Свойства коллагена: | Статьи KWC-Japan

Содержание

| Статьи KWC-Japan

Многие врачи охотно рассказывают о целительных свойствах коллагена – природного белка, изначально содержащегося в человеческом организме. Со временем количество этого компонента в теле человека снижается, и вместе с тем ускоряются необратимые процессы старения.

Уже после 25 лет в организме человека запускается цепь негативных изменений, затрагивающих состояние кожи, ногтей, волос, зубов и костей. Пополнение коллагеновых запасов извне – такой выход предложили японские учёные, впервые изучившие необычные качества фибриллярного белка.

Что такое коллаген?

Коллаген – это высокомолекулярный белок, который содержится во всех тканях человеческого организма. Содержание этого компонента составляет 25-50% от всех белковых соединений в теле и 75% сухой массы кожи. Чем полезен и известен коллаген? Он продуцируется фибробластами – клетками соединительной ткани, отвечающими за синтез внеклеточного матрикса.

С возрастом естественное содержание коллагена падает. Плохая экология, неравномерность нагрузок, ежедневный стресс – под влиянием этих факторов полезный компонент усиленно разрушается. В организме человека этот белок выполняет 4 основных функции:

  1. Защита. Скрепление тканей. Увеличение их прочности. Противостояние механическим повреждениям. Предупреждение развития новообразований.

  2. Опора. Осуществление клеточной адгезии, при которой клетки плотно фиксируются в межклеточном матриксе.

  3. Восстановление. Ускорение процесса формирования новых клеток.

  4. Плотность. Обеспечение эластичности всех тканей и органов.

Полезные свойства коллагена во многом обусловлены его интересной структурой и составом. Строение коллагенового волокна сопоставимо с конфигурацией трехжильной веревки, которая образует левозакрученную спираль. Упорядоченная и устойчивая структура этого белка позволяет ему стабилизировать любые клеточные группы, с которыми он контактирует.

Коллаген заметно выделяется на фоне других родственных фибриллярных белков. Он отличается богатым аминокислотным составом: в отличие от пищевых белков, коллагеновое соединение содержит аминокислоты пролина и гидроксипролина. Они обеспечивают жёсткость тройной спирали коллагена.

Улучшение состояния кожи, волос и ногтей

Одна из известных способностей коллагена – его благотворное влияние на  кожу, волосы и ногти. Коллаген, обладающий полезными свойствами, обеспечивает защиту кожи и этих важных её производных:

  • образовывает влагоудерживающий и воздухопроницаемый слой на поверхности кожи, который обладает разглаживающими свойствами;

  • улучшает состояние сечёных кончиков и поврежденных фолликулов;

  • создаёт защитный покров на волосах и придаёт блеск шевелюре,

  • уменьшает пигментацию кожи и ногтей.

Коллаген является высокомолекулярным соединением, и при нанесении на поверхность кожи он не может проникнуть в глубокие слои дермы из-за  больших размеров своих молекул. Но «белок молодости» обеспечивает хорошее увлажнение и лифтинг поверхностного слоя кожи, что также влияет на эластичность всех тканей и органов.

Укрепление связок, хрящей и суставов

Учёные доказали, что возрастное уменьшение гибкости и подвижности суставов – это следствие «старения» коллагена. Чем так полезен коллаген для соединительной ткани?

  • обеспечивает строительный материал для налаживания хрящевого матрикса;

  • поддерживает тонус связок и сухожилий после интенсивных тренировок;

  • оказывает большое влияние на рост здоровой мышечной массы;

  • укрепляет кости и лечит остеоартрит, разрушающий хрящи;

  • ускоряет регенерацию сухожильных и связочных тканей;

  • снижает болезненное трение в суставах.

Коллагеновые добавки часто именуют «белковым питанием спортсменов», так как они помогают облегчить серьёзную нагрузку на опорно-двигательную систему.

Профилактика развития целлюлита

Американский дерматолог Дебра Джейлмэн обнаружила прямую связь между ослаблением коллагеновых волокон и развитием целлюлита. Пероральный приём коллагена, проявляющего тонизирующие свойства, оказывает следующее влияние на жировые отложения в подкожной клетчатке:

  • запускает процесс обновления клеток;

  • повышает эластичность кожных покровов;

  • устраняет разрывы в соединительной ткани.

Коллагеновые биодобавки не только устраняют эстетичные неровности кожи, но и предупреждают их возникновение.

Омолаживающие свойства коллагена

Этот протеин неспроста называют «белком молодости». Среди его полезных свойств отмечается положительное воздействие на тонус кожи. Многократные исследования показали, что приём этого компонента оказывает выраженный антивозрастной эффект:

  • уменьшает количество морщин;

  • подтягивает контур лица и тела;

  • делает кожу шелковистой и увлажненной;

  • улучшает состояние и цвет кожных покровов.

Чем полезны БАДы с коллагеном?

Японцы первыми начали изучать интересные свойства коллагена. Учёные из Страны восходящего солнца давно занялись исследованием вопроса о том, как замедлить старение на клеточном уровне с помощью коллагеновых соединений.

Коллаген в косметическом производстве, что соль в кулинарии – этот компонент интенсивно добавляют в уходовую и декоративную косметику (крема, сыворотки, лосьоны, тушь, помада). Но многочисленные опыты показали, что высокомолекулярный протеин просто не может проникнуть в кожу через внешние покровы.

Поэтому в данном случае недостаточно наружного ухода за телом, необходимо питать истощенные структуры изнутри. В решении этой проблемы помогают биологические добавки с содержанием коллагена (БАДы) от японского бренда KWC.

Питьевой коллаген KWC

Японский коллаген KWC обладает свойствами, которые позволяют естественно продлить молодость, здоровье и красоту. Эта биологически активная добавка оказывает комплексное воздействие на организм. Средство от японского производителя KWC является полноценным источником белка для поддержания разных структур:

  1. Оздоровление волос, эпидермиса, ногтей и стенок кровеносных сосудов.

  2. Улучшение работы в опорно-двигательных системах тела. Поддержание хрящей, костей, суставов, межпозвоночных дисков, связок и мышц.

  3. Укрепление и питание стенок внутренних органов – желудка, кишечника, полости матки.

Добавить в корзину

Купить в один клик

Японский препарат нового поколения сделан на основе морского коллагена – протеина, который легко усваивается и производится из белой рыбы. В состав бьюти-добавки включены 18 аминокислот, улучшающих состояние кожи, волос, ногтей, зубов и суставов.

KWC Collagen в стиках

Чем полезен японский коллаген KWC в стиках? Этот препарат представляет собой комплекс из 30 коллагеновых стиков, которые направлены на общее оздоровление организма. БАД KWC в стиках рекомендовано пить в дополнение к основной терапии, ориентированной на решение проблем:

  • улучшение волос, ногтей, костей и зубов;

  • налаживание работы связочных и сухожильных тканей;

  • устранение целлюлита и других эстетических недостатков кожи.

Добавить в корзину

Купить в один клик

Полезные свойства препарата обусловлены особым составом, в который входит 18 аминокислот.

что это ᐈ Польза для суставов, Для кожи, Виды, Дефицит, Применение

Говоря о животном коллагене чаще всего подразумевают >бычий или говяжий коллаген>, который получают из хрящей, костей и шкур коров. Гораздо реже его источником становятся другие животные особи, например, свиньи и овцы. Отдельную разновидность представляет собой куриный коллаген, который получают, как понятно из названия, из тканей кур.

Животный коллаген содержит коллаген первого и третьего типа, который находится во многих участках человеческого организма. Он поддерживает здоровье и структуру кожи, костных тканей, мышц, сухожилий, а также связок и внутренних органов. Оба эти типа коллагена обнаружены в кишечнике, что позволяет предположить их важность для нормального функционирования пищеварительного тракта.

Весомым преимуществом животного коллагена является то, что коллаген третьего типа присутствует еще и в составе артерий. Поэтому добавки с таким активным ингредиентом приносят весомую пользу сердечно-сосудистой системе.

Куриный коллаген, в отличии от бычьего, является источником коллагена 2 типа, который лучше всего подходит для создания хрящевой ткани. Он поддерживает здоровье суставов и помогает снизить выраженность возрастных изменений

.

Для создания коллагена могут использоваться разные животные особи. И современные всемирно-известные производители отдают предпочтение экологически чистому скоту. В частности, лучший бычий коллаген получают из коров, которые выращиваются на обширных пастбищах (на траве) и не получают химикатов. Такие добавки считаются самыми безопасными для здоровья.

Также животный коллаген может использоваться при терапии остеоартрита и других суставных заболеваний. Его нередко рекомендуют принимать для улучшения здоровья кишечника и более качественного ночного отдыха. По цене – это самый дешевый вариант.

Благодаря уникальным свойствам, он широко применяется в косметологии:

  1. Восстанавливает структуру волос, помогает придать им здоровый блеск;
  2. Смягчает, увлажняет кожу рук, ног и тела;
  3. Ускоряет регенерацию тканей (6).

Чем полезен коллаген и как его правильно принимать

Продукты с добавлением коллагена встречаются повсеместно – и это не только косметические кремы, лосьоны и БАД, но даже одежда. Этот белок известен своими свойствами, улучшающими состояние кожи, волос, костей и суставов. Недавно, благодаря стараниям различных поп-звезд и знаменитостей (например, Кортни Кардашьян), коллаген стало модно пить – в жидком виде или, например, добавляя растворимый порошковый белок в кофе.

«Как женщина, заинтересованная в том, чтобы стареть красиво, и как ученый, исследующий коллаген, я обнаружила уйму интересных продуктов с этим белком. Я более 10 лет изучала то, как создать коллаген в лабораторных условиях – вместо того, чтобы использовать белок животного происхождения. Я начала расспрашивать коллег, что они думают об этой последней моде добавлять коллаген в кофе. Они надо мной лишь посмеялись», – пишет в статье для The Conversation микробиолог из Техасского университета A&M Брук Расселл.

Коллаген – наиболее часто встречающийся ⁠в человеческом теле белок. Это основной компонент соединительной ткани, а его ⁠название происходит ⁠от греческого kolla («клей») – он, по сути, склеивает наши ⁠кости, хрящи, кожу и кровеносные сосуды. Он обеспечивает прочность и эластичность ⁠соединительной ⁠ткани, а его присутствие в коже делает ее более упругой, спасает от провисания.

В настоящее время описано около 30 типов этого белка, но более 90% всего коллагена в организме человека – коллагены I (придают коже упругость), II (отвечают за подвижность суставов) и III (обеспечивают эластичность тканей) типов.

Коллаген для лечения

Большинство исследований коллагена сосредоточены на использовании белка в лечении артрита (остеоартрита коленного сустава) или для ушивания ран – в обоих случаях коллагеновые добавки были признаны эффективными. Но при этом довольно мало исследований было проведено в отношении других способов применения этого белка.

Утверждается, что пероральный прием коллагена уменьшает количество молекул, которые способствуют воспалению и заболеваниям. Китайские ученые выяснили, что прием добавок из куриного коллагена II типа (он безопасен для человека) эффективно контролирует воспалительные процессы у пациентов с ревматоидным артритом.

Исследование (2015) показало, что прием добавок с коллагеном, совмещенный с силовыми тренировками, способствует наращиванию мышечной массы и силы у пожилых людей. А дерматологи из Кильского университета (Германия) пришли к выводу, что некоторые добавки с коллагеном, принимаемые перорально, улучшают эластичность кожи и минимизируют количество морщин.

Впрочем, дерматолог Шери Липнер из Медицинского колледжа при Корнеллском университете (Нью-Йорк) отмечает не очень качественный дизайн исследований, показавших улучшение состояния кожи. Участников было мало, они принимали добавки с коллагеном лишь несколько месяцев, а сами исследования спонсировались компаниями, заинтересованными в продажах этих БАД. «Нам нужны более масштабные и долгосрочные исследования», – настаивает она. Пока же у дерматологов недостаточно доказательств для того, чтобы рекомендовать коллагеновые добавки для защиты кожи от старения.

Коллаген в косметике. И в кофе

После 20 лет мы начинаем терять коллаген со скоростью 1,5% в год. Кожа становится менее упругой и более морщинистой, кости и связки слабеют, а волосы истончаются. Пища с высоким содержанием сахара (рафинированные углеводы), чрезмерное пребывание на солнце и курение также снижают уровень коллагена. По нему бьют и некоторые аутоиммунные заболевания (например, волчанка). Следовательно, нашему запасу этого белка (эндогенному коллагену) явно требуется помощь извне.

Молекула коллагена сама по себе довольно крупная, чтобы в составе крема или лосьона проникнуть сквозь кожу. Поэтому она просто остается на ее поверхности, пока ее не смоют водой. Растворимый или гидролизованный коллаген проникает через кожу, но в таких микроскопических количествах, что польза от применения таких косметических средств весьма сомнительна. Так что состояние кожи, вероятно, улучшается благодаря не ему, а каким-то другим ингредиентам, делает вывод Брук Расселл.

В косметологии используют более эффективный способ доставить коллаген под кожу – инъекции. Белок, изготовленный из бычьих хрящей и кожи, одобрило для подкожных инъекций Управление США по контролю за продуктами и лекарственными средствами (FDA). Введенный с помощью инъекции в дерму коллаген восстанавливает разрушенные белковые волокна, стимулирует выработку в коже эндогенного коллагена, повышает уровень увлажненности кожи, делает ее более гладкой и упругой, сокращает глубину морщин и выравнивает рельеф кожи при шрамах. С этими наблюдениями согласны и российские дерматологи.

При попадании в среду выше температуры человеческого тела – например, при добавлении в кофе – коллаген превращается в желатин. То есть его молекулярная структура разрушается, а полезный эффект снижается, а то и вовсе сходит на нет. Впрочем, фанаты напитка отмечают его «нежный сливочный» вкус. А фотогеничный вид сделал кофе с коллагеном весьма популярным в инстаграме.

Как пополнить запас коллагена?

Добавить в свой рацион зеленолистные овощи (капусту, шпинат, петрушку, укроп, базилик, листовой салат), цитрусовые, яйца, ягоды, помидоры, семена тыквы, кешью, какао, авокадо, чеснок, молочные продукты, мясо.

Эти и многие другие продукты предоставляют организму нутриенты, поддерживающие рост проколлагена (внутриклеточного предшественника коллагена). Для этого нам нужны: витамин C, медь, аминокислоты пролин и глицин, а также высококачественный белок.

Как насчет костного бульона? «Теория о том, что коллаген из костного бульона каким-то образом может стать коллагеном в организме человека, – нонсенс», – утверждает доктор биологии и медицины из Университета Южной Дакоты Уильям Перси. Он более 30 лет изучал, как кишечник абсорбирует то, что мы едим.

Точно так же, как жир из продуктов питания не превращается напрямую в жировой запас организма, коллаген, употребленный в пищу, не попадет из пищеварительного тракта в кожу или связки – не станет коллагеном в соединительной ткани. Если такая вероятность вообще существует, то это будет незначительная часть этого белка, уточняет Брук Расселл. Более того, как уже было упомянуто выше, при приготовлении бульона коллаген видоизменится и, скорее всего, утратит большую часть своих полезных свойств.

В костном бульоне содержатся различные аминокислоты, которые могут укрепить костную систему человека, что может привести к облегчению симптомов артрита. Но даже учитывая это, больше пользы будет от употребления в пищу молока или яиц, добавляет Перси. Бульон сам по себе не вреден, просто не нужно считать его волшебным эликсиром.

Как употреблять коллаген?

Второй вариант пополнения запасов коллагена – не получать его из природных источников, а добавлять напрямую в пищу. Что касается БАД, то FDA не занимается их проверкой и сертификацией, оставляя выбор и употребление на страх и риск покупателей.

Но они явно пользуются популярностью. В 2017 году продажи таблеток и порошков с добавлением коллагена в США выросли более чем на 30%, достигнув $46 млн. Объем их продаж по всему миру оценивается примерно в $4 млрд. А в числе БАД, которые чаще всего покупают россияне, особенной популярностью пользуются «витаминные комплексы с коллагеном» (хотя по итогам 2018 года объем продаж БАД в российских аптеках снизился впервые с 2010 года).

Помимо различных БАД, коллаген можно добавлять в пищу в жидком или порошкообразном виде. Микробиолог Брук Расселл советует использовать охлажденный жидкий коллаген или смешивать порошковый его вариант с холодным напитком (его пептиды растворяются в жидкости примерно как и другие растворимые белковые смеси).

Вообще, о побочных эффектах добавок с коллагеном не сообщается (за исключением некоторых случаев тяжести в желудке и изжоги). Но всегда – особенно, если у вас имеется аллергия на какой-либо компонент – стоит выяснять источник коллагена (рыба, яйца, курица и так далее).

Цель питьевого коллагена – помочь синтезу собственного. При соблюдении всех правил употребления в пищеварительной системе питьевой коллаген разлагается на глицин и пролин. Но, получив этот белок, организм обычно сам решает, на что именно его распределить: может повысить эластичность и увлажненность кожи или улучшить состояние волос.

При приеме питьевого коллагена нужно также определиться с его типом. Например, если вы хотите улучшить состояние связок, выбирайте коллаген II типа. Волос и кожи – коллаген I типа. Важно сделать прием этого белка частью вашего распорядка дня, рекомендует Брук Расселл. Если перестать его принимать, благотворный эффект постепенно угаснет.

Ссылка на оригинал: https://republic.ru

его свойства и польза для кожи

Южная Корея совершила настоящий прорыв в мировой бьюти-индустрии. Все самые передовые косметические продукты производят в стране утренней свежести. Европейские производители едва поспевают за корейским бьюти-промом. Уже зарекомендовавшие себя ингредиенты в корейских формулах раскрываются по-новому, приобретая еще большую эффективность. Один из таких компонентов, о котором мы хотим поговорить сегодня, — это коллаген. Чем полезен коллаген для кожи лица, почему стоит выбирать средства с коллагеном, какие продукты лучшие. Рассказываем.

Коллаген для кожи лица: зачем нужен и как действует

Коллаген — это белок, который содержится во всех тканях организма и обеспечивает их упругость и эластичность. Но, как это ни печально, с возрастом количество коллагена снижается, а процесс его естественной выработки замедляется. Происходит это примерно в 25-30 лет. Поэтому состояние кожи постепенно меняется — она истончается, становится более сухой и дряблой, появляются морщины. Средства с коллагеном помогают восстановить оптимальный уровень белка в эпидермисе и замедлить процессы увядания. Поэтому этот компонент так часто добавляют в антивозрастные продукты.

Коллаген бывает трех видов:

  • животный
  • морской
  • растительный

Животный. Самая спорная разновидность белка. Его получают из тканей и хрящиков свиней. Но из-за того, что его молекулы слишком велики и не всегда могут проникнуть сквозь верхний слой кожи, его не часто используют в косметике. В любом случае, животный коллаген может выполнять хорошую влагоудерживающую функцию: он образует на поверхности защитную плёночку, которая не позволяет испаряться влаге.

Морской. Его получают путем гидролиза из костей и кожи рыб. По своему молекулярному составу он ближе к человеческому и хорошо усваивается.

Растительный. На самом деле в тканях растений нет такого белка, но есть протеины, которые очень похожи по составу и действию на человеческий коллаген. При этом растительные протеины хорошо усваиваются кожей, проникают в ее нижние слои и запускают процесс естественной выработки коллагена и эластина. Компонент добывают из водорослей, пшеничного и соевого белков.

Коллаген: польза для лица

  • Образует на поверхности эпидермиса тонкую пленочку, которая притягивает и удерживает молекулы воды
  • Разглаживает и смягчает дерму
  • Выравнивает текстуру, разглаживает мелкие морщины и уменьшает выраженность мимических
  • Повышает упругость и эластичность
  • Оказывает лифтинг-эффект
  • Ускоряет заживление и восстановление кожных покровов
Средства с коллагеном: что попробовать?

Сыворотка с коллагеном Farm Stay Collagen Hyaluronic Acid All In One Ampoule

Настоящий деликатес для кожи. Помимо коллагена в состав ампулы входит гиалуроновая кислота — оказывающая мощное увлажняющее действием. Ниацинамид — выравнивает тон, устраняет пигментные пятна. Аденозин — восстанавливает рельеф кожи, устраняет воспаления. Морской коллаген — позволяет удерживать влагу в клетках, разглаживает кожу и повышает её упругость. 

Лифтинг-крем для лица Mizon Collagen Power Lifting Cream

По части эффективных антивозрастных средств бренд Mizon особо преуспел. Чего только стоит их легендарный улиточный крем, который несколько лет возглавлял рейтинги бьюти-продуктов. В этом креме на стражу вашей красоты бок о бок встали гидролизованный коллаген, гиалуроновая кислота, аденозин и масло сладкого миндаля. При регулярном использовании средства кожа действительно заметно подтягивается, морщинки разглаживаются, а лицо выглядит отдохнувшим и сияющим.

Сыворотка с морским коллагеном Elizavecca Witch Piggy Hell Pore Marine Collagen Ample

Она оказывает интенсивное увлажняющее и выравнивающее действие, делает кожу более плотной и упругой, способствует разглаживанию морщинок. И неспроста, в составе сыворотки около 95% морского коллагена.

Крем с коллагеном и ледниковой водой So Natural High Water Draw Keeping Ensure Cream

Еще один крем, на который стоит обратить внимание. Великолепный увлажняющий продукт от So Natural, обладает лёгкой текстурой, имеет богатый состав и потрясающий эффект. Действует сразу по нескольким направлениям: великолепно увлажняет и питает; выравнивает рельеф; восстанавливает эластичность и упругость. Эффект будет заметен уже с первого применения. Кожа станет более мягкой, свежей, и сияющей, заломы и морщинки разгладятся, кожа порадует здоровым видом и упругостью.

Коллаген для лица — это важный ингредиент, чтобы продлить красоту и молодость без хирургического вмешательства. Хорошее увлажняющее средство с коллагеном может заметно улучшить состояние, как кожи с первыми признаками старения, так и возрастной.

Будьте обворожительны!

7 полезных свойств коллагена — bizon.by

Коллаген — это наиболее распространенный белок в нашем организме, которые отвечает за растяжение тканей. От него зависит состояние кожи, работа мускул, функционирование сердечно-сосудистой и пищеварительных систем.

падение уровня коллагена с возрастом

Вы могли слышать о коллагене как о «клее», который связывает наше тело. Это описание несколько далеко от правды, но описывает роль данного вещества в нашем организме.

Эволюционируя, человеческий организм приобрел не только полезные качества и свойства, но и получил «в наследство» видимые невооруженному глазу возрастные изменения: морщинистость, сухость, истончение кожи в старости, тусклые волосы и т.д. Способы решения этой проблемы менялись от эпохи к эпохе и, наконец, на горизонте борьбы с увядающей кожей возник коллаген. Коллаген — белок, основной элемент соединительной ткани человеческого организма. Его используют в медицинских и косметических средствах для поддержания упругости кожи, здорового состояния волосяного покрова и суставов.

Являясь основой для тканей, коллаген может вырабатываться непосредственно организмом. Однако, с возрастом производство замедляется, что приводит к появлению следов старения. И речь идет не только о вялой коже и морщинах. Недостаток белка может оказать негативное влияние на работу мозга, суставов и даже костей.

Ситуация усугубляется из-за наших вредных привычек, неправильного питания и плохой экологии. Эти факторы снижают уровень коллагена в организме, тем самым ускоряют старение.

Полезные свойства

Проверенные клиническими испытаниями свойства коллагена:

  1. Улучшает состояние кожи и волос
  2. Снимает боль в суставах
  3. Лечит синдром повышенной кишечной проницаемости
  4. Улучшает метаболизм и ускоряет рост мышц
  5. Делает ногти и зубы крепче
  6. Помогает восстановлению печени
  7. Защищает сердечно-сосудистую систему

Улучшает состояние кожи и волос

Улучшение эластичности кожи

Ваш организм стареет каждую секунду. В том числе пока вы читаете этот текст. Эти изменения настолько малы, что их невозможно заметить, но с годами недостаток коллагена приводит к появлению морщин и низкому тонусу кожи.

Увеличение уровня коллагена поможет вернуть коже эластичность, обновить клетки и восстановить повреждения.

Двойной слепой тест с привлечением группы женщин в возрасте от 35 до 55 лет показал, что употребление 2.5-5 грамм коллагена на протяжении 8 недель существенно улучшает состояние кожи. Изменения коснулись эластичности кожи, уровня потери жидкости и рельефа. При всем этом, не было установлено ни одного побочного эффекта.

В ходе исследования коллаген уменьшил целлюлит и растяжки.

Целлюлит является глубоким повреждением кожи, которое практически невозможно исправить. При недостатке коллагена защитные слои кожи становятся тоньше, поэтому глубинные повреждения становятся более заметными. При дефиците коллагена целлюлит становится более заметным.

Снимает боль и воспаление в суставах

Присутствие коллагена 2 типа, подобно гелю, позволяет суставному хрящу двигаться гладко, не создавая болевых ощущений для человека.

Возрастная деградация негативно влияет на суставы, поэтому с возрастом возможно появление боли во время движения. Эту боль можно сократить принимая коллаген. Часто это рекомендуют спортсменам даже в юном возрасте. Недавние исследования показали возможность эффективного лечения остеохондроза коллагеном.

Исследования проведенные в Бостоне показали, что использование коллагена 2 типа способно помочь пациентам страдающим от артрита. А снижение боли от регулярной активности (ходьба по лестнице, сон) подтверждены в публикации журнала International Journal of Medical Sciences

Лечит синдром повышенной кишечной проницаемости

Болезнь известная как «leaky gut syndrome» (синдром дырявой кишки) распространена во многих цивилизованных странах, при этом большинство больных даже не догадываются о причинах своих проблем. Синдром существенно ухудшает качество жизни: вызывает общее недомогание, раздражительность, вялость, нарушение пищеварения, нарушение сна, давление, проблемы с кожей и многое другое.

Вредные токсины проходят через стенки кишечника и отправляют организм. В свою очередь, коллаген улучшает состояние пищеварительного тракта и решает многие проблемы. Исследования показали, что люди страдающие от проблем с пищеварением часто имеют пониженные уровень коллагена.

Улучшает метаболизм и ускоряет рост мышц

Принимая коллаген вместе с витамином С, вы можете помочь организму конвертировать коллаген впротеин, который будет использован для восстановления энергии и строения мышц.

Это важно не только для спортсменов, но и людей в возрасте, так как деградация мышц понижает уровень жизни.

Делает ногти и зубы крепче

Одной из причин ломких ногтей может быть недостаток коллагена, так как н является строительным элементом ногтей, зубов и волос.

Исследование опубликованное в Journal of Investigative Dermatology указало на возможность использование коллагена в качестве терапевтического средства в лечении облысения и проблем кожи.

Помогает восстановлению печени

Если вы ищите способ для детокса печени, улучшения кровообращения и хотите чтобы ваше сердце работало как в юности, то коллаген может оказаться крайне полезным. Все эти полезные свойства вы получите благодаря глицину, который поможет минимизировать вред от токсинов, который приходится на вашу печень.

Защищает сердечно-сосудистую систему

Коллаген улучшает состояние стенок сосудов, а также помогает избавиться от прилипшего к стенкам жира. Это свойство становится важнее с возрастом человека и поможет избежать проблем с повышенным давлением как можно дольше

Разновидности коллагена

Косметология внедрила в производство три разновидности этого белка: животный, морской и растительного происхождения.

источники коллагена в пище

Первый извлекают из кожных клеток КРС(крупнорогатый скот), он плохо совмещается с кожными покровами человека из-за низкой способности проникать вглубь. Этот вид коллагена (bovine) богат глицином и пролином, относится к 1 и 3 типу. Его используют в спортивном питании для улучшения роста мышц. Существует еще куриный коллаген (chicken collagen), он относится к коллагену 2 типа и используется для лечения суставов.

Вторую разновидность – морской – извлекают из кожи крупных морских рыб, акул. Этой разновидности присуща большая проницаемость в кожные покровы человек, чем у животного белка. Морской коллаген практически полностью относится к 1 типу. Процедура выделения морского коллагена сложна, причем получаемые соединения нестойки, и колебания температуры или кислотности среды приводит к их разрушению. Стоимость этой разновидности гораздо выше животного продукта, поэтому и цены на средства с морским коллагеном выше. Они используются для улучшения состояния кожи, суставов, кровообращения, костей и пищеварительного тракта. Чаще всего морской коллаген (fish collagen) встречается в противовозрастных кремах, это связано с возможностью сокращения возрастной деградации.

Третья разновидность – это так называемый растительный коллаген, хотя в природе такого вещества нет – растения не вырабатывают коллаген. В этом случае речь идет о растительных белках (чаще всего о протеинах пшеницы), которые можно использовать с аналогичным эффектом как у коллагена. Получение такого вида белка — дорогостоящий процесс. И, несмотря на хорошее усвоение нашим организмом, за счет небольшого размера молекул, стоимость и продукта, и косметики его содержащей, довольно высока.

Также, вы можете встретить коллаген из яичной скорлупы (egg shell membrane collagen). Он почти полностью состоит из 1 типа, но также присутствуют 3, 4 и 10 типы.

Использование крема для кожи лица с коллагеном не рассчитано на наступление быстрого результата.

Типы коллагена

Существует как минимум 16 типов коллагена, которые присутствуют в нашем организме. Наиболее распространены тип 1, 2, 3, 5 и 10. При этом, от 80 до 90% коллагена в организме относятся к типу 1,2 и 3.

Тип 1: наиболее распространен. Он является наиболее прочным и участвует в строении органов и защитного слоя кожи. Помимо этого, тип 1 найден в кишечнике и участвует в строении костей. Благодаря коллагену данного типа кожа сохраняет эластичность и не стирается.

Тип 2: отвечает за соединительную ткань и используется для лечения артрита. Его роль проявляется в работе суставов, поэтому людям в возрасте, а также спортсменам, часто рекомендуют пить коллаген 2 типа в порошке или капсулах.

Тип 3: взаимодействует с коллагеном 1 типа в построении тканей органов и кожи. Кроме того, он участвует в построении кровеносных сосудов и сердца. Недостаток коллагена 3 типа повышает риск преждевременной смерти, что подтверждено исследованиями на животных.

Тип 4: формирует базальную мембрану, влияет на работу нервов и кровеносных сосудов, занимает пространство между верхним слоем кожи и глубокими слоями, играя роль «подушки» при давлении.

Тип 5: это строительный материал для новых клеток, присутствует в плаценте и необходим во время беременности.

Тип 10: помогает в формировании новых костей, используется для лечения суставов.

Эффективность коллагена

Коллаген — белок в человеческом организме, у которого есть специфическая особенность — содержит повышенную концентрацию таких аминокислот, как пирролидин-α-карбоновая кислота и оксипролин, 4-гидроксипирролидин-α-карбоновая кислота. В белке пирролидин-α-карбоновая кислота окисляется до оксипролин, 4-гидроксипирролидин-α-карбоновой кислоты с помощью витамина С. Молекула белка прибрела свойства эластичности за счет своей трёхспирально закрученной структуры.

Коллаген делает вашу кожу здоровой и эластичной.

Структурообразование коллагена начинается в клетках соединительной ткани – фибробластах: аминокислоты формируют отдельные участки цепей, которые создают спирали. Клетками ткани выводятся эти молекулы за свои пределы, и там молекулы формируют устойчивые структурные соединения волокон, которые образуют сетку, удерживающую в форме слой кожи. Волокна не только могут растягиваться, но и прекрасно возвращаются в исходное положение, что придает коже упругость, подтянутость. Важность коллагена высока, так как в дерме (это один из кожных слоев) процентное содержание его волокон достигает 80.

Факторы, влияющие на уменьшение эластичности и упругости волокон коллагена:

  1. Возраст. Со временем выработка коллагена уменьшается.
  2. Недостаточное количество воды в организме для набухания и накапливания коллагеновыми волокнами.
  3. Действие солнца (фотостарение). При воздействии на кожу ультрафиолетовыми лучами происходит разрушение молекул коллагена. Как результат – кожа истончается, становится более сухой, морщинистой. Воздействуя на кожу, ультрафиолет вызывает появление пигментации.
  4. Вредные привычки: курение. Организм курящих людей способен вырабатывать больше веществ (матриксные металлопротеиназы), способных разрушать волокна коллагена. Курение подавляет процесс образования коллагена клетками дермы.

С возрастом кожа становится дряблой из-за недостатка коллагена, но правильный уход поможет сохранить молодость дольше.

Эффективность можно оценить лишь по истечении определенного периода времени использования крема. Наносить эти крема нужно точечно, а не втирать. Иначе, при усиленном втирании, активные вещества начинают проникать с усиленным кровотоком в кровь и лимфу, а не оставаться в коже.

Образование коллагена, как уже говорилось, напрямую связано с возрастными изменениями организма. Заставить кожу работать в режиме интенсивной регенерации, как в юном возрасте невозможно. Но предотвратить и замедлить чрезмерно быстрое её старение и защитить от вредных факторов можно.

Коллаген даже с молекулярной структурой, способной на значительную глубину проникать в кожные слои, не может полноценно восполнить естественный уровень. Выходом служит использование в креме аминокислот, из которых формируются молекулы коллагена. Обладая небольшим молекулярным весом, они достигают глубоких слоев кожи и способствуют образованию «родного» для организма коллагена.

Крем, состав которого включает молекулы животного, морского и растительного происхождения (несмотря на разную проницаемость), все же выполняет защитную функцию. Создавая на коже невидимую пленку, они препятствуют потере влаги с поверхности, тем самым позволяя коже быть ухоженной и увлажненной.

Эффективность приобретаемого средства будет выше, если:

  1. В составе косметического продукта активное вещество с большей проницаемостью.
  2. Высокое процентное содержание активного вещества (коллагена, аминокислот).
  3. Наличие других полезных и защитных компонентов: аминокислот, увлажняющих веществ, защиты от ультрафиолета.
  4. Существуют специальные вещества-проводники активных компонентов, но эффективность и безопасность их не доказана.

Меры, помогающие организму поддерживать уровень коллагена

Организация правильного питания:

  1. Употреблять продукты с витамином С, стимулирующим выработку коллагена: например, апельсины, мандарины, киви, клюква и т.п.
  2. Использовать в рационе белковые продукты – источники аминокислот – строительных кирпичиков молекул коллагена: рыба, птица, мясные продукты, моллюски, бобовые.
  3. Не забывать про продукты, в которых высокое содержание железа, меди, цинка. Эти элементы помогают поддерживать здоровый и свежий вид кожи.

 

Чем полезен коллаген и самая эффективная добавка с ним

Какую же добавку с коллагеном выбрать из десятка подобных товаров, предложенных на рынке? 

Конечно, в первую очередь нужно задуматься о качестве продукции. Одной из самых надежных и долговечных фирм (она  была основана еще в 1897 году) на фармацевтическом рынке является компания Квайссер Фарма. Ей принадлежит известный бренд Доппельгерц, который занимается изготовлением добавок с коллагеном. 

После того как вы определитесь с компанией-производителем следует выбрать БАД, который точно отвечает вашим потребностям. Например, если ваша главная цель укрепить хрящевую ткань и связки, то лучше выбирать Доппельгерц® System Коллаген 11000 Плюс, а если замедлить старение кожи и увеличить ее упругость — Доппельгерц® System Коллаген Бьюти.

Доппельгерц® System Коллаген 11000 Плюс

Его главным компонентом является гидролизат коллагена, что гарантирует быстрое усвоение данного белка организмом.

Также в состав входит хондроитина сульфат, который является составляющей хрящевой ткани, связок и синовиальной жидкости. Благодаря последней обеспечивается мягкое скольжение поверхности суставов.

Витамин С в Доппельгерц® System Коллаген 11000 Плюс включен из-за своей способности активизировать синтез собственного коллагена в организме. Кроме того, он принимает участие в транспортировке молекул кислорода в органы, а затем клетки организма.

Важной составляющей БАДа является витамин D3. Он регулирует кальциево-фосфорный обмен и поддерживает целостность, крепость костей. 

В состав Доппельгерц® System Коллаген 11000 Плюс входят еще два компонента — медь и селен. Первый элемент предотвращает разрушение хрящей, а второй активно участвует в антиоксидантных процессах, препятствуя образованию свободных радикалов.

Употреблять Доппельгерц® System Коллаген 11000 Плюс необходимо для поддержания здоровья опорно-двигательного аппарата, а именно:

  • костей;
  • суставов;
  • хрящей;
  • мышц.

Применять его следует только согласно определенным правилам, указанным в инструкции и после консультации с врачом.

Доппельгерц® System Коллаген Бьюти 

В состав добавки входит несколько компонентов, важнейшим из которых являются пептиды коллагена VERISOL. Они препятствуют потере коллагенового внеклеточного матрикса и ускоряют метаболизм кожи. Благодаря VERISOL кожный покров становится более гладким, увлажненным и эластичным.

Также в состав БАДа входят витамин А, биотин и цинк. Каждый из этих элементов необходим для поддержания здоровья кожного покрова. 

Медь в Доппельгерц® System Коллаген Бьюти отвечает за выработку внутри организма коллагена и эластина после приема добавки. Данный компонент способствует улучшению состояния сосудов, костей, а также придает цвет, блеск и силу волосам.

Конечно же, нельзя не упомянуть про такой компонент состава, как экстракт асаи. Он замедляет старение кожи. 

Доппельгерц® System Коллаген Бьюти стоит применять в том случае, если вы хотите:

  • увеличить эластичность кожи;
  • замедлить процесс старения кожного покрова тела;
  • ускорить рост ногтей и уменьшить количество сколов на них. 

Перед началом применения добавки нужно обязательно проконсультироваться с медицинским специалистом. А пить Доппельгерц® System Коллаген Бьюти следует строго по инструкции.

Женщинам, которые приближаются к возрасту менопаузы производитель рекомендует перед приемом Коллаген Бьюти пропить курс Коллаген 11000 Плюс. После сорока лет в организме достаточно низкий уровень коллагена, поэтому профилактический курс коллагена 11000 поможет получить оптимальные результаты от Коллагена Бьюти

Теперь вы знаете, в чем заключается польза коллагена и сможете выбрать эффективную добавку, которая отвечает вашему запросу. 

А помогает ли предотвратить старение гиалуроновая кислота? Какой крем с гиалуроновой кислотой лучше всего выбрать и как правильно его применять? Узнайте ответы на эти материалы из нашей статьи. 

Весной у многих людей может возникать гиповитаминоз. Что это за состояния и какие 5 витаминов нужно пить для его профилактики и укрепления иммунитета? Читайте об этом в новом материале.

Узнавайте больше о здоровье на apteka24.ua.

 

Данный редакционный материал прошел проверку на достоверность, осуществленную косметологом медицинского центра Medical Plaza — Ромащенко Натальей Владимировной.

 

Источиники

What is Collagen? / News-Medical

Oral supplementation of specific collagen peptides has beneficial effects on human skin physiology: a double-blind, placebo-controlled study / PubMed

Effects of a nutritional supplement containing collagen peptides on skin elasticity, hydration and wrinkles / JMNN

What is collagen, and why do people use it? / MedicalNewsToday

24-Week study on the use of collagen hydrolysate as a dietary supplement in athletes with activity-related joint pain / PubMed

Top 6 Benefits of Taking Collagen Supplements / Healthline

Oral supplementation with specific bioactive collagen peptides improves nail growth and reduces symptoms of brittle nails / PubMed

Bone Architecture: Collagen Structure and Calcium/Phosphorus Maps / NCBI 

Why Your Collagen Depletes With Age / VeryWellHealth

Ways to get healthier looking skin by boosting collagen levels / MedicalNewsToday

6 Reasons Collagen Declines + How To Support It Naturally / MindBodyGreen

 

Отказ от ответсвенности

apteka24.ua предоставляет исчерпывающую и надежную информацию по вопросам медицины, здоровья и благополучия, однако постановка диагноза и выбор методики лечения могут осуществляться только вашим лечащим врачом! Самолечение может быть небезопасным для вашего здоровья. apteka24.ua не несет ответственности за возможные негативные последствия, возникшие в результате использования пользователями apteka24.ua информации, размещенной на сайте.

Уникальные свойства питьевого коллагена

Инновационная формула питьевого Коллагена ОМ-Х® плюс от Dr. OHHIRА – это идеально сбалансированный эликсир молодости, красоты и хорошего самочувствия.

В чем уникальность питьевого Коллагена ОМ-Х® плюс от Dr. OHHIRА?

Питьевой коллаген через сосудистую систему проходит в дерму кожи, построенную из волокон коллагена и эластина, придавая внутренней структуре кожи эластичность и упругость. Кремы, содержащие коллаген, действуют только на верхний слой кожи – эпидермис. Они не могут проникнуть глубже, в те структуры, где формируются клетки тканей и происходят регенеративные процессы.

Производитель БИОБАНК (Япония) представил новую концептуальную структуру коллагеновых продуктов – питьевой Коллаген ОМ-Х® плюс от Dr. OHHIRА. Коллаген ОМ-Х® плюс от Dr.OHHIRА объединяет в себе растительный синбиотический комплекс ОМ-Х® пятилетней ферментации, синергично действующий комплекс ANTI-AGE TRIO® и комплекс антиоксидантов. Для состава Коллагена ОМ-Х® плюс от Dr. OHHIRА, был выбран высококачественный, растворимый в воде рыбный коллаген с низким молекулярным весом, извлеченный из чешуи, кожи и костей лососевых рыб. Один флакон (20 мл) содержит 7 750 мг коллагена. Это обеспечивает максимальный уровень концентрации коллагена на 1 миллилитр. Чем ниже молекулярный вес, тем лучше усваивается коллаген.

Составные части

Коллаген

Коллаген играет важную роль в сохранении красоты кожи. Он составляет около 30 % всех белков, содержащихся в организме, и участвует при образовании кожи, костей и кровеносных сосудов. К сожалению, выработка коллагена с возрастом понижается. Например, объем коллагена в организме 45-летнего человека составляет лишь 70% от объема коллагена, который был у него в 20 лет.

Важно отметить, что коллаген включает в себя определенные виды аминокислот (например, гидроксипролин), которые стимулируют выработку коллагена самим организмом. Кроме того, трипептидный коллаген отличается маленьким размером молекул, что позволяет ему хорошо усваиваться организмом. От полностью абсорбированного организмом коллагена можно ожидать наибольшей эффективности.

До 25 лет коллагеновые волокна в организме человека постоянно обновляются. С годами обновление межклеточного вещества дермы замедляется, клетки теряют свою влагу, поэтому организм стареет и нарушаются все его функции. Как только организм утрачивает способность вырабатывать коллаген естественным образом, это, в первую очередь, отражается на состоянии кожи (появляются морщины, растяжки, кожа становится сухой), наблюдается общий упадок сил.

Один флакон Коллагена ОМ-Х® плюс от Dr. OHHIRА содержит 7 750 мг рыбного и трипептидного коллагена. Для этой формулы выбраны коллагены I, II и III типов. Эти тщательно отборные высококачественные коллагены помогают сохранить молодость и здоровье.

COLLAGEN ОМ-Х®+ | КОЛЛАГЕН ПИТЬЕВОЙ

Цена: 4 710 руб (79 USD)

Заказать
Типы коллагена

Коллаген – самый распространенный тип белковой молекулы в животном мире.

Существует более 16 типов коллагена, но самый распространенный – коллаген II типа (более 90%). Он является основным компонентом матрикса соединительных тканей – кожи, костей, хрящей, связок. Соединительная ткань образует опорный каркас (скелет) и наружные покровы (дерму), является составной частью органов и тканей, формирует вместе с кровью и лимфой внутреннюю среду организма.

I тип  – Повсеместно в мягких и твёрдых тканях, в коже, костях.

II тип – Хрящи, стекловидноетело, межпозвоночные диски.

III тип – Мягкие ткани и полыеорганы

Механизм усвоения коллагена

Даже самый высококачественный коллаген не будет эффективен, пока не усвоится  организмом. Абсорбированный коллаген вносит значительный вклад в состояние всего организма.

    1. Применение коллагена внутрь обеспечивает организм достаточным количеством пептидов коллагена, глицина, пролина и гидроксипролина.
    2. Трипептиды и аминокислоты легко всасываются через мембраны кишечника в кровеносную систему.
    3. Трипептиды и аминокислоты разносятся по всему телу. Таким образом, они попадают и в кожу (дерму), и выдерживаются там до 14 дней.
    4. Трипептиды коллагена и аминокислоты действуют в двух направлениях:
    • вместе с свободными аминокислотами становятся строительными блоками в производстве коллагена и эластина;
    • стимулируют пролиферацию (новообразование) фибробластов и, таким образом, синтез коллагена и гиалуроновой кислоты.

 Эластин морского происхождения 

Эластин выполняет важные функции в артериях, легких, коже. Это ингредиент, который объединяется с коллагеном для сохранения вашей красоты. Он отвечает за упругость соединительных тканей, обладает эластичностью и позволяет тканям восстанавливаться, например, при порезе кожи.

В составе эластина, вместе с другими аминокислотами, присутствуют и уникальные аминокислоты — десмозины. Скрепляя нити эластина, десмозины образуют жесткий каркас. Это обеспечивает эффективное предотвращение образования морщин, увеличение тургора кожи, защиту от растягивания и обвисания. Эластин лучше других веществ увлажняет кожу. Он создает «дышащую» пленку, которая препятствует испарению влаги. В отличие от жиров и масел, традиционно использующихся в качестве увлажнителей, эластин не закупоривает поры.

Эластин перестает вырабатываться в человеческой коже после 14 лет, вследствие чего кожа перестает быть упругой. В отличие от коллагена в эластине значительно больше валина и аланина и меньше глутаминовой кислоты и аргинина. В целом характерной особенностью первичной структуры эластина является слишком малое содержание полярных аминокислотных остатков. Молекула эластина содержит неполярные аминокислоты, которые контролируют образование кожного сала. Поэтому данный белок — настоящее спасение для жирной и увядающей кожи.

 Гиалуроновая кислота 

Гиалуроновая кислота является самым мощным увлажнителем. Один грамм гиалуроновой кислоты сохраняет 6 литров воды. Гиалуроновая кислота замедляет ороговение клеток кожи, выводит токсины и продукты обмена веществ, восстанавливает влажность и эластичность кожи, предотвращает появление морщин и других признаков старения.

Гиалуроновая кислота  – это кислота, естественным образом присутствующая в коже человека.  Она занимает пространство между волокнами структурных белков – коллагена и эластина –  удерживая их в правильном положении и заполняя собой. Гиалуроновая кислота также регулирует водный баланс. Основная её часть находится в коже, межсуставной жидкости и глазном яблоке. Важно отметить, что организм сам способен производить гиалуроновую кислоту, используя ее для смазывания суставов и обеспечения влажности кожи. Около 50% гиалуроновой кислоты организмa находится в коже.

Со временем, в нашем организме натурально снижается уровень гиалуроновой кислоты – кожа начинает сохнуть, шелушиться, покрываться мелкой сеточкой морщин, увядать и обвисать. Также повышается внутриглазное давление, возникают заболевания суставов. Поэтому очень важно, чтобы запасы гиалуроновой кислоты не истощались.

Связь между коллагеном, гиалуроновой кислотой и эластином

Коллаген образовывает саму клетку кожи, эластин выдерживает клетки кожи на месте, а гиалурованная кислота заполняет пространство между волокнами коллагена и эластина, удерживает влагу и эластичность кожи.

 Коэнзим Q10 

В основном Коэнзим Q10 (CoQ10) содержится в органах, потребляющих наибольшую часть энергии организма: мозге, сердце, печени и почках. CoQ10 относится к классу мощных натуральных антиоксидантов, нейтрализующих свободные радикалы. Он также поддерживает уровень энергии человека и молодости всего организма. Именно CoQ10 причастен к выработке 95% всей клеточной энергии.

В молодом возрасте в организме здорового человека за сутки вырабатывается около 300 миллиграммов Коэнзима Q10. Уровень CoQ10 в организме человека постепенно растет после рождения и достигает своего пика к 20-ти годaм жизни. С 30-ти лет уровень CoQ10 в организме начинает постепенно снижаться.

 Керамиды

Керамиды (правильное название церамиды) — это липидные вещества, состоящие из аминоспирта сфингозина и жирной кислоты. Впервые они были обнаружены в тканях мозга, поэтому само их название происходит от латинского слова cerebrum (мозг). Позднее выяснилось, что керамиды могут находиться как в свободном состоянии (в клетках печени и селезенки), так и входить в состав сфинголипидных веществ.

Керамиды – это сохраняющий влажность, свежесть и молодость кожи ингредиент. Керамиды, жирные кислоты и холестерин работают вместе в роговом слое, чтобы предотвратить потерю воды и сохранить кожу увлажненной и эластичной. Керамиды составляют около 40% всех липидов в роговом слое, однако, к сожалению, эта цифра не вечна. Уровень керамидов снижается с возрастом. Это одна из причин, по которой наша кожа становится более сухой по мере того, как мы становимся старше.

Основные функции керамидов:

    • Регулируют рост клеток;
    • Замедляют старение;
    • Препятствуют избыточному разрастанию клеток;
    • Являются защитой от агрессивной внешней среды.

 Пчелиное маточное молочко (королевское желе) 

Это особая, сбалансированная натуральная питательная смесь, имеющая оптимальное сочетание микроэлементов, витаминов (особенно группы В), органических веществ и аминокислот: витамины В1, В2, В3, В4, В5, В6, В7, В8, В9, В12, 22 аминокислоты (часть из которых – незаменимые). Пчелиное маточное молочко является уникальным продуктом пчеловодства и представляет собой мощный биологический стимулятор.

В своем составе маточное молочко содержит дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), которая дает омолаживающий эффект, благодаря регенеративному воздействию на стареющие клетки и ткани организма.

Применение маточного молочка положительно влияет на здоровье и самочувствие человека. Доказано, что оно способно поддерживать работу нервных клеток, стимулирует рост стволовых клеток, эффективно как иммуномоделирующее средство.

 Ферментированный растительный синбиотический комплекс OM-X®

Чтобы повысить абсорбирующую способность организма, в Коллаген ОМ-Х® плюс от Dr. OHHIRА добавлена масса растительного происхождения пятилетней ферментации ОМ-Х®. Коллаген ОМ-Х® плюс от Dr. OHHIRА также содержит многие другие ингредиенты, которых часто не хватает нашему организму, но они важны для увлажнения кожи и сохранения молодости всего организма.

Mасса OM-X® производится с помощью уникальной технологии. В состав продукта входят ингредиенты растительного происхождения: ягоды, фрукты, грибы, травы, корни и морские водоросли, произрастающие на территории Японии в естественных условиях. Все ингредиенты собираются вручную и, вместе с 12-ю штаммами молочнокислых бактерий, 5 лет ферментируются при натуральной температуре. Благодаря продолжительности процесса ферментации, разные штаммы молочнокислых бактерий, попав в организм человека, уже не конкурируют между собой, а направляют свои силы против патогенных микроорганизмов.

Только сбалансированная микрофлора кишечника гарантирует оптимальное усвоение пищевых добавок, минералов и витаминов. Масса ОМ-Х® восстанавливает баланс микрофлоры кишечника и помогает организму усвоить все активные ингредиенты питьевого Коллагена ОМ-Х® плюс от Dr. OHHIRА. Исследования показывают, что комплекс ОМ-Х® предотвращает снижение уровня собственного коллагена.

 Витамин С 

Витамин С – мощный антиоксидант. Он играет важную роль в регуляции окислительно-восстановительных процессов, участвует в синтезе коллагена и проколлагена, обмене фолиевой кислоты и железа, а также синтезе стероидных гормонов и катехоламинов. Аскорбиновая кислота также регулирует свертываемость крови, нормализует проницаемость капилляров, необходима для кроветворения, оказывает противовоспалительное и потивоаллергическое действие.

Витамин С является мощным средством защиты организма oт последствий стресса. Он усиливает репаративные процессы, увеличивает устойчивость к инфекциям и  уменьшает эффекты воздействия различных аллергенов.

Полезные свойства витамина С:

    • совместно с белком, витамин С воссоздает клетки кожи, сухожилия, связки, кровеносные сосуды;
    • способствует заживлению ран и рубцеванию шрамов;укрепляет и восстанавливает хрящевые ткани, кости и зубы;
    • участвует в процессе роста и восстановления тканей всех частей вашего тела;
    • является источником антиоксидантов – веществ, которые блокируют процессы, вызванные повреждениями воздействия свободных радикалов.

COLLAGEN ОМ-Х®+ | КОЛЛАГЕН ПИТЬЕВОЙ

Цена: 4 710 руб (79 USD)

Заказать

Collagen — обзор | Темы ScienceDirect

2.15.1.3 Семейство, типы и формы коллагена

Разница между различными про α цепями в пределах одного типа коллагена позволяет изменять состав коллагена одного типа. Например, коллаген коллагена I может существовать как гетеротример из двух цепей α1 и одной цепи α2 или как гомотример из трех цепей α1. Ряд коллагенов существует только в виде гомотримеров (таблица 1). Напротив, шесть генов, кодирующих шесть различных α (4) цепей, создают значительно различные изоформы коллагена IV, которые имеют гистологически различное распределение в разных типах базальных мембран.Следовательно, разные типы коллагена необходимы для придания различных биологических свойств различным типам соединительных тканей в организме. Например, коллаген I типа преобладает у животных более высокого порядка, особенно в коже, сухожилиях и костях, где передаются экстремальные силы. Тип III обнаруживается в ограниченных количествах (приблизительно 10%) вместе с типом I. Таким образом, тип III является второстепенным компонентом коллагена типа I, полученного из кожи (см. Ссылку [11]). Кроме того, в кровеносных сосудах преобладает тип III.Это означает, что типичное поперечно-полосатое волокно в ПЭМ может быть на самом деле гетеротипным волокном, составом из разных типов коллагена.

Коллаген III ранее рассматривался как «загрязнитель» [11] с промышленной точки зрения. Мы считаем, что с увеличением знаний о разнообразии семейства коллагена и множественных коллагеновых композитах, обнаруженных в тканях позвоночных, было бы предпочтительнее принять его как заданную биологическую добавку, которая играет важную биологическую роль 2 , и признать, что in vivo «чистая» «Популяции коллагена существуют только в микромасштабе.

В настоящее время идентифицировано 29 типов коллагена, некоторые из них обладают весьма уникальными свойствами, многие — взаимосвязанными, но часто имеют специфическую локализацию в определенных тканях. Это разнообразие указывает на важнейшие биологические функции и отражается во множестве физических структур: в настоящее время семейство коллагена делится на четыре подразделения, которые в значительной степени основаны на их первичной структуре и соответствующих размерах их трехспиральных доменов.

Группа 1 состоит из фибриллообразующих коллагенов I, II, III, V, XI, XXIV и XXVII, поскольку они имеют тройные спирали с непрерывными участками Gly-X-Y длиной приблизительно 300 нм.Тем не менее, XXI и XXVII демонстрируют недостатки в тройных спиральных участках, как это наблюдается у беспозвоночных. Классические фибриллы, образующие тройные спирали коллагена, действуют как мономеры, которые образуют супрамолекулярные сборки, соединяясь параллельно, но смещенными на четверть своей длины. Этот смещенный на четверть массив приводит к типичной поперечной полосе с рисунком полос 67 нм, как это видно после контрастирования с тяжелыми металлами в просвечивающей электронной микроскопии. Эта особенность абсолютно характерна для коллагена.Коллагеновые фибриллы в дерме, источнике кожи и многих типах коллагеновых губок часто представляют собой сплавы разных типов коллагена, обычно типов I, III и V. Эти волокна называют гетеротипическими, в отличие от гомотипических фибрилл, которые могут состоять только из один тип коллагена, например коллаген VII, в закрепляющих фибриллах дермо-эпидермального перехода.

Группа 2 содержит коллагены базальной мембраны IV, VII и XXVIII. В то время как коллаген IV образует фибриллярную сеть, коллаген VII образует поперечно-полосатые фибриллы, хотя и с другим рисунком полос и создается за счет антипараллельной ассоциации димеров.

Группа 3 содержит короткоцепочечные коллагены VI, VIII и X. Они названы в честь их трехспиральных областей, которые простираются до 100 и 150 нм соответственно. Коллаген VI образует микроволокна в форме бусинок [12], а коллагены VIII и X, скорее всего, образуют гексагональные решетки. Недавно обнаруженный коллаген XXIX имеет короткую непрерывную тройную спиральную область, фланкированную несколькими доменами фактора фон Виллебранда.

Группа 4 содержит набор коллагенов, которые показывают множественные прерывания трехспиральных отрезков Gly-X-Y.Эти ассоциированные с фибриллами коллагены с прерывистыми тройными спиралями известны как коллагены FACIT и включают типы IX, XII, XIV, XVI, XIX – XXII. Коллагены XV и XVII, которые подпадают под понятие МУЛЬТИПЛЕКСИНЫ, доводят до крайности количество прерываний. Наконец, примечательной подгруппой являются коллагены XIII, XVII, XXIII и XXV, поскольку они содержат трансмембранные домены, которые позволяют этим молекулам встраиваться в клеточные мембраны, одновременно проецируя (прерванные) тройные спиральные домены наружу во внеклеточное пространство.Краткий обзор текущих типов коллагена, их структуры и распределения в тканях приведены в таблице 1. Текущие коллагены были рассмотрены совсем недавно [3], дополнительные данные о распределении в тканях и биохимических характеристиках коллагенов I – XIX обсуждаются в ссылке [10 ], а текущие ссылки на коллагены XX – XIX приведены в ссылках [13–22] соответственно. Важно знать, что продукты протеолитического распада коллагенов могут иметь биологическую жизнь сами по себе. Например, карбоксильные концевые домены коллагенов XV и XVIII могут быть расщеплены с образованием антиангиогенных пептидов.Их называют либо эндостатином и рестином, либо эндостатином-XVIII и эндостатином-XV [23-25].

Коллагеновая тканевая инженерия: разработка новых биоматериалов и приложений

  • 1

    Aszódi A, Legate KR, Nakchbandi I., Fässler R 2006 Что мышиные мутанты учат нас о функции внеклеточного матрикса. Annu Rev Cell Dev Biol 22 : 591–621

    Артикул Google ученый

  • 2

    Grant ME 2007 От химии коллагена к клеточной терапии — личное путешествие. Int J Exp Pathol 88 : 203–214

    CAS Статья Google ученый

  • 3

    Вейт Г., Коббе Б., Кин Д. Р., Паулссон М., Кох М., Вагенер Р. 2006 Коллаген XXVIII, новый фактор фон Виллебранда Домен-содержащий белок с множеством недостатков в коллагеновом домене. J Biol Chem 281 : 3494–3504

    CAS Статья Google ученый

  • 4

    Канти Э.Г., Кадлер К.Е. 2005 Транспортировка, процессинг и фибриллогенез проколлагена. J Cell Sci 118 : 1341–1353

    CAS Статья Google ученый

  • 5

    Smith K, Rennie MJ 2007 Новые подходы и недавние результаты, касающиеся синтеза коллагена в тканях человека. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 10 : 582–590

    CAS Статья Google ученый

  • 6

    Cui FZ, Li Y, Ge J 2007 Самосборка минерализованных коллагеновых композитов. Mater Sci Eng R Rep 57 : 1–27

    Артикул Google ученый

  • 7

    Тейлор Д. 2007 Перелом и восстановление кости: многомасштабная проблема. J Mater Sci 42 : 8911–8918

    CAS Статья Google ученый

  • 8

    Бюлер М.Дж., Акбаров Т. 2007. Механика разрушения белковых материалов. Mater Today 10 : 46–58

    CAS Статья Google ученый

  • 9

    Johns DE, Athanasiou KA 2007 Характеристики дизайна для тканевой инженерии диска височно-нижнечелюстного сустава: обучение на основе сухожилия и суставного хряща. Proc Inst Mech Eng [H] 221 : 509–526

    CAS Статья Google ученый

  • 10

    Muir H, Bullough P, Maroudas A 1970 Распределение коллагена в суставном хряще человека с некоторыми его физиологическими последствиями. J Bone Joint Surg Br 52 : 554–563

    CAS Статья Google ученый

  • 11

    Науманн А., Деннис Дж. Э., Авадалла А., Каррино Д. А., Мансур Дж. М., Кастенбауэр Е., Каплан А. И. 2002 Иммунохимическая и механическая характеристика подтипов хряща у кроликов. J Histochem Cytochem 50 : 1049–1058

    CAS Статья Google ученый

  • 12

    Vogel KG, Peters JA 2005 Гистохимия определяет богатый протеогликанами слой в сухожилиях сгибателей крупного рогатого скота, подверженных изгибу. J Взаимодействие с нейронами опорно-двигательного аппарата 5 : 64–69

    CAS PubMed Google ученый

  • 13

    Fan L, Sarkar K, Franks DJ, Uhthoff HK 1997 Оценка общего коллагена и коллагена типов I и III в сухожилиях вращательной манжеты собаки. Calcif Tissue Int 61 : 223–229

    CAS Статья Google ученый

  • 14

    Fleischmajer R, Perlish JS, Timpl R, Olsen BR 1988 Промежуточные продукты проколлагена во время фибриллогенеза сухожилий. J Histochem Cytochem 36 : 1425–1432

    CAS Статья Google ученый

  • 15

    Оттани В., Распанти М., Руджери А. 2001 Структура коллагена и функциональное значение. микрон 32 : 251–260

    CAS Статья Google ученый

  • 16

    Evanko SP, Vogel KG 1990 Ультраструктура и состав протеогликанов в развивающейся фиброзно-хрящевой области сухожилия крупного рогатого скота. Матрица 10 : 420–436

    CAS Статья Google ученый

  • 17

    Меткалф А.Д., Фергюсон М.В. 2007 Тканевая инженерия замещающей кожи: перекресток биоматериалов, заживления ран, эмбрионального развития, стволовых клеток и регенерации. J R Soc Интерфейс 4 : 413–437

    CAS Статья Google ученый

  • 18

    Waller JM, Maibach HI 2006 Возраст, структура и функции кожи, количественный подход (II): содержание и структура белков, гликозаминогликанов, воды, липидов. Skin Res Technol 12 : 145–154

    Артикул Google ученый

  • 19

    Torbet J, Malbouyres M, Builles N, Justin V, Roulet M, Damour O, Oldberg A, Ruggiero F, Hulmes DJ 2007 Ортогональный каркас из магнитно выровненных коллагеновых пластинок для реконструкции стромы роговицы. Биоматериалы 28 : 4268–4276

    CAS Статья Google ученый

  • 20

    Hirsch M, Prenant G, Renard G 2001 Трехмерная супрамолекулярная организация внеклеточного матрикса в строме роговицы человека и кролика, выявленная методами сверхбыстрого замораживания и глубокого травления. Exp Eye Res 72 : 123–135

    CAS Статья Google ученый

  • 21

    Мик К.М., Леонард Д.В., Коннон С.Дж., Деннис С., Хан С. 2003 Прозрачность, отек и рубцы в строме роговицы. Глаз 17 : 927–936

    CAS Статья Google ученый

  • 22

    Hartgerink JD, Beniash E, Stupp SI 2001 Самосборка и минерализация нановолокон пептид-амфифил. Наука 294 : 1684–1688

    CAS Статья Google ученый

  • 23

    Hartgerink JD, Beniash E, Stupp SI 2002 Пептид-амфифильные нановолокна: универсальная основа для подготовки самособирающихся материалов. Proc Natl Acad Sci USA 99 : 5133–5138

    CAS Статья Google ученый

  • 24

    Племянница К.Л., Хартгеринк Дж. Д., Доннерс Дж. Дж., Ступп С.И. 2003 Самосборка, объединяющая две биоактивные молекулы пептид-амфифил в нановолокна за счет электростатического притяжения. J Am Chem Soc 125 : 7146–7147

    CAS Статья Google ученый

  • 25

    Чжан С. 2003 Производство новых биоматериалов путем молекулярной самосборки. Nat Biotechnol 21 : 1171–1178

    CAS Статья Google ученый

  • 26

    Марини Д.М., Хванг В., Лауффенбургер Д.А., Чжан С., Камм Р.Д. 2002 Левая спиральная лента промежуточных звеньев при самосборке β-листового пептида. Nano Lett 2 : 295–299

    CAS Статья Google ученый

  • 27

    Ряднов М.Г., Вулфсон Д.Н. 2003 Разработка морфологии самособирающегося белкового волокна. Nat Mater 2 : 329–332

    CAS Статья Google ученый

  • 28

    Парамонов С.Е., Гауба В., Хартгеринк Дж. Д. 2005 Синтез коллагеноподобных пептидных полимеров путем нативного химического лигирования. Макромолекулы 38 : 7555–7561

    CAS Статья Google ученый

  • 29

    Коиде Т., Хомма Д.Л., Асада С., Китагава К. 2005 Самокомплементарные пептиды для образования коллагеноподобных тройных спиральных супрамолекул. Bioorg Med Chem Lett 15 : 5230–5233

    CAS Статья Google ученый

  • 30

    Kotch FW, Raines RT 2006 Самосборка тройных спиралей синтетического коллагена. Proc Natl Acad Sci USA 103 : 3028–3033

    CAS Статья Google ученый

  • 31

    Лангер Р., Vacanti JP 1993 Тканевая инженерия. Наука 260 : 920–926

    CAS Статья Google ученый

  • 32

    Санчес К., Аррибарт Х., Гилль М.М. 2005 Биомиметизм и биовдохновение как инструменты для разработки инновационных материалов и систем. Nat Mater 4 : 277–288

    CAS Статья Google ученый

  • 33

    Sargeant TD, Guler MO, Oppenheimer SM, Mata A, Satcher RL, Dunand DC, Stupp SI 2008 Гибридные костные имплантаты: самосборка нановолокон пептидных амфифилов в пористом титане. Биоматериалы 29 : 161–171

    CAS Статья Google ученый

  • 34

    Holmes TC, de Lacalle S, Su X, Liu G, Rich A, Zhang S. 2000 Обширный рост нейритов и активное образование синапсов на самособирающихся пептидных каркасах. Proc Natl Acad Sci USA 97 : 6728–6733

    CAS Статья Google ученый

  • 35

    Кисидай Дж., Джин М., Курц Б., Хунг Х, Семино С., Чжан С., Гродзинский А.Дж. 2002 Самособирающийся пептидный гидрогель способствует производству внеклеточного матрикса хондроцитов и делению клеток: последствия для восстановления хрящевой ткани. Proc Natl Acad Sci USA 99 : 9996–10001

    CAS Статья Google ученый

  • 36

    Semino CE, Merok JR, Crane GG, Panagiotakos G, Zhang S 2003 Функциональная дифференциация гепатоцитоподобных сфероидных структур от предполагаемых клеток-предшественников печени в трехмерных пептидных каркасах. Дифференциация 71 : 262–270

    CAS Статья Google ученый

  • 37

    Ellis-Behnke RG, Liang YX, You SW, Tay DK, Zhang S, So KF, Schneider GE 2006 Нано-нейровязание: каркас из пептидных нановолокон для восстановления мозга и регенерации аксонов с функциональным возвратом зрения. Proc Natl Acad Sci USA 103 : 5054–5059

    CAS Статья Google ученый

  • 38

    Авад Х.А., Бойвин Г.П., Дресслер М.Р., Смит Ф.Н., Янг Р.Г., Батлер Д.Л. 2003 Ремонт повреждений сухожилий надколенника с использованием композита клетка-коллаген. J Orthop Res 21 : 420–431

    CAS Статья Google ученый

  • 39

    Juncosa-Melvin N, Shearn JT, Boivin GP, ​​Gooch C, Galloway MT, West JR, Nirmalanandhan VS, Bradica G, Butler DL 2006 Влияние механической стимуляции на биомеханику и гистологию конструкций губчатых стволовых клеток и коллагена для ремонта сухожилия надколенника кролика. Ткань Eng 12 : 2291–2300

    CAS Статья Google ученый

  • 40

    Джункоса-Мелвин Н., Матлин К.С., Холдкрафт Р.В., Нирмаланандан В.С., Батлер Д.Л. 2007. Механическая стимуляция увеличивает экспрессию генов коллагена типа I и коллагена типа III в конструкциях губчатых стволовых клеток и коллагена для восстановления сухожилия надколенника. Ткань Eng 13 : 1219–1226

    CAS Статья Google ученый

  • 41

    Koide T 2007 Разработаны трехспиральные пептиды как инструменты для биохимии коллагена и инженерии матрикса. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 362 : 1281–1291

    CAS Статья Google ученый

  • 42

    Chung HJ, Park TG 2007 Готовые каркасы для тканевой инженерии с поверхностной инженерией и высвобождением лекарств. Adv Drug Deliv Rev. 59 : 249–262

    CAS Статья Google ученый

  • 43

    Наир Л.С., Лауренсин СТ 2007 Биоразлагаемые полимеры как биоматериалы. Prog Polym Sci 32 : 762–798

    CAS Статья Google ученый

  • 44

    Cao Y, Liu Y, Liu W, Shan Q, Buonocore SD, Cui L 2002 Соединение дефектов сухожилий с использованием сухожилий, сконструированных с использованием аутологичных теноцитов, на модели курицы. Plast Reconstr Surg 110 : 1280–1289

    PubMed Google ученый

  • 45

    Лю В., Чен Б., Дэн Д., Сюй Ф, Цуй Л., Цао Ю. 2006 Ремонт дефекта сухожилия с помощью искусственного сухожилия дермальных фибробластов на модели свиньи. Tissue Eng 12 : 775–788

    Артикул Google ученый

  • 46

    Hu X, Liu W, Cui L, Wang M, Cao Y 2005 Тканевая инженерия почти прозрачной стромы роговицы. Ткань Eng 11 : 1710–1717

    CAS Статья Google ученый

  • 47

    Liu Y, Chen F, Liu W, Cui L, Shang Q, Xia W, Wang J, Cui Y, Yang G, Liu D, Wu J, Xu R, Buonocore SD, Cao Y 2002 Ремонт большой свиньи дефекты на всю толщину суставного хряща с использованием аутологичного хрящевого хряща. Ткань Eng 8 : 709–721

    CAS Статья Google ученый

  • 48

    Zhou G, Liu W, Cui L, Wang X, Liu T., Cao Y 2006 Восстановление суставных костно-хрящевых дефектов суставов свиней в областях, не несущих вес, с использованием аутологичных стромальных клеток костного мозга. Ткань Eng 12 : 3209–3221

    CAS Статья Google ученый

  • 49

    Liu W, Cui L, Cao Y 2006 Реконструкция кости с помощью BMSC. Методы Энзимол 420 : 362–380

    CAS Статья Google ученый

  • 50

    Cui L, Liu B, Liu G, Zhang W, Cen L, Sun J, Yin S, Liu W., Cao Y 2007 Восстановление дефектов черепных костей стволовыми клетками из жировой ткани и коралловым каркасом на модели собаки. Биоматериалы 28 : 5477–5486

    CAS Статья Google ученый

  • 51

    Zhu L, Liu W, Cui L, Cao Y 2006 Тканевая репарация костей дефектов козьего бедра с помощью остеогенно индуцированных стромальных клеток костного мозга. Ткань Eng 12 : 423–433

    CAS Статья Google ученый

  • 52

    Шан Кью, Ван З., Лю В., Ши И, Цуй Л., Цао Ю. 2001 Тканевая репарация костей дефектов черепа овец с использованием аутологичных стромальных клеток костного мозга. J Craniofac Surg 12 : 586–593

    CAS Статья Google ученый

  • 53

    Weng Y, Wang M, Liu W, Hu X, Chai G, Yan Q, Zhu L, Cui L, Cao Y 2006 Восстановление экспериментальных дефектов альвеолярной кости с помощью тканевой инженерии кости. Ткань Eng 12 : 1503–1513

    CAS Статья Google ученый

  • Уникальное свойство обнаруженного коллагена ›Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

    Коллаген широко известен как белок, отвечающий за поддержание упругости кожи.(Изображение: FAU / Franziska Sponsel)

    Исследователи FAU объясняют уникальное свойство коллагена

    29 июля 2015 г.

    Белок коллаген является основным компонентом кожи человека. Он обладает уникальными свойствами: он остается мягким и гибким при малых нагрузках и твердеет при увеличении нагрузки. Исследователи FAU обнаружили механизмы, которые заставляют механическую жесткость коллагена адаптироваться к внешнему стрессу. Их наблюдения могут способствовать улучшению синтетических материалов. Выводы исследователей были опубликованы в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS) *.

    Коллаген широко известен как белок, отвечающий за поддержание упругости кожи. Это самый распространенный белок в организме человека, который отвечает за механическую стабильность кожи, сухожилий, мышц, костей и соединительной ткани. Коллаген уникален в том смысле, что он остается мягким и гибким при небольшом стрессе и становится более жестким при увеличении стресса. Таким образом, коллаген гарантирует, что клетки организма способны выдерживать определенную степень внутреннего и внешнего стресса.Это необычное свойство является причиной того, что коллаген также можно использовать в коммерческих целях, например, в качестве дубленого коллагена для кожи обуви или в искусственных сердечных клапанах. Вместе с исследователями из Университета Амстердама и Гарвардского университета физики FAU открыли еще один аспект этого механического поведения коллагена.

    Структура коллагена похожа на структуру веревки. Три цепочки молекул коллагена наматываются друг на друга и образуют веревку. Некоторые из этих веревок, в свою очередь, собираются в так называемые фибриллы, более прочные веревки.Затем они объединяются, образуя коллагеновые волокна. Исследователи показали, что коллаген формирует сети из этих волокон. Отдельные волокна сети можно легко согнуть, но трудно их растянуть. При повышенном стрессе все больше и больше волокон растягиваются и начинают организовываться в сети, похожие на тугие рыболовные сети. Используя математический анализ, исследователи установили, что не все волокна несут одинаковую нагрузку. Пропорция несущих волокон изменяется и гарантирует, что механическая стабильность всей сети идеально адаптируется к внешнему механическому воздействию, независимо от того, насколько плотно соединены волокна.Исследователи надеются, что этот принцип может быть использован в будущем для создания новых синтетических материалов с адаптивными механическими свойствами.

    * Альберт Джеймс Ликап, Стефан Мюнстер, Ахбинав Шарма и др.: Стресс контролирует механизм коллагеновых сетей. Труды Национальной академии наук (США). DOI: 10.1073 / pnas.1504258112

    Дополнительная информация:

    Проф. Д-р Бен Фабри
    Телефон: +49 9131 8525610
    [email protected]

    Роль организации коллагена в свойствах костей

  • 1.

    Schuit SC, van der Klift M, Weel AE, de Laet CE, Burger H, Seeman E, Hofman A, Uitterlinden AG, van Leewen JP, Pols HA (2004) Частота переломов и связь с минеральной плотностью костей у пожилых мужчин и женщин : Роттердамское исследование. Кость 34: 195–202

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 2.

    Сорней-Ренду Э., Муньос Ф., Гарнеро П., Дубоеф Ф., Дельмас П.Д. (2005) Выявление женщин с остеопенией с высоким риском перелома: исследование OFELY.J Bone Miner Res 20: 1813–1819

    PubMed Статья Google ученый

  • 3.

    Nyman JS, Reyes M, Wang X (2005) Влияние ультраструктурных изменений на прочность кости. Micron 35: 566–582

    Артикул Google ученый

  • 4.

    Найман Дж. С., Рой А., Тайлер Дж. Х., Акуна Р. Л., Гейл Х. Дж., Ван X (2007) Возрастные факторы, влияющие на диссипацию энергии после выхода кортикальной кости человека.J Orthop Res 25: 646–655

    PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 5.

    Ван Х, Банк Р.А., Текоппеле Дж. М., Агравал С. М. (2001) Роль коллагена в определении механических свойств костей. J Orthop Res 19: 1021–1026

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 6.

    Стефан У., Майкл Б., Вернер С. (2010) Влияние трех различных методов консервации на механические свойства кортикальной кости человека и крупного рогатого скота.Кость 47: 1048–1053

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 7.

    Currey JD, Foreman J, Laketic I., Mitchell J, Pegg DE, Reilly GC (1997) Влияние ионизирующего излучения на механические свойства костей человека. J Orthop Res 15: 111–117

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 8.

    Barth HD, Launey ME, Macdowell AA, Ager JW 3rd, Ritchie RO (2010) О влиянии рентгеновского излучения на деформацию и характер переломов кортикальной кости человека.Bone 46: 1475–1485

    PubMed Статья Google ученый

  • 9.

    Burton B, Gaspar A, Josey D, Tupy J, Grynpas MD, Willet T (2014) Охрупчивание костей и модификации коллагена из-за стерилизации высокими дозами гамма-излучения. Кость 61: 71–81

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 10.

    Stroga GE, Vashishth D (2012) Влияние белков костного матрикса на переломы и хрупкость при остеопорозе.Curr Osteoporos Rep 10: 141–150

    Статья Google ученый

  • 11.

    Niyibizi C, Eyre DR (1989) Костный коллаген V типа: состав цепи и расположение сайта расщепления трипсином. Connect Tissue Res 20: 247–250

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 12.

    Nimni ME (1993) Фибриллярные коллагены: их биосинтез, молекулярная структура и способ сборки.В: Zern MA, Reid LM (eds) Внеклеточный матрикс: химия, биология и патобиология с упором на печень. Marcel Dekker Inc., Нью-Йорк, стр. 121–148

    Google ученый

  • 13.

    Berg RA, Prockop DJ (1973) Тепловой переход негидроксилированной формы коллагена. Доказательства роли гидроксипролина в стабилизации тройной спирали коллагена. Biochem Biophys Res Commun 52: 115–120

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 14.

    Харвуд Р., Грант М.Э., Джексон Д.С. (1975) Исследования гликозилирования остатков гидроксилизина во время биосинтеза коллагена и субклеточной локализации коллаген-галактозилтрансферазы и коллаген-глюкозилтрансферазы в клетках сухожилия и хряща. Biochem J 152: 291–302

    CAS PubMed Central PubMed Google ученый

  • 15.

    Gineyts E, Garnero P, Delmas PD (2001) Экскреция с мочой глюкозил-галактозилпиридинолина: специфический биохимический маркер деградации синовиальной оболочки.Ревматология (Оксфорд) 40: 315–323

    CAS Статья Google ученый

  • 16.

    Пиннелл С.Р., Фокс Р., Крейн С.М. (1971) Коллагены человека: различия в гликозилированных гидроксилизинах в коже и костях. Biochim Biophys Acta 229: 119–122

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 17.

    Petruska JA, Hodge AJ (1964) Субъединичная модель макромолекулы тропоколлагена.Proc Natl Acad Sci USA 51: 871–876

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 18.

    Fledelius C, Johnsen AH, Cloos PA, Bode M, Qvist P (1997) Характеристика продуктов разложения мочи, полученных из коллагена типа I. Идентификация бета-изомеризованной последовательности Asp-Gly в С-концевой области телопептидов (альфа 1). J Biol Chem 272 (15): 9755–9763

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 19.

    Cloos PA, Fledelius C (2000) Фрагменты коллагена в моче, полученные в результате резорбции кости, сильно рацемизированы и изомеризованы: биологические часы старения белка с клиническим потенциалом. Biochem J 345: 473–480

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 20.

    Borel O, Gineyts E, Bertholon C, Garnero P (2012) Катепсин K предпочтительно солюбилизирует созревший костный матрикс. Calcif Tissue Int 911: 32–39

    Статья Google ученый

  • 21.

    Гарнеро П., Борел О., Гинейтс Э., Дубёф Ф., Сольберг Х., Букссейн М.Л., Кристиансен С., Дельмас П.Д. (2006) Внеклеточные посттрансляционные модификации коллагена являются основными детерминантами биомеханических свойств кортикальной кости плода крупного рогатого скота. Кость 38: 300–309

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 22.

    Garnero P, Fledelius C, Gineyts E, Serre CM, Vignot E, Delmas PD (1997) Снижение бета-изомеризации С-концевого телопептида альфа-1 цепи коллагена I типа при костной болезни Педжета.J Bone Miner Res 12: 1407–1415

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 23.

    Leeming DJ, Delling G, Koizumi M, Henriksen K, Karsdal MA, Li B, Qvist P, Tanko LB, Byrjalsen I (2006) Альфа CTX как биомаркер скелетной инвазии рака груди: иммунолокализация и Зависимость мочевыделения от нагрузки. Эпидемиологические биомаркеры рака Пред. 15: 1392–1395

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 24.

    Кузнецова Н., Макбрайд Д. Дж., Лейкин С. (2001) Несовершенный остеогенез мыши: взаимодействие между гомотримером коллагена I типа. J Mol Biol 309: 807–815

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 25.

    Хименес С.А., Башей Р.И., Янковский Р. (1977) Идентификация тримера коллагена альфа1 (I) в сухожилиях и свода черепа эмбрионов цыплят. Biochem Biophys Res Commun 78: 1354–1361

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 26.

    Rojkind M, Giambrone MA, Biempica L (1979) Типы коллагена в нормальной и цирротической печени. Гастроэнтерология 76: 710–719

    CAS PubMed Google ученый

  • 27.

    Makareeva E, Han S, Leikin S (2010) Карциномы содержат устойчивую к матриксной металлопротеиназе изоформу коллагена типа I, оказывающую избирательную поддержку инвазии. Cancer Res 70: 4366–4374

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 28.

    Rupard JH, Dimar SJ, Haralson MA (1988) Синтез гомотримерных молекул коллагена типа I культивированными клетками аденокарциномы легких человека. Am J Pathol 133: 316–326

    CAS PubMed Central PubMed Google ученый

  • 29.

    Бейли А.Дж., Симс Т.Дж., Нотт Л. (2002) Фенотипическая экспрессия коллагена остеобластов в костях, пораженных остеоартритом: производство гомотримеров I типа. Int J Biochem Cell Biol 34: 176–182

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 30.

    Mann V, Hobson EE, Li B, Stewart TL, Grant SF, Robins SP, Aspden RM, Ralston SH (2001) Полиморфизм сайта связывания COL1A1 Sp1 предрасполагает к остеопоротическим переломам, влияя на плотность и качество кости. J Clin Invest 107: 899–907

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 31.

    Grant SF, Reid DM, Blake G, Herd R, Fogelman I, Ralston SH (1996) Снижение плотности костей и остеопороз, связанный с полиморфным сайтом связывания Sp1 в гене альфа 1 коллагена I типа.Нат Генет 14: 203–205

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 32.

    Манн В., Ралстон С.Х. (2003) Мета-анализ полиморфизма COL1A1 Sp1 в зависимости от минеральной плотности кости и остеопоротического перелома. Кость 32: 711–717

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 33.

    Ralston SH, Uitterlinden AG, Brandi ML, Balcells S, Langdahl BL, Lips P, Lorenc R, Obermayer-Pietsch B, Scollen S, Bustamante M, Husted LB, Carey AH, Diez-Perez A, Dunning AM, Falchetti A, Karczmarewicz E, Kruk M, van Leeuwen JP, van Meurs JB, Mangion J, McGuigan FE, Mellibovsky L, del Monte F, Pols HA, Reeve J, Reid DM, Renner W, Rivadeneira F, van Schoor NM , Sherlock RE, Ioannidis JP (2006) Крупномасштабные доказательства влияния полиморфизма COLIA1 Sp1 на исходы остеопороза: исследование GENOMOS.PLoS Med 3: e90

    PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 34.

    Saban J, Zussman M, King D (1996) Гетерозиготные мыши демонстрируют легкую форму несовершенного остеогенеза. Кость 19: 575–579

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 35.

    Misof K, Landis WJ, Fratzl P (1997) Коллаген из мышиной модели несовершенного остеогенеза (oim) демонстрирует пониженную устойчивость к растягивающему напряжению.J Clin Invest 100: 40–45

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 36.

    Камачо Н.П., Хоу Л., Боскей А.Л. (1999) Материальная основа для снижения механических свойств костей мышей. J Bone Miner Res 14: 264–272

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 37.

    Миллер Э., Делос Д., Плешко Камачо Н. (2007) Аномальные взаимодействия минерального вещества и матрикса вносят значительный вклад в хрупкость костной ткани костной ткани.Calcif Tissue Int 81: 206–214

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 38.

    McBride DJ, Choe V, Brodsky B (1997) Измененная структура коллагена в сухожилии хвоста мыши, лишенная цепи альфа 2 (I). J Mol Biol 270: 275–284

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 39.

    Miles CA, Sims TJ, Bailey AJ (2002) Роль цепи альфа2 в стабилизации гетеротримеров коллагена I типа: исследование гомотримеров типа I в тканях мыши.J Mol Biol 321: 797–805

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 40.

    Нельсон М.Т., Хамфри В., Шультен К. (1996) NAMD: параллельная объектно-ориентированная программа молекулярной динамики. Int J High Perform Comput Appl 10: 251–268

    Статья Google ученый

  • 41.

    MacKerell AD, Bashford D, Karplus M (1998) Полноатомный эмпирический потенциал для молекулярного моделирования и динамических исследований белков.J Phys Chem B 102: 3586–3616

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 42.

    Chang S-W, Shefelbine SJ, Buehler MJ (2012) Структурные и механические различия между гомо- и гетеротримером коллагена: актуальность для молекулярного происхождения болезни хрупких костей. Biophys J 102: 640–648

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 43.

    Viguet-Carrin S, Roux JP, Arlot ME, Merabet Z, Leeming DJ, Byrjalsen I, Delmas PD, Bouxtein M (2006) Вклад пентозидина конечного продукта гликирования и созревания коллагена типа I в биомеханические свойства сжатия человека поясничных позвонков. Кость 39: 1073–1079

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 44.

    Goldman HM, Bromage TG, Thomas CD, Clement JG (2003) Предпочтительная ориентация коллагеновых волокон в средней части бедренной кости человека.Anat Rec A 272: 434–445

    Статья Google ученый

  • 45.

    Херт Дж, Фиала П., Петрил М. (1994) Остеонная ориентация диафиза длинных костей у человека. Кость 15: 269–277

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 46.

    Мартин Р.Б., Бордман Д.Л. (1993) Влияние ориентации коллагеновых волокон, пористости, плотности и минерализации на свойства изгиба кортикальной кости крупного рогатого скота.J Biomech 26: 1047–1054

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 47.

    Martin RB, Lau ST, Mathews PV, Gibson VA, Stovert SM (1996) Организация коллагеновых волокон связана с механическими свойствами и ремоделированием в кости лошади. Сравнение двух методов. J Biomechanics 29: 1515–1521

    Google ученый

  • 48.

    Ramasamya JG, Akkusb O (2007) Локальные вариации микромеханических свойств бедренной кости мыши: участие ориентации и минерализации коллагеновых волокон.J Biomech 40: 910–918

    Статья Google ученый

  • 49.

    Сильва М.Дж., Бродт М.Б., Эттнер С.Л. (2002) Длинные кости из мыши SAMP6 с ускоренным старением имеют увеличенный размер, но уменьшенную прочность всей кости и сопротивление переломам. J Bone Miner Res 17: 1597–1603

    PubMed Статья Google ученый

  • 50.

    Silva MJ, Brodt MD, Wopenka B, Thomopoulos S, Williams D, Wassen MHM, Ko M, Kusano N, Bank RA (2006) Снижение организации и содержания коллагена связано со снижением прочности деминерализованной и неповрежденной кости в мыши SAMP6.J Bone Miner Res 21: 78–88

    PubMed Статья Google ученый

  • 51.

    Puustjarvi K, Nieminen J, Rasanen T, Hyttinen M, Helminen HJ, Kroger H, Huuskonen J, Alhava E, Kovanen V (2003) Повышают ли более высокоорганизованные коллагеновые фибриллы механическую прочность кости при потере минеральной плотности после годичного бега? J Bone Miner Res 14: 321–329

    Статья Google ученый

  • 52.

    Mikkonen L, Tuominen T, Kulonen E (1960) Фракции коллагена у крыс с латиритом. Biochem Pharmacol 3: 181–183

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 53.

    Lees S, Barnard S, Mook H (1987) Нейтронные исследования коллагеновой латиритовой кости. Int J Biol Macromol 9: 32–38

    CAS Статья Google ученый

  • 54.

    Rauch F, Glorieux FH (2004) Несовершенный остеогенез.Ланцет 363: 1377–1385

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 55.

    Rauch F, Travers R, Parfitt AM, Glorieux FH (2000) Статическая и динамическая гистоморфометрия кости у детей с несовершенным остеогенезом. Кость 26: 581–589

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 56.

    Eyre DR, Weis MA (2013) Костный коллаген: новые ключи к разгадке механизма его минерализации из-за несовершенного рецессивного остеогенеза.Calcif Tissue Int 93: 338–347

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 57.

    Cassela JP, Yousuf Ali S (1992) Аномальное образование коллагена и минералов при несовершенном остеогенезе. Bone Miner 17: 123–128

    Статья. Google ученый

  • 58.

    Cassela JP, Stamp TCB, Ali SY (1996) Морфологическое и ультраструктурное исследование кости при несовершенном остеогенезе.Calcif Tissue Int 58: 155–165

    Статья Google ученый

  • 59.

    Саратчандра П., Поуп Ф.М., Али С.Ю. (1999) Морфометрический анализ фибрилл коллагена I типа в остеоиде несовершенного остеогенеза. Calcif Tissue Int 65: 390–395

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 60.

    Kirsch E, Krieg T, Remberger K, Fendel H, Bruckner P, Muller PK (1981) Нарушение метаболизма коллагена у пациента с несовершенным остеогенезом (летальный тип): повышенная степень гидроксилирования лизина в типе коллагена I и III.Eur J Clin Invest 11: 39–47

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 61.

    Гарнеро П., Шотт А.М., Прокоп Д., Шеврел Г. (2009) Оборот кости и изомеризация С-телопептида коллагена I типа при несовершенном остеогенезе у взрослых: ассоциации с мутациями гена коллагена. Кость 44: 461–466

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 62.

    Chipman SD, Sweet HO, McBride DJ Jr, Davisson MT, Marks SC Jr, Shuldiner AR, Wenstrup RJ, Rowe DW, Shapiro JR (1993) Дефектный синтез коллагена про альфа 2 (I) при рецессивной мутации у мышей: модель несовершенного остеогенеза человека.Proc Natl Acad Sci USA 90: 1701–1705

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 63.

    Bonadio J, Saunders TL, Tsai E, Goldstein SA, Morris-Wiman J, Brinkley L, Dolan DF, Altschuler RA, Hawkins JE Jr, Bateman JF (1990) Модель трансгенной мыши легкой доминантной формы несовершенный остеогенез. Proc Natl Acad Sci USA 87: 7145–7149

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 64.

    Forlino A, Porter FD, Lee EJ, Westphal H, Marini JC (1999) Использование системы рекомбинации Cre / lox для разработки нелетальной модели нокаутированных мышей для несовершенного остеогенеза с заменой альфа1 (I) G349C. Изменчивость фенотипа мышей Brtl IV. J Biol Chem 274: 37923–37931

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 65.

    Morello R, Bertin TK, Chen Y, Hicks J, Tonachini L, Monticone M, Castagnola P, Rauch F, Glorieux FH, Vranka J, Bächinger HP, Pace JM, Schwarze U, Byers PH, Weis M , Fernandes RJ, Eyre DR, Yao Z, Boyce BF, Lee B (2006) CRTAP необходим для пролил-3-гидроксилирования, а мутации вызывают несовершенный рецессивный остеогенез.Ячейка 127: 291–304

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 66.

    Sims TJ, Miles CA, Bailey AJ, Camacho NP (2003) Свойства коллагена в тканях мыши. Connect Tissue Res 44 (Приложение 1): 202–205

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 67.

    Миллер Э., Делос Д., Балдини Т., Райт Т.М., Камачо Н.П. (2007) Аномальные взаимодействия минерала и матрикса вносят значительный вклад в хрупкость кости oim / oim .Calcif Tissue Int 81: 206–214

    Статья Google ученый

  • 68.

    Джепсен К.Дж., Гольдштейн С.А., Кун Дж.Л., Шаффлер М.Б., Бонадио Дж. (1996) Мутация коллагена типа I нарушает поведение длинных костей Mov13 после выхода пласта. J Orthop Res 14: 493–499

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 69.

    Кузнецова Н.В., Форлиноб А., Кабралб В.А., Мариниб Дж. К., Лейкина С. (2004) Структура, стабильность и взаимодействия коллагена типа I с заменой GLY349-CYS в цепи α1 (I) в модели несовершенного остеогенеза на мышах.Matrix Biol 23: 101–112

    Статья Google ученый

  • 70.

    Wallace JM, Orr BG, Marini JC, Banaszak Holl MM (2011) Наноразмерная морфология коллагена типа I изменена в модели несовершенного остеогенеза на мышах Brtl. J Struct Biol 173: 146–152

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 71.

    Gutsmann T, Fantner GE, Kindt JH, Venturoni M, Danielsen S, Hansma PK (2004) Силовая спектроскопия коллагеновых волокон для исследования их механических свойств и структурной организации.Biophys J 86: 3186–3193

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 72.

    van der Rijt JAJ, van der Werf KO, Bennink ML, Dijkstra PJ, Feijen J (2006) Микромеханическое тестирование отдельных фибрилл коллагена. Macromol Biosci 6: 697–702

    PubMed Статья Google ученый

  • 73.

    Wallace JM, Erickson B, Les CM, Orr BG, Banaszak Holl MM (2010) Распределение морфологии коллагена типа I в кости: связь с истощением эстрогена.Кость 46: 1349–1354

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 74.

    Meunier PJ, Coindre JM, Edouard CM, Arlot ME (1980) Гистоморфометрия костей при болезни Педжета. Количественный и динамический анализ костной ткани Pagetic и non-Pagetic. Arthritis Rheum 23: 1095–1103

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 75.

    Garnero P, Gineyts E, Schaffer AV, Seaman J, Delmas PD (1998) Измерение экскреции с мочой неизомеризованных и бета-изомеризованных форм продуктов распада коллагена типа I для мониторинга эффектов бисфосфонат золедроната в организме Педжета. болезнь.Arthritis Rheum 41: 354–360

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 76.

    Nagaoka H, ​​Terajima M, Yamada S, Azuma Y, Chida T, Yamauchi M (2014) Альфакальцидол улучшает качество коллагена в овариэктомированных костях крыс. J Orthop Res 32: 1030–1036

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 77.

    Saito M, Grynpas MD, Burr DB, Allen MR, Smith SY, Doyle N, Amizuka N, Hasegawa T., Kida Y, Marumo K, Saito H (2015) Лечение эльдекальцитолом положительно влияет на минерализацию, микроповреждения, и сшивки коллагена в кости приматов.Кость 73: 8–15

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 78.

    Nyman JS, Ni Q, Nicolella DP, Wang X (2008) Измерения подвижной и связанной воды с помощью ядерного магнитного резонанса коррелируют с механическими свойствами кости. Кость 42: 193–199

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 79.

    Nyman JS, Roy A, Shen X, Acuna RL, Tyler JH, Wang X (2006) Влияние удаления воды на прочность и жесткость кортикальной кости.J Biomech 39: 931–938

    PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 80.

    Gallant MA, Brown DM, Hammond M, Wallace JM, Du J, Deymier-Black AC, Almer JD, Stock SR, Allen MR, Burr DB (2014) Независимые от костных клеток преимущества ралоксифена для скелета : новый механизм улучшения свойств костного материала. Кость 61: 191–200

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 81.

    Luo Q, Nakade R, Dong X, Rong Q, Wang X (2011) Влияние межфазного взаимодействия минерал-коллаген на прогрессирование микроповреждений в кости с использованием вероятностной когезионной модели конечных элементов. J Mech Behav Biomed Mater 4: 943–952

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 82.

    Garnero P, Cloos P, Sornay-Rendu E, Qvist P, Delmas PD (2002) Рацемизация и изомеризация коллагена I типа и риск переломов у женщин в постменопаузе: проспективное исследование OFELY.J Bone Miner Res 17: 826–833

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 83.

    Хосино Х., Такахаши М., Кусида К., Охиси Т., Иноуэ Т. (1999) Взаимосвязь между степенью бета-изомеризации продуктов распада коллагена I типа в моче и старением, менопаузой и остеопорозом с переломами. Osteoporos Int 9: 405–409

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 84.

    Bauer DC, Garnero P, Litwack S, Cauley JA, Ensrud K, Eastell R, Orwoll E (2010) Изомеризация коллагена I типа (соотношение альфа / бета CTX) и риск нового перелома позвонков у мужчин: проспективное исследование. J Bone Miner Res 25 (Дополнение 1): 1024

    Google ученый

  • 85.

    Byrjalsen I, Leeming DJ, Qvist P, Christiansen C, Karsdal MA (2008) Обмен костной ткани и созревание костного коллагена при остеопорозе: эффекты антирезорбтивной терапии.Osteoporos Int 19: 339–348

    CAS PubMed Статья Google ученый

  • 86.

    Garnero P, Bauer D, Mareau E, Bilezikian JP, Greenspan SL, Rosen C, Black D (2008) Влияние ПТГ и алендроната на изомеризацию коллагена I типа у женщин в постменопаузе с остеопорозом: исследование PaTH. J Bone Miner Res 23: 1442–1448

    CAS PubMed Central PubMed Статья Google ученый

  • 87.

    Kauppila S, Jukkola A, Melkko J, Risteli L, Turpeeniemi-Hujanen T, Vuorinen K, Risteli J (2001) Аминотерминальный пропептид альфа1-гомотримерного варианта проколлагена типа I человека (hotPINP) при злокачественном плевральном выпоте. Anticancer Res 21 (4A): 2293–2296

    CAS PubMed Google ученый

  • Природа конструирует прочный коллаген: объясняя наноструктуру коллагеновых фибрилл

    Аннотация

    Коллаген — это белковый материал с превосходными механическими свойствами.Он состоит из коллагеновых фибрилл, состоящих из расположенного в шахматном порядке набора сверхдлинных молекул тропоколлагена (TC). Теоретическое и молекулярное моделирование предполагает, что эта естественная конструкция коллагеновых фибрилл максимизирует прочность и обеспечивает большое рассеивание энергии во время деформации, создавая таким образом прочный и прочный материал. Мы обнаружили, что механику коллагеновых фибрилл можно количественно понять в терминах двух шкал критических молекулярных длин χ S и χ R , которые характеризуют, когда деформация () изменяется от однородного межмолекулярного сдвига к распространению импульсов скольжения и когда ( ii ) ковалентные связи в молекулах TC начинают разрушаться, что приводит к хрупкому разрушению.Отношение χ S / χ R указывает, какой механизм доминирует при деформации. Наше моделирование строго связывает химические свойства отдельных молекул TC с макроскопической механической реакцией фибрилл. Результаты помогают объяснить, почему коллагеновые волокна, встречающиеся в природе, состоят из молекул TC с длиной около 300 нм, и продвигают понимание того, как болезни коллагена, которые изменяют свойства межмолекулярной адгезии, влияют на механические свойства.

    Материалы, встречающиеся в природе, часто имеют иерархическую структуру, варьирующуюся от атомистических и молекулярных масштабов до макроскопических масштабов (1–5).Многие биологические материалы, обнаруженные в живых организмах, часто на основе белков, имеют сложную иерархическую структуру.

    Коллаген, самый распространенный белок на Земле, представляет собой волокнистый структурный белок с превосходными механическими свойствами, и он представляет собой интересный пример иерархического биологического наноматериала (4, 6–18). Коллаген состоит из молекул тропоколлагена (ТК), длина которых составляет L, ≈ 280 нм и диаметр ≈1,5 нм, что приводит к соотношению сторон ≈190 (6, 7, 9, 18–20).Расположенные в шахматном порядке наборы молекул TC образуют фибриллы, которые образуют коллагеновые волокна (рис. 1).

    Рисунок 1.

    Схематическое изображение некоторых иерархических характеристик коллагена, от уровня аминокислотной последовательности в наномасштабе до масштаба коллагеновых волокон длиной порядка 10 мкм. Здесь мы сосредоточимся на механических свойствах коллагеновых фибрилл, состоящих из расположенного в шахматном порядке набора молекул TC.

    Коллаген играет важную роль во многих биологических тканях, включая сухожилия, кости, зубы и хрящи (6, 7, 13, 15, 19, 21). Сильная механическая растягивающая нагрузка коллагена значительна во многих физиологических условиях, как в суставах, так и в костях (22, 23). Несмотря на значительные исследовательские усилия, проведенные за последние пару десятилетий, геометрия и типичные масштабы длины, обнаруженные в фибриллах коллагена, механизмы деформации под механической нагрузкой и, в частности, взаимосвязь между этими механизмами и молекулярными и межмолекулярными свойствами коллагена, не совсем понятны. .Более того, ограничивающие факторы прочности коллагеновых фибрилл и источники прочности остаются в значительной степени неизвестными.

    Некоторые экспериментальные усилия были сосредоточены на механике деформации коллагеновых фибрилл на наноуровне, включая характеристику изменений D-расстояния и ориентации фибрилл (18, 20, 24), анализы, включающие рентгеновскую дифракцию (18) и эксперименты с синхротронным излучением. (19). Другие экспериментальные исследования были сосредоточены на усредненном отклике массивов коллагеновых фибрилл с учетом механизмов деформации в наномасштабе (3).

    Тем не менее, большинство исследований было сосредоточено на макроскопических общих механических свойствах коллагеновых волокон и чешуек за пределами, например, тканей, часто без явного рассмотрения молекулярной наноразмерной структуры (21). Другие исследования были сосредоточены на свойствах отдельных молекул TC без привязки к отклику макроскопических материалов (7, 9, 10, 25, 26).

    Для развития фундаментального и количественного понимания механики коллагена критически важно разработать теоретические модели, охватывающие мезоскопические масштабы между атомистическим и макроскопическим уровнями.Не существует модели, которая связывает свойства отдельных молекул с общим механическим откликом фибрилл или волокон, учитывая различные типы химической связи и наноразмерную механику и геометрию. Роль шахматной структуры и причины конкретных масштабов длины и высокого соотношения сторон молекул TC остаются невыясненными.

    Улучшенное понимание наномеханики коллагена может помочь в разработке биомиметических материалов или улучшенных строительных материалов для приложений тканевой инженерии (27).Заболевания, такие как Элерса-Данлоса (28), несовершенный остеогенез, цинга или болезнь Каффи (29), вызваны дефектами молекулярной структуры коллагена, изменяющими межмолекулярные и молекулярные свойства из-за генетических мутаций, которые изменяют механическое поведение коллагена. фибриллы.

    Здесь мы используем иерархическую многомасштабную схему моделирования, основанную на атомистическом и молекулярном моделировании, для описания механических свойств коллагена при большом растяжении, приводящем к необратимой деформации или разрушению.Мы показываем, что ключом к пониманию механики коллагена является рассмотрение взаимодействия между механикой отдельных молекул ТС с характерными масштабами длины, межмолекулярными химическими взаимодействиями и мезоскопическими свойствами, возникающими из сотен молекул, расположенных в фибриллах. Мы исследуем механику коллагена, рассматривая различные наноструктурные конструкции, и уделяем особое внимание деталям молекулярных и межмолекулярных свойств и их влиянию на механические свойства.

    Результаты и обсуждение

    При макроскопической растягивающей нагрузке коллагеновых фибрилл силы распределяются в основном как растягивающая нагрузка, переносимая отдельными молекулами, и как силы сдвига между различными молекулами TC (рис. 1, фибриллы). Эта модель похожа на модель сдвига-растяжения, предложенную для кости (2, 3, 5, 17).

    Энергетические эффекты, а не энтропийный вклад определяют эластичность и свойства разрушения коллагеновых фибрилл и волокон.Прочность на излом отдельных молекул ТС в значительной степени контролируется химическим составом ковалентных полипептидов. Сила сдвига между двумя молекулами TC контролируется слабыми дисперсионными взаимодействиями и взаимодействиями водородных связей, а также некоторыми межмолекулярными ковалентными поперечными связями.

    Режимы деформации фибрилл коллагена: шкалы критических молекулярных длин.

    Сначала мы рассмотрим упрощенную модель коллагеновой фибриллы, сосредоточив внимание на шахматной сборке двух молекул TC (рис.2 а ). Сопротивление сдвигу между двумя молекулами TC, обозначенное τ shear , приводит к силе, зависящей от длины контакта, где L C — длина контакта, а F десяток — приложенная сила в осевом направлении молекулы, которая альтернативно может быть выражена как растягивающее напряжение σ десяток = F десятков / A c с учетом площади молекулярного поперечного сечения A с .Параметр α описывает долю длины контакта относительно длины молекулы, α = L C / L . Из-за шахматной геометрии сопротивление сдвигу увеличивается линейно с L , таким образом, F десятков ∼ τ сдвиг L . Эта модель верна только в том случае, если деформация сдвига между молекулами однородна в осевом направлении.

    Инжир.2.

    Изучение сборки BM из молекул TC. ( a ) Упрощенная модель фибриллы коллагена, использованная для изучения зависимости прочности фибриллы BM на разрыв F F по молекулярной длине и прочности адгезии. ( b ) Вариант F F из-за изменений прочности сцепления [предел прочности на разрыв, нормализованный по F F сдвиг ) и прочность адгезии, нормированная на τ сдвиг , с учетом полностью гидратированных молекул TC без поперечных связей, χ S / χ R <1].( c ) F F как функция длины молекулы [нормировано на максимальное значение F F ( L / χ S = 1), для χ S / χ R <1]. При критической длине молекулы ( L / χ S = 1) растягивающая сила достигает насыщения, что соответствует переходу от однородного сдвига к распространению импульсов скольжения. ( d ) Переход от однородного сдвига к хрупкому разрыву молекул TC, изображающий F F и рассеиваемая энергия (обе нормированы на справочные значения для χ S / χ R > 1).Диссипация энергии максимальна, когда L / χ R = 1, когда происходит переход от сдвига к молекулярному разрыву. ( e ) Влияние вариаций плотности поперечных связей на прочность BM-фибрилл (нормированную на прочность BM-фибрилл без поперечных связей) для молекулы коллагена длиной 840 Å, предполагая регулярное распределение перекрестные ссылки. Прочность BM-фибрилл приближается к конечному значению при больших плотностях поперечных связей.

    Альтернативой гомогенному межмолекулярному сдвигу является распространение импульсов скольжения из-за локального разрыва межмолекулярных “связей”.В духе аргумента Гриффитса об энергии, описывающего начало разрушения, зарождение импульсов скольжения контролируется приложенным растягивающим напряжением R , где где E — модуль Юнга отдельной молекулы TC, а γ относится к энергии, необходимой для зарождения импульса скольжения.

    Когда σ десятков R , деформация контролируется однородным сдвигом между молекулами TC. Однако, когда σ десятков ≥ σ R , зарождаются импульсы межмолекулярного скольжения, что приводит к критической молекулярной длине Для фибрилл, в которых L S , преобладающей модой деформации является однородный сдвиг.Когда L > χ S , преобладает распространение импульсов скольжения. Тогда прочность фибриллы не зависит от L (уравнение 3 ), приближаясь к τ сдвиг αχ S . Эта концепция в некоторой степени похожа на шкалу допустимых отклонений по длине, предложенную для минеральных тромбоцитов в кости (2).

    Масштаб длины χ S зависит от параметров материала и взаимодействия между молекулами. Если γ принимает очень большие значения, например, из-за высокой плотности сшивки или воздействия растворителей (например,g., низкая концентрация воды), растягивающие силы в каждой молекуле TC (уравнение 1 , или F десятков L ) достигает предела прочности на разрыв молекул TC, обозначаемого F max , до зарождения однородных импульсов сдвига или скольжения. ( ф. max — материальная константа, которая в конечном итоге зависит от молекулярной структуры молекулы TC, включая влияние химического окружения, например.г., наличие ферментов.)

    С учетом F десятков = F max приводит ко второй шкале критических молекулярных длин, Эта молекулярная длина χ R характеризует, когда происходит переход от молекулярного сдвига к хрупкому разрыву отдельных молекул TC. Реакция фибрилл коллагена на механическую нагрузку изменяется от сдвига или скольжения между молекулами ТС до молекулярного разрушения по мере увеличения L .Для L > χ R молекулы TC разрушаются во время деформации, тогда как для L ≤ χ R деформация характеризуется однородным межмолекулярным сдвигом.

    Целостность полной коллагеновой фибриллы контролируется силой самого слабого звена. Таким образом, взаимодействие масштабов критической длины χ S / χ R управляет механизмом деформации.

    Когда χ S / χ R <1, зарождение импульсов скольжения управляет при больших молекулярных длинах, тогда как при χ S / χ R > 1 происходит разрушение отдельных молекул TC.В обоих случаях прочность не увеличивается, если L больше, чем χ S или χ R . Максимальная прочность фибриллы достигается при л = л χ = min (χ R , χ S ), что верно для любой произвольной длины L молекулы TC. Для л / л χ <1, при деформации преобладает однородное межмолекулярное скольжение. Для молекул с л > л χ , возникают либо импульсы скольжения, либо разрушение, в зависимости от того, какой из двух масштабов длины χ S или χ R меньше.Для коротких молекул TC прочность коллагеновых фибрилл обычно невелика и зависит от L С . Когда L L χ достигается максимальная прочность фибрилл на разрыв.

    Кроме того, выбирая L L χ приводит к максимальному рассеянию энергии при деформации. Работа, необходимая для разделения двух соприкасающихся волокон по длине L C при макроскопической деформации растяжения Уравнение 5 предсказывает увеличение рассеиваемой энергии с увеличением длины молекулы, поэтому предпочтение отдается длинным молекулам. Если χ R S , критическая длина L χ составляет верхнюю границу для L C , потому что молекулы разрываются до начала деформации сдвига. После разрыва связи и образования более коротких молекул, E дисс значительно уменьшается, что позволяет предположить, что L > L χ не приветствуется.Рассеивание энергии максимально для л л х 91 106. Если χ S R , рассеиваемая энергия может быть аппроксимирована (при условии, что L C > χ S ) следующим образом: предполагая, что после квадратичного увеличения для малых молекулярных длин рассеиваемая энергия линейно увеличивается с L С .

    Молекулярное моделирование бимолекулярных (БМ) сборок.

    Все симуляции выполняются с использованием мезоскопической молекулярной бусинчатой ​​модели коллагена. В духе вычислительных экспериментов (30, 31) мы исследуем, как различные наноразмерные конструкции и модификации молекулярных свойств влияют на механические свойства коллагеновых фибрилл.

    Во-первых, мы сосредоточимся на вычислительных экспериментах по разрезанию сборки двух молекул TC с использованием управляемой молекулярной динамики (см. Рис. 2 a ) (32).Перекрытие α = 3/4, согласно рентгеноструктурному анализу коллагеновых фибрилл (18).

    Эта модель BM служит упрощенным представлением микроструктуры фибрилл. (Обратите внимание, что прочность фибриллы BM снижена по сравнению с полной фибриллой коллагена.) Мы используем эталонную (контрольную) систему полностью гидратированных фибрилл без поперечных связей. Полное атомистическое моделирование показывает, что F max ≈ 24 × 10 3 пН и τ сдвиг ≈ 5.55 пН / Å и χ R ≈ 436 нм для этого случая (см. Вспомогательную информацию, опубликованную на веб-сайте PNAS).

    Наша цель — продемонстрировать зависимость режима деформации (межмолекулярный сдвиг, распространение импульсов скольжения или хрупкий разрыв) от длины молекулы TC и силы адгезии между молекулами TC.

    Рис. 2 b отображает нормированную прочность на разрыв BM-фибрилл для различных значений нормированной прочности адгезии, τ * сдвиг / τ сдвиг , когда χ S / χ R <1.Прочность сцепления τ * сдвиг = μτ сдвиг , где 0 <μ <4.

    Результаты подтверждают прогнозы, сделанные по формуле. 1 : Чем сильнее адгезия между двумя молекулами, тем больше прочность фибриллы коллагена. Повышенная адгезия между молекулами TC может быть связана с увеличением плотности сшивки [например, во время старения (33)].

    Рис. 2 c показывает предел прочности при растяжении BM как функцию вариаций молекулярной длины L / χ S и для χ S / χ R <1.В соответствии с изложенными выше соображениями, мы находим переход в режиме деформации от однородного сдвига между двумя молекулами ТС к режиму, в котором зарождаются импульсы скольжения при увеличении L . Анализ полей молекулярных смещений показывает существование импульсов скольжения, как это предполагается теоретически. Прочность фибриллы приближается к конечному значению, когда L > χ S .

    Рассматривая точку перехода между импульсами однородного сдвига и скольжения, мы оцениваем χ S BM ≈ 42 нм.Следовательно, χ S / χ R <1, что указывает на то, что деформация преобладает при распространении либо однородного сдвига, либо импульса скольжения.

    Рис. 2 d изображает переход от однородного сдвига к хрупкому разрыву молекул TC, когда χ S / χ R > 1. Это условие реализуется путем изменения свойств мезомасштабной модели, чтобы показать более низкие молекулярные силы разрушения. ( r перерыв выбран на 14.5 Å, что приводит к меньшему значению F макс ; таким образом, χ R уменьшается до ≈250 Å.) График отображает как прочность фибриллы BM, так и рассеянную энергию. Рассеиваемая энергия максимальна, когда L ≈ χ R , что согласуется с теоретической моделью. Повторное разрушение молекул TC приводит к образованию большого количества более мелких сегментов TC, что приводит к снижению прочности.

    Инжир.2 e показывает, как прочность на разрыв BM-фибрилл зависит от плотности сшивки. Прочность фибриллы BM увеличивается с увеличением плотности сшивки, но начинает насыщаться при плотностях сшивки выше 0,01 Å -1 . Для более высоких плотностей сшивки отношение S / R изменяется до значений больше единицы, и происходит молекулярный разрыв.

    Результаты расчетов подтверждают теоретический анализ, представленный выше, и подтверждают существование двух масштабов длины и взаимодействие доминирующих мод деформации, характеризующихся коэффициентом χ S / χ R .

    Молекулярное моделирование механических свойств более крупных фибрилл коллагена.

    Теперь мы моделируем деформационное поведение более реалистичной геометрии фибрилл, как показано на рис. 1 (рядом с меткой «фибрилла»), изучая изменение механических свойств из-за вариаций длины молекулы L .

    Из-за шахматной конструкции коллагеновых фибрилл с осевым смещением ≈25% молекулярной длины (18) длина контакта между молекулами TC в фибрилле пропорциональна L .Масштаб длины, предложенный в уравнениях. 3 а также 4 поэтому имеют большое влияние на механику деформации фибрилл коллагена.

    Мы рассматриваем полностью гидратированные коллагеновые фибриллы без поперечных связей, служащие моделью для коллагена с дефицитом поперечных связей. Фиг. 3 показывает реакцию на напряжение в зависимости от деформации фибриллы коллагена для различной молекулярной длины L . Результаты показывают, что начало пластической деформации, максимальная прочность и механика больших деформаций коллагеновых фибрилл зависят от длины молекулы.

    Рис 3.

    Стресс против напряжения фибриллы коллагена для различной молекулярной длины (модель для коллагена с дефицитом поперечных связей, поскольку в фибрилле коллагена нет ковалентных поперечных связей). Чем больше длина молекулы, тем прочнее фибрилла. Максимальная эластическая сила, достигаемая коллагеновыми фибриллами, приближается к ≈0.3 ГПа, с наибольшим напряжением ≈0,5 ГПа. Начало межмолекулярного сдвига можно определить по отклонению поведения напряжения и деформации от линейно-упругой зависимости.

    Рис. 4 a показывает нормированную эластичную прочность фибриллы как функцию длины молекулы L . Результаты предполагают увеличение до ≈200 нм с последующим достижением значения плато ≈0,3 ГПа (результаты нормированы на это значение).Эластичные одноосные деформации коллагеновых фибрилл достигают ≈5%. Максимальное напряжение при пластической деформации достигает 0,5 ГПа.

    Рис. 4.

    Упругая прочность и рассеяние энергии фибриллы коллагена. ( a ) Критическое напряжение в начале пластического сдвига между молекулами TC. За начальным режимом линейного увеличения прочности с увеличением длины молекулы следует режим конечной прочности при значении плато.( b ) Рассеиваемая энергия при деформации на единицу объема в фибрилле коллагена как функция длины молекулы, нормированная на максимальное значение. За начальным резким увеличением следует режим плато с локальным максимумом ≈220 нм. Гладкая кривая соответствует разложению третьего порядка для данных моделирования.

    Молекулярная длина, при которой происходит насыщение, соответствует изменению механизма деформации, от однородного сдвига ( L → 0) до зарождения импульсов скольжения ( L → ∞).Соответствующая длина молекулы дает оценку масштаба критической длины молекулы χ S ≈ 200 нм.

    Этот масштаб длины χ S больше в реальной геометрии коллагеновых фибрилл по сравнению с упрощенной моделью BM [см. Молекулярное моделирование бимолекулярных (BM) сборок ]. В отличие от случая BM, где нагрузка прикладывается к концам молекулы, в реальной геометрии фибрилл распределение поперечных сил вдоль оси молекулы более однородно.Такое изменение граничных условий обычно способствует возникновению однородного сдвига по сравнению с зарождением импульсов скольжения. Кроме того, зарождение импульсов скольжения требует изгиба молекулы и, следовательно, является энергетически более дорогостоящим из-за геометрического ограничения из-за структуры, подобной решетке, в которой разные молекулы непосредственно соседствуют с другими молекулами (рис. 1).

    Отметим, что χ R ≈ 436 нм, как описано в предыдущем разделе (это свойство материала системы отсчета).Следовательно, отношение χ 91 · 109 S / χ R <1, что свидетельствует о конкуренции между импульсами скольжения и однородным сдвигом при изменении длины молекулы. Этот результат предполагает, что коллаген с дефицитом поперечных связей может преимущественно подвергаться межмолекулярной деформации сдвига.

    Рис. 4 b показывает энергию, рассеиваемую при деформации на единицу объема. Мы наблюдаем непрерывный рост с длиной молекулы L , достигая максимума при критической длине молекулы L χ , затем небольшое уменьшение.Рассеивание энергии еще больше увеличивается при сверхбольших длинах молекул, превышающих 400 нм, из-за более длинных путей сдвига во время распространения импульса скольжения. Умеренное увеличение рассеяния энергии для сверхдлинных молекул может быть неэффективным решением, потому что сборка таких сверхдлинных молекул в регулярные фибриллы является сложной задачей.

    Заключение

    Наши результаты показывают, что длина молекул TC и сила межмолекулярных взаимодействий играют важную роль в определении механики деформации, объясняя некоторые структурные особенности коллагена, встречающиеся в природе.

    Две шкалы длины χ S и χ R обеспечивают количественное описание трех различных механизмов деформации коллагеновых фибрилл: ( i ) межмолекулярный сдвиг, ( ii ) распространение импульсов скольжения и ( iii ) разрушение отдельных молекул ТК (см. Рис. 2–4).

    Управляющий механизм деформации контролируется соотношением χ S / χ R : будь то молекулярное разрушение (χ S / χ R > 1) или импульсы скольжения (χ S / χ R < 1) преобладают деформации, прочность фибриллы приближается к максимуму при L χ = min (χ R , χ S ), которое невозможно преодолеть увеличением L .Когда L ≈ L χ , растягивающие силы из-за сдвига находятся в равновесии либо с прочностью на излом молекул TC (χ S / χ R > 1), либо с критической нагрузкой для зарождения импульсов скольжения (χ S / χ R <1). В любом случае максимальная прочность фибриллы достигается, когда L L χ , включая максимальное рассеивание энергии.

    Когда длина молекул коллагена близка к критической шкале длины L χ , выполняются две цели: ( i ) При большой деформации молекулы TC достигают максимальной прочности, не приводя к хрупкому разрушению, и ( ii ) рассеивание энергии при деформации максимально.Эта концепция может объяснить типичную шахматную геометрию коллагеновых фибрилл, обнаруженную в экспериментах с очень длинными молекулами, что приводит к большой диссипации энергии во время деформации (рис. 4).

    Механизмы деформации и их зависимость от структуры молекулы резюмированы на карте деформации, показанной на рис. 5.

    Инжир.5.

    Карта деформации фибрилл коллагена. Механический отклик контролируется двумя шкалами длины: χ S и χ R . Межмолекулярный сдвиг управляет деформацией при малых молекулярных длинах, что приводит к относительно небольшой прочности фибриллы коллагена. Для больших молекулярных длин доминируют либо импульсы межмолекулярного скольжения (χ S / χ R <1), либо разрыв отдельных молекул TC (χ S / χ R > 1). Максимальная прочность и максимальное рассеивание энергии фибриллы коллагена достигается при критическом масштабе молекулярной длины L χ , который определяется как минимум χ S и χ R .Режим χ S / χ R > 1 относится к случаю сильных межмолекулярных взаимодействий (например, увеличенных плотностей поперечных связей или из-за эффектов сольвантов, которые эффективно увеличивают молекулярную адгезию). В физиологическом коллагене обычно присутствуют длинные молекулы с вариациями молекулярного взаимодействия, поэтому ожидается, что будут преобладать либо межмолекулярный сдвиг (например, импульсы скольжения), либо молекулярное разрушение.

    Импульсы скольжения порождаются локализованными большими касательными напряжениями на концах молекул TC.Таким образом, поперечные связи в этих местах обеспечивают механизм молекулярного масштаба для предотвращения зарождения импульсов скольжения, поскольку это приводит к увеличению энергии, необходимой для зарождения импульсов скольжения, и, таким образом, к большему значению γ. Это увеличение γ приводит к увеличению χ S из-за закона масштабирования Как следствие, отношение χ S / χ R увеличивается, делая фибриллы коллагена более прочными. Примечательно, что это наноразмерное распределение поперечных связей согласуется с природным дизайном коллагена, наблюдаемым в эксперименте, часто показывая поперечные связи на концах молекул TC [напоминающие мостиковые трещины (23, 34)] (3–5).

    Поперечные связи придают фибриллам дополнительную прочность в соответствии с экспериментом (33). Однако чрезвычайно большая плотность поперечных связей приводит к отрицательным эффектам, потому что материал не способен рассеивать много энергии во время деформации, что приводит к хрупкому коллагену, который является прочным, но не жестким. Такое поведение наблюдается в дегидратированном коллагене или в старом коллагене с более высокой плотностью поперечных связей (33). Напротив, пониженное сшивание, как это происходит при болезни Элерса-Данлоса V (28, 29), приводит к значительному снижению прочности коллагена на разрыв, так как χ S / χ R <1.Соотношение л / л χ уменьшается, что приводит к повышенной эластичности кожи и суставов из-за чрезвычайно слабой коллагеновой ткани, неспособной рассеивать значительную энергию.

    Наша модель может использоваться для изучения различных сценариев проектирования. Дизайн с множеством поперечных связей и короткими молекулами приведет к очень хрупкому коллагену даже в гидратированном состоянии. Такое поведение было бы крайне невыгодным в физиологических условиях. Напротив, длинные молекулы обеспечивают устойчивое поведение материала со значительным рассеиванием энергии (рис.4). Некоторые эксперименты (19) подтверждают мнение о том, что коллаген с дефицитом поперечных связей демонстрирует широкие области текучести и большую пластическую деформацию, как показано на рис. а .

    И сила упругости, и рассеяние энергии приближаются к конечному значению для больших молекулярных длин, что делает неэффективным создание коллагеновых фибрилл с молекулами TC, намного длиннее, чем L × , что составляет порядка нескольких сотен нанометров (рис. 4).Этот масштаб длины в некоторой степени согласуется с экспериментальными результатами для молекул TC с длиной ≈300 нм (6, 7, 9, 18–20).

    Большая деформация — критическое физиологическое состояние для богатой коллагеном ткани. Риск катастрофического хрупкого отказа необходимо минимизировать для поддержания оптимальной биологической функции. Наноразмерная ультраструктура коллагена может быть разработана для обеспечения устойчивого поведения материала при большой деформации за счет выбора длинных молекул TC. Надежность достигается за счет максимальной прочности и максимального рассеивания энергии за счет сдвиговых механизмов.Требование максимального рассеивания энергии (уравнения 5 а также 6 ) играет решающую роль в определении оптимальной молекулярной длины L х 91 106. Слоистая конструкция коллагеновых фибрилл играет жизненно важную роль в обеспечении протяженных путей деформации с большими диссипативными напряжениями. Это напоминает концепцию «жертвенной связи», известную из других белковых материалов (5).

    Свойства коллагена зависят от масштаба (19).Прочность на излом отдельной молекулы ТС (11,2 ГПа) отличается от прочности на излом фибриллы коллагена (0,5 ГПа). Точно так же модуль Юнга отдельной молекулы ТС составляет ≈7 ГПа, тогда как модуль Юнга коллагеновых фибрилл меньше, приближаясь к 5 ГПа (для L ≈ 224 нм). Такое уменьшение модуля Юнга качественно согласуется с экспериментом (20).

    Количественные теории механики коллагена имеют множество приложений, начиная от разработки новых биополимеров и заканчивая исследованиями в тканевой инженерии, в которых коллаген используется в качестве каркасного материала (27).Помимо оптимизации механических свойств, за структуру коллагена могут отвечать другие цели проектирования, такие как биологическая функция, химические свойства или функциональные ограничения. Однако физиологическое значение большой механической деформации коллагеновых волокон предполагает, что механические свойства действительно могут быть важной целью дизайна.

    Материалы и методы

    Зарождение и распространение скользящих импульсов.

    Этот анализ основан на одномерной модели разрушения, первоначально предложенной Хелланом (35). Модель описывает одномерную полосу материала, прикрепленную к подложке, которая находится под растягивающей нагрузкой в ​​осевом направлении. При критической нагрузке энергия, выделяемая на длину продвижения фронта адгезии, равна энергии, необходимой для разрыва связи между полосой материала и подложкой, что приводит к возникновению фронта разрушения. Фронт разрушения, соответствующий вершине динамической трещины, распространяется со скоростью, составляющей часть скорости звука, в конечном итоге постоянно смещая материал в направлении приложенной нагрузки.

    Мы применяем эту модель к межмолекулярной деформации в фибриллах коллагена. Скорость высвобождения энергии определяется выражением где E — модуль Юнга молекулы TC, а σ R — приложенное растягивающее напряжение. С γ в качестве энергии, необходимой для зарождения этого дефекта, в начале зарождения выполняется условие должно выполняться [аналогично условию Гриффитса (36)].Фронт отрыва соответствует фронту декогезии. Комбинируя уравнения. 8 а также 9 и решение для σ R приводит к формуле. 2 . Связки за фронтом трещины изменяются, образуя импульс скольжения. Импульс скольжения представляет собой область с повышенной деформацией растяжения в молекуле TC (шириной несколько нанометров).

    Наличие импульсов скольжения не является следствием дискретизации мезомасштабной модели.Вместо этого эта теоретическая основа разработана на основе механики сплошной среды, предполагающей однородное распределение адгезионных взаимодействий по молекулярной поверхности.

    Реактивная мезоскопическая модель.

    Мы используем реактивную мезоскопическую модель, описывающую молекулы TC как набор шариков, взаимодействующих согласно межчастичным многотельным потенциалам. Полная энергия Энергия изгиба равна с к B , относящийся к изгибной жесткости молекулы.Мы аппроксимируем нелинейное поведение напряжения-деформации при растягивающем нагружении с помощью билинейной модели, которая успешно использовалась в более ранних исследованиях разрушения (30, 31) (функция E T получается путем интегрирования F T ( r ) на радиальном расстоянии). Сила между двумя частицами равна куда В уравнении. 13 , Н ( r r break ) — это функция Хевисайда H ( a ), которая определяется равной нулю для a <0 и единице для a ≥ 0.Параметры к T (0) и k T (1) — постоянные пружины при малой и большой деформации соответственно. Параметр 1 = r 1 к Т (0) / к Т (1) ( r 1 r 0 ) из условий непрерывности сил.

    Межмолекулярные взаимодействия описываются потенциалом Леннарда – Джонса 12: 6. где σ — расстояние, а ε — энергетический параметр.

    Полная энергия определяется суммой всех парных и трехчастичных взаимодействий I = {T, weak}: Параметры рассчитываются непосредственно на основе полностью атомистических результатов, без эмпирической подгонки. Параметры мезоскопической модели сведены в Таблицу 1 для эталонного состояния полностью гидратированных молекул ТС (для получения дополнительных сведений, особенно в отношении того, как параметры молекулярной модели определяются на основе реактивного и нереактивного атомистического моделирования отдельных молекул ТС, см. вспомогательную информацию).

    Таблица 1.

    Сводка параметров, используемых в мезоскопической молекулярной модели, выбранной на основе полного атомистического моделирования сольватированных молекул TC (1 ккал · моль −1 · Å −1 = 69,479 пН)

    Межмолекулярные поперечные связи моделируются гармонической пружиной с F XL ( r ) = −∂φ XL ( r ) / ∂ r = — H ( r r перерыв, XL ) к XL ( r r 0, XL ).Численные значения выбраны так, чтобы получить прочность поперечной связи ≈ 2110 пН (37). Мы предполагаем эквидистантное распределение N CL поперечные связи вдоль L с . Различные варианты для N CL приводит к разной плотности сшивки ρ N = N класс / л с .

    Мы рассматриваем двумерную модель коллагеновых фибрилл с периодическими граничными условиями в направлении в плоскости, ортогональном ориентации вытягивания.

    Процедура моделирования.

    Моделирование проводится в два этапа: ( i ) релаксация с последующей загрузкой ( ii ). Релаксация достигается путем медленного нагрева системы, затем отжига структуры при постоянной температуре с последующей минимизацией энергии. После релаксации структура демонстрирует характеристики фибрилл коллагена в соответствии с экспериментом (4, 6–19).

    Для моделирования с отдельными молекулами TC и двумя молекулами TC мы используем силовые граничные условия в схеме управляемой молекулярной динамики.Для коллагеновых фибрилл мы используем граничные условия смещения, непрерывно перемещая частицы на границе. Моделирование выполняется путем постоянного минимизации потенциальной энергии при приложении внешней деформации.

    Мы используем вириальное напряжение для вычисления тензора напряжений (38). Более подробная информация представлена ​​во вспомогательной информации.

    Вычислительная техника и вычислительная лаборатория.

    Молекулярное моделирование, описанное здесь, было выполнено с помощью расширенной версии кода LAMMPS MD (39), скомпилированного с помощью компилятора GNU C ++ (LINUX; RedHat, Raleigh, NC) в Лаборатории моделирования атомистической механики (Массачусетский технологический институт).Визуализация выполняется с помощью программного обеспечения визуальной молекулярной динамики (VMD) (40).

    Благодарности

    M.J.B. благодарит Yu Ching Yung (Гарвардский университет, Кембридж, Массачусетс) за полезные обсуждения биологических материалов в целом, а также W. A. ​​Goddard и A. van Duin (оба из Калифорнийского технологического института, Пасадена, Калифорния) за обсуждения, связанные с реактивными силовыми полями и их реализацией. M.J.B. при поддержке Департамента гражданской и экологической инженерии Массачусетского технологического института.

    Сноски

    • Эл. Почта: mbuehler {at} mit.edu
    • Вклад авторов: M.J.B. разработал исследование, провел исследования, предоставил новые аналитические инструменты, проанализировал данные и написал статью.

    • Заявление о конфликте интересов: Конфликты не декларировались.

    • Этот документ был отправлен напрямую (Трек II) в офис PNAS.

    • Сокращения:

      Сокращения

      TC,
      тропоколлаген;
      БМ,
      бимолекулярный.
    • © 2006 Национальная академия наук США

    Frontiers | Визуализация свойств коллагена в маточно-крестцовых связках у женщин с пролапсом тазовых органов с помощью пространственной световой интерференционной микроскопии (SLIM)

    Введение

    Выпадение тазовых органов (POP) — распространенное заболевание у женщин, характеризующееся потерей опоры для органов малого таза: матки, мочевого пузыря, влагалища и прямой кишки.[1]. Согласно исследованию, проведенному в Университете штата Огайо, только в США около 200 000 женщин в год подвергались хирургическим операциям по поводу симптомов, связанных с пролапсом [2]. В то время как типы ПОЗ описываются в первую очередь локализацией наиболее пораженного органа, предполагается, что лежащие в основе изменения в опорных структурах тазовых органов и в составе белков внеклеточного матрикса (ЕСМ), которые обеспечивают большую часть фибриллярной поддержки этих структур, быть похожим.С прогрессом, достигнутым в области омолаживающей медицинской терапии (например, терапии на основе стволовых клеток), правильное понимание характеристик соединительной ткани тазового дна потенциально может превратить ПОЗ из хирургически управляемого состояния в состояние, которое можно лечить менее инвазивным способом.

    Крестцово-маточная связка (USL) является одним из основных компонентов поддержки матки [3]. Хотя его общий состав плеоморфен, он поддерживает постоянную связь с шейкой матки на ее дистальном конце.Было документально подтверждено, что состав дистального отдела УЗИ богат коллагеном и эластином при относительной нехватке мышечных волокон [3]. Это делает дистальную УЗИ интересной целью для изучения изменений фибриллярного состава коллагена и эластина у женщин с ПОЗ по сравнению с бессимптомной контрольной группой. Более того, УЗИ может быть получен последовательно при его введении на шейку матки во время вагинальной гистерэктомии, гарантируя, что на состав ткани не повлияет ошибка отбора пробы.

    В прошлом иммуногистохимические исследования показали изменение содержания коллагена и эластина с более высоким процентом незрелых фибрилл коллагена у пациентов с ПОП.Однако данных об организации фибрилл недостаточно. Обычные методы, хотя и обеспечивают высокую специфичность, обычно требуют повторного мечения антител и фонового тушения [4]. Более того, эти методы визуализации требуют измельчения образца и разделения ткани на компоненты, которые необходимо разделить, что потенциально маскирует важные изменения в организации.

    Количественная фазовая визуализация (QPI) — это новый метод визуализации, доказавший свою ценность при изучении различных клеток и тканей [5, 6].QPI измеряет карту длины оптического пути (OPL), связанную с образцом, в качестве механизма внутреннего контраста, и, в результате, прозрачные биологические образцы, такие как клетки и ткани, могут быть четко визуализированы без опасений относительно экзогенного окрашивания. За последнее десятилетие эта область визуализации без меток быстро расширилась и показала замечательные результаты во многих областях исследований, таких как клеточная биология [7–10], нейробиология [11, 12], иммунология [13] и, в последнее время, клинические исследования [14–18]. Поскольку OPL по существу является продуктом разности показателей преломления и локальной толщины, значения пикселей изображения QPI не зависят от настроек прибора (например,g., время экспозиции камеры и интенсивность освещения), ни интенсивность окрашивания. С другой стороны, OPL напрямую сообщает о биофизических свойствах образца, что добавляет дополнительную ценность гистопатологии [19]. В частности, локальные фазовые колебания информируют о морфологических изменениях с наноразмерной чувствительностью в исследуемом объекте, что может быть использовано в качестве маркера для диагностики.

    Пространственная световая интерференционная микроскопия (SLIM) [20] — одна из успешных реализаций QPI. Благодаря присоединению внешнего модуля к существующему микроскопу SLIM обладает всеми достоинствами QPI, а также совместим с другими методами визуализации (например.g., флуоресцентная визуализация) с высокой временной стабильностью. Кроме того, используя широкополосный свет в качестве источника освещения, SLIM значительно уменьшает спеклы, обычно наблюдаемые в лазерных системах QPI, что существенно увеличивает пространственную чувствительность [21, 22].

    В этом исследовании мы комбинируем SLIM и алгоритмы обработки изображений для изучения свойств биопсии USL. В общей сложности 12 USL с 8 выпавшими образцами были просканированы тканевым сканером SLIM. Пациентам ставится диагноз тяжелого пролапса (стадия 3 или 4) с использованием системы стадирования POP-Q [23].Затем был адаптирован алгоритм автоматической обработки изображений для извлечения коллагеновых волокон, после чего были рассчитаны несколько показателей волокон для каждого сегментированного волокна. Мы стремились сравнить организацию коллагеновых фибрилл у женщин с пролапсом по сравнению с контрольной группой без пролапса. Наша цель состояла в том, чтобы описать любые дискретные изменения характеристик фибрилл, которые могут дать представление о развитии и прогрессировании ПОЗ.

    Результаты

    Мы проанализировали 4 нормальных образца USL и 8 образцов USL от пациентов с пролапсом 3 и более стадии из исследования, одобренного IRB больницы Университета Иллинойса.Образцы обрабатывались в банке тканей UIC и хранились в жидком азоте при -80 ° C, что, как ожидается, не повлияет на оптические свойства ткани [24]. Эти образцы были сканированы с помощью пространственной световой интерференционной микроскопии (SLIM). Схема сканера ткани QPI показана на рисунке 1. Эта платформа визуализации оборудована перемещающимся предметным столиком XY для выполнения измерения QPI на предметных стеклах с неокрашенными тканями. SLIM представляет собой модернизацию существующего фазово-контрастного микроскопа и крепится к его боковому порту.Принцип модальности описан в разделе «Методы». Чтобы представить фазовую карту всего USL, сегментированные изображения SLIM были собраны под объективом 40x (NA = 0,75), а затем нанесены цифровой мозаикой. За счет систематического проектирования и вычислений на графическом процессоре система генерировала фазовые изображения со скоростью примерно 6 кадров / с [25]. На рисунке 2 показано типичное изображение среза ткани, где черные стрелки указывают путь сканирования. Пространственная и временная стабильность SLIM обеспечивает однородный фон по всему образцу, так что анатомические особенности ткани были четко очерчены с высоким контрастом и поперечным разрешением (вставка на рис. 2).Затем эти биопсийные слайды окрашивали пикросириусом красным (PSR) и снова измеряли с помощью микроскопии в поляризованном свете [26, 27], обычного метода визуализации коллагеновых волокон.

    Рисунок 1 . SLIM повышает производительность традиционной фазово-контрастной микроскопии за счет подключения внешнего модуля.

    Рисунок 2 . Используя этап перевода, неокрашенное предметное стекло можно сканировать в режиме реального времени с высокой детализацией.

    Затем, чтобы изучить изменения в коллагене, был необходим метод автоматической сегментации, чтобы выбрать компоненты волокна из измерений сырой фазы.Для достижения этой цели мы адаптировали метод CT-FIRE (преобразование кривых — извлечение волокна) (подробности об алгоритме см. В разделе «Методы»). Разработанный Лю и др., Этот метод был применен для изучения изменений коллагеновых волокон в ткани рака груди, измеренных с помощью микроскопии генерации второй гармоники (ГВГ) [28, 29]. После загрузки двухмерного изображения ткани (рис. 3A) программа генерирует подробную карту извлеченных волокон, наложенных на входные данные (рис. 3B), и затем рассчитываются длина, толщина, прямолинейность и ориентация каждого волокна (рис. 3C).Из-за высокой пространственной чувствительности SLIM несовершенство фона (например, неровный слой монтажного материала) может повлиять на качество конечного изображения. Эти артефакты изображения сбивают с толку CT-FRIE и, как следствие, вызывают ошибку сегментации, которая в основном проявляется в виде коротких линейных сегментов в зонах без волокон, как показано на наложенном изображении (рис. 3B). Конечно, эти неточные и короткие сломанные волокна приводят к ошибкам при анализе данных. Чтобы уменьшить этот эффект, в наш анализ включены только волокна, длина которых превышает 10 мкм.Для каждой просканированной USL было выбрано около 50 плиток и запущено CT-FIRE. Плитки были выбраны равномерно по всей площади ткани, чтобы охватить все текстуры волокон. После этого собираются результаты экстракции волокон из каждой плитки, чтобы представить структуру волокон этой биопсии. Кроме того, мы в цифровом виде изменили угол наклона волокон, так что гистограмма ориентации каждого среза ткани была выровнена под углом 90 градусов. Кроме того, показатели волокон из разных срезов ткани объединяются, чтобы сравнить разницу между нормальными и выпавшими образцами.

    Рисунок 3 . Процедура экстракции клетчатки. CT-FRIE считывает двухмерное фазовое изображение (A) и генерирует сеть волокон, каждое из которых имеет свой цвет и накладывается на входное изображение (B) , а для отдельного сегментированного результата (C) рассчитываются 4 структурных показателя. ) .

    Используя результаты сегментации изображений SLIM, мы сравнили гистограммы показателей волокон как для нормальных, так и для выпавших образцов. Заметная разница произошла в ориентации волокон, гистограмма которой показана на рисунке 4A.Это изменение, хотя и незначительное, доказано как статистически значимое при выполнении теста Колмогорова-Смирнова на уровне значимости 1% ( p <0,001). Как можно видеть на рисунке 4A, профиль ориентации волокон с POP является приблизительно распределением Гаусса, что указывает на то, что волокна с большей вероятностью выравниваются в определенном направлении, в то время как это выглядит смещенным распределением в нормальной ткани с большим количеством углов. Было обнаружено, что различия согласуются с изображениями, окрашенными PSR (рис. 4В). Затем для каждого среза ткани было рассчитано стандартное отклонение ориентации волокон, и мы обнаружили, что как для изображений SLIM, так и для PSR, выпавшая группа показывает на 3% более узкое угловое распределение (рис. 4C).Из-за небольшого размера выборки и крошечного разделения статистический тест не показал существенной разницы. Извлечение коллагена из изображений PSR и сравнение других показателей волокна включены в дополнительные материалы.

    Рис. 4. (A) Гистограмма сегментации ориентации волокон из изображений SLIM. (B) Гистограмма сегментации ориентации волокон из изображений PSR. (C) Стандартное отклонение ориентации волокон для каждого предметного стекла.

    Резюме и обсуждение

    Таким образом, SLIM обеспечивает быстрый и экономичный способ оценки организации фибрилл. Мы измерили коллагеновые фибриллы USL как при пролапсе, так и в бессимптомном контроле. Мы использовали SLIM для измерения организации волокон и метод CT-FIRE для извлечения информации об отдельных волокнах. Мы обнаружили, что волокна коллагена в образце с диагнозом POP были более выровнены по сравнению с относительно более однородным распределением в образцах нормальной ткани.Аналогичные статистические характеристики были обнаружены на одном и том же образце, измеренном обычным гистологическим методом. Для сравнения изображений SLIM и пикросириуса красного окрашивания после получения изображений SLIM срез ткани удаляется со столика микроскопа, окрашивается и затем помещается обратно. Для большого среза ткани эта операция затрудняет регистрацию одного и того же поля зрения на изображениях SLIM и PSR и параллельное сравнение морфологии ткани. Потенциально проблема может быть решена путем сканирования окрашенной ткани с помощью системы QPI, не зависящей от цвета, что недавно было продемонстрировано в нашей лаборатории [30].Таким образом, в будущем мы сможем исследовать изменения как в коллагеновых, так и в неколлагеновых компонентах в одном поле зрения. Кроме того, наши фазовые измерения напрямую обеспечивают массовую плотность белка и свойства рассеяния исследуемого образца [31, 32], что может быть полезно для понимания механизма организации тканей у женщин с ПОЗ. Оценка фибрилл эластина была бы очень полезна для понимания этих результатов. В настоящее время мы изучаем организацию эластиновых фибрилл и надеемся представить нашу работу в ближайшем будущем.

    Методы

    Подготовка проб

    USL был получен примерно в 1 см от места его введения в шейно-маточном переходе. Это гарантирует, что одинаковое местоположение в USL было получено от каждого субъекта, и ограниченные аберрантные результаты из-за неоднородности USL. Образец размером 1 × 1 см был получен из каждого USL и отправлен в банк тканей в больнице Университета Иллинойса для хранения тканей.

    Система визуализации

    SLIM — это фазосдвигающая система QPI с общим трактом.Оптическая система реализована путем присоединения модуля SLIM (CellVista SLIM pro, Phi Optics) к выходному порту существующего инвертированного фазово-контрастного микроскопа. На выходе фазово-контрастного микроскопа две линзы Фурье составляют систему 4-f и передают плоскость изображения на плоскость детектора. Жидкокристаллический пространственный модулятор света (SLM) размещается в задней фокальной плоскости 1-й линзы Фурье для обеспечения дополнительных фазовых сдвигов между рассеянным (образец) и нерассеянным (эталонным) полем с шагом π / 2.Спроецированный рисунок на SLM точно рассчитывается, чтобы соответствовать размеру и положению фазового кольца в объективном зрачке. Последовательно собираются четыре изображения интенсивности, каждое с разной фазовой задержкой, и затем однозначно определяется количественная фазовая карта.

    Чтобы преобразовать SLIM в микроскоп поляризованного света, мы вставили два поляризатора в оптический тракт: один в тракте освещения, а другой перед камерой. Образец, окрашенный PSR, визуализировали через светопольный объектив.

    CT-FIRE

    Представленный Элисири и его коллегами, CT-FIRE предоставляет средства для автоматического извлечения отдельных коллагеновых волокон из изображений интенсивности и сообщает описательные параметры сегментированных волокон для изучения организации ткани. После загрузки в программу 2D-изображение сначала проходит кривую преобразования (CT), этап предварительной обработки для уменьшения шума и улучшения характеристик линий и краев. Затем реализуется алгоритм извлечения волокон (FIRE), чтобы восстановить карту коллагеновых волокон, принцип которого резюмируется следующим образом.После применения порога для различения пикселей, которые являются потенциальными волокнами и фоном, точки зарождения выбираются путем нахождения пикселей переднего плана, которые имеют максимальное расстояние до ближайших пикселей фона. Следовательно, сеть волокон получается путем соединения точек зарождения, между которыми находятся только пиксели переднего плана. Наконец, результирующая карта волокон создается путем удаления коротких и свисающих волокон, а структурные показатели (длина, толщина, ориентация и прямолинейность) вычисляются для каждого сегментированного волокна в качестве выходных данных.

    Доступность данных

    Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в рукопись и / или дополнительные файлы.

    Авторские взносы

    GP, AK-B и WK задумали проект. OA, WK и AK-B подготовили образец. CH выполнил измерение SLIM. CH и MS провели анализ данных. CH написал рукопись при участии всех авторов.

    Финансирование

    Работа поддержана Национальным научным фондом (NSF) STC CBET 0939511.

    Заявление о конфликте интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Дополнительные материалы

    Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2019.00072/full#supplementary-material

    Список литературы

    1. Чен Б., Йе Дж. Изменения метаболизма соединительной ткани при стрессовом недержании мочи и пролапсе. J Urol. (2011) 186 : 1768–72. DOI: 10.1016 / j.juro.2011.06.054

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    3. Ву Д., Хейлен Б.Т., Це К., Фарнсворт А. Хирургическая анатомия маточно-крестцовой связки. Int Urogynecol J. (2010) 21 : 1123–8. DOI: 10.1007 / s00192-010-1147-8

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    5. Шан М., Кандел М. Е., Попеску Г. Количественная фазовая визуализация клеток и тканей . McGraw Hill Professional (2011).

    Google Scholar

    6. Park Y, Depeursinge C, Popescu G. Количественная фазовая визуализация в биомедицине. Нат Фотон . (2018) 12 : 578–89. DOI: 10.1038 / s41566-018-0253-x

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    7. Ху Ц., Сэм Р., Шан М., Настаса В., Ван М., Ким Т. и др. Оптическое возбуждение и обнаружение нейрональной активности. Дж. Биофотоника . (2018) 12 : e201800269. DOI: 10.1002 / jbio.201800269

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    8.Кемпер Б., Карл Д., Шнекенбургер Дж., Бредебуш И., Шефер М., Домшке В. и др. Исследование живых опухолевых клеток поджелудочной железы методом цифровой голографической микроскопии. J Biomed Opt. (2006) 11 : 34005. DOI: 10.1117 / 1.2204609

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    9. Джавиди Б., Маркман А., Рават С., О’Коннор Т., Ананд А., Андемариам Б. Диагностика серповидно-клеточной болезни на основе анализа пространственно-временной динамики клеток с использованием трехмерной печатной цифровой голографической микроскопии. Оптика Экспресс . (2018) 26 : 13614–27. DOI: 10.1364 / OE.26.013614

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    10. Li Y, Fanous MJ, Kilian KA, Popescu G. Количественная фазовая визуализация выявляет рост и миграцию раковых клеток, зависящие от жесткости матрикса. Научная публикация (2019) 9 : 248. DOI: 10.1038 / s41598-018-36551-5

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    11. Hu C, Popescu G. Количественная фазовая визуализация (QPI) в неврологии. IEEE J Sel Top Quantum Electron. (2019) 25 : 1–9. DOI: 10.1109 / JSTQE.2018.2869613

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    12. Marquet P, Depeursinge C, Magistretti PJ. Обзор количественной фазово-цифровой голографической микроскопии: новый многообещающий метод визуализации для определения активности нейронных сетей и определения клеточных биомаркеров психических расстройств. Нейрофотоника . (2014) 1 : 020901. DOI: 10.1117 / 1.NPh.1.2.020901

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    13.Юн Дж, Джо И, Ким М.Х., Ким К., Ли С., Кан С.Дж. и др. Идентификация неактивированных лимфоцитов с помощью трехмерной томографии показателя преломления и машинного обучения. Научный доклад (2017) 7 : 6654. DOI: 10.1038 / s41598-017-06311-y

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    14. Lee M, Lee E, Jung J, Yu H, Kim K, Yoon J и др. Оптическая количественная оценка структурных изменений при болезни Альцгеймера без использования этикеток. Научный доклад (2016) 6 : 31034.DOI: 10.1038 / srep31034

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    15. Shaked NT, Satterwhite LL, Telen MJ, Truskey GA, Wax A. Количественная микроскопия и наноскопия серповидных эритроцитов, выполненная с помощью широкополосной цифровой интерферометрии. J Biomed Opt. (2011 г.) 16 : 030506. DOI: 10.1117 / 1.3556717

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    16. Majeed H, Nguyen TH, Kandel ME, Kajdacsy-Balla A, Popescu G. Количественная оценка ткани груди без этикеток с использованием микроскопии пространственных световых помех (SLIM). Научный доклад (2018) 8 : 6875. DOI: 10.1038 / s41598-018-25261-7

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    17. Park HS, Rinehart MT, Walzer KA, Chi JT, Wax A. Автоматическое обнаружение P. falciparum с использованием алгоритмов машинного обучения с количественными фазовыми изображениями неокрашенных клеток. PLOS ONE . (2016) 11 : e0163045. DOI: 10.1371 / journal.pone.0163045

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    18. Ху Ц., Чжу С., Гао Л., Попеску Г.Эндоскопическая дифракционная фазовая микроскопия. Opt Lett. (2018) 43 : 3373–6. DOI: 10.1364 / OL.43.003373

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    19. Маджид Х., Шридхаран С., Мир М., Ма Л., Мин Э., Юнг В. и др. Количественная фазовая визуализация для медицинской диагностики. Дж. Биофотоника . (2017) 10 : 177–205. DOI: 10.1002 / jbio.201600113

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    20. Ван З., Миллет Л., Мир М., Динг Х., Унарунотай С., Роджерс Дж. И др.Пространственная световая интерференционная микроскопия (SLIM). Опт Экспресс. (2011) 19 : 1016–26. DOI: 10.1364 / OE.19.001016

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    21. Мир М., Ким Т., Маджумдер А., Сян М., Ван Р., Лю С.К. и др. Безмаркировочная характеристика возникающих нейронных сетей человека. Научный доклад (2014) 4 : 4434. DOI: 10.1038 / srep04434

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    22. Ким Т., Чжоу Р., Мир М., Дерин Бабакан С., Скотт Карни П., Годдард Л. и др.Дифракционная томография немеченых живых клеток в белом свете. Нат Фотон. (2014) 8 : 256–63. DOI: 10.1038 / nphoton.2013.350

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    23. Bump RC, Маттиассон А., Бё К., Брубакер Л.П., ДеЛанси Дж.О., Кларсков П. и др. Стандартизация терминологии опущения тазовых органов у женщин и дисфункции тазового дна. Am J Obstet Gynecol. (1996) 175 : 10–7. DOI: 10.1016 / S0002-9378 (96) 70243-0

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    24.Ким Т., Шридхаран И., Ма И, Чжу Б., Чи Н, Кобак В. и др. Выявление различных наноскопических характеристик нативных коллагеновых фибрилл для ранней диагностики пролапса тазовых органов. Наномедицина. (2016) 12 : 667–75. DOI: 10.1016 / j.nano.2015.11.006

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    25. Кандел М.Э., Шридхаран С., Лян Дж., Луо З., Хан К., Масиас В. и др. Сканер ткани без этикеток для скрининга колоректального рака. Дж. Биомед Опт . (2017) 22 : 66016.DOI: 10.1117 / 1.JBO.22.6.066016

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    26. Латтуф Р., Юнес Р., Лютомски Д., Нааман Н., Годо Г., Сенни К. и др. Окрашивание пикросириусом красным: полезный инструмент для оценки коллагеновых сетей в нормальных и патологических тканях. J Histochem Cytochem. (2014) 62 : 751–8. DOI: 10.1369 / 0022155414545787

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    27. Арун Гопинатан П., Кокила Г., Джйоти М., Ананджан К., Прадип Л., Хумаира Назир С.Изучение двойного лучепреломления коллагена при различных степенях плоскоклеточного рака полости рта с использованием пикросириуса красного и микроскопии в поляризованном свете. Scientifica . (2015) 2015 : 802980. DOI: 10.1155 / 2015/802980

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    28. Bredfeldt JS, Liu Y, Pehlke CA, Conklin MW, Szulczewski JM, Inman DR, et al. Вычислительная сегментация коллагеновых волокон из изображений рака груди с генерацией второй гармоники. J Biomed Opt. (2014) 19 : 16007.DOI: 10.1117 / 1.JBO.19.1.016007

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    29. Бредфельдт Дж.С., Лю Ю., Конклин М.В., Кили П.Дж., Маки Т.Р., Элисири К.В. Автоматическая количественная оценка выровненного коллагена для прогноза рака груди человека. J Pathol Inform. (2014) 5 : 28. DOI: 10.4103 / 2153-3539.139707

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    30. Маджид Х., Кейхосрави А., Кандел М.Э., Нгуен Т.Х., Лю Й., Кайдачи-Балла А. и др. Количественная гистопатология окрашенных тканей с использованием цветовой пространственной световой интерференционной микроскопии (cSLIM). arXiv: 1806.04136. [препринт]. (2018).

    Google Scholar

    31. Шан М., Кандел М. Е., Попеску Г. Дисперсия показателя преломления клеток и тканей, измеренная с помощью количественной фазовой визуализации. Опт Экспресс. (2017) 25 : 1573–81. DOI: 10.1364 / OE.25.001573

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

    .

    Ответить

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *