התגלתה צורה גיאומטרית חדשה המאפשרת אריזה תלת מימדית של תאי אפיתל בעת יצירת רקמות ואיברים מעוקלים.
כל אורגניזם חי מתחיל כיחיד תא, אשר לאחר מכן מתחלקים לתאים נוספים, אשר מתחלקים ומתחלקים עוד יותר עד למיליארדים של תאים נוצרים כדי ליצור את האורגניזם כולו. זה אחד ההיבטים האניגמטיים ביותר של ביולוגיה איך מתחילים מתאי, נוצרות תחילה רקמות ולאחר מכן איברים. בעיקרו של דבר, מבנה פשוט של העובר שנוצר על ידי תאים מעטים הופך לאורגניזם חי בעל איברים מורכבים. לדוגמה, מיליוני תאי אפיתל נאספים יחד כדי ליצור את בן אנוש העור, האיבר הגדול ביותר שלנו והמחסום החזק ביותר. אם שלנו עור היה משטח שטוח לחלוטין, ניתן היה לערום צורות גיאומטריות ידועות יחד כדי לבנות עור. אבל מכיוון שהגוף שלנו אינו שטוח תאי האפיתל הללו צריכים להתעקם ולכופף את עצמם. תאי אפיתל לא רק יוצרים את השכבה החיצונית של העור שלנו, אלא הם גם מצפים את דם כלים וכן האיברים בכל בעלי החיים. כאשר עובר מתפתח, רקמות (עשויים תאים) מתכופפים ויוצרים צורות תלת מימדיות מורכבות שהופכות לאחר מכן לאיברים כמו לב או כבד וכו'. אבני ההתחלה תאי האפיתל 'זזים' ו'מצטרפים' יחד כדי לארגן את עצמם ולארוז היטב כדי לתת לאיבר את שלושת הסופי שלו- צורה ממדית שכן רוב האיברים הם מבנים מעוקלים. בגלל דרישה זו של עקמומיות, מובן שתאי אפיתל המצפים את האיברים צריכים לאמץ צורות עמודים או בקבוקים כדי להיות מסוגלים להקיף איברים בזמן שהעובר גדל. תאי אפיתל מספקים גם פונקציות אחרות כמו יצירת מחסום מפני זיהומים וספיגת חומרים מזינים.
צורה חדשה התגלתה!
חוקרים מאוניברסיטת סביליה, ספרד ואוניברסיטת ליהי, ארה"ב מסיקים במחקרם שפורסם ב-Nature Communications שתאי אפיתל מאמצים צורה שדומה ל"מנסרות מעוותות". צורה גיאומטרית מוצקה חדשה זו כונתה בשם 'scutoid'. צורה זו מאפשרת לתאי אפיתל להשיג את מטרתם לספק כיסוי תלת מימדי לאיברים. Scutoid הוא מבנה דמוי מנסרה, עם שש צלעות בצד אחד וחמש בצד השני יחד עם פנים משולש על אחד הקצוות הארוכים של המנסרה. המבנה הייחודי הזה של סקוטואיד מאפשר לערום אותם יחד עם קצוות חמישה צדדים ושישה צדדים לסירוגין המאפשרים יצירת משטחים מעוקלים. שם זה אינו קיים בגיאומטריה ונבחר על ידי חוקרים לאחר שיקול דעת מדוקדק ובשל דמיון של סקוטואיד עם צורת זרוע של חיפושית שהוא הקצה האחורי של בית החזה של חרק.
צורת Scutoid יש בשפע
חוקרים השתמשו בטכניקת מודלים חישוביים תוך שימוש בדיאגרמות של Voronoi. זהו הכלי הנפוץ ביותר להבנת צורות גיאומטריות על פני שדות שונים. ניסויי דוגמנות הראו שככל שהעקמומיות ברקמה גדלה, התאים המרכיבים את הרקמות הללו השתמשו בצורות מורכבות יותר מאשר רק עמודות וצורות בקבוקים כפי שהאמינו קודם לכן. תאי האפיתל מאמצים צורה שלא תוארה בעבר, וצורה מסוימת זו עוזרת לתאים להפוך אותם ליעילים יותר באנרגיה תוך מיקסום אריזה יציבה. החוקרים בחנו מקרוב אריזה תלת מימדית של רקמות שונות בבעלי חיים שונים כדי לנתח את השקפותיהם. נתונים ניסויים קבעו שתאי אפיתל אכן מאמצים דומה מאוד 3D מוטיבים כפי שחזו על ידי מודלים חישוביים. אז זה צורה חדשה scutoid מסייע בכיפוף ובעקמומיות ומאפשר את הדרך האופטימלית ביותר לתאים להישאר ארוזים ביציבות. לאחר שקבעו שקיימת צורה חדשה, חוקרים חקרו באורגניזמים אחרים את נוכחותם של צורה דמוית סקוטואיד ומצאו שצורה זו קיימת בשפע. צורות דמויות סקוטואיד אלו נמצאו גם בתאי אפיתל של דגי זברה ובבלוטות רוק של זבובי פירות, ובמיוחד באותם אזורים שבהם הרקמה נדרשת להתעקל הכי הרבה במקום להיות בעלת מראה שטוח.
זהו תגלית מאוד מעניינת וייחודית שיכולה לקדם את ההבנה שלנו ולעזור לנו לשלוט בארגון התלת מימדי של איברים (מורפוגנזה). זה יכול לשפוך יותר אור על מה שקורה כאשר איבר לא נוצר בצורה נכונה מה שמוביל למחלות. זה יכול להיות לעזר עצום בתחום של גידול איברים מלאכותיים והנדסת רקמות שכן בניית פיגומים עם מבנה אריזה נכון תוביל לתוצאות טובות יותר. לגילוי הצורה החדשה הזו יש יישומים פוטנציאליים בתחומים מדעיים שונים.
***
{תוכל לקרוא את עבודת המחקר המקורית על ידי לחיצה על קישור ה-DOI המופיע להלן ברשימת המקורות המצוטטים}
מקור (ים)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Scutoids הם פתרון גיאומטרי לאריזה תלת מימדית של אפיתליה. תקשורת טבע. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
***
