Ultrarakenne -Ultrastructure

Yhden bakteerisolun ( Bacillus subtilis ) ultrarakenne. Asteikkopalkki on 200 nm .

Ultrarakenne (tai ultrarakenne ) on solujen ja biomateriaalien arkkitehtuuri, joka näkyy suuremmilla suurennoksilla kuin tavallisessa optisessa valomikroskoopissa . Tämä tarkoitti perinteisesti tavanomaisen transmissioelektronimikroskoopin (TEM) resoluutiota ja suurennusaluetta katseltaessa biologisia näytteitä, kuten soluja , kudoksia tai elimiä . Ultrarakennetta voidaan tarkastella myös pyyhkäisyelektronimikroskoopilla ja superresoluutiomikroskoopilla , vaikka TEM onkin tavallinen histologinen tekniikka ultrarakenteen katseluun. Sellaiset solurakenteet kuin organellit, jotka antavat solun toimia kunnolla määritellyssä ympäristössään, voidaan tutkia ultrarakennetasolla.

Ultrarakenne yhdessä molekyylifilogenian kanssa on luotettava fylogeneettinen tapa luokitella organismeja. Ultrarakenteen ominaisuuksia käytetään teollisesti materiaalien ominaisuuksien säätelyyn ja bioyhteensopivuuden edistämiseen.

Historia

Vuonna 1931 saksalaiset insinöörit Max Knoll ja Ernst Ruska keksivät ensimmäisen elektronimikroskoopin. Tämän mikroskoopin kehittämisen ja keksimisen myötä havaittavien rakenteiden valikoima, joita voitiin tutkia ja analysoida, kasvoi valtavasti, kun biologit alkoivat vähitellen kiinnostua solujen submikroskooppisesta järjestämisestä. Tämä uusi tutkimusalue koski alarakennetta, joka tunnetaan myös nimellä ultrarakenne.

Sovellukset

Monet tutkijat käyttävät ultrarakenteisia havaintoja tutkiakseen seuraavia asioita, mukaan lukien, mutta ei rajoittuen:

Biologia

Kasvisoluissa esiintyvä yleinen ultrarakenteinen ominaisuus on kalsiumoksalaattikiteiden muodostuminen . On teoriassa, että nämä kiteet varastoivat kalsiumia soluun, kunnes sitä tarvitaan kasvuun tai kehitykseen.

Kalsiumoksalaattikiteitä voi muodostua myös eläimissä , ja munuaiskivet ovat yksi näistä ultrarakenteisista piirteistä. Teoriassa nanobakteereja voitaisiin käyttää vähentämään kalsiumoksalaattimunuaiskivien muodostumista.

Tekniikka

Ultrarakenteen hallinnassa on teknisiä käyttötarkoituksia solujen käyttäytymisen ohjaamiseen. Solut reagoivat helposti muutoksiin solunulkoisessa matriisissa (ECM), joten ECM:ää jäljittelevien materiaalien valmistus mahdollistaa solusyklin ja proteiinien ilmentymisen paremman hallinnan.

Monet solut, kuten kasvit, tuottavat kalsiumoksalaattikiteitä , ja näitä kiteitä pidetään yleensä kasvisolujen ultrarakenteisina komponentteina. Kalsiumoksalaatti on materiaali, jota käytetään keraamisten lasitteiden valmistukseen [6], ja sillä on myös biomateriaaliominaisuuksia . Solujen viljelyä ja kudostekniikkaa varten tätä kidettä löytyy naudan sikiön seerumista , ja se on tärkeä osa solujen viljelyn solunulkoista matriisia.  

Ultrarakenne on tärkeä tekijä hammasimplanttien suunnittelussa . Koska nämä laitteet ovat suoraan yhteydessä luun kanssa, niiden yhdistäminen ympäröivään kudokseen on välttämätöntä laitteen optimaalisen toiminnan kannalta. On havaittu, että kuormituksen kohdistaminen parantavaan hammasimplantiin mahdollistaa lisääntyneen osseointegraation kasvojen luiden kanssa . Implanttia ympäröivän ultrarakenteen analysointi on hyödyllistä määritettäessä, kuinka biologisesti yhteensopiva se on ja kuinka keho reagoi siihen. Eräässä tutkimuksessa havaittiin, että sian luusta peräisin olevan biomateriaalin rakeiden istuttaminen sai ihmiskehon sisällyttämään materiaalin ultrarakenteeseensa ja muodostamaan uutta luuta.

Hydroksiapatiitti on biomateriaali, jota käytetään liittämään lääketieteelliset laitteet suoraan luuhun ultrarakenteen avulla. Siirteitä voidaan luoda yhdessä 𝛃-trikalsiumfosfaatin kanssa , ja on havaittu, että ympäröivä luukudos sisällyttää uuden materiaalin solunulkoiseen matriisiinsa. Hydroksiapatiitti on erittäin bioyhteensopiva materiaali, ja sen ultrarakenteellisia ominaisuuksia, kuten kiteistä orientaatiota, voidaan valvoa huolellisesti optimaalisen bioyhteensopivuuden varmistamiseksi. Oikea kidekuitujen suuntaus voi tehdä lisätyistä mineraaleista, kuten hydroksiapatiitista, enemmän samankaltaisia ​​kuin biologiset materiaalit, jotka ne aikovat korvata. Ultrarakenteisten ominaisuuksien hallinta mahdollistaa tiettyjen materiaaliominaisuuksien saavuttamisen.

Viitteet

Ulkoiset linkit