Виявлено нову геометричну форму, яка дає можливість тривимірної упаковки епітеліальних клітин при створенні викривлених тканин і органів.
Every living organism begins as a single осередок, which then divide into more cells, which further divide and subdivide until billions of клітин are formed to create the whole organism. Its one of the most enigmatic aspects of біологія how starting from cells, first tissues and then organs are formed. Essentially, a simple structure of the embryo formed by only few cells becomes a living organism having complex organs. For example, millions of epithelial cells pack together to form the людина skin, our largest organ and strongest barrier. If our шкіра was a completely flat surface, known geometrical shapes could be stacked together to build skin. But since our body is not flat these epithelial cells have to curve and bend themselves. Epithelial cells not just form the outer layer of our skin, but they also line the кров vessels as well as the organs in all animals. When an embryo is developing, тканини (made of cells) bend and form complex three-dimensional shapes which then become organs like heart or liver etc. The starting blocks epithelial cells ‘move’ and ‘join’ together to organize themselves and pack tightly to give an organ its final three-dimensional shape since most organs are curved structures. Because of this requirement of curvature, it is understood that epithelial cells that line the organs have to adopt columnar or bottle shapes to be able to surround organs while the embryo is growing. Epithelial cells also provide other functions like forming a barrier against infections and absorption of nutrients.
Відкрита нова форма!
Дослідники з Університету Севільї (Іспанія) та Університету Ліхай (США) у своєму дослідженні, опублікованому в Nature Communications, прийшли до висновку, що епітеліальні клітини мають форму, схожу на «скручені призми». Цю нову тверду геометричну форму охрестили як "скутоподібний'. Така форма дозволяє епітеліальним клітинам досягати своєї мети — забезпечити тривимірне покриття органів. Скутоїд — це структура, подібна до призми, з шістьма сторонами з одного боку і п'ятьма з іншого, а також трикутною гранню на одному з довгих країв призми. Ця унікальна структура скутоїда дає можливість укладати їх разом з чергуванням п’ятисторонніх і шестисторонніх кінців, що дозволяє створювати криволінійні поверхні. Ця назва не існує в геометрії і була обрана дослідниками після ретельного розгляду і через схожість щитка з формою щитка жука, який є заднім кінцем грудної клітки комахи.
Скутоідна форма рясна
Дослідники використовували методику обчислювального моделювання з використанням діаграм Вороного. Це найпоширеніший інструмент для розуміння геометричних фігур у різних областях. Експерименти з моделювання показали, що у міру збільшення кривизни тканини клітини, що утворюють ці тканини, використовували більш складні форми, ніж просто колонки та форми пляшок, як вважалося раніше. Епітеліальні клітини приймають форму, яка раніше не була описана, і ця конкретна форма допомагає клітинам зробити їх більш енергоефективними, максимізуючи стійку упаковку. Дослідники уважно розглядали тривимірну упаковку різних тканин у різних тварин, щоб проаналізувати їхні погляди. Експериментальні дані встановили, що епітеліальні клітини дійсно сприймають дуже схожі 3D мотиви, передбачені обчислювальним моделюванням. Отже, це нова форма скутоїд допомагає згинатися і вигинатися і забезпечує найбільш оптимальний спосіб, щоб клітини залишалися стабільно упакованими. Встановивши, що існує нова форма, дослідники досліджували в інших організмах наявність скутоїдної форми і виявили, що ця форма присутня у великій кількості. Ці щитоподібні форми також були знайдені в епітеліальних клітинах риб зебри і слинних залозах плодових мушок, особливо в тих регіонах, де тканина вимагала найбільшого вигину, а не плоского вигляду.
Це дуже цікаве та унікальне відкриття, яке може розширити наше розуміння та допомогти нам контролювати тривимірну організацію органів (морфогенез). Це може пролити більше світла на те, що відбувається, коли орган формується неправильно, що призводить до захворювань. Це може бути надзвичайно корисним у сфері вирощування штучних органів та тканинної інженерії, оскільки побудова каркасів із правильною структурою упаковки призведе до кращих результатів. Відкриття цієї нової форми має потенційне застосування в різних наукових галузях.
***
{Ви можете прочитати оригінальну дослідницьку роботу, натиснувши посилання DOI, наведене нижче в списку цитованих джерел(ів)}
Джерела
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Скутоїди – це геометричне рішення тривимірного укладання епітелію. Природа зв'язку. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
