A fost descoperită o nouă formă geometrică care permite împachetarea tridimensională a celulelor epiteliale atunci când se realizează țesuturi și organe curbate.
Fiecare organism viu începe ca un singur celulă, care apoi se împart în mai multe celule, care se divid și se subdivizează în continuare până la miliarde de celulele sunt formate pentru a crea întregul organism. Este unul dintre cele mai enigmatice aspecte ale biologie cum pornind de la celule se formează mai întâi țesuturile și apoi organele. În esență, o structură simplă a embrionului format din doar câteva celule devine un organism viu având organe complexe. De exemplu, milioane de celule epiteliale se împachetează pentru a forma uman pielea, cel mai mare organ al nostru și cea mai puternică barieră. Dacă noastre piele era o suprafață complet plană, formele geometrice cunoscute puteau fi stivuite împreună pentru a construi pielea. Dar, deoarece corpul nostru nu este plat, aceste celule epiteliale trebuie să se curbeze și să se îndoaie. Celulele epiteliale nu formează doar stratul exterior al pielii, ci și căptușesc sânge vasele precum şi organele la toate animalele. Când un embrion se dezvoltă, țesuturi (făcute din celule) se îndoaie și formează forme tridimensionale complexe care apoi devin organe precum inima sau ficatul etc. Blocurile de pornire celulele epiteliale „se mișcă” și „se unesc” împreună pentru a se organiza și strâns pentru a da unui organ ultimele trei formă dimensională deoarece majoritatea organelor sunt structuri curbe. Din cauza acestei cerințe de curbură, se înțelege că celulele epiteliale care căptușesc organele trebuie să adopte forme columnare sau sticle pentru a putea înconjura organele în timp ce embrionul crește. Celulele epiteliale asigură și alte funcții, cum ar fi formarea unei bariere împotriva infecțiilor și absorbția nutrienților.
O nouă formă descoperită!
Cercetătorii de la Universitatea din Seville, Spania și Universitatea Lehigh, SUA au concluzionat, în studiul lor publicat în Nature Communications, că celulele epiteliale adoptă o formă asemănătoare „prismelor răsucite”. Această nouă formă geometrică solidă a fost numită „scutoid'. Această formă permite celulelor epiteliale să-și atingă scopul de a oferi o acoperire tridimensională organelor. Scutoid este o structură asemănătoare prismei, cu șase laturi pe o parte și cinci pe cealaltă, împreună cu o față triunghiulară pe una dintre marginile lungi ale prismei. Această structură unică de scutoid face posibilă stivuirea lor împreună cu capete alternante cu cinci laturi și șase laturi, permițând crearea de suprafețe curbate. Acest nume nu există în geometrie și a fost ales de cercetători după o analiză atentă și datorită asemănării scutoidului cu forma unui scutellum al gândacului care este capătul posterior al toracelui unei insecte.
Forma scutoidă este abundentă
Cercetătorii au folosit tehnica de modelare computațională folosind diagrama Voronoi. Acesta este instrumentul cel mai des folosit pentru a înțelege formele geometrice din diferite domenii. Experimentele de modelare au arătat că, pe măsură ce curbura țesutului crește, celulele care constituie aceste țesuturi au folosit forme mai complexe decât doar coloane și forme de sticle, așa cum se credea mai devreme. Celulele epiteliale adoptă o formă nedescrisă anterior, iar această formă specială ajută celulele să le facă mai eficiente din punct de vedere energetic, maximizând în același timp o ambalare constantă. Cercetătorii au analizat îndeaproape împachetarea tridimensională a diferitelor țesuturi la diferite animale pentru a le analiza opiniile. Datele experimentale au stabilit că celulele epiteliale adoptă foarte asemănătoare 3D motive așa cum sunt prezise de modelarea computațională. Deci asta formă nouă scutoid ajută la îndoire și curbare și permite cel mai optim mod ca celulele să rămână împachetate stabil. Odată ce au stabilit că există o nouă formă, cercetătorii au explorat în alte organisme prezența formei scutoide și au descoperit că această formă era prezentă din abundență. Aceste forme asemănătoare scutoidelor au fost găsite și în celulele epiteliale ale peștilor zebră și în glandele salivare ale muștelor de fructe și în special în acele regiuni în care țesutul trebuie să se curbeze cel mai mult decât să aibă un aspect plat.
Aceasta este o descoperire foarte interesantă și unică, care ne poate îmbunătăți înțelegerea și ne poate ajuta să controlăm organizarea tridimensională a organelor (morfogeneza). Poate arunca mai multă lumină asupra a ceea ce se întâmplă atunci când un organ nu se formează corect, ducând la boli. Ar putea fi de mare ajutor în domeniul creșterii organelor artificiale și al ingineriei țesuturilor, deoarece construirea de schele cu o structură corectă de ambalare ar duce la rezultate mai bune. Descoperirea acestei noi forme are aplicații potențiale în diferite domenii științifice.
***
{Puteți citi lucrarea originală de cercetare făcând clic pe linkul DOI de mai jos în lista surselor citate}
Sursa (s)
Gómez-Gálvez P și colab. 2018. Scutoizii sunt o soluție geometrică pentru împachetarea tridimensională a epiteliilor. Natura Comunicaţii. 9(1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
