Структурные основы биологии развития и трехмерной гистологии. Новый подход к изучению канцерогенеза

Abstract

Книга посвящена теоретической и экспериментальной разработке нового подхода к анализу биологии развития и построению трехмерной предсказатель­ной гистологии. Основу подхода составляет развитие двух идей: 1) элементарной единицей многоклеточности является не клетка, а клеточная группа, возникающая в результате разделения труда (функций) между клетками и названная гистионом; 2) ткани — это не массив случайным образом упакованных клеток, а регулярные клеточные решетки (коннектомы), возникающие в результате полимеризации гистионов.
Разработка первой идеи и формализованный анализ разделения труда позво­лили получить множество гистионов различного состава и структуры и сфор­мулировать для них закон циклического развития. На его основе построена естественная система гистионов в виде периодической таблицы. Ее параметры имеют биологический смысл и пригодны для прогнозирования развития гисти­онов и его количественного измерения. Каждый цикл развития гистионов ре­гламентируется законом сохранения потенций. Этот закон позволяет описывать динамику потенций в развитии и объясняет причину деления клеток гистиона на стволовые и нестволовые. Приведены доказательства существования гисти­онов в реальности. Разработка второй идеи позволила установить, что полимеризация гистионов приводит к возникновению регулярных клеточных сетей или решеток (коннектомов) различной размерности. Эти сети служат математическими моделями пространственной организации тканей из плотно упакованных клеток. Такие модели отражают как топологию ткани, так и геометрию составляющих ее кле­ток. Визуализация моделей проводится с помощью специальных компьютерных программ.
Такая концепция позволила сформулировать принципы пространственной организации эпителиев, построить семейства их топологических и геометриче­ских моделей, предсказать новые варианты тканевой гистоархитектоники и обна­ружить их в реальных тканях. Использование моделей позволило описать такие неизвестные ранее свойства клеточных пластов, как трансляционная симметрия и стехиометрия состава. Модели позволяют также изучать трансформацию тка­ней в нормальном развитии и патологии. Показано, что канцерогенез — это не стохастическое повреждение клетки и ее генома, а закономерное и предсказуемое изменение гистионов и коннектомов.
В заключении подчеркивается, что гистион и коннектом составляют новый предмет биологии развития и гистологии. Его дальнейшее исследование откры­вает перспективу создания вычислительной трехмерной гистологии, способной находить множество всех возможных вариантов гистоархитектур и тем самым прогнозировать направления тканевого развития в норме и патологии. Такая гистология станет теоретической базой тканевой инженерии.
Книга рассчитана на эволюционистов, эмбриологов, морфологов и онкологов, а также специалистов в области регенеративной медицины и тканевой инже­нерии. Кроме того, она предназначена для математиков, физиков, социологов и экономистов, интересующихся фундаментальными проблемами строения и развития многоклеточности, а также других сообществ различной природы, основанных на разделении труда.