Международная группа ученых из России и Франции совершила значимое открытие, выявив универсальный принцип, регулирующий структуру живых тканей — от человеческой кожи до коралловых колоний. Исследователи предполагают, что их работа проложит путь к более глубокому пониманию процессов заживления ран. Результаты этого новаторского исследования были представлены в престижном научном журнале Physical Review Research, о чем сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).
Известно, что эпителиальные ткани, формирующие кожу, слизистые оболочки кишечника и других внутренних органов, состоят из плотно сгруппированных клеток многоугольной формы. Предыдущие исследования уже установили, что в здоровых эпителиальных слоях у различных представителей флоры и фауны клетки располагаются согласно единому энергоэффективному принципу, характеризующемуся определенным числом граней и соседних клеток.
Тем не менее, до сих пор оставалось неясным, применим ли этот принцип к более сложным биологическим структурам, таким как кораллы, которые представляют собой колонии из тысяч крошечных организмов — полипов.
Ученые из Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) и Университета Монпелье (Франция) провели сравнительный анализ организации эпителиальных клеток и пространственного распределения полипов в коралловых колониях.
Для изучения расположения клеток ученые использовали конфокальный микроскоп, получив высококонтрастные снимки эпителия шейки матки человека и почки обезьяны. Структура коралловых колоний семейств Faviidae, Merulinidae и Montastraeidae была исследована с помощью микрокомпьютерной томографии, что позволило получить тысячи детализированных цифровых изображений. Для каждого полипа было определено количество его ближайших соседей и занимаемая площадь.
Результаты показали поразительное сходство в распределении числа соседей у полипов кораллов и клеток эпителия. В большинстве случаев (от 43 до 51 процента) структурные элементы имели по шесть соседей, около 25–27 процентов — по пять, а меньшее количество элементов имело четыре, семь, восемь или девять соседей.
Сходство в морфологии монослоев эпителия и срезов кораллов. (а) Фрагмент слоя эпителия. (b) Срез коралла Montastrea sp. (с) Срез коралла Dipsastraea favus. (d) Срез коралла Favites abdita.
Для объяснения выявленной закономерности ученые разработали компьютерную модель. Согласно этой модели, как клетки, так и полипы функционируют подобно частицам, которые взаимно отталкиваются при близком контакте и теряют взаимодействие на больших расстояниях.
По мнению авторов, предложенная модель имеет значительный потенциал для развития нашего понимания процессов развития тканей и регенерации ран. Она также может быть использована для экологического мониторинга состояния коралловых рифов и в различных областях биомедицины.
«Биологические системы, несмотря на их различное уровни организации, подчиняются простому и универсальному физическому принципу при формировании своей структуры», — пояснил Сергей Рошаль, руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, и профессор кафедры нанотехнологии ЮФУ. Он подчеркнул, что эти данные критически важны для понимания механизмов восстановления и развития тканей в контексте регенеративной медицины.
Рошаль также отметил, что эти принципы могут помочь прогнозировать реакцию коралловых рифов, страдающих от изменения климата и загрязнения океанов, на изменения в окружающей среде. В настоящее время французские коллеги исследователей из ЮФУ продолжают работу, изучая образцы ископаемых кораллов с использованием компьютерной микротомографии.
