À medida que um embrião se desenvolve, os tecidos se curvam em formas tridimensionais complexas que levam aos órgãos. As células epiteliais são os blocos de construção desse processo, formando, por exemplo, a camada externa da pele. Eles também revestem os vasos sanguíneos e órgãos de todos os animais.
Essas células se juntam firmemente. Para acomodar o encurvamento que ocorre durante o desenvolvimento embrionário, foi assumido que as células epiteliais adotam formas colunares ou semelhantes a garrafas.
No entanto, um grupo de cientistas aprofundou esse fenômeno e descobriu uma nova forma geométrica no processo.
Eles descobriram que, durante a flexão do tecido, as células epiteliais adotam uma forma previamente não descrita que permite às células minimizar o uso de energia e maximizar a estabilidade da embalagem. Os resultados da equipe foram publicados na Nature Communications em um artigo intitulado “Os scutoids são uma solução geométrica para o empacotamento tridimensional de epitélios”(DOI: 10.1038 / s41467-018-05376-1).
O estudo é resultado de uma colaboração Estados Unidos-União Européia entre as equipes de Luis M. Escudero (Universidade de Sevilha, Espanha) e a de Javier Buceta , professor associado de bioengenharia e membro do corpo docente do departamento de engenharia química e biomolecular de Lehigh. . Pedro Gómez-Gálvez e Pablo Vicente-Munuera são os primeiros autores deste trabalho, que inclui também cientistas do Centro Andalucia de Biologia do Desenvolvimento e do Centro Severo Ochoa de Biologia Molecular, entre outros.
Javier e seus colegas fizeram a descoberta pela primeira vez através de modelagem computacional que utilizou a diagramação de Voronoi, uma ferramenta usada em vários campos para entender a organização geométrica.
“Durante o processo de modelagem, os resultados que vimos foram estranhos”, diz Javier. “Nosso modelo previu que à medida que a curvatura do tecido aumenta, colunas e formas de garrafa não são as únicas formas que as células podem desenvolver. Para nossa surpresa, a forma adicional nem sequer tem nome em matemática! Normalmente, não se tem a oportunidade de nomear uma nova forma. ”
O grupo nomeou a nova forma como "scutoid", por sua semelhança com o escutelo - a parte posterior de um tórax ou tronco de inseto.
Para verificar as previsões do modelo, o grupo investigou o empacotamento tridimensional de diferentes tecidos em diferentes animais. Os dados experimentais confirmaram que as células epiteliais adotaram formas e motivos de empacotamento tridimensionais semelhantes aos previstos pelo modelo computacional.
Usando abordagens biofísicas, a equipe argumenta que os scutoids estabilizam o empacotamento tridimensional e o tornam energeticamente eficiente. Como Javier coloca: "Abrimos a solução da natureza para alcançar uma dobra epitelial eficiente".
Suas descobertas podem abrir o caminho para o entendimento da organização tridimensional dos órgãos epiteliais e levar a avanços na engenharia de tecidos.
"Além desse aspecto fundamental da morfogênese", escrevem eles, "a capacidade de projetar tecidos e órgãos no futuro depende criticamente da capacidade de entender e depois controlar a organização 3D das células".
Javier acrescenta: "Por exemplo, se você quer cultivar órgãos artificiais, essa descoberta pode ajudá-lo a construir um andaime para encorajar esse tipo de embalagem celular, imitando com precisão o modo natural de desenvolver tecidos com eficiência".
A forma scutoid foi nomeada após essa visão de cima para baixo do escutelo de um besouro. Crédito: Pedro Gómez-Gálvez e outros (Nature Communications)
Nenhum comentário:
Postar um comentário