Российские и французские ученые выявили фундаментальный принцип, описывающий структуру живых тканей, от человеческой кожи до коралловых образований. Это открытие, по словам исследователей, может углубить наше понимание процессов заживления ран. Детали исследования представлены в журнале Physical Review Research, как сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
Эпителиальные ткани, формирующие кожу, слизистые оболочки кишечника и других органов, состоят из плотно соединенных клеток многоугольной формы. Предыдущие исследования уже показали, что клетки в здоровых эпителиях различных организмов — как животных, так и растений — следуют общему, энергетически оптимальному принципу расположения, характеризующегося определенным числом граней и соседей.
Однако до сих пор не было ясно, применимо ли это правило к более сложным биологическим системам, таким как кораллы, чьи колонии образованы тысячами мельчайших полипов.
Исследователи из Южного федерального университета (Россия, Ростов-на-Дону) и Университета Монпелье (Франция) провели сравнительный анализ организации клеток эпителия и расположения отдельных полипов в колониях кораллов.
Для изучения клеток эпителия шейки матки человека и почки обезьяны применялся конфокальный микроскоп, обеспечивающий высококонтрастные изображения с высоким разрешением. Колонии кораллов (семейств Faviidae, Merulinidae и Montastraeidae) были исследованы с помощью микрокомпьютерной томографии, что позволило получить тысячи цифровых изображений. Для каждого полипа было определено количество его ближайших соседей и занимаемая им площадь.
Выяснилось, что количество соседей у полипов кораллов демонстрирует почти полное сходство с аналогичными показателями для клеток эпителия. В частности, от 43% до 51% структурных единиц имели шесть соседей, около 25–27% — пять, а меньшая доля приходилась на четыре, семь, восемь или девять соседей.
На основе этих данных была разработана компьютерная модель, которая успешно объясняет наблюдаемое распределение. Модель предполагает, что как клетки, так и полипы взаимодействуют подобно частицам: они отталкиваются при сближении и прекращают взаимодействие на значительных дистанциях.
По мнению авторов, данная модель имеет широкое применение: она может улучшить понимание процессов тканевого развития и заживления ран, служить инструментом для экологической оценки коралловых рифов и найти применение в биомедицине.
«Биологические системы, несмотря на их организационную сложность, следуют единому, простому физическому принципу для формирования своей структуры. Эти знания крайне важны для понимания процессов регенерации и развития тканей, что является ключевым для регенеративной медицины», — отметил Сергей Рошаль, профессор кафедры нанотехнологии ЮФУ и руководитель проекта, финансируемого РНФ.
Он также добавил, что эти принципы позволят прогнозировать реакцию коралловых рифов, страдающих от изменения климата и загрязнения, на изменения окружающей среды. В настоящее время французские коллеги из Университета Монпелье анализируют образцы ископаемых кораллов с использованием компьютерной микротомографии.
