Move over triangle, circle, square and rectangle: There ’ s a new shape in town.

Javier Buceta, biotekniikan sekä kemian ja biomolekyylitekniikan apulaisprofessori, ja hänen espanjalaiset yhteistyökumppaninsa ovat löytäneet aiemmin tuntemattoman geometrisen muodon, jonka pakatut epiteelisolut omaksuvat alkionkehityksen aikana.

sitä kutsutaan skutoidiksi.

skutoidi muistuttaa vääntynyttä Prismaa, tai kuten Buceta kuvaili sitä the New Yorkerille, ”Prismaa, jossa on vetoketju.”Ja vaikka se oli aiemmin tuntematon, muoto löytyy joka puolelta elollisia.

suurissa uutisissa, sosiaalisessa mediassa ja myöhäistelevisiossa skutoidista tuli kuluneena kesänä maailmanlaajuinen sensaatio. Stephen Colbert kuvaili sitä elokuun alussa julkaistussa monologissa ” kuumaksi uudeksi muodoksi, joka polttaa Internetin.”Se sai oman limerickinsä NPR: n” Wait, Wait, don ’ t Tell Me.”Muodosta uutisoivat muun muassa The New York Times, Newsweek, Popular Science, Smithsonian ja Forbes, ja Twitterissä uutisoitiin sen olemassaolosta.

vielä tärkeämpää on kuitenkin se, että löytö voi tasoittaa tietä epiteelielinten kolmiulotteisen organisaation ymmärtämiselle ja johtaa kudostekniikan edistymiseen.

alkion kehittyessä kudokset taipuvat monimutkaisiksi kolmiulotteisiksi muodoiksi, jotka johtavat elimiin. Epiteelisolut ovat tämän prosessin rakennuspalikoita, jotka muodostavat esimerkiksi ihon uloimman kerroksen. Ne myös linjaavat kaikkien eläinten verisuonia ja elimiä.

nämä solut pakkautuvat tiiviisti yhteen. Alkionkehityksen aikana tapahtuvan kaartumisen huomioon ottamiseksi on oletettu, että epiteelisolut omaksuvat joko pylväsmäisiä tai pullomaisia muotoja.

”epiteelisoluja koskevat tutkimukset ovat keskittyneet suurimmaksi osaksi näiden solujen toiselle puolelle, osittain teknisten rajoitusten vuoksi, ja ekstrapoloineet tuon pinnan niiden kolmiulotteisen rakenteen esikuvaksi”, Buceta kertoi Newsweekille heinäkuussa.

Buceta kollegoineen kaivoi syvemmältä tätä ilmiötä ja havaitsi, että kudoksen taivutuksen aikana epiteelisolut omaksuvat aiemmin kuvaamattoman muodon, jonka avulla solut voivat minimoida energiankulutuksen ja maksimoida pakkausstabiilisuuden. He tekivät löydön ensin laskennallisen mallinnuksen avulla, joka hyödynsi Voronoi-diagrammia, työkalua, jota käytetään useilla aloilla geometrisen organisaation ymmärtämiseen.

”mallintamisen aikana näkemämme tulokset olivat outoja”, Buceta kertoo. ”Mallimme ennusti, että kun kudoksen kaarevuus kasvaa, pylväät ja pullonmuodot eivät olleet ainoita muotoja, joita solut kehittivät. Yllätykseksemme lisämuodolla ei ollut edes nimeä matematiikassa! Yleensä ei ole mahdollisuutta nimetä uutta muotoa.”

ryhmä nimesi uuden muodon ”scutoidiksi”, koska se muistuttaa scutellumia eli hyönteisen rintakehän tai keskivartalon takaosaa.

mallin ennusteiden todentamiseksi ryhmä tutki eri kudosten kolmiulotteista pakkaamista eri eläimillä. Kokeelliset tiedot vahvistivat, että epiteelisolut omaksuivat muotoja ja kolmiulotteisia pakkausmotiiveja, jotka olivat samanlaisia kuin laskennallisen mallin ennustamat.

käyttäen biofysikaalisia lähestymistapoja ryhmä väittää, että skutoidit vakauttavat kolmiulotteisen pakkauksen ja tekevät siitä energeettisesti tehokkaan. Kuten Buceta asian ilmaisee: ”olemme avanneet luonnon ratkaisun tehokkaaseen epiteelitaivutukseen.”

ryhmän tulokset julkaistiin Nature Communications-lehdessä artikkelissa ”Scutoids are a geometrical solution to three-dimensional packing of epithelia.”

tutkimus on tulosta espanjalaisen Sevillan yliopiston bucetan ja Luis M. Escuderon joukkueiden yhteistyöstä. Pedro Gomez-Galvez ja Pablo Vicente-Munuera ovat teoksen ensimmäiset kirjoittajat, ja mukana on myös tutkijoita muun muassa Andalusian kehitysbiologian keskuksesta ja Severo Ochoa molekyylibiologian keskuksesta.

”tämän morfogeneesin perustavan aspektin lisäksi” ryhmä kirjoittaa, ”kyky suunnitella kudoksia ja elimiä tulevaisuudessa riippuu kriittisesti kyvystä ymmärtää ja sitten hallita solujen 3D-organisaatiota.”

Lisää Buceta: ”esimerkiksi, jos haluat kasvattaa keinotekoisia elimiä, tämä löytö voisi auttaa sinua rakentamaan tukirangan kannustamaan tällaista solupakkausta, joka jäljittelisi tarkasti luonnon tapaa kehittää tehokkaasti kudoksia.”

Nature-lehti julkaisi artikkelin, jonka kirjoitti Cambridgen yliopiston fysiologian, kehityksen ja neurotieteen laitoksen vanhempi tutkija Guy Blanchard, joka korosti löydön merkitystä. Blanchard kirjoittaa, että tiimin työnä on luonnehtia scutoidia”… olemme alkaneet tunnistaa erilaisia 3D muotoja ja järjestelyjä etsiä epiteelissä, ja kehittää työkaluja kvantifioida niitä.”

hän kysyy: ”Missä muualla luonnossa pitäisi odottaa scutoideja? En löisi vetoa, etteikö scutoideja löytyisi kasveista, kun ottaa huomioon kasvi-arkkitehtuurien moninaisuuden. … Meidän täytyy odottaa ja katsoa.”

alan johtava lehti Current Biology julkaisee myös morfogeneesin huippututkijan artikkelin teoksen merkityksestä tulevassa numerossa.

Bucetan ryhmä Yhdysvalloissa ja Escuderon ryhmä Espanjassa suunnittelevat lisätutkimuksia skutoideista ja solujen pakkaamisesta ja pyrkivät parhaillaan virallistamaan löydön sekä matemaattisesti että fyysisesti.

”tutkimme myös eri eliöiden eri kudoksia”, Buceta sanoo. ”Haluamme ymmärtää solujen pakkaustapojen eroja ja sitä, mikä näitä eroja ajaa.”

yleisön kiinnostuksesta tämän aiemmin nimeämättömän muodon löytämiseen Buceta sanoo: ”emme koskaan, koskaan ajatelleet, että sillä olisi tällaista vaikutusta. Tiesimme, että löytö oli tärkeä, ja uskoimme, että se voi olla relevanttia kollegoillemme. Mutta emme odottaneet tällaista vaikutusta ja kiinnostusta populaarikulttuuriin.”

sen lisäksi, että se voi vaikuttaa kudostekniikkaan, Buceta on innoissaan ryhmän uudesta löydöstä uudesta muodosta ja siitä, mikä voisi olla pysyvä vaikutus.

”meidän alallamme ei yleensä ole montaa mahdollisuutta nimetä jotain”, Buceta kertoi The New Yorkerille. ”Rehellisesti, alussa, emme voineet uskoa, että kukaan ennen meitä oli nimennyt tämän muodon. Geometria on ollut olemassa ikuisesti. neliö, ympyrä. On todella hienoa, että voimme nimetä jotain näin perustavanlaatuista. Toivottavasti se nimi säilyy ikuisesti, ja toivottavasti se liittyy tutkimukseemme.”

Kelly Hochbein osallistui tähän raporttiin.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.