Uma nova forma geométrica foi descoberta que permite o empacotamento tridimensional de células epiteliais ao fazer tecidos e órgãos curvos.
Todo organismo vivo começa como uma única célula , que se divide em mais células, que se dividem e se subdividem até que bilhões de células sejam formadas para criar o organismo inteiro. É um dos aspectos mais enigmáticos da biologia como, a partir das células, primeiro os tecidos e depois os órgãos são formados. Essencialmente, uma estrutura simples do embrião, formada por apenas algumas células, torna-se um organismo vivo com órgãos complexos. Por exemplo, milhões de células epiteliais se agrupam para formar a pele humana , nosso maior órgão e barreira mais resistente. Se nossa pele fosse uma superfície completamente plana, formas geométricas conhecidas poderiam ser empilhadas para construí-la. Mas, como nosso corpo não é plano, essas células epiteliais precisam se curvar e se dobrar. As células epiteliais não formam apenas a camada externa da nossa pele, mas também revestem os vasos sanguíneos e os órgãos em todos os animais. Durante o desenvolvimento embrionário, os tecidos (compostos por células) se curvam e formam estruturas tridimensionais complexas que, posteriormente, se transformam em órgãos como o coração ou o fígado. As células epiteliais, que servem como blocos iniciais, se movem e se unem para se organizarem e se compactarem, conferindo ao órgão sua forma tridimensional final, visto que a maioria dos órgãos possui estruturas curvas. Devido a essa necessidade de curvatura, entende-se que as células epiteliais que revestem os órgãos precisam assumir formatos colunares ou em forma de garrafa para poderem envolvê-los durante o crescimento embrionário. As células epiteliais também desempenham outras funções, como formar uma barreira contra infecções e auxiliar na absorção de nutrientes.
Uma nova forma descoberta!
Pesquisadores da Universidade de Sevilha, na Espanha, e da Universidade Lehigh, nos EUA, concluíram em um estudo publicado na Nature Communications que as células epiteliais adotam uma forma semelhante a "prismas torcidos". Essa nova forma geométrica sólida foi denominada " escutoide ". Essa forma permite que as células epiteliais cumpram sua função de fornecer cobertura tridimensional aos órgãos. O escutoide é uma estrutura prismática, com seis lados de um lado e cinco do outro, além de uma face triangular em uma das arestas mais longas do prisma. Essa estrutura única do escutoide possibilita o empilhamento de estruturas com extremidades alternadas de cinco e seis lados, permitindo a criação de superfícies curvas. Esse nome não existe na geometria e foi escolhido pelos pesquisadores após cuidadosa consideração e devido à semelhança do escutoide com a forma do escutelo de um besouro, que é a extremidade posterior do tórax do inseto.
A forma escutóide é abundante
Pesquisadores utilizaram a técnica de modelagem computacional com diagramas de Voronoi. Esta é a ferramenta mais comumente usada para compreender formas geométricas em diferentes áreas. Experimentos de modelagem mostraram que, à medida que a curvatura do tecido aumenta, as células que o constituem assumem formas mais complexas do que apenas colunas e formatos de garrafa, como se acreditava anteriormente. As células epiteliais adotam uma forma até então desconhecida, e essa forma específica ajuda as células a serem mais eficientes em termos energéticos, ao mesmo tempo que maximiza um empacotamento estável. Os pesquisadores analisaram detalhadamente o empacotamento tridimensional de vários tecidos em diferentes animais para compreender suas perspectivas. Os dados experimentais estabeleceram que as células epiteliais adotam padrões 3D muito semelhantes aos previstos pela modelagem computacional. Assim, essa nova forma, denominada escutoide, auxilia na flexão e curvatura, permitindo que as células permaneçam empacotadas de forma estável da maneira mais otimizada. Após estabelecer a existência dessa nova forma, os pesquisadores exploraram a presença de formas semelhantes ao escutoide em outros organismos e descobriram que ela estava abundantemente presente. Essas formas semelhantes a escutoides também foram encontradas em células epiteliais de peixes-zebra e glândulas salivares de moscas-das-frutas, especialmente nas regiões onde o tecido precisa se curvar ao máximo, em vez de ter uma aparência plana.
Esta é uma descoberta muito interessante e única que pode ampliar nossa compreensão e nos ajudar a controlar a organização tridimensional dos órgãos (morfogênese). Ele pode lançar mais luz sobre o que acontece quando um órgão não se forma corretamente, levando a doenças. Poderia ser de grande ajuda no campo do cultivo de órgãos artificiais e engenharia de tecidos, já que a construção de andaimes com estrutura de empacotamento correta levaria a melhores resultados. A descoberta desta nova forma tem aplicações potenciais em vários campos científicos.
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Fontes)
Gómez-Gálvez P et al. 2018. Escutóides são uma solução geométrica para empacotamento tridimensional de epitélios. Natureza das Comunicações. 9 (1).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
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