Informacija

Kolageno atsparumas tempimui?

Kolageno atsparumas tempimui?

We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Xs ht oB vx oT Zd mU ic rE Sb gi Kl wz

Tikrai konkretus klausimas, bet koks yra vidutinis žmogaus kolageno, I tipo, tempiamasis stipris? Bandžiau jo ieškoti internete, arba mano google-fu įgūdžiai silpni, arba tiesiog nesiseka. Be to, ar yra speciali mechaninių baltymų duomenų duomenų bazė, ar man tiesiog reikia atskirai ieškoti kiekvieno baltymo tempimo stiprumo?


Ryšys tarp tempimo stiprumo ir kolageno kiekio žiurkės odoje. Amžiaus ir kortizolio gydymo poveikis

Odos pokyčiai brendimo ir senėjimo metu, taip pat po gydymo kortizolio acetatu buvo tiriami su Sprague-Dawley žiurkėmis. Mechaniniai parametrai (galutinė apkrova ir atsparumas tempimui) buvo lyginami su biocheminiais parametrais, ty kolageno kiekiu ir kolageno frakcijomis, taip pat glikozaminoglikanų kiekiu ir glikozaminoglikano frakcijomis (hialurono rūgštimi, chondroitino sulfatais ir heparino sulfatu). Ribinės apkrovos ir atsparumo tempimui vertės, taip pat bendras kolageno ir netirpaus kolageno kiekis parodė dvifazę kreivę per visą gyvavimo laikotarpį, maksimaliai 4 mėnesius arba 1 metus. Naudojant šiuos parametrus galima atskirti brendimo ir senėjimo procesus, o kiti parametrai keitėsi tik viena kryptimi, todėl negalima atskirti brendimo ir senėjimo. Trumpalaikis gydymas kortizolio acetatu padidino ribinę apkrovą ir atsparumą tempimui, o ilgalaikis gydymas sumažino galutinę apkrovą ir odos storį bei padidino tempimo stiprumą. Bendras kolagenas ir netirpus kolagenas, taip pat kolageno santykis padidėjo panašiai kaip tempiamasis stiprumas.

Sujungus visas grupes šiame tyrime, buvo nustatyta puiki koreliacija tarp odos tempimo stiprumo ir netirpaus kolageno kiekio, todėl buvo padaryta išvada, kad kolagenas, o ne glikozaminoglikanai, yra atsakingas už žiurkės odos atsparumą tempimui.


Kolagenas: galinga treniruotė su vandeniu

Žmonių ir gyvūnų kūnai savo jėgą ypač skolingi skaiduliniam struktūriniam baltymui, vadinamam kolagenu. Kolageno gausu kauluose, sausgyslėse, raiščiuose ir odoje. Potsdamo-Golmo Maxo Plancko koloidų ir sąsajų instituto mokslininkai kartu su Masačusetso technologijos instituto mokslininkais nustatė, kad vanduo, medžiaga, kuri nėra dažnai siejama su stiprumu, yra esminis kolageno komponentas. Kembridžas (JAV), parodė. Komanda, vadovaujama Admir Masic ir Luca Bertinetti, atskleidė, kad vandens pašalinimas iš kolageno skaidulų turi dramatišką poveikį molekulinėms ir nanoskopinėms savybėms. Skaidulos susitraukia ir sukuria tempimo jėgas, kurios yra 300 kartų didesnės nei žmogaus raumenų. Šie atradimai gali padėti mokslininkams sukurti naujas medžiagas ir taip pat manyti, kad kolagenas gali atlikti aktyvesnį vaidmenį gyvuose organizmuose, nei manyta anksčiau. Tiesą sakant, jis veikia ne tik kaip kūno stabilizatorius, bet ir gali sukelti įtampą, pavyzdžiui, kaulų sintezės metu.

Kaip ir pastatas, kolagenas turi hierarchinę struktūrą, susidedančią iš sudėtingo atskirų molekulinių komponentų išdėstymo. Pagrindinė statybinė medžiaga yra pati kolageno molekulė. Jo forma primena virvę, o trys į grandinę panašūs baltymai, susisukę vienas aplink kitą, sudarydami trigubą sraigtinį motyvą. Daugelis šių „virvių“ savo ruožtu susijungia į storesnes „rites“, žinomas kaip kolageno fibrilės. Tačiau, būdami tik 100–500 nanometrų storio, fibrilės yra 100 000 plonesnės nei tikrosios virvės. Fibrilėse gretimos kolageno molekulės nėra tiesiog sukrautos viena šalia kitos, bet yra išdėstytos taip, kad susidarytų laipsniškas išdėstymas. Dėl to per visą fibrilių ilgį pakaitomis susidaro tankesnės ir plonesnės zonos. Daugelis fibrilių savo ruožtu susijungia į kolageno skaidulas.

Potsdamo-Golmo Maxo Plancko koloidų ir sąsajų instituto mokslininkai dabar ištyrė kolageno savybes ir konkrečiai, kaip jo funkcijai įtakos turi vandens kiekis. Golmo komandos tyrimas yra toks unikalus, kad pirmą kartą jis sujungė kelis metodus, kad ištirtų kolageną įvairiuose jo hierarchinės struktūros lygiuose ir tuo pačiu metu kontroliuotų natūralios medžiagos vandens kiekį. drėgmės kamera. Kameroje esantis specialus prietaisas matavo tempimo jėgas, veikiančias kolageną, gautą iš žiurkių uodegų.

Vanduo yra neatskiriama kolageno sudedamoji dalis

Golme gauti rezultatai buvo lyginami su Masačusetso technologijos instituto Kembridže (JAV) mokslininkų sukurtais kompiuteriniais kolageno fibrilių modeliais. Taikydami šį metodą, mokslininkai galėjo išsamiai ištirti vandens poveikį kolageno struktūrai.

„Vanduo yra neatskiriama kolageno sudedamoji dalis“, – sako Admiras Masicas. Natūralioje baltymų būsenoje vanduo sudaro apie 60 procentų medžiagos masės. Vandens molekulės glaudžiai jungiasi su kolagenu ir laikosi jo spiralės formos, sako Masic. Komanda tai atrado naudodama rentgeno spindulių difrakciją, kuri atskleidė sraigtinės struktūros detales, pavyzdžiui, posūkių kampą ir spiralės skersmenį.

Atsižvelgiant į didelį kolageno kiekį vandens, nenuostabu, kad jo pašalinimas turi dramatišką poveikį. Sumažinus santykinę oro drėgmę nuo 95 iki 5 procentų, kolagenas praktiškai išdžiūsta, kolageno molekulės sutrumpėja 1,3 procento, o atitinkamos fibrilės – 2,5 procento. Nepaisant šio santykinai nedidelio ilgio pokyčio, sukuriama maždaug 100 megapaskalių tempimo jėga – maždaug 300 kartų didesnė nei susitraukiančių raumenų sukuriama jėga.

Tankios fibrilių sritys pailgėja, o plonos – susitraukia

Masic ir Bertinetti komanda taip pat nustatė šio susitraukimo mechanizmą. Jie naudojo Ramano spektroskopiją kolageno molekulinių grandinių konformacijai ištirti. Konformacija apibūdina santykinę atomų padėtį vienas kito atžvilgiu molekulėje. Tyrėjai nustatė, kad susitraukimą sukelia šie konformaciniai pokyčiai. Tai galima įsivaizduoti įsivaizduojant virvę, kuri iš pradžių yra tiesi ir sutrumpėja formuojant banginius raštus, kad jos galai būtų arčiau vienas kito. Įdomi mechanizmo detalė yra ta, kad tankesnės fibrilių sritys pailgėja, o plonesnės – trumpėja. Grynasis poveikis yra susitraukimas.

„Turėdami šias žinias, mokslininkai galėtų sukurti medžiagas, kurios elgiasi priešingai, kai iš jų pašalinamas vanduo“, – sako Luca Bertinetti. Pavyzdžiui, jis aprašo dvi lakštines medžiagas, kurios yra sujungtos viena su kita, iš kurių viena plečiasi, o kita susitraukia pašalinus vandenį. Tada dvigubas sluoksnis sulenktų. Komandos rezultatai rodo, kad tokios medžiagos galėtų išnaudoti dideles jėgas. Nauji atradimai taip pat gali būti naudingi gaminant odą ir pergamentus bei juos konservuojant.

Galima ir vis dar neištirta aktyvi kolageno fibrilių funkcija

Tačiau „Golm“ rezultatai yra įdomūs ne tik inžineriniu požiūriu. Nors tokia didžiulė dehidratacija, kokia buvo atlikta tyrėjų drėgmės kameroje, gyvo organizmo organizme fiziologinėmis sąlygomis nevyksta, Masic ir Bertinetti komanda nustatė, kad vandens pašalinimas gali būti pakankamai didelis, net ir esant biologinėms sąlygoms, kad kolagenas pasišalintų. sukuria tiek pat tempimo jėgos, kiek ir žmogaus raumenys.

Todėl biomolekulė taip pat galėtų atlikti aktyvų vaidmenį, o ne grynai pasyvią elastinę, būtent mechaniškai stabilizuodama kūną. „Kaulų sintezės metu vanduo gali būti pašalintas iš kolageno matricos, kad audinys susitrauktų“, – sako instituto direktorius ir projekto koordinatorius Peteris Fratzlas. Vadinasi, kaulas būtų suspaustas, todėl mineralinė dalis, kuri iš tikrųjų yra gana trapi, nebūtų sugadinta tempimo įtempių. Plienas gelžbetonyje atlieka panašų vaidmenį, sako Fratzl.

Šią prielaidą patvirtina faktas, kad atstumas tarp tankių kolageno fibrilių zonų kauliniame audinyje yra toks pat kaip ir sausame kolagene ir kad kaulo tempiamasis stipris apytiksliai atitinka džiovinto kolageno atsparumą tempimui.

Netolimoje ateityje Golmo mokslininkai planuoja ištirti galimą fiziologinį kolageno susitraukimo vaidmenį įvairiuose audiniuose.


Metodai

Tyrimo populiacija

Į tyrimą buvo įtrauktos penkiasdešimt septynios sveikos nenėščios moterys (amžiaus mediana: 39 metai, diapazonas: 29–49 metai, vidutinis paritetas: 2, nulinių paritetų skaičius: 5), paguldytos sterilizuoti. Išskyrimo kriterijai: priešlaikinis gimdymas, konizacija, gimdos kaklelio plyšimas, gimdos kaklelio displazija, menopauzė arba jungiamojo audinio sutrikimai. Tyrimą patvirtino Vietinis tyrimų etikos komitetas (Midtjylland regionas, žurnalo numeris: 20040195) ir jis buvo atliktas pagal 2008 m. Helsinkio deklaraciją. Iš kiekvienos tyrime dalyvavusios moters buvo gautas raštiškas sutikimas.

Audinių kolekcija

Ilgos, siauros gimdos kaklelio audinio biopsijos (maždaug 15 × 2 mm) buvo išmuštos lygiagrečiai gimdos kaklelio kanalui, pusiaukelėje tarp išorinės os ir šoninio gimdos kaklelio paviršiaus, naudojant 3 mm išorinio skersmens instrumentą (Miltex®, Dermal Biopsy). Punch, Vokietija). Iš kiekvieno paciento buvo paimtos trys biopsijos 3, 6 ir 12 valandų padėtyse. Hemostazė buvo užtikrinta suspaudimu arba, jei reikia, elektrokoaguliacija arba dygsniu. Jokių komplikacijų, išskyrus nedidelį kraujavimą iš makšties, nepastebėta.

Dvi biopsijos buvo panardintos į Ringerio tirpalą ir nedelsiant užšaldytos -80 ° C temperatūroje iki biomechaninio tyrimo. Trečioji biopsija buvo padalinta į proksimalinę ir distalinę dalis. Proksimalinė dalis, maždaug 5 mm ilgio, buvo naudojama vėlesniems genetiniams tyrimams. Distalinė dalis, įskaitant epitelį, maždaug 10 mm ilgio, buvo panardinta į 0, 1 M natrio fosfatu buferinį 4% formaldehidą, pH 7, 0, 24 valandas ir laikoma 70% etanolyje iki histologinio tyrimo.

Biomechaninė analizė

Dvi kiekvieno paciento biopsijos buvo analizuojamos naudojant medžiagų tyrimo mašiną (Alwetron TCT5, Lorentzen & Wettre, Kista, Švedija). Biopsijos buvo atšildytos kambario temperatūroje, o epitelis pašalintas naudojant išardantį mikroskopą. Kiekvienas mėginys, panardintas į Ringerio tirpalą (pH 7,4), buvo sumontuotas tarp dviejų spaustukų, kurių žandikaulio tarpas buvo 4 mm. Bandinių atsparumas tempimui buvo tikrinamas stumiant gnybtus vienas nuo kito esant pastoviam deformacijos greičiui (10 mm/min), tempiant mėginį iki lūžimo, užfiksuojant apkrovos-deformacijos kreivę. Vėliau audinys tarp spaustukų buvo izoliuotas ir naudojamas hidroksiprolinui nustatyti.

Iš apkrovos ir deformacijos kreivės (1 pav.) buvo gauti šie parametrai:

Tipiška gimdos kaklelio audinių mėginių apkrovos ir deformacijos kreivė. Diagrama iliustruoja biomechaninius parametrus Fmaks (didžiausia apkrova), ε--Fmaks (maksimalus ištempimas) ir didžiausias standumas (raudona juosta = didžiausias apkrovos ir deformacijos kreivės nuolydis).

Fmaks : didžiausia apkrova (N) didžiausia jėga, naudojama bandiniui sulaužyti.

ε-Fmaks: įtempimas esant didžiausiai apkrovai didžiausias bandinio ištempimas.

Smaks: didžiausias kolageno kiekis normalizuotas (N × mm × mg -1 ).

S'maks: maksimalus standumas, normalizuotas kolagenui (N × mm × mg -1 ).

Fmaks ir ε-Fmaks reiškia biomechanines bandinio savybes, tuo tarpu Smaks ir S'maks reiškia kolageno komponento savybes.

Hidroksiprolino nustatymas

Po biomechaninės analizės audinys tarp spaustukų buvo naudojamas hidroksiprolino analizei. Audinys buvo nuriebalintas acetone ir po džiovinimo šalčiu buvo nustatytas DDW. Tada audinys buvo hidrolizuojamas 6 M HCl 16 valandų 100 ° C temperatūroje. Vėliau hidroksiprolino kiekis buvo matuojamas pagal Woesssner [16] su modifikacijomis, kaip aprašyta [17]. Kolageno kiekis buvo apskaičiuotas hidroksiprolino kiekį padauginus iš 7,46 [18].

Imunohistochemija

Imunohistochemija buvo naudojama lygiųjų raumenų ląstelėms aptikti. Audinių biopsijos buvo įterptos į parafiną, o 2 μm storio išilginiai pjūviai buvo supjaustyti ir pritvirtinti dviem dalimis viename stiklelyje. Sekcijos buvo deparafinuotos, o endogeninė peroksidazė buvo užblokuota 0, 5% H2O2 absoliučiame metanolyje. Norint atskleisti antigenus, pjūviai virinami 10 min. 0,1 mM Tris/HCl ir 0,5 mM EGTA, pH 9. Nespecifinį surišimą blokavo 1 % BSA (galvijų serumo albuminas). Sekcijos buvo inkubuojamos per naktį 4 ° C temperatūroje su pirminiu antikūnu prieš lygiųjų raumenų aktiną (1:1600, monokloninis pelės anti-žmogus, M0851, DAKO, Danija), praskiestu PBS, papildytu 0, 1% BSA ir 0, 3% Triton-X100. Neigiamos kontrolės buvo inkubuojamos su pelės serumu arba IgG1, o ne su pirminiu antikūnu. Po plovimo sekcijos buvo inkubuojamos su krienų peroksidaze konjuguotu antriniu antikūnu (ožkos anti-pelės P0447, DAKO, Danija) 1 valandą 20 ° C temperatūroje. Peroksidazė buvo vizualizuota reaguojant su 0,05% 3,3'-diaminobenzidino tetrahidrochloridu, ištirpintu PBS su 0,1% H.2O2, prieš dažymą Mayer hematoksilinu ir alkoholiniu eozinu. Sekcijos su raumenų arterijomis buvo naudojamos kaip teigiamos kontrolės.

Ekstraląstelinės matricos (ECM) ir raumenų ląstelių tūrio tankio įvertinimas

Histomorfometrijai buvo naudojamas modifikuotas Olympus BH-2 mikroskopas su motorizuota stadija kartu su įkrovimu sujungto įrenginio vaizdo kamera (JAI-2040, Kanagawa, Japonija), kontroliuojant kompiuterizuotu būdu. Naudojant CAST programinę įrangą (Olympus, Danija), skaičiavimo kadrai buvo uždėti ant gyvų audinių sekcijų vaizdų. Kiekvienos sekcijos matymo laukai buvo atrinkti naudojant sistemingą, vienodai atsitiktinę atranką (SURS) [19]. Iš atsitiktinio pradinio taško buvo paimtas naujas matymo laukas su fiksuotu x ir y atstumu nuo ankstesnio lauko naudojant motorizuotą mėginio stadiją. Kiekvienam pacientui buvo įvertintos dvi imuniniu būdu dažytos sekcijos. Epitelis buvo naudojamas pirminei mėginio orientacijai nustatyti. Kiekviena sekcija buvo padalinta į tris ar keturias 2 mm vietas, atsižvelgiant į biopsijos ilgį (ty I-IV vietos: atitinkamai 0-2, 2-4, 4-6, 6-8 mm nuo epitelio). Į šią analizę buvo įtraukti tik skyriai su aptinkamu epiteliu (n = 50). Kiekviename skyriuje maždaug 36 matymo laukai buvo įvertinti naudojant 81 taško skaičiavimo tinklelį. Buvo suskaičiuotas taškų, pataikymų į ECM (apibrėžiamas kaip neląstelinis komponentas), lygiųjų raumenų ląsteles (teigiamas lygiųjų raumenų aktinui), branduolius, susijusius su jungiamuoju audiniu ir kraujagyslėmis (su matomu spindžiu, kraujagyslės sienele ir galiausiai kraujo kūneliais), skaičius. . Skaičiavimas buvo atliktas galutiniu padidinimu × 1263. Pjūvių vertinimas buvo aklas.

Kolageno orientacijos nustatymas

Kolageno orientacija buvo nustatyta mikroskopu (Olympus BX40) su tiesioginiu vaizdo vaizdavimu (Nikon DS-Fi1), prijungtu prie monitoriaus (Sony Multiscan G200). Naudota Nikon NIS-Elements F 3.00 programinė įranga. Trijų μm storio pjūviai buvo nupjauti lygiagrečiai ilgajai biopsijos ašiai ir nudažyti Picro-Sirius [20]. Sekcijos buvo padalintos į dvi dalis, iš kurių proksimalinė dalis, atitinkanti mechaninei analizei naudojamą dalį, buvo naudojama kolageno orientacijai nustatyti. Epitelis buvo naudojamas sekcijos orientacijai nustatyti. Buvo įtraukti tik skyriai su aptinkamu epiteliu (n = 42). Kompiuterio monitoriuje buvo sukonstruotas ir fiziškai sumontuotas tinklelis. Išilginei pjūvių ašiai horizontaliai, mažiausiai 27 μm ilgio kolageno skaidulos pagal orientaciją buvo suskirstytos į tris kategorijas: 1) skaidulos, nukrypstančios nuo išilginės ašies mažiau nei ± 45° 2) skaidulos, nukrypusios nuo 46° iki 90° arba - 46° iki -90° nuo išilginės ašies 3) trumpesni nei 27 μm pluoštai (tai rodo, kad jie orientuoti ne lygiagrečiai pjūvio plokštumai). Apskaičiuotas skaidulų, „lygiagrečių“ su išilgine ašimi (1 kategorija) ir bendro kolageno (1 kategorija + 2 kategorija + 3 kategorija) santykis. Dvi kiekvieno paciento sekcijos buvo įvertintos naudojant bendrą × 1115 padidinimą. Kiekviename skyriuje kolageno orientacija buvo nustatyta keturiuose taškuose kiekviename iš 25 atsitiktinai (rankiniu būdu) pasirinktų matymo laukų. Kaip ir aukščiau, sekcijų vertinimas buvo aklas.

Statistinės analizės

Duomenys pateikiami kaip vidurkis ± SD. Norint apibūdinti ryšį tarp parametrų poros, buvo atlikta tiesinė regresija. Amžiaus ir pariteto parametrams koreguoti buvo naudojama daugialypė tiesinė regresija. Jei reikia, duomenys buvo logaritmiškai transformuojami, kad būtų laikomasi statistinio metodo prielaidos.

Pakartotiniai matavimai ANOVA buvo atlikta siekiant palyginti dvi skirtingas histologinių pjūvių vietas, o tendencijos testas buvo naudojamas apibūdinti laipsnišką padidėjimą arba sumažėjimą per visą biopsiją. Skirtumai buvo laikomi reikšmingais, kai p < 0,05. Sigma stat 3.5 ir STATA, intercooled 9 buvo naudojami kaip statistiniai paketai.


13.2: Kolagenas

  • Prisidėjo E. V. Wong
  • „Axolotl Academica Publishing“ (biologija) „Axolotl Academica Publishing“

Didžiausi ir ryškiausi tarpląstelinės matricos baltymai, sudarantys ketvirtadalį sausos žmogaus kūno masės, yra kolageno šeimos nariai. Kolagenai yra polimerai, kuriuos galima suskirstyti į fibrilinius (pvz., I, II, III kolagenai) ir nefibrilinius (pvz., IV kolageno) tipus. Fibriliniai kolagenai yra sudaryti iš trigubų spiralinių monomerų, sudarytų iš identiškų (homotrimerų) arba skirtingų (heterotrimerų) subvienetų. Tada šie monomerai yra susieti lygiagrečiai sąveikaujant su kitais kolageno monomerais, todėl susidaro ilgos skaidulos. Elektroninis mikroskopinis šių ilgų pluoštų tyrimas rodo juostų modelį, kuris rodo nedidelį atotrūkį tarp monomerų išilgai tos pačios lygiagretės.

Paveikslas (PageIndex<2>). Kolagenas yra trigubo spiralės formos baltymas, susidedantis iš trijų fibrilinių subvienetų. Kai kurios aminorūgštys yra hidroksilintos, o baltymas taip pat yra glikozilintas (pavaizduotas purpuriniais šešiakampiais).

Kaip ir visi išskiriami baltymai, kolagenas I yra apdorojamas ER (pav. (PageIndex<2>)), bet ten nėra visiškai surinktas: trys pro- ir alfa grandinės yra sujungtos į prokolageno trigubą spiralę, kuri išskiriama. Išoriškai jie turi būti suskaldyti abiejuose galuose, kad susidarytų aktyvus kolageno baltymas, kuris yra visiškai fibrilinis. Kiti kolageno tipai neturi tokio paties skilimo ir gali turėti rutulinius domenus fibrilių galuose. Kolagenai taip pat įdomūs dėl savo neįprastos aminorūgščių sudėties. Juose yra daug hidroksilintų aminorūgščių, daugiausia prolinų ir lizinų (pav. (PageIndex<3>)). Šis hidroksilinimas yra būtinas plačiam vandenilio ryšiui, atsirandančiam tarp subvienetų ir tarp monomerų. Fibrilės yra susijusios su dideliu atsparumu tempimui. To pavyzdys galėtų būti ilgos kolageno skaidulos, einančios lygiagrečiai ilgajai sausgyslių ir raiščių ašiai. Šios didelį stresą turinčios struktūros (atitinkamai jungiančios kaulą su raumenimis ir kaulą su kaulu) reikalauja atsparumo, kurį gali suteikti kolageno skaidulos.

Paveikslas (PageIndex<3>). Kolagenai turi daug hidroksilintų prolinų ir lizinų.

Ir atvirkščiai, sąlygos, kurios neigiamai veikia kolageno susidarymą, gali sukelti rimtų ligų. Tiesą sakant, epidermolizės bullosa (paveldima odos pūslių liga, aprašyta ankstesniame skyriuje) formą sukelia mutacija VII kolagene, kurį daugiausia gamina epidermio keratinocitai ir išskiriamas į odos-epidermos bazinės membranos sluoksnį. Įvairios chondrodisplazijos, taip pat kaulų apsigimimai, tokie kaip osteogenesis imperfecta (kuri gali būti perinataliniu laikotarpiu mirtina), buvo siejami su įvairių kolageno genų mutacijomis. Galiausiai, keli skorbuto simptomai atsiranda dėl kolageno išsigimimo ECM: silpnos kraujagyslių sienelės, kraujuojančios dantenos ir palaidi dantys bei trapūs kaulai. Skorbutas yra askorbo rūgšties (vitamino C) trūkumo liga, o poveikis ECM atsiranda dėl to, kad askorbo rūgštis yra fermentų, hidroksilinančių kolageno prolinus ir lizinus, kofaktoriaus.

Kolagenas yra pagrindinė bazinės membranos ir bazinės sluoksnio sudedamoji dalis. Bazinė plokštelė yra tvirta ir lanksti, gali tarnauti kaip struktūrinė atrama prie jos pritvirtintiems epitelio lakštams, taip pat suteikia pusiau pralaidžią matricą / filtrą, leidžiantį vandeniui ir mažesnėms molekulėms praeiti, bet neįtraukiant didesnių makromolekulių. Du pagrindiniai bazinės sluoksnio baltymai yra kolagenas IV ir lamininas. Kolagenas IV turi tiek ilgus fibrilinius, alfa-spiralinius domenus, tiek rutulinius domenus, kurie gali sąveikauti įvairiomis kryptimis, sudarydami tinklelį, sudarantį bazinę membraną. Laminino tinklas yra prijungtas prie kolageno tinklo per entaktino (nidogeno) jungiamuosius baltymus.

Įdomus kolageno fibrilių panaudojimas yra ragenoje, apsauginiame skaidriame akies dangale. Ragena yra pagrindinė apsauga nuo akių sužalojimo ir turi būti tvirta. Centrinį sluoksnį (stroma arba substantia propria) sudaro maždaug 200 sluoksnių sandariai supakuotų, reguliariai išdėstytų lygiagrečių kolageno fibrilių, o gretimi sluoksniai yra išdėstyti taip, kad kolageno pluoštai būtų statmenai nuo vieno sluoksnio iki kito. Tokia laminarinė struktūra naudojama įvairiose dirbtinėse statybinėse medžiagose (įskaitant visur esančias statybines medžiagas, fanerą) ir suteikia didelį tvirtumą santykinai mažoje masėje. Šiek tiek nuostabiai ir visiškai kitaip nei fanera, ragena yra skaidri. Manoma, kad ši savybė kyla dėl kolageno gardelės taisyklingumo, leidžiančio panaikinti vienos fibrilės išsklaidytą šviesą dėl destruktyvaus kito pluošto išsklaidytos šviesos trukdžių. Šiek tiek priešingai, jis iš tikrųjų tampa drumstas (dėl refrakcijos), kai sugeria skystį iš vandeninio humoro ir turi aktyvius mechanizmus, leidžiančius išpumpuoti tokį skystį atgal iš ragenos. Štai kodėl ragena po mirties sutirštėja ir tampa permatoma, o siurblio mechanizmas nebeturi energijos veikti, o vandeninis humoras pasklinda į rageną.

Priežastys, kodėl žmonės, turintys sąnarių problemų, vartoja gliukozamino ir chondroitino sulfato papildus, yra tai, kad jie yra du cukrūs, randami kremzlinio audinio proteoglikanuose, pvz., kelio meniske ir kituose sąnariuose. Ypač chondroitino sulfatas yra pagrindinis sąnarių kremzlių proteoglikanų cukrus. Manoma, kad abu stimuliuoja GAG sintezę, o proteazės slopinimo ir kolageno sintezės poveikio dokumentai buvo riboti. Duomenys iš triušių modelių (tačiau galimas interesų konfliktas, Lippiello ir kt., 2000) rodo terapinę tokių papildų naudą. Tačiau tyrimai su žmonėmis iki šiol neparodė reikšmingo pagerėjimo pacientams, jau sergantiems vidutinio sunkumo ar sunkiu artritu ir kitais su sąnariais susijusiais negalavimais (Clegg ir kt., 2006). Antrinės apklausos analizė parodė, kad buvo pažadėtas poveikis lengviems ar vidutinio sunkumo atvejams, tačiau duomenys nebuvo reikšmingi.


DISKUSIJA

Tarp visų kolageno rūšių I tipo kolagenas yra vyraujantis genetinis produktas, kuris yra esminė molekulė, užtikrinanti audiniams ir organams tempimo stiprumą, formą ir vientisumą. 15 I tipo kolagenas yra audinyje kaip fibrilės, kurios stabilizuojamos kovalentiniu tarpmolekuliniu kryžminiu ryšiu. 15 Siekiant toliau stabilizuoti kolageno pluoštus biologiniuose audiniuose, buvo naudojami įvairūs kryžminiai jungikliai, skatinantys papildomus intra- ir tarpmolekulinius 5-9 ir tarpmikrofibrilinius kryžminius ryšius. 10

Šis tyrimas buvo atliktas siekiant įvertinti galimybę naudoti kryžminius ryšius sudarančius agentus, siekiant padidinti dentino mechanines savybes. Remiantis duomenimis, PA ir GE, kaip egzogeninio kolageno kryžminimo agentų, naudojimas padidino demineralizuoto dentino UTS, o GD neturėjo reikšmingos įtakos UTS reikšmėms naudotomis sąlygomis. Todėl nulinė hipotezė buvo atmesta, kai PA ir GE buvo naudojami kaip kryžminimo agentai. Šiame tyrime naudojama tempimo apkrova buvo taikoma lygiagrečiai dentino kanalėlių orientacijai, o ne statmenai. Miguez ir kt. 16 pranešė, kad lygiagrečiai dentino kanalėliams ištirto demineralizuoto dentino UTS yra maždaug pusė to, kuris gaunamas, kai kanalėliai yra statmenai tempimo jėgoms. Šie duomenys paaiškina, kodėl jų UTS reikšmės yra mažesnės už tas, kurias pranešė kiti, kurie tyrė mėginius statmenai dentino kanalėlių orientacijai.

PA yra bioflavonoidų klasė, kurie yra natūralūs augalų metabolitai, esantys vaisiuose, daržovėse, riešutuose, sėklose, gėlėse ir žievėse. 5, 17, 18 Buvo postuluoti keturi PA ir baltymų sąveikos mechanizmai, įskaitant kovalentinę sąveiką, 19 joninę sąveiką, 20 vandenilio jungčių sąveiką arba hidrofobinę sąveiką. 5 UTS verčių padidėjimas beveik maždaug 70 ir 110 % po gydymo PA per 4 ir 40 valandų, atitinkamai, rodo didelį agento potencialą sukelti kryžminius ryšius dentino kolagene. Papildomas PA poveikis lėmė didesnes vertes, tačiau jos statistiškai nesiskyrė nuo verčių, gautų po 4 val.

Gydymas GE padidino UTS reikšmes maždaug 80% po 40 valandų, o tai rodo galimą šio agento poveikį dentino kolageno stabilizavimui. GE galima gauti iš junginio genopozido, kuris yra išskirtas iš vaisių Gardenia jasminoides Ellis. 7, 8, 21, 22 GE ir su ja susiję iridoidiniai junginiai buvo naudojami tradicinėje kinų medicinoje. Reakcijos su biologiniais audiniais mechanizmai nėra gerai suprantami. Fujikawa ir kt. pasiūlė, kad GE spontaniškai reaguoja su aminorūgštimi, sudarydamas azoto iridoidą, kuris dehidratuojamas ir susidaro aromatinis monomeras. Dimerizacija įvyko antrajame etape, galbūt radikalios reakcijos būdu. 21 GE gali reaguoti su laisvomis lizino, hidroksilizino arba argenino amino grupėmis kolageno molekulėje arba tarp gretimų kolageno molekulių, sudarydamas tarpmolekulinius arba tarpmolekulinius kryžminius ryšius. 6, 12 Be to, tarp kolageno fibrilių gali būti įvesti tarpmikrofibriliniai kryžminiai ryšiai, polimerizuojant GE molekules prieš susijungiant (oligomeriniai kryžminiai ryšiai). 12

GD buvo plačiai naudojamas kaip biologinių audinių fiksatorius, todėl buvo įtrauktas į šį eksperimentą. Pastebėta, kad žymiai pagerėjo biologinių audinių mechaninės savybės ir sumažėjo skilimo greitis. 7-9 GD trūkumas, palyginti su kitais dviem naudojamais kryžminį ryšį sudarančiomis medžiagomis, yra didelis jo citotoksiškumas, kuris gali atsirasti dėl nesureagavusių arba suskaidytų kryžminį ryšį sudarančių medžiagų likučių. 5 Naudodamas savo aldehido funkcines grupes, GD pirmiausia reaguoja su ε-amino grupėmis iš lizilo arba hidroksilizilo liekanų biologiniame audinyje. Naudojant GD polimerizaciją, po fiksacijos, kolageno fibrilėse gali būti sukurta tinklinė kryžminė struktūra, esanti viduje ir tarpmolekuliškai. 7, 8 Ritter ir kt. 13 pastebėta galvijų dentino, kad demineralizuoto dentino apdorojimas GD sumažino laisvųjų Lys ir Hyl likučių kiekį kolageno hidrolizatuose ir padidino redukuojamų junginių, galinčių sudaryti naujai susidariusias kryžmines jungtis, skaičių. Autoriai neįvertino GD susieto demineralizuoto dentino mechaninių savybių. Šiame tyrime pastebėtas reikšmingų skirtumų tarp GD apdorotų mėginių ir kontrolinės grupės nebuvimas rodo, kad GD sukeltas kolageno kryžminis ryšys dentine nebuvo veiksmingas siekiant padidinti UTS vertes.

Statistiškai reikšmingų skirtumų mineralizuotame dentine, veikiant kryžminius ryšius sudarančiomis medžiagomis, nepastebėta, todėl patikrinta nulinė hipotezė buvo priimta, kai mineralizuotame dentine buvo naudojami trys kryžminimo agentai. Akivaizdu, kad kolageno fibrilės yra apsaugotos mineralinės fazės, todėl agentai negalėjo reaguoti su kolagenu ir sudaryti kryžminius ryšius.

Siekiant laikytis ankstesniuose tyrimuose aprašytų metodų, 6, 13 dentino pluoštai buvo veikiami kryžminių ryšių agentais 4 ir 40 valandų. Nors šie laikai gali būti kliniškai nereikšmingi, jie leido veiksmingai įvertinti galimą kai kurių biologinių audinių kolageno kryžminimo agentų poveikį dentinui, kurio koncentracija ir ekspozicijos laikas yra gerai žinomos.

Šis tyrimas rodo, kad natūraliai susidarančios kryžminimo medžiagos, tokios kaip PA ir GE, gali stabilizuoti demineralizuotą dentino kolageną. Kadangi hibridinio sluoksnio, lipnios atkuriamosios sąsajos, kolageno mechaninių savybių padidėjimas greičiausiai pailgins restauravimo trukmę, kryžminio ryšio su šiais biologiškai suderinamais junginiais sukėlimas gali būti naudingas atkuriamajai odontologijai. Būtina atlikti tolesnius tyrimus, siekiant įvertinti tų kryžminių jungčių poveikį klijų sistemų su dentinu stiprumui.


Kolagenai iš pirmo žvilgsnio

Kolagenai yra didelė trigubų spiralinių baltymų šeima, plačiai paplitusi visame kūne ir svarbi įvairioms funkcijoms, įskaitant audinių pastolius, ląstelių adheziją, ląstelių migraciją, vėžį, angiogenezę, audinių morfogenezę ir audinių atstatymą. Kolagenas geriausiai žinomas kaip pagrindinis tempiamasis elementas stuburinių gyvūnų audiniuose, tokiuose kaip sausgyslės, kremzlės, kaulai ir oda, kur jis atsiranda tarpląstelinėje matricoje kaip pailgos fibrilės. Kolagenas taip pat gerai žinomas dėl savo vietos bazinėse membranose – pavyzdžiui, inkstų glomeruluose, kur jis veikia molekulinėje filtracijoje. Tačiau transmembraninių kolagenų identifikavimas ant įvairių ląstelių paviršių ir kolagenų, kurie yra bioaktyvių peptidų, turinčių parakrinines funkcijas, pirmtakai, paskatino susidomėjimą kolagenu. Be to, nauji 3D rekonstrukcijos elektronų mikroskopijos pokyčiai suteikė naujų galimybių tirti tarpląstelinę kolageno apyvartą. Naujokai šioje srityje susiduria su nelengva užduotimi – atsijoti 100 000 mokslinių darbų, apimančių 40 metų. Čia pateikiame „kolageno pagrindus“. Cituojamos kelios puikios apžvalgos, kurios yra išsamesnių aprašymų ir diskusijų šaltiniai.


Kolageno funkcijos

Kolageno skaidulos palaiko kūno audinius, be to, kolagenas yra pagrindinis tarpląstelinės matricos komponentas, palaikantis ląsteles. Kolagenas ir keratinas suteikia odai tvirtumo, atsparumo vandeniui ir elastingumo. Kolageno praradimas yra raukšlių priežastis. Kolageno gamyba mažėja su amžiumi, o baltymai gali būti pažeisti rūkymo, saulės spindulių ir kitų oksidacinio streso formų.

Jungiamasis audinys daugiausia susideda iš kolageno. Kolagenas sudaro fibriles, kurios suteikia struktūrą pluoštiniams audiniams, tokiems kaip raiščiai, sausgyslės ir oda. Kolageno taip pat yra kremzlėse, kauluose, kraujagyslėse, akies ragenoje, tarpslanksteliniuose diskuose, raumenyse ir virškinamajame trakte.


Nerimaujate dėl kolageno?

Sveikatingumo pasaulyje yra tam tikras anekdotinis susirūpinimas, susijęs su galimybe, kad kolageno suvartojimas kai kuriems žmonėms sukelia prastą nuotaiką, depresiją ar nerimą. Taigi, kaip tai gali atsitikti?

Gelatin has long been used in studies to observe the relationship between reduced tryptophan and mood or behaviour. Tryptophan is the building block for serotonin, our good mood neurotransmitter, and gelatin is essentially collagen broken down. Tryptophan competes with other amino acids to cross the blood–brain barrier where it can form serotonin in the brain. As gelatin floods the blood with numerous amino acids (but not tryptophan), uptake of tryptophan is heavily reduced as it loses out to the larger number of other amino acids that pass more readily through the barrier. But that tryptophan has to go somewhere so it travels down another pathway for metabolism called the kynurenine pathway.

Simply put, some of the metabolites of the kynurenine pathway are neurotoxic and thought to stimulate the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis, which can present as anxiety and feelings of stress for some. In fact, hyperstimulation of the HPA axis is another of many hypotheses for depression. High cortisol (our stress hormone) output can further deplete serotonin and dopamine (our joy neurotransmitter/hormone).

It’s important to note that acute tryptophan depletion has been studied and researched for nearly 50 years now because it is safe to do so as the effects are temporary – cessation of gelatin found that low mood in those affected was quickly abated, good news!


The strength of collagen

Collagen is the glue that holds our bodies together. It can be found in our skin, bones, muscles, cartilage, ligaments, hair, nails - in short, in almost every tissue in our body. In some places, for example in the skin, collagen proteins form fibrous networks that are very elastic. But why these networks are so elastic has so far been unclear. Researchers from Delft University of Technology, AMOLF and Wageningen University & Research have now discovered that the number of 'intersections' plays an important role. Between three and four fiber connections per intersection is ideal. In fact, more connections make the collagen networks less elastic. The new insights can be used, among other things, to repair damaged or aged tissue, such as cartilage or skin, and to grow new skin tissue for burn victims.

The breaking of a collagen network may sound like an abstract concept. But anyone who has ever broken a bone, torn a muscle, or had a cut in their finger has had experience with it. Collagen is everywhere in our body, and although it is naturally very elastic, there are limits to that elasticity. "We've been doing fundamental research into collagen for some time now and asked ourselves: what makes collagen networks so strong, and what determines the limit of that strength," says cell biophysics expert Gijsje Koenderink from TU Delft.

Disordered networks
Collagen organises itself in many different ways. In tendons, for example, the fibres are all aligned in the same direction, like a bundle of rope. "This is very logical, because tendons absorb tensile forces and are therefore only strained in one direction," explains Koenderink. "Other fabrics, such as the skin, are strained in many different directions. In such cases, it would be disastrous if the fibres were aligned in one direction." Instead, collagen in the skin, as in many other places, forms disorderly networks that are enormously flexible and can move with the forces they are subjected to.

In addition to the fact that collagen networks are more flexible than collagen fibers, the networks have another advantage: they can withstand greater forces before they break down. Collagen fibers, such as those in tendons, can be stretched only about twenty percent before they tear," says Koenderink. "Collagen networks, on the other hand, deform and move with the force applied to them. You can stretch them up to as much as eighty-five percent before they break."

Applying forces
To find out what makes networks of collagen so strong, the researchers ordered ready-made collagen molecules, which are commercially available. Under the right conditions, namely a low temperature and a low (acid) pH value, collagen molecules can be dissolved. "By reheating the dissolved molecules to 37 degrees Celsius and increasing the pH value, the molecules spontaneously form fibres, which in turn form networks," explains Koenderink.

Collagen networks take different forms depending on a tissue’s function. In this image you can see collagen purified from human cartilage (left), cowhide (middle) and a rat's tail (right).

The researchers confined the collagen thus created between two plates, moving the upper one back and forth to exert forces on the tissue. By imaging the inside of the collagen with an electron microscope, and using computer simulations of fibre networks made by the researchers in Wageningen, the team discovered what made some networks stronger than others: the average number of connections at the intersections in the network. "To our surprise, more connections were not necessarily better," says Koenderink. "On the contrary, the ideal number of connections is between three and four."

Tissue engineering
In retrospect, the researchers' findings are easy to explain: if there are too many connections, collagen networks becomes stiff. "You can see that in scar tissue, for example," says Koenderink. "The fewer connections, the easier and the more you can deform a collagen network before it breaks down. That's why networks with a relatively small number of connections are the strongest."

Understanding the mechanics of living tissues can lead to better tissue engineering, for example in developing better cultured skin for burn victims. It is also important for the design and creation of new biomaterials. These are nature-inspired materials that possess properties of living tissues. Koenderink: "Think of biodegradable, plastic-like materials, packaging that changes colour when too much pressure is applied to it, or materials that repair themselves when damaged. I think that in the coming years we will see more and more of these kinds of special materials."