È stata scoperta una nuova forma geometrica che consente l'imballaggio tridimensionale delle cellule epiteliali durante la realizzazione di tessuti e organi curvi.
Ogni organismo vivente inizia come un singolo cella, che poi si dividono in più cellule, le quali si dividono e suddividono ulteriormente fino a miliardi di cellule si formano per creare l'intero organismo. È uno degli aspetti più enigmatici di biologia come partendo dalle cellule si formano prima i tessuti e poi gli organi. In sostanza, una struttura semplice dell'embrione formata da poche cellule diventa un organismo vivente dotato di organi complessi. Ad esempio, milioni di cellule epiteliali si uniscono per formare il umano la pelle, il nostro organo più grande e la barriera più forte. Se il nostro pelle era una superficie completamente piana, le forme geometriche conosciute potevano essere impilate insieme per costruire la pelle. Ma poiché il nostro corpo non è piatto, queste cellule epiteliali devono curvarsi e piegarsi. Le cellule epiteliali non formano solo lo strato esterno della nostra pelle, ma ne rivestono anche la superficie sangue vasi e gli organi di tutti gli animali. Quando un embrione si sta sviluppando, tessuti (fatti di cellule) si piegano e formano forme tridimensionali complesse che poi diventano organi come il cuore o il fegato, ecc. I blocchi di partenza, le cellule epiteliali, si "muovono" e "si uniscono" insieme per organizzarsi e impacchettarsi strettamente per dare a un organo la sua forma tridimensionale finale. forma dimensionale poiché la maggior parte degli organi sono strutture curve. A causa di questo requisito di curvatura, è ovvio che le cellule epiteliali che rivestono gli organi devono adottare forme colonnari o a bottiglia per poter circondare gli organi durante la crescita dell'embrione. Le cellule epiteliali svolgono anche altre funzioni, come la formazione di una barriera contro le infezioni e l'assorbimento dei nutrienti.
Scoperta una nuova forma!
I ricercatori dell'Università di Siviglia, in Spagna, e dell'Università di Lehigh, negli Stati Uniti, concludono nel loro studio pubblicato su Nature Communications che le cellule epiteliali assumono una forma simile ai "prismi contorti". Questa nuova forma geometrica solida è stata soprannominata "scutoide'. Questa forma consente alle cellule epiteliali di raggiungere il loro scopo di fornire una copertura tridimensionale agli organi. Scutoide è una struttura simile a un prisma, con sei lati su un lato e cinque sull'altro insieme a una faccia triangolare su uno dei bordi lunghi del prisma. Questa struttura unica di scutoide consente di impilarli insieme con estremità alternate a cinque e sei lati che consentono la creazione di superfici curve. Questo nome non esiste in geometria ed è stato scelto dai ricercatori dopo un'attenta considerazione e per la somiglianza dello scutoide con la forma di uno scutello di un coleottero che è l'estremità posteriore del torace di un insetto.
La forma dello scutoide è abbondante
I ricercatori hanno utilizzato la tecnica di modellazione computazionale utilizzando i diagrammi di Voronoi. Questo è lo strumento più comunemente usato per comprendere le forme geometriche in diversi campi. Gli esperimenti di modellazione hanno mostrato che con l'aumentare della curvatura del tessuto, le cellule che costituiscono questi tessuti utilizzavano forme più complesse rispetto alle semplici colonne e forme di bottiglia come si credeva in precedenza. Le cellule epiteliali adottano una forma che non è stata precedentemente descritta e questa particolare forma aiuta le cellule a renderle più efficienti dal punto di vista energetico massimizzando un imballaggio stabile. I ricercatori hanno esaminato da vicino l'imballaggio tridimensionale di vari tessuti in diversi animali per analizzare le loro opinioni. I dati sperimentali hanno stabilito che le cellule epiteliali adottano molto simili 3D motivi come previsto dalla modellazione computazionale. Così questo nuova forma scutoide aiuta a piegarsi e curvarsi e consente alle cellule di rimanere stabilmente impacchettate nel modo più ottimale. Una volta stabilita l'esistenza di una nuova forma, i ricercatori hanno esplorato in altri organismi la presenza di forme simili a scudi e hanno scoperto che questa forma era abbondantemente presente. Queste forme simili a scudi sono state trovate anche nelle cellule epiteliali del pesce zebra e nelle ghiandole salivari dei moscerini della frutta e specialmente in quelle regioni in cui il tessuto ha bisogno di curvarsi di più piuttosto che avere un aspetto piatto.
Questa è una scoperta molto interessante e unica che può approfondire la nostra comprensione e aiutarci a controllare l'organizzazione tridimensionale degli organi (morfogenesi). Può gettare più luce su ciò che accade quando un organo non si forma correttamente portando a malattie. Potrebbe essere di immenso aiuto nel campo della coltivazione di organi artificiali e dell'ingegneria dei tessuti, poiché la costruzione di scaffold con una struttura di imballaggio corretta porterebbe a risultati migliori. La scoperta di questa nuova forma ha potenziali applicazioni in vari campi scientifici.
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Fonte (s)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Gli scutoidi sono una soluzione geometrica per l'impaccamento tridimensionale degli epiteli. Nature Communications. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
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