Observation Jämnar av Justering, och Organisationen i Collagen Strukturerar genom Att Använda Atom- StyrkaMicroscopy vid JPK Instrumenterar

Täckte Ämnen

Collagenen Strukturerar och Fungerar
Naturligt Bildat CollagenSilkespapper
Deponerade CollagenFibrils - Substrates för BenCellStudier
Collagenen Strukturerar inom det Naturliga Ben
Den Deponerade Collagenen Filmar för Implantat
Arrangera i rak linje CollagenLagrar och Riktad CellTillväxt
Avslutningar

Collagenen Strukturerar och Fungerar

Collagenen är det mest överflödande proteinet i människokroppen som redogör för omkring 30% av det sammanlagda beloppet av protein. Collagenen är en strukturell service för mest silkespapper i förkroppsliga som den extracellular matrisen och är bestämt överflödande i connectivesilkespapper. Flå, till exempel är den omkring 75% collagenen, och collagenen har därför en livsviktig roll i många bearbetar liksom att läka för sår. Collagenproduktionen eller mineralisation är basen för bildandet av brosk, senor eller ben. Celler sammanlagt de andra silkespappren av förkroppsliga omges också av mer fin collagen strukturerar till och med den extracellular matrisen, så collagenen har en livsviktig roll också i cellspridning, flyttning och differentiering.

Collagenen är en familj av omkring 20 släkta proteiner, som bildar trefaldiga spiraler till och med tre som, polypeptiden kedjar att linda runt om varje annat i ennågot liknande strukturerar. Dessa trippel-strandade nanometre-storleksanpassade protofibrils på burk röra tillsammans för att bilda olika typer av higher jämnt strukturerar. De tuffa collagenfibrerna som bildas av Typ - 1 collagen ger senor eller ligament deras kick tänjbar styrka, men andra typer av collagenen bildar mindre, eller mer förgrena sig strukturerar i den extracellular matrisen. Collagenen är involverad i strukturera eller fungerar av många silkespapper, så där är många sjukdomar som är tillhörande med collagenen, krånglar. Ett genetiskt hoppar av det kallade Alport syndromet den röra TypDROPPcollagenen, till exempel orsakar krånglar av glomerulina i njure, såväl som synar och gå i ax problem och allmänt blytak till njurefel.

Strukturera av Typ - fibrils för 1 collagen skissas schematically i Figurerar 1. Tre som polypeptiden kedjar, lindar tillsammans för att bilda ett styvt spiralformigt strukturerar. Dessa collagenmolekylar arrangera i rak linje därefter längs den spiralaxeln och gruppen som en packe för att bilda collagenfibrilsna. Dessa collagenfibrils kan också arrangera i rak linje sido för att bilda packar på ett högre beställer av strukturerar, och sminket som de tuffa mikron-storleksanpassade collagenfibrerna grundar i ligament. Ett karakteristiskt särdrag av collagenfibrilsna är satt band deras strukturerar. Diametern av fibrilen ändrar litet längs längden, med en högt reproducible D-Musikband repetition av ungefärligt 67nm.

Figurera 1. Schematiskt diagram av Typ som Jag collagenfibrilen strukturerar. Spiralformiga collagenmolekylar bildar från tre som polypeptiden kedjar, och dessa strukturerar bundsförvanten sido som bildar collagenfibrils med ett satt band kännetecken.

Förutom har dess naturbehov i förkroppsliga, collagen också använts i tekniskt, och medicinska applikationer som en fysiologisk modellera ytbehandlar för cellkultur, inympar biocompatibility och riktad celltillväxt.

Naturligt Bildat CollagenSilkespapper

Klassikern satte band fibrilen strukturerar kan ses klart i tjaller svancollagenen, som visar kickgraden av strukturerar och regularitymöjlighet i collagenfibrer. Figurera höjd för 2 shows, och lodlinjeavböjning avbildar av tjaller svancollagenfibrer, för ett 2 x 2 mikron bildläsningsområde. I detta avbilda, många av fibrerna är den liggande parallellen till varje annan, även om några korsas över i lämnade det lägre räcker tränga någon. Tvärsnittet avbildar nedanföra shows en dela upp längs centralfiberaxeln. De röda markörerna är 1345 nm ifrån varandra, som motsvarar till 20 D-Musikband repetitioner. Detta ger en värdera för detta tar prov av 67,3 nm för repetitionperioden. Ändringar i de olika mutationarna för repetitionperioden tack vare kan vara viktiga att mäta exakt.

Figurera 2. Höjd- och lodlinjeavböjning avbildar av ett 2 x 2 mikron bildläsningsområde på en tjallasvancollagen tar prov. Tvärsnittet visar 20 repetitioner av D-Reväret som markeras med röd linje, att ge sig och genomsnittlig period av 67,3 nm.

Figurera 3 shows som mindre (600 x 600 nm) områdesbildläsningar av samma tar prov, igen höjd, och lodlinjeavböjning signalerar, för att visa det högre beställer strukturerar som är synlig. Thirden avbildar är delen av höjdbildläsningen, efter den har varit kick-har passerat filtrerat för att ta bort bakgrundskrökningen av fibern. Detta visar de mindre särdragen klarare, och tvärsnittet avbildar shows som göra mellanslag av det litet strukturerar på ytbehandla. Höjdfjäll för crosssectionen är inte evig sanning, sedan bakgrundsfiberkrökningen har tagits bort. Lateralen storleksanpassar av särdragen är omkring 7 nm. Exempelsärdrag markeras med röd linje med ett avskiljande av 6,7 nm.

Figurera 3. Höjd- och lodlinjeavböjning avbildar av ett 600 x 600 nm-område av en tjallacollagenfibril. Förutom den transverse reväret finns det strukturerar också synligt över fibern, som visat i crosssectionen i den lägre delen.

Deponerade CollagenFibrils - Substrates för BenCellStudier

Isolerade collagenfibrils från en nötkreaturs- sena tar prov (satt in på låg täthet på APTES-täckt exponeringsglas) visas in Figurerar 4. Avbildar är artighet av Prof. M. Horton, Centrerar Ben och Mineral av UniversitetarHögskolan London, och London Centrerar för Nanotechnology. De optiska avbildar (överträffa), shows AFM-cantileveren, och de större collagenfibrilsna är synligt använda som är optiskt, arrangerar gradvis också kontrast. Tvåna stor AFM avbildar showhöjd, och lodlinjeavböjning signalerar för ett 100 x 100 mikron bildläsningsområde. Mest av fibrilsna bildar slätt att bukta strukturerar. En mindre (5 x 5 mikron) bildläsning visas också, som en höjd 3D avbildar, var fibrilperiodiciteten kan ses.

Figurera 4. Nötkreaturs- senacollagenfibrils på APTES-exponeringsglas, avbildar artighet av Prof. M. Horton, Centrerar Ben och Mineral UCL, och London Centrerar för Nanotechnology. Optiskt arrangera gradvis kontrast (överträffa), höjd för 100 x 100 mikron bildläsningsområde, och avböjning AFM avbildar (centrera), och 5 x 5 avbildar höjd för mikronen 3D (botten).

Collagenen Strukturerar inom det Naturliga Ben

Illviljan som synes stabiliteten av ben, i faktum ben i skelett av en bosatt människa omdanas constantly. Osteoblasts och osteoclasts är celler som är ansvariga för bildandet och resorption av ben, och tillsammans underhåller de en dynamisk equilibrium i skelett av sunda vuxen människa. Collagenen har en livsviktig roll i dessa bearbetar, sedan den bildar den strukturella proteinramen av ben, och har också en roll, i att signalera mellan osteoblastsna och osteoclastsna.

Figurera 5 shows som AFM avbildar av en skiva av det bark- ben, var bencollagenen strukturerar har avslöjts av osteoclasts som tar bort collagenen och mineraler. Sido ses tillhörande collagenfibrer med klar D-Revär i topografin, och felet avbildar. En osteocytehålighet ses inom (det ringed) ben. Avbildar artighet av Bozec, och Horton, UCL och London Centrerar för Nanotechnology. ÖvreAFMEN avbildar show per 4 x 4 mikron område med 521 nm z-spänner för höjden avbildar, och en zrange för 300 millivolt för avböjningen avbildar. De lägre avbildar shows en 3-D höjdprojektionszoom in i osteocytehåligheten, bildade resorptiongropen vid borttagning av collagenen och mineraler. Genom Att Använda AFMEN, kan fibrilordningen, periodiciteten och diametern mätas statistiskt och att ge möjligheten till subtila skillnader för studien mellan sunda eller diseased silkespapper.

Figurera 5. Bencollagenen strukturerar avslöjt av osteoclasts som tar bort collagenen och mineraler från en skiva av det bark- ben. Avbildar artighet av Bozec, och Horton, UCL och London Centrerar för Nan teknologi. 4 x 4 mikron bildläsningsområde för båda stor AFM avbildar (521 som nm z-spänner höjd, 300mV, z-spänner avböjning avbildar). 3-D höjdprojektionszoom in i osteocytehålighet.

Den Deponerade Collagenen Filmar för Implantat

Olika metoder har framkallats för att sätta in collagenen på material för att bilda biocompatible ytbehandlar, eller för riktad celltillväxt. Collagenen kan adsorberas ytbehandlar förhållandevis straightforwardly liksom exponeringsglas, men det är svårare att fästa collagenen fast till syntetmaterialmaterial liksom silikonet. Dessa sorter av komposit strukturerar kan vara van vid främjar såret som läker och, förbättrar biocompatibility av material för implantat, bestämt kärl- kneg. Den crosslinked collagenen kan behandlas med molekylar liksom heparin för att förminska blodproppaktivering, eller fibroblasttillväxt dela upp i faktorer för att främja endothelial kärna ur för cell.

Avbildar Figurerar show in 6 en 10 x 10 mikron överblick av en ta prov av dettäckte silikonet filmar (ta prov artighet av M.J.B. Wissink, Universitetar av Twente, Nederländerna). Ta prov avbildades under phosphate fungera som buffert salthaltig (PBS) lösning (höjd och amplitud avbildar för intermittent kontaktfunktionsläge i flytande). De större collagenfibrilsna kan vara sett ligga i en slätare matris. Collagenen är mycket mjuk i flytande, sedan den innehåller en kick proportionerar av bevattnar.

Figurera 6. Det Intermittent kontaktfunktionsläget avbildar i flytande (10 x 10 mikroner) av etttäckt silikon filmar. Ta Prov artighet av M.J.B. Wissink, Universitetar av Twente, Nederländerna.

På mindre avbildar, specificerar av D-Reväret strukturerar kan ses. Höjd amplitud och arrangerar gradvis avbildar av samma tar prov visas in Figurerar 7 för ett mindre bildläsningsområde (2 x 2 mikroner). D-Reväret kan ses att sammanlagt tre avbildar för collagenfibrerna, som ligger diagonalt över avbilda i bakgrundsmatrisen. Även Om det hela collagenlagrar är mycket mjukt, kan reväret för 67 nm ses klart.

Figurera 7. bildläsning för 2 x 2 mikron intermittent kontaktfunktionsläge av det collagencoated silikonet fungera som buffert in (ta prov artighet av M.J.B. Wissink Universitetar av Twente, Nederländerna).

Arrangera i rak linje CollagenLagrar och Riktad CellTillväxt

Collagenmolekylar kan vara församlade och adsorberade på micaservice för att täcka ytbehandla jämnt i ett tunt (~ 3 nm) lägenhetlagrar. Bundsförvanten för Omkring fem individcollagenmolekylar bildar microfibrils, med en lateral storleksanpassar av omkring 3-5 nm. En monolayer av dessa microfibrils kan därefter adsorberas till ytbehandla för att bilda nanostructured, aktiv ytbehandlar biologically. Dessa microfibrils är rimliga att vara en intermediate arrangerar också i bildandet av de större collagenfibrerna som ses i naturligt silkespapper.

Det första jämnt av organisationen är att arrangera i rak linje collagenfibrilsna, så att det finns en total- riktning i ytbehandlalagrar, som kan uppnås till och med att adsorbera under villkorar av hydrodynamic flöde. Inom en bestämd tid efter avlagring kan riktningen också behandlas genom att använda AFM-spetsen. Figurera 8 shows en 750 x 750 för kontaktfunktionsläge för nm intermittent höjd avbildar av den unfixed collagenen fungera som buffert in (z-spänna 5,5 nm). Ta prov är artighet av A. Taubenberger, D.J. Müller Cell- Bearbetar med maskin gruppen, den Tekniska Universitetar Dresden. Alla fibrerna orienteras i den samma riktningen, och D-Repetitionen för 67 nm kan ses på individfibrerna. I detta fall finns det någon storskalig justering av D-Repetitionen mellan närgränsande fibrils.

Figurera 8. Det Intermittent kontaktfunktionsläget avbildar av den unfixed collagenen fungera som buffert in (750 x 750 nm, z-spänner 5,5 nm). Ta Prov artighet av A. Taubenberger, D.J. Müller Cell- Bearbetar med maskin gruppen, TU Dresden.

Ett mer ytterligare jämnt av organisationen kan uppnås, om den Drepeat reväret av collagenmicrofibrilsna arrangera i rak linje också, som i naturligt silkespapper. Justeringen eller non-justeringen av D-Repetitionerna är känsliga till den ionic sammansättningen av avlagringen fungera som buffert, och justeringen ses i lösningar som efterapar cytoplasmic eller extracellular miljöer av eukaryotic celler. I höjden och lodlinjen avbildar har avböjning visat in Figurerar 9, molekylarna satts in, så att det finns en total- justering av de Drepeat musikbanden av närgränsande collagenfibrils. Avbildar Figurerar in 10 är artighet av A. Taubenberger, D.J. Müller Cell- Bearbetar med maskin gruppen, TU Dresden. I detta ta prov, täcker collagenen inte fullständigt ytbehandla, och mellanrum kan ses var exponeringsglaset ytbehandlar är synligt beneath.

Figurera 9. Aligned unfixed collagenfibrils i flytande. Avbildar artighet av A. Taubenberger, D.J. Müller Cell- Bearbetar med maskin gruppen, TU Dresden.

Dessa ytbehandlar har några av den nanostructural rekvisitan av naturliga collagenfibrer som läggas besegrar som tunt täcka. Justeringen av D-Repetitionerna producerar också ett bioactive ytbehandlar. Fibroblastceller som odlas på collagenen, var fibrilsna orienteras, men inte arrangera i rak linje, visar att ingen särskild riktning av deras forma eller tillväxtriktningen. När Drepeatsen arrangera i rak linje också, emellertid, visar har fibroblastsna högt orienterad motilitet längs axelriktningen och ett långsträckt att forma i denna riktning. Texturera av ytbehandla som orsakades av den storskaliga riktningen av fibrilsna bara, var inte tillräcklig att kontrollera cellmotilitet, och denna föreslår att ett biologiskt fungerar för D-Musikbandet justeringen i att vägleda celltillväxt.

Avslutningar

AFMEN är ett kraftigt bearbetar för observation jämnar av justering, och organisationen i collagen strukturerar. Den Naturliga collagenen strukturerar, isolerade fibrils, och romanalla biomaterials kan vara utstuderade under fysiologiskt villkorar. Dessa mätningar kan exponera den biologiska grunden ifrågasätter såväl som testar nya biocompatible eller specifikt bioactive komposit.

Källa: JPK Instrumenterar

För mer information på denna källa behaga besök JPK Instrumenterar

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

Last Update: 13. June 2013 21:30

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit