Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com.Þú ert að nota vafraútgáfu með takmarkaðan CSS stuðning.Til að fá bestu upplifunina mælum við með því að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer).Að auki, til að tryggja áframhaldandi stuðning, sýnum við síðuna án stíla og JavaScript.
Sýnir hringekju með þremur skyggnum í einu.Notaðu Fyrri og Næsta hnappana til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu, eða notaðu sleðahnappana í lokin til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu.
Takmörkun trefjahýdrógela við þröngar háræðar skiptir miklu máli í líffræðilegum og líffræðilegum kerfum.Spenna og einása þjöppun trefjahýdrógela hefur verið mikið rannsökuð, en viðbrögð þeirra við tvíása varðveislu í háræðum eru enn órannsökuð.Hér sýnum við tilraunir og fræðilega fram á að þráðhlaup bregðast eigindlega öðruvísi við þvingunum en sveigjanleg keðjugel vegna ósamhverfu í vélrænum eiginleikum þráðanna sem eru mjúkir í þjöppun og stífir í spennu.Við sterka varðveislu sýnir trefjahlaupið litla lengingu og einkennalausa lækkun á tvíása Poisson's hlutfalli í núll, sem leiðir til mikillar hlaupþjöppunar og lélegrar vökva gegndræpis í gegnum hlaupið.Þessar niðurstöður gefa til kynna þol teygðra stíflna sega gegn leysingu með lækningaefnum og örva þróun áhrifaríkrar æðablóðreks frá trefjagelum til að stöðva blæðingar í æðum eða hindra blóðflæði æxla.
Trefjakerfi eru grunnbyggingar- og starfrænar byggingareiningar vefja og lifandi frumna.Aktín er stór hluti af frumubeinagrindinni1;fíbrín er lykilþáttur í sáragræðslu og segamyndun2 og kollagen, elastín og fíbrónektín eru hluti af utanfrumu fylkinu í dýraríkinu3.Endurheimt net trefjalíffjölliða hafa orðið að efnum með víðtæka notkun í vefjaverkfræði4.
Þráðarnet tákna sérstakan flokk líffræðilegra mjúkra efna með vélræna eiginleika sem eru ólíkir sveigjanlegum sameindanetum5.Sumir þessara eiginleika hafa þróast í þróunarferlinu til að stjórna viðbrögðum líffræðilegra efna við aflögun6.Til dæmis sýna trefjanet línulega mýkt við litla stofna7,8 en við stóra stofna sýna þeir aukinn stífleika9,10 og viðhalda þar með heilleika vefja.Enn hefur ekki verið uppgötvað hvaða áhrif það hefur á aðra vélræna eiginleika trefjagela, svo sem neikvæða eðlilega streitu sem svar við klippiálagi11,12.
Vélrænni eiginleikar hálfsveigjanlegra trefjavatnsgella hafa verið rannsakaðir undir einása spennu13,14 og þjöppun8,15, en tvíása þjöppun þeirra af völdum frelsis í þröngum háræðum eða rörum hefur ekki verið rannsökuð.Hér greinum við frá niðurstöðum tilrauna og leggjum fræðilega til kerfi fyrir hegðun trefjavatnsgella undir tvíása varðveislu í örvökvarásum.
Fíbrín örgel með mismunandi hlutföllum fíbrínógen- og trombínstyrks og D0 þvermál á bilinu 150 til 220 µm voru framleidd með því að nota örvökvaaðferð (viðbótarmynd 1).Á mynd.1a sýnir myndir af flúorókrómmerktum örgellum sem fengnar eru með confocal fluorescence microscope (CFM).Örgelin eru kúlulaga, hafa fjöldreifingu sem er minna en 5% og eru einsleit í uppbyggingu á þeim mælikvarða sem skoðaðir eru af CFM (viðbótarupplýsingar og kvikmyndir S1 og S2).Meðalholastærð örgellanna (ákvörðuð með því að mæla Darcy gegndræpi16) minnkaði úr 2280 í 60 nm, fíbríninnihaldið jókst úr 5,25 í 37,9 mg/ml og þrombínstyrkurinn lækkaði úr 2,56 í 0,27 einingar/mL, í sömu röð.(Viðbótarupplýsingar).Hrísgrjón.2), 3 og aukatafla 1).Samsvarandi stífleiki örgelsins eykst úr 0,85 í 3,6 kPa (viðbótarmynd 4).Sem dæmi um hlaup sem eru mynduð úr sveigjanlegum keðjum eru agarósa örgel með ýmsum stífleika notuð.
Flúrljómunarsmásjármynd af flúrljómun ísóþíósýanati (FITC) merkt PM sviflausn í TBS.Stöngumkvarðinn er 500 µm.b SEM myndir af SM (efst) og RM (neðst).Skalastöng 500 nm.c Skýringarmynd af örvökvarás sem samanstendur af stórri rás (dl í þvermál) og þröngu keilulaga svæði með inngönguhorni α sem er 15° og þvermál dc = 65 µm.d Vinstri til hægri: Ljóssmásjármyndir af RM (þvermál D0) í stórum rásum, keilulaga svæði og þrengingu (takmarkandi hlauplengd Dz).Stöngumkvarðinn er 100 µm.e, f TEM myndir af vansköpuðu RM (e) og lokuðu RM (f), festar í eina klukkustund með þrengingu 1/λr = 2,7, fylgt eftir með losun og festingu á 5% af massanum.glútaraldehýð í TBS.Þvermál ólagaðs CO er 176 μm.Kvarðastöngin er 100 nm.
Við lögðum áherslu á fíbrín örgel með hörku 0,85, 1,87 og 3,6 kPa (hér eftir nefnt mjúk örgel (SM), miðlungs hörð örgel (MM) og hörð örgel (RM), í sömu röð).Þetta svið fíbríngelstífleika er af sömu stærðargráðu og fyrir blóðtappa18,19 og þar af leiðandi eru fíbríngelin sem rannsökuð eru í vinnu okkar beint tengd raunverulegum líffræðilegum kerfum.Á mynd.1b sýnir efstu og neðri myndirnar af SM og RM mannvirkjum sem fengust með því að nota skanna rafeindasmásjá (SEM), í sömu röð.Í samanburði við RM mannvirki eru SM net mynduð af þykkari trefjum og færri greinarpunktum, í samræmi við fyrri skýrslur 20, 21 (viðbótarmynd 5).Munurinn á uppbyggingu hýdrógelsins er í samræmi við þróun eiginleika þess: gegndræpi hlaupsins minnkar með minnkandi holastærð frá SM í MM og RM (aukatafla 1) og stífleiki hlaupsins snýr við.Engar breytingar á uppbyggingu örhlaups komu fram eftir geymslu við 4 °C í 30 daga (viðbótarmynd 6).
Á mynd.Mynd 1c sýnir skýringarmynd af örvökvarás með hringlaga þversniði sem inniheldur (frá vinstri til hægri): stóra rás með þvermál dl þar sem örgelið er óafmyndað, keilulaga hluti með þvermál dc < D0, keila -laga hlutar og stórar rásir með þvermál dl (aukamynd 7).Í dæmigerðri tilraun var örgelum sprautað í örvökvarásir með jákvæðu þrýstingsfalli ΔP upp á 0,2–16 kPa (aukamynd. 8).Þetta þrýstingssvið samsvarar líffræðilega marktækum blóðþrýstingi (120 mm Hg = 16 kPa)22.Á mynd.1d (frá vinstri til hægri) sýnir dæmigerðar myndir af RM í stórum rásum, keilulaga svæðum og þrengingum.Hreyfing og lögun örhlaupsins voru skráð og greind með MATLAB forritinu.Það er mikilvægt að hafa í huga að á mjókkandi svæðum og þrengingum eru örgelin í samræmdri snertingu við veggi örrásanna (aukamynd 8).Hlutfall geislamyndahalds örhlaupsins við þrengingu D0/dc = 1/λr er á bilinu 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, þar sem 1/λr er þjöppunarhlutfallið.Örgelið fer í gegnum rýrnun þegar ΔP > ΔPtr, þar sem ΔPtr er flutningsþrýstingsmunurinn.Lengd og stærð svitahola tvíása bundinna örgella eru ákvörðuð af jafnvægisástandi þeirra, þar sem það er mjög mikilvægt að taka tillit til seigjuteygni gela í líffræðilegum kerfum.Jafnvægistími fyrir agarósa og fíbrín örgel var 10 mín og 30 mín, í sömu röð.Eftir þetta tímabil náðu takmörkuðu örgellin stöðugri stöðu og lögun, sem var tekin með háhraða myndavél og greind með MATLAB.
Á mynd.1e, 1f sýna sendingar rafeindasmásjármyndir (TEM) af vansköpuðum og tvíása takmörkuðum RM mannvirkjum.Eftir RM-samþjöppun minnkaði grópastærð örgelsins verulega og lögun þeirra varð anisotropic með smærri stærðum í átt að þjöppun, sem er í samræmi við fyrri skýrslu 23 .
Tvíása þjöppun meðan á samdrætti stendur veldur því að örgelið lengist í ótakmarkaða átt með stuðlinum λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\) , þar sem \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) er lengd lokaða örgelsins Mynd 2a sýnir breytinguna á λzvs .1/ λr fyrir fíbrín- og agarósa-míkrógel. Furðu, við sterka þjöppun upp á 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, sýna fíbrín-míkrógel óverulega lengingu upp á 1,12 +/- 0,03 λz, sem hefur aðeins áhrif á gildið 1/λr. takmörkuð agarósa örgel, sem sjást jafnvel við veikari þjöppun 1/λr = 2,6 til stærri lengingar λz = 1,3.
a Agarose míkrógel tilraunir með mismunandi teygjanleika (2,6 kPa, grænn opinn tígul; 8,3 kPa, brúnn opinn hringur; 12,5 kPa, appelsínugulur opinn ferningur; 20,2 kPa, magenta opinn öfugur þríhyrningur) og SM (heilur rauður) Breyting á mældri lenging λz ( hringir), MM (heilir svartir ferningar) og RM (heilir bláir þríhyrningar).Heildar línur sýna fræðilega spáð λz fyrir agarósa (græn lína) og fíbrín örgel (línur og tákn í sama lit).b, c Efsta spjaldið: skýringarmynd af netkeðjum agarósa (b) og fíbríns (c) fyrir (vinstri) og eftir (hægri) tvíása þjöppun.Neðst: Lögun samsvarandi netkerfis fyrir og eftir aflögun.X og y þjöppunarstefnurnar eru sýndar með bláum og brúnum örvum, í sömu röð.Á myndinni hér að ofan eru netkeðjur sem stilla í þessar x og y stefnur sýndar með samsvarandi magenta og brúnum línum og keðjur sem stilla í handahófskennda z stefnu eru táknaðar með grænum línum.Í fíbríngelinu (c) beygjast fjólubláu og brúnu línurnar í x- og y-áttinni meira en í ólöguðu ástandi og grænu línurnar í z-áttinni beygjast og teygjast.Spennan á milli þjöppunarátta og spennu er send í gegnum þræði með millistefnu.Í agarósagelum ákvarða keðjurnar í allar áttir osmósuþrýstinginn, sem á verulegan þátt í aflögun hlaupsins.d Spáð breyting á tvíása Poisson hlutfalli, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{{\rm{ln}}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), til að þjappa agarósa (græn lína) og fíbrín (rauð lína) hlaup í jafnvægisása.Innfellingin sýnir tvíása aflögun hlaupsins.e Flutningsþrýstingsbreyting ΔPtr, staðlað í hlaupstífleika S, er teiknuð sem fall af þjöppunarhlutfalli fyrir agarósa og fíbrín örgel.Táknlitirnir samsvara litunum í (a).Grænu og rauðu línurnar sýna fræðilegt samband milli ΔPtr/S og 1/λr fyrir agarósa og fíbríngel, í sömu röð.Strikaði hluti rauðu línunnar sýnir aukningu á ΔPtr við sterka þjöppun vegna víxlverkunar milli trefja.
Þessi munur tengist mismunandi aðferðum við aflögun fíbríns og agarósa örhlaupsneta, sem samanstanda af sveigjanlegum24 og stífum25 þráðum, í sömu röð.Tvíása þjöppun sveigjanlegra gela leiðir til minnkunar á rúmmáli þeirra og tilheyrandi aukningar á styrk og osmótískum þrýstingi, sem leiðir til lengingar á hlaupinu í ótakmarkaða átt.Endanleg lenging hlaupsins er háð jafnvægi aukningar á óreiðuorku teygðu keðjanna og minnkunar á lausri orku osmósu vegna lægri fjölliðastyrks í teygðu hlaupinu.Við sterka tvíása þjöppun eykst lenging hlaupsins með λz ≈ 0,6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (sjá mynd 2a í umræðukafla 5.3.3).Breytingar á sveigjanlegum keðjum og lögun samsvarandi neta fyrir og eftir tvíása varðveislu eru sýndar á myndum.2b.
Aftur á móti bregðast trefjagel eins og fíbrín í eðli sínu öðruvísi við biaxial retention.Þræðir sem eru að mestu leyti samsíða stefnu þjöppunarbeygjunnar (þar með minnkar fjarlægðin milli þvertenginganna), en þræðir sem eru aðallega hornrétt á þrýstistefnuna réttast og teygjast undir áhrifum teygjukraftsins, sem veldur því að hlaupið lengist ( mynd 1).2c) Uppbygging ólagaðra SM, MM og RM einkenndist af því að greina SEM og CFM myndir þeirra (viðbótar umræðukafli IV og viðbótarmynd 9).Með því að ákvarða teygjustuðul (E), þvermál (d), lengd sniðs (R0), fjarlægð milli enda (L0 ≈ R0) og miðhorn (ψ0) þráðanna í óbreyttum fíbrín örgellum (aukatafla 2) – 4), við finnum að beygjustuðull þráðar \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) er verulega minni en togstuðull hans\({k}_{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), þannig að kb/ks ≈ 0,1 (viðbótartafla 4).Þannig, við tvíása hlauphald, eru fíbrínþræðir auðveldlega beygðir, en standast teygjur.Lenging þráðlaga nets sem verður fyrir tvíása þjöppun er sýnd á aukamynd 17.
Við þróum fræðilegt sæknilíkan (viðbótar umræðukafli V og aukamyndir 10–16) þar sem lenging trefjahlaups er ákvörðuð út frá staðbundnu jafnvægi teygjanlegra krafta sem verka í hlaupinu og spáir fyrir um að í sterkri tvíása stofni λz - 1 undir takmörkuninni
Jafna (1) sýnir að jafnvel við sterka þjöppun (\({\lambda }_{{{\mbox{r)))\,\to \,0\)) er lítilsháttar hlaupþensla og í kjölfarið aflögun lengingar við mettun λz–1 = 0,15 ± 0,05.Þessi hegðun tengist (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{\rm { s }}}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0,15−0,4 og (ii) hugtakið í hornklofa nær einkennalaust \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) fyrir sterk tvíása tengi. Það er mikilvægt að hafa í huga að forþátturinn \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\right)}^{1/ 2 }\) hefur ekkert með stífleika þráðsins E að gera, heldur ræðst hann aðeins af hlutfalli þráðarins d/L0 og miðhorni bogans ψ0, sem er svipað og SM, MM og RM (viðbótartafla 4).
Til að varpa ljósi enn frekar á muninn á frelsisvaldandi álagi milli sveigjanlegra og þráðlaga gel, kynnum við tvíása Poisson-hlutfallið \({\nu }_{{{({\rm{b))))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}}, \) lýsir óbundnu stefnu hlaupstofnsins sem svar við jöfnum álagi í tvær geislamyndaðar áttir og nær þetta yfir í stóra samræmda stofna \ rm{b }}}}}}}}^{{{{\rm{eff}}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln))))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .Á mynd.2d sýnir \({{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}^{{{{\rm { eff }}}}}}}\) fyrir samræmda tvíása þjöppun sveigjanlegra (eins og agarósa) og stífra (eins og fíbríns) gela (viðbótarumfjöllun, kafli 5.3.4), og undirstrikar tengslin milli mikils munar á viðbrögðum við innilokun. Fyrir agarósa gel undir sterkum takmörkunum hækkar {\rm{eff}}}}}}}}\) upp í einkennalausa gildið 2/3, og fyrir fíbríngel minnkar það í núll, þar sem lnλz/lnλr → 0, þar sem λz hækkar með mettun þegar λr eykst.Athugaðu að í tilraunum afmyndast lokuð kúlulaga örgel ósamræmt og miðhluti þeirra verður fyrir sterkari þjöppun;Hins vegar gerir framreikningur að stóru gildi 1/λr mögulegt að bera tilraunina saman við kenninguna um einsleitt vansköpuð gel.
Annar munur á hegðun sveigjanlegra keðjugela og þráðhlaupa kom í ljós vegna hreyfingar þeirra við samdrátt.Flutningaþrýstingurinn ΔPtr, staðlaður í hlaupstífleika S, jókst með aukinni þjöppun (Mynd 2e), en við 2,0 ≤ 1/λr ≤ 3,5 sýndu fíbrínmíkrógel marktækt lægri gildi ΔPtr/S niður við rýrnun.Varðveisla á agarósa-míkrógelinu leiðir til aukningar á osmótískum þrýstingi, sem leiðir til teygja á hlaupinu í lengdarstefnu þegar fjölliða sameindirnar eru teygðar (Mynd 2b, til vinstri) og aukningar á flutningsþrýstingi um ΔPtr/S ~( 1/λr)14/317.Þvert á móti ræðst lögun lokaðra fíbrín örgella af orkujafnvægi þráða geislaþjöppunar og lengdarspennu, sem leiðir til hámarks aflögunar á lengd λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ {) \rm{ b))))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).Fyrir 1/λr ≫ 1 er breytingin á flutningsþrýstingi skaluð sem 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{\rm {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Viðbótarumfjöllun, kafli 5.4), eins og sést með rauðu línunni á mynd 2e.Þannig er ΔPtr minna þvinguð en í agarósagelum.Fyrir þjöppur með 1/λr > 3,5 takmarkar marktæk aukning á rúmmálshlutfalli þráða og samspil nærliggjandi þráða frekari aflögun hlaupsins og leiðir til frávika tilraunaniðurstaðna frá spám (rauð punktalína á mynd 2e).Við ályktum að fyrir sama 1/λr og Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}}_{{{{\rm{fíbrín}}} )) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))}}}_{{{\rm{agarose}} }} } } } }}\) agarósa hlaupið verður fangað af örrásinni og fíbrín hlaupið með sömu stífni mun fara í gegnum það.Fyrir ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr)))))))))_{{{{{\rm{fíbrín)))))))))}\ ), Two Both gels munu loka fyrir rásina, en fíbrín hlaupið mun þrýsta dýpra og þjappa á skilvirkari hátt og hindra vökvaflæði á skilvirkari hátt.Niðurstöðurnar sem sýndar eru á mynd 2 sýna að trefjahlaupið getur þjónað sem áhrifaríkur tappi til að draga úr blæðingum eða hindra blóðflæði til æxla.
Á hinn bóginn myndar fíbrín blóðtappa sem leiðir til segarek, sjúklegt ástand þar sem segamyndun lokar æð við ΔP < ΔPtr, eins og í sumum tegundum blóðþurrðaráfalls (mynd 3a).Veikari lenging af völdum takmörkunar á fíbrínmíkrógelum leiddi til sterkari aukningar á fíbrínstyrk C/C fíbrínógens samanborið við sveigjanleg keðjugel, þar sem C og C fíbrínógen eru takmarkað og ómynduð örgel.Styrkur fjölliða í hlaupinu.Mynd 3b sýnir að fíbrínógen C/C í SM, MM og RM jókst meira en sjöfalt við 1/λr ≈ 4,0, knúið áfram af takmörkun og ofþornun (aukamynd. 16).
Skýringarmynd af lokun á miðheilaslagæð í heila.b Takmörkunarmiðluð hlutfallsleg aukning á fíbrínstyrk í hindrandi SM (heillum rauðum hringjum), MM (heilum svörtum ferningum) og RM (heilum bláum þríhyrningum).c Tilraunahönnun notuð til að rannsaka klofnun á takmörkuðum fíbríngelum.Lausn af flúrljómandi merktu tPA í TBS var sprautað með flæðihraða 5,6 × 107 µm3/s og viðbótarþrýstingsfall upp á 0,7 Pa fyrir rásir sem staðsettar eru hornrétt á langás aðal örrásarinnar.d Sameiginleg fjölrása smásæ mynd af teppandi MM (D0 = 200 µm) við Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa og við skiptingu.Lóðréttar punktalínur sýna upphafsstöðu aftari og fremri brúnar MM við tlys = 0. Grænn og bleikur litur samsvarar FITC-dextran (70 kDa) og tPA merkt með AlexaFluor633, í sömu röð.e Tímabreytilegt hlutfallslegt rúmmál lokaðra RMs með D0 upp á 174 µm (blár opinn öfugur þríhyrningur), 199 µm (bláur opinn þríhyrningur) og 218 µm (bláur opinn þríhyrningur), í sömu röð, í keilulaga örrás með Xf = 28 ± 1 µm.kaflarnir hafa ΔP 1200, 1800 og 3000 Pa, í sömu röð, og Q = 1860 ± 70 µm3/s.Innfellingin sýnir RM (D0 = 218 µm) tengja örrásina.f Tímabreyting á hlutfallslegu rúmmáli SM, MM eða RM sett á Xf = 32 ± 12 µm, við ΔP 400, 750 og 1800 Pa og ΔP 12300 Pa og Q 12300 í keilulaga svæði örrásarinnar, í sömu röð 28300 og µm /s.Xf táknar framstöðu örgelsins og ákvarðar fjarlægð þess frá upphafi rýrnunar.V(tlys) og V0 eru tímabundið rúmmál lýsuðu örgelsins og rúmmál ótruflaða örgelsins, í sömu röð.Stafalitirnir samsvara litunum í b.Svartar örvar á e, f samsvara síðasta augnabliki tímans fyrir leið örgella í gegnum örrásina.Kvarðastikan í d, e er 100 µm.
Til að kanna áhrif takmörkunar á minnkun vökvaflæðis yfir teppandi fíbríngel, rannsökuðum við leysingu SM, MM og RM sem var síast inn með segaleysandi efni vefjaplasmínógenvirkjarans (tPA).Mynd 3c sýnir tilraunahönnunina sem notuð var fyrir lysistilraunirnar. Við ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) og flæðishraða, Q = 2400 μm3/s, af Tris-bufferuðu saltvatni (TBS) blandað með 0,1 mg/mL af (fluorescein ísóþíósýanati) FITC-Dextran, lokaði míkrógelið mjókkuðu örrásina. svæði. Við ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) og flæðishraða, Q = 2400 μm3/s, af Tris-bufferuðu saltvatni (TBS) blandað með 0,1 mg/mL af (fluorescein ísóþíósýanati) FITC-Dextran, lokaði míkrógelið mjókkuðu örrásina. svæði. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) og скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), мешного (TBS), смешного (TBS), еинизотиоцианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. Við ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) og flæðihraða, Q = 2400 µm3/s, af Tris jafnaðri saltvatni (TBS) blandað með 0,1 mg/mL (fluorescein ísóþíósýanati) FITC-dextrani, lokaði örgelið samruna örrásarinnar.svæði.在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速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) með 0,1 мг/мл (fлудоцивании) ри ΔP = 700 Па (<ΔPtr) og скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические области микроканалов. Örgel tappa þegar Tris jafna saltvatni (TBS) var blandað saman við 0,1 mg/ml (flúorskínísóþíósýanat) FITC-dextran við ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) og flæðihraði Q = 2400 µm3/s Keilulaga svæði örrása.Framstaða Xf örgelsins ákvarðar fjarlægð þess frá upphafsrýrnunarpunkti X0.Til að framkalla lýsu var lausn af flúrljómandi merktu tPA í TBS sprautað úr rás sem staðsett er hornrétt á langás aðal örrásarinnar.
Þegar tPA lausnin náði til occlusal MM, varð aftari brún örhlaupsins óskýr, sem bendir til þess að fíbrínklofin hafi hafist á tímanum tlys = 0 (mynd 3d og viðbótarmynd 18).Við fibrinolysis safnast litarefnismerkt tPA fyrir inni í MM og binst fíbrínþráðum, sem leiðir til smám saman aukningar á styrkleika bleika litar örgellanna.Við tlys = 60 mín dregst MM saman vegna upplausnar á aftari hluta hans og staða frambrúnar hans Xf breytist lítið.Eftir 160 mín hélt kröftugt samdráttur MM áfram að dragast saman og við tlys = 161 mín gekk það undir samdrátt og endurheimti þar með vökvaflæði í gegnum örrásina (mynd 3d og aukamynd 18, hægri dálkur).
Á mynd.Mynd 3e sýnir lýsumiðlaða tímaháða minnkun á rúmmáli V(tlys) staðlað í upphafsrúmmál V0 af mismunandi stærðum fíbrínmíkrógela.CO með D0 174, 199 eða 218 µm var sett í örrás með ΔP 1200, 1800 eða 3000 Pa, í sömu röð, og Q = 1860 ± 70 µm3/s til að loka fyrir örrásina (mynd 3e, innfelld).næringu.Örgelin minnka smám saman þar til þau eru nógu lítil til að fara í gegnum rásirnar.Minnkun á mikilvægu rúmmáli CO með stærra upphafsþvermál krefst lengri leysingartíma.Vegna svipaðs flæðis í gegnum mismunandi stóra RMs, verður klofning á sama hraða, sem leiðir til meltingar á smærri hlutum af stærri RM og seinkun á flutningi þeirra.Á mynd.3f sýnir hlutfallslega minnkun á V(tlys)/V0 vegna skiptingar fyrir SM, MM og RM við D0 = 197 ± 3 µm teiknað sem fall af tlys.Fyrir SM, MM og RM, settu hvert örgel í örrás með ΔP 400, 750 eða 1800 Pa og Q 12300, 2400 eða 1860 µm3/s, í sömu röð.Þrátt fyrir að þrýstingurinn sem settur var á SM væri 4,5 sinnum lægri en á RM, var flæðið í gegnum SM meira en sexfalt sterkara vegna meiri gegndræpis SM og rýrnun örgelsins minnkaði úr SM í MM og RM .Til dæmis, við tlys = 78 mín, leystist SM að mestu upp og færðist til, á meðan MM og PM héldu áfram að stífla örrásirnar, þrátt fyrir að halda aðeins 16% og 20% af upprunalegu rúmmáli sínu, í sömu röð.Þessar niðurstöður gefa til kynna mikilvægi þess að lýsing á þrengdum trefjagelum sé dregin frá konvæðingu og tengist skýrslum um hraðari meltingu tappa með lægra fíbríninnihaldi.
Þannig sýnir verk okkar tilraunalega og fræðilega hvernig þráðlaga hlaup bregðast við tvíása innilokun.Hegðun trefjagela í takmörkuðu rými ræðst af sterkri ósamhverfu togunarorku þráðanna (mjúk í þjöppun og hörð í spennu) og aðeins af stærðarhlutfalli og sveigju þráðanna.Þessi viðbrögð leiða til lágmarkslengingar á trefjagelum sem eru í þröngum háræðum, tvíása Poisson-hlutfall þeirra minnkar með aukinni þjöppun og minni léttum bitaþrýstingi.
Þar sem tvíása innilokun mjúkra aflöganlegra agna er notuð í margs konar tækni, örva niðurstöður okkar þróun nýrra trefjaefna.Einkum leiðir tvíása varðveisla þráðlaga gela í þröngum háræðum eða rörum til mikillar þjöppunar þeirra og mikillar minnkunar á gegndræpi.Sterk hömlun á vökvaflæði í gegnum lokuð trefjagel hefur kosti þegar þau eru notuð sem innstungur til að koma í veg fyrir blæðingu eða draga úr blóðflæði til illkynja sjúkdóma33,34,35.Á hinn bóginn gefur minnkun á vökvaflæði í gegnum occlusal fibrin hlaupið, sem hindrar þar með konvective-miðlaða segalýsi, vísbendingu um hæga leysingu á occlusal blóðtappa [27, 36, 37].Líkanakerfið okkar er fyrsta skrefið í átt að því að skilja áhrif vélrænni viðbragða trefja líffjölliða vatnsgella við tvíása varðveislu.Að fella blóðfrumur eða blóðflögur inn í hindrandi fíbríngel mun hafa áhrif á takmarkandi hegðun þeirra 38 og verður næsta skref í að afhjúpa hegðun flóknari líffræðilega mikilvægra kerfa.
Hvarfefni sem notuð eru til að útbúa fíbrín örgel og búa til MF tæki er lýst í viðbótarupplýsingum (viðbótaraðferðir kafla 2 og 4).Fíbrín örgel voru útbúin með því að fleyta blandaðri lausn af fíbrínógeni, Tris jafnalausn og þrombíni í flæðisfókusunarbúnaði, fylgt eftir með dropahlaupi.Nautgripafíbrínógenlausn (60 mg/ml í TBS), Tris jafnalausn og þrombínlausn úr nautgripum (5 U/ml í 10 mM CaCl2 lausn) voru gefin með tveimur óháðum stýrðum sprautudælum (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 sprautudæla).til að loka á MF, Bandaríkjunum).F-olíu samfelldur fasi sem inniheldur 1 wt.% blokk samfjölliða PFPE-P(EO-PO)-PFPE, var settur inn í MF eininguna með því að nota þriðju sprautudælu.Dropum sem myndast í MF tækinu er safnað í 15 ml skilvindurör sem inniheldur F-olíu.Settu rörin í vatnsbað við 37 °C í 1 klst til að ljúka fíbrínhlaupi.FITC merkt fíbrín örgel voru útbúin með því að blanda fíbrínógeni úr nautgripum og FITC merktu fíbrínógeni úr mönnum í 33:1 þyngdarhlutfalli, í sömu röð.Aðferðin er sú sama og við framleiðslu á fíbrín örgellum.
Flyttu míkrógelin úr olíu F yfir í TBS með því að skila dreifingunni í skilvindu við 185 g í 2 mín.Útfelldu örgelunum var dreift í olíu F blandað saman við 20 þyngdar% perflúoróktýlalkóhóls, síðan dreift í hexan sem innihélt 0,5 þyngdar% Span 80, hexan, 0,1 þyngd% Triton X í vatni og TBS.Að lokum var örgelunum dreift í TBS sem innihélt 0,01 wt% Tween 20 og geymt við 4°C í um það bil 1-2 vikur fyrir tilraunir.
Framleiðslu MF tækisins er lýst í viðbótarupplýsingum (viðbótaraðferðir kafla 5).Í dæmigerðri tilraun er jákvætt gildi ΔP ákvarðað af hlutfallslegri hæð lónanna sem tengd eru fyrir og eftir MF tækið til að setja örgel með þvermál 150 < D0 < 270 µm inn í örrásirnar.Ótrufluð stærð örgellanna var ákvörðuð með því að sjá þau í stórrásinni.Örgelið stoppar á keilulaga svæði við innganginn að þrengingunni.Þegar oddurinn á fremri örgelinu er óbreyttur í 2 mínútur, notaðu MATLAB forritið til að ákvarða staðsetningu örgelsins meðfram x-ásnum.Með aukningu á ΔP í skrefum hreyfist örgelið eftir fleyglaga svæðinu þar til það fer inn í þrenginguna.Þegar örgelið er komið að fullu í og þjappað saman, lækkar ΔP hratt niður í núll, jafnar vatnsborðið á milli geymanna og lokaða örgelið er kyrrstætt við þjöppun.Lengd hindrandi örgelsins var mæld 30 mínútum eftir að þrengingin hætti.
Við fibrinolysis tilraunir komast lausnir af t-PA og FITC-merktu dextrani í gegnum stíflaða örgel.Fylgst var með flæði hvers vökva með því að nota einrásar flúrljómun.TAP merkt með AlexaFluor 633 fest við fibrín trefjar og safnast upp í þjöppuðum fíbrín örgellum (TRITC rás á viðbótarmynd 18).Dextranlausnin merkt með FITC hreyfist án þess að safnast upp í örhlaupinu.
Gögn sem styðja niðurstöður þessarar rannsóknar eru fáanleg hjá viðkomandi höfundum sé þess óskað.Hráar SEM myndir af fíbríngelum, hráar TEM myndir af fíbríngelum fyrir og eftir sáningu og helstu inntaksgögn fyrir myndir 1 og 2. 2 og 3 eru í hrágagnaskránni.Þessi grein veitir upprunalegu gögnin.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. og Weisel JV fíbrínógen og fíbrín.Í Macromolecular Protein Complex III: Structure and Function (ritstj. Harris, JR og Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 (Springer og Cham, 2021).
Bosman FT og Stamenkovich I. Virk uppbygging og samsetning utanfrumufylkis.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Prince E. og Kumacheva E. Hönnun og notkun gervi lífrænna trefjahýdrógela.National Matt Red.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Líkanagerð hálfsveigjanlegra fjölliða neta.Prestur Mod.eðlisfræði.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. og Piku, KR Vélrænn líkan af hálf-sveigjanlegum líffjölliða netum: óaffin aflögun og tilvist langdrægra ósjálfstæðis.In Advances in Soft Matter Mechanics 119–145 (Springer, Berlín, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D, og Mahadevan L. Streituvöldum röðun kollagengela.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS og Gianmi PA Ólínuleg mýkt lífgela.Náttúra 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stress stjórnar aðferðum kollagenkerfisins.ferli.National Academy of Science.vísindin.US 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, o.fl.Neikvætt eðlilegt álag í hálf-sveigjanlegum líffjölliða hlaupum.National alma mater.6, 48–51 (2007).
Kang, H. o.fl.Ólínuleg teygjanleiki stífra trefjaneta: álagsherðing, neikvæð eðlileg streita og trefjajöfnun í fíbríngelum.J. Eðlisfræði.Efni.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML o.fl.Teygjanleg hegðun krosstengdra og bundinna aktínneta.Vísindi 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. o.fl.Ólínuleg vélfræði álagsstýrðra ljósleiðaraneta með mikilvægri stjórn.Þjóðareðlisfræði.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. o.fl.Mýkt ljósleiðaraneta við einása forspennu.Soft Matter 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Vökvagegndræpi blóðtappa sem fall af fíbrín- og blóðflöguþéttleika.lífeðlisfræði.Tímarit 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. o.fl.Fjölhæf hegðun vatnsgella takmarkast af þröngum háræðum.vísindin.Hús 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Áhrif meinafræðilegrar misleitni á skurðbylgjuteygju í segamyndun í djúpum bláæðum.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. In vivo magngreining á tímaháðri þrengingu blóðtappa með því að nota skurðbylgjuómskoðun í bláæðasegalíkani í kanínum.segamyndun.geymslutankur.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Tölvulíking á gangverki fíbrínfjölliðunar í tengslum við rafeindasmásjár og gruggathuganir: uppbygging og samsetning blóðtappa er hreyfifræðilega stjórnað.lífeðlisfræði.Journal 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW og Lorand, L. Structural origin of fibrin clot rheology.lífeðlisfræði.J. 77, 2813-2826 (1999).
Birtingartími: 23-2-2023