تم اكتشاف شكل هندسي جديد يتيح التعبئة ثلاثية الأبعاد للخلايا الظهارية عند تكوين الأنسجة والأعضاء المنحنية.
يبدأ كل كائن حي بخلية واحدة ، تنقسم بدورها إلى خلايا أخرى، تنقسم بدورها إلى مليارات الخلايا لتكوين الكائن الحي بأكمله. يُعدّ هذا من أكثر جوانب علم الأحياء غموضًا ، إذ كيف تتشكل الأنسجة أولًا ثم الأعضاء انطلاقًا من الخلايا. في جوهر الأمر، يتحول تركيب الجنين البسيط، المكون من عدد قليل من الخلايا، إلى كائن حي ذي أعضاء معقدة. على سبيل المثال، تتراص ملايين الخلايا الظهارية معًا لتكوين جلد الإنسان ، وهو أكبر أعضائنا وأقوى حاجز لدينا. لو كان جلدنا سطحًا مستويًا تمامًا، لأمكن تكديس أشكال هندسية معروفة لتكوينه. ولكن نظرًا لأن جسمنا ليس مستويًا، فإن هذه الخلايا الظهارية تنحني وتتقوس. لا تقتصر وظيفة الخلايا الظهارية على تكوين الطبقة الخارجية من جلدنا فحسب، بل إنها تبطن أيضًا الأوعية الدموية والأعضاء في جميع الحيوانات. أثناء نمو الجنين، تنحني الأنسجة (المكونة من خلايا) لتشكل أشكالًا ثلاثية الأبعاد معقدة، والتي بدورها تصبح أعضاءً مثل القلب والكبد. تتحرك الخلايا الظهارية الأولية وتتحد معًا لتنظيم نفسها والتراص بإحكام، مما يمنح العضو شكله النهائي ثلاثي الأبعاد، نظرًا لأن معظم الأعضاء ذات بنية منحنية. وبسبب هذا الانحناء، من المفهوم أن الخلايا الظهارية التي تبطن الأعضاء يجب أن تتخذ أشكالًا عمودية أو على شكل زجاجة لتتمكن من إحاطة الأعضاء أثناء نمو الجنين. كما تؤدي الخلايا الظهارية وظائف أخرى، مثل تشكيل حاجز ضد العدوى وامتصاص العناصر الغذائية.
اكتشف شكل جديد!
خلص باحثون من جامعة إشبيلية بإسبانيا وجامعة ليهاي بالولايات المتحدة الأمريكية، في دراستهم المنشورة في مجلة Nature Communications، إلى أن الخلايا الظهارية تتخذ شكلاً يشبه إلى حد ما "الموشورات الملتوية". وقد أُطلق على هذا الشكل الهندسي الصلب الجديد اسم " سكوتويد ". يُمكّن هذا الشكل الخلايا الظهارية من تحقيق وظيفتها المتمثلة في توفير غطاء ثلاثي الأبعاد للأعضاء. السكوتويد عبارة عن بنية تشبه الموشور، بستة جوانب على جانب وخمسة على الجانب الآخر، بالإضافة إلى وجه مثلث على أحد حواف الموشور الطويلة. هذه البنية الفريدة للسكوتويد تجعل من الممكن تكديسها معًا بنهايات خماسية وسداسية متناوبة، مما يسمح بإنشاء أسطح منحنية. هذا الاسم غير موجود في الهندسة، وقد اختاره الباحثون بعد دراسة متأنية، نظرًا لتشابه السكوتويد مع شكل درع الخنفساء، وهو الطرف الخلفي لصدر الحشرة.
شكل سكوتويد وفير
استخدم الباحثون تقنية النمذجة الحاسوبية باستخدام مخططات فورونوي، وهي الأداة الأكثر شيوعًا لفهم الأشكال الهندسية في مختلف المجالات. أظهرت تجارب النمذجة أنه مع ازدياد انحناء الأنسجة، تتخذ الخلايا المكونة لها أشكالًا أكثر تعقيدًا من مجرد الأعمدة والأشكال الشبيهة بالزجاجات كما كان يُعتقد سابقًا. تتخذ الخلايا الظهارية شكلًا لم يُوصف من قبل، ويساعدها هذا الشكل تحديدًا على زيادة كفاءتها في استهلاك الطاقة مع تحقيق أقصى قدر من التراص المستقر. درس الباحثون عن كثب التراص ثلاثي الأبعاد لأنسجة مختلفة في حيوانات متنوعة لتحليل النتائج. أثبتت البيانات التجريبية أن الخلايا الظهارية تتخذ بالفعل أنماطًا ثلاثية الأبعاد متشابهة جدًا كما تنبأت بها النمذجة الحاسوبية. لذا، يساعد هذا الشكل الجديد ، المعروف باسم "الدرع"، في الانحناء والتقوس، مما يسمح للخلايا بالبقاء متراصة بشكل مستقر. بعد التأكد من وجود هذا الشكل الجديد، بحث الباحثون في كائنات حية أخرى عن وجود شكل مشابه له، ووجدوا أنه منتشر بكثرة. وقد تم العثور على هذه الأشكال الشبيهة بالدرع أيضًا في الخلايا الظهارية لأسماك الزيبرا والغدد اللعابية لذباب الفاكهة، وخاصة في تلك المناطق التي تتطلب فيها الأنسجة أن تنحني أكثر بدلاً من أن يكون لها مظهر مسطح.
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.
***
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
***
