Ir atklāta jauna ģeometriskā forma, kas ļauj trīsdimensiju iesaiņot epitēlija šūnas, veidojot izliektus audus un orgānus.
Katrs dzīvs organisms sākas kā viens šūna, kas pēc tam sadalās vairākās šūnās, kuras tālāk dalās un sadalās līdz miljardiem šūnas veidojas, lai izveidotu visu organismu. Tas ir viens no mīklainākajiem aspektiem bioloģija kā sākot no šūnām veidojas vispirms audi un tad orgāni. Būtībā vienkārša embrija struktūra, ko veido tikai dažas šūnas, kļūst par dzīvu organismu ar sarežģītiem orgāniem. Piemēram, miljoniem epitēlija šūnu sakrājas kopā, veidojot cilvēka āda, mūsu lielākais orgāns un spēcīgākā barjera. Ja mūsu āda bija pilnīgi plakana virsma, zināmas ģeometriskas formas varēja sakraut kopā, lai izveidotu ādu. Bet, tā kā mūsu ķermenis nav plakans, šīm epitēlija šūnām ir jāizliekas un jāizliekas pašām. Epitēlija šūnas ne tikai veido mūsu ādas ārējo slāni, bet arī pārklāj asinis kuģus, kā arī orgānus visiem dzīvniekiem. Kad embrijs attīstās, audos (izgatavotas no šūnām) saliecas un veido sarežģītas trīsdimensiju formas, kas pēc tam kļūst par tādiem orgāniem kā sirds vai aknas utt. Sākuma bloki epitēlija šūnas "pārvietojas" un "savienojas" kopā, lai sakārtotos un cieši saspiestos, lai orgānam piešķirtu pēdējo trīs dimensiju forma, jo lielākā daļa orgānu ir izliektas struktūras. Šīs izliekuma prasības dēļ tiek saprasts, ka epitēlija šūnām, kas izklāj orgānus, ir jāpieņem kolonnas vai pudeles formas, lai embrija augšanas laikā varētu apņemt orgānus. Epitēlija šūnas nodrošina arī citas funkcijas, piemēram, veido barjeru pret infekcijām un uzturvielu uzsūkšanos.
Atklāta jauna forma!
Pētnieki no Seviļas universitātes (Spānija) un Lehigh University (ASV) savā pētījumā, kas publicēts Nature Communications, secina, ka epitēlija šūnām ir kaut kas līdzīgs "savītām prizmām". Šī jaunā cietā ģeometriskā forma ir nodēvēta par "skūtoīds'. Šī forma ļauj epitēlija šūnām sasniegt savu mērķi nodrošināt orgāniem trīsdimensiju pārklājumu. Scutoid ir prizmai līdzīga struktūra ar sešām malām vienā pusē un piecām otrā pusē, kā arī trīsstūra skaldni vienā no prizmas garajām malām. Šī unikālā scotoid struktūra ļauj tos sakraut kopā ar mainīgiem piecpusējiem un sešpusējiem galiem, kas ļauj veidot izliektas virsmas. Šis nosaukums ģeometrijā neeksistē, un pētnieki to izvēlējās pēc rūpīgas apsvēršanas un sakarā ar scutoid līdzību ar vaboles scutellum formu, kas ir kukaiņa krūškurvja aizmugurējais gals.
Scutoid forma ir bagātīga
Pētnieki izmantoja skaitļošanas modelēšanas tehniku, izmantojot Voronoi diagrammas. Šis ir visbiežāk izmantotais rīks, lai izprastu ģeometriskās formas dažādos laukos. Modelēšanas eksperimenti parādīja, ka, palielinoties audu izliekumam, šūnas, kas veido šos audus, izmantoja sarežģītākas formas nekā tikai kolonnas un pudeļu formas, kā tika uzskatīts iepriekš. Epitēlija šūnas iegūst formu, kas iepriekš nebija aprakstīta, un šī īpašā forma palīdz šūnām padarīt tās energoefektīvākas, vienlaikus palielinot vienmērīgu blīvējumu. Pētnieki rūpīgi aplūkoja dažādu dzīvnieku trīsdimensiju dažādu audu iesaiņojumu, lai analizētu viņu uzskatus. Eksperimentālie dati atklāja, ka epitēlija šūnas pieņem ļoti līdzīgus 3D motīvi, kā to paredz skaitļošanas modelēšana. Tātad, šis jauna forma scutoid palīdz saliekties un izliekties un nodrošina optimālāko veidu, kā šūnas palikt stabili iesaiņotas. Noskaidrojot, ka pastāv jauna forma, pētnieki pētīja citos organismos, lai noteiktu skūtveida formas klātbūtni, un viņi atklāja, ka šī forma ir sastopama bagātīgi. Šīs scutoid līdzīgās formas ir konstatētas arī zebru zivju epitēlija šūnās un augļu mušu siekalu dziedzeros, un jo īpaši tajos reģionos, kur audiem visvairāk nepieciešams izliekties, nevis būt plakanam.
Šis ir ļoti interesants un unikāls atklājums, kas var uzlabot mūsu izpratni un palīdzēt mums kontrolēt orgānu trīsdimensiju organizāciju (morfoģenēzi). Tas var sniegt vairāk informācijas par to, kas notiek, ja orgāns neveidojas pareizi, izraisot slimības. Tas varētu būt ļoti noderīgs mākslīgo orgānu audzēšanas un audu inženierijas jomā, jo sastatņu būvēšana ar pareizu iepakojuma struktūru nodrošinātu labākus rezultātus. Šīs jaunās formas atklāšanai ir potenciāls pielietojums dažādās zinātnes jomās.
***
{Jūs varat izlasīt oriģinālo pētījumu, noklikšķinot uz DOI saites, kas norādīta tālāk citēto avotu sarakstā}
Avots (-i)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Scutoids ir ģeometrisks risinājums epitēlija trīsdimensiju iepakošanai. Nature Communications. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
