Была открыта новая геометрическая форма, которая позволяет трехмерную упаковку эпителиальных клеток при создании искривленных тканей и органов.
Every living organism begins as a single ячейка, which then divide into more cells, which further divide and subdivide until billions of клеток are formed to create the whole organism. Its one of the most enigmatic aspects of биология 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 человек skin, our largest organ and strongest barrier. If our кожа 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 кровь vessels as well as the organs in all animals. When an embryo is developing, ткани (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.
Обнаружена новая форма!
Исследователи из Севильского университета в Испании и Университета Лихай в США в своем исследовании, опубликованном в Nature Communications, пришли к выводу, что эпителиальные клетки принимают форму, напоминающую «скрученные призмы». Эта новая цельная геометрическая форма получила название «щитовидный'. Эта форма позволяет эпителиальным клеткам выполнять свою задачу по обеспечению трехмерного покрытия органов. Скутоид представляет собой структуру, похожую на призму, с шестью сторонами с одной стороны и пятью с другой, а также треугольной гранью на одном из длинных краев призмы. Эта уникальная структура скутоида позволяет складывать их вместе с чередованием пяти- и шестисторонних концов, что позволяет создавать искривленные поверхности. Это название не существует в геометрии и было выбрано исследователями после тщательного рассмотрения и из-за сходства скутоида с формой щитка жука, который является задним концом грудной клетки насекомого.
Щитовидная форма обильная
Исследователи использовали метод компьютерного моделирования с использованием диаграмм Вороного. Это наиболее часто используемый инструмент для понимания геометрических фигур в различных областях. Эксперименты по моделированию показали, что по мере увеличения кривизны ткани клетки, составляющие эти ткани, использовали более сложные формы, чем просто формы столбцов и бутылок, как считалось ранее. Эпителиальные клетки принимают форму, которая ранее не описывалась, и эта конкретная форма помогает клеткам делать их более энергоэффективными, обеспечивая при этом максимальную устойчивую упаковку. Исследователи внимательно изучили трехмерную упаковку различных тканей у разных животных, чтобы проанализировать свои взгляды. Экспериментальные данные установили, что эпителиальные клетки действительно принимают очень похожие 3D мотивы, предсказанные компьютерным моделированием. Итак, это новая форма scutoid помогает в изгибе и искривлении и обеспечивает наиболее оптимальный способ сохранения стабильной упаковки клеток. Установив существование новой формы, исследователи исследовали другие организмы на предмет наличия скутоидной формы и обнаружили, что эта форма присутствует в изобилии. Эти скутоидные формы также были обнаружены в эпителиальных клетках рыбок-зебр и в слюнных железах плодовых мушек, особенно в тех регионах, где ткань должна изгибаться больше, чем иметь плоский вид.
Это очень интересное и уникальное открытие, которое может углубить наше понимание и помочь нам контролировать трехмерную организацию органов (морфогенез). Это может пролить больше света на то, что происходит, когда орган формируется неправильно, что приводит к заболеваниям. Это могло бы оказать огромную помощь в области выращивания искусственных органов и тканевой инженерии, поскольку строительство каркасов с правильной структурой упаковки привело бы к лучшим результатам. Открытие этой новой формы имеет потенциальные применения в различных областях науки.
{Вы можете прочитать исходную исследовательскую работу, щелкнув ссылку DOI, приведенную ниже в списке цитируемых источников}
Источник (ы)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Скутоиды - это геометрическое решение трехмерной упаковки эпителия. Природа связи. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
