En ny geometrisk form er blevet opdaget, som muliggør tredimensionel pakning af epitelceller, når der laves buede væv og organer.
Hver levende organisme begynder som en enkelt celle, som så deler sig i flere celler, som yderligere deler og underdeler indtil milliarder af celler dannes for at skabe hele organismen. Det er et af de mest gådefulde aspekter af biologi hvordan man starter fra celler, først væv og derefter organer dannes. I det væsentlige bliver en simpel struktur af embryonet dannet af kun få celler en levende organisme med komplekse organer. For eksempel pakker millioner af epitelceller sammen for at danne menneskelig hud, vores største organ og stærkeste barriere. Hvis vores hud var en helt flad overflade, kendte geometriske former kunne stables sammen for at bygge hud. Men da vores krop ikke er flad, er disse epitelceller nødt til at krumme og bøje sig selv. Epitelceller danner ikke kun det ydre lag af vores hud, men de beklæder også blod kar samt organerne i alle dyr. Når et embryo er under udvikling, væv (lavet af celler) bøjer og danner komplekse tredimensionelle former, som derefter bliver til organer som hjerte eller lever osv. Startblokkene epitelceller 'bevæger sig' og 'forenes' sammen for at organisere sig og pakkes tæt for at give et organ dets sidste tre- dimensionel form, da de fleste organer er buede strukturer. På grund af dette krav om krumning er det underforstået, at epitelceller, der beklæder organerne, skal antage søjle- eller flaskeformer for at være i stand til at omgive organer, mens embryoet vokser. Epitelceller giver også andre funktioner som at danne en barriere mod infektioner og absorption af næringsstoffer.
En ny form opdaget!
Forskere ved Seville University, Spanien og Lehigh University, USA konkluderer i deres undersøgelse offentliggjort i Nature Communications, at epitelceller antager en form, der ligner 'snoede prismer'. Denne nye solide geometriske form er blevet døbt som 'scutoid'. Denne form gør det muligt for epitelceller at opnå deres formål med at give tredimensionel dækning til organer. Scutoid er en prisme-lignende struktur, med seks sider på den ene side og fem på den anden sammen med en trekantet flade på en af prismets lange kanter. Denne unikke struktur af scutoid gør det muligt at stable dem sammen med skiftende femsidede og sekssidede ender, hvilket tillader skabelse af buede overflader. Dette navn eksisterer ikke i geometrien og blev valgt af forskere efter nøje overvejelse og på grund af ligheden mellem scutoid og formen af en scutellum af en bille, som er den bageste ende af et insekts thorax.
Scutoid form er rigeligt
Forskere brugte beregningsmodelleringsteknik ved at bruge Voronoi-diagrammer. Dette er det mest brugte værktøj til at forstå geometriske former på tværs af forskellige felter. Modelleringseksperimenter viste, at når krumningen i vævet øges, brugte celler, der udgør disse væv, mere komplekse former end blot søjler og flaskeformer som tidligere antaget. Epitelcellerne antager en form, som tidligere ikke er beskrevet, og denne særlige form hjælper cellerne med at gøre dem mere energieffektive og samtidig maksimere en stabil pakning. Forskere så nøje på tredimensionel pakning af forskellige væv i forskellige dyr for at analysere deres synspunkter. Eksperimentelle data fastslog, at epitelceller adopterer meget ens 3D motiver som forudsagt ved beregningsmodellering. Altså dette ny form scutoid hjælper med at bøje og bukke og giver mulighed for den mest optimale måde for cellerne at forblive stabilt pakket. Efter at have fastslået, at der eksisterer en ny form, udforskede forskere i andre organismer for tilstedeværelsen af scutoid-lignende form, og de fandt ud af, at denne form var rigeligt til stede. Disse scutoid-lignende former er også blevet fundet i epitelceller fra zebrafisk og spytkirtler hos frugtfluer og især i de områder, hvor væv krævede at bue mest i stedet for at have et fladt udseende.
Dette er en meget interessant og unik opdagelse, som kan fremme vores forståelse og hjælpe os med at kontrollere tredimensionel organisering af organer (morfogenese). Det kan kaste mere lys over, hvad der sker, når et organ ikke dannes korrekt, hvilket fører til sygdomme. Det kunne være til enorm hjælp inden for dyrkning af kunstige organer og vævsteknologi, da bygning af stilladser med korrekt pakningsstruktur ville føre til bedre resultater. Opdagelsen af denne nye form har potentielle anvendelser på tværs af forskellige videnskabelige områder.
***
Kilde (r)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Scutoids er en geometrisk løsning på tredimensionel pakning af epitel. Nature Communications. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
