Beobachten der Niveaus der Ausrichtung und der Einteilung in den Kollagen-Zellen Unter Verwendung der AtomKraft-Mikroskopie durch JPK-Instrumente

Themen Umfaßt

Kollagen Zelle und Funktion
Natürlich Gebildetes Kollagen-Gewebe
Abgegebene Kollagen-Fäserchen - Substratflächen für Knochen-ZellStudien
Kollagen Zellen innerhalb des Natürlichen Knochens
Abgegebener Kollagen-Film für Implantate
Ausgerichtete Kollagen-Schichten und Verwiesenes ZellWachstum
Schlussfolgerungen

Kollagen Zelle und Funktion

Kollagen ist das reichlichste Protein im menschlichen Körper und erklärt herum 30% der Gesamtmenge des Proteins. Kollagen ist eine strukturelle Halterung für die meisten Gewebe im Gehäuse als die extrazelluläre Matrix, und ist an Bindegewebe besonders reichlich. Haut zum Beispiel ist herum 75% Kollagen, und Kollagen hat deshalb eine wesentliche Rolle in vielen Prozessen wie Wundheilung. Kollagenproduktion oder -mineralisierung ist die Basis für die Entstehung des Knorpels, Sehnen oder Knochen. Zellen in allen anderen Geweben des Gehäuses werden auch durch feinere Kollagenzellen durch die extrazelluläre Matrix umgeben, also hat Kollagen eine wesentliche Rolle auch in der Zellproliferation, in der Systemumstellung und in der Unterscheidung.

Kollagen ist eine Familie von herum 20 in Verbindung gestandenen Proteinen, die Tripelhelixe durch drei Polypeptidketten bilden, die um einander in einer Seil ähnlichen Zelle wickeln. Diese dreifach-angeschwemmten nm-groß protofibrils können zusammen binden, um verschiedene Baumuster von hochgradigen Zellen zu bilden. Die starken Kollagenfasern, die durch Typ- 1kollagen gebildet werden, geben Sehnen oder Ligamente ihre hochfeste Stärke, aber andere Baumuster Kollagen bilden die kleineren oder mehr verzweigten Zellen in der extrazellulären Matrix. Kollagen wird in die Zelle miteinbezogen, oder Funktion vieler Gewebe, so dort sind viele Krankheiten, die mit Kollagenfunktionsstörung verbunden sind. Ein genetischer Defekt rief das Alport-Syndrom, das Baumuster IV Kollagen zum Beispiel Ursachenfunktionsstörung der Gefäßknäuel in den Nieren sowie in den Augen- und Ohrproblemen beeinflußt und führt im Allgemeinen zu Nierenversagen.

Die Zelle von Typ- 1kollagenfäserchen wird schematisch in Abbildung 1. skizziert. Drei Polypeptidketten wickeln zusammen, um eine steife schraubenartige Zelle zu bilden. Diese Kollagenmoleküle stimmen dann entlang dem Schneckenschwerpunkt und -gruppe als Bündel überein, um die Kollagenfäserchen zu bilden. Diese Kollagenfäserchen können auch seitlich übereinstimmen, um Bündel auf einem höherer Ordnung der Zelle zu bilden und die starken Mikron-groß Kollagenfasern zu bilden, die in den Ligamenten gefunden werden. Ein besonderes Merkmal der Kollagenfäserchen ist ihre mit einem Band versehene Zelle. Der Durchmesser des Fäserchens ändert etwas entlang der Länge, mit einer in hohem Grade reproduzierbaren D-Band Wiederholung ungefähr 67nm.

Abbildung 1. Schematisches Diagramm vom Baumuster I Kollagen-Fäserchenzelle. Schraubenartige Kollagenmoleküle bilden sich von drei Polypeptidketten, und diese gehören seitlich dazu, um Kollagenfäserchen mit einer Eigenschaft mit einem Band versehenen Zelle zu bilden.

Neben seiner natürlichen Funktion im Gehäuse, ist Kollagen auch in technischem verwendet worden und medizinische Anwendungen als vorbildliche physiologische Oberfläche für Zellkultur, pflanzen biocompatibility und verwiesenes Zellwachstum ein.

Natürlich Gebildetes Kollagen-Gewebe

Die Klassiker mit einem Band versehenen Fäserchenzellen können im Rattenheckkollagen offenbar gesehen werden, das das hohe Maß der Zelle und die Gleichmässigkeit, die in den Kollagenfasern möglich ist zeigt. Abbildung 2 Showhöhe und vertikale Ausschlagbilder von Rattenheck-Kollagenfasern, für einen 2 x 2-Mikron-Scan-Bereich. In diesem Bild sind viele der Fasern das zueinander parallele Lügen, obgleich einige vorbei in der Ecke der untereren Linke Handgekreuzt werden. Das folgende Querschnittsbild zeigt ein Kapitel entlang dem zentralen Faserschwerpunkt. Die roten Markierungen sind 1345 nm auseinander, die 20 D-Band Wiederholungen entspricht. Dieses gibt einen Wert für diese Probe von 67,3 nm während des Wiederholungszeitraums. Änderungen im Wiederholungszeitraum wegen der verschiedenen Veränderungen können wichtig sein, genau zu messen.

Abbildung 2. Höhe und vertikale Ausschlagbilder eines 2 x 2-Mikron-Scan-Bereiches auf einer Rattenheck-Kollagenprobe. Der Querschnitt zeigt 20 Wiederholungen der D-Streifenbildung, die mit roten Zeilen, dem Geben und durchschnittlichem Zeitraum von 67,3 nm markiert wird.

Abbildung 3 zeigt kleinere (600 x 600 nm) Bereichsscans der gleichen Probe, wieder Höhe und vertikale Ausschlagsignale, die Zelle zu zeigen höherer Ordnung, die sichtbar ist. Das dritte Bild ist ein Teil des Höhenscans, nachdem es gefiltert, um die Hintergrundbiegung der Faser zu löschen Hochpass gewesen ist. Dieses zeigt die kleineren Merkmale offenbar, und das Querschnittsbild zeigt den Abstand der kleinen Zellen auf der Oberfläche. Die Höhenschuppe für den Querschnitt ist nicht absolut, da die Hintergrundfaserbiegung gelöscht worden ist. Die seitliche Größe der Merkmale ist herum 7 nm. Beispielmerkmale werden mit roten Zeilen mit einer Trennung von 6,7 nm markiert.

Abbildung 3. Höhe und vertikale Ausschlagbilder eines 600 x 600 nm-Bereiches eines Rattenkollagenfäserchens. Außer der Querstreifenbildung gibt es auch die Zelle, die über der Faser, wie in dem Querschnitt in der unteren Partition gezeigt sichtbar ist.

Abgegebene Kollagen-Fäserchen - Substratflächen für Knochen-ZellStudien

Getrennte Kollagenfäserchen von einer Rindersehnenprobe (abgegeben an der niedrigen Dichte auf APTES-überzogenem Glas) werden in Abbildung 4. gezeigt. Die Bilder sind Höflichkeit von Prof M. Horton, Knochen und MineralMitte der Universität London und die London-Mitte für Nanotechnologie. Das optische Bild (Oberseite) stellt dar, dass das FLUGHANDBUCH, das freitragend sind und die größeren Kollagenfäserchen auch unter Verwendung des optischen Phasenkontrastes sichtbar sind. Die zwei großen FLUGHANDBUCH-Bilder zeigen Höhe und vertikale Ausschlagsignale für einen 100 x 100-Mikron-Scan-Bereich. Die Meisten Fäserchen bilden Zellen glatt kurven. Ein kleinerer (5 x 5 Mikron) Scan wird auch als Bild der Höhe 3D gezeigt, in dem die Fäserchenperiodizität gesehen werden kann.

Abbildung 4. Rindersehnenkollagenfäserchen auf APTES-Glas, Bildhöflichkeit von Prof M. Horton, Knochen und MineralMitte UCL und London Zentrieren für Nanotechnologie. Optische Scan-Bereichshöhe und -ausschlag des Phasenkontrast- (Oberseite), 100 x 100mikrons FLUGHANDBUCH-Bilder (Mitte) und 5 x 5 des Mikrons 3D Höhenbild (Unterseite).

Kollagen Zellen innerhalb des Natürlichen Knochens

Trotz der anscheinend Stabilität des Knochens, tatsächlich wird der Knochen im Skelett eines lebenden Menschen ständig umgestaltet. Osteoblasts und osteoclasts sind Zellen, die für die Entstehung und die Aufnahme des Knochens verantwortlich sind, und zusammen behalten sie ein dynamisches Gleichgewicht im Skelett von gesunden Erwachsenen bei. Kollagen hat eine wesentliche Rolle in diesen Prozessen, da es den Strukturproteinrahmen des Knochens bildet, und hat auch eine Rolle beim Signalisieren zwischen die osteoblasts und die osteoclasts.

Abbildung 5 zeigt FLUGHANDBUCH-Bilder einer Scheibe des kortikalen Knochens, in dem die Knochenkollagenzelle durch die osteoclasts aufgedeckt worden ist, die Kollagen und Mineralien löschen. Seitlich dazugehörige Kollagenfasern mit klarer D-Streifenbildung werden in den Topographie- und Fehlerbildern gesehen. Eine osteocyte Lücke wird innerhalb des Knochens gesehen (beringt). Bildhöflichkeit von Bozec und von Horton, UCL und London Zentrieren für Nanotechnologie. Die oberen FLUGHANDBUCH-Bilder zeigen einen 4 x 4-Mikron-Bereich mit einer 521 nm Zreichweite für das Höhenbild und einem 300 Millivolt zrange für das Ausschlagbild. Das niedrigere Bild zeigt ein 3-D Höhenprojektionslautes summen in die osteocyte Lücke, in die Aufnahmevertiefung, die durch Ausbau des Kollagens gebildet werden und in die Mineralien. Unter Verwendung des FLUGHANDBUCHS können die Fäserchenanordnung, -periodizität und -durchmesser statistisch gemessen werden und die Möglichkeit zu den subtilen Unterschieden der Studie zwischen den gesunden oder kranken Geweben geben.

Abbildung 5. Knochenkollagenzelle aufgedeckt durch die osteoclasts, die Kollagen und Mineralien von einer Scheibe des kortikalen Knochens löschen. Bildhöflichkeit von Bozec und von Horton, UCL und London Zentrieren für Nan-Technologie. 4 x 4-Mikron-Scan-Bereich für beide großen FLUGHANDBUCH-Bilder (521 nm-zreichweite Höhe, Zreichweite 300mV Ausschlagbild). 3-D Höhenprojektionslautes summen in osteocyte Lücke.

Abgegebener Kollagen-Film für Implantate

Verschiedene Methoden sind entwickelt worden, um Kollagen auf Materialien, um biocompatible Oberflächen zu bilden oder für verwiesenes Zellwachstum abzugeben. Das Kollagen kann zu den Oberflächen wie Glas verhältnismäßig Geradeaus- adsorbiert werden, aber es ist schwieriger, Kollagen zu den Kunststoffen wie Silikon stabil zu befestigen. Diese Arten von Verbundwerkstoffen können verwendet werden, um Wundheilung zu fördern und biocompatibility von Materialien für Implantate, besonders Gefäßtransplantationen zu verbessern. Das querverbundene Kollagen kann mit Molekülen wie Heparin, um Thromboseaktivierung zu verringern oder Fibroblastwachstumsfaktor behandelt werden, um das endothelial Zellsäen zu fördern.

Die Bilder in Abbildung 6 zeigen einen 10 x 10-Mikron-Überblick über eine Probe des Kollagen-überzogenen Silikonfilmes (Beispielhöflichkeit von M.J.B. Wissink, Universität von Twente, von Niederlanden). Die Probe war unter phosphatgepufferter salziger Lösung (PBS) abgebildet (Höhen- und Amplitudenbilder für zeitweiligen Kontaktmodus in der Flüssigkeit). Die größeren Kollagenfäserchen können gesehenes Lügen in einer glatteren Grundmasse sein. Das Kollagen ist in der Flüssigkeit sehr weich, da es einen hohen Anteil Wasser enthält.

Abbildung 6. Zeitweiliges Kontaktmodusbild in der Flüssigkeit (10 x 10 Mikrons) eines Kollagen-überzogenen Silikonfilmes. Prüfen Sie Höflichkeit von M.J.B. Wissink, Universität von Twente, die Niederlande.

Auf kleineren Bildern können die Details der D-Streifenbildung Zelle gesehen werden. Höhen-, Amplituden- und Phasenbilder der gleichen Probe werden in Abbildung 7 für einen kleineren Scan-Bereich gezeigt (2 x 2 Mikrons). Die D-Streifenbildung kann in allen drei Bildern für die Kollagenfasern gesehen werden, die diagonal über dem Bild in der Hintergrundgrundmasse liegen. Obgleich die ganze Kollagenschicht sehr weich ist, kann die 67 nm Streifenbildung offenbar gesehen werden.

Abbildung 7. 2 x 2-Mikron-zeitweiliger Kontaktmodusscan des collagencoated Silikons im Buffer (Beispielhöflichkeit von M.J.B. Wissink, Universität von Twente, von Niederlanden).

Ausgerichtete Kollagen-Schichten und Verwiesenes ZellWachstum

Kollagenmoleküle können auf Glimmerhalterungen zusammengebaut werden und adsorbiert werden, um die Oberfläche in einer dünnen (~ 3 nm) flachen Schicht gleichmäßig zu beschichten. Herum fünf einzelne Kollagenmoleküle gehören Formular microfibrils, mit einer seitlichen Größe von herum 3-5 nm dazu. Eine monomolekulare Schicht dieser microfibrils kann zur Oberfläche dann adsorbiert werden, um eine nanostructured, biologisch-aktive Oberfläche zu bilden. Diese microfibrils sind auch wahrscheinlich, eine Zwischenstufe in der Entstehung der größeren Kollagenfasern zu sein, die im natürlichen Gewebe gesehen werden.

Das erste Niveau der Einteilung ist, die Kollagenfäserchen auszurichten, damit es eine Gesamtorientierung in der Deckschicht gibt, die durch das Adsorbieren unter Bedingungen des hydrodynamischen Flusses erzielt werden kann. Innerhalb einer bestimmten Zeit nach Absetzung, kann die Orientierung unter Verwendung der FLUGHANDBUCH-Spitze auch manipuliert werden. Abbildung 8 zeigt ein 750 x 750 nm zeitweiliges Kontaktmodus-Höhenbild des gelösten Kollagens im Buffer (Zreichweite 5,5 nm). Die Probe ist Höflichkeit von A. Taubenberger, Maschinengruppe D.J. Müller Cellular, Technische Universität Dresden. Alle Fasern werden in der gleichen Richtung orientiert, und die 67 nm D-Wiederholung kann auf den einzelnen Fasern gesehen werden. In diesem Fall gibt es keine umfangreiche Ausrichtung der D-Wiederholung zwischen anliegenden Fäserchen.

Abbildung 8. Zeitweiliges Kontaktmodusbild des gelösten Kollagens im Buffer (750 x 750 nm, Zreichweite 5,5 nm). Prüfen Sie Höflichkeit von A. Taubenberger, Maschinen Gruppe, TU Dresden D.J. Müller Cellular.

Ein weiteres Niveau der Einteilung kann, wenn die Drepeat-Streifenbildung der Kollagen microfibrils auch ausgerichtet wird, wie im natürlichen Gewebe erzielt werden. Die Ausrichtung oder die Nichtausrichtung der D-Wiederholungen ist für die Ionenzusammensetzung des Absetzungsbuffers empfindlich, und Ausrichtung wird in den Lösungen gesehen, welche die zellplasmatischen oder extrazellularen Umgebungen von Eukaryoten nachahmen. In der Höhe und vertikalen in den Ausschlagbildern, die in Abbildung 9 gezeigt werden, sind die Moleküle abgegeben worden, damit es eine Gesamtausrichtung der Drepeat-Bands der anliegenden Kollagenfäserchen gibt. Die Bilder in Abbildung 10 sind Höflichkeit von A. Taubenberger, Maschinen Gruppe, TU Dresden D.J. Müller Cellular. In dieser Probe umfaßt das Kollagen nicht vollständig die Oberfläche und Abstände können gesehen werden, wo die Glasoberfläche unten sichtbar ist.

Abbildung 9. Ausgerichtete gelöste Kollagenfäserchen in der Flüssigkeit. Bildhöflichkeit von A. Taubenberger, D.J. Müller Cellular Bearbeitet Gruppe, TU Dresden maschinell.

Diese Oberflächen haben einige der nanostructural Eigenschaften der natürlichen Kollagenfasern, niedergelegt als dünne Beschichtung. Die Ausrichtung der D-Wiederholungen produziert auch eine bioactive Oberfläche. Die auf dem Kollagen kultivierten, nicht ausgerichteten Fibroblastzellen, in dem die werden orientiert Fäserchen, aber, zeigen keine bestimmte Orientierung ihrer Form- oder Wachstumsrichtung. Wenn das Drepeats auch jedoch ausgerichtet werden zeigen die Fibroblasten in hohem Grade orientierte Motilität entlang der Schwerpunktsrichtung und haben eine längliche Form in dieser Richtung. Die Beschaffenheit der Oberfläche, die durch umfangreiche Orientierung der Fäserchen allein verursacht wurde, war nicht genügend, Zellmotilität zu steuern, und diese schlägt eine biologische Funktion für die D-Band Ausrichtung in leitendem Zellwachstum vor.

Schlussfolgerungen

Das FLUGHANDBUCH ist ein leistungsfähiges Hilfsmittel für das Beobachten der Niveaus der Ausrichtung und der Einteilung in den Kollagenzellen. Natürliche Kollagenzellen, getrennte Fäserchen und Romanbiosubstanzen können alle unter physiologischen Bedingungen studiert werden. Diese Maße können grundlegende biologische Fragen leuchten sowie prüfen neue biocompatible oder speziell bioactive Zusammensetzungen.

Quelle: JPK-Instrumente

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte JPK-Instrumente

Date Added: Jan 15, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 20:59

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