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21.17: Introduzione al cuore dei mammiferi - Biologia

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Descrivi la struttura del cuore e spiega come il muscolo cardiaco è diverso dagli altri muscoli

Il cuore è un muscolo complesso che pompa il sangue attraverso le tre divisioni del sistema circolatorio: coronarico (vasi che servono il cuore), polmonare (cuore e polmoni) e sistemico (sistemi del corpo). La distanza più breve per pompare significa che la parete muscolare sul lato destro del cuore non è spessa come il lato sinistro che deve avere una pressione sufficiente per pompare il sangue fino all'alluce.

Cosa imparerai a fare

  • Descrivi la struttura del cuore
  • Descrivi il ciclo cardiaco

Attività didattiche

Le attività di apprendimento per questa sezione includono quanto segue:

  • Struttura del cuore
  • Il ciclo cardiaco
  • Autocontrollo: il cuore dei mammiferi

21.4 Altre entità acellulari: prioni e viroidi

Alla fine di questa sezione, sarai in grado di fare quanto segue:

  • Descrivi i prioni e le loro proprietà di base
  • Definire i viroidi e i loro bersagli di infezione

Prioni e viroidi sono agenti patogeni (agenti con la capacità di causare malattie) che hanno strutture più semplici dei virus ma, nel caso dei prioni, possono comunque produrre malattie mortali.

Prioni

I prioni, così chiamati perché sono proteici, sono particelle infettive, più piccole dei virus, che non contengono acidi nucleici (né DNA né RNA). Storicamente, l'idea di un agente infettivo che non utilizzasse acidi nucleici era considerata impossibile, ma il lavoro pionieristico del biologo premio Nobel Stanley Prusiner ha convinto la maggior parte dei biologi che tali agenti esistono davvero.

È stato dimostrato che le malattie neurodegenerative fatali, come il kuru nell'uomo e l'encefalopatia spongiforme bovina (BSE) nei bovini (comunemente nota come "morbo della mucca pazza") sono trasmesse dai prioni. La malattia era diffusa dal consumo di carne, tessuto nervoso o organi interni tra membri della stessa specie. Kuru, originario degli umani in Papua Nuova Guinea, è stato diffuso da uomo a uomo attraverso il cannibalismo rituale. La BSE, originariamente rilevata nel Regno Unito, si è diffusa tra i bovini grazie alla pratica di includere il tessuto nervoso del bestiame nei mangimi per altri bovini. Gli individui con kuru e BSE mostrano sintomi di perdita del controllo motorio e comportamenti insoliti, come scoppi di risa incontrollati con kuru, seguiti dalla morte. Kuru è stato controllato inducendo la popolazione ad abbandonare il suo cannibalismo rituale.

D'altra parte, inizialmente si pensava che la BSE colpisse solo i bovini. È stato dimostrato che i bovini che muoiono a causa della malattia hanno sviluppato lesioni o "buchi" nel cervello, facendo assomigliare il tessuto cerebrale a una spugna. Più tardi nell'epidemia, tuttavia, è stato dimostrato che un'encefalopatia simile nell'uomo, nota come variante della malattia di Creutzfeldt-Jakob (MCJ), potrebbe essere acquisita mangiando carne di animali infetti da BSE, provocando divieti da parte di vari paesi sull'importazione di carni bovine britanniche e provocando notevoli danni economici all'industria della carne bovina britannica (Figura 21.17). L'ESB esiste ancora in varie aree e, sebbene sia una malattia rara, gli individui che contraggono la CJD sono difficili da trattare. La malattia può essere trasmessa da uomo a uomo attraverso il sangue, quindi molti paesi hanno vietato la donazione di sangue dalle regioni associate all'ESB.

La causa delle encefalopatie spongiformi, come kuru e BSE, è una variante strutturale infettiva di una normale proteina cellulare chiamata PrP (proteina prionica). È questa variante che costituisce la particella prionica. La PrP esiste in due forme, PrP c , la forma normale della proteina, e PrP sc , la forma infettiva. Una volta introdotta nel corpo, la PrP sc contenuta nel prione si lega alla PrP c e la converte in PrP sc . Questo porta ad un aumento esponenziale della proteina PrP sc, che si aggrega. La PrP sc è piegata in modo anomalo e la conformazione (forma) risultante è direttamente responsabile delle lesioni osservate nel cervello dei bovini infetti. Quindi, sebbene non senza alcuni detrattori tra gli scienziati, il prione sembra essere una forma completamente nuova di agente infettivo, il primo trovato la cui trasmissione non dipende da geni costituiti da DNA o RNA.

Viroidi

I viroidi sono patogeni delle piante: piccole particelle di RNA circolari a filamento singolo molto più semplici di un virus. Non hanno un capside o un involucro esterno, ma come i virus possono riprodursi solo all'interno di una cellula ospite. I viroidi, tuttavia, non producono alcuna proteina e producono solo una singola molecola di RNA specifica. Le malattie umane causate da viroidi devono ancora essere identificate.

È noto che i viroidi infettano le piante (Figura 21.18) e sono responsabili dei fallimenti dei raccolti e della perdita di milioni di dollari di entrate agricole ogni anno. Alcune delle piante che infettano includono patate, cetrioli, pomodori, crisantemi, avocado e palme da cocco.

Connessione di carriera

Virologo

La virologia è lo studio dei virus e un virologo è un individuo addestrato in questa disciplina. La formazione in virologia può portare a molti percorsi di carriera diversi. I virologi sono attivamente coinvolti nella ricerca accademica e nell'insegnamento nei college e nelle scuole di medicina. Alcuni virologi curano i pazienti o sono coinvolti nella generazione e produzione di vaccini. Potrebbero partecipare a studi epidemiologici (Figura 21.19) o diventare scrittori scientifici, per citare solo alcune possibili carriere.

Se pensi di essere interessato a una carriera in virologia, trova un mentore nel campo. Molti grandi centri medici hanno dipartimenti di virologia e gli ospedali più piccoli di solito hanno laboratori di virologia all'interno dei loro dipartimenti di microbiologia. Fai volontariato in un laboratorio di virologia per un semestre o lavora in uno durante l'estate. Discutere della professione e dare un'occhiata in prima persona al lavoro ti aiuterà a decidere se una carriera in virologia è giusta per te. Il sito Web dell'American Society of Virology è una buona risorsa per informazioni riguardanti la formazione e le carriere in virologia.

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    • Autori: Mary Ann Clark, Matthew Douglas, Jung Choi
    • Editore/sito web: OpenStax
    • Titolo del libro: Biologia 2e
    • Data di pubblicazione: 28 marzo 2018
    • Località: Houston, Texas
    • URL del libro: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • URL della sezione: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/21-4-other-acellular-entities-prions-and-viroids

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    Introduzione

    Uno dei modi più completi per studiare le basi molecolari della funzione cellulare è quantificare la presenza di molecole di RNA espresse da un dato tipo di cellula. Nel corso degli anni, il campo della genomica ha creato collettivamente diversi depositi di espressione genica in tutti gli stati biologici per facilitare l'esplorazione dei sistemi biologici. Per quanto riguarda le indagini sull'intero genoma degli RNA codificati, un numero di raccolte di cloni di cDNA parziali e complete sono state costruite e sequenziate in precedenza [1-6]. I dati risultanti sono stati utilizzati per l'annotazione del genoma, in particolare per costruire modelli genici (NCBI RefSeq [4], Ensembl trascritti [7], Trascrizione rappresentativa e set di proteine ​​(RTPS) [8]) e per l'esplorazione di geni attivi all'interno di specifici contesti (NCBI UniGene [4], DigiNorthern [9] e analisi interspecie basate su ontologie semplificate [10]). Tuttavia, la capacità di queste indagini di quantificare l'abbondanza di RNA è stata limitata principalmente a causa delle prestazioni di sequenziamento. Un altro approccio per valutare l'espressione genica è l'ibridazione con sonde pre-progettate (cioè microarray) [11-13]. Sono stati pubblicati migliaia di studi sui profili di espressione genica utilizzando microarray (Gene Expression Omnibus [14], ArrayExpress [15], CIBEX [16]) e raccolte di set di dati curati (GNF SymAtlas2 [17], EBI Gene expression atlas [18] , BioGPS [19]) sono diventati strumenti popolari per rilevare i livelli di espressione genica. Tuttavia, la copertura delle molecole di RNA identificabili e l'accuratezza della quantificazione sono limitate a causa del loro design della sonda, che si basa sulla conoscenza esistente delle specie di RNA.

    Il recente sviluppo di sequenziatori di nuova generazione ci consente di ottenere profili di RNA dell'intero genoma in modo completo, quantitativo e senza alcuna predeterminazione di ciò che dovrebbe essere espresso utilizzando metodi come l'analisi cap dell'espressione genica (CAGE) [20] e RNA-seq [ 21]. In particolare, una variazione del protocollo CAGE che utilizza un sequenziatore a singola molecola [22] consente di quantificare le attività del sito di inizio della trascrizione (TSS) alla risoluzione di una singola coppia di basi a partire da circa 100 ng di RNA totale. Abbiamo utilizzato questa tecnologia per catturare la regolazione della trascrizione attraverso diversi stati biologici delle cellule di mammifero nel progetto Functional Annotation of Mammalian Genomes 5 (FANTOM5) [23]. La collezione è composta da più di 1.000 campioni umani e di topo, la maggior parte dei quali deriva da cellule primarie. Questo è un set di dati unico per comprendere la trascrizione regolata nei tipi di cellule di mammifero. L'ampia copertura degli stati biologici consente ai ricercatori di trovare campioni di interesse e di ispezionare geni attivi o fattori di trascrizione nei loro contesti biologici. Il profilo completo della raccolta di campioni offre l'opportunità di cercare qualsiasi gene, fattore di trascrizione o RNA non codificante di interesse e di esaminare in quale contesto vengono attivati ​​attraverso gli stati cellulari dei mammiferi. I profili TSS basati su CAGE a risoluzione a base singola consentono la correlazione dell'attività di trascrizione con motivi di sequenza o caratteristiche epigenetiche. In studi precedenti, abbiamo generato profili TSS basati su CAGE in FANTOM3 [24,25] e FANTOM4 [26,27], ma la diversità degli stati biologici e le capacità di quantificazione erano piuttosto limitate a causa dello stato delle tecnologie a quel punto. Per facilitare l'esplorazione dei dati di FANTOM5 da varie prospettive, abbiamo preparato una serie di risorse computazionali, tra cui un archivio di dati curato e diversi sistemi di database, in modo che i ricercatori possano facilmente esplorare, esaminare ed estrarre i dati. Qui, introduciamo le risorse online con la struttura dei dati sottostante e descriviamo il loro potenziale utilizzo in più campi di ricerca. Questo lavoro fa parte del progetto FANTOM5. Download di dati, strumenti genomici e manoscritti co-pubblicati sono riassunti in [28].


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    Settimana 2: I sistemi cardiovascolare e polmonare

    BINGO SOBRE LA ANATOMÍA Y LA FISIOLOGÍA DEL APARATO CIRCOLATORIO


    Laboratorio 2: Microscopia e studio dei tessuti

    I tessuti sono composti da tipi simili di cellule che lavorano in modo coordinato per svolgere un compito comune e lo studio del livello tissutale dell'organizzazione biologica è istologia. Quattro tipi fondamentali di tessuti si trovano negli animali.

    L'epitelio è un tipo di tessuto la cui funzione principale è quella di coprire e proteggere le superfici corporee ma può anche formare dotti e ghiandole o essere specializzato per secrezione, escrezione, assorbimento e lubrificazione.

    I tessuti epiteliali sono classificati in base al numero di strati cellulari che compongono il tessuto e alla forma delle cellule. L'epitelio semplice è composto da un singolo strato di cellule mentre l'epitelio stratificato contiene diversi strati.

    Le vendite epiteliali possono essere piatte (squamose = "a squame"), a forma di cubo (cuboidali) o alte (colonnari). Quindi, per identificare correttamente il tipo di tessuto sono necessarie tre parole (es. epitelio colonnare semplice, epitelio stratificato, squamoso, ecc.

    Tessuto connettivo svolge funzioni così diverse come legatura, supporto, protezione, isolamento e trasporto. Nonostante la loro diversità, tutti i tessuti connettivi sono costituiti da cellule viventi incorporate in una matrice cellulare non vivente costituita da fibre extracellulari o da qualche tipo di sostanza fondamentale. Quindi, ciò che distingue i diversi tessuti connettivi è il tipo di matrice. Esempi di tessuto connettivo includono ossa, cartilagini, tendini, legamenti, tessuto connettivo lasso, tessuto adiposo (grasso) e persino sangue (sebbene alcune autorità classificherebbero il sangue come tessuto vascolare).

    Tessuto muscolare è specializzato per la contrazione. Esistono tre tipi di tessuto muscolare:

    1. Muscolo liscio (progettato per contrazioni lente, sostenute, involontarie) è costituito da cellule a forma di fuso con un nucleo per cellula.
    2. Scheletrico, o muscolo striato, che è associato a contrazioni volontarie, contiene cellule cilindriche con molti nuclei per cellula disposti in fasci.
    3. Cardiaco (cuore) muscolo è striato come il muscolo scheletrico, ma ogni cellula contiene un solo nucleo.

    Tessuto nervoso è specializzato per la ricezione di stimoli e la conduzione di impulsi nervosi. Il tessuto è composto da cellule nervose (neuroni), ognuna delle quali è costituita da un corpo cellulare e da processi cellulari che portano impulsi verso (dendriti) o lontano da (assoni) il corpo cellulare. Nelle pagine seguenti di questa unità di laboratorio, avrai l'opportunità di esaminare alcuni (dei molti) tipi di tessuto animale.

    In termini di comprensione del funzionamento del corpo animale multicellulare, tuttavia, dovresti renderti conto che i tessuti sono solo uno dei tanti livelli collegati di organizzazione biologica. I tessuti raramente funzionano da soli, ma invece sono raggruppati in organi. Gli organi sono combinati per formare sistemi di organi (ad esempio, il sistema circolatorio, il sistema nervoso, il sistema scheletrico, il sistema muscolare, il sistema escretore, il sistema riproduttivo, ecc.) che funzionano come un'unità integrata chiamata organismo.

    Nelle unità successive del sito Web Zoo Lab, ti verrà presentata la diversità della vita animale che risulta dall'interazione di tutti questi componenti chiave.

    Lab-2 01

    Questa diapositiva mostra una sezione sottile di pelle di rana. La porzione più esterna di questa pelle è composta da un singolo strato di cellule piatte (squamose) di forma irregolare, che dà il nome al tessuto. Nota: Stai visualizzando questa sezione dei tessuti dall'alto! Questa diapositiva mostra una sezione sottile di pelle di rana. La porzione più esterna di questa pelle è composta da un singolo strato di cellule piatte (squamose) di forma irregolare, che dà il nome al tessuto. Nota: Stai visualizzando questa sezione dei tessuti dall'alto!

    Lab-2 02

    Le frecce rosse e blu indicano un semplice tessuto epiteliale cuboidale

    Questa è una diapositiva di una sezione sottile presa dal rene di mammifero che mostra i numerosi dotti tubolari che costituiscono gran parte di questo organo. Le pareti di questi dotti (indicate dalle frecce rosse) sono costituite da semplici cellule epiteliali cuboidali, che di solito sono di forma esagonale ma possono apparire quadrate da una vista laterale. Notare anche la sottile parete di epitelio cubico semplice (indicato dalla freccia blu) che forma il bordo superiore di questa sezione.

    Lab-2 03

    1. Muscolo liscio (strato lungo)
    2. Muscolo liscio (strato circon.)
    3. Epitelio colonnare semplice
    4. Cella a calice
    5. Lume dell'intestino

    Questa diapositiva è una sezione trasversale dell'intestino tenue. Nel lume intestinale (spazio) si proiettano numerose proiezioni simili a dita chiamate villi, che funzionano per rallentare il passaggio del cibo e aumentare la superficie per l'assorbimento dei nutrienti. Il rivestimento di questi villi è uno strato di tessuto chiamato mucosa, costituito da semplici cellule epiteliali colonnari. Inframmezzate tra queste cellule colonnari ci sono cellule caliciformi che secernono muco nel lume dell'intestino. Durante la preparazione istologica di routine, il muco viene perso, lasciando un citoplasma chiaro o leggermente colorato. Sotto un sottile rivestimento esterno dell'intestino chiamato sierosa c'è uno spesso strato di cellule muscolari lisce chiamate muscolaris esterna. La muscolaris esterna è divisa in uno strato muscolare longitudinale esterno con cellule che corrono lungo l'asse dell'intestino e uno strato muscolare interno circolare le cui fibre circondano l'organo. La contrazione peristaltica di questi due strati muscolari mantiene il cibo in movimento attraverso il tratto digestivo.

    1- Muscolo liscio (strato lungo) e 2 - Muscolo liscio (strato circolare)

    3 - Epitelio colonnare semplice e 2 - Cella a calice

    Lab-2 04

    1. Cella a calice
    2. Cellule epiteliali colonnari
    3. Nucleo delle cellule epiteliali
    4. Lume dell'intestino

    Lab-2 06

    Questa diapositiva mostra una sezione trasversale dell'esofago, la prima porzione del tubo digerente che porta allo stomaco. Si noti che l'organo è rivestito da molti strati di cellule denominate collettivamente epitelio squamoso stratificato. Per convenzione, i tessuti epiteliali stratificati prendono il nome dalla forma delle loro cellule più esterne. Pertanto, sebbene gli strati più profondi e basali siano composti da cellule cuboidali e talvolta persino colonnari, quelle cellule in superficie sono di forma squamosa (piatta), che danno il nome al tessuto.

    1 - Epitelio squamoso stratificato

    Lab-2 07

    Lab-2 08

    Questa diapositiva mostra una sezione sottile di tessuto connettivo lasso (a volte chiamato tessuto areolare). Questo tipo di tessuto è ampiamente utilizzato in tutto il corpo per fissare la pelle, le membrane, i vasi sanguigni e i nervi, nonché per legare insieme muscoli e altri tessuti. Spesso riempie gli spazi tra il tessuto epiteliale, muscolare e nervoso, formando quello che è noto come lo stroma di un organo, mentre il termine parenchima si riferisce ai componenti funzionali di un organo. Il tessuto è costituito da una vasta rete di fibre secrete da cellule chiamate fibroblasti. Le più numerose di queste fibre sono le fibre di collagene più spesse e leggermente colorate (rosa) (1). Nella sezione si possono vedere anche fibre elastiche più sottili e di colorazione scura (2) composte dalla proteina elastina. s è una diapositiva di una sezione sottile prelevata dal rene di mammifero che mostra i numerosi dotti tubolari che costituiscono gran parte di questo organo. Le pareti di questi dotti (indicate dalle frecce rosse) sono costituite da semplici cellule epiteliali cuboidali, che di solito sono di forma esagonale ma possono apparire quadrate da una vista laterale. Notare anche la sottile parete di epitelio cubico semplice (indicato dalla freccia blu) che forma il bordo superiore di questa sezione.

    Lab-2 09
    1. Lume della trachea
    2. Epitelio colonnare pseudostratificato (ciliato)
    3. Cartilagine ialina (100x)
    4. Il tessuto adiposo

    Questa diapositiva che mostra una sezione trasversale della trachea dei mammiferi (trachea) contiene esempi di diversi tipi di tessuti. A sostenere la trachea c'è un anello di tessuto connettivo chiamato cartilagine ialina. I condrociti (cellule cartilaginee) che secernono questa matrice di supporto si trovano in spazi chiamati lacune.

    3 - Cartilagine ialina (100x)

    Lab-2 10

    1 - Cartilagine ialina (400x)

    Lab-2 11

    Lab-2 09

    1. lume della trachea
    2. Epitelio colonnare pseudostratificato (vista ravvicinata)
    3. Cartilagine ialina
    4. Il tessuto adiposo

    2 - Epitelio colonnare pseudostratificato (vista ravvicinata)

    Lab-2 12

    Lab-2 09

    1. lume della trachea
    2. Epitelio colonnare pseudostratificato (vista ravvicinata)
    3. Cartilagine ialina
    4. Tessuto adiposo (100x)

    4 - Tessuto adiposo (100x)

    Lab-2 10

    2 - Tessuto adiposo (400x)

    Lab-2 13

    Lab-2 14

    Questo vetrino contiene una sezione di osso compatto essiccato. Si noti che la matrice ossea è depositata in strati concentrici chiamati lamelle. L'unità di base della struttura nell'osso compatto è l'osteone. In ogni osteone, le lamelle sono disposte attorno a un canale Haversiano centrale che ospita nervi e vasi sanguigni nell'osso vivente. Gli osteociti (cellule ossee) si trovano in spazi chiamati lacune, che sono collegati da sottili tubuli ramificati chiamati canalicoli. Questi "piccoli canali" si irradiano dalle lacune per formare una vasta rete che collega le cellule ossee tra loro e all'apporto di sangue.

    Vista ravvicinata di un sistema Haversiano

    Lab-2 15

    Lab-2 16

    Questa è una diapositiva di un fascio di tessuto muscolare liscio che è stato separato per rivelare le singole cellule. Ognuna di queste cellule muscolari a forma di fuso ha un singolo nucleo allungato. Nella maggior parte degli animali, il tessuto muscolare liscio è disposto in strati circolari e longitudinali che agiscono in modo antagonistico per accorciare o allungare e restringere o espandere il corpo o l'organo. Per un esempio di tale disposizione, vedere i due strati muscolari lisci su una sezione trasversale dell'intestino dei mammiferi.

    Lab-2 17

    1. Epitelio squamoso stratificato
    2. Condotto composto da epitelio cubico semplice
    3. Muscolo scheletrico
    4. Il tessuto adiposo
    5. Tessuto connettivo denso irregolare

    Vista ravvicinata della lingua

    Lab-2 18

    Lab-2 20

    Questa diapositiva contiene una sezione di muscolo cardiaco, che è striato come il muscolo scheletrico ma adattato per contrazioni ritmiche involontarie come il muscolo liscio. Sebbene le miofibrille siano striate trasversalmente, ogni cellula ha un solo nucleo centrale. Notare le bande trasversali debolmente colorate, che sono chiamate dischi intercalati, (indicate dalle frecce blu) che segnano i confini tra le estremità delle cellule. Queste zone giunzionali specializzate sono uniche del muscolo cardiaco.

    Lab-2 19

    Lab-2 21

    Questo vetrino contiene una sezione longitudinale di un tendine, che è composto da tessuto connettivo regolare denso. Notare i fasci sistemati regolarmente di fibre di collagene ravvicinate che corrono nella stessa direzione, il che si traduce in un tessuto flessibile con una grande resistenza alle forze di trazione.

    Lab-2 22

    Poiché è costituito da un singolo strato di cellule squamose, l'epitelio squamoso semplice è adatto per una rapida diffusione e filtrazione. Queste cellule sembrano esagonali nella vista superficiale ma se viste di lato (come mostrato nell'immagine del modello sopra), appaiono piatte con rigonfiamenti dove si trovano i nuclei. L'epitelio squamoso semplice forma le pareti interne dei vasi sanguigni (endotelio), la parete della capsula di Bowman del rene, il rivestimento della cavità corporea e dei visceri (peritoneo parietale e viscerale) e le pareti delle sacche d'aria (alveoli) e dei dotti respiratori del polmone.

    Vista di superficie

    Lab-2 23

    Lab-2 24

    Le cellule epiteliali cubiche semplici sono solitamente a sei facce (a forma di cubo), ma appaiono quadrate nella vista laterale (come mostrato nell'immagine sopra del modello) e poligonali o esagonali se viste dall'alto. I loro nuclei sferici si colorano di scuro e spesso danno allo strato l'aspetto di una serie di perline. Questo tipo di tessuto è adatto alla secrezione e all'assorbimento. Può essere trovato in aree come i tubuli renali, la copertura dell'ovaio e come componente dei dotti di molte ghiandole.

    Visto dall'alto

    Lab-2 25

    Lab-2 26

    L'epitelio colonnare semplice è composto da cellule alte (colonnari) che sono strettamente imballate insieme. Visti dalla superficie appaiono esagonali ma se visti di lato (come mostrato nell'immagine del modello sopra), appaiono come una fila di rettangoli con i nuclei allungati spesso posti allo stesso livello, solitamente nella parte inferiore del cellula. Le cellule epiteliali colonnari semplici possono essere specializzate per la secrezione (come le cellule caliciformi che secernono uno strato protettivo di muco nell'intestino tenue), per l'assorbimento o per la protezione dall'abrasione. Le cellule epiteliali colonnari rivestono gran parte del tubo digerente, degli ovidotti e di molte ghiandole.

    Visto dalla superficie

    Lab-2 27

    Lab-2 28

    L'immagine a sinistra mostra un modello di epitelio colonnare pseudostratificato. Questo tipo di tessuto è costituito da un singolo strato di cellule che poggia su una membrana basale non cellulare che protegge l'epitelio. Il tessuto appare stratificato (presente in più strati) perché le cellule non sono tutte della stessa altezza e perché i loro nuclei (mostrati come strutture ovali nere) si trovano a livelli diversi. L'epitelio colonnare ciliato pseudostratificato riveste la trachea (trachea) e le vie respiratorie più grandi.

    Lab-2 29

    Il muscolo scheletrico è il tipo di tessuto muscolare più abbondante presente nel corpo dei vertebrati, costituendo almeno il 40% della sua massa. Sebbene sia spesso attivato da riflessi che funzionano automaticamente in risposta a uno stimolo esterno, il muscolo scheletrico è anche chiamato muscolo volontario perché è l'unico tipo soggetto a controllo cosciente. Poiché le fibre muscolari scheletriche hanno bande evidenti chiamate striature che possono essere osservate al microscopio, viene anche chiamato muscolo striato. Nota che le cellule muscolari scheletriche sono multinucleate, cioè ogni cellula ha più di un nucleo.

    Lab-2 30

    Il muscolo liscio è il più semplice dei tre tipi di muscolo. Si trova dove sono necessarie contrazioni lente, sostenute e involontarie come nel tratto digestivo, nel sistema riproduttivo e in altri organi interni. Le cellule muscolari lisce sono lunghe e a forma di fuso con un unico nucleo centrale. La muscolatura liscia è spesso disposta in due strati che corrono perpendicolari l'uno all'altro, uno strato circolare le cui fibre appaiono in sezione trasversale come mostrato nel modello sopra e uno strato longitudinale le cui fibre appaiono come le estremità di un cavo tagliato quando viste dall'alto.

    Lab-2 31

    Il muscolo cardiaco è striato come il muscolo scheletrico ma è adatto a contrazioni involontarie e ritmiche come il muscolo liscio. Le miofibrille sono striate trasversalmente, ma ogni cellula ha un solo nucleo centrale. Notare le bande trasversali blu scuro sul modello chiamate dischi intercalari che segnano i confini tra le estremità delle cellule muscolari. Queste zone giunzionali specializzate sono uniche del muscolo cardiaco.

    Lab-2 32

    Questo modello mostra una sezione trasversale di osso compatto. Si osservi che la matrice dell'osso si deposita in strati concentrici detti lamelle (5). L'unità di base della struttura in questo tipo di osso è il sistema Haversiano, o osteone. In ciascuno di questi osteoni, le lamelle sono disposte attorno a un canale Haversiano centrale (1) che ospita i nervi (4) e i vasi sanguigni (2, 3) nell'osso vivente. Osteociti o cellule ossee, (6) si trovano in spazi chiamati lacune (7) che sono collegati da sottili tubuli ramificati chiamati canalicoli (8). Questi "piccoli canali" si irradiano dalle lacune per formare una vasta rete, consentendo alle cellule ossee di comunicare tra loro e di scambiare metaboliti.

    Lab-2 33

    L'immagine sopra è quella di un neurone multipolare notevolmente ingrandito, il tipo più comune di neurone trovato negli esseri umani. Si noti che il corpo cellulare (1) contiene il nucleo (2) con il suo cospicuo nucleolo di colorazione scura (3). Le ramificazioni dal corpo cellulare sono estensioni citoplasmatiche chiamate processi delle cellule nervose. Nei motoneuroni (che conducono gli impulsi nervosi verso le cellule muscolari), questi processi consistono in un singolo assone lungo (4) e molti dendriti più corti (5).

    4 - Axon

    Lab-2 34

    Nota in questa vista ingrandita di un assone che è circondato da cellule specializzate chiamate cellule di Schwann (1) le cui membrane plasmatiche formano un rivestimento dell'assone chiamato neurilemma (2), che è mostrato in marrone sul modello. Queste cellule di Schwann secernono una guaina mielinica grassa (3), mostrata in giallo sul modello, che protegge e isola le fibre nervose l'una dall'altra e aumenta la velocità di trasmissione degli impulsi nervosi. Le cellule di Schwann adiacenti lungo un assone non si toccano, lasciando spazi nella guaina chiamati nodi di Ranvier a intervalli regolari (4).


    Parte 2: Canale del cloruro attivato dal calcio (CaCC) nell'enigmatica famiglia TMEM16

    00:00:0723 Ciao.
    00:00:0823 Sono LilyJan.
    00:00:1023 In questo secondo della serie in due parti sui nostri studi sui canali ionici, vi parlerò di
    00:00:1924 canali del cloruro attivati ​​dal calcio.
    00:00:2225 Questo fa parte di una collaborazione a lungo termine che ho avuto con Yuh-Nung Jan.
    00:00:2820 I canali del cloruro attivati ​​dal calcio sono stati identificati a livello molecolare solo in questo millennio,
    00:00:3620 circa un decennio fa, anche se questi canali sono stati studiati sin dagli anni '80
    00:00:4318 e sono stati associati a diverse funzioni importanti.
    00:00:5317 In questo discorso, esaminerò innanzitutto i modi in cui abbiamo identificato la molecola del canale,
    00:01:0016 e poi dirvi cosa abbiamo imparato sulla funzione di questi canali.
    00:01:0706 Per un canale di interesse, dove sappiamo della funzione ma non delle molecole che formano questi canali,
    00:01:1715 un approccio generale è identificare una ricca fonte per questo canale e
    00:01:2509 iniettare pool di RNA negli ovociti di Xenopus in modo che l'attività del canale possa essere rilevata
    00:01:3402 con registrazione degli ovociti.
    00:01:3705 E possiamo quindi suddividere questi pool di cDNA fino a ottenere un singolo clone per il canale.
    00:01:4613 Perché questo approccio funzioni, tuttavia, gli ovociti di Xenopus sono stati utilizzati come sistema di espressione
    00:01:5503 non può esprimere il canale di interesse.
    00:01:5727 Quindi, se iniettiamo acqua negli ovociti di Xenopus, non dovremmo vedere alcuna attività di canale.
    00:02:0701 Questo approccio alla clonazione delle espressioni è stato inizialmente sperimentato da Julius e Nakanishi.
    00:02:1521 E nei loro primi studi utilizzando questo approccio, hanno clonato un recettore accoppiato a proteine ​​G
    00:02:2413 che attiva una via di segnalazione che include l'attivazione della fosfolipasi C e
    00:02:3223 il rilascio di calcio dai depositi interni.
    00:02:3607 E si affidavano ai canali del cloruro attivati ​​dal calcio che sono endogeni al
    00:02:4217 Ovociti di Xenopus per segnalare l'attivazione di tutta questa via di segnalazione.
    00:02:5108 E sappiamo che questi canali del cloruro attivati ​​dal calcio negli ovociti di Xenopus
    00:02:5703 svolgono un'importante funzione, prevenire la polispermia.
    00:03:0124 E questi canali sono stati studiati nell'ovocita sin dagli anni '80.
    00:03:0806 E per questo motivo, sappiamo che gli ovociti di Xenopus non possono essere usati come sistema di espressione
    00:03:1505 per la clonazione di espressioni di CaCC.
    00:03:1812 E invece, Bjorn Schroeder è andato agli ovociti di axolotl che sono fisiologicamente polispermici.
    00:03:2902 E dopo aver trovato pochissima espressione di CaCC endogeno negli ootti di axolotl, Bjorn ha usato
    00:03:3716 questi ovociti come sistema di espressione e ovociti Xenopus come fonte di RNA per CaCC
    00:03:4708 per clonare un canale del cloruro attivato dal calcio.
    00:03:5125 E questo ha portato all'identificazione di Xenopus TMEM16A come CaCC.
    00:03:5816 E poi ha testato gli omologhi dei mammiferi e ha trovato quello di. nella famiglia con dieci membri,
    00:04:0509 TMEM16A e 16B hanno formato canali del cloruro attivati ​​dal calcio.
    00:04:1122 E più o meno nello stesso periodo, il gruppo di Oh in Corea e il gruppo di Galietta in Italia in modo indipendente
    00:04:2117 è giunto alla conclusione che TMEM16A forma canali del cloruro attivati ​​dal calcio,
    00:04:2816 ma utilizzando approcci molto diversi.
    00:04:3306 Da studi recenti, vediamo che TMEM16A è espresso in modo molto ampio nella periferia,
    00:04:4125 comprese le cellule epiteliali e le cellule muscolari lisce.
    00:04:4604 E TMEM16B è espresso in più regioni del cervello e anche nei neuroni sensoriali per
    00:04:5420 percezione olfattiva e nei fotorecettori.
    00:05:0005 Nei fotorecettori risiedono i canali del cloruro attivati ​​dal calcio formati da TMEM16B
    00:05:0817 alla sinapsi del nastro.
    00:05:1020 Si legano alla proteina di ancoraggio PSD95 e forniscono una regolazione del feedback negativo.
    00:05:1910 Nei neuroni odoranti, nelle ciglia dove l'odorante attiverà i recettori accoppiati a proteine ​​G,
    00:05:2626 che porta all'apertura di canali ionici ciclici dipendenti da nucleotidi che permeano
    00:05:3310 sia il calcio che altri ioni caricati positivamente come il sodio, il calcio si attiverà
    00:05:4203 canali del cloruro attivati ​​dal calcio.
    00:05:4426 Quindi, CaCC formato da TMEM16B fornisce l'amplificazione a basso rumore e ad alto guadagno del segnale odorizzante.
    00:05:5720 Nel sistema nervoso, vediamo che TMEM16A si trova nei neuroni sensoriali nei gangli delle radici dorsali.
    00:06:0720 Ma TMEM16B si trova in diverse regioni del cervello, nei neuroni centrali.
    00:06:1406 C'è una curiosa correlazione.
    00:06:1617 Le cellule che esprimono 16B tendono ad esprimere cotrasportatori di cloruro di potassio,
    00:06:2427 e queste cellule hanno una bassa concentrazione di cloruri all'interno.
    00:06:3004 E quindi i canali del cloro sono inibitori.
    00:06:3224 Ma nelle cellule come i gangli delle radici dorsali, e anche nei neuroni immaturi del cervello,
    00:06:4108 le cellule usano un trasportatore diverso, il cotrasportatore sodio-potassio-cloruro.
    00:06:4828 E queste cellule hanno un'alta concentrazione di cloruri e i canali del cloro sono eccitatori.
    00:06:5706 E questo vale per molte cellule diverse nella periferia, e anche per le cellule di altri organismi,
    00:07:0411 comprese le alghe verdi.
    00:07:0601 Sappiamo da studi degli anni '80 che nelle alghe verdi sono presenti canali del cloruro attivati ​​dal calcio.
    00:07:1517 E in realtà, questi sono i canali responsabili della generazione dei potenziali d'azione.
    00:07:2115 Non sono i canali del sodio.
    00:07:2326 E così possiamo vedere che i potenziali d'azione in queste alghe verdi sono più lenti.
    00:07:2922 Ci vogliono secondi anziché millisecondi, come nel caso dei potenziali d'azione nel
    00:07:3514 nervi e muscoli.
    00:07:3714 E questi sono stati chiamati calcio. come potenziale d'azione chimico perché
    00:07:4400 richiede l'aumento del calcio per indurre il potenziale d'azione.
    00:07:4917 E quando la luce è spenta, il calcio viene rilasciato dai cloroplasti.
    00:07:5826 E così possiamo vedere, quindi, c'è un progressivo accorciamento della latenza per il
    00:08:0408 generazione del potenziale d'azione.
    00:08:0711 E durante il potenziale d'azione, c'è un ulteriore aumento del calcio.
    00:08:1113 E questo risulterà in una pausa nello streaming citoplasmatico.
    00:08:1928 E queste sono cellule davvero grandi, come puoi vedere, nelle alghe verdi.
    00:08:2418 E lo streaming citoplasmatico è un modo per spostare, sai, gli organelli e i materiali
    00:08:3103 in giro per la cella.
    00:08:3411 Ora, torniamo al regno animale.
    00:08:3808 Negli epiteli delle vie aeree, vediamo due diversi tipi di canali del cloro sul lato apicale,
    00:08:4516 il lato luminale della cellula.
    00:08:4805 Uno è il canale del cloruro attivato dal calcio, formato da TMEM16A.
    00:08:5314 E l'altro è CFTR.
    00:08:5628 E questo è il canale collegato alla malattia della fibrosi cistica.
    00:09:0203 E questi canali del cloro sono responsabili del controllo, o partecipano al controllo,
    00:09:0919 dello spessore del liquido superficiale delle vie aeree, l'ASL.
    00:09:1520 E quel liquido, che riveste il lato luminale dell'epitelio, è molto importante per
    00:09:2322 clearance mucociliare dei patogeni nelle vie aeree.
    00:09:3018 Nelle vie aeree, questi canali del cloruro attivati ​​dal calcio formati da TMEM16A facilitano anche
    00:09:3900 il rilascio di mucina nel lume.
    00:09:4222 E dagli anni '80, abbiamo appreso da studi su diverse ghiandole esocrine che
    00:09:4926 I canali del cloruro attivati ​​dal calcio sono importanti per controllare la secrezione da,
    00:09:5616 sai, ghiandole salivari, ghiandole sudoripare e così via.
    00:10:0005 E queste ghiandole esprimono TMEM16A.
    00:10:0628 Nella muscolatura liscia, i canali del cloruro attivati ​​dal calcio possono essere attivati, ad esempio,
    00:10:1502 con il rilascio puntuale. un bolo di calcio dalle riserve interne.
    00:10:2201 E questo causerebbe i vicini canali del cloruro attivati ​​dal calcio sulla membrana cellulare
    00:10:2818 per aprirsi, portando a ciò che viene definito STIC: corrente interna transitoria spontanea.
    00:10:3700 Ciò causerà la depolarizzazione.
    00:10:3919 E questo porterà ulteriormente all'apertura di canali del calcio voltaggio-dipendenti.
    00:10:4321 Quindi, è un feedback positivo per sostenere l'aumento del calcio e la contrazione della muscolatura liscia.
    00:10:5500 Nell'intestino, nel tratto gastrointestinale, ci sono cellule chiamate
    00:11:0116 cellule interstiziali di Cajal.
    00:11:0416 Allo stesso modo, ci sono canali del cloruro attivati ​​dal calcio.
    00:11:0823 E quando c'è uno sbuffo di calcio dai depositi interni, questo genererà uno STIC,
    00:11:1518 segnato qui, questo piccolo aumento.
    00:11:1821 E questa depolarizzazione transitoria spontanea porterà poi all'apertura di
    00:11:2505 canali del calcio voltaggio-dipendenti e generano queste onde lente.
    00:11:3103 Le cellule interstiziali di Cajal sono in giunzioni gap, accoppiate elettricamente, con muscoli lisci.
    00:11:3815 Quindi, nell'intestino, c'è in realtà un'intera rete di cellule interstiziali di Cajal
    00:11:4514 accoppiati elettricamente tra loro e anche per muscoli lisci.
    00:11:5017 E la propagazione di queste onde lente controlla il movimento ritmico dello stomaco e dell'intestino.
    00:12:0002 Quindi, vediamo che nel controllo di tipo selvatico lo stomaco isolato subisce ancora una contrazione ritmica.
    00:12:0828 Ma nei topi mutanti, senza TMEM16A, il mus. lo stomaco non lo fa.
    00:12:1815 Non c'è movimento ritmico.
    00:12:2125 Quindi, nelle cellule interstiziali di Cajal, TMEM16A è responsabile o richiesto per la formazione
    00:12:3220 dell'attività del pacemaker, queste onde lente che controllano il movimento ritmico del tratto gastrointestinale.
    00:12:4120 Nelle cellule epiteliali, a TMEM16A e CFTR, di nuovo, sono sul lato luminale,
    00:12:5100 il lato apicale delle cellule epiteliali.
    00:12:5415 E quindi avendo questi due diversi canali del cloruro sullo stesso lato, il lato luminale
    00:13:0016 di cellule epiteliali nell'intestino e anche nelle vie aeree,
    00:13:0523 ha sollevato la prospettiva che forse l'attivazione dei canali del cloruro attivati ​​dal calcio potrebbe essere un modo per
    00:13:1514 ridurre o migliorare alcuni dei sintomi dei pazienti con fibrosi cistica.
    00:13:2418 Come ho detto, TMEM16A è espresso in modo molto ampio in diversi tessuti epiteliali.
    00:13:3115 E in queste cellule epiteliali, la proteina canale è sulla membrana cellulare e anche
    00:13:3720 sulla superficie delle ciglia, inclusi i microvilli.
    00:13:4307 E per chiedere cosa potrebbero fare questi canali, o quali funzioni potrebbero avere questi canali
    00:13:4924 negli epiteli, Mu He ha espresso un sensore di cloruro, una proteina fluorescente, nelle cellule epiteliali,
    00:13:5724 e ho scoperto che la fluorescenza cambia con la concentrazione di cloruro esterna.
    00:14:0504 La riduzione della concentrazione di cloruro provocherà un aumento della fluorescenza.
    00:14:0924 E ripristinare la maggiore concentrazione di cloruro causerà una caduta, un calo dell'intensità della fluorescenza.
    00:14:1806 E così il fluoro. l'intensità della fluorescenza è inversamente proporzionale a
    00:14:2411 la concentrazione di cloruro nel citosol.
    00:14:2806 E nelle cellule mutanti senza 16A, quelle rosa o le cellule di controllo trattate con
    00:14:3814 un bloccante di questo canale, c'è una riduzione dell'intensità della fluorescenza.
    00:14:4417 Quindi, vediamo che il canale in queste cellule controlla l'omeostasi del cloruro.
    00:14:5104 Quindi, senza l'attività del canale, la concentrazione di cloruro citoplasmatico è più alta.
    00:15:0008 E per vedere le conseguenze della variazione della concentrazione di cloruro,
    00:15:0616 una cosa Mu He ha notato è che il riciclaggio del traffico di endosomi dipende dalla concentrazione di cloruro.
    00:15:1515 Quindi, ridurre la concentrazione di cloruro aumenterà l'aspetto di E-caderina
    00:15:2217 nell'endosoma del riciclaggio.
    00:15:2524 E il riciclaggio della caderina elettronica è un processo che avviene continuamente.
    00:15:3126 Ciò consente alle cellule di riorganizzare le giunzioni aderenti formate dalla caderina E.
    00:15:3927 E questo è particolarmente importante quando le cellule stanno regolando la loro disposizione
    00:15:4621 con i vicini, come nel caso dell'embriogenesi, durante lo sviluppo.
    00:15:5125 Quindi, nelle prime fasi, in questi pannelli, vediamo che le cellule epiteliali sono ancora in una fase
    00:16:0200 di proliferazione attiva.
    00:16:0420 E si ammassano l'uno contro l'altro, principalmente come pentagoni, con cinque spigoli.
    00:16:1122 E più tardi nello sviluppo, poi questi epiteli si sono stabilizzati e impacchettati come esagoni, in una forma a nido d'ape.
    00:16:2318 E nei topi mutanti senza TMEM16A, questa transizione da. alla forma stabile degli epiteli
    00:16:3423 è carente.
    00:16:3615 Non vediamo questa transizione agli esagoni.
    00:16:3922 Questo molto probabilmente è il risultato dell'alterazione nel riciclaggio di E-caderina che è richiesta
    00:16:4905 per il reimballaggio delle cellule epiteliali.
    00:16:5311 E l'altro effetto o controllo mediato dalla concentrazione di cloruro nel citoplasma è
    00:17:0213 il traffico di endosomi da riciclo nella regione pericentriolare.
    00:17:0828 E gli endosomi di riciclaggio in questa regione sono in realtà la fornitura di membrane,
    00:17:1511 la fonte della membrana per la ciliogenesi, per la formazione delle ciglia primarie.
    00:17:2115 E questo spiega perché nei mutanti, in più tessuti, vediamo ciglia primarie molto più corte.
    00:17:3424 E ora che abbiamo esaminato alcune delle funzioni fisiologiche,
    00:17:3909 Cambierò marcia e parlerò di come funzionano questi canali.
    00:17:4416 Nel nostro recente studio in collaborazione con il mio collega UCSF, Yifan Cheng, abbiamo visto
    00:17:5200 il canale. nella struttura, con analisi crio-EM.
    00:17:5807 Vediamo che la proteina forma un dimero.
    00:18:0202 E in realtà ci sono lipidi molto ben organizzati, contrassegnati in rosso, all'interfaccia.
    00:18:0927 E vediamo due ioni calcio in ogni monomero.
    00:18:1411 E sono abbastanza vicini al punto in cui si trova il poro.
    00:18:1802 Quindi, i due ioni calcio sono coordinati da cinque residui acidi più un'asparagina.
    00:18:2825 E proprio accanto al sito di legame del calcio c'è il poro.
    00:18:3320 È formato da sei dei dieci segmenti transmembrana.
    00:18:3927 E tre dei sei sono i segmenti transmembrana che includono i siti di legame del calcio,
    00:18:4606 i residui acidi e l'asparagina.
    00:18:5109 Quando abbiamo mutato i residui che rivestono il poro, abbiamo trovato un gruppo di residui vicino
    00:19:0024 la costrizione dei pori che svolgono un ruolo nella chiusura del canale, e quindi anche residui di rivestimento dei pori
    00:19:0815 lungo tutto il poro che sono importanti per la permeazione degli anioni.
    00:19:1320 Quindi, sostituendo uno qualsiasi di questi residui di rivestimento dei pori, tutti e dieci, con alanina,
    00:19:2301 uno alla volta, vediamo che la permeabilità allo ioduro rispetto alla permeabilità al cloruro è alterata,
    00:19:3020 indicando che questi residui lungo il poro interagiscono con gli anioni nel poro per controllarne la permeazione.
    00:19:4305 E il gruppo di residui che si trova vicino al sito di costrizione sembra influenzare
    00:19:5211 la stabilità della proteina nello stato aperto rispetto allo stato chiuso del canale.
    00:19:5808 In modo che le mutazioni dell'alanina di questi residui alterino l'apparente sensibilità al calcio
    00:20:0525 del canale per l'attivazione.
    00:20:1122 Una caratteristica distintiva nota sin dagli anni '80 è indicata dai triangoli blu
    00:20:2126 e i diamanti rossi nella relazione corrente-tensione.
    00:20:2719 E questo è quando la concentrazione di calcio nel citosol è bassa, il canale mostra
    00:20:3412 dipendenza dalla tensione molto forte.
    00:20:3701 Ma quando la concentrazione di calcio è molto più alta, c'è una relazione lineare tra corrente e tensione.
    00:20:4313 C'è pochissima dipendenza dal voltaggio.
    00:20:4526 Il nostro recente studio, riportato quest'anno su Nature. in Neuron, fornisce ulteriori informazioni sul modo in cui
    00:20:5520 il canale funziona.
    00:20:5802 Vediamo che molto probabilmente il canale ha in realtà due diversi stati aperti.
    00:21:0408 Quando il canale, o ogni monomero, ha un legame con il calcio, è altamente dipendente dal voltaggio,
    00:21:1313 quindi il canale è chiuso a meno che non ci sia depolarizzazione.
    00:21:1928 E così quando la membrana è depolarizzata a un valore più positivo, vediamo una corrente istantanea.
    00:21:2705 Questo riflette questo stato aperto.
    00:21:3122 E fisiologicamente, il significato di questo singolo. il canale occupato singolarmente è quello
    00:21:4400 questi canali non influenzeranno realmente il potenziale di membrana a riposo, ma lo faranno
    00:21:4925 modulano il potenziale sinaptico eccitatorio e anche il potenziale d'azione.
    00:21:5520 Perché, durante quei potenziali sinaptici o potenziali d'azione, ci sarà depolarizzazione.
    00:22:0311 Ora, se osserviamo la curva verde e la curva blu, vediamo che solo avendo
    00:22:1022 diversi anioni che passano attraverso il poro, l'attività del canale è diversa.
    00:22:1722 E quindi lo ioduro avrà un effetto maggiore nel potenziare l'attività del canale rispetto
    00:22:2508 al cloruro.
    00:22:2713 Quindi questa è una forma di feedback positivo.
    00:22:3104 Una volta che il canale è aperto e gli anioni passano attraverso il poro,
    00:22:3517 potenzierà effettivamente l'attività del canale.
    00:22:4013 E poi vediamo in questo esperimento sul voltaggio con depolarizzazione prolungata,
    00:22:4800 c'è un graduale aumento dell'attività del canale.
    00:22:5119 E questo riflette l'occupazione del secondo sito di legame del calcio.
    00:22:5703 E quando il canale ha entrambi i siti di legame del calcio occupati, passa a un altro
    00:23:0414 conformazione aperta che non mostra alcuna dipendenza dalla tensione.
    00:23:0804 E questa maggiore attività è anche importante dal punto di vista fisiologico.
    00:23:1402 Quindi, vediamo in studi recenti, in questo caso la registrazione dei neuroni dell'oliva inferiore,
    00:23:2322 la rimozione del canale del cloruro attivato dal calcio formato da TMEM16B altererà la forma d'onda del potenziale d'azione,
    00:23:3122 la durata e anche la postiperpolarizzazione.
    00:23:3620 E in questo altro esempio, sta registrando dai neuroni talamocorticali,
    00:23:4403 fa notare che con una depolarizzazione prolungata e tutta una serie di potenziali d'azione generati,
    00:23:5314 questa prolungata depolarizzazione e ingresso di calcio durante il potenziale d'azione
    00:24:0006 porterà ad una frazione progressivamente maggiore, o ad un numero maggiore, dei canali del cloruro attivati ​​dal calcio
    00:24:1104 occupando entrambi i siti di legame del calcio ed entrando in uno stato più attivo.
    00:24:2126 E questo porterà a una progressiva diminuzione della frequenza di fuoco.
    00:24:2716 E questo è il fenomeno noto come adattamento della frequenza di picco.
    00:24:3621 Questo fa capire che nei mammiferi la famiglia di TMEM16
    00:24:4426 -- TMEM sta per proteina transmembrana con funzione sconosciuta --
    00:24:5101 sappiamo che 16A e 16B formano canali del cloruro attivati ​​dal calcio.
    00:24:5608 È stato abbastanza sorprendente vedere che le funzioni degli altri membri della famiglia sono davvero molto diverse.
    00:25:0406 Non sono tutti canali del cloruro attivati ​​dal calcio.
    00:25:0921 Quando scendiamo nell'elenco, abbiamo scoperto che TMEM16C si comporta come una subunità ausiliaria di
    00:25:1715 un canale del potassio, un canale del potassio attivato dal sodio.
    00:25:2205 Quindi, avere. il canale ha sia la subunità alfa che la subunità beta, TMEM16C,
    00:25:3019 e avrà una maggiore sensibilità al sodio e anche una maggiore stabilità.
    00:25:3502 Quindi, nei neuroni sensoriali dei gangli della radice dorsale, nel tipo selvatico ci sono
    00:25:4309 molti di più di questi canali e maggiori correnti di potassio attivate dal sodio rispetto al TMEM.
    00:25:5010 negli animali senza TMEM16C.
    00:25:5513 E il risultato finale è eliminare TMEM16C aumenterà l'eccitabilità di questi neuroni sensoriali
    00:26:0419 e aumenta anche la sensibilità al dolore dell'animale.
    00:26:1203 E un altro esempio è TMEM16F.
    00:26:1424 Risulta essere associato, collegato, a una malattia umana che è un disturbo emorragico
    00:26:2225 nota come sindrome di Scott.
    00:26:2516 E la funzione di TMEM16F è necessaria per l'attività della scramblasi lipidica attivata dal calcio
    00:26:3502 nelle cellule piastriniche e in altri tipi di cellule.
    00:26:3904 E la mescolanza dei lipidi nel doppio strato lipidico consente ai lipidi contrassegnati in rosso,
    00:26:4619 la fosfatidilserina, da esporre alla superficie cellulare.
    00:26:5112 E serve come piattaforma di atterraggio per i fattori tissutali.
    00:26:5611 E questo alla fine porta alla produzione di trombina e alla coagulazione del sangue.
    00:27:0515 E per gli altri membri, probabilmente le funzioni saranno intriganti ma piuttosto diverse.
    00:27:1208 Quindi, queste sono tutte domande ancora aperte.
    00:27:1512 Quindi, per questo studio sulla famiglia TMEM16, Bjorn Schroeder ha usato quegli ovociti axolotl per
    00:27:2600 clonazione dell'espressione del canale.
    00:27:2920 E quindi TMEM16A e B sono i canali del cloruro attivati ​​dal calcio.
    00:27:3515 Fen Huang ha condotto lo studio di TMEM16C che si è rivelato essere una subunità ausiliaria di un canale del potassio.
    00:27:4516 Andrew Kim e Huanghe Yang hanno condotto lo studio iniziale dal nostro laboratorio su TMEM16F che è collegato
    00:27:5328 al disturbo emorragico.
    00:27:5514 Jason Tien, John Gilchrist, Mu He, Shengjie Feng e Chris Peters hanno fatto
    00:28:0409 i più recenti studi biofisici e fisiologici, incluso lo studio cryo EM in collaborazione
    00:28:1207 con Yifan Cheng.
    00:28:1404 E molti altri colleghi della UCSF, inclusi Dan Minor, Charly Craik e Michael Grabe.
    00:28:2319 Lo studio sul dolore è stato fatto insieme ad Allan Basbaum.
    00:28:2811 E il disturbo emorragico. sai, lo studio sulla coagulazione del sangue è stato fatto in collaborazione
    00:28:3614 con Shawn Coughlin.
    00:28:3821 E tutto questo è una collaborazione a lungo termine con Yuh-Nung Jan.
    00:28:4227 E lo studio è stato supportato dall'Howard Hughes Medical Institute, NIH,
    00:28:4927 e una serie di borse di studio post-dottorato.
    00:28:5300 Grazie.

    • Parte 1: Introduzione ai canali ionici: uno sguardo ravvicinato al ruolo e alla funzione dei canali del potassio

    Contenuti

    Il fisiologo inglese del XIX secolo Sydney Ringer sviluppò soluzioni saline contenenti cloruri di sodio, potassio, calcio e magnesio adatte a mantenere il battito di un cuore animale isolato fuori dal corpo. [3] Nel 1885, Wilhelm Roux rimosse una porzione della placca midollare di un pollo embrionale e la mantenne in una soluzione salina calda per diversi giorni, stabilendo il principio della coltura tissutale. [4] Ross Granville Harrison, che lavorava alla Johns Hopkins Medical School e poi alla Yale University, pubblicò i risultati dei suoi esperimenti dal 1907 al 1910, stabilendo la metodologia della coltura tissutale. [5]

    Le tecniche di coltura cellulare sono state notevolmente avanzate negli anni '40 e '50 per supportare la ricerca in virologia. La crescita dei virus nelle colture cellulari ha consentito la preparazione di virus purificati per la produzione di vaccini. Il vaccino antipolio iniettabile sviluppato da Jonas Salk è stato uno dei primi prodotti prodotti in serie utilizzando tecniche di coltura cellulare. Questo vaccino è stato reso possibile dalla ricerca sulle colture cellulari di John Franklin Enders, Thomas Huckle Weller e Frederick Chapman Robbins, che hanno ricevuto un premio Nobel per la scoperta di un metodo per far crescere il virus nelle colture di cellule renali di scimmia.

    Isolamento delle celle Modifica

    Le cellule possono essere isolate dai tessuti per ex vivo cultura in diversi modi. Le cellule possono essere facilmente purificate dal sangue, tuttavia solo i globuli bianchi sono in grado di crescere in coltura. Le cellule possono essere isolate dai tessuti solidi digerendo la matrice extracellulare utilizzando enzimi come collagenasi, tripsina o pronasi, prima di agitare il tessuto per rilasciare le cellule in sospensione. [6] [7] In alternativa, pezzi di tessuto possono essere collocati in terreni di crescita e le cellule che crescono sono disponibili per la coltura. Questo metodo è noto come coltura di espianti.

    Le cellule coltivate direttamente da un soggetto sono note come cellule primarie. Ad eccezione di alcuni derivati ​​da tumori, la maggior parte delle colture cellulari primarie ha una durata di vita limitata.

    Una linea cellulare stabilizzata o immortalata ha acquisito la capacità di proliferare indefinitamente attraverso mutazioni casuali o modificazioni deliberate, come l'espressione artificiale del gene della telomerasi. Numerose linee cellulari sono ben consolidate come rappresentative di particolari tipi cellulari.

    Mantenimento delle cellule in coltura Modifica

    Per la maggior parte delle cellule primarie isolate, subiscono il processo di senescenza e smettono di dividersi dopo un certo numero di raddoppi di popolazione, mantenendo generalmente la loro vitalità (descritta come limite di Hayflick).

    A parte la temperatura e la miscela di gas, il fattore più comunemente variato nei sistemi di coltura è il mezzo di crescita cellulare. Le ricette per i terreni di crescita possono variare in termini di pH, concentrazione di glucosio, fattori di crescita e presenza di altri nutrienti. I fattori di crescita utilizzati per integrare i terreni sono spesso derivati ​​dal siero del sangue animale, come il siero fetale bovino (FBS), il siero bovino di vitello, il siero equino e il siero suino. Una complicazione di questi ingredienti derivati ​​dal sangue è la potenziale contaminazione della coltura con virus o prioni, in particolare nelle applicazioni di biotecnologia medica. La pratica attuale consiste nel ridurre al minimo o eliminare l'uso di questi ingredienti ove possibile e utilizzare il lisato piastrinico umano (hPL). [8] Ciò elimina la preoccupazione della contaminazione tra specie quando si utilizza FBS con cellule umane. hPL è emerso come un'alternativa sicura e affidabile come sostituto diretto di FBS o altro siero animale. Inoltre, è possibile utilizzare terreni chimicamente definiti per eliminare qualsiasi traccia di siero (umano o animale), ma ciò non può sempre essere ottenuto con tipi di cellule differenti. Strategie alternative prevedono l'approvvigionamento di sangue animale da paesi con un rischio minimo di BSE/TSE, come Stati Uniti, Australia e Nuova Zelanda, [9] e l'utilizzo di concentrati di nutrienti purificati derivati ​​dal siero al posto del siero animale intero per la coltura cellulare. [10]

    La densità di placcatura (numero di cellule per volume di terreno di coltura) svolge un ruolo critico per alcuni tipi di cellule. Ad esempio, una densità di placcatura inferiore fa sì che le cellule della granulosa mostrino la produzione di estrogeni, mentre una densità di placcatura più elevata le fa apparire come cellule di teca luteina che producono progesterone. [11]

    Le cellule possono essere coltivate sia in sospensione che in colture aderenti. Alcune cellule vivono naturalmente in sospensione, senza essere attaccate a una superficie, come le cellule che esistono nel flusso sanguigno.Ci sono anche linee cellulari che sono state modificate per essere in grado di sopravvivere in colture in sospensione in modo che possano essere coltivate a una densità maggiore di quella consentita dalle condizioni aderenti. Le cellule aderenti richiedono una superficie, come la plastica di coltura tissutale o il microcarrier, che può essere rivestita con componenti della matrice extracellulare (come collagene e laminina) per aumentare le proprietà di adesione e fornire altri segnali necessari per la crescita e la differenziazione. La maggior parte delle cellule derivate da tessuti solidi sono aderenti. Un altro tipo di coltura aderente è la coltura organotipica, che prevede la crescita di cellule in un ambiente tridimensionale (3D) rispetto ai piatti di coltura bidimensionali. Questo sistema di coltura 3D è biochimicamente e fisiologicamente più simile a in vivo tessuto, ma è tecnicamente difficile da mantenere a causa di molti fattori (ad esempio la diffusione). [12]

    Terreni basali per colture cellulari Modifica

    Esistono diversi tipi di terreni di coltura cellulare che vengono utilizzati di routine nelle scienze della vita, inclusi i seguenti:

    Componenti dei terreni di coltura cellulare Modifica

    Componente Funzione
    Fonte di carbonio (glucosio/glutammina) Fonte d'energia
    Amminoacido Elementi costitutivi delle proteine
    Vitamine Promuove la sopravvivenza e la crescita cellulare
    Soluzione salina bilanciata Una miscela isotonica di ioni per mantenere una pressione osmotica ottimale all'interno delle cellule e fornire ioni metallici essenziali per agire come cofattori per reazioni enzimatiche, adesione cellulare ecc.
    colorante rosso fenolo Indicatore di pH. Il colore del rosso fenolo cambia da arancione/rosso a pH 7-7,4 a giallo a pH acido (più basso) e viola a pH basico (più alto).
    Bicarbonato/tampone HEPES È usato per mantenere un pH equilibrato nei media

    Condizioni tipiche di crescita Modifica

    Contaminazione incrociata della linea cellulare Modifica

    La contaminazione incrociata della linea cellulare può essere un problema per gli scienziati che lavorano con cellule in coltura. [13] Gli studi suggeriscono che nel 15-20% delle volte le cellule utilizzate negli esperimenti sono state identificate erroneamente o contaminate con un'altra linea cellulare. [14] [15] [16] Problemi con la contaminazione incrociata della linea cellulare sono stati rilevati anche nelle linee del pannello NCI-60, che vengono utilizzate di routine per gli studi di screening dei farmaci. [17] [18] I principali archivi di linee cellulari, tra cui l'American Type Culture Collection (ATCC), la European Collection of Cell Cultures (ECACC) e la German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ), hanno ricevuto proposte di linee cellulari da ricercatori che sono stati erroneamente identificati da loro. [17] [19] Tale contaminazione pone un problema per la qualità della ricerca prodotta utilizzando linee di coltura cellulare e i principali archivi stanno ora autenticando tutte le linee cellulari inviate. [20] ATCC utilizza l'impronta digitale del DNA a ripetizione breve in tandem (STR) per autenticare le sue linee cellulari. [21]

    Per affrontare questo problema della contaminazione incrociata delle linee cellulari, i ricercatori sono incoraggiati ad autenticare le loro linee cellulari in un primo momento per stabilire l'identità della linea cellulare. L'autenticazione deve essere ripetuta prima del congelamento degli stock di linee cellulari, ogni due mesi durante la coltura attiva e prima di qualsiasi pubblicazione dei dati di ricerca generati utilizzando le linee cellulari. Per identificare le linee cellulari vengono utilizzati molti metodi, tra cui l'analisi degli isoenzimi, la tipizzazione dell'antigene linfocitario umano (HLA), l'analisi cromosomica, il cariotipo, la morfologia e l'analisi STR. [21]

    Un importante contaminante incrociato della linea cellulare è la linea cellulare immortale HeLa.

    Altri problemi tecnici Modifica

    Poiché le cellule generalmente continuano a dividersi in coltura, generalmente crescono per riempire l'area o il volume disponibili. Questo può generare diversi problemi:

    • Esaurimento dei nutrienti nei terreni di crescita
    • Variazioni del pH dei terreni di crescita
    • Accumulo di cellule apoptotiche/necrotiche (morte)
    • Il contatto cellula-cellula può stimolare l'arresto del ciclo cellulare, causando l'interruzione della divisione delle cellule, nota come inibizione del contatto.
    • Il contatto cellula-cellula può stimolare la differenziazione cellulare. e alterazioni epigenetiche, con una selezione naturale delle cellule alterate che potenzialmente porta alla crescita eccessiva di cellule anormali adattate alla coltura con ridotta differenziazione e aumentata capacità proliferativa. [22]

    La scelta del mezzo di coltura potrebbe influenzare la rilevanza fisiologica dei risultati degli esperimenti di coltura cellulare a causa delle differenze nella composizione e nelle concentrazioni dei nutrienti. [23] Recentemente è stato mostrato un bias sistematico nei set di dati generati per gli schermi di silenziamento genico CRISPR e RNAi, [24] e per il profilo metabolico delle linee cellulari tumorali. [23] L'utilizzo di un mezzo di crescita che rappresenta meglio i livelli fisiologici dei nutrienti può migliorare la rilevanza fisiologica degli studi in vitro e recentemente sono stati sviluppati tali tipi di terreni, come Plasmax [25] e Human Plasma Like Medium (HPLM), [26].

    Manipolazione di cellule in coltura Modifica

    Tra le manipolazioni comuni eseguite sulle cellule di coltura ci sono i cambiamenti dei media, le cellule di passaggio e le cellule trasfettanti. Questi sono generalmente eseguiti utilizzando metodi di coltura tissutale che si basano su una tecnica asettica. La tecnica asettica mira ad evitare la contaminazione con batteri, lieviti o altre linee cellulari. Le manipolazioni vengono generalmente eseguite in una cappa di biosicurezza o in una cappa a flusso laminare per escludere i microrganismi contaminanti. Ai terreni di coltura possono essere aggiunti anche antibiotici (es. penicillina e streptomicina) e antimicotici (es. anfotericina B e soluzione Antibiotico-Antimicotica).

    Man mano che le cellule subiscono processi metabolici, viene prodotto acido e il pH diminuisce. Spesso al terreno viene aggiunto un indicatore di pH per misurare l'esaurimento dei nutrienti.

    Modifiche ai media Modifica

    Nel caso di colture aderenti, il terreno può essere rimosso direttamente per aspirazione e quindi sostituito. I cambiamenti dei terreni nelle colture non aderenti comportano la centrifugazione della coltura e la risospensione delle cellule in terreni freschi.

    Celle di passaggio Modifica

    Il passaggio (noto anche come sottocoltura o divisione delle cellule) comporta il trasferimento di un piccolo numero di cellule in un nuovo vaso. Le cellule possono essere coltivate per un tempo più lungo se vengono divise regolarmente, poiché evita la senescenza associata a un'elevata densità cellulare prolungata. Le colture in sospensione sono facilmente trasferibili con una piccola quantità di coltura contenente poche cellule diluite in un volume maggiore di terreno fresco. Per le colture aderenti, le cellule devono prima essere distaccate, questo è comunemente fatto con una miscela di tripsina-EDTA, tuttavia, sono ora disponibili altre miscele di enzimi per questo scopo. Un piccolo numero di cellule distaccate può quindi essere utilizzato per seminare una nuova coltura. Alcune colture cellulari, come le cellule RAW, vengono raschiate meccanicamente dalla superficie del loro recipiente con raschietti di gomma.

    Trasfezione e trasduzione Modifica

    Un altro metodo comune per manipolare le cellule prevede l'introduzione di DNA estraneo mediante trasfezione. Questo viene spesso eseguito per far sì che le cellule esprimano un gene di interesse. Più recentemente, la trasfezione di costrutti di RNAi è stata realizzata come un meccanismo conveniente per sopprimere l'espressione di un particolare gene/proteina. Il DNA può anche essere inserito nelle cellule usando virus, in metodi denominati trasduzione, infezione o trasformazione. I virus, in quanto agenti parassiti, sono adatti a introdurre il DNA nelle cellule, poiché questo fa parte del loro normale corso di riproduzione.

    Linee cellulari umane stabilite Modifica

    Le linee cellulari che hanno origine dall'uomo sono state alquanto controverse in bioetica, poiché potrebbero sopravvivere al loro organismo genitore e in seguito essere utilizzate nella scoperta di trattamenti medici redditizi. Nella decisione pionieristica in questo settore, la Corte Suprema della California ha tenuto in Moore v. Regents dell'Università della California che i pazienti umani non hanno diritti di proprietà su linee cellulari derivate da organi prelevati con il loro consenso. [27]

    È possibile fondere cellule normali con una linea cellulare immortalizzata. Questo metodo viene utilizzato per produrre anticorpi monoclonali. In breve, i linfociti isolati dalla milza (o eventualmente dal sangue) di un animale immunizzato vengono combinati con una linea cellulare di mieloma immortale (linea cellulare B) per produrre un ibridoma che ha la specificità anticorpale del linfocita primario e l'immortalità del mieloma. Il mezzo di crescita selettivo (HA o HAT) viene utilizzato per selezionare contro le cellule di mieloma non fuse. I linfociti primari muoiono rapidamente in coltura e sopravvivono solo le cellule fuse. Questi vengono selezionati per la produzione dell'anticorpo richiesto, generalmente all'inizio in pool e poi dopo la singola clonazione.

    Ceppi cellulari Modifica

    Un ceppo cellulare è derivato da una coltura primaria o da una linea cellulare mediante la selezione o il clonaggio di cellule aventi proprietà o caratteristiche specifiche che devono essere definite. I ceppi cellulari sono cellule che sono state adattate alla coltura ma, a differenza delle linee cellulari, hanno un potenziale di divisione finito. Le cellule non immortalizzate smettono di dividersi dopo 40-60 raddoppi di popolazione [28] e, successivamente, perdono la capacità di proliferare (un evento geneticamente determinato noto come senescenza). [29]

    La coltura di massa di linee cellulari animali è fondamentale per la produzione di vaccini virali e altri prodotti della biotecnologia. La coltura di cellule staminali umane viene utilizzata per espandere il numero di cellule e differenziare le cellule in vari tipi di cellule somatiche per il trapianto. [30] La coltura di cellule staminali viene anche utilizzata per raccogliere le molecole e gli esosomi che le cellule staminali rilasciano ai fini dello sviluppo terapeutico. [31]

    I prodotti biologici prodotti dalla tecnologia del DNA ricombinante (rDNA) in colture di cellule animali includono enzimi, ormoni sintetici, immunobiologici (anticorpi monoclonali, interleuchine, linfochine) e agenti antitumorali. Sebbene molte proteine ​​più semplici possano essere prodotte utilizzando l'rDNA in colture batteriche, attualmente le proteine ​​più complesse che sono glicosilate (modificate con carboidrati) devono essere prodotte nelle cellule animali. Un esempio importante di una proteina così complessa è l'ormone eritropoietina. Il costo della coltivazione di colture cellulari di mammifero è elevato, quindi sono in corso ricerche per produrre proteine ​​così complesse in cellule di insetto o in piante superiori, l'uso di singole cellule embrionali e di embrioni somatici come fonte per il trasferimento genico diretto tramite bombardamento di particelle, espressione genica di transito e l'osservazione al microscopio confocale è una delle sue applicazioni. Offre anche la conferma dell'origine unicellulare degli embrioni somatici e l'asimmetria della prima divisione cellulare, che avvia il processo.

    La coltura cellulare è anche una tecnica chiave per l'agricoltura cellulare, che mira a fornire sia nuovi prodotti che nuovi modi di produrre prodotti agricoli esistenti come latte, carne (coltivata), profumi e corno di rinoceronte da cellule e microrganismi. È quindi considerato un mezzo per realizzare un'agricoltura senza animali. È anche uno strumento centrale per l'insegnamento della biologia cellulare. [32]

    Coltura cellulare in due dimensioni Modifica

    La ricerca in ingegneria dei tessuti, cellule staminali e biologia molecolare coinvolge principalmente colture di cellule su piatti di plastica piatti. Questa tecnica è nota come coltura cellulare bidimensionale (2D) ed è stata sviluppata per la prima volta da Wilhelm Roux che, nel 1885, rimosse una porzione della piastra midollare di un pollo embrionale e la mantenne in soluzione salina calda per diversi giorni su un vetro piano piatto. Dall'avanzata della tecnologia dei polimeri è sorto il piatto di plastica standard di oggi per la coltura cellulare 2D, comunemente noto come piatto di Petri. A Julius Richard Petri, un batteriologo tedesco, viene generalmente attribuita questa invenzione mentre lavorava come assistente di Robert Koch. Vari ricercatori oggi utilizzano anche flaconi da laboratorio di coltura, conici e persino sacchetti usa e getta come quelli utilizzati nei bioreattori monouso.

    A parte le piastre Petri, gli scienziati coltivano da tempo cellule all'interno di matrici derivate biologicamente come collagene o fibrina e, più recentemente, su idrogel sintetici come poliacrilammide o PEG. Lo fanno per suscitare fenotipi che non sono espressi su substrati convenzionalmente rigidi. C'è un crescente interesse nel controllo della rigidità della matrice, [33] un concetto che ha portato a scoperte in campi come:

    • Auto-rinnovamento delle cellule staminali [34][35]
    • Specifica del lignaggio [36]
    • Fenotipo delle cellule cancerose [37][38][39]
    • Fibrosi [40][41]
    • Funzione degli epatociti [42][43][44]
    • Meccanosensore [45][46][47]

    Coltura cellulare in tre dimensioni Modifica

    La coltura cellulare in tre dimensioni è stata propagandata come "La nuova dimensione della biologia". [48] ​​Attualmente, la pratica della coltura cellulare rimane basata su combinazioni variabili di strutture cellulari singole o multiple in 2D. [49] Attualmente, c'è un aumento nell'uso di colture cellulari 3D in aree di ricerca tra cui la scoperta di farmaci, la biologia del cancro, la medicina rigenerativa, la valutazione dei nanomateriali e la ricerca di base delle scienze della vita. [50] [51] [52] Le colture cellulari 3D possono essere coltivate utilizzando uno scaffold o una matrice o in modo privo di scaffold. Le colture basate su scaffold utilizzano una matrice 3D acellulare o una matrice liquida. I metodi senza scaffold sono normalmente generati in sospensione. [53] Esistono una varietà di piattaforme utilizzate per facilitare la crescita di strutture cellulari tridimensionali inclusi sistemi di scaffold come matrici di idrogel [54] e scaffold solidi e sistemi privi di scaffold come piastre a bassa adesione, levitazione magnetica facilitata da nanoparticelle , [55] e piastrine sospese. [56] [57]

    Colture cellulari 3D in scaffold

    Eric Simon, in un rapporto di sovvenzione NIH SBIR del 1988, ha mostrato che l'elettrofilatura potrebbe essere utilizzata per produrre scaffold fibrosi in polistirene e policarbonato su scala nanometrica e submicronica specificamente destinati all'uso come in vitro substrati cellulari. Questo uso precoce di reticoli fibrosi elettrofilati per la coltura cellulare e l'ingegneria dei tessuti ha mostrato che vari tipi di cellule tra cui i fibroblasti del prepuzio umano (HFF), il carcinoma umano trasformato (HEp-2) e l'epitelio polmonare di visone (MLE) aderivano e proliferavano sulle fibre di policarbonato . È stato notato che, a differenza della morfologia appiattita tipicamente osservata nella coltura 2D, le cellule cresciute sulle fibre elettrofilate hanno mostrato una morfologia tridimensionale arrotondata più istotipica generalmente osservata in vivo. [58]

    Colture cellulari 3D in idrogel Modifica

    Poiché la matrice extracellulare naturale (ECM) è importante nella sopravvivenza, proliferazione, differenziazione e migrazione delle cellule, diverse matrici di coltura di idrogel che imitano la struttura ECM naturale sono viste come potenziali approcci alla coltura cellulare in vivo. [59] Gli idrogel sono composti da pori interconnessi con un'elevata ritenzione idrica, che consente un trasporto efficiente di sostanze come nutrienti e gas. Sono disponibili diversi tipi di idrogel da materiali naturali e sintetici per la coltura cellulare 3D, inclusi idrogel di estratto di ECM animale, idrogel proteici, idrogel peptidici, idrogel polimerici e idrogel di nanocellulosa a base di legno.

    Coltura cellulare 3D mediante levitazione magnetica Modifica

    Il metodo 3D Cell Culturing by Magnetic Levitation (MLM) è l'applicazione della crescita di tessuto 3D inducendo cellule trattate con assemblaggi di nanoparticelle magnetiche in campi magnetici spazialmente variabili utilizzando driver magnetici al neodimio e promuovendo le interazioni cellula-cellula facendo levitare le cellule fino all'aria/ interfaccia liquida di una capsula di Petri standard. Gli assemblaggi di nanoparticelle magnetiche sono costituiti da nanoparticelle di ossido di ferro magnetico, nanoparticelle d'oro e il polimero polilisina. La coltura cellulare 3D è scalabile, con la capacità di coltivare da 500 cellule a milioni di cellule o da un singolo piatto a sistemi a basso volume ad alta produttività.

    Cultura e ingegneria dei tessuti Modifica

    La coltura cellulare è una componente fondamentale della coltura tissutale e dell'ingegneria tissutale, poiché stabilisce le basi della crescita e del mantenimento delle cellule in vitro. La principale applicazione della coltura cellulare umana è nell'industria delle cellule staminali, dove le cellule staminali mesenchimali possono essere coltivate e crioconservate per un uso futuro. L'ingegneria dei tessuti offre potenzialmente notevoli miglioramenti nell'assistenza medica a basso costo per centinaia di migliaia di pazienti ogni anno.

    Vaccini Modifica

    I vaccini per la poliomielite, il morbillo, la parotite, la rosolia e la varicella sono attualmente prodotti in colture cellulari. A causa della minaccia pandemica H5N1, la ricerca sull'utilizzo di colture cellulari per i vaccini antinfluenzali è stata finanziata dal governo degli Stati Uniti. Nuove idee nel campo includono vaccini ricombinanti basati sul DNA, come quello realizzato utilizzando l'adenovirus umano (un comune virus del raffreddore) come vettore, [60] [61] e nuovi adiuvanti. [62]

    Coltura cellulare in dispositivo microfluidico Modifica

    Oltre alla coltura di linee cellulari immortalizzate ben consolidate, le cellule da espianti primari di una pletora di organismi possono essere coltivate per un periodo di tempo limitato prima che si verifichi la senescenza (vedi limite di Hayflick). Le cellule primarie coltivate sono state ampiamente utilizzate nella ricerca, come nel caso dei cheratociti di pesce negli studi sulla migrazione cellulare. [63] [32] [64]

    Metodi di coltura di cellule vegetali Modifica

    Le colture di cellule vegetali vengono generalmente coltivate come colture in sospensione cellulare in un terreno liquido o come colture di calli su un terreno solido. La coltura di cellule vegetali indifferenziate e calli richiede il corretto equilibrio degli ormoni della crescita delle piante auxina e citochinina.

    Coltura di cellule di insetti Modifica

    Le cellule derivate dalla Drosophila melanogaster (in particolare le cellule Schneider 2) possono essere utilizzate per esperimenti che possono essere difficili da eseguire su mosche o larve vive, come studi biochimici o studi che utilizzano siRNA. Linee cellulari derivate dal verme dell'esercito Spodoptera frugiperda, compresi Sf9 e Sf21, e dal cavolo cappuccio Trichoplusia ni, High Five, le cellule sono comunemente utilizzate per l'espressione di proteine ​​ricombinanti mediante baculovirus.

    Metodi di coltura di batteri e lieviti Modifica

    Per batteri e lieviti, di solito vengono coltivate piccole quantità di cellule su un supporto solido che contiene nutrienti incorporati, di solito un gel come l'agar, mentre le colture su larga scala vengono coltivate con le cellule sospese in un brodo nutriente.

    Metodi di coltura virale Modifica

    La coltura dei virus richiede la coltura di cellule di origine mammifera, vegetale, fungina o batterica come ospiti per la crescita e la replicazione del virus. Virus interi di tipo selvatico, virus ricombinanti o prodotti virali possono essere generati in tipi cellulari diversi dai loro ospiti naturali nelle giuste condizioni. A seconda della specie del virus, l'infezione e la replicazione virale possono provocare la lisi della cellula ospite e la formazione di una placca virale.


    Cuore

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    cuore, organo che funge da pompa per far circolare il sangue. Può essere un tubo dritto, come nei ragni e negli anellidi, o una struttura un po' più elaborata con una o più camere riceventi (atri) e una camera di pompaggio principale (ventricolo), come nei molluschi. Nei pesci il cuore è un tubo piegato, con tre o quattro aree allargate che corrispondono alle camere del cuore dei mammiferi. Negli animali con polmoni - anfibi, rettili, uccelli e mammiferi - il cuore mostra vari stadi di evoluzione da una singola a una doppia pompa che fa circolare il sangue (1) ai polmoni e (2) al corpo nel suo insieme.

    Dove si trova il cuore nel corpo umano?

    Negli esseri umani, il cuore si trova tra i due polmoni e leggermente a sinistra del centro, dietro lo sterno. Poggia sul diaframma, la partizione muscolare tra il torace e la cavità addominale.

    Da cosa è composta la parete del cuore?

    Il cuore è costituito da diversi strati di una parete muscolare dura, il miocardio.Un sottile strato di tessuto, il pericardio, copre l'esterno e un altro strato, l'endocardio, riveste l'interno.

    Cosa fa battere il cuore?

    Il pompaggio del cuore, o battito cardiaco, è causato dall'alternanza di contrazioni e rilassamenti del miocardio. Queste contrazioni sono stimolate da impulsi elettrici provenienti da un pacemaker naturale, il nodo senoatriale, o S-A, situato nel muscolo dell'atrio destro.

    Cosa sono i suoni del cuore?

    I rumori ritmici che accompagnano il battito cardiaco sono chiamati suoni cardiaci. Si sentono i due suoni distinti, un "lub" basso e leggermente prolungato (primo suono) che si verifica all'inizio della contrazione ventricolare o della sistole e un "dup" (secondo suono) più acuto e acuto (secondo suono), causato dalla chiusura dell'aorta e valvole polmonari alla fine della sistole.

    Negli esseri umani e in altri mammiferi e negli uccelli, il cuore è una doppia pompa a quattro camere che è il centro del sistema circolatorio. Nell'uomo è situato tra i due polmoni e leggermente a sinistra del centro, dietro lo sterno poggia sul diaframma, la partizione muscolare tra il torace e la cavità addominale.

    Il cuore è costituito da diversi strati di una parete muscolare dura, il miocardio. Un sottile strato di tessuto, il pericardio, copre l'esterno e un altro strato, l'endocardio, riveste l'interno. La cavità cardiaca è divisa al centro in un cuore destro e un cuore sinistro, che a loro volta sono suddivisi in due camere. La camera superiore è chiamata atrio (o padiglione auricolare) e la camera inferiore è chiamata ventricolo. I due atri fungono da camere riceventi per il sangue che entra nel cuore, i ventricoli più muscolari pompano il sangue fuori dal cuore.

    Il cuore, pur essendo un unico organo, può essere considerato come due pompe che spingono il sangue attraverso due circuiti diversi. L'atrio destro riceve il sangue venoso dalla testa, dal torace e dalle braccia attraverso la grande vena chiamata vena cava superiore e riceve sangue dall'addome, dalla regione pelvica e dalle gambe attraverso la vena cava inferiore. Il sangue passa quindi attraverso la valvola tricuspide al ventricolo destro, che lo spinge attraverso l'arteria polmonare ai polmoni. Nei polmoni il sangue venoso entra in contatto con l'aria inalata, assorbe ossigeno e perde anidride carbonica. Il sangue ossigenato viene restituito all'atrio sinistro attraverso le vene polmonari. Le valvole nel cuore consentono al sangue di fluire in una sola direzione e aiutano a mantenere la pressione necessaria per pompare il sangue.

    Il circuito a bassa pressione dal cuore (atrio destro e ventricolo destro), attraverso i polmoni, e ritorno al cuore (atrio sinistro) costituisce la circolazione polmonare. Il passaggio del sangue attraverso l'atrio sinistro, la valvola bicuspide, il ventricolo sinistro, l'aorta, i tessuti del corpo e di nuovo nell'atrio destro costituisce la circolazione sistemica. La pressione sanguigna è massima nel ventricolo sinistro e nell'aorta e nei suoi rami arteriosi. La pressione si riduce nei capillari (vasi di minuscolo diametro) e si riduce ulteriormente nelle vene che riportano il sangue all'atrio destro.

    Il pompaggio del cuore, o battito cardiaco, è causato dall'alternanza di contrazioni e rilassamenti del miocardio. Queste contrazioni sono stimolate da impulsi elettrici provenienti da un pacemaker naturale, il nodo senoatriale o S-A, situato nel muscolo dell'atrio destro. Un impulso dal nodo S-A fa contrarre i due atri, costringendo il sangue nei ventricoli. La contrazione dei ventricoli è controllata da impulsi provenienti dal nodo atrioventricolare, o A-V, situato alla giunzione dei due atri. Dopo la contrazione, i ventricoli si rilassano e la pressione al loro interno diminuisce. Il sangue scorre di nuovo negli atri e un impulso da S-A ricomincia il ciclo. Questo processo è chiamato ciclo cardiaco. Il periodo di rilassamento è chiamato diastole. Il periodo di contrazione è chiamato sistole. La diastole è la più lunga delle due fasi in modo che il cuore possa riposare tra le contrazioni. In generale, la frequenza del battito cardiaco varia inversamente alla taglia dell'animale. Negli elefanti ha una media di 25 battiti al minuto, nei canarini circa 1.000. Nell'uomo il tasso diminuisce progressivamente dalla nascita (quando è in media 130) all'adolescenza ma aumenta leggermente in età avanzata il tasso medio adulto è di 70 battiti a riposo. Il tasso aumenta temporaneamente durante l'esercizio, l'eccitazione emotiva e la febbre e diminuisce durante il sonno. La pulsazione ritmica percepita sul petto, in coincidenza con il battito cardiaco, è chiamata battito apicale. È causato dalla pressione esercitata sulla parete toracica all'inizio della sistole dalla parete ventricolare arrotondata e indurita.

    I rumori ritmici che accompagnano il battito cardiaco sono chiamati suoni cardiaci. Normalmente, attraverso lo stetoscopio si sentono due suoni distinti: un “lub” basso e leggermente prolungato (primo suono) che si verifica all'inizio della contrazione ventricolare, o sistole, e prodotto dalla chiusura delle valvole mitrale e tricuspide, e un suono più acuto e acuto -acuto “dup” (secondo suono), causato dalla chiusura delle valvole aortica e polmonare al termine della sistole. Occasionalmente è udibile nei cuori normali un terzo suono sommesso, di tono basso, che coincide con la prima diastole e si pensa sia prodotto dalle vibrazioni della parete ventricolare. Un quarto suono, anch'esso presente durante la diastole, viene rilevato con metodi grafici ma solitamente non è udibile nei soggetti normali si ritiene sia il risultato della contrazione atriale e dell'impatto del sangue, espulso dagli atri, contro la parete ventricolare.

    I "soffi" cardiaci possono essere prontamente uditi da un medico come un leggero fruscio o un sibilo che segue i normali suoni dell'azione del cuore. I soffi possono indicare che il sangue fuoriesce attraverso una valvola imperfettamente chiusa e possono segnalare la presenza di un grave problema cardiaco. La malattia coronarica, in cui un apporto inadeguato di sangue ricco di ossigeno viene consegnato al miocardio a causa del restringimento o del blocco di un'arteria coronaria da placche grasse, è una delle principali cause di morte in tutto il mondo.

    Gli editori dell'Enciclopedia Britannica Questo articolo è stato recentemente rivisto e aggiornato da Adam Augustyn, caporedattore, Reference Content.


    Sistema respiratorio

    Strettamente connesso con il sistema circolatorio è l'apparato ventilatorio (respiratorio), i polmoni e le strutture associate. La ventilazione nei mammiferi è unica. I polmoni stessi sono meno efficienti di quelli degli uccelli, poiché il movimento dell'aria consiste in un flusso e riflusso, piuttosto che in un circuito unidirezionale, quindi rimane sempre un volume d'aria residuo che non può essere espirato. La ventilazione nei mammiferi avviene per mezzo di una pompa a pressione negativa resa possibile dall'evoluzione di una cavità toracica definitiva con diaframma.

    Il diaframma è una struttura composita unica costituita da (1) il setto trasverso (una parete che separa primitivamente il cuore dai visceri generali) (2) pieghe pleuroperitoneali dalla parete del corpo (3) pieghe mesenteriche e (4) muscoli assiali che si inseriscono su un tendine centrale, o aponeurosi diaframmatica.

    I polmoni si trovano in compartimenti stagni separati chiamati cavità pleuriche, separati dal mediastino. All'aumentare delle dimensioni della cavità pleurica, il polmone si espande e l'aria fluisce passivamente. L'allargamento della cavità pleurica è prodotto dalla contrazione del diaframma o dall'elevazione delle costole. Il diaframma rilassato è rivolto verso l'alto, ma quando è contratto si distende piatto. L'espirazione è un movimento attivo determinato dalla contrazione dei muscoli addominali contro i visceri.

    L'aria entra tipicamente nelle vie respiratorie attraverso le narici, dove può essere riscaldata e inumidita. Passa sopra il palato osseo e il palato molle ed entra nella faringe. Nella faringe i passaggi per l'aria e il cibo si incrociano. L'aria entra nella trachea, che si divide a livello dei polmoni nei bronchi primari. Una caratteristica della trachea di molti mammiferi è la laringe. Le corde vocali si estendono attraverso la laringe e vengono fatte vibrare dall'espirazione forzata per produrre il suono. L'apparato laringeo può essere fortemente modificato per la produzione di vocalizzazioni complesse. In alcuni gruppi, ad esempio le scimmie urlatrici, l'apparato ioide è incorporato nell'organo che produce il suono, come una camera di risonanza.


    Filtrazione glomerulare

    La filtrazione glomerulare filtra la maggior parte dei soluti a causa dell'alta pressione sanguigna e delle membrane specializzate nell'arteriola afferente. La pressione sanguigna nel glomerulo viene mantenuta indipendente dai fattori che influenzano la pressione sanguigna sistemica. Le connessioni "perdite" tra le cellule endoteliali della rete capillare glomerulare consentono ai soluti di passare facilmente. Tutti i soluti nei capillari glomerulari, ad eccezione delle macromolecole come le proteine, passano per diffusione passiva. Non vi è alcun fabbisogno energetico in questa fase del processo di filtrazione. Velocità di filtrazione glomerulare (GFR) è il volume di filtrato glomerulare formato al minuto dai reni. La GFR è regolata da molteplici meccanismi ed è un importante indicatore della funzione renale.


    Guarda il video: BIOLOGIA Mammiferi 1 (Dicembre 2022).