Ανακαλύφθηκε ένα νέο γεωμετρικό σχήμα που επιτρέπει την τρισδιάστατη συσσώρευση των επιθηλιακών κυττάρων κατά την κατασκευή καμπυλωτών ιστών και οργάνων.
Κάθε ζωντανός οργανισμός ξεκινά ως ενιαίος κύτταρο, τα οποία στη συνέχεια διαιρούνται σε περισσότερα κελιά, τα οποία περαιτέρω διαιρούνται και υποδιαιρούνται μέχρι δισεκατομμύρια κυττάρων σχηματίζονται για να δημιουργήσουν ολόκληρο τον οργανισμό. Είναι μια από τις πιο αινιγματικές πτυχές του βιολογία πώς ξεκινώντας από τα κύτταρα σχηματίζονται πρώτα οι ιστοί και μετά τα όργανα. Ουσιαστικά, μια απλή δομή του εμβρύου που σχηματίζεται από λίγα μόνο κύτταρα γίνεται ένας ζωντανός οργανισμός με πολύπλοκα όργανα. Για παράδειγμα, εκατομμύρια επιθηλιακά κύτταρα συσσωρεύονται για να σχηματίσουν το ανθρώπινος δέρμα, το μεγαλύτερο όργανό μας και το ισχυρότερο φράγμα. Αν μας δέρμα ήταν μια εντελώς επίπεδη επιφάνεια, γνωστά γεωμετρικά σχήματα μπορούσαν να στοιβάζονται μαζί για να χτίσουν το δέρμα. Αλλά επειδή το σώμα μας δεν είναι επίπεδο, αυτά τα επιθηλιακά κύτταρα πρέπει να λυγίσουν και να λυγίσουν μόνα τους. Τα επιθηλιακά κύτταρα δεν σχηματίζουν απλώς το εξωτερικό στρώμα του δέρματός μας, αλλά και το ευθυγραμμίζουν αίμα αγγεία καθώς και τα όργανα σε όλα τα ζώα. Όταν ένα έμβρυο αναπτύσσεται, ιστούς (από κύτταρα) λυγίζουν και σχηματίζουν περίπλοκα τρισδιάστατα σχήματα που στη συνέχεια γίνονται όργανα όπως καρδιά ή συκώτι κ.λπ. σχήμα διαστάσεων αφού τα περισσότερα όργανα είναι καμπύλες δομές. Λόγω αυτής της απαίτησης καμπυλότητας, είναι κατανοητό ότι τα επιθηλιακά κύτταρα που επενδύουν τα όργανα πρέπει να υιοθετήσουν σχήματα στηλών ή φιαλών για να μπορούν να περιβάλλουν όργανα ενώ το έμβρυο αναπτύσσεται. Τα επιθηλιακά κύτταρα παρέχουν επίσης άλλες λειτουργίες, όπως το σχηματισμό φραγμού κατά των λοιμώξεων και την απορρόφηση των θρεπτικών συστατικών.
Ανακαλύφθηκε ένα νέο σχήμα!
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Σεβίλλης της Ισπανίας και στο Πανεπιστήμιο Lehigh των ΗΠΑ συμπεραίνουν στη μελέτη τους που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications ότι τα επιθηλιακά κύτταρα υιοθετούν ένα σχήμα που μοιάζει με «στριμμένα πρίσματα». Αυτό το νέο συμπαγές γεωμετρικό σχήμα έχει ονομαστεί ως «σκουτοειδές'. Αυτό το σχήμα επιτρέπει στα επιθηλιακά κύτταρα να επιτύχουν τον σκοπό τους να παρέχουν τρισδιάστατη κάλυψη στα όργανα. Το Scutoid είναι μια δομή που μοιάζει με πρίσμα, με έξι πλευρές στη μία πλευρά και πέντε στην άλλη μαζί με μια τριγωνική όψη σε μία από τις μακριές άκρες του πρίσματος. Αυτή η μοναδική δομή του σκουτοειδούς καθιστά δυνατή τη στοίβαξή τους με εναλλασσόμενα άκρα πέντε όψεων και έξι πλευρών, επιτρέποντας τη δημιουργία καμπύλων επιφανειών. Αυτό το όνομα δεν υπάρχει στη γεωμετρία και επιλέχθηκε από τους ερευνητές μετά από προσεκτική εξέταση και λόγω της ομοιότητας του σκουτοειδούς με το σχήμα ενός σκαθαριού που είναι το οπίσθιο άκρο του θώρακα ενός εντόμου.
Το σκουτοειδές σχήμα είναι άφθονο
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τεχνική υπολογιστικής μοντελοποίησης χρησιμοποιώντας διαγράμματα Voronoi. Αυτό είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο εργαλείο για την κατανόηση γεωμετρικών σχημάτων σε διαφορετικά πεδία. Πειράματα μοντελοποίησης έδειξαν ότι καθώς αυξάνεται η καμπυλότητα στον ιστό, τα κύτταρα που αποτελούν αυτούς τους ιστούς χρησιμοποιούσαν πιο πολύπλοκα σχήματα από στήλες και σχήματα μπουκαλιών όπως πίστευαν προηγουμένως. Τα επιθηλιακά κύτταρα υιοθετούν ένα σχήμα που δεν είχε περιγραφεί προηγουμένως και αυτό το συγκεκριμένο σχήμα βοηθά τα κύτταρα να τα κάνουν πιο ενεργειακά αποδοτικά ενώ μεγιστοποιούν μια σταθερή συσσώρευση. Οι ερευνητές εξέτασαν προσεκτικά την τρισδιάστατη συσκευασία διαφόρων ιστών σε διαφορετικά ζώα για να αναλύσουν τις απόψεις τους. Πειραματικά δεδομένα έδειξαν ότι τα επιθηλιακά κύτταρα υιοθετούν πολύ παρόμοια 3D μοτίβα όπως προβλέπονται από την υπολογιστική μοντελοποίηση. Λοιπόν, αυτό νέο σχήμα Το scutoid βοηθά στην κάμψη και την καμπυλότητα και επιτρέπει τον βέλτιστο τρόπο για τα κύτταρα να παραμένουν σταθερά συσκευασμένα. Μόλις διαπίστωσαν ότι υπάρχει ένα νέο σχήμα, οι ερευνητές διερεύνησαν σε άλλους οργανισμούς για την παρουσία σχήματος που μοιάζει με σκουτοειδές και διαπίστωσαν ότι αυτό το σχήμα ήταν άφθονα παρόν. Αυτά τα σχήματα που μοιάζουν με σκουτοειδείς έχουν επίσης βρεθεί στα επιθηλιακά κύτταρα των ψαριών ζέβρας και στους σιελογόνους αδένες των φρουτόμυγων και ειδικά σε εκείνες τις περιοχές όπου ο ιστός χρειάζεται να καμπυλωθεί περισσότερο αντί να έχει επίπεδη εμφάνιση.
Αυτή είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα και μοναδική ανακάλυψη που μπορεί να βελτιώσει την κατανόησή μας και να μας βοηθήσει να ελέγξουμε την τρισδιάστατη οργάνωση των οργάνων (μορφογένεση). Μπορεί να ρίξει περισσότερο φως στο τι συμβαίνει όταν ένα όργανο δεν σχηματίζεται σωστά οδηγώντας σε ασθένειες. Θα μπορούσε να είναι τεράστια βοήθεια στον τομέα της ανάπτυξης τεχνητών οργάνων και της μηχανικής ιστών, καθώς η κατασκευή ικριωμάτων με σωστή δομή συσκευασίας θα οδηγούσε σε καλύτερα αποτελέσματα. Η ανακάλυψη αυτού του νέου σχήματος έχει πιθανές εφαρμογές σε διάφορα επιστημονικά πεδία.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Τα Scutoids είναι μια γεωμετρική λύση στην τρισδιάστατη συσσώρευση των επιθηλίων. Nature Communications. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
