Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik.Siz məhdud CSS dəstəyi ilə brauzer versiyasından istifadə edirsiniz.Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi tövsiyə edirik (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq rejimini söndürün).Bundan əlavə, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün biz saytı üslub və JavaScript olmadan göstəririk.
Eyni anda üç slayddan ibarət karuseli göstərir.Eyni anda üç slayd arasında hərəkət etmək üçün Əvvəlki və Sonrakı düymələrindən istifadə edin və ya bir anda üç slayd arasında hərəkət etmək üçün sonundakı sürüşmə düymələrindən istifadə edin.
Lifli hidrogellərin dar kapilyarlarla məhdudlaşdırılması bioloji və biotibbi sistemlərdə böyük əhəmiyyət kəsb edir.Lifli hidrogellərin gərginliyi və biroxlu sıxılması geniş şəkildə tədqiq edilmişdir, lakin onların kapilyarlarda ikioxlu saxlanmaya reaksiyası tədqiq edilməmişdir.Burada biz eksperimental və nəzəri olaraq nümayiş etdiririk ki, sıxılmada yumşaq və gərginlikdə sərt olan tərkib filamentlərinin mexaniki xassələrindəki asimmetriyaya görə lifli gellər çevik zəncirli gellərə nisbətən məhdudiyyətlərə keyfiyyətcə fərqli reaksiya verir.Güclü saxlama şəraitində lifli gel az uzanma və biaxial Puasson nisbətinin sıfıra asimptotik azalması nümayiş etdirir, nəticədə gel güclü sıxışdırılır və gel vasitəsilə zəif maye keçir.Bu nəticələr uzanan okklyuziv trombların terapevtik agentlər tərəfindən lizisə qarşı müqavimətini göstərir və damar qanaxmasını dayandırmaq və ya şişlərin qan təchizatını maneə törətmək üçün lifli gellərdən effektiv endovaskulyar embolizasiyanın inkişafını stimullaşdırır.
Lifli şəbəkələr toxumaların və canlı hüceyrələrin əsas struktur və funksional tikinti bloklarıdır.Aktin sitoskeletonun əsas komponentidir1;fibrin yaraların sağalmasında və trombların əmələ gəlməsində əsas elementdir2, kollagen, elastin və fibronektin isə heyvanlar aləmində hüceyrədənkənar matrisin komponentləridir3.Lifli biopolimerlərin bərpa edilmiş şəbəkələri toxuma mühəndisliyində geniş tətbiqi olan materiallara çevrilmişdir4.
Filamentli şəbəkələr çevik molekulyar şəbəkələrdən fərqli mexaniki xassələrə malik olan bioloji yumşaq maddənin ayrıca sinifini təmsil edir5.Bu xassələrin bəziləri bioloji maddənin deformasiyaya reaksiyasını idarə etmək üçün təkamül zamanı inkişaf etmişdir6.Məsələn, lifli şəbəkələr kiçik ştammlarda7,8 xətti elastiklik nümayiş etdirir, böyük suşlarda isə artan sərtlik9,10 nümayiş etdirir və bununla da toxuma bütövlüyünü saxlayır.Lifli gellərin digər mexaniki xassələri üçün təsirlər, məsələn, kəsilmə gərginliyinə cavab olaraq mənfi normal gərginlik11,12, hələ aşkar edilməmişdir.
Yarım çevik lifli hidrogellərin mexaniki xassələri biroxlu gərilmə13,14 və sıxılma8,15 altında tədqiq edilmişdir, lakin onların dar kapilyarlarda və ya borularda sərbəstlik nəticəsində yaranan ikioxlu sıxılma tədqiq edilməmişdir.Burada biz eksperimental nəticələri bildiririk və nəzəri olaraq mikrofluidik kanallarda biaxial saxlama altında lifli hidrogellərin davranış mexanizmini təklif edirik.
Müxtəlif nisbətlərdə fibrinogen və trombin konsentrasiyaları və D0 diametri 150 ilə 220 µm arasında olan fibrin mikrogelləri mikrofluidik yanaşmadan istifadə etməklə yaradıldı (Əlavə Şəkil 1).Əncirdə.1a konfokal flüoresan mikroskopiya (CFM) istifadə edərək əldə edilmiş flüoroxrom etiketli mikrogellərin şəkillərini göstərir.Mikrogellər sferikdir, polidispersliyi 5%-dən azdır və CFM (Əlavə Məlumat və Filmlər S1 və S2) tərəfindən araşdırılan miqyasda vahid struktura malikdir.Mikrogellərin orta məsamə ölçüsü (Darsi keçiriciliyinin ölçülməsi ilə müəyyən edilir16) 2280-dən 60 nm-ə qədər azaldı, fibrin miqdarı 5,25-dən 37,9 mq/ml-ə qədər artdı və trombinin konsentrasiyası müvafiq olaraq 2,56-dan 0,27 vahid/ml-ə qədər azaldı.(Əlavə informasiya).düyü.2), 3 və əlavə cədvəl 1).Mikrogelin müvafiq sərtliyi 0,85-dən 3,6 kPa-a qədər artır (Əlavə Şəkil 4).Çevik zəncirlərdən əmələ gələn gellərə misal olaraq müxtəlif sərtliyə malik agaroz mikrogellər istifadə olunur.
TBS-də dayandırılmış PM etiketli flüoresan izotiyosiyanat (FITC) floresan mikroskopiya şəkli.Çubuğun miqyası 500 µm-dir.b SM (yuxarı) və RM (aşağı) SEM şəkilləri.Ölçək çubuğu 500 nm.c Giriş bucağı α 15° və diametri dc = 65 µm olan böyük kanaldan (diametri dl) və daralmış konusvari bölgədən ibarət mikrofluidik kanalın sxematik diaqramı.d Soldan sağa: Böyük kanallarda, konusvari zonada və daralmada (məhdud gel uzunluğu Dz) RM-nin (diametr D0) optik mikroskop şəkilləri.Çubuğun miqyası 100 µm-dir.e, f Deformasiya edilməmiş RM (e) və tıkanmış RM (f) TEM şəkilləri, 1/λr = 2.7 daralma ilə bir saat sabitlənmiş, ardınca kütlənin 5% -nin buraxılması və fiksasiyası.TBS-də qlutaraldehid.Deformasiya olunmamış CO-nun diametri 176 μm-dir.Ölçək çubuğu 100 nm-dir.
Biz sərtliyi 0,85, 1,87 və 3,6 kPa (bundan sonra müvafiq olaraq yumşaq mikrogellər (SM), orta sərt mikrogellər (MM) və sərt mikrogellər (RM) adlandırılacaq) olan fibrin mikrogellərinə diqqət yetirdik.Bu fibrin gel sərtliyi diapazonu qan laxtalanmaları ilə eyni dərəcədədir18,19 və buna görə də bizim işimizdə tədqiq olunan fibrin gelləri real bioloji sistemlərlə birbaşa əlaqəlidir.Əncirdə.Şəkil 1b, müvafiq olaraq skan edən elektron mikroskop (SEM) istifadə edərək əldə edilmiş SM və RM strukturlarının yuxarı və aşağı şəkillərini göstərir.RM strukturları ilə müqayisədə SM şəbəkələri daha qalın liflər və daha az filial nöqtələri ilə formalaşır, əvvəlki hesabatlara uyğun olaraq 20, 21 (Əlavə Şəkil 5).Hidrogelin strukturunda olan fərq onun xassələrinin tendensiyası ilə əlaqələndirilir: məsamə ölçüsünün SM-dən MM və RM-ə azalması ilə gelin keçiriciliyi azalır (Əlavə Cədvəl 1), gelin sərtliyi isə əksinə dəyişir.30 gün ərzində 4 °C-də saxlandıqdan sonra mikrogel strukturunda heç bir dəyişiklik qeyd edilmədi (Əlavə Şəkil 6).
Əncirdə.1c dairəvi en kəsiyi olan mikrofluidik kanalın diaqramını göstərir (soldan sağa): mikrogelin deformasiya olunmadığı dl diametrli böyük bir kanal, diametri dc < D0 daralması olan konus formalı kəsik, konus -formalı bölmələr və diametri dl olan böyük kanallar (Əlavə Şəkil 7).Tipik bir təcrübədə mikrogellər 0,2-16 kPa müsbət təzyiq düşməsi ΔP ilə mikrofluidik kanallara yeridildi (Əlavə Şəkil 8).Bu təzyiq diapazonu bioloji əhəmiyyətli qan təzyiqinə uyğundur (120 mm Hg = 16 kPa)22.Əncirdə.1d (soldan sağa) böyük kanallarda, konusvari sahələrdə və daralmalarda RM-nin təmsilçi şəkillərini göstərir.Mikrogelin hərəkəti və forması MATLAB proqramı vasitəsilə qeydə alınmış və təhlil edilmişdir.Nəzərə almaq lazımdır ki, daralan bölgələrdə və daralmalarda mikrogellər mikrokanalların divarları ilə uyğun təmasda olurlar (Əlavə Şəkil 8).D0/dc = 1/λr daralma zamanı mikrogelin radial tutulma dərəcəsi 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2 diapazonundadır, burada 1/λr sıxılma nisbətidir.ΔP > ΔPtr olduqda mikrogel büzülmədən keçir, burada ΔPtr translokasiya təzyiqi fərqidir.Biaxially məhdudlaşdırılmış mikrogellərin məsamələrinin uzunluğu və ölçüsü onların tarazlıq vəziyyəti ilə müəyyən edilir, çünki bioloji sistemlərdə gellərin özlülük qabiliyyətini nəzərə almaq çox vacibdir.Agaroza və fibrin mikrogelləri üçün tarazlıq müddəti müvafiq olaraq 10 dəqiqə və 30 dəqiqə olmuşdur.Bu zaman intervallarından sonra məhdud mikrogellər yüksək sürətli kamera ilə çəkilmiş və MATLAB istifadə edərək təhlil edilmiş sabit mövqe və formaya çatdılar.
Əncirdə.1e, 1f deformasiya edilməmiş və biaxially məhdud RM strukturlarının ötürücü elektron mikroskopiyasının (TEM) şəkillərini göstərir.RM sıxılmadan sonra mikrogel məsamə ölçüsü əhəmiyyətli dərəcədə azaldı və onların forması sıxılma istiqamətində daha kiçik ölçülərlə anizotrop oldu ki, bu da əvvəlki hesabata 23 uyğun gəlir.
Büzülmə zamanı ikioxlu sıxılma mikrogelin λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { əmsalı ilə qeyri-məhdud istiqamətdə uzanmasına səbəb olur. 0}\) , burada \({D}_{{{({\rm{z}}}}}}}}\) qapalı mikrogelin uzunluğu Şəkil 2a λzvs .1/ λr dəyişikliyini göstərir. fibrin və agaroz mikrogellər üçün Təəccüblüdür ki, 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2 güclü sıxılma altında fibrin mikrogelləri cüzi bir 1,12 +/- 0,03 λz uzanma göstərir ki, bu da 1/λr dəyərindən yalnız bir qədər təsirlənir. daha zəif sıxılma 1/λr = 2.6-da daha böyük uzanma λz = 1.3-də müşahidə edilən məhdud agaroz mikrogellər.
a Agaroza mikrogel müxtəlif elastik modullarla təcrübələr (2,6 kPa, yaşıl açıq almaz; 8,3 kPa, qəhvəyi açıq dairə; 12,5 kPa, narıncı açıq kvadrat; 20,2 kPa, qırmızı açıq tərs üçbucaq) və SM (bərk qırmızı) Ölçülmüş uzanmada dəyişiklik λz ( dairələr), MM (bərk qara kvadratlar) və RM (bərk mavi üçbucaqlar).Bərk xətlər agaroza (yaşıl xətt) və fibrin mikrogelləri (eyni rəngli xətlər və simvollar) üçün nəzəri olaraq proqnozlaşdırılan λz-ni göstərir.b, c Üst panel: biaxial sıxılmadan əvvəl (solda) və sonra (sağda) agaroza (b) və fibrin (c) şəbəkə zəncirlərinin sxematik diaqramı.Aşağı: Deformasiyadan əvvəl və sonra müvafiq şəbəkənin forması.x və y sıxılma istiqamətləri müvafiq olaraq magenta və qəhvəyi oxlarla göstərilir.Yuxarıdakı şəkildə, bu x və y istiqamətlərində istiqamətlənmiş şəbəkə zəncirləri müvafiq qırmızı və qəhvəyi xətlərlə, ixtiyari z istiqamətində yönəldilmiş zəncirlər isə yaşıl xətlərlə təmsil olunur.Fibrin geldə (c) x və y istiqamətlərində bənövşəyi və qəhvəyi xətlər deformasiya edilməmiş vəziyyətdə olduğundan daha çox əyilir, z istiqamətində isə yaşıl xətlər əyilib uzanır.Sıxılma və gərginlik istiqamətləri arasındakı gərginlik aralıq istiqamətləri olan iplər vasitəsilə ötürülür.Agaroz gellərində bütün istiqamətlərdə olan zəncirlər osmotik təzyiqi təyin edir ki, bu da gelin deformasiyasına mühüm töhfə verir.d İkioxlu Puasson nisbətində proqnozlaşdırılan dəyişiklik, } }^{{{{\rm{eff}}}}}} =-{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), agaroza (yaşıl xətt) və fibrin (qırmızı xətt) gellərinin bərabər eksenli sıxılması üçün.İçəridə gelin ikioxlu deformasiyası göstərilir.e Translokasiya təzyiqinin dəyişməsi ΔPtr, gel sərtliyi S-ə normallaşdırılıb, agaroza və fibrin mikrogelləri üçün sıxılma nisbətinin funksiyası kimi təsvir edilmişdir.Simvol rəngləri (a)-dakı rənglərə uyğun gəlir.Yaşıl və qırmızı xətlər müvafiq olaraq agaroza və fibrin gelləri üçün ΔPtr/S və 1/λr arasındakı nəzəri əlaqəni təsvir edir.Qırmızı xəttin kəsikli hissəsi liflərarası qarşılıqlı təsirlərə görə güclü sıxılma altında ΔPtr artımını göstərir.
Bu fərq, müvafiq olaraq flexible24 və rigid25 iplərdən ibarət olan fibrin və agaroz mikrogel şəbəkələrinin müxtəlif deformasiya mexanizmləri ilə əlaqələndirilir.Çevik gellərin iki oxlu sıxılması onların həcminin azalmasına və bununla əlaqədar konsentrasiyanın və osmotik təzyiqin artmasına gətirib çıxarır ki, bu da gelin qeyri-məhdud istiqamətdə uzanmasına gətirib çıxarır.Gelin son uzanması uzanan zəncirlərin entropik sərbəst enerjisinin artması və uzanan geldə polimerin konsentrasiyasının aşağı olması səbəbindən osmosun sərbəst enerjisinin azalması balansından asılıdır.Güclü ikioxlu sıxılma zamanı gelin uzanması λz ≈ 0,6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) ilə artır (bax. Şəkil 2a-da müzakirə bölməsi 5.3.3).Çevik zəncirlərdəki konformasiya dəyişiklikləri və biaxial saxlamadan əvvəl və sonra müvafiq şəbəkələrin forması Şek.2b.
Bunun əksinə olaraq, fibrin kimi lifli gellər biaxial tutmaya mahiyyətcə fərqli cavab verir.Filamentlər əsasən sıxılma əyilmə istiqamətinə paralel yönəldilir (bununla da çarpaz bağlar arasındakı məsafəni azaldır), sıxılma istiqamətinə əsasən perpendikulyar olan filamentlər isə elastik qüvvənin təsiri altında düzlənir və uzanır, bu da gelin uzanmasına səbəb olur ( Şəkil 1).2c) Deformasiya edilməmiş SM, MM və RM strukturları onların SEM və CFM şəkillərinin təhlili ilə xarakterizə edilmişdir (Əlavə Müzakirə Bölməsi IV və Əlavə Şəkil 9).Deformasiya olunmamış fibrin mikrogellərindəki elastik modulu (E), diametri (d), profil uzunluğunu (R0), uclar arasındakı məsafəni (L0 ≈ R0) və mərkəzi bucağını (ψ0) təyin etməklə (Əlavə Cədvəl 2) – 4), biz tapırıq ki, sapın əyilmə modulu \({k}_{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) onun dartılma modulundan əhəmiyyətli dərəcədə azdır\({k}_{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), beləliklə, kb/ks ≈ 0.1 (Əlavə Cədvəl 4).Beləliklə, biaxial gel tutma şəraitində fibrin ipləri asanlıqla bükülür, lakin uzanmağa müqavimət göstərir.İkioxlu sıxılmaya məruz qalan filamentli şəbəkənin uzanması Əlavə Şəkil 17-də göstərilmişdir.
Biz nəzəri affin modelini (Əlavə Müzakirə Bölməsi V və Əlavə Şəkillər 10-16) inkişaf etdiririk ki, burada lifli gelin uzanması geldə hərəkət edən elastik qüvvələrin yerli tarazlığından müəyyən edilir və güclü ikioxlu gərginlikdə λz - 1 məhdudiyyət altında
Tənlik (1) göstərir ki, hətta güclü sıxılma (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) altında cüzi gel genişlənməsi və sonradan uzanma deformasiyası baş verir. doyma λz–1 = 0,15 ± 0,05.Bu davranış (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{\rm) ilə əlaqədardır { s }}}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0,15−0,4 və (ii) kvadrat mötərizədə olan termin \(1{{\mbox{/}}} \sqrt-a asimptotik olaraq yaxınlaşır. { 3 }\) güclü ikioxlu bağlar üçün. Qeyd etmək vacibdir ki, prefaktor \({\left({k}_{({\mbox{b)))/{k}_{({\mbox{) s))))\right)}^{1/ 2 }\) ipin E sərtliyi ilə heç bir əlaqəsi yoxdur, ancaq yalnız d/L0 sapının aspekt nisbəti və qövsün mərkəzi bucağı ilə müəyyən edilir. ψ0, SM, MM və RM-yə bənzəyir (Əlavə Cədvəl 4).
Çevik və filamentli gellər arasında sərbəstliyə səbəb olan gərginlik fərqini daha da vurğulamaq üçün biz biaxial Puasson nisbətini təqdim edirik \({\nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}, \) qeyri-məhdudiyyəti təsvir edir iki radial istiqamətdə bərabər gərginliyə cavab olaraq gel ştammının oriyentasiyası və bunu böyük vahid ştamlara genişləndirir \ rm{b }}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}}{\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .Əncirdə.2d göstərir \({{{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}^{{{ {{\rm { eff }}}}}}}\) çevik (agaroza kimi) və sərt (fibrin kimi) gellərin vahid ikioxlu sıxılması üçün (Əlavə müzakirə, Bölmə 5.3.4) və həbsə reaksiyalardakı güclü fərqlər arasındakı əlaqəni vurğulayır. Güclü məhdudiyyətlər altında olan agaroz gelləri üçün {\rm{eff}}}}}}}}\) asimptotik qiymətə 2/3-ə qədər artır, fibrin gelləri üçün isə sıfıra enir, çünki lnλz/lnλr → 0, λz ilə artır λr artdıqca doyma.Qeyd edək ki, təcrübələrdə qapalı sferik mikrogellər qeyri-homogen şəkildə deformasiya olunur və onların mərkəzi hissəsi daha güclü sıxılmaya məruz qalır;lakin 1/λr-in böyük dəyərinə ekstrapolyasiya təcrübəni bərabər deformasiyaya uğramış gellər üçün nəzəriyyə ilə müqayisə etməyə imkan verir.
Çevik zəncirli gellərin və filamentli gellərin davranışındakı başqa bir fərq onların büzülmə zamanı hərəkətinə görə tapıldı.S gel sərtliyinə normallaşdırılan translokasiya təzyiqi ΔPtr, artan sıxılma ilə artdı (Şəkil 2e), lakin 2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5-də fibrin mikrogelləri büzülmə zamanı ΔPtr/S-nin əhəmiyyətli dərəcədə aşağı dəyərlərini göstərdi.Agaroza mikrogelin saxlanması osmotik təzyiqin artmasına gətirib çıxarır ki, bu da polimer molekulları uzandıqca uzununa istiqamətdə gelin dartılmasına gətirib çıxarır (şəkil 2b, sol) və translokasiya təzyiqinin ΔPtr/S ~( ilə artması). 1/λr)14/317.Əksinə, qapalı fibrin mikrogellərinin forması radial sıxılma və uzununa gərginlik iplərinin enerji balansı ilə müəyyən edilir ki, bu da maksimum uzununa deformasiyaya səbəb olur λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ { \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}}\).1/λr ≫ 1 üçün translokasiya təzyiqindəki dəyişiklik 1 kimi ölçülür }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{\rm) {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Əlavə Müzakirə, Bölmə 5.4), Şəkil 2e-də bərk qırmızı xətt ilə göstərildiyi kimi.Beləliklə, ΔPtr agaroz gellərə nisbətən daha az məhduddur.1/λr > 3.5 olan sıxılmalar üçün filamentlərin həcm fraksiyasının əhəmiyyətli dərəcədə artması və qonşu filamentlərin qarşılıqlı təsiri gelin daha da deformasiyasını məhdudlaşdırır və eksperimental nəticələrin proqnozlardan kənara çıxmasına gətirib çıxarır (şəkil 2e-də qırmızı nöqtəli xətt).Belə nəticəyə gəlirik ki, eyni 1/λr və Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}_{{{{\rm{fibrin}}} )) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))}}}}_{{{\rm{aqarose}} }} } } } }}\) agaroz gel mikrokanal tərəfindən tutulacaq və eyni sərtliyə malik fibrin gel ondan keçəcək.ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))))))_{{{{{\rm{fibrin)))))))))}\ üçün ), İki Hər iki gel kanalı bloklayacaq, lakin fibrin gel daha dərinə itələyəcək və daha effektiv sıxacaq, maye axınını daha effektiv şəkildə bloklayacaq.Şəkil 2-də göstərilən nəticələr göstərir ki, lifli gel qanaxmanı azaltmaq və ya şişlərə qan tədarükünü maneə törətmək üçün effektiv tıxac kimi xidmət edə bilər.
Digər tərəfdən, fibrin tromboemboliyaya, trombun bəzi işemik insultun bəzi növlərində olduğu kimi ΔP < ΔPtr-də damarı tıxadığı patoloji vəziyyətə gətirib çıxaran laxtalanma skafoldu əmələ gətirir (Şəkil 3a).Fibrin mikrogellərinin daha zəif məhdudlaşdırma nəticəsində uzanması, C və C fibrinogeninin müvafiq olaraq məhdud və deformasiya edilməmiş mikrogellər olduğu çevik zəncirli gellərlə müqayisədə C/C fibrinogenin fibrin konsentrasiyasının daha güclü artması ilə nəticələndi.Geldə polimer konsentrasiyası.Şəkil 3b göstərir ki, SM, MM və RM-də fibrinogen C/C məhdudiyyət və susuzlaşdırma ilə idarə olunan 1/λr ≈ 4.0-da yeddi dəfədən çox artmışdır (Əlavə Şəkil 16).
Beyində orta beyin arteriyasının tıxanmasının sxematik təsviri.b Obstruktiv SM (bərk qırmızı dairələr), MM (bərk qara kvadratlar) və RM (bərk mavi üçbucaqlar) da fibrin konsentrasiyasının məhdudlaşdırılması ilə nisbi artması.c Məhdud fibrin gellərinin parçalanmasını öyrənmək üçün istifadə edilən eksperimental dizayn.TBS-də flüoresan etiketli tPA məhlulu 5,6 × 107 µm3/s axın sürətində və əsas mikrokanalın uzun oxuna perpendikulyar yerləşən kanallar üçün əlavə təzyiq düşməsi 0,7 Pa ilə vuruldu.d Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa-da və parçalanma zamanı obstruktiv MM-nin (D0 = 200 µm) yığılmış çoxkanallı mikroskopik təsviri.Şaquli nöqtəli xətlər MM-nin arxa və ön kənarlarının ilkin mövqelərini tlys = 0-da göstərir. Yaşıl və çəhrayı rənglər müvafiq olaraq FITC-dekstrana (70 kDa) və AlexaFluor633 ilə etiketlənmiş tPA-ya uyğundur.e Xf = 28 ± 1 olan konusvari mikrokanalda müvafiq olaraq D0 174 µm (mavi açıq tərs üçbucaq), 199 µm (mavi açıq üçbucaq) və 218 µm (mavi açıq üçbucaq) olan tıxanmış RM-lərin zamanla dəyişən nisbi həcmi µm.bölmələr müvafiq olaraq ΔP 1200, 1800 və 3000 Pa və Q = 1860 ± 70 µm3/s-ə malikdir.İçəridə mikrokanalı bağlayan RM (D0 = 218 µm) göstərilir.f Xf = 32 ± 12 µm, mikrokanalın konusvari bölgəsində ΔP 400, 750 və 1800 Pa və ΔP 12300 Pa və Q 12300-də yerləşdirilmiş SM, MM və ya RM-nin nisbi həcminin vaxt dəyişikliyi, müvafiq olaraq 2460 µm3 və /s.Xf mikrogelin ön mövqeyini ifadə edir və büzülmə başlanğıcından onun məsafəsini təyin edir.V(tlys) və V0 müvafiq olaraq parçalanmış mikrogelin müvəqqəti həcmi və pozulmamış mikrogelin həcmidir.Xarakter rəngləri b-dəki rənglərə uyğun gəlir.e, f-də qara oxlar mikrogellərin mikrokanaldan keçməsindən əvvəl son vaxta uyğun gəlir.d, e-də miqyas çubuğu 100 µm-dir.
Məhdudiyyətin obstruktiv fibrin gellərində maye axınının azalmasına təsirini araşdırmaq üçün biz trombolitik agent toxuma plazminogen aktivatoru (tPA) ilə infiltrasiya olunmuş SM, MM və RM-nin lizisini öyrəndik.Şəkil 3c lizis təcrübələri üçün istifadə edilən eksperimental dizaynı göstərir. ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) və axın sürəti, Q = 2400 μm3/s, 0,1 mq/mL (flüoresein izotiosiyanat) FITC-Dekstran ilə qarışdırılmış Tris tamponlu şoran məhlulu (TBS) mikrogel daralmış mikrokanalı tıxadı. bölgə. ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) və axın sürəti, Q = 2400 μm3/s, 0,1 mq/mL (flüoresein izotiosiyanat) FITC-Dekstran ilə qarışdırılmış Tris tamponlu şoran məhlulu (TBS) mikrogel daralmış mikrokanalı tıxadı. bölgə. Nəticə ΔP = 700 Па (<ΔPtr) və skorosti potoka, Q = 2400 мкм3/s, tris-buferngo solevoho rastvora (TBS), smeshannoq ilə 0,1 mq/ml (fluorescenizotososianata) FITC-destrana, mikrogel qovşaqları. ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) və axın sürəti, Q = 2400 µm3/s, 0,1 mq/mL (flüoresein izotiosiyanat) FITC-dekstran ilə qarışdırılmış Tris tamponlu şoran məhlulu (TBS), mikrogel birləşən mikrokanalı bağladı.bölgə.在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μm3/s 的Tris 缓冲盐水(TBS) 与0,1 mg/mL混合时，微凝胶堵塞了锥形微通道地区。在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μm3/s了锥形微通道地区。 Mikrogeli zakuporivayutsya при смешивании tris-buferngo solevoho rastvora (TBS) ilə 0,1 mq/ml (fluoresceinotocianat) FITC-декстрана üçün ΔP = 700 Па (<ΔPtr) və skorosti potoka Q = 2400 mikrokani mikrorayonları/ region. Tris tamponlu şoran (TBS) ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) və axın sürəti Q = 2400 µm3/s-də 0,1 mq/mL (flüoresein izotiosiyanat) FITC-dekstran ilə qarışdırıldıqda mikrogellər mikrokanalların konusvari bölgələri.Mikrogelin irəli mövqeyi Xf onun ilkin büzülmə nöqtəsindən X0 məsafəsini təyin edir.Lizis əmələ gətirmək üçün əsas mikrokanalın uzun oxuna ortoqonal olaraq yerləşən kanaldan TBS-də flüoresan etiketli tPA məhlulu vuruldu.
tPA məhlulu oklüzal MM-ə çatdıqda, mikrogelin arxa kənarı bulanıq oldu, bu da fibrinin parçalanmasının tlys = 0 vaxtında başladığını göstərir (Şəkil 3d və Əlavə Şəkil 18).Fibrinoliz zamanı boya ilə işarələnmiş tPA MM daxilində toplanır və fibrin zəncirlərinə bağlanır ki, bu da mikrogellərin çəhrayı rənginin intensivliyinin tədricən artmasına səbəb olur.tlys = 60 dəqiqədə MM arxa hissəsinin əriməsi səbəbindən büzülür və onun qabaqcıl kənarının Xf mövqeyi az dəyişir.160 dəqiqədən sonra güclü büzülmüş MM büzülməyə davam etdi və tlys = 161 dəqiqədə daralma keçirdi və bununla da mikrokanaldan maye axını bərpa etdi (Şəkil 3d və Əlavə Şəkil 18, sağ sütun).
Əncirdə.Şəkil 3e, müxtəlif ölçülü fibrin mikrogellərinin V0 ilkin həcminə normallaşdırılmış V(tlys) həcmində liziz vasitəçiliyi ilə zamandan asılı azalmanı göstərir.D0 174, 199 və ya 218 µm olan CO, mikrokanalı bloklamaq üçün müvafiq olaraq ΔP 1200, 1800 və ya 3000 Pa və Q = 1860 ± 70 µm3/s olan mikrokanala yerləşdirildi (Şəkil 3e, daxil).qidalanma.Mikrogellər kanallardan keçmək üçün kifayət qədər kiçik olana qədər tədricən kiçilir.Daha böyük ilkin diametri ilə CO-nun kritik həcminin azalması daha uzun liziz müddəti tələb edir.Müxtəlif ölçülü RM-lər vasitəsilə oxşar axın sayəsində parçalanma eyni sürətlə baş verir, nəticədə daha böyük RM-lərin kiçik fraksiyalarının həzm olunması və onların translokasiyasının ləngiməsi ilə nəticələnir.Əncirdə.3f, tlys funksiyası kimi tərtib edilmiş D0 = 197 ± 3 µm-də SM, MM və RM üçün parçalanma səbəbindən V(tlys)/V0-da nisbi azalmanı göstərir.SM, MM və RM üçün hər bir mikrogeli müvafiq olaraq ΔP 400, 750 və ya 1800 Pa və Q 12300, 2400 və ya 1860 µm3/s olan mikrokanala yerləşdirin.SM-ə tətbiq olunan təzyiq RM-dən 4,5 dəfə aşağı olsa da, SM-nin daha yüksək keçiriciliyi səbəbindən SM-dən keçən axın altı dəfədən çox güclü idi və mikrogelin büzülməsi SM-dən MM və RM-ə qədər azaldı. .Məsələn, tlys = 78 dəqiqədə SM əsasən həll olundu və yerdəyişdi, MM və PM isə orijinal həcminin yalnız 16% və 20%-ni saxlamasına baxmayaraq, mikrokanalları bağlamağa davam etdi.Bu nəticələr sıxılmış lifli gellərin konveksiya vasitəçiliyi ilə lizisinin vacibliyini göstərir və aşağı fibrin məzmunlu laxtaların daha sürətli həzm olunması ilə bağlı hesabatlarla əlaqələndirilir.
Beləliklə, işimiz eksperimental və nəzəri olaraq filamentli gellərin ikioxlu qapalılığa cavab vermə mexanizmini nümayiş etdirir.Lifli gellərin məhdud məkanda davranışı filamentlərin gərginlik enerjisinin güclü asimmetriyası (sıxılmada yumşaq və gərginlikdə sərt) və yalnız filamentlərin aspekt nisbəti və əyriliyi ilə müəyyən edilir.Bu reaksiya dar kapilyarlarda olan lifli gellərin minimal uzanması ilə nəticələnir, onların biaxial Puasson nisbəti artan sıxılma və daha az yüngül bit təzyiqi ilə azalır.
Yumşaq deformasiyaya uğrayan hissəciklərin ikioxlu saxlanması texnologiyalarının geniş spektrində istifadə edildiyi üçün bizim nəticələrimiz yeni lifli materialların işlənməsini stimullaşdırır.Xüsusilə, dar kapilyarlarda və ya borularda filamentli gellərin biaxial saxlanması onların güclü sıxılmasına və keçiriciliyin kəskin azalmasına səbəb olur.Qanamanın qarşısını almaq və ya bədxassəli şişlərə qan tədarükünü azaltmaq üçün tıxac kimi istifadə edildikdə, okklyuziv lifli gellər vasitəsilə maye axınının güclü maneə törətməsi üstünlüklərə malikdir33,34,35.Digər tərəfdən, oklüzal fibrin gel vasitəsilə maye axınının azalması, bununla da konvektiv vasitəçiliyə malik tromb lizisini maneə törədir, oklüzal laxtaların yavaş lizisini göstərir [27, 36, 37].Modelləşdirmə sistemimiz lifli biopolimer hidrogellərin biaxial saxlanmaya mexaniki reaksiyasının nəticələrini anlamaq yolunda ilk addımdır.Qan hüceyrələrinin və ya trombositlərin obstruktiv fibrin gellərinə daxil edilməsi onların məhdudlaşdırıcı davranışına təsir edəcək 38 və daha mürəkkəb bioloji əhəmiyyətli sistemlərin davranışının aşkarlanmasında növbəti addım olacaq.
Fibrin mikrogellərinin hazırlanması və MF cihazlarının istehsalı üçün istifadə olunan reagentlər Əlavə Məlumatda (Əlavə Metodlar Bölmə 2 və 4) təsvir edilmişdir.Fibrin mikrogelləri, fibrinogen, Tris tamponu və trombinin qarışıq məhlulunu axın fokuslayan MF cihazında emulsiya edərək, ardınca damlacıqla jelləşdirmə yolu ilə hazırlanmışdır.Sığır fibrinogen məhlulu (TBS-də 60 mq/ml), Tris buferi və iribuynuzlu heyvan trombin məhlulu (10 mM CaCl2 məhlulunda 5 U/ml) iki müstəqil idarə olunan şpris nasosundan (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Şpris Pompası) istifadə edilərək tətbiq edilmişdir.MF-ni bloklamaq, ABŞ).Tərkibində 1 ağırlıq % blok kopolimeri PFPE-P(EO-PO)-PFPE olan F-yağ fasiləsiz faza üçüncü şpris nasosundan istifadə edərək MF qurğusuna daxil edilmişdir.MF cihazında əmələ gələn damcılar F-yağ olan 15 ml-lik sentrifuqa borusunda toplanır.Fibrin jelləşməsini tamamlamaq üçün boruları 1 saat 37 °C-də su banyosuna qoyun.FITC etiketli fibrin mikrogelləri müvafiq olaraq 33:1 çəki nisbətində iribuynuzlu heyvan fibrinogenini və FITC etiketli insan fibrinogenini qarışdırmaqla hazırlanmışdır.Prosedur fibrin mikrogellərinin hazırlanması ilə eynidir.
Dispersiyanı 185 q-da 2 dəqiqə sentrifuqa etməklə mikrogelləri yağ F-dən TBS-ə köçürün.Çöküntülü mikrogellər 20 wt.% perfluorooctyl spirti ilə qarışdırılmış F yağında dispers edildi, sonra suda və TBS-də 0.5 wt.% Span 80, heksan, 0.1 wt. Triton X olan heksanda dispers edildi.Nəhayət, mikrogellər 0,01 wt% Tween 20 olan TBS-də dispers edildi və təcrübələrdən təxminən 1-2 həftə əvvəl 4°C-də saxlanıldı.
MF cihazının istehsalı Əlavə Məlumatda təsvir edilmişdir (Əlavə Metodlar Bölmə 5).Tipik bir təcrübədə, ΔP-nin müsbət dəyəri mikrokanallara diametri 150 < D0 < 270 µm olan mikrogellərin daxil edilməsi üçün MF cihazından əvvəl və sonra birləşdirilmiş rezervuarların nisbi hündürlüyü ilə müəyyən edilir.Mikrogellərin pozulmamış ölçüsü onları makrokanalda vizuallaşdırmaqla müəyyən edilmişdir.Mikrogel daralmanın girişində konusvari sahədə dayanır.Ön mikrogelin ucu 2 dəqiqə dəyişməz qaldıqda, x oxu boyunca mikrogelin mövqeyini müəyyən etmək üçün MATLAB proqramından istifadə edin.ΔP-nin pilləli artması ilə mikrogel daralmaya daxil olana qədər paz formalı bölgə boyunca hərəkət edir.Mikrogel tam daxil edildikdən və sıxıldıqdan sonra ΔP sürətlə sıfıra enir, rezervuarlar arasında suyun səviyyəsini tarazlayır və qapalı mikrogel sıxılma altında sabit qalır.Obstruktiv mikrogelin uzunluğu sıxılma dayandırıldıqdan 30 dəqiqə sonra ölçüldü.
Fibrinoliz təcrübələri zamanı t-PA və FITC etiketli dekstran məhlulları bloklanmış mikrogellərə nüfuz edir.Hər bir mayenin axını tək kanallı flüoresan görüntüləmə ilə izlənildi.AlexaFluor 633 ilə etiketlənmiş TAP fibrin liflərinə yapışdırılmış və sıxılmış fibrin mikrogellərində yığılmışdır (Əlavə Şəkil 18-də TRITC kanalı).FITC ilə etiketlənmiş dekstran məhlulu mikrogeldə yığılmadan hərəkət edir.
Bu tədqiqatın nəticələrini dəstəkləyən məlumatlar sorğu əsasında müvafiq müəlliflərdən əldə edilə bilər.Fibrin gellərinin xam SEM şəkilləri, peyvənddən əvvəl və sonra fibrin gellərinin xam TEM şəkilləri və Şəkil 1 və 2. 2 və 3 üçün əsas giriş məlumatları xam məlumat faylında verilir.Bu məqalə orijinal məlumatları təqdim edir.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. və Weisel JV fibrinogen və fibrin.Makromolekulyar Protein Kompleksində III: Struktur və Funksiya (red. Harris, JR və Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (Springer və Cham, 2021).
Bosman FT və Stamenkoviç I. Hüceyrədənkənar matrisin funksional strukturu və tərkibi.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Prince E. və Kumacheva E. Süni biomimetik lifli hidrogellərin dizaynı və tətbiqi.Milli Matt Red.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Yarı çevik polimer şəbəkələrinin modelləşdirilməsi.Priest Mod.fizika.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. and Piku, KR Yarım çevik biopolimer şəbəkələrinin mexaniki modelləşdirilməsi: qeyri-affin deformasiya və uzunmüddətli asılılıqların mövcudluğu.Yumşaq Maddə Mexanikasında İrəliləyişlərdə 119-145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D və Mahadevan L. Kollagen gellərinin stresslə uyğunlaşması.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS və Gianmi PA Biogellərin qeyri-xətti elastikliyi.Təbiət 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stress kollagen şəbəkəsinin mexanizmlərini idarə edir.proses.Milli Elmlər Akademiyası.elm.US 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Yarım elastik biopolimer gellərində mənfi normal gərginlik.Milli alma mater.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Sərt lif şəbəkələrinin qeyri-xətti elastikliyi: deformasiyanın sərtləşməsi, mənfi normal gərginlik və fibrin gellərində liflərin düzülməsi.J. Fizika.Kimyəvi.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML et al.Çapraz bağlı və bağlı aktin şəbəkələrinin elastik davranışı.Elm 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. et al.Kritik idarəetmə ilə gərginliklə idarə olunan fiber optik şəbəkələrin qeyri-xətti mexanikası.Milli fizika.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Biroxlu ön gərginlik altında lif şəbəkələrinin elastikliyi.Soft Matter 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Fibrin və trombosit sıxlığının bir funksiyası olaraq qan laxtasının hidravlik keçiriciliyi.biofizika.Jurnal 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. və başqaları.Hidrogellərin çox yönlü davranışı dar kapilyarlarla məhdudlaşır.elm.Ev 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Patoloji heterojenliyin dərin damar trombozunun mərhələlərində kəsici dalğa elastoqrafiyasına təsiri.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. Dovşan venoz tromboz modelində kəsici dalğa ultrasəs görüntüləməsindən istifadə edərək, qan laxtalarının zamandan asılı dayanıqlığının in vivo kəmiyyəti.tromb.saxlama çəni.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Elektron mikroskopiya və bulanıqlıq müşahidələri ilə əlaqədar fibrin polimerləşmə dinamikasının kompüter simulyasiyası: laxtanın quruluşu və yığılması kinetik olaraq idarə olunur.biofizika.Jurnal 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW və Lorand, L. Fibrin laxtasının reologiyasının struktur mənşəyi.biofizika.J. 77, 2813–2826 (1999).
Göndərmə vaxtı: 23 fevral 2023-cü il