Открыта новая геометрическая форма, которую природа использует для эффективной упаковки клеток

Эпителиальные клетки, формирующие внешний слой кожи, выстилающие кровеносные сосуды и органы, плотно упакованы. Ранее считалось, что для образования изгибов тканей в процессе эмбрионального развития эти клетки принимают либо столбчатую, либо бутылкообразную форму.

Группа учёных обнаружила, что при изгибе ткани эпителиальные клетки принимают ранее не описанную форму, которая позволяет минимизировать затраты энергии и максимизировать стабильность упаковки. Результаты опубликованы в Nature Communications в статье "Scutoids are a geometrical solution to three-dimensional packing of epithelia".

Исследование — результат сотрудничества между командами Луиса М. Эскудеро (Университет Севильи, Испания) и Хавьера Бусеты (Лехайский университет, США). Первые авторы работы — Педро Гомес-Гальвес и Пабло Висенте-Муньера.

Открытие было сначала сделано с помощью вычислительного моделирования, использующего диаграммы Вороного. Модель предсказала, что с увеличением кривизны ткани клетки могут формировать не только столбцы и бутылкообразные формы, но и новую, не имеющую названия в математике форму.

Группа назвала новую форму «скутоид» (scutoid) из-за сходства со щитком (scutellum) — задней частью груди насекомого.

Экспериментальные данные по трёхмерной упаковке различных тканей у разных животных подтвердили, что эпителиальные клетки принимают формы, предсказанные вычислительной моделью.

Используя биофизические подходы, команда утверждает, что скутоиды стабилизируют трёхмерную упаковку и делают её энергетически эффективной. Как говорит Бусета: «Мы раскрыли природное решение для достижения эффективного изгиба эпителия».

Это открытие может помочь понять трёхмерную организацию эпителиальных органов и привести к прогрессу в тканевой инженерии, например, при создании каркасов для выращивания искусственных органов.