Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Оптикалық микроскоптарға көрінбейтін егжей-тегжейлер
Detail hidden to optical microscopes
Ультрақұрылым (немесе ультрақұрылым) – стандартты оптикалық микроскоптағыдан жоғары ұлғаюда көрінетін жасушалар мен биоматериалдардың құрылысы. Дәстүрлі түрде, бұл жасушалар, тіндер немесе органдар сияқты биологиялық үлгілерді қарау кезінде конвенциялық беріліс электронды микроскопының (TEM) ажыратымдылығы мен ұлғайту диапазонын білдіреді. Ультрақұрылымды сканерлеуші электронды микроскопия және суперрезолюциялы микроскопия арқылы да қарастыруға болады, бірақ TEM – ультрақұрылымды қарау үшін қолданылатын стандартты гистологиялық әдіс. Жасушалардың белгілі бір ортада тиімді жұмыс істеуіне мүмкіндік беретін органеллалар сияқты жасушалық құрылымдар ультрақұрылымдық деңгейде зерттеледі. Ультрақұрылым, молекулалық филогенезбен қатар, организмдерді жіктеудің сенімді филогенетикалық жолы болып табылады. Ультрақұрылымның ерекшеліктері материалдық қасиеттерді басқару және биоүйлесімділікті жақсарту үшін өнеркәсіпте қолданылады.
Ultrastructure (or ultra structure) is the architecture of cells and biomaterials that is visible at higher magnifications than found on a standard optical light microscope. This traditionally meant the resolution and magnification range of a conventional transmission electron microscope (TEM) when viewing biological specimens such as cells, tissue, or organs. Ultrastructure can also be viewed with scanning electron microscopy and super resolution microscopy, although TEM is a standard histology technique for viewing ultrastructure. Such cellular structures as organelles, which allow the cell to function properly within its specified environment, can be examined at the ultrastructural level. Ultrastructure, along with molecular phylogeny, is a reliable phylogenetic way of classifying organisms. Features of ultrastructure are used industrially to control material properties and promote biocompatibility.
Тарих
1931 жылы неміс инженерлері Макс Нолл мен Эрнст Руска алғашқы электронды микроскопты ойлап тапты. Осы микроскоптың дамуы мен өнертабысының арқасында зерттеуге және талдауға қолжетімді байқалатын құрылымдардың диапазоны едәуір кеңейді, соның салдарынан биологтар жасушалардың субмикроскопиялық құрылымына үлкен қызығушылық таныта бастады. Бұл жаңа зерттеу саласы субструктураны, яғни ультраструктураны зерттеумен айналысты.
In 1931, German engineers Max Knoll and Ernst Ruska invented the first electron microscope. With the development and invention of this microscope, the range of observable structures that were able to be explored and analyzed increased immensely, as biologists became progressively interested in the submicroscopic organization of cells. This new area of research concerned itself with substructure, also known as the ultrastructure.
Биология
Өсімдік жасушаларында жиі кездесетін ультрақұрылымдық ерекшелік – кальций оксалаты кристалдарының қалыптасуы. Бұл кристалдардың жасушада кальцийді өсуі мен дамуы үшін қажет болатын уақытқа дейін сақтауға арналғаны болжамдалады. Кальций оксалаты кристалдары жануарларда да пайда болуы мүмкін, ал бүйрек тастары – осы ультрақұрылымдық ерекшеліктердің бір түрі. Теориялық тұрғыдан алғанда, нанобактерияларды кальций оксалаты бүйрек тастарының пайда болуын азайту үшін қолдануға болады.
A common ultrastructural feature found in plant cells is the formation of calcium oxalate crystals. It has been theorized that these crystals function to store calcium within the cell until it is needed for growth or development. Calcium oxalate crystals can also form in animals, and kidney stones are a form of these ultrastructural features. Theoretically, nanobacteria could be used to decrease the formation of calcium oxalate kidney stones.
Инженерлік
Ультрақұрылымды басқару клеткалардың мінез-құлқын басқару үшін инженерлік мақсаттарға қол келеді. Жасушалар өздерінің клеткадан тыс матрицасындағы (ECM) өзгерістерге оңай жауап береді, сондықтан ECM-ді еліктейтін материалдарды жасау клеткалық циклды және белок экспрессиясын бақылауды арттыруға мүмкіндік береді. Өсімдіктер сияқты көптеген жасушалар кальций оксалаты кристалдарын өндіреді, және бұл кристалдар әдетте өсімдік жасушаларының ультрақұрылымдық құрауы болып саналады. Кальций оксалаты – керамикалық глазурь өндіруге қолданылатын материал [6], сонымен қатар биоматериалдық қасиеттері де бар. Жасушаларды және тіндерді өсіру үшін бұл кристалл ұрықтық сиыр сарысуында кездеседі және жасушаларды өсіру үшін клеткадан тыс матрицаның маңызды бөлігі болып табылады. Тіс имплантаттарын жасау кезінде ультрақұрылымды ескеру қажетті фактор. Бұл құрылғылар тікелей сүйекпен байланысқа түсетіндіктен, олардың айналағы тіндерге енуі құрылғының тиімді жұмыс істеуі үшін қажет. Емделіп жатқан тіс имплантатына жүктеме түсіру бет сүйектерімен сүйектің интеграциясын арттыратыны анықталды. Импланттың айналасындағы ультрақұрылымды талдау оның биоүйлесімділігін және организмнің оған қалай реакция жасайтынын анықтауға көмектеседі. Бір зерттеуде шошқа сүйегінен алынған биоматериалдың гранулаларын имплантациялау адам организмінің материалды өзінің ультрақұрылымына енгізіп, жаңа сүйек құруына себеп болатыны анықталды. Гидроксиапатит – медициналық құрылғыларды ультрақұрылым арқылы тікелей сүйекке қосуға қолданылатын биоматериал. 𝛃-трикальций фосфатымен бірге графтар жасалуы мүмкін, және айналағы сүйек тінінің жаңа материалды өзінің клеткадан тыс матрицасына енгізіп алатыны байқалды. Гидроксиапатит – өте биоүйлесімді материал, ал оның кристалдық бағыты сияқты ультрақұрылымдық ерекшеліктері оптималды биоүйлесімділікті қамтамасыз ету үшін мұқият бақылана алады. Кристалл талшықтарының дұрыс бағытталуы гидроксиапатит сияқты минералдарды олар алмастыратын биологиялық материалдарға жақындатады. Ультрақұрылымдық ерекшеліктерді басқару арқасында нақты материалдық қасиеттерге қол жеткізуге болады.
Controlling ultrastructure has engineering uses for controlling the behavior of cells. Cells respond readily to changes in their extracellular matrix (ECM), so manufacturing materials to mimic ECM allows for increased control over the cell cycle and protein expression. Many cells, such as plants, produce calcium oxalate crystals, and these crystals are usually considered ultrastructural components of plant cells. Calcium oxalate is a material that is used to manufacture ceramic glazes [6], and it also has biomaterial properties. For culturing cells and tissue engineering, this crystal is found in fetal bovine serum, and is an important aspect of the extracellular matrix for culturing cells. Ultrastructure is an important factor to consider when engineering dental implants. Since these devices interface directly with bone, their incorporation to surrounding tissue is necessary to optimal device function. It has been found that applying a load to a healing dental implant allows for increased osseointegration with facial bones. Analyzing the ultrastructure surrounding an implant is useful in determining how biocompatible it is and how the body reacts to it. One study found implanting granules of a biomaterial derived from pig bone caused the human body to incorporate the material into its ultrastructure and form new bone. Hydroxyapatite is a biomaterial used to interface medical devices directly to bone by ultrastructure. Grafts can be created along with 𝛃 tricalcium phosphate, and it has been observed that surrounding bone tissue with incorporate the new material into its extracellular matrix. Hydroxyapatite is a highly biocompatible material, and its ultrastructural features, such as crystalline orientation, can be controlled carefully to ensure optimal biocompatibility. Proper crystal fiber orientation can make introduced minerals, like hydroxyapatite, more similar to the biological materials they intend to replace. Controlling ultrastructural features makes obtaining specific material properties possible.