Ученые из России и Франции совершили прорывное открытие, выявив универсальный принцип, который объясняет структурную организацию разнообразных живых тканей — от человеческой кожи до сложных коралловых колоний. Это фундаментальное понимание, по мнению исследователей, может значительно углубить наши знания о механизмах заживления ран. Детальные результаты этого исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале Physical Review Research, о чем сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
Принципы клеточной и полиповой организации
Эпителиальные ткани, образующие поверхность кожи, выстилающие кишечник и другие органы, состоят из клеток, плотно прилегающих друг к другу и часто имеющих многоугольную форму. Ранее уже было установлено, что в здоровых эпителиальных слоях у различных видов животных и растений эти клетки располагаются согласно единому энергоэффективному принципу, характеризующемуся определенным количеством граней и соседей.
Однако до сих пор оставалось неясным, применим ли этот же универсальный принцип к более высокоорганизованным биологическим структурам, таким как колонии кораллов, состоящие из тысяч отдельных мелких организмов — полипов.
Методология исследования
Специалисты Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) и Университета Монпелье (Франция) провели сравнительный анализ структуры эпителиальных клеток и расположения отдельных полипов в коралловых колониях. Для исследования клеток эпителия шейки матки человека и почки обезьяны использовался конфокальный микроскоп, позволяющий получать высококонтрастные изображения тканей с высоким пространственным разрешением. Тысячи цифровых снимков коралловых колоний из семейств Faviidae, Merulinidae и Montastraeidae были получены с помощью микрокомпьютерной томографии. Для каждого полипа исследователи скрупулезно определяли количество его ближайших соседей и занимаемую им площадь.
Удивительное сходство и инновационная модель
Результаты исследования оказались поразительными: распределение полипов по числу соседей в изученных коралловых колониях практически идеально совпало с аналогичным распределением в эпителиальных клетках. Было обнаружено, что большинство структурных элементов (от 43 до 51 процента) имели шесть соседей, от 25 до 27 процентов — пять, а меньшая доля приходилась на элементы с четырьмя, семью, восьмью или девятью соседями.
На основе этих эмпирических данных ученые разработали компьютерную модель, которая успешно объясняет такое единообразие. Согласно этой модели, как клетки, так и полипы ведут себя как частицы, которые взаимно отталкиваются, если находятся слишком близко, и прекращают взаимодействовать на значительном расстоянии.
«Биологические системы, крайне разные по своему уровню организации, используют один простой и универсальный физический принцип для построения своей структуры. Эти знания имеют критическое значение для понимания механизмов восстановления и развития тканей, что является ключевым направлением в регенеративной медицине»,
Практическое применение открытия
Авторы исследования подчеркивают, что разработанная модель обладает значительным потенциалом для глубокого понимания механизмов развития тканей и процессов заживления ран, а также для экологической оценки состояния коралловых рифов. В биомедицинской сфере эти знания могут способствовать разработке новых, более эффективных подходов к регенерации тканей.
По словам профессора Рошаля, новые принципы также позволят более точно прогнозировать, как коралловые рифы, которые находятся под серьезной угрозой из-за изменения климата и загрязнения морей, будут реагировать на трансформацию окружающей среды. В настоящее время французские коллеги ученых ЮФУ продолжают свои исследования, изучая образцы ископаемых кораллов с использованием компьютерной микротомографии, чтобы углубить понимание эволюции этих структур.
