Ультраструктура

Ультраструктура (или ультраструктура ) — это архитектура клеток и биоматериалов, которая видна при большем увеличении, чем обнаруживается в стандартном оптическом световом микроскопе . 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 просмотреть с помощью сканирующей электронной микроскопии и микроскопии сверхвысокого разрешения , хотя TEM является стандартным гистологическим методом для просмотра ультраструктуры. Такие клеточные структуры, как органеллы , которые позволяют клетке правильно функционировать в заданной среде, можно исследовать на ультраструктурном уровне.

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

История

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 постепенно интересоваться субмикроскопической организацией клеток. Эта новая область исследований касалась субструктуры, также известной как ультраструктура. ^[3]

Приложения

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

Биология

Общей 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 , а камни в почках являются формой этих ультраструктурных особенностей. Теоретически нанобактерии можно использовать для уменьшения образования камней в почках из оксалата кальция. ^[11]

Инженерное дело

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 . ^[12]

Многие клетки, например растения, производят кристаллы оксалата кальция , и эти кристаллы обычно считаются ультраструктурными компонентами растительных клеток. Оксалат кальция является материалом, который используется для изготовления керамических глазурей [6], а также обладает биоматериала свойствами . Для культивирования клеток и тканевой инженерии этот кристалл содержится в фетальной бычьей сыворотке и является важным аспектом внеклеточного матрикса для культивирования клеток. ^[13]

Ультраструктура является важным фактором, который следует учитывать при разработке зубных имплантатов . Поскольку эти устройства непосредственно взаимодействуют с костью, для оптимального функционирования устройства необходимо их соединение с окружающими тканями. Было обнаружено, что приложение нагрузки к приживающемуся зубному имплантату способствует усилению остеоинтеграции с костями лица . ^[14] Анализ ультраструктуры, окружающей имплантат, полезен для определения того, насколько он биосовместим и как на него реагирует организм. Одно исследование показало, что имплантация гранул биоматериала, полученного из кости свиньи, заставляет человеческое тело включать этот материал в свою ультраструктуру и формировать новую кость. ^[15]

Гидроксиапатит — это биоматериал, используемый для соединения 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. ^[16] Гидроксиапатит является высокобиосовместимым материалом, и его ультраструктурные особенности, такие как ориентация кристаллов, можно тщательно контролировать, чтобы обеспечить оптимальную биосовместимость. ^[17] Правильная ориентация кристаллических волокон может сделать внедренные минералы, такие как гидроксиапатит, более похожими на биологические материалы, которые они собираются заменить. Управление ультраструктурными особенностями позволяет получить определенные свойства материала.

Ссылки

^ Лаура Вегенер Парфри ; Эрика Барберо; Элиз Лассер; Мика Данторн; Дебашиш Бхаттачарья; Дэвид Дж. Паттерсон ; Лаура А. Кац (декабрь 2006 г.). «Оценка поддержки текущей классификации эукариотического разнообразия» . ПЛОС Генетика . 2 (12): е220. doi : 10.1371/JOURNAL.PGEN.0020220 . ISSN 1553-7390 . ПМЦ 1713255 . ПМИД 17194223 . Викиданные Q21090155 .
^ Мастерс, Барри Р. (март 2009 г.). «История электронного микроскопа в клеточной биологии» (PDF) . Энциклопедия наук о жизни (ELS) . Чичестер: John Wiley & Sons, Ltd. doi : 10.1002/9780470015902.a0021539 . ISBN 9780470016176 .
^ Бригер, Э.М. (1963). «Ультраструктура клетки». Строение и ультраструктура микроорганизмов . Эльзевир. п. 1–7. дои : 10.1016/b978-0-12-134350-7.50005-8 . ISBN 978-0-12-134350-7 .
^ Эйден, Б.; Банерджи, СС; Ру, Ю.; Либерски, П. (2014). Ультраструктура опухолей человека: применение в диагностике и исследованиях . Шпрингер Берлин Гейдельберг. ISBN 978-3-642-39168-2 .
^ Массер, Роберт Л.; Томас, Ширли А.; Уайз, Роберт Р.; Пилер, Томас К.; Нэйлор, Обри В. (1 апреля 1984 г.). «Ультраструктура хлоропластов, флуоресценция хлорофилла и состав пигментов в соевых бобах, подвергшихся стрессу при охлаждении» . Физиология растений . 74 (4): 749–754. дои : 10.1104/стр.74.4.749 . ISSN 0032-0889 . ПМЦ 1066762 . ПМИД 16663504 .
^ Морейра, Каролина А.; Демпстер, Дэвид В.; Барон, Роланд (2000). «Анатомия и ультраструктура кости - гистогенез, рост и ремоделирование». Эндотекст . Южный Дартмут (Массачусетс): MDText.com, Inc. PMID 25905372 .
^ Крамер, Элизабет М.; Норол, Франсуаза; Гишар, Жозетт; Бретон-Гориус, Джанин; Вайнченкер, Уильям; Массе, Жан-Марк; Дебили, Наджет (1 апреля 1997 г.). «Ультраструктура образования тромбоцитов мегакариоцитами человека, культивированными с лигандом Mpl» . Кровь . 89 (7): 2336–2346. дои : 10.1182/blood.V89.7.2336 . ISSN 1528-0020 . ПМИД 9116277 . S2CID 7757033 .
^ Феррейра, Аделина; Долдер, Хайди (6 января 1990 г.). «Ультраструктура спермы и сперматогенез у ящерицы Tropidurus itambere» (PDF) . Биоклетка . 27 (3): 353–362. ISSN 0327-9545 . ПМИД 15002752 .
^ Причид, CJ; Джабайли, РС; Рудалл, Пи Джей (13 марта 2008 г.). «Клеточная ультраструктура и развитие кристаллов у аморфофаллуса (Araceae)» . Анналы ботаники . 101 (7): 983–995. дои : 10.1093/aob/mcn022 . ISSN 0305-7364 . ПМК 2710233 . ПМИД 18285357 .
^ Тилтон, Вирджиния; Хорнер, ХТ (1980). «Кристаллы рафида оксалата кальция и кристаллоносные идиобласты в плодолистиках Ornithogalum caudatum». Анналы ботаники . 46 (5): 533–539. doi : 10.1093/oxfordjournals.aob.a085951 . ISSN 1095-8290 .
^ Гольдфарб, Дэвид С. (19 октября 2004 г.). «Микроорганизмы и кальциево-оксалатно-каменная болезнь». Физиология нефронов . 98 (2): 48–54. дои : 10.1159/000080264 . ISSN 1660-2137 . ПМИД 15499215 . S2CID 29369994 .
^ Хадемосейни, Али (2008). Микро- и наноинженерия клеточной микросреды: технологии и приложения . Бостон: Артех Хаус. ISBN 978-1-59693-149-7 .
^ Педраса, Клаудио Э.; Цзянь, Юнг-Цзин; Макки, Марк Д. (2008). «Кристаллы оксалата кальция в фетальной бычьей сыворотке: значение для исследований клеточной культуры, фагоцитоза и биоминерализации in vitro». Журнал клеточной биохимии . 103 (5): 1379–1393. дои : 10.1002/jcb.21515 . ISSN 0730-2312 . ПМИД 17879965 . S2CID 43217705 .
^ Мейер, У.; Йоос, У.; Митили, Дж.; Штамм, Т.; Хохофф, А.; Филлис, Т.; Стратманн, Ю.; Висманн, HP (2004). «Ультраструктурная характеристика интерфейса имплантат/кость зубных имплантатов с немедленной нагрузкой». Биоматериалы . 25 (10): 1959–1967. doi : 10.1016/j.bimaterials.2003.08.070 . ПМИД 14738860 .
^ Орсини, Джованна; Скарано, Антонио; Пияттелли, Маурицио; Пиччирилли, Марчелло; Капути, Серджио; Пиаттелли, Адриано (2006). «Гистологический и ультраструктурный анализ регенерированной кости при аугментации верхнечелюстной пазухи с использованием биоматериала, полученного из свиной кости». Журнал пародонтологии . 77 (12): 1984–1990. дои : 10.1902/jop.2006.060181 . ISSN 0022-3492 . ПМИД 17209782 .
^ Фудзита, Руми; Ёкояма, Ацуро; Нодасака, Ёсинобу; Кого, Такао; Кавасаки, Такао (2003). «Ультраструктура интерфейса керамика-кость с использованием керамики из гидроксиапатита и β-трикальцийфосфата и механизм замещения β-трикальцийфосфата в кости». Ткань и клетка . 35 (6): 427–440. дои : 10.1016/S0040-8166(03)00067-3 . ПМИД 14580356 .
^ Чжуан, Чжи; Мики, Такуя; Юмото, Мидори; Кониси, Тошииса; Айзава, Мамору (2012). «Ультраструктурное наблюдение гидроксиапатитовой керамики с преимущественной ориентацией в плоскости с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения» . Процедия Инжиниринг . 36 : 121–127. дои : 10.1016/j.proeng.2012.03.019 .

Внешние ссылки

СМИ, связанные с ультраструктурой, на Викискладе?

[1] Лаура Вегенер Парфри ; Эрика Барберо; Элиз Лассер; Мика Данторн; Дебашиш Бхаттачарья; Дэвид Дж. Паттерсон ; Лаура А. Кац (декабрь 2006 г.). «Оценка поддержки текущей классификации эукариотического разнообразия» . ПЛОС Генетика . 2 (12): е220. doi : 10.1371/JOURNAL.PGEN.0020220 . ISSN 1553-7390 . ПМЦ 1713255 . ПМИД 17194223 . Викиданные Q21090155 .

[2] Мастерс, Барри Р. (март 2009 г.). «История электронного микроскопа в клеточной биологии» (PDF) . Энциклопедия наук о жизни (ELS) . Чичестер: John Wiley & Sons, Ltd. doi : 10.1002/9780470015902.a0021539 . ISBN 9780470016176 .

[3] Бригер, Э.М. (1963). «Ультраструктура клетки». Строение и ультраструктура микроорганизмов . Эльзевир. п. 1–7. дои : 10.1016/b978-0-12-134350-7.50005-8 . ISBN 978-0-12-134350-7 .

[4] Эйден, Б.; Банерджи, СС; Ру, Ю.; Либерски, П. (2014). Ультраструктура опухолей человека: применение в диагностике и исследованиях . Шпрингер Берлин Гейдельберг. ISBN 978-3-642-39168-2 .

[5] Массер, Роберт Л.; Томас, Ширли А.; Уайз, Роберт Р.; Пилер, Томас К.; Нэйлор, Обри В. (1 апреля 1984 г.). «Ультраструктура хлоропластов, флуоресценция хлорофилла и состав пигментов в соевых бобах, подвергшихся стрессу при охлаждении» . Физиология растений . 74 (4): 749–754. дои : 10.1104/стр.74.4.749 . ISSN 0032-0889 . ПМЦ 1066762 . ПМИД 16663504 .

[6] Морейра, Каролина А.; Демпстер, Дэвид В.; Барон, Роланд (2000). «Анатомия и ультраструктура кости - гистогенез, рост и ремоделирование». Эндотекст . Южный Дартмут (Массачусетс): MDText.com, Inc. PMID 25905372 .

[7] Крамер, Элизабет М.; Норол, Франсуаза; Гишар, Жозетт; Бретон-Гориус, Джанин; Вайнченкер, Уильям; Массе, Жан-Марк; Дебили, Наджет (1 апреля 1997 г.). «Ультраструктура образования тромбоцитов мегакариоцитами человека, культивированными с лигандом Mpl» . Кровь . 89 (7): 2336–2346. дои : 10.1182/blood.V89.7.2336 . ISSN 1528-0020 . ПМИД 9116277 . S2CID 7757033 .

[8] Феррейра, Аделина; Долдер, Хайди (6 января 1990 г.). «Ультраструктура спермы и сперматогенез у ящерицы Tropidurus itambere» (PDF) . Биоклетка . 27 (3): 353–362. ISSN 0327-9545 . ПМИД 15002752 .

[9] Причид, CJ; Джабайли, РС; Рудалл, Пи Джей (13 марта 2008 г.). «Клеточная ультраструктура и развитие кристаллов у аморфофаллуса (Araceae)» . Анналы ботаники . 101 (7): 983–995. дои : 10.1093/aob/mcn022 . ISSN 0305-7364 . ПМК 2710233 . ПМИД 18285357 .

[10] Тилтон, Вирджиния; Хорнер, ХТ (1980). «Кристаллы рафида оксалата кальция и кристаллоносные идиобласты в плодолистиках Ornithogalum caudatum». Анналы ботаники . 46 (5): 533–539. doi : 10.1093/oxfordjournals.aob.a085951 . ISSN 1095-8290 .

[11] Гольдфарб, Дэвид С. (19 октября 2004 г.). «Микроорганизмы и кальциево-оксалатно-каменная болезнь». Физиология нефронов . 98 (2): 48–54. дои : 10.1159/000080264 . ISSN 1660-2137 . ПМИД 15499215 . S2CID 29369994 .

[12] Хадемосейни, Али (2008). Микро- и наноинженерия клеточной микросреды: технологии и приложения . Бостон: Артех Хаус. ISBN 978-1-59693-149-7 .

[13] Педраса, Клаудио Э.; Цзянь, Юнг-Цзин; Макки, Марк Д. (2008). «Кристаллы оксалата кальция в фетальной бычьей сыворотке: значение для исследований клеточной культуры, фагоцитоза и биоминерализации in vitro». Журнал клеточной биохимии . 103 (5): 1379–1393. дои : 10.1002/jcb.21515 . ISSN 0730-2312 . ПМИД 17879965 . S2CID 43217705 .

[14] Мейер, У.; Йоос, У.; Митили, Дж.; Штамм, Т.; Хохофф, А.; Филлис, Т.; Стратманн, Ю.; Висманн, HP (2004). «Ультраструктурная характеристика интерфейса имплантат/кость зубных имплантатов с немедленной нагрузкой». Биоматериалы . 25 (10): 1959–1967. doi : 10.1016/j.bimaterials.2003.08.070 . ПМИД 14738860 .

[15] Орсини, Джованна; Скарано, Антонио; Пияттелли, Маурицио; Пиччирилли, Марчелло; Капути, Серджио; Пиаттелли, Адриано (2006). «Гистологический и ультраструктурный анализ регенерированной кости при аугментации верхнечелюстной пазухи с использованием биоматериала, полученного из свиной кости». Журнал пародонтологии . 77 (12): 1984–1990. дои : 10.1902/jop.2006.060181 . ISSN 0022-3492 . ПМИД 17209782 .

[16] Фудзита, Руми; Ёкояма, Ацуро; Нодасака, Ёсинобу; Кого, Такао; Кавасаки, Такао (2003). «Ультраструктура интерфейса керамика-кость с использованием керамики из гидроксиапатита и β-трикальцийфосфата и механизм замещения β-трикальцийфосфата в кости». Ткань и клетка . 35 (6): 427–440. дои : 10.1016/S0040-8166(03)00067-3 . ПМИД 14580356 .

[17] Чжуан, Чжи; Мики, Такуя; Юмото, Мидори; Кониси, Тошииса; Айзава, Мамору (2012). «Ультраструктурное наблюдение гидроксиапатитовой керамики с преимущественной ориентацией в плоскости с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения» . Процедия Инжиниринг . 36 : 121–127. дои : 10.1016/j.proeng.2012.03.019 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]