Tankewol foar it besykjen fan Nature.com.Jo brûke in browserferzje mei beheinde CSS-stipe.Foar de bêste ûnderfining riede wy oan dat jo in bywurke browser brûke (of kompatibiliteitsmodus útskeakelje yn Internet Explorer).Derneist, om trochgeande stipe te garandearjen, litte wy de side sjen sûnder stilen en JavaScript.
Toant in karrousel fan trije dia's tagelyk.Brûk de knoppen Foarige en Folgjende om troch trije dia's tagelyk te bewegen, of brûk de sliderknoppen oan 'e ein om troch trije dia's tagelyk te bewegen.
De beheining fan fibrous hydrogels oan smelle kapillaren is fan grut belang yn biologyske en biomedyske systemen.Spanning en uniaxiale kompresje fan fibrous hydrogels binne wiidweidich ûndersocht, mar har reaksje op biaxiale retensje yn kapillaren bliuwt net ûndersocht.Hjir demonstrearje wy eksperiminteel en teoretysk dat filamentous gels kwalitatyf oars reagearje op beheining as fleksibele ketengels troch de asymmetry yn 'e meganyske eigenskippen fan' e konstituante filaminten, dy't sêft binne yn kompresje en stiif yn spanning.Under sterke retinsje fertoant de fibrous gel in bytsje ferlinging en in asymptotyske fermindering fan biaxiale Poisson-ferhâlding oant nul, wat resulteart yn sterke gel-ferdichting en minne floeistofpermeaasje troch de gel.Dizze resultaten jouwe oan op it wjerstân fan útrekte okklusive tromben tsjin lysis troch terapeutyske aginten en stimulearje de ûntwikkeling fan effektive endovaskulêre embolisaasje fan fibrous gels om vaskulêre bloeden te stopjen of de bloedfoarsjenning fan tumors te remmen.
Fibrous netwurken binne de basis strukturele en funksjonele boustiennen fan weefsels en libbene sellen.Actin is in wichtige komponint fan it cytoskelet1;fibrine is in wichtich elemint yn wûne genêzing en thrombus formaasje2, en kollagen, elastin en fibronectin binne ûnderdielen fan de ekstrazellulêre matrix yn it bist ryk3.Werhelle netwurken fan fibrous biopolymers binne materialen wurden mei brede tapassingen yn weefseltechnyk4.
Filamentous netwurken fertsjintwurdigje in aparte klasse fan biologyske sêfte matearje mei meganyske eigenskippen dy't ferskille fan fleksibele molekulêre netwurken5.Guon fan dizze eigenskippen binne evoluearre yn 'e rin fan evolúsje om de reaksje fan biologyske matearje op deformaasje te kontrolearjen6.Fibrous netwurken litte bygelyks lineêre elastisiteit sjen by lytse stammen7,8, wylst se by grutte stammen ferhege stivens9,10 fertoane, en dêrmei weefselintegriteit behâlde.De gefolgen foar oare meganyske eigenskippen fan fibrous gels, lykas negative normale stress yn reaksje op skearespanning11,12, moatte noch ûntdutsen wurde.
De meganyske eigenskippen fan semi-fleksibele fibrous hydrogels binne studearre ûnder uniaxiale spanning13,14 en kompresje8,15, mar har frijheid-induzearre biaxiale kompresje yn smelle kapillaren of buizen is net studearre.Hjir melde wy eksperimintele resultaten en stelle teoretysk in meganisme foar foar it gedrach fan fibrous hydrogels ûnder biaxiale retinsje yn mikrofluïdyske kanalen.
Fibrine-mikrogels mei ferskate ferhâldingen fan fibrinogen- en trombine-konsintraasjes en in D0-diameter fariearjend fan 150 oant 220 µm waarden generearre mei in mikrofluïdyske oanpak (oanfoljende figuer 1).Op fig.1a toant ôfbyldings fan fluorochroom-labelde mikrogels krigen mei konfokale fluoreszensmikroskopy (CFM).De mikrogels binne bolfoarmich, hawwe in polydispersiteit fan minder dan 5%, en binne unifoarm yn struktuer oer de skalen ûndersocht troch CFM (oanfoljende ynformaasje en films S1 en S2).De gemiddelde poargrutte fan 'e mikrogels (bepaald troch it mjitten fan de Darcy-permeabiliteit16) fermindere fan 2280 nei 60 nm, de fibrine-ynhâld ferhege fan 5.25 nei 37.9 mg / ml, en de trombinkonsintraasje fermindere fan respektivelik 2.56 nei 0.27 ienheden / ml.(Oanfoljende ynformaasje).Rys.2), 3 en oanfoljende tabel 1).De oerienkommende stivens fan 'e mikrogel nimt ta fan 0,85 nei 3,6 kPa (Supplementary Fig. 4).As foarbylden fan gels foarme út fleksibele keatlingen, wurde agarose-mikrogels fan ferskate stivens brûkt.
Fluorescence mikroskopyôfbylding fan fluorescein isothiocyanate (FITC) markearre PM ophongen yn TBS.De bar skaal is 500 µm.b SEM bylden fan SM (boppe) en RM (ûnder).Skaalbalke 500 nm.c Skematysk diagram fan in mikrofluïdysk kanaal besteande út in grut kanaal (diameter dl) en in fersmale kegelfoarmige regio mei in yngongshoek α fan 15° en in diameter fan dc = 65 µm.d Lofts nei rjochts: Optyske mikroskoop bylden fan RM (diameter D0) yn grutte kanalen, koanyske sône en constriction (beheinende gel lingte Dz).De bar skaal is 100 µm.e, f TEM bylden fan in undeformed RM (e) en in occluded RM (f), fêst foar ien oere mei constriction 1 / λr = 2.7, folge troch frijlitting en fixaasje fan 5% fan 'e massa.glutaraldehyde yn TBS.De diameter fan de ûnferfoarme CO is 176 μm.De skaalbalke is 100 nm.
Wy rjochte ús op fibrine mikrogels mei in hurdens fan 0,85, 1,87 en 3,6 kPa (hjirnei oantsjutten as sêfte mikrogels (SM), medium hurde mikrogels (MM) en hurde mikrogels (RM), respektivelik.Dit berik fan fibringel-stivens is fan deselde folchoarder fan grutte as foar bloedklots18,19 en dêrom binne de fibrinegels dy't yn ús wurk studearre binne direkt besibbe oan echte biologyske systemen.Op fig.1b toant de boppe- en ûnderste ôfbyldings fan respektivelik de SM- en RM-struktueren krigen mei in skennenelektronenmikroskoop (SEM).Yn ferliking mei RM struktueren, SM netwurken wurde foarme troch dikker fezels en minder branch punten, yn oerienstimming mei eardere rapporten 20, 21 (Supplementary Fig. 5).It ferskil yn 'e struktuer fan' e hydrogel korrelearret mei de trend fan har eigenskippen: de permeabiliteit fan 'e gel nimt ôf mei ôfnimmende poregrutte fan SM nei MM en RM (oanfoljende tabel 1), en de stivens fan' e gel feroaret.Gjin feroaringen yn mikrogelstruktuer waarden opmurken nei opslach by 4 ° C foar 30 dagen (Supplementary Fig. 6).
Op fig.1c lit in diagram sjen fan in mikrofluïdysk kanaal mei in sirkelfoarmige dwerstrochsneed mei (fan links nei rjochts): in grut kanaal mei in diameter dl wêryn't de mikrogel ûnferfoarme bliuwt, in kegelfoarmige seksje mei in fersmelling yn diameter dc < D0, kegel -foarmige seksjes en grutte kanalen mei in diameter dl (Supplementary Fig. 7).Yn in typysk eksperimint waarden mikrogels yn mikrofluïdyske kanalen ynjeksje by in positive drukfal ΔP fan 0.2-16 kPa (Supplementary Fig. 8).Dit drukberik komt oerien mei biologysk signifikante bloeddruk (120 mm Hg = 16 kPa)22.Op fig.1d (fan lofts nei rjochts) toant represintative bylden fan RM yn grutte kanalen, koanyske gebieten en fersnellings.De beweging en foarm fan 'e mikrogel waarden opnommen en analysearre mei it MATLAB-programma.It is wichtich om te notearjen dat yn 'e taperjende regio's en fersnellings de mikrogels yn konforme kontakt binne mei de muorren fan' e mikrokanalen (Supplementary Fig. 8).De mjitte fan radiale behâld fan 'e mikrogel by fersmelling D0 / dc = 1 / λr is yn it berik 2.4 ≤ 1 / λr ≤ 4.2, wêrby't 1 / λr de kompresjeferhâlding is.De mikrogel giet troch krimp as ΔP> ΔPtr, wêrby't ΔPtr it translokaasjedrukferskil is.De lingte en grutte fan 'e poarjes fan biaxiaal beheinde mikrogels wurde bepaald troch har lykwichtssteat, om't it heul wichtich is om de viskoelasticiteit fan gels yn biologyske systemen te rekkenjen.De lykwichtstiid foar agarose en fibrine mikrogels wie respektivelik 10 min en 30 min.Nei dizze tiidintervallen berikten de beheinde mikrogels har stabile posysje en foarm, dy't waard fêstlein mei in hege snelheidskamera en analysearre mei MATLAB.
Op fig.1e, 1f sjen litte transmissieelektronenmikroskopy (TEM) bylden fan ûnferfoarme en biaxiaal beheinde RM-struktueren.Nei RM-kompresje fermindere de mikrogelpoargrutte signifikant en har foarm waard anisotropysk mei lytsere dimensjes yn 'e rjochting fan kompresje, wat oerienkomt mei in earder rapport 23.
Biaxiale kompresje by kontraktearring feroarsaket dat de mikrogel yn in ûnbeheinde rjochting langer wurdt mei in koeffizient λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\), dêr't \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}}\) de lingte is fan 'e sletten mikrogel. Figuer 2a lit de feroaring sjen yn λzvs .1/ λr Foar fibrine- en agarosemikrogels Ferrassend is dat ûnder sterke kompresje fan 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, fibrine-mikrogels in negligible elongaasje fan 1,12 +/- 0,03 λz sjen litte, wat mar in bytsje beynfloede wurdt troch de wearde fan 1/λr. beheinde agarose-mikrogels, dy't sels by swakkere kompresje 1/λr = 2.6 wurde waarnommen nei in gruttere elongaasje λz = 1.3.
a Agarose mikrogel eksperimintearret mei ferskate elastyske modules (2,6 kPa, griene iepen diamant; 8,3 kPa, brune iepen sirkel; 12,5 kPa, oranje iepen fjouwerkant; 20,2 kPa, magenta iepen omkearde trijehoek) en SM (bêst read) Feroaring yn mjitten ferlinging λz ( sirkels), MM (swarte fjouwerkanten) en RM (solide blauwe trijehoeken).Solid linen litte de teoretysk foarsizze λz foar agarose (griene line) en fibrine mikrogels (rigels en symboalen fan deselde kleur).b, c Top paniel: skematyske diagram fan netwurk keatlingen fan agarose (b) en fibrin (c) foar (lofts) en nei (rjochts) biaxial kompresje.Boaiem: Foarm fan it oerienkommende netwurk foar en nei deformaasje.De x- en y-kompresjerjochtingen wurde respektivelik oanjûn mei magenta en brune pylken.Yn de boppesteande figuer, keatlingen fan netwurken oriïntearre yn dizze x en y rjochtings wurde werjûn mei de oerienkommende magenta en brune linen, en keatlingen oriïntearre yn in willekeurige z rjochting wurde fertsjintwurdige troch griene linen.Yn 'e fibringel (c) bûgje de pearse en brune linen yn' e x- en y-rjochtingen mear as yn 'e ûnferfoarme steat, en de griene linen yn 'e z-rjochting bûgje en strekken.De spanning tusken de rjochtingen fan kompresje en spanning wurdt oerdroegen troch triedden mei tuskenrjochtings.Yn agarose gels bepale de keatlingen yn alle rjochtingen de osmotyske druk, dy't in wichtige bydrage leveret oan 'e deformaasje fan' e gel.d Foarsein feroaring yn biaxiale Poisson-ferhâlding, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{\rm{ln}}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\), foar ekwibiaxiale kompresje fan agarose (griene line) en fibrine (reade line) gels.De ynset lit de biaxiale deformaasje fan 'e gel sjen.e Translokaasjedrukferoaring ΔPtr, normalisearre nei gelstivens S, wurdt útset as funksje fan kompresjeferhâlding foar agarose- en fibrinemikrogels.De symboalkleuren oerienkomme mei de kleuren yn (a).De griene en reade linen jouwe de teoretyske relaasje tusken ΔPtr / S en 1 / λr foar respektivelik agarose en fibrinegels.It stippele diel fan 'e reade line toant de ferheging fan ΔPtr ûnder sterke kompresje troch ynterfiber-ynteraksjes.
Dit ferskil is ferbûn mei ferskate meganismen fan deformaasje fan fibrine- en agarose-mikrogel-netwurken, dy't respektivelik besteane út fleksibele 24 en rigid25 triedden.Biaxiale kompresje fan fleksibele gels liedt ta in fermindering fan har folume en in assosjearre ferheging fan konsintraasje en osmotyske druk, wat liedt ta in ferlinging fan 'e gel yn in ûnbeheinde rjochting.De definitive ferlinging fan 'e gel is ôfhinklik fan it lykwicht fan in ferheging fan' e entropyske frije enerzjy fan 'e útwreide keatlingen en in fermindering fan' e frije enerzjy fan osmosis troch de legere polymearkonsintraasje yn 'e útstrekte gel.Under sterke biaxiale kompresje nimt de ferlinging fan 'e gel ta mei λz ≈ 0,6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (sjoch Fig. 2a yn diskusje paragraaf 5.3.3).De konformaasjewizigingen yn fleksibele keatlingen en de foarm fan 'e oerienkommende netwurken foar en nei biaxiale behâld wurde werjûn yn Fig.2b.
Yn tsjinstelling reagearje fibrous gels lykas fibrine ynherent oars op biaxiale retinsje.De filaminten oriïntearre foaral parallel oan 'e rjochting fan kompresje flex (dêrmei ferminderjen fan de ôfstân tusken de cross-links), wylst de filaminten foaral loodrecht op' e rjochting fan kompresje rjochtsje en stretch ûnder de aksje fan 'e elastyske krêft, wêrtroch't de gel te leng ( Fig. 1).2c) De struktueren fan 'e ûnferfoarme SM, MM en RM waarden karakterisearre troch it analysearjen fan har SEM- en CFM-ôfbyldings (Supplementary Discussion Section IV en Supplementary Figure 9).Troch it bepalen fan de elastyske modulus (E), diameter (d), profyllingte (R0), ôfstân tusken úteinen (L0 ≈ R0) en sintrale hoeke (ψ0) fan 'e stringen yn ûnferfoarme fibrine-mikrogels (oanfoljende tabel 2) - 4), wy fine dat triedbuigmodulus \({k}_{{{{{{\rm{b))))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) is signifikant minder as syn trekmodulus\({k}_{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), dus kb/ks ≈ 0.1 (oanfoljende tabel 4).Sa, ûnder betingsten fan biaxiale gel fêsthâlden, fibrine stringen binne maklik bûgd, mar wjerstean stretching.De ferlinging fan in filamentous netwurk ûnderwurpen oan biaxial kompresje wurdt werjûn yn oanfoljende figuer 17.
Wy ûntwikkelje in teoretysk affine model (oanfoljende diskusje seksje V en oanfoljende figueren 10-16) wêryn't de ferlinging fan in fibrous gel wurdt bepaald út it lokale lykwicht fan de elastyske krêften dy't wurkje yn 'e gel en foarseit dat yn in sterke biaxiale strain λz - 1 ûnder de beheining
Fergeliking (1) lit sjen dat sels ûnder sterke kompresje (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\oant \,0\)) d'r in lichte gelútwreiding is en dêropfolgjende ferlinging deformaasje op saturation λz–1 = 0,15 ± 0,05.Dit gedrach is relatearre oan (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{\rm { s }}}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0.15−0.4 en (ii) de term yn fjouwerkante heakjes asymptotysk benaderet \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) foar sterke biaxiale obligaasjes. It is wichtich om te merken dat de prefactor \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{) s))))\right)}^{1/ 2 }\) hat neat te krijen mei de stivens fan de tried E, mar wurdt allinnich bepaald troch de aspektferhâlding fan de tried d/L0 en de sintrale hoeke fan de bôge ψ0, dat is gelyk oan SM, MM en RM (oanfoljende tabel 4).
Om fierder te markearjen it ferskil yn frijheid-induzearre strain tusken fleksibele en filamentous gels, yntrodusearje wy de biaxiale Poisson's ratio \({\nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda} _{ {{{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}}}, \) beskriuwt in ûnbeheind oriïntaasje fan gel-strain yn reaksje op gelikense spanning yn twa radiale rjochtingen, en wreidet dit út nei grutte unifoarme stammen \ rm{b }}}}}}}}}^{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln))))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r))))))))))}\) .Op fig.2d toant \({{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}}^{{{{\rm { eff }}}}}}}\) foar unifoarme biaxiale kompresje fan fleksibele (lykas agarose) en rigide (lykas fibrine) gels (Oanfoljende diskusje, Seksje 5.3.4), en beljochtet de relaasje tusken sterke ferskillen yn antwurden op opsluting. Foar agarosegels ûnder sterke beheiningen {\rm{eff}}}}}}}}\) nimt ta de asymptotyske wearde 2/3, en foar fibrinegels nimt it ôf nei nul, om't lnλz/lnλr → 0, om't λz ferheget mei saturation as λr ferheget.Tink derom dat yn eksperiminten sletten sfearyske mikrogels inhomogeen deformearje, en har sintrale diel belibbet sterker kompresje;lykwols, ekstrapolaasje nei in grutte wearde fan 1 / λr makket it mooglik om te ferlykje it eksperimint mei de teory foar uniformly misfoarme gels.
In oar ferskil yn it gedrach fan fleksibele kettinggels en filamentous gels waard fûn troch har beweging by kontraktearjen.De translokaasjedruk ΔPtr, normalisearre nei gelstivens S, ferhege mei tanimmende kompresje (Fig. 2e), mar by 2.0 ≤ 1 / λr ≤ 3.5, fibrine-mikrogels lieten signifikant legere wearden fan ΔPtr / S nei ûnderen by krimp.Behâld fan 'e agarose-mikrogel liedt ta in ferheging fan osmotyske druk, dy't liedt ta it stretchjen fan' e gel yn 'e longitudinale rjochting as de polymere molekulen útwreide wurde (Fig. 2b, lofts) en in ferheging fan translokaasjedruk troch ΔPtr / S ~( 1/λr)14/317.Krektoarsom, de foarm fan sletten fibrine mikrogels wurdt bepaald troch it enerzjybalâns fan 'e triedden fan radiale kompresje en longitudinale spanning, dy't liedt ta de maksimale longitudinale deformaasje λz ~\(\sqrt{{k}_{{{{{{) \rm{ b))))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}}\).Foar 1/λr ≫ 1 wurdt de feroaring yn translokaasjedruk skalearre as 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda}}_{{{{{\rm {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Oanfoljende diskusje, paragraaf 5.4), sa't sjen litten wurdt troch de fêste reade line yn Fig. 2e.Sa is ΔPtr minder beheind dan yn agarosegels.Foar kompresjes mei 1 / λr> 3,5 beheint in signifikante ferheging fan 'e folumefraksje fan filaminten en de ynteraksje fan oanbuorjende filaminten fierdere deformaasje fan' e gel en liedt ta ôfwikingen fan eksperimintele resultaten fan foarsizzingen (reade stippelline yn Fig. 2e).Wy konkludearje dat foar deselde 1/λr en Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}_{{{\rm{fibrin}}} ))) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))}}}_{{{\rm{agarose}} }} } } } }}\) de agarosegel sil troch it mikrokanaal fêstlein wurde, en de fibringel mei deselde stivens sil der trochhinne gean.Foar ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr)))))))))_{{{{{\rm{fibrin)))))))))}\ ), Twa Beide gels sille it kanaal blokkearje, mar de fibringel sil djipper drukke en effektiver komprimearje, en de floeistofstream effektiver blokkearje.De resultaten werjûn yn figuer 2 litte sjen dat de fibrous gel kin tsjinje as in effektive plug om bloeden te ferminderjen of de bloedfoarsjenning nei tumors te remmen.
Oan 'e oare kant foarmet fibrine in klontsteiger dy't liedt ta tromboembolisme, in patologyske tastân wêryn in trombus in skip op ΔP <ΔPtr ôfslutt, lykas yn guon soarten ischemyske beroerte (fig. 3a).De swakkere beheining-induzearre ferlinging fan fibrine-mikrogels resultearre yn in sterkere ferheging fan fibrine-konsintraasje fan C / C fibrinogen yn ferliking mei fleksibele ketengels, wêrby't C- en C-fibrinogen respektivelik beheind binne en net-ferfoarme mikrogels.Polymer konsintraasje yn 'e gel.Figure 3b lit sjen dat fibrinogen C / C yn SM, MM en RM mear as sân kear ferhege op 1 / λr ≈ 4.0, oandreaun troch beheining en útdroeging (Supplementary Fig. 16).
Skematyske yllustraasje fan occlusion fan 'e middelste cerebral artery yn' e harsens.b Restriksjoneel bemiddelde relative ferheging fan fibrine-konsintraasje yn obstruktive SM (fêste reade sirkels), MM (solid swarte fjilden), en RM (solid blauwe trijehoeken).c Eksperiminteel ûntwerp brûkt om de spjalting fan beheinde fibrinegels te studearjen.In oplossing fan fluorescent markearre tPA yn TBS waard ynjeksje mei in streamsnelheid fan 5.6 × 107 µm3 / s en in ekstra drukfal fan 0.7 Pa foar kanalen dy't perpendiculêr lizze op 'e lange as fan it haadmikrokanaal.d Pooled multichannel mikroskopysk byld fan obstruktive MM (D0 = 200 µm) by Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa en tidens splitsen.Fertikale stippele linen litte de begjinposysjes fan 'e efterste en anterior rânen fan' e MM sjen by tlys = 0. Griene en rôze kleuren oerienkomme mei FITC-dextran (70 kDa) en tPA markearre mei AlexaFluor633, respektivelik.e Tiid fariearjend relatyf folume fan ôfsletten RM's mei D0 fan respektivelik 174 µm (blauwe iepen omkearde trijehoek), 199 µm (blauwe iepen trijehoek), en 218 µm (blauwe iepen trijehoek), yn in konysk mikrokanaal mei Xf = 28 ± 1 µm.de seksjes hawwe respektivelik ΔP 1200, 1800 en 3000 Pa, en Q = 1860 ± 70 µm3/s.De ynset lit sjen dat RM (D0 = 218 µm) it mikrokanaal stekt.f Tiidfariaasje fan it relative folume fan SM, MM of RM pleatst op Xf = 32 ± 12 µm, by ΔP 400, 750 en 1800 Pa en ΔP 12300 Pa en Q 12300 yn it konyske gebiet fan it mikrokanaal, respektivelik 28300 en µm /s.Xf stiet foar de foarste posysje fan 'e mikrogel en bepaalt syn ôfstân fan it begjin fan krimp.V (tlys) en V0 binne respektivelik it tydlike folume fan 'e lysearre mikrogel en it folume fan' e ûnfersteurde mikrogel.De karakterkleuren komme oerien mei de kleuren yn b.Swarte pylken op e, f oerienkomme mei it lêste momint fan 'e tiid foar de trochgong fan mikrogels troch it mikrokanaal.De skaalbalke yn d, e is 100 µm.
Om it effekt te ûndersiikjen fan beheining op reduksje fan floeistofstream oer obstruktive fibrinegels, studearre wy de lysis fan SM, MM, en RM ynfiltrearre mei de thrombolytyske agent tissue plasminogen activator (tPA).Figuer 3c lit it eksperimintele ûntwerp sjen dat brûkt wurdt foar de lysis-eksperiminten. By ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) en in trochstreaming, Q = 2400 μm3 / s, fan Tris-bufferde saline (TBS) mingd mei 0.1 mg / ml (fluoresceïne isothiocyanat) FITC-Dextran, de mikrogel befette it tapered mikrokanaal regio. By ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) en in trochstreaming, Q = 2400 μm3 / s, fan Tris-bufferde saline (TBS) mingd mei 0.1 mg / ml (fluoresceïne isothiocyanat) FITC-Dextran, de mikrogel befette it tapered mikrokanaal regio. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) en скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), мусангора (TBS), мешного, смешор еинизотиоцианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. By ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) en in streamrate, Q = 2400 µm3 / s, fan Tris buffered saline (TBS) mingd mei 0.1 mg / mL (fluorescein isothiocyanat) FITC-dextran, de mikrogel befette it konvergearjende mikrokanaal.regio.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) mei 0,1 мг/ml (fleanmasine-fisy) ри ΔP = 700 Па (<ΔPtr) en скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические области микроканалов. Microgels pluggen doe't Tris buffered saline (TBS) waard mingd mei 0.1mg / ml (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran by ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) en streamrate Q = 2400 µm3 / s Konyske regio's fan mikrokanalen.De foarút posysje Xf fan 'e mikrogel bepaalt syn ôfstân fan it earste krimppunt X0.Om lysis te stimulearjen, waard in oplossing fan fluorescent markearre tPA yn TBS ynjeksje fan in kanaal dat ortogonaal leit oan 'e lange as fan it haadmikrokanaal.
Doe't de tPA-oplossing de okklusale MM berikte, waard de efterkant fan 'e mikrogel wazig, wat oanjout dat fibrine-spjalting begon wie op' e tiid tlys = 0 (Fig. 3d en Supplementary Fig. 18).Tidens fibrinolysis accumulearret kleurstof-labele tPA yn 'e MM en bindet oan fibrinestrengen, wat liedt ta in stadichoan tanimmende yntinsiteit fan' e roze kleur fan 'e mikrogels.By tlys = 60 min, de MM kontrakten fanwege de ûntbining fan syn efterste diel, en de posysje fan syn foaroansteande râne Xf feroaret bytsje.Nei 160 min, de sterk kontraktearre MM bleau te kontraktearjen, en by tlys = 161 min, it ûndergie kontrakt, dêrmei werstel fan floeistofstream troch it mikrokanaal (Fig. 3d en Supplementary Fig. 18, rjochter kolom).
Op fig.3e toant de lysis-bemiddele tiid-ôfhinklike fermindering yn folume V (tlys) normalisearre nei it earste folume V0 fan fibrine-mikrogels fan ferskillende grutte.CO mei D0 174, 199, of 218 µm waard pleatst yn in mikrokanaal mei respektivelik ΔP 1200, 1800, of 3000 Pa, en Q = 1860 ± 70 µm3 / s om it mikrokanaal te blokkearjen (fig. 3e, ynset).nutrition.De mikrogels krimpe stadichoan oant se lyts genôch binne om troch de kanalen te gean.In fermindering fan it krityske folume fan CO mei in gruttere begjindiameter fereasket in langere lysistiid.Troch de ferlykbere stream troch RM's fan ferskillende grutte, komt spjalting yn deselde taryf foar, wat resulteart yn fersmoarging fan lytsere fraksjes fan gruttere RM's en har fertrage translokaasje.Op fig.3f toant de relative reduksje yn V(tlys)/V0 fanwege splitsing foar SM, MM, en RM by D0 = 197 ± 3 µm plot as funksje fan tlys.Foar SM, MM en RM, pleatse elke mikrogel yn in mikrokanaal mei respektivelik ΔP 400, 750 of 1800 Pa en Q 12300, 2400 of 1860 µm3 / s.Hoewol de druk tapast op 'e SM wie 4.5 kear leger as dy fan' e RM, de stream troch de SM wie mear as seis kear sterker troch de hegere permeabiliteit fan 'e SM, en de krimp fan' e mikrogel fermindere fan SM nei MM en RM .Bygelyks, by tlys = 78 min, SM meast oplost en ferpleatst, wylst MM en PM bleaunen de mikrokanalen te ferstoppen, nettsjinsteande it behâld fan allinich 16% en 20% fan har oarspronklike folume, respektivelik.Dizze resultaten suggerearje it belang fan konveksje-bemiddele lysis fan ferneatige fibrous gels en korrelearje mei rapporten fan flugger fersmoarging fan klots mei legere fibrine-ynhâld.
Sa demonstreart ús wurk eksperiminteel en teoretysk it meganisme wêrmei filamentous gels reagearje op biaxiale opsluting.It gedrach fan fibrous gels yn in beheinde romte wurdt bepaald troch de sterke asymmetry fan 'e strain-enerzjy fan' e filaminten (sêft yn kompresje en hurd yn spanning) en allinich troch de aspektferhâlding en kromming fan 'e filaminten.Dizze reaksje resulteart yn minimale ferlinging fan fibrous gels befette yn smelle kapillaren, har biaxiale Poisson-ferhâlding nimt ôf mei tanimmende kompresje en minder lichte bitdruk.
Sûnt biaxiale befetting fan sêfte ferfoarmbere dieltsjes wurdt brûkt yn in breed skala oan technologyen, stimulearje ús resultaten de ûntwikkeling fan nije fibrous materialen.Benammen de biaxiale behâld fan filamentous gels yn smelle kapillaren of buizen liedt ta har sterke ferdichting en in skerpe fermindering fan permeabiliteit.De sterke ynhibysje fan floeistofstream troch occlusive fibrous gels hat foardielen as se brûkt wurde as plugs om bloeden te foarkommen of de bloedfoarsjenning te ferminderjen nei maligniteiten33,34,35.Oan 'e oare kant jout in fermindering fan floeistofstream troch de okklusale fibrinegel, wêrtroch't konveksje-bemiddele trombuslysis ynhibearret, in yndikaasje fan' e stadige lysis fan okklusale klots [27, 36, 37].Us modelsysteem is de earste stap nei it begripen fan 'e gefolgen fan' e meganyske reaksje fan fibrous biopolymerhydrogels op biaxiale retinsje.It opnimmen fan bloedsellen as bloedplaatjes yn obstruktive fibrinegels sil ynfloed hawwe op har beheininggedrach 38 en sil de folgjende stap wêze yn it ûntdekken fan it gedrach fan kompleksere biologysk signifikante systemen.
Reagentia brûkt om fibrine-mikrogels te meitsjen en MF-apparaten te meitsjen wurde beskreaun yn Oanfoljende ynformaasje (seksjes 2 en 4 fan oanfoljende metoaden).Fibrine mikrogels waarden taret troch emulsifying fan in mingde oplossing fan fibrinogen, Tris buffer en trombine yn in stream fokus MF apparaat, folge troch droplet gelation.Bovine fibrinogen-oplossing (60 mg / ml yn TBS), Tris-buffer en bovine trombine-oplossing (5 U / ml yn 10 mM CaCl2-oplossing) waarden administreare mei twa ûnôfhinklik kontroleare syringepompen (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Syring Pump).om MF, Feriene Steaten te blokkearjen).F-oalje trochgeande faze befettet 1 wt.% blok copolymer PFPE-P (EO-PO) -PFPE, waard yntrodusearre yn de MF ienheid mei help fan in tredde syringe pomp.Druppels foarme yn it MF-apparaat wurde sammele yn in 15 ml sintrifugebuis mei F-oalje.Plak de buizen yn in wetterbad by 37 ° C foar 1 h om fibringelaasje te foltôgjen.FITC-labelde fibrine-mikrogels waarden taret troch it mingen fan bovine fibrinogen en FITC-labele minsklike fibrinogen yn respektivelik in 33: 1 gewichtsferhâlding.De proseduere is itselde as foar de tarieding fan fibrine mikrogels.
Oerstapje de mikrogels fan oalje F nei TBS troch de dispersje te sintrifugearjen op 185 g foar 2 min.De precipitated microgels waarden ferspraat yn oalje F mingd mei 20 wt.% perfluorooctyl alkohol, dan ferspraat yn hexane befetsjende 0.5 wt.% Span 80, hexane, 0.1 wt.% Triton X yn wetter en TBS.Uteinlik waarden de mikrogels ferspraat yn TBS mei 0.01 wt% Tween 20 en bewarre by 4 ° C foar sawat 1-2 wiken foarôfgeand oan eksperiminten.
De fabrikaazje fan it MF-apparaat wurdt beskreaun yn 'e Oanfoljende ynformaasje (Seksje 5 oanfoljende metoaden).Yn in typysk eksperimint wurdt de positive wearde fan ΔP bepaald troch de relative hichte fan 'e reservoirs ferbûn foar en nei it MF-apparaat foar it ynfieren fan mikrogels mei in diameter fan 150
Gegevens dy't de resultaten fan dizze stúdzje stypje, binne op oanfraach beskikber fan 'e respektivelike auteurs.Raw SEM-ôfbyldings fan fibrinegels, rau TEM-ôfbyldings fan fibrinegels foar en nei ynokulaasje, en de haadynputgegevens foar figueren 1 en 2. 2 en 3 wurde yn it rûge gegevensbestân levere.Dit artikel jout de orizjinele gegevens.
Litvinov RI, Peters M, de Lange-Loots Z, Weisel JV fibrinogen and fibrin.Yn Macromolecular Protein Complex III: Structure and Function (ed. Harris, JR en Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (Springer en Cham, 2021).
Bosman FT, Stamenkovich I. Funksjonele struktuer en komposysje fan 'e ekstrazellulêre matrix.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Prins E. en Kumacheva E. Untwerp en tapassing fan keunstmjittige biomimetyske fiberhydrogels.Nasjonale Matt Red.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP, Mackintosh, FC, Modeling semi-flexible polymer networks.Priester Mod.natuerkunde.86, 995-1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. en Piku, KR Mechanyske modellering fan semi-fleksibele biopolymernetwurken: net-affine deformaasje en de oanwêzigens fan ôfhinklikens fan lange berik.In Advances in Soft Matter Mechanics 119–145 (Springer, Berlyn, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D, Mahadevan L. Stress-induced alignment of collagen gels.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S, Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS, Gianmi PA.Nature 435, 191-194 (2005).
Likup, AJ Stress kontrolearret de meganismen fan it kollagen netwurk.proses.National Academy of Science.de wittenskip.US 112, 9573-9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Negative normale stress yn semi-fleksibele biopolymer gels.Nasjonale alma mater.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Net-lineêre elastisiteit fan stive fibernetwurken: strain ferhurding, negative normale stress, en fiber ôfstimming yn fibrine gels.J. Fysika.Gemysk.V. 113, 3799-3805 (2009).
Gardel, ML et al.Elastysk gedrach fan cross-linked en bûn actin netwurken.Wittenskip 304, 1301-1305 (2004).
Sharma, A. et al.Net-lineêre meganika fan strain-kontroleare glêstriednetwurken mei krityske kontrôle.Nasjonale natuerkunde.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Elastisiteit fan fiber netwurken ûnder uniaxial prestressing.Soft Matter 12, 5050-5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB.biophysics.Journal 104, 1812-1823 (2013).
Li, Y. et al.It alsidige gedrach fan hydrogels wurdt beheind troch smelle kapillaren.de wittenskip.Hûs 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Effekt fan patologyske heterogeniteit op skuorwave-elastografy yn djippe ven trombose-staging.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. In vivo kwantifikaasje fan tiid-ôfhinklike ynduraasje fan bloedklots mei help fan shear wave ultrasound imaging yn in knyn venous trombose model.trombose.opslach tank.133, 265-271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Kompjûtersimulaasje fan fibrine-polymerisaasjedynamyk yn relaasje ta elektroanenmikroskopie en turbiditeitsobservaasjes: klontstruktuer en gearstalling wurde kinetysk kontrolearre.biophysics.Journal 63, 111-128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW, and Lorand, L. Strukturele oarsprong fan fibrin clot rheology.biophysics.J. 77, 2813-2826 (1999).
Post tiid: Febrewaris 23-2023