Faleminderit që vizituat Nature.com.Ju jeni duke përdorur një version të shfletuesit me mbështetje të kufizuar CSS.Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer).Përveç kësaj, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne e shfaqim sajtin pa stile dhe JavaScript.
Shfaq një karusel me tre rrëshqitje njëherësh.Përdorni butonat Previous dhe Next për të lëvizur nëpër tre rrëshqitje në të njëjtën kohë, ose përdorni butonat rrëshqitës në fund për të lëvizur nëpër tre rrëshqitje në të njëjtën kohë.
Kufizimi i hidrogeleve fibroze në kapilarët e ngushtë ka një rëndësi të madhe në sistemet biologjike dhe biomjekësore.Tensioni dhe kompresimi njëaksial i hidrogeleve fibroze janë studiuar gjerësisht, por përgjigja e tyre ndaj mbajtjes biaksiale në kapilarë mbetet e paeksploruar.Këtu, ne demonstrojmë eksperimentalisht dhe teorikisht se xhelat filamentoz reagojnë cilësisht ndryshe ndaj kufizimit sesa xhel me zinxhir fleksibël për shkak të asimetrisë në vetitë mekanike të fijeve përbërëse, të cilat janë të buta në ngjeshje dhe të ngurtë në tension.Nën mbajtje të fortë, xheli fibroz shfaq pak zgjatje dhe një rënie asimptotike në raportin biaksial të Poisson-it me zero, duke rezultuar në ngjeshje të fortë të xhelit dhe depërtim të dobët të lëngut përmes xhelit.Këto rezultate tregojnë rezistencën e trombeve okluzive të shtrirë ndaj lizës nga agjentët terapeutikë dhe stimulojnë zhvillimin e embolizimit efektiv endovaskular nga xhel fibroze për të ndaluar gjakderdhjen vaskulare ose për të penguar furnizimin me gjak të tumoreve.
Rrjetet fibroze janë blloqet bazë strukturore dhe funksionale të ndërtimit të indeve dhe qelizave të gjalla.Aktina është një komponent kryesor i citoskeletit1;fibrina është një element kyç në shërimin e plagëve dhe formimin e trombit2, dhe kolagjeni, elastina dhe fibronektina janë përbërës të matricës jashtëqelizore në mbretërinë e kafshëve3.Rrjetet e rikuperuara të biopolimerëve fibrozë janë bërë materiale me aplikime të gjera në inxhinierinë e indeve4.
Rrjetet filamentoze përfaqësojnë një klasë të veçantë të lëndës së butë biologjike me veti mekanike që janë të ndryshme nga rrjetet molekulare fleksibël5.Disa nga këto veti kanë evoluar gjatë evolucionit për të kontrolluar reagimin e materies biologjike ndaj deformimit6.Për shembull, rrjetet fibroze tregojnë elasticitet linear në sforcimet e vogla7,8 ndërsa në sforcimet e mëdha shfaqin ngurtësi të shtuar9,10, duke ruajtur kështu integritetin e indeve.Implikimet për vetitë e tjera mekanike të xheleve fibroze, të tilla si stresi normal negativ në përgjigje të tendosjes në prerje11,12, nuk janë zbuluar ende.
Vetitë mekanike të hidrogeleve fibroze gjysmë fleksibël janë studiuar nën tensionin njëaksial13,14 dhe shtypjes8,15, por ngjeshja e tyre biaksiale e induktuar nga liria në kapilarë ose tuba të ngushtë nuk është studiuar.Këtu raportojmë rezultatet eksperimentale dhe propozojmë teorikisht një mekanizëm për sjelljen e hidrogeleve fibroze nën mbajtjen biaksiale në kanalet mikrofluidike.
Mikroxhelat fibrine me raporte të ndryshme të përqendrimeve të fibrinogjenit dhe trombinës dhe një diametër D0 që varion nga 150 në 220 µm u krijuan duke përdorur një qasje mikrofluidike (Figura plotësuese 1).Në fig.1a tregon imazhe të mikrogeleve të etiketuara me fluorokrom të marra duke përdorur mikroskopin e fluoreshencës konfokale (CFM).Mikroxhelat janë sferikë, kanë një polidispersi prej më pak se 5%, dhe janë uniforme në strukturë në të gjithë shkallët e ekzaminuara nga CFM (Informacion Shtesë dhe Filma S1 dhe S2).Madhësia mesatare e poreve të mikrogeleve (e përcaktuar duke matur përshkueshmërinë e Darcy16) u ul nga 2280 në 60 nm, përmbajtja e fibrinës u rrit nga 5.25 në 37.9 mg/mL dhe përqendrimi i trombinës u ul nga 2.56 në 0.27 njësi/mL, përkatësisht.(Informacion shtese).Oriz.2), 3 dhe tabela plotësuese 1).Ngurtësia përkatëse e mikroxhelit rritet nga 0,85 në 3,6 kPa (Fig. 4 plotësuese).Si shembuj të xhelit të formuar nga zinxhirë fleksibël, përdoren mikroxhel agarozë me ngurtësi të ndryshme.
Imazhi i mikroskopit fluoreshent i izotiocianatit të fluoresceinës (FITC) i etiketuar PM i pezulluar në TBS.Shkalla e shiritit është 500 µm.b Imazhet SEM të SM (lart) dhe RM (poshtë).Shiriti i shkallës 500 nm.c Diagrami skematik i një kanali mikrofluidik i përbërë nga një kanal i madh (diametër dl) dhe një zonë e ngushtuar në formë koni me një kënd hyrje α 15° dhe një diametër dc = 65 µm.d Nga e majta në të djathtë: Imazhe me mikroskop optik të RM (diametri D0) në kanale të mëdha, zonë konike dhe shtrëngim (gjatësia e xhelit kufizues Dz).Shkalla e shiritit është 100 µm.e, f imazhe TEM të një RM të padeformuar (e) dhe një RM të mbyllur (f), të fiksuara për një orë me shtrëngim 1/λr = 2.7, të ndjekura nga lëshimi dhe fiksimi i 5% të masës.glutaraldehidi në TBS.Diametri i CO të padeformuar është 176 μm.Shiriti i shkallës është 100 nm.
Ne u fokusuam në mikroxhel me fibrinë me një fortësi prej 0,85, 1,87 dhe 3,6 kPa (në tekstin e mëtejmë të referuar si mikroxhel të butë (SM), mikroxhel me fortësi mesatare (MM) dhe mikroxhel të fortë (RM), respektivisht).Kjo gamë e ngurtësimit të xhelit të fibrinës është e të njëjtit rend të madhësisë si për mpiksjen e gjakut18,19 dhe për këtë arsye xhelat e fibrinës të studiuara në punën tonë lidhen drejtpërdrejt me sistemet reale biologjike.Në fig.1b tregon imazhet e sipërme dhe të poshtme të strukturave SM dhe RM të marra duke përdorur një mikroskop elektronik skanues (SEM), respektivisht.Krahasuar me strukturat RM, rrjetet SM formohen nga fibra më të trasha dhe më pak pika degëzimi, në përputhje me raportet e mëparshme 20, 21 (Fig. 5 plotësuese).Dallimi në strukturën e hidrogelit lidhet me trendin e vetive të tij: përshkueshmëria e xhelit zvogëlohet me zvogëlimin e madhësisë së poreve nga SM në MM dhe RM (Tabela plotësuese 1), dhe ngurtësia e xhelit ndryshon.Asnjë ndryshim në strukturën e mikrogelit nuk u vu re pas ruajtjes në 4 °C për 30 ditë (Fig. 6 plotësuese).
Në fig.1c tregon një diagram të një kanali mikrofluidik me një seksion kryq rrethor që përmban (nga e majta në të djathtë): një kanal të madh me një diametër dl në të cilin mikroxheli mbetet i padeformuar, një seksion në formë koni me një ngushtim në diametër dc < D0, kon -seksione në formë dhe kanale të mëdha me diametër dl (Fig. 7 plotësuese).Në një eksperiment tipik, mikroxhel u injektuan në kanale mikrofluidike me një rënie presioni pozitiv ΔP prej 0,2-16 kPa (Figura suplementare 8).Ky diapazon presioni korrespondon me presionin biologjikisht të rëndësishëm të gjakut (120 mm Hg = 16 kPa)22.Në fig.1d (nga e majta në të djathtë) tregon imazhe përfaqësuese të RM në kanale të mëdha, zona konike dhe shtrëngime.Lëvizja dhe forma e mikroxhelit u regjistruan dhe u analizuan duke përdorur programin MATLAB.Është e rëndësishme të theksohet se në rajonet e ngushta dhe shtrëngimet, mikroxhelat janë në kontakt konform me muret e mikrokanaleve (Fig. 8 plotësuese).Shkalla e mbajtjes radiale të mikroxhelit në ngushtimin D0/dc = 1/λr është në intervalin 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, ku 1/λr është raporti i ngjeshjes.Mikroxheli kalon përmes tkurrjes kur ΔP > ΔPtr, ku ΔPtr është diferenca e presionit të zhvendosjes.Gjatësia dhe madhësia e poreve të mikrogeleve të kufizuara biaksialisht përcaktohen nga gjendja e tyre e ekuilibrit, pasi është shumë e rëndësishme të merret parasysh viskoelasticiteti i xhelit në sistemet biologjike.Koha e ekuilibrit për mikroxhelat e agarozës dhe fibrinës ishte përkatësisht 10 min dhe 30 min.Pas këtyre intervaleve kohore, mikroxhelat e kufizuar arritën pozicionin dhe formën e tyre të qëndrueshme, e cila u kap duke përdorur një kamerë me shpejtësi të lartë dhe u analizua duke përdorur MATLAB.
Në fig.1e, 1f tregojnë imazhe të mikroskopisë elektronike të transmisionit (TEM) të strukturave RM të padeformuara dhe të kufizuara biaksialisht.Pas kompresimit RM, madhësia e poreve të mikrogelit u ul ndjeshëm dhe forma e tyre u bë anizotropike me madhësi më të vogla në drejtim të kompresimit, gjë që është në përputhje me një raport të mëparshëm 23 .
Kompresimi biaksial gjatë tkurrjes bën që mikroxheli të zgjatet në një drejtim të pakufizuar me një koeficient λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}}/\({D }_ { 0}\) , ku \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}) është gjatësia e mikroxhelit të mbyllur Figura 2a tregon ndryshimin në λzvs .1/ λr për mikroxhelat e fibrinës dhe agarozës Çuditërisht, nën një komprimim të fortë prej 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, mikroxhelat fibrinë tregojnë një zgjatim të papërfillshëm prej 1,12 +/- 0,03 λz, që ndikohet vetëm pak nga vlera 1/λr. mikroxhele të kufizuara të agarozës, të cilat vërehen edhe në shtypje më të dobët 1/λr = 2,6 deri në një zgjatim më të madh λz = 1,3.
Një mikroxhel agaroze eksperimenton me module të ndryshme elastike (2,6 kPa, diamant jeshil i hapur; 8,3 kPa, rreth i hapur kafe; 12,5 kPa, katror i hapur portokalli; 20,2 kPa, trekëndësh i hapur i përmbysur i purpurt) dhe SM (e kuqe e fortë) Ndryshimi në zgjatjen e matur λz ( rrathë), MM (katrore të ngurta të zeza) dhe RM (trekëndësha të ngurtë blu).Vijat e ngurta tregojnë λz të parashikuar teorikisht për agarozën (vijë jeshile) dhe mikroxhel fibrinë (vija dhe simbole të së njëjtës ngjyrë).b, c Paneli i sipërm: diagrami skematik i zinxhirëve të rrjetit të agarozës (b) dhe fibrinës (c) përpara (majtas) dhe pas (djathtas) kompresimit biaksial.Fundi: Forma e rrjetit përkatës para dhe pas deformimit.Drejtimet e ngjeshjes x dhe y tregohen përkatësisht me shigjeta të purpurta dhe kafe.Në figurën e mësipërme, zinxhirët e rrjetave të orientuara në këto drejtime x dhe y tregohen me vijat përkatëse të purpurta dhe kafe, dhe zinxhirët e orientuar në një drejtim arbitrar z përfaqësohen me vija jeshile.Në xhelin e fibrinës (c), linjat vjollcë dhe kafe në drejtimet x dhe y përkulen më shumë se në gjendjen e padeformuar, dhe vijat e gjelbra në drejtimin z përkulen dhe shtrihen.Tensioni midis drejtimeve të ngjeshjes dhe tensionit transmetohet përmes fijeve me drejtime të ndërmjetme.Në xhelat e agarozës, zinxhirët në të gjitha drejtimet përcaktojnë presionin osmotik, i cili jep një kontribut të rëndësishëm në deformimin e xhelit.d Ndryshimi i parashikuar në raportin biaksial të Poisson-it, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{\rm{ln}}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{{{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), për komprimimin ekubiaksial të xhelit të agarozës (vija e gjelbër) dhe fibrinës (vija e kuqe).Pjesa e brendshme tregon deformimin biaksial të xhelit.e Ndryshimi i presionit të zhvendosjes ΔPtr, i normalizuar në ngurtësimin e xhelit S, vihet në grafik si një funksion i raportit të kompresimit për mikroxhelat e agarozës dhe fibrinës.Ngjyrat e simboleve korrespondojnë me ngjyrat në (a).Vijat e gjelbra dhe të kuqe përshkruajnë marrëdhënien teorike midis ΔPtr/S dhe 1/λr për xhel agarozë dhe fibrinë, përkatësisht.Pjesa e ndërprerë e vijës së kuqe tregon rritjen e ΔPtr nën kompresim të fortë për shkak të ndërveprimeve ndërfibrash.
Ky ndryshim shoqërohet me mekanizma të ndryshëm të deformimit të rrjeteve të mikrogelit të fibrinës dhe agarozës, të cilat përbëhen përkatësisht nga fije fleksibël24 dhe të ngurtë25.Kompresimi biaksial i xhelit fleksibël çon në një ulje të vëllimit të tyre dhe një rritje të shoqëruar të përqendrimit dhe presionit osmotik, gjë që çon në një zgjatje të xhelit në një drejtim të pakufizuar.Zgjatja përfundimtare e xhelit varet nga ekuilibri i një rritje të energjisë së lirë entropike të zinxhirëve të shtrirë dhe një rënie në energjinë e lirë të osmozës për shkak të përqendrimit më të ulët të polimerit në xhelin e shtrirë.Nën shtypjen e fortë biaksiale, zgjatja e xhelit rritet me λz ≈ 0,6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (shih Fig. 2a në seksioni i diskutimit 5.3.3).Ndryshimet konformacionale në zinxhirët fleksibël dhe forma e rrjeteve përkatëse para dhe pas mbajtjes biaksiale janë paraqitur në Fig.2b.
Në të kundërt, xhelat fibrozë të tillë si fibrina në thelb reagojnë ndryshe ndaj mbajtjes biaksiale.Fijet e orientuara kryesisht paralelisht me drejtimin e përkuljes së ngjeshjes (duke reduktuar kështu distancën midis lidhjeve tërthore), ndërsa fijet kryesisht pingul me drejtimin e ngjeshjes drejtohen dhe shtrihen nën veprimin e forcës elastike, duke bërë që xheli të zgjatet ( Fig. 1).2c) Strukturat e SM, MM dhe RM të padeformuar u karakterizuan duke analizuar imazhet e tyre SEM dhe CFM (Seksioni IV i Diskutimit Suplementar dhe Figura Suplementare 9).Duke përcaktuar modulin elastik (E), diametrin (d), gjatësinë e profilit (R0), distancën midis skajeve (L0 ≈ R0) dhe këndit qendror (ψ0) të fijeve në mikroxhelat e fibrinës së padeformuar (Tabela plotësuese 2) – 4), ne gjejmë se moduli i përkuljes së fillit \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) është dukshëm më pak se moduli i tij i tërheqjes\({k}_{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), pra kb/ks ≈ 0.1 (Tabela Plotësuese 4).Kështu, në kushtet e mbajtjes biaksiale të xhelit, fijet e fibrinës përkulen lehtësisht, por i rezistojnë shtrirjes.Zgjatja e një rrjeti filamentoz që i nënshtrohet kompresimit biaksial është paraqitur në Fig. 17 plotësuese.
Ne zhvillojmë një model afinal teorik (Seksioni V për diskutim plotësues dhe figurat plotësuese 10-16) në të cilin zgjatja e një xheli fijor përcaktohet nga ekuilibri lokal i forcave elastike që veprojnë në xhel dhe parashikon që në një tendosje të fortë biaksiale λz - 1 nën kufizim
Ekuacioni (1) tregon se edhe nën ngjeshje të fortë (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\ deri në \,0\)) ka një zgjerim të lehtë xheli dhe deformim të zgjatjes pasuese mbi ngopja λz–1 = 0,15 ± 0,05.Kjo sjellje lidhet me (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{{{{({\rm{b}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm { s }}}}}}}\djathtas)}^{1/2}\) ≈ 0,15−0,4 dhe (ii) termi në kllapa katrore në mënyrë asimptotike përafrohet \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) për lidhje të forta biaksiale. Është e rëndësishme të theksohet se parafaktori \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\djathtas)}^{1/ 2 }\) nuk ka të bëjë fare me ngurtësinë e fillit E, por përcaktohet vetëm nga raporti i pamjes së fillit d/L0 dhe këndi qendror i harkut ψ0, e cila është e ngjashme me SM, MM dhe RM (Tabela Plotësuese 4).
Për të theksuar më tej ndryshimin në tendosjen e shkaktuar nga liria midis xhelit fleksibël dhe filamentoz, ne prezantojmë raportin biaksial të Poisson-it \({\nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\në 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}, \) përshkruan një të pakufizuar orientimi i tendosjes së xhelit në përgjigje të tendosjes së barabartë në dy drejtime radiale, dhe e shtrin këtë në sforcime të mëdha uniforme \ rm{b }}}}}}}}^{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{({\rm{r))))))))))}\) .Në fig.2d tregon \({{{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}^{{ {{\rm { eff }}}}}}}\) për ngjeshjen uniforme biaksiale të xhelit fleksibël (si agaroza) dhe të ngurtë (siç është fibrina) (Diskutim plotësues, Seksioni 5.3.4) dhe thekson marrëdhënien midis dallimeve të forta në përgjigjet ndaj izolimit. Për xhelat e agarozës nën kufizime të forta {\rm{eff}}}}}}}}\) rritet në vlerën asimptotike 2/3, dhe për xhel me fibrinë zvogëlohet në zero, pasi lnλz/lnλr → 0, pasi λz rritet me ngopja me rritjen e λr.Vini re se në eksperimente, mikroxhelat sferikë të mbyllur deformohen në mënyrë johomogjene dhe pjesa e tyre qendrore përjeton kompresim më të fortë;megjithatë, ekstrapolimi në një vlerë të madhe prej 1/λr bën të mundur krahasimin e eksperimentit me teorinë për xhel të deformuar në mënyrë uniforme.
Një tjetër ndryshim në sjelljen e xhelit të zinxhirit fleksibël dhe xheleve filamentoze u gjet për shkak të lëvizjes së tyre pas tkurrjes.Presioni i zhvendosjes ΔPtr, i normalizuar në ngurtësimin e xhelit S, u rrit me rritjen e ngjeshjes (Fig. 2e), por në 2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5, mikroxhelat e fibrinës treguan vlera dukshëm më të ulëta të ΔPtr/S poshtë gjatë tkurrjes.Mbajtja e mikroxhelit të agarozës çon në një rritje të presionit osmotik, gjë që çon në shtrirjen e xhelit në drejtimin gjatësor ndërsa molekulat e polimerit shtrihen (Fig. 2b, majtas) dhe një rritje të presionit të zhvendosjes me ΔPtr/S ~( 1/λr)14/317.Përkundrazi, forma e mikrogeleve të mbyllura të fibrinës përcaktohet nga bilanci energjetik i fijeve të ngjeshjes radiale dhe tensionit gjatësor, gjë që çon në deformimin maksimal gjatësor λz ~\(\sqrt{{k}_{{{{{{ { \rm{ b))))))))} /{k}_{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).Për 1/λr ≫ 1, ndryshimi në presionin e zhvendosjes është shkallëzuar si 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{{\rm {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Diskutim Plotësues, Seksioni 5.4), siç tregohet nga vija e kuqe e fortë në Fig. 2e.Kështu, ΔPtr është më pak i kufizuar sesa në xhel agarozë.Për ngjeshjet me 1/λr > 3.5, një rritje e ndjeshme në fraksionin vëllimor të filamenteve dhe ndërveprimi i fijeve fqinje kufizon deformimin e mëtejshëm të xhelit dhe çon në devijime të rezultateve eksperimentale nga parashikimet (vija e kuqe me pika në Fig. 2e).Përfundojmë se për të njëjtën 1/λr dhe Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr}}}}}}}_{{{{\rm{fibrin}}} )) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))}}_{{{{\rm{agarose}} }} } } } }}\) xheli i agarozës do të kapet nga mikrokanali dhe xheli i fibrinës me të njëjtën ngurtësi do të kalojë nëpër të.Për ΔP < Δ\({P}_{{{{{\rm{tr))))))))))_{{{{\rm{fibrin))))))))))) ), Dy Të dy xhel do të bllokojnë kanalin, por xheli i fibrinës do të shtyjë më thellë dhe do të kompresohet në mënyrë më efektive, duke bllokuar rrjedhën e lëngut në mënyrë më efektive.Rezultatet e paraqitura në figurën 2 tregojnë se xhel fibroz mund të shërbejë si një prizë efektive për të reduktuar gjakderdhjen ose për të penguar furnizimin me gjak të tumoreve.
Nga ana tjetër, fibrina formon një skelë mpiksjeje që çon në tromboembolizëm, një gjendje patologjike në të cilën një tromb mbyll një enë në ΔP < ΔPtr, si për shembull në disa lloje goditjesh ishemike (Fig. 3a).Zgjatja më e dobët e shkaktuar nga kufizimi i mikrogeleve të fibrinës rezultoi në një rritje më të fortë të përqendrimit të fibrinës të fibrinogjenit C/C në krahasim me xhelët me zinxhir fleksibël, ku fibrinogjeni C dhe C janë përkatësisht mikroxhel të kufizuar dhe të padeformuar.Përqendrimi i polimerit në xhel.Figura 3b tregon se fibrinogjeni C/C në SM, MM dhe RM u rrit më shumë se shtatë herë në 1/λr ≈ 4.0, i nxitur nga kufizimi dhe dehidratimi (Fig. Suplementare 16).
Ilustrim skematik i mbylljes së arteries cerebrale të mesme në tru.b Rritja relative e ndërmjetësuar nga kufizimi në përqendrimin e fibrinës në SM obstruktive (rrathë të kuq të ngurtë), MM (katrore të ngurta të zeza) dhe RM (trekëndësha të ngurtë blu).c Dizajni eksperimental i përdorur për të studiuar ndarjen e xhelit të fibrinës së kufizuar.Një zgjidhje e tPA etiketuar në mënyrë fluoreshente në TBS u injektua me një shpejtësi rrjedhjeje prej 5,6 × 107 µm3/s dhe një rënie presioni shtesë prej 0,7 Pa për kanalet e vendosura pingul me boshtin e gjatë të mikrokanalit kryesor.d Imazhi mikroskopik shumëkanalësh i bashkuar i MM obstruktiv (D0 = 200 µm) në Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa dhe gjatë ndarjes.Vijat vertikale me pika tregojnë pozicionet fillestare të skajeve të pasme dhe të përparme të MM në tlys = 0. Ngjyrat jeshile dhe rozë korrespondojnë me FITC-dekstran (70 kDa) dhe tPA të etiketuar me AlexaFluor633, përkatësisht.e Vëllimi relativ i ndryshueshëm në kohë i RM-ve të mbyllura me D0 prej 174 µm (trekëndëshi i hapur blu i përmbysur), 199 µm (trekëndëshi i hapur blu) dhe 218 µm (trekëndëshi i hapur blu), përkatësisht, në një mikrokanal konik me Xf = 28 ± 1 μm.seksionet kanë ΔP 1200, 1800 dhe 3000 Pa, përkatësisht, dhe Q = 1860 ± 70 µm3/s.Futja tregon RM (D0 = 218 µm) duke mbyllur mikrokanalin.f Variacioni kohor i vëllimit relativ të SM, MM ose RM i vendosur në Xf = 32 ± 12 µm, në ΔP 400, 750 dhe 1800 Pa dhe ΔP 12300 Pa dhe Q 12300 në rajonin konik të mikrokanalit, përkatësisht 2400 dhe 1860 µm /s.Xf përfaqëson pozicionin e përparmë të mikroxhelit dhe përcakton distancën e tij nga fillimi i tkurrjes.V(tlys) dhe V0 janë respektivisht vëllimi i përkohshëm i mikroxhelit të lizuar dhe vëllimi i mikroxhelit të patrazuar.Ngjyrat e karaktereve korrespondojnë me ngjyrat në b.Shigjetat e zeza në e, f korrespondojnë me momentin e fundit të kohës përpara kalimit të mikrogeleve përmes mikrokanalit.Shiriti i shkallës në d, e është 100 µm.
Për të hetuar efektin e kufizimit në zvogëlimin e rrjedhës së lëngjeve nëpër xhel fibrinë obstruktive, ne studiuam lizën e SM, MM dhe RM të infiltruar me aktivizuesin e plazminogenit të indeve të agjentit trombolitik (tPA).Figura 3c tregon modelin eksperimental të përdorur për eksperimentet e lizës. Në ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) dhe një normë rrjedhjeje, Q = 2400 μm3/s, të kripës së kripur të buferuar me Tris (TBS) të përzier me 0,1 mg/mL (izotiocianat fluorescein) FITC-Dextran, mikroxheli mbylli mikrokanalin e ngushtuar Rajon. Në ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) dhe një normë rrjedhjeje, Q = 2400 μm3/s, të kripës së kripur të buferuar me Tris (TBS) të përzier me 0,1 mg/mL (izotiocianat fluorescein) FITC-Dextran, mikroxheli mbylli mikrokanalin e ngushtuar Rajon. Për DP = 700 Pa (<ΔPtr) dhe për pak kohë, Q = 2400 mkm3/s, tres-bufernogo solevogo shpërbërja (TBS), zëvendësuar me 0,1 mg/ml (fluoresceinizotiociana) FITC-deksrate, microgelalь micro. Në ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) dhe një normë rrjedhjeje, Q = 2400 µm3/s, të kripës së kripur të buferuar Tris (TBS) të përzier me 0,1 mg/mL (izotiocianat fluorescein) FITC-dekstran, mikroxheli mbylli mikrokanalin konvergjent.Rajon.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（异硫氰酸荠合时，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 смени трис-буферного солевого раствора (TBS) me 0,1 mg/ml (fluoresceinizotiocianat) FITC-dekstrana për ΔP = 700 Pa (<DPtr) dhe afërsisht potoka Q = 2400 микрочеловични области. Mikrogelet u mbyllën kur kripërat e kripura të buferizuara Tris (TBS) u përzien me 0.1 mg/mL (izotiocianat fluorescein) FITC-dekstran në ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) dhe shpejtësinë e rrjedhjes Q = 2400 μm3/s rajone konike të mikrokanaleve.Pozicioni përpara Xf i mikroxhelit përcakton distancën e tij nga pika fillestare e tkurrjes X0.Për të nxitur lizën, një zgjidhje e tPA etiketuar në mënyrë fluoreshente në TBS u injektua nga një kanal i vendosur në mënyrë ortogonale në boshtin e gjatë të mikrokanalit kryesor.
Kur tretësira tPA arriti në MM okluzale, skaji i pasmë i mikroxhelit u mjegullua, duke treguar se ndarja e fibrinës kishte filluar në kohën tlys = 0 (Fig. 3d dhe Fig. Suplementare 18).Gjatë fibrinolizës, tPA e etiketuar me ngjyrë grumbullohet brenda MM dhe lidhet me fijet e fibrinës, gjë që çon në një rritje graduale të intensitetit të ngjyrës rozë të mikrogeleve.Në tlys = 60 min, MM tkurret për shkak të shpërbërjes së pjesës së pasme dhe pozicioni i skajit të tij kryesor Xf ndryshon pak.Pas 160 min, MM i tkurrur fort vazhdoi të tkurret, dhe në tlys = 161 min, iu nënshtrua tkurrjes, duke rivendosur rrjedhën e lëngut përmes mikrokanalit (Fig. 3d dhe Fig. Suplementar 18, kolona djathtas).
Në fig.3e tregon uljen e varur nga koha e ndërmjetësuar nga liza në vëllimin V(tlys) të normalizuar në vëllimin fillestar V0 të mikroxhelit të fibrinës me madhësi të ndryshme.CO me D0 174, 199 ose 218 µm u vendos në një mikrokanal me ΔP 1200, 1800 ose 3000 Pa, përkatësisht, dhe Q = 1860 ± 70 µm3/s për të bllokuar mikrokanalin (Fig. 3e, futja).të ushqyerit.Mikroxhelat gradualisht tkurren derisa të jenë mjaft të vogla për të kaluar nëpër kanale.Një rënie në vëllimin kritik të CO me një diametër fillestar më të madh kërkon një kohë më të gjatë lize.Për shkak të rrjedhës së ngjashme nëpër RM me madhësi të ndryshme, ndarja ndodh me të njëjtën shpejtësi, duke rezultuar në tretjen e fraksioneve më të vogla të RM-ve më të mëdha dhe zhvendosjen e tyre të vonuar.Në fig.3f tregon zvogëlimin relativ në V(tlys)/V0 për shkak të ndarjes për SM, MM dhe RM në D0 = 197 ± 3 µm të paraqitur si funksion i tlys.Për SM, MM dhe RM, vendosni çdo mikroxhel në një mikrokanal me ΔP 400, 750 ose 1800 Pa dhe Q 12300, 2400 ose 1860 µm3/s, respektivisht.Megjithëse presioni i aplikuar në SM ishte 4.5 herë më i ulët se ai i RM, rrjedha përmes SM ishte më shumë se gjashtë herë më e fortë për shkak të përshkueshmërisë më të lartë të SM, dhe tkurrja e mikroxhelit u ul nga SM në MM dhe RM .Për shembull, në tlys = 78 min, SM kryesisht shpërbëhej dhe zhvendosej, ndërsa MM dhe PM vazhduan të bllokonin mikrokanalet, pavarësisht se ruanin respektivisht vetëm 16% dhe 20% të vëllimit të tyre origjinal.Këto rezultate sugjerojnë rëndësinë e lizës së ndërmjetësuar nga konvekcioni i xheleve fibroze të ngushta dhe lidhen me raportet e tretjes më të shpejtë të mpiksjeve me përmbajtje më të ulët të fibrinës.
Kështu, puna jonë demonstron eksperimentalisht dhe teorikisht mekanizmin me të cilin xhel filamentoz reagojnë ndaj izolimit biaksial.Sjellja e xhelit fibroz në një hapësirë të kufizuar përcaktohet nga asimetria e fortë e energjisë sforcuese të filamenteve (të buta në shtypje dhe të forta në tension) dhe vetëm nga raporti i pamjes dhe lakimi i fijeve.Ky reagim rezulton në zgjatje minimale të xhelit fibroz të përmbajtur në kapilarët e ngushtë, raporti i tyre biaksial Poisson zvogëlohet me rritjen e ngjeshjes dhe më pak presion të lehtë të bitit.
Meqenëse mbajtja biaksiale e grimcave të buta të deformueshme përdoret në një gamë të gjerë teknologjish, rezultatet tona stimulojnë zhvillimin e materialeve të reja fibroze.Në veçanti, mbajtja biaksiale e xhelit filamentoz në kapilarët ose tubat e ngushtë çon në ngjeshjen e tyre të fortë dhe një rënie të mprehtë të përshkueshmërisë.Frenimi i fortë i rrjedhjes së lëngjeve përmes xheleve fibroze okluzive ka përparësi kur përdoret si priza për të parandaluar gjakderdhjen ose për të zvogëluar furnizimin me gjak të sëmundjeve malinje33,34,35.Nga ana tjetër, një rënie në rrjedhën e lëngjeve përmes xhelit të fibrinës okluzale, duke frenuar kështu lizën e trombit të ndërmjetësuar nga konvektivi, jep një tregues të lizës së ngadaltë të mpiksjes okluzale [27, 36, 37].Sistemi ynë i modelimit është hapi i parë drejt kuptimit të implikimeve të përgjigjes mekanike të hidrogeleve fibroze biopolimere ndaj mbajtjes biaksiale.Përfshirja e qelizave të gjakut ose e trombociteve në xhel fibrine obstruktive do të ndikojë në sjelljen e tyre kufizuese 38 dhe do të jetë hapi tjetër në zbulimin e sjelljes së sistemeve më komplekse biologjikisht të rëndësishme.
Reagentët e përdorur për përgatitjen e mikrogeleve të fibrinës dhe fabrikimin e pajisjeve MF përshkruhen në Informacionin Suplementar (Seksionet 2 dhe 4 të Metodave Suplementare).Mikroxhelat e fibrinës u përgatitën duke emulsifikuar një zgjidhje të përzier të fibrinogjenit, tamponit Tris dhe trombinës në një pajisje MF me fokus rrjedhën, e ndjekur nga xhelatimi me pika.Zgjidhja e fibrinogjenit të gjedhit (60 mg/ml në TBS), tampon Tris dhe tretësirë e trombinës së gjedhit (5 U/ml në 10 mM zgjidhje CaCl2) u administruan duke përdorur dy pompa shiringash të kontrolluara në mënyrë të pavarur (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Syring Pump).për të bllokuar MF, SHBA).Faza e vazhdueshme e vajit F që përmban 1 % wt. bllok kopolimer PFPE-P(EO-PO)-PFPE, u fut në njësinë MF duke përdorur një pompë të tretë shiringe.Pikat e formuara në pajisjen MF mblidhen në një tub centrifuge 15 ml që përmban F-vaj.Vendosni tubat në një banjë uji në 37 °C për 1 orë për të përfunduar xhelatimin e fibrinës.Mikroxhelat e fibrinës të etiketuara me FITC u përgatitën duke përzier fibrinogjenin e gjedhit dhe fibrinogjenin njerëzor të etiketuar FITC në një raport peshe përkatësisht 33:1.Procedura është e njëjtë si për përgatitjen e mikrogeleve të fibrinës.
Transferoni mikroxhelat nga vaji F në TBS duke centrifuguar dispersionin në 185 g për 2 min.Mikroxhelat e precipituar u shpërndanë në vaj F të përzier me 20 wt.% alkool perfluorooctyl, pastaj u shpërndanë në heksan që përmban 0.5 wt.% Span 80, heksan, 0.1 wt.% Triton X në ujë dhe TBS.Më në fund, mikroxhelat u shpërndanë në TBS që përmban 0.01 % wt Tween 20 dhe u ruajtën në 4°C për afërsisht 1-2 javë përpara eksperimenteve.
Fabrikimi i pajisjes MF përshkruhet në Informacionin Suplementar (Seksioni 5 i Metodave Suplementare).Në një eksperiment tipik, vlera pozitive e ΔP përcaktohet nga lartësia relative e rezervuarëve të lidhur para dhe pas pajisjes MF për futjen e mikrogeleve me diametër 150 < D0 < 270 µm në mikrokanale.Madhësia e patrazuar e mikrogeleve u përcaktua duke i vizualizuar ato në makrokanal.Mikroxheli ndalon në një zonë konike në hyrje të shtrëngimit.Kur maja e mikroxhelit të përparmë mbetet e pandryshuar për 2 minuta, përdorni programin MATLAB për të përcaktuar pozicionin e mikroxhelit përgjatë boshtit x.Me një rritje graduale të ΔP, mikroxhel lëviz përgjatë rajonit në formë pykë derisa të hyjë në shtrëngim.Pasi mikroxheli futet plotësisht dhe kompresohet, ΔP zbret me shpejtësi në zero, duke balancuar nivelin e ujit midis rezervuarëve dhe mikroxheli i mbyllur mbetet i palëvizshëm nën ngjeshje.Gjatësia e mikroxhelit obstruktiv u mat 30 minuta pasi shtrëngimi pushoi.
Gjatë eksperimenteve të fibrinolizës, tretësirat e t-PA dhe dekstranit të etiketuar me FITC depërtojnë në mikroxhel të bllokuar.Rrjedha e çdo lëngu u monitorua duke përdorur imazhe fluoreshence me një kanal.TAP i etiketuar me AlexaFluor 633 të lidhur me fibrat e fibrinës dhe të akumuluar brenda mikroxhelit të ngjeshur të fibrinës (kanali TRITC në Fig. 18 plotësuese).Zgjidhja e dekstranit e etiketuar me FITC lëviz pa akumulim në mikroxhel.
Të dhënat që mbështesin rezultatet e këtij studimi janë në dispozicion nga autorët përkatës sipas kërkesës.Imazhet e papërpunuara SEM të xhelit të fibrinës, imazhet e papërpunuara TEM të xhelit të fibrinës para dhe pas inokulimit dhe të dhënat kryesore hyrëse për figurat 1 dhe 2. 2 dhe 3 jepen në skedarin e të dhënave të papërpunuara.Ky artikull ofron të dhënat origjinale.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. dhe Weisel JV fibrinogjen dhe fibrinë.Në Macromolecular Protein Complex III: Structure and Function (ed. Harris, JR and Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (Springer dhe Cham, 2021).
Bosman FT dhe Stamenkovich I. Struktura funksionale dhe përbërja e matricës jashtëqelizore.J. Pasol.200, 423-428 (2003).
Princi E. dhe Kumacheva E. Projektimi dhe aplikimi i hidrogeleve me fibra artificiale biomimetike.Kombëtare Matt Red.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Modelimi i rrjeteve polimer gjysmë fleksibël.Prifti Mod.fizikës.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. dhe Piku, KR.In Advances in Soft Matter Mechanics 119–145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D dhe Mahadevan L. Shtrirja e xhelit të kolagjenit të shkaktuar nga stresi.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS dhe Gianmi PA Elasticiteti jolinear i biogheleve.Nature 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stresi kontrollon mekanizmat e rrjetit të kolagjenit.procesi.Akademia Kombëtare e Shkencave.shkenca.US 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, etj.Stresi normal negativ në xhel gjysmë fleksibël të biopolimerit.Alma Mater Kombëtare.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Elasticiteti jolinear i rrjeteve të ngurtë të fibrave: forcimi i sforcimit, stresi normal negativ dhe shtrirja e fibrave në xhel fibrin.J. Fizikë.Kimike.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML et al.Sjellja elastike e rrjeteve të aktinës të ndërlidhura dhe të lidhura.Science 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. et al.Mekanika jolineare e rrjeteve të fibrave optike të kontrolluara nga sforcimi me kontroll kritik.Fizika kombëtare.12, 584–587 (2016).
Vehabi, M. et al.Elasticiteti i rrjeteve të fibrave nën presionin njëaksial.Soft Matter 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Përshkueshmëria hidraulike e mpiksjes së gjakut si funksion i densitetit të fibrinës dhe trombociteve.biofizikës.Journal 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. et al.Sjellja e gjithanshme e hidrogeleve kufizohet nga kapilarët e ngushtë.shkenca.Shtëpia 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Efekti i heterogjenitetit patologjik në elastografinë me valë prerëse në stadifikimin e trombozës së venave të thella.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. Kuantifikimi in vivo i mpiksjes së gjakut të varur nga koha duke përdorur imazhe me ultratinguj me valë prerëse në një model të trombozës venoze të lepurit.tromb.rezervuari i magazinimit.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Simulimi kompjuterik i dinamikës së polimerizimit të fibrinës në lidhje me vëzhgimet e mikroskopit elektronik dhe turbullirës: struktura dhe montimi i mpiksjes kontrollohen në mënyrë kinetike.biofizikës.Journal 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW dhe Lorand, L. Origjina strukturore e rheologjisë së mpiksjes së fibrinës.biofizikës.J. 77, 2813–2826 (1999).
Koha e postimit: Shkurt-23-2023