תתחדשו – צורה חדשה נולדה

חשבתם שלא נשאר עוד מה לחדש בגיאומטריה? מתברר שהטבע ממשיך להפתיע אותנו ומשתמש בצורות שלא הכרנו. חוקרים מספרד ומארצות הברית גילו צורה גיאומטרית חדשה שלא הוגדרה עד כה, בחיפוש אחר מודל שיסביר את מבנה התאים הנפוצים ביותר בגופנו – תאי האפיתל.

תאי אפיתל הם התאים המרכיבים הרקמות  שמצפות משטחים חיצוניים של איברים בגוף. שכבות אפיתל נמצאות בכליות, בכלי הדם, בריאות וגם בעור שלנו, ובכל איבר הם מקבלים צורה שונה. התאים הללו ממלאים תפקיד חיוני גם במהלך התפתחות האיברים בגוף העובר. הם צמודים זה לזה במבנה תלת-ממדי מורכב שמאפשר לאיברים ולרקמות להיות גמישים,  אולם עד כה לא היה ברור בדיוק מהו אותו מבנה תלת-ממדי.

לואיס אסקודרו (Escudero) מאוניברסיטת סביליה בספרד וחוויאר ביוסטה (Buceta) מאוניברסיטת ליהיי בפנסילבניה החליטו לשתף פעולה כדי לפענח את צורתם של תאי האפיתל, והם פרסמו את ממצאיהם לאחרונה בכתב העת Nature Communications. החוקרים פיתחו מודל מתמטי שמתאר איך מתארגנת שכבה אחת של תאי אפיתל דמויי עמודים (אורכם גדול פי ארבעה מרוחבם) ברקמה שאינה מישורית (למשל, מעטפת של גליל). סימולציות של התארגנות התאים במרחב הראו שבזמן התעקמות הרקמה מתרחשת מעין היפרדות של חלק מהתאים זה מזה, והיצמדות של אחרים:, תאים שהיו שכנים בשכבה החיצונית של רקמת האפיתל אינם צמודים זה לזה בחלקה הפנימי, ובמקום זאת הם צמודים לתאים אחרים.

בזמן שהרקמה מתעקמת תאים שהיו שכנים, כמו האדום והירוק, נפרדים, ואחרים נצמדים | מתוך המאמר, Gómez-Gálvez et al
 

עד כה סברו שתאי האפיתל נראים כמו מנסרה מחומשת או פירמידה קטומה – כלומר צורות שבהן לבסיס העליון והתחתון יש אותו מספר צלעות. אולם התחזיות של המודל המתמטי הראו שהצורות האלו אינן מתאימות בשביל לתאר את אותה תופעה של היפרדות והיצמדות בין התאים. החוקרים גילו שצורה אחרת יכולה להיות פתרון מוצלח יותר.

הסקיוטואיד: בדיוק מה שתאי אפיתל צריכים

לצורה הגיאומטרית החדשה הזאת הם קראו סקיוטואיד (Scutoid) על שם המגינית (Scutellum), איבר שנמצא מאחורי החזה של חרקים מסוימים כגון חיפושיות ומזכיר בתבניתו את הצורה הזאת. לסקיוטואיד יש שתי פאות מקבילות, שאחת מהן מחומשת והשנייה משושה. במקום הפיצול, שבו אחד מקודקודי הפאה המחומשת מתפצל לשני קודקודים של הפאה המשושה, נוצרת מעין צורת Y.

לסקיוטואיד יש שתי פאות מקבילות, שאחת מהן מחומשת והשנייה משושה | Shutterstock

התארגנות התאים בצורת הסקיוטואיד מאפשרת לרקמות להשקיע כמות מזערית של אנרגיה כשהאיבר מתקפל - השינוי האנרגטי שהתאים עוברים כאשר הרקמה מתעקמת הוא הקטן ביותר, בהשוואה לצורות אחרות. ומספקת מבנה תלת-ממדי יציב ביותר. החוקרים אף מדדו את המבנה המרחבי של שכבות אפיתל ברקמות עוברים של זבוב התסיסנית (דרוזופילה) והראו שקיימים שם תאי אפיתל בצורה הזאת.

מעבר להתרגשות מעצם מציאת צורה חדשה בטבע והזכות להיות הראשונים שקוראים לה בשם, להבנת מבנה תאי האפיתל יש השלכות ויישומים רבים בביולוגיה ובפרט בתחום הנדסת הרקמות. גילוי הסקיוטואידים, שמאפשרים מבנה יציב ויעיל מבחינת צריכת אנרגיה, עשוי לעזור להנדס בעתיד רקמות מלאכותיות טובות יותר שיחקו את מה שהטבע מצא כבר מזמן.