Odkrita je bila nova geometrijska oblika, ki omogoča tridimenzionalno pakiranje epitelijskih celic pri izdelavi ukrivljenih tkiv in organov.
Vsak živi organizem se začne kot en sam celica, ki se nato razdelijo na več celic, ki se nadalje delijo in delijo do milijard celice nastanejo za ustvarjanje celotnega organizma. To je eden najbolj zagonetnih vidikov biologija kako iz celic nastanejo najprej tkiva in nato organi. V bistvu preprosta struktura zarodka, ki jo tvori le nekaj celic, postane živ organizem s kompleksnimi organi. Na primer, milijoni epitelijskih celic se združijo, da tvorijo človeškega kožo, naš največji organ in najmočnejšo pregrado. Če naš koža je bila popolnoma ravna površina, znane geometrijske oblike je bilo mogoče zložiti skupaj, da bi zgradili kožo. Ker pa naše telo ni ravno, se morajo epitelijske celice same ukriviti in upogniti. Epitelijske celice ne tvorijo le zunanje plasti naše kože, ampak jo tudi obložijo kri žile kot tudi organe pri vseh živalih. Ko se zarodek razvija, tkiva (iz celic) se upogibajo in tvorijo zapletene tridimenzionalne oblike, ki nato postanejo organi, kot so srce ali jetra itd. Začetni bloki se epitelne celice »premikajo« in »združijo« skupaj, da se organizirajo in tesno zapakirajo, da dajo organu končno tri- dimenzionalno obliko, saj je večina organov ukrivljenih struktur. Zaradi te zahteve po ukrivljenosti se razume, da morajo epitelne celice, ki obdajajo organe, sprejeti obliko stebra ali steklenice, da lahko obdajajo organe, medtem ko zarodek raste. Epitelne celice opravljajo tudi druge funkcije, kot je tvorjenje pregrade proti okužbam in absorpcija hranil.
Odkrita nova oblika!
Raziskovalci na univerzi v Sevilli v Španiji in na univerzi Lehigh v ZDA v svoji študiji, objavljeni v Nature Communications, sklepajo, da epitelijske celice prevzamejo obliko, ki je nekaj podobnega "zvitim prizmam". Ta nova trdna geometrijska oblika je bila poimenovana kot "skutoidni'. Ta oblika omogoča epitelijskim celicam, da dosežejo svoj namen zagotavljanja tridimenzionalnega pokrivanja organov. Scutoid je struktura, podobna prizmi, s šestimi stranicami na eni strani in petimi na drugi strani skupaj s trikotno površino na enem od dolgih robov prizme. Ta edinstvena struktura skutoida omogoča njihovo zlaganje skupaj z izmenično petimi in šestimi stranmi, kar omogoča ustvarjanje ukrivljenih površin. To ime v geometriji ne obstaja in so ga raziskovalci izbrali po skrbnem premisleku in zaradi podobnosti skutoida z obliko skuteluma hrošča, ki je zadnji konec prsnega koša žuželke.
Skutoidna oblika je bogata
Raziskovalci so uporabili tehniko računalniškega modeliranja z uporabo Voronojevega diagrama. To je najpogosteje uporabljeno orodje za razumevanje geometrijskih oblik na različnih področjih. Poskusi modeliranja so pokazali, da ko se ukrivljenost tkiva povečuje, so celice, ki sestavljajo ta tkiva, uporabljale bolj zapletene oblike kot le stebre in oblike steklenic, kot so verjeli prej. Epitelne celice sprejmejo obliko, ki prej ni bila opisana, in ta posebna oblika pomaga celicam, da postanejo energetsko učinkovitejše, hkrati pa povečajo enakomerno pakiranje. Raziskovalci so natančno preučili tridimenzionalno pakiranje različnih tkiv pri različnih živalih, da bi analizirali njihove poglede. Eksperimentalni podatki so pokazali, da epitelijske celice sprejemajo zelo podobne 3D motivi, kot jih predvideva računalniško modeliranje. Torej, to nova oblika scutoid pomaga pri upogibanju in ukrivljenosti ter omogoča najbolj optimalen način, da celice ostanejo stabilno zapakirane. Ko so ugotovili, da obstaja nova oblika, so raziskovalci pri drugih organizmih raziskovali prisotnost skutoidne oblike in ugotovili, da je ta oblika v izobilju. Te skutoidne oblike so odkrili tudi v epitelijskih celicah rib zebre in žlez slinavk sadnih muh, zlasti v tistih regijah, kjer je bilo potrebno tkivo, da se najbolj ukrivi, namesto da bi bilo ravno.
To je zelo zanimivo in edinstveno odkritje, ki lahko izboljša naše razumevanje in nam pomaga nadzorovati tridimenzionalno organizacijo organov (morfogeneza). Lahko osvetli, kaj se zgodi, ko se organ ne oblikuje pravilno, kar vodi do bolezni. Lahko bi bila v veliko pomoč na področju gojenja umetnih organov in tkivnega inženiringa, saj bi gradnja odrov s pravilno strukturo pakiranja vodila do boljših rezultatov. Odkritje te nove oblike ima potencialno uporabo na različnih znanstvenih področjih.
***
{Izvirno raziskovalno nalogo lahko preberete s klikom na spodnjo povezavo DOI na seznamu citiranih virov}
Vir (i)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Skutoidi so geometrijska rešitev za tridimenzionalno pakiranje epitelija. Nature Communications. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
