Byl objeven nový geometrický tvar, který umožňuje trojrozměrné balení epiteliálních buněk při vytváření zakřivených tkání a orgánů.
Každý živý organismus začíná jako jediný buňka, které se pak rozdělí na více buněk, které se dále dělí a rozdělují až na miliardy buněk jsou tvořeny k vytvoření celého organismu. Je to jeden z nejzáhadnějších aspektů biologie jak počínaje buňkami vznikají nejprve tkáně a poté orgány. V podstatě jednoduchá struktura embrya tvořená pouze několika buňkami se stává živým organismem se složitými orgány. Například miliony epiteliálních buněk se shlukují a tvoří člověk kůže, náš největší orgán a nejsilnější bariéra. Pokud naše kůže byl zcela plochý povrch, známé geometrické tvary bylo možné skládat dohromady a vytvářet tak kůži. Ale protože naše tělo není ploché, tyto epiteliální buňky se musí zakřivit a ohýbat. Epiteliální buňky tvoří nejen vnější vrstvu naší pokožky, ale také ji vystýlají krev cév i orgánů u všech živočichů. Když se embryo vyvíjí, tkáně (vyrobené z buněk) se ohýbají a tvoří složité trojrozměrné tvary, které se pak stávají orgány, jako je srdce nebo játra atd. Počáteční bloky epiteliální buňky se „pohybují“ a „spojují“ dohromady, aby se zorganizovaly a pevně se sbalily, aby daly orgánu konečný trojrozměrný rozměrný tvar, protože většina orgánů jsou zakřivené struktury. Vzhledem k tomuto požadavku na zakřivení se rozumí, že epiteliální buňky, které vystýlají orgány, musí přijmout sloupcovitý nebo lahvový tvar, aby mohly obklopovat orgány, zatímco embryo roste. Epiteliální buňky také poskytují další funkce, jako je vytváření bariéry proti infekcím a vstřebávání živin.
Objeven nový tvar!
Výzkumníci ze Seville University ve Španělsku a Lehigh University v USA ve své studii publikované v Nature Communications dospěli k závěru, že epiteliální buňky mají tvar podobný „zkrouceným hranolům“. Tento nový pevný geometrický tvar byl nazván jako „scutoid'. Tento tvar umožňuje epiteliálním buňkám dosáhnout jejich účelu poskytovat trojrozměrný kryt orgánů. Scutoid je struktura podobná hranolu se šesti stranami na jedné straně a pěti na druhé straně spolu s trojúhelníkovou plochou na jedné z dlouhých hran hranolu. Tato jedinečná struktura scutoidu umožňuje jejich stohování se střídajícími se pětistrannými a šestistrannými konci, což umožňuje vytvoření zakřivených ploch. Toto jméno v geometrii neexistuje a bylo vybráno výzkumníky po pečlivém zvážení a kvůli podobnosti scutoidu s tvarem štítku brouka, který je zadním koncem hrudníku hmyzu.
Scutoidní tvar je hojný
Výzkumníci použili techniku výpočetního modelování využívající Voronoiho diagramy. Toto je nejběžněji používaný nástroj k pochopení geometrických tvarů v různých polích. Modelovací experimenty ukázaly, že jak se zakřivení ve tkáni zvyšuje, buňky tvořící tyto tkáně používají složitější tvary než jen sloupce a tvary lahví, jak se dříve věřilo. Epiteliální buňky mají tvar, který nebyl dříve popsán, a tento konkrétní tvar pomáhá buňkám, aby byly energeticky účinnější a zároveň maximalizovaly stabilní balení. Vědci se podrobně podívali na trojrozměrné balení různých tkání u různých zvířat, aby analyzovali jejich názory. Experimentální data prokázala, že epiteliální buňky jsou velmi podobné 3D motivy předpovězené výpočtovým modelováním. Takže tohle nový tvar scutoid pomáhá při ohýbání a zakřivení a umožňuje nejoptimálnější způsob, jak buňky zůstat stabilně zabaleny. Jakmile vědci zjistili, že existuje nový tvar, zkoumali v jiných organismech přítomnost tvaru podobného scutoidu a zjistili, že tento tvar je hojně přítomen. Tyto scutoidní tvary byly také nalezeny v epiteliálních buňkách zebřiček a slinných žlázách ovocných mušek a zejména v těch oblastech, kde se tkáň vyžaduje, aby se nejvíce zakřivila, než aby měla plochý vzhled.
Jedná se o velmi zajímavý a jedinečný objev, který může prohloubit naše porozumění a pomoci nám řídit trojrozměrnou organizaci orgánů (morfogenezi). Může vrhnout více světla na to, co se stane, když se orgán nevytvoří správně, což vede k nemocem. Mohlo by to být nesmírnou pomocí v oblasti pěstování umělých orgánů a tkáňového inženýrství, protože budování lešení se správnou strukturou balení by vedlo k lepším výsledkům. Objev tohoto nového tvaru má potenciální aplikace v různých vědeckých oborech.
***
{Původní výzkumný dokument si můžete přečíst kliknutím na odkaz DOI uvedený níže v seznamu citovaných zdrojů}
Zdroje)
Gómez-Gálvez P a kol. 2018. Scutoidy jsou geometrickým řešením trojrozměrného balení epitelu. Nature Communications. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
