r o x i m a l s t u m p s o f a m p u t a t e d p e r i p h e r a l n e r v e sw h e r e a x o n s , S c h w a n n c e l l s a n d a s s o c i a t e d c o n n e c t i v e t i s s u e p r o l i f e r a t ei n a d i s o r g a n i z e d p a t t e m i f t h e d i s t a l s t u m p i s a b s e n t . A l l t h e s e c e l l sg r o w w i t h i n a n o d u l e ( n e u r o m a ) w h e r e t h e n e w S c h w a n n c e l l s d e v e l o pa new l a y e r o f B L . A l t h o u g h t h e r e l a t i v e p o s i t i o n i n g o f t h e c e l l s w i t h i nt h e n o d u l e m a y b e a c c u r a t e , t h e e n t i r e s t r u c t u r e i s c u r l e d u p a t t h ee n d o f t h e n e r v e s t u m p b e c a u s e t h e p a t h o f i t s g r o w t h h a s n o t b e e n d e -f i n e d b y a p r e e x i s t i n g B L .


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332 VRACKO A m e r i c a n J o u r n a lo f P a t h o l o g yD i s o r d e r l y p r o l i f e r a t i o n o f p a r e n c h y m a l c e l l s a n d o f c o n n e c t i v e t i s s u ea s i t o c c u r s i n c i r r h o s i s o f l i v e r c a n b e i n t e r p r e t e d s i m i l a r l y . A f t e r i n j u r yo f l i v e r w i t h e i t h e r t o x i c o r v i r a l a g e n t s , t h e n e w l y p r o l i f e r a t i n g c e l l s

s o m e t i m e s d o n o t r e e s t a b l i s h n o r m a l a n a t o m i c r e l a t i o n s h i p s b u t i n s t e a dt h e y b e c a m e p o s i t i o n e d i n a d i s o r d e r l y w a y w h i c h o n l y s u p e r f i c i a l l ym i m i c k s n o m a l s t r u c t u r e : l i v e r c e l l s g r o w i n n o d u l a r a g g r e g a t e s r a t h e rt h a n f o r m i n g l i v e r c e l l p l a t e s w i t h i n t h e o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e o f t h el i v e r l o b u l e , a n d b i l e d u c t e p i t h e l i u m p r o l i f e r a t e s t o f o r m s h o r t , n o n -f u n c t i o n i n g b i l e d u c t b r a n c h e s . I n a d d i t i o n , f i b r o u s t i s s u e i s d e p o s i t e di n a r e a s w h e r e l i v e r c e l l s h a v e d i e d .O b s e r v a t i o n s t h a t i n t a c t BL i s a n e s s e n t i a l r e q u i r e m e n t f o r o r d e r l yc e l l u l a r r e c o n s t i t u t i o n o f m a n y i n j u r e d o r g a n s a n d t h a t l i v e r c e l l s a r el i n e d b y BL o n l y w h e n i n j u r e d , s u g g e s t s t h e p o s s i b i l i t y t h a t w h e n c e l l so f l i v e r p r o l i f e r a t e i n d i s o r g a n i z e d p a t t e r n s , s o m e t h i n g may h a v eg o n e w r o n g w i t h e i t h e r f o r m a t i o n o r m a i n t e n a n c e o f t h e t e m p o r a r y BLs c a f f o l d . I n t h e a b s e n c e o f a BL s c a f f o l d t h e r e p l e n i s h m e n t o f d a m a g e dl i v e r c e l l s w o u l d , a c c o r d i n g t o t h i s c o n c e p t , n ot o c c u r i n s t r u c t u r a l h a r -mony w i t h u n i n j u r e d p o r t i o n s o f t h e l i v e r , b u t i n s t e a d l i v e r c e l l s w o u l dp i l e u p i n a d i s o r d e r l y w a y , d i s t o r t i n g t h e n o r m a l a n a t o m i c r e l a t i o n -s h i p s .F a c t o r s w h i c h m a y c a u s e t h e a b s e n c e o f a n e f f e c t i v e BL s c a f f o l d i nt h e i n j u r e d l i v e r c o u l d b e i n h e r e n t i n t h e c o n s t i t u t i o n a l m a k e u p o fc e r t a i n i n d i v i d u a l s a n d b e e x p r e s s e d a s f a i l u r e t o m a n u f a c t u r e , p r e s e r v eo r r e c o g n i z e t h e t e m p o r a r y BL s c a f f o l d o r t h e y c o u l d b e r e l a t e d t o t h ed u r a t i o n a n d i n t e n s i t y o f i n j u r y . T h e n e u t r o p h i l i c l e u k o c v t e s w h i c ha p p e a r i n l i v e r s a f t e r p r o l o n g e d a n d e x c e s s i v e c o n s u m p t i o n o f a l c o h o li n l a r g e n u m b e r s 6 0 c o u l d d a m a g e , a s t h e y d o i n a c u t e g l o m e r u l o n e p h -r i t i s , 5 9 t h e BL s c a f f o l d .R e d u p l i c a t i o n o f B a s a l L a m i n a

T h e f u n c t i o n o f BL a s a s c a f f o l d f o r o r d e r l y c e l l p o s i t i o n i n g a p p e a r st o h a v e a n i m p o r t a n t r o l e i n p a t h o g e n e s i s o f d i s o r d e r s a s s o c i a t e d w i t hs o - c a l l e d t h i c k e n i n g o f B L . A l m o s t i n v a r i a b l v , i n c r e a s e d i n v e s t m e n t sw i t h BL a r e c o m p o s e d o f m u l t i p l e l a y e r s o f BL r a t h e r t h a n o f a c o n -t i n u o u s a n d h o m o g e n e o u s w i d e n i n g o f a s i n g l e BL l a Y e r . T h e t e r m" t h i c k e n i n a , " t h e r e f o r e , d o e s n o t d e s c r i b e t h e p r o c e s s a c c u r a t e l v . O b s e r -v a t i o n s m a d e o n c a p i l l a r i e s f r o m p a t i e n t s w i t h d i a b e t e s m e l l i t u s 6 1 . 6 2 a n de x p e r i m e n t s w i t h s k e l e t a l m u s c l e i n j u r y i n n o n d i a b e t i c a n i m a l s 1 h a v er e v e a l e d t h a t e x c e s s i v e BL a c c u m u l a t i o n i s a q u a n t i z e d p h e n o m e n o n i nw h i c h m u l t i p l e , n o r m a l l y t h i c k l a y e r s o f BL a r e d e p o s i t e d i n s e q u e n c e


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V o l . 7 7 , N o . 2 B ASAL LAMI NA 3 3 3November 1 9 7 4b y n e w c e l l g e n e r a t i o n s . F u r t h e r s u p p o r t i n g t h i s c o n c e p t a r e o b s e r v a -t i o n s o n i n j u r e d p e r i p h e r a l n e r v e s , 3 6 ' 3 7 r e n a l t u b u l e s ( F i g u r e 8 ) , r e g e n -e r a t i n g g l o m e r u l i 3 0 , 6 3 a n d o t h e r s t r u c t u r e s i n w h i c h m u l t i p l e l a y e r s o fBL a r e p r e s e n t a f t e r t h e h e a l i n g p r o c e s s h a s b e e n c o m p l e t e d .T h i s p h e n o m e n o n i s n o t a s s o c i a t e d w i t h e v e r y e p i s o d e o f c e l l r e -n e w a l . W h e t h e r new c e l l g e n e r a t i o n s w i l l d e v e l o p a new l a y e r o f BLo r n o t a p p e a r s t o h a v e s o m e r e l a t i o n s h i p t o t h e d i s t a n c e w h i c h e x i s t sa t a c e r t a i n s t a g e o f c e l l d e v e l o p m e n t b e t w e e n p l a s m a m e m b r a n e o ft h e n e w l y f o r m e d c e l l a n d t h e o l d B L . I f t h e p l a s m a m e m b r a n e i s i m -m e d i a t e l y a p p o s e d t o t h e o l d B L , t h e n a new B L l a y e r i s a p p a r e n t l y n o tf o r m e d , b u t t h e o l d BL l a y e r b e c o m e s t h e BL o f t h e new c e l L I f , h o w -e v e r , t h e o l d BL i s s e p a r a t e d f r o m t h e p l a s m a m e m b r a n e o f t h e new c e l lb y s o m e d i s t a n c e , t h e n t h e new c e l l d e v e l o p s a new l a y e r o f B L i n a tp o s i t i o n t o i t s p l a s m a m e m b r a n e . W h e r e v e r t h i s o c c u r s , t h e c e l l i s l i n e db y t w o o r m o r e l a y e r s o f B L , a s i s d e p i c t e d i n F i g u r e s 3 , 5 , 8 a n d 1 1 .A t l e a s t t w o r e a s o n s f o r t h e n o n a l i g n m e n t o f n e w c e l l s ' s s u r f a c e w i t ht h e o l d BL a r e a p p a r e n t . I n s k e l e t a l m u s c l e f i b e r s , f o r e x a m p l e , t h e o l dBL i s t h r o w n i n t o f o l d s a n d t h e p l a s m a m e m b r a n e o f t h e new c e l lt o u c h e s o n l y t h e i n n e r m o s t s u r f a c e s o f t h e BL f o l d s a n d r i d g e s . I n r e -g e n e r a t i n g c a p i l l a r i e s o f t h e s k e l e t a l m u s c l e , o n t h e o t h e r h a n d , t h ee n d o t h e l i a l c e l l t u b e i s s e p a r a t e d f r o m t h e BL o f t h e o r i g i n a l c a p i l l a r yb y c e l l d e b r i s . V h e n t h e n e w l a y e r o f BL i s f o r m e d , t h e c e l l d e b r i s m a yb e c o m e e n c a s e d b e t w e e n t h e t w o l a y e r s o f B L . 1

T h e r e a l s o s e e m t o b e d i f f e r e n c e s a m o n g t i s s u e s i n r e g a r d t o w h e t h e ro r n o t r e g e n e r a t i n g c e l l s w i l l p r o d u c e a n e w l a y e r o f B L . S k e l e t a l m u s c l ef i b e r s a n d m u s c l e c a p i l l a r i e s , 1 r e n a l t u b u l e s 2 9 , 3 0 a n d n e r v e s 3 6 ' 7 a r e e x -a m p l e s o f t i s s u e s w h e r e t w o l a y e r s o f BL a r e c o m m o n l y p r e s e n t a f t e r as i n g l e e p i s o d e o f i n j u r y a n d c e l l u l a r r e c o n s t i t u t i o n . I n c o n t r a s t , t h e a l v e o -l a r e p i t h e l i u m a n d s e p t a l c a p i l l a r i e s o f t h e l u n g 3 a n d t h e e p i d e r m i s i nt h e m o n k e y 4 3 a n d m o u s e s e e m t o u t i l i z e t h e o l d BL a s t h e i r i m m e d i a t ef o o t i n g a n d d o n o t f o r m a n e w l a y e r o f B L . T h e r e a s o n s f o r t h e s e d i f f e r -e n c e s a r e n o t a p p a r e n t , a n d t h e y d o n o t s e e m t o b e r e l a t e d t o t h e n a t u r eo f i n j u r y .A n o t h e r v a r i a b l e i s t h a t m e c h a n i s m s e x i s t f o r r e m o v a l o f t h e o l d BLo n c e a new l a y e r h a s b e e n f o r m e d . T h i s w a s o b s e r v e d i n e x p e r i m e n t sw i t h s k e l e t a l m u s c l e i n j u r y , w h e r e s e v e r a l w e e k s a f t e r i n j u r y w i t h f r e e z -i n g o r i s c h e m i a , t h e m u s c l e f i b e r s h a d o n l y o n e BL l a y e r . " T h i s i s n o ta n i n s t a n t a n e o u s p r o c e s s , a n d t h e d i s a p p e a r a n c e o f o l d BL l a g s f o rs o m e t i m e a f t e r t h e r e m o v a l o f c e l l d e b r i s h a s b e e n c o m p l e t e d a n d c e l lr e c o n s t i t u t i o n i s w e l l u n d e r w a y . I t s e e m s t h a t t h e o r i g i n a l BL o f s k e l e t a lm u s c l e f i b e r s r e m a i n s i n t a c t a t l e a s t l o n g e n o u g h t o p r o v i d e t h e t e m p l a t e


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3 3 4 VRACKO A m e r i c a n Joumalo f Pathology

f o r h a r m o n i o u s r e c o n s t r u c t i o n o f t h e d a m a g e d m u s c l e . T h e r e m o v a l o ft h e o l d B L a p p e a r s t o b e m e d i a t e d b y f i b r o b l a s t - l i k e c e l l s w h i c h b e c o m ea p p l i e d t o t h e o u t e r s u r f a c e s o f n e w l y d e v e l o p i n g m u s c l e f i b e r s . 'T h e o l d BL i s n o t i n v a r i a b l y r e m o v e d . I n c a p i l l a r i e s o f s k e l e t a l m u s c l ea n d i n p e r i p h e r a l n e r v e s , a s w e l l a s i n r e n a l t u b u l e s , t h e o u t e r l a y e r o fBL i s s t i l l p r e s e n t w e e k s a n d m o n t h s a f t e r i n j u r y , w h i l e i n s k e l e t a l m u s -c l e f i b e r s i t i s a b s e n t i n s a m p l e s e x a m i n e d a p p r o x i m a t e l y 3 w e e k s a f t e ri n j u r y . A l t h o u g h t h e r e a s o n s f o r t h e p r e f e r e n t i a l r e m o v a l o f B L f r o ms k e l e t a l m u s c l e f i b e r s h a s n o t b e e n d e f i n e d , a n i m p o r t a n t s t i m u l u s mayb e t h a t m u s c l e c e l l c o n t r a c t i o n i s n o t t r a n s m i t t e d e f f i c i e n t l y t o t e n d o n sv i a c o l l a g e n f i b e r s a t t a c h e d t o a l o o s e a n d r e d u n d a n t B L . S h o u l d t h i sn o t i o n b e c o r r e c t , t h e n t h e p r i m a r y f u n c t i o n o f t h e e m b r a c i n g i n t e r s t i t i a lc e l l s i s n o t t h e r e m o v a l o f o l d B L , b u t r a t h e r a r e m o d e l i n g o f t h e a t t a c h -

m e n t s o f c o l l a g e n f i b e r s f r o m t h e o l d r e d u n d a n t t o t h e n e w , t i g h t l yf i t t i n g B L .E x c e s s i v e a c c u m u l a t i o n o f BL o c c u r s i n s e v e r a l p a t h o l o g i c c o n d i t i o n so f m a n . O f p a r t i c u l a r i n t e r e s t i s t h e v e r v e x a g g e r a t e d B L a c c u m u l a t i o ni n p a t i e n t s w i t h d i a b e t e s m e l l i t u s . I t o c c u r s t h e r e i n m a n y s t r u c t u r e sw h i c h c o n t a i n BL " a n d r e p r e s e n t s i n c a p i l l a r i e s t h e c h a r a c t e r i s t i cm o r p h o l o g i c l e s i o n o f d i a b e t i c m i c r o a n g i o p a t h y ( F i g u r e 1 1 ) . T h r e e e x -p l a n a t i o n s f o r t h i s p r o c e s s s e e m p o s s i b l e : a ) c e l l s w h i c h o r d i n a r i l y m a k eo n l y a s i n g l e " n o r m a l " c o m p l e m e n t o f BL m a y , u n d e r a p p r o p r i a t e c i r -c u m s t a n c e s , h a v e b e e n " t u r n e d o n " t o p r o d u c e new l a y e r s ; b ) c e l l sw h i c h m a k e o r d i n a r i l y " n o r m a l " c o m p l e m e n t o f BL o n l y o n c e i n t h e i rl i f e c y c l e h a v e d i e d a n d h a v e b e e n r e p l e n i s h e d b y new c e l l g e n e r a t i o n sw h i c h d e p o s i t e d a new l a y e r o f B L ; o r c ) f o r m a t i o n o f BL i s p r o c e e d i n gn o r m a l l y , b u t i t s r e m o v a l i s n o t f u n c t i o n i n g p r o p e r l y . T h e e v i d e n c e ,w h i c h h a s b e e n p r e s e n t e d i n d e t a i l e l s e w h e r e , 1 ' " - " 2 s t r o n g l y s u g g e s t s t h a ta c c e l e r a t e d r a t e o f c e l l d e a t h a n d c e l l r e p l e n i s h m e n t a c c o u n t s f o r m o s t o fa c c u m u l a t e d l a y e r s . T h e u n d e r l y i n g r e a s o n a p p e a r s t o b e t h a t c e l l s o f p a -t i e n t s w i t h d i a b e t e s m e l l i t u s d i e a n d a r e r e p l e n i s h e d a t a n a c c e l e r a t e dr a t e , p r o b a b l y d u e t o g e n e t i c a l l y t r a n s m i t t e d c e l l u l a r d e f e c t w h i c hr e n d e r s d i a b e t i c c e l l s e x c e s s i v e l y v u l n e r a b l e t o i n j u r i o u s e v e n t s . '

I n m a n y o t h e r s i t u a t i o n s i n w h i c h c e l l d e a t h a n d c e l l r e p l e n i s h m e n to c c u r s l a y e r i n g , " " s p l i t t i n g " o r " l a m i n a t i o n " o f BL i n d i f f e r e n t o r g a n sa n d t i s s u e s a p p e a r s t o b e a c o n s t a n t f e a t u r e . I n v i e w o f t h e e v i d e n c ep r e s e n t e d a b o v e , i n m o s t o f t h e s e s i t u a t i o n s t h e i n d i v i d u a l l a y e r s o f BLh a v e p r o b a b l y b e e n d e p o s i t e d t h e r e b y n e w c e l l g e n e r a t i o n s a n d g i v e( l i k e r i n g s o n c r o s s s e c t i o n s o f t r e e t r u n k s ) a n i n d i c a t i o n o f t h e n u m b e ro f c e l l g e n e r a t i o n s w h i c h h a v e o c c u r r e d a t t h a t p a r t i c u l a r s i t e .W h e t h e r t h e r e a r e o t h e r m e c h a n i s m s r e s p o n s i b l e f o r q u a n t i z e d d e p o -


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V o l . 7 7 , N o . 2 BASAL LAMINA 3 35November 1974s i t i o n o f BL l a y e r s t h a t a r e n o t a s s o c i a t e d w i t h c e l l d e a t h a n d c e l l r e -p l e n i s h m e n t r e m a i n s t o b e s e e n . I t a p p e a r s p o s s i b l e t h a t s h o r t s e g m e n t so f n e w BL l a y e r s c a n b e f o r m e d b y c e l l s , o r p o r t i o n s o f c e l l s , w h i c hh a v e b e c o m e d e t a c h e d f r o m t h e i r o l d BL s u p p o r t

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