BAGIKAN
Pedro Gómez-Gálvez et al. (Nature Communications)

Ketika embrio berkembang, jaringan membengkok menjadi bentuk tiga dimensi kompleks yang mengarah menjadi organ. Sel epitel adalah blok bangunan dari proses ini, yang membentuk, misalnya, lapisan luar kulit. Mereka juga melapisi pembuluh darah dan organ semua hewan.

Sel-sel ini dikemas dengan rapat. Untuk mengakomodasi lengkungan yang terjadi selama perkembangan embrio, telah diasumsikan bahwa sel-sel epitel mengadopsi dengan baik kolumnar atau seperti bentuk botol.

Namun, sekelompok ilmuwan menggali lebih dalam fenomena ini dan menemukan bentuk geometris baru dalam prosesnya.

Mereka menemukan bahwa, selama pembengkokan jaringan, sel epitel mengadopsi bentuk yang belum terdeskripsikan yang memungkinkan sel untuk meminimalkan penggunaan energi dan memaksimalkan stabilitas pengepakan. Hasil dari tim telah dipublikasikan di Nature Communications dalam makalah yang berjudul: “Scutoids are a geometrical solution to three-dimensional packing of epithelia”

Penelitian ini adalah hasil dari kerjasama antara tim Uni Eropa-Amerika Serikat. Di mana Pedro Gómez-Gálvez dan Pablo Vicente-Munuera adalah penulis pertama dari karya ini.

Javier Buceta salah satu dari tim ilmuwan dan rekan-rekannya pertama kali membuat penemuannya melalui pemodelan komputasi yang menggunakan diagram Voronoi, alat yang digunakan di sejumlah bidang untuk memahami penyusunan geometri.

“Selama proses pemodelan, hasil yang kami lihat aneh,” kata Buceta. “Model kami memperkirakan bahwa ketika kelengkungan jaringan meningkat, kolom dan bentuk sperti botol bukan satu-satunya bentuk yang dapat dikembangkan sel. Yang mengejutkan kami, bentuk tambahan itu bahkan tidak memiliki nama dalam matematika! Seseorang biasanya tidak memiliki kesempatan untuk memberi nama bentuk baru. ”

Tim telah menamai bentuk baru ini sebagai “scutoid,” karena kemiripannya dengan scutellum — bagian posterior dari thorax serangga atau bagian tengah tubuh.

Untuk memverifikasi prediksi model, kelompok menyelidiki pengemasan tiga dimensi dari jaringan yang berbeda pada hewan yang berbeda. Data eksperimen menegaskan bahwa sel epitel mengadopsi bentuk dan motif pengepakan tiga dimensi yang mirip dengan yang diprediksi oleh model komputasi.

Dengan menggunakan pendekatan biofisik, tim berpendapat bahwa scutoid menstabilkan pengemasan tiga dimensi dan membuatnya efisien dalam penggunaan energi. Seperti yang dikatakan Buceta: “Kami telah membuka kunci solusi alam untuk mencapai lekukan epitel yang efisien.”

Temuan mereka bisa membuka jalan untuk memahami penyusunan tiga dimensi organ epitel dan mengarah pada kemajuan dalam rekayasa jaringan.

“Selain aspek mendasar dari morfogenesis,” mereka menulis, “kemampuan untuk merekayasa jaringan dan organ di masa depan secara kritis bergantung pada kemampuan untuk memahami, dan kemudian mengendalikan, penyusunan 3D sel.”

Menambahkan Buceta: “Misalnya, jika Anda ingin menumbuhkan organ buatan, penemuan ini dapat membantu Anda membangun perancah untuk mendorong jenis kemasan sel tersebut, secara akurat meniru cara alam untuk mengembangkan jaringan secara efisien.”