Merci fir besicht Nature.com.Dir benotzt eng Browser Versioun mat limitéierter CSS Ënnerstëtzung.Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten).Zousätzlech, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, weisen mir de Site ouni Stiler a JavaScript.
Weist e Karussell vun dräi Rutschen op eemol.Benotzt d'Previous an Next Knäppercher fir duerch dräi Rutschen gläichzäiteg ze réckelen, oder benotzt d'Slider Knäppercher um Enn fir duerch dräi Rutschen gläichzäiteg ze réckelen.
D'Begrenzung vu fibrous Hydrogelen op schmuel Kapillaren ass vu grousser Wichtegkeet a biologeschen a biomedizinesche Systemer.Spannung an uniaxial Kompressioun vu fibrous Hydrogelen goufen extensiv studéiert, awer hir Äntwert op biaxial Retention an de Kapillaren bleift onerfuerscht.Hei beweise mir experimentell an theoretesch datt filamentöse Gele qualitativ anescht op Zwang reagéieren wéi flexibel Kettengelen wéinst der Asymmetrie an de mechanesche Properties vun de Bestanddeelfilamenter, déi mëll an der Kompressioun a steif an der Spannung sinn.Ënner staarker Retention weist de fibrous Gel wéineg Verlängerung an eng asymptotesch Ofsenkung vum biaxiale Poisson Verhältnis op Null, wat zu enger staarker Gel Verdichtung a schlechter Flëssegkeetspermeatioun duerch de Gel resultéiert.Dës Resultater weisen op d'Resistenz vu gestreckte okklusive Thrombi géint Lysis duerch therapeutesch Agenten an stimuléieren d'Entwécklung vun effektiver endovaskulärer Emboliséierung vu fibrous Gelen fir vaskulär Blutungen ze stoppen oder d'Bluttversuergung vun Tumoren ze hemmen.
Fibrous Netzwierker sinn déi elementar strukturell a funktionell Bausteng vu Stoffer a liewegen Zellen.Actin ass e wichtege Bestanddeel vum Zytoskelett1;Fibrin ass e Schlësselelement bei der Woundheilung an der Thrombusbildung2, a Kollagen, Elastin a Fibronectin si Komponente vun der extrazellulärer Matrix am Déiereräich3.Erholl Netzwierker vu fibrous Biopolymere sinn Material mat breet Uwendungen an der Tissuetechnik4 ginn.
Filamentous Netzwierker representéieren eng separat Klass vu biologescher mëller Matière mat mechanesche Properties déi ënnerschiddlech sinn wéi flexibel molekulare Netzwierker5.E puer vun dësen Eegeschaften hunn am Laf vun der Evolutioun evoluéiert fir d'Äntwert vun der biologescher Matière op Deformatioun ze kontrolléieren6.Zum Beispill, fibrous Netzwierker weisen linear Elastizitéit bei klenge Stämme7,8 wärend se bei grousse Stämme verstäerkt Steifheet9,10 weisen, an doduerch Tissue Integritéit behalen.D'Implikatioune fir aner mechanesch Eegeschafte vu fibrous Gelen, sou wéi negativ normal Belaaschtung an Äntwert op Scherbelastung11,12, mussen nach entdeckt ginn.
Déi mechanesch Eegeschafte vu semi-flexibele fibrous Hydrogelen goufen ënner uniaxialer Spannung13,14 a Kompressioun8,15 studéiert, awer hir Fräiheet-induzéiert biaxial Kompressioun a schmuele Kapillaren oder Réier gouf net studéiert.Hei bericht mir experimentell Resultater an proposéiere theoretesch e Mechanismus fir d'Behuele vu fibrous Hydrogelen ënner biaxialer Retention a mikrofluidesche Kanäl.
Fibrin Mikrogelen mat verschiddene Verhältnisser vu Fibrinogen an Thrombin Konzentratioune an engem D0 Duerchmiesser vu 150 bis 220 µm goufen mat enger mikrofluidescher Approche generéiert (Ergänzungsbild 1).Op Fig.1a weist Biller vu fluorochrom-labeléierte Mikrogelen, déi mat konfokaler Fluoreszenzmikroskopie (CFM) kritt goufen.D'Mikrogelen si kugelfërmeg, hunn eng Polydispersitéit vu manner wéi 5%, a sinn eenheetlech an der Struktur iwwer d'Skalen iwwerpréift vum CFM (Ergänzungsinformatioun a Filmer S1 a S2).Déi duerchschnëttlech Poregréisst vun de Mikrogelen (bestëmmt duerch Miessung vun der Darcy-Permeabilitéit16) ass vun 2280 op 60 nm erofgaang, de Fibringehalt ass vu 5,25 op 37,9 mg / ml eropgaang, an d'Thrombinkonzentratioun ass vun 2,56 op 0,27 Eenheeten / ml ofgeholl, respektiv.(Zousätzlech Informatiounen).Reis.2), 3 an Ergänzungstabell 1).Déi entspriechend Steifheit vum Mikrogel erhéicht vun 0,85 op 3,6 kPa (Ergänzungsbild 4).Als Beispiller vu Gele geformt aus flexiblen Ketten, ginn Agarose Mikrogelen vu verschiddene Steifheit benotzt.
Fluoreszenzmikroskopie Bild vu Fluorescein Isothiocyanat (FITC) markéiert PM suspendéiert an TBS.D'Bar Skala ass 500 µm.b SEM Biller vun SM (uewen) an RM (ënnen).Skala Bar 500 nm.c Schematesch Diagramm vun engem mikrofluidesche Kanal besteet aus engem grousse Kanal (Duerchmiesser dl) an enger verréngert kegelfërmeg Regioun mat engem Entréeswénkel α vu 15° an engem Duerchmiesser vun DC = 65 µm.d Lénks no riets: Optesch Mikroskop Biller vun RM (Duerchmiesser D0) an grouss Channels, konesch Zone a constriction (limitéiert gelies Längt Dz).D'Bar Skala ass 100 µm.e, f TEM Biller vun engem undeforméierten RM (e) an engem verstoppten RM (f), fixéiert fir eng Stonn mat enger Verengung 1 / λr = 2,7, gefollegt vun der Verëffentlechung an der Fixatioun vun 5% vun der Mass.Glutaraldehyd an TBS.Den Duerchmiesser vum onverformte CO ass 176 μm.D'Skalabar ass 100 nm.
Mir konzentréieren eis op Fibrin-Mikrogelen mat enger Härheet vun 0,85, 1,87 an 3,6 kPa (nodréiglech mëll Mikrogelen (SM), mëttlere schwéiere Mikrogelen (MM) an hart Mikrogelen (RM) respektiv.Dës Gamme vu Fibrin Gel Steifheit ass vun der selwechter Gréisst wéi fir Bluttgerinnung18,19 an dofir sinn d'Fibrin Gelen déi an eiser Aarbecht studéiert sinn direkt mat echte biologesche Systemer verbonnen.Op Fig.1b weist déi iewescht an déi ënnescht Biller vun de SM- a RM-Strukturen, respektiv mat engem Scannenelektronenmikroskop (SEM) kritt.Am Verglach mat RM-Strukturen, sinn SM-Netzwierker duerch déck Faseren a manner Filialpunkte geformt, konsequent mat fréiere Berichter 20, 21 (Ergänzungsbild 5).Den Ënnerscheed an der Struktur vum Hydrogel korreléiert mat dem Trend vu sengen Eegeschaften: D'Permeabilitéit vum Gel fällt mat der Ofsenkung vun der Poregréisst vu SM op MM a RM (Ergänzungstabell 1), an d'Steifheit vum Gel réckelt.Keng Verännerungen an der Mikrogelstruktur goufen no der Lagerung bei 4 ° C fir 30 Deeg festgestallt (Ergänzlech Fig. 6).
Op Fig.1c weist en Diagramm vun engem mikrofluidesche Kanal mat engem kreesfërmegen Querschnitt mat (vu lénks no riets): e grousse Kanal mat engem Duerchmiesser dl an deem de Mikrogel onverformt bleift, e kegelfërmege Sektioun mat enger Verengung am Duerchmiesser dc < D0, Kegel -geformt Sektiounen a grouss Kanäl mat engem Duerchmiesser dl (Ergänzungsbild 7).An engem typesche Experiment goufen Mikrogelen a Mikrofluidkanäl bei engem positiven Drockfall ΔP vun 0,2-16 kPa (Ergänzungs Fig. 8) injizéiert.Dësen Drockbereich entsprécht biologesch signifikante Blutdrock (120 mm Hg = 16 kPa)22.Op Fig.1d (vu lénks op riets) weist representativ Biller vun RM an grouss Channels, konisch Beräicher an constrictions.D'Bewegung an d'Form vum Mikrogel goufen opgeholl an analyséiert mam MATLAB Programm.Et ass wichteg ze bemierken datt an de verlängerten Regiounen a Konstriktiounen d'Mikrogelen a konforme Kontakt mat de Maueren vun de Mikrokanäl sinn (Ergänzungsbild 8).De Grad vun der radialer Retention vum Mikrogel bei der Verengung D0/dc = 1/λr ass am Beräich 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, wou 1/λr de Kompressiounsverhältnis ass.De Mikrogel geet duerch Schrumpfung wann ΔP > ΔPtr, wou ΔPtr den Translokatiounsdrockdifferenz ass.D'Längt an d'Gréisst vun de Pore vu biaxial ageschränkter Mikrogelen ginn duerch hiren Gläichgewiichtszoustand bestëmmt, well et ganz wichteg ass d'Viskoelastizitéit vu Gelen a biologesche Systemer ze berücksichtegen.D'Equilibratiounszäit fir Agarose a Fibrin Mikrogelen war 10 min an 30 min, respektiv.No dësen Zäitintervallen hunn déi limitéiert Mikrogelen hir stabil Positioun a Form erreecht, déi mat enger Héichgeschwindegkeet Kamera erfaasst an mat MATLAB analyséiert gouf.
Op Fig.1e, 1f weisen Transmissioun Elektronen Mikroskopie (TEM) Biller vun undeformed a biaxial limitéiert RM Strukturen.No RM Kompressioun ass d'Mikrogel Pore Gréisst wesentlech erofgaang an hir Form gouf anisotropesch mat méi klenge Gréissten an der Richtung vun der Kompressioun, wat konsequent mat engem fréiere Bericht 23 ass.
Biaxial Kompressioun wärend der Kontraktioun verursaacht de Mikrogel an eng onlimitéiert Richtung ze verlängeren mat engem Koeffizient λz = \({D}_{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\), wou \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) d'Längt vum zouene Mikrogel ass. fir Fibrin an Agarose Mikrogelen Iwwerraschend, ënner staarker Kompressioun vun 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, weisen Fibrin Mikrogelen eng negligibel Verlängerung vun 1,12 +/- 0,03 λz, déi nëmme liicht vum Wäert vun 1/λr beaflosst gëtt. limitéiert Agarose Mikrogelen, déi souguer bei méi schwaacher Kompressioun 1/λr = 2,6 bis zu enger méi grousser Verlängerung λz = 1,3 observéiert ginn.
a Agarose Mikrogel experimentéiert mat verschiddenen elastesche Moduler (2,6 kPa, gréngen oppenen Diamant; 8,3 kPa, brong oppene Krees; 12,5 kPa, orange oppene Quadrat; 20,2 kPa, magenta oppenen ëmgedréint Dräieck) a SM (fest rout) Ännerung vun der gemoossene Verlängerung λz ( Kreeser), MM (staark schwaarz Felder) an RM (staark blo Dräieck).Solid Linnen weisen déi theoretesch virausgesot λz fir Agarose (gréng Linn) a Fibrin Mikrogelen (Linnen a Symboler vun der selwechter Faarf).b, c Top Panel: schematesch Diagramm vun Netzwierkketten vun Agarose (b) a Fibrin (c) virun (lénks) an no (riets) biaxialer Kompressioun.Ënnen: Form vum entspriechende Netzwierk virun an no der Verformung.D'x an y Kompressiounsrichtung ginn duerch Magenta a brong Pfeile respektiv ugewisen.An der Figur uewendriwwer, Ketten vun Netzwierker orientéiert an dësen x an y Richtungen sinn mat de entspriechende Magenta a brong Linnen ugewisen, a Ketten orientéiert an eng arbiträr z Richtung sinn duerch gréng Linnen duergestallt.Am Fibringel (c) béien déi purpurroude a brong Linnen an den x- an y-Richtungen méi wéi am ondeforméierten Zoustand, an déi gréng Linnen an der z-Richtung biegen a strecken.D'Spannung tëscht de Richtungen vun der Kompressioun a Spannung gëtt duerch Threads mat Zwëschen Richtungen iwwerdroen.Bei Agarosegelen bestëmmen d'Ketten an all Richtungen den osmoteschen Drock, wat e wesentleche Bäitrag zur Verformung vum Gel mécht.d Virausgesot Ännerung vum biaxiale Poisson-Verhältnis, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{\rm{ln}}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\), fir equibiaxial Kompressioun vun Agarose (gréng Linn) a Fibrin (rout Linn) Gelen.Den Inset weist d'biaxial Verformung vum Gel.e Translokatiounsdrockännerung ΔPtr, normaliséiert op Gelsteifheit S, gëtt als Funktioun vum Kompressiounsverhältnis fir Agarose a Fibrin Mikrogelen geplot.D'Symbolfaarwen entspriechen d'Faarwen an (a).Déi gréng a rout Linnen weisen déi theoretesch Relatioun tëscht ΔPtr / S an 1 / λr fir Agarose a Fibringelen, respektiv.De gestierzten Deel vun der rouder Linn weist d'Erhéijung vun ΔPtr ënner staarker Kompressioun wéinst Interfiber Interaktiounen.
Dësen Ënnerscheed ass mat verschiddene Mechanismen vun der Verformung vu Fibrin an Agarose Mikrogel Netzwierker verbonnen, déi aus flexiblen 24 a rigid25 Threads besteet, respektiv.Biaxial Kompressioun vu flexiblen Gelen féiert zu enger Ofsenkung vun hirem Volumen an enger verbonne Erhéijung vun der Konzentratioun an dem osmoteschen Drock, wat zu enger Verlängerung vum Gel an enger onlimitéierter Richtung féiert.D'endgülteg Verlängerung vum Gel hänkt vun der Balance vun enger Erhéijung vun der entropescher fräier Energie vun de gestreckte Ketten an enger Ofsenkung vun der fräier Energie vun der Osmose duerch d'niddere Polymerkonzentratioun am gestreckte Gel.Ënner staark biaxialer Kompressioun erhéicht d'Verlängerung vum Gel mat λz ≈ 0,6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (kuckt Fig. 2a an Diskussioun Sektioun 5.3.3).D'Konformatiounsännerungen an de flexibele Ketten an d'Form vun den entspriechende Netzwierker virun an no biaxialer Retention ginn an de Fig.2b vun.
Am Géigesaz, fibrous Gele wéi Fibrin reagéieren iergendwéi anescht op biaxial Retentioun.D'Filamenter, déi haaptsächlech parallel zu der Kompressiounsrichtung orientéiert sinn (doduerch d'Distanz tëscht de Cross-Links reduzéieren), während d'Filamenter haaptsächlech senkrecht op d'Kompressiounsrichtung riichten a sech ënner der Handlung vun der elastescher Kraaft ausdehnen, wat de Gel verlängert ( Fig. 1).2c) D'Strukturen vum ondeforméierten SM, MM a RM goufen duerch d'Analyse vun hiren SEM- a CFM-Biller charakteriséiert (Ergänzungsdiskussioun Sektioun IV an Ergänzungsfigur 9).Duerch d'Bestëmmung vum elastesche Modul (E), Duerchmiesser (d), Profillängt (R0), Distanz tëscht Enden (L0 ≈ R0) an Zentralwénkel (ψ0) vun de Stränn an onverformte Fibrin-Mikrogelen (Ergänzungstabell 2) - 4), Mir fanne dee Fuedembéiemodul \({k}_{{{{{{\rm{b))))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) ass wesentlech manner wéi säi Spannmodul\({k}_{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), also kb/ks ≈ 0.1 (Ergänzungstabell 4).Also, ënner Bedéngungen vu biaxialer Gel Retention, Fibrin Stränge si liicht gebéit, awer widderstoen sech ze strecken.D'Verlängerung vun engem filamentösen Netz, deen dem biaxialen Kompressioun ënnerworf ass, gëtt an der Ergänzungsbild 17 gewisen.
Mir entwéckelen en theoreteschen Affinmodell (Ergänzungsdiskussioun Sektioun V an Ergänzungsfiguren 10-16), an deem d'Verlängerung vun engem fibrous Gel aus dem lokalen Gläichgewiicht vun den elastesche Kräften, déi am Gel handelen, bestëmmt gëtt a virausgesot datt an enger staarker biaxialer Belaaschtung λz - 1 ënner der Aschränkung
D'Equatioun (1) weist datt och ënner staarker Kompressioun (\({\lambda }_{{{\mbox{r)))\,\to \,0\)) et eng liicht Gelexpansioun a spéider Verlängerungsdeformatioun ass Sättigung λz-1 = 0,15 ± 0,05.Dëst Verhalen ass verbonne mat (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{\rm { s }}}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0,15−0,4 an (ii) de Begrëff a Klammeren asymptotesch ongeféier \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) fir staark biaxial Bindungen. Et ass wichteg ze notéieren datt de Prefactor \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{) s))))\right)}^{1/ 2 }\) huet näischt mat der Steifheit vum Fuedem E ze dinn, mä gëtt nëmmen duerch den Aspektverhältnis vum Fuedem d/L0 an den Zentralwénkel vum Bou bestëmmt ψ0, wat ähnlech ass wéi SM, MM an RM (Ergänzungstabell 4).
Fir den Ënnerscheed an der Fräiheet-induzéierter Belaaschtung tëscht flexibelen a filamentöse Gelen weider ze markéieren, stellen mir de biaxiale Poisson-Verhältnis \({\nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\to 1}\frac{{\lambda} _{ {{{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}}, \) beschreift eng onbegrenzt Orientéierung vun der Gel-Belaaschtung als Äntwert op d'selwecht Belaaschtung an zwou radial Richtungen, a verlängert dës op grouss eenheetlech Stämme \ rm{b }}}}}}}}^{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{\rm{ln}}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln))))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r))))))))))}\) .Op Fig.2d weist \({{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}}^{{{{\rm { eff }}}}}}}\) fir eenheetlech biaxial Kompressioun vu flexibelen (wéi Agarose) a steife (wéi Fibrin) Gelen (Ergänzungsdiskussioun, Sektioun 5.3.4), an ënnersträicht d'Relatioun tëscht staarken Differenzen an Äntwerten op Befaaschtung. Fir Agarosegelen ënner staarken Aschränkungen {\rm{eff}}}}}}}}\) klëmmt op den asymptotesche Wäert 2/3, a fir Fibringelen fällt se op Null, well lnλz/lnλr → 0, well λz eropgeet mat Sättigung wéi λr eropgeet.Bedenkt datt an Experimenter zougemaach sphäresch Mikrogelen inhomogen deforméieren, an hiren zentrale Deel méi staark Kompressioun erliewt;awer, Extrapolatioun zu engem grousse Wäert vun 1 / λr mécht et méiglech den Experiment mat der Theorie fir eenheetlech deforméiert gels ze vergläichen.
En aneren Ënnerscheed am Verhalen vu flexibele Kettegelen a filamentöse Gele gouf fonnt wéinst hirer Bewegung beim Kontraktioun.Den Translokatiounsdrock ΔPtr, normaliséiert op Gelsteifheit S, erhéicht mat der Erhéijung vun der Kompressioun (Fig. 2e), awer bei 2.0 ≤ 1 / λr ≤ 3.5, Fibrin-Mikrogelen weisen wesentlech méi niddereg Wäerter vun ΔPtr / S erof wärend der Schrumpfung.Retentioun vum Agarose-Mikrogel féiert zu enger Erhéijung vum osmoteschen Drock, wat zu der Ausdehnung vum Gel an der Längsrichtung féiert wéi d'Polymermoleküle gestreckt ginn (Fig. 2b, lénks) an eng Erhéijung vum Translokatiounsdrock duerch ΔPtr / S ~( 1/λr) 14/317.Am Géigendeel, d'Form vun zouenen Fibrin Mikrogelen gëtt duerch d'Energiebalance vun de Fuedem vun der Radialkompressioun a Längsspannung festgeluegt, wat zu der maximaler Längsdeformatioun λz ~\(\sqrt{{k}_{{{{{) féiert \rm{ b))))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).Fir 1/λr ≫ 1 gëtt d'Ännerung vum Translokatiounsdrock als 1 }{{{({\rm{ln))))))\lénks({{\lambda }}_{{{{{\rm) skaléiert {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Ergänzungsdiskussioun, Abschnitt 5.4), wéi duerch déi zolidd rout Linn an der Fig. 2e gewisen.Also ass ΔPtr manner ageschränkt wéi an Agarosegelen.Fir Kompressiounen mat 1 / λr> 3,5, eng bedeitend Erhéijung vun der Volumenfraktioun vu Filamenter an der Interaktioun vun de Nopeschfilamenter limitéiert weider Verformung vum Gel a féiert zu Ofwäichunge vun experimentellen Resultater vu Prognosen (roude Punktelinn an der Fig. 2e).Mir schléissen datt fir déiselwecht 1/λr an Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}_{{{\rm{fibrin}}} ))) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))}}}_{{{\rm{agarose}} }} } } } }}\) den Agarosegel gëtt vum Mikrokanal erfaasst, an de Fibringel mat der selwechter Steifheit passéiert doduerch.Fir ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))))))_{{{{{\rm{fibrin)))))))))}\ ), Zwee Béid Gele blockéieren de Kanal, awer de Fibringel dréckt méi déif a kompriméiert méi effektiv, blockéiert d'Flëssegkeet méi effektiv.D'Resultater gewisen an der Figur 2 weisen datt de fibrous Gel als effektiv Plug kann déngen fir Blutungen ze reduzéieren oder d'Bluttversuergung un Tumoren ze hemmen.
Op der anerer Säit bildt Fibrin e Clot Scaffold, deen zu Thromboembolismus féiert, e pathologeschen Zoustand, an deem en Thrombus e Schiff bei ΔP <ΔPtr ofschléisst, sou wéi an e puer Aarte vun ischämesche Schlaganfall (Fig. 3a).Déi méi schwaach Restriktioun-induzéiert Verlängerung vu Fibrin-Mikrogelen huet zu enger méi staarker Erhéijung vun der Fibrinkonzentratioun vu C / C Fibrinogen am Verglach zu flexibel Kettengelen gefouert, wou C a C Fibrinogen limitéiert sinn respektiv onverformt Mikrogelen.Polymer Konzentratioun am Gel.Figure 3b weist datt Fibrinogen C /C an SM, MM a RM méi wéi siwefach op 1 /λr ≈ 4.0 erhéicht ginn, duerch Restriktioun an Dehydratioun ugedriwwen (Ergänzlech Fig. 16).
Schematesch Illustratioun vun der Okklusioun vun der mëttlerer zerebraler Arterie am Gehir.b Restriktioun-vermittelte relativer Erhéijung vun der Fibrin Konzentratioun am obstruktiven SM (fest rout Kreeser), MM (zolidd schwaarz Quadraten), an RM (zolidd blo Dräieck).c Experimentell Design benotzt fir d'Spaltung vu limitéierten Fibringelen ze studéieren.Eng Léisung vu fluoreszent markéierten tPA an TBS gouf bei enger Flowrate vu 5,6 × 107 µm3 / s an engem zousätzlechen Drockfall vun 0,7 Pa fir Kanäl senkrecht op d'laangachs vum Haaptmikrokanal injizéiert.d Pooled multichannel mikroskopescht Bild vum obstruktiven MM (D0 = 200 µm) bei Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa a während der Spaltung.Vertikal gestreckte Linnen weisen d'initial Positiounen vun der posterior an anterior Kante vum MM bei tlys = 0. Gréng a rosa Faarwen entspriechen FITC-dextran (70 kDa) an tPA mat AlexaFluor633, respektiv.e Zäit-variéierend relativ Volume vun occluded RMs mat D0 vun 174 µm (blo oppen ëmgedréint Dräieck), 199 µm (blo oppen Dräieck), respektiv 218 µm (blo oppenen Dräieck), an engem konesche Mikrokanal mat Xf = 28 ± 1 µm.d'Sektiounen hunn ΔP 1200, 1800, respektiv 3000 Pa, a Q = 1860 ± 70 µm3/s.Den Inset weist RM (D0 = 218 µm) de Mikrokanal verstoppt.f Zäitvariatioun vum relativen Volume vum SM, MM oder RM plazéiert op Xf = 32 ± 12 µm, bei ΔP 400, 750 an 1800 Pa an ΔP 12300 Pa an Q 12300 an der konischer Regioun vum Mikrokanal, respektiv 28300 µm, respektiv 28300 µm /s.Xf representéiert d'Frontpositioun vum Mikrogel a bestëmmt seng Distanz vum Ufank vum Schrumpfung.V (tlys) a V0 sinn den temporäre Volume vum lyséierte Mikrogel respektiv de Volume vum ongestéierten Mikrogel.D'Zeechenfaarwen entspriechen de Faarwen an b.Schwaarz Pfeile op e, f entspriechen dem leschte Moment vun der Zäit virum Passage vu Mikrogelen duerch de Mikrokanal.D'Skalabar an d, e ass 100 µm.
Fir den Effekt vun der Restriktioun op der Flëssegkeetsreduktioun iwwer obstruktiv Fibringelen z'ënnersichen, hu mir d'Lyse vu SM, MM a RM studéiert, infiltréiert mam thrombolytesche Agent Tissue Plasminogen Aktivator (tPA).Figur 3c weist den experimentellen Design fir d'Lysexperimenter benotzt. Bei ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) an enger Flowrate, Q = 2400 μm3 / s, vun Tris-gebufferter Salins (TBS) gemëscht mat 0,1 mg / ml (fluorescein-Isothiocyanat) FITC-Dextran, huet de Mikrogel den konischte Mikrokanal verstoppt Regioun. Bei ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) an enger Flowrate, Q = 2400 μm3 / s, vun Tris-gebufferter Salins (TBS) gemëscht mat 0,1 mg / ml (fluorescein-Isothiocyanat) FITC-Dextran, huet de Mikrogel den konischte Mikrokanal verstoppt Regioun. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) a скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), смешного солевого раствора (TBS), смешмоц еинизотиоцианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. Bei ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) an engem Flowrate, Q = 2400 µm3 / s, vun Tris gebufferter Salins (TBS) gemëscht mat 0,1 mg / ml (fluorescein Isothiocyanat) FITC-Dextran, huet de Mikrogel de konvergéierende Mikrokanal verstoppt.Regioun.在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μm3/s 的Tris 缓冲盐水(TBS) 与0.1 mg/mL混合时，微凝胶堵塞了锥形微通道地区.在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μm3/s了锥形微通道地区。 Микрогели закупориваются при смешивании трис-буферного солевого раствора (TBS) op 0,1 мг/мл (флуоцивании) - флуоцивании ри ΔP = 700 Па (<ΔPtr) a скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические области микроканалов. Mikrogelen verstoppt wann Tris gebuffert Salins (TBS) mat 0.1mg / ml (fluorescein Isothiocyanat) FITC-Dextran bei ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) a Flowrate Q = 2400 µm3 / s Konesch Regioune vu Mikrokanälen gemëscht gouf.D'Forward Positioun Xf vum Mikrogel bestëmmt seng Distanz vum initialen Schrumpfpunkt X0.Fir Lysis z'induzéieren, gouf eng Léisung vu fluoreszent markéierten tPA an TBS aus engem Kanal injizéiert, deen orthogonal op d'Langachs vum Haaptmikrokanal läit.
Wann d'tPA Léisung den occlusal MM erreecht huet, gouf de posterior Rand vum Mikrogel verschwonn, wat beweist datt d'Fibrin Spaltung an der Zäit tlys = 0 ugefaang huet (Fig. 3d an Ergänzungs Fig. 18).Wärend der Fibrinolyse accumuléiert d'Faarf-Label tPA am MM a bindt sech un de Fibrin-Sträng, wat zu enger gradueller Erhéijung vun der Intensitéit vun der rosa Faarf vun de Mikrogelen féiert.Bei tlys = 60 min, de MM kontraktéiert wéinst der Opléisung vu sengem hënneschten Deel, an d'Positioun vu sengem Spëtzekandidat Xf ännert wéineg.No 160 min huet de staark kontraktéierte MM weider kontraktéiert, a bei tlys = 161 min huet se Kontraktioun gemaach, doduerch de Flëssegkeetsfloss duerch de Mikrokanal restauréiert (Fig. 3d an Ergänzungsbild 18, riets Kolonn).
Op Fig.3e weist d'lysis-mediéiert Zäit-ofhängeg Ofsenkung vum Volume V (tlys) normaliséiert op den initialen Volume V0 vu verschiddene Gréissten Fibrin Mikrogelen.CO mat D0 174, 199 oder 218 µm gouf an e Mikrokanal mat ΔP 1200, 1800 oder 3000 Pa plazéiert, respektiv, a Q = 1860 ± 70 µm3 / s fir de Mikrokanal ze blockéieren (Fig. 3e, inset).Ernährung.D'Mikrogelen schrumpfen graduell bis se kleng genuch sinn fir duerch d'Kanäl ze passéieren.Eng Ofsenkung vum kritesche Volume vum CO mat engem méi groussen initialen Duerchmiesser erfuerdert eng méi laang Lysiszäit.Wéinst dem ähnlechen Flow duerch RMs vu verschiddene Gréisste geschitt Spaltung mat der selwechter Rate, wat zu Verdauung vu méi klengen Fraktiounen vu gréissere RMs resultéiert an hir verspéiten Translokatioun.Op Fig.3f weist déi relativ Reduktioun vu V (tlys) / V0 wéinst Spaltung fir SM, MM, a RM bei D0 = 197 ± 3 µm geplot als Funktioun vun tlys.Fir SM, MM a RM, setzen all Mikrogel an engem Mikrokanal mat ΔP 400, 750 oder 1800 Pa respektiv Q 12300, 2400 oder 1860 µm3 / s.Obwuel den Drock op de SM applizéiert war 4,5 Mol manner wéi dee vum RM, war de Flux duerch de SM méi wéi sechs Mol méi staark wéinst der méi héijer Permeabilitéit vum SM, an d'Schrumpfung vum Mikrogel ass vu SM op MM a RM erofgaang. .Zum Beispill, bei tlys = 78 min, SM meeschtens opgeléist a verdrängt, während MM a PM d'Mikrokanäl weider verstoppt hunn, trotz nëmmen 16% an 20% vun hirem urspréngleche Volumen behalen, respektiv.Dës Resultater suggeréieren d'Wichtegkeet vun der Konvektiounsmediéierter Lysis vu constricted fibrous Gelen a korreléieren mat Berichter iwwer méi séier Verdauung vu Clots mat engem nidderegen Fibringehalt.
Also demonstréiert eis Aarbecht experimentell an theoretesch de Mechanismus duerch deen filamentöse Gelen op biaxial Begrenzung reagéieren.D'Behuele vu fibrous Gelen an engem limitéierten Raum gëtt festgeluegt duerch déi staark Asymmetrie vun der Spannungsenergie vun de Filamenter (mëll an der Kompressioun a schwéier an der Spannung) an nëmmen duerch d'Aspektverhältnis an d'Krümmung vun de Filamenter.Dës Reaktioun resultéiert zu enger minimaler Verlängerung vu fibrous Gelen, déi a schmuele Kapillaren enthale sinn, hir biaxial Poisson Verhältnis fällt mat enger Erhéijung vun der Kompressioun a manner liichte Bitdrock.
Zënter biaxial Behälter vu mëllen deforméierbare Partikelen an enger breet Palette vun Technologien benotzt gëtt, stimuléieren eis Resultater d'Entwécklung vun neie fibrous Materialien.Besonnesch déi biaxial Retentioun vu filamentöse Gelen a schmuele Kapillaren oder Réier féiert zu hirer staarker Verdichtung an enger schaarfer Ofsenkung vun der Permeabilitéit.Déi staark Hemmung vum Flëssegkeetsfloss duerch occlusive fibrous Gelen huet Virdeeler wann se als Stecker benotzt ginn fir Blutungen ze vermeiden oder d'Bluttversuergung op Malignitéiten33,34,35 ze reduzéieren.Op der anerer Säit gëtt eng Ofsenkung vum Flëssegkeetsfloss duerch den occlusal Fibringel, an doduerch konvektiv-mediéiert Thrombuslysis hemmt, gëtt eng Indikatioun vun der lueser Lysis vun occlusal Clots [27, 36, 37].Eise Modelléierungssystem ass den éischte Schrëtt fir d'Implikatioune vun der mechanescher Äntwert vu fibrous Biopolymer Hydrogelen op biaxial Retention ze verstoen.D'Integratioun vu Bluttzellen oder Plättchen an obstruktiv Fibringelen beaflosst hiert Restriktiounsverhalen 38 a wäert den nächste Schrëtt sinn fir d'Behuele vu méi komplexe biologesch bedeitende Systemer z'entdecken.
Reagens, déi benotzt gi fir Fibrin-Mikrogelen ze preparéieren an MF-Geräter ze fabrizéieren, ginn an Ergänzungsinformatioun beschriwwen (Ergänzungsmethoden Sektiounen 2 a 4).Fibrin Mikrogelen goufen virbereet andeems eng gemëschte Léisung vu Fibrinogen, Tris-Puffer an Thrombin an engem Flow fokusséierend MF-Apparat emulgéiert, gefollegt vun Drëpsgelatioun.Bovine Fibrinogen Léisung (60 mg /ml an TBS), Tris Puffer a Bovine Thrombin Léisung (5 U /ml an 10 mM CaCl2 Léisung) goufen mat zwou onofhängeg kontrolléiert Sprëtz Pompelen verwalt (PhD 200 Harvard Apparat PHD 2000 Sprëtz Pompel).fir MF, USA ze blockéieren).F-Ueleg kontinuéierlech Phase mat 1 wt.% Blockcopolymer PFPE-P(EO-PO)-PFPE, gouf an d'MF Eenheet mat enger drëtter Sprëtzpompel agefouert.Drëpsen, déi am MF-Apparat geformt sinn, ginn an engem 15 ml Zentrifugeröhre gesammelt mat F-Ueleg.Setzt d'Tuben an engem Waasserbad bei 37 ° C fir 1 h fir d'Fibringeléierung ze kompletéieren.FITC markéiert Fibrin Mikrogelen goufen virbereet andeems Bovine Fibrinogen a FITC markéierte mënschleche Fibrinogen an engem 33:1 Gewiichtsverhältnis respektiv vermëschen.D'Prozedur ass d'selwecht wéi fir d'Virbereedung vu Fibrin-Mikrogelen.
Transfert d'Mikrogelen aus Ueleg F op TBS andeems d'Dispersioun bei 185 g fir 2 min centrifugéiert.Déi ausgefällt Mikrogelen goufen an Ueleg F gemëscht mat 20 gew.% Perfluoroctyl Alkohol dispergéiert, duerno an Hexan dispergéiert mat 0,5 gew.% Span 80, Hexan, 0.1 gew.% Triton X am Waasser an TBS.Endlech goufen d'Mikrogelen an TBS mat 0,01 wt% Tween 20 verspreet a bei 4 ° C fir ongeféier 1-2 Woche virum Experimenter gelagert.
D'Fabrikatioun vum MF Apparat gëtt an der Ergänzungsinformatioun beschriwwen (Ergänzungsmethoden Sektioun 5).An engem typesche Experiment gëtt de positiven Wäert vun ΔP bestëmmt duerch d'relativ Héicht vun de Reservoiren, déi virum an no dem MF-Apparat verbonne sinn, fir Mikrogelen mat engem Duerchmiesser vu 150
Donnéeën, déi d'Resultater vun dëser Etude ënnerstëtzen, sinn op Ufro vun de jeweilegen Autoren verfügbar.Raw SEM Biller vu Fibringelen, rau TEM-Biller vu Fibringelen virun an no der Impfung, an d'Haaptinputdaten fir Figuren 1 an 2. 2 an 3 ginn an der Matière Datendatei zur Verfügung gestallt.Dësen Artikel gëtt d'Original Donnéeën.
Litvinov RI, Peters M, de Lange-Loots Z, Weisel JV fibrinogen and fibrin.Am Macromolecular Protein Complex III: Structure and Function (Ed. Harris, JR and Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (Springer and Cham, 2021).
Bosman FT, Stamenkovich I. Funktionell Struktur a Kompositioun vun der extrazellulärer Matrix.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Prënz E. an Kumacheva E. Design an Uwendung vun kënschtlech biomimetic Léngen hydrogels.National Matt Rot.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC, Modelléiere semi-flexibel Polymer Netzwierker.Priester Mod.Physik.86, 995-1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. a Piku, KR Mechanesch Modelléierung vu semi-flexibele Biopolymer Netzwierker: Net-affin Deformatioun an d'Präsenz vu laangfristeg Ofhängegkeeten.In Advances in Soft Matter Mechanics 119–145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D, Mahadevan L. Stress-induzéiert Ausrichtung vu Kollagengelen.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS, and Gianmi PA.Natur 435, 191-194 (2005).
Likup, AJ Stress kontrolléiert d'Mechanismen vum Kollagennetz.Prozess.National Academy of Science.d'Wëssenschaft.US 112, 9573-9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Negativ normal Stress an semi-flexibel Biopolymer Gelen.National Alma Mater.Eng., 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Net-linear Elastizitéit vu steife Fasernetzwierker: Belaaschtungshärtung, negativ normal Stress, a Faserausrichtung a Fibringelen.J. Physik.Chemesch.V. 113, 3799-3805 (2009).
Gardel, ML et al.Elastescht Verhalen vu vernetzten a gebonnenen Aktin Netzwierker.Science 304, 1301-1305 (2004).
Scharma, A. et al.Net-linear Mechanik vu Spannungskontrolléierten Glasfasernetzwierker mat kritescher Kontroll.National Physik.12, 584-587 (2016).
Wahabi, M. et al.Elastizitéit vu Glasfasernetzwierker ënner uniaxialer Virspannung.Soft Matière 12, 5050-5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Blutgerinnung hydraulesch Permeabilitéit als Funktioun vu Fibrin a Plättchendicht.biophysik.Journal 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. et al.D'versatile Verhalen vun Hydrogelen ass limitéiert duerch schmuel Kapillaren.d'Wëssenschaft.Haus 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Effekt vun der pathologescher Heterogenitéit op Schéierwelle-Elastographie an der Deep Venen Thrombose Staging.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. In vivo Quantifikatioun vun der Zäit-ofhängeger Induratioun vu Bluttverhënnerungen mat Schéierwellen-Ultraschall-Imaging an engem Kanéngchen venösen Thrombosemodell.Thrombus.Stockage Tank.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Computersimulatioun vun der Fibrinpolymeriséierungsdynamik a Relatioun mat Elektronenmikroskopie an Turbiditéitbeobachtungen: Kloterstruktur an Assemblée gi kinetesch kontrolléiert.biophysik.Journal 63, 111-128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW, and Lorand, L. Structural origin of fibrin clot rheology.biophysik.J. 77, 2813-2826 (1999).
Post Zäit: Februar-23-2023