Grazzi talli żort Nature.com.Qed tuża verżjoni tal-browser b'appoġġ limitat CSS.Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew tiddiżattiva l-Modalità ta' Kompatibbiltà fl-Internet Explorer).Barra minn hekk, biex niżguraw appoġġ kontinwu, aħna nuru s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Juri karużell ta' tliet slides f'daqqa.Uża l-buttuni Preċedenti u Li jmiss biex timxi minn tliet slides kull darba, jew uża l-buttuni slider fl-aħħar biex timxi minn tliet slides kull darba.
Il-limitazzjoni ta 'hydrogels fibrużi għal kapillari dojoq hija ta' importanza kbira fis-sistemi bijoloġiċi u bijomediċi.It-tensjoni u l-kompressjoni uniaxial ta 'hydrogels fibrużi ġew studjati b'mod estensiv, iżda r-rispons tagħhom għaż-żamma biaxjali fil-kapillari għadu mhux esplorat.Hawnhekk, aħna nuru b'mod sperimentali u teoretikament li l-ġellijiet filamenti jirrispondu b'mod kwalitattiv differenti għar-restrizzjoni minn ġels tal-katina flessibbli minħabba l-assimetrija fil-proprjetajiet mekkaniċi tal-filamenti kostitwenti, li huma rotob fil-kompressjoni u iebes fit-tensjoni.Taħt żamma qawwija, il-ġel fibruż juri ftit elongazzjoni u tnaqqis asintotiku fil-proporzjon ta 'Poisson biaxjali għal żero, li jirriżulta f'kompattazzjoni qawwija tal-ġel u permeazzjoni fqira tal-likwidu permezz tal-ġel.Dawn ir-riżultati jindikaw ir-reżistenza ta 'trombi okklussivi mġebbda għal-liżi minn aġenti terapewtiċi u jistimulaw l-iżvilupp ta' embolizzazzjoni endovaskulari effettiva minn ġellijiet fibrużi biex iwaqqfu l-fsada vaskulari jew jinibixxu l-provvista tad-demm ta 'tumuri.
Netwerks fibrużi huma l-blokki bażiċi strutturali u funzjonali tat-tessuti u ċ-ċelloli ħajjin.L-actin huwa komponent ewlieni taċ-ċitoskeletru1;il-fibrin huwa element ewlieni fil-fejqan tal-feriti u l-formazzjoni tat-trombu2, u l-collagen, l-elastin u l-fibronektin huma komponenti tal-matriċi extraċellulari fir-renju tal-annimali3.Netwerks rkuprati ta 'bijopolimeri fibrużi saru materjali b'applikazzjonijiet wiesgħa fl-inġinerija tat-tessuti4.
Netwerks filamenti jirrappreżentaw klassi separata ta 'materja bijoloġika ratba bi proprjetajiet mekkaniċi li huma differenti minn netwerks molekulari flessibbli5.Xi wħud minn dawn il-proprjetajiet evolvew matul l-evoluzzjoni biex jikkontrollaw ir-rispons tal-materja bijoloġika għad-deformazzjoni6.Pereżempju, netwerks fibrużi juru elastiċità lineari f'razez żgħar7,8 filwaqt li f'razez kbar juru ebusija akbar9,10, u b'hekk iżommu l-integrità tat-tessut.L-implikazzjonijiet għal proprjetajiet mekkaniċi oħra ta 'ġels fibrużi, bħal stress normali negattiv b'reazzjoni għal shear strain11,12, għad iridu jiġu skoperti.
Il-proprjetajiet mekkaniċi ta 'hydrogels fibrużi semi-flessibbli ġew studjati taħt tensjoni uniaxial13,14 u compression8,15, iżda l-kompressjoni biaxial indotta mill-libertà tagħhom f'kapillari jew tubi dojoq ma ġietx studjata.Hawnhekk nirrapportaw riżultati sperimentali u teoretikament nipproponu mekkaniżmu għall-imġieba ta 'idroġels fibrużi taħt żamma biassjali f'kanali mikrofluwidi.
Mikroġels tal-fibrin b'diversi proporzjonijiet ta 'konċentrazzjonijiet ta' fibrinoġen u trombina u dijametru D0 li jvarja minn 150 sa 220 µm ġew iġġenerati bl-użu ta 'approċċ mikrofluwidu (Figura 1 Supplimentari).Fuq il-fig.1a turi immaġini ta 'mikroġels ittikkettjati fluorochrome miksuba bl-użu ta' mikroskopija fluworexxenti konfokali (CFM).Il-mikroġels huma sferiċi, għandhom polidispersità ta 'inqas minn 5%, u huma uniformi fl-istruttura madwar l-iskali eżaminati minn CFM (Informazzjoni Supplimentari u Films S1 u S2).Id-daqs medju tal-pori tal-mikroġels (determinat bil-kejl tal-permeabilità Darcy16) naqas minn 2280 għal 60 nm, il-kontenut ta 'fibrin żdied minn 5.25 għal 37.9 mg/mL, u l-konċentrazzjoni ta' trombina naqset minn 2.56 għal 0.27 unitajiet/mL, rispettivament.(Informazzjoni addizzjonali).Ross.2), 3 u tabella supplimentari 1).L-ebusija korrispondenti tal-mikroġel tiżdied minn 0.85 għal 3.6 kPa (Fig. 4 Supplimentari).Bħala eżempji ta 'ġellijiet iffurmati minn ktajjen flessibbli, jintużaw mikroġels tal-agarose ta' diversi ebusija.
Immaġini tal-mikroskopija tal-fluworexxenza ta 'fluworescein isothiocyanate (FITC) ittikkettat PM sospiż f'TBS.L-iskala tal-bar hija 500 µm.b Immaġini SEM ta’ SM (fuq) u RM (ta’ isfel).Skala bar 500 nm.c Dijagramma skematika ta' kanal mikrofluwidu li jikkonsisti minn kanal kbir (dijametru dl) u reġjun imdejjaq f'forma ta' kon b'angolu ta' dħul α ta' 15° u dijametru ta' dc = 65 µm.d Xellug għal-lemin: Immaġini tal-mikroskopju ottiku ta' RM (dijametru D0) f'kanali kbar, żona konika u konstrizzjoni (tillimita t-tul tal-ġel Dz).L-iskala tal-bar hija 100 µm.e, f Immaġini TEM ta 'RM mhux deformat (e) u RM occluded (f), iffissati għal siegħa b'kostrizzjoni 1/λr = 2.7, segwiti minn rilaxx u fissazzjoni ta' 5% tal-massa.glutaraldehyde fit-TBS.Id-dijametru tas-CO mhux deformat huwa 176 μm.Il-bar tal-iskala hija 100 nm.
Aħna ffukajna fuq mikroġels tal-fibrina b'ebusija ta '0.85, 1.87 u 3.6 kPa (minn hawn 'il quddiem imsejħa microgels artab (SM), mikroġels iebsin medji (MM) u microgels iebsin (RM), rispettivament).Din il-firxa ta 'ebusija tal-ġel tal-fibrin hija tal-istess ordni ta' kobor bħal għal emboli tad-demm18,19 u għalhekk il-ġels tal-fibrina studjati fix-xogħol tagħna huma direttament relatati ma 'sistemi bijoloġiċi reali.Fuq il-fig.1b turi l-immaġini ta 'fuq u ta' isfel tal-istrutturi SM u RM miksuba bl-użu ta 'mikroskopju elettroniku tal-iskannjar (SEM), rispettivament.Meta mqabbla ma 'strutturi RM, in-netwerks SM huma ffurmati minn fibri eħxen u inqas punti ta' fergħat, konsistenti mar-rapporti preċedenti 20, 21 (Figura 5 Supplimentari).Id-differenza fl-istruttura tal-idroġel tikkorrelata max-xejra tal-proprjetajiet tiegħu: il-permeabilità tal-ġel tonqos bit-tnaqqis tad-daqs tal-pori minn SM għal MM u RM (Tabella Supplimentari 1), u l-ebusija tal-ġel tintreġġa 'lura.L-ebda tibdil fl-istruttura tal-mikroġel ma ġie nnutat wara l-ħażna f'4 °C għal 30 jum (Fig. 6 Supplimentari).
Fuq il-fig.1c turi dijagramma ta' kanal mikrofluwidi b'sezzjoni trasversali ċirkolari li fiha (mix-xellug għal-lemin): kanal kbir b'dijametru dl li fih il-mikroġel jibqa' mhux deformat, sezzjoni f'forma ta' kon b'dijametru li jonqos dc < D0, kon -sezzjonijiet f'forma u kanali kbar b'dijametru dl (Fig. 7 Supplimentari).F'esperiment tipiku, mikroġels ġew injettati f'kanali mikrofluwidi b'waqgħa ta 'pressjoni pożittiva ΔP ta' 0.2-16 kPa (Fig. 8 Supplimentari).Din il-medda ta' pressjoni tikkorrispondi għal pressjoni tad-demm bijoloġikament sinifikanti (120 mm Hg = 16 kPa)22.Fuq il-fig.1d (mix-xellug għal-lemin) juri immaġini rappreżentattivi ta 'RM f'kanali kbar, żoni konikali u kostrizzjonijiet.Il-moviment u l-forma tal-mikroġel ġew irreġistrati u analizzati bl-użu tal-programm MATLAB.Huwa importanti li wieħed jinnota li fir-reġjuni tapering u l-kostrizzjonijiet, il-mikroġels huma f'kuntatt konformi mal-ħitan tal-mikrokanali (Fig. 8 Supplimentari).Il-grad ta 'żamma radjali tal-mikroġel fit-tidjiq D0/dc = 1/λr huwa fil-medda 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2, fejn 1/λr huwa l-proporzjon tal-kompressjoni.Il-mikroġel jgħaddi minn jinxtorob meta ΔP > ΔPtr, fejn ΔPtr hija d-differenza tal-pressjoni tat-traslokazzjoni.It-tul u d-daqs tal-pori tal-mikroġels biaxially kostretti huma ddeterminati mill-istat ta 'ekwilibriju tagħhom, peress li huwa importanti ħafna li titqies il-viskoelastiċità tal-ġels f'sistemi bijoloġiċi.Il-ħin ta 'ekwilibrazzjoni għall-mikroġels ta' agarose u fibrin kien ta '10 min u 30 min, rispettivament.Wara dawn l-intervalli ta 'żmien, il-mikroġels limitati laħqu l-pożizzjoni u l-għamla stabbli tagħhom, li nqabdu bl-użu ta' kamera b'veloċità għolja u ġew analizzati bl-użu ta 'MATLAB.
Fuq il-fig.1e, 1f juru immaġini ta 'mikroskopija elettronika ta' trasmissjoni (TEM) ta 'strutturi RM mhux deformati u biaxially limitati.Wara l-kompressjoni RM, id-daqs tal-pori tal-mikroġel naqas b'mod sinifikanti u l-forma tagħhom saret anisotropika b'daqsijiet iżgħar fid-direzzjoni tal-kompressjoni, li hija konsistenti ma 'rapport preċedenti 23 .
Kompressjoni biassjali waqt il-kontrazzjoni tikkawża li l-mikroġel jittawwal f'direzzjoni illimitata b'koeffiċjent λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\) , fejn \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) huwa t-tul tal-mikroġel magħluq Figura 2a turi l-bidla f'λzvs .1/ λr għal mikroġels ta 'fibrin u agarose.B'mod sorprendenti, taħt kompressjoni qawwija ta' 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2, microgels fibrin juru elongazzjoni negliġibbli ta '1.12 +/- 0.03 λz, li hija affettwata biss ftit mill-valur ta' 1/λr l-imġieba. mikroġels agarose limitati, li huma osservati anke f'kompressjoni aktar dgħajfa 1/λr = 2.6 għal elongazzjoni akbar λz = 1.3.
a Esperimenti tal-mikroġel tal-Agarose b'moduli elastiċi differenti (2.6 kPa, djamant miftuħ aħdar; 8.3 kPa, ċirku miftuħ kannella; 12.5 kPa, kwadru miftuħ oranġjo; 20.2 kPa, trijangolu invertit miftuħ maġenta) u SM (aħmar solidu) Bidla fit-titwil imkejjel λz ( ċrieki), MM (kwadri suwed solidi) u RM (trijangoli blu solidi).Linji solidi juru l-λz teoretikament mbassra għal agarose (linja ħadra) u mikroġels tal-fibrin (linji u simboli tal-istess kulur).b, c Panel ta 'fuq: dijagramma skematika tal-ktajjen tan-netwerk ta' agarose (b) u fibrin (c) qabel (xellug) u wara (lemin) kompressjoni biaxjali.Qiegħ: Forma tan-netwerk korrispondenti qabel u wara d-deformazzjoni.Id-direzzjonijiet tal-kompressjoni x u y huma indikati bi vleġeġ maġenta u kannella, rispettivament.Fil-figura ta 'hawn fuq, ktajjen ta' netwerks orjentati f'dawn id-direzzjonijiet x u y huma murija bil-linji maġenta u kannella korrispondenti, u ktajjen orjentati f'direzzjoni z arbitrarja huma rappreżentati minn linji ħodor.Fil-ġel tal-fibrin (c), il-linji vjola u kannella fid-direzzjonijiet x u y jitgħawweġ aktar milli fl-istat mhux deformat, u l-linji ħodor fid-direzzjoni z jitgħawweġ u jiġġebbed.It-tensjoni bejn id-direzzjonijiet tal-kompressjoni u t-tensjoni hija trażmessa permezz ta 'ħjut b'direzzjonijiet intermedji.Fil-ġels agarose, il-ktajjen fid-direzzjonijiet kollha jiddeterminaw il-pressjoni osmotika, li tagħmel kontribut sinifikanti għad-deformazzjoni tal-ġel.d Bidla mbassra fil-proporzjon biaxjali ta' Poisson, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), għall-kompressjoni ekwibiaxjali ta' ġellijiet ta' agarose (linja ħadra) u fibrina (linja ħamra).Id-daħla turi d-deformazzjoni biaxjali tal-ġel.e Bidla fil-pressjoni tat-traslokazzjoni ΔPtr, normalizzata għal ebusija tal-ġel S, hija mpinġa bħala funzjoni tal-proporzjon tal-kompressjoni għall-mikroġels tal-agarose u tal-fibrin.Il-kuluri tas-simbolu jikkorrispondu mal-kuluri f'(a).Il-linji ħodor u ħomor juru r-relazzjoni teoretika bejn ΔPtr/S u 1/λr għal agarose u fibrin gels, rispettivament.Il-parti dashed tal-linja ħamra turi ż-żieda f'ΔPtr taħt kompressjoni qawwija minħabba interazzjonijiet interfiber.
Din id-differenza hija assoċjata ma 'mekkaniżmi differenti ta' deformazzjoni ta 'netwerks ta' fibrin u agarose microgel, li jikkonsistu minn ħjut flessibbli24 u riġidi25, rispettivament.Kompressjoni biassjali ta 'ġels flessibbli twassal għal tnaqqis fil-volum tagħhom u żieda assoċjata fil-konċentrazzjoni u pressjoni osmotika, li twassal għal titwil tal-ġel f'direzzjoni illimitata.It-titwil finali tal-ġel tiddependi fuq il-bilanċ ta 'żieda fl-enerġija ħielsa entropika tal-ktajjen imġebbda u tnaqqis fl-enerġija ħielsa tal-osmosis minħabba l-konċentrazzjoni aktar baxxa tal-polimer fil-ġel stirat.Taħt kompressjoni biaxjali qawwija, it-titwil tal-ġell jiżdied b'λz ≈ 0.6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (ara Fig. 2a f' taqsima tad-diskussjoni 5.3.3).Il-bidliet konformazzjonali fil-ktajjen flessibbli u l-forma tan-netwerks korrispondenti qabel u wara ż-żamma biassjali huma murija fil-Fig.2b.
B'kuntrast, ġellijiet fibrużi bħal fibrin intrinsikament jirrispondu b'mod differenti għaż-żamma biaxjali.Il-filamenti orjentati b'mod predominanti paralleli għad-direzzjoni tal-flex tal-kompressjoni (b'hekk titnaqqas id-distanza bejn il-cross-links), filwaqt li l-filamenti predominantement perpendikolari għad-direzzjoni tal-kompressjoni straighten u tiġġebbed taħt l-azzjoni tal-forza elastika, u tikkawża li l-ġel jittawwal ( Fig. 1).2c) L-istrutturi tal-SM, MM u RM mhux deformati kienu kkaratterizzati billi janalizzaw l-immaġini SEM u CFM tagħhom (Diskussjoni Supplimentari Taqsima IV u Figura Supplimentari 9).Billi tiddetermina l-modulu elastiku (E), id-dijametru (d), it-tul tal-profil (R0), id-distanza bejn it-truf (L0 ≈ R0) u l-angolu ċentrali (ψ0) tal-fergħat f'mikroġels tal-fibrina mhux deformati (Tabella Supplimentari 2) - 4), insibu dak il-modulu tal-liwi tal-ħajt \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) huwa ferm inqas mill-modulu tat-tensjoni tiegħu\({k}_{{{{{{{\rm{s}}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), hekk kb/ks ≈ 0.1 (Tabella Supplimentari 4).Għalhekk, taħt kundizzjonijiet ta 'żamma tal-ġell biaxjali, il-linji tal-fibrin huma faċilment mgħawweġ, iżda jirreżistu t-tiġbid.It-titwil ta 'netwerk filamentoż soġġett għal kompressjoni biaxjali huwa muri f'Fig. 17 Supplimentari.
Aħna niżviluppaw mudell affini teoretiku (Diskussjoni Supplimentari Taqsima V u Figuri Supplimentari 10–16) li fih it-titwil ta 'ġel fibruż huwa determinat mill-ekwilibriju lokali tal-forzi elastiċi li jaġixxu fil-ġel u tbassar li f'razza biaxjali qawwija λz - 1 taħt ir-restrizzjoni
L-ekwazzjoni (1) turi li anke taħt kompressjoni qawwija (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) hemm espansjoni żgħira tal-ġel u deformazzjoni ta' elongazzjoni sussegwenti fuq saturazzjoni λz–1 = 0.15 ± 0.05.Din l-imġieba hija relatata ma' (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm { s }}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0.15−0.4 u (ii) it-terminu fil-parentesi kwadri japprossima b'mod asintotiku \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) għal rabtiet biassjali qawwija. Huwa importanti li wieħed jinnota li l-prefattur \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\right)}^{1/ 2 }\) m'għandha x'taqsam xejn mal-ebusija tal-ħajta E, iżda hija determinata biss mill-proporzjon tal-aspett tal-ħajta d/L0 u l-angolu ċentrali tal-ark ψ0, li huwa simili għal SM, MM u RM (Tabella Supplimentari 4).
Biex nenfasizzaw aktar id-differenza fir-razza kkaġunata mill-libertà bejn ġellijiet flessibbli u filamentożi, nintroduċu l-proporzjon biaxjali ta' Poisson \({\nu }_{{{({\rm{b))))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}, \) jiddeskrivi bla limitu orjentazzjoni tar-razza tal-ġel bi tweġiba għal strain ugwali f'żewġ direzzjonijiet radjali, u testendi dan għal razez uniformi kbar \ rm{b }}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .Fuq il-fig.2d juri \({{{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}^{{{ {{\rm { eff }}}}}}}\) għal kompressjoni biaxjali uniformi ta 'ġels flessibbli (bħal agarose) u riġidi (bħal fibrin) (Diskussjoni Supplimentari, Taqsima 5.3.4), u jenfasizza r-relazzjoni bejn differenzi qawwija fir-risponsi għall-konfinament. Għal ġels tal-agarose taħt restrizzjonijiet qawwija {\rm{eff}}}}}}}}\) jiżdied għall-valur asintotiku 2/3, u għall-ġels tal-fibrina tonqos għal żero, peress li lnλz/lnλr → 0, peress li λz jiżdied ma saturazzjoni hekk kif λr jiżdied.Innota li fl-esperimenti, mikroġels sferiċi magħluqa jiddeformaw b'mod inomoġenju, u l-parti ċentrali tagħhom tesperjenza kompressjoni aktar qawwija;madankollu, estrapolazzjoni għal valur kbir ta '1/λr jagħmilha possibbli li jitqabbel l-esperiment mat-teorija għal ġellijiet deformati b'mod uniformi.
Differenza oħra fl-imġieba ta 'ġellijiet ta' katina flessibbli u ġels filamentożi nstabet minħabba l-moviment tagħhom mal-kontrazzjoni.Il-pressjoni tat-traslokazzjoni ΔPtr, normalizzata għal ebusija tal-ġel S, żdiedet biż-żieda fil-kompressjoni (Fig. 2e), iżda f'2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5, il-mikroġels tal-fibrina wrew valuri sinifikament aktar baxxi ta 'ΔPtr/S' l isfel waqt li jinxtorob.Iż-żamma tal-mikroġel agarose twassal għal żieda fil-pressjoni osmotika, li twassal għat-tiġbid tal-ġel fid-direzzjoni lonġitudinali hekk kif il-molekuli tal-polimeru jiġu mġebbda (Fig. 2b, xellug) u żieda fil-pressjoni tat-traslokazzjoni minn ΔPtr/S ~ ( 1/λr)14/317.Għall-kuntrarju, il-forma ta 'mikroġels tal-fibrin magħluqa hija determinata mill-bilanċ tal-enerġija tal-ħjut ta' kompressjoni radjali u tensjoni lonġitudinali, li twassal għad-deformazzjoni lonġitudinali massima λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ { \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).Għal 1/λr ≫ 1, il-bidla fil-pressjoni tat-traslokazzjoni hija skalata bħala 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{{\rm {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Diskussjoni Supplimentari, Taqsima 5.4), kif muri bil-linja ħamra solida f'Fig. 2e.Għalhekk, ΔPtr huwa inqas ristrett milli fil-ġels tal-agarose.Għal kompressjonijiet b'1/λr> 3.5, żieda sinifikanti fil-frazzjoni tal-volum tal-filamenti u l-interazzjoni tal-filamenti ġirien tillimita aktar deformazzjoni tal-ġel u twassal għal devjazzjonijiet ta 'riżultati sperimentali minn tbassir (linja bit-tikek ħamra f'Fig. 2e).Aħna nikkonkludu li għall-istess 1/λr u Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}_{{{{\rm{fibrin}}} )) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr))))))}}}_{{{{\rm{agarosi}} }} } } } }}\) il-ġel tal-agarose se jinqabad mill-mikrokanal, u l-ġell tal-fibrin bl-istess ebusija jgħaddi minnu.Għal ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))))))_{{{{{\rm{fibrin)))))))))}\ ), Żewġ Iż-żewġ ġellijiet se jimblukkaw il-kanal, iżda l-ġel tal-fibrin se jimbotta aktar fil-fond u jikkompressa b'mod aktar effettiv, jimblokka l-fluss tal-fluwidu b'mod aktar effettiv.Ir-riżultati murija fil-Figura 2 juru li l-ġel fibruż jista 'jservi bħala plagg effettiv biex inaqqas il-fsada jew jinibixxi l-provvista tad-demm għat-tumuri.
Min-naħa l-oħra, il-fibrin jifforma scaffold ta 'embolu li jwassal għal tromboemboliżmu, kundizzjoni patoloġika li fiha trombu jagħlaq bastiment f'ΔP <ΔPtr, bħal f'xi tipi ta' puplesija iskemika (Fig. 3a).It-titwil aktar dgħajjef indott mir-restrizzjoni tal-mikroġels tal-fibrin irriżulta f'żieda aktar qawwija fil-konċentrazzjoni tal-fibrina ta 'fibrinoġen C/C meta mqabbel ma' ġellijiet tal-katina flessibbli, fejn il-fibrinoġen C u C huma ristretti u mikroġels mhux deformati, rispettivament.Konċentrazzjoni tal-polimeru fil-ġel.Il-Figura 3b turi li l-fibrinogen C / C f'SM, MM, u RM żdiedu aktar minn seba 'darbiet f'1 / λr ≈ 4.0, immexxi minn restrizzjoni u deidrazzjoni (Figura 16 Supplimentari).
Illustrazzjoni skematika tal-okklużjoni tal-arterja ċerebrali tan-nofs fil-moħħ.b Żieda relattiva medjata mir-restrizzjoni fil-konċentrazzjoni tal-fibrina f'SM ostruttiv (ċrieki ħomor solidi), MM (kwadri suwed solidi), u RM (trijangoli blu solidi).c Disinn sperimentali użat biex jiġi studjat il-qsim tal-ġels tal-fibrin ristretti.Soluzzjoni ta 'tPA ttikkettjat b'mod fluworexxenti f'TBS ġiet injettata b'rata ta' fluss ta '5.6 × 107 µm3/s u tnaqqis fil-pressjoni addizzjonali ta' 0.7 Pa għal kanali li jinsabu perpendikolari għall-assi twil tal-mikrokanal prinċipali.d Immaġni mikroskopika b'ħafna kanali miġbura ta' MM ostruttiv (D0 = 200 µm) f'Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa u waqt il-qsim.Linji vertikali bit-tikek juru l-pożizzjonijiet inizjali tat-truf ta 'wara u ta' quddiem tal-MM f'tlys = 0. Kuluri ħodor u roża jikkorrispondu għal FITC-dextran (70 kDa) u tPA ttikkettjati b'AlexaFluor633, rispettivament.e Volum relattiv li jvarja fil-ħin ta' RMs occluded b'D0 ta' 174 µm (trijangolu blu miftuħ maqlub), 199 µm (trijangolu miftuħ blu), u 218 µm (trijangolu miftuħ blu), rispettivament, f'mikrokanal koniku b'Xf = 28 ± 1 µm.is-sezzjonijiet għandhom ΔP 1200, 1800, u 3000 Pa, rispettivament, u Q = 1860 ± 70 µm3/s.Id-daħla turi RM (D0 = 218 µm) li twaħħal il-mikrokanal.f Varjazzjoni fil-ħin tal-volum relattiv ta’ SM, MM jew RM imqiegħed f’Xf = 32 ± 12 µm, f’ΔP 400, 750 u 1800 Pa u ΔP 12300 Pa u Q 12300 fir-reġjun koniku tal-mikrokanal, rispettivament 2400 u µm3860 /s.Xf jirrappreżenta l-pożizzjoni ta 'quddiem tal-mikroġel u jiddetermina d-distanza tiegħu mill-bidu tat-tnaqqis.V(tlys) u V0 huma l-volum temporanju tal-mikroġel lysed u l-volum tal-mikroġel mhux disturbat, rispettivament.Il-kuluri tal-karattri jikkorrispondu mal-kuluri f'b.Vleġeġ suwed fuq e, f jikkorrispondu għall-aħħar mument taż-żmien qabel il-mogħdija tal-mikroġels mill-mikrokanal.Il-bar tal-iskala f'd, e hija 100 µm.
Biex tinvestiga l-effett tar-restrizzjoni fuq it-tnaqqis tal-fluss tal-fluwidu fil-ġellijiet tal-fibrin ostruttivi, studjajna l-liżi ta 'SM, MM, u RM infiltrati bl-attivatur tal-plasminogen tat-tessuti tal-aġent trombolitiku (tPA).Il-Figura 3c turi d-disinn sperimentali użat għall-esperimenti tal-liżi. F'ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) u rata ta 'fluss, Q = 2400 μm3/s, ta' Tris-buffered saline (TBS) imħallat ma '0.1 mg/mL ta' (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, il-mikroġel occluded il-mikrokanal għax-xejn reġjun. F'ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) u rata ta 'fluss, Q = 2400 μm3/s, ta' Tris-buffered saline (TBS) imħallat ma '0.1 mg/mL ta' (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, il-mikroġel occluded il-mikrokanal għax-xejn reġjun. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого растого растого растого солевого растого раствора, сорости потока, со м 1/с л (флуоресцеинизотиоцианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. F'ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) u rata ta 'fluss, Q = 2400 µm3/s, ta' Tris buffered saline (TBS) imħallat ma '0.1 mg/mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran, il-mikroġel occluded il-mikrokanal konverġenti.reġjun.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（异硫氰（异硫氰酉賴酉混合时，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) с 0,1 мешивании трис-буферного солевого раствора (TBS) с 0,1 мг/мл (Микрогели т) FITC-декстрана при ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические областова областова. Microgels pplaggjat meta Tris buffered saline (TBS) tħallat ma '0.1mg/mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran f'ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) u rata tal-fluss Q = 2400 µm3/s Reġjuni koniċi ta' mikrokanali.Il-pożizzjoni 'l quddiem Xf tal-mikroġel tiddetermina d-distanza tiegħu mill-punt inizjali ta' jinxtorob X0.Biex tinduċi l-liżi, soluzzjoni ta 'tPA ttikkettjata b'mod fluworexxenti f'TBS ġiet injettata minn kanal li jinsab ortogonalment mal-fus twil tal-mikrokanal prinċipali.
Meta s-soluzzjoni tPA laħqet l-MM okklusali, it-tarf ta 'wara tal-mikroġel sar imċajpra, li jindika li l-qsim tal-fibrin kien beda fil-ħin tlys = 0 (Fig. 3d u Supplimentari Fig. 18).Matul il-fibrinoliżi, tPA tikkettat biż-żebgħa jakkumula ġewwa l-MM u jeħel mal-fergħat tal-fibrin, li jwassal għal żieda gradwali fl-intensità tal-kulur roża tal-mikroġels.F'tlys = 60 min, l-MM jikkuntratta minħabba x-xoljiment tal-parti ta 'wara tiegħu, u l-pożizzjoni tat-tarf ta' quddiem tagħha Xf tinbidel ftit.Wara 160 min, l-MM ikkuntrattat b'mod qawwi kompla jikkuntratta, u f'tlys = 161 min, għadda minn kontrazzjoni, u b'hekk irrestawra l-fluss tal-fluwidu mill-mikrokanal (Fig. 3d u Supplimentari Fig. 18, kolonna tal-lemin).
Fuq il-fig.3e turi t-tnaqqis dipendenti fuq il-ħin medjat mill-liżi fil-volum V(tlys) normalizzat għall-volum inizjali V0 ta 'mikroġels tal-fibrin ta' daqs differenti.CO b'D0 174, 199, jew 218 µm tpoġġa f'mikrokanal b'ΔP 1200, 1800, jew 3000 Pa, rispettivament, u Q = 1860 ± 70 µm3/s biex jimblokka l-mikrokanal (Fig. 3e, daħla).nutrizzjoni.Il-mikroġels jiċkienu gradwalment sakemm ikunu żgħar biżżejjed biex jgħaddu mill-kanali.Tnaqqis fil-volum kritiku ta 'CO b'dijametru inizjali akbar jeħtieġ żmien itwal ta' liżi.Minħabba l-fluss simili permezz ta 'RMs ta' daqs differenti, il-qsim iseħħ bl-istess rata, li jirriżulta f'diġestjoni ta 'frazzjonijiet iżgħar ta' RMs akbar u t-traslokazzjoni mdewma tagħhom.Fuq il-fig.3f turi t-tnaqqis relattiv f'V(tlys)/V0 minħabba qsim għal SM, MM, u RM f'D0 = 197 ± 3 µm impinġi bħala funzjoni ta' tlys.Għal SM, MM u RM, poġġi kull mikroġel f'mikrokanal b'ΔP 400, 750 jew 1800 Pa u Q 12300, 2400 jew 1860 µm3/s, rispettivament.Għalkemm il-pressjoni applikata lill-SM kienet 4.5 darbiet inqas minn dik tal-RM, il-fluss mill-SM kien aktar minn sitt darbiet aktar b'saħħtu minħabba l-permeabilità ogħla tal-SM, u t-tnaqqis tal-mikroġel naqas minn SM għal MM u RM .Pereżempju, f'tlys = 78 min, SM l-aktar maħlul u spostat, filwaqt li MM u PM komplew jimblukkaw il-mikrokanali, minkejja li żammew biss 16% u 20% tal-volum oriġinali tagħhom, rispettivament.Dawn ir-riżultati jissuġġerixxu l-importanza ta 'liżi medjata mill-konvezzjoni ta' ġellijiet fibrużi kostretti u jikkorrelataw ma 'rapporti ta' diġestjoni aktar mgħaġġla ta 'emboli b'kontenut aktar baxx ta' fibrina.
Għalhekk, ix-xogħol tagħna juri b'mod sperimentali u teoretikament il-mekkaniżmu li bih il-ġeli filamentożi jirrispondu għal konfinament biaxjali.L-imġieba tal-ġels fibrużi fi spazju limitat hija ddeterminata mill-assimetrija qawwija tal-enerġija tat-tensjoni tal-filamenti (artab fil-kompressjoni u iebes fit-tensjoni) u biss mill-proporzjon tal-aspett u l-kurvatura tal-filamenti.Din ir-reazzjoni tirriżulta fit-titwil minimu ta 'ġellijiet fibrużi li jinsabu f'kapillari dojoq, il-proporzjon ta' Poisson biaxjali tagħhom jonqos biż-żieda fil-kompressjoni u inqas pressjoni ħafifa tal-bit.
Peress li l-konteniment biassjali ta 'partiċelli deformabbli rotob jintuża f'firxa wiesgħa ta' teknoloġiji, ir-riżultati tagħna jistimulaw l-iżvilupp ta 'materjali fibrużi ġodda.B'mod partikolari, iż-żamma biaxjali ta 'ġellijiet filamentożi f'kapillari jew tubi dojoq twassal għal kompattazzjoni qawwija tagħhom u tnaqqis qawwi fil-permeabilità.L-inibizzjoni qawwija tal-fluss tal-fluwidu permezz ta 'ġellijiet fibrużi okklużivi għandha vantaġġi meta tintuża bħala plugs biex tevita l-fsada jew tnaqqas il-provvista tad-demm għal tumuri malinni33,34,35.Min-naħa l-oħra, tnaqqis fil-fluss tal-fluwidu mill-ġell tal-fibrin okklusali, u b'hekk jinibixxi l-liżi tat-trombus medjata mill-konvettiva, jagħti indikazzjoni tal-liżi bil-mod ta 'emboli okklusali [27, 36, 37].Is-sistema tal-immudellar tagħna hija l-ewwel pass lejn il-fehim tal-implikazzjonijiet tar-rispons mekkaniku tal-idroġels tal-bijopolimeru fibruż għal żamma biaxjali.L-inkorporazzjoni taċ-ċelluli tad-demm jew tal-plejtlits f'ġels tal-fibrin ostruttivi se taffettwa l-imġieba ta 'restrizzjoni tagħhom 38 u se jkun il-pass li jmiss biex tinkixef l-imġieba ta' sistemi bijoloġikament sinifikanti aktar kumplessi.
Ir-reaġenti użati biex jippreparaw mikroġels tal-fibrin u jiffabbrikaw apparat MF huma deskritti f'Informazzjoni Supplimentari (Metodi Supplimentari Sezzjonijiet 2 u 4).Mikroġels tal-fibrin ġew ippreparati billi emulsifika soluzzjoni mħallta ta 'fibrinoġen, buffer Tris u trombina f'apparat MF li jiffoka l-fluss, segwit minn ġelazzjoni ta' qtar.Soluzzjoni ta 'fibrinoġenu bovin (60 mg/ml f'TBS), buffer Tris u soluzzjoni ta' trombina bovina (5 U/ml f'soluzzjoni ta '10 mM CaCl2) ġew amministrati bl-użu ta' żewġ pompi tas-siringi kkontrollati b'mod indipendenti (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Syring Pump).biex timblokka MF, USA).Fażi kontinwa taż-żejt F li fiha 1 wt.% kopolimeru blokk PFPE-P(EO-PO)-PFPE, ġiet introdotta fl-unità MF bl-użu tat-tielet pompa tas-siringa.Qtar ffurmati fl-apparat MF jinġabru f'tubu ċentrifugu ta' 15 ml li fih F-Oil.Poġġi t-tubi f'banju ta' l-ilma f'37 °C għal siegħa biex tlesti l-ġelazzjoni tal-fibrina.Il-mikroġels tal-fibrina ttikkettjati FITC ġew ippreparati billi tħallat fibrinoġenu bovin u fibrinoġenu uman tikkettat FITC fi proporzjon ta 'piż ta' 33:1, rispettivament.Il-proċedura hija l-istess bħal għall-preparazzjoni ta 'mikroġels tal-fibrin.
Ittrasferixxi l-mikroġels miż-żejt F għal TBS billi tiċċentrifuga t-tixrid f'185 g għal 2 min.Il-mikroġels preċipitati kienu mxerrda f'żejt F imħallat ma '20 wt.% alkoħol perfluorooctyl, imbagħad imxerred f'hexane li fih 0.5 wt.% Span 80, hexane, 0.1 wt.% Triton X fl-ilma u TBS.Fl-aħħarnett, il-mikroġels ġew imxerrda f'TBS li kien fihom 0.01% wt Tween 20 u maħżuna f'4 ° C għal madwar 1-2 ġimgħat qabel l-esperimenti.
Il-fabbrikazzjoni tal-apparat MF hija deskritta fl-Informazzjoni Supplimentari (Metodi Supplimentari Taqsima 5).F'esperiment tipiku, il-valur pożittiv ta 'ΔP huwa ddeterminat mill-għoli relattiv tal-ġibjuni konnessi qabel u wara l-apparat MF għall-introduzzjoni ta' mikroġels b'dijametru ta '150 < D0 < 270 µm fil-mikrokanali.Id-daqs mhux disturbat tal-mikroġels ġie determinat billi jiġu viżwalizzati fil-makrokanal.Il-mikroġel jieqaf f'żona konika fid-daħla tal-kostrizzjoni.Meta l-ponta tal-mikroġel anterjuri tibqa 'mhux mibdula għal 2 min, uża l-programm MATLAB biex tiddetermina l-pożizzjoni tal-mikroġel tul l-assi x.B'żieda gradwali f'ΔP, il-mikroġel jiċċaqlaq tul ir-reġjun f'forma ta 'feles sakemm jidħol fil-kostrizzjoni.Ladarba l-mikroġel jiddaħħal kompletament u kkompressat, ΔP jinżel malajr għal żero, jibbilanċja l-livell tal-ilma bejn il-ġibjuni, u l-mikroġel magħluq jibqa 'wieqaf taħt kompressjoni.It-tul tal-mikroġel ostruttiv tkejjel 30 minuta wara li waqfet il-kostrizzjoni.
Matul esperimenti ta 'fibrinoliżi, soluzzjonijiet ta' t-PA u dextran ittikkettat b'FITC jippenetraw mikroġels imblukkati.Il-fluss ta 'kull likwidu ġie mmonitorjat bl-użu ta' immaġini ta 'fluworexxenza ta' kanal wieħed.TAP ittikkettjat b'AlexaFluor 633 imwaħħal ma 'fibri tal-fibrin u akkumulat ġewwa mikroġels tal-fibrin kompressati (kanal TRITC f'Fig. 18 Supplimentari).Is-soluzzjoni tad-dextran ttikkettjata b'FITC timxi mingħajr akkumulazzjoni fil-mikroġel.
Id-dejta li tappoġġja r-riżultati ta’ dan l-istudju hija disponibbli mill-awturi rispettivi fuq talba.Immaġini SEM mhux ipproċessati ta 'ġels tal-fibrina, immaġini TEM mhux ipproċessati ta' ġellijiet tal-fibrina qabel u wara t-tilqim, u d-dejta tal-input prinċipali għall-Figuri 1 u 2. 2 u 3 huma pprovduti fil-fajl tad-dejta mhux ipproċessata.Dan l-artikolu jipprovdi d-dejta oriġinali.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. u Weisel JV fibrinoġenu u fibrin.Fil-Kumpless tal-Proteini Makromolekulari III: Struttura u Funzjoni (ed. Harris, JR u Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 ( Springer u Cham, 2021).
Bosman FT u Stamenkovich I. Struttura funzjonali u kompożizzjoni tal-matriċi extraċellulari.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Prince E. u Kumacheva E. Disinn u applikazzjoni ta 'hydrogels tal-fibra bijomimetika artifiċjali.Aħmar Matt Nazzjonali.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Immudellar netwerks polimeri semi-flessibbli.Saċerdot Mod.il-fiżika.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. u Piku, KR Immudellar mekkaniku ta 'netwerks ta' bijopolimeri semi-flessibbli: deformazzjoni mhux affine u l-preżenza ta 'dipendenzi fuq medda twila.In Advances in Soft Matter Mechanics 119–145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D, u Mahadevan L. Allinjament indott mill-istress ta 'ġels tal-kollaġen.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS, u Gianmi PA Elastiċità mhux lineari tal-bijoġels.Natura 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stress jikkontrolla l-mekkaniżmi tan-netwerk tal-kollaġen.proċess.Akkademja Nazzjonali tax-Xjenza.ix-xjenza.US 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Stress normali negattiv f'ġels tal-bijopolimeru semi-flessibbli.Alma mater nazzjonali.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Elastiċità mhux lineari ta 'netwerks tal-fibra iebsa: ebusija tar-razza, stress normali negattiv, u allinjament tal-fibra f'ġels tal-fibrin.J. Fiżika.Kimika.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML et al.Imġieba elastika ta 'netwerks ta' actin cross-linked u marbuta.Xjenza 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. et al.Mekkaniċi mhux lineari ta 'netwerks tal-fibra ottika kkontrollati bir-razza b'kontroll kritiku.Fiżika nazzjonali.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Elastiċità ta 'netwerks tal-fibra taħt prestressing uniaxial.Soft Matter 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Permeabilità idrawlika tal-embolu tad-demm bħala funzjoni tad-densità tal-fibrin u tal-plejtlits.bijofiżika.Ġurnal 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. et al.L-imġiba versatili tal-idroġels hija limitata minn kapillari dojoq.ix-xjenza.Dar 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Effett ta 'eteroġeneità patoloġika fuq l-elastografija ta' shear wave f'stadju ta 'trombożi tal-vini fil-fond.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. Kwantifikazzjoni in vivo ta 'induration dipendenti fuq il-ħin ta' emboli tad-demm bl-użu ta 'shear wave ultrasound immaġini f'mudell ta' trombożi tal-vini tal-fenek.trombu.tank tal-ħażna.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Simulazzjoni bil-kompjuter tad-dinamika tal-polimerizzazzjoni tal-fibrina fir-rigward tal-mikroskopija elettronika u l-osservazzjonijiet tat-turbidità: l-istruttura u l-assemblaġġ tal-embolu huma kkontrollati kinetikament.bijofiżika.Ġurnal 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW u Lorand, L. Oriġini strutturali tar-reoloġija tal-embolu tal-fibrin.bijofiżika.J. 77, 2813–2826 (1999).
Ħin tal-post: Frar-23-2023