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

Ultraestructura (o -ultra estructura ) es la arquitectura de las células y los biomateriales que es visible a ampliaciones superiores a encontrado en un estándar de microscopio de luz óptico . Esto tradicionalmente significaba el rango de resolución y aumento de un microscopio electrónico de transmisión (TEM) convencional cuando se ven muestras biológicas como células , tejidos u órganos . La ultraestructura también se puede ver con microscopía electrónica de barrido y microscopía de súper resolución , aunque TEM es una técnica histológica estándar para ver la ultraestructura. Estructuras celulares como orgánulos, que permiten que la célula funcione correctamente dentro de su entorno específico, se pueden examinar 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 del material y promover la biocompatibilidad.

Historia [ editar ]

En 1931, los ingenieros alemanes Max Knoll y Ernst Ruska inventaron el primer microscopio electrónico. [2] Con el desarrollo y la invención de este microscopio, la gama de estructuras observables que pudieron ser exploradas y analizadas aumentó enormemente, a medida que los biólogos se interesaron progresivamente en la organización submicroscópica de las células. Esta nueva área de investigación se centró en la subestructura, también conocida como ultraestructura. [3]

Aplicaciones [ editar ]

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

Biología [ editar ]

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 sea necesario para su crecimiento o desarrollo. [10]

Los cristales de oxalato de calcio también se pueden formar en animales , y los cálculos renales son una forma de estas características ultraestructurales. En teoría, las nanobacterias podrían usarse para disminuir la formación de cálculos renales de oxalato de calcio. [11]

Ingeniería [ editar ]

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

Muchas células, como las plantas, producen cristales de oxalato de calcio , y estos cristales suelen considerarse componentes ultraestructurales de las células vegetales. El oxalato de calcio es un material que se utiliza para fabricar esmaltes cerámicos [6], y también tiene propiedades biomateriales . Para el cultivo de células y la ingeniería de tejidos , este cristal se encuentra en suero bovino fetal y es un aspecto importante de la matriz extracelular para el cultivo de células. [13]  

La ultraestructura es un factor importante a considerar cuando se diseñan implantes dentales . Dado que estos dispositivos interactúan directamente con el hueso, su incorporación al tejido circundante es necesaria para un funcionamiento óptimo del dispositivo. Se ha descubierto que la aplicación de una carga a un implante dental en curación permite una mayor osteointegración con los huesos faciales . [14] Analizar la ultraestructura que rodea a un implante es útil para determinar qué tan biocompatible es y cómo reacciona el cuerpo a él. Un estudio encontró que la implantación de gránulos de un biomaterial derivado de hueso de cerdo hizo que el cuerpo humano incorporara el material en su ultraestructura y formara hueso nuevo. [15]

La hidroxiapatita es un biomaterial que se utiliza para interconectar dispositivos médicos directamente con el hueso mediante 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, pueden controlarse cuidadosamente para asegurar una biocompatibilidad óptima. [17] La orientación adecuada de la fibra cristalina 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 hace posible la obtención de propiedades específicas del material.

Referencias [ editar ]

  1. ^ Laura Wegener Parfrey ; Erika Barbero; Elyse Lasser; Micah Dunthorn; Debashish Bhattacharya; David J Patterson ; Laura A Katz (diciembre de 2006). "Evaluación de apoyo para la clasificación actual de diversidad eucariota" . PLOS Genetics . 2 (12): e220. doi : 10.1371 / JOURNAL.PGEN.0020220 . ISSN  1553-7390 . PMC  1713255 . PMID  17194223 . Wikidata  Q21090155 .
  2. ^ Maestros, Barry R (marzo de 2009) Historia del microscopio electrónico en biología celular. En: Enciclopedia de Ciencias de la Vida (ELS). John Wiley & Sons, Ltd: Chichester. hacer: 10.1002 / 9780470015902.a0021539
  3. ^ EM BRIEGER, CAPÍTULO 1 - Ultraestructura de la célula, Editor (es): EM BRIEGER, Estructura y ultraestructura de microorganismos, Academic Press, 1963, Páginas 1-7, ISBN 9780121343507 , doi : 10.1016 / B978-0-12-134350 -7.50005-8 . 
  4. ^ Eyden, B., Sankar, S. y Liberski, P. (2013). La ultraestructura de los tumores humanos. Aplicaciones en diagnóstico e investigación. Berlín: Springer.
  5. ^ Robert L. Musser, Shirley A. Thomas, Robert R. Wise, Thomas C. Peeler, Aubrey W. Naylor Plant Physiology, abril de 1984, 74 (4) 749-754; DOI: 10.1104 / pp.74.4.749
  6. ^ Baron R. Anatomía y ultraestructura del hueso - Histogénesis, crecimiento y remodelación. En: De Groot LJ, Chrousos G, Dungan K, et al., Editores. Endotexto. South Dartmouth (MA): MDText.com, Inc .; 2000-.
  7. ^ Cramer, EM, Norol, F., Guichard, J., Breton-Gorius, J., Vainchenker, W., Massé, J. y Debili, N. (1997). Ultraestructura de la formación de plaquetas por megacariocitos humanos cultivados con el ligando Mpl. Blood, 89 (7), 2336-2346.
  8. ^ FERREIRA, Adelina y DOLDER, Heidi. Ultraestructura de espermatozoides y espermatogénesis en el lagarto, Tropidurus itambere. Biocell [en línea]. 2003, vol.27, n.3, pp.353-362. ISSN 0327-9545.
  9. ^ Prychid, Chrissie y Jabaily, Rachel y Rudall, Paula. (2008). Ultraestructura celular y desarrollo de cristales en Amorphophallus (Araceae). Anales de botánica. 101. 983-95. doi: 10.1093 / aob / mcn022.
  10. ^ Tilton VR, Horner HT. 1980. Cristales de rafuro de oxalato de calcio e idioblastos cristalíferos en los carpelos de Ornithogalum caudatum (Liliaceae). Annals of Botany 46: 533–539
  11. ^ Goldfarb D, S: microorganismos y enfermedad de cálculos de oxalato de calcio. Nephron Physiol 2004; 98: p48-p54. doi: 10.1159 / 000080264
  12. ↑ Khademhosseini, Ali. 2008. Micro y nanoingeniería del microambiente celular: tecnologías y aplicaciones . Boston: Casa Artech. http://public.eblib.com/choice/publicfullrecord.aspx?p=456882.
  13. ^ Pedraza, CE, Chien, Y. y McKee, MD (2008), Cristales de oxalato de calcio en suero bovino fetal: implicaciones para estudios de cultivo celular, fagocitosis y biomineralización in vitro. J. Cell. Biochem., 103: 1379-1393. doi: 10.1002 / jcb.21515
  14. ^ Meyer, U., U. Joos, J. Mythili, T. Stamm, A. Hohoff, T. Fillies, U. Stratmann y Hp Wiesmann. "Caracterización ultraestructural de la interfaz implante / hueso de implantes dentales cargados inmediatamente". Biomateriales 25, no. 10 (2004): 1959-967. doi: 10.1016 / j.biomaterials.2003.08.070.
  15. ^ Orsini, G., Scarano, A., Piattelli, M., Piccirilli, M., Caputi, S. y Piattelli, A. (2006), Análisis histológico y ultraestructural del hueso regenerado en el aumento del seno maxilar utilizando un hueso porcino - Biomaterial derivado. Revista de periodontología, 77: 1984-1990. doi: 10.1902 / jop.2006.060181
  16. ^ Fujita, Rumi, Atsuro Yokoyama, Yoshinobu Nodasaka, Takao Kohgo y Takao Kawasaki. "Ultraestructura de la interfase cerámica-hueso usando cerámica de hidroxiapatita y fosfato β-tricálcico y mecanismo de reemplazo de fosfato β-tricálcico en el hueso". Tissue and Cell 35, no. 6 (2003): 427-40. doi: 10.1016 / s0040-8166 (03) 00067-3.
  17. ^ Zhuang, Zhi, Takuya Miki, Midori Yumoto, Toshiisa Konishi y Mamoru Aizawa. "Observación ultraestructural de cerámica de hidroxiapatita con orientación preferida al plano A mediante microscopía electrónica de transmisión de alta resolución". Ingeniería de procedimientos 36 (2012): 121-27. doi: 10.1016 / j.proeng.2012.03.019.

Enlaces externos [ editar ]

  • Medios relacionados con la ultraestructura en Wikimedia Commons