Има само пет правила, които оформят органите

Математиката може да помогне за отключване на скрития план на организма за поддържане на здравето

Ваня Милева Последна промяна на 17 юли 2025 в 00:00 160 0

Компютърно генерирано изображение, показващо как клетките в човешкото дебело черво се обновяват и организират с течение на времето, базирано на математическо моделиране.

Кредит ChristianaCare
Компютърно генерирано изображение, показващо как клетките в човешкото дебело черво се обновяват и организират с течение на времето, базирано на математическо моделиране.

Учени са открили изненадващо прост "код" на тъканите: пет правила, които определят кога, къде и как клетките се делят, движат и умират, позволявайки на органи като дебелото черво да останат безупречно организирани, дори когато се обновяват на всеки няколко дни. Математическите модели показват, че манипулирането само на тези параметри вярно пресъздава реалната тъканна архитектура, намеквайки, че същият код може да управлява кожата, мозъка и други. Откритието предлага нов начин за разбиране на оздравяването, вродените дефекти и рака и би могло да даде тласък на инициативи като Атласа на човешките клетки, като превърне статичните клетъчни карти в динамични прогнози.

Само пет правила оформят органите

Всеки ден организмът ни подменя милиарди клетки - и въпреки това тъканите ни остават перфектно самоорганизирани. Как е възможно това?

Екип изследователи от Онкологичния център и изследователски институт "Хелен Ф. Греъм" към ChristianaCare и Университета на Делауеър смятат, че са открили отговор. В ново проучване, публикувано в научното списание Biology of the Cell, те показват, че само пет основни правила могат да обяснят как организмът поддържа сложната структура на тъканите, като тези в дебелото черво например, дори когато клетките му постоянно умират и се подменят.

Това изследване е продукт на повече от 15 години сътрудничество между математици и онколози, целящи да разкрият правилата, които управляват структурата на тъканите и клетъчното поведение.

Това може да е биологичният вариант на инженерния план,  обяснява д-р Брус Боман (Bruce Boman), старши научен сътрудник в Центъра за транслационни изследвания на рака "Коули" към ChristianaCare и преподавател в катедрите по биологични науки и математически науки в Университета на Делауеър.

"Точно както имаме генетичен код, който обяснява как работят нашите гени, може да имаме и "тъканен код", който обяснява как органите ни остават толкова прецизно организирани във времето."

Математиката среща медицината

Изследователите са използвали математическо моделиране – по същество създавайки компютърна симулация на поведението на клетките – за да видят дали малък брой правила могат да обяснят силно самоорганизираната структура на лигавицата на дебелото черво. Това е идеално място за изследване: клетките в дебелото черво се обновяват на всеки няколко дни, но цялостната форма и структура остават забележително стабилни.

След провеждане на много симулации и усъвършенстване на моделите си, екипът идентифицира пет основни биологични правила, които изглежда управляват структурата и поведението на клетките:

  1. Времето на клетъчното делене.
  2. Редът, в който се делят клетките.
  3. Посоката, в която клетките се делят и движат.
  4. Колко пъти се делят клетките.
  5. Колко дълго живее една клетка, преди да умре.

"Тези правила работят заедно като хореография", коментира Гилберто Шлайнигер (Gilberto Schleiniger),  професор в катедрата по математически науки на Университета в Делауеър. "Те контролират къде отиват клетките, кога се делят и колко дълго се задържат – и това е, което поддържа тъканите да изглеждат и да функционират така, както трябва."

Декодиране на човешка тъкан

Изследователите смятат, че тези правила могат да се отнасят не само за дебелото черво, но и за много различни тъкани в тялото – кожа, черен дроб, мозък и други. Ако е вярно, този "тъканен код" би могъл да помогне на учените да разберат по-добре как тъканите заздравяват след нараняване, как се появяват вродени дефекти и как се развиват заболявания като рак, когато този код бъде нарушен.

"Тъканите не растат и се свиват произволно. Те знаят как трябва да изглеждат и знаят как да се върнат в това състояние, дори след увреждане. Това ниво на прецизност се нуждае от набор от инструкции. Това, което открихме, е силен кандидат за тези инструкции", обяснява Боман.

Тази работа има важни последици и за "Атласа на човешките клетки" (Human Cell Atlas), глобално научно сътрудничество, работещо за картографиране на всеки тип клетка в човешкото тяло. Докато Атласът има за цел да каталогизира какво представлява всяка клетка и какво прави в даден момент, това ново изследване предлага динамична рамка за разбиране на това как тези клетки остават организирани във времето. Чрез идентифициране на прости, универсални правила, които управляват поведението на клетките и структурата на тъканите, откритията биха могли да помогнат за насочване на бъдещите усилия не само за описание на клетките, но и за прогнозиране на това как се държат те в здраве и болест.

Последици за болестите и откритията

Една от причините екипът да се обърне към математически модели, вместо към традиционни биологични експерименти, е защото е изключително трудно да се наблюдава как всяка отделна клетка в дадена тъкан се държи в реално време. Но с компютърни модели изследователите могат да провеждат симулации, които разкриват модели и динамика, скрити от погледа.

Този вид сътрудничество между биология и математика отразява по-широка промяна в начина, по който учените подхождат към сложни проблеми. Инициативата "Правила на живота" на американската Национална научна фондация насърчава изследователите да разкрият фундаменталните принципи, които управляват живите системи. Това проучване е силна стъпка в тази посока.

Следващите стъпки за екипа включват експериментално тестване на прогнозите на модела, усъвършенстването му с допълнителни данни и проучване на неговата значимост за биологията на така – особено как нарушенията в тъканния код могат да доведат до растеж или метастази на тумора.

"Това е само началото", отбелязва Шлайнигер. "След като може да се определят правилата, може да започнем да задаваме изцяло нови въпроси и може би дори да научим как да поправим това, което се е объркало."

Справка: Bruce M. Boman, Thien‐Nam Dinh, Keith Decker, Brooks Emerick, Shirin R. Modarai, Lynn M. Opdenaker, Jeremy Z. Fields, Christopher Raymond, Gilberto Schleiniger. Dynamic Organization of Cells in Colonic Epithelium is Encoded by Five Biological Rules. Biology of the Cell, 2025; 117 (7) DOI: 10.1111/boc.70017

Източник: New study cracks the “tissue code” — just five rules shape organs, ChristianaCare

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Животът

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !