구부러진 조직과 기관을 만들 때 상피 세포의 XNUMX차원 패킹을 가능하게 하는 새로운 기하학적 모양이 발견되었습니다.
Every living organism begins as a single 세포, which then divide into more cells, which further divide and subdivide until billions of 세포 are formed to create the whole organism. Its one of the most enigmatic aspects of 생물학 how starting from cells, first tissues and then organs are formed. Essentially, a simple structure of the embryo formed by only few cells becomes a living organism having complex organs. For example, millions of epithelial cells pack together to form the 사람의 skin, our largest organ and strongest barrier. If our 피부 was a completely flat surface, known geometrical shapes could be stacked together to build skin. But since our body is not flat these epithelial cells have to curve and bend themselves. Epithelial cells not just form the outer layer of our skin, but they also line the 피 vessels as well as the organs in all animals. When an embryo is developing, 조직 (made of cells) bend and form complex three-dimensional shapes which then become organs like heart or liver etc. The starting blocks epithelial cells ‘move’ and ‘join’ together to organize themselves and pack tightly to give an organ its final three-dimensional shape since most organs are curved structures. Because of this requirement of curvature, it is understood that epithelial cells that line the organs have to adopt columnar or bottle shapes to be able to surround organs while the embryo is growing. Epithelial cells also provide other functions like forming a barrier against infections and absorption of nutrients.
새로운 모양 발견!
스페인 세비야 대학과 미국 리하이 대학의 연구원들은 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재된 연구에서 상피 세포가 '뒤틀린 프리즘(twisted prism)'과 유사한 형태를 취한다는 결론을 내렸습니다. 이 새로운 솔리드 기하학적 모양은 '스카토이드'. 이 모양은 상피 세포가 기관에 XNUMX차원 덮개를 제공하는 목적을 달성할 수 있도록 합니다. Scutoid는 프리즘과 같은 구조로 프리즘의 긴 모서리 중 하나에 삼각형 면과 함께 한 면에 XNUMX개의 면이 있고 다른 면에 XNUMX개가 있습니다. scutoid의 이 독특한 구조로 인해 XNUMX면과 XNUMX면 끝이 번갈아가며 함께 쌓을 수 있어 곡면을 만들 수 있습니다. 기하학에는 존재하지 않는 이름으로, scutoid의 모양이 곤충의 흉곽의 후단인 딱정벌레의 소순판과 유사하여 연구자들이 신중하게 고려하여 선택한 이름입니다.
Scutoid 모양이 풍부하다
연구원들은 보로노이 다이어그램을 활용한 계산 모델링 기법을 사용했습니다. 이것은 다양한 분야의 기하학적 모양을 이해하는 데 가장 일반적으로 사용되는 도구입니다. 모델링 실험은 조직의 곡률이 증가함에 따라 이러한 조직을 구성하는 세포가 이전에 믿었던 것처럼 기둥과 병 모양보다 더 복잡한 모양을 사용한다는 것을 보여주었습니다. 상피 세포는 이전에 설명되지 않은 모양을 채택하고 이 특정 모양은 세포가 안정적인 패킹을 최대화하면서 에너지 효율을 높이는 데 도움이 됩니다. 연구원들은 그들의 견해를 분석하기 위해 다양한 동물의 다양한 조직의 XNUMX차원 패킹을 면밀히 관찰했습니다. 실험 데이터는 상피 세포가 매우 유사한 것을 채택한다는 것을 입증했습니다. 3D 컴퓨터 모델링에 의해 예측된 모티프. 그래서 이거 새로운 모양 scutoid는 굽힘과 휘어짐을 돕고 세포가 안정적으로 채워진 상태를 유지하는 가장 최적의 방법을 허용합니다. 일단 새로운 모양이 존재한다는 사실을 확인한 연구자들은 다른 유기체에서 scutoid와 같은 모양의 존재를 조사했고 이 모양이 풍부하게 존재한다는 것을 발견했습니다. 이 scutoid-like 모양은 얼룩말 물고기의 상피 세포와 초파리의 침샘에서도 발견되었으며 특히 조직이 평평한 모양보다 가장 많이 구부러져야 하는 영역에서 발견되었습니다.
이것은 우리의 이해를 심화하고 장기의 XNUMX차원 조직(형태 형성)을 제어하는 데 도움이 될 수 있는 매우 흥미롭고 독특한 발견입니다. 장기가 올바르게 형성되지 않아 질병을 유발할 때 어떤 일이 발생하는지 더 자세히 설명할 수 있습니다. 올바른 패킹 구조로 비계를 구축하면 더 나은 결과로 이어질 것이기 때문에 인공 장기 및 조직 공학 성장 분야에서 큰 도움이 될 수 있습니다. 이 새로운 모양의 발견은 다양한 과학 분야에 걸쳐 잠재적으로 응용될 수 있습니다.
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출처
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Scutoids는 상피의 XNUMX차원 패킹에 대한 기하학적 솔루션입니다. 자연 통신. 9(1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
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