Открита е нова геометрична форма, която позволява триизмерно опаковане на епителни клетки при изработване на извити тъкани и органи.
Всеки жив организъм започва като една клетка , която след това се разделя на още клетки, които допълнително се делят и подразделят, докато се образуват милиарди клетки , за да създадат целия организъм. Един от най-загадъчните аспекти на биологията е как, започвайки от клетки, първо се формират тъкани, а след това и 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 човешката кожа - най-големият ни орган и най-силната ни бариера. Ако кожата ни беше напълно плоска повърхност, известни геометрични фигури биха могли да бъдат подредени заедно, за да изградят 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 кожата ни, но и покриват кръвоносните съдове , както и органите при всички животни. Когато ембрионът се развива, тъканите (изградени от клетки) се огъват и образуват сложни триизмерни форми, които след това се превръщат в органи като сърце, черен дроб и др. Изходните елементи, епителните клетки, се „движат“ и „съединяват“, за да се организират и да се опаковат плътно, за да придадат на органа окончателната му триизмерна форма, тъй като повечето органи са извити структури. Поради това изискване за кривина се разбира, че епителните клетки, които покриват органите, трябва да приемат колоновидна или бутилковидна форма, за да могат да обграждат органите, докато ембрионът расте. Епителните клетки изпълняват и други функции, като например образуване на бариера срещу инфекции и усвояване на хранителни вещества.
Открита е нова форма!
Изследователи от университета в Севиля, Испания, и университета Лихай, 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 „ скутоид “. Тази форма позволява на епителните клетки да постигнат целта си да осигуряват триизмерно покритие на органите. Скутоидът е призматична структура с шест страни от едната страна и пет от другата, заедно с триъгълна повърхност на един от дългите ръбове на призмата. Тази уникална структура на скутоида позволява подреждането им заедно с редуващи се петстранни и шестстранни краища, позволяващи 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 скутелум на бръмбар, който е задният край на гръдния кош на насекомото.
Скутоидна форма е изобилна
Изследователите са използвали техника за компютърно моделиране, използваща диаграми на Вороной. Това е най-често използваният инструмент за разбиране на геометрични форми в различни области. Моделиращите експерименти показват, че с увеличаване на кривината в тъканта, клетките, изграждащи тези тъкани, използват по-сложни форми, отколкото просто колони и бутилки, както се смяташе по-рано. Епителните клетки приемат форма, която не е била описана досега, и тази конкретна форма помага на клетките да станат по-енергийно ефективни, като същевременно максимизират стабилното си опаковане. Изследователите са разгледали внимателно триизмерното опаковане на различни тъкани при различни животни, за да анализират своите виждания. Експериментални данни установяват, че епителните клетки приемат много подобни 3D мотиви, както е предсказано от компютърното моделиране. Така че, тази нова форма, скутоидна, помага при огъването и извиването и позволява най-оптималния начин клетките да останат стабилно опаковани. След като са установили, че съществува нова форма, изследователите са изследвали други организми за наличие на скутоидна форма и са открили, че тази форма е изобилно представена. Тези скутоидни форми са открити и в епителните клетки на зебра риба и слюнчените жлези на плодови мушици, и особено в онези области, където тъканта е трябвало да се извива най-силно, 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.
***
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
***
