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Os pesquisadores descobrem a causa mecânica para a extrusão da pilha

Os limites exteriores ou internos dos órgãos no corpo humano são alinhados com as folhas epiteliais assim chamadas. Estas são camadas de pilhas epiteliais que podem individualmente mudar sua forma 3D -- qual é o que acontece durante processos biológicos como a revelação do órgão (morfogênese), o equilíbrio fisiológico (homeostatis) ou a formação do cancro (carcinogénese). Do interesse particular é o processo de extrusão da pilha, onde uma única pilha perde sua superfície da “parte superior” ou da “parte inferior” e é eliminada subseqüentemente da camada. Uma compreensão completa deste fenômeno de um ponto de vista mecânico tem faltado, mas agora, Satoru Okuda e Koichi Fujimoto da universidade de Kanazawa descobriram que há uma causa puramente mecânica para a extrusão da pilha.

Mecanicamente falando, (único-camada) uma folha epitelial simples é análoga a uma espuma, e pode ser representada como uma camada de poliedros interconectados. Okuda e Fujimoto usaram tal modelo da espuma para descrever um monolayer de pilhas epiteliais, com cada pilha um poliedro com volume médio V. Cada pilha é caracterizada mais pelo número das pilhas vizinhas n, da área do apical (“parte superior ") e da área (“") da superfície inferior básica. O modelo, levando em consideração forças mecânicas entre pilhas vizinhas, conduz a uma fórmula para a energia mecânica total de uma folha epitelial em função somente de alguns parâmetros, incluindo V e n, assim como a densidade do em-plano e uma quantidade chamadas a agudeza, que pode distinguir entre as situações onde as superfícies básicas e/ou apicais estam presente ou não. (A superfície apical desaparecida A implica a extrusão básica e vice-versa.) Estudando como a energia muda variando estes poucos parâmetros, os pesquisadores podiam obter introspecções valiosas nos mecânicos de uma folha epitelial.

Encontrar chave de Okuda e de Fujimoto é que o sistema exibe uma instabilidade mecânica inerente: as pequenas alterações na topologia da pilha ou na densidade de pilha podem causar a extrusão da pilha sem forças adicionais que são aplicadas. Além disso, despeja que uma pilha que se submete à extrusão gera forças dentro da camada, que pode dirigir a extrusão de outras pilhas a um ou outro lado da camada.

Os cientistas igualmente encontraram muitos acordos entre os resultados de seu modelo e observações em sistemas vivos, tais como a ocorrência de geometria epiteliais diferentes (por exemplo a “roseta” ou pseudostratified estruturas).

O modelo tem evidentemente limitações, por exemplo as suposições que a folha inteira e as superfícies individuais da pilha não estão curvadas mas horizontalmente. Contudo, cotando os pesquisadores, “apesar de suas limitações, [] o modelo fornece um guia a compreender a vasta gama de fisiologia epitelial que ocorre na morfogênese, na homeostase, e na carcinogénese”.

[Fundo]

Pilhas epiteliais

O tecido epitelial, um de quatro tipos (ou animal) do tecido humano, é ficado situado nas superfícies exteriores dos órgãos e dos vasos sanguíneos no corpo humano, e nas superfícies internas “de espaços ocos” nos vários órgãos internos. Um exemplo típico é a camada exterior da pele, chamada a epiderme. O tecido epitelial consiste em pilhas epiteliais; pode ser apenas uma camada de pilhas epiteliais (epitélio simples), ou dois ou mais (epitélio mergulhado ou estratificado). Satoru Okuda e Koichi Fujimoto da universidade de Kanazawa têm modelado agora um epitélio simples como um regime dos poliedros a fim estudar suas propriedades mecânicas e especificamente o processo de extrusão da pilha epitelial.

Extrusão da pilha

No tecido epitelial, as extrusões da pilha acontecem -- os processos por meio de que as pilhas epiteliais “são eliminadas” do epitélio. A extrusão da pilha é um processo biológico importante, regulando por exemplo a remoção de pilhas (inoperantes) apoptotic, o crescimento do tecido e a resposta ao cancro. Okuda e Fujimoto olharam um epitélio simples de um ponto de vista mecânico. Modelando o epitélio como uma camada de poliedros interconectados, encontraram essa extrusão da pilha -- por meio de que a superfície superior ou inferior de um poliedro encolhe a um ponto e então desaparece -- pode ser considerada uma propriedade puramente mecânica. Uma instabilidade inerente, actual em folhas homogêneas, pode conduzir às pilhas que são expulso devido às pequenas alterações na densidade ou na 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.