Az élet mintái

Az élet hemzseg a mintáktól. Gyakori például, hogy az élőlények ismétlődő sorozatokat hoznak létre hasonló tulajdonságokkal, miközben növekednek: gondoljunk a tollakra, amelyek hosszukban kissé eltérnek a madarak szárnyán, vagy egy rózsa rövidebb és hosszabb szirmaira. Kiderült, hogy az agy sem különbözik ebben. A fejlett mikroszkópia és a matematikai modellezés alkalmazásával a Stanford Egyetem kutatói felfedezték az agysejtek vagy más szóval a neuronok növekedését szabályozó matematikai mintát. 

A Nature Physics- ben közzétett tanulmány arra a tényre épül, hogy az agy sok különféle típusú neuront tartalmaz, és hogy bármilyen feladat elvégzéséhez többféle neuron, egymással összehangolt koncertje, kisülése szükséges. A kutatók fel akarták tárni azokat a láthatatlan növekedési mintákat, amelyek lehetővé teszik a megfelelő típusú neuronok számára, hogy a megfelelő helyzetbe rendezzék magukat egy agy felépítéséhez. 

"Hogyan szervezik meg, az egymást kiegészítő funkciókkal rendelkező sejtek, a működő szövetet?" - tette fel a kérdést Bo Wang, a biogazdálkodási docens, a tanulmány társszerzője. "Erre a kérdésre úgy döntöttünk, hogy csak egy agy tanulmányozása adhat csak választ, mivel,

az általánosan elterjedt nézet szerint, az agy túl összetett ahhoz, hogy egyszerű mintaképző-szabályai legyenek. Meglepődtünk, amikor felfedeztük, hogy egy ilyen szabály mégiscsak létezik."

Okos struktúrák

Az agy, amelyet megvizsgáltak, egy planáriához, egy néhány milliméter hosszú laposféreghez tartozott, amely amputáció után minden alkalommal újra képes növeszteni a fejét. Először Wang és Margarita Khariton, végzős hallgatója fluoreszcens foltokkal jelölték meg a különböző típusú neuronokat a laposféregben. Ezután nagyfelbontású mikroszkópokat használtak az egész agyról - az fluoreszkáló idegsejtekről és az összes többiről - történő felvételek készítésére, és elemezték a mintákat, hogy kiderítsék belőlük, az építkezés alapjául szolgáló matematikai szabályokat.

Azt találták, hogy az egyes idegsejteket körülbelül egy tucat szomszéd veszi körül, amelyek hasonlóak saját magukhoz, ám közöttük elszórva vannak más típusú neuronok is.

Ez az egyedülálló elrendezés azt jelenti, hogy egyetlen neuron sem helyezkedik el szemben az ikrével, miközben lehetővé teszi, hogy a különféle típusú komplementer neuronok elég közel legyenek ahhoz, hogy együttműködjenek a feladatok elvégzéséhez. A kutatók rájöttek, hogy ez a minta ismétlődik a laposféreg agyában mindenütt, és összefüggő idegi hálózatot alkot. 

Hálózatok mindenütt

A tanulmány társszerzői, Jian Qin, a kémia-professzor, és Xian Kong posztdoktori ösztöndíjas kidolgoztak egy számítási modellt, amely megmutatja, hogy ennek a funkcionális szomszédsági körzetnek az összetett hálózata abból ered, hogy a neuronok a lehető legszorosabban összeállnak, de anélkül, hogy túl közel lennének a többi azonos típusú neuronhoz. 

Míg a neurológusok ezt a módszert egy napon majd adaptálhatják az emberi agy idegrendszeri mintázatának tanulmányozására, a Stanford kutatói úgy vélik, hogy a technikát már ma sokkal hasznosabban lehetne alkalmazni a kialakulóban lévő élőszövet-előállítás technológia területein.

Az alapötlet egyszerű:

A szövetmérnökök remélik, hogy az őssejteket - ezeket az erőteljes, általános célú sejteket, amelyekből az összes sejttípus származik - átalakítják különféle speciális sejtekké, amelyek májat, veséket vagy szívet képeznek. De a tudósoknak a megfelelő mintákba kell rendezniük ezeket a sokszínű sejteket, ha azt akarják, hogy az első szívdobbanás valóban bekövetkezzen.

"Az a kérdés, hogy az organizmusok hogyan hozzák létre azokat a formákat, amelyek hasznos funkciókat látnak el, évszázadok óta elbűvöli a tudósokat" - mondta Wang. "Technológiai korunkban már nem pusztán sejt szinten vagyunk képesek megérteni, ezeket a növekedési mintákat, de megtalálhatjuk a módszereket is a felfedezett szabályok biogazdálkodási alkalmazásokra történő adaptálására."

(Forrás: Phys.org Képek: Wikimedia, Pixabay, Needpix)