Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur.Siz cheklangan CSS-ni qo'llab-quvvatlaydigan brauzer versiyasidan foydalanmoqdasiz.Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da Moslik rejimini o'chirib qo'ying).Bundan tashqari, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScriptlarsiz ko'rsatamiz.
Bir vaqtning o'zida uchta slayddan iborat karuselni ko'rsatadi.Bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun "Oldingi" va "Keyingi" tugmalaridan foydalaning yoki bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun oxiridagi slayder tugmalaridan foydalaning.
Tolali gidrogellarning tor kapillyarlarga cheklanishi biologik va biomedikal tizimlarda katta ahamiyatga ega.Tolali gidrogellarning tarangligi va bir o'qli siqilishi keng o'rganilgan, ammo ularning kapillyarlarda ikki o'qli tutilishiga munosabati o'rganilmagan.Bu erda biz eksperimental va nazariy jihatdan ko'rsatamizki, filamentli jellar siqilishda yumshoq va kuchlanishda qattiq bo'lgan tarkibiy filamentlarning mexanik xususiyatlarining assimetriyasi tufayli moslashuvchan zanjirli jellarga qaraganda cheklovga sifat jihatidan boshqacha javob beradi.Kuchli ushlab turish sharoitida tolali gel ozgina cho'zilish va biaksiyal Puasson nisbatining nolga asimptotik pasayishini namoyon qiladi, natijada jel kuchli siqiladi va jel orqali suyuqlikning yomon o'tishiga olib keladi.Ushbu natijalar cho'zilgan okklyuziv tromblarning terapevtik vositalar tomonidan lizisga chidamliligini ko'rsatadi va tomirlardan qon ketishini to'xtatish yoki o'smalarning qon bilan ta'minlanishini inhibe qilish uchun tolali jellardan samarali endovaskulyar embolizatsiya rivojlanishini rag'batlantiradi.
Tolali tarmoqlar to'qimalar va tirik hujayralarning asosiy strukturaviy va funktsional qurilish bloklari hisoblanadi.Aktin sitoskeletonning asosiy tarkibiy qismidir1;fibrin yara bitishi va tromb hosil bo'lishining asosiy elementi2, kollagen, elastin va fibronektin esa hayvonot olamidagi hujayradan tashqari matritsaning tarkibiy qismidir3.Tolali biopolimerlarning qayta tiklangan tarmoqlari to'qimalar muhandisligida keng qo'llaniladigan materiallarga aylandi4.
Filamentli tarmoqlar moslashuvchan molekulyar tarmoqlardan farq qiladigan mexanik xususiyatlarga ega bo'lgan biologik yumshoq moddalarning alohida sinfini ifodalaydi5.Bu xususiyatlarning ba'zilari evolyutsiya jarayonida biologik moddalarning deformatsiyaga javobini boshqarish uchun rivojlangan6.Misol uchun, tolali tarmoqlar kichik shtammlarda7,8 chiziqli elastiklikni namoyon qiladi, katta shtammlarda esa ular qattiqlikni oshiradi9,10 va shu bilan to'qimalarning yaxlitligini saqlaydi.Elyafli jellarning boshqa mexanik xususiyatlariga ta'siri, masalan, kesish kuchlanishiga javoban salbiy normal stress11,12, hali aniqlanmagan.
Yarim egiluvchan tolali gidrogellarning mexanik xossalari bir o'qli taranglik13,14 va siqilish8,15 ta'sirida o'rganilgan, ammo ularning tor kapillyarlar yoki naychalardagi erkinlik bilan bog'liq ikki o'qli siqilishi o'rganilmagan.Bu erda biz eksperimental natijalar haqida xabar beramiz va nazariy jihatdan mikrofluidik kanallarda ikki o'qli tutilish ostida tolali gidrogellarning harakati mexanizmini taklif qilamiz.
Fibrinogen va trombin kontsentratsiyasining turli nisbatlariga ega bo'lgan va D0 diametri 150 dan 220 mkm gacha bo'lgan fibrin mikrogellari mikrofluidik yondashuv yordamida yaratilgan (Qo'shimcha 1-rasm).Shaklda.1a konfokal floresan mikroskop (CFM) yordamida olingan ftorxrom etiketli mikrogellarning tasvirlarini ko'rsatadi.Mikrogellar sharsimon, polidispersligi 5% dan kam va CFM tomonidan tekshirilgan shkalalar bo'ylab bir xil tuzilishga ega (Qo'shimcha ma'lumot va filmlar S1 va S2).Mikrogellarning o'rtacha g'ovak hajmi (Darsi o'tkazuvchanligini o'lchash yo'li bilan aniqlanadi16) 2280 dan 60 nm gacha kamaydi, fibrin miqdori 5,25 dan 37,9 mg / ml gacha oshdi va trombin kontsentratsiyasi mos ravishda 2,56 dan 0,27 birlik / ml gacha kamaydi.(Qo'shimcha ma'lumot).Guruch.2), 3 va qo'shimcha jadval 1).Mikrogelning mos keladigan qattiqligi 0,85 dan 3,6 kPa gacha oshadi (qo'shimcha 4-rasm).Moslashuvchan zanjirlardan hosil bo'lgan jellarga misol sifatida turli xil qattiqlikdagi agaroz mikrogellar qo'llaniladi.
TBSda to'xtatilgan PM etiketli flüoresan izotiosiyanat (FITC) ning floresan mikroskopiya tasviri.Shtrix shkalasi 500 mkm.b SM (yuqori) va RM (pastki) ning SEM tasvirlari.O'lchov paneli 500 nm.c Katta kanal (diametri dl) va kirish burchagi a 15 ° va diametri DC = 65 mkm bo'lgan toraygan konus shaklidagi hududdan iborat mikrosuyuqlik kanalining sxematik diagrammasi.d chapdan o'ngga: RM ning optik mikroskop tasvirlari (diametri D0) katta kanallarda, konusning zonasida va siqilishda (cheklovchi jel uzunligi Dz).Shtrix shkalasi 100 mkm.e, f Deformatsiyalanmagan RM (e) va tiqilib qolgan RM (f) ning TEM tasvirlari, 1/lr = 2,7 siqilish bilan bir soat davomida o'rnatiladi, so'ngra massaning 5% ni bo'shatish va mahkamlash.TBSdagi glutaraldegid.Deformatsiyalanmagan CO ning diametri 176 mkm.O'lchov chizig'i 100 nm.
Biz qattiqligi 0,85, 1,87 va 3,6 kPa (bundan keyin mos ravishda yumshoq mikrogellar (SM), o'rta qattiq mikrogellar (MM) va qattiq mikrogellar (RM) deb yuritiladi) bo'lgan fibrin mikrogellariga e'tibor qaratdik.Fibrin gelining qattiqligining bu diapazoni qon quyqalari bilan bir xil darajada bo'ladi18,19 va shuning uchun bizning ishimizda o'rganilgan fibrin jellari haqiqiy biologik tizimlar bilan bevosita bog'liq.Shaklda.1b da skanerlovchi elektron mikroskop (SEM) yordamida olingan SM va RM tuzilmalarining yuqori va pastki tasvirlari ko'rsatilgan.RM tuzilmalari bilan solishtirganda, SM tarmoqlari oldingi hisobotlar 20, 21 (qo'shimcha 5-rasm) bilan mos keladigan qalin tolalar va kamroq filial nuqtalari bilan hosil bo'ladi.Gidrojelning tuzilishidagi farq uning xossalari tendentsiyasi bilan bog'liq: gelning o'tkazuvchanligi gözenek hajmining SM dan MM va RM ga kamayishi bilan kamayadi (qo'shimcha 1-jadval), jelning qattiqligi esa aksincha.30 kun davomida 4 °C da saqlanganidan keyin mikrogel tuzilishida o'zgarishlar qayd etilmadi (qo'shimcha 6-rasm).
Shaklda.1c da dumaloq kesmaga ega bo'lgan mikrosuyuqlik kanalining diagrammasi (chapdan o'ngga) o'z ichiga oladi: mikrogel deformatsiyalanmagan holda qoladigan diametri dl bo'lgan katta kanal, diametri toraygan konus shaklidagi qism dc < D0, konus -shaklli bo'laklar va diametri dl bo'lgan katta kanallar (qo'shimcha rasm 7).Odatdagi tajribada mikrogellar mikrosuyuqlik kanallariga 0,2–16 kPa DA musbat bosim pasayishida kiritildi (Qo'shimcha 8-rasm).Bu bosim diapazoni biologik ahamiyatga ega qon bosimiga to'g'ri keladi (120 mm Hg = 16 kPa)22.Shaklda.1d (chapdan o'ngga) katta kanallarda, konusning joylarida va siqilishlarda RMning vakili tasvirlarini ko'rsatadi.Mikrogelning harakati va shakli MATLAB dasturi yordamida yozib olingan va tahlil qilingan.Shuni ta'kidlash kerakki, toraygan hududlarda va siqilishlarda mikrogellar mikrokanallarning devorlari bilan mos ravishda aloqa qiladi (8-rasm).D0/dc = 1/lr torayganida mikrogelning radial tutilish darajasi 2,4 ≤ 1/lr ≤ 4,2 oraliqda, bu yerda 1/lr siqish nisbati.Mikrogel DP > DPtr bo'lganda qisqarishdan o'tadi, bu erda DPtr translokatsiya bosimi farqi.Biaksial cheklangan mikrogellarning teshiklarining uzunligi va o'lchami ularning muvozanat holati bilan belgilanadi, chunki biologik tizimlarda jellarning yopishqoqligini hisobga olish juda muhimdir.Agaroz va fibrin mikrogellari uchun muvozanat vaqti mos ravishda 10 min va 30 minut edi.Ushbu vaqt oralig'idan so'ng, cheklangan mikrogellar o'zlarining barqaror holati va shakliga erishdilar, ular yuqori tezlikda kamera yordamida olingan va MATLAB yordamida tahlil qilingan.
Shaklda.1e, 1f deformatsiyalanmagan va biaksiyal cheklangan RM tuzilmalarining transmissiya elektron mikroskopiyasi (TEM) tasvirlarini ko'rsatadi.RM siqilishidan so'ng, mikrogel gözenek hajmi sezilarli darajada kamaydi va ularning shakli siqilish yo'nalishi bo'yicha kichikroq o'lchamlar bilan anizotropik bo'lib qoldi, bu avvalgi hisobot 23 bilan mos keladi.
Siqilish paytida ikki o'qli siqilish mikrogelni cheksiz yo'nalishda lz koeffitsienti bilan cho'zilishiga olib keladi lz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\) , bu yerda \({D}_{{{({\rm{z}}}}}}}}\) yopiq mikrogel uzunligi 2a-rasmda lzvs .1/ lr oʻzgarishi koʻrsatilgan. Fibrin va agaroz mikrogellar uchun Ajablanarlisi shundaki, 2,4 ≤ 1/Lr ≤ 4,2 kuchli siqilishda fibrin mikrogellari 1,12 +/- 0,03 lz ga arzimas cho'zilishni ko'rsatadi, bu esa 1/lr qiymatiga ozgina ta'sir qiladi. cheklangan agaroz mikrogellar, ular kuchsizroq siqilishda ham kuzatiladi 1/lr = 2,6 kattaroq cho'zilish lz = 1,3.
a Agaroz mikrogel turli elastik modullar (2,6 kPa, yashil ochiq olmos; 8,3 kPa, jigarrang ochiq doira; 12,5 kPa, to'q sariq ochiq kvadrat; 20,2 kPa, qirmizi ochiq teskari uchburchak) va SM (to'liq qizil) bilan tajribalar o'lchagan cho'zilishning o'zgarishi lz ( doiralar), MM (qattiq qora kvadratlar) va RM (qattiq ko'k uchburchaklar).Qattiq chiziqlar agaroz (yashil chiziq) va fibrin mikrogellari (bir xil rangdagi chiziqlar va belgilar) uchun nazariy prognoz qilingan lz ni ko'rsatadi.b, c Yuqori panel: agaroz (b) va fibrin (c) tarmoq zanjirlarining sxematik diagrammasi (chapda) va keyin (o'ngda) ikki eksenli siqilishdan oldin.Pastki: deformatsiyadan oldin va keyin mos keladigan tarmoqning shakli.X va y siqish yo'nalishlari mos ravishda magenta va jigarrang o'qlar bilan ko'rsatilgan.Yuqoridagi rasmda ushbu x va y yo'nalishlarida yo'naltirilgan tarmoqlar zanjirlari mos keladigan qizil va jigarrang chiziqlar bilan ko'rsatilgan va ixtiyoriy z yo'nalishi bo'yicha yo'naltirilgan zanjirlar yashil chiziqlar bilan ifodalangan.Fibrin jelida (c) x va y yo'nalishdagi binafsha va jigarrang chiziqlar deformatsiyalanmagan holatga qaraganda ko'proq egiladi va z yo'nalishidagi yashil chiziqlar egilib cho'ziladi.Siqilish va kuchlanish yo'nalishlari orasidagi kuchlanish oraliq yo'nalishlarga ega bo'lgan iplar orqali uzatiladi.Agaroz jellarida barcha yo'nalishdagi zanjirlar osmotik bosimni aniqlaydi, bu jelning deformatsiyasiga katta hissa qo'shadi.d Ikki eksenli Puasson nisbatining taxminiy oʻzgarishi, } }^{{{{\rm{eff}}}}}} =-{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), agaroza (yashil chiziq) va fibrin (qizil chiziq) jellarini teng eksenel siqish uchun.Inset jelning ikki o'qli deformatsiyasini ko'rsatadi.e Translokatsiya bosimining o'zgarishi DPtr, jelning qattiqligi S ga normallashtirilgan, agaroz va fibrin mikrogellari uchun siqilish nisbati funksiyasi sifatida chizilgan.Belgi ranglari (a) dagi ranglarga mos keladi.Yashil va qizil chiziqlar mos ravishda agaroz va fibrin jellari uchun DPtr/S va 1/lr o'rtasidagi nazariy munosabatni tasvirlaydi.Qizil chiziqning kesilgan qismi tolalararo o'zaro ta'sirlar tufayli kuchli siqilishda DPtr ning ortishini ko'rsatadi.
Bu farq mos ravishda flexible24 va rigid25 iplardan tashkil topgan fibrin va agaroz mikrogel tarmoqlari deformatsiyasining turli mexanizmlari bilan bog'liq.Moslashuvchan jellarning ikki o'qli siqilishi ularning hajmining pasayishiga va shu bilan bog'liq bo'lgan konsentratsiya va osmotik bosimning oshishiga olib keladi, bu esa jelning cheksiz yo'nalishda cho'zilishiga olib keladi.Jelning yakuniy cho'zilishi cho'zilgan zanjirlarning entropik erkin energiyasining ortishi va cho'zilgan geldagi polimer konsentratsiyasining pastligi tufayli osmozning erkin energiyasining kamayishi muvozanatiga bog'liq.Kuchli ikki o‘qli siqilishda gelning cho‘zilishi lz ≈ 0,6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) bilan ortadi (2a-rasmga qarang). munozara bo'limi 5.3.3).Moslashuvchan zanjirlardagi konformatsion o'zgarishlar va mos keladigan tarmoqlarning shakli ikki o'qli ushlab turishdan oldin va keyin shakl.2b.
Bundan farqli o'laroq, fibrin kabi tolali jellar ikki o'qli tutilishga turlicha javob beradi.Filamentlar asosan siqilish egiluvchanligi yo'nalishiga parallel ravishda yo'naltirilgan (shu bilan o'zaro bog'lanishlar orasidagi masofani qisqartiradi), siqilish yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan filamentlar esa elastik kuch ta'sirida tekislanadi va cho'ziladi, bu esa jelning cho'zilishiga olib keladi ( 1-rasm).2c) Deformatsiyalanmagan SM, MM va RM tuzilmalari ularning SEM va CFM tasvirlarini tahlil qilish bilan tavsiflangan (Qo'shimcha muhokama bo'limi IV va qo'shimcha 9-rasm).Deformatsiyalanmagan fibrin mikrogellardagi iplarning elastik modulini (E), diametrini (d), profil uzunligini (R0), uchlari orasidagi masofani (L0 ≈ R0) va markaziy burchagini (ps0) aniqlash orqali (Qo'shimcha jadval 2) - 4), biz ipning egilish modulini topamiz \({k}_{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) uning kuchlanish modulidan sezilarli darajada kichik\({k}_{{{{{{\rm{s}}}} }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), shuning uchun kb/ks ≈ 0,1 (Qo‘shimcha 4-jadval).Shunday qilib, biaksiyal jelni ushlab turish sharoitida fibrin iplari osongina egiladi, ammo cho'zilishga qarshilik ko'rsatadi.Ikki eksenli siqilishga duchor bo'lgan filamentli tarmoqning cho'zilishi qo'shimcha 17-rasmda ko'rsatilgan.
Biz nazariy affin modelini ishlab chiqamiz (Qo'shimcha muhokama bo'limi V va qo'shimcha rasmlar 10-16), unda tolali jelning cho'zilishi jelda ta'sir qiluvchi elastik kuchlarning mahalliy muvozanatidan aniqlanadi va kuchli ikki o'qli shtammda lz - 1 cheklov ostida
(1) tenglama shuni ko'rsatadiki, hatto kuchli siqilishda ham (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) jelning biroz kengayishi va keyinchalik cho'zilish deformatsiyasi mavjud. to'yinganlik lz–1 = 0,15 ± 0,05.Bu xatti-harakat (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{\rm) bilan bog'liq. { s }}}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0,15−0,4 va (ii) kvadrat qavs ichidagi atama \(1{{\mbox{/}}} \sqrt ga asimptotik tarzda yaqinlashadi. { 3 }\) kuchli ikki oʻqli bogʻlanish uchun. Shuni taʼkidlash kerakki, prefaktor \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{) s))))\o'ng)}^{1/ 2 }\) ipning E qattiqligiga hech qanday aloqasi yo'q, faqat ipning d/L0 nisbati va yoyning markaziy burchagi bilan aniqlanadi. ps0, bu SM, MM va RM ga o'xshash (qo'shimcha 4-jadval).
Moslashuvchan va filamentsimon jellar o'rtasidagi erkinlikdan kelib chiqadigan deformatsiyaning farqini yanada ta'kidlash uchun biz ikki eksenli Puasson nisbatini kiritamiz \({\nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda} _{ {{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}, \) chegaralanmagan ikki radial yo'nalishda teng deformatsiyaga javoban jel shtammining yo'nalishi va uni katta bir xil shtammlarga kengaytiradi \ rm{b }}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln}))))))}}}\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .Shaklda.2d ko'rsatadi \({{{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}^{{{{\rm { eff }}}}}}}\) egiluvchan (agaroz kabi) va qattiq (masalan, fibrin kabi) gellarni bir xil ikki o‘qli siqish uchun (Qo‘shimcha muhokama, 5.3.4-bo‘lim) va qamoqqa olishga javoblardagi kuchli farqlar o‘rtasidagi munosabatni ta’kidlaydi. Kuchli cheklovlar ostidagi agaroz gellar uchun {\rm{eff}}}}}}}}\) asimptotik qiymatga 2/3 gacha ortadi, fibrin gellari uchun esa nolga kamayadi, chunki lnz/lnr → 0, chunki lz bilan ortadi. lr ortishi bilan toʻyinganlik.E'tibor bering, tajribalarda yopiq sharsimon mikrogellar bir hil deformatsiyalanadi va ularning markaziy qismi kuchliroq siqilishni boshdan kechiradi;ammo, 1/lr ning katta qiymatiga ekstrapolyatsiya qilish tajribani bir xil deformatsiyalangan gellar nazariyasi bilan solishtirish imkonini beradi.
Moslashuvchan zanjirli jellar va filamentli jellarning xatti-harakatlaridagi yana bir farq ularning qisqarish paytida harakatlanishi tufayli topildi.Jelning qattiqligi S ga normallashtirilgan translokatsiya bosimi DPtr siqilish ortishi bilan ortdi (2e-rasm), lekin 2,0 ≤ 1/Lr ≤ 3,5 da fibrin mikrogellari qisqarish paytida DPtr/S ning sezilarli darajada past qiymatlarini ko'rsatdi.Agaroz mikrogelni ushlab turish osmotik bosimning oshishiga olib keladi, bu polimer molekulalari cho'zilganida jelning uzunlamasına yo'nalishda cho'zilishiga olib keladi (2b-rasm, chap) va translokatsiya bosimining DPtr/S ~( ga oshishiga olib keladi. 1/lr)14/317.Aksincha, yopiq fibrinli mikrogellarning shakli radial siqish va uzunlamasına taranglik iplarining energiya balansi bilan belgilanadi, bu esa maksimal uzunlamasına deformatsiyaga olib keladi lz ~\(\sqrt{{k}_{{{{{ \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}}\).1/lr ≫ 1 uchun translokatsiya bosimining oʻzgarishi 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{\rm) sifatida oʻlchanadi. {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Qo‘shimcha muhokama, 5.4-bo‘lim), 2e-rasmdagi qattiq qizil chiziq bilan ko‘rsatilganidek.Shunday qilib, DPtr agaroz jellarga qaraganda kamroq cheklangan.1/lr > 3,5 bo'lgan siqilishlar uchun filamentlarning hajm ulushining sezilarli darajada oshishi va qo'shni filamentlarning o'zaro ta'siri jelning keyingi deformatsiyasini cheklaydi va eksperimental natijalarning bashoratlardan chetga chiqishiga olib keladi (2e-rasmdagi qizil nuqta chiziq).Xulosa qilamizki, bir xil 1/lr va D\({P}_{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}_{{{{\rm{fibrin}}} )) } }}}\) < DP < D\({P}_{{{{{{{\rm{tr))))))}}}_{{{\rm{agarose}} }} } } } }}\) agaroz gel mikrokanal tomonidan ushlanib qoladi va undan bir xil qattiqlikdagi fibrin geli o'tadi.DP uchun < D\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))))))_{{{{{\rm{fibrin)))))))))}\ ), Ikki Har ikkala jel ham kanalni to'sib qo'yadi, lekin fibrin gel chuqurroq itaradi va samaraliroq siqiladi, suyuqlik oqimini yanada samarali bloklaydi.2-rasmda ko'rsatilgan natijalar shuni ko'rsatadiki, tolali gel qon ketishini kamaytirish yoki o'smalarning qon bilan ta'minlanishini inhibe qilish uchun samarali vilka bo'lib xizmat qilishi mumkin.
Boshqa tomondan, fibrin tromboemboliyaga olib keladigan pıhtı hosil qiladi, bu patologik holat bo'lib, bunda tromb tomirni DP < DPtr da, masalan, ishemik insultning ayrim turlarida to'sib qo'yadi (3a-rasm).Fibrin mikrogellarining kuchsizroq chegaralangan cho'zilishi, moslashuvchan zanjirli jellarga nisbatan C / C fibrinogenning fibrin kontsentratsiyasining kuchli o'sishiga olib keldi, bu erda C va C fibrinogenlar mos ravishda cheklangan va deformatsiyalanmagan mikrogellardir.Jeldagi polimer konsentratsiyasi.3b-rasmda SM, MM va RMda fibrinogen C/C 1/Lr ≈ 4.0da cheklov va suvsizlanish tufayli yetti baravardan ko'proq oshganligini ko'rsatadi (qo'shimcha rasm. 16).
Miyadagi o'rta miya arteriyasining okklyuziyasining sxematik tasviri.b Obstruktiv SM (qattiq qizil doiralar), MM (qattiq qora kvadratlar) va RM (qattiq ko'k uchburchaklar) da fibrin kontsentratsiyasining cheklov vositasida nisbiy ortishi.c Cheklangan fibrin gellarining parchalanishini o'rganish uchun eksperimental dizayn.TBSda lyuminestsent yorliqli tPA eritmasi 5,6 × 107 mkm3 / s oqim tezligida va asosiy mikrokanalning uzun o'qiga perpendikulyar joylashgan kanallar uchun 0,7 Pa qo'shimcha bosim tushishi bilan AOK qilindi.d Xf = 28 mkm, DP = 700 Pa va bo'linish paytida obstruktiv MM (D0 = 200 mkm) birlashtirilgan ko'p kanalli mikroskopik tasviri.Vertikal nuqtali chiziqlar MM ning orqa va old qirralarining boshlang'ich pozitsiyalarini tlys = 0 da ko'rsatadi. Yashil va pushti ranglar mos ravishda AlexaFluor633 bilan belgilangan FITC-dekstran (70 kDa) va tPA ga mos keladi.e Xf = 28 ± 1 bo'lgan konussimon mikrokanalda mos ravishda D0 174 mkm (ko'k ochiq teskari uchburchak), 199 mkm (ko'k ochiq uchburchak) va 218 mkm (ko'k ochiq uchburchak) bo'lgan yopilgan RMlarning vaqt bo'yicha o'zgaruvchan nisbiy hajmi mkm.bo'limlar mos ravishda DP 1200, 1800 va 3000 Pa ga ega va Q = 1860 ± 70 mkm3 / s.Kiritilgan RM (D0 = 218 mkm) mikrokanalni ulashni ko'rsatadi.f Xf = 32 ± 12 mkm, DP 400, 750 va 1800 Pa va DP 12300 Pa va Q 12300 da mikrokanalning konussimon hududida joylashtirilgan SM, MM yoki RM nisbiy hajmining vaqt o'zgarishi, mos ravishda 2460 mkm3 va /s.Xf mikrogelning oldingi holatini ifodalaydi va uning qisqarish boshlanishidan masofasini aniqlaydi.V(tlys) va V0 mos ravishda lizlangan mikrogelning vaqtinchalik hajmi va buzilmagan mikrogel hajmidir.Belgilarning ranglari b dagi ranglarga mos keladi.E, f dagi qora o'qlar mikrogellarning mikrokanal orqali o'tishidan oldingi oxirgi vaqtga to'g'ri keladi.d, e dagi masshtab satri 100 mkm.
Obstruktiv fibrin jellari bo'ylab suyuqlik oqimining pasayishiga cheklov ta'sirini o'rganish uchun biz trombolitik agent to'qimalarining plazminogen aktivatori (tPA) bilan infiltratsiya qilingan SM, MM va RM lizisini o'rgandik.3c-rasmda liziz tajribalari uchun ishlatiladigan eksperimental dizayn ko'rsatilgan. DP = 700 Pa (<DPtr) va oqim tezligi, Q = 2400 mkm3/s, 0,1 mg/ml (floresan izotiosiyanat) FITC-Dekstran bilan aralashtirilgan tris-buferli tuz (TBS) mikrogel konusli mikrokanalni yopib qo'ydi. mintaqa. DP = 700 Pa (<DPtr) va oqim tezligi, Q = 2400 mkm3/s, 0,1 mg/ml (floresan izotiosiyanat) FITC-Dekstran bilan aralashtirilgan tris-buferli tuz (TBS) mikrogel konusli mikrokanalni yopib qo'ydi. mintaqa. Pri DP = 700 Pa (<DPtr) va skorosti potoka, Q = 2400 mkm3/s, tris-bufernogo solevogo rastora (TBS), smeshannogo s 0,1 mg/ml (fluorestsenizotsiotsianata) FITC-destrana, mikrogelyuk perchekrysya. DP = 700 Pa (<DPtr) va oqim tezligi, Q = 2400 mkm3/s, 0,1 mg/ml (fluoresein izotiosiyanat) FITC-dekstran bilan aralashtirilgan Tris tamponlangan sho'r suv (TBS) da mikrogel birlashtiruvchi mikrokanalni to'sib qo'ydi.mintaqa.dĔP = 700 Pa (<DPtr) qíngínQ = 2400 mkm3/s líTris líníngíní(TBS) 0,1 mg/mL língíngíngíngínfínfínfínfínfínfi māngāngānī, māngāngāng yàngàngàngàngàngdàndP = 700 Pa (<ΔPtr) língínQ = 2400 mkm3/syngíngíngíngíngín Mikrogeli zakuporivayutsya pri smeshivanii tris-bufernogo solevogo rastora (TBS) s 0,1 mg/ml (fluorestseinotsiatsianat) FITC-destrana pri DP = 700 Pa (<DPtr) va skorosti potoka Q = 2400 Konkani mkm3/ oblast. Tris buferlangan sho'r suv (TBS) DP = 700 Pa (<DPtr) va oqim tezligi Q = 2400 mkm3/s da 0,1 mg/ml (flüoresan izotiosiyanat) FITC-dekstran bilan aralashtirilganda mikrogellar tiqilib qoldi. Mikrokanallarning konussimon hududlari.Mikrogelning Xf oldingi holati uning dastlabki qisqarish nuqtasidan X0 masofasini aniqlaydi.Lizisni qo'zg'atish uchun TBSdagi floresan yorliqli tPA eritmasi asosiy mikrokanalning uzun o'qiga ortogonal joylashgan kanaldan AOK qilindi.
tPA eritmasi okklyuzion MM ga yetganda, mikrogelning orqa qirrasi xiralashgan bo'lib, bu fibrin parchalanishi tlys = 0 vaqtida boshlanganligini ko'rsatadi (3d-rasm va qo'shimcha rasm. 18).Fibrinoliz jarayonida bo'yoq bilan belgilangan tPA MM ichida to'planadi va fibrin iplari bilan bog'lanadi, bu esa mikrogellarning pushti rangining intensivligini bosqichma-bosqich oshirishga olib keladi.Tlys = 60 minutda MM o'zining orqa qismining erishi tufayli qisqaradi va uning oldingi chetining Xf pozitsiyasi ozgina o'zgaradi.160 daqiqadan so'ng kuchli qisqargan MM qisqarishda davom etdi va tlys = 161 daqiqada u qisqaradi va shu bilan mikrokanal orqali suyuqlik oqimini tikladi (3d-rasm va qo'shimcha 18-rasm, o'ng ustun).
Shaklda.3e turli o'lchamdagi fibrin mikrogellarining V0 boshlang'ich hajmiga normallashtirilgan V (tlys) hajmining liziz vositasida vaqtga bog'liq pasayishini ko'rsatadi.D0 174, 199 yoki 218 mkm bo'lgan CO mos ravishda DP 1200, 1800 yoki 3000 Pa va Q = 1860 ± 70 mkm3/s bo'lgan mikrokanalga joylashtirildi (3e-rasm, o'rnatilgan).oziqlanish.Mikrogellar kanallar orqali o'tish uchun etarlicha kichik bo'lguncha asta-sekin qisqaradi.Kattaroq boshlang'ich diametrga ega bo'lgan CO ning kritik hajmining pasayishi uzoqroq lizis vaqtini talab qiladi.Har xil o'lchamdagi RMlar orqali o'xshash oqim tufayli bo'linish bir xil tezlikda sodir bo'ladi, buning natijasida kattaroq RMlarning kichik fraktsiyalari hazm qilinadi va ularning translokatsiyasi kechiktiriladi.Shaklda.3f tlys funktsiyasi sifatida chizilgan D0 = 197 ± 3 mkm da SM, MM va RM uchun bo'linish tufayli V(tlys)/V0 ning nisbiy qisqarishini ko'rsatadi.SM, MM va RM uchun har bir mikrogelni mos ravishda DP 400, 750 yoki 1800 Pa va Q 12300, 2400 yoki 1860 mkm3/s bo'lgan mikrokanalga joylashtiring.SM ga qo'llaniladigan bosim RMga nisbatan 4,5 marta past bo'lsa-da, SM ning yuqori o'tkazuvchanligi tufayli SM orqali oqim olti martadan ortiq kuchliroq bo'lgan va mikrogelning qisqarishi SM dan MM va RM ga kamaydi. .Misol uchun, tlys = 78 daqiqada SM asosan eriydi va joy almashadi, MM va PM esa asl hajmining atigi 16% va 20% ni saqlab qolganiga qaramay, mikrokanallarni yopishda davom etdi.Ushbu natijalar siqilgan tolali jellarning konvektsiya vositasida lizisining muhimligini ko'rsatadi va fibrin miqdori past bo'lgan pıhtıların tezroq hazm bo'lishi haqidagi xabarlar bilan bog'liq.
Shunday qilib, bizning ishimiz eksperimental va nazariy jihatdan filamentli jellarning ikki eksenli chegaraga javob berish mexanizmini ko'rsatadi.Cheklangan bo'shliqda tolali jellarning harakati filamentlarning kuchlanish energiyasining kuchli assimetriyasi (siqishda yumshoq va taranglikda qattiq) va faqat filamentlarning nisbati va egriligi bilan belgilanadi.Bu reaktsiya tor kapillyarlarda joylashgan tolali gellarning minimal cho'zilishiga olib keladi, ularning ikki o'qli Puasson nisbati siqilish kuchayishi va engil bit bosimining pasayishi bilan kamayadi.
Yumshoq deformatsiyalanuvchi zarrachalarni ikki eksenli saqlash keng ko'lamli texnologiyalarda qo'llanilganligi sababli, bizning natijalarimiz yangi tolali materiallarni ishlab chiqishni rag'batlantiradi.Xususan, filamentli gellarning tor kapillyarlarda yoki naychalarda ikki o'qli tutilishi ularning kuchli siqilishiga va o'tkazuvchanlikning keskin pasayishiga olib keladi.Okklyuziv tolali jellar orqali suyuqlik oqimini kuchli inhibe qilish, qon ketishining oldini olish yoki malign o'smalarga qon ta'minotini kamaytirish uchun tiqin sifatida ishlatilganda afzalliklarga ega.Boshqa tomondan, okklyuzion fibrin jeli orqali suyuqlik oqimining pasayishi, shu bilan konvektiv vositachi tromb lizisini inhibe qilish, okklyuzion pıhtıların sekin lizisini ko'rsatadi [27, 36, 37].Bizning modellashtirish tizimimiz tolali biopolimer gidrogellarning ikki o'qli ushlab turishga mexanik javobining oqibatlarini tushunish yo'lidagi birinchi qadamdir.Qon hujayralari yoki trombotsitlarni obstruktiv fibrin jellariga kiritish ularning cheklash xatti-harakatlariga ta'sir qiladi 38 va murakkabroq biologik ahamiyatga ega tizimlarning xatti-harakatlarini ochishda keyingi qadam bo'ladi.
Fibrin mikrogellarini tayyorlash va MF moslamalarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan reagentlar Qo'shimcha ma'lumotda tasvirlangan (Qo'shimcha usullar 2 va 4 bo'limlari).Fibrin mikrogellari fibrinogen, Tris buferi va trombinning aralash eritmasini oqimga qaratuvchi MF qurilmasida emulsifikatsiya qilish, so'ngra tomchi jelleşme orqali tayyorlangan.Sigir fibrinogen eritmasi (TBSda 60 mg/ml), Tris buferi va sigir trombin eritmasi (10 mM CaCl2 eritmasida 5 U/ml) ikkita mustaqil boshqariladigan shprits nasoslari (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Shprits Pump) yordamida kiritildi.MF ni bloklash, AQSh).Og'irligi 1% blokli sopolimer PFPE-P(EO-PO)-PFPE o'z ichiga olgan F-moy uzluksiz fazasi uchinchi shprits pompasi yordamida MF blokiga kiritildi.MF qurilmasida hosil bo'lgan tomchilar F-yog'i bo'lgan 15 ml santrifüj naychasiga yig'iladi.Fibrin gelatsiyasini yakunlash uchun naychalarni 1 soat davomida 37 ° C da suv hammomiga joylashtiring.FITC etiketli fibrin mikrogellari sigir fibrinogenini va FITC bilan belgilangan inson fibrinogenini mos ravishda 33:1 vazn nisbatida aralashtirish orqali tayyorlangan.Jarayon fibrin mikrogellarini tayyorlash bilan bir xil.
Mikrogellarni moy F dan TBS ga dispersiyani 185 g da 2 minut sentrifuga qilib o'tkazing.Cho'kma mikrogellar 20 wt.% perfluorooctyl spirt bilan aralashtirilgan neft F tarqatildi, so'ngra suv va TBS 0,5 wt.% Span 80, geksan, 0,1 wt. Triton X o'z ichiga olgan geksan tarqatildi.Nihoyat, mikrogellar og'irligi 0,01% Tween 20 ni o'z ichiga olgan TBSda tarqatildi va tajribalar oldidan taxminan 1-2 hafta davomida 4 ° C da saqlangan.
MF qurilmasini ishlab chiqarish Qo'shimcha ma'lumotda tasvirlangan (Qo'shimcha usullar 5-bo'lim).Odatdagi tajribada DP ning musbat qiymati mikrokanallarga diametri 150
Ushbu tadqiqot natijalarini tasdiqlovchi ma'lumotlar tegishli mualliflardan so'rov bo'yicha mavjud.Fibrin jellarining xom SEM tasvirlari, emlashdan oldin va keyin fibrin jellarining xom TEM tasvirlari va 1 va 2. 2 va 3-rasmlar uchun asosiy kirish ma'lumotlari xom ma'lumotlar faylida keltirilgan.Ushbu maqola asl ma'lumotlarni taqdim etadi.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. va Weisel JV fibrinogen va fibrin.Makromolekulyar oqsil kompleksi IIIda: tuzilma va funktsiya (tahr. Xarris, JR va Marles-Rayt, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (Springer va Cham, 2021).
Bosman FT va Stamenkovich I. Hujayradan tashqari matritsaning funktsional tuzilishi va tarkibi.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Shahzoda E. va Kumacheva E. Sun'iy biomimetik tolali gidrogellarni loyihalash va qo'llash.Milliy Mett Red.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Yarim moslashuvchan polimer tarmoqlarini modellashtirish.Ruhoniy mod.fizika.86, 995–1036 (2014).
Xatami-Marbini, H. va Piku, KR Yarim moslashuvchan biopolimer tarmoqlarini mexanik modellashtirish: affin bo'lmagan deformatsiya va uzoq muddatli bog'liqliklarning mavjudligi.Yumshoq moddalar mexanikasidagi yutuqlarda 119-145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D va Mahadevan L. Kollagen jellarining stressdan kelib chiqqan moslashuvi.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS va Gianmi PA Biogellarning chiziqli bo'lmagan elastikligi.Tabiat 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stress kollagen tarmog'ining mexanizmlarini nazorat qiladi.jarayon.Milliy fanlar akademiyasi.fan.AQSH 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA va boshqalar.Yarim moslashuvchan biopolimer jellarida salbiy normal stress.Milliy almamater.6, 48–51 (2007).
Kang, H. va boshqalar.Qattiq tolali tarmoqlarning chiziqli bo'lmagan elastikligi: deformatsiyaning qattiqlashishi, salbiy normal stress va fibrin jellarida tolaning hizalanishi.J. Fizika.Kimyoviy.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML va boshqalar.O'zaro bog'langan va bog'langan aktin tarmoqlarining elastik harakati.Fan 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. va boshqalar.Kritik boshqaruvga ega kuchlanish bilan boshqariladigan optik tolali tarmoqlarning chiziqli bo'lmagan mexanikasi.Milliy fizika.12, 584–587 (2016).
Vahobi, M. va boshqalar.Bir o'qli kuchlanish ostida tolali tarmoqlarning elastikligi.Yumshoq materiya 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Fibrin va trombotsitlar zichligi funktsiyasi sifatida qon pıhtılarının gidravlik o'tkazuvchanligi.biofizika.Jurnal 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. va boshqalar.Gidrojellarning ko'p qirrali harakati tor kapillyarlar bilan cheklangan.fan.5-uy, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Chuqur tomir trombozi bosqichida patologik heterojenlikning kesish to'lqin elastografiyasiga ta'siri.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. Quyon venoz trombozi modelida kesish to'lqinli ultratovush tasviri yordamida qon pıhtılarının vaqtga bog'liq chidamliligini in vivo jonli aniqlash.tromb.saqlash tanki.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Elektron mikroskopiya va loyqalik kuzatuvlariga nisbatan fibrin polimerizatsiyasi dinamikasini kompyuter simulyatsiyasi: pıhtı tuzilishi va yig'ilishi kinetik jihatdan nazorat qilinadi.biofizika.Jurnal 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW va Lorand, L. Fibrin pıhtısı reologiyasining strukturaviy kelib chiqishi.biofizika.J. 77, 2813–2826 (1999).
Yuborilgan vaqt: 23-fevral, 2023-yil