Была открыта новая геометрическая форма, которая позволяет трехмерную упаковку эпителиальных клеток при создании искривленных тканей и органов.
Любой живой организм начинается с единого ячейка, которые затем делятся на большее количество клеток, которые далее делятся и подразделяются до миллиардов клеток формируются для создания целого организма. Это один из самых загадочных аспектов биология как из клеток образуются сначала ткани, а затем органы. По сути, простая структура эмбриона, состоящего всего из нескольких клеток, становится живым организмом со сложными органами. Например, миллионы эпителиальных клеток собираются вместе, образуя человек кожа, наш самый большой орган и сильнейший барьер. Если наш кожа была совершенно плоской поверхностью, известные геометрические фигуры можно было складывать вместе, образуя кожу. Но поскольку наше тело не плоское, этим эпителиальным клеткам приходится изгибаться и сгибаться. Эпителиальные клетки не только образуют внешний слой нашей кожи, но и выстилают ее. кровь сосуды, а также органы у всех животных. Когда эмбрион развивается, ткани (состоящие из клеток) изгибаются и образуют сложные трехмерные формы, которые затем становятся органами, такими как сердце или печень и т. д. Начальные блоки эпителиальных клеток «движутся» и «соединяются» вместе, чтобы организоваться и плотно сложиться, придавая органу окончательную трехмерную форму. объемную форму, поскольку большинство органов представляют собой изогнутые структуры. Из-за этого требования кривизны понятно, что эпителиальные клетки, выстилающие органы, должны принимать столбчатую или бутылочную форму, чтобы иметь возможность окружать органы во время роста эмбриона. Эпителиальные клетки также выполняют другие функции, такие как формирование барьера против инфекций и поглощение питательных веществ.
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.
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
