Ультраструктура -Ultrastructure

Ультраструктура одиночной бактериальной клетки ( Bacillus subtilis ). Масштабная линейка составляет 200 нм .

Ультраструктура (или ультраструктура ) — это архитектура клеток и биоматериалов, которая видна при более высоких увеличениях, чем в стандартный оптический световой микроскоп . Традиционно это означало разрешение и диапазон увеличения обычного просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) при просмотре биологических образцов, таких как клетки , ткани или органы . Ультраструктуру также можно рассматривать 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 заданной среде, можно исследовать на ультраструктурном уровне.

Ультраструктура, наряду с молекулярной филогенезом , является надежным филогенетическим способом классификации организмов. Особенности ультраструктуры используются в промышленности для управления свойствами материалов и обеспечения биосовместимости.

История

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

Приложения

Многие ученые используют ультраструктурные наблюдения для изучения следующего, включая, помимо прочего:

Биология

Общим ультраструктурным признаком растительных клеток является образование кристаллов оксалата кальция . Было высказано предположение, что эти кристаллы служат для хранения кальция внутри клетки до тех пор, пока он не понадобится для роста или развития.

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

Инжиниринг

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

Многие клетки, например растения, продуцируют кристаллы оксалата кальция , и эти кристаллы обычно считаются ультраструктурными компонентами растительных клеток. Оксалат кальция — это материал, который используется для изготовления керамических глазурей [6], а также обладает свойствами биоматериала . Для культивирования клеток и тканевой инженерии этот кристалл содержится в эмбриональной бычьей сыворотке и является важным аспектом внеклеточного матрикса для культивирования клеток.  

Ультраструктура является важным фактором, который следует учитывать при разработке зубных имплантатов . Поскольку эти устройства взаимодействуют непосредственно с костью, их встраивание в окружающие ткани необходимо для оптимального функционирования устройства. Было обнаружено, что приложение нагрузки к заживающему зубному имплантату способствует усилению остеоинтеграции с костями лица . Анализ ультраструктуры, окружающей имплантат, полезен для определения того, насколько он биосовместим и как организм реагирует на него. Одно исследование показало, что имплантация гранул биоматериала, полученного из кости свиньи, заставляет человеческий организм включать этот материал в свою ультраструктуру и формировать новую кость.

Гидроксиапатит — это биоматериал, используемый для сопряжения медицинских устройств непосредственно с костью посредством ультраструктуры. Трансплантаты могут быть созданы вместе с 𝛃-трикальцийфосфатом , и было замечено, что окружающая костная ткань включает новый материал в свой внеклеточный матрикс. Гидроксиапатит является материалом с высокой биосовместимостью, и его ультраструктурные особенности, такие как ориентация кристаллов, можно тщательно контролировать для обеспечения оптимальной биосовместимости. Правильная ориентация кристаллических волокон может сделать введенные минералы, такие как гидроксиапатит, более похожими на биологические материалы, которые они намереваются заменить. Управление ультраструктурными особенностями позволяет получить определенные свойства материала.

Рекомендации

Внешние ссылки