Кишечник. © Getty Images / SCIEPRO/SCIENCE PHOTO LIBRARY
Международная группа ученых из России и Франции совершила значительное открытие, выявив фундаментальный принцип, лежащий в основе структурной организации всех живых тканей, от человеческой кожи до коралловых колоний. Это прорывное исследование, результаты которого опубликованы в авторитетном журнале Physical Review Research, может углубить наше понимание процессов заживления ран и регенерации.
Известно, что эпителиальные ткани, формирующие покровы и внутренние выстилки органов, состоят из плотно упакованных многоугольных клеток. Предыдущие исследования уже показали, что в здоровых эпителиальных слоях у различных организмов клетки принимают энергоэффективную конфигурацию с определенным числом граней и соседей.
Однако оставалось неясным, применим ли этот универсальный принцип к более сложным биологическим структурам, таким как кораллы, которые состоят из множества мелких организмов — полипов.
Исследователи из Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) и Университета Монпелье (Франция) предприняли сравнительный анализ клеточной организации эпителия и расположения отдельных полипов в колониях кораллов.
Для изучения клеток эпителия шейки матки человека и почки обезьяны использовался конфокальный микроскоп, обеспечивающий высококонтрастные изображения с высоким разрешением. Тысячи цифровых изображений коралловых колоний (семейств Faviidae, Merulinidae и Montastraeidae) были получены с помощью микрокомпьютерной томографии. Для каждого полипа были измерены количество ближайших соседей и занимаемая площадь.
Сходство в морфологии монослоев эпителия и срезов кораллов. © Фото : Daria Roshal et al. / Physical Review Research, 2025
Поразительно, но распределение полипов по числу соседей в исследованных кораллах практически идеально совпало с наблюдаемым в эпителиальных тканях. Большинство структурных элементов (43–51%) имели шесть соседей, около четверти (25–27%) — пять, а меньшее число — четыре, семь, восемь или девять соседей.
Ученые разработали компьютерную модель, которая успешно объяснила это распределение. Модель предполагает, что как клетки, так и полипы ведут себя подобно частицам, которые взаимно отталкиваются на близком расстоянии и перестают взаимодействовать на значительном удалении.
По словам авторов, эта модель имеет широкое применение в биомедицине и экологии. Она может способствовать лучшему пониманию механизмов роста тканей, процессов восстановления после повреждений и заживления ран.
Профессор кафедры нанотехнологии ЮФУ Сергей Рошаль, руководитель проекта, подчеркнул: «Биологические системы, крайне разнообразные по сложности организации, используют единый, простой физический принцип для формирования своей структуры. Эти знания критически важны для развития регенеративной медицины и понимания процессов восстановления тканей.»
Он также отметил, что эти принципы могут помочь в прогнозировании реакции коралловых рифов, находящихся под угрозой из-за климатических изменений и загрязнения, на изменения окружающей среды. В настоящее время французские коллеги активно исследуют ископаемые образцы кораллов с использованием компьютерной микротомографии.
