Eskerrik asko Nature.com bisitatzeagatik.CSS laguntza mugatua duen arakatzailearen bertsioa erabiltzen ari zara.Esperientzia onena lortzeko, eguneratutako arakatzailea erabiltzea gomendatzen dugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desgaitzea).Horrez gain, etengabeko laguntza bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScript gabe erakusten dugu.
Hiru diapositibako karrusel bat bistaratzen du aldi berean.Erabili Aurrekoa eta Hurrengoa botoiak aldi berean hiru diapositibatik mugitzeko, edo erabili amaierako graduatzaile-botoiak hiru diapositibatik aldi berean mugitzeko.
Hidrogel zuntsuak kapilar estuetara mugatzeak garrantzi handia du sistema biologiko eta biomedikoetan.Zuntz-hidrogelen tentsioa eta konpresio uniaxiala sakon aztertu dira, baina kapilarren atxikipen biaxialaren aurrean duten erantzuna ikertu gabe dago.Hemen, esperimentalki eta teorikoki frogatzen dugu gel harizpikoek modu kualitatibo ezberdinean erantzuten diotela kate malguko gelek murrizketari, osatutako filamentuen propietate mekanikoen asimetriaren ondorioz, konpresioan bigunak eta tentsioan zurrunak direlako.Atxikipen indartsuaren pean, zuntz-gelak luzapen txikia eta Poisson-en erlazio biaxialaren zeroarekiko beherakada asintotikoa erakusten du, gelaren trinkotze indartsua eta likidoaren iragazpen eskasa gelaren bidez.Emaitza hauek tronbo oklusibo luzatuek agente terapeutikoek lisiarekiko duten erresistentzia adierazten dute eta zuntz geletatik enbolizazio endobaskular eraginkorra garatzea estimulatzen dute odoljario baskularra geldiarazteko edo tumoreen odol-hornidura galarazteko.
Zuntz-sareak ehunen eta zelula bizidunen oinarrizko egitura eta egitura funtzionalak dira.Aktina zitoeskeletoaren osagai nagusia da1;fibrina funtsezko elementua da zauriak sendatzeko eta tronboak eratzeko2, eta kolagenoa, elastina eta fibronektina animalia-erreinuko zelulaz kanpoko matrizearen osagaiak dira3.Berreskuratutako zuntz biopolimeroen sareak ehunen ingeniaritzan aplikazio zabalak dituzten material bihurtu dira4.
Harizpi-sareek materia bigun bigunen klase bereizia adierazten dute, sare molekular malguetatik desberdinak diren propietate mekanikoak dituena5.Propietate horietako batzuk eboluzioan zehar eboluzionatu egin dira materia biologikoak deformazioaren aurrean duen erantzuna kontrolatzeko6.Esaterako, zuntz-sareek elastikotasun lineala erakusten dute tentsio txikietan7,8, eta tentsio handietan, berriz, zurruntasun handiagoa9,10, ehunen osotasuna mantenduz.Zuntzdun gelen beste propietate mekaniko batzuen inplikazioak, hala nola, ebakidura-tentsioari erantzuteko tentsio normal negatiboa adibidez11,12, oraindik ez dira aurkitu.
Zuntz-hidrogel erdi-malguen propietate mekanikoak tentsio uniaxialean13,14 eta konpresio8,15 pean aztertu dira, baina ez da ikertu kapilar edo hodi estuetan askatasunak eragindako konpresio biaxiala.Hemen emaitza esperimentalen berri ematen dugu eta teorikoki kanal mikrofluidikoetan atxikipen biaxialean zuntz-hidrogelen portaerarako mekanismo bat proposatzen dugu.
Fibrinogenoaren eta tronbinaren kontzentrazioen proportzio desberdinak dituzten fibrina mikrogelak eta 150 eta 220 µm bitarteko D0 diametroa zuten ikuspegi mikrofluidikoaren bidez (1. irudi osagarria).irudian.1a-k fluorokromo markatutako mikrogelen irudiak erakusten ditu fluoreszentzia-mikroskopia konfokala (CFM) erabiliz.Mikrogelak esferikoak dira, % 5 baino gutxiagoko polidispertsioa dute eta egitura uniformea dute CFMk (Informazio osagarria eta S2 eta S2 filmak) aztertutako eskaletan.Mikrogelen batez besteko poro-tamaina (Darcy-ren iragazkortasuna16 neurtuz zehaztutakoa) 2280-tik 60 nm-ra jaitsi zen, fibrina-edukia 5,25-tik 37,9 mg/mL-ra igo zen eta tronbina-kontzentrazioa 2,56-0,27 unitate/mL-ra jaitsi zen, hurrenez hurren.(Informazio Gehigarria).Arroza.2), 3 eta taula osagarria 1).Mikrogelaren zurruntasuna 0,85-tik 3,6 kPa-ra handitzen da (4. irudi osagarria).Kate malguetatik eratutako gelen adibide gisa, hainbat zurruntasuneko agarosa mikrogelak erabiltzen dira.
TBSn esekitako PM etiketatutako fluoreszeina isotiozianatoaren (FITC) fluoreszentzia-mikroskopiako irudia.Barra-eskala 500 µm-koa da.b SEM irudiak SM (goian) eta RM (behean).Eskala barra 500 nm.c Kanal handi batez (dl diametroa) eta kono-itxurako eskualde estu batez osatutako kanal mikrofluidiko baten diagrama eskematikoa α 15°-ko sarrera-angelua eta dc = 65 µm-ko diametroa duena.d Ezkerretik eskuinera: RM-ren mikroskopio optikoko irudiak (D0 diametroa) kanal handietan, zona konikoa eta uzkurdura (gelaren luzera mugatuz Dz).Barra-eskala 100 µm-koa da.e, f Deformatu gabeko RM (e) eta oklusiodun RM baten (f) TEM irudiak, ordubetez finkatuta 1/λr = 2,7 uzkurdurarekin, ondoren masaren % 5 askatu eta finkatuz.glutaraldehidoa TBSn.Deformatu gabeko COaren diametroa 176 μm-koa da.Eskala-barra 100 nm-koa da.
0,85, 1,87 eta 3,6 kPa-ko gogortasuna duten fibrina-mikrogeletan zentratu ginen (aurrerantzean mikrogel bigunak (SM), mikrogel gogor ertainak (MM) eta mikrogel gogorrak (RM), hurrenez hurren.Fibrina-gelaren zurruntasun-tarte hau odol-koaguluen magnitude-ordena berekoa da18,19 eta, hortaz, gure lanean aztertutako fibrina-gelak sistema biologiko errealekin zuzenean lotuta daude.irudian.1b irudiak ekorketa-mikroskopio elektronikoa (SEM) erabiliz lortutako SM eta RM egituren goiko eta beheko irudiak erakusten ditu, hurrenez hurren.RM egiturekin alderatuta, SM sareak zuntz lodiagoz eta adar puntu gutxiagoz eratzen dira, aurreko txostenekin bat etorriz 20, 21 (5. irudi osagarria).Hidrogelaren egituraren aldea bere propietateen joerarekin erlazionatzen da: gelaren iragazkortasuna murrizten da SMtik MM eta RMra poroen tamaina txikitzean (1. taula osagarria), eta gelaren zurruntasuna alderantzikatu egiten da.Ez zen mikrogelaren egituran aldaketarik nabaritu 4 ° C-tan 30 egunez gorde ondoren (6. irudi osagarria).
irudian.1c kanal mikrofluidiko baten diagrama erakusten du (ezkerretik eskuinera): dl diametroa duen kanal handi bat, zeinetan mikrogelak deformatu gabe geratzen den, kono-formako sekzioa dc < D0 diametroa estutzen duena, konoa. -formako atalak eta dl diametroa duten kanal handiak (7. irudi osagarria).Esperimentu tipiko batean, mikrogelak kanal mikrofluidikoetan injektatu ziren 0,2-16 kPa-ko ΔP presio-jaitsiera positiboan (8. irudi osagarria).Presio-tarte hori biologikoki esanguratsua den odol-presioari dagokio (120 mm Hg = 16 kPa)22.irudian.1d (ezkerretik eskuinera) RMren irudi adierazgarriak erakusten ditu kanal handietan, eremu konikoetan eta estutuetan.Mikrogelaren mugimendua eta forma erregistratu eta aztertu dira MATLAB programaren bidez.Garrantzitsua da nabarmentzea tapering-eskualdeetan eta uzkurtzeetan, mikrogelak mikrokanalen hormekin kontaktu egokian daudela (8. irudi osagarria).D0/dc = 1/λr estutzean mikrogelaren atxikipen erradialaren maila 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2 tartean dago, non 1/λr konpresio-erlazioa den.Mikrogelak uzkurdura zeharkatzen du ΔP > ΔPtr denean, non ΔPtr translokazio-presioaren aldea den.Biaxialki mugatutako mikrogelen poroen luzera eta tamaina oreka-egoeraren arabera zehazten dira, oso garrantzitsua baita sistema biologikoetan gelen biskoelastikotasuna kontuan hartzea.Agarosa eta fibrina mikrogelen oreka-denbora 10 minutu eta 30 minutukoa izan zen, hurrenez hurren.Denbora-tarte horiek igarota, mikrogel mugatuak bere posizio eta forma egonkorra lortu zuten, abiadura handiko kamera baten bidez harrapatu eta MATLAB erabiliz analizatu.
irudian.1e, 1f-ek deformatu gabeko eta biaxialki mugatutako RM egituren transmisio-mikroskopia elektronikoaren (TEM) irudiak erakusten dituzte.RM konpresioaren ondoren, mikrogelaren poroen tamaina nabarmen murriztu zen eta haien forma anisotropo bihurtu zen tamaina txikiagoekin konpresioaren norabidean, eta hori bat dator aurreko txosten batekin 23 .
Uzkurduran konpresio biaxialak mikrogela norabide mugagabean luzatzen du λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}/\({D }_ { 0}\) , non \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) mikrogel itxiaren luzera den 2a irudiak λzvs .1/ λr-en aldaketa erakusten du. fibrina eta agarosa mikrogeletarako.Harrigarria bada ere, 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2-ko konpresio indartsuarekin, fibrina-mikrogelek 1,12 +/- 0,03 λz-ko luzapen arbuiagarria erakusten dute, 1/λr-ren balioak apur bat eragiten duena. agarosa mikrogel mugatuak, 1/λr = 2,6 konpresio ahulagoan ere λz = 1,3 luzapen handiagoan ikusten direnak.
a Agarosa mikrogelak modulu elastiko ezberdinekin (2,6 kPa, diamante berdea irekia; 8,3 kPa, zirkulu ireki marroia; 12,5 kPa, karratu ireki laranja; 20,2 kPa, magenta triangelu alderantzikatu irekia) eta SM (gorri solidoa) Neurtutako luzapenaren aldaketa λz ( zirkuluak), MM (karratu beltz trinkoak) eta RM (triangelu urdin sendoak).Lerro sendoek teorikoki aurreikusitako λz erakusten dute agarosa (lerro berdea) eta fibrina mikrogeletarako (kolore bereko lerroak eta ikurrak).b, c Goiko panela: agarosa (b) eta fibrina (c) sare-kateen diagrama eskematikoa konpresio biaxialaren aurretik (ezkerrean) eta ondoren (eskuinean).Behean: dagokion sarearen forma deformazioaren aurretik eta ondoren.x eta y konpresioaren norabideak gezi magenta eta marroi bidez adierazten dira, hurrenez hurren.Goiko irudian, x eta y norabide hauetan orientatutako sare-kateak dagozkien marro magenta eta marroiekin ageri dira, eta z norabide arbitrarioan orientatutako kateak marra berdeekin.Fibrina gelan (c), x eta y norabideetako marra moreak eta marroiak deformatu gabeko egoeran baino gehiago okertzen dira, eta z norabideko lerro berdeak okertu eta luzatzen dira.Konpresioaren eta tentsioaren noranzkoen arteko tentsioa tarteko noranzkoak dituzten harien bidez transmititzen da.Agarosa geletan, norabide guztietako kateek presio osmotikoa zehazten dute, eta horrek ekarpen handia egiten du gelaren deformazioan.d Poisson-en ratio biaxialean aurreikusitako aldaketa, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), agarosa (lerro berdea) eta fibrina (lerro gorria) gelen konpresio ekibiaxialerako.Txertaketak gelaren deformazio biaxiala erakusten du.e Translokazio-presio aldaketa ΔPtr, gel zurruntasunarekin normalizatuta, agarosa eta fibrina mikrogelen konpresio-erlazioaren arabera marraztuta dago.Ikurren koloreak (a) ataleko koloreei dagozkie.Lerro berdeek eta gorriek ΔPtr/S eta 1/λr-ren arteko erlazio teorikoa irudikatzen dute agarosa eta fibrina geletarako, hurrenez hurren.Marra gorriaren zati etenaren zatiak ΔPtr-en igoera erakusten du konpresio indartsuan zuntz arteko elkarreraginengatik.
Desberdintasun hori fibrina eta agarosa mikrogel sareen deformazio-mekanismo ezberdinekin lotzen da, hari malgu24 eta zurrun25ez osatuta, hurrenez hurren.Gel malguen konpresio biaxialak bolumena gutxitzea dakar eta kontzentrazioa eta presio osmotikoa areagotzea eragiten du, eta horrek gelaren luzapena ekartzen du norabide mugagabean.Gelaren azken luzapena luzatutako kateen energia libre entropikoaren igoeraren eta osmosiaren energia askearen gutxitzearen balantzearen araberakoa da, luzatutako gelan polimero-kontzentrazio txikiagoa dela eta.Konpresio biaxial indartsuarekin, gelaren luzapena handitzen da λz ≈ 0,6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (ikus 2a irudia). eztabaida atala 5.3.3).Kate malguetan konformazio-aldaketak eta atxikipen biaxialaren aurretik eta ondoren dagozkien sareen forma irudietan agertzen dira.2b.
Aitzitik, fibrina bezalako zuntz gelek modu ezberdinean erantzuten diote atxikipen biaxialari.Harizpiak konpresio flexioaren norabidearekiko paraleloki orientatzen dira nagusiki (horrela, lotura gurutzatuen arteko distantzia murrizten dute), harizpiak nagusiki konpresioaren noranzkoarekiko perpendikularki zuzentzen eta luzatzen dira indar elastikoaren eraginez, gela luzatzea eraginez ( 1. irudia).2c) Deformatu gabeko SM, MM eta RM-en egiturak SEM eta CFM irudiak aztertuz ezaugarritu ziren (Eztabaida osagarria IV. atala eta 9. irudi osagarria).Deformatu gabeko fibrina mikrogeletan harien modulu elastikoa (E), diametroa (d), profilaren luzera (R0), muturren arteko distantzia (L0 ≈ R0) eta angelu zentrala (ψ0) zehaztuz (2. Taula osagarria) - 4), haria tolestu-modulua \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) bere trakzio-modulua baino nabarmen txikiagoa da\({k}_{{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), beraz, kb/ks ≈ 0,1 (4. taula osagarria).Horrela, gel biaxialaren atxikipen-baldintzetan, fibrina-hariak erraz tolesten dira, baina luzatzeari aurre egiten diote.Konpresio biaxialean jasaten den harizpi sare baten luzapena 17. irudi osagarrian ageri da.
Eredu afino teoriko bat garatzen dugu (eztabaida osagarria V. atala eta 10-16 irudi osagarriak) non gelan eragiten duten indar elastikoen oreka lokaletik zehazten den zuntz gel baten luzapena eta tentsio biaxial indartsu batean λz - 1 mugapean
(1) ekuazioak erakusten du konpresio indartsuan ere (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) gelaren hedapen apur bat eta ondorengo luzapen-deformazioa dagoela. saturazioa λz–1 = 0,15 ± 0,05.Portaera hau (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm { s }}}}}}\eskuinean)}^{1/2}\) ≈ 0,15−0,4 eta (ii) kortxete artean dagoen terminoa asintotikoki hurbiltzen da \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) lotura biaxial sendoetarako. Garrantzitsua da aurrefaktorea \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\right)}^{1/ 2 }\) ez du zerikusirik E hariaren zurruntasunarekin, baina d/L0 hariaren aspektu-erlazioak eta arkuaren erdiko angeluak zehazten du. ψ0, SM, MM eta RMren antzekoa dena (4. taula osagarria).
Gel malgu eta harizpitsuen arteko askatasunak eragindako tentsioaren aldea are gehiago nabarmentzeko, Poisson-en erlazio biaxiala sartuko dugu \({\nu }_{{{({\rm{b))))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}, \) mugagabe bat deskribatzen du gel tentsioaren orientazioa tentsio berdinari bi norabide erradialetan erantzuteko, eta hau tentsio uniforme handietara hedatzen du \ rm{b }}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .irudian.2d erakusten du \({{{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}^{{{ {{\rm { eff }}}}}}}\) gel malguen (agarosa adibidez) eta zurrunen (adibidez, fibrinaren) konpresio biaxial uniformerako (Eztabaida osagarria, 5.3.4 atala), eta konfinamenduaren erantzunetan desberdintasun handien arteko erlazioa nabarmentzen du. Murrizketa gogorren pean dauden agarosa geletarako {\rm{eff}}}}}}}\) 2/3 balio asintotikora igotzen da, eta fibrina geletarako zerora jaisten da, lnλz/lnλr → 0 denez, λz-ekin hazten denez. saturazioa λr handitzean.Kontuan izan esperimentuetan, mikrogel esferiko itxiak modu inhomogeneoan deformatzen direla, eta haien erdiko zatiak konpresio indartsuagoa izaten duela;hala ere, 1/λr balio handi batera estrapolatzeak esperimentua uniformeki deformatutako gelen teoriarekin alderatzea ahalbidetzen du.
Kate malguko gelen eta harizpizko gelen portaeran beste desberdintasun bat aurkitu zen uzkurtzean duten mugimenduagatik.Translokazio-presioa ΔPtr, gel zurruntasunarekin normalizatuta, konpresioa handitu ahala handitu zen (2e. irudia), baina 2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5ean, fibrina mikrogelek ΔPtr/S-ren balio nabarmen txikiagoak erakutsi zituzten txikitzean.Agarosa mikrogelaren atxikipenak presio osmotikoa handitzea dakar, eta horrek gela luzetarako noranzkoan luzatzea dakar polimero molekulak luzatu ahala (2b. irudia, ezkerrean) eta translokazio-presioa ΔPtr/S ~() handitzea dakar. 1/λr)14/317.Aitzitik, fibrina mikrogel itxien forma konpresio erradialaren eta luzetarako tentsioaren harien energia-balantzak zehazten du, eta horrek luzetarako deformazio maximoa dakar λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ { \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).1/λr ≫ 1erako, translokazio-presioaren aldaketa 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{{\rm] gisa eskalatzen da {r} }}}}}}}^{{-} 1} \eskuinean)\) (Eztabaida osagarria, 5.4 atala), 2e irudiko marra gorri sendoak erakusten duen moduan.Beraz, ΔPtr-a agarosa geletan baino muga gutxiago dago.1/λr > 3,5eko konpresioetarako, harizpien bolumen-frakzioaren eta aldameneko harizpien elkarrekintza nabarmen handitzeak gelaren deformazio gehiago mugatzen du eta iragarpenetatik emaitza esperimentalen desbideratzeak eragiten ditu (2e irudian puntu gorria).1/λr eta Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}_{{{{\rm{fibrina}}} )) dela ondorioztatzen dugu. } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr))))))}}}}_{{{{\rm{agarosa}} }} } } } }}\) agarosa gela mikrokanalak harrapatuko du, eta zurruntasun bereko fibrina gela igaroko da.ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))))))_{{{{{\rm{fibrina))))))))}\ ), Bi Bi gelek kanala blokeatuko dute, baina fibrina gelak sakonago bultzatuko du eta modu eraginkorragoan konprimituko du, fluidoen fluxua modu eraginkorragoan blokeatuz.2. irudian erakusten diren emaitzek frogatzen dute zuntz-gelak odoljarioa murrizteko edo tumoreen odol-hornidura galarazteko tapoi eraginkor gisa balio dezakeela.
Bestalde, fibrinak tronboenbolismoa eragiten duen koagulazio-aldamioa eratzen du, tronbo batek ΔP < ΔPtr-n ontzi bat oztopatzen duen egoera patologikoa, adibidez, iskemiko trazu mota batzuetan (3a. irudia).Fibrina mikrogelen murrizketa ahulagoa den luzapenaren ondorioz, C/C fibrinogenoaren fibrina-kontzentrazioa areagotu egin da kate malguko gelekin alderatuta, non C eta C fibrinogenoa mugatua eta deformatu gabeko mikrogelak diren, hurrenez hurren.Polimeroen kontzentrazioa gelan.3b irudiak erakusten du fibrinogenoa C/C SM, MM eta RMn zazpi aldiz baino gehiago handitu zela 1/λr ≈ 4.0-n, murrizketak eta deshidratazioak bultzatuta (16. irudi osagarria).
Garuneko erdiko garuneko arteriaren oklusioaren ilustrazio eskematikoa.b Murrizketaren bidez fibrina-kontzentrazioaren igoera erlatiboa SM obstruktiboan (zirkulu gorri trinkoak), MM (lauki beltz trinkoak) eta RM (triangelu urdin sendoak).c Fibrina-gel mugatuen zatiketa aztertzeko erabilitako diseinu esperimentala.TBS-n fluoreszentez etiketatutako tPA-ren soluzio bat injektatu zen 5,6 × 107 µm3/s-ko emari-abiaduran eta 0,7 Pa-ko presio-jaitsiera gehigarrian mikrokanal nagusiaren ardatz luzearekiko perpendikularrean kokatutako kanaletan.d Kanal anitzeko irudi mikroskopiko konbinatua MM oztopatzailearen (D0 = 200 µm) Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa-n eta zatitzean.Puntu-lerro bertikalek MMren atzeko eta aurreko ertzen hasierako posizioak erakusten dituzte tlys = 0-n. Kolore berdeak eta arrosak AlexaFluor633-rekin etiketatutako FITC-dextra (70 kDa) eta tPA-ri dagozkio, hurrenez hurren.e 174 µm (triangelu alderantzikatu urdin irekia), 199 µm (triangelu ireki urdina) eta 218 µm (triangelu ireki urdina), hurrenez hurren, Xf = 28 ± 1 duen mikrokanal koniko batean D0-ko RM-en denbora-aldaketa erlatiboa. µm.sekzioek ΔP 1200, 1800 eta 3000 Pa dituzte, hurrenez hurren, eta Q = 1860 ± 70 µm3/s.Txertaketak RM (D0 = 218 µm) erakusten du mikrokanala entxufatuz.f Xf = 32 ± 12 µm, ΔP 400, 750 eta 1800 Pa eta ΔP 12300 Pa eta Q 12300 mikrokanalaren eskualde konikoan kokatutako SM, MM edo RMren denbora-aldaketa, hurrenez hurren 2400 eta µm360. /s.Xf mikrogelaren aurrealdeko posizioa adierazten du eta uzkurtzearen hasieratik duen distantzia zehazten du.V(tlys) eta V0 lisatutako mikrogelaren aldi baterako bolumena eta molestatu gabeko mikrogelaren bolumena dira, hurrenez hurren.Karaktere-koloreak b-ko koloreei dagozkie.E, f-ko gezi beltzak mikrogelak mikrokanaletik igaro aurreko azken uneari dagozkio.Eskala-barra d, e-tan 100 µm da.
Fibrina-gel oztopatzaileetan zehar fluido-fluxuaren murrizketan duen eragina ikertzeko, agente tronbolitikoko ehun plasminogeno-aktibatzailearekin (tPA) infiltratutako SM, MM eta RM-ren lisia aztertu dugu.3c irudiak lisi-esperimentuetarako erabilitako diseinu esperimentala erakusten du. ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) eta fluxu-abiadura batean, Q = 2400 μm3/s, Tris-buffered saline (TBS) 0,1 mg/mL (fluoreszeina isotiozianatoa) FITC-Dextran-arekin nahastuta, mikrogelak mikrokanal konikoa oztopatu zuen. eskualdea. ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) eta fluxu-abiadura batean, Q = 2400 μm3/s, Tris-buffered saline (TBS) 0,1 mg/mL (fluoreszeina isotiozianatoa) FITC-Dextran-arekin nahastuta, mikrogelak mikrokanal konikoa oztopatu zuen. eskualdea. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого растого растого солевого растого солевого растого, скорости потока, сороствора, со м н м3/с л (флуоресцеинизотиоцианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) eta emari-tasa batean, Q = 2400 µm3/s, Tris buffered saline (TBS) 0,1 mg/ml (fluoreszeina isotiozianatoa) FITC-dextranoarekin nahastuta, mikrogelak mikrokanal konbergentea itxi zuen.eskualdea.P = 700 Pa (<ΔPtr) Q = 2400 μm3/s混合时，微凝胶堵塞了锥形微通道地区。在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μm3/s了锥形微通道地区。 Микрогели закупориваются при смешивании трис-буферного солевого раствора (TBS) с 0,1 мг/мил (TBS) т) FITC-декстрана при ΔP = 700 Па (<ΔPtr) eta скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические областова областов. Mikrogelak konektatu ziren Tris buffered saline (TBS) 0.1mg/mL (fluoreszeina isotiozianatoa) FITC-dextranoarekin ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) eta Q = 2400 µm3/s emari-abiaduran mikrokanalen eskualde konikoak nahasten zirenean.Mikrogelaren Xf aurrerako posizioak X0 hasierako uzkurtze puntutik duen distantzia zehazten du.Lisia eragiteko, TBSn fluoreszentez etiketatutako tPA-ren soluzio bat injektatu zen mikrokanal nagusiaren ardatz luzean ortogonalki kokatutako kanal batetik.
TPA disoluzioa MM oklusalera iritsi zenean, mikrogelaren atzeko ertza lausotu egin zen, fibrinaren zatiketa tlys = 0 unean hasi zela adieraziz (3d irudia eta 18 irudi osagarria).Fibrinolisian, kolorez markatutako tPA MM-aren barruan pilatzen da eta fibrina kateekin lotzen da, eta horrek mikrogelen kolore arrosaren intentsitatea pixkanaka handitzen du.Tlys = 60 min-ean, MM-a uzkurtu egiten da bere atzeko zatiaren disoluzioaren ondorioz, eta Xf lehen ertzaren posizioa gutxi aldatzen da.160 min igaro ondoren, biziki uzkurtutako MMak uzkurtzen jarraitu zuen, eta tlys = 161 min-ean, uzkurdura jasan zuen, horrela mikrokanalaren fluidoaren fluxua berreskuratuz (3d. irudia eta 18. irudi osagarria, eskuineko zutabea).
irudian.3e-k tamaina ezberdineko fibrina mikrogelen V0 hasierako bolumenarekin normalizatu den V(tlys) bolumenaren denboraren araberako lisiaren araberako jaitsiera erakusten du.D0 174, 199 edo 218 µm-ko CO mikrokanal batean jarri zen ΔP 1200, 1800 edo 3000 Pa, hurrenez hurren, eta Q = 1860 ± 70 µm3/s mikrokanala blokeatzeko (3e irudia, txertatzea).elikadura.Mikrogelak pixkanaka txikitu egiten dira kanaletatik igarotzeko adina txikiak izan arte.Hasierako diametro handiagoa duen CO-aren bolumen kritikoa gutxitzeak lisi-denbora luzeagoa behar du.Tamaina ezberdineko RMen bidezko antzeko fluxua dela eta, zatiketa erritmo berean gertatzen da, eta ondorioz, RM handiagoen zati txikiagoen digestioa eta haien translokazio atzeratua sortzen da.irudian.3f irudiak V(tlys)/V0-ren murrizketa erlatiboa erakusten du SM, MM eta RMren zatiketaren ondorioz D0 = 197 ± 3 µm tlys-en funtzioan marraztuta.SM, MM eta RMrako, jarri mikrogel bakoitza ΔP 400, 750 edo 1800 Pa eta Q 12300, 2400 edo 1860 µm3/s-ko mikrokanal batean, hurrenez hurren.SMari aplikatutako presioa RMarena baino 4,5 aldiz txikiagoa izan bazen ere, SMaren bidezko fluxua sei aldiz handiagoa izan zen SMaren iragazkortasun handiagoa zela eta, eta mikrogelaren uzkurdura SMtik MM eta RMra jaitsi zen. .Esate baterako, tlys = 78 min-tan, SM gehienbat disolbatu eta desplazatu egin zen, MM eta PM-k mikrokanalak estutzen jarraitu zuten bitartean, jatorrizko bolumenaren % 16 eta % 20 bakarrik mantendu arren, hurrenez hurren.Emaitza hauek konbekzio bidezko lisiaren garrantzia iradokitzen dute uzkurtutako zuntz gelen eta fibrina-eduki txikiagoa duten koaguluen digestio azkarragoaren txostenekin erlazionatzen dira.
Horrela, gure lanak esperimentalki eta teorikoki frogatzen du gel harizpikoek konfinamendu biaxialari erantzuteko duten mekanismoa.Zuntz gelen portaera espazio mugatu batean harizpien tentsio-energiaren asimetria sendoak (konpresioan biguna eta tentsioan gogorra) eta harizpien aspektu-erlazioak eta kurbadurak soilik zehazten du.Erreakzio honek kapilar estuetan dauden zuntz-gelen luzapen minimoa eragiten du, haien Poisson-en erlazio biaxiala txikituz doa konpresioa handituz eta bit presio arin gutxiagorekin.
Partikula deformagarri bigunen edukiera biaxiala teknologia ugaritan erabiltzen denez, gure emaitzek zuntz-material berrien garapena estimulatzen dute.Bereziki, kapilar edo hodi estuetan harizpizko gelen atxikipen biaxialak trinkotze indartsua eta iragazkortasuna nabarmen murriztea dakar.Gel zuntz oklusiboen bidez fluido-fluxuaren inhibizio sendoak abantailak ditu tapoi gisa erabiltzen denean, odoljarioa saihesteko edo gaixotasun gaiztoen odol-hornidura murrizteko33,34,35.Bestalde, fibrina oklusaleko gelan zehar fluido-fluxuaren murrizketa, konbekzio bidezko tronbo-lisia inhibituz, koagulu oklusalen lisi motela adierazten du [27, 36, 37].Gure modelizazio-sistema zuntz-biopolimero hidrogelek atxikipen biaxialari eragiten dioten erantzun mekanikoa ulertzeko lehen urratsa da.Odol-zelulak edo plaketak fibrina-gel oztopatzaileetan sartzeak haien murrizketa-jokaeran eragina izango du 38 eta sistema biologikoki esanguratsuagoak diren konplexuagoen portaera ezagutzeko hurrengo urratsa izango da.
Fibrina mikrogelak prestatzeko eta MF gailuak fabrikatzeko erabiltzen diren erreaktiboak Informazio osagarrian deskribatzen dira (Metodo osagarriak 2. eta 4. ataletan).Fibrina mikrogelak fibrinogenoaren, Tris bufferaren eta tronbinaren disoluzio misto bat emultsionatuz prestatzen ziren, fluxua fokatzeko MF gailu batean, eta, ondoren, tantak gelifikatuz.Behi fibrinogeno-disoluzioa (60 mg/ml TBSn), Tris buffera eta behi-tronbina-disoluzioa (5 U/ml 10 mM CaCl2 disoluzioan) kontrolatutako bi xiringa-ponpa independentean (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Syring Pump) erabili ziren.MF blokeatzeko, AEB).PFPE-P(EO-PO)-PFPE bloke-kopolimeroaren %1 pisuko fase jarraitua MF unitatean sartu zen hirugarren xiringa-ponpa baten bidez.MF gailuan sortutako tantak F-olioa duen 15 ml zentrifugatzaile-hodi batean biltzen dira.Jarri hodiak ur-bainu batean 37 °C-tan ordubetez fibrinaren gelifikazioa osatzeko.FITC markatutako fibrina mikrogelak behi fibrinogenoa eta FITC markatutako giza fibrinogenoa 33:1 pisu proportzioan nahasiz prestatu ziren.Prozedura fibrina mikrogelak prestatzeko bera da.
Transferitu mikrogelak F oliotik TBSra dispertsioa 185 g-tan zentrifugatuz 2 minutuz.Hauspeatutako mikrogelak % 20 pisuko alkohol perfluorooktilarekin nahastuta F olioan barreiatu ziren, ondoren Span 80 % 0,5 pisua zuen hexanoan barreiatu, hexanoa, % 0,1 pisua Triton X uretan eta TBS.Azkenik, mikrogelak % 0,01 pisuko Tween 20 zuen TBS-n barreiatu eta 4 ° C-tan gorde ziren esperimentuak egin baino 1-2 aste gutxi gorabehera.
MF gailuaren fabrikazioa Informazio osagarrian deskribatzen da (Metodo osagarriak 5. atalean).Esperimentu tipiko batean, ΔP-ren balio positiboa mikrokanaletan 150 < D0 < 270 µm-ko diametroa duten mikrogelak sartzeko MF gailuaren aurretik eta ondoren konektatuta dauden urtegien altuera erlatiboaren arabera zehazten da.Mikrogelen neurririk gabeko tamaina makrokanalean ikusiz zehaztu zen.Mikrogela eremu koniko batean gelditzen da uzkurduraren sarreran.Aurreko mikrogelaren punta 2 minutuz aldatzen ez denean, erabili MATLAB programa mikrogelaren posizioa x ardatzean zehazteko.ΔP-aren mailaka igotzean, mikrogela ziri itxurako eskualdean zehar mugitzen da uzkurduran sartu arte.Mikrogela guztiz sartu eta konprimituta dagoenean, ΔP azkar zerora jaisten da, urtegien arteko ur-maila orekatuz, eta itxitako mikrogela geldirik geratzen da konpresiopean.Mikrogel oztopatzailearen iraupena uzkurdura amaitu eta 30 minutura neurtu zen.
Fibrinolisi esperimentuetan, t-PA eta FITC markatutako dextrano disoluzioak blokeatutako mikrogeletan sartzen dira.Likido bakoitzaren fluxua kanal bakarreko fluoreszentzia irudien bidez kontrolatu zen.TAP AlexaFluor 633-rekin etiketatua fibrina zuntzei erantsita eta konprimitutako fibrina mikrogelen barruan metatua (TRITC kanala 18. irudi osagarrian).FITC-rekin markatutako dextrano-disoluzioa mikrogelean pilatu gabe mugitzen da.
Ikerketa honen emaitzak onartzen dituzten datuak dagozkien egileengandik eskura daitezke eskatuz gero.Fibrina gelen SEM irudi gordinak, fibrina gelen TEM irudi gordinak inokulatu aurretik eta ondoren, eta 1. eta 2. 2. eta 3. irudien sarrerako datu nagusiak datu gordinaren fitxategian eskaintzen dira.Artikulu honek jatorrizko datuak ematen ditu.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. eta Weisel JV fibrinogenoa eta fibrina.Macromolecular Protein Complex III: Structure and Function (ed. Harris, JR eta Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (Springer eta Cham, 2021).
Bosman FT eta Stamenkovich I. Zelulaz kanpoko matrizearen egitura funtzionala eta osaera.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Prince E. eta Kumacheva E. Zuntz biomimetiko artifizialaren hidrogelen diseinua eta aplikazioa.Nazionala Matt Red.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC polimero-sare erdi-malguak modelatzea.Apaiza Mod.fisika.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. eta Piku, KR Biopolimero-sare erdi-malguen modelaketa mekanikoa: deformazio ez afina eta irismen luzeko mendekotasunen presentzia.Advances in Soft Matter Mechanics 119–145 lanean (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D eta Mahadevan L. Estresak eragindako kolageno gelen lerrokatzea.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS eta Gianmi PA Biogelen elastikotasun ez lineala.Natura 435, 191–194 (2005).
Hala ere, AJ Stress-ek kolageno sarearen mekanismoak kontrolatzen ditu.prozesua.Zientzia Akademia Nazionala.zientzia.AEB 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Estres normal negatiboa biopolimero-gel erdi-malguetan.Alma mater nazionala.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Zuntz-sare zurrunen elastikotasun ez-lineala: tentsio-gogortzea, tentsio normal negatiboa eta zuntz-lerrokatzea fibrina-geletan.J. Fisika.Kimikoa.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML et al.Lotutako eta gurutzatutako aktina sareen portaera elastikoa.Science 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. et al.Tentsioak kontrolatutako zuntz optikoko sareen mekanika ez-lineala kontrol kritikoarekin.Fisika nazionala.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Zuntz-sareen elastikotasuna aurretensazio uniaxialean.Soft Matter 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Odol-koaguluaren iragazkortasun hidraulikoa fibrinaren eta plaketen dentsitatearen arabera.biofisika.104. aldizkaria, 1812–1823 (2013).
Li, Y. et al.Hidrogelen portaera polifazetikoa kapilar estuek mugatzen dute.zientzia.5. etxea, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Heterogeneotasun patologikoaren eragina ebakidura-uhin elastografian zain sakoneko tronbosiaren eszenaratzean.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. Odol-koaguluen denboraren menpeko indurazioaren kuantifikazioa in vivo ebakidura-uhinen ultrasoinu-irudiak erabiliz untxi venous tronbosi eredu batean.tronboa.biltegiratze depositua.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Fibrinaren polimerizazio-dinamikaren ordenagailu bidezko simulazioa mikroskopia elektronikoarekin eta uhertasun-behaketekin lotuta: koagulazioaren egitura eta muntaia zinetikoki kontrolatzen dira.biofisika.63. aldizkaria, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW eta Lorand, L. Structural origin of fibrin clot rheology.biofisika.J. 77, 2813–2826 (1999).
Argitalpenaren ordua: 2023-02-23