Hatur nuhun pikeun ngadatangan Nature.com.Anjeun nganggo versi browser kalayan dukungan CSS kawates.Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun yén anjeun nganggo browser anu diropéa (atanapi nganonaktipkeun Mode Kasaluyuan dina Internet Explorer).Sajaba ti éta, pikeun mastikeun rojongan lumangsung, urang némbongkeun situs tanpa gaya na JavaScript.
Nampilkeun carousel tilu slide sakaligus.Pake tombol Saméméhna jeung Salajengna pikeun mindahkeun ngaliwatan tilu slides dina hiji waktu, atawa make tombol geseran di ahir pikeun mindahkeun ngaliwatan tilu slides dina hiji waktu.
Watesan hidrogél serat pikeun kapilér anu sempit penting pisan dina sistem biologis sareng biomédis.Tegangan sareng komprési uniaxial tina hidrogél serat parantos diulik sacara éksténsif, tapi résponna kana ingetan biaxial dina kapilér tetep teu kapendak.Di dieu, urang nunjukkeun sacara ékspérimén sareng téoritis yén gél filamén ngaréspon sacara kualitatif béda-béda pikeun konstrain tibatan gél ranté fleksibel kusabab asimétri dina sipat mékanis tina filamén konstituén, anu lemes dina komprési sareng kaku dina tegangan.Dina ingetan kuat, gél fibrous némbongkeun saeutik elongation sarta panurunan asimtotik dina rasio biaxial Poisson urang ka enol, hasilna compaction gél kuat sarta permeation cairan goréng ngaliwatan gél.Hasil ieu nunjukkeun résistansi tina thrombi occlusive stretched mun lisis ku agén terapi na merangsang ngembangkeun embolization endovascular éféktif tina gels serat pikeun ngeureunkeun perdarahan vascular atawa ngahambat suplai getih tina tumor.
Jaringan fibrosa mangrupikeun blok wangunan struktural sareng fungsional dasar jaringan sareng sél hirup.Aktin mangrupakeun komponén utama sitoskeleton1;fibrin mangrupakeun unsur konci dina penyembuhan tatu jeung formasi thrombus2, sarta kolagén, elastin jeung fibronectin mangrupakeun komponén matriks ekstrasélular dina karajaan sato3.Jaringan biopolimér serat anu pulih parantos janten bahan anu seueur aplikasi dina rékayasa jaringan4.
Jaringan filamén ngagambarkeun kelas misah tina materi lemes biologis mibanda sipat mékanis nu béda ti jaringan molekular fléksibel5.Sababaraha sipat ieu geus mekar dina kursus évolusi pikeun ngadalikeun respon zat biologis kana deformasi6.Contona, jaringan serat némbongkeun élastisitas linier dina galur leutik7,8 bari dina galur badag aranjeunna némbongkeun ngaronjat stiffness9,10, kukituna ngajaga integritas jaringan.Implikasi pikeun sipat mékanis séjén gél serat, kayaning stress normal négatip dina respon kana galur geser11,12, can kapanggih.
Sipat mékanis tina hidrogél serat semi-fléksibel geus ditalungtik dina tegangan uniaxial13,14 jeung komprési8,15, tapi komprési biaxial nu ngainduksi kabebasan maranéhanana dina kapilér sempit atawa tabung teu acan ditalungtik.Di dieu urang ngalaporkeun hasil ékspérimén sareng sacara téoritis ngajukeun mékanisme pikeun paripolah hidrogel serat dina ingetan biaxial dina saluran mikrofluida.
Fibrin microgels kalayan sagala rupa babandingan fibrinogen sareng konsentrasi thrombin sareng diaméter D0 mimitian ti 150 dugi ka 220 µm dibangkitkeun nganggo pendekatan mikrofluida (Suplemén Gambar 1).Dina Gbr.1a nembongkeun gambar tina microgels dilabélan fluorochrome diala maké mikroskop fluoresensi confocal (CFM).Mikrogelna buleud, gaduh polydispersity kirang ti 5%, sareng struktur seragam dina skala anu ditaliti ku CFM (Inpormasi Suplemén sareng Pilem S1 sareng S2).Ukuran pori rata-rata microgels (ditetepkeun ku ngukur perméabilitas Darcy16) turun tina 2280 dugi ka 60 nm, eusi fibrin ningkat tina 5,25 dugi ka 37,9 mg / ml, sareng konsentrasi thrombin turun tina 2,56 dugi ka 0,27 unit / ml masing-masing.(Inpormasi Tambahan).Sangu.2), 3 jeung tabél tambahan 1).The stiffness pakait tina microgel naek ti 0,85 nepi ka 3,6 kPa (Suplemén Gbr. 4).Salaku conto gél anu dibentuk tina ranté fléksibel, mikrogel agarose tina rupa-rupa kaku dianggo.
Gambar mikroskop fluoresensi fluorescein isothiocyanate (FITC) dilabélan PM ditunda dina TBS.Skala bar nyaéta 500 µm.b SEM gambar SM (luhureun) jeung RM (handap).Skala bar 500 nm.c Diagram skematis saluran mikrofluida anu diwangun ku saluran anu ageung (diaméter dl) sareng daérah anu bentukna kerucut sempit kalayan sudut asupna α 15° sareng diaméter dc = 65 µm.d Kénca ka katuhu: Gambar mikroskop optik RM (diaméter D0) dina saluran badag, zone kerucut jeung constriction (ngawatesan panjang gél Dz).Skala bar nyaéta 100 µm.e, f gambar TEM tina RM undeformed (e) jeung RM occluded (f), dibereskeun pikeun hiji jam kalawan constriction 1 / λr = 2,7, dituturkeun ku release na fiksasi 5% tina massa.glutaraldehida dina TBS.Diaméter CO undeformed nyaéta 176 μm.Skala bar nyaéta 100 nm.
Urang difokuskeun microgels fibrin kalawan karasa 0,85, 1,87 jeung 3,6 kPa (saterusna disebut microgels lemes (SM), microgels sedeng teuas (MM) jeung microgels teuas (RM), mungguh.Kisaran kaku fibrin gél ieu tina urutan gedena sarua jeung gumpalan getih18,19 ku kituna gél fibrin diulik dina karya urang langsung patali jeung sistem biologis nyata.Dina Gbr.1b nembongkeun gambar luhur jeung handap tina SM jeung RM struktur diala maké mikroskop éléktron scanning (SEM), mungguh.Dibandingkeun struktur RM, jaringan SM dibentuk ku serat kandel sarta titik cabang pangsaeutikna, konsisten jeung laporan saméméhna 20, 21 (Suplemén Gbr. 5).Bédana dina struktur hidrogél pakait sareng tren sipatna: perméabilitas gél turun sareng ukuran pori anu turun tina SM ka MM sareng RM (Tabel Tambahan 1), sareng kaku gél ngabalikeun.Henteu aya parobahan dina struktur microgel anu kacatet saatos disimpen dina 4 ° C salami 30 dinten (Suplemén Gbr. 6).
Dina Gbr.1c nunjukkeun diagram saluran mikrofluida kalayan bagian melintang sirkular anu ngandung (ti kénca ka katuhu): saluran ageung kalayan diaméter dl dimana mikrogelna tetep teu kabentuk, bagian ngawangun kerucut kalayan diaméterna sempit dc
Dina Gbr.1e, 1f nembongkeun transmisi éléktron mikroskop (TEM) gambar tina undeformed tur biaxially kawates struktur RM.Saatos komprési RM, ukuran pori microgel turun sacara signifikan sareng bentukna janten anisotropik kalayan ukuran anu langkung alit dina arah komprési, anu konsisten sareng laporan saméméhna 23.
Komprési biaxial nalika kontraksi nyababkeun microgél manjang dina arah anu henteu terbatas kalayan koefisien λz = \({D}_{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\) , dimana \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) nyaéta panjang microgel katutup Gambar 2a nembongkeun parobahan dina λzvs .1/ λr Pikeun microgels fibrin sareng agarose.Héranna, dina komprési kuat 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2, mikrogel fibrin nunjukkeun elongasi anu tiasa diabaikan 1.12 +/- 0.03 λz, anu ngan ukur dipangaruhan ku nilai 1 / λr. microgels agarose kawates, anu dititénan sanajan dina komprési lemah 1/λr = 2,6 mun elongation gedé λz = 1,3.
a Ékspérimén mikrogel Agarose kalayan modulus elastis anu béda (2,6 kPa, inten kabuka héjo; 8,3 kPa, bunderan kabuka coklat; 12,5 kPa, kotak kabuka oranyeu; 20,2 kPa, magénta kabuka segitiga inverted) sareng SM (beureum padet) Parobihan dina elongasi diukur λz ( bunderan), MM (kotak hideung padet) jeung RM (segitiga biru padet).Garis padet nunjukkeun λz anu diprediksi sacara téoritis pikeun agarose (garis héjo) sareng mikrogel fibrin (garis sareng simbol warna anu sami).b, c Panel luhur: diagram skéma tina ranté jaringan tina agarose (b) jeung fibrin (c) saméméh (kénca) jeung sanggeus (katuhu) komprési biaxial.Handap: Wangun jaringan pakait saméméh jeung sanggeus deformasi.Arah komprési x jeung y dituduhkeun ku panah magénta jeung coklat, masing-masing.Dina gambar di luhur, ranté jaringan berorientasi dina arah x jeung y ieu ditémbongkeun ku magénta pakait jeung garis coklat, sarta ranté berorientasi dina arah z sawenang digambarkeun ku garis héjo.Dina gél fibrin (c), garis wungu jeung coklat dina arah x jeung y ngabengkokkeun leuwih ti dina kaayaan undeformed, sarta garis héjo dina arah z ngabengkokkeun jeung manteng.Tegangan antara arah komprési jeung tegangan dikirimkeun ngaliwatan threads kalawan arah panengah.Dina gél agarose, ranté dina sagala arah nangtukeun tekanan osmotik, nu ngajadikeun kontribusi signifikan kana deformasi gél.d Diprediksi parobahan dina babandingan Poisson biaxial, } }^{{{{\rm{eff}}}}}}}} =-{{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), pikeun komprési equibiaxial tina agarose (garis héjo) jeung fibrin (garis beureum) gél.Inset nunjukkeun deformasi biaxial gél.e Translokasi tekanan robah ΔPtr, dinormalisasi kana gél stiffness S, plotted salaku fungsi tina rasio komprési pikeun mikrogels agarose jeung fibrin.Warna simbol pakait jeung warna dina (a).Garis héjo sareng beureum ngagambarkeun hubungan téoritis antara ΔPtr/S sareng 1/λr pikeun gél agarose sareng fibrin, masing-masing.Bagéan garis beureum anu diputus nunjukkeun paningkatan ΔPtr dina kaayaan komprési anu kuat kusabab interaksi interfiber.
Bédana ieu pakait sareng mékanisme deformasi anu béda tina jaringan fibrin sareng mikrogel agarose, anu masing-masing diwangun ku benang fleksibel24 sareng kaku25.Komprési biaxial tina gél fléksibel nyababkeun panurunan dina volumena sareng paningkatan konsentrasi sareng tekanan osmotik anu aya hubunganana, anu nyababkeun pemanjangan gél dina arah anu henteu terbatas.Elongasi ahir gél gumantung kana kasaimbangan paningkatan énergi bébas entropik tina ranté stretched sarta panurunan dina énergi bébas osmosis alatan konsentrasi polimér handap dina gél stretched.Dina komprési biaxial kuat, elongation gél naek kalawan λz ≈ 0,6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (tingali Gbr. 2a dina bagian sawala 5.3.3).Parobahan konformasi dina ranté fléksibel sareng bentuk jaringan anu saluyu sateuacan sareng saatos ingetan biaxial dipidangkeun dina Gbr.2b.
Sabalikna, gél serat sapertos fibrin sacara alami ngaréspon béda-béda pikeun ingetan biaxial.The filamén berorientasi utamana sajajar jeung arah komprési flex (sahingga ngurangan jarak antara cross-links), sedengkeun filamén utamana jejeg arah komprési ngalempengkeun jeung manteng handapeun aksi gaya elastis, ngabalukarkeun gél mun elongate ( Gbr. 1).2c) Struktur SM undeformed, MM sareng RM dicirikeun ku analisa gambar SEM sareng CFM na (Bagian Diskusi Tambahan IV sareng Gambar Tambahan 9).Ku nangtukeun modulus elastis (E), diaméterna (d), panjang profil (R0), jarak antara tungtung (L0 ≈ R0) jeung sudut puseur (ψ0) tina untaian dina microgels fibrin undeformed (Tabel Tambahan 2) - 4), urang manggihan yén thread bending modulus \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) nyata leuwih leutik batan modulus tensile na\({k}_{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), jadi kb/ks ≈ 0.1 (Tabel Tambahan 4).Ku kituna, dina kaayaan ingetan gél biaxial, untaian fibrin gampang ngagulung, tapi nolak manjang.The elongation tina jaringan filamén subjected ka komprési biaxial ditémbongkeun dina Suplemén Gbr. 17.
Urang ngamekarkeun model affine téoritis (Suplemén Diskusi Bagian V jeung Suplemén Gambar 10-16) nu elongation of a gél fibrous ditangtukeun tina kasatimbangan lokal tina gaya elastis akting dina gél jeung prédiksi yén dina galur biaxial kuat λz - 1 handapeun konstrain
Persamaan (1) nunjukkeun yén sanajan dina kaayaan komprési kuat (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) aya ékspansi gél saeutik jeung deformasi elongation saterusna kana. jenuh λz–1 = 0,15 ± 0,05.Kalakuan ieu patali jeung (i) \({\ left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm { s }}}}}}}\katuhu)}^{1/2}\) ≈ 0.15−0.4 jeung (ii) istilah dina kurung pasagi asimtotik ngadeukeutan \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) pikeun beungkeut biaxial kuat. Kadé dicatet yén prefactor \({\ left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\right)}^{1/2 }\) teu aya hubunganana jeung stiffness of thread E, tapi ditangtukeun ngan ku rasio aspék thread d/L0 jeung sudut puseur busur. ψ0, anu sami sareng SM, MM sareng RM (Tabel Tambahan 4).
Pikeun langkung nyorot bédana galur anu ngainduksi kabébasan antara gél fléksibel sareng filamén, kami ngenalkeun rasio Poisson biaxial \({\nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}}\ka 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{{\rm{z}}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}}, \) ngajelaskeun unbounded orientasi galur gél dina respon kana galur sarua dina dua arah radial, sarta ngalegaan ieu galur seragam badag \ rm{b }}}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .Dina Gbr.2d nembongkeun \({{{{{{\rm{\nu}}}}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}}^{{{ {{\rm {eff }}}}}}}\) pikeun komprési biaxial seragam fléksibel (sapertos agarose) sareng kaku (sapertos fibrin) gél (diskusi tambahan, Bagian 5.3.4), sareng nyorot hubungan antara béda anu kuat dina réspon kana kurungan. Pikeun gél agarose dina larangan anu kuat {\rm{eff}}}}}}}}\) naék kana nilai asimtotik 2/3, jeung pikeun gél fibrin turun jadi nol, saprak lnλz/lnλr → 0, saprak λz naék jeung jenuh nalika λr nambahan.Catet yén dina percobaan, microgels buleud ditutup deform inhomogeneously, sarta bagian sentral maranéhanana ngalaman komprési kuat;kumaha oge, ekstrapolasi kana nilai badag 1/λr ngamungkinkeun pikeun ngabandingkeun percobaan kalawan téori pikeun gél cacad seragam.
Bédana séjén dina paripolah ranté fléksibel sareng gél filamén kapanggih kusabab gerakanna nalika kontraksi.Tekanan translocation ΔPtr, dinormalisasi kana gél stiffness S, ngaronjat kalayan ngaronjatna komprési (Gbr. 2e), tapi dina 2.0 ≤ 1 / λr ≤ 3.5, microgels fibrin némbongkeun nilai nyata handap ΔPtr / S handap salila shrinkage.Retensi microgel agarose ngabalukarkeun paningkatan dina tekanan osmotic, nu ngabalukarkeun manjang tina gél dina arah longitudinal salaku molekul polimér nu stretched (Gbr. 2b, kénca) jeung paningkatan dina tekanan translokasi ku ΔPtr/S ~( 1/λr)14/317.Sabalikna, bentuk microgels fibrin katutup ditangtukeun ku kasaimbangan énergi benang komprési radial sareng tegangan longitudinal, anu nyababkeun deformasi longitudinal maksimum λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ { \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}}\).Pikeun 1/λr ≫ 1, parobahan dina tekanan translokasi diskalakeun jadi 1 }{{{({\rm{ln))))))\ left({{\lambda }}_{{{{{{\rm {r} }}}}}}} ^ {{-} 1} \ katuhu) \) (Diskusi Tambahan, Bagian 5.4), ditémbongkeun saperti ku garis beureum padet dina Gbr. 2e.Ku kituna, ΔPtr kirang konstrain ti dina gél agarose.Pikeun compressions kalawan 1 / λr> 3.5, kanaékan signifikan dina fraksi volume filamén jeung interaksi filamén tatangga ngawatesan deformasi salajengna gél sarta ngabalukarkeun simpangan hasil eksperimen tina prediksi (garis dotted beureum dina Gbr. 2e).Urang nyimpulkeun yén pikeun 1/λr sareng Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}}} }_{{{{\rm{fibrin}}}}} anu sami)) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))}}}}}_{{{{\rm{agarose}} }} } } } }} \) gél agarose bakal direbut ku microchannel, sarta gél fibrin kalawan stiffness sarua bakal ngaliwatan eta.Pikeun ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr)))))))))_{{{{{\rm{fibrin)))))))))}\ ), Dua Duanana gél bakal meungpeuk saluran, tapi gél fibrin bakal nyorong deeper tur niiskeun leuwih éféktif, blocking aliran cairan leuwih éféktif.Hasil anu dipidangkeun dina Gambar 2 nunjukkeun yén gél serat tiasa janten colokan anu épéktip pikeun ngirangan perdarahan atanapi ngahambat suplai getih ka tumor.
Di sisi séjén, fibrin ngabentuk scaffold clot nu ngakibatkeun thromboembolism, kaayaan patologis nu thrombus a occludes wadah dina ΔP < ΔPtr, kayaning dina sababaraha jenis stroke iskemik (Gbr. 3a).Elongasi pangwatesan-ngainduksi lemah tina microgels fibrin nyababkeun kanaékan kuat dina konsentrasi fibrin fibrinogén C / C dibandingkeun jeung gél ranté fléksibel, dimana C jeung C fibrinogén anu diwatesan sarta undeformed microgels, masing-masing.Konsentrasi polimér dina gél.Gambar 3b nunjukeun yen fibrinogén C / C dina SM, MM, sarta RM ngaronjat leuwih ti tujuh kali lipet dina 1 / λr ≈ 4.0, disetir ku pangwatesan jeung dehidrasi (Suplemén Gbr. 16).
Ilustrasi skéma tina occlusion tina arteri cerebral tengah dina uteuk.b Watesan-dimédiasi kanaékan relatif konsentrasi fibrin dina obstructive SM (bunderan beureum padet), MM (padet hideung kuadrat), sarta RM (segitiga biru padet).c Desain ékspérimén dipaké pikeun nalungtik beulahan tina gél fibrin diwatesan.Solusi tPA anu dilabélan fluoresensi dina TBS disuntik dina laju aliran 5,6 × 107 µm3/s sareng serelek tekanan tambahan 0,7 Pa pikeun saluran anu jejeg kana sumbu panjang saluran mikro utama.d Gambar mikroskopis multichannel pooled of obstructive MM (D0 = 200 µm) dina Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa jeung salila bengkahna.garis dotted nangtung nembongkeun posisi awal posterior na anterior edges of MM di tlys = 0. Warna héjo sarta pink pakait jeung FITC-dextran (70 kDa) sarta tPA dilabélan ku AlexaFluor633, masing-masing.e Waktos-variasi volume rélatif RMs terhalang kalawan D0 174 µm (biru buka segitiga inverted), 199 µm (biru segitiga buka), jeung 218 µm (biru segitiga buka), masing-masing dina mikrokanal kerucut Xf = 28 ± 1 µm.bagian-bagianna gaduh ΔP 1200, 1800, sareng 3000 Pa, masing-masing, sareng Q = 1860 ± 70 µm3/s.Inset nunjukkeun RM (D0 = 218 µm) nyolok saluran mikro.f Variasi waktu volume relatif SM, MM atawa RM disimpen dina Xf = 32 ± 12 µm, dina ΔP 400, 750 jeung 1800 Pa jeung ΔP 12300 Pa jeung Q 12300 di wewengkon kerucut tina microchannel, masing-masing 2400 jeung 18360µm /s.Xf ngagambarkeun posisi hareup microgel jeung nangtukeun jarak na ti mimiti shrinkage.V(tlys) jeung V0 nyaéta volume samentara tina microgel lysed jeung volume microgel undisturbed, masing-masing.Warna karakter luyu jeung warna dina b.panah hideung dina e, f pakait jeung momen panungtungan waktu saméméh petikan microgels ngaliwatan microchannel nu.Bar skala dina d, e nyaéta 100 µm.
Pikeun nalungtik pangaruh pangwatesan dina réduksi aliran cairan sakuliah gels fibrin obstructive, urang diajar lysis of SM, MM, sarta RM infiltrated ku agén thrombolytic jaringan plasminogen aktivator (tPA).Gambar 3c nunjukkeun desain ékspérimén anu digunakeun pikeun ékspérimén lisis. Dina ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) sareng laju aliran, Q = 2400 μm3 / s, tina Tris-buffered saline (TBS) dicampur sareng 0.1 mg / mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, mikrogel ngahalangan saluran mikro tapered wewengkon. Dina ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) sareng laju aliran, Q = 2400 μm3 / s, tina Tris-buffered saline (TBS) dicampur sareng 0.1 mg / mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-Dextran, mikrogel ngahalangan saluran mikro tapered wewengkon. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), смешангного смешанного смешанного раствора (TBS) цианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. Dina ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) sareng laju aliran, Q = 2400 µm3 / s, tina Tris buffered saline (TBS) dicampur sareng 0.1 mg / mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran, mikrogel ngahalangan saluran mikro konvergen.wewengkon.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（异硫氰酸荐光爱酸荐光爱时，微凝胶堵塞了锥形微通道地区.在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μm3/s了锥形微通道地区。 Микрогели закупориваются при смешивании трис-буферного солевого раствора (TBS) с 0,1 мг/мл (флуоресцеинизотио) 0,1 мг/мл (флуоресцеинизотио) 0,1 мг/мл (флуоресцеинизотио) FITC-7 а (<ΔPtr) и скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические области микроканалов. Microgels plugged nalika Tris buffered saline (TBS) ieu dicampurkeun jeung 0.1mg/mL (fluorescein isothiocyanate) FITC-dextran dina ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) jeung laju aliran Q = 2400 µm3 / s Conical wewengkon microchannels.Posisi maju Xf tina microgel nangtukeun jarak na ti titik shrinkage awal X0.Pikeun ngainduksi lisis, solusi tPA anu dilabélan fluoresensi dina TBS disuntik tina saluran anu aya sacara ortogonal kana sumbu panjang saluran mikro utama.
Nalika solusi tPA ngahontal MM occlusal, ujung posterior tina microgel jadi kabur, nunjukkeun yén meulah fibrin geus dimimitian dina waktos tlys = 0 (Gbr. 3d jeung Suplemén Gbr. 18).Salila fibrinolisis, tPA anu dilabélan pewarna akumulasi di jero MM sareng ngiket kana untaian fibrin, anu nyababkeun paningkatan bertahap dina inténsitas warna pink microgels.Dina tlys = 60 mnt, MM kontraksi alatan disolusi bagian pungkur na, sarta posisi ujung ngarah Xf robah saeutik.Saatos 160 mnt, MM kuat kaserang terus keuna, sarta di tlys = 161 mnt, éta underwent kontraksi, kukituna malikkeun aliran cairan ngaliwatan microchannel nu (Gbr. 3d jeung Suplemén Gbr. 18, kolom katuhu).
Dina Gbr.3e nunjukkeun panurunan-gumantung waktos anu dimédiasi lysis dina volume V (tlys) dinormalisasi kana volume awal V0 tina mikrogel fibrin ukuran anu béda.CO kalawan D0 174, 199, atawa 218 µm ieu disimpen kana microchannel kalawan ΔP 1200, 1800, atawa 3000 Pa, masing-masing, sarta Q = 1860 ± 70 µm3 / s pikeun meungpeuk microchannel (Gbr. 3e, inset).gizi.Microgels laun-laun ngaleutikan dugi aranjeunna cukup leutik pikeun nembus saluran.Penurunan volume kritis CO kalayan diaméter awal anu langkung ageung peryogi waktos lisis anu langkung panjang.Alatan aliran nu sarupa ngaliwatan RMs ukuran béda, pembelahan lumangsung dina laju nu sarua, hasilna nyerna fraksi leutik tina RM nu leuwih gede jeung translocation maranéhanana nyangsang.Dina Gbr.3f nembongkeun réduksi relatif dina V(tlys)/V0 alatan bengkahna pikeun SM, MM, jeung RM dina D0 = 197 ± 3 µm plotted salaku fungsi tina tlys.Pikeun SM, MM sareng RM, nempatkeun unggal mikrogel dina saluran mikro kalayan ΔP 400, 750 atanapi 1800 Pa sareng Q 12300, 2400 atanapi 1860 µm3 / s, masing-masing.Sanajan tekanan dilarapkeun ka SM éta 4.5 kali leuwih handap tina RM, aliran ngaliwatan SM éta leuwih ti genep kali kuat alatan perméabilitas luhur SM, sarta shrinkage microgel nu turun ti SM ka MM jeung RM. .Contona, dina tlys = 78 mnt, SM lolobana leyur na lunta, bari MM na PM terus bakiak microchannels, sanajan nahan ukur 16% jeung 20% tina volume aslina, masing-masing.Hasil ieu nunjukkeun pentingna lisis anu dimédiasi ku konvéksi tina gél serat anu kabeungkeut sareng pakait sareng laporan nyerna gumpalan anu langkung gancang kalayan eusi fibrin anu langkung handap.
Janten, padamelan urang nunjukkeun sacara ékspérimén sareng téoritis mékanisme dimana gél filamén ngabales kurungan biaxial.Paripolah gél serat dina rohangan kawates ditangtukeun ku asimétri kuat énergi galur filamén (lemes dina komprési sareng teuas dina tegangan) sareng ngan ku rasio aspék sareng kelengkungan filamén.Réaksi ieu nyababkeun manjang minimal tina gél serat anu dikandung dina kapilér sempit, babandingan Poisson biaxial maranéhna turun kalayan ngaronjatna komprési jeung tekanan bit lampu kirang.
Kusabab ngandung biaxial partikel deformable lemes dipaké dina rupa-rupa téknologi, hasil kami merangsang ngembangkeun bahan serat anyar.Khususna, ingetan biaxial tina gél filamén dina kapilér atanapi tabung sempit nyababkeun kompaksi anu kuat sareng panurunan anu seukeut dina perméabilitas.Inhibisi kuat aliran cairan ngaliwatan gels serat occlusive boga kaunggulan lamun dipaké salaku colokan pikeun nyegah perdarahan atawa ngurangan suplai getih kana malignancies33,34,35.Di sisi séjén, panurunan dina aliran cairan ngaliwatan gél fibrin occlusal, kukituna inhibiting convective-dimédiasi thrombus lysis, méré indikasi tina lysis slow gumpalan occlusal [27, 36, 37].Sistem modél kami mangrupikeun léngkah munggaran pikeun ngartos implikasi tina réspon mékanis hidrogel biopolymer serat kana ingetan biaxial.Incorporating sél getih atawa trombosit kana gél fibrin obstructive bakal mangaruhan kabiasaan pangwatesan maranéhanana 38 sarta bakal lengkah saterusna dina uncovering paripolah sistem biologis signifikan leuwih kompleks.
Réagen anu dianggo pikeun nyiapkeun microgels fibrin sareng ngadamel alat MF dijelaskeun dina Émbaran Suplemén (Bagian Métode Tambahan 2 sareng 4).Fibrin microgels anu disiapkeun ku emulsifying leyuran campuran fibrinogén, Tris panyangga na thrombin dina aliran fokus alat MF, dituturkeun ku droplet gelation.Solusi fibrinogén bovine (60 mg / ml dina TBS), Tris panyangga sareng solusi trombin bovine (5 U / ml dina larutan CaCl2 10 mM) dikaluarkeun nganggo dua pompa jarum suntik anu dikontrol sacara mandiri (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Syring Pump).pikeun meungpeuk MF, AS).Fase kontinyu F-minyak ngandung 1 wt.% block copolymer PFPE-P (EO-PO) -PFPE, diwanohkeun kana Unit MF maké pompa jarum suntik katilu.Titisan anu kabentuk dina alat MF dikumpulkeun dina tabung centrifuge 15 ml anu ngandung minyak F.Teundeun tabung dina cai mandi dina suhu 37 °C salila 1 jam pikeun ngalengkepan gelation fibrin.FITC dilabélan microgels fibrin anu disiapkeun ku Pergaulan bovine fibrinogén jeung FITC dilabélan fibrinogén manusa dina 33: rasio beurat 1, mungguh.Prosedurna sami sareng persiapan microgels fibrin.
Mindahkeun microgels tina minyak F ka TBS ku sentrifugasi dispersi dina 185 g salila 2 mnt.The microgels endapan dispersed dina minyak F dicampurkeun jeung 20 wt.% perfluorooctyl alkohol, lajeng dispersed dina heksana ngandung 0,5 wt.% Span 80, heksana, 0.1 wt.% Triton X dina cai jeung TBS.Tungtungna, microgels dispersed dina TBS ngandung 0.01 wt% Tween 20 sarta disimpen dina 4 ° C salila kurang leuwih 1-2 minggu saméméh percobaan.
Fabrikasi alat MF dijelaskeun dina Émbaran Suplemén (Bagéan Métode Tambahan 5).Dina percobaan has, nilai positif ΔP ditangtukeun ku jangkungna relatif waduk disambungkeun saméméh jeung sanggeus alat MF pikeun ngawanohkeun microgels kalayan diaméter 150
Data anu ngarojong kana hasil ulikan ieu sayogi ti pangarang masing-masing upami dipénta.Gambar SEM atah tina gels fibrin, gambar TEM atah of gels fibrin saméméh jeung sanggeus inokulasi, sarta data input utama pikeun Gambar 1 jeung 2. 2 jeung 3 disadiakeun dina file data atah.Artikel ieu nyadiakeun data aslina.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. sarta Weisel JV fibrinogen jeung fibrin.Dina Macromolecular Protéin Complex III: Struktur jeung Fungsi (ed. Harris, JR jeung Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (Springer jeung Cham, 2021).
Bosman FT na Stamenkovich I. Struktur fungsional jeung komposisi matrix extracellular.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Pangeran E. sarta Kumacheva E. Desain sarta aplikasi hydrogels serat biomimetic jieunan.Nasional Matt Beureum.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Modeling jaringan polimér semi-fléksibel.Imam Mod.Fisika.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. jeung Piku, KR Mechanical modeling sahiji jaringan biopolymer semi-fléksibel: deformasi non-affine sarta ayana dependensi jarak jauh.Dina kamajuan dina Mékanika Soft Matter 119-145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D, sarta Mahadevan L. Stress-ngainduksi alignment of gels kolagén.PLoS Hiji 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS, sarta Gianmi PA élastisitas nonlinier of biogels.Alam 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stress ngadalikeun mékanisme jaringan kolagén.prosés.Akademi Élmu Nasional.élmu.AS 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Stress normal négatip dina gél biopolymer semi-fléksibel.Almamater nasional.6, 48–51 (2007).
Kang, H. dkk.Élastisitas nonlinier tina jaringan serat kaku: hardening galur, stress normal négatip, sarta alignment serat dina gél fibrin.J. Fisika.Kimia.V. 113, 3799-3805 (2009).
Gardel, ML et al.Paripolah elastis tina jaringan aktin numbu silang sareng kabeungkeut.Élmu 304, 1301-1305 (2004).
Sharma, A. et al.Mékanika nonlinier jaringan serat optik anu dikontrol galur kalayan kontrol kritis.Fisika nasional.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. dkk.Élastisitas jaringan serat dina prategang uniaxial.Lemes Matéri 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Gumpalan getih perméabilitas hidrolik salaku fungsi fibrin jeung dénsitas trombosit.biofisika.Jurnal 104, 1812-1823 (2013).
Li, Y. et al.Paripolah serbaguna hidrogel diwatesan ku kapilér sempit.élmu.imah 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Pangaruh heterogeneity pathologic on elastography gelombang geser dina pementasan thrombosis urat jero.PLoS Hiji 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. Dina vivo quantification of time-gumantung induration tina gumpalan getih ngagunakeun gelombang geser ultrasound Imaging dina model thrombosis véna kelenci.trombus.tank gudang.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. simulasi komputer dinamika polimérisasi fibrin dina hubungan mikroskop éléktron jeung observasi turbidity: struktur clot jeung assembly kinétik dikawasa.biofisika.Jurnal 63, 111-128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW na Lorand, L. Asal struktural fibrin clot rheology.biofisika.J. 77, 2813–2826 (1999).
waktos pos: Feb-23-2023