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Serotonina (5-HT) y catecolaminas en la célula de Merkel
Graciela F. Sánchez
Arch . Argent. Dermatol . 57:175-183, 2007
INTRODUCCION
Friedrich Sigmund Merkel fue uno de los más bril lantes anatomistas del siglo XIX y principios del XX, que en el transcurso de su vida hizo importantes contr ibuciones al conocimiento de la Anatomía e Histología^\
Merkel efectuó una revisión de los sistemas sensoriales y concluyó que en todos ellos debían existir células epiteliales asociadas a una fibra nerviosa, que actuarían como los elementos transductores del receptor específico, demostrando para el sentido del tacto la existencia de células táctiles en todos los mecanorrecepto-res conocidos y las llamó « Tastzellen», proponiéndolas como los transductores efectivos del estímulo mecánico a la información neural, y demostrando su existencia en la piel del hocico del topo y luego en todo animal disponible, desde el anfioxo hasta los phyia superiores^^.
En 1902, Tretjakoff^ propuso la denominación de célula de Merkel (CM) para esta célula especial izada. Desde entonces ella ha sido motivo de cont inuo interés entre los investigadores de distintas especial idades.
Con el advenimiento del microscopio electrónico se demostró que la característica más sobresal iente de la CM era la presencia en su citoplasma de vesículas granuladas similares a las observadas en las células neuroen-dócnnas^23 26 3i 59 64 73
LA CELULA DE MERKEL
Se trata de una célula ubicada en la capa basal de la epidermis, cuyo rasgo más sobresal iente es la presencia en su citoplasma de vesículas específ icas que poseen en su interior un granulo electrón denso separado de la membrana vesicular por un espacio electrón lúcido. Su tamaño varía entre los 90 y 280 nm de diámetro, mientras que el granulo denso interior es de 70 a 200 nm y el espacio claro de 30 a 80 nm^23 26 3i 59 64 73
La CM se encuentra enfrentada a una fibra nerviosa que se insinúa entre ella y la membrana basal subepi-dérmica^^ Originalmente, la célula descrita por Merkel fue denominada por él « Tastzellerh^ (célula táctil), y al
Cátedra de Histología, Facultad de Medicina. Buenos Aires. Argentina
conjunto CM-neuri ta lo l lamó « Tastkórperchen>> (corpúsculo táctil). La neurita termina en una expansión junto a la célula a la que denominó « Tastmenisken» y que fuera luego l lamada disco de Merkel por otros autores' '^
Sin embargo, se han visto células que reúnen las características de la CM sin asociación a una fibra nervio-sa3i 3759 Según Gottschaldt^s y Mérot*°, sólo el 50 al 7 0 % de las CM están asociadas a una fibra nerviosa. Cabe entonces preguntarse si deberíamos llamar a las no asociadas con el nombre de C M , recordando su descripción original que l levaba implícita esa asociación. Además, los complejos célula-neuri ta, adoptando distintas disposiciones, fueron descritos como mecanorrecepto-res en distintas especies. Tal es el caso de las terminaciones hederiformes de Ranvier en la piel del hocico del cerdo^^ descritas posteriormente por Munger^" en la piel de la pata del mapache bajo el nombre de Merkel rete papilla, o el del órgano de Eimer descripto en el hocico del topo^^ y el del disco piloso táctil descripto por Pinkus con la denominación de «Haarscheibe». En todos ellos se confirmaría la teoría de Merkel por asociación morfológica de los elementos celulares especial izados con los elementos neurales. En este sentido, también podríamos considerar CM ( Tastzellen) a las del corpúsculo de Grandry del pico del pato, a las de los pelos sensoriales (vibrisas) de ciertas especies como el gato, o, eventual-mente, a todas las células que respondan a la descripción original de ios Tastzellen en los epitelios.
Según Hartschuh'^ la relación CM-neuri ta correspondería al aspecto de una sinapsis unidireccional, y si bien no logró apreciar la fusión de los granulos con la membrana plasmática, sí encontró una menor densidad de los mismos cuanto más cerca estaban de la membrana, sugir iendo la l iberación lenta de su contenido.
Es interesante consignar que el aspecto descripto por distintos autores^" ' de esta estructura especial izada entre la CM y la fibra nerviosa es similar a la sinapsis adre-nérgica del sistema nervioso^°^3 y que la riqueza de mi-tocondrias en la f ibra nerviosa evidencia una intensa actividad funcional en el sitio de unión de la neurita con la
En la piel humana la CM puede encontrarse formando parte de dos terminaciones nerviosas corpusculares: una localizada en la piel glabra, las terminaciones he-
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deriformes de Ranvier^^^ y otra en la piel pilosa, los discos pilosos táctiles o HaarscheibenúesaWos por Pinkus"^
Las primeras son mal denominadas discos de Mer-kg|26 42 72^ puesto que ya consignamos previamente que esa denominación fue propuesta sólo para referirse a la fibra nerviosa meniscoide que se asocia a la CM. En realidad estas estructuras han sido denominadas de distintas formas de acuerdo con las descripciones realizadas en distintas especies: Merkel rete papilla, órgano de Ei-mer, etc., situación que aumenta la confusión por acuñar nuevos términos para denominar a la misma estructura.
Tanto las terminaciones heder i formes de Ranvier como los discos pilosos táctiles fian sido catalogados como mecanorreceptores de adaptación l e n t a " 29 36 57
La CM, además de participar de estas estructuras sensoriales, puede encontrarse aislada en la epidermis en asociación con una fibra nerviosa^' o sin ella '^^i 374042
o en pequeños grupos, tanto en la piel pilosa como en la piel glabra^^, siendo más frecuente en la cara palmar de los dedos y disminuyendo su frecuencia hacia la cara dorsal p i losa" . También ha sido descripta en el lecho ungueaP '^^ " , la mucosa oral, encía, borde bermellón de los lab ios" y paladar^*, así como también en la vaina epitelial externa del folículo piloso^^^". Ha sido documentada asimismo su existencia en la dermis^" " " .
Con respecto a la función de la CM, en su descripción original Merkel la consideraba como un transductor específico del estímulo mecánico a la información neu-ral. En realidad hasta la fecha esta hipótesis no ha podido ser confirmada fehacientemente puesto que si bien se la ha visto formando parte de terminaciones corpusculares de reconocida función mecanorreceptora, no se ha aseverado su función transductora.
El hecho de haber encontrado uniones de tipo sináp-tico entre la fibra nerviosa y la CM con acumulación de granulos citoplasmáticos frente a ellas, llevó a especular que el contenido de los mismos podía ser descargado en el espacio intersináptico por un mecanismo de exo-ci tosis '" ' . Esto sugirió que la sustancia a lmacenada en los granulos era util izada como neurotransmisor, es decir que una vez liberada se uniría a receptores de membrana de la fibra nerviosa despolar izándola. De ser ésto cierto las imágenes de exocitosis deberían ser más abundantes, aunque pudiera estar ocurr iendo un proceso de liberación cuántica, tal como se describiera en las si-napsis col inérgicas" y posteriormente en las adrenérgi-cas^°. Sin embargo, si recordamos que sólo el 50 al 7 0 % de las CM poseen inervación, podríamos pensar que si tuvieran una función receptora no les debería faltar dicho contacto a tantas células.
Como las fibras nerviosas que se relacionan con las CM son similares morfológicamente a las de otros mecanorreceptores, se ha sugerido como segunda posibilidad que el proceso de transducción mecano-eléctr ica tenga lugar a nivel de la misma fibra nerviosa y no de la Ql^i3i543 gg^Q l ia gj j jQ avalado por estudios electrofisio-
lógicos realizados en gatos recién nacidos en los que se han obtenido respuestas aferentes en corpúsculos táctiles en los que todavía no existían C M , concluyéndose que el transductor era la misma fibra nerviosa^^.
Si nos atenemos a esta últ ima conclusión podríamos suponer que las uniones entre CM y fibra nerviosa son en realidad contactos adhesivos más que sinápticos, es decir que la CM reforzaría la deformación de la fibra nerviosa mecanosensi t iva '^ Esta posibi l idad quedaría morfológicamente explicada por la conexión de la CM con el sistema de tonof i lamentos de los queratinocitos mediante las uniones desmosomales y los propios filamentos de la célula que le darían propiedades mecánicas particulares.
Los estudios electrofisiológicos realizados por Go-ttschaldt '5 demuestran que la conducción del impulso nervioso en la fibra después de la estimulación se produce en un t iempo tal que no podría explicarse mediante una sinapsis química, ya que en ésta debería sufrirse un retardo producido por el t iempo necesario para la liberación del mediador químico (neurotransmisor) y su unión con los receptores post-sinápticos. En cambio sí podría explicarse si existiera una sinapsis eléctrica entre la CM y la fibra nerviosa, pero no existe evidencia de tal acople.
El estudio de la acción de distintos agentes farmacológicos sobre el haarscheibe y su respuesta fisiológica llevó a Smith^^ a la conclusión de que el mecanismo para la iniciación del potencial en la fibra nerviosa podría ser la deformación mecánica de su membrana tal como sucede en el corpúsculo de Vater Pacini.
Si la relación CM neurita no es una sinapsis, las vesículas citoplasmáticas no serían vesículas pre-sinápti-cas, y entonces deberíamos preguntarnos qué función cumplen. El descubrimiento de pépt idos en la C M , tales como met-encefal ina' ' ' y péptido intestinal vasoact ivo (VIP)2° , llevó a la suposición de que éstos podrían ser neurotransmisores, pero si aceptamos que la CM no actúa como transductora, la sustancia contenida en sus granulos podría tener una acción trófica o moduladora sobre las fibras nerviosas. Se ha visto que en los gatos recién nacidos las fibras n-.lelinizadas de los haarschei-bense acercan a los folículos pilosos, pero la cant idad de fibrillas amielínicas terminales y sus CM asociadas son 60 % menos que en los gatos adultos'^. Es decir que durante la maduración aparecen nuevas CM y se deben producir arborizaciones a partir de fibras ya formadas. Presumiblemente la CM puede jugar un rol importante en esta arborización sirviendo como célula blanco de las terminaciones nerviosas. Para esta función la sustancia a lmacenada en los granulos podría ser liberada y actuar sobre el trof ismo de la fibra y no como neurotransmisor.
Los estudios de Eng l i sh ' ' sobre la morfogénesis del haarscheibe úemosiiamn que en el animal recién nacido existían CM que no estaban asociadas a fibras ner-
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Serotonina (5-HT) y catecolaminas en la célula de Merkel
viosas, pero éstas estaban a pocos micrones de ellas. Esto indicaría que posteriormente la fibra crecería hacia la CM como atraída por ella. Similares resultados obtuvo Suzuki^' en ratones recién nacidos. Esto, hoy con bases más sólidas, nos recuerda la teoría de Cajal sobre la acción neurotrópica de los epitelios^.
Se ha propuesto también la existencia de una influencia trófica de la fibra sobre la CM, ya que los estudios de denervación realizados en gatos adultos^ muestran degeneración de las CM. Esto pudo ser conf i rmado en todas las especies estudiadas'^^^ Sin embargo, se ha visto que algunas CM sobreviven intactas por más de 3 meses después de la denervación^^. Estas probablemente sean CM sin fibra nerviosa asociada. El hecho de que existan en la epidermis este tipo de CM (30 al 50 % ) , implicaría que por lo menos algunas de sus funciones no necesitan de dicha asociación. La posible acción trófica de las sustancias contenidas en sus granulos podría estar dirigida hacia cualquiera de las células de la epidermis^. En este caso actuaría como una célula de secreción paracrina. Ejemplo de ésto es la acción de ciertas células del epitelio intestinal que liberan péptidos que regulan la movil idad, secreción y absorción de las células vecinas y, l lamativamente, algunas de estas células paracrinas están asociadas a fibras nerviosas adyacentes'°.
En 1966, Pearse^° propuso unificar en un sistema a todas las células productoras de hormonas peptídicas y que reunían además otras característ icas:
1. - Contienen Aminas f luorogénicas y/o 2. - Captan precursores de esas aminas (Precursor
üptake) 3. - Decarboxilan esos precursores 4. - Dan la reacción inmunof luorescente específ ica al
péptido que contienen. El acrónimo APUD que significa células captadoras
y decarboxilantes de aminas, dio nombre al sistema. En él quedaban incluidas las células cort icotropas y mela-notropas de la hipófisis, las células beta del páncreas y la parafolicular de la tiroides. Poster iormente, el sistema fue creciendo para incluir a todas las células que poseían propiedades APUD, aunque en muchas de las recién llegadas sólo la secreción de un péptido no había sido demostrada.
Originalmente, Pearse propuso que todas las células peptidérgicas derivaban de una célula de tipo neu-ral, y al demostrarse en algunas células el origen a partir de las crestas neurales propuso a éstas como el sitio de origen para todo el sistema"-. Hacia 1978 el sistema incluía 40 tipos celulares y aún parece ir en aumento. Como para algunas células se negó mediante experimentos certeros^' el origen a partir de las crestas neurales, como por ejemplo algunas de las células del sistema gastroenteropancreático, Pearse postuló que el sistema podría originarse en las células del ectoblasto programadas en sentido neuroendochno^V Esta hipótesis
no ha podido ser demostrada puesto que la migración de células precursoras ocurriría en un período tan temprano del desarrollo que no puede concebirse experimento alguno capaz de alterar esa migración.
Hoy a todo este conjunto de células peptidérgicas y con características morfológicas e histoquímicas similares, independientemente de su origen embriológico, se lo t iende a l lamar sistema endocrino difuso, y la CM ha sido propuesta para integrarlos^'".
La CM probablemente migre desde las crestas neurales y, como algunas de las células del s istema APUD, mantiene en algunos casos sus relaciones con elementos neurales. Pero el rasgo fundamental por el que se tiende a incluirla es la presencia en su ci toplasma de las vesículas granuladas que la caracter izan y que son similares a los granulos de catecolamina, serotonina o dopamina de las células originadas en las crestas neurales que migran a los tej idos.
Sin embargo, en la CM la presencia de aminas bió-genas, aunque sugerida, no había podido ser demostrada hasta el momento '^ Es por ese motivo que decidimos efectuar este estudio, para obtener más información sobre la sustancia a lmacenada en los granulos citoplasmáticos de la CM, apl icando el método histoquí-mico descripto por W o o d " para microscopía electrónica, sobre una muestra de piel humana.
MATERIAL Y METODOS
Para estudiar el contenido de los granulos de la CM normal en búsqueda de aminas biógenas, se utilizó piel normal de la cara anterior del antebrazo. El material obtenido fue dividido en tres partes que se util izaron para los siguientes procedimientos: A Fijación en glutaraldehído 3% en buffer de cacodi la-
to de Na 0,2 M pH 7,2 durante 2 horas. Lavado en solución de sacarosa al 4 % en el mismo buffer durante 30 minutos. Refi jación en O s 0 4 1 % en el mismo buffer durante 2 hs. Coloración en bloque con acetato de uranilo 2 % por 2 hs. Deshidratación e inclusión en Poly-bed.
B Fijación en glutaraldehído 3% en el mismo buffer durante 4 hs. Igual lavado que en A durante toda la noche. Inmersión en dicromato de K 2,5% en buffer de acetato 0,2 M pH 4 , 1 . Deshidratación e inclusión en Poly-bed (GD).
C Fijación en formaldehído 8 % en buffer de cacodilato de Na 0,2 M pH 7,2 durante la noche, seguida de inmersión en glutaraldehído 3% en el mismo buffer durante 4 hs. Después de lavar toda la noche en la misma solución lavadora que en GD, se incubó durante 4 hs. en la solución de dicromato de K ya descrita. Deshidratación e inclusión en Poly-bed (FGD). GD y FGD corresponden a la técnica de W o o d " para diferenciar serotonina (5HT) y catecolaminas (CA); GD para la detección de ambas aminas y FGD para
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la detección específica de 5-HT. Los cortes fueron realizados con un micrótomo Por-
ter-Blum y montados en grillas de cobre, real izándose coloración de Reynolds^^ para obtener contraste en el material. Luego fueron estudiados en un microscopio Siemens Elmiskop I.
En el espécimen de piel normal se estudiaron 5 cortes de cada uno de los 3 procedimientos empleados. Cada corte correspondía a un taco distinto de material. En cada corte se estudiaron los caracteres de 3 C M .
RESULTADOS
El material procesado en A util izado para el estudio morfológico permitió observar CM aisladas en la capa basal de la epidermis. El tamaño de las mismas era similar al de los queratinocitos vecinos. El c i toplasma era claro en comparación con el de ellos debido a la ausencia de tonofi lamentos. Sin embargo, pudo observarse la presencia de algunos f i lamentos así como también ribo-somas, polirribosomas libres, membranas del retículo en-doplasmático, aparato de Golgi y abundantes mitocon-drias.
El núcleo celular era lobulado por la presencia de una o más indentaciones, generalmente ubicado en sen
tido paralelo a la membrana basal. Presentaba cromati-na f inamente dispersa, con algunos cromocentros y a veces un nucléolo excéntrico. No se observaron inclusiones intranucleares.
El rasgo más sobresaliente de estas células fue la presencia en su c i top lasma de las t ípicas vesículas granuladas. Si bien pudieron observarse en todo el citoplasma, existía en ellas una tendencia a agruparse hacia el polo basal (Fig. 1).
En cada célula observada la cantidad de granulos varió de acuerdo con los datos de la Tabla I.
Todas las CM apoyaban sobre la membrana basal, pero no pudo observarse la presencia de fibra nerviosa asociada. Se observaron además uniones desmosomales pobremente desarrol ladas entre las CM y los queratinocitos vecinos.
Con GD y FGD se observó una reacción positiva a nivel del nucleoide de las vesículas citoplasmáticas, más intensa en GD que en FGD (Fig. 2). Pero la cantidad de granulos posit ivos fue menor que la de granulos observados con la técnica convencional descrita en A, de tal forma que con estas técnicas histoquímicas se halló reacción positiva en 15 a 25 granulos por cada CM tanto con GD como con FGD, de acuerdo con los datos de las Tablas II y III.
TABLA 1. RESULTADOS CON LA TECNICA CONVENCIONAL
CORTE N« 1 CORTE Ns 2 CORTE N2 3 CORTE N2 4 CORTE N2 5
CM NSG CM N^G CM N^G CW NS G CM N 5 G
1 100 1 80 1 150 1 90 1 150 2 200 2 200 2 200 2 200 2 160 3 50 3 50 3 70 3 150 3 200
TOTAL 450 TOTAL 330 TOTAL 420 TOTAL 440 TOTAL 510
(N° g : n ú m e r o d e g r a n u l o s o b s e r v a d o s )
TABLA II. RESULTADOS CON GD
CORTE N» 1 CORTE N2 2 CORTE N2 3 CORTE Ns 4 CORTE N2 5
CM N^G CM NSG CM N^G CM N=G CM N^G
1 15 1 20 1 20 1 15 1 15 2 16 2 15 2 18 2 15 2 15 3 20 3 25 3 18 3 20 3 18
TOTAL 51 TOTAL 60 TOTAL 56 TOTAL 50 TOTAL 48
TABLA III. RESULTADOS CON FG
CORTE N°-1 CORTE N 9 2 CORTE N 9 3 CORTE Ns 4 CORTE Ns 5
CM N^G CM N^G CM N=G CM N^G CM NSG
1 16 1 23 1 16 1 15 1 16 2 17 2 15 2 18 2 10 2 20 3 17 3 16 3 20 3 25 3 16
TOTAL 50 TOTAL 54 TOTAL 54 TOTAL 50 TOTAL 52
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Serotonina (5-HT) y catecolaminas en la célula de Merkel
Así el total de células estudiadas por cada uno de los tres procedimientos fue 15, observándose un total de 2150 granulos citoplasmáticos con la técnica de rutina y detectándose positividad para la técnica de Wood en 265 granulos con GD y 260 con FGD, lo que hace un total de 12% de granulos positivos.
DISCUSION
Los resultados expuestos conf i rman la hipótesis de diversos autores® ^2^3^''^''® ®''̂ '' sobre la ex is tencia de
10000X
monoaminas en la vesícu la granu lada de la CM mediante el uso de la técn ica de W o o d " para di ferenciar CA y 5-HT.
Esta técnica es específ ica para localizar dichas aminas a nivel del microscopio electrónico, tal como fuera demostrado por Jaim Etcheverry y Ziher en plaquetas aisladas^^ y poster iormente util izada por otros autores en diversos sistemas monoaminérgicos®"®®. El paso GD sirve para detectar CA y 5-HT y FGD para 5-HT exclusivamente. Así, la mayor posit ividad de GD sugiere la presencia simultánea de ambas aminas en la vesícula granu-
22000 X
Fig. 1: Células de Merkel. Todas apoyan sobre la membrana basal (MB). Arriba izq. Las flechas finas marcan la MB. La flecha gruesa señala un contacto desmosomal. Arriba der. Se observa melanina fagocitada. Abajo tendencia de las vesículas a agruparse en el polo basal.
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lada de la CM, pero el menor número de granulos positivos con respecto a los observados con la técnica convencional en el paso A, sugiere que no todas las vesículas poseen esas aminas.
La CM ha sido comparada por su aspecto morfológico con las células quimiosensoriales del corpúsculo gustativo y las del cuerpo carotídeo"^®. En estas últ imas se ha identificado la presencia de CA, sin embargo, la re-serpina produce la depleción sólo de algunos granulos, lo que demuestra que los que no se afectan contienen alguna otra sustancia^''. Esto mismo es lo que estaría demostrando la técnica de Wood en sólo el 12% de los
Fig. 2: Columna izquierda corresponde a GD 30000 X. Columna
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granulos de la C M . Los que no han dado positiva la reacción contendrían otras sustancias que bien podrían ser los péptidos ya identif icados en esta célula'^ | _ q s estudios de Kurosumi^^ empleando reserpina en distintos mamíferos demuestran también una degranulación parcial de la CM que podría ser indicativa de esta misma circunstancia.
Para la detección de estas aminas mediante microscopía de f luorescencia se requiere en la célula una concentración mínima de las mismas®®. La escasa cantidad de CA y 5-HT detectada con la técnica de Wood para microscopía electrónica puede ser entonces la causa de
corresponde a FGD 30000 X. GD más intensa que FGD.
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Serotonina (5-HT) y catecolaminas en la célula de Merkel
la negatividad de la técnica de Falck'" descr ipta por Smith®® en la CM.
Otras células han sido comparadas con la CM, tales como las células sensoriales del corpúsculo de Grandry del pico del pato. Estas fueron consideradas Tastzellen por MerkeP^ y otros autores se han referido a ellas como CM' por su aspecto morfológico. Los resultados obtenidos en nuestro caso con la técnica de Wood coinciden con los observados por López^'* en estas células sensoriales, aplicando la misma técnica, aún cuando la función reconocida hasta ahora en ambos sistemas sensoriales es distinta, ya que el complejo CM neurita sería un mecanorreceptor de adaptación lenta y el corpúsculo de Grandry de adaptación rápida"®.
Ya hemos mencionado que las células neuroepitel ia-les del pulmón son similares a las CM en su relación con el epitelio, sus vesículas granuladas y su inervación. Laweryns^^ aplicó también la técnica de Wood en el pulmón del conejo demostrando en ellas idénticos resultados. La positividad en este caso fue observada también sólo en algunos granulos y los autores propusieron la presencia de alguna otra sustancia de probable naturaleza peptídica.
El hallazgo de CA y 5-HT en la CM no implica que estas sustancias sean utilizadas como neurotransmisores, por su escasa cantidad y por los datos ya mencionados en párrafos anteriores sobre la morfología de la unión neurita-célula y los estudios electrofisiológicos y farmacológicos realizados. Portante, estas sustancias podrían actuar en forma moduladora o trófica sobre las neuritas y/o células vecinas.
La coexistencia de aminas y péptidos ha sido descrita para las células del ya mencionado sistema APUD, así como también para las neuronas peptidérgicas^®.
La presencia de aminas en la CM avalaría definitivamente su ubicación dentro del sistema APUD o endocrino difuso.
CONCLUSIONES
- Las células neuroendocrinas cutáneas presentan 5-HT y CA en sus vesículas citoplasmáticas, dato que avalaría su ubicación definitiva dentro del sistema endocrino difuso.
- Sólo algunas de ellas deben ser denominadas células de Merkel, dejando esta denominación sólo para aquéllas que se relacionan con una fibra nerviosa, tal como las describiera F. Merkel.
A g r a d e c i m i e n t o s : A la Prof. Dra. Amanda Pel legr ino de Iraidi por su
colaboración matenal e inte lectual . A la Sra. Margar i ta López por su co laborac ión téc
nica. A la Srta. Natal ia S. Lenczner por su co laborac ión
informática.
Al gran maestro Prof. Dr. Jorge Abulafia eternamente agradecida.
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Tomo 57 ns 4, Julio-Agosto 2007 183