Ný rúmfræðileg lögun hefur fundist sem gerir þekjufrumum kleift að pakka í þrívídd við gerð bogadregna vefja og líffæra.
Sérhver lifandi lífvera byrjar sem ein klefi, sem síðan skipta sér í fleiri frumur, sem skipta sér frekar og undirskipta þar til milljarðar af frumur eru mynduð til að búa til alla lífveruna. Það er einn af ráðgátulegasti þáttum þess líffræði hvernig byrjað er á frumum, fyrst vefir og síðan líffæri myndast. Í meginatriðum verður einföld uppbygging fósturvísisins sem myndast af aðeins fáum frumum lifandi lífvera með flókin líffæri. Til dæmis pakka milljónir þekjufrumna saman til að mynda manna húð, stærsta líffæri okkar og sterkasta hindrunin. Ef okkar húð var alveg flatt yfirborð, þekkt geometrísk form var hægt að stafla saman til að byggja upp húð. En þar sem líkami okkar er ekki flatur þurfa þessar þekjufrumur að sveigjast og beygja sig. Þekjufrumur mynda ekki bara ytra lagið á húðinni okkar, heldur klæðast þær líka blóð æðar sem og líffæri í öllum dýrum. Þegar fósturvísir er að þróast, vefi (gert úr frumum) beygja sig og mynda flókin þrívíð form sem síðan verða að líffærum eins og hjarta eða lifur o.s.frv. Upphafsblokkirnar þekjufrumur 'hreyfast' og 'tengjast' saman til að skipuleggja sig og pakka þétt saman til að gefa líffæri sitt síðasta þrí- víddarform þar sem flest líffæri eru bogadregin. Vegna þessarar sveigjukröfu er litið svo á að þekjufrumur sem klæðast líffærunum þurfa að taka upp súlulaga eða flöskuform til að geta umkringt líffæri á meðan fósturvísirinn vex. Þekjufrumur veita einnig aðrar aðgerðir eins og að mynda hindrun gegn sýkingum og upptöku næringarefna.
Nýtt form uppgötvað!
Vísindamenn við Sevilla háskólann á Spáni og Lehigh háskólann í Bandaríkjunum komast að þeirri niðurstöðu í rannsókn sinni sem birt var í Nature Communications að þekjufrumur tileinki sér lögun sem svipar til „snúinna prisma“. Þetta nýja trausta rúmfræðilega form hefur verið kallað „scutoid'. Þessi lögun gerir þekjufrumum kleift að ná þeim tilgangi sínum að veita líffærum þrívíddarhlíf. Scutoid er bygging sem líkist prisma, með sex hliðum á annarri hliðinni og fimm á hinni ásamt þríhyrningi á einni af löngu brúnum prismans. Þessi einstaka uppbygging scutoid gerir það mögulegt að stafla þeim saman með fimm hliðum og sexhliða endum til skiptis sem gerir kleift að búa til bogna yfirborð. Þetta nafn er ekki til í rúmfræði og var valið af rannsakendum eftir vandlega íhugun og vegna líkts skeifulaga við lögun rjúpu bjöllu sem er aftari endi brjósthols skordýra.
Scutoid lögun er nóg
Vísindamenn notuðu reiknilíkanatækni með því að nota Voronoi skýringarmyndir. Þetta er algengasta tækið til að skilja rúmfræðileg form á mismunandi sviðum. Líkantilraunir sýndu að þegar sveigjan í vefnum eykst notuðu frumur sem mynda þessa vefi flóknari form en bara súlur og flöskuform eins og áður var talið. Þekjufrumurnar tileinka sér lögun sem áður hefur verið ólýst og þessi tiltekna lögun hjálpar frumunum að gera þær orkunýtnari en hámarka stöðuga pökkun. Vísindamenn skoðuðu vandlega þrívíddarpökkun ýmissa vefja í mismunandi dýrum til að greina skoðanir þeirra. Tilraunagögn sýndu að þekjufrumur tileinka sér mjög svipaðar 3D mótíf eins og spáð er fyrir með reiknilíkönum. Svo, þetta nýtt form scutoid hjálpar til við að beygja og sveigja og gerir það að verkum að frumurnar eru sem bestar til að vera stöðugt pakkaðar. Þegar þeir komust að því að ný lögun væri til, könnuðu vísindamenn í öðrum lífverum fyrir tilvist skútulíks lögunar og þeir komust að því að þessi lögun var ríkulega til staðar. Þessi skútulík form hafa einnig fundist í þekjufrumum sebrafiska og munnvatnskirtlum ávaxtaflugna og sérstaklega á þeim svæðum þar sem vefur þarf að sveigjast mest frekar en að hafa flatt útlit.
Þetta er mjög áhugaverð og einstök uppgötvun sem getur aukið skilning okkar og hjálpað okkur að stjórna þrívíddarskipulagi líffæra (morphogenesis). Það getur varpað meira ljósi á hvað gerist þegar líffæri myndast ekki rétt sem leiðir til sjúkdóma. Það gæti verið gríðarlega gagnlegt á sviði ræktunar gervilíffæra og vefjaverkfræði þar sem að byggja vinnupalla með réttri pökkunarbyggingu myndi leiða til betri árangurs. Uppgötvun þessarar nýju lögunar hefur hugsanlega notkun á ýmsum vísindasviðum.
***
{Þú getur lesið upprunalegu rannsóknarritgerðina með því að smella á DOI hlekkinn sem gefinn er upp hér að neðan á listanum yfir tilvitnaðar heimildir}
Heimildir)
Gómez-Gálvez P o.fl. 2018. Scutoids eru rúmfræðileg lausn á þrívíddarpakkningu þekjuvefs. Nature Communications. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
