Es wurde eine neue geometrische Form entdeckt, die eine dreidimensionale Packung von Epithelzellen bei der Herstellung gekrümmter Gewebe und Organe ermöglicht.
Jeder lebende Organismus beginnt als einzelner Zelle, die sich dann in weitere Zellen teilen, die sich weiter teilen und unterteilen, bis es Milliarden von Zellen gibt Zellen werden gebildet, um den gesamten Organismus zu erschaffen. Es ist einer der rätselhaftesten Aspekte von Biologie wie aus Zellen zunächst Gewebe und dann Organe entstehen. Im Wesentlichen wird aus einer einfachen Struktur des Embryos, die aus nur wenigen Zellen besteht, ein lebender Organismus mit komplexen Organen. Beispielsweise packen sich Millionen von Epithelzellen zusammen, um das zu bilden human Haut, unser größtes Organ und stärkste Barriere. Falls unser Haare Da es sich um eine völlig flache Oberfläche handelte, konnten bekannte geometrische Formen zu einer Haut gestapelt werden. Da unser Körper jedoch nicht flach ist, müssen sich diese Epithelzellen krümmen und biegen. Epithelzellen bilden nicht nur die äußere Schicht unserer Haut, sondern sie kleiden sie auch aus Blut Gefäße sowie die Organe aller Tiere. Wenn sich ein Embryo entwickelt, Gewebe (aus Zellen) biegen sich und bilden komplexe dreidimensionale Formen, die dann zu Organen wie Herz oder Leber usw. werden. Die Ausgangsblöcke Epithelzellen „bewegen“ sich und „verbinden“ sich, um sich zu organisieren und dicht zusammenzupacken, um einem Organ seine endgültige Form zu geben. dimensionale Form, da die meisten Organe gebogene Strukturen sind. Aufgrund dieses Krümmungserfordernisses wird davon ausgegangen, dass Epithelzellen, die die Organe auskleiden, eine Säulen- oder Flaschenform annehmen müssen, um die Organe während des Wachstums des Embryos umgeben zu können. Epithelzellen erfüllen auch andere Funktionen wie die Bildung einer Barriere gegen Infektionen und die Aufnahme von Nährstoffen.
Eine neue Form entdeckt!
Forscher der Universität Sevilla (Spanien) und der Universität Lehigh (USA) kommen in ihrer in Nature Communications veröffentlichten Studie zu dem Schluss, dass Epithelzellen eine Form annehmen, die „verdrehten Prismen“ ähnelt. Diese neue feste geometrische Form wurde als 'Skutoid'. Diese Form ermöglicht es Epithelzellen, ihren Zweck zu erfüllen, Organe dreidimensional zu bedecken. Scutoid ist eine prismenartige Struktur mit sechs Seiten auf einer Seite und fünf auf der anderen Seite sowie einer Dreiecksfläche an einer der langen Kanten des Prismas. Diese einzigartige Struktur von Scutoid ermöglicht es, sie mit abwechselnden fünfseitigen und sechsseitigen Enden zu stapeln, wodurch gewölbte Oberflächen geschaffen werden können. Dieser Name existiert in der Geometrie nicht und wurde von Forschern nach sorgfältiger Überlegung und aufgrund der Ähnlichkeit des Scutoids mit der Form eines Scutellums eines Käfers gewählt, das das hintere Ende des Brustkorbs eines Insekts ist.
Scutoid-Form ist reichlich vorhanden
Die Forscher verwendeten computergestützte Modellierungstechniken unter Verwendung von Voronoi-Diagrammen. Dies ist das am häufigsten verwendete Werkzeug, um geometrische Formen in verschiedenen Bereichen zu verstehen. Modellierungsexperimente zeigten, dass mit zunehmender Krümmung des Gewebes die Zellen, aus denen diese Gewebe bestanden, komplexere Formen verwendeten als nur Säulen- und Flaschenformen, wie früher angenommen. Die Epithelzellen nehmen eine bisher nicht beschriebene Form an und diese besondere Form hilft den Zellen, sie energieeffizienter zu machen und gleichzeitig eine gleichmäßige Packung zu maximieren. Die Forscher haben sich die dreidimensionale Packung verschiedener Gewebe bei verschiedenen Tieren genau angesehen, um ihre Ansichten zu analysieren. Experimentelle Daten zeigten, dass Epithelzellen sehr ähnlich annehmen 3D Motive, wie sie durch Computermodellierung vorhergesagt wurden. Also das neue Form Scutoid hilft beim Biegen und Krümmen und ermöglicht den optimalsten Weg für die Zellen, stabil verpackt zu bleiben. Nachdem die Forscher festgestellt hatten, dass eine neue Form existiert, untersuchten die Forscher in anderen Organismen das Vorhandensein einer skutoiden Form und fanden heraus, dass diese Form reichlich vorhanden war. Diese Scutoid-ähnlichen Formen wurden auch in Epithelzellen von Zebrafischen und Speicheldrüsen von Fruchtfliegen gefunden und insbesondere in den Regionen, in denen das Gewebe am stärksten gebogen werden musste, anstatt ein flaches Aussehen zu haben.
Dies ist eine sehr interessante und einzigartige Entdeckung, die unser Verständnis fördern und uns helfen kann, die dreidimensionale Organisation von Organen (Morphogenese) zu kontrollieren. Es kann mehr Licht darauf bringen, was passiert, wenn sich ein Organ nicht richtig bildet und zu Krankheiten führt. Es könnte im Bereich der Züchtung künstlicher Organe und des Tissue Engineering von immenser Hilfe sein, da der Bau von Gerüsten mit der richtigen Packungsstruktur zu besseren Ergebnissen führen würde. Die Entdeckung dieser neuen Form hat potenzielle Anwendungen in verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen.
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{Sie können das ursprüngliche Forschungspapier lesen, indem Sie auf den unten angegebenen DOI-Link in der Liste der zitierten Quellen klicken}
Quelle (n)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Scutoids sind eine geometrische Lösung für die dreidimensionale Packung von Epithel. Nature Communications veröffentlicht . 9(1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
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