schuif over driehoek, cirkel, vierkant en rechthoek: er is een nieuwe vorm in de stad.

Javier Buceta, universitair hoofddocent bioengineering en chemische en biomoleculaire engineering, en zijn medewerkers uit Spanje hebben een voorheen onbekende geometrische vorm ontdekt, die wordt aangenomen door verpakte epitheliale cellen tijdens de embryonale ontwikkeling.

ze noemen het de scutoid.

De scutoïde lijkt op een gedraaid prisma, of, zoals Buceta het beschreef aan de New Yorker, ” een prisma met een rits.”En ook al was het voorheen onbekend, de vorm is te vinden op alle levende dingen.

Op grote nieuwsuitzendingen, sociale media en late-night tv werd de scutoid een wereldwijde sensatie afgelopen zomer. Stephen Colbert beschreef het in een monoloog van begin augustus als de “hot new shape that’ s burnin ‘ up the Internet.”Het heeft zijn eigen limerick op NPR’ s ” Wacht, wacht, vertel het me niet.”De vorm werd gekenmerkt in de New York Times, Newsweek, Popular Science, Smithsonian en Forbes, onder andere nieuwskanalen, en Twitter was vol nieuws van het bestaan ervan.

nog belangrijker echter, de ontdekking zou de weg kunnen effenen naar een beter begrip van de driedimensionale organisatie van epitheliale organen en kan leiden tot vooruitgang op het gebied van weefselmanipulatie.

naarmate een embryo zich ontwikkelt, buigen weefsels in complexe driedimensionale vormen die tot organen leiden. Epitheliaale cellen zijn de bouwstenen van dit proces, die, bijvoorbeeld, de buitenlaag van huid vormen. Ze leiden ook de bloedvaten en organen van alle dieren.

deze cellen zitten stevig in elkaar. Om het buigen aan te passen dat tijdens embryonale ontwikkeling voorkomt, is aangenomen dat epitheliale cellen zuilvormige of fles-achtige vormen aannemen.

“Studies over epitheliale cellen hebben zich voornamelijk gericht op één kant van deze cellen, deels als gevolg van technische beperkingen, en geëxtrapoleerd dat oppervlak als een proxy voor hun driedimensionale structuur,” Buceta vertelde Newsweek in Juli.

Buceta en zijn collega ‘ s groeven dieper in dit fenomeen en ontdekten dat, tijdens het buigen van het weefsel, epitheliale cellen een voorheen onbeschreven vorm aannemen die de cellen in staat stelt het energiegebruik te minimaliseren en de stabiliteit van de verpakking te maximaliseren. Ze deden voor het eerst de ontdekking door middel van computationele modellering die Voronoi diagramming gebruikte, een instrument dat in een aantal gebieden wordt gebruikt om geometrische organisatie te begrijpen.

“tijdens het modelleren waren de resultaten die we zagen vreemd,” zegt Buceta. “Ons model voorspelde dat naarmate de kromming van het weefsel toeneemt, kolommen en flesvormen niet de enige vormen waren die cellen ontwikkelden. Tot onze verrassing, de extra vorm had niet eens een naam in de wiskunde! Men heeft normaal gesproken niet de mogelijkheid om een nieuwe vorm te noemen.”

De groep noemde de nieuwe vorm de “scutoid” vanwege zijn gelijkenis met het scutellum—het achterste deel van een insectendorax of buik.

om de voorspellingen van het model te verifiëren, onderzocht de groep de driedimensionale verpakking van verschillende weefsels bij verschillende dieren. De experimentele gegevens bevestigden dat epitheliale cellen vormen en driedimensionale verpakkingsmotieven aannamen die vergelijkbaar zijn met die welke door het computationele model worden voorspeld.

met behulp van biofysische benaderingen stelt het team dat de scutoïden de driedimensionale verpakking stabiliseren en het energetisch efficiënt maken. Zoals Buceta het stelt: “we hebben de oplossing van de natuur ontgrendeld om efficiënte epitheliale buiging te bereiken.”

de resultaten van het team werden gepubliceerd in Nature Communications in een paper genaamd ” Scutoids are a geometrical solution to three-dimensional packaging of epithelia.”

De studie is het resultaat van een samenwerking tussen de teams van Buceta en Luis M. Escudero van de Universiteit van Sevilla in Spanje. Pedro Gomez-Galvez en Pablo Vicente-Munuera zijn de eerste auteurs van dit werk, dat ook wetenschappers van het Andalucian Center of Developmental Biology en het Severo Ochoa Center of Molecular Biology omvat, onder anderen.

” naast dit fundamentele aspect van morfogenese,” schrijft de groep, “is het vermogen om weefsels en organen in de toekomst kritisch afhankelijk van het vermogen om de 3D-organisatie van cellen te begrijpen en vervolgens te controleren.”

voegt Buceta toe: “bijvoorbeeld, als u op zoek bent naar kunstmatige organen, kan deze ontdekking u helpen een steiger te bouwen om dit soort celverpakking aan te moedigen, waarbij nauwkeurig de manier van de natuur wordt nagebootst om efficiënt weefsels te ontwikkelen.het tijdschrift Nature publiceerde een artikel geschreven door Guy Blanchard, een senior research associate in het departement van fysiologie, ontwikkeling en neurowetenschappen aan de Universiteit van Cambridge, dat het belang van de ontdekking benadrukte. Blanchard schrijft dat met het werk van het team om de scutoid karakteriseren”… we beginnen de soorten 3D-vormen en arrangementen te herkennen die we zoeken in epithelia, en we ontwikkelen instrumenten om ze te kwantificeren.”

He asks: “Where else in nature should we expect scutoids? Ik zou niet wedden tegen scutoids worden gevonden in planten, gezien de diversiteit van de plantenarchitecturen. … We zullen moeten afwachten.”

Current Biology, een toonaangevend tijdschrift op dit gebied, zal ook een artikel van een toponderzoeker in morfogenese bevatten over de Betekenis van het werk in een volgend nummer.Buceta ’s team in de VS en Escudero’ s team in Spanje plannen verder onderzoek naar scutoïden en celverpakking en werken momenteel aan het formaliseren van de ontdekking, zowel wiskundig als fysiek.

” We kijken ook naar verschillende weefsels van verschillende organismen, ” zegt Buceta. “We willen de verschillen begrijpen in de manier waarop cellen verpakken en wat deze verschillen drijft.”

wat betreft de interesse van het publiek in de ontdekking van deze voorheen naamloze vorm, zegt Buceta: “We hebben nooit gedacht dat het zo’ n impact zou hebben. We wisten dat de ontdekking iets belangrijks was, en we geloofden dat dit relevant kon zijn voor onze collega ‘ s. Maar we hadden niet verwacht dit soort impact en interesse in populaire cultuur te hebben.”

naast de mogelijke impact op weefselmanipulatie, is Buceta enthousiast over de nieuwe ontdekking van een nieuwe vorm door de groep en wat een blijvende invloed zou kunnen zijn.

“in onze lijn van het werk, heb je normaal gesproken niet veel mogelijkheden om iets te noemen,” Buceta vertelde The New Yorker. “Eerlijk gezegd, in het begin konden we niet geloven dat niemand voor ons deze vorm had genoemd. Geometrie bestaat al eeuwen. het vierkant, de cirkel. Het is echt geweldig dat we zoiets fundamenteels kunnen noemen. Hopelijk zal die naam er voor altijd zijn, en hopelijk gekoppeld aan ons onderzoek.”

Kelly Hochbein heeft aan dit rapport bijgedragen.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.