三角形、円、正方形、長方形の上を移動する:町に新しい形

ハビエルBuceta、生物工学と化学および生体分子工学の准教授、およびスペインからの彼の共同研究者は、胚発生中に充填された上皮細胞によって採用されている以前に知られていない幾何学的形状を発見しました。彼らはそれをscutoidと呼んでいます。

scutoidはねじれたプリズムに似ている、または、Bucetaがニューヨーカーにそれを説明したように、”ジッパー付きのプリズム。”そして、それは以前に未知であったにもかかわらず、形状はすべての生き物の上に発見されています。

主要なニュースアウトレット、ソーシャルメディア、深夜テレビでは、スカトイドはこの過去の夏に世界的な感覚になりました。 スティーヴン・コルバートは8月上旬の独白で、「インターネット上で燃えているホットな新しい形」と表現した。”それはNPRの上に独自のlimerickを得た”待って、待って、私に言わないでください。”この形は、ニューヨーク-タイムズ、ニューズウィーク、ポピュラー-サイエンス、スミソニアン、フォーブスなどの報道機関で紹介され、Twitterはその存在のニュースで騒然としていた。しかし、さらに重要なことに、この発見は上皮器官の三次元組織の理解への道を開き、組織工学の進歩につながる可能性があります。

胚が発達するにつれて、組織は複雑な三次元形状に曲がり、器官につながります。 上皮細胞は、このプロセスの構成要素であり、例えば、皮膚の外層を形成する。 彼らはまた、すべての動物の血管や器官を並べます。

これらの細胞はしっかりと一緒にパックします。 胚発生の間に起こる湾曲に対応するために、上皮細胞は円柱状または瓶状の形状のいずれかを採用すると仮定されている。

“上皮細胞に関する研究は、部分的には技術的な制限のために、これらの細胞の片側に主に焦点を当てており、その表面を三次元構造の代理として外挿している”とbucetaは7月にNewsweekに語った。

Bucetaと彼の同僚は、この現象に深く掘り、組織の曲げ中に、上皮細胞は、エネルギー使用を最小限に抑え、充填安定性を最大化するために細胞を可能にす 彼らは、幾何学的組織を理解するために多くの分野で使用されているボロノイ図法を利用した計算モデリングを通じて最初に発見しました。

“モデリングプロセス中に、私たちが見た結果は奇妙でした”とBuceta氏は言います。 「私たちのモデルは、組織の湾曲が増加するにつれて、細胞が発達した唯一の形状ではないと予測しました。 私たちの驚いたことに、追加の形状は数学で名前を持っていませんでした! 一つは、通常、新しい形状に名前を付ける機会を持っていません。”

グループは、昆虫の胸郭または中央部の後部であるscutellumに似ていることから、新しい形状を”scutoid”と命名しました。

モデルの予測を検証するために、グループは異なる動物の異なる組織の三次元パッキングを調べた。 実験データから,上皮細胞は計算モデルによって予測されたものと同様の形状と三次元パッキングモチーフを採用していることが確認された。

生物物理学的アプローチを用いて、チームはscutoidsが三次元パッキングを安定させ、エネルギー的に効率的にすると主張している。 Bucetaがそれを置くように:”私達は有効な上皮性の曲がることを達成することに性質の解決を鍵を開けた。”

チームの結果は、”Scutoids are a geometrical solution to three-dimensional packing of epithelia”と呼ばれる論文でnature Communicationsに掲載されました。”

この研究は、スペインのセビリア大学のBucetaとLuis M.Escuderoのチーム間のコラボレーションの結果です。 Pedro Gomez-GalvezとPablo Vicente-Munueraはこの研究の最初の著者であり、アンダルシア発生生物学センターと分子生物学のSevero Ochoaセンターの科学者も含まれています。

“形態形成のこの基本的な側面に加えて、”グループは、”将来的に組織や臓器を設計する能力は、細胞の3D組織を理解し、制御する能力に批判的に依存している”と書いている。”

Bucetaを追加します:”あなたは人工臓器を成長させるために探している場合たとえば、この発見は、あなたが正確に効率的に組織を開発するために自然”

ジャーナルNatureは、ケンブリッジ大学の生理学、発達、神経科学部門の上級研究員であるGuy Blanchardによって書かれた記事を発表し、発見の重要性を強調しました。 ブランチャードは、チームの仕事でscutoidを特徴付けると書いています”。.. 私たちは、上皮の中で探すべき3D形状や配置の種類を認識し、それらを定量化するためのツールを開発し始めています。”

彼は尋ねます:”自然の中で他にどこにscutoidsを期待すべきですか? 私は植物の建築の多様性を考えると、植物で発見されているscutoidsに対して賭けることはありません。 … 私たちは待って見なければならないでしょう。”

現在の生物学、フィールドの主要なジャーナルは、また、今後の問題での作業の意義についての形態形成のトップ研究者による記事を特色にします。

米国のBucetaのチームとスペインのEscuderoのチームは、scutoidsと細胞パッキングに関するさらなる研究を計画しており、現在、数学的および物理的に発見を正式

“我々はまた、異なる生物の様々な組織を見ている、”Buceta氏は述べています。 “私たちは、細胞が梱包している方法と、これらの違いを推進しているものの違いを理解したいと考えています。”

この以前に名前のない形の発見への国民の関心については、Bucetaは言う:”私たちは決して、これまでそれがこの種の影響を与えるとは思っていません。 私たちは発見が重要なものであることを知っていました、そして私たちはこれが私たちの同僚に関連しているかもしれないと信じました。 しかし、私たちは大衆文化にこの種の影響と関心を持つことを期待していませんでした。”

組織工学への潜在的な影響を超えて、Bucetaは、新しい形状のグループの新しい発見と永続的な影響である可能性があるものに興奮しています。

“私たちの仕事のラインでは、通常、何かに名前を付ける機会はあまりありません”とBucetaはニューヨーカーに語った。 “正直なところ、最初は、私たちの前に誰もこの形に名前を付けていなかったとは信じられませんでした。 私が意味する、幾何学は永遠に周りされている—正方形、円。 この基本的なものに名前を付けることができたのは本当に素晴らしいことです。 うまくいけば、その名前は永遠にそこにあり、うまくいけば私たちの研究とリンクされています。”

ケリー Hochbeinは、このレポートに貢献しました。

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