В процессе развития эмбриона ткани будущих органов, а также кожного покрова формируются из эпителиальных клеток. При этом структуры, в которые выстраиваются эти клетки, могут изгибаться и перекручиваться, чтобы приобрести нужную трёхмерную форму.
Наблюдая за процессом формирования эпителиальной ткани, учёные из Лихайского университета (США) и Севильского университета (Испания) сделали удивительное открытие. Они заметили, что группы клеток эпителия порой выстраиваются в необычную геометрическую конфигурацию.
Авторы работы поясняют: эпителиальные клетки должны плотно прилегать друг к другу, чтобы конструкция была прочной, поэтому межклеточного вещества между ними мало. Было известно, что по мере роста тканей клетки образуют либо столбчатые, либо "бутылкообразные" формы (наподобие призмы или усечённой пирамиды).
Однако конфигурация, которую увидели исследователи на этот раз, не была описана ранее. Её назвали скутоидом (scutoid).
Как видно на иллюстрации выше, одно из оснований скутоида имеет шесть граней, другое – пять. По мнению специалистов, подобная форма, которую принимают группы клеток при изгибе или закручивании, позволяет минимизировать расход энергии и увеличить стабильность общей конструкции.
В своей работе команда использовала трёхмерное моделирование, в частности, диаграмму Вороного – инструмент, позволяющий изучить геометрию объекта.
"Результаты, которые получали в процессе моделирования, были странными, – признаётся ведущий автор работы Хавьер Бусета (Javier Buceta). – Наша модель спрогнозировала, что по мере увеличения кривизны ткани формы в виде столбцов и "бутылок" не являются единственными, которые могут приниматься клетками. К нашему удивлению, дополнительная форма даже не имела названия".
Исследователи решили назвать фигуру в честь щитка насекомых (латинское название scutellum). Это треугольная хитиновая пластина, характерная для многих жуков и клопов.
Бусета вместе с коллегами проверил данные моделирования в экспериментах с тканями различных животных. Скутоиды были обнаружены в слюнных железах мушек дрозофил и тканях эмбрионов рыб данио-рерио. Предполагается, что и клетки человеческого эмбриона могут формировать скутоиды.
Учёные отмечают, что их открытие имеет не только фундаментальное значение. Такое оригинальное и в то же время простое природное решение, позволяющее стабилизировать "клеточную упаковку" и сделать расход энергии более эффективным, пригодится при создании искусственных органов и поможет улучшить разработки тканевой инженерии.
Научная статья с более подробным описанием работы была опубликована в издании Nature Communications.
