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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，組織彎曲成復雜的三維形狀，導致器官。上皮細胞是該過程的構建塊，例如形成外層皮膚。它們還排列所有動物的血管和器官。這些細胞緊緊地包在一起為了適應胚胎發(fā)育期間發(fā)生的彎曲，已經假設上皮細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胞
      

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

      他們發(fā)現，在組織彎曲期間，上皮細胞采用先前未描述的形狀，使細胞能夠最小化能量使用并最大化包裝穩(wěn)定性。該團隊的研究結果將發(fā)表在Nature Communications的一篇名為“Scutoids是上皮細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)和Javier Buceta(美國利哈伊大學)團隊之間的美國 - 歐盟合作的結果。Pedro Gomez-Galvez和Pablo Vicente-Munuera是這項工作的第一批作者，其中還包括安達盧西亞發(fā)育生物學中心和Severo Ochoa分子生物學中心的科學家等。
      

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

      “在建模過程中，我們看到的結果很奇怪，”Buceta說。“我們的模型預測，隨著組織曲率的增加，柱子和瓶子形狀不是細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學名稱!一個通常沒有為新形狀命名的機會。“
      

      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。
      

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

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

      他們的研究結果可以為理解上皮器官的三維組織鋪平道路，并導致組織工程的進步。
      

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

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

			
        
      
			
      
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