Avastatud on uus geomeetriline kujund, mis võimaldab kõverate kudede ja elundite valmistamisel epiteelirakkude kolmemõõtmelist pakkimist.
Iga elusorganism saab alguse üksikuna rakk, mis jagunevad seejärel rohkemateks rakkudeks, mis jagunevad ja jagunevad kuni miljarditeni rakkude on moodustatud kogu organismi loomiseks. See on üks mõistatuslikumaid aspekte bioloogia kuidas rakkudest alustades moodustuvad kõigepealt kuded ja seejärel elundid. Põhimõtteliselt muutub embrüo lihtsast struktuurist, mille moodustavad vaid mõned rakud, keerukate elunditega elusorganism. Näiteks miljonid epiteelirakud pakivad kokku, moodustades inim- nahk, meie suurim organ ja tugevaim barjäär. Kui meie nahk oli täiesti tasane pind, tuntud geomeetrilisi kujundeid sai kokku virnastada, et nahka ehitada. Kuid kuna meie keha pole lame, peavad epiteelirakud end kõverduma ja painduma. Epiteelirakud ei moodusta mitte ainult meie naha väliskihti, vaid ka vooderdavad seda veri veresooned ja kõigi loomade elundid. Kui embrüo areneb, kudede (koostatud rakkudest) painduvad ja moodustavad keerulisi kolmemõõtmelisi kujundeid, millest saavad seejärel sellised elundid nagu süda või maks jne. Algplokid epiteelirakud "liiguvad" ja "ühendavad" omavahel organiseerudes ja tihedalt pakkides, et anda elundile lõplik kolme mõõtmetega kuju, kuna enamik elundeid on kõverad struktuurid. Selle kõveruse nõude tõttu on arusaadav, et elundeid ääristavad epiteelirakud peavad embrüo kasvu ajal embrüo kasvu ajal organeid ümbritsema. Epiteelirakud täidavad ka muid funktsioone, nagu barjääri moodustamine nakkuste vastu ja toitainete imendumine.
Avastati uus kuju!
Hispaania Sevilla ülikooli ja USA Lehighi ülikooli teadlased järeldavad oma ajakirjas Nature Communications avaldatud uuringus, et epiteelirakud võtavad kuju, mis sarnaneb "keerdunud prismadega". Seda uut kindlat geomeetrilist kuju on nimetatud kui "skutoid'. See kuju võimaldab epiteelirakkudel saavutada oma eesmärki pakkuda elunditele kolmemõõtmelist katet. Scutoid on prismalaadne struktuur, mille ühel küljel on kuus külge ja teisel pool viis külge ning prisma ühel pikal serval on kolmnurkne tahk. See ainulaadne scutoidi struktuur võimaldab neid kokku virnastada vahelduvate viie- ja kuuepoolsete otstega, mis võimaldab luua kumeraid pindu. Seda nime geomeetrias ei eksisteeri ja teadlased valisid selle pärast hoolikat kaalumist ja tänu sarnasusele mardika scutellum'i kujuga, mis on putuka rindkere tagumine ots.
Scutoid kuju on rikkalik
Teadlased kasutasid arvutusliku modelleerimise tehnikat, kasutades Voronoi diagrammi. See on kõige sagedamini kasutatav tööriist erinevate väljade geomeetriliste kujundite mõistmiseks. Modelleerimiskatsed näitasid, et koe kumeruse suurenedes kasutasid neid kudesid moodustavad rakud keerukamaid kujundeid kui lihtsalt sambad ja pudelikujud, nagu varem arvati. Epiteelirakud omandavad kuju, mida varem pole kirjeldatud, ja see konkreetne kuju aitab rakkudel muuta need energiatõhusamaks, maksimeerides samal ajal ühtlast pakkimist. Teadlased uurisid tähelepanelikult erinevate loomade erinevate kudede kolmemõõtmelist pakkimist, et analüüsida nende seisukohti. Eksperimentaalsed andmed näitasid, et epiteelirakud võtavad väga sarnased 3D motiivid, nagu ennustas arvutuslik modelleerimine. Niisiis, see uus kuju scutoid aitab painutada ja kõverdada ning võimaldab rakkudel kõige optimaalseimat moodust stabiilselt pakituna püsida. Olles kindlaks teinud, et uus kuju on olemas, uurisid teadlased teistes organismides scutoid-sarnase kuju olemasolu ja leidsid, et seda kuju esineb ohtralt. Neid scutoid-sarnaseid kujundeid on leitud ka sebrakalade epiteelirakkudes ja äädikakärbeste süljenäärmetes ning eriti nendes piirkondades, kus kude peab lameda välimuse asemel kõige rohkem kõverduma.
See on väga huvitav ja ainulaadne avastus, mis võib edendada meie arusaamist ja aidata meil kontrollida elundite kolmemõõtmelist korraldust (morfogenees). See võib anda rohkem teavet selle kohta, mis juhtub siis, kui organ ei moodustu õigesti, mis põhjustab haigusi. See võib olla tohutult abiks tehisorganite kasvatamise ja koetehnoloogia valdkonnas, kuna õige pakkimisstruktuuriga tellingute ehitamine annaks paremaid tulemusi. Selle uue kuju avastamisel on potentsiaalseid rakendusi erinevates teadusvaldkondades.
***
{Saate lugeda esialgset uurimistööd, klõpsates alltoodud allika(te) loendis DOI lingil}
Allikas (d)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Scutoids on geomeetriline lahendus epiteeli kolmemõõtmeliseks pakkimiseks. Nature Communications. 9 lõige 1.
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
