Otkriven je novi geometrijski oblik koji omogućuje trodimenzionalno pakiranje epitelnih stanica pri izradi zakrivljenih tkiva i organa.
Svaki živi organizam počinje kao jedan ćelija, koje se zatim dijele u više stanica, koje se dalje dijele i dalje dijele do milijardi stanice nastaju za stvaranje cijelog organizma. To je jedan od najzagonetnijih aspekata biologija kako polazeći od stanica nastaju najprije tkiva, a potom i organi. U biti, jednostavna struktura embrija koju čini samo nekoliko stanica postaje živi organizam koji ima složene organe. Na primjer, milijuni epitelnih stanica skupljaju se kako bi formirali ljudski kožu, naš najveći organ i najjaču barijeru. Ako naš koža bila potpuno ravna površina, poznati geometrijski oblici mogli su se slagati zajedno da bi se izgradila koža. Ali budući da naše tijelo nije ravno, ove se epitelne stanice moraju same krivuljati i savijati. Epitelne stanice ne samo da tvore vanjski sloj naše kože, već ga i oblažu krv žile kao i organi kod svih životinja. Kada se embrij razvija, tkiva (napravljene od stanica) savijaju se i tvore složene trodimenzionalne oblike koji zatim postaju organi poput srca ili jetre itd. Početni blokovi epitelne stanice se 'pomiču' i 'spajaju' zajedno kako bi se organizirale i čvrsto pakirale kako bi organu dale konačnu trostruku dimenzionalni oblik jer je većina organa zakrivljene strukture. Zbog ovog zahtjeva za zakrivljenošću, podrazumijeva se da epitelne stanice koje oblažu organe moraju poprimiti stupčaste oblike ili oblike boce kako bi mogle okruživati organe dok embrij raste. Epitelne stanice također obavljaju druge funkcije poput stvaranja barijere protiv infekcija i apsorpcije hranjivih tvari.
Otkriven novi oblik!
Istraživači sa Sveučilišta Seville u Španjolskoj i Sveučilišta Lehigh u SAD-u zaključuju u svojoj studiji objavljenoj u Nature Communications da epitelne stanice poprimaju oblik nešto sličan 'upletenim prizmama'. Ovaj novi čvrsti geometrijski oblik nazvan je kao 'skutoidni'. Ovaj oblik omogućuje epitelnim stanicama da postignu svoju svrhu osiguravanja trodimenzionalnog pokrivanja organa. Scutoid je struktura nalik prizmi, sa šest strana s jedne strane i pet s druge strane zajedno s trokutom na jednom od dugih rubova prizme. Ova jedinstvena struktura skutoida omogućuje njihovo slaganje zajedno s naizmjeničnim petostranim i šestostranim krajevima što omogućuje stvaranje zakrivljenih površina. Ovo ime ne postoji u geometriji, a istraživači su ga odabrali nakon pomnog razmatranja i zbog sličnosti skutoida s oblikom skuteluma buba koji je stražnji kraj prsnog koša kukca.
Skutoidni oblik je obilan
Istraživači su koristili tehniku računalnog modeliranja koristeći Voronoijev dijagram. Ovo je najčešće korišteni alat za razumijevanje geometrijskih oblika u različitim poljima. Eksperimenti modeliranja pokazali su da kako se zakrivljenost tkiva povećava, stanice koje čine ta tkiva koristile su složenije oblike od samo stupova i oblika boca kako se ranije vjerovalo. Epitelne stanice poprimaju oblik koji prethodno nije opisan, a ovaj oblik pomaže stanicama da postanu energetski učinkovitije uz maksimaliziranje postojanog pakiranja. Istraživači su pomno promatrali trodimenzionalno pakiranje različitih tkiva u različitim životinjama kako bi analizirali njihove poglede. Eksperimentalni podaci su pokazali da epitelne stanice usvajaju vrlo slično 3D motivi kako je predviđeno računalnim modeliranjem. Tako da je ovo novi oblik scutoid pomaže u savijanju i savijanju i omogućuje najoptimalniji način da stanice ostanu stabilno zbijene. Nakon što su ustanovili da postoji novi oblik, istraživači su istraživali u drugim organizmima prisutnost oblika nalik na skutoid i otkrili da je ovaj oblik bio u izobilju. Ovi skutoidni oblici također su pronađeni u epitelnim stanicama riba zebre i žlijezdama slinovnicama voćnih mušica, a posebno u onim regijama gdje se tkivo mora najviše savijati umjesto da ima plosnati izgled.
Ovo je vrlo zanimljivo i jedinstveno otkriće koje može unaprijediti naše razumijevanje i pomoći nam u kontroli trodimenzionalne organizacije organa (morfogeneza). Može baciti više svjetla na ono što se događa kada se organ ne formira ispravno što dovodi do bolesti. To bi moglo biti od velike pomoći u području uzgoja umjetnih organa i inženjeringa tkiva jer bi izgradnja skela s pravilnom strukturom pakiranja dovela do boljih rezultata. Otkriće ovog novog oblika ima potencijalnu primjenu u raznim znanstvenim područjima.
***
{Izvorni istraživački rad možete pročitati klikom na vezu DOI koja se nalazi u nastavku na popisu citiranih izvora}
Izvor (i)
Gómez-Gálvez P i sur. 2018. Skutoidi su geometrijsko rješenje za trodimenzionalno pakiranje epitela. Nature Communications. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
