Natures 3D-printer:Børsteorme danner børster stykke for stykke

Florian Raible forklarer:"Processen begynder med spidsen af ​​børstehårene, efterfulgt af midtersektionen og til sidst bunden af ​​børstehårene. De færdige dele skubbes længere og længere ud af kroppen. I denne udviklingsproces er de vigtige funktionelle enheder skabes den ene efter den anden, stykke for stykke, hvilket ligner 3D-print."

En bedre forståelse af processer som disse rummer også potentiale for udvikling af fremtidige medicinske produkter eller for produktion af naturligt nedbrydelige materialer. Beta-kitin fra rygskallen på blæksprutte bruges for eksempel i dag som råmateriale til fremstilling af særligt veltolererede sårbandager. "Måske vil det i fremtiden også være muligt at bruge annelidceller til at fremstille dette materiale," siger Raible.

Den nøjagtige biologiske baggrund for dette:Chaetoblaster spiller en central rolle i denne proces. Chaetoblaster er specialiserede celler med lange overfladestrukturer, kaldet mikrovilli. Disse mikrovilli rummer et specifikt enzym, som forskningen kunne vise at er ansvarlig for dannelsen af ​​kitin, det materiale, som børsterne i sidste ende er lavet af. Forskernes resultater viser en dynamisk celleoverflade karakteriseret ved geometrisk arrangerede mikrovilli.

De enkelte mikrovilli har en lignende funktion som dyserne på en 3D-printer. Florian Raible forklarer, "Vores analyse tyder på, at kitinet produceres af de individuelle mikrovilli i chaetoblastcellen. Den præcise ændring i antallet og formen af ​​disse mikrovilli over tid er derfor nøglen til at forme de individuelle børstehårs geometriske strukturer, f.eks. som individuelle tænder på børstehårens spids, som er præcise ned til sub-mikrometer-området."

Børsterne udvikler sig normalt inden for blot to dage og kan have forskellige former; afhængigt af ormens udviklingstrin er de kortere eller længere, mere spidse eller fladere.

Ud over det lokale samarbejde med Wiens teknologiske universitet og billeddiagnostiske specialister fra universitetet i Brno, viste samarbejdet med Jokitalo-laboratoriet ved universitetet i Helsinki sig at være en stor fordel for forskerne på universitetet i Wien.

Ved at bruge deres ekspertise inden for seriel blok-ansigt scanning elektronmikroskopi (SBF-SEM) undersøgte forskerne arrangementet af mikrovilli i børstehårsdannelsesprocessen og foreslog en 3D-model til syntese af børstehårdannelse.

Første forfatter Kyojiro Ikeda fra universitetet i Wien forklarer, "Standard elektrontomografi er meget arbejdskrævende, da udskæringen af ​​prøverne og deres undersøgelse i elektronmikroskopet skal udføres manuelt. Med denne tilgang kan vi dog pålideligt automatisere analyse af tusindvis af lag."

Raible-gruppen arbejder i øjeblikket på at forbedre opløsningen af ​​observationen for at afsløre endnu flere detaljer om børstehårsbiogenese.

Flere oplysninger: Kyojiro N. Ikeda et al., Dynamic microvilli sculpter børstehår i nanometrisk skala, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-48044-3

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Universitetet i Wien