Ultrastructure -Ultrastructure

L'ultrastructure d'une seule cellule bactérienne ( Bacillus subtilis ). La barre d'échelle est de 200 nm .

L'ultrastructure (ou ultra-structure ) est l'architecture des cellules et des biomatériaux qui est visible à des grossissements plus élevés que ceux trouvés sur un microscope à lumière optique standard . Cela signifiait traditionnellement la plage de résolution et de grossissement d'un microscope électronique à transmission (TEM) conventionnel lors de la visualisation d'échantillons biologiques tels que des cellules , des tissus ou des organes . L'ultrastructure peut également être visualisée avec la microscopie électronique à balayage et la microscopie à super-résolution , bien que la TEM soit une technique histologique standard pour visualiser l'ultrastructure. Des structures cellulaires telles que les organites, qui permettent à la cellule de fonctionner correctement dans son environnement spécifié, peuvent être examinés au niveau ultrastructural.

L'ultrastructure, avec la phylogénie moléculaire , est un moyen phylogénétique fiable de classer les organismes. Les caractéristiques de l'ultrastructure sont utilisées industriellement pour contrôler les propriétés des matériaux et favoriser la biocompatibilité.

Histoire

En 1931, les ingénieurs allemands Max Knoll et Ernst Ruska ont inventé le premier microscope électronique. Avec le développement et l'invention de ce microscope, l'éventail des structures observables pouvant être explorées et analysées s'est considérablement accru, les biologistes s'intéressant progressivement à l'organisation submicroscopique des cellules. Ce nouveau domaine de recherche s'est intéressé à la sous-structure, également appelée ultrastructure.

Applications

De nombreux scientifiques utilisent des observations ultrastructurales pour étudier les éléments suivants, y compris, mais sans s'y limiter :

La biologie

Une caractéristique ultrastructurale commune trouvée dans les cellules végétales est la formation de cristaux d' oxalate de calcium . Il a été théorisé que ces cristaux fonctionnent pour stocker le calcium dans la cellule jusqu'à ce qu'il soit nécessaire à la croissance ou au développement.

Des cristaux d'oxalate de calcium peuvent également se former chez les animaux , et les calculs rénaux sont une forme de ces caractéristiques ultrastructurales. Théoriquement, les nanobactéries pourraient être utilisées pour diminuer la formation de calculs rénaux d'oxalate de calcium.

Ingénierie

Le contrôle de l'ultrastructure a des utilisations techniques pour contrôler le comportement des cellules. Les cellules réagissent facilement aux changements de leur matrice extracellulaire (ECM), de sorte que la fabrication de matériaux pour imiter l'ECM permet un contrôle accru sur le cycle cellulaire et l' expression des protéines .

De nombreuses cellules, telles que les plantes, produisent des cristaux d' oxalate de calcium , et ces cristaux sont généralement considérés comme des composants ultrastructuraux des cellules végétales. L'oxalate de calcium est un matériau utilisé pour fabriquer des émaux céramiques [6], et il possède également des propriétés de biomatériau . Pour la culture de cellules et l'ingénierie tissulaire , ce cristal se trouve dans le sérum bovin fœtal et constitue un aspect important de la matrice extracellulaire pour la culture de cellules.  

L'ultrastructure est un facteur important à prendre en compte lors de la conception d' implants dentaires . Étant donné que ces dispositifs s'interfacent directement avec l'os, leur incorporation aux tissus environnants est nécessaire pour un fonctionnement optimal du dispositif. Il a été constaté que l'application d'une charge à un implant dentaire cicatrisant permet une ostéointégration accrue avec les os du visage . L'analyse de l'ultrastructure entourant un implant est utile pour déterminer à quel point il est biocompatible et comment le corps y réagit. Une étude a révélé que l'implantation de granules d'un biomatériau dérivé d'os de porc a amené le corps humain à incorporer le matériau dans son ultrastructure et à former un nouvel os.

L'hydroxyapatite est un biomatériau utilisé pour interfacer les dispositifs médicaux directement à l'os par ultrastructure. Des greffes peuvent être créées avec du phosphate 𝛃-tricalcique , et il a été observé que le tissu osseux environnant incorpore le nouveau matériau dans sa matrice extracellulaire. L'hydroxyapatite est un matériau hautement biocompatible, et ses caractéristiques ultrastructurales, telles que l'orientation cristalline, peuvent être contrôlées avec soin pour assurer une biocompatibilité optimale. Une bonne orientation des fibres cristallines peut rendre les minéraux introduits, comme l'hydroxyapatite, plus similaires aux matériaux biologiques qu'ils ont l'intention de remplacer. Le contrôle des caractéristiques ultrastructurales permet d'obtenir des propriétés spécifiques des matériaux.

Références

Liens externes