Dankon pro vizito de Nature.com.Vi uzas retumilon kun limigita CSS-subteno.Por la plej bona sperto, ni rekomendas, ke vi uzu ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu Kongruo-Reĝimon en Internet Explorer).Krome, por certigi daŭran subtenon, ni montras la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Montras karuselon de tri diapozitivoj samtempe.Uzu la butonojn Antaŭa kaj Sekva por moviĝi tra tri diapozitivoj samtempe, aŭ uzu la glitilbutonojn ĉe la fino por moviĝi tra tri diapozitivoj samtempe.
La limigo de fibrecaj hidroĝeloj al mallarĝaj kapilaroj estas de granda graveco en biologiaj kaj biomedicinaj sistemoj.Streĉiteco kaj unuaksa kunpremado de fibrecaj hidroĝeloj estis grandskale studitaj, sed ilia respondo al biaksa reteno en kapilaroj restas neesplorita.Ĉi tie, ni pruvas eksperimente kaj teorie, ke filamentaj ĝeloj respondas kvalite malsame al limo ol flekseblaj ĉenaj ĝeloj pro la malsimetrio en la mekanikaj trajtoj de la konsistigaj filamentoj, kiuj estas molaj en kunpremado kaj rigidaj en streĉiteco.Sub forta reteno, la fibreca ĝelo elmontras malmulte da plilongiĝo kaj asimptota malkresko en biaksa rilatumo de Poisson al nul, rezultigante fortan ĝelkompaktiĝon kaj malbonan likvan trapenetron tra la ĝelo.Ĉi tiuj rezultoj indikas la reziston de streĉitaj okluzivaj tromboj al lizo de terapiaj agentoj kaj stimulas la disvolviĝon de efika endovaskula emboligo de fibrecaj ĝeloj por ĉesigi angian sangadon aŭ malhelpi la sangoprovizon de tumoroj.
Fibraj retoj estas la bazaj strukturaj kaj funkciaj konstrubriketoj de histoj kaj vivantaj ĉeloj.Aktino estas ĉefa komponanto de la citoskeleto1;fibrino estas ŝlosila elemento en vundkuracado kaj tromboformado2, kaj kolageno, elastino kaj fibronektino estas komponantoj de la eksterĉela matrico en la besta regno3.Reakiritaj retoj de fibrecaj biopolimeroj fariĝis materialoj kun larĝaj aplikoj en hista inĝenierado4.
Filamentaj retoj reprezentas apartan klason de biologia mola materio kun mekanikaj trajtoj kiuj estas diferencaj de flekseblaj molekulaj retoj5.Kelkaj el tiuj trajtoj evoluis en la kurso de evoluo por kontroli la respondon de biologia materio al deformado6.Ekzemple, fibrecaj retoj montras linearan elastecon ĉe malgrandaj trostreĉoj7,8 dum ĉe grandaj trostreĉoj ili elmontras pliigitan rigidecon9,10, tiel konservante histan integrecon.La implicoj por aliaj mekanikaj trajtoj de fibrecaj ĝeloj, kiel negativa normala streso en respondo al tonda streĉo11,12, ankoraŭ ne estas malkovritaj.
La mekanikaj trajtoj de duonflekseblaj fibrecaj hidroĝeloj estis studitaj sub unuaksa streĉiĝo13,14 kaj kunpremado8,15, sed ilia liberec-induktita duaksa kunpremado en mallarĝaj kapilaroj aŭ tuboj ne estis studitaj.Ĉi tie ni raportas eksperimentajn rezultojn kaj teorie proponas mekanismon por la konduto de fibroj hidroĝeloj sub duaksa reteno en mikrofluidaj kanaloj.
Fibrinaj mikroĝeloj kun diversaj proporcioj de fibrinogeno kaj trombina koncentriĝo kaj D0-diametro intervalanta de 150 ĝis 220 µm estis generitaj uzante mikrofluidan aliron (Suplementa Bildo 1).Sur fig.1a montras bildojn de fluorokromaj etikeditaj mikroĝeloj akiritaj per konfokusa fluoreskeca mikroskopio (CFM).La mikroĝeloj estas sferaj, havas polidisperson de malpli ol 5%, kaj estas unuformaj en strukturo trans la skvamoj ekzamenitaj de CFM (Suplementaj Informoj kaj Filmoj S1 kaj S2).La meza pora grandeco de la mikroĝeloj (determinita per mezurado de la Darcy-permeablo16) malpliiĝis de 2280 ĝis 60 nm, la fibrinenhavo pliiĝis de 5,25 ĝis 37,9 mg/mL, kaj la trombina koncentriĝo malpliiĝis de 2,56 ĝis 0,27 ekzempleroj/mL, respektive.(Kromaj Informoj).Rizo.2), 3 kaj suplementa tabelo 1).La responda rigideco de la mikroĝelo pliiĝas de 0,85 ĝis 3,6 kPa (Suplementa Fig. 4).Kiel ekzemploj de ĝeloj formitaj de flekseblaj ĉenoj, agarozaj mikroĝeloj de diversaj rigidecoj estas uzitaj.
Fluoreskecmikroskopiobildo de fluoreskeinizotiocianato (FITC) etikedita PM suspendita en TBS.La stanga skalo estas 500 µm.b SEM-bildoj de SM (supre) kaj RM (malsupre).Skalstango 500 nm.c Skema diagramo de mikrofluida kanalo konsistanta el granda kanalo (diametro dl) kaj malvastigita konusforma regiono kun enira angulo α de 15° kaj diametro de dc = 65 µm.d De maldekstre al dekstre: Optikaj mikroskopbildoj de RM (diametro D0) en grandaj kanaloj, konusa zono kaj konstrikto (limigante ĝellongon Dz).La stanga skalo estas 100 µm.e, f TEM-bildoj de neformita RM (e) kaj okluzita RM (f), fiksitaj dum unu horo kun konstrikto 1/λr = 2.7, sekvita de liberigo kaj fiksado de 5% de la maso.glutaraldehido en TBS.La diametro de la nedeformita CO estas 176 μm.La skalstango estas 100 nm.
Ni koncentriĝis pri fibrinaj mikroĝeloj kun malmoleco de 0.85, 1.87 kaj 3.6 kPa (ĉi-poste nomataj molaj mikroĝeloj (SM), meze malmolaj mikroĝeloj (MM) kaj malmolaj mikroĝeloj (RM), respektive.Ĉi tiu gamo de rigideco de fibrina ĝelo estas de la sama grandordo kiel por sangokoagulaĵoj18,19 kaj tial la fibrinĝeloj studitaj en nia laboro estas rekte rilataj al realaj biologiaj sistemoj.Sur fig.1b montras la suprajn kaj malsuprajn bildojn de la SM kaj RM-strukturoj akiritaj per skana elektrona mikroskopo (SEM), respektive.Kompare al RM-strukturoj, SM-retoj estas formitaj de pli dikaj fibroj kaj malpli da branĉaj punktoj, kongruaj kun pli fruaj raportoj 20, 21 (Suplementa Fig. 5).La diferenco en la strukturo de la hidroĝelo korelacias kun la tendenco de ĝiaj propraĵoj: la permeablo de la ĝelo malpliiĝas kun malpliiĝanta pora grandeco de SM al MM kaj RM (Aldona Tabelo 1), kaj la rigideco de la ĝelo inversiĝas.Neniuj ŝanĝoj en mikroĝela strukturo estis notitaj post konservado je 4 °C dum 30 tagoj (Suplementa Fig. 6).
Sur fig.1c montras diagramon de mikrofluida kanalo kun cirkla sekco enhavanta (de maldekstre dekstren): grandan kanalon kun diametro dl en kiu la mikroĝelo restas neformita, konusforma sekcio kun mallarĝiĝo en diametro dc < D0, konuso. -formaj sekcioj kaj grandaj kanaloj kun diametro dl (Suplementa Fig. 7).En tipa eksperimento, mikroĝeloj estis injektitaj en mikrofluidajn kanalojn ĉe pozitiva premofalo ΔP de 0.2-16 kPa (Suplementa Fig. 8).Ĉi tiu prema gamo respondas al biologie signifa sangopremo (120 mm Hg = 16 kPa)22.Sur fig.1d (de maldekstre dekstren) montras reprezentajn bildojn de RM en grandaj kanaloj, konusaj areoj kaj konstriktoj.La movado kaj formo de la mikroĝelo estis registritaj kaj analizitaj uzante la MATLAB-programon.Gravas noti, ke en la mallarĝaj regionoj kaj konstriktoj, la mikroĝeloj estas en konforma kontakto kun la muroj de la mikrokanaloj (Suplementa Fig. 8).La grado da radiala reteno de la mikroĝelo ĉe mallarĝigo D0/dc = 1/λr estas en la intervalo 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2, kie 1/λr estas la densigproporcio.La mikroĝelo travivas ŝrumpadon kiam ΔP > ΔPtr, kie ΔPtr estas la translokiga premdiferenco.La longo kaj grandeco de la poroj de duakse limigitaj mikroĝeloj estas determinitaj memstare ekvilibroŝtato, ĉar estas grave enkalkuli la viskoelastikecon de ĝeloj en biologiaj sistemoj.La ekvilibriga tempo por agarozaj kaj fibrinaj mikroĝeloj estis 10 min kaj 30 min, respektive.Post tiuj tempointervaloj, la limigitaj mikroĝeloj atingis sian stabilan pozicion kaj formon, kiuj estis kaptitaj per altrapida fotilo kaj analizitaj per MATLAB.
Sur fig.1e, 1f montras transmisiajn elektronmikroskopiajn (TEM) bildojn de neformitaj kaj duakse limigitaj RM-strukturoj.Post RM-kunpremado, la mikroĝela pora grandeco signife malpliiĝis kaj ilia formo iĝis anizotropa kun pli malgrandaj grandecoj en la direkto de kunpremo, kio kongruas kun pli frua raporto 23 .
Duaksa kunpremado dum kuntiriĝo igas la mikroĝelon plilongiĝi en senlima direkto kun koeficiento λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\) , kie \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) estas la longo de la fermita mikroĝelo Figuro 2a montras la ŝanĝon en λzvs .1/ λr por fibrina kaj agarozaj mikroĝeloj.Mirinde, sub forta kunpremo de 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, fibrinaj mikroĝeloj montras nekonsiderindan plilongiĝon de 1,12 +/- 0,03 λz, kiu estas nur iomete tuŝita de la valoro de 1/λr la konduto. limigitaj agarozaj mikroĝeloj, kiuj estas observitaj eĉ ĉe pli malforta kunpremado 1/λr = 2.6 al pli granda plilongiĝo λz = 1.3.
a Agarose-mikroĝelo eksperimentas kun malsamaj elastaj moduloj (2.6 kPa, verda malferma diamanto; 8.3 kPa, bruna malferma cirklo; 12.5 kPa, oranĝa malferma kvadrato; 20.2 kPa, magenta malferma inversa triangulo) kaj SM ( solida ruĝa) Ŝanĝo en mezurita plilongiĝo λz ( cirkloj), MM (solidaj nigraj kvadratoj) kaj RM (solidaj bluaj trianguloj).Solidaj linioj montras la teorie antaŭdiritajn λz por agarozo (verda linio) kaj fibrinmikroĝeloj (linioj kaj simboloj de la sama koloro).b, c Supra panelo: skema diagramo de retĉenoj de agarozo (b) kaj fibrino (c) antaŭ (maldekstre) kaj post (dekstre) duaksa kunpremado.Fundo: Formo de la responda reto antaŭ kaj post deformado.La x kaj y kunpremaddirektoj estas indikitaj per magenta kaj bruna sagoj, respektive.En la supra figuro, ĉenoj de retoj orientitaj en tiuj x kaj y-direktoj estas montritaj kun la ekvivalentaj magenta kaj brunaj linioj, kaj ĉenoj orientitaj en arbitra z-direkto estas reprezentitaj per verdaj linioj.En la fibrina ĝelo (c), la purpuraj kaj brunaj linioj en la x kaj y-direktoj fleksas pli ol en la neformita stato, kaj la verdaj linioj en la z-direkto fleksiĝas kaj streĉiĝas.La streĉiĝo inter la direktoj de kunpremo kaj streĉiĝo estas transdonita per fadenoj kun mezaj direktoj.En agarozĝeloj, la ĉenoj en ĉiuj direktoj determinas la osmozan premon, kiu faras signifan kontribuon al la deformado de la ĝelo.d Antaŭdirita ŝanĝo en duaksa proporcio de Poisson, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), por ekbiaksa kunpremado de agarozo (verda linio) kaj fibrino (ruĝa linio) ĝeloj.La enmetaĵo montras la duaksan deformadon de la ĝelo.e Translokiga premoŝanĝo ΔPtr, normaligita al ĝela rigideco S, estas punktskribita kiel funkcio de densigproporcio por agarozo kaj fibrinmikroĝeloj.La simbolkoloroj respondas al la koloroj en (a).La verdaj kaj ruĝaj linioj prezentas la teorian rilaton inter ΔPtr/S kaj 1/λr por agarozo kaj fibrinĝeloj, respektive.La strekita parto de la ruĝa linio montras la pliiĝon en ΔPtr sub forta kunpremo pro interfibraj interagoj.
Tiu diferenco estas rilata al malsamaj mekanismoj de deformado de fibrino kaj agarozaj mikroĝelaj retoj, kiuj konsistas el flekseblaj24 kaj rigidaj25 fadenoj, respektive.Duaksa kunpremado de flekseblaj ĝeloj kondukas al malpliigo de ilia volumeno kaj rilata pliigo de koncentriĝo kaj osmoza premo, kio kondukas al plilongigo de la ĝelo en senlima direkto.La fina plilongigo de la ĝelo dependas de la ekvilibro de pliiĝo en la entropika libera energio de la streĉitaj ĉenoj kaj malkresko de la libera energio de osmozo pro la pli malalta polimerkoncentriĝo en la streĉita ĝelo.Sub forta duaksa kunpremado, la plilongigo de la ĝelo pliiĝas kun λz ≈ 0.6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (vidu Fig. 2a en diskutsekcio 5.3.3).La konformaj ŝanĝoj en flekseblaj ĉenoj kaj la formo de la ekvivalentaj retoj antaŭ kaj post duaksa reteno estas montritaj en Figoj.2b.
En kontrasto, fibrecaj ĝeloj kiel ekzemple fibrino esence respondas alimaniere al biaksa reteno.La filamentoj orientitaj ĉefe paralele al la direkto de kunpremado fleksas (tiel reduktante la distancon inter la kruc-ligiloj), dum la filamentoj ĉefe perpendikularaj al la direkto de kunpremado rektiĝas kaj streĉas sub la ago de la elasta forto, igante la ĝelon plilongiĝi ( Fig. 1).2c) La strukturoj de la neformitaj SM, MM kaj RM estis karakterizitaj per analizado de siaj SEM kaj CFM-bildoj (Suplementa Diskuto-Sekcio IV kaj Suplementa Figuro 9).Determinante la elastan modulon (E), diametron (d), profillongon (R0), distancon inter finoj (L0 ≈ R0) kaj centran angulon (ψ0) de la fadenoj en neformitaj fibrinaj mikroĝeloj (Aldona Tabelo 2) - 4), ni trovas tiun fadenfleksadmodulon \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) estas signife malpli granda ol sia streĉa modulo\({k}_{{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), do kb/ks ≈ 0.1 (Aldona Tabelo 4).Tiel, sub kondiĉoj de duaksa ĝela reteno, fibrinfadenoj estas facile fleksitaj, sed rezistas streĉadon.La plilongigo de filamentosa reto submetita al duaksa kunpremo estas montrita en Suplementa Fig. 17.
Ni disvolvas teorian afinan modelon (Suplementa Diskuto-Sekcio V kaj Suplementaj Figuroj 10–16) en kiu la plilongigo de fibreca ĝelo estas determinita de la loka ekvilibro de la elastaj fortoj agantaj en la ĝelo kaj antaŭdiras, ke en forta duaksa streĉo λz - 1 sub la limo
Ekvacio (1) montras, ke eĉ sub forta kunpremo (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) estas eta ĝela ekspansio kaj posta plilongiga deformado sur saturiĝo λz–1 = 0,15 ± 0,05.Ĉi tiu konduto rilatas al (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm { s }}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0,15−0,4 kaj (ii) la termino en kvadrataj krampoj asimptote proksimumas \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) por fortaj duaksaj ligoj. Gravas noti, ke la antaŭfaktoro \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\right)}^{1/ 2 }\) havas nenion komunan kun la rigideco de la fadeno E, sed estas determinita nur per la proporcio de la fadeno d/L0 kaj la centra angulo de la arko ψ0, kiu estas simila al SM, MM kaj RM (Aldona Tabelo 4).
Por plue reliefigi la diferencon en liberec-induktita trostreĉiĝo inter flekseblaj kaj filamentaj ĝeloj, ni enkondukas la duaksan rilatumon de Poisson \({\nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}}, \) priskribas nelimigitan orientiĝo de ĝeltrostreĉiĝo en respondo al egala streĉiĝo en du radialaj direktoj, kaj etendas tion al grandaj uniformaj trostreĉoj \ rm{b }}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .Sur fig.2d montras \({{{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}^{{{ {{\rm { eff }}}}}}}\) por unuforma duaksa kunpremo de flekseblaj (kiel ekzemple agarozo) kaj rigidaj (kiel ekzemple fibrino) ĝeloj (Aldona diskuto, Sekcio 5.3.4), kaj elstarigas la rilaton inter fortaj diferencoj en respondoj al enfermo. Por agarozĝeloj sub fortaj restriktoj {\rm{eff}}}}}}}}\) pliiĝas al la asimptota valoro 2/3, kaj por fibrinĝeloj ĝi malpliiĝas al nulo, ĉar lnλz/lnλr → 0, ĉar λz pliiĝas kun saturiĝo kiam λr pliiĝas.Notu ke en eksperimentoj, fermitaj sferaj mikroĝeloj misformiĝas malhomogene, kaj ilia centra parto spertas pli fortan kunpremadon;tamen, ekstrapolo al granda valoro de 1/λr ebligas kompari la eksperimenton kun la teorio por unuforme misformitaj ĝeloj.
Alia diferenco en la konduto de flekseblaj ĉenĝeloj kaj filamentozaj ĝeloj estis trovita pro ilia movado sur kuntiriĝo.La transloka premo ΔPtr, normaligita al ĝela rigideco S, pliiĝis kun kreskanta kunpremo (Fig. 2e), sed ĉe 2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5, fibrinaj mikroĝeloj montris signife pli malaltajn valorojn de ΔPtr/S malsupren dum ŝrumpado.Reteno de la agarosa mikroĝelo kondukas al pliiĝo en osmoza premo, kiu kondukas al la etendado de la ĝelo laŭ la longituda direkto kiam la polimermolekuloj estas etenditaj (Fig. 2b, maldekstre) kaj pliiĝo en translokiga premo per ΔPtr/S ~( 1/λr)14/317.Male, la formo de fermitaj fibrinaj mikroĝeloj estas determinita de la energibilanco de la fadenoj de radiala kunpremo kaj longituda streĉiĝo, kiu kondukas al la maksimuma longituda deformado λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ { \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).Por 1/λr ≫ 1, la ŝanĝo en translokpremo estas skalita kiel 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{{\rm {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Suplementa Diskuto, Sekcio 5.4), kiel montrite per la solida ruĝa linio en Fig. 2e.Tiel, ΔPtr estas malpli limigita ol en agarozĝeloj.Por kunpremoj kun 1/λr > 3.5, signifa pliiĝo en la volumena frakcio de filamentoj kaj la interago de najbaraj filamentoj limigas plian deformadon de la ĝelo kaj kondukas al devioj de eksperimentaj rezultoj de antaŭdiroj (ruĝa punktita linio en Fig. 2e).Ni konkludas, ke por la sama 1/λr kaj Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}_{{{{\rm{fibrino}}} )) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr))))))}}}_{{{{\rm{agarozo}} }} } } } }}\) la agarosa ĝelo estos kaptita de la mikrokanalo, kaj la fibrina ĝelo kun la sama rigideco trairos ĝin.Por ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))))))_{{{{{\rm{fibrino)))))))))}\ ), Du Ambaŭ ĝeloj blokos la kanalon, sed la fibrina ĝelo puŝos pli profunde kaj kunpremos pli efike, blokante fluidan fluon pli efike.La rezultoj montritaj en Figuro 2 pruvas, ke la fibreca ĝelo povas funkcii kiel efika ŝtopilo por redukti sangadon aŭ malhelpi la sangoprovizon al tumoroj.
Aliflanke, fibrino formas koagulan eŝafodon, kiu kondukas al tromboembolismo, patologia kondiĉo en kiu trombo okludas vazon ĉe ΔP < ΔPtr, kiel ekzemple en iuj specoj de iskemia streko (Fig. 3a).La pli malforta restrikto-induktita plilongigo de fibrinmikroĝeloj rezultigis pli fortan pliiĝon en fibrinkoncentriĝo de C/C-fibrinogeno kompare kun flekseblaj ĉenaj ĝeloj, kie C kaj C-fibrinogeno estas limigitaj kaj neformitaj mikroĝeloj, respektive.Polimera koncentriĝo en la ĝelo.Figuro 3b montras, ke fibrinogeno C / C en SM, MM kaj RM pliiĝis pli ol sep-oble ĉe 1 / λr ≈ 4.0, pelita de limigo kaj dehidratiĝo (Suplementa Fig. 16).
Skema ilustraĵo de okludo de la meza cerba arterio en la cerbo.b Restrikto-mediata relativa pliiĝo en fibrinkoncentriĝo en obstrukca SM (solidaj ruĝaj cirkloj), MM (solidaj nigraj kvadratoj), kaj RM (solidaj bluaj trianguloj).c Eksperimenta dezajno uzita por studi la fendon de limigitaj fibrinĝeloj.Solvo de fluoreske etikedita tPA en TBS estis injektita kun flukvanto de 5.6 × 107 µm3/s kaj kroma premofalo de 0.7 Pa por kanaloj situantaj perpendikulare al la longa akso de la ĉefa mikrokanalo.d Kunigita multikanala mikroskopa bildo de obstrukca MM (D0 = 200 µm) ĉe Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa kaj dum disigo.Vertikalaj punktlinioj montras la komencajn poziciojn de la malantaŭaj kaj antaŭaj randoj de la MM ĉe tlys = 0. Verdaj kaj rozkoloraj koloroj respondas al FITC-dextrano (70 kDa) kaj tPA etikedita kun AlexaFluor633, respektive.e Temp-varia relativa volumeno de fermitaj RMoj kun D0 de 174 µm (blua malferma inversa triangulo), 199 µm (blua malferma triangulo), kaj 218 µm (blua malferma triangulo), respektive, en konusa mikrokanalo kun Xf = 28 ± 1 µm.la sekcioj havas ΔP 1200, 1800, kaj 3000 Pa, respektive, kaj Q = 1860 ± 70 µm3/s.La enmetaĵo montras RM (D0 = 218 µm) ŝtopantan la mikrokanalon.f Tempovario de la relativa volumeno de SM, MM aŭ RM metita ĉe Xf = 32 ± 12 µm, ĉe ΔP 400, 750 kaj 1800 Pa kaj ΔP 12300 Pa kaj Q 12300 en la konusa regiono de la mikrokanalo, respektive 2400 kaj µm3860 /s.Xf reprezentas la antaŭan pozicion de la mikroĝelo kaj determinas ĝian distancon de la komenco de ŝrumpado.V(tlys) kaj V0 estas la provizora volumeno de la lizita mikroĝelo kaj la volumeno de la neĝenata mikroĝelo, respektive.La signokoloroj respondas al la koloroj en b.Nigraj sagoj sur e, f egalrilatas al la lasta momento de tempo antaŭ la trairejo de mikroĝeloj tra la mikrokanalo.La skalstango en d, e estas 100 µm.
Por esplori la efikon de limigo al fluida fluo-redukto tra malhelpaj fibrinaj ĝeloj, ni studis la lizon de SM, MM kaj RM infiltritan per la trombolita agenta histo-plasminogen-aktiviganto (tPA).Figuro 3c montras la eksperimentan dezajnon uzatan por la lizeksperimentoj. Je ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) kaj flukvanto, Q = 2400 μm3/s, de Tris-bufrita salo (TBS) miksita kun 0.1 mg/mL da (fluorescein-izotiocianato) FITC-Dextran, la mikroĝelo okludis la pintigitan mikrokanalon. regiono. Je ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) kaj flukvanto, Q = 2400 μm3/s, de Tris-bufrita salo (TBS) miksita kun 0.1 mg/mL da (fluorescein-izotiocianato) FITC-Dextran, la mikroĝelo okludis la pintigitan mikrokanalon. regiono. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствого растого солевого раствора, сош мн раствора, соствора л (флуоресцеинизотиоцианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. Je ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) kaj flukvanto, Q = 2400 µm3/s, de Tris bufrita salo (TBS) miksita kun 0.1 mg/mL (fluoresceinizotiocianato) FITC-dextrano, la mikroĝelo okludis la konverĝan mikrokanalon.regiono.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（异硫氰酖异硫氰酡-FITC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 мешивании (Микрогели т) FITC-декстрана при ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические областова областова. Mikroĝeloj ŝtopiĝis kiam Tris bufrita salo (TBS) estis miksita kun 0.1mg/mL (fluorescein-izotiocianato) FITC-dextrano ĉe ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) kaj flukvanto Q = 2400 µm3/s Konusaj regionoj de mikrokanaloj.La antaŭa pozicio Xf de la mikroĝelo determinas sian distancon de la komenca kuntiriĝpunkto X0.Por indukti lizon, solvo de fluoreske etikedita tPA en TBS estis injektita de kanalo situanta ortogonale al la longa akso de la ĉefa mikrokanalo.
Kiam la tPA-solvo atingis la okluzan MM, la malantaŭa rando de la mikroĝelo malklariĝis, indikante, ke fibrina fendado komenciĝis je la tempo tlys = 0 (Fig. 3d kaj Suplementa Fig. 18).Dum fibrinolizo, tinkturfarb-etikedita tPA akumuliĝas ene de la MM kaj ligas al fibrinfadenoj, kio kondukas al laŭpaŝa pliiĝo en la intenseco de la rozkolora koloro de la mikroĝeloj.Je tlys = 60 min, la MM kontraktiĝas pro la dissolvo de sia malantaŭa parto, kaj la pozicio de ĝia antaŭa rando Xf malmulte ŝanĝas.Post 160 min, la forte kontraktita MM daŭre kontraktis, kaj ĉe tlys = 161 min, ĝi suferis kuntiriĝon, tiel restarigante fluidan fluon tra la mikrokanalo (Fig. 3d kaj Suplementa Fig. 18, dekstra kolumno).
Sur fig.3e montras la liz-mediaciitan temp-dependan malkreskon en volumeno V (tlys) normaligita al la komenca volumeno V0 de malsamaj grandaj fibrinmikroĝeloj.CO kun D0 174, 199, aŭ 218 µm estis metita en mikrokanalon kun ΔP 1200, 1800, aŭ 3000 Pa, respektive, kaj Q = 1860 ± 70 µm3/s por bloki la mikrokanalon (Fig. 3e, enmetita).nutrado.La mikroĝeloj iom post iom ŝrumpas ĝis ili estas sufiĉe malgrandaj por pasi tra la kanaloj.Malkresko en la kritika volumeno de CO kun pli granda komenca diametro postulas pli longan liztempon.Pro la simila fluo tra malsamgrandaj RMoj, interfendo okazas kun la sama rapideco, rezultigante digestadon de pli malgrandaj frakcioj de pli grandaj RMoj kaj ilia malfrua translokado.Sur fig.3f montras la relativan redukton en V(tlys)/V0 pro disigo por SM, MM, kaj RM ĉe D0 = 197 ± 3 µm punktskribita kiel funkcio de tlys.Por SM, MM kaj RM, metu ĉiun mikroĝelon en mikrokanalon kun ΔP 400, 750 aŭ 1800 Pa kaj Q 12300, 2400 aŭ 1860 µm3/s, respektive.Kvankam la premo aplikita al la SM estis 4.5 fojojn pli malalta ol tiu de la RM, la fluo tra la SM estis pli ol ses fojojn pli forta pro la pli alta permeablo de la SM, kaj la ŝrumpado de la mikroĝelo malpliiĝis de SM al MM kaj RM. .Ekzemple, ĉe tlys = 78 min, SM plejparte dissolviĝis kaj delokiĝis, dum MM kaj PM daŭre ŝtopis la mikrokanalojn, malgraŭ reteni nur 16% kaj 20% de sia origina volumo, respektive.Tiuj rezultoj indikas la gravecon de konvekcio-mediaciita lizo de kunpremitaj fibrecaj ĝeloj kaj korelacias kun raportoj de pli rapida digestado de emboloj kun pli malalta fibrinenhavo.
Tiel, nia laboro pruvas eksperimente kaj teorie la mekanismon per kiu filamentozaj ĝeloj respondas al biaksa enfermo.La konduto de fibrecaj ĝeloj en limigita spaco estas determinita de la forta malsimetrio de la streĉa energio de la filamentoj (mola en kunpremo kaj malmola en streĉiteco) kaj nur de la bildformato kaj kurbeco de la filamentoj.Tiu reago rezultigas minimuman plilongigon de fibrecaj ĝeloj enhavitaj en mallarĝaj kapilaroj, ilia duaksa rilatumo de Poisson malpliiĝanta kun kreskanta kunpremado kaj malpli malpeza pecpremo.
Ĉar duaksa reteno de molaj deformeblaj partikloj estas uzata en ampleksa gamo de teknologioj, niaj rezultoj stimulas la disvolviĝon de novaj fibrecaj materialoj.Aparte, la duaksa reteno de filamentozaj ĝeloj en mallarĝaj kapilaroj aŭ tuboj kondukas al ilia forta kompaktado kaj akra malkresko de permeablo.La forta inhibicio de fluida fluo tra okluzivaj fibrecaj ĝeloj havas avantaĝojn kiam uzata kiel ŝtopiloj por malhelpi sangadon aŭ redukti la sangoprovizon al malignecoj33,34,35.Aliflanke, malkresko de fluida fluo tra la okluza fibrina ĝelo, tiel malhelpante konvektan-mediatan trombolizon, donas indikon pri la malrapida lizo de okluzaj koagulaĵoj [27, 36, 37].Nia modeliga sistemo estas la unua paŝo al komprenado de la implicoj de la mekanika respondo de fibrecaj biopolimerhidroĝeloj al duaksa reteno.Enkorpigi sangajn ĉelojn aŭ trombocitojn en obstrukcajn fibrinĝelojn influos ilian restriktan konduton 38 kaj estos la sekva paŝo por malkovri la konduton de pli kompleksaj biologie signifaj sistemoj.
Reakciiloj uzataj por prepari fibrinajn mikroĝelojn kaj fabriki MF-aparatojn estas priskribitaj en Suplementaj Informoj (Sekcioj 2 kaj 4 de Suplementaj Metodoj).Fibrinaj mikroĝeloj estis preparitaj per emulsigado de miksita solvo de fibrinogeno, Tris-bufro kaj trombino en fluo-fokusa MF-aparato, sekvita per guteto-geliĝo.Bova fibrinogensolvo (60 mg/ml en TBS), Tris-bufro kaj bova trombinsolvo (5 U/ml en 10 mM CaCl2-solvo) estis administritaj uzante du sendepende kontrolitajn injektpumpilojn (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Jeringpumpilo).bloki MF, Usono).F-oleo kontinua fazo enhavanta 1 wt.% blokkopolimero PFPE-P(EO-PO)-PFPE, estis enkondukita en la MF-unuo uzante trian injektpumpilon.Gutetoj formitaj en la MF-aparato estas kolektitaj en 15 ml centrifugiltubo enhavanta F-oleon.Metu la tubojn en akvobanon je 37 °C dum 1 h por kompletigi fibrin-geliĝon.FITC-etikeditaj fibrinmikroĝeloj estis preparitaj miksante bovan fibrinogenon kaj FITC-etikeditan homan fibrinogenon en 33:1 pezoproporcio, respektive.La proceduro estas la sama kiel por la preparado de fibrinaj mikroĝeloj.
Transloku la mikroĝelojn de oleo F al TBS centrifugante la disperson je 185 g dum 2 min.La precipititaj mikroĝeloj estis disigitaj en oleo F miksita kun 20 pez% perfluorooktil alkoholo, tiam disigitaj en heksano enhavanta 0,5 pez% Span 80, hexano, 0,1 pez% Triton X en akvo kaj TBS.Fine, la mikroĝeloj estis disigitaj en TBS enhavanta 0.01 pez% Tween 20 kaj stokitaj je 4 °C dum proksimume 1-2 semajnoj antaŭ eksperimentoj.
La fabrikado de la MF-aparato estas priskribita en la Suplementaj Informoj (Sekcio 5 de Suplementaj Metodoj).En tipa eksperimento, la pozitiva valoro de ΔP estas determinita per la relativa alteco de la rezervujoj ligitaj antaŭ kaj post la MF-aparato por enkonduki mikroĝelojn kun diametro de 150 < D0 < 270 µm en la mikrokanalojn.La neĝenata grandeco de la mikroĝeloj estis determinita bildigante ilin en la makrokanalo.La mikroĝelo ĉesas en konusa areo ĉe la enirejo al la konstrikto.Kiam la pinto de la antaŭa mikroĝelo restas senŝanĝa dum 2 minutoj, uzu la programon MATLAB por determini la pozicion de la mikroĝelo laŭ la x-akso.Kun laŭpaŝa pliiĝo en ΔP, la mikroĝelo moviĝas laŭ la kojnforma regiono ĝis ĝi eniras la konstrikton.Post kiam la mikroĝelo estas plene enigita kaj kunpremita, ΔP rapide falas al nul, balancante la akvonivelon inter la rezervujoj, kaj la fermita mikroĝelo restas senmova sub kunpremado.La longo de la malhelpa mikroĝelo estis mezurita 30 minutojn post kiam la konstrikto ĉesis.
Dum fibrinolizeksperimentoj, solvoj de t-PA kaj FITC-etikedita dekstrano penetras blokitajn mikroĝelojn.La fluo de ĉiu likvaĵo estis monitorita per unukanala fluoreskeca bildigo.TAP etikedita kun AlexaFluor 633 ligita al fibrinaj fibroj kaj akumulita ene de kunpremitaj fibrinaj mikroĝeloj (TRITC-kanalo en Suplementa Fig. 18).La dekstran solvo etikedita kun FITC moviĝas sen amasiĝo en la mikroĝelo.
Datumoj subtenantaj la rezultojn de ĉi tiu studo estas haveblaj de la respektivaj aŭtoroj laŭ peto.Krudaj SEM-bildoj de fibrinaj ĝeloj, krudaj TEM-bildoj de fibrinaj ĝeloj antaŭ kaj post inokulado, kaj la ĉefaj enigo-datumoj por Figuroj 1 kaj 2. 2 kaj 3 estas provizitaj en la kruda datuma dosiero.Ĉi tiu artikolo provizas la originajn datumojn.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. kaj Weisel JV fibrinogeno kaj fibrino.En Macromolecular Protein Complex III: Strukturo kaj Funkcio (red. Harris, JR kaj Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 ( Springer kaj Cham, 2021).
Bosman FT kaj Stamenkovich I. Funkcia strukturo kaj kunmetaĵo de la eksterĉela matrico.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Princo E. kaj Kumacheva E. Dezajno kaj apliko de artefaritaj biomimetaj fibro-hidroĝeloj.Nacia Senforteca Ruĝeco.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Modeling duonflekseblaj polimerretoj.Pastro Mod.fiziko.86, 995-1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. kaj Piku, KR Mekanika modeligado de duonflekseblaj biopolimerretoj: ne-afina deformado kaj la ĉeesto de longdistancaj dependecoj.En Progresoj en Soft Matter Mechanics 119-145 (Springer, Berlino, Hajdelbergo, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D, kaj Mahadevan L. Stres-induktita vicigo de kolagenaj ĝeloj.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS, kaj Gianmi PA Nelinia elasteco de bioĝeloj.Naturo 435, 191-194 (2005).
Likup, AJ Stress kontrolas la mekanismojn de la kolagena reto.procezo.Nacia Akademio de Scienco.la scienco.Usono 112, 9573-9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Negativa normala streso en duonflekseblaj biopolimerĝeloj.Nacia studuniversitato.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Nelinia elasteco de rigidaj fibroretoj: streĉiĝomalmoliĝo, negativa normala streso, kaj fibroparaleligo en fibrinĝeloj.J. Fiziko.Kemiaĵo.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML et al.Elasta konduto de kruc-ligitaj kaj ligitaj aktinaj retoj.Scienco 304, 1301-1305 (2004).
Sharma, A. et al.Nelinia mekaniko de streĉ-kontrolitaj fibraj optikaj retoj kun kritika kontrolo.Nacia fiziko.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Elasteco de fibroretoj sub unuaksa antaŭstreĉado.Mola Materio 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Hidraŭlika permeablo de sangokoagulaĵo kiel funkcio de fibrino kaj trombocituldenseco.biofiziko.Ĵurnalo 104, 1812-1823 (2013).
Li, Y. et al.La multflanka konduto de hidroĝeloj estas limigita per mallarĝaj kapilaroj.la scienco.Domo 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Efiko de patologia heterogeneco sur tonda ondo-elastografio en profunda vejna trombozo-scenigo.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. In viva kvantigo de temp-dependa indurado de sangokoagulaĵoj uzanta tondondan ultrasonbildigon en kuniklo-vejna trombozomodelo.trombo.stokujo.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Komputilsimulado de fibrina polimerigo-dinamiko rilate al elektronmikroskopio kaj malklarecobservaĵoj: embolstrukturo kaj kunigo estas kinete kontrolitaj.biofiziko.Ĵurnalo 63, 111-128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW kaj Lorand, L. Structural origin of fibrin clot rheology.biofiziko.J. 77, 2813-2826 (1999).
Afiŝtempo: Feb-23-2023