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      研究揭示了自然界使用的新幾何形狀來有效地包裝細(xì)胞
      
			
      
				2019-04-04 10:17:48
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      隨著胚胎的發(fā)育，組織彎曲成復(fù)雜的三維形狀，導(dǎo)致器官。上皮細(xì)胞是該過程的構(gòu)建塊，例如形成外層皮膚。它們還排列所有動物的血管和器官。這些細(xì)胞緊緊地包在一起為了適應(yīng)胚胎發(fā)育期間發(fā)生的彎曲，已經(jīng)假設(shè)上皮細(xì)胞采用柱狀或瓶狀形狀。
      

      研究揭示了自然界使用的新幾何形狀來有效地包裝細(xì)胞
      

      然而，一群科學(xué)家深入研究了這一現(xiàn)象，并在此過程中發(fā)現(xiàn)了一種新的幾何形狀。
      

      他們發(fā)現(xiàn)，在組織彎曲期間，上皮細(xì)胞采用先前未描述的形狀，使細(xì)胞能夠最小化能量使用并最大化包裝穩(wěn)定性。該團(tuán)隊的研究結(jié)果將發(fā)表在Nature Communications的一篇名為“Scutoids是上皮細(xì)胞三維包裝的幾何解決方案”的論文中。
      

      該研究是Luis M. Escudero(西班牙塞維利亞大學(xué))和Javier Buceta(美國利哈伊大學(xué))團(tuán)隊之間的美國 - 歐盟合作的結(jié)果。Pedro Gomez-Galvez和Pablo Vicente-Munuera是這項工作的第一批作者，其中還包括安達(dá)盧西亞發(fā)育生物學(xué)中心和Severo Ochoa分子生物學(xué)中心的科學(xué)家等。
      

      Buceta及其同事首先通過使用Voronoi圖表的計算建模發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)，Voronoi圖表是一種用于理解幾何組織的工具。
      

      “在建模過程中，我們看到的結(jié)果很奇怪，”Buceta說。“我們的模型預(yù)測，隨著組織曲率的增加，柱子和瓶子形狀不是細(xì)胞可能形成的唯一形狀。令我們驚訝的是，額外的形狀甚至沒有數(shù)學(xué)名稱!一個通常沒有為新形狀命名的機(jī)會。“
      

      該組織將新形狀命名為“scutoid”，因為它與盾片 - 昆蟲胸部或腹部的后部相似。
      

      為了驗證模型的預(yù)測，該小組研究了不同動物的不同組織的三維包裝。實驗數(shù)據(jù)證實，上皮細(xì)胞采用與計算模型預(yù)測相似的形狀和三維填充圖案。
      

      使用生物物理方法，該團(tuán)隊認(rèn)為，scutoids穩(wěn)定三維填料，使其具有能量效率。正如Buceta所說：“我們已經(jīng)解開了大自然的解決方案，以實現(xiàn)有效的上皮彎曲。”
      

      他們的研究結(jié)果可以為理解上皮器官的三維組織鋪平道路，并導(dǎo)致組織工程的進(jìn)步。
      

      “除了形態(tài)發(fā)生的這一基本方面外，”他們寫道，“未來設(shè)計組織和器官的能力嚴(yán)重依賴于理解和控制細(xì)胞三維組織的能力。”
      

      Buceta補(bǔ)充說：“例如，如果你想種植人造器官，這個發(fā)現(xiàn)可以幫助你建立一個支架來鼓勵這種細(xì)胞包裝，準(zhǔn)確地模仿大自然有效發(fā)育組織的方式。”
      
			

			
        
      
			
      
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