Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site na walang mga istilo at JavaScript.
Nagpapakita ng carousel ng tatlong slide nang sabay-sabay.Gamitin ang Nakaraang at Susunod na mga pindutan upang lumipat sa tatlong mga slide sa isang pagkakataon, o gamitin ang mga pindutan ng slider sa dulo upang lumipat sa tatlong mga slide sa isang pagkakataon.
Ang limitasyon ng fibrous hydrogels sa makitid na mga capillary ay may malaking kahalagahan sa biological at biomedical system.Ang pag-igting at uniaxial compression ng fibrous hydrogels ay malawakang pinag-aralan, ngunit ang kanilang tugon sa biaxial retention sa mga capillary ay nananatiling hindi ginalugad.Dito, ipinakita namin sa eksperimento at teoretikal na ang mga filamentous na gel ay tumutugon nang naiiba nang naiiba sa pagpilit kaysa sa mga nababaluktot na chain gel dahil sa kawalaan ng simetrya sa mga mekanikal na katangian ng mga constituent filament, na malambot sa compression at matigas sa pag-igting.Sa ilalim ng malakas na pagpapanatili, ang fibrous gel ay nagpapakita ng kaunting pagpahaba at isang asymptotic na pagbaba sa biaxial Poisson's ratio sa zero, na nagreresulta sa malakas na compaction ng gel at mahinang pagpasok ng likido sa pamamagitan ng gel.Ang mga resultang ito ay nagpapahiwatig ng paglaban ng stretched occlusive thrombi sa lysis ng mga therapeutic agent at pinasisigla ang pagbuo ng epektibong endovascular embolization mula sa fibrous gels upang ihinto ang vascular bleeding o pagbawalan ang suplay ng dugo ng mga tumor.
Ang mga fibrous network ay ang pangunahing istruktura at functional na mga bloke ng gusali ng mga tisyu at mga buhay na selula.Ang actin ay isang pangunahing bahagi ng cytoskeleton1;Ang fibrin ay isang mahalagang elemento sa pagpapagaling ng sugat at pagbuo ng thrombus2, at ang collagen, elastin at fibronectin ay mga bahagi ng extracellular matrix sa kaharian ng hayop3.Ang mga nakuhang network ng fibrous biopolymer ay naging mga materyales na may malawak na aplikasyon sa tissue engineering4.
Ang mga filamentous na network ay kumakatawan sa isang hiwalay na klase ng biological soft matter na may mga mekanikal na katangian na iba sa mga nababaluktot na molekular na network5.Ang ilan sa mga katangiang ito ay umunlad sa kurso ng ebolusyon upang makontrol ang pagtugon ng biyolohikal na bagay sa deformation6.Halimbawa, ang mga fibrous na network ay nagpapakita ng linear na pagkalastiko sa maliliit na mga strain7, 8 habang sa malalaking mga strain ay nagpapakita sila ng pagtaas ng katigasan9, 10, sa gayon ay pinapanatili ang integridad ng tissue.Ang mga implikasyon para sa iba pang mga mekanikal na katangian ng fibrous gels, tulad ng negatibong normal na stress bilang tugon sa shear strain11,12, ay hindi pa natuklasan.
Ang mga mekanikal na katangian ng semi-flexible fibrous hydrogels ay pinag-aralan sa ilalim ng uniaxial tension13,14 at compression8,15, ngunit ang kanilang freedom-induced biaxial compression sa makitid na mga capillary o tubes ay hindi pa pinag-aralan.Dito nag-uulat kami ng mga eksperimentong resulta at theoretically nagmumungkahi ng isang mekanismo para sa pag-uugali ng fibrous hydrogels sa ilalim ng biaxial retention sa microfluidic channels.
Ang mga fibrin microgels na may iba't ibang mga ratio ng fibrinogen at thrombin na konsentrasyon at isang D0 diameter mula 150 hanggang 220 μm ay nabuo gamit ang isang microfluidic na diskarte (Karagdagang Larawan 1).Sa fig.Ang 1a ay nagpapakita ng mga larawan ng fluorochrome na may label na microgel na nakuha gamit ang confocal fluorescence microscopy (CFM).Ang mga microgel ay spherical, may polydispersity na mas mababa sa 5%, at pare-pareho ang istraktura sa mga kaliskis na sinuri ng CFM (Karagdagang Impormasyon at Mga Pelikula S1 at S2).Ang average na laki ng pore ng microgels (tinutukoy sa pamamagitan ng pagsukat ng Darcy permeability16) ay bumaba mula 2280 hanggang 60 nm, ang nilalaman ng fibrin ay tumaas mula 5.25 hanggang 37.9 mg / mL, at ang konsentrasyon ng thrombin ay nabawasan mula 2.56 hanggang 0.27 units/mL, ayon sa pagkakabanggit.(Karagdagang impormasyon).kanin.2), 3 at pandagdag na talahanayan 1).Ang kaukulang higpit ng microgel ay tumataas mula 0.85 hanggang 3.6 kPa (Karagdagang Fig. 4).Bilang mga halimbawa ng mga gel na nabuo mula sa nababaluktot na mga kadena, ginagamit ang mga agarose microgels ng iba't ibang mga stiffness.
Fluorescence microscopy na imahe ng fluorescein isothiocyanate (FITC) na may label na PM na nasuspinde sa TBS.Ang bar scale ay 500 µm.b SEM mga imahe ng SM (itaas) at RM (ibaba).Scale bar 500 nm.c Schematic diagram ng isang microfluidic channel na binubuo ng isang malaking channel (diameter dl) at isang makitid na cone-shaped na rehiyon na may entry angle na α na 15° at diameter ng dc = 65 µm.d Kaliwa pakanan: Optical microscope na mga larawan ng RM (diameter D0) sa malalaking channel, conical zone at constriction (nililimitahan ang haba ng gel Dz).Ang bar scale ay 100 µm.e, f TEM mga imahe ng isang undeformed RM (e) at isang occluded RM (f), naayos para sa isang oras na may constriction 1/λr = 2.7, na sinusundan ng release at fixation ng 5% ng masa.glutaraldehyde sa TBS.Ang diameter ng undeformed CO ay 176 μm.Ang scale bar ay 100 nm.
Nakatuon kami sa fibrin microgels na may katigasan na 0.85, 1.87 at 3.6 kPa (mula dito ay tinutukoy bilang soft microgels (SM), medium hard microgels (MM) at hard microgels (RM), ayon sa pagkakabanggit).Ang hanay ng fibrin gel stiffness na ito ay may parehong pagkakasunud-sunod ng magnitude tulad ng para sa mga clots ng dugo18,19 at samakatuwid ang mga fibrin gel na pinag-aralan sa aming trabaho ay direktang nauugnay sa mga tunay na biological system.Sa fig.Ipinapakita ng 1b ang itaas at ibabang mga imahe ng mga istruktura ng SM at RM na nakuha gamit ang isang scanning electron microscope (SEM), ayon sa pagkakabanggit.Kung ikukumpara sa mga istruktura ng RM, ang mga network ng SM ay nabuo ng mas makapal na mga hibla at mas kaunting mga punto ng sangay, na naaayon sa mga naunang ulat 20, 21 (Karagdagang Fig. 5).Ang pagkakaiba sa istraktura ng hydrogel ay nauugnay sa takbo ng mga katangian nito: ang pagkamatagusin ng gel ay bumababa sa pagbaba ng laki ng butas mula SM hanggang MM at RM (Karagdagang Talahanayan 1), at ang higpit ng gel ay bumabaligtad.Walang mga pagbabago sa istraktura ng microgel ang nabanggit pagkatapos ng pag-iimbak sa 4 ° C sa loob ng 30 araw (Karagdagang Fig. 6).
Sa fig.Ang 1c ay nagpapakita ng isang diagram ng isang microfluidic channel na may isang pabilog na cross section na naglalaman ng (mula kaliwa hanggang kanan): isang malaking channel na may diameter dl kung saan ang microgel ay nananatiling undeformed, isang cone na seksyon na may narrowing diameter dc
Sa fig.Ang 1e, 1f ay nagpapakita ng mga transmission electron microscopy (TEM) na mga larawan ng hindi deformed at biaxially limitadong RM na istruktura.Pagkatapos ng RM compression, ang laki ng microgel pore ay makabuluhang nabawasan at ang kanilang hugis ay naging anisotropic na may mas maliit na sukat sa direksyon ng compression, na naaayon sa isang naunang ulat 23 .
Ang biaxial compression sa panahon ng contraction ay nagdudulot ng pagpapahaba ng microgel sa isang walang limitasyong direksyon na may coefficient λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\) , kung saan ang \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) ay ang haba ng saradong microgel Ipinapakita ng Figure 2a ang pagbabago sa λzvs .1/ λr para sa fibrin at agarose microgels. Nakakagulat, sa ilalim ng malakas na compression ng 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2, ang fibrin microgels ay nagpapakita ng hindi gaanong pagpahaba ng 1.12 +/- 0.03 λz, na bahagyang apektado ng halaga ng 1/λr. limitadong agarose microgels, na sinusunod kahit na sa mahinang compression 1/λr = 2.6 hanggang sa mas malaking pagpahaba λz = 1.3.
isang Agarose microgel na mga eksperimento na may iba't ibang nababanat na moduli (2.6 kPa, berdeng bukas na brilyante; 8.3 kPa, kayumanggi bukas na bilog; 12.5 kPa, orange na bukas na parisukat; 20.2 kPa, magenta na bukas na baligtad na tatsulok) at SM (solid na pula) Pagbabago sa sinusukat na pagpahaba λz ( circles), MM (solid black squares) at RM (solid blue triangles).Ang mga solidong linya ay nagpapakita ng teoretikal na hinulaang λz para sa agarose (berdeng linya) at fibrin microgels (mga linya at simbolo ng parehong kulay).b, c Top panel: schematic diagram ng network chain ng agarose (b) at fibrin (c) bago (kaliwa) at pagkatapos (kanan) biaxial compression.Ibaba: Hugis ng kaukulang network bago at pagkatapos ng pagpapapangit.Ang x at y compression direksyon ay ipinahiwatig ng magenta at brown na mga arrow, ayon sa pagkakabanggit.Sa figure sa itaas, ang mga chain ng mga network na nakatuon sa mga x at y na direksyon na ito ay ipinapakita na may katumbas na magenta at brown na mga linya, at ang mga chain na naka-orient sa isang arbitrary na z na direksyon ay kinakatawan ng mga berdeng linya.Sa fibrin gel (c), ang mga lilang at kayumanggi na linya sa x at y na mga direksyon ay mas yumuko kaysa sa hindi deformed na estado, at ang mga berdeng linya sa z na direksyon ay yumuko at nag-uunat.Ang pag-igting sa pagitan ng mga direksyon ng compression at pag-igting ay ipinapadala sa pamamagitan ng mga thread na may mga intermediate na direksyon.Sa agarose gels, ang mga chain sa lahat ng direksyon ay tumutukoy sa osmotic pressure, na gumagawa ng isang makabuluhang kontribusyon sa pagpapapangit ng gel.d Hinulaang pagbabago sa biaxial Poisson's ratio, } }^{{{{\rm{eff}}}}}}}} =-{{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), para sa equibiaxial compression ng agarose (berdeng linya) at fibrin (pulang linya) na mga gel.Ang inset ay nagpapakita ng biaxial deformation ng gel.e Pagbabago ng presyon ng pagsasalin ΔPtr, na-normalize sa gel stiffness S, ay naka-plot bilang isang function ng compression ratio para sa agarose at fibrin microgels.Ang mga kulay ng simbolo ay tumutugma sa mga kulay sa (a).Ang berde at pulang linya ay naglalarawan ng teoretikal na relasyon sa pagitan ng ΔPtr/S at 1/λr para sa agarose at fibrin gels, ayon sa pagkakabanggit.Ang putol-putol na bahagi ng pulang linya ay nagpapakita ng pagtaas sa ΔPtr sa ilalim ng malakas na compression dahil sa mga interfiber na pakikipag-ugnayan.
Ang pagkakaiba na ito ay nauugnay sa iba't ibang mga mekanismo ng pagpapapangit ng fibrin at agarose microgel network, na binubuo ng flexible24 at rigid25 na mga thread, ayon sa pagkakabanggit.Ang Biaxial compression ng mga nababaluktot na gel ay humahantong sa isang pagbawas sa kanilang dami at isang nauugnay na pagtaas sa konsentrasyon at osmotic pressure, na humahantong sa isang pagpahaba ng gel sa isang walang limitasyong direksyon.Ang pangwakas na pagpahaba ng gel ay nakasalalay sa balanse ng isang pagtaas sa entropikong libreng enerhiya ng mga nakaunat na kadena at isang pagbawas sa libreng enerhiya ng osmosis dahil sa mas mababang konsentrasyon ng polimer sa nakaunat na gel.Sa ilalim ng malakas na biaxial compression, tumataas ang elongation ng gel na may λz ≈ 0.6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}}\) (tingnan ang Fig. 2a sa seksyon ng talakayan 5.3.3).Ang mga pagbabago sa conformational sa nababaluktot na mga chain at ang hugis ng kaukulang mga network bago at pagkatapos ng biaxial retention ay ipinapakita sa Fig.2b.
Sa kaibahan, ang mga fibrous gels tulad ng fibrin ay likas na tumutugon nang iba sa biaxial retention.Ang mga filament na nakatuon ay nakararami na kahanay sa direksyon ng compression flex (sa gayon ay binabawasan ang distansya sa pagitan ng mga cross-link), habang ang mga filament ay nakararami na patayo sa direksyon ng compression na ituwid at umaabot sa ilalim ng pagkilos ng nababanat na puwersa, na nagiging sanhi ng pagpapahaba ng gel ( Larawan 1).2c) Ang mga istruktura ng undeformed SM, MM at RM ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagsusuri sa kanilang mga imahe ng SEM at CFM (Karagdagang Talakayan Seksyon IV at Karagdagang Larawan 9).Sa pamamagitan ng pagtukoy sa nababanat na modulus (E), diameter (d), haba ng profile (R0), distansya sa pagitan ng mga dulo (L0 ≈ R0) at gitnang anggulo (ψ0) ng mga strands sa undeformed fibrin microgels (Karagdagang Talahanayan 2) - 4), nakita namin na ang thread bending modulus \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 Ang {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) ay mas mababa kaysa sa tensile modulus nito\({k}_{{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), kaya kb/ks ≈ 0.1 (Karagdagang Talahanayan 4).Kaya, sa ilalim ng mga kondisyon ng biaxial gel retention, ang fibrin strands ay madaling baluktot, ngunit lumalaban sa pag-uunat.Ang pagpahaba ng isang filamentous network na sumailalim sa biaxial compression ay ipinapakita sa Karagdagang Fig. 17.
Bumuo kami ng isang teoretikal na modelo ng affine (Mga Karagdagang Talakayan na Seksyon V at Mga Karagdagang Mga Figure 10–16) kung saan ang pagpahaba ng isang fibrous gel ay tinutukoy mula sa lokal na equilibrium ng mga nababanat na puwersa na kumikilos sa gel at hinuhulaan na sa isang malakas na biaxial strain λz - 1 sa ilalim ng pagpilit
Ang equation (1) ay nagpapakita na kahit na sa ilalim ng malakas na compression (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) ay may bahagyang pagpapalawak ng gel at kasunod na pagpapapangit ng elongation sa saturation λz–1 = 0.15 ± 0.05.Ang pag-uugaling ito ay nauugnay sa (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm { s }}}}}}}\kanan)}^{1/2}\) ≈ 0.15−0.4 at (ii) ang termino sa mga square bracket ay asymptotically tinatantya \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) para sa malakas na biaxial bond. Mahalagang tandaan na ang prefactor \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\kanan)}^{1/ 2 }\) ay walang kinalaman sa higpit ng thread E, ngunit tinutukoy lamang ng aspect ratio ng thread d/L0 at ang gitnang anggulo ng arko ψ0, na katulad ng SM, MM at RM (Karagdagang Talahanayan 4).
Upang higit pang i-highlight ang pagkakaiba sa freedom-induced strain sa pagitan ng flexible at filamentous gels, ipinakilala namin ang biaxial Poisson's ratio \({\nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{{\rm{z}}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}}, \) ay naglalarawan ng walang hangganan oryentasyon ng gel strain bilang tugon sa pantay na strain sa dalawang radial na direksyon, at pinalawak ito sa malalaking unipormeng strains \ rm{b }}}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r))))))))))}\) .Sa fig.Ang 2d ay nagpapakita ng \({{{{{\rm{\nu }}}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}}^{{{ {{\rm { eff }}}}}}}\) para sa pare-parehong biaxial compression ng flexible (tulad ng agarose) at rigid (tulad ng fibrin) gels (Karagdagang talakayan, Seksyon 5.3.4), at itinatampok ang kaugnayan sa pagitan ng matinding pagkakaiba sa mga tugon sa pagkakulong. Para sa mga agarose gel na nasa ilalim ng malakas na mga paghihigpit {\rm{eff}}}}}}}}\) ay tumataas sa asymptotic value na 2/3, at para sa fibrin gels ito ay bumababa sa zero, dahil ang lnλz/lnλr → 0, dahil ang λz ay tumataas nang may saturation habang tumataas ang λr.Tandaan na sa mga eksperimento, ang mga saradong spherical microgels ay hindi nagkaka-deform, at ang kanilang gitnang bahagi ay nakakaranas ng mas malakas na compression;gayunpaman, ang extrapolation sa isang malaking halaga ng 1/λr ay ginagawang posible na ihambing ang eksperimento sa teorya para sa pare-parehong deformed gels.
Ang isa pang pagkakaiba sa pag-uugali ng flexible chain gels at filamentous gels ay natagpuan dahil sa kanilang paggalaw sa pag-urong.Ang translocation pressure ΔPtr, na na-normalize sa gel stiffness S, ay tumaas sa pagtaas ng compression (Fig. 2e), ngunit sa 2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5, ang fibrin microgels ay nagpakita ng makabuluhang mas mababang halaga ng ΔPtr/S pababa sa panahon ng pag-urong.Ang pagpapanatili ng agarose microgel ay humahantong sa isang pagtaas sa osmotic pressure, na humahantong sa pag-stretch ng gel sa longitudinal na direksyon habang ang mga molekula ng polimer ay nakaunat (Larawan 2b, kaliwa) at isang pagtaas sa presyon ng pagsasalin ng ΔPtr/S ~(( 1/λr)14/317.Sa kabaligtaran, ang hugis ng closed fibrin microgels ay tinutukoy ng balanse ng enerhiya ng mga thread ng radial compression at longitudinal tension, na humahantong sa maximum na longitudinal deformation λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ { \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}}\).Para sa 1/λr ≫ 1, ang pagbabago sa presyon ng translokasyon ay pinaliit bilang 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{\rm {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Karagdagang Talakayan, Seksyon 5.4), tulad ng ipinapakita ng solidong pulang linya sa Fig. 2e.Kaya, ang ΔPtr ay hindi gaanong napilitan kaysa sa mga agarose gel.Para sa mga compression na may 1/λr> 3.5, ang isang makabuluhang pagtaas sa dami ng fraction ng mga filament at ang pakikipag-ugnayan ng mga kalapit na filament ay naglilimita sa karagdagang pagpapapangit ng gel at humahantong sa mga paglihis ng mga eksperimentong resulta mula sa mga hula (red dotted line sa Fig. 2e).Napagpasyahan namin na para sa parehong 1/λr at Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}}_{{{{\rm{fibrin}}} )) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))}}}}_{{{{\rm{agarose}} }} } } } }}\) ang agarose gel ay kukunan ng microchannel, at ang fibrin gel na may parehong katigasan ay dadaan dito.Para sa ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr)))))))))_{{{{{\rm{fibrin)))))))))}\ ), Dalawang Parehong gel ang haharang sa channel, ngunit ang fibrin gel ay magtutulak nang mas malalim at mag-compress nang mas epektibo, na humaharang sa daloy ng likido nang mas epektibo.Ang mga resulta na ipinapakita sa Figure 2 ay nagpapakita na ang fibrous gel ay maaaring magsilbi bilang isang epektibong plug upang bawasan ang pagdurugo o pagbawalan ang supply ng dugo sa mga tumor.
Sa kabilang banda, ang fibrin ay bumubuo ng isang clot scaffold na humahantong sa thromboembolism, isang pathological na kondisyon kung saan ang isang thrombus ay sumasara sa isang sisidlan sa ΔP < ΔPtr, tulad ng sa ilang mga uri ng ischemic stroke (Fig. 3a).Ang mahinang pagpapahaba ng fibrin microgels na dulot ng paghihigpit ay nagresulta sa mas malakas na pagtaas ng konsentrasyon ng fibrin ng C/C fibrinogen kumpara sa mga flexible chain gels, kung saan ang C at C fibrinogen ay pinaghihigpitan at undeformed microgels, ayon sa pagkakabanggit.Ang konsentrasyon ng polimer sa gel.Ipinapakita ng Figure 3b na ang fibrinogen C/C sa SM, MM, at RM ay tumaas ng higit sa pitong beses sa 1/λr ≈ 4.0, na hinimok ng paghihigpit at dehydration (Karagdagang Fig. 16).
Schematic na paglalarawan ng occlusion ng gitnang cerebral artery sa utak.b Restriction-mediated relative increase sa fibrin concentration sa obstructive SM (solid red circles), MM (solid black squares), at RM (solid blue triangles).c Eksperimental na disenyo na ginamit upang pag-aralan ang cleavage ng mga pinaghihigpitang fibrin gel.Ang isang solusyon ng fluorescently na may label na tPA sa TBS ay na-injected sa rate ng daloy na 5.6 × 107 µm3/s at isang karagdagang pagbaba ng presyon ng 0.7 Pa para sa mga channel na matatagpuan patayo sa mahabang axis ng pangunahing microchannel.d Pinagsama-samang multichannel na microscopic na imahe ng obstructive MM (D0 = 200 µm) sa Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa at sa panahon ng paghahati.Ang mga vertical na tuldok na linya ay nagpapakita ng mga unang posisyon ng posterior at anterior na mga gilid ng MM sa tlys = 0. Ang berde at pink na mga kulay ay tumutugma sa FITC-dextran (70 kDa) at tPA na may label na AlexaFluor633, ayon sa pagkakabanggit.e Pagkakaiba-iba ng oras na kamag-anak na dami ng mga occluded RM na may D0 na 174 µm (blue open inverted triangle), 199 µm (blue open triangle), at 218 µm (blue open triangle), ayon sa pagkakabanggit, sa isang conical microchannel na may Xf = 28 ± 1 µm.ang mga seksyon ay may ΔP 1200, 1800, at 3000 Pa, ayon sa pagkakabanggit, at Q = 1860 ± 70 µm3/s.Ang inset ay nagpapakita ng RM (D0 = 218 µm) na nakasaksak sa microchannel.f Ang pagkakaiba-iba ng oras ng kamag-anak na dami ng SM, MM o RM na inilagay sa Xf = 32 ± 12 µm, sa ΔP 400, 750 at 1800 Pa at ΔP 12300 Pa at Q 12300 sa conical na rehiyon ng microchannel, ayon sa pagkakabanggit 2400 at 18360 µm /s.Kinakatawan ng Xf ang front position ng microgel at tinutukoy ang distansya nito mula sa simula ng pag-urong.Ang V(tlys) at V0 ay ang pansamantalang dami ng lysed microgel at ang dami ng hindi nababagabag na microgel, ayon sa pagkakabanggit.Ang mga kulay ng karakter ay tumutugma sa mga kulay sa b.Ang mga itim na arrow sa e, f ay tumutugma sa huling sandali ng oras bago ang pagpasa ng mga microgel sa pamamagitan ng microchannel.Ang scale bar sa d, e ay 100 µm.
Upang maimbestigahan ang epekto ng paghihigpit sa pagbabawas ng daloy ng likido sa mga nakahahadlang na fibrin gels, pinag-aralan namin ang lysis ng SM, MM, at RM na na-infiltrate kasama ang thrombolytic agent tissue plasminogen activator (tPA).Ipinapakita ng Figure 3c ang pang-eksperimentong disenyo na ginamit para sa mga eksperimento sa lysis. Sa ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) at isang rate ng daloy, Q = 2400 μm3/s, ng Tris-buffered saline (TBS) na may halong 0.1 mg/mL ng (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, tinakpan ng microgel ang tapered microchannel rehiyon. Sa ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) at isang rate ng daloy, Q = 2400 μm3/s, ng Tris-buffered saline (TBS) na may halong 0.1 mg/mL ng (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, tinakpan ng microgel ang tapered microchannel rehiyon. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) at скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), смешангного мсуфор цианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. Sa ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) at isang rate ng daloy, Q = 2400 µm3/s, ng Tris buffered saline (TBS) na may halong 0.1 mg/mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran, ang microgel ay naka-occlude sa converging microchannel.rehiyon.在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μm3/s 的Tris 缓冲盐水(TBS) 与0.1 mg/mL 的（异硫氰酸荐光爱酸荐光爱时，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) с 0,1 мг/мл (флуоресцеинизотио 0,1 мг/мл (флуоресцеинизотио) FITC-придна а (<ΔPtr) и скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические области микроканалов. Naka-plug ang mga microgel kapag ang Tris buffered saline (TBS) ay hinaluan ng 0.1mg/mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran sa ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) at flow rate Q = 2400 µm3/s Conical na rehiyon ng mga microchannel.Tinutukoy ng pasulong na posisyon Xf ng microgel ang distansya nito mula sa unang punto ng pag-urong X0.Upang mapukaw ang lysis, isang solusyon ng fluorescently na may label na tPA sa TBS ay na-injected mula sa isang channel na matatagpuan orthogonally sa mahabang axis ng pangunahing microchannel.
Kapag ang solusyon ng tPA ay umabot sa occlusal MM, ang posterior edge ng microgel ay naging blur, na nagpapahiwatig na ang fibrin cleavage ay nagsimula sa oras na tlys = 0 (Fig. 3d at Pandagdag na Fig. 18).Sa panahon ng fibrinolysis, nag-iipon ang tPA na may label na pangkulay sa loob ng MM at nagbubuklod sa mga hibla ng fibrin, na humahantong sa unti-unting pagtaas ng intensity ng kulay rosas na kulay ng microgels.Sa tlys = 60 min, ang MM ay nagkontrata dahil sa pagkalusaw ng likurang bahagi nito, at ang posisyon ng nangungunang gilid nito na Xf ay nagbabago nang kaunti.Pagkatapos ng 160 min, ang malakas na kinontrata na MM ay nagpatuloy sa pagkontrata, at sa tlys = 161 min, ito ay sumailalim sa pag-urong, at sa gayon ay naibalik ang daloy ng likido sa pamamagitan ng microchannel (Larawan 3d at Karagdagang Larawan 18, kanang haligi).
Sa fig.Ang 3e ay nagpapakita ng lysis-mediated time-dependent na pagbaba sa dami ng V(tlys) na na-normalize sa paunang dami ng V0 ng iba't ibang laki ng fibrin microgels.Ang CO na may D0 174, 199, o 218 µm ay inilagay sa isang microchannel na may ΔP 1200, 1800, o 3000 Pa, ayon sa pagkakabanggit, at Q = 1860 ± 70 µm3/s upang harangan ang microchannel (Fig. 3e, inset).nutrisyon.Ang mga microgel ay unti-unting lumiliit hanggang sa sila ay sapat na maliit upang dumaan sa mga channel.Ang pagbaba sa kritikal na dami ng CO na may mas malaking paunang diameter ay nangangailangan ng mas mahabang oras ng lysis.Dahil sa magkatulad na daloy sa iba't ibang laki ng RM, nangyayari ang cleavage sa parehong bilis, na nagreresulta sa pagtunaw ng mas maliliit na fraction ng mas malalaking RM at ang kanilang naantalang pagsasalin.Sa fig.Ipinapakita ng 3f ang kamag-anak na pagbawas sa V(tlys)/V0 dahil sa paghahati para sa SM, MM, at RM sa D0 = 197 ± 3 µm na naka-plot bilang isang function ng tlys.Para sa SM, MM at RM, ilagay ang bawat microgel sa isang microchannel na may ΔP 400, 750 o 1800 Pa at Q 12300, 2400 o 1860 µm3/s, ayon sa pagkakabanggit.Bagaman ang presyon na inilapat sa SM ay 4.5 beses na mas mababa kaysa sa RM, ang daloy sa SM ay higit sa anim na beses na mas malakas dahil sa mas mataas na pagkamatagusin ng SM, at ang pag-urong ng microgel ay bumaba mula SM hanggang MM at RM .Halimbawa, sa tlys = 78 min, ang SM ay kadalasang natunaw at lumilipat, habang ang MM at PM ay nagpatuloy sa pagbara sa mga microchannel, sa kabila ng pagpapanatili lamang ng 16% at 20% ng kanilang orihinal na dami, ayon sa pagkakabanggit.Iminumungkahi ng mga resultang ito ang kahalagahan ng convection-mediated lysis ng constricted fibrous gels at nauugnay sa mga ulat ng mas mabilis na pagtunaw ng mga clots na may mas mababang nilalaman ng fibrin.
Kaya, ang aming trabaho ay nagpapakita ng eksperimento at theoretically ang mekanismo kung saan ang mga filamentous gel ay tumugon sa biaxial confinement.Ang pag-uugali ng fibrous gels sa isang limitadong espasyo ay tinutukoy ng malakas na kawalaan ng simetrya ng strain energy ng mga filament (malambot sa compression at matigas sa pag-igting) at sa pamamagitan lamang ng aspect ratio at curvature ng mga filament.Ang reaksyong ito ay nagreresulta sa minimal na pagpahaba ng mga fibrous gel na nasa makitid na mga capillary, ang kanilang biaxial Poisson's ratio ay bumababa sa pagtaas ng compression at mas kaunting light bit pressure.
Dahil ginagamit ang biaxial containment ng mga malalambot na deformable na particle sa malawak na hanay ng mga teknolohiya, pinasisigla ng aming mga resulta ang pagbuo ng mga bagong fibrous na materyales.Sa partikular, ang biaxial retention ng filamentous gels sa makitid na mga capillary o tubes ay humahantong sa kanilang malakas na compaction at isang matalim na pagbaba sa permeability.Ang malakas na pagsugpo ng daloy ng likido sa pamamagitan ng occlusive fibrous gels ay may mga pakinabang kapag ginamit bilang mga plug upang maiwasan ang pagdurugo o bawasan ang suplay ng dugo sa mga malignancies33,34,35.Sa kabilang banda, ang pagbaba ng daloy ng likido sa pamamagitan ng occlusal fibrin gel, sa gayon ay pumipigil sa convective-mediated thrombus lysis, ay nagbibigay ng indikasyon ng mabagal na lysis ng occlusal clots [27, 36, 37].Ang aming sistema ng pagmomolde ay ang unang hakbang patungo sa pag-unawa sa mga implikasyon ng mekanikal na tugon ng fibrous biopolymer hydrogels sa biaxial retention.Ang pagsasama ng mga selula ng dugo o mga platelet sa mga nakahahadlang na fibrin gel ay makakaapekto sa kanilang pag-uugali sa paghihigpit 38 at magiging susunod na hakbang sa pag-alis ng takip sa pag-uugali ng mas kumplikadong mga biologically significant system.
Ang mga reagents na ginamit upang maghanda ng mga fibrin microgels at gumawa ng mga aparatong MF ay inilarawan sa Karagdagang Impormasyon (Mga Karagdagang Mga Seksyon 2 at 4).Ang mga fibrin microgels ay inihanda sa pamamagitan ng pag-emulsify ng isang halo-halong solusyon ng fibrinogen, Tris buffer at thrombin sa isang flow focusing MF device, na sinusundan ng droplet gelation.Ang bovine fibrinogen solution (60 mg/ml sa TBS), Tris buffer at bovine thrombin solution (5 U/ml sa 10 mM CaCl2 solution) ay pinangangasiwaan gamit ang dalawang independently controlled syringe pump (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Syring Pump).para harangan ang MF, USA).Ang tuluy-tuloy na phase ng F-oil na naglalaman ng 1 wt.% block copolymer PFPE-P(EO-PO)-PFPE, ay ipinakilala sa unit ng MF gamit ang ikatlong syringe pump.Ang mga droplet na nabuo sa MF device ay kinokolekta sa isang 15 ml centrifuge tube na naglalaman ng F-oil.Ilagay ang mga tubo sa isang paliguan ng tubig sa 37 °C para sa 1 h upang makumpleto ang fibrin gelation.Ang FITC na may label na fibrin microgels ay inihanda sa pamamagitan ng paghahalo ng bovine fibrinogen at FITC na may label na human fibrinogen sa isang 33:1 weight ratio, ayon sa pagkakabanggit.Ang pamamaraan ay kapareho ng para sa paghahanda ng fibrin microgels.
Ilipat ang microgels mula sa langis F patungo sa TBS sa pamamagitan ng centrifuging ng dispersion sa 185 g para sa 2 min.Ang precipitated microgels ay dispersed sa langis F na may halong 20 wt.% perfluorooctyl alcohol, pagkatapos ay dispersed sa hexane na naglalaman ng 0.5 wt.% Span 80, hexane, 0.1 wt.% Triton X sa tubig at TBS.Sa wakas, ang mga microgel ay nagkalat sa TBS na naglalaman ng 0.01 wt% Tween 20 at nakaimbak sa 4 ° C para sa humigit-kumulang 1-2 na linggo bago ang mga eksperimento.
Ang katha ng MF device ay inilalarawan sa Karagdagang Impormasyon (Mga Karagdagang Paraan Seksyon 5).Sa isang tipikal na eksperimento, ang positibong halaga ng ΔP ay tinutukoy ng kamag-anak na taas ng mga reservoir na konektado bago at pagkatapos ng MF device para sa pagpapakilala ng mga microgel na may diameter na 150 < D0 < 270 µm sa mga microchannel.Ang hindi nababagabag na laki ng microgels ay natukoy sa pamamagitan ng paggunita sa mga ito sa macrochannel.Ang microgel ay humihinto sa isang conical na lugar sa pasukan sa constriction.Kapag ang dulo ng anterior microgel ay nananatiling hindi nagbabago sa loob ng 2 min, gamitin ang MATLAB program upang matukoy ang posisyon ng microgel sa kahabaan ng x-axis.Sa isang sunud-sunod na pagtaas sa ΔP, ang microgel ay gumagalaw kasama ang hugis-wedge na rehiyon hanggang sa ito ay pumasok sa constriction.Kapag ang microgel ay ganap na naipasok at na-compress, ang ΔP ay mabilis na bumaba sa zero, binabalanse ang antas ng tubig sa pagitan ng mga reservoir, at ang saradong microgel ay nananatiling nakatigil sa ilalim ng compression.Ang haba ng obstructive microgel ay sinusukat ng 30 min pagkatapos tumigil ang constriction.
Sa panahon ng mga eksperimento sa fibrinolysis, ang mga solusyon ng t-PA at FITC na may label na dextran ay tumagos sa mga naka-block na microgel.Ang daloy ng bawat likido ay sinusubaybayan gamit ang solong channel fluorescence imaging.TAP na may label na AlexaFluor 633 na nakakabit sa fibrin fibers at naipon sa loob ng compressed fibrin microgels (TRITC channel sa Supplement Fig. 18).Ang dextran solution na may label na FITC ay gumagalaw nang walang akumulasyon sa microgel.
Ang data na sumusuporta sa mga resulta ng pag-aaral na ito ay makukuha mula sa kani-kanilang mga may-akda kapag hiniling.Raw SEM na mga larawan ng fibrin gels, hilaw na TEM na imahe ng fibrin gels bago at pagkatapos ng inoculation, at ang pangunahing input data para sa Figures 1 at 2. 2 at 3 ay ibinigay sa raw data file.Ang artikulong ito ay nagbibigay ng orihinal na data.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. at Weisel JV fibrinogen at fibrin.Sa 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 at Stamenkovich I. Functional na istraktura at komposisyon ng extracellular matrix.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Prince E. at Kumacheva E. Disenyo at aplikasyon ng mga artipisyal na biomimetic fiber hydrogels.Pambansang Matt Red.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP at Mackintosh, FC Pagmomodelo ng mga semi-flexible na polymer network.Pari Mod.pisika.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. at Piku, KR Mechanical modeling ng semi-flexible biopolymer network: non-affine deformation at ang pagkakaroon ng long-range dependencies.In Advances in Soft Matter Mechanics 119–145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D, at Mahadevan L. Stress-induced alignment ng collagen gels.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS, at Gianmi PA Nonlinear elasticity ng biogels.Kalikasan 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stress ang kumokontrol sa mga mekanismo ng collagen network.proseso.National Academy of Science.ang agham.US 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Negatibong normal na stress sa mga semi-flexible na biopolymer gel.Pambansang alma mater.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Nonlinear elasticity ng stiff fiber network: strain hardening, negatibong normal na stress, at fiber alignment sa fibrin gels.J. Physics.Kemikal.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML et al.Nababanat na pag-uugali ng mga cross-link at nakagapos na mga network ng actin.Science 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. et al.Nonlinear mechanics ng mga strain-controlled na fiber optic network na may kritikal na kontrol.Pambansang pisika.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Elasticity ng fiber network sa ilalim ng uniaxial prestressing.Soft Matter 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Blood clot hydraulic permeability bilang isang function ng fibrin at platelet density.biophysics.Journal 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. et al.Ang maraming nalalaman na pag-uugali ng mga hydrogel ay limitado ng makitid na mga capillary.ang agham.Bahay 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Epekto ng pathologic heterogeneity sa shear wave elastography sa deep vein thrombosis staging.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. Sa vivo quantification ng time-dependent induration ng blood clots gamit ang shear wave ultrasound imaging sa isang rabbit venous thrombosis model.trombus.tangke ng imbakan.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Computer simulation ng fibrin polymerization dynamics na may kaugnayan sa electron microscopy at turbidity observation: clot structure at assembly ay kinetically controlled.biophysics.Journal 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW at Lorand, L. Structural na pinagmulan ng fibrin clot rheology.biophysics.J. 77, 2813–2826 (1999).
Oras ng post: Peb-23-2023