A fibroblast is a type of biological cell that synthesizes the extracellular matrix and collagen, produces the structural framework (stroma) for animal tissues, and plays a critical role in wound healing. Fibroblasts are the most common cells of connective tissue in animals.

Structure 

Fibroblasts have a branched cytoplasm surrounding an elliptical, speckled nucleus having two or more nucleoli. Active fibroblasts can be recognized by their abundant rough endoplasmic reticulum. Inactive fibroblasts (called fibrocytes) are smaller, spindle-shaped, and have a reduced amount of rough endoplasmic reticulum. Although disjointed and scattered when they have to cover a large space, fibroblasts, when crowded, often locally align in parallel clusters.

Unlike the epithelial cells lining the body structures, fibroblasts do not form flat monolayers and are not restricted by a polarizing attachment to a basal lamina on one side, although they may contribute to basal lamina components in some situations (e.g. subepithelial myofibroblasts in intestine may secrete the α-2 chain-carrying component of the laminin, which is absent only in regions of follicle-associated epithelia which lack the myofibroblast lining). Fibroblasts can also migrate slowly over substratum as individual cells, again in contrast to epithelial cells. While epithelial cells form the lining of body structures, fibroblasts and related connective tissues sculpt the "bulk" of an organism.

The life span of a fibroblast, as measured in chick embryos, is 57 ± 3 days.

Relationship with fibrocytes
Fibroblasts and fibrocytes are two states of the same cells, the former being the activated state, the latter the less active state, concerned with maintenance and tissue metabolism. Currently, there is a tendency to call both forms fibroblasts. The suffix "-blast" is used in cellular biology to denote a stem cell or a cell in an activated state of metabolism.

Fibroblasts are morphologically heterogeneous with diverse appearances depending on their location and activity. Though morphologically inconspicuous, ectopically transplanted fibroblasts can often retain positional memory of the location and tissue context where they had previously resided, at least over a few generations. This remarkable behavior may lead to discomfort in the rare event that they stagnate there excessively.

Development

The main function of fibroblasts is to maintain the structural integrity of connective tissues by continuously secreting precursors of the extracellular matrix. Fibroblasts secrete the precursors of all the components of the extracellular matrix, primarily the ground substance and a variety of fibers. The composition of the extracellular matrix determines the physical properties of connective tissues.

Like other cells of connective tissue, fibroblasts are derived from primitive mesenchyme. Hence, they express the intermediate filament protein vimentin, a feature used as a marker to distinguish their mesodermal origin. However, this test is not specific as epithelial cells cultured in vitro on adherent substratum may also express vimentin after some time.

In certain situations, epithelial cells can give rise to fibroblasts, a process called epithelial-mesenchymal transition (EMT).

Conversely, fibroblasts in some situations may give rise to epithelia by undergoing a mesenchymal to epithelial transition (MET) and organizing into a condensed, polarized, laterally connected true epithelial sheet. This process is seen in many developmental situations (e.g. nephron and notocord development), as well as in wound healing and tumorigenesis.

Function 
Fibroblasts make collagen fibres, glycosaminoglycans, reticular and elastic fibers.  Growing individuals' fibroblasts are dividing and  synthesizing ground substance. Tissue damage stimulates fibrocytes and induces the production of fibroblasts.

Inflammation
Besides their commonly known role as structural components, fibroblasts play a critical role in an immune response to a tissue injury. They are early players in initiating inflammation in the presence of invading microorganisms. They induce chemokine synthesis through the presentation of receptors on their surface. Immune cells then respond and initiate a cascade of events to clear the invasive microorganisms. Receptors on the surface of fibroblasts also allow regulation of hematopoietic cells and provide a pathway for immune cells to regulate fibroblasts.

Tumour mediation
Fibroblasts, like the  tumor-associated host fibroblasts (TAF), play a crucial role in immune regulation through TAF-derived extracellular matrix (ECM) components and modulators. TAF are known to be significant in the inflammatory response as well as immune suppression in tumors. TAF-derived ECM components cause alterations in the ECM composition and initiate the ECM remodeling. The ECM remodeling is described as changes in the ECM as a result of enzyme activity which can lead to degradation of the ECM. Immune regulation of tumors is largely determined by the ECM remodeling because the ECM is responsible for regulating a variety of functions, such as proliferation, differentiation, and morphogenesis of vital organs. In many tumor types, especially those related to the epithelial cells, ECM remodeling is common. Examples of TAF-derived ECM components include Tenascin and Thrombospondin-1 (TSP-1), which can be found in sites of chronic inflammation and carcinomas, respectively.

Immune regulation of tumors can also occur through the TAF-derived modulators. Although these modulators may sound similar to the TAF-derived ECM components, they differ in the sense that they are responsible for the variation and turnover of the ECM. Cleaved ECM molecules can play a critical role in immune regulation. Proteases like matrix metalloproteineases (MMPs) and the uPA system are known to cleave the ECM. These proteases are derived from fibroblasts.

Use of fibroblasts as feeder cells
Mouse embryonic fibroblasts (MEFs) are often used as supportive "feeder cells" in research using human embryonic stem cells, induced pluripotent stem cells and primary epithelial cell culture. However, many researchers are trying to phase out MEFs in favor of culture media with precisely defined ingredients in order to facilitate the development of clinical-grade products.

In view of the potential clinical applications of stem cell-derived tissues or primary epithelial cells, the use of human fibroblasts as an alternative to MEF feeders has been studied. Whereas the fibroblasts are usually used to maintain pluripotency of the stem cells, they can also be used to facilitate development of the stem cells into specific type of cells such as cardiomyocytes.

Host immune response 
Fibroblasts from different anatomical sites in the body express many genes that code for immune mediators and proteins. These mediators of immune response enable the cellular communication with hematopoietic immune cells. The immune activity of non-hematopoietic cells, such as fibroblasts, is referred to as “structural immunity”. In order to facilitate a fast response to immunological challenges, fibroblasts encode crucial aspects of the structural cell immune response in the epigenome.

See also 

 Fibrocartilage callus
 List of distinct cell types in the adult human body

References

External links 

 
 

Non-terminally differentiated (blast) cells
Connective tissue cells
GAG secreting cells
섬유아세포(Fibroblast)는 세포외기질과 콜라겐을 합성하는 세포의 일종으로, 동물 조직의 구조적 골격(스트로마)을 생성하고 상처 치유에 중요한 역할을 한다. 섬유아세포는 동물의 결합 조직에서 가장 흔한 세포이다.

구조 

섬유아세포는 2개 이상의 핵소체가 있는 타원형의 얼룩덜룩한 핵을 둘러싸고 있는 분리된 세포질을 가지고 있다. 활성 섬유아세포는 풍부한 거친 소포체에 의해 인식될 수 있다. 비활성 섬유아세포 (섬유세포라고 함)는 더 작고 방추형이며 거친 소포체의 양이 감소한다. 섬유아세포는 넓은 공간을 커버해야 할 때 분리되고 흩어져 있지만 밀집되어 있을 때 종종 국부적으로 평행 클러스터로 정렬된다.

신체 구조를 둘러싸고 있는 상피 세포와 달리 섬유아세포는 평평한 단층을 형성하지 않으며 일부 상황에서는 기저판 구성요소에 기여할 수 있지만(예 : 장의 상피하 근섬유아세포에서 분비될 수 있음) 근섬유아세포 lining이 없는 follicle-associated epithelia의 영역에만 존재하지 않는 라미닌의 α-2 chain-carrying 구성요소이다. 또한 섬유아세포는 상피 세포와 대조적으로 개별 세포로서 기질 위로 천천히 이동할 수 있다. 상피 세포가 신체 구조의 안쪽을 형성하는 동안 유기체의 대량 부분을 구성하는 것은 섬유아세포 및 관련 결합 조직이다.

병아리 배아에서 측정한 섬유아세포의 수명은 57±3일 정도이다.

섬유세포와의 관계 
섬유아세포와 섬유 세포는 동일한 세포의 두 가지 상태이며 전자는 활성화된 상태이고 후자는 유지 및 조직 대사와 관련된 비활성 상태이다. 현재 두 가지 형태를 모두 섬유아세포라고 부르는 경향이 있다. 접미사 '-blast'는 세포생물학에서 줄기세포 또는 활성화된 대사 상태의 세포를 나타내는 데 사용한다.

섬유아세포는 위치와 활동에 따라 다양한 모양으로 형태학적으로 이질적이다. 형태학적으로 눈에 띄지 않지만, 이소성 이식된 섬유아세포는 적어도 몇 세대에 걸쳐 이전에 상주했던 위치 및 조직 맥락의 위치기억을 유지할 수 있다.

발달 
섬유아세포의 주요 기능은 세포외기질의 전구체를 지속적으로 분비하여 결합 조직의 구조적 완전성을 유지하는 것이다. 섬유아세포는 세포외기질의 모든 구성요소, 주로 기저물질과 다양한 섬유의 전구체를 분비한다. 세포외기질의 구성은 결합 조직의 물리적 특성을 결정한다.

결합 조직의 다른 세포와 마찬가지로 섬유아세포는 원시 중간엽에서 파생된다. 따라서 그들은 중배엽 기원을 구별하는 마커로 사용되는 특징인 중간 필라멘트 단백질 비멘틴을 발현한다. 그러나 이 실험은 부착성 기질에서 시험관 내에서 배양된 상피 세포가 일정 시간 후에 비멘틴을 발현할 수도 있기 때문에 특이적이지는 않다.

특정 상황에서 상피 세포는 상피-간엽 이행(Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT)이라고 하는 과정에서 섬유아세포를 생성할 수 있다.

반대로, 일부 상황에서 섬유아세포는 간엽-상피 이행(Mesenchymal-Endothelial Transition, MET)을 거쳐 응축되고 극성을 가지며 측면으로 연결되는 진정한 상피 조직으로 조직화되어 상피를 구성할 수 있다. 이 과정은 상처 치유 및 종양 형성뿐만 아니라 많은 발달 상황(예 : 네프론 및 척삭 발달)에서 볼 수 있다.

기능 
섬유아세포는 콜라겐, 글리코사미노글리칸, 망상 섬유, 탄성 섬유를 만든다. 성장하는 개체의 섬유아세포는 분열하여 기저물질을 합성한다. 조직 손상은 섬유세포를 자극하고 섬유아세포 생성을 유도한다.

염증 
구조적 구성요소로서 일반적으로 알려진 역할 외에도 섬유아세포는 조직 손상에 대한 면역 반응에서 중요한 역할을 한다. 이들은 미생물이 침입할 때 염증을 일으키는 초기 역할을 한다. 그들은 표면에 수용체를 제시함으로써 케모카인 합성을 유도한다. 그러면 면역 세포가 반응하여 일련의 이벤트를 시작하여 침입성 미생물을 제거한다. 또한 섬유아세포 표면의 수용체는 조혈모세포의 조절을 허용하고 면역 세포가 섬유아세포를 조절하는 경로를 제공한다.

종양 중재 
종양 관련 숙주 섬유아세포(TAF)와 같은 섬유아세포는 TAF 유래 세포외기질(ECM) 성분 및 조절제를 통해 면역 조절에 중요한 역할을 한다. TAF는 종양의 염증 반응 및 면역 억제에 중요한 것으로 알려져 있다. TAF에서 파생된 ECM 구성 요소는 ECM 구성을 변경하고 ECM 리모델링을 시작한다. ECM 리모델링은 ECM의 분해로 이어질 수 있는 효소 활성의 결과로 ECM의 변화로 설명된다. ECM은 중요한 기관의 증식, 분화 및 형태 형성과 같은 다양한 기능을 조절하는 역할을 하기 때문에 종양의 면역 조절은 ECM 리모델링에 의해 크게 결정된다. 많은 종양 유형, 특히 상피 세포와 관련된 종양 유형에서 ECM 리모델링이 일반적이다. TAF 유래 ECM 성분의 예로는 각각 만성 염증 및 암종 부위에서 발견될 수 있는 테나신 및 트롬보스폰딘-1(TSP-1)이 있다.

종양의 면역 조절은 TAF 유래 조절제를 통해서도 발생할 수 있다. 이러한 변조는 TAF에서 파생된 ECM 구성 요소와 유사하게 들릴 수 있지만 ECM의 변동 및 회전을 담당한다는 점에서 다르다. 절단된 ECM 분자는 면역 조절에 중요한 역할을 할 수 있다. 기질 금속단백분해효소(MMP) 및 uPA 시스템과 같은 단백질 분해 효소는 ECM을 절단하는 것으로 알려져 있다. 이 단백질 분해 효소는 섬유아세포에서 파생된다.

2차 활동 
쥐 배아 섬유아세포(MEF)는 종종 인간 배아 줄기세포 연구에서 피더 세포(Feeder cell)로 사용된다. 그러나 많은 연구원들은 독점적으로 인간 유래의 성분이 정확하게 정의된 배양 배지에 찬성하여 MEF를 점진적으로 단계적으로 제거하고 있다.  또한 배지 보충제를 위해 인간 파생물을 독점적으로 사용하는 어려움은 보충제가 합성되고 파생물 원천에서 오염 가능성을 제거하는 주요 목표를 달성하는 정의된 배지를 사용하여 해결한다. 

줄기세포 유래 조직의 임상적 적용의 관점에서, 피더로서 인간 섬유아세포의 사용이 연구되어 왔다. 섬유아세포는 일반적으로 줄기 세포의 다능성을 유지하는 데 사용되지만 줄기 세포가 심근 세포와 같은 특정 유형의 세포로 발달하는 것을 촉진하는 데에도 사용할 수 있다.

숙주 면역 반응 
신체의 다양한 해부학적 부위의 섬유아세포는 면역 매개체와 단백질을 암호화하는 많은 유전자를 발현한다. 면역 반응의 이러한 매개체는 조혈 면역 세포와의 세포 신호를 가능하게 한다. 섬유아세포와 같은 비조혈 세포의 면역 활동을 구조적 면역이라고 한다. 면역학적 문제에 대한 빠른 반응을 촉진하기 위해 섬유아세포는 후성유전체에서 구조적 세포 면역 반응의 중요한 측면을 인코딩한다.

각주 

결합 조직