Diolch am ymweld â Nature.com.Rydych chi'n defnyddio fersiwn porwr gyda chefnogaeth CSS gyfyngedig.I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu analluogi Modd Cydnawsedd yn Internet Explorer).Yn ogystal, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, rydym yn dangos y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Yn arddangos carwsél o dri sleid ar unwaith.Defnyddiwch y botymau Blaenorol a Nesaf i symud trwy dri sleid ar y tro, neu defnyddiwch y botymau llithrydd ar y diwedd i symud trwy dri sleid ar y tro.
Mae cyfyngu hydrogeliau ffibrog i gapilarïau cul yn bwysig iawn mewn systemau biolegol a biofeddygol.Astudiwyd tyndra a chywasgu unixial hydrogeliau ffibrog yn helaeth, ond mae eu hymateb i gadw biaxial mewn capilarïau yn parhau i fod heb ei archwilio.Yma, rydym yn dangos yn arbrofol ac yn ddamcaniaethol bod geliau ffilamentaidd yn ymateb yn ansoddol wahanol i gyfyngiad na geliau cadwyn hyblyg oherwydd anghymesuredd priodweddau mecanyddol y ffilamentau cyfansoddol, sy'n feddal mewn cywasgiad ac yn stiff mewn tensiwn.O dan gadw cryf, mae'r gel ffibrog yn dangos ychydig o elongation a gostyngiad asymptotig mewn cymhareb biaxial Poisson i sero, gan arwain at gywasgiad gel cryf a threiddiad hylif gwael trwy'r gel.Mae'r canlyniadau hyn yn dangos ymwrthedd thrombi occlusive estynedig i lysis gan asiantau therapiwtig ac yn ysgogi datblygiad embolization endofasgwlaidd effeithiol o geliau ffibrog i atal gwaedu fasgwlaidd neu atal cyflenwad gwaed tiwmorau.
Rhwydweithiau ffibrog yw blociau adeiladu strwythurol a swyddogaethol sylfaenol meinweoedd a chelloedd byw.Mae actin yn elfen fawr o'r cytoskeleton1;mae ffibrin yn elfen allweddol o wella clwyfau a ffurfio thrombws2, ac mae colagen, elastin a ffibronectin yn gydrannau o'r matrics allgellog yn y deyrnas anifeiliaid3.Mae rhwydweithiau wedi'u hadfer o fiopolymerau ffibrog wedi dod yn ddeunyddiau y gellir eu cymhwyso'n eang mewn peirianneg meinwe4.
Mae rhwydweithiau ffilamentaidd yn cynrychioli dosbarth ar wahân o ddeunydd meddal biolegol gyda phriodweddau mecanyddol sy'n wahanol i rwydweithiau moleciwlaidd hyblyg5.Mae rhai o'r priodweddau hyn wedi datblygu yn ystod esblygiad i reoli ymateb mater biolegol i anffurfiad6.Er enghraifft, mae rhwydweithiau ffibrog yn dangos hydwythedd llinol ar fathau bach7,8 tra, ar fathau mawr, maent yn dangos mwy o anystwythder9,10, gan gynnal cyfanrwydd meinwe felly.Nid yw goblygiadau geliau ffibrog ar gyfer priodweddau mecanyddol eraill, megis straen normal negyddol mewn ymateb i straen cneifio11,12, wedi'u darganfod eto.
Mae priodweddau mecanyddol hydrogeliau ffibrog lled-hyblyg wedi'u hastudio o dan densiwn un echelinol13,14 a chywasgu8,15, ond nid yw eu cywasgiad biaxial a achosir gan ryddid mewn capilarïau neu diwbiau cul wedi'i astudio.Yma rydym yn adrodd ar ganlyniadau arbrofol ac yn ddamcaniaethol yn cynnig mecanwaith ar gyfer ymddygiad hydrogeliau ffibrog o dan gadw biaxial mewn sianeli microhylifol.
Cynhyrchwyd microgeliau ffibrin gyda chymarebau amrywiol o grynodiadau ffibrinogen a thrombin a diamedr D0 yn amrywio o 150 i 220 µm gan ddefnyddio dull microhylifol (Ffigur Atodol 1).Ar ffig.Mae 1a yn dangos delweddau o ficrogeliau wedi'u labelu â fflworocrom a gafwyd gan ddefnyddio microsgopeg fflworoleuedd confocal (CFM).Mae'r microgels yn sfferig, mae ganddyn nhw amry-wasgedd o lai na 5%, ac maen nhw'n unffurf o ran strwythur ar draws y graddfeydd a archwiliwyd gan CFM (Gwybodaeth Atodol a Ffilmiau S1 a S2).Gostyngodd maint mandwll cyfartalog y microgels (a bennir trwy fesur athreiddedd Darcy16) o 2280 i 60 nm, cynyddodd y cynnwys ffibrin o 5.25 i 37.9 mg / mL, a gostyngodd y crynodiad thrombin o 2.56 i 0.27 uned / mL, yn y drefn honno.(Gwybodaeth Ychwanegol).Reis.2), 3 a thabl atodol 1).Mae anystwythder cyfatebol y microgel yn cynyddu o 0.85 i 3.6 kPa (Ffig Atodol 4).Fel enghreifftiau o geliau a ffurfiwyd o gadwyni hyblyg, defnyddir microgeliau agarose o wahanol anystwythder.
Delwedd microsgopeg fflworoleuedd o fflworoleuedd isothiocyanate (FITC) wedi'i labelu PM wedi'i atal yn TBS.Y raddfa bar yw 500 µm.b Delweddau SEM o SM (top) a RM (gwaelod).Bar graddfa 500 nm.c Diagram sgematig o sianel ficrohylifol sy'n cynnwys sianel fawr (diamedr dl) a rhanbarth siâp côn wedi'i gulhau ag ongl mynediad α o 15° a diamedr o dc = 65 µm.ch Chwith i'r dde: Delweddau microsgop optegol o RM (diamedr D0) mewn sianeli mawr, parth conigol a chyfyngiad (cyfyngu hyd gel Dz).Y raddfa bar yw 100 µm.e, f delweddau TEM o RM anffurf (e) ac RM wedi'i gau (f), wedi'i osod am awr gyda chyfyngiad 1/λr = 2.7, wedi'i ddilyn gan ryddhad a gosodiad o 5% o'r màs.glutaraldehyde mewn TBS.Diamedr y CO anffurfiedig yw 176 μm.Mae'r bar graddfa yn 100 nm.
Fe wnaethom ganolbwyntio ar fibrin microgels gyda chaledwch o 0.85, 1.87 a 3.6 kPa (y cyfeirir ati yma wedi hyn fel microgels meddal (SM), microgels caled canolig (MM) a microgels caled (RM), yn y drefn honno).Mae'r ystod hon o anystwythder gel ffibrin o'r un drefn maint ag ar gyfer clotiau gwaed18,19 ac felly mae'r geliau ffibrin a astudiwyd yn ein gwaith yn uniongyrchol gysylltiedig â systemau biolegol go iawn.Ar ffig.Mae 1b yn dangos y delweddau uchaf a gwaelod o'r strwythurau SM a RM a gafwyd gan ddefnyddio microsgop electron sganio (SEM), yn y drefn honno.O'i gymharu â strwythurau RM, mae rhwydweithiau SM yn cael eu ffurfio gan ffibrau mwy trwchus a llai o bwyntiau cangen, yn gyson ag adroddiadau cynharach 20, 21 (Ffig Atodol 5).Mae'r gwahaniaeth yn strwythur y hydrogel yn cyd-fynd â thueddiad ei briodweddau: mae athreiddedd y gel yn lleihau gyda maint mandwll yn lleihau o SM i MM a RM (Tabl Atodol 1), ac mae anystwythder y gel yn gwrthdroi.Ni nodwyd unrhyw newidiadau yn strwythur microgel ar ôl storio ar 4 ° C am 30 diwrnod (Ffig Atodol 6).
Ar ffig.Mae 1c yn dangos diagram o sianel microhylifol gyda chroestoriad crwn sy'n cynnwys (o'r chwith i'r dde): sianel fawr gyda diamedr dl lle mae'r microgel yn parhau i fod yn anffurfio, adran siâp côn gyda diamedr culhau dc < D0, côn -siâp adrannau a sianeli mawr gyda diamedr dl (Atodol Ffig. 7).Mewn arbrawf nodweddiadol, chwistrellwyd microgels i sianeli microhylifol ar ostyngiad pwysedd positif ΔP o 0.2-16 kPa (Ffig Atodol. 8).Mae'r amrediad pwysedd hwn yn cyfateb i bwysedd gwaed arwyddocaol yn fiolegol (120 mm Hg = 16 kPa)22.Ar ffig.Mae 1d (o'r chwith i'r dde) yn dangos delweddau cynrychioliadol o RM mewn sianeli mawr, ardaloedd conigol a chyfyngiadau.Cafodd symudiad a siâp y microgel eu cofnodi a'u dadansoddi gan ddefnyddio rhaglen MATLAB.Mae'n bwysig nodi, yn y rhanbarthau meinhau a'r cyfyngiadau, bod y microgels mewn cysylltiad cydymffurfiol â waliau'r microsianeli (Ffig Atodol 8).Mae gradd cadw rheiddiol y microgel wrth gulhau D0/dc = 1/λr yn yr ystod 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2, lle mae 1/λr yn gymhareb cywasgu.Mae'r microgel yn mynd trwy grebachu pan ΔP > ΔPtr, lle mae ΔPtr yn wahaniaeth pwysau trawsleoli.Mae hyd a maint mandyllau microgeliau sydd wedi'u cyfyngu gan biacsi yn cael eu pennu gan eu cyflwr ecwilibriwm, gan ei bod yn bwysig iawn ystyried gludedd geliau mewn systemau biolegol.Yr amser cydbwyso ar gyfer microgeliau agarose a ffibrin oedd 10 munud a 30 munud, yn y drefn honno.Ar ôl y cyfnodau hyn, cyrhaeddodd y microgeliau cyfyngedig eu safle a'u siâp sefydlog, a gafodd ei ddal gan ddefnyddio camera cyflym a'i ddadansoddi gan ddefnyddio MATLAB.
Ar ffig.Mae 1e, 1f yn dangos delweddau microsgopeg trawsyrru electron (TEM) o strwythurau RM anffurfiedig a biacsis cyfyngedig.Ar ôl cywasgu RM, gostyngodd maint mandwll microgel yn sylweddol a daeth eu siâp yn anisotropig gyda meintiau llai i gyfeiriad cywasgu, sy'n gyson ag adroddiad cynharach 23 .
Mae cywasgu deuchelinol yn ystod cyfangiad yn achosi i'r microgel ymestyn i gyfeiriad diderfyn gyda chyfernod λz = \({D}_{{{{{{\rm{z}}}}}}/\({D }_ { 0}\ ), lle \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}\) yw hyd y microgel caeedig Mae Ffigur 2a yn dangos y newid mewn λzvs .1/ λr ar gyfer microgeliau ffibrin ac agarose Yn syndod, o dan gywasgiad cryf o 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2, mae microgels ffibrin yn dangos ehangiad dibwys o 1.12 +/- 0.03 λz, a effeithir ychydig yn unig gan werth yr ymddygiad o 1/λr. microgeliau agarose cyfyngedig, a welir hyd yn oed ar gywasgiad gwannach 1/λr = 2.6 i elongation mwy λz = 1.3.
mae microgel Agarose yn arbrofi gyda modwli elastig gwahanol (2.6 kPa, diemwnt agored gwyrdd; 8.3 kPa, cylch agored brown; 12.5 kPa, sgwâr agored oren; 20.2 kPa, triongl gwrthdro agored magenta) a SM (coch solet) Newid mewn elongation mesuredig λz ( cylchoedd), MM (sgwariau du solet) ac RM (trionglau glas solet).Mae llinellau solet yn dangos yr λz a ragfynegir yn ddamcaniaethol ar gyfer agarose (llinell werdd) a microgeliau ffibrin (llinellau a symbolau o'r un lliw).b, c Panel uchaf: diagram sgematig o gadwyni rhwydwaith o agarose (b) a ffibrin (c) cyn (chwith) ac ar ôl (dde) cywasgu biaxial.Gwaelod: Siâp y rhwydwaith cyfatebol cyn ac ar ôl anffurfio.Mae'r cyfarwyddiadau cywasgu x ac y yn cael eu nodi gan magenta a saethau brown, yn y drefn honno.Yn y ffigur uchod, dangosir cadwyni o rwydweithiau sydd wedi'u gogwyddo yn y cyfarwyddiadau x ac y hyn gyda'r llinellau magenta a brown cyfatebol, ac mae cadwyni sydd wedi'u cyfeirio i gyfeiriad mympwyol z yn cael eu cynrychioli gan linellau gwyrdd.Yn y gel fibrin (c), mae'r llinellau porffor a brown yn y cyfarwyddiadau x ac y yn plygu'n fwy nag yn y cyflwr anffurfiedig, ac mae'r llinellau gwyrdd yn y cyfeiriad z yn plygu ac yn ymestyn.Mae'r tensiwn rhwng y cyfarwyddiadau cywasgu a thensiwn yn cael ei drosglwyddo trwy edafedd gyda chyfarwyddiadau canolradd.Mewn geliau agarose, mae'r cadwyni i bob cyfeiriad yn pennu'r pwysedd osmotig, sy'n cyfrannu'n sylweddol at ddadffurfiad y gel.d Newid a ragwelir yn y gymhareb biaxial Poisson, } } ^{{{{{\rm{eff}}}}}} =-{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), ar gyfer cywasgu equibiaxial o agarose (llinell werdd) a fibrin (llinell goch) geliau.Mae'r mewnosodiad yn dangos dadffurfiad biaxial y gel.e Mae newid pwysau trawsleoli ΔPtr, wedi'i normaleiddio i anystwythder gel S, wedi'i blotio fel swyddogaeth cymhareb cywasgu ar gyfer microgeliau agarose a ffibrin.Mae lliwiau'r symbol yn cyfateb i'r lliwiau yn (a).Mae'r llinellau gwyrdd a choch yn darlunio'r berthynas ddamcaniaethol rhwng ΔPtr/S ac 1/λr ar gyfer geliau agarose a ffibrin, yn y drefn honno.Mae rhan doredig y llinell goch yn dangos y cynnydd mewn ΔPtr o dan gywasgiad cryf oherwydd rhyngweithiadau rhyngffibr.
Mae'r gwahaniaeth hwn yn gysylltiedig â gwahanol fecanweithiau anffurfio rhwydweithiau fibrin a microgel agarose, sy'n cynnwys edafedd hyblyg24 ac anhyblyg25, yn y drefn honno.Mae cywasgu geliau hyblyg biaxial yn arwain at ostyngiad yn eu cyfaint a chynnydd cysylltiedig mewn crynodiad a phwysau osmotig, sy'n arwain at ymestyn y gel i gyfeiriad diderfyn.Mae ehangiad terfynol y gel yn dibynnu ar gydbwysedd cynnydd yn egni rhydd entropig y cadwyni ymestynnol a gostyngiad yn egni rhydd osmosis oherwydd y crynodiad polymer is yn y gel ymestyn.O dan gywasgiad biaxial cryf, mae elongation y gel yn cynyddu gyda λz ≈ 0.6 \({{ \ lambda}_{{ \ rm{ r}}}} ^ {-2/3}} \) (gweler Ffig. 2a yn adran drafod 5.3.3).Dangosir y newidiadau cydffurfiad mewn cadwyni hyblyg a siâp y rhwydweithiau cyfatebol cyn ac ar ôl cadw biaxial yn Ffigys.2b.
Mewn cyferbyniad, mae geliau ffibrog fel fibrin yn gynhenid yn ymateb yn wahanol i gadw biaxial.Mae'r ffilamentau sy'n canolbwyntio'n bennaf yn gyfochrog â chyfeiriad fflecs cywasgu (a thrwy hynny leihau'r pellter rhwng y croesgysylltiadau), tra bod y ffilamentau sy'n berpendicwlar yn bennaf i gyfeiriad y cywasgu yn sythu ac yn ymestyn o dan weithred y grym elastig, gan achosi'r gel i ymestyn ( Ffig. 1).2c) Nodweddwyd strwythurau'r SM, MM a RM anffurfio gan ddadansoddi eu delweddau SEM a CFM (Trafodaeth Atodol Adran IV a Ffigur Atodol 9).Trwy bennu'r modwlws elastig (E), diamedr (d), hyd proffil (R0), pellter rhwng pennau (L0 ≈ R0) ac ongl ganolog (ψ0) y llinynnau mewn microgeliau ffibrin anffurfiedig (Tabl Atodol 2) - 4), canfyddwn fod modwlws plygu'r edefyn \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4}} {4 Mae {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) gryn dipyn yn llai na'i fodwlws tynnol\({k}_{{{{{{\rm{s}}}} }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), felly kb/ks ≈ 0.1 (Tabl Atodol 4).Felly, o dan amodau cadw gel biaxial, mae llinynnau ffibrin yn hawdd eu plygu, ond yn gwrthsefyll ymestyn.Dangosir ehangiad rhwydwaith ffilamentaidd sy'n destun cywasgiad biaxial yn Ffig. 17 Atodol.
Rydym yn datblygu model affin damcaniaethol (Trafodaeth Atodol Adran V a Ffigurau Atodol 10–16) lle mae hydiad gel ffibrog yn cael ei bennu o gydbwysedd lleol y grymoedd elastig sy'n gweithredu yn y gel ac yn rhagweld, mewn straen biaxial cryf λz - 1 o dan y cyfyngiad
Mae hafaliad (1) yn dangos hyd yn oed o dan gywasgiad cryf (\({\lambda }_{{{\mbox{r)))\,\to \,0\)) mae ychydig o ehangiad gel ac anffurfiad elongation dilynol arno dirlawnder λz–1 = 0.15 ± 0.05.Mae'r ymddygiad hwn yn gysylltiedig â (i) \({ \left({k}_{{{{{\rm{b}}}}}}}/{k}_{{{{{\rm) { s }}}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0.15−0.4 a (ii) mae'r term mewn cromfachau sgwâr yn asymptotig yn fras \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 } \) ar gyfer bondiau biaxial cryf. Mae'n bwysig nodi bod y rhagffactor \({ \left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{) s))) \ iawn)}^{1/ 2 }\) ddim i'w wneud ag anystwythder yr edau E, ond dim ond yn cael ei bennu gan gymhareb agwedd yr edau d/L0 ac ongl ganolog yr arc ψ0, sy'n debyg i SM, MM a RM (Tabl Atodol 4).
Er mwyn amlygu ymhellach y gwahaniaeth mewn straen a achosir gan ryddid rhwng geliau hyblyg a ffilamentaidd, rydym yn cyflwyno cymhareb biaxial Poisson \({\nu }_{{{({\rm{b))))) }{{\ mbox { =}}} \, \matop{{ \lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{\rm{r}}}}}\i 1}\ frac{{ \ lambda } _{ {{{\rm{z}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}, \) yn disgrifio heb ei rwymo cyfeiriadedd y straen gel mewn ymateb i straen cyfartal mewn dau gyfeiriad rheiddiol, ac mae'n ymestyn hyn i straen unffurf mawr \ rm{ b }}}}}}} ^ {{ { { \ rm {eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))\) .Ar ffig.2d yn dangos \({{{{{\rm{\nu }}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}^{{{{{\rm{eff }}}}}}}\) ar gyfer cywasgu biaxial unffurf o hyblyg (fel agarose) ac anhyblyg (fel ffibrin) geliau (Trafodaeth atodol, Adran 5.3.4), ac yn amlygu'r berthynas rhwng gwahaniaethau cryf mewn ymatebion i gaethiwo. Ar gyfer geliau agarose o dan gyfyngiadau cryf mae {\rm{eff}}}}}}}\) yn cynyddu i'r gwerth asymptotig 2/3, ac ar gyfer geliau ffibrin mae'n gostwng i sero, ers lnλz/lnλr → 0, gan fod λz yn cynyddu gyda dirlawnder wrth i λr gynyddu.Sylwch, mewn arbrofion, bod microgeliau sfferig caeedig yn dadffurfio'n anhomogeneaidd, ac mae eu rhan ganolog yn profi cywasgu cryfach;fodd bynnag, mae allosod i werth mawr o 1/λr yn ei gwneud hi'n bosibl cymharu'r arbrawf â'r ddamcaniaeth ar gyfer geliau anffurfiedig unffurf.
Canfuwyd gwahaniaeth arall yn ymddygiad geliau cadwyn hyblyg a geliau ffilamentaidd oherwydd eu symudiad ar ôl crebachu.Cynyddodd y pwysedd trawsleoli ΔPtr, wedi'i normaleiddio i anystwythder gel S, gyda chywasgu cynyddol (Ffig. 2e), ond ar 2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5, dangosodd microgels ffibrin werthoedd sylweddol is o ΔPtr/S i lawr yn ystod crebachu.Mae cadw'r microgel agarose yn arwain at gynnydd mewn pwysedd osmotig, sy'n arwain at ymestyn y gel i'r cyfeiriad hydredol wrth i'r moleciwlau polymerau gael eu hymestyn (Ffig. 2b, chwith) a chynnydd mewn pwysedd trawsleoli gan ΔPtr/S ~( 1/λr)14/317.I'r gwrthwyneb, mae siâp microgels fibrin caeedig yn cael ei bennu gan gydbwysedd egni edafedd cywasgu rheiddiol a thensiwn hydredol, sy'n arwain at yr anffurfiad hydredol mwyaf λz ~ \( \ sqrt {{ k}_{ { { { { { { {}). \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{\rm{s}}}}}}}\).Ar gyfer 1/λr ≫ 1, mae'r newid mewn pwysedd trawsleoli wedi'i raddio fel 1 }{{{({\rm{ln))))))\chwith({{\lambda }}_{{{{{{\rm) {r} }}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Trafodaeth Atodol, Adran 5.4), fel y dangosir gan y llinell goch solet yn Ffig. 2e.Felly, mae ΔPtr yn llai cyfyngedig nag mewn geliau agarose.Ar gyfer cywasgiadau gyda 1/λr > 3.5, mae cynnydd sylweddol yn y ffracsiwn cyfaint o ffilamentau a rhyngweithiad ffilamentau cyfagos yn cyfyngu ar anffurfiad pellach o'r gel ac yn arwain at wyriadau canlyniadau arbrofol oddi wrth ragfynegiadau (llinell ddotiog goch yn Ffig. 2e).Rydym yn dod i'r casgliad ar gyfer yr un 1/λr a Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr}}}}}}_{{{{\rm{fibrin}}})) } }}} \) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr))))))}}_{{{{\rm{agarose}}}}} } } }} \) bydd y gel agarose yn cael ei ddal gan y microsianel, a bydd y gel ffibrin gyda'r un anystwythder yn mynd trwyddo.Ar gyfer ΔP <Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr)))))))))_{{{{\rm{fibrin)))))))))}\ ), Dau Bydd y ddau gel yn rhwystro'r sianel, ond bydd y gel ffibrin yn gwthio'n ddyfnach ac yn cywasgu'n fwy effeithiol, gan rwystro llif hylif yn fwy effeithiol.Mae'r canlyniadau a ddangosir yn Ffigur 2 yn dangos y gall y gel ffibrog wasanaethu fel plwg effeithiol i leihau gwaedu neu atal y cyflenwad gwaed i diwmorau.
Ar y llaw arall, mae ffibrin yn ffurfio sgaffald clot sy'n arwain at thrombo-emboledd, cyflwr patholegol lle mae thrombws yn cuddio llestr yn ΔP < ΔPtr, fel mewn rhai mathau o strôc isgemig (Ffig. 3a).Arweiniodd yr ehangiad gwannach o fibrinogenau ffibrin a achosir gan gyfyngiad at gynnydd cryfach mewn crynodiad ffibrin o ffibrinogen C/C o'i gymharu â geliau cadwyn hyblyg, lle mae ffibrinogen C a C yn fibrinogenau cyfyngedig a microgeliau heb eu dadffurfio, yn y drefn honno.Crynodiad polymer yn y gel.Mae Ffigur 3b yn dangos bod ffibrinogen C / C mewn SM, MM, a RM wedi cynyddu mwy na saith gwaith yn 1 / λr ≈ 4.0, wedi'i yrru gan gyfyngiad a diffyg hylif (Ffig Atodol. 16).
Darlun sgematig o achludiad y rhydweli ymennydd canol yn yr ymennydd.b Cynnydd cymharol wedi'i gyfryngu gan gyfyngiad mewn crynodiad ffibrin mewn SM rhwystrol (cylchoedd coch solet), MM (sgwariau du solet), ac RM (trionglau glas solet).c Dyluniad arbrofol a ddefnyddir i astudio holltiad geliau ffibrin cyfyngedig.Chwistrellwyd hydoddiant tPA wedi'i labelu'n fflwroleuol mewn TBS ar gyfradd llif o 5.6 × 107 µm3/s a gostyngiad pwysau ychwanegol o 0.7 Pa ar gyfer sianeli sydd wedi'u lleoli'n berpendicwlar i echel hir y brif ficrosianel.d Delwedd ficrosgopig amlsianel wedi'i chyfuno o MM rhwystrol (D0 = 200 µm) ar Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa ac yn ystod hollti.Mae llinellau dotiog fertigol yn dangos safleoedd cychwynnol ymylon ôl a blaen yr MM yn tlys = 0. Mae lliwiau gwyrdd a phinc yn cyfateb i FITC-dextran (70 kDa) a tPA wedi'u labelu â AlexaFluor633, yn y drefn honno.d Cyfaint cymharol amser-amrywio'r RMs occlud gyda D0 o 174 µm (triongl agored glas agored), 199 µm (triongl agored glas), a 218 µm (triongl agored glas), yn y drefn honno, mewn microsianel gonigol â Xf = 28 ± 1 µm.mae gan yr adrannau ΔP 1200, 1800, a 3000 Pa, yn y drefn honno, a Q = 1860 ± 70 µm3/s.Mae'r mewnosodiad yn dangos RM (D0 = 218 µm) yn plygio'r microsianel.f Amrywiad amser o gyfaint cymharol SM, MM neu RM wedi'i osod ar Xf = 32 ± 12 µm, yn ΔP 400, 750 a 1800 Pa a ΔP 12300 Pa a Q 12300 yn rhanbarth conigol y microsianel, yn y drefn honno 2400 a 18m µ3 /s.Mae Xf yn cynrychioli safle blaen y microgel ac yn pennu ei bellter o ddechrau'r crebachu.V(tlys) a V0 yw cyfaint dros dro y microgel lysed a chyfaint y microgel digyffwrdd, yn y drefn honno.Mae lliwiau'r nodau yn cyfateb i'r lliwiau yn b.Mae saethau du ar e, f yn cyfateb i eiliad olaf amser cyn i microgels fynd trwy'r microsianel.Y bar graddfa yn d, e yw 100 µm.
Er mwyn ymchwilio i effaith cyfyngiad ar leihau llif hylif ar draws geliau ffibrin rhwystrol, buom yn astudio lysis SM, MM, a RM wedi'i ymdreiddio â'r asiant thrombolytig ysgogydd plasminogen meinwe (tPA).Mae Ffigur 3c yn dangos y dyluniad arbrofol a ddefnyddiwyd ar gyfer yr arbrofion lysis. Ar ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) a chyfradd llif, Q = 2400 μm3/s, o halwynog wedi'i glustogi Tris (TBS) wedi'i gymysgu â 0.1 mg/mL o (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, cuddiodd y microgel y microsianel taprog rhanbarth. Ar ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) a chyfradd llif, Q = 2400 μm3/s, o halwynog wedi'i glustogi Tris (TBS) wedi'i gymysgu â 0.1 mg/mL o (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, cuddiodd y microgel y microsianel taprog rhanbarth. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), смолего потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), смоме анге / цеинизотиоцианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. Ar ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) a chyfradd llif, Q = 2400 µm3/s, o halwynog clustogog Tris (TBS) wedi'i gymysgu â 0.1 mg/mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran, cuddiodd y microgel y microsianel cydgyfeiriol.rhanbarth.在ΔP = 700 y flwyddyn (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μm3/s 的 Tris 缓冲盐水(TBS) 与0.1 mg/mL 的（輂硴民（輂硴氚鰼的輂硉氡尼的误混合时，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 мг/мл (флуоресцекстон) ри ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические области микроканалов. Plygiodd microgels pan gymysgwyd halwynog byffer Tris (TBS) â 0.1mg/mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran ar ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) a chyfradd llif Q = 2400 µm3/s Rhanbarthau conigol o ficrosianeli.Mae safle blaen Xf y microgel yn pennu ei bellter o'r pwynt crebachu cychwynnol X0.Er mwyn ysgogi lysis, chwistrellwyd hydoddiant tPA wedi'i labelu'n fflworoleuol mewn TBS o sianel wedi'i lleoli'n orthogonol i echel hir y brif ficrosianel.
Pan gyrhaeddodd y datrysiad tPA yr occlusal MM, daeth ymyl ôl y microgel yn niwlog, gan ddangos bod holltiad ffibrin wedi dechrau ar amser tlys = 0 (Ffig. 3d a Ffig Atodol 18).Yn ystod fibrinolysis, mae tPA wedi'i labelu â llifyn yn cronni y tu mewn i'r MM ac yn rhwymo i linynnau ffibrin, sy'n arwain at gynnydd graddol yn nwysedd lliw pinc y microgels.Ar tlys = 60 min, mae'r MM yn contractio oherwydd diddymiad ei ran gefn, ac nid yw sefyllfa ei flaen Xf yn newid fawr ddim.Ar ôl 160 munud, parhaodd y MM wedi'i gontractio'n gryf i grebachu, ac ar tlys = 161 min, cafodd grebachu, a thrwy hynny adfer llif hylif trwy'r microsianel (Ffig. 3d a Ffig Atodol 18, colofn dde).
Ar ffig.Mae 3e yn dangos y gostyngiad amser-gyfryngol lysis mewn cyfaint V(tlys) wedi'i normaleiddio i gyfaint cychwynnol V0 microgeliau ffibrin o wahanol feintiau.Rhoddwyd CO gyda D0 174, 199, neu 218 µm mewn microsianel gyda ΔP 1200, 1800, neu 3000 Pa, yn y drefn honno, a Q = 1860 ± 70 µm3/s i rwystro'r microsianel (Ffig. 3e, mewnosod).maeth.Mae'r microgels yn crebachu'n raddol nes eu bod yn ddigon bach i basio trwy'r sianeli.Mae gostyngiad yn y cyfaint critigol o CO gyda diamedr cychwynnol mwy yn gofyn am amser lysis hirach.Oherwydd y llif tebyg trwy RMs o wahanol feintiau, mae holltiad yn digwydd ar yr un gyfradd, gan arwain at dreulio ffracsiynau llai o RMs mwy a'u trawsleoli gohiriedig.Ar ffig.Mae 3f yn dangos y gostyngiad cymharol mewn V(tlys)/V0 oherwydd hollti ar gyfer SM, MM, a RM ar D0 = 197 ± 3 µm wedi'i blotio fel ffwythiant tlys.Ar gyfer SM, MM a RM, rhowch bob microgel mewn microsianel gyda ΔP 400, 750 neu 1800 Pa a Q 12300, 2400 neu 1860 µm3/s, yn y drefn honno.Er bod y pwysau a roddwyd ar y SM 4.5 gwaith yn is na'r RM, roedd y llif trwy'r SM fwy na chwe gwaith yn gryfach oherwydd athreiddedd uwch y SM, a gostyngodd crebachiad y microgel o SM i MM a RM .Er enghraifft, yn tlys = 78 min, roedd SM yn diddymu ac yn dadleoli yn bennaf, tra bod MM a PM yn parhau i glosio'r microsianeli, er gwaethaf cadw dim ond 16% ac 20% o'u cyfaint gwreiddiol, yn y drefn honno.Mae'r canlyniadau hyn yn awgrymu pwysigrwydd lysis trwy gyfrwng darfudiad o geliau ffibrog cyfyngedig ac yn cyd-fynd ag adroddiadau o dreulio clotiau'n gyflymach gyda chynnwys ffibrin is.
Felly, mae ein gwaith yn dangos yn arbrofol ac yn ddamcaniaethol y mecanwaith y mae geliau ffilamentaidd yn ei ddefnyddio i ymateb i gyfyngiad biaxial.Mae ymddygiad geliau ffibrog mewn gofod cyfyngedig yn cael ei bennu gan anghymesuredd cryf egni straen y ffilamentau (meddal mewn cywasgu a chaled mewn tensiwn) a dim ond gan gymhareb agwedd a chrymedd y ffilamentau.Mae'r adwaith hwn yn arwain at ehangiad lleiaf posibl o geliau ffibrog sydd wedi'u cynnwys mewn capilarïau cul, eu cymhareb biaxial Poisson yn lleihau gyda chywasgu cynyddol a llai o bwysau did ysgafn.
Gan fod cyfyngiant biaxial o ronynnau anffurfadwy meddal yn cael ei ddefnyddio mewn ystod eang o dechnolegau, mae ein canlyniadau'n ysgogi datblygiad deunyddiau ffibrog newydd.Yn benodol, mae cadw geliau ffilamentaidd yn biaxial mewn capilarïau neu diwbiau cul yn arwain at eu cywasgu cryf a gostyngiad sydyn mewn athreiddedd.Mae gan ataliad cryf llif hylif trwy geliau ffibrog occlusive fanteision pan gaiff ei ddefnyddio fel plygiau i atal gwaedu neu leihau'r cyflenwad gwaed i falaenau33,34,35.Ar y llaw arall, mae gostyngiad yn y llif hylif trwy'r gel ffibrin occlusal, a thrwy hynny'n atal lysis thrombws darfudol, yn rhoi arwydd o lysis araf clotiau occlusal [27, 36, 37].Ein system fodelu yw'r cam cyntaf tuag at ddeall goblygiadau ymateb mecanyddol hydrogeliau biopolymer ffibrog i gadw biaxial.Bydd ymgorffori celloedd gwaed neu blatennau mewn geliau ffibrin rhwystrol yn effeithio ar eu hymddygiad cyfyngu 38 a dyma fydd y cam nesaf ar gyfer datgelu ymddygiad systemau biolegol arwyddocaol mwy cymhleth.
Disgrifir adweithyddion a ddefnyddir i baratoi microgeliau ffibrin a ffugio dyfeisiau MF yn Gwybodaeth Atodol (Dulliau Atodol Adrannau 2 a 4).Paratowyd microgeliau ffibrin trwy emwlsio hydoddiant cymysg o ffibrinogen, byffer Tris a thrombin mewn dyfais MF sy'n canolbwyntio ar lif, ac yna gelation defnynnau.Rhoddwyd hydoddiant ffibrinogen buchol (60 mg/ml mewn TBS), byffer Tris a hydoddiant thrombin buchol (5 U/ml mewn hydoddiant CaCl2 10 mM) gan ddefnyddio dau bwmp chwistrell a reolir yn annibynnol (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Chwistrelli Pwmp).i rwystro MF, UDA).Cyflwynwyd cyfnod parhaus F-olew sy'n cynnwys 1 wt.% copolymer bloc PFPE-P (EO-PO)-PFPE, i'r uned MF gan ddefnyddio trydydd pwmp chwistrell.Cesglir defnynnau a ffurfiwyd yn y ddyfais MF mewn tiwb centrifuge 15 ml sy'n cynnwys F-olew.Rhowch y tiwbiau mewn baddon dŵr ar 37 °C am 1 awr i gwblhau gelation ffibrin.Paratowyd microgeliau ffibrin wedi'u labelu gan FITC trwy gymysgu ffibrinogen buchol a ffibrinogen dynol wedi'i labelu gan FITC mewn cymhareb pwysau 33:1, yn y drefn honno.Mae'r weithdrefn yr un fath ag ar gyfer paratoi microgeliau ffibrin.
Trosglwyddwch y microgeliau o olew F i TBS trwy allgyrchu'r gwasgariad ar 185 g am 2 funud.Gwasgarwyd y microgels gwaddod mewn olew F wedi'i gymysgu â 20 wt.% perfluorooctyl alcohol, yna gwasgaredig mewn hecsan yn cynnwys 0.5 wt.% Rhychwant 80, hecsan, 0.1 wt.% Triton X mewn dŵr a TBS.Yn olaf, gwasgarwyd y microgels mewn TBS yn cynnwys 0.01 wt% Tween 20 a'u storio ar 4 ° C am tua 1-2 wythnos cyn arbrofion.
Disgrifir gwneuthuriad y ddyfais MF yn y Wybodaeth Atodol (Dulliau Atodol Adran 5).Mewn arbrawf nodweddiadol, mae gwerth positif ΔP yn cael ei bennu gan uchder cymharol y cronfeydd dŵr sydd wedi'u cysylltu cyn ac ar ôl y ddyfais MF ar gyfer cyflwyno microgels â diamedr o 150 < D0 < 270 µm i'r microsianeli.Pennwyd maint llonydd y microgels trwy eu delweddu yn y macrosianel.Mae'r microgel yn stopio mewn man conigol wrth fynedfa'r cyfyngiad.Pan fydd blaen y microgel blaenorol yn aros yn ddigyfnewid am 2 funud, defnyddiwch y rhaglen MATLAB i bennu lleoliad y microgel ar hyd yr echelin-x.Gyda chynnydd graddol mewn ΔP, mae'r microgel yn symud ar hyd y rhanbarth siâp lletem nes iddo fynd i mewn i'r cyfyngiad.Unwaith y bydd y microgel wedi'i fewnosod a'i gywasgu'n llawn, mae ΔP yn gostwng yn gyflym i sero, gan gydbwyso lefel y dŵr rhwng y cronfeydd dŵr, ac mae'r microgel caeedig yn aros yn llonydd o dan gywasgiad.Mesurwyd hyd y microgel rhwystrol 30 munud ar ôl i'r cyfyngiad ddod i ben.
Yn ystod arbrofion ffibrinolysis, mae toddiannau o dextran â label t-PA a FITC yn treiddio i ficrogeliau sydd wedi'u blocio.Cafodd llif pob hylif ei fonitro gan ddefnyddio delweddu fflworoleuedd sianel sengl.TAP wedi'i labelu â AlexaFluor 633 ynghlwm wrth ffibrau ffibrin ac wedi'i gronni y tu mewn i fibrin-geliau ffibrin cywasgedig (sianel TRITC yn Ffig Atodol 18).Mae'r hydoddiant dextran sydd wedi'i labelu â FITC yn symud heb groniad yn y microgel.
Mae data sy'n cefnogi canlyniadau'r astudiaeth hon ar gael gan yr awduron priodol ar gais.Darperir delweddau SEM amrwd o geliau ffibrin, delweddau TEM amrwd o geliau ffibrin cyn ac ar ôl brechu, a'r prif ddata mewnbwn ar gyfer Ffigurau 1 a 2. 2 a 3 yn y ffeil data crai.Mae'r erthygl hon yn darparu'r data gwreiddiol.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. a Weisel JV ffibrinogen a ffibrin.Yn Macromoleciwlaidd Protein Complex III: Strwythur a Swyddogaeth (gol. Harris, JR a Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (Springer a Cham, 2021).
Bosman FT a Stamenkovich I. Strwythur swyddogaethol a chyfansoddiad y matrics allgellog.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Tywysog E. a Kumacheva E. Dylunio a chymhwyso hydrogeliau ffibr biomimetig artiffisial.Cenedlaethol Matt Coch.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP a Mackintosh, FC Modelu rhwydweithiau polymer lled-hyblyg.Offeiriad Mod.ffiseg.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. a Piku, KR Modelu mecanyddol o rwydweithiau biopolymer lled-hyblyg: dadffurfiad nad yw'n affin a phresenoldeb dibyniaethau hirdymor.Ymlaen Llaw mewn Mecaneg Mater Meddal 119–145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D, a Mahadevan L. Aliniad geliau colagen wedi'i achosi gan straen.PLoS Un 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS, a Gianmi PA Elastigedd aflinol biogels.Natur 435, 191–194 (2005).
Mae Likup, AJ Stress yn rheoli mecanweithiau'r rhwydwaith colagen.proses.Academi Wyddoniaeth Genedlaethol.y wyddoniaeth.UD 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Straen arferol negyddol mewn geliau biopolymer lled-hyblyg.Alma mater cenedlaethol.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Elastigedd aflinol rhwydweithiau ffibr anystwyth: caledu straen, straen normal negyddol, ac aliniad ffibr mewn geliau ffibrin.J. Ffiseg.Cemegol.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML et al.Ymddygiad elastig rhwydweithiau actin traws-gysylltiedig a rhwymedig.Gwyddoniaeth 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. et al.Mecaneg aflinol rhwydweithiau ffibr optig a reolir gan straen gyda rheolaeth gritigol.Ffiseg genedlaethol.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Elastigedd rhwydweithiau ffibr o dan bwysau unegaidd.Mater Meddal 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Athreiddedd hydrolig clotiau gwaed fel swyddogaeth dwysedd ffibrin a phlatennau.bioffiseg.Cylchgrawn 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. et al.Mae ymddygiad amlbwrpas hydrogels wedi'i gyfyngu gan gapilarïau cul.y wyddoniaeth.Ty 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Effaith heterogenedd pathologig ar elastograffeg tonnau cneifio wrth lwyfannu thrombosis gwythiennau dwfn.PLoS Un 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. In vivo meintioli cyfnod amser-ddibynnol clotiau gwaed gan ddefnyddio delweddu uwchsain tonnau cneifio mewn model thrombosis gwythiennol cwningen.thrombws.tanc storio.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Efelychu cyfrifiadurol o ddeinameg polymerization fibrin mewn perthynas â microsgopeg electron ac arsylwadau cymylogrwydd: mae strwythur clotiau a chynulliad yn cael eu rheoli'n cinetig.bioffiseg.Cylchgrawn 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW a Lorand, L. Tarddiad strwythurol rheoleg clot ffibrin.bioffiseg.J. 77, 2813–2826 (1999).
Amser post: Chwefror-23-2023