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I ricercatori scoprono la causa meccanica per l'estrusione delle cellule

I limiti esterni o interni degli organi nel corpo umano sono allineati con le cosiddette lamiere sottili epiteliali. Questi sono livelli di celle epiteliali che possono cambiare determinato la loro forma 3D -- quale è che cosa accade durante i trattamenti biologici come lo sviluppo dell'organo (morfogenesi), l'equilibrio fisiologico (homeostatis) o la formazione del cancro (carcinogenesi). Di interesse particolare è il trattamento dell'estrusione delle cellule, in cui un unicellulare perde la sua superficie del basso “o„„ “dell'alto e successivamente è eliminato del livello. Una comprensione accurata di questo fenomeno da un punto di vista meccanico sta mancando di, ma ora, Satoru Okuda e Koichi Fujimoto dall'università di Kanazawa hanno scoperto che c'è una causa puramente meccanica per l'estrusione delle cellule.

Meccanicamente parlando, una lamiera sottile epiteliale (a un solo strato) semplice è analoga ad una schiuma e può essere rappresentata come livello di poliedri collegati. Okuda e Fujimoto hanno usato un tal modello della schiuma per descrivere uno strato monomolecolare delle celle epiteliali, con ogni cella un poliedro con volume medio V. Ogni cella più ulteriormente è caratterizzata dal numero delle celle vicine N, dell'area dell'apicale (" cima ") e dell'area della superficie (" inferiore ") basale. Il modello, considerante le forze meccaniche fra le celle vicine, piombo ad una formula per l'energia meccanica totale di una lamiera sottile epiteliale in funzione soltanto di alcuni parametri, compresi la V e N come pure la densità dell'in-aereo e una quantità chiamate nitidezza, che può distinguere fra le situazioni dove le superfici basali e/o apicali sono presenti oppure no. (La superficie apicale sparita A implica l'estrusione basale e vice versa.) Studiando come l'energia cambia variando questi pochi parametri, i ricercatori potevano ottenere le comprensioni apprezzate nei meccanismi di una lamiera sottile epiteliale.

L'individuazione chiave di Okuda e di Fujimoto è che il sistema esibisce un'instabilità meccanica inerente: i piccoli cambi nella topologia delle cellule o nella densità delle cellule possono causare l'estrusione delle cellule senza forze supplementari che sono applicate. Ancora, risulta che una cella che subisce l'estrusione genera le forze all'interno del livello, che può dirigere l'estrusione di altre celle verso qualsiasi lato del livello.

Gli scienziati egualmente hanno trovato molti accordi fra i risultati del loro modello e le osservazioni nei sistemi viventi, quale l'avvenimento delle geometrie epiteliali differenti (per esempio “la rosetta„ o pseudostratified le strutture).

Il modello evidentemente presenta le limitazioni, per esempio i presupposti che l'intera lamiera sottile e le diverse superfici delle cellule non sono curvate ma pianamente. Tuttavia, citando i ricercatori, “malgrado le sue limitazioni, [] il modello fornisce una guida a capire la vasta gamma della fisiologia epiteliale che si presenta nella morfogenesi, nell'omeostasi e nella carcinogenesi„.

[Sfondo]

Celle epiteliali

Il tessuto epiteliale, uno di quattro generi (o animale) di tessuto umano, è situato sulle superfici esterne degli organi e dei vasi sanguigni nel corpo umano e sulle superfici interne “degli spazi vuoti„ in vari organi interni. Un esempio tipico è il livello esterno dell'interfaccia, chiamato l'epidermide. Il tessuto epiteliale consiste delle celle epiteliali; può essere appena un livello di celle epiteliali (epitelio semplice), o due o più (epitelio stratificato o stratificato). Satoru Okuda e Koichi Fujimoto dall'università di Kanazawa ora hanno modellato un epitelio semplice come una disposizione dei poliedri per studiare i sui beni meccanici e specificamente il trattamento dell'estrusione delle cellule epiteliali.

Estrusione delle cellule

In tessuto epiteliale, le estrusioni delle cellule accadono -- i trattamenti con cui le celle epiteliali “sono eliminate„ dell'epitelio. L'estrusione delle cellule è un trattamento biologico importante, regolamentante per esempio la rimozione delle celle (morte) apoptotic, la crescita del tessuto e la risposta a cancro. Okuda e Fujimoto hanno esaminato un epitelio semplice da un punto di vista meccanico. Modellando l'epitelio come livello di poliedri collegati, hanno trovato quell'estrusione delle cellule -- con cui la faccia inferiore superiore o di un poliedro si restringe ad un punto e poi sparisce -- possono essere considerati i beni puramente meccanici. Un'instabilità inerente, presente in lamiere sottili omogenee, può piombo alle celle che sono estruso dovuto i piccoli cambi nella densità o nella topologia.

Source:
Journal reference:

Okuda, S., et al. (2020) A Mechanical Instability in Planar Epithelial Monolayers Leads to Cell Extrusion. Biophysical Journal. doi.org/10.1016/j.bpj.2020.03.028.