Matur nuwun kanggo ngunjungi Nature.com.Sampeyan nggunakake versi browser kanthi dhukungan CSS winates.Kanggo pengalaman paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer).Kajaba iku, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, kita nuduhake situs kasebut tanpa gaya lan JavaScript.
Nampilake carousel telung slide bebarengan.Gunakake tombol Sadurungé lan Sabanjure kanggo pindhah liwat telung minger bebarengan, utawa nggunakake tombol panggeser ing mburi kanggo pindhah liwat telung minger bebarengan.
Watesan hidrogel fibrosa kanggo kapiler sing sempit iku penting banget ing sistem biologi lan biomedis.Ketegangan lan kompresi uniaxial saka hidrogel fibrosa wis ditliti sacara ekstensif, nanging respon kanggo retensi biaxial ing kapiler tetep durung diteliti.Ing kene, kita nduduhake kanthi eksperimen lan teoritis yen gel filamen nanggapi sacara kualitatif kanthi beda kanggo kendala tinimbang gel rantai fleksibel amarga asimetri ing sifat mekanik filamen konstituen, sing alus ing kompresi lan kaku ing tension.Ing penylametan kuwat, gel fibrous nuduhake sethitik elongation lan nyuda asimtotik ing rasio biaxial Poisson kanggo nol, asil ing compaction gel kuwat lan permeation Cairan miskin liwat gel.Asil kasebut nuduhake resistensi thrombi occlusive sing digawe dowo kanggo lisis dening agen terapeutik lan ngrangsang pangembangan embolisasi endovaskular sing efektif saka gel fibrosa kanggo mungkasi pendarahan pembuluh darah utawa nyandhet pasokan getih tumor.
Jaringan fibrosa minangka blok bangunan struktural lan fungsional dhasar jaringan lan sel urip.Aktin minangka komponèn utama sitoskeleton1;fibrin minangka unsur kunci ing penyembuhan tatu lan pembentukan trombus2, lan kolagen, elastin lan fibronektin minangka komponen matriks ekstraselular ing kerajaan kewan3.Jaringan biopolimer serat sing wis pulih wis dadi bahan kanthi aplikasi sing wiyar ing teknik jaringan4.
Jaringan filamen makili kelas materi alus biologi sing kapisah kanthi sifat mekanik sing beda karo jaringan molekul fleksibel5.Sawetara sifat kasebut wis berkembang sajrone evolusi kanggo ngontrol respon materi biologi marang deformasi6.Contone, jaringan fibrous nuduhake elastisitas linear ing galur cilik7,8 nalika ing galur gedhe padha nuduhake tambah kaku9,10, saéngga njaga integritas jaringan.Implikasi kanggo sifat mekanik gel fibrosa liyane, kayata stres normal negatif kanggo nanggepi galur geser11,12, durung ditemokake.
Sifat mekanik hidrogel serat semi-fleksibel wis ditliti kanthi tension uniaksial13,14 lan kompresi8,15, nanging kompresi biaxial sing diakibatake kebebasan ing kapiler utawa tabung sempit durung diteliti.Ing kene kita nglaporake asil eksperimen lan sacara teoritis ngusulake mekanisme kanggo prilaku hidrogel fibrosa ing retensi biaxial ing saluran mikrofluida.
Mikrogel fibrin kanthi macem-macem rasio konsentrasi fibrinogen lan trombin lan diameter D0 antara 150 nganti 220 µm digawe nggunakake pendekatan mikrofluida (Tambahan Gambar 1).Ing anjir.1a nuduhake gambar mikrogel kanthi label fluorochrome sing dipikolehi nggunakake mikroskop fluoresensi confocal (CFM).Mikrogel iku bunder, duwe polydispersity kurang saka 5%, lan struktur seragam ing timbangan sing diteliti dening CFM (Informasi Tambahan lan Film S1 lan S2).Ukuran pori rata-rata mikrogel (ditemtokake kanthi ngukur permeabilitas Darcy16) mudhun saka 2280 dadi 60 nm, isi fibrin mundhak saka 5,25 dadi 37,9 mg / mL, lan konsentrasi trombin mudhun saka 2,56 dadi 0,27 unit / mL, masing-masing.(Informasi Tambahan).Gabah.2), 3 lan tabel tambahan 1).Kekakuan sing cocog saka microgel mundhak saka 0,85 dadi 3,6 kPa (Tambahan Gambar 4).Minangka conto gel sing dibentuk saka rantai fleksibel, mikrogel agarose saka macem-macem kaku digunakake.
Gambar mikroskop fluoresensi saka fluorescein isothiocyanate (FITC) kanthi label PM digantung ing TBS.Skala bar yaiku 500 µm.b SEM gambar SM (ndhuwur) lan RM (ngisor).Skala bar 500 nm.c Diagram skematis saluran mikrofluida sing kasusun saka saluran gedhe (diameter dl) lan wilayah sing bentuke kerucut sing sempit kanthi sudut mlebu α 15° lan diameter dc = 65 µm.d Ngiwa nengen: Gambar mikroskop optik RM (diameter D0) ing saluran gedhe, zona conical lan constriction (matesi dawa gel Dz).Skala bar yaiku 100 µm.e, f gambar TEM saka RM undeformed (e) lan RM occluded (f), tetep siji jam karo constriction 1 / λr = 2,7, ngiring dening release lan fiksasi 5% saka massa.glutaraldehida ing TBS.Dhiameter CO undeformed yaiku 176 μm.Skala bar yaiku 100 nm.
Kita fokus ing microgels fibrin kanthi atose 0,85, 1,87 lan 3,6 kPa (sabanjuré diarani microgels alus (SM), microgels medium hard (MM) lan microgels hard (RM).Kisaran kaku gel fibrin iki saka urutan gedhene sing padha karo gumpalan getih18,19 lan mulane gel fibrin sing diteliti ing karya kita ana hubungane langsung karo sistem biologis sing nyata.Ing anjir.1b nuduhake gambar ndhuwur lan ngisor struktur SM lan RM dijupuk nggunakake mikroskop elektron scanning (SEM), mungguh.Dibandhingake karo struktur RM, jaringan SM dibentuk dening serat sing luwih kenthel lan titik cabang sing luwih sithik, konsisten karo laporan sadurunge 20, 21 (Tambahan Gambar 5).Bentenipun ing struktur hidrogel hubungane karo gaya saka sawijining: permeabilitas gel suda karo ukuran pori mudun saka SM kanggo MM lan RM (Tabel Tambahan 1), lan kaku saka gel mbalikke.Ora ana owah-owahan ing struktur microgel sing dicathet sawise disimpen ing 4 ° C suwene 30 dina (Tambahan Gambar 6).
Ing anjir.1c nuduhake diagram saluran mikrofluida kanthi bagean salib bunder sing ngemot (saka kiwa menyang tengen): saluran gedhe kanthi diameter dl ing ngendi mikrogel tetep ora cacat, bagean berbentuk kerucut kanthi diameter sempit dc
Ing anjir.1e, 1f nuduhake transmisi elektron mikroskop (TEM) gambar struktur RM undeformed lan biaxially winates.Sawise kompresi RM, ukuran pori microgel suda sacara signifikan lan wujude dadi anisotropik kanthi ukuran sing luwih cilik ing arah kompresi, sing cocog karo laporan sadurunge 23.
Kompresi biaxial sajrone kontraksi nyebabake mikrogel manjang ing arah tanpa wates kanthi koefisien λz = \({D}_{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\), ing ngendi \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) yaiku dawa mikrogel sing ditutup Gambar 2a nuduhake owah-owahan ing λzvs .1/ λr Kanggo microgels fibrin lan agarose Aneh, ing kompresi kuat 2,4 ≤ 1 / λr ≤ 4,2, mikrogel fibrin nuduhake elongasi sing bisa diabaikan 1,12 +/- 0,03 λz, sing mung kena pengaruh saka nilai 1 / λr. mikrogel agarose winates, sing diamati sanajan ing kompresi sing luwih lemah 1/λr = 2,6 nganti elongasi sing luwih gedhe λz = 1,3.
a Eksperimen mikrogel Agarose kanthi modulus elastis sing beda (2,6 kPa, berlian mbukak ijo; 8,3 kPa, bunder mbukak coklat; 12,5 kPa, kotak terbuka oranye; 20,2 kPa, segitiga terbalik magenta mbukak) lan SM (abang padhet) Owah-owahan ing elongasi sing diukur λz ( bunderan), MM (kotak ireng padhet) lan RM (segitiga biru padhet).Garis padhet nuduhake λz sing diprediksi sacara teoritis kanggo agarose (garis ijo) lan mikrogel fibrin (garis lan simbol warna sing padha).b, c Panel ndhuwur: diagram skematik rantai jaringan agarose (b) lan fibrin (c) sadurunge (kiwa) lan sawise (tengen) kompresi biaxial.Ngisor: Wangun jaringan sing cocog sadurunge lan sawise deformasi.Arah komprèsi x lan y dituduhake kanthi panah magenta lan coklat.Ing gambar ndhuwur, rentengan jaringan oriented ing arah x lan y iki dituduhake karo magenta lan garis coklat cocog, lan rentengan oriented ing arah z sembarang diwakili dening garis ijo.Ing gel fibrin (c), garis wungu lan coklat ing arah x lan y mlengkung luwih saka ing negara undeformed, lan garis ijo ing arah z mlengkung lan babagan.Ketegangan antarane arah kompresi lan tegangan ditularake liwat benang kanthi arah penengah.Ing gel agarose, ranté ing kabeh arah nemtokake tekanan osmotik, sing menehi kontribusi sing signifikan marang deformasi gel.d Prediksi owah-owahan ing rasio Poisson biaxial, } }^{{{{\rm{eff}}}}}}}} =-{{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\), kanggo kompresi equibiaxial saka gel agarose (garis ijo) lan fibrin (garis abang).Inset nuduhake deformasi biaxial saka gel.e Owah-owahan tekanan translokasi ΔPtr, dinormalisasi dadi kaku gel S, diplot minangka fungsi rasio kompresi kanggo mikrogel agarose lan fibrin.Warna simbol cocog karo werna ing (a).Garis ijo lan abang nggambarake hubungan teoritis antarane ΔPtr / S lan 1 / λr kanggo gel agarose lan fibrin.Bagean garis abang sing pucet nuduhake kenaikan ΔPtr ing kompresi sing kuat amarga interaksi interfiber.
Bentenane iki digandhengake karo mekanisme deformasi jaringan mikrogel fibrin lan agarose sing beda-beda, sing kalebu benang fleksibel24 lan kaku25.Kompresi biaxial saka gel fleksibel nyebabake nyuda volume lan nambah konsentrasi lan tekanan osmotik sing gegandhengan, sing nyebabake elongasi gel ing arah sing ora ana watesan.Elongasi pungkasan saka gel gumantung saka keseimbangan paningkatan energi bebas entropik saka rantai sing diregangkan lan nyuda energi bebas osmosis amarga konsentrasi polimer sing luwih murah ing gel sing diregangkan.Ing kompresi biaxial kuwat, elongation saka gel mundhak karo λz ≈ 0,6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}}\) (ndeleng Fig. 2a ing bagean diskusi 5.3.3).Owah-owahan konformasi ing ranté fleksibel lan wangun jaringan sing cocog sadurunge lan sawise retensi biaxial ditampilake ing Fig.2b.
Ing kontras, gel fibrosa kayata fibrin nduweni respon beda kanggo retensi biaxial.Filamen oriented utamané podo karo kanggo arah komprèsi flex (kanthi mangkono ngurangi jarak antarane cross-links), nalika filament utamané jejeg arah komprèsi straighten lan mulet ing tumindak saka pasukan elastis, nyebabake gel kanggo elongate ( Gambar 1).2c) Struktur SM, MM lan RM sing ora cacat ditondoi kanthi nganalisa gambar SEM lan CFM (Bagian Diskusi Tambahan IV lan Gambar Tambahan 9).Kanthi nemtokake modulus elastis (E), diameter (d), dawa profil (R0), jarak antarane ujung (L0 ≈ R0) lan sudut tengah (ψ0) saka untaian ing mikrogel fibrin sing ora cacat (Tabel Tambahan 2) - 4), kita nemokake modulus lentur benang \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) luwih cilik tinimbang modulus tensile\({k}_{{{{{{\rm{s}}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), dadi kb/ks ≈ 0.1 (Tabel Tambahan 4).Mangkono, ing kahanan retensi gel biaxial, untaian fibrin gampang ditekuk, nanging nolak peregangan.Elongasi jaringan filamen sing kena kompresi biaxial ditampilake ing Gambar Tambahan 17.
Kita ngembangake model affine teoretis (Bagian Diskusi Tambahan V lan Gambar Tambahan 10-16) ing ngendi elongasi gel fibrosa ditemtokake saka keseimbangan lokal saka gaya elastis sing tumindak ing gel lan prédhiksi yen ing galur biaxial kuwat λz - 1 ing watesan
Persamaan (1) nuduhake yen sanajan ing kompresi sing kuat (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) ana ekspansi gel sing sithik lan deformasi elongasi sabanjure. saturasi λz–1 = 0,15 ± 0,05.Prilaku iki ana gegayutane karo (i) \({\ left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm { s }}}}}}}\tengen)}^{1/2}\) ≈ 0.15−0.4 lan (ii) istilah ing tanda kurung kothak asimtotik kira-kira \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) kanggo ikatan biaxial sing kuwat. Wigati dicathet menawa prefactor \({\ left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\tengen)}^{1/2 }\) ora ana hubungane karo kekakuan benang E, nanging mung ditemtokake dening rasio aspek benang d/L0 lan sudut tengah busur. ψ0, sing padha karo SM, MM lan RM (Tabel Tambahan 4).
Kanggo luwih nyorot bedane galur sing diakibatake kebebasan antarane gel fleksibel lan filamen, kita ngenalake rasio Poisson biaxial \({\nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\kanggo 1}\ frac{{\ lambda} _{ {{{{\rm{z}}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}}, \) njlentrehake tanpa wates orientasi galur gel kanggo nanggepi galur sing padha ing rong arah radial, lan ngluwihi galur seragam gedhe \ rm{b }}}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .Ing anjir.2d nuduhake \({{{{{{\rm{\nu}}}}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}}^{{{ {{\rm { eff }}}}}}}\) kanggo kompresi biaxial seragam saka gel fleksibel (kayata agarose) lan kaku (kayata fibrin) (Dhiskusi tambahan, Bagean 5.3.4), lan nyorot hubungan antarane beda sing kuat ing respon kanggo kurungan. Kanggo gel agarose ing watesan sing kuat {\rm{eff}}}}}}}}\) mundhak dadi nilai asimtotik 2/3, lan kanggo gel fibrin mudhun dadi nol, amarga lnλz/lnλr → 0, amarga λz mundhak karo saturasi nalika λr mundhak.Elinga yen ing eksperimen, mikrogel sferis ditutup kanthi ora homogen, lan bagean tengah ngalami kompresi sing luwih kuat;Nanging, ekstrapolasi kanggo nilai gedhe saka 1/λr ndadekake iku bisa kanggo mbandhingaké eksperimen karo teori kanggo gel deformed seragam.
Bedane liyane ing prilaku gel chain fleksibel lan gel filamentous ditemokake amarga gerakane nalika kontraksi.Tekanan translokasi ΔPtr, dinormalisasi dadi kaku gel S, tambah kanthi nambah kompresi (Gambar 2e), nanging ing 2.0 ≤ 1 / λr ≤ 3.5, mikrogel fibrin nuduhake nilai sing luwih murah saka ΔPtr / S nalika nyusut.Penylametan mikrogel agarose ndadékaké paningkatan tekanan osmotik, sing ndadékaké peregangan gel ing arah longitudinal nalika molekul polimer diregangkan (Gambar 2b, kiwa) lan paningkatan tekanan translokasi kanthi ΔPtr/S ~( 1/λr)14/317.Kosok baline, wangun mikrogel fibrin sing ditutup ditemtokake dening keseimbangan energi saka benang kompresi radial lan tegangan longitudinal, sing ndadékaké deformasi longitudinal maksimum λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ { \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}}\).Kanggo 1/λr ≫ 1, owah-owahan ing tekanan translokasi skala dadi 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{{\rm {r} }}}}}}}^{{-} 1} \tengen)\) (Dhiskusi Tambahan, Bagean 5.4), minangka dituduhake dening garis abang ngalangi ing Fig. 2e.Dadi, ΔPtr kurang diwatesi tinimbang ing gel agarose.Kanggo kompresi kanthi 1 / λr> 3,5, paningkatan sing signifikan ing fraksi volume filamen lan interaksi filamen tetanggan mbatesi deformasi gel luwih lan ndadékaké penyimpangan asil eksperimen saka prediksi (garis titik abang ing Fig. 2e).Kita nyimpulake yen kanggo 1/λr lan Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}}}} }_{{{{\rm{fibrin}}} sing padha)) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))}}}}_{{{{\rm{agarose}} }} } } } }} \) gel agarose bakal dijupuk dening microchannel, lan gel fibrin kanthi kaku sing padha bakal ngliwati.Kanggo ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr)))))))))_{{{{{\rm{fibrin)))))))))}\ ), Loro Loro gel bakal mblokir saluran kasebut, nanging gel fibrin bakal nyurung luwih jero lan kompres luwih efektif, ngalangi aliran cairan kanthi luwih efektif.Asil ditampilake ing Figure 2 nduduhake yen gel fibrous bisa dadi plug efektif kanggo ngurangi getihen utawa nyandhet suplai getih kanggo tumors.
Ing sisih liya, fibrin mbentuk scaffold gumpalan sing ndadékaké thromboembolism, sawijining kondisi patologis ing ngendi trombus nutup prau ing ΔP < ΔPtr, kayata ing sawetara jinis stroke iskemik (Gambar 3a).Elongasi mikrogel fibrin sing disebabake dening larangan sing luwih lemah nyebabake paningkatan konsentrasi fibrin saka fibrinogen C / C dibandhingake karo gel rantai fleksibel, ing ngendi C lan C fibrinogen diwatesi lan mikrogel sing ora cacat.Konsentrasi polimer ing gel.Gambar 3b nuduhake yen fibrinogen C / C ing SM, MM, lan RM tambah luwih saka kaping pitu ing 1 / λr ≈ 4.0, didorong dening watesan lan dehidrasi (Tambahan Gambar 16).
Ilustrasi skematis oklusi arteri serebral tengah ing otak.b Watesan-mediated mundhak relatif ing konsentrasi fibrin ing obstruktif SM (bunderan abang ngalangi), MM (kotak ireng ngalangi), lan RM (segitiga biru ngalangi).c Desain eksperimen sing digunakake kanggo nyinaoni pembelahan gel fibrin sing diwatesi.Solusi tPA berlabel fluoresensi ing TBS disuntikake kanthi laju aliran 5,6 × 107 µm3 / s lan penurunan tekanan tambahan 0,7 Pa kanggo saluran sing tegak karo sumbu dawa saluran mikro utama.d Gambar mikroskopik multichannel gabungan saka MM obstruktif (D0 = 200 µm) ing Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa lan nalika pamisah.Garis burik vertikal nuduhake posisi awal pojok mburi lan anterior MM ing tlys = 0. Werna ijo lan jambon cocog karo FITC-dextran (70 kDa) lan tPA labeled karo AlexaFluor633, mungguh.e Volume relatif RMs sing maneka warna wektu kanthi D0 174 µm (segitiga terbalik biru mbukak), 199 µm (segitiga mbukak biru), lan 218 µm (segitiga mbukak biru), ing saluran mikro kerucut kanthi Xf = 28 ± 1 µm.bagean duwe ΔP 1200, 1800, lan 3000 Pa, lan Q = 1860 ± 70 µm3/s.Inset nuduhake RM (D0 = 218 µm) plugging microchannel.f Variasi wektu volume relatif SM, MM utawa RM diselehake ing Xf = 32 ± 12 µm, ing ΔP 400, 750 lan 1800 Pa lan ΔP 12300 Pa lan Q 12300 ing wilayah conical saka microchannel, mungguh 2400 lan 18360 µm /s.Xf nggambarake posisi ngarep microgel lan nemtokake jarak saka wiwitan shrinkage.V (tlys) lan V0 minangka volume sementara saka mikrogel sing dilisensi lan volume mikrogel sing ora diganggu.Werna karakter jumbuh karo werna ing b.Panah ireng ing e, f cocog karo wayahe pungkasan sadurunge wacana microgels liwat microchannel.Bar skala ing d, e yaiku 100 µm.
Kanggo nyelidiki efek watesan babagan pengurangan aliran cairan ing gel fibrin obstruktif, kita nyinaoni lisis SM, MM, lan RM sing disusupi karo aktivator plasminogen jaringan agen trombolitik (tPA).Gambar 3c nuduhake desain eksperimen sing digunakake kanggo eksperimen lisis. Ing ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) lan laju aliran, Q = 2400 μm3 / s, saka Tris-buffered saline (TBS) dicampur karo 0,1 mg / mL saka (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, mikrogel ditutupi saluran mikro tapered wilayah. Ing ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) lan laju aliran, Q = 2400 μm3 / s, saka Tris-buffered saline (TBS) dicampur karo 0,1 mg / mL saka (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, mikrogel ditutupi saluran mikro tapered wilayah. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), смешанного смешаннол цианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. Ing ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) lan tingkat aliran, Q = 2400 µm3 / s, saka Tris buffered saline (TBS) dicampur karo 0,1 mg / mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran, microgel occluded microchannel converging.wilayah.在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) Q = 2400 μm3/s时，微凝胶堵塞了锥形微通道地区.P = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速 Q = 2400 μm3/s Микрогели закупориваются при смешивании трис-буферного солевого раствора (TBS) с 0,1 мг/мл (флуоресцеинизотио 0,1 мг/мл (флуоресцеинизотио) 0,1 мг/мл (флуоресцеинизотио) FITC-7 а (<ΔPtr) и скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические области микроканалов. Microgels dipasang nalika Tris buffered saline (TBS) dicampur karo 0.1mg / mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran ing ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) lan laju aliran Q = 2400 µm3 / s Conical wilayah microchannels.Posisi maju Xf saka microgel nemtokake jarak saka titik shrinkage awal X0.Kanggo ngindhuksi lisis, solusi tPA kanthi label fluoresensi ing TBS disuntikake saka saluran sing ana ing ortogonal menyang sumbu dawa saluran mikro utama.
Nalika solusi tPA tekan MM occlusal, pinggiran posterior microgel dadi burem, nuduhake yen cleavage fibrin wis diwiwiti ing wektu tlys = 0 (Fig. 3d lan Tambahan Fig. 18).Sajrone fibrinolisis, tPA kanthi label pewarna nglumpukake ing MM lan ngiket untaian fibrin, sing ndadékaké paningkatan bertahap ing intensitas warna jambon mikrogel.Ing tlys = 60 min, MM kontrak amarga pembubaran bagean mburi, lan posisi pinggiran anjog Xf owah-owahan sethitik.Sawise 160 menit, MM sing dikontrak banget terus dikontrak, lan ing tlys = 161 min, ngalami kontraksi, saéngga mulihake aliran cairan liwat microchannel (Gambar 3d lan Gambar Tambahan 18, kolom tengen).
Ing anjir.3e nuduhake pangurangan gumantung wektu sing dimediasi lisis ing volume V(tlys) sing dinormalisasi menyang volume awal V0 mikrogel fibrin ukuran sing beda-beda.CO kanthi D0 174, 199, utawa 218 µm diselehake ing saluran mikro kanthi masing-masing ΔP 1200, 1800, utawa 3000 Pa, lan Q = 1860 ± 70 µm3 / s kanggo mblokir saluran mikro (Gambar 3e, inset).nutrisi.Microgels mboko sithik nyusut nganti cukup cilik kanggo ngliwati saluran kasebut.Penurunan volume kritis CO kanthi diameter awal sing luwih gedhe mbutuhake wektu lisis sing luwih suwe.Amarga aliran sing padha liwat RM ukuran sing beda-beda, pembelahan dumadi kanthi tingkat sing padha, nyebabake pencernaan pecahan cilik saka RM sing luwih gedhe lan translokasi sing telat.Ing anjir.3f nuduhake pangurangan relatif ing V(tlys)/V0 amarga pamisah kanggo SM, MM, lan RM ing D0 = 197 ± 3 µm diplot minangka fungsi tlys.Kanggo SM, MM lan RM, lebokake saben mikrogel ing saluran mikro kanthi ΔP 400, 750 utawa 1800 Pa lan Q 12300, 2400 utawa 1860 µm3/s.Sanajan tekanan sing ditrapake ing SM ana 4,5 kaping luwih murah tinimbang RM, aliran liwat SM luwih saka enem kaping kuwat amarga permeabilitas SM sing luwih dhuwur, lan penyusutan microgel mudhun saka SM dadi MM lan RM. .Contone, ing tlys = 78 min, SM biasane larut lan terlantar, nalika MM lan PM terus clog microchannels, senadyan nahan mung 16% lan 20% saka volume asli, mungguh.Asil kasebut nuduhake pentinge lisis sing dimediasi konveksi saka gel fibrosa sing dikonstriksi lan ana hubungane karo laporan pencernaan bekuan sing luwih cepet kanthi isi fibrin sing luwih murah.
Mangkono, karya kita nduduhake eksperimen lan teoritis mekanisme sing gel filamen nanggapi kurungan biaxial.Prilaku gel fibrosa ing papan winates ditemtokake dening asimetri kuwat saka energi galur filamen (alus ing komprèsi lan hard ing tension) lan mung dening rasio aspek lan lengkungan filamen.Reaksi iki nyebabake elongasi minimal saka gel fibrosa sing ana ing kapiler sing sempit, rasio Poisson biaxial sing mudhun kanthi kompresi sing tambah lan tekanan bit sing luwih sithik.
Wiwit ngemot biaxial partikel sing bisa diowahi alus digunakake ing macem-macem teknologi, asil kita ngrangsang pangembangan bahan serat anyar.Utamane, penylametan biaxial saka gel filamen ing kapiler utawa tabung sing sempit nyebabake kompaksi sing kuat lan nyuda permeabilitas sing cetha.Inhibisi kuat aliran cairan liwat gel fibrous occlusive nduweni kaluwihan nalika digunakake minangka colokan kanggo nyegah getihen utawa nyuda pasokan getih kanggo malignancies33,34,35.Ing sisih liya, nyuda aliran cairan liwat gel fibrin oklusal, saéngga nyegah lisis trombus sing dimediasi konvektif, menehi indikasi lisis alon saka clots occlusal [27, 36, 37].Sistem pemodelan kita minangka langkah pisanan kanggo mangerteni implikasi saka respon mekanik hidrogel biopolimer fibrosa kanggo retensi biaxial.Nggabungake sel getih utawa trombosit menyang gel fibrin obstruktif bakal mengaruhi prilaku watesan 38 lan bakal dadi langkah sabanjure kanggo nemokake prilaku sistem biologis sing luwih kompleks.
Reagen sing digunakake kanggo nyiapake microgels fibrin lan nggawe piranti MF diterangake ing Informasi Tambahan (Bagian Metode Tambahan 2 lan 4).Mikrogel fibrin disiapake kanthi ngemulsi solusi campuran fibrinogen, buffer Tris lan thrombin ing piranti MF fokus aliran, diikuti karo gelasi tetesan.Solusi fibrinogen sapi (60 mg / ml ing TBS), buffer Tris lan solusi trombin bovine (5 U / ml ing larutan CaCl2 10 mM) diwenehake kanthi nggunakake rong pompa jarum suntik sing dikontrol kanthi mandiri (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Syring Pump).kanggo mblokir MF, USA).Fase terus-terusan lenga F sing ngemot kopolimer blok 1 wt.% PFPE-P (EO-PO) -PFPE, dilebokake ing unit MF nggunakake pompa syringe katelu.Tetesan sing dibentuk ing piranti MF diklumpukake ing tabung centrifuge 15 ml sing ngemot minyak F.Selehake tabung ing adus banyu ing suhu 37 ° C suwene 1 jam kanggo ngrampungake gelation fibrin.Mikrogel fibrin kanthi label FITC disiapake kanthi nyampur fibrinogen sapi lan fibrinogen manungsa kanthi label FITC kanthi rasio bobot 33: 1.Prosedur kasebut padha karo nyiapake microgels fibrin.
Transfer mikrogel saka lenga F menyang TBS kanthi sentrifugasi sawur ing 185 g suwene 2 menit.Mikrogel sing endapan disebarake ing lenga F sing dicampur karo alkohol perfluorooctyl 20%, banjur disebarake ing heksana sing ngemot 0,5 wt.% Span 80, heksana, 0,1 wt.% Triton X ing banyu lan TBS.Pungkasan, mikrogel disebarake ing TBS sing ngemot 0,01 wt% Tween 20 lan disimpen ing suhu 4 ° C kira-kira 1-2 minggu sadurunge eksperimen.
Fabrikasi piranti MF diterangake ing Informasi Tambahan (Metode Tambahan Bagean 5).Ing eksperimen khas, nilai positif ΔP ditemtokake dening dhuwur relatif saka reservoir sing disambungake sadurunge lan sawise piranti MF kanggo ngenalake mikrogel kanthi diameter 150 < D0 < 270 µm menyang saluran mikro.Ukuran mikrogel sing ora diganggu ditemtokake kanthi visualisasi ing saluran makro.Microgel mandheg ing area conical ing lawang menyang constriction.Nalika ujung microgel anterior tetep ora owah sajrone 2 menit, gunakake program MATLAB kanggo nemtokake posisi microgel ing sadawane sumbu x.Kanthi paningkatan bertahap ing ΔP, mikrogel pindhah ing sadawane wilayah sing bentuke baji nganti mlebu konstriksi.Sawise microgel dilebokake lan dikompres kanthi lengkap, ΔP kanthi cepet mudhun menyang nol, ngimbangi level banyu ing antarane reservoir, lan mikrogel sing ditutup tetep stasioner ing kompresi.Dawane microgel obstruktif diukur 30 menit sawise konstriksi mandheg.
Sajrone eksperimen fibrinolisis, solusi saka t-PA lan dextran label FITC nembus mikrogel sing diblokir.Aliran saben cairan dipantau kanthi nggunakake pencitraan fluoresensi saluran tunggal.TAP labeled karo AlexaFluor 633 ditempelake ing serat fibrin lan akumulasi nang compressed fibrin microgels (saluran TRITC ing Tambahan Fig. 18).Solusi dextran sing dilabeli karo FITC gerakane tanpa akumulasi ing microgel.
Data sing ndhukung asil panaliten iki kasedhiya saka penulis sing dijaluk.Gambar SEM mentah saka gel fibrin, gambar TEM mentah saka gel fibrin sadurunge lan sawise inokulasi, lan data input utama kanggo Gambar 1 lan 2. 2 lan 3 diwenehake ing file data mentah.Artikel iki nyedhiyakake data asli.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. lan Weisel JV fibrinogen lan fibrin.Ing Komplek Protein Makromolekul III: Struktur lan Fungsi (ed. Harris, JR lan Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (Springer lan Cham, 2021).
Bosman FT lan Stamenkovich I. Struktur fungsional lan komposisi matriks ekstraselular.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Pangeran E. lan Kumacheva E. Desain lan aplikasi hidrogel serat biomimetik buatan.Nasional Matt Red.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Modeling jaringan polimer semi-fleksibel.Imam Mod.fisika.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. lan Piku, KR Modeling mekanik jaringan biopolimer semi-fleksibel: deformasi non-affine lan anane dependensi jarak jauh.In Advances in Soft Matter Mechanics 119–145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D, lan Mahadevan L. Alignment gel kolagen sing disebabake stres.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS, lan Gianmi PA Nonlinier elastisitas biogel.Alam 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stress ngontrol mekanisme jaringan kolagen.proses.Akademi Ilmu Nasional.ngelmu.US 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Tekanan normal negatif ing gel biopolimer semi-fleksibel.Almamater nasional.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Elastisitas nonlinier saka jaringan serat kaku: hardening strain, stres normal negatif, lan keselarasan serat ing gel fibrin.J. Fisika.Kimia.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML et al.Prilaku elastis saka jaringan aktin sing disambung silang lan kaiket.Ilmu 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. et al.Mekanika nonlinier jaringan serat optik sing dikontrol galur kanthi kontrol kritis.Fisika nasional.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Elastisitas jaringan serat ing prategang uniaksial.Soft Matter 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Blood clot hydraulic permeability minangka fungsi fibrin lan kepadatan platelet.biofisika.Jurnal 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. et al.Prilaku serbaguna hidrogel diwatesi dening kapiler sing sempit.ngelmu.Omah 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Efek heterogenitas patologis ing elastografi gelombang geser ing pementasan trombosis vena jero.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. In vivo kuantifikasi saka indurasi gumantung wektu saka gumpalan getih nggunakake pencitraan ultrasonik gelombang geser ing model trombosis vena terwelu.trombus.tank panyimpenan.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Simulasi komputer dinamika polimerisasi fibrin ing hubungane karo mikroskop elektron lan pengamatan kekeruhan: struktur gumpalan lan perakitan dikontrol kinetik.biofisika.Jurnal 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW lan Lorand, L. Asal struktural fibrin clot rheology.biofisika.J. 77, 2813–2826 (1999).
Wektu kirim: Feb-23-2023