از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.شما از یک نسخه مرورگر با پشتیبانی محدود CSS استفاده می کنید.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).علاوه بر این، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت نشان می‌دهیم.
چرخ فلکی از سه اسلاید را همزمان نمایش می دهد.از دکمه های قبلی و بعدی برای حرکت در سه اسلاید در یک زمان استفاده کنید یا از دکمه های لغزنده در پایان برای حرکت در سه اسلاید در یک زمان استفاده کنید.
محدودیت هیدروژل های فیبری به مویرگ های باریک از اهمیت زیادی در سیستم های بیولوژیکی و زیست پزشکی برخوردار است.کشش و فشرده سازی تک محوری هیدروژل های فیبری به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است، اما پاسخ آنها به حفظ دو محوری در مویرگ ها ناشناخته باقی مانده است.در اینجا، به صورت تجربی و تئوری نشان می‌دهیم که ژل‌های رشته‌ای به دلیل عدم تقارن در خواص مکانیکی رشته‌های تشکیل‌دهنده، که از نظر فشرده‌سازی نرم و در کشش سفت هستند، به طور کیفی متفاوتی نسبت به ژل‌های زنجیره‌ای انعطاف‌پذیر به محدودیت پاسخ می‌دهند.تحت احتباس قوی، ژل فیبری کشش کمی و کاهش مجانبی در نسبت پواسون دو محوری به صفر را نشان می‌دهد که منجر به تراکم قوی ژل و نفوذ ضعیف مایع در ژل می‌شود.این نتایج نشان‌دهنده مقاومت ترومب‌های انسدادی کشیده شده در برابر لیز توسط عوامل درمانی است و ایجاد آمبولیزاسیون اندوواسکولار موثر از ژل‌های فیبری را برای توقف خونریزی عروقی یا مهار خون رسانی تومورها تحریک می‌کند.
شبکه های فیبری بلوک های ساختمانی ساختاری و عملکردی بافت ها و سلول های زنده هستند.اکتین جزء اصلی اسکلت سلولی است.فیبرین یک عنصر کلیدی در بهبود زخم و تشکیل ترومبوز است و کلاژن، الاستین و فیبرونکتین اجزای ماتریکس خارج سلولی در قلمرو حیوانات هستند.شبکه های بازیابی شده از بیوپلیمرهای فیبری به موادی با کاربردهای گسترده در مهندسی بافت تبدیل شده اند.
شبکه های رشته ای نشان دهنده یک کلاس جداگانه از ماده نرم بیولوژیکی با خواص مکانیکی است که با شبکه های مولکولی انعطاف پذیر متفاوت است.برخی از این خواص در طول تکامل برای کنترل واکنش ماده بیولوژیکی به تغییر شکل تکامل یافته اند.به عنوان مثال، شبکه های فیبری در سویه های کوچک 7،8 خاصیت ارتجاعی خطی نشان می دهند، در حالی که در سویه های بزرگ، سفتی افزایش یافته ای را نشان می دهند، در نتیجه یکپارچگی بافت را حفظ می کنند.پیامدهای دیگر خواص مکانیکی ژل های فیبری، مانند تنش نرمال منفی در پاسخ به کرنش برشی 11،12، هنوز کشف نشده است.
خواص مکانیکی هیدروژل های فیبری نیمه انعطاف پذیر تحت کشش تک محوری 13،14 و فشرده سازی 8،15 مورد مطالعه قرار گرفته است، اما فشرده سازی دو محوری ناشی از آزادی آنها در مویرگ ها یا لوله های باریک مطالعه نشده است.در اینجا ما نتایج تجربی را گزارش می‌کنیم و از نظر تئوری مکانیزمی برای رفتار هیدروژل‌های فیبری تحت احتباس دو محوری در کانال‌های میکروسیالی پیشنهاد می‌کنیم.
میکروژل‌های فیبرین با نسبت‌های مختلف فیبرینوژن و غلظت‌های ترومبین و قطر D0 در محدوده 150 تا 220 میکرومتر با استفاده از رویکرد میکروسیالی تولید شدند (شکل تکمیلی 1).روی انجیر1a تصاویری از میکروژل‌های برچسب‌دار با فلوروکروم را نشان می‌دهد که با استفاده از میکروسکوپ فلورسانس کانفوکال (CFM) به دست آمده‌اند.میکروژل ها کروی هستند، دارای چند پراکندگی کمتر از 5 درصد و ساختار یکنواخت در مقیاس های بررسی شده توسط CFM (اطلاعات تکمیلی و فیلم های S1 و S2) هستند.میانگین اندازه منافذ میکروژل‌ها (که با اندازه‌گیری نفوذپذیری دارسی تعیین می‌شود) از 2280 به 60 نانومتر کاهش یافت، محتوای فیبرین از 5.25 به 37.9 میلی‌گرم در میلی‌لیتر افزایش یافت و غلظت ترومبین به ترتیب از 2.56 به 0.27 واحد در میلی‌لیتر کاهش یافت.(اطلاعات تکمیلی).برنج.2)، 3 و جدول تکمیلی 1).سفتی مربوطه میکروژل از 0.85 به 3.6 کیلو پاسکال افزایش می یابد (شکل تکمیلی 4).به عنوان نمونه هایی از ژل های تشکیل شده از زنجیره های انعطاف پذیر، از میکروژل های آگارز با سفتی های مختلف استفاده می شود.
تصویر میکروسکوپ فلورسانس از فلورسئین ایزوتیوسیانات (FITC) با برچسب PM معلق در TBS.مقیاس نوار 500 میکرومتر است.b تصاویر SEM از SM (بالا) و RM (پایین).نوار مقیاس 500 نانومتر.c نمودار شماتیک یک کانال میکروسیال متشکل از یک کانال بزرگ (قطر dl) و یک ناحیه مخروطی شکل باریک با زاویه ورودی α 15 درجه و قطر dc = 65 میکرومتر.d از چپ به راست: تصاویر میکروسکوپ نوری RM (قطر D0) در کانال های بزرگ، ناحیه مخروطی شکل و انقباض (طول ژل محدود کننده Dz).مقیاس نوار 100 میکرومتر است.e، f تصاویر TEM از یک RM تغییر شکل نیافته (e) و یک RM مسدود شده (f)، ثابت به مدت یک ساعت با انقباض 1/λr = 2.7، و به دنبال آن آزادسازی و تثبیت 5٪ از جرم.گلوتارآلدئید در TBSقطر CO تغییر شکل نیافته 176 میکرومتر است.نوار مقیاس 100 نانومتر است.
ما بر روی میکروژل‌های فیبرین با سختی 0.85، 1.87 و 3.6 کیلو پاسکال (که از این پس به ترتیب میکروژل‌های نرم (SM)، میکروژل‌های سخت متوسط (MM) و میکروژل‌های سخت (RM) نامیده می‌شوند، تمرکز کردیم.این محدوده از سفتی ژل فیبرین از همان درجه بزرگی برای لخته‌های خون است 18،19 و از این رو ژل‌های فیبرین مورد مطالعه در کار ما مستقیماً با سیستم‌های بیولوژیکی واقعی مرتبط هستند.روی انجیر1b تصاویر بالا و پایین ساختارهای SM و RM را به ترتیب با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان می دهد.در مقایسه با ساختارهای RM، شبکه‌های SM توسط فیبرهای ضخیم‌تر و نقاط انشعاب کمتری تشکیل شده‌اند که مطابق با گزارش‌های قبلی 20 و 21 است (شکل تکمیلی 5).تفاوت در ساختار هیدروژل با روند خواص آن مرتبط است: نفوذپذیری ژل با کاهش اندازه منافذ از SM به MM و RM کاهش می یابد (جدول تکمیلی 1)، و سفتی ژل معکوس می شود.هیچ تغییری در ساختار میکروژل پس از نگهداری در دمای 4 درجه سانتیگراد به مدت 30 روز مشاهده نشد (شکل تکمیلی 6).
روی انجیر1c نمودار یک کانال میکروسیال را با مقطع دایره ای نشان می دهد که شامل (از چپ به راست): یک کانال بزرگ با قطر dl که در آن میکروژل بدون تغییر شکل باقی می ماند، یک بخش مخروطی شکل با قطر باریک dc
روی انجیر1e، 1f تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) از ساختارهای RM تغییرشکل نیافته و دو محوره محدود را نشان می‌دهد.پس از فشرده سازی RM، اندازه منافذ میکروژل به طور قابل توجهی کاهش یافت و شکل آنها با اندازه های کوچکتر در جهت فشرده سازی ناهمسانگرد شد، که با گزارش قبلی مطابقت دارد.
فشرده سازی دو محوری در حین انقباض باعث می شود که میکروژل در جهت نامحدودی با ضریب λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}}/\({D }_ {) کشیده شود. 0}\) ، که در آن \({D}_{{{({\rm{z}}}}}}}}\) طول میکروژل بسته است شکل 2a تغییر در λzvs .1/ λr را نشان می دهد. برای میکروژل‌های فیبرین و آگارز، با کمال تعجب، تحت فشرده‌سازی قوی 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2، میکروژل‌های فیبرین کشیدگی ناچیز 1.12 +/- 0.03 λz را نشان می‌دهند، که فقط کمی تحت تأثیر رفتار 1/λr است. میکروژل‌های آگارز محدود، که حتی در فشرده‌سازی ضعیف‌تر 1/λr = 2.6 تا افزایش طول بیشتر λz = 1.3 مشاهده می‌شوند.
یک میکروژل آگارز با مدول های الاستیک مختلف (2.6 کیلو پاسکال، الماس باز سبز؛ 8.3 کیلو پاسکال، دایره باز قهوه ای؛ 12.5 کیلو پاسکال، مربع باز نارنجی؛ 20.2 کیلو پاسکال، مثلث معکوس باز سرخابی) و SM (قرمز جامد) تغییر در طول اندازه گیری شده λz ( دایره ها)، MM (مربع سیاه و سفید جامد) و RM (مثلث آبی جامد).خطوط جامد λz پیش‌بینی‌شده نظری را برای آگارز (خط سبز) و میکروژل‌های فیبرین (خطوط و نمادهای همرنگ) نشان می‌دهند.b, c پانل بالا: نمودار شماتیک زنجیره های شبکه آگارز (b) و فیبرین (c) قبل از (چپ) و پس از (راست) فشرده سازی دو محوره.پایین: شکل شبکه مربوطه قبل و بعد از تغییر شکل.جهت فشرده سازی x و y به ترتیب با فلش های سرخابی و قهوه ای نشان داده می شوند.در شکل بالا، زنجیره‌ای از شبکه‌های جهت‌دار در این جهت‌های x و y با خطوط سرخابی و قهوه‌ای مربوطه نشان داده شده‌اند و زنجیره‌هایی که در جهت z دلخواه هستند با خطوط سبز نشان داده شده‌اند.در ژل فیبرین (c)، خطوط بنفش و قهوه ای در جهت x و y بیشتر از حالت تغییر شکل نیافته خم می شوند و خطوط سبز در جهت z خم می شوند و کشیده می شوند.کشش بین جهت تراکم و کشش از طریق نخ هایی با جهت های میانی منتقل می شود.در ژل‌های آگارز، زنجیره‌ها در همه جهات فشار اسمزی را تعیین می‌کنند که سهم قابل توجهی در تغییر شکل ژل دارد.d تغییر پیش‌بینی‌شده در نسبت پواسون دو محوری، } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{\rm{ln}}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ )، برای فشرده‌سازی دو محوری ژل‌های آگارز (خط سبز) و فیبرین (خط قرمز).قسمت داخلی تغییر شکل دو محوری ژل را نشان می دهد.تغییر فشار انتقال ΔPtr، نرمال شده به سفتی ژل S، به عنوان تابعی از نسبت تراکم برای میکروژل های آگارز و فیبرین رسم می شود.رنگ های نماد با رنگ های (a) مطابقت دارند.خطوط سبز و قرمز به ترتیب رابطه نظری بین ΔPtr/S و 1/λr را برای ژل‌های آگارز و فیبرین نشان می‌دهند.قسمت چین خورده خط قرمز افزایش ΔPtr را تحت فشار قوی به دلیل فعل و انفعالات بین الیاف نشان می دهد.
این تفاوت با مکانیسم های مختلف تغییر شکل شبکه های میکروژل فیبرین و آگارز همراه است که به ترتیب از رزوه های انعطاف پذیر 24 و 25 صلب تشکیل شده اند.فشرده سازی دو محوری ژل های انعطاف پذیر منجر به کاهش حجم آنها و افزایش غلظت و فشار اسمزی می شود که منجر به افزایش طول ژل در جهت نامحدود می شود.افزایش طول نهایی ژل به تعادل افزایش انرژی آزاد آنتروپیک زنجیره های کشیده و کاهش انرژی آزاد اسمز به دلیل غلظت کمتر پلیمر در ژل کشیده شده بستگی دارد.تحت فشار قوی دو محوره، ازدیاد طول ژل با λz ≈ 0.6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) افزایش می‌یابد (شکل 2a را ببینید. بخش بحث 5.3.3).تغییرات ساختاری در زنجیره‌های انعطاف‌پذیر و شکل شبکه‌های مربوطه قبل و بعد از حفظ دو محوری در شکل‌های نشان داده شده است.2b.
در مقابل، ژل های فیبری مانند فیبرین به طور ذاتی به احتباس دو محوری پاسخ متفاوتی می دهند.رشته ها عمدتاً به موازات جهت خمش فشاری قرار دارند (در نتیجه فاصله بین اتصالات عرضی کاهش می یابد)، در حالی که رشته ها عمدتاً عمود بر جهت فشرده سازی تحت تأثیر نیروی الاستیک صاف و کشیده می شوند و باعث کشیده شدن ژل می شوند. عکس. 1).2c) ساختارهای تغییر شکل نیافته SM، MM و RM با تجزیه و تحلیل تصاویر SEM و CFM آنها مشخص شد (بخش چهارم بحث تکمیلی و شکل تکمیلی 9).با تعیین مدول الاستیک (E)، قطر (d)، طول پروفیل (R0)، فاصله بین انتها (L0 ≈ R0) و زاویه مرکزی (ψ0) رشته‌ها در میکروژل‌های فیبرین تغییر شکل نیافته (جدول تکمیلی 2) - 4. ما مدول خمش نخ را می‌یابیم \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) به طور قابل توجهی کمتر از مدول کششی آن است\({k}_{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\)، بنابراین kb/ks ≈ 0.1 (جدول تکمیلی 4).بنابراین، در شرایط حفظ ژل دو محوره، رشته های فیبرین به راحتی خم می شوند، اما در برابر کشش مقاومت می کنند.طویل شدن یک شبکه رشته ای تحت فشار دو محوره در شکل تکمیلی 17 نشان داده شده است.
ما یک مدل همبستگی نظری (بحث تکمیلی بخش V و شکل‌های تکمیلی 10-16) ایجاد می‌کنیم که در آن ازدیاد طول یک ژل فیبری از تعادل موضعی نیروهای الاستیک وارده در ژل تعیین می‌شود و پیش‌بینی می‌کند که در یک کرنش دو محوری قوی λz - 1 تحت محدودیت
معادله (1) نشان می دهد که حتی تحت فشار قوی (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\،\ به \,0\)) یک انبساط ژل خفیف و تغییر شکل کشیدگی بعدی وجود دارد. اشباع λz-1 = 0.05 ± 0.15.این رفتار مربوط به (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm { s }}}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0.15-0.4 و (ii) عبارت در پرانتز به طور مجانبی تقریبی \(1{{\mbox{/}}} \sqrt است { 3 }\) برای پیوندهای دو محوری قوی. توجه به این نکته مهم است که پیش فاکتور \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\right)}^{1/ 2 }\) هیچ ربطی به سفتی نخ E ندارد، بلکه فقط با نسبت ابعاد رزوه d/L0 و زاویه مرکزی قوس تعیین می شود. ψ0 که مشابه SM، MM و RM است (جدول تکمیلی 4).
برای برجسته کردن بیشتر تفاوت در فشار ناشی از آزادی بین ژل‌های انعطاف‌پذیر و رشته‌ای، نسبت پواسون دو محوره را معرفی می‌کنیم \({\nu }_{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}، \) یک نامحدود را توصیف می کند جهت گیری کرنش ژل در پاسخ به کرنش مساوی در دو جهت شعاعی، و گسترش آن به سویه های یکنواخت بزرگ \ rm{b }}}}}}}}^{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{({\rm{r)))))))))}\) .روی انجیر2d \({{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}}^{{{{\rm { eff را نشان می‌دهد }}}}}}}\) برای فشرده‌سازی دو محوری یکنواخت ژل‌های انعطاف‌پذیر (مانند آگارز) و سفت و سخت (مانند فیبرین) (بحث تکمیلی، بخش 5.3.4)، و رابطه بین تفاوت‌های قوی در پاسخ‌ها به محصور شدن را برجسته می‌کند. برای ژل‌های آگارز تحت محدودیت‌های قوی {\rm{eff}}}}}}}\) به مقدار مجانبی 2/3 افزایش می‌یابد، و برای ژل‌های فیبرین به صفر کاهش می‌یابد، زیرا lnλz/lnλr → 0، زیرا λz با افزایش می‌یابد. اشباع با افزایش λr.توجه داشته باشید که در آزمایش‌ها، میکروژل‌های کروی بسته به طور ناهمگن تغییر شکل می‌دهند و قسمت مرکزی آنها فشرده‌سازی قوی‌تری را تجربه می‌کند.با این حال، برون یابی به مقدار زیادی از 1 / λr امکان مقایسه آزمایش با تئوری ژل های تغییر شکل یکنواخت را فراهم می کند.
تفاوت دیگر در رفتار ژل های زنجیره ای انعطاف پذیر و ژل های رشته ای به دلیل حرکت آنها در هنگام انقباض یافت شد.فشار جابجایی ΔPtr، نرمال شده به سفتی ژل S، با افزایش فشرده سازی افزایش یافت (شکل 2e)، اما در 2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5، میکروژل های فیبرین مقادیر قابل توجهی کمتری از ΔPtr/S را در طول انقباض نشان دادند.حفظ میکروژل آگارز منجر به افزایش فشار اسمزی می شود، که منجر به کشش ژل در جهت طولی با کشیده شدن مولکول های پلیمر می شود (شکل 2b، سمت چپ) و افزایش فشار جابجایی توسط ΔPtr/S~( 1/λr) 14/317.برعکس، شکل میکروژل‌های فیبرین بسته توسط تعادل انرژی رزوه‌های فشرده‌سازی شعاعی و کشش طولی تعیین می‌شود که منجر به حداکثر تغییر شکل طولی λz ~\(\sqrt{{k}_{{{{{{{ \rm{ ب))))))))} /{k}_{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).برای 1/λr ≫ 1، تغییر فشار جابجایی به صورت 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{{\rm) مقیاس می‌شود {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (بحث تکمیلی، بخش 5.4)، همانطور که با خط قرمز ثابت در شکل 2e نشان داده شده است.بنابراین، ΔPtr کمتر از ژل آگارز محدود است.برای فشرده سازی با 1/λr > 3.5، افزایش قابل توجهی در کسر حجمی رشته ها و برهمکنش رشته های مجاور تغییر شکل بیشتر ژل را محدود می کند و منجر به انحراف نتایج تجربی از پیش بینی ها می شود (خط نقطه چین قرمز در شکل 2e).نتیجه می گیریم که برای همان 1/λr و Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr}}}}}}}_{{{{\rm{فیبرین}}} )) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))}}_{{{{\rm{آگارز}} }} } } } }}\) ژل آگارز توسط میکروکانال گرفته می شود و ژل فیبرین با همان سفتی از آن عبور می کند.برای ΔP < Δ\({P}_{{{{{\rm{tr)))))))))_{{{{\rm{فیبرین)))))))))) دو ژل هر دو کانال را مسدود می‌کنند، اما ژل فیبرین به عمق بیشتری فشار می‌آورد و به طور مؤثرتری فشرده می‌شود و جریان مایع را به طور مؤثرتری مسدود می‌کند.نتایج نشان داده شده در شکل 2 نشان می دهد که ژل فیبری می تواند به عنوان یک پلاگین موثر برای کاهش خونریزی یا مهار خون رسانی به تومورها عمل کند.
از سوی دیگر، فیبرین داربست لخته ای را تشکیل می دهد که منجر به ترومبوآمبولی می شود، یک وضعیت پاتولوژیک که در آن ترومب یک رگ را در ΔP <ΔPtr می بندد، مانند برخی از انواع سکته مغزی ایسکمیک (شکل 3a).ازدیاد طول ضعیف‌تر میکروژل‌های فیبرین ناشی از محدودیت منجر به افزایش قوی‌تر غلظت فیبرین فیبرینوژن C/C در مقایسه با ژل‌های زنجیره‌ای انعطاف‌پذیر شد، جایی که فیبرینوژن C و C به ترتیب، میکروژل‌های محدود و تغییر شکل‌ندهنده هستند.غلظت پلیمر در ژلشکل 3b نشان می دهد که فیبرینوژن C/C در SM، MM، و RM در 1/λr ≈ 4.0 بیش از هفت برابر افزایش یافته است که ناشی از محدودیت و کم آبی است (شکل تکمیلی 16).
تصویر شماتیک از انسداد شریان مغزی میانی در مغز.b افزایش نسبی با واسطه محدودیت در غلظت فیبرین در SM انسدادی (دایره های قرمز جامد)، MM (مربع های سیاه جامد) و RM (مثلث های آبی جامد).c طرح تجربی مورد استفاده برای مطالعه برش ژل های فیبرین محدود.محلولی از tPA نشاندار شده با فلورسنت در TBS با سرعت جریان 5.6 × 107 میکرومتر مکعب بر ثانیه و افت فشار اضافی 0.7 Pa برای کانال‌هایی که عمود بر محور طولانی میکروکانال اصلی قرار دارند، تزریق شد.d تصویر میکروسکوپی چند کاناله تلفیقی از MM انسدادی (D0 = 200 میکرومتر) در Xf = 28 میکرومتر، ΔP = 700 Pa و در حین تقسیم.خطوط نقطه چین عمودی موقعیت های اولیه لبه های خلفی و قدامی MM را در tlys = 0 نشان می دهند. رنگ های سبز و صورتی به ترتیب با FITC-دکستران (70 کیلو دالتون) و tPA برچسب گذاری شده با AlexaFluor633 مطابقت دارند.حجم نسبی متغیر با زمان RMهای مسدود شده با D0 174 میکرومتر (مثلث معکوس باز آبی)، 199 میکرومتر (مثلث باز آبی)، و 218 میکرومتر (مثلث باز آبی)، به ترتیب در یک میکروکانال مخروطی با Xf = 1 ± 28 میکرومترمقاطع به ترتیب دارای ΔP 1200، 1800 و 3000 Pa، و Q = 70 ± 1860 میکرومتر مکعب بر ثانیه هستند.ورودی RM (D0 = 218 میکرومتر) را نشان می دهد که میکروکانال را وصل کرده است.f تغییر زمانی حجم نسبی SM، MM یا RM در Xf = 12 ± 32 میکرومتر، در ΔP 400، 750 و 1800 Pa و ΔP 12300 Pa و Q 12300 در ناحیه مخروطی میکروکانال، به ترتیب 2400 و 1860 میکرومتر. /s.Xf موقعیت جلویی میکروژل را نشان می دهد و فاصله آن را از شروع انقباض تعیین می کند.V(tlys) و V0 به ترتیب حجم موقت میکروژل لیز شده و حجم میکروژل دست نخورده هستند.رنگ های کاراکتر با رنگ های b مطابقت دارد.فلش های سیاه روی e، f مربوط به آخرین لحظه زمان قبل از عبور میکروژل ها از میکروکانال است.نوار مقیاس در d، e 100 میکرومتر است.
برای بررسی اثر محدودیت بر کاهش جریان مایع در ژل‌های فیبرین انسدادی، ما لیز SM، MM، و RM را با فعال‌کننده پلاسمینوژن بافتی عامل ترومبولیتیک (tPA) مورد مطالعه قرار دادیم.شکل 3c طرح آزمایشی مورد استفاده برای آزمایش های لیز را نشان می دهد. در ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) و سرعت جریان Q = 2400 میکرومتر مکعب در ثانیه، نمک تریس بافر (TBS) مخلوط شده با 0.1 میلی گرم در میلی لیتر (فلورسین ایزوتیوسیانات) FITC-Dextran، میکروژل میکروکانال مخروطی را مسدود کرد. منطقه در ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) و سرعت جریان Q = 2400 میکرومتر مکعب در ثانیه، نمک تریس بافر (TBS) مخلوط شده با 0.1 میلی گرم در میلی لیتر (فلورسین ایزوتیوسیانات) FITC-Dextran، میکروژل میکروکانال مخروطی را مسدود کرد. منطقه При ΔP = 700 پا (<ΔPtr) و نزدیک به پوتوکا، Q = 2400 میکرومتر3/س، سه-بوفرنوگوی سولفوگو حلوا (TBS)، جایگزینی با 0،1 میلی گرم در میلی لیتر (فلورسцеینیزوتیوسوالن) FITC-دکستراشی، میکروгель. در ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) و سرعت جریان Q = 2400 میکرومتر بر ثانیه، نمک بافر تریس (TBS) مخلوط شده با 0.1 میلی گرم در میلی لیتر (فلورسین ایزوتیوسیانات) FITC-دکستران، میکروژل میکروکانال همگرا را مسدود کرد.منطقه在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速Q = 2400μm3/s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 سه-بوفرنوگوی سوله حلی (TBS) با 0,1 میلی گرم در میلی لیتر (فلورسцеینیزوتیوسیانات) FITC-دکسترانا در ΔP = 700 پا (<DPtr) و تقریباً بعد از آن Q = 2400 میکروسینا. هنگامی که سالین بافر Tris (TBS) با 0.1mg/mL (ایزوتیوسیانات فلورسینات) FITC-دکستران در ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) و سرعت جریان Q = 2400 میکرومتر مکعب بر ثانیه از نواحی مخروطی میکروکانال ها مخلوط شد، میکروژل ها وصل شدند.موقعیت رو به جلو Xf میکروژل فاصله آن را از نقطه انقباض اولیه X0 تعیین می کند.برای القای لیز، محلولی از tPA نشاندار شده با فلورسنت در TBS از کانالی که به صورت متعامد به محور طولانی میکروکانال اصلی قرار دارد تزریق شد.
هنگامی که محلول tPA به MM اکلوزال رسید، لبه خلفی میکروژل تار شد، که نشان می‌دهد شکاف فیبرین در زمان tlys = 0 آغاز شده است (شکل 3d و شکل تکمیلی 18).در طول فیبرینولیز، tPA دارای برچسب رنگ در داخل MM تجمع می‌یابد و به رشته‌های فیبرین متصل می‌شود که منجر به افزایش تدریجی شدت رنگ صورتی میکروژل‌ها می‌شود.در tlys = 60 دقیقه، MM به دلیل انحلال قسمت عقب خود منقبض می شود و موقعیت لبه جلویی آن Xf کمی تغییر می کند.پس از 160 دقیقه، MM شدیداً منقبض شده به انقباض ادامه داد و در tlys = 161 دقیقه، تحت انقباض قرار گرفت، در نتیجه جریان سیال از طریق میکروکانال بازیابی شد (شکل 3d و شکل تکمیلی 18، ستون سمت راست).
روی انجیر3e کاهش وابسته به زمان با واسطه لیز را در حجم V(tlys) نشان می‌دهد که به حجم اولیه V0 میکروژل‌های فیبرین با اندازه‌های مختلف نرمال شده است.CO با D0 174، 199، یا 218 میکرومتر در یک میکروکانال با ΔP 1200، 1800، یا 3000 Pa، به ترتیب، و Q = 70 ± 1860 میکرومتر بر ثانیه برای مسدود کردن میکروکانال قرار داده شد (شکل 3e، ورودی).تغذیه.میکروژل ها به تدریج کوچک می شوند تا زمانی که به اندازه کافی کوچک شوند تا از کانال ها عبور کنند.کاهش حجم بحرانی CO با قطر اولیه بزرگتر به زمان لیز طولانی تری نیاز دارد.با توجه به جریان مشابه از طریق RMs با اندازه های مختلف، برش با سرعت یکسان اتفاق می افتد، که منجر به هضم بخش های کوچکتر از RM های بزرگتر و جابجایی آنها با تاخیر می شود.روی انجیر3f کاهش نسبی V(tlys)/V0 را به دلیل تقسیم برای SM، MM، و RM در D0 = 3 ± 197 میکرومتر نشان می‌دهد که به عنوان تابعی از tlys رسم شده است.برای SM، MM و RM، هر میکروژل را به ترتیب در یک میکروکانال با ΔP 400، 750 یا 1800 Pa و Q 12300، 2400 یا 1860 میکرومتر مکعب بر ثانیه قرار دهید.اگرچه فشار اعمال شده به SM 4.5 برابر کمتر از فشار RM بود، جریان از طریق SM به دلیل نفوذپذیری بالاتر SM بیش از شش برابر قوی تر بود و انقباض میکروژل از SM به MM و RM کاهش یافت. .به عنوان مثال، در tlys = 78 دقیقه، SM عمدتا حل و جابجا می‌شود، در حالی که MM و PM همچنان به مسدود کردن میکروکانال‌ها ادامه می‌دهند، علی‌رغم اینکه به ترتیب تنها 16 و 20 درصد از حجم اولیه خود را حفظ کردند.این نتایج اهمیت لیز با واسطه همرفت ژل های فیبری منقبض را نشان می دهد و با گزارش های مربوط به هضم سریع تر لخته ها با محتوای فیبرین کمتر مرتبط است.
بنابراین، کار ما به صورت تجربی و تئوری مکانیسمی را نشان می‌دهد که توسط آن ژل‌های رشته‌ای به محصور شدن دو محوری پاسخ می‌دهند.رفتار ژل های فیبری در یک فضای محدود توسط عدم تقارن قوی انرژی کرنش رشته ها (نرم در فشار و سخت در کشش) و تنها با نسبت ابعاد و انحنای رشته ها تعیین می شود.این واکنش منجر به ازدیاد حداقل طول ژل های فیبری موجود در مویرگ های باریک می شود، نسبت پواسون دو محوری آنها با افزایش فشرده سازی و فشار کمی سبک کمتر کاهش می یابد.
از آنجایی که محتوی دو محوری ذرات نرم تغییر شکل پذیر در طیف گسترده ای از فناوری ها استفاده می شود، نتایج ما توسعه مواد فیبری جدید را تحریک می کند.به طور خاص، حفظ دو محوری ژل های رشته ای در مویرگ ها یا لوله های باریک منجر به تراکم قوی آنها و کاهش شدید نفوذپذیری می شود.مهار شدید جریان مایع از طریق ژل های فیبری انسدادی هنگامی که به عنوان پلاگ برای جلوگیری از خونریزی یا کاهش خون رسانی به بدخیمی ها استفاده می شود مزایایی دارد.از سوی دیگر، کاهش جریان مایع از طریق ژل فیبرین اکلوزال، در نتیجه از لیز ترومبوس با واسطه همرفتی جلوگیری می‌کند، نشانه‌ای از لیز آهسته لخته‌های اکلوزالی است [27، 36، 37].سیستم مدلسازی ما اولین گام به سوی درک پیامدهای پاسخ مکانیکی هیدروژل‌های بیوپلیمر فیبری به احتباس دو محوری است.ترکیب سلول‌های خونی یا پلاکت‌ها در ژل‌های فیبرین انسدادی بر رفتار محدودکننده آنها تأثیر می‌گذارد و گام بعدی در کشف رفتار سیستم‌های پیچیده‌تر از نظر بیولوژیکی مهم خواهد بود.
معرف های مورد استفاده برای تهیه میکروژل های فیبرین و ساخت دستگاه های MF در اطلاعات تکمیلی (روش های تکمیلی بخش های 2 و 4) توضیح داده شده است.میکروژل های فیبرین با امولسیون کردن محلول مخلوطی از فیبرینوژن، بافر تریس و ترومبین در دستگاه MF متمرکز بر جریان و به دنبال آن ژل کردن قطره تهیه شد.محلول فیبرینوژن گاوی (60 میلی گرم در میلی لیتر در TBS)، بافر تریس و محلول ترومبین گاوی (5 U/ml در محلول 10 میلی مولار CaCl2) با استفاده از دو پمپ سرنگ مستقل کنترل شده (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Syring Pump) تجویز شد.برای مسدود کردن MF، ایالات متحده).فاز پیوسته F-Oil حاوی 1 درصد وزنی بلوک کوپلیمر PFPE-P(EO-PO)-PFPE، با استفاده از پمپ سرنگ سوم به واحد MF وارد شد.قطرات تشکیل شده در دستگاه MF در یک لوله سانتریفیوژ 15 میلی لیتری حاوی F-Oil جمع آوری می شوند.لوله ها را به مدت 1 ساعت در یک حمام آب با دمای 37 درجه سانتیگراد قرار دهید تا ژل شدن فیبرین کامل شود.میکروژل های فیبرین نشاندار شده با FITC با مخلوط کردن فیبرینوژن گاوی و فیبرینوژن انسانی با برچسب FITC به ترتیب در نسبت وزنی 33:1 تهیه شدند.روش تهیه میکروژل فیبرین مشابه است.
میکروژل ها را از روغن F به TBS با سانتریفیوژ کردن پراکندگی در 185 گرم به مدت 2 دقیقه انتقال دهید.میکروژل‌های رسوب‌شده در روغن F مخلوط با 20 درصد وزنی الکل پرفلوئورواکتیل، سپس در هگزان حاوی 0.5 درصد وزنی Span 80، هگزان، 0.1 درصد وزنی Triton X در آب و TBS پراکنده شدند.در نهایت، میکروژل ها در TBS حاوی 0.01 درصد وزنی Tween 20 پراکنده شدند و در دمای 4 درجه سانتی گراد به مدت 1 تا 2 هفته قبل از آزمایش نگهداری شدند.
ساخت دستگاه MF در اطلاعات تکمیلی (روش های تکمیلی بخش 5) توضیح داده شده است.در یک آزمایش معمولی، مقدار مثبت ΔP توسط ارتفاع نسبی مخازن متصل قبل و بعد از دستگاه MF برای معرفی میکروژل‌هایی با قطر 150 < D0 < 270 میکرومتر به میکروکانال‌ها تعیین می‌شود.اندازه دست نخورده میکروژل ها با تجسم آنها در ماکروکانال تعیین شد.میکروژل در یک ناحیه مخروطی شکل در ورودی انقباض متوقف می شود.هنگامی که نوک میکروژل قدامی به مدت 2 دقیقه بدون تغییر باقی می ماند، از برنامه MATLAB برای تعیین موقعیت میکروژل در امتداد محور x استفاده کنید.با افزایش تدریجی ΔP، میکروژل در امتداد ناحیه گوه ای شکل حرکت می کند تا زمانی که وارد انقباض شود.هنگامی که میکروژل به طور کامل وارد و فشرده شد، ΔP به سرعت به صفر می رسد و سطح آب بین مخازن متعادل می شود و میکروژل بسته تحت فشار ثابت می ماند.طول میکروژل انسدادی 30 دقیقه پس از پایان انقباض اندازه‌گیری شد.
در طول آزمایش های فیبرینولیز، محلول های t-PA و دکستران نشاندار شده با FITC به میکروژل های مسدود شده نفوذ می کنند.جریان هر مایع با استفاده از تصویربرداری فلورسانس تک کانالی بررسی شد.TAP با الکسا فلور 633 که به الیاف فیبرین متصل شده و در داخل میکروژل های فیبرین فشرده انباشته شده است (کانال TRITC در شکل تکمیلی 18) برچسب گذاری شده است.محلول دکستران با برچسب FITC بدون تجمع در میکروژل حرکت می کند.
داده های حمایت کننده از نتایج این مطالعه در صورت درخواست از نویسندگان مربوطه در دسترس است.تصاویر خام SEM ژل های فیبرین، تصاویر TEM خام ژل های فیبرین قبل و بعد از تلقیح و داده های ورودی اصلی برای شکل های 1 و 2. 2 و 3 در فایل داده های خام ارائه شده است.این مقاله داده های اصلی را ارائه می دهد.
Litvinov RI، Peters M.، de Lange-Loots Z. و فیبرینوژن و فیبرین Weisel JV.در مجتمع پروتئین ماکرومولکولی III: ساختار و عملکرد (ویرایشگر هریس، جی آر و مارلز-رایت، جی.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (اسپرینگر و چم، 2021).
Bosman FT و Stamenkovich I. ساختار عملکردی و ترکیب ماتریکس خارج سلولی.جی پاسول.200, 423-428 (2003).
Prince E. و Kumacheva E. طراحی و کاربرد هیدروژل های فیبر بیومیمتیک مصنوعی.ملی مت قرمز.4، 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC مدلسازی شبکه های پلیمری نیمه انعطاف پذیر.کشیش مد.فیزیک.86، 995-1036 (2014).
خاتمی ماربینی، اچ و پیکو، KR مدلسازی مکانیکی شبکه‌های پلیمری نیمه انعطاف‌پذیر: تغییر شکل غیر آفین و وجود وابستگی‌های دوربرد.In Advances in Soft Matter Mechanics 119-145 (اسپرینگر، برلین، هایدلبرگ، 2012).
Vader D، Kabla A، Weitz D و Mahadevan L. تراز ژل های کلاژن ناشی از استرس.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S.، Pastore JJ، McKintosh FS، Lubensky TS، و Gianmi PA کشش غیرخطی بیوژل ها.Nature 435, 191-194 (2005).
Likup، AJ Stress مکانیسم های شبکه کلاژن را کنترل می کند.روند.آکادمی ملی علوم.علم.US 112, 9573–9578 (2015).
جانمی، PA، و همکاران.تنش نرمال منفی در ژل های بیوپلیمر نیمه انعطاف پذیردانشگاه ملی.6، 48-51 (2007).
کانگ، اچ و همکاران.کشش غیرخطی شبکه های فیبر سفت: سخت شدن کرنش، تنش نرمال منفی و هم ترازی فیبر در ژل های فیبرین.جی فیزیک.شیمیایی.V. 113, 3799-3805 (2009).
Gardel، ML و همکاران.رفتار الاستیک شبکه های اکتین متقابل و متصلScience 304, 1301–1305 (2004).
شارما، A. و همکاران.مکانیک غیر خطی شبکه های فیبر نوری کنترل شده با کرنش با کنترل بحرانیفیزیک ملی12، 584-587 (2016).
وهابی، م و همکاران.الاستیسیته شبکه های فیبر تحت پیش تنیدگی تک محوریماده نرم 12، 5050–5060 (2016).
Wufsus، AR، Macera، NE & Neeves، KB نفوذپذیری هیدرولیکی لخته خون به عنوان تابعی از فیبرین و تراکم پلاکتی.بیوفیزیکمجله 104، 1812-1823 (2013).
لی، ی و همکارانرفتار همه کاره هیدروژل ها توسط مویرگ های باریک محدود شده است.علم.House 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. تأثیر ناهمگنی پاتولوژیک بر الاستوگرافی موج برشی در مرحله بندی ترومبوز ورید عمقی.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou، E.، Tripette، J.، Blostein، M. & Cloutier، G. کمی سازی درون تنی سفتی وابسته به زمان لخته های خون با استفاده از تصویربرداری امواج برشی اولتراسوند در مدل ترومبوز وریدی خرگوش.ترومبوزمخزن ذخیره سازی.133، 265-271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. شبیه‌سازی کامپیوتری دینامیک پلیمریزاسیون فیبرین در رابطه با میکروسکوپ الکترونی و مشاهدات کدورت: ساختار لخته و مونتاژ به صورت جنبشی کنترل می‌شوند.بیوفیزیکمجله 63، 111-128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW and Lorand, L. منشا ساختاری رئولوژی لخته فیبرین.بیوفیزیکJ. 77, 2813-2826 (1999).
زمان ارسال: فوریه 23-2023