Открита е нова геометрична форма, която позволява триизмерно опаковане на епителни клетки при изработване на извити тъкани и органи.
Всеки жив организъм започва като единичен клетка, които след това се разделят на повече клетки, които допълнително се делят и подразделят до милиарди клетки се образуват, за да създадат целия организъм. Това е един от най-енигматичните аспекти на биология как започвайки от клетките, първо се образуват тъкани, а след това органи. По същество една проста структура на ембриона, образувана само от няколко клетки, се превръща в жив организъм със сложни органи. Например, милиони епителни клетки се събират заедно, за да образуват човешки кожата, нашият най-голям орган и най-здравата бариера. Ако нашите кожа беше напълно плоска повърхност, познатите геометрични фигури можеха да бъдат подредени заедно, за да се изгради кожа. Но тъй като тялото ни не е плоско, тези епителни клетки трябва да се извиват и огъват. Епителните клетки не само образуват външния слой на нашата кожа, но и го покриват кръв съдовете, както и органите при всички животни. Когато ембрионът се развива, носни кърпи (направени от клетки) се огъват и образуват сложни триизмерни форми, които след това се превръщат в органи като сърце или черен дроб и т.н. Началните блокове епителните клетки се „движат“ и „съединяват“ заедно, за да се организират и опаковат плътно, за да дадат на органа последните му три- размерна форма, тъй като повечето органи са извити структури. Поради това изискване за кривина се разбира, че епителните клетки, които покриват органите, трябва да приемат колоновидни или бутилкови форми, за да могат да обграждат органите, докато ембрионът расте. Епителните клетки също така осигуряват други функции като образуване на бариера срещу инфекции и усвояване на хранителни вещества.
Открита е нова форма!
Изследователи от университета в Севиля, Испания и университета Lehigh, САЩ, заключават в своето проучване, публикувано в Nature Communications, че епителните клетки приемат форма, подобна на „усукани призми“. Тази нова твърда геометрична форма е наречена "скутоиден'. Тази форма позволява на епителните клетки да постигнат целта си да осигурят триизмерно покритие на органите. Скутоида е структура, подобна на призма, с шест страни от едната страна и пет от другата, заедно с лице на триъгълник на един от дългите ръбове на призмата. Тази уникална структура на скутоида прави възможно подреждането им заедно с редуващи се петстранни и шестстранни краища, позволявайки създаването на извити повърхности. Това име не съществува в геометрията и е избрано от изследователите след внимателно обмисляне и поради сходството на скутоида с формата на скутелума на бръмбар, който е задният край на гръдния кош на насекомо.
Скутоидна форма е изобилна
Изследователите са използвали техника за изчислително моделиране, използвайки диаграма на Вороной. Това е най-често използваният инструмент за разбиране на геометрични форми в различни области. Експериментите за моделиране показват, че с увеличаването на кривината в тъканта клетките, съставляващи тези тъкани, използват по-сложни форми от просто колони и форми на бутилки, както се смяташе по-рано. Епителните клетки приемат форма, която по-рано не е описана и тази конкретна форма помага на клетките да ги направят по-енергийно ефективни, като същевременно увеличават стабилното опаковане. Изследователите разгледаха отблизо триизмерното опаковане на различни тъкани в различни животни, за да анализират техните възгледи. Експерименталните данни установяват, че епителните клетки приемат много сходни 3D мотиви, както е предвидено чрез изчислително моделиране. И така, това нова форма scutoid помага при огъване и извиване и позволява най-оптималният начин клетките да останат стабилно опаковани. След като установили, че съществува нова форма, изследователите изследвали други организми за наличието на скутоидна форма и открили, че тази форма присъства в изобилие. Тези скутоидни форми също са открити в епителните клетки на рибите зебра и слюнчените жлези на плодовите мухи и особено в онези региони, където тъканта трябва да се извива най-много, вместо да има плосък вид.
Това е много интересно и уникално откритие, което може да подобри нашето разбиране и да ни помогне да контролираме триизмерната организация на органите (морфогенеза). Може да хвърли повече светлина върху това какво се случва, когато органът не се формира правилно, което води до заболявания. Това би могло да бъде от огромна помощ в областта на отглеждането на изкуствени органи и тъканното инженерство, тъй като изграждането на скелета с правилна структура на опаковката би довело до по-добри резултати. Откриването на тази нова форма има потенциални приложения в различни научни области.
***
{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}
Източник (и)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Скутоидите са геометрично решение за триизмерно опаковане на епитела. Nature съобщенията. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
