En ny geometrisk form har upptäckts som möjliggör tredimensionell packning av epitelceller vid tillverkning av krökta vävnader och organ.
Varje levande organism börjar som en singel cellen, som sedan delar sig i fler celler, som ytterligare delar sig och delas upp tills miljarder av celler bildas för att skapa hela organismen. Det är en av de mest gåtfulla aspekterna av biologi hur utgående från celler, först vävnader och sedan organ bildas. I huvudsak blir en enkel struktur av embryot som bildas av endast ett fåtal celler en levande organism med komplexa organ. Till exempel, miljontals epitelceller packas ihop för att bilda humant hud, vårt största organ och starkaste barriär. Om vår hud var en helt plan yta, kända geometriska former kunde staplas ihop för att bygga hud. Men eftersom vår kropp inte är platt måste dessa epitelceller kröka och böja sig själva. Epitelceller bildar inte bara det yttre lagret av vår hud, utan de kantar också blod kärl såväl som organen hos alla djur. När ett embryo utvecklas, vävnader (gjorda av celler) böjer sig och bildar komplexa tredimensionella former som sedan blir organ som hjärta eller lever etc. Startblocken epitelceller "rör sig" och "förenas" för att organisera sig och packas tätt för att ge ett organ dess sista tre- dimensionell form eftersom de flesta organ är krökta strukturer. På grund av detta krav på krökning är det underförstått att epitelceller som kantar organen måste anta kolumnära eller flaskformade former för att kunna omge organ medan embryot växer. Epitelceller tillhandahåller också andra funktioner som att bilda en barriär mot infektioner och absorption av näringsämnen.
En ny form upptäckt!
Forskare vid Seville University, Spanien och Lehigh University, USA drar slutsatsen i sin studie publicerad i Nature Communications att epitelceller antar en form som liknar "vridna prismor". Denna nya solida geometriska form har dubbats som 'scutoid'. Denna form gör det möjligt för epitelceller att uppnå sitt syfte att tillhandahålla tredimensionell täckning till organ. Scutoid är en prismaliknande struktur, med sex sidor på ena sidan och fem på den andra tillsammans med en triangelyta på en av prismats långa kanter. Denna unika struktur av scutoid gör det möjligt att stapla dem tillsammans med omväxlande femsidiga och sexsidiga ändar som tillåter att skapa krökta ytor. Detta namn finns inte i geometrin och valdes av forskare efter noggrant övervägande och på grund av likheten mellan scutoid och formen av en skalbagge, som är den bakre änden av en insekts bröstkorg.
Scutoidformen är riklig
Forskare använde beräkningsmodelleringsteknik med Voronoi-diagram. Detta är det vanligaste verktyget för att förstå geometriska former över olika fält. Modelleringsexperiment visade att när krökningen i vävnaden ökar, använde celler som utgör dessa vävnader mer komplexa former än bara kolumner och flaskformer som tidigare trott. Epitelcellerna antar en form som tidigare inte har beskrivits och just denna form hjälper cellerna att göra dem mer energieffektiva samtidigt som de maximerar en stadig packning. Forskare tittade noga på tredimensionell packning av olika vävnader i olika djur för att analysera deras åsikter. Experimentella data visade att epitelceller antar mycket lika 3D motiv som förutspåtts av beräkningsmodellering. Så det här ny form scutoid hjälper till att böja och kröka och möjliggör det mest optimala sättet för cellerna att förbli stabilt packade. När forskare väl hade fastställt att en ny form existerar, undersökte forskare i andra organismer förekomsten av scutoidliknande form och de fann att denna form var rikligt närvarande. Dessa scutoidliknande former har också hittats i epitelceller hos zebrafiskar och spottkörtlar hos fruktflugor och särskilt i de områden där vävnaden måste krökas mest istället för att ha ett platt utseende.
Detta är en mycket intressant och unik upptäckt som kan främja vår förståelse och hjälpa oss att kontrollera tredimensionell organisering av organ (morfogenes). Det kan kasta mer ljus över vad som händer när ett organ inte bildas korrekt vilket leder till sjukdomar. Det kan vara till oerhörd hjälp inom området för odling av artificiella organ och vävnadsteknik eftersom att bygga ställningar med korrekt packningsstruktur skulle leda till bättre resultat. Upptäckten av denna nya form har potentiella tillämpningar inom olika vetenskapliga områden.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Scutoids är en geometrisk lösning på tredimensionell packning av epitel. Nature Communications. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
