초미세 구조 (생물학)

초미세 구조(ultrastructure)는 표준 광학 현미경보다 높은 배율에서 볼 수 있는 세포 및 생체 재료의 구조이다. 이는 전통적으로 세포, 생물학적 조직 또는 장기와 같은 생물학적 표본을 볼 때 기존 투과전자현미경의 해상도 및 배율 범위를 의미했다. 초미세 구조는 주사 전자 현미경 및 초고해상도 현미경으로도 볼 수 있지만, TEM은 초미세 구조를 보기 위한 표준 조직학 기술이다. 세포가 지정된 환경에서 제대로 기능할 수 있도록 하는 세포소기관과 같은 세포 구조는 초미세 구조 수준에서 검사할 수 있다.

초미세 구조는 분자 계통 발생과 함께 유기체를 분류하는 신뢰할 수 있는 계통 발생 방법이다. 초미세 구조의 특징은 재료 특성을 제어하고 생체 적합성을 촉진하기 위해 산업적으로 사용된다.

 역사 
1931년, 독일 공학자 막스 크놀과 에른스트 루스카는 최초의 전자 현미경을 발명했다. 이 현미경의 개발과 발명으로, 생물학자들이 세포의 미세 조직에 점차 관심을 갖게 되면서 탐색하고 분석할 수 있는 관찰 가능한 구조의 범위가 엄청나게 증가했다. 이 새로운 연구 분야는 초미세 구조라고도 알려진 하부 구조에 관심을 가졌다.

 응용 
많은 과학자들은 다음을 포함하되 이에 국한되지 않는 것들을 연구하기 위해 초미세 구조 관찰을 사용한다:

 인간 종양
 엽록체
 뼈
 혈소판
 정자

 생물학 
식물 세포에서 발견되는 일반적인 초미세 구조적 특징은 옥살산 칼슘 결정의 형성이다. 이러한 결정은 성장 또는 발달에 필요할 때까지 세포 내에 칼슘을 저장하는 기능을 하는 것으로 이론화되었다.

옥살산 칼슘 결정은 동물에서도 형성될 수 있으며, 신장 결석은 이러한 초미세 구조적 특징의 한 형태이다. 이론적으로 나노박테리아는 옥살산 칼슘 신장 결석 형성을 줄이는 데 사용될 수 있다.

 공학 
초미세 구조를 제어하는 것은 세포의 행동을 제어하는 데 공학적 용도로 사용된다. 세포는 세포외기질 (ECM)의 변화에 쉽게 반응하므로, ECM을 모방하는 재료를 제조하면 세포 주기 및 단백질 발현에 대한 제어를 증가시킬 수 있다.

식물과 같은 많은 세포는 옥살산 칼슘 결정을 생성하며, 이 결정은 일반적으로 식물 세포의 초미세 구조 구성 요소로 간주된다. 옥살산 칼슘은 유약을 제조하는 데 사용되는 재료이며[6], 생체 재료 특성도 가지고 있다. 세포 배양 및 조직공학을 위해 이 결정은 소태아혈청에서 발견되며, 세포 배양을 위한 세포외기질의 중요한 측면이다.

초미세 구조는 덴탈임플란트를 설계할 때 고려해야 할 중요한 요소이다. 이러한 장치는 뼈와 직접적으로 접촉하므로, 주변 조직에 통합되는 것이 최적의 장치 기능에 필요하다. 치유 중인 덴탈 임플란트에 하중을 가하면 골유착이 얼굴뼈와 함께 증가하는 것으로 밝혀졌다. 임플란트 주변의 초미세 구조를 분석하는 것은 임플란트가 얼마나 생체 적합성이 있는지, 그리고 신체가 이에 어떻게 반응하는지 결정하는 데 유용하다. 한 연구는 돼지 뼈에서 유래한 생체 재료 과립을 이식하자 인체가 그 재료를 초미세 구조에 통합하고 새로운 뼈를 형성하는 것을 발견했다.

수산화인회석은 의료 기기를 초미세 구조를 통해 뼈에 직접 연결하는 데 사용되는 생체 재료이다. 이식편은 𝛃-인산삼칼슘과 함께 생성될 수 있으며, 주변 뼈 조직이 새로운 재료를 세포외기질에 통합하는 것이 관찰되었다. 수산화인회석은 고도로 생체 적합성이 있는 재료이며, 결정 방향과 같은 초미세 구조적 특징은 최적의 생체 적합성을 보장하기 위해 신중하게 제어할 수 있다. 적절한 결정 섬유 방향은 수산화인회석과 같은 도입된 미네랄을 대체하려는 생물학적 재료와 더 유사하게 만들 수 있다. 초미세 구조적 특징을 제어하면 특정 재료 특성을 얻는 것이 가능하다.

 각주 

 외부 링크 

분류:세포해부학