பிரியும் செல்கள் சுழல்களைச் சரியாக வைத்திருக்கின்றன

திசுவின் ஓர் அடுக்கில் — ஓர் எபிதீலியத்தில் (epithelium) — உள்ள செல்கள் அரிதாகவே அசையாமல் இருக்கின்றன. அவை தாரைகளாகவும் சுழிகளாகவும் ஒன்றாக ஊர்கின்றன. இந்தக் கூட்டு ஓட்டங்கள் காயம் ஆறுவதற்கும், திசுக்களும் உறுப்புகளும் வடிவம் பெறுவதற்கும், புற்றுநோய் பரவுவதற்கும் முக்கியமானவை.

இந்த ஓட்டங்களில் ஒரு வியப்பான அமைப்பு மறைந்திருக்கிறது. கடிகாரத் திசையில் சுழலும் பகுதிகளை எதிர்த்திசையில் சுழலும் பகுதிகளிலிருந்து பிரிக்கும் கோடுகளை வரையுங்கள். 2025-இல் Nature Physics இதழில் வெளியான முந்தைய ஆய்வில், செல் அடுக்குகளிலும் பாக்டீரியா காலனிகளிலும் இந்தக் கோடுகள் கோண்மாறாத் தன்மைக்கு (conformal invariance) கீழ்ப்படிகின்றன என்று இயற்பியலாளர்கள் கண்டனர்: அவற்றை நகர்த்தினாலும், சுழற்றினாலும், பெரிதாக்கினாலும் சிறிதாக்கினாலும் அவற்றின் புள்ளிவிவரங்கள் மாறாமல் இருக்கின்றன. இயற்பியலில் அறியப்பட்ட கணித வடிவங்களின் ஒரு துல்லியமான வகையுடன் — நிலைமாற்ற ஊடுருவல் (critical percolation) வகையுடன் — அவை பொருந்தவும் செய்கின்றன.

தொடர்ந்து ஆற்றலை எரித்து, சமநிலையிலிருந்து வெகு தொலைவில் இருக்கும் உயிருள்ள பொருளுக்கு இது விசித்திரமானது. கோபன்ஹேகனின் நீல்ஸ் போர் நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த தியான்சியாங் மா, அமீன் தூஸ்த்முகம்மதி மற்றும் சக ஆய்வாளர்கள், லிஸ்பனைச் சேர்ந்த ஓர் இணை ஆசிரியருடன், இந்த வடிவியலை நிலைநிறுத்துவது எது — அதை உடைப்பது எது — என்று கேட்டனர்.

ஒரு வடிவத்துக்கு ஓர் எண்

வடிவியலைச் சோதிக்க, குழு Schramm–Loewner evolution (SLE) எனப்படும் ஒரு கருவியைப் பயன்படுத்தியது. அது ஒவ்வொரு வளைந்து நெளியும் கோட்டையும் κ (கப்பா) என்ற ஒரே எண்ணால் விவரிக்கப்படும் ஒரு சீரற்ற செயல்முறையாக மாற்றுகிறது. நிலைமாற்ற ஊடுருவலுக்கு, κ = 6. இரண்டு சுயாதீனச் சோதனைகள் — ஒரு கோடு ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளியின் இடப்பக்கமாகச் செல்லும் நிகழ்தகவு, தொடர்புடைய ஓர் அளவு எவ்வளவு வேகமாகப் பரவுகிறது என்பது — ஒவ்வொரு சோதனைக்கும் κ-வின் ஒரு மதிப்பீட்டைத் தருகின்றன.

நாய் சிறுநீரகச் செல்களின் ஒரு நிலையான வரிசையான MDCK செல்களின் இடைவெளியற்ற அடுக்குகளை அவர்கள் படமாக்கி, நுண்ணோக்கியின் கீழ் அவற்றின் இயக்கத்தை அளந்தனர்.

பிரிவைத் தடுத்தால், வடிவியலை இழக்கலாம்

சிகிச்சையளிக்கப்படாத அடுக்குகளில், சுழி எல்லைகள் கோட்பாட்டுடன் ஏறக்குறைய முழுமையாகப் பொருந்தின: κ = 6.002 ± 0.155.

பின்னர் குழு DNA நகலெடுப்பைத் தடுக்கும் mitomycin C என்ற மருந்தால் செல் பிரிவைத் தடுத்தது. செல்கள் இன்னும் நகர்ந்தன; தாரைகளும் சுழிகளும் அதே ஒட்டுமொத்தப் புள்ளிவிவரங்களுடன் நீடித்தன. ஆனால் மறைந்திருந்த வடிவியல் மாறியது: κ 8.18 ± 0.29 ஆக உயர்ந்தது, இது 6-இலிருந்து குறிப்பிடத்தக்க அளவில் வேறுபட்டது. கோடுகள் தங்கள் அளவுமாறாத் தன்மையையும் இழந்து, “பல்பின்னவடிவ” (multifractal) ஆயின — அவற்றின் சொரசொரப்பு இப்போது அவை எப்படி அளக்கப்பட்டன என்பதைப் பொறுத்தது.

வேறொரு பொறிமுறையால் பிரிவைத் தடுக்கும் இரண்டாவது மருந்தான nocodazole, பிரிவதற்குத் தேவையான செல்லின் உள் சாரத்தை அது சிதைக்கிறது, அதே உடைவை ஏற்படுத்தியது.

ஒரு கட்டுப்பாட்டுச் சோதனையாக, அவர்கள் அதற்குப் பதிலாக Q-VD-OPh எனப்படும் ஒரு தடுப்பானைப் பயன்படுத்தி செல் இறப்பைத் தடுத்தனர்; பிரிவு வழக்கம்போலத் தொடர்ந்தது. பொது வடிவியலின் ஒவ்வொரு அடையாளமும் தப்பிப்பிழைத்தது. பொதுவான செல் மாற்றீடு அல்ல, பிரிவே முக்கியம்.

இன்னும் இடம் மாறக்கூடிய ஒரு திசு

ஏன்? mitomycin உடன், ஓட்டங்கள் சற்று ஒருபக்கம் சாய்ந்தன; அதுவே சுழற்சிச் சமச்சீரை உடைக்கிறது. ஆனால் nocodazole அதை ஏற்படுத்தவில்லை; எனவே ஆய்வாளர்கள் மேலும் பொதுவான ஒரு விளக்கத்தைத் தேடி, அதை அண்டையர் பரிமாற்றங்களில் கண்டனர்: எந்த மருந்தானாலும், செல்கள் அண்டையர்களை மிகக் குறைவாகவே மாற்றிக்கொண்டன, திசு மெதுவாகத் தளர்ந்தது. அது தொடர்ந்து நகர்ந்தது, ஆனால் அதன் செல் தொடர்புகளின் வலையமைப்பு அளவுக்கு மீறிக் கட்டுப்படுத்தப்பட்டதாக மாறியிருந்தது.

செல்கள் பலகோணங்களாக (polygons) இருக்கும், பிரியும் செல்களின் பங்கை 0 முதல் 100% வரை மாற்றக்கூடிய திசுவின் ஒரு கணினி மாதிரி, முழுக் கதையையும் மீண்டும் உருவாக்கியது:

• எல்லாச் செல்களும் பிரியும்போது, சுழி எல்லைகள் κ = 6 உடன் பொருந்தின;
• சுமார் 50%-க்குக் குறைவான செல்கள் பிரியும்போது, வடிவியல் உடைந்தது;
• அதிகப் பிரிவுகள் உருவகப்படுத்தப்பட்ட திசுவை மென்மையாக்கின, குறைந்த விறைப்புடனும், செல்கள் இடம் மாற்றிக்கொள்ளக் குறைந்த ஆற்றல் செலவுடனும்;
• பிரிவு இல்லாமல் செல்களை நீக்குவது அமைப்பை மீட்டெடுக்கவில்லை.

ஓர் இயற்பியல் பணியாகப் புதுப்பித்தல்

பிரிவுகள் இடைவிட்ட “இடவியல் புதுப்பித்தல்களாக” (topological renewals) செயல்பட்டு, எல்லா அளவுகளிலும் மறுசீரமைய போதுமான நெகிழ்வுடன் செல் வலையமைப்பை வைத்திருக்கின்றன என்று ஆய்வாளர்கள் முடிவு செய்கின்றனர். வளர்ச்சியில் அதன் பங்குக்கு அப்பால், திசுக்கள் தங்களை எப்படி ஒழுங்கமைத்துக்கொள்கின்றன என்பதன் ஒரு கட்டமைப்பு மற்றும் இயந்திரவியல் ஒழுங்குபடுத்தியாக செல் பிரிவு இருக்கும்.

புற்றுநோய்க்கு எதிராகவும் இதய-இரத்தநாள மருத்துவத்திலும் பயன்படுத்தப்படும், செல் பெருக்கத்தைத் தடுக்கும் மருந்துகள், திசுக்கள் நகரும் விதத்தில் எதிர்பாராத விளைவுகளை ஏற்படுத்தக்கூடும் என்றும் அவர்கள் சேர்க்கின்றனர் — வளர்க்கப்பட்ட நாய் செல்களிலும் உருவகப்படுத்தல்களிலும் செய்யப்பட்ட இந்த ஆய்வு நேரடியாகச் சோதிக்காத ஒரு கருத்து. ஆய்வாளர்கள் arXiv-இல் தந்துள்ள குறிப்பின்படி, இந்த ஆய்வு Proceedings of the National Academy of Sciences இதழில் வெளியானது.