تم اكتشاف شكل هندسي جديد يتيح التعبئة ثلاثية الأبعاد للخلايا الظهارية عند تكوين الأنسجة والأعضاء المنحنية.
كل كائن حي يبدأ كفرد الخلية، والتي تنقسم بعد ذلك إلى المزيد من الخلايا، والتي تنقسم أكثر وتنقسم حتى مليارات الخلايا الخلايا تتشكل لتكوين الكائن الحي بأكمله. إنها واحدة من أكثر الجوانب غموضًا علم الاحياء كيف تبدأ من الخلايا، وتتشكل الأنسجة أولاً ومن ثم الأعضاء. في الأساس، فإن البنية البسيطة للجنين المكونة من عدد قليل من الخلايا تصبح كائنًا حيًا له أعضاء معقدة. على سبيل المثال، تتجمع ملايين الخلايا الظهارية معًا لتشكل الانسان الجلد، أكبر عضو لدينا وأقوى حاجز. إذا كان لدينا بشرة كان سطحًا مستوًا تمامًا، ويمكن تجميع الأشكال الهندسية المعروفة معًا لبناء الجلد. ولكن بما أن جسمنا ليس مسطحًا، فإن هذه الخلايا الظهارية يجب أن تنحني وتنحني بنفسها. لا تشكل الخلايا الظهارية الطبقة الخارجية من الجلد فحسب، بل إنها تبطن أيضًا الطبقة الخارجية من الجلد دم الأوعية وكذلك الأعضاء في جميع الحيوانات. عندما يتطور الجنين، الأنسجة (مكونة من خلايا) تنحني وتشكل أشكالًا معقدة ثلاثية الأبعاد والتي تصبح بعد ذلك أعضاء مثل القلب أو الكبد وما إلى ذلك. كتل البداية من الخلايا الظهارية "تتحرك" و"تتحد" معًا لتنظم نفسها وتتجمع بإحكام لتعطي العضو شكله الثلاثي النهائي. الشكل البعدي لأن معظم الأعضاء هي هياكل منحنية. وبسبب متطلبات الانحناء هذه، فمن المفهوم أن الخلايا الظهارية التي تبطن الأعضاء يجب أن تتخذ أشكالًا عمودية أو قنينة لتكون قادرة على إحاطة الأعضاء أثناء نمو الجنين. توفر الخلايا الظهارية أيضًا وظائف أخرى مثل تشكيل حاجز ضد الالتهابات وامتصاص العناصر الغذائية.
اكتشف شكل جديد!
خلص باحثون في جامعة إشبيلية بإسبانيا وجامعة ليهاي بالولايات المتحدة الأمريكية في دراستهم المنشورة في مجلة Nature Communications إلى أن الخلايا الظهارية تتخذ شكلاً مشابهًا لـ "المنشور الملتوي". أطلق على هذا الشكل الهندسي الصلب الجديد اسم "سكوتويد". يمكّن هذا الشكل الخلايا الظهارية من تحقيق غرضها المتمثل في توفير غطاء ثلاثي الأبعاد للأعضاء. Scutoid هو هيكل يشبه المنشور ، مع ستة جوانب على جانب واحد وخمسة على الجانب الآخر جنبًا إلى جنب مع وجه مثلث على أحد الحواف الطويلة للمنشور. يتيح هذا الهيكل الفريد من scutoid إمكانية تكديسها معًا بنهايات متناوبة من خمسة جوانب وستة جوانب مما يسمح بإنشاء أسطح منحنية. هذا الاسم غير موجود في الهندسة وقد تم اختياره من قبل الباحثين بعد دراسة متأنية وبسبب تشابه scutoid مع شكل scutellum من خنفساء وهو النهاية الخلفية لصدر الحشرة.
شكل سكوتويد وفير
استخدم الباحثون تقنية النمذجة الحاسوبية باستخدام مخططات فورونوي. هذه هي الأداة الأكثر استخدامًا لفهم الأشكال الهندسية عبر الحقول المختلفة. أظهرت تجارب النمذجة أنه مع زيادة الانحناء في الأنسجة ، تستخدم الخلايا المكونة لهذه الأنسجة أشكالًا أكثر تعقيدًا من مجرد أشكال الأعمدة والزجاجات كما كان يعتقد سابقًا. تتبنى الخلايا الظهارية شكلاً لم يتم وصفه سابقًا ، وهذا الشكل المعين يساعد الخلايا على جعلها أكثر كفاءة في استخدام الطاقة مع زيادة التعبئة الثابتة. نظر الباحثون عن كثب في التعبئة ثلاثية الأبعاد لأنسجة مختلفة في حيوانات مختلفة لتحليل وجهات نظرهم. أثبتت البيانات التجريبية أن الخلايا الظهارية تتبنى متشابهًا جدًا 3D الزخارف كما تنبأت النمذجة الحسابية. إذا هذا الشكل الجديد يساعد scutoid في الانحناء والتقويس ويسمح بأفضل طريقة للخلايا لتظل معبأة بشكل ثابت. بمجرد إثبات وجود الشكل الجديد ، اكتشف الباحثون في الكائنات الحية الأخرى وجود شكل يشبه scutoid ووجدوا أن هذا الشكل كان موجودًا بكثرة. تم العثور على هذه الأشكال الشبيهة بالسكوتيد أيضًا في الخلايا الظهارية لأسماك الحمار الوحشي والغدد اللعابية لذباب الفاكهة وخاصة في تلك المناطق التي تتطلب الأنسجة الانحناء أكثر من المظهر المسطح.
هذا اكتشاف مثير للاهتمام وفريد من نوعه والذي يمكن أن يعزز فهمنا ويساعدنا على التحكم في التنظيم ثلاثي الأبعاد للأعضاء (التشكل). يمكن أن يلقي المزيد من الضوء على ما يحدث عندما لا يتشكل العضو بشكل صحيح مما يؤدي إلى الإصابة بالأمراض. يمكن أن يكون مفيدًا بشكل كبير في مجال زراعة الأعضاء الاصطناعية وهندسة الأنسجة حيث أن بناء السقالات بهيكل التعبئة الصحيح سيؤدي إلى نتائج أفضل. اكتشاف هذا الشكل الجديد له تطبيقات محتملة في مختلف المجالات العلمية.
***
{يمكنك قراءة ورقة البحث الأصلية عن طريق النقر فوق ارتباط DOI الوارد أدناه في قائمة المصدر (المصادر) المذكورة}
المصدر (ق)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Scutoids هي حل هندسي للتعبئة ثلاثية الأبعاد للظهارة. طبيعة الاتصالات. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
