Sự kì diệu của làn da: Bong 500 triệu tế bào mỗi ngày nhưng không bao giờ bị thủng

Da, cơ quan có diện tích lớn nhất trên cơ thể, là thứ bao bọc, bảo vệ bạn khỏi thế giới khủng khiếp bên ngoài. Bạn có thể tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra nếu da bạn có lỗ hổng không?

Một mặt, máu và các dịch lỏng trong cơ thể có thể rò rỉ qua đó. Mặt khác, vi khuẩn hoặc các mầm bệnh có thể dễ dàng chui vào bên trong, khiến bạn bị nhiễm trùng.

Nhưng sự thật thì da luôn là một bức tường hoàn hảo. Nếu bạn không mắc bệnh ngoài da hoặc bị thương, da luôn luôn khít kín.

Dù cho mỗi ngày, cơ thể chúng ta bong ra khoảng 500 triệu tế bào da. Ở tốc độ này thì mỗi 2-4 tuần, toàn bộ làn da của bạn sẽ được thay mới. Nhưng tại sao nó có thể luôn kín khít cho được? Cho đến tận gần đây, một nghiên cứu của Đại học Imperial College London mới giải thích được điều đó.

Đây là lí do bạn bong 500 triệu tế bào da mỗi ngày nhưng không bao giờ bị gỉ máu

Tác giả nghiên cứu, Reiko Tanaka đến từ Đại học Imperial College London cho biết, cô đã làm sáng tỏ cách các tế bào da xếp chồng lên nhau, giải thích: Tại sao làn da của bạn không dễ gì bị thủng hoặc rò rỉ?

Để có được câu trả lời, Tanaka và nhóm nghiên cứu của cô đã kiểm tra cấu tạo lớp biểu bì của da. Nghiên cứu trước đây đã phát hiện hai lớp trên cùng của biểu bì da động vật là lớp sừng (corneum) và lớp hạt (granulosum).

Lớp sừng nằm phía ngoài cùng thực chất gồm 15-20 lớp tế bào dẹt đã chết, không có hạt nhân và bào quan. Các vảy tế bào chết thuộc lớp sừng bong ra thường xuyên và được thay thế bởi các tế bào chết mới, đó điều mà chúng ta đã biết đến trước đây.

Tuy nhiên, điều gì xảy ra trong lớp hạt khi chúng ta bong da vẫn là một bí ẩn, cho đến khi Tanaka và đồng nghiệp của cô khám phá ra điều đó.

Lớp hạt này có vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo làn da của chúng ta không có lỗ rò rỉ, bởi đó là nơi các đường nề khít và chặt được hình thành giữa mọi tế bào.

Nếu làn da chỉ có lớp sừng mà không có lớp hạt, nó tương tự như việc bạn xây bể bơi bằng cách xếp chồng các viên gạch lại mà không dùng xi măng. Dù bạn có xếp chồng bao nhiêu lớp gạch đi chăng nữa, nước cũng sẽ chảy hết ra ngoài vì giữa các viên gạch luôn bị hở.

Hơn nữa, trên biểu bì của da, lớp sừng không thể hình thành mà không có lớp hạt. Các tế bào da mới sinh ra liên tục ở đáy lớp biểu bì, được đẩy lên qua lớp hạt sau tới lớp sừng và bong ra ngoài. Trong quá trình bong da này, lớp hạt đóng vai trò rất quan trọng.

Lớp sừng ngoài cùng chỉ là những tế bào da chết xếp chồng lên nhau

Trước năm 2016, không ai có thể tìm ra chính xác, làm thế nào mà các tế bào da có thể đẩy qua lớp hạt mà không làm nó bị hở dẫn đến da bị rò rỉ. Cho đến khi Tanaka và nhóm của cô sử dụng kính hiển vi đồng tiêu, có độ phóng đại 1.500 lần để chụp ảnh các tế bào lớp hạt ở tai chuột.

Cô nhận thấy rằng hình dạng của các tế bào này có vai trò rất quan trọng với việc tạo nên một hàng rào hoàn hảo, luôn kín khít.

Dường như, các tế bào này là một lát cắt phẳng của một khối da diện 14 mặt được gọi là tetrakaidecahedron. Cấu trúc này lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1887 bởi nhà vật lý, kỹ sư toán học William Thomson (Lord Kelvin), người tuyên bố tetrakaidecahedron là hình dạng tốt nhất để xây dựng mọi cấu trúc trong không gian.

Tetrakaidecahedron được đề xuất vào năm 1887 bởi nhà vật lý, kỹ sư toán học William Thomson, người gọi nó là hình dạng tốt nhất để xây dựng mọi cấu trúc trong không gian

Kính hiển vi đồng tiêu cho phép Tanaka xây dựng hình ảnh 3D và 4D theo thời gian của các lớp biểu bì trên da chuột. Trong lớp hạt, cô phát hiện những tế bào có hình lát phẳng của tetrakaidecahedron tạo thành các nút nối chặt chẽ trên mỗi cạnh của nó. Điều này đảm bảo ngay cả khi da bong và các tế bào bị thay thế liên tục, chúng cũng tạo một hàng rào luôn luôn khít kín.

"Thật đáng kinh ngạc khi một khái niệm hình học trừu tượng được nhà toán học Lord Kelvin đề xuất từ hơn 100 năm trước có thể là một hình dạng quan trọng trong tự nhiên, giúp làn da của chúng tôi duy trì chức năng bao bọc cơ thể của nó”, Tanaka nói.

Cách mà các tế bào da thay thế lẫn nhau, khiến làn da không bao giờ bị hở

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra hình tetrakaidecahedron phẳng cho phép các tế bào da mới thay thế các tế bào cũ, bằng cách tạo ra một protein hoạt động như một 'chất keo' tạm thời, giữ cả tế bào da cũ trên đầu và tế bào da mới dưới, nút kín với những tế bào xung quanh chúng. Do đó ngay cả khi các tế bào cũ phía trên bị bong, hàng rào bao bọc cơ thể vẫn còn nguyên vẹn.

Trong khi các thí nghiệm chỉ được tiến hành trên chuột, lớp biểu bì của động vật có vú, bao gồm cả con người, là rất giống nhau - đặc biệt ở các tầng sâu của da.

Các nhà nghiên cứu nói rằng các tế bào lớp hạt ở người có nhiều biến thể hơn ở chuột, tuy nhiên nó vẫn tuân theo mô hình tetrakaidecahedron. Phát hiện này vì vậy có thể thúc đẩy các nghiên cứu về bệnh ngoài da ở người.

Hình ảnh 3D của một tế bào da, một trong số hàng tỷ 'viên gạch' đang tạo nên 'bức tường' bảo vệ cơ thể bạn

Nhờ hiểu biết sâu sắc hơn về các lớp da, chúng ta có thể tiến tới việc giải thích nguyên nhân gốc rễ của các bệnh ngoài da mạn tính như eczema hoặc vẩy nến - các bệnh này rất khó phòng ngừa hoặc điều trị.

Chẳng hạn, các nhà nghiên cứu đoán rằng một loại hỏng hóc nào đó giữa các khớp nối của tế bào lớp hạt đã tạo ra bệnh eczema, làm da bị hở và rò rỉ, dẫn đến sự thâm nhiễm của vi khuẩn, viêm, xước và nhiễm trùng tăng nặng.

Trong trường hợp khác, sự mất khớp nối giữa các tế bào phần nào giải thích tại sao bệnh vẩy nến hình thành, sản sinh quá nhiều tế bào biểu bì gây cộm dày bề mặt da. Nhóm nghiên cứu cũng đang có kế hoạch tìm hiểu điều gì đã diễn ra với da, khi chúng ta già đi, soi những ánh sáng mới vào quá trình lão hóa của con người.

Tham khảo SciecneAlert, Elifesciences