湾曲した組織や臓器を作るときに上皮細胞のXNUMX次元パッキングを可能にする新しい幾何学的形状が発見されました。
すべての生命体は最初は単一のものから始まります セル、その後、さらに多くの細胞に分裂し、さらに分裂して細分化され、数十億個の細胞になります。 細胞 生物全体を創造するために形成されます。それは最も謎めいた側面の一つです 生物学 細胞から始まり、最初の組織、そして器官がどのように形成されるか。本質的に、少数の細胞から形成される単純な構造の胚は、複雑な器官を備えた生命体になります。たとえば、何百万もの上皮細胞が集まって形成されます。 人間 私たちの最大の器官であり、最も強力なバリアである皮膚。もし私たちの 皮膚 完全に平らな表面であったため、既知の幾何学的形状を積み重ねてスキンを構築することができました。しかし、私たちの体は平らではないため、これらの上皮細胞は自らを湾曲させ、曲げる必要があります。上皮細胞は皮膚の外層を形成するだけでなく、皮膚の内側も形成しています。 血 すべての動物の血管や臓器も同様です。胚が発育するとき、 組織 (細胞でできており) 曲がって複雑な三次元形状を形成し、それが心臓や肝臓などの臓器となります。出発ブロックの上皮細胞は一緒に「移動」し、「結合」して自らを組織化し、臓器に最後の 3 つの形を与えるためにしっかりと詰め込まれます。ほとんどの臓器は湾曲した構造であるため、立体的な形状が得られます。この曲率の要件により、胚の成長中に臓器を囲むことができるように、臓器の内側を覆う上皮細胞が円柱状またはボトルの形状をとらなければならないことが理解されています。上皮細胞は、感染症に対するバリアの形成や栄養素の吸収など、他の機能も提供します。
新しい形が発見されました！
スペインのセビリア大学と米国のリーハイ大学の研究者は、ネイチャーコミュニケーションズに発表された研究で、上皮細胞は「ねじれたプリズム」に似た形状をしていると結論付けています。 この新しい立体幾何学的形状は、「スクートイド'。 この形状により、上皮細胞は臓器を立体的に覆うという目的を達成することができます。 Scutoidはプリズムのような構造で、片側にXNUMXつの側面、反対側にXNUMXつの側面があり、プリズムの長いエッジのXNUMXつに三角形の面があります。 スクートイドのこのユニークな構造は、XNUMX面とXNUMX面の端を交互に積み重ねることを可能にし、曲面を作成することを可能にします。 この名前は幾何学には存在せず、慎重に検討した後、昆虫の胸部の後端である甲虫の胚盤の形状とスクトイドが類似しているため、研究者によって選択されました。
スクート状の形状が豊富です
研究者は、ボロノイ図を利用した計算モデリング手法を使用しました。 これは、さまざまな分野にわたる幾何学的形状を理解するために最も一般的に使用されるツールです。 モデリング実験では、組織の曲率が大きくなるにつれて、これらの組織を構成する細胞は、以前に信じられていたような柱や瓶の形よりも複雑な形を使用することが示されました。 上皮細胞は、これまでに説明されていない形状を採用しており、この特定の形状は、細胞が安定したパッキングを最大化しながら、それらをよりエネルギー効率の高いものにするのに役立ちます。 研究者たちは、さまざまな動物のさまざまな組織のXNUMX次元パッキングを詳しく調べて、彼らの見解を分析しました。 上皮細胞が非常に類似したものを採用することを確立した実験データ 3D 計算モデリングによって予測されたモチーフ。 したがって、この 新しい形 scutoidは、曲がったり曲がったりするのに役立ち、細胞を安定して詰めたままにするための最適な方法を可能にします。 新しい形が存在することを確認すると、研究者は他の生物でスクート状の形の存在を調べ、この形が豊富に存在することを発見しました。 これらのスクートイドのような形状は、ゼブラフィッシュの上皮細胞やミバエの唾液腺、特に組織が平らな外観ではなく最も湾曲する必要がある領域でも見られます。
これは非常に興味深くユニークな発見であり、私たちの理解を深め、臓器の三次元組織（形態形成）を制御するのに役立ちます。 それは、臓器が正しく形成されず、病気につながるときに何が起こるかについて、より多くの光を当てることができます。 正しいパッキング構造で足場を構築することはより良い結果につながるので、人工臓器や組織工学の成長の分野で非常に役立つ可能性があります。 この新しい形の発見は、さまざまな科学分野に応用できる可能性があります。
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ソース
Gómez-GálvezPetal。 2018. Scutoidsは、上皮のXNUMX次元パッキングに対する幾何学的ソリューションです。 ネイチャー·コミュニケーションズ。 9（1）。
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
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