یک شکل هندسی جدید کشف شده است که امکان بسته بندی سه بعدی سلول های اپیتلیال را هنگام ساخت بافت ها و اندام های منحنی فراهم می کند.
هر موجود زنده ای به عنوان یک موجود آغاز می شود سلول، که سپس به سلول های بیشتری تقسیم می شوند، که بیشتر تقسیم می شوند و تا میلیاردها تقسیم می شوند سلول های برای ایجاد کل ارگانیسم تشکیل می شوند. یکی از مبهم ترین جنبه های آن است زیست شناسی چگونه با شروع از سلول ها، ابتدا بافت ها و سپس اندام ها تشکیل می شوند. اساساً، یک ساختار ساده از جنین که تنها توسط چند سلول تشکیل شده است، به یک موجود زنده با اندام های پیچیده تبدیل می شود. به عنوان مثال، میلیون ها سلول اپیتلیال در کنار هم قرار می گیرند تا سلول را تشکیل دهند انسان پوست، بزرگترین اندام و قوی ترین سد ما. اگر ما پوست یک سطح کاملاً مسطح بود، اشکال هندسی شناخته شده را می‌توان برای ساختن پوست در کنار هم چید. اما از آنجایی که بدن ما صاف نیست، این سلول های اپیتلیال باید خود را منحنی کرده و خم کنند. سلول های اپیتلیال نه تنها لایه بیرونی پوست ما را تشکیل می دهند، بلکه آنها را نیز پوشش می دهند خون عروق و همچنین اندام ها در همه حیوانات. زمانی که جنین در حال رشد است، بافت (از سلول ها) خم می شوند و اشکال سه بعدی پیچیده ای را تشکیل می دهند که سپس به اندام هایی مانند قلب یا کبد و غیره تبدیل می شوند. بلوک های آغازین سلول های اپیتلیال "حرکت" می کنند و به هم می پیوندند تا خود را سازماندهی کنند و محکم بسته شوند تا یک اندام سه بعدی خود را به دست آورند. شکل بعدی از آنجایی که اکثر اندام ها ساختارهای منحنی هستند. به دلیل این نیاز به انحنا، فهمیده می‌شود که سلول‌های اپیتلیال که اندام‌ها را می‌پوشانند، باید شکل‌های ستونی یا بطری داشته باشند تا بتوانند در حین رشد جنین، اندام‌ها را احاطه کنند. سلول های اپیتلیال همچنین عملکردهای دیگری مانند ایجاد سدی در برابر عفونت ها و جذب مواد مغذی را انجام می دهند.
شکل جدیدی کشف شد!
محققان دانشگاه سویل، اسپانیا و دانشگاه لیهای، ایالات متحده در مطالعه خود که در Nature Communications منتشر شده است، به این نتیجه رسیدند که سلول های اپیتلیال شکلی شبیه به "منشورهای پیچ خورده" دارند. این شکل هندسی جامد جدید به نام "اسکوئید'. این شکل سلول‌های اپیتلیال را قادر می‌سازد تا به هدف خود که پوشش سه‌بعدی برای اندام‌ها است، برسند. اسکوتوئید ساختاری شبیه منشور است که دارای شش ضلع در یک طرف و پنج ضلع در سمت دیگر همراه با یک مثلث در یکی از لبه های بلند منشور است. این ساختار منحصر به فرد اسکوتوئید امکان قرار دادن آنها را با انتهای متناوب پنج وجهی و شش وجهی فراهم می کند که امکان ایجاد سطوح منحنی را فراهم می کند. این نام در هندسه وجود ندارد و پس از بررسی دقیق و به دلیل شباهت اسکوتوئید به شکل اسکوتلوم سوسک که انتهای خلفی قفسه سینه حشره است، توسط محققان انتخاب شده است.
شکل اسکوتوئید فراوان است
محققان از تکنیک مدل‌سازی محاسباتی با استفاده از نمودار Voronoi استفاده کردند. این رایج ترین ابزار مورد استفاده برای درک اشکال هندسی در زمینه های مختلف است. آزمایش‌های مدل‌سازی نشان داد که با افزایش انحنای بافت، سلول‌های تشکیل‌دهنده این بافت‌ها از اشکال پیچیده‌تری نسبت به ستون‌ها و شکل‌های بطری استفاده می‌کنند. سلول‌های اپیتلیال شکلی را به خود می‌گیرند که قبلاً توضیح داده نشده بود و این شکل خاص به سلول‌ها کمک می‌کند تا انرژی آنها را کارآمدتر کنند و در عین حال بسته‌بندی ثابت را به حداکثر برسانند. محققان برای تجزیه و تحلیل دیدگاه های آنها، بسته بندی سه بعدی بافت های مختلف در حیوانات مختلف را از نزدیک بررسی کردند. داده های تجربی نشان داد که سلول های اپیتلیال بسیار مشابه هستند 3D موتیف هایی که توسط مدل سازی محاسباتی پیش بینی شده اند. بنابراین، این شکل جدید اسکوتوئید به خم شدن و انحنا کمک می کند و بهینه ترین راه را برای سلول ها برای بسته ماندن پایدار می دهد. به محض اینکه مشخص شد شکل جدیدی وجود دارد، محققان در موجودات دیگر برای وجود شکلی شبیه اسکوتوئید جستجو کردند و دریافتند که این شکل به وفور وجود دارد. این اشکال شبیه اسکوتوئید همچنین در سلول‌های اپیتلیال ماهی گورخر و غدد بزاقی مگس‌های میوه و به‌ویژه در مناطقی که بافت‌ها به جای داشتن ظاهری صاف نیاز به خمیدگی بیشتری دارند، یافت شده‌اند.
این یک کشف بسیار جالب و منحصر به فرد است که می تواند درک ما را بیشتر کند و به ما در کنترل سازماندهی سه بعدی اندام ها (مورفوژنز) کمک کند. این می‌تواند روشن کند که چه اتفاقی می‌افتد وقتی یک عضو به درستی شکل نمی‌گیرد و منجر به بیماری می‌شود. این می تواند کمک بزرگی در زمینه رشد اندام های مصنوعی و مهندسی بافت باشد زیرا ساخت داربست هایی با ساختار بسته بندی صحیح منجر به نتایج بهتری می شود. کشف این شکل جدید کاربردهای بالقوه ای در زمینه های مختلف علمی دارد.
***
{شما می‌توانید مقاله پژوهشی اصلی را با کلیک بر روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}
منبع (ها)
گومز-گالوز پی و همکاران. 2018. Scutoids یک راه حل هندسی برای بسته بندی سه بعدی اپیتلیوم است. طبیعت ارتباطات. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
