Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ультраструктура отдельной бактериальной клетки ( Bacillus subtilis ). Масштабная линейка составляет 200 нм .

Ультраструктура (или ультраструктура ) - это структура клеток и биоматериалов, которая видна при большем увеличении, чем на стандартном оптическом световом микроскопе . Это традиционно означало разрешение и диапазон увеличения обычного просвечивающего электронного микроскопа (ТЕМ) при просмотре биологических образцов, таких как клетки , ткани или органы . Ультраструктуру также можно просмотреть с помощью сканирующей электронной микроскопии и микроскопии сверхвысокого разрешения , хотя ПЭМ является стандартным гистологическим методом для просмотра ультраструктуры. Такие клеточные структуры, как органеллы, которые позволяют клетке нормально функционировать в определенной среде, могут быть исследованы на ультраструктурном уровне.

Ультраструктура, наряду с молекулярной филогенией , является надежным филогенетическим способом классификации организмов. [1] Характеристики ультраструктуры используются в промышленности для контроля свойств материалов и обеспечения биосовместимости.

История [ править ]

В 1931 году немецкие инженеры Макс Кнолль и Эрнст Руска изобрели первый электронный микроскоп. [2] С разработкой и изобретением этого микроскопа, диапазон наблюдаемых структур, которые можно было исследовать и анализировать, значительно увеличился, поскольку биологи стали все больше интересоваться субмикроскопической организацией клеток. Эта новая область исследований касалась субструктуры, также известной как ультраструктура. [3]

Приложения [ править ]

Многие ученые используют ультраструктурные наблюдения для изучения следующего, в том числе, но не ограничиваясь:

Биология [ править ]

Распространенной ультраструктурной особенностью растительных клеток является образование кристаллов оксалата кальция . [9] Было высказано предположение, что эти кристаллы сохраняют кальций внутри клетки до тех пор, пока он не понадобится для роста или развития. [10]

Кристаллы оксалата кальция также могут образовываться у животных , и камни в почках являются одной из форм этих ультраструктурных особенностей. Теоретически нанобактерии можно использовать для уменьшения образования камней из оксалата кальция в почках. [11]

Инженерное дело [ править ]

Управление ультраструктурой имеет инженерное применение для управления поведением ячеек. Клетки легко реагируют на изменения в их внеклеточном матриксе (ЕСМ), поэтому производство материалов, имитирующих ЕСМ, позволяет усилить контроль над клеточным циклом и экспрессией белка . [12]

Многие клетки, например растения, производят кристаллы оксалата кальция , и эти кристаллы обычно считаются ультраструктурными компонентами растительных клеток. Оксалат кальция - это материал, который используется для производства керамической глазури [6], а также обладает свойствами биоматериала . Для культивирования клеток и тканевой инженерии этот кристалл содержится в сыворотке эмбриона крупного рогатого скота и является важным аспектом внеклеточного матрикса для культивирования клеток. [13]  

Ультраструктура - важный фактор, который следует учитывать при разработке дентальных имплантатов . Поскольку эти устройства взаимодействуют непосредственно с костью, их включение в окружающие ткани необходимо для оптимального функционирования устройства. Было обнаружено, что приложение нагрузки к заживающему зубному имплантату способствует усилению остеоинтеграции с лицевыми костями . [14] Анализ ультраструктуры, окружающей имплант, полезен для определения того, насколько он биосовместим и как организм на него реагирует. Одно исследование показало, что имплантация гранул биоматериала, полученного из свиной кости, заставила человеческое тело включить этот материал в свою ультраструктуру и сформировать новую кость. [15]

Гидроксиапатит - это биоматериал, используемый для соединения медицинских устройств непосредственно с костью с помощью ультраструктуры. Трансплантаты могут быть созданы вместе с β-трикальцийфосфатом , и было замечено, что окружающая костная ткань включает новый материал в свой внеклеточный матрикс. [16] Гидроксиапатит является высокобиосовместимым материалом, и его ультраструктурные особенности, такие как ориентация кристаллов, можно тщательно контролировать для обеспечения оптимальной биосовместимости. [17] Правильная ориентация кристаллических волокон может сделать внесенные минералы, такие как гидроксиапатит, более похожими на биологические материалы, которые они намереваются заменить. Управление ультраструктурными особенностями делает возможным получение определенных свойств материала.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Лаура Вегенер Парфри ; Эрика Барберо; Элиз Лассер; Мика Дантхорн; Дебашиш Бхаттачарья; Дэвид Дж. Паттерсон ; Лаура Кац (декабрь 2006 г.). «Оценка поддержки текущей классификации эукариотического разнообразия» . PLOS Genetics . 2 (12): e220. DOI : 10.1371 / JOURNAL.PGEN.0020220 . ISSN  1553-7390 . PMC  1713255 . PMID  17194223 . Викиданные  Q21090155 .
  2. ^ Мастерс, Барри Р. (март 2009 г.) История электронного микроскопа в клеточной биологии. В: Энциклопедия наук о жизни (ELS). John Wiley & Sons, Ltd: Чичестер. делать: 10.1002 / 9780470015902.a0021539
  3. ^ EM Brieger, Глава 1 - Ультраструктура Cell, редактор (ы): EM Brieger, структура и ультраструктуры микроорганизмов, Academic Press, 1963, страницы 1-7, ISBN 9780121343507 , DOI : 10.1016 / B978-0-12-134350 -7.50005-8 . 
  4. ^ Eyden, Б., Sankar, S., & Liberski, P. (2013). Ультраструктура опухолей человека. Приложения в диагностике и исследованиях. Берлин: Springer.
  5. ^ Роберт Л. Массер, Ширли А. Томас, Роберт Р. Уайз, Томас С. Пилер, Обри В. Нейлор Физиология растений, апрель 1984 г., 74 (4) 749-754; DOI: 10.1104 / стр.74.4.749
  6. ^ Барон Р. Анатомия и ультраструктура кости - гистогенез, рост и ремоделирование. В: Де Гроот Л.Дж., Хрусос Г., Дунган К. и др., Редакторы. Эндотекст. Южный Дартмут (Массачусетс): MDText.com, Inc .; 2000-.
  7. ^ Крамер, Е. М., Norol, Ф., Гишар J., Бретон-Gorius J., Vainchenker W., Масса J., & Debili, Н. (1997). Ультраструктура образования тромбоцитов мегакариоцитами человека, культивированными с лигандом Mpl. Кровь, 89 (7), 2336-2346.
  8. ^ FERREIRA, Аделина и Дольдер, Хайди. Ультраструктура и сперматогенез сперматозоидов ящерицы Tropidurus itambere. Biocell [онлайн]. 2003, том 27, номер 3, стр 353-362. ISSN 0327-9545.
  9. ^ Prychid, Крисси & Jabaily, Рэйчел и Rudall, Паула. (2008). Клеточная ультраструктура и развитие кристаллов у Amorphophallus (Araceae). Летопись ботаники. 101. 983-95. DOI: 10.1093 / aob / mcn022.
  10. ^ Тилтон VR, Хорнер HT. 1980. Кристаллы рафида оксалата кальция и кристаллические идиобласты в плодолистиках Ornithogalum caudatum (Liliaceae). Анналы ботаники 46: 533–539
  11. ^ Goldfarb D, S: Микроорганизмы и болезнь оксалата кальция. Nephron Physiol 2004; 98: p48-p54. DOI: 10.1159 / 000080264
  12. ^ Khademhosseini Али. 2008. Микро- и наноинженерия микросреды клетки: технологии и приложения . Бостон: Artech House. http://public.eblib.com/choice/publicfullrecord.aspx?p=456882.
  13. ^ Pedraza, CE, Chien, Y. и McKee, MD (2008), Кристаллы оксалата кальция в эмбриональной бычьей сыворотке: значение для клеточных культур, исследований фагоцитоза и биоминерализации in vitro. J. Cell. Biochem., 103: 1379-1393. DOI: 10.1002 / jcb.21515
  14. ^ Мейер, У., У. Йоос, Дж Майтили, Т. Штамм, А. Hohoff, Т. кобылки, У. Штратманн и Hp Висман. «Ультраструктурная характеристика границы раздела имплантат / кость для имплантатов с немедленной нагрузкой». Биоматериалы 25, вып. 10 (2004): 1959-967. DOI: 10.1016 / j.biomaterials.2003.08.070.
  15. ^ Орсини, Г., Scarano, А., Piattelli, М., Пиккирилли, М., Caputi, С. и Piattelli, А. (2006), Гистологический анализ и Ультраструктурный регенерированной кости в верхнечелюстной пазухи Augmentation Использование свиных костно Производный биоматериал. Журнал пародонтологии, 77: 1984-1990. DOI: 10.1902 / jop.2006.060181
  16. ^ Фуджита, Руми, Atsuro Ёкояма, Yoshinobu Nodasaka, Такао Kohgo и Такао Kawasaki. «Ультраструктура границы раздела керамика-кость с использованием керамики из гидроксиапатита и β-трикальцийфосфата и механизм замещения β-трикальцийфосфата в кости». Tissue and Cell 35, no. 6 (2003): 427-40. DOI: 10.1016 / s0040-8166 (03) 00067-3.
  17. ^ Чжуан, Zhi, Такуя Miki, Midori Yumoto, Toshiisa Кониши и Мамору Aizawa. «Наблюдение ультраструктуры гидроксиапатитовой керамики с предпочтительной ориентацией в A-плоскости с использованием просвечивающей электронной микроскопии с высоким разрешением». Разработка процедур 36 (2012): 121-27. DOI: 10.1016 / j.proeng.2012.03.019.

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с ультраструктурой на Викискладе?