Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz.Sınırlı CSS desteğine sahip bir tarayıcı sürümü kullanıyorsunuz.En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz.Ayrıca sürekli desteği sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan gösteriyoruz.
Aynı anda üç slayttan oluşan bir atlıkarınca görüntüler.Aynı anda üç slaytta ilerlemek için Önceki ve Sonraki düğmelerini kullanın veya aynı anda üç slaytta ilerlemek için sondaki kaydırma düğmelerini kullanın.
Lifli hidrojellerin dar kılcal damarlarla sınırlandırılması biyolojik ve biyomedikal sistemlerde büyük önem taşımaktadır.Lifli hidrojellerin gerilimi ve tek eksenli sıkıştırılması kapsamlı bir şekilde incelenmiştir, ancak bunların kılcal damarlarda çift eksenli tutulmaya tepkileri henüz keşfedilmemiştir.Burada, deneysel ve teorik olarak, filamentli jellerin, sıkıştırmada yumuşak ve gerginlikte sert olan kurucu filamentlerin mekanik özelliklerindeki asimetri nedeniyle, esnek zincir jellerinden kısıtlamaya niteliksel olarak farklı tepki verdiğini gösteriyoruz.Güçlü tutma altında, lifli jel çok az uzama ve çift eksenli Poisson oranında sıfıra asimptotik bir azalma sergiler, bu da güçlü jel sıkışmasına ve jel boyunca zayıf sıvı geçirgenliğine neden olur.Bu sonuçlar, gerilmiş tıkayıcı trombüsün terapötik maddeler tarafından parçalanmaya karşı direncini gösterir ve vasküler kanamayı durdurmak veya tümörlere kan akışını engellemek için fibröz jellerden etkili endovasküler embolizasyonun gelişimini teşvik eder.
Fibröz ağlar dokuların ve canlı hücrelerin temel yapısal ve fonksiyonel yapı taşlarıdır.Aktin hücre iskeletinin önemli bir bileşenidir1;fibrin, yara iyileşmesinde ve trombüs oluşumunda2 önemli bir unsurdur ve kolajen, elastin ve fibronektin, hayvanlar aleminde3 hücre dışı matrisin bileşenleridir.Geri kazanılan lifli biyopolimer ağları doku mühendisliğinde geniş uygulamalara sahip malzemeler haline gelmiştir4.
İpliksi ağlar, esnek moleküler ağlardan farklı mekanik özelliklere sahip ayrı bir biyolojik yumuşak madde sınıfını temsil eder5.Bu özelliklerin bazıları, biyolojik maddenin deformasyona tepkisini kontrol etmek için evrim sürecinde gelişmiştir6.Örneğin, lifli ağlar küçük suşlarda7,8 doğrusal elastikiyet gösterirken, büyük suşlarda artan sertlik9,10 sergilerler, böylece doku bütünlüğünü korurlar.Kayma gerilimi11,12'ye yanıt olarak negatif normal stres gibi lifli jellerin diğer mekanik özelliklerine ilişkin çıkarımlar henüz keşfedilmemiştir.
Yarı esnek lifli hidrojellerin mekanik özellikleri, tek eksenli gerilim13,14 ve sıkıştırma8,15 altında incelenmiştir, ancak dar kılcal damarlarda veya tüplerde serbestliğin neden olduğu çift eksenli sıkıştırma incelenmemiştir.Burada deneysel sonuçları rapor ediyoruz ve teorik olarak mikroakışkan kanallarda çift eksenli tutulma altında lifli hidrojellerin davranışı için bir mekanizma öneriyoruz.
Çeşitli oranlarda fibrinojen ve trombin konsantrasyonlarına ve 150 ila 220 µm arasında değişen D0 çapına sahip fibrin mikrojelleri, mikroakışkan bir yaklaşım kullanılarak üretildi (Ek Şekil 1).Şek.Şekil 1a, eş odaklı floresan mikroskobu (CFM) kullanılarak elde edilen florokrom etiketli mikrojellerin görüntülerini göstermektedir.Mikrojeller küreseldir, %5'ten daha az bir çoklu dağılıma sahiptir ve CFM (Ek Bilgiler ve Filmler S1 ve S2) tarafından incelenen ölçekler boyunca yapı bakımından aynıdır.Mikrojellerin ortalama gözenek boyutu (Darcy geçirgenliğinin16 ölçülmesiyle belirlenmiştir) 2280 nm'den 60 nm'ye düşmüş, fibrin içeriği 5,25'ten 37,9 mg/mL'ye artmış ve trombin konsantrasyonu 2,56'dan 0,27 birim/mL'ye düşmüştür.(Ek Bilgiler).Pirinç.2), 3 ve ek tablo 1).Mikrojelin karşılık gelen sertliği 0,85'ten 3,6 kPa'ya yükselir (Ek Şekil 4).Esnek zincirlerden oluşturulan jellerin örnekleri olarak çeşitli sertliklerdeki agaroz mikrojelleri kullanılır.
TBS içinde süspanse edilen PM etiketli floresan izotiyosiyanatın (FITC) floresan mikroskopi görüntüsü.Çubuk ölçeği 500 µm'dir.b SM (üstte) ve RM'nin (altta) SEM görüntüleri.Ölçek çubuğu 500 nm.c Büyük bir kanal (çap dl) ve giriş açısı a 15° ve çapı dc = 65 µm olan daraltılmış koni biçimli bir bölgeden oluşan bir mikroakışkan kanalın şematik diyagramı.d Soldan sağa: Büyük kanallarda, konik bölgede ve daralmada (jel uzunluğu Dz'yi sınırlayan) RM'nin (çap D0) optik mikroskop görüntüleri.Çubuk ölçeği 100 µm'dir.e, f Deforme olmamış bir RM (e) ve tıkalı bir RM'nin (f) TEM görüntüleri, 1/λr = 2,7 daralma ile bir saat boyunca sabitlendi, ardından kütlenin %5'i serbest bırakıldı ve sabitlendi.TBS'deki glutaraldehit.Deforme olmayan CO'nun çapı 176 μm'dir.Ölçek çubuğu 100 nm'dir.
Sertliği 0,85, 1,87 ve 3,6 kPa olan fibrin mikrojellerine (bundan sonra sırasıyla yumuşak mikrojeller (SM), orta sert mikrojeller (MM) ve sert mikrojeller (RM) olarak anılacaktır) odaklandık.Bu fibrin jel sertliği aralığı, kan pıhtıları18,19 ile aynı büyüklüktedir ve dolayısıyla çalışmamızda incelenen fibrin jelleri, gerçek biyolojik sistemlerle doğrudan ilişkilidir.Şek.Şekil 1b, taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak elde edilen SM ve RM yapılarının sırasıyla üst ve alt görüntülerini göstermektedir.RM yapılarıyla karşılaştırıldığında, SM ağları daha önceki raporlar 20, 21 ile tutarlı olarak daha kalın fiberler ve daha az dallanma noktasından oluşur (Ek Şekil 5).Hidrojelin yapısındaki fark, özelliklerinin eğilimi ile ilişkilidir: jelin geçirgenliği, SM'den MM'ye ve RM'ye (Ek Tablo 1) gözenek boyutunun azalmasıyla azalır ve jelin sertliği tersine döner.4 °C'de 30 gün saklandıktan sonra mikrojel yapısında herhangi bir değişiklik kaydedilmedi (Ek Şekil 6).
Şek.Şekil 1c, (soldan sağa) aşağıdakileri içeren dairesel bir kesite sahip bir mikroakışkan kanalın diyagramını gösterir: mikrojelin deforme olmadan kaldığı dl çapında büyük bir kanal, çapı dc < D0 olan koni şeklinde bir daralma, koni şekilli bölümler ve dl çapında büyük kanallar (Ek Şekil 7).Tipik bir deneyde mikrojeller, 0,2-16 kPa'lık pozitif basınç düşüşü ΔP'de mikroakışkan kanallara enjekte edildi (Ek Şekil 8).Bu basınç aralığı biyolojik olarak anlamlı kan basıncına (120 mm Hg = 16 kPa)22 karşılık gelir.Şek.Şekil 1d (soldan sağa) büyük kanallarda, konik alanlarda ve daralmalarda RM'nin temsili görüntülerini göstermektedir.Mikrojelin hareketi ve şekli MATLAB programı kullanılarak kaydedilip analiz edildi.İncelen bölgelerde ve daralmalarda mikrojellerin, mikrokanalların duvarları ile uyumlu temas halinde olduğuna dikkat etmek önemlidir (Ek Şekil 8).D0/dc = 1/λr daralmasında mikrojelin radyal tutulma derecesi 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2 aralığındadır; burada 1/λr sıkıştırma oranıdır.Mikrojel, ΔP > ΔPtr olduğunda büzülmeye uğrar; burada ΔPtr, translokasyon basınç farkıdır.Çift eksenli olarak sınırlandırılmış mikrojellerin gözeneklerinin uzunluğu ve boyutu, biyolojik sistemlerde jellerin viskoelastisitesini hesaba katmak çok önemli olduğundan, denge durumları tarafından belirlenir.Agaroz ve fibrin mikrojelleri için dengeleme süresi sırasıyla 10 dakika ve 30 dakika idi.Bu zaman aralıklarından sonra sınırlı mikrojeller, yüksek hızlı bir kamera kullanılarak yakalanan ve MATLAB kullanılarak analiz edilen sabit konumlarına ve şekillerine ulaştı.
Şek.Şekil 1e, 1f, deforme olmamış ve çift eksenli olarak sınırlı RM yapılarının transmisyon elektron mikroskobu (TEM) görüntülerini göstermektedir.RM sıkıştırmasından sonra, mikrojel gözenek boyutu önemli ölçüde azaldı ve şekilleri, daha önceki bir rapor23 ile tutarlı olan, sıkıştırma yönünde daha küçük boyutlarla anizotropik hale geldi.
Büzülme sırasında çift eksenli sıkıştırma, mikrojelin λz = \({D__{{{{{{{\rm{z}}}}}}/\({D _ { 0}\) , burada \({D__{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) kapalı mikrojelin uzunluğudur. Şekil 2a, λzvs .1/ λr'deki değişimi göstermektedir. fibrin ve agaroz mikrojeller için Şaşırtıcı bir şekilde, 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2'lik güçlü sıkıştırma altında, fibrin mikrojelleri, 1/λr değerinden yalnızca çok az etkilenen 1,12 +/- 0,03 λz'lik ihmal edilebilir bir uzama gösterir. sınırlı agaroz mikrojelleri, daha zayıf sıkıştırmada (1/λr = 2,6) ve daha büyük bir uzama λz = 1,3'te bile gözlemlenir.
a Farklı elastik modüllere (2,6 kPa, yeşil açık elmas; 8,3 kPa, kahverengi açık daire; 12,5 kPa, turuncu açık kare; 20,2 kPa, macenta açık ters üçgen) ve SM (düz kırmızı) ile agaroz mikrojel deneyleri Ölçülen uzamadaki değişim λz ( daireler), MM (düz siyah kareler) ve RM (düz mavi üçgenler).Düz çizgiler, agaroz (yeşil çizgi) ve fibrin mikrojelleri (aynı renkteki çizgiler ve semboller) için teorik olarak tahmin edilen λz'yi gösterir.b, c Üst panel: çift eksenli sıkıştırmadan önce (sol) ve sonra (sağ) agaroz (b) ve fibrin (c) ağ zincirlerinin şematik diyagramı.Alt: İlgili ağın deformasyondan önceki ve sonraki şekli.X ve y sıkıştırma yönleri sırasıyla macenta ve kahverengi oklarla gösterilmiştir.Yukarıdaki şekilde, bu x ve y yönlerine yönlendirilmiş ağ zincirleri karşılık gelen macenta ve kahverengi çizgilerle gösterilmiştir ve keyfi bir z yönüne yönlendirilmiş zincirler yeşil çizgilerle temsil edilmiştir.Fibrin jelinde (c), x ve y yönlerindeki mor ve kahverengi çizgiler deforme olmamış duruma göre daha fazla bükülür, z yönündeki yeşil çizgiler ise bükülüp gerilir.Sıkıştırma ve çekme yönleri arasındaki gerilim, ara yönlere sahip dişler aracılığıyla iletilir.Agaroz jellerde tüm yönlerdeki zincirler ozmotik basıncı belirler ve bu da jelin deformasyonuna önemli katkı sağlar.d Çift eksenli Poisson oranında öngörülen değişiklik, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda _{ z}/{{{{{{{\rm{ln}}}}}}}{\lambda _{r}\ ), agaroz (yeşil çizgi) ve fibrin (kırmızı çizgi) jellerinin eşeksenli sıkıştırılması için.Ek, jelin çift eksenli deformasyonunu gösterir.e Jel sertliği S'ye normalize edilen translokasyon basıncı değişimi ΔPtr, agaroz ve fibrin mikrojelleri için sıkıştırma oranının bir fonksiyonu olarak çizilir.Sembol renkleri (a)'daki renklere karşılık gelir.Yeşil ve kırmızı çizgiler agaroz ve fibrin jelleri için sırasıyla ΔPtr/S ve 1/λr arasındaki teorik ilişkiyi göstermektedir.Kırmızı çizginin kesikli kısmı, fiberler arası etkileşimlerden dolayı güçlü sıkıştırma altında ΔPtr'deki artışı göstermektedir.
Bu fark, sırasıyla esnek24 ve sert25 ipliklerden oluşan fibrin ve agaroz mikrojel ağlarının farklı deformasyon mekanizmalarıyla ilişkilidir.Esnek jellerin çift eksenli sıkıştırılması, hacimlerinde bir azalmaya ve buna bağlı olarak konsantrasyon ve ozmotik basınçta bir artışa yol açar, bu da jelin sınırsız bir yönde uzamasına yol açar.Jelin son uzaması, gerilmiş zincirlerin entropik serbest enerjisindeki artış ile gerilmiş jeldeki düşük polimer konsantrasyonu nedeniyle ozmozun serbest enerjisindeki azalma arasındaki dengeye bağlıdır.Güçlü çift eksenli sıkıştırma altında, jelin uzaması λz ≈ 0,6 \({{\lambda_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) ile artar (bkz. Şekil 2a, tartışma bölümü 5.3.3).Esnek zincirlerdeki konformasyonel değişiklikler ve çift eksenli tutma öncesinde ve sonrasında karşılık gelen ağların şekli Şekil 2'de gösterilmektedir.2b.
Bunun tersine, fibrin gibi fibröz jeller çift eksenli tutulmaya doğası gereği farklı tepki verir.Filamentler ağırlıklı olarak sıkıştırma esneme yönüne paralel olarak yönlendirilir (böylece çapraz bağlantılar arasındaki mesafe azalır), buna karşın ağırlıklı olarak sıkıştırma yönüne dik olan filamanlar elastik kuvvetin etkisi altında düzleşir ve gerilir, böylece jelin uzamasına neden olur. Şekil 1).2c) Deforme olmamış SM, MM ve RM'nin yapıları, SEM ve CFM görüntüleri analiz edilerek karakterize edildi (Ek Tartışma Bölümü IV ve Ek Şekil 9).Deforme olmamış fibrin mikrojellerindeki iplikçiklerin elastik modülünü (E), çapını (d), profil uzunluğunu (R0), uçları arasındaki mesafeyi (L0 ≈ R0) ve merkez açısını (ψ0) belirleyerek (Ek Tablo 2) – 4), iplik bükme modülünün \({k__{{{{{\rm{b))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 olduğunu buluyoruz {\psi } _{0}^{2}{L__{0}}\), gerilme modülünden önemli ölçüde daha azdır\({k__{{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R__{0}}{4}\), yani kb/ks ≈ 0,1 (Ek Tablo 4).Böylece, çift eksenli jel tutma koşulları altında fibrin şeritleri kolayca bükülür, ancak gerilmeye karşı direnç gösterir.İki eksenli sıkıştırmaya maruz kalan filamentli bir ağın uzaması Ek Şekil 17'de gösterilmektedir.
Lifli bir jelin uzamasının, jele etki eden elastik kuvvetlerin yerel dengesinden belirlendiği ve güçlü bir çift eksenli suşta λz - olduğunu tahmin ettiği teorik bir afin modeli geliştiriyoruz (Ek Tartışma Bölümü V ve Ek Şekil 10-16). 1 kısıtlama altında
Denklem (1), güçlü sıkıştırma altında bile (\({\lambda _{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) hafif bir jel genleşmesi ve bunu takiben uzama deformasyonunun olduğunu gösterir. doygunluk λz–1 = 0,15 ± 0,05.Bu davranış (i) \({\left({k__{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k__{{{{{\rm) ile ilgilidir { s }}}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0,15−0,4 ve (ii) köşeli parantez içindeki terim asimptotik olarak \(1{{\mbox{/}}} \sqrt'ye yaklaşır { 3 }\) güçlü çift eksenli bağlar için. Ön faktörün \({\left({k__{({\mbox{b))))/{k}__{({\mbox{) olduğuna dikkat etmek önemlidir. s))))\right)}^{1/ 2 }\)'nin E ipliğinin sertliği ile hiçbir ilgisi yoktur, ancak yalnızca d/L0 dişinin en-boy oranı ve yayın merkez açısı ile belirlenir SM, MM ve RM'ye benzer olan ψ0 (Ek Tablo 4).
Esnek ve filamentli jeller arasındaki serbestliğin neden olduğu gerilimdeki farkı daha da vurgulamak için, çift eksenli Poisson oranını tanıtıyoruz \({\nu _{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda__{{{({\rm{r}}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{{\rm{z}}}}}-1}{1-{\lambda _{{({\rm{r}}}}}}}}}, \) sınırsız bir durumu tanımlar iki radyal yönde eşit gerilime tepki olarak jel suşunun oryantasyonu ve bunu büyük tekdüze suşlara genişletir \ rm{b }}}}}}}}^{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln))))))))}{\lambda _{{{({\rm{r))))))))))}\) .Şek.2d şunu gösterir: \({{{{{{\rm{\nu }}}}}}}__{{({\rm{b}}}}}}}}^{{{{\rm { eff }}}}}}}\) esnek (agaroz gibi) ve sert (fibrin gibi) jellerin tekdüze çift eksenli sıkıştırılması için (Ek tartışma, Bölüm 5.3.4) ve hapsedilmeye verilen yanıtlardaki güçlü farklılıklar arasındaki ilişkiyi vurgular. Güçlü kısıtlamalar altındaki agaroz jeller için {\rm{eff}}}}}}}}\) asimptotik değer 2/3'e yükselir ve fibrin jeller için lnλz/lnλr → 0 olduğundan sıfıra düşer, çünkü λz ile artar λr arttıkça doygunluk.Deneylerde, kapalı küresel mikrojellerin homojen olmayan bir şekilde deforme olduğunu ve orta kısımlarının daha güçlü bir sıkıştırmaya maruz kaldığını unutmayın;bununla birlikte, 1/λr gibi büyük bir değere ekstrapolasyon, deneyi düzgün biçimde deforme olmuş jeller için teoriyle karşılaştırmayı mümkün kılar.
Esnek zincirli jeller ile filamentli jellerin davranışındaki bir diğer farklılık, kasılma sırasındaki hareketlerinden dolayı bulunmuştur.Jel sertliği S'ye normalize edilen translokasyon basıncı ΔPtr, artan sıkıştırmayla arttı (Şekil 2e), ancak 2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5'te fibrin mikrojelleri, büzülme sırasında önemli ölçüde daha düşük ΔPtr/S değerleri gösterdi.Agaroz mikrojelin tutulması ozmotik basınçta bir artışa yol açar, bu da polimer molekülleri gerildiğinde jelin uzunlamasına yönde gerilmesine (Şekil 2b, sol) ve translokasyon basıncında ΔPtr/S ~( kadar bir artışa yol açar. 1/λr)14/317.Aksine, kapalı fibrin mikrojellerinin şekli, radyal sıkıştırma ve uzunlamasına gerilim ipliklerinin enerji dengesi tarafından belirlenir, bu da maksimum uzunlamasına deformasyona yol açar λz ~\(\sqrt{{k} _{{{ {{ { \rm{ b))))))))} /{k__{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).1/λr ≫ 1 için, translokasyon basıncındaki değişiklik şu şekilde ölçeklenir: 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }__{{{{{\rm {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Ek Tartışma, Bölüm 5.4), Şekil 2e'deki düz kırmızı çizgiyle gösterildiği gibi.Bu nedenle ΔPtr, agaroz jellere göre daha az kısıtlıdır.1/λr > 3,5 olan sıkıştırmalar için, filamentlerin hacim oranındaki önemli bir artış ve komşu filamentlerin etkileşimi, jelin daha fazla deformasyonunu sınırlar ve deneysel sonuçların tahminlerden sapmasına yol açar (Şekil 2e'deki kırmızı noktalı çizgi).Aynı 1/λr ve Δ\({P__{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}__{{{{\rm{fibrin}}} )) için şu sonuca varıyoruz: } }}}\) < ΔP < Δ\({P__{{{{{{\rm{tr))))))}}__{{{{\rm{agaroz}} }} } } } }}\) agaroz jeli mikrokanal tarafından yakalanacak ve aynı sertlikteki fibrin jeli bunun içinden geçecektir.ΔP < Δ\({P} _{{{{{\rm{tr))))))))))_{{{{\rm{fibrin))))))))))}\ ), İki Her iki jel de kanalı tıkayacaktır, ancak fibrin jeli daha derine itecek ve daha etkili bir şekilde sıkıştırarak sıvı akışını daha etkili bir şekilde engelleyecektir.Şekil 2'de gösterilen sonuçlar, lifli jelin kanamayı azaltmak veya tümörlere kan akışını engellemek için etkili bir tıkaç görevi görebileceğini göstermektedir.
Öte yandan fibrin, bazı iskemik felç türlerinde olduğu gibi, bir trombüsün ΔP < ΔPtr'de bir damarı tıkadığı patolojik bir durum olan tromboemboliye yol açan bir pıhtı iskelesi oluşturur (Şekil 3a).Fibrin mikrojellerinin kısıtlama kaynaklı daha zayıf uzaması, C/C fibrinojenin fibrin konsantrasyonunda, C ve C fibrinojenin sırasıyla kısıtlı ve deforme olmayan mikrojeller olduğu esnek zincir jellerine kıyasla daha güçlü bir artışla sonuçlandı.Jeldeki polimer konsantrasyonu.Şekil 3b, SM, MM ve RM'deki fibrinojen C/C'nin, kısıtlama ve dehidrasyon nedeniyle 1/λr ≈ 4.0'da yedi kattan fazla arttığını göstermektedir (Ek Şekil 16).
Beyindeki orta serebral arterin tıkanmasının şematik gösterimi.b Obstrüktif SM (düz kırmızı daireler), MM (düz siyah kareler) ve RM'de (düz mavi üçgenler) fibrin konsantrasyonunda kısıtlama aracılı nispi artış.c Kısıtlı fibrin jellerinin bölünmesini incelemek için kullanılan deneysel tasarım.TBS'de floresan etiketli bir tPA çözeltisi, 5,6 x 107 µm3/s'lik bir akış hızında ve ana mikro kanalın uzun eksenine dik olarak yerleştirilmiş kanallar için 0,7 Pa'lık ek bir basınç düşüşüyle enjekte edildi.d Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa'da ve bölme sırasında obstrüktif MM'nin (D0 = 200 µm) havuzlanmış çok kanallı mikroskobik görüntüsü.Dikey noktalı çizgiler, tlys = 0'da MM'nin arka ve ön kenarlarının başlangıç konumlarını gösterir. Yeşil ve pembe renkler, sırasıyla FITC-dekstran (70 kDa) ve AlexaFluor633 ile etiketlenmiş tPA'ya karşılık gelir.e Xf = 28 ± 1 olan konik bir mikrokanalda D0 değeri 174 µm (mavi açık ters üçgen), 199 µm (mavi açık üçgen) ve 218 µm (mavi açık üçgen) olan tıkanmış RM'lerin zamanla değişen bağıl hacmi µm.kesitler sırasıyla ΔP 1200, 1800 ve 3000 Pa'ya sahiptir ve Q = 1860 ± 70 µm3/s'dir.Ekte mikrokanalı tıkayan RM (D0 = 218 µm) gösterilmektedir.f Mikrokanalın konik bölgesinde Xf = 32 ± 12 µm, ΔP 400, 750 ve 1800 Pa ve ΔP 12300 Pa ve Q 12300'e yerleştirilen SM, MM veya RM'nin bağıl hacminin zaman değişimi, sırasıyla 2400 ve 1860 µm3 /S.Xf, mikrojelin ön konumunu temsil eder ve büzülmenin başlangıcından itibaren mesafesini belirler.V(tlys) ve V0 sırasıyla parçalanmış mikrojelin geçici hacmi ve bozulmamış mikrojelin hacmidir.Karakter renkleri b'deki renklere karşılık gelir.E, f üzerindeki siyah oklar, mikrojellerin mikrokanaldan geçmeden önceki son anına karşılık gelir.D, e'deki ölçek çubuğu 100 µm'dir.
Kısıtlamanın obstrüktif fibrin jelleri boyunca sıvı akışı azalması üzerindeki etkisini araştırmak için, trombolitik ajan doku plazminojen aktivatörü (tPA) ile infiltre edilmiş SM, MM ve RM'nin lizizini inceledik.Şekil 3c, liziz deneyleri için kullanılan deneysel tasarımı göstermektedir. ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) ve 0,1 mg/mL (floresein izotiyosiyanat) FITC-Dekstran ile karıştırılmış Tris tamponlu salinin (TBS) Q = 2400 μm3/s akış hızında, mikrojel konik mikrokanalı tıkadı bölge. ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) ve 0,1 mg/mL (floresein izotiyosiyanat) FITC-Dekstran ile karıştırılmış Tris tamponlu salinin (TBS) Q = 2400 μm3/s akış hızında, mikrojel konik mikrokanalı tıkadı bölge. ΔP = 700 Па (<ΔPtr) ve скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), смешанного с 0,1 мг/мл ( флуоресцеинизотиоцианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) ve 0,1 mg/mL (floresein izotiyosiyanat) FITC-dekstran ile karıştırılmış Tris tamponlu salinin (TBS) Q = 2400 µm3/s akış hızında, mikrojel, yakınlaşan mikrokanalı tıkadı.bölge.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（异硫氰酸荧光素）FITC-葡聚糖混合时,微凝胶堵塞了锥形微通道地区。在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) ve Q = 2400 μm3/s了锥形微通道地区。 Mikroorganizmalar 0,1 mg/ml (TBS) ile 0,1 mg/ml (TBS) arasındaki mikrobiyolojik etkileşimler için uygundur. FITC-декстрана при ΔP = 700 Па (<ΔPtr) ve скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические области микроканалов. Tris tamponlu salin (TBS), ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) ve akış hızı Q = 2400 µm3/s'de 0.1 mg/mL (floresein izotiyosiyanat) FITC-dekstran ile karıştırıldığında mikrojeller tıkandı. Mikrokanalların konik bölgeleri.Mikrojelin ileri konumu Xf, onun başlangıç büzülme noktası X0'a olan mesafesini belirler.Lizizi tetiklemek için, TBS'de floresan etiketli bir tPA çözeltisi, ana mikrokanalın uzun eksenine dik olarak yerleştirilmiş bir kanaldan enjekte edildi.
tPA çözeltisi oklüzal MM'ye ulaştığında mikrojelin arka kenarı bulanıklaştı, bu da fibrin bölünmesinin tlys = 0 zamanında başladığını gösterir (Şekil 3d ve Ek Şekil 18).Fibrinoliz sırasında, boya etiketli tPA MM içinde birikir ve fibrin şeritlerine bağlanır, bu da mikrojellerin pembe renginin yoğunluğunun kademeli olarak artmasına neden olur.tlys = 60 dakikada MM, arka kısmının çözünmesi nedeniyle büzülür ve ön kenarı Xf'nin konumu çok az değişir.160 dakika sonra güçlü bir şekilde kasılan MM, büzülmeye devam etti ve tlys = 161 dakikada büzülmeye uğradı, böylece mikrokanal boyunca sıvı akışı yeniden sağlandı (Şekil 3d ve Ek Şekil 18, sağ sütun).
Şek.Şekil 3e, farklı büyüklükteki fibrin mikrojellerinin başlangıç hacmi V0'a normalize edilmiş hacim V(tlys)'deki lizis aracılı zamana bağlı azalmayı göstermektedir.D0 174, 199 veya 218 µm'lik CO, mikro kanalı bloke etmek için sırasıyla ΔP 1200, 1800 veya 3000 Pa'lık ve Q = 1860 ± 70 µm3/s'lik bir mikro kanala yerleştirildi (Şekil 3e, ek).beslenme.Mikrojeller kanallardan geçebilecek kadar küçük olana kadar yavaş yavaş küçülürler.Daha büyük bir başlangıç çapı ile CO'nun kritik hacmindeki bir azalma, daha uzun bir lizis süresi gerektirir.Farklı büyüklükteki RM'ler boyunca benzer akış nedeniyle, bölünme aynı oranda meydana gelir ve bu da daha büyük RM'lerin daha küçük fraksiyonlarının sindirilmesine ve bunların gecikmiş translokasyonuna neden olur.Şek.Şekil 3f, tlys'nin bir fonksiyonu olarak çizilen D0 = 197 ± 3 µm'de SM, MM ve RM için bölünme nedeniyle V(tlys)/V0'daki bağıl azalmayı gösterir.SM, MM ve RM için, her bir mikrojeli sırasıyla ΔP 400, 750 veya 1800 Pa ve Q 12300, 2400 veya 1860 μm3/s'lik bir mikrokanala yerleştirin.SM'ye uygulanan basınç RM'ye göre 4,5 kat daha düşük olmasına rağmen, SM'nin daha yüksek geçirgenliği nedeniyle SM'den geçen akış altı kattan daha güçlüydü ve mikrojelin büzülmesi SM'den MM'ye ve RM'ye doğru azaldı. .Örneğin, tlys = 78 dakikada SM çoğunlukla çözündü ve yer değiştirdi; MM ve PM ise orijinal hacimlerinin sırasıyla yalnızca %16 ve %20'sini korumalarına rağmen mikro kanalları tıkamaya devam etti.Bu sonuçlar, daraltılmış fibröz jellerin konveksiyon aracılı lizizinin önemini ortaya koyar ve daha düşük fibrin içeriğine sahip pıhtıların daha hızlı sindirildiğine ilişkin raporlarla ilişkilidir.
Bu nedenle, çalışmamız filamentli jellerin çift eksenli hapsedilmeye tepki verdiği mekanizmayı deneysel ve teorik olarak göstermektedir.Lifli jellerin sınırlı bir alandaki davranışı, filamentlerin gerinim enerjisinin güçlü asimetrisi (basınçta yumuşak ve çekmede sert) ve yalnızca filamentlerin en-boy oranı ve eğriliği ile belirlenir.Bu reaksiyon, dar kılcal damarlarda bulunan lifli jellerin minimum düzeyde uzamasıyla sonuçlanır; bunların iki eksenli Poisson oranı, artan sıkıştırma ve daha az hafif basınçla azalır.
Yumuşak deforme olabilen parçacıkların çift eksenli tutulması çok çeşitli teknolojilerde kullanıldığından, sonuçlarımız yeni lifli malzemelerin gelişimini teşvik etmektedir.Özellikle filamentli jellerin dar kılcal damarlarda veya tüplerde çift eksenli tutulması, bunların güçlü bir şekilde sıkışmasına ve geçirgenlikte keskin bir azalmaya yol açar.Tıkayıcı fibröz jeller yoluyla sıvı akışının güçlü bir şekilde engellenmesi, kanamayı önlemek veya malignitelere giden kan akışını azaltmak için tıkaç olarak kullanıldığında avantajlara sahiptir33,34,35.Öte yandan, oklüzal fibrin jeli boyunca sıvı akışındaki azalma, dolayısıyla konvektif aracılı trombüs lizizinin engellenmesi, oklüzal pıhtıların yavaş erimesinin bir göstergesidir [27, 36, 37].Modelleme sistemimiz, lifli biyopolimer hidrojellerin çift eksenli tutulmaya karşı mekanik tepkisinin etkilerini anlamaya yönelik ilk adımdır.Kan hücrelerinin veya trombositlerin obstrüktif fibrin jellerine dahil edilmesi, bunların kısıtlama davranışlarını etkileyecektir38 ve biyolojik olarak önemli daha karmaşık sistemlerin davranışlarının ortaya çıkarılmasında bir sonraki adım olacaktır.
Fibrin mikrojellerini hazırlamak ve MF cihazlarını üretmek için kullanılan reaktifler Ek Bilgilerde (Ek Yöntemler Bölüm 2 ve 4) açıklanmaktadır.Fibrin mikrojelleri, fibrinojen, Tris tamponu ve trombinden oluşan karışık bir çözeltinin akış odaklı bir MF cihazında emülsifiye edilmesi ve ardından damlacık jelleştirilmesi yoluyla hazırlandı.Sığır fibrinojen çözeltisi (TBS içinde 60 mg/ml), Tris tamponu ve sığır trombin çözeltisi (10 mM CaCl2 çözeltisi içinde 5 U/ml), bağımsız olarak kontrol edilen iki şırınga pompası (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Şırınga Pompası) kullanılarak uygulandı.MF'yi engellemek için, ABD).Ağırlıkça %1 blok kopolimer PFPE-P(EO-PO)-PFPE içeren F-yağ sürekli fazı, üçüncü bir şırınga pompası kullanılarak MF ünitesine dahil edildi.MF cihazında oluşan damlacıklar, F-yağ içeren 15 ml'lik santrifüj tüpünde toplanır.Fibrin jelleşmesini tamamlamak için tüpleri 37 °C'de 1 saat su banyosuna yerleştirin.FITC etiketli fibrin mikrojelleri, sığır fibrinojeni ve FITC etiketli insan fibrinojeninin sırasıyla 33:1 ağırlık oranında karıştırılmasıyla hazırlandı.Prosedür fibrin mikrojellerinin hazırlanmasıyla aynıdır.
Dispersiyonu 185 g'de 2 dakika boyunca santrifüj ederek mikrojelleri yağ F'den TBS'ye aktarın.Çöken mikrojeller, ağırlıkça %20 perflorooktil alkol ile karıştırılmış F yağı içinde dağıtıldı, daha sonra su içinde ağırlıkça %0,5 Span 80, heksan, ağırlıkça %0,1 Triton X ve TBS içeren heksan içinde dağıtıldı.Son olarak mikrojeller, ağırlıkça %0,01 Tween 20 içeren TBS içerisinde dağıtıldı ve deneylerden önce yaklaşık 1-2 hafta boyunca 4°C'de saklandı.
MF cihazının imalatı Ek Bilgilerde (Ek Yöntemler Bölüm 5) açıklanmaktadır.Tipik bir deneyde, ΔP'nin pozitif değeri, mikrokanallara 150 < D0 < 270 µm çapında mikrojellerin sokulması için MF cihazından önce ve sonra bağlanan rezervuarların göreceli yüksekliği ile belirlenir.Mikrojellerin bozulmamış boyutu, makrokanalda görselleştirilerek belirlendi.Mikrojel, daralmanın girişindeki konik bir alanda durur.Anterior mikrojelin ucu 2 dakika boyunca değişmeden kaldığında, mikrojelin x ekseni boyunca konumunu belirlemek için MATLAB programını kullanın.ΔP'nin kademeli olarak artmasıyla mikrojel, daralmaya girene kadar kama şeklindeki bölge boyunca hareket eder.Mikrojel tamamen yerleştirilip sıkıştırıldığında, ΔP hızla sıfıra düşer, rezervuarlar arasındaki su seviyesi dengelenir ve kapalı mikrojel sıkıştırma altında sabit kalır.Obstrüktif mikrojelin uzunluğu, daralmanın sona ermesinden 30 dakika sonra ölçüldü.
Fibrinoliz deneyleri sırasında t-PA ve FITC etiketli dekstran çözeltileri bloke edilmiş mikrojellere nüfuz eder.Her bir sıvının akışı, tek kanallı floresans görüntüleme kullanılarak izlendi.Fibrin liflerine bağlanan ve sıkıştırılmış fibrin mikrojelleri içinde biriken AlexaFluor 633 ile etiketlenmiş TAP (Ek Şekil 18'deki TRITC kanalı).FITC etiketli dekstran çözeltisi mikrojelde birikmeden hareket eder.
Bu çalışmanın sonuçlarını destekleyen veriler talep üzerine ilgili yazarlardan temin edilebilir.Fibrin jellerinin ham SEM görüntüleri, aşılamadan önce ve sonra fibrin jellerinin ham TEM görüntüleri ve Şekil 1 ve 2. 2 ve 3'ün ana giriş verileri ham veri dosyasında sağlanmaktadır.Bu makale orijinal verileri sağlar.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. ve Weisel JV fibrinojen ve fibrin.Makromoleküler Protein Kompleksi III'te: Yapı ve İşlev (ed. Harris, JR ve Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (Springer ve Cham, 2021).
Bosman FT ve Stamenkovich I. Hücre dışı matrisin fonksiyonel yapısı ve bileşimi.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Prince E. ve Kumacheva E. Yapay biyomimetik fiber hidrojellerin tasarımı ve uygulaması.Ulusal Matt Kırmızı.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Yarı esnek polimer ağlarının modellenmesi.Rahip Modu.fizik.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. ve Piku, KR Yarı esnek biyopolimer ağlarının mekanik modellemesi: afin olmayan deformasyon ve uzun vadeli bağımlılıkların varlığı.Yumuşak Madde Mekaniğindeki Gelişmeler 119–145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D ve Mahadevan L. Kollajen jellerinin strese bağlı hizalanması.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS ve Gianmi PA Biyojellerin doğrusal olmayan esnekliği.Doğa 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stress kollajen ağının mekanizmalarını kontrol eder.işlem.Ulusal Bilim Akademisi.Bilim.ABD 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA ve ark.Yarı esnek biyopolimer jellerde negatif normal stres.Ulusal mezun olunan okul.6, 48–51 (2007).
Kang, H. ve diğerleri.Sert lif ağlarının doğrusal olmayan esnekliği: gerinim sertleşmesi, negatif normal stres ve fibrin jellerinde lif hizalaması.J. Fizik.Kimyasal.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML ve ark.Çapraz bağlı ve bağlı aktin ağlarının elastik davranışı.Bilim 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. ve ark.Kritik kontrollü gerinim kontrollü fiber optik ağların doğrusal olmayan mekaniği.Ulusal fizik.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. ve ark.Tek eksenli öngerilme altında fiber ağların esnekliği.Yumuşak Madde 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Fibrin ve trombosit yoğunluğunun bir fonksiyonu olarak kan pıhtısı hidrolik geçirgenliği.biyofizik.Dergi 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. ve ark.Hidrojellerin çok yönlü davranışı dar kılcal damarlarla sınırlıdır.Bilim.Ev 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. ve Wen, C. Derin ven trombozu evrelemesinde patolojik heterojenitenin kayma dalgası elastografisine etkisi.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. Bir tavşan venöz tromboz modelinde kayma dalgası ultrason görüntülemesi kullanılarak kan pıhtılarının zamana bağlı sertleşmesinin in vivo miktarının belirlenmesi.trombüs.depolama tankı.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Elektron mikroskobu ve bulanıklık gözlemleriyle ilişkili olarak fibrin polimerizasyon dinamiklerinin bilgisayar simülasyonu: pıhtı yapısı ve düzeneği kinetik olarak kontrol edilir.biyofizik.Dergi 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW ve Lorand, L. Fibrin pıhtı reolojisinin yapısal kökeni.biyofizik.J.77, 2813–2826 (1999).
Gönderim zamanı: Şubat-23-2023