En ny geometrisk form er oppdaget som muliggjør tredimensjonal pakking av epitelceller ved fremstilling av buede vev og organer.
Hver levende organisme begynner som en enkelt celle, som deretter deler seg i flere celler, som videre deler og underdeler seg til milliarder av celler dannes for å skape hele organismen. Det er en av de mest gåtefulle aspektene ved biologi hvordan man starter fra celler, først vev og deretter organer. I hovedsak blir en enkel struktur av embryoet dannet av bare noen få celler en levende organisme med komplekse organer. For eksempel pakker millioner av epitelceller sammen for å danne menneskelig hud, vårt største organ og sterkeste barriere. Hvis vår hud var en helt flat overflate, kjente geometriske former kunne stables sammen for å bygge hud. Men siden kroppen vår ikke er flat, må disse epitelcellene bøye seg selv. Epitelceller danner ikke bare det ytre laget av huden vår, men de kler også blod kar så vel som organene i alle dyr. Når et embryo utvikler seg, vev (laget av celler) bøyer seg og danner komplekse tredimensjonale former som deretter blir organer som hjerte eller lever etc. Startblokkene epitelceller "beveger seg" og "forenes" for å organisere seg og pakkes tett for å gi et organ dens siste tre- dimensjonsform siden de fleste organer er buede strukturer. På grunn av dette kravet til krumning, er det underforstått at epitelceller som ligger langs organene, må anta søyle- eller flaskeformer for å kunne omgi organer mens embryoet vokser. Epitelceller gir også andre funksjoner som å danne en barriere mot infeksjoner og absorpsjon av næringsstoffer.
En ny form oppdaget!
Forskere ved Seville University, Spania og Lehigh University, USA konkluderer i sin studie publisert i Nature Communications at epitelceller antar en form som ligner på "vridd prismer". Denne nye solide geometriske formen har blitt kalt "scutoid'. Denne formen gjør det mulig for epitelceller å oppnå formålet med å gi tredimensjonalt dekke til organer. Scutoid er en prismelignende struktur, med seks sider på den ene siden og fem på den andre sammen med en trekantflate på en av prismets lange kanter. Denne unike strukturen til scutoid gjør det mulig å stable dem sammen med alternerende fem- og sekssidige ender som tillater å lage buede overflater. Dette navnet eksisterer ikke i geometri og ble valgt av forskere etter nøye overveielse og på grunn av likheten til scutoid med formen av en scutellum av en bille som er den bakre enden av et insekts thorax.
Scutoid form er rikelig
Forskere brukte beregningsmodelleringsteknikk ved å bruke Voronoi-diagrammer. Dette er det mest brukte verktøyet for å forstå geometriske former på tvers av forskjellige felt. Modelleringseksperimenter viste at når krumningen i vevet øker, brukte celler som utgjør disse vevene mer komplekse former enn bare kolonner og flaskeformer som tidligere antatt. Epitelcellene antar en form som tidligere ikke er beskrevet, og denne spesielle formen hjelper cellene til å gjøre dem mer energieffektive samtidig som de maksimerer en jevn pakking. Forskere så nøye på tredimensjonal pakking av forskjellige vev i forskjellige dyr for å analysere deres synspunkter. Eksperimentelle data viste at epitelceller adopterer veldig like 3D motiver som forutsagt av beregningsmodellering. Så dette ny form scutoid hjelper til med å bøye og bue og gir den mest optimale måten for cellene å forbli stabilt pakket. Når forskerne fant ut at en ny form eksisterer, undersøkte forskerne i andre organismer for tilstedeværelsen av scutoid-lignende form, og de fant ut at denne formen var rikelig tilstede. Disse scutoid-lignende formene har også blitt funnet i epitelceller fra sebrafisk og spyttkjertler til fruktfluer, og spesielt i de områdene der vevet krever mest krumning i stedet for å ha et flatt utseende.
Dette er en veldig interessant og unik oppdagelse som kan fremme vår forståelse og hjelpe oss å kontrollere tredimensjonal organisering av organer (morfogenese). Det kan kaste mer lys over hva som skjer når et organ ikke dannes riktig, noe som fører til sykdommer. Det kan være til enorm hjelp innen dyrking av kunstige organer og vevsteknikk, da bygging av stillaser med riktig pakningsstruktur vil føre til bedre resultater. Oppdagelsen av denne nye formen har potensielle anvendelser på tvers av ulike vitenskapelige felt.
***
{Du kan lese den originale forskningsoppgaven ved å klikke på DOI-lenken nedenfor i listen over siterte kilder}
Source (s)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Scutoids er en geometrisk løsning på tredimensjonal pakking av epitel. Nature Communications. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
