Új geometriai formát fedeztek fel, amely lehetővé teszi a hámsejtek háromdimenziós tömörítését görbe szövetek és szervek készítésekor.
Minden élő szervezet egyedülállóként kezdődik sejt, amelyek azután további sejtekre osztódnak, amelyek tovább osztódnak és osztódnak milliárdokig sejtek úgy jönnek létre, hogy az egész szervezetet létrehozzák. Az egyik legrejtélyesebb aspektusa biológia hogyan képződnek a sejtekből kiindulva először a szövetek, majd a szervek. Lényegében az embrió egyszerű szerkezete, amelyet néhány sejt alkot, összetett szervekkel rendelkező élő szervezetté válik. Például hámsejtek milliói csomagolódnak össze, hogy létrehozzák a emberi bőr, a legnagyobb szervünk és a legerősebb védőgát. Ha a miénk bőr teljesen sík felület volt, ismert geometriai formákat egymásra rakva bőrt lehetett építeni. De mivel testünk nem lapos, ezeknek a hámsejteknek meg kell görbülniük és meggörbülniük. A hámsejtek nem csak a bőrünk külső rétegét alkotják, hanem bélelik is vér az erek, valamint a szervek minden állatban. Amikor egy embrió fejlődik, szövetek (sejtekből állnak) meghajlanak és összetett háromdimenziós alakzatokat alkotnak, amelyek aztán olyan szervekké válnak, mint a szív vagy a máj stb. A kiindulási tömbök a hámsejtek „mozognak” és „egyesülnek” egymáshoz, hogy megszervezzék és szorosan összetömörödjenek, így adják a szervnek végső három- dimenziós forma, mivel a legtöbb szerv ívelt szerkezet. A görbület ezen követelménye miatt érthető, hogy a szerveket szegélyező hámsejteknek oszlopos vagy palackos formákat kell felvenniük ahhoz, hogy az embrió növekedése közben körülvegyék a szerveket. A hámsejtek más funkciókat is ellátnak, például gátat képeznek a fertőzésekkel szemben és a tápanyagok felszívódását.
Új formát fedeztek fel!
A spanyolországi Sevilla Egyetem és az egyesült államokbeli Lehigh Egyetem kutatói a Nature Communications-ben megjelent tanulmányukban arra a következtetésre jutottak, hogy a hámsejtek a „csavart prizmákhoz” hasonló alakot vesznek fel. Ezt az új tömör geometriai alakzatot ""scutoid'. Ez az alak lehetővé teszi a hámsejtek számára, hogy elérjék céljukat, hogy háromdimenziós borítást biztosítsanak a szerveknek. A Scutoid egy prizmaszerű szerkezet, amelynek egyik oldalán hat, a másikon öt oldala van, valamint a prizma egyik hosszú élén háromszöglap található. Ez az egyedülálló scutoid szerkezet lehetővé teszi, hogy egymásra rakják egymást váltakozó öt- és hatoldalas végekkel, lehetővé téve az íves felületek kialakítását. Ez a név nem létezik a geometriában, és a kutatók alapos megfontolás után választották ki, mivel a scutoid hasonló a bogár scutellum alakjával, amely a rovar mellkasának hátsó vége.
Scutoid alakja bőséges
A kutatók számítási modellezési technikát alkalmaztak Voronoi diagramok felhasználásával. Ez a leggyakrabban használt eszköz a különböző mezők geometriai alakzatainak megértéséhez. A modellezési kísérletek azt mutatták, hogy a szövet görbületének növekedésével az ezeket a szöveteket alkotó sejtek bonyolultabb formákat használtak, mint az oszlopok és palackformák, ahogy korábban hitték. A hámsejtek olyan formát vesznek fel, amelyet korábban nem írtak le, és ez a különleges forma segít a sejteknek energiahatékonyabbá tenni őket, miközben maximalizálja az egyenletes tömítést. A kutatók alaposan megvizsgálták a különböző állatok különböző szöveteinek háromdimenziós csomagolását, hogy elemezzék véleményüket. Kísérleti adatok azt mutatták, hogy az epiteliális sejtek nagyon hasonlókat vesznek fel 3D motívumok, ahogy azt a számítógépes modellezés előre jelezte. Szóval ez új forma A scutoid segít a hajlításban és hajlításban, és lehetővé teszi a sejtek legoptimálisabb módját, hogy stabilan tömve maradjanak. Miután megállapították, hogy egy új alak létezik, a kutatók más szervezetekben is megvizsgálták a scutoid-szerű alak jelenlétét, és azt találták, hogy ez az alak bőségesen jelen van. Ezeket a scutoid-szerű formákat a zebrahalak hámsejtjeiben és a gyümölcslegyek nyálmirigyeiben is megtalálták, és különösen azokon a területeken, ahol a szövetnek leginkább görbülnie kell, nem pedig lapos megjelenésűnek.
Ez egy nagyon érdekes és egyedülálló felfedezés, amely elősegítheti a megértést, és segít a szervek háromdimenziós szerveződésének (morfogenezis) szabályozásában. Több fényt deríthet arra, hogy mi történik, ha egy szerv nem megfelelően alakul ki, ami betegségekhez vezet. Óriási segítséget jelenthet a mesterséges szervek termesztése és a szövetfejlesztés területén, mivel a megfelelő csomagolási szerkezetű állványok építése jobb eredményekhez vezet. Ennek az új alakzatnak a felfedezése számos tudományos területen potenciálisan alkalmazható.
***
{Az eredeti kutatási cikket a hivatkozott forrás(ok) listájában lent található DOI linkre kattintva olvashatja el}
Forrás (ok)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. A scutoidok geometriai megoldást jelentenek a hám háromdimenziós csomagolására. Nature Communications. 9. (1) bekezdése alapján.
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
