Как клетки формируют регулярные геометрические узоры
Красивые геометрические узоры, образуемые клетками в тканях, играют важную роль в передаче внешних стимулов в мозг. Учёные исследовали механизм их формирования.
Ключевое открытие: Исследователи из Университета Кобе обнаружили, что разные типы сенсорных клеток экспрессируют разные типы молекул адгезии, что и запускает формирование узоров.
Математическая модель: Команда математиков, включая Карела Свадленку из Киотского университета, создала модель, которая успешно воспроизводит клеточные паттерны в сенсорном эпителии. Модель использует в качестве входных параметров интенсивности молекул адгезии.
Вывод модели: Результаты подтверждают гипотезу, что дифференциальная адгезия или межфазное натяжение — главный механизм, формирующий эти паттерны в процессе развития органов.
Методы исследования:
- Визуализация: Использование методов визуализации для идентификации клеточных паттернов на разных стадиях развития эпителия и измерения концентрации молекул адгезии в клеточных контактах.
- Численный метод: Разработка нового алгоритма на основе базового алгоритма Эседоглу-Отто, который сохраняет объёмы отдельных клеток и их связность, предотвращая неестественное разделение клеток.
Важное наблюдение: Алгоритмы помогли устранить расхождение между экспериментально наблюдаемыми паттернами в обонятельном эпителии и численными результатами. Изменение параметров в симуляции позволило воспроизвести экспериментальный узор.
Заключение: Исследование показало, что на более поздних стадиях развития клеточных паттернов межфазное натяжение становится преобладающим механизмом. Это открытие меняет представление о том, что механизм перестройки клеток в природе был значительно сложнее.
«Нас вдохновляет, что биология и математика могут и должны работать вместе, чтобы делать фундаментально важные открытия», — отмечает Свадленка.
Исследование опубликовано в Communications Biology.