Scutoid: ένα νέο ενδιαφέρον σχήμα των κυττάρων

Μελετώντας το σχήμα των επιθηλιακών κυττάρων από τα οποία σχηματίζονται επιφάνειες του σώματος, όπως το δέρμα και τα εσωτερικά τοιχώματα των οργάνων και τα αιμοφόρα αγγεία, οι ερευνητές προς έκπληξή τους είδαν ότι τα κύτταρα παίρνουν ένα σχήμα που δεν είχαμε ξαναδεί ως τώρα.

Μέχρι τώρα, τα επιθηλιακά κύτταρα περιγράφονταν στη βιβλιογραφία σαν κολώνες, η μια δίπλα στην άλλη, με ένα σχήμα σαν αυτό του πρίσματος, 2 παράλληλες οριζόντιες πλευρές με αρκετές κάθετες παραλληλόγραμμες πλευρές, αλλά και κάποιες φορές περιγράφονται σαν το σχήμα ενός κολούρου κώνου (frustum). Τελικά αποδείχθηκε ότι είναι πιο πολύπλοκο.

Αρχικά, οι ερευνητές μέσω υπολογιστικών προσομοιώσεων, με διαγράμματα Voronoi, προέβλεψαν ποιο είναι το πιο αποδοτικό σχήμα για επίπεδες και για κυρτές επιφάνειες και βρήκαν ότι αυτό είναι ένα σχήμα που μοιάζει σαν λυγισμένο πρίσμα, με 5 ελαφρώς κεκλιμένες πλευρές και μια γωνία του κομμένη, δίνοντας 6 κάθετες πλευρές. Τα κύτταρα στοιβάζονται εναλλάσσοντας τις 6 πλευρές του ενός κυττάρου με τις 5 πλευρές του επόμενου κυττάρου, και μπορούν να σχηματίζουν καμπυλωτές επιφάνειες, χωρίς κενά.

Είχαν τη χαρά να παρατηρήσουν αυτό το σχήμα που δεν είχε περιγραφεί μέχρι τώρα στη Γεωμετρία και του έδωσαν το όνομα, scutoid. Το όνομα αυτό προέκυψε από το τριγωνικό σχήμα του θώρακα του σκαθαριού που ονομάζεται scutellum. 

Κατόπιν, επιβεβαίωσαν την ύπαρξη του σχήματος παρατηρώντας το με μικροσκοπία στο επιθήλιο του ψαριού ζέβρα και στα επιθηλιακά κύτταρα των σιελογόνων αδένων της μύγας. Πιστεύουν ότι τα επιθηλιακά κύτταρα παίρνουν αυτό το σχήμα σε κάθε καμπυλωτή επιφάνεια, όχι μόνο στα ζώα αλλά και στους ανθρώπους.

Αυτό το σχήμα επιτρέπει στα επιθηλιακά κύτταρα να πακετάρονται πολύ στενά το ένα δίπλα στο άλλο σε κλειστά καμπυλωτά σημεία, εκεί που λυγίζει ένας ιστός. Ελαχιστοποιεί την απαιτούμενη ενέργεια για τη λειτουργία του ιστού και σταθεροποιεί την τρισδιάστατη δομή του.

Αν οι επιφάνειες στο σώμα μας ήταν όλες ίσιες και επίπεδες, θα μπορούσαν να έχουν ένα απλό τετραγωνισμένο σχήμα και να στοιβάζονται το ένα δίπλα στο άλλο σαν κολώνες. Αλλά είναι πολύ λίγες οι επιφάνειες του σώματος που είναι έτσι, αφού έχουμε όλο στροφές και καμπύλες. Ιδίως κατά την εμβρυογένεση τα κύτταρα υφίστανται ακραίες αλλαγές.

Η ανακάλυψη δεν αποτελεί έκπληξη καθώς στη φύση μπορούν να υπάρξουν όλα τα σχήματα. Αλλά αποκτήσαμε άλλη μια πληροφορία για το σώμα μας, που θα φανεί χρήσιμη στην αρχιτεκτονική τεχνητών οργάνων, ώστε να τα κατασκευάσουμε με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ομοιότητα. 

--

Πηγές:

1. Gómez-Gálvez, P., Vicente-Munuera, P., Tagua, A., Forja, C., Castro, A. M., Letrán, M., ... & Cavodeassi, F. (2018). Scutoids are a geometrical solution to three-dimensional packing of epithelia. Nature Communications, 9(1), 2960.
2. Austin, D. (2006). Voronoi Diagrams and a Day at the Beach. URL: http://www.ams. org/samplings/feature-column/fcarc-voronoi.