Onze wereld bestaat uit elegante vormen - er is het vierkant, de rechthoek, de bol, het prisma en nog veel meer. Maar soms passen deze vormen niet helemaal op het speelbord van de natuur.
Soms heb je ook een 'scutoïde' nodig.
Deze vorm - nieuw voor wiskunde, niet voor de natuur - is de vorm die een groep cellen in het lichaam aanneemt om strak en efficiënt in te pakken in de lastige curven van organen, rapporteerden wetenschappers in een nieuw artikel, gepubliceerd op 27 juli in het tijdschrift Nature Communications.
De cellen, epitheelcellen genoemd, vormen de meeste oppervlakken in het lichaam van een dier, inclusief de huid, andere organen en bloedvaten. Deze cellen worden in biologieboeken doorgaans beschreven als kolomvormig of met een soort prismavorm - twee parallelle vlakken en een bepaald aantal parallellogramzijden. Soms kunnen ze ook worden beschreven als een flesachtige vorm van een prisma dat 'afgeknotte kegel' wordt genoemd.
Maar door computationele modellering te gebruiken, ontdekte de groep wetenschappers dat epitheelcellen een nieuwe vorm kunnen aannemen, voorheen niet herkend door de wiskunde, wanneer ze stevig moeten worden ingepakt om de buigende delen van organen te vormen. De wetenschappers noemden de vorm "scutoid" naar een driehoekig deel van de thorax van een kever, het scutellum genaamd. De scutoïde zelf ziet eruit als een gebogen prisma met vijf licht hellende zijkanten en een afgesneden hoek.
De onderzoekers bevestigden later de aanwezigheid van de nieuwe vorm in de epitheelcellen van speekselklieren en embryo's van fruitvliegjes.
Door scutoïden in te pakken, minimaliseren de cellen hun energieverbruik en maximaliseren ze hoe stabiel ze zijn wanneer ze worden ingepakt, aldus de onderzoekers in een verklaring. En het blootleggen van zulke elegante natuurwiskunde kan ingenieurs nieuwe modellen opleveren om delicate door mensen gemaakte weefsels te inspireren.
"Als u kunstmatige organen wilt laten groeien, kan deze ontdekking u helpen een steiger te bouwen om dit soort celverpakking aan te moedigen en de manier van de natuur om weefsels efficiënt te ontwikkelen nauwkeurig na te bootsen", bestudeert co-senior auteur Javier Buceta, universitair hoofddocent bij de afdeling van Bioengineering aan de Lehigh University in Pennsylvania, aldus de verklaring.
De resultaten van de studie verrasten de onderzoekers. 'Normaal gesproken heb je niet de mogelijkheid om een nieuwe vorm te noemen', zei Buceta in de verklaring.
