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Ultraestructura

Ultraestructura de una sola célula bacteriana ( Bacillus subtilis ). La barra de escala es de 200 nm . La ultraestructura es la arquitectura de las células y los biomateriales q...

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Ultraestructura de una sola célula bacteriana ( Bacillus subtilis ). La barra de escala es de 200 nm .

La ultraestructura es la arquitectura de las células y los biomateriales que se observa a mayores aumentos que los que se obtienen con un microscopio óptico estándar. Tradicionalmente , esto se refería al rango de resolución y aumento de un microscopio electrónico de transmisión (TEM) convencional al observar muestras biológicas como células , tejidos u órganos . La ultraestructura también se puede observar con microscopía electrónica de barrido y microscopía de superresolución , aunque el TEM es una técnica histológica estándar para su visualización. Estructuras celulares como los orgánulos , que permiten a la célula funcionar correctamente dentro de su entorno específico, pueden examinarse a nivel ultraestructural.

La ultraestructura, junto con la filogenia molecular , es una forma filogenética confiable de clasificar organismos. [ 1 ] Las características de la ultraestructura se utilizan industrialmente para controlar las propiedades de los materiales y promover la biocompatibilidad.

Historia

En 1931, los ingenieros alemanes Max Knoll y Ernst Ruska inventaron el primer microscopio electrónico. [ 2 ] Con el desarrollo e invención de este microscopio, el rango de estructuras observables que se podían explorar y analizar aumentó enormemente, ya que los biólogos se interesaron cada vez más en la organización submicroscópica de las células. Esta nueva área de investigación se centró en la subestructura, también conocida como ultraestructura. [ 3 ]

Aplicaciones

Muchos científicos utilizan observaciones ultraestructurales para estudiar lo siguiente, entre otros aspectos:

Biología

Una característica ultraestructural común que se encuentra en las células vegetales es la formación de cristales de oxalato de calcio . [ 9 ] Se ha teorizado que estos cristales funcionan para almacenar calcio dentro de la célula hasta que se necesita para el crecimiento o el desarrollo. [ 10 ]

Los cristales de oxalato de calcio también pueden formarse en animales , y los cálculos renales son una forma de estas características ultraestructurales. Teóricamente, las nanobacterias podrían utilizarse para disminuir la formación de cálculos renales de oxalato de calcio. [ 11 ]

Ingeniería

El control de la ultraestructura tiene aplicaciones de ingeniería para controlar el comportamiento celular. Las células responden fácilmente a los cambios en su matriz extracelular (MEC), por lo que la fabricación de materiales que imiten la MEC permite un mayor control sobre el ciclo celular y la expresión de proteínas . [ 12 ]

Muchas células, como las de las plantas, producen cristales de oxalato de calcio , los cuales suelen considerarse componentes ultraestructurales de las células vegetales. El oxalato de calcio es un material utilizado en la fabricación de esmaltes cerámicos [6] y también posee propiedades de biomaterial . Para el cultivo celular y la ingeniería de tejidos , este cristal se encuentra en el suero fetal bovino y constituye un componente importante de la matriz extracelular para el cultivo celular. [ 13 ]

La ultraestructura es un factor importante a considerar en el diseño de implantes dentales . Dado que estos dispositivos interactúan directamente con el hueso, su integración al tejido circundante es necesaria para un funcionamiento óptimo. Se ha observado que la aplicación de una carga a un implante dental en proceso de cicatrización favorece una mayor osteointegración con los huesos faciales . [ 14 ] Analizar la ultraestructura que rodea un implante es útil para determinar su biocompatibilidad y la reacción del organismo. Un estudio reveló que la implantación de gránulos de un biomaterial derivado de hueso de cerdo provocó que el cuerpo humano incorporara el material a su ultraestructura y formara hueso nuevo. [ 15 ]

La hidroxiapatita es un biomaterial utilizado para conectar dispositivos médicos directamente al hueso mediante su ultraestructura. Se pueden crear injertos junto con β-fosfato tricálcico , y se ha observado que el tejido óseo circundante incorpora el nuevo material a su matriz extracelular. [ 16 ] La hidroxiapatita es un material altamente biocompatible, y sus características ultraestructurales, como la orientación cristalina, se pueden controlar cuidadosamente para garantizar una biocompatibilidad óptima. [ 17 ] La orientación adecuada de las fibras cristalinas puede hacer que los minerales introducidos, como la hidroxiapatita, sean más similares a los materiales biológicos que pretenden reemplazar. El control de las características ultraestructurales permite obtener propiedades específicas del material.

Referencias

  1. ↑ Laura Wegener Parfrey ; Erika Barbero; Elyse Lasser; Micah Dunthorn; Debashish Bhattacharya; David J Patterson ; Laura A Katz (diciembre de 2006). " Evaluación del apoyo a la clasificación actual de la diversidad eucariota" . PLOS Genetics . 2 (12): e220. doi : 10.1371/JOURNAL.PGEN.0020220 . ISSN 1553-7390 . PMC 1713255. PMID 17194223. Wikidata Q21090155 .    
  2. ↑ Masters, Barry R (marzo de 2009). «Historia del microscopio electrónico en biología celular» (PDF) . Enciclopedia de Ciencias de la Vida (ELS) . Chichester: John Wiley & Sons, Ltd. doi : 10.1002/9780470015902.a0021539 . ISBN 9780470016176.
  3. ↑ Brieger, EM (1963). «Ultraestructura de la célula». Estructura y ultraestructura de los microorganismos . Elsevier. págs. 1-7. doi : 10.1016/b978-0-12-134350-7.50005-8 . ISBN  978-0-12-134350-7.{{cite book}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda )
  4. ↑ Eyden, B.; Banerjee, SS; Ru, Y.; Liberski, P. (2014). La ultraestructura de los tumores humanos: aplicaciones en diagnóstico e investigación . Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-642-39168-2.
  5. ↑ Musser, Robert L.; Thomas, Shirley A.; Wise, Robert R.; Peeler, Thomas C.; Naylor, Aubrey W. (1984-04-01). " Ultraestructura del cloroplasto, fluorescencia de la clorofila y composición de pigmentos en soja sometida a estrés por frío" . Plant Physiology . 74 (4): 749– 754. doi : 10.1104/pp.74.4.749 . ISSN 0032-0889 . PMC 1066762. PMID 16663504 .   
  6. ↑ Moreira, Carolina A.; Dempster, David W.; Baron, Roland (2000). "Anatomía y ultraestructura del hueso: histogénesis, crecimiento y remodelación". Endotext . South Dartmouth (MA): MDText.com, Inc. PMID 25905372 . 
  7. ↑ Cramer, Elisabeth M.; Norol, Françoise; Guichard, Josette; Breton-Gorius, Janine; Vainchenker, William; Massé, Jean-Marc; Debili, Najet (1997-04-01). "Ultraestructura de la formación de plaquetas por megacariocitos humanos cultivados con el ligando Mpl" . Blood . 89 ( 7): 2336– 2346. doi : 10.1182/blood.V89.7.2336 . ISSN 1528-0020 . PMID 9116277. S2CID 7757033 .   
  8. ↑ Ferreira, Adelina; Dolder, Heidi (1990-01-06). "Ultraestructura del esperma y espermatogénesis en el lagarto Tropidurus itambere" (PDF) . Biocell . 27 (3): 353– 362. ISSN 0327-9545 . PMID 15002752 .  
  9. ↑ Prychid, CJ; Jabaily, RS; Rudall, PJ (2008-03-13). "Ultraestructura celular y desarrollo de cristales en Amorphophallus (Araceae)" . Annals of Botany . 101 (7): 983– 995. doi : 10.1093/aob/mcn022 . ISSN 0305-7364 . PMC 2710233. PMID 18285357 .   
  10. ↑ Tilton, VR; Horner, HT (1980). "Cristales de rafido de oxalato de calcio e idioblastos cristalíferos en los carpelos de Ornithogalum caudatum". Annals of Botany . 46 (5): 533– 539. doi : 10.1093/oxfordjournals.aob.a085951 . ISSN 1095-8290 . 
  11. ↑ Goldfarb, David S. (19 de octubre de 2004). "Microorganismos y enfermedad de cálculos de oxalato de calcio". Fisiología de la nefrona . 98 (2): 48– 54. doi : 10.1159/000080264 . ISSN 1660-2137 . PMID 15499215. S2CID 29369994 .   
  12. ↑ Khademhosseini, Ali (2008). Micro y nanoingeniería del microambiente celular: tecnologías y aplicaciones . Boston: Artech House. ISBN 978-1-59693-149-7.
  13. ↑ Pedraza, Claudio E.; Chien, Yung‐Ching; McKee, Marc D. (2008). "Cristales de oxalato de calcio en suero fetal bovino: Implicaciones para estudios de cultivo celular, fagocitosis y biomineralización in vitro". Journal of Cellular Biochemistry . 103 (5): 1379– 1393. doi : 10.1002/jcb.21515 . ISSN 0730-2312 . PMID 17879965 . S2CID 43217705 .   
  14. ↑ Meyer, U.; Joos, U.; Mythili, J.; Stamm, T.; Hohoff, A.; Fillies, T.; Stratmann, U.; Wiesmann, HP (2004). "Caracterización ultraestructural de la interfaz implante/hueso de implantes dentales de carga inmediata". Biomaterials . 25 (10): 1959– 1967. doi : 10.1016/j.biomaterials.2003.08.070 . PMID 14738860 . 
  15. ↑ Orsini, Giovanna; Scarano, Antonio; Piattelli, Mauricio; Piccirilli, Marcello; Caputi, Sergio; Piattelli, Adriano (2006). "Análisis histológico y ultraestructural del hueso regenerado en el aumento del seno maxilar utilizando un biomaterial derivado del hueso porcino". Revista de Periodoncia . 77 (12): 1984-1990 . doi : 10.1902/jop.2006.060181 . ISSN 0022-3492 . PMID 17209782 .  
  16. ↑ Fujita, Rumi; Yokoyama, Atsuro; Nodasaka, Yoshinobu; Kohgo, Takao; Kawasaki, Takao (2003). "Ultraestructura de la interfaz cerámica-hueso utilizando cerámicas de hidroxiapatita y β-fosfato tricálcico y mecanismo de reemplazo del β-fosfato tricálcico en el hueso". Tissue and Cell . 35 (6): 427– 440. doi : 10.1016/S0040-8166(03)00067-3 . PMID 14580356 . 
  17. ↑ Zhuang, Zhi; Miki, Takuya; Yumoto, Midori; Konishi, Toshiisa; Aizawa, Mamoru (2012). "Observación ultraestructural de cerámicas de hidroxiapatita con orientación preferencial al plano a mediante microscopía electrónica de transmisión de alta resolución" . Procedia Engineering . 36 : 121–127 . doi : 10.1016/j.proeng.2012.03.019 .
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