Grazas por visitar Nature.com.Estás a usar unha versión do navegador con soporte CSS limitado.Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que utilices un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer).Ademais, para garantir a asistencia continua, mostramos o sitio sen estilos e JavaScript.
Mostra un carrusel de tres diapositivas á vez.Use os botóns Anterior e Seguinte para moverse por tres diapositivas á vez, ou use os botóns deslizantes ao final para moverse por tres diapositivas á vez.
A limitación dos hidroxeles fibrosos a capilares estreitos é de gran importancia nos sistemas biolóxicos e biomédicos.A tensión e a compresión uniaxial dos hidroxeles fibrosos foron amplamente estudadas, pero a súa resposta á retención biaxial nos capilares segue sen explorar.Aquí, demostramos experimental e teoricamente que os xeles filamentosos responden de forma cualitativa diferente á restrición que os xeles de cadea flexible debido á asimetría nas propiedades mecánicas dos filamentos constituíntes, que son suaves en compresión e ríxidos en tensión.Baixo unha forte retención, o xel fibroso presenta pouco alongamento e unha diminución asintótica da relación de Poisson biaxial a cero, o que resulta nunha forte compactación do xel e unha mala permeación do líquido a través do xel.Estes resultados indican a resistencia dos trombos oclusivos estirados á lise por axentes terapéuticos e estimulan o desenvolvemento dunha embolización endovascular efectiva a partir de xeles fibrosos para deter o sangrado vascular ou inhibir o abastecemento de sangue dos tumores.
As redes fibrosas son os bloques estruturais e funcionais básicos dos tecidos e das células vivas.A actina é un compoñente principal do citoesqueleto1;a fibrina é un elemento clave na cicatrización de feridas e na formación de trombos2, e o coláxeno, a elastina e a fibronectina son compoñentes da matriz extracelular no reino animal3.As redes recuperadas de biopolímeros fibrosos convertéronse en materiais con amplas aplicacións na enxeñaría de tecidos4.
As redes filamentosas representan unha clase separada de materia biolóxica branda con propiedades mecánicas que son diferentes das redes moleculares flexibles5.Algunhas destas propiedades evolucionaron no curso da evolución para controlar a resposta da materia biolóxica á deformación6.Por exemplo, as redes fibrosas mostran elasticidade lineal en cepas pequenas7,8 mentres que en cepas grandes presentan unha maior rixidez9,10, mantendo así a integridade do tecido.As implicacións para outras propiedades mecánicas dos xeles fibrosos, como a tensión normal negativa en resposta á tensión de cizallamento11,12, aínda non se descubriron.
As propiedades mecánicas dos hidroxeles fibrosos semiflexibles foron estudadas baixo tensión uniaxial13,14 e compresión8,15, pero non se estudou a súa compresión biaxial inducida pola liberdade en capilares ou tubos estreitos.Aquí presentamos resultados experimentais e teoricamente propoñemos un mecanismo para o comportamento dos hidroxeles fibrosos baixo retención biaxial en canles microfluídicas.
Xeráronse microxeles de fibrina con varias proporcións de concentracións de fibrinóxeno e trombina e un diámetro D0 que varía de 150 a 220 µm mediante un enfoque microfluídico (Figura complementaria 1).Sobre a fig.A figura 1a mostra imaxes de microxeles marcados con fluorocromo obtidos mediante microscopía de fluorescencia confocal (CFM).Os microxeles son esféricos, teñen unha polidispersidade inferior ao 5% e teñen unha estrutura uniforme en todas as escalas examinadas por CFM (Información complementaria e películas S1 e S2).O tamaño medio dos poros dos microxeles (determinado medindo a permeabilidade de Darcy16) diminuíu de 2280 a 60 nm, o contido de fibrina aumentou de 5,25 a 37,9 mg/mL e a concentración de trombina diminuíu de 2,56 a 0,27 unidades/mL, respectivamente.(Información adicional).Arroz.2), 3 e táboa complementaria 1).A rixidez correspondente do microxel aumenta de 0,85 a 3,6 kPa (figura complementaria 4).Como exemplos de xeles formados a partir de cadeas flexibles, utilízanse microxeles de agarosa de varias rixidez.
Imaxe de microscopía de fluorescencia de isotiocianato de fluoresceína (FITC) marcado PM suspendido en TBS.A escala da barra é de 500 µm.b Imaxes SEM de SM (arriba) e RM (abaixo).Barra de escala 500 nm.c Diagrama esquemático dunha canle microfluídica formada por unha canle grande (diámetro dl) e unha rexión estreita en forma de cono cun ángulo de entrada α de 15° e un diámetro de dc = 65 µm.d De esquerda a dereita: imaxes de microscopio óptico de RM (diámetro D0) en grandes canles, zona cónica e constricción (longitude limitante do xel Dz).A escala da barra é de 100 µm.e, f Imaxes TEM dun RM non deformado (e) e un RM ocluído (f), fixados durante unha hora con constricción 1/λr = 2,7, seguido de liberación e fixación do 5% da masa.glutaraldehido en TBS.O diámetro do CO non deformado é de 176 μm.A barra de escala é de 100 nm.
Centrámonos nos microxeles de fibrina cunha dureza de 0,85, 1,87 e 3,6 kPa (en diante denominados microxeles brandos (SM), microxeles de dureza media (MM) e microxeles duros (RM), respectivamente).Este rango de rixidez do xel de fibrina é da mesma orde de magnitude que para os coágulos sanguíneos18,19 e, polo tanto, os xeles de fibrina estudados no noso traballo están directamente relacionados cos sistemas biolóxicos reais.Sobre a fig.A figura 1b mostra as imaxes superior e inferior das estruturas SM e RM obtidas mediante un microscopio electrónico de varrido (SEM), respectivamente.En comparación coas estruturas RM, as redes SM están formadas por fibras máis grosas e menos puntos de ramificación, de acordo cos informes anteriores 20, 21 (figura complementaria 5).A diferenza na estrutura do hidroxel correlaciona coa tendencia das súas propiedades: a permeabilidade do xel diminúe coa diminución do tamaño dos poros de SM a MM e RM (Táboa complementaria 1), e a rixidez do xel inverte.Non se observaron cambios na estrutura do microxel despois do almacenamento a 4 ° C durante 30 días (figura complementaria 6).
Sobre a fig.A figura 1c mostra un diagrama dunha canle microfluídica cunha sección transversal circular que contén (de esquerda a dereita): unha canle grande cun diámetro dl na que o microxel permanece sen deformar, unha sección en forma de cono cun estreitamento de diámetro dc < D0, cono -seccións en forma e grandes canles cun diámetro dl (Figura complementaria 7).Nun experimento típico, inxectáronse microxeles en canles microfluídicos cunha caída de presión positiva ΔP de 0,2-16 kPa (figura complementaria 8).Este rango de presión correspóndese cunha presión arterial bioloxicamente significativa (120 mm Hg = 16 kPa)22.Sobre a fig.1d (de esquerda a dereita) mostra imaxes representativas de RM en grandes canles, áreas cónicas e constricións.O movemento e a forma do microxel foron rexistrados e analizados mediante o programa MATLAB.É importante ter en conta que nas rexións que se estrechan e nas constricións, os microxeles están en contacto conforme coas paredes das microcanles (figura complementaria 8).O grao de retención radial do microxel ao estreitarse D0/dc = 1/λr está no intervalo de 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, onde 1/λr é a relación de compresión.O microxel pasa por encollemento cando ΔP > ΔPtr, onde ΔPtr é a diferenza de presión de translocación.A lonxitude e o tamaño dos poros dos microxeles biaxialmente restrinxidos están determinados polo seu estado de equilibrio, xa que é moi importante ter en conta a viscoelasticidade dos xeles nos sistemas biolóxicos.O tempo de equilibrado dos microxeles de agarosa e fibrina foi de 10 min e 30 min, respectivamente.Despois destes intervalos de tempo, os microxeles limitados alcanzaron a súa posición e forma estables, que foron capturadas cunha cámara de alta velocidade e analizadas mediante MATLAB.
Sobre a fig.1e, 1f mostran imaxes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) de estruturas RM non deformadas e limitadas biaxialmente.Despois da compresión RM, o tamaño dos poros do microxel diminuíu significativamente e a súa forma tornouse anisótropa con tamaños máis pequenos na dirección da compresión, o que é consistente cun informe anterior 23 .
A compresión biaxial durante a contracción fai que o microxel se alongue nunha dirección ilimitada cun coeficiente λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\), onde \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) é a lonxitude do microxel pechado. A Figura 2a mostra o cambio en λzvs .1/ λr Sorprendentemente, baixo unha forte compresión de 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, os microxeles de fibrina mostran un alongamento insignificante de 1,12 +/- 0,03 λz, que só se ve afectado lixeiramente polo valor de 1/λr. microxeles de agarosa limitados, que se observan incluso cunha compresión máis débil 1/λr = 2,6 ata un alongamento maior λz = 1,3.
a Experimentos de microxel de agarosa con diferentes módulos elásticos (2,6 kPa, diamante verde aberto; 8,3 kPa, círculo aberto marrón; 12,5 kPa, cadrado aberto laranxa; 20,2 kPa, triángulo invertido aberto maxenta) e SM (vermello sólido) Cambio na elongación medida λz ( círculos), MM (cadrados negros sólidos) e RM (triángulos azuis sólidos).As liñas continuas mostran o λz previsto teoricamente para os microxeles de agarosa (liña verde) e de fibrina (liñas e símbolos da mesma cor).b, c Panel superior: diagrama esquemático das cadeas de rede de agarosa (b) e fibrina (c) antes (esquerda) e despois (dereita) da compresión biaxial.Abaixo: Forma da rede correspondente antes e despois da deformación.As direccións de compresión x e y indícanse mediante frechas magenta e marrón, respectivamente.Na figura anterior, as cadeas de redes orientadas nestas direccións x e y móstranse coas liñas magenta e marróns correspondentes, e as cadeas orientadas nunha dirección z arbitraria represéntanse mediante liñas verdes.No xel de fibrina (c), as liñas vermellas e marróns nas direccións x e y dóbranse máis que no estado non deformado, e as liñas verdes na dirección z dobran e estiráronse.A tensión entre as direccións de compresión e tensión transmítese a través de fíos con direccións intermedias.Nos xeles de agarosa, as cadeas en todas as direccións determinan a presión osmótica, o que fai unha contribución importante á deformación do xel.d Cambio previsto na razón de Poisson biaxial, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), para a compresión equibiaxial de xeles de agarosa (liña verde) e fibrina (liña vermella).O recuadro mostra a deformación biaxial do xel.e O cambio de presión de translocación ΔPtr, normalizado á rixidez do xel S, está representado en función da relación de compresión dos microxeles de agarosa e fibrina.As cores dos símbolos corresponden ás cores da (a).As liñas verde e vermella representan a relación teórica entre ΔPtr/S e 1/λr para xeles de agarosa e fibrina, respectivamente.A parte discontinua da liña vermella mostra o aumento de ΔPtr baixo unha forte compresión debido ás interaccións entre fibras.
Esta diferenza está asociada a diferentes mecanismos de deformación das redes de microxel de fibrina e agarosa, que consisten en fíos flexibles24 e ríxidos25, respectivamente.A compresión biaxial dos xeles flexibles leva a unha diminución do seu volume e un aumento asociado da concentración e da presión osmótica, o que leva a un alongamento do xel nunha dirección ilimitada.O alongamento final do xel depende do equilibrio dun aumento da enerxía libre entrópica das cadeas estiradas e dunha diminución da enerxía libre de ósmose debido á menor concentración de polímero no xel estirado.Baixo unha forte compresión biaxial, o alongamento do xel aumenta con λz ≈ 0,6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (ver Fig. 2a en sección de discusión 5.3.3).Os cambios conformacionais nas cadeas flexibles e a forma das redes correspondentes antes e despois da retención biaxial móstranse nas Figs.2b.
Pola contra, os xeles fibrosos como a fibrina responden inherentemente de forma diferente á retención biaxial.Os filamentos orientados predominantemente paralelos á dirección da compresión flexan (reducindo así a distancia entre os enlaces cruzados), mentres que os filamentos predominantemente perpendiculares á dirección da compresión enderezanse e estiran baixo a acción da forza elástica, facendo que o xel se alongue ( Fig. 1).2c) As estruturas dos SM, MM e RM non deformados caracterizáronse mediante a análise das súas imaxes SEM e CFM (Sección de discusión complementaria IV e figura complementaria 9).Determinando o módulo elástico (E), o diámetro (d), a lonxitude do perfil (R0), a distancia entre os extremos (L0 ≈ R0) e o ángulo central (ψ0) das cadeas en microxeles de fibrina non deformados (Táboa complementaria 2) - 4), atopamos que o módulo de flexión da rosca \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) é significativamente menor que o seu módulo de tracción\({k}_{{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), polo que kb/ks ≈ 0,1 (Táboa complementaria 4).Así, en condicións de retención de xel biaxial, as cadeas de fibrina dobráronse facilmente, pero resisten o estiramento.O alongamento dunha rede filamentosa sometida a compresión biaxial móstrase na figura complementaria 17.
Desenvolvemos un modelo afín teórico (Discusión complementaria Sección V e Figuras complementarias 10-16) no que o alongamento dun xel fibroso se determina a partir do equilibrio local das forzas elásticas que actúan no xel e prevé que nunha forte deformación biaxial λz - 1 baixo a restrición
A ecuación (1) mostra que mesmo baixo unha forte compresión (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) hai unha lixeira expansión do xel e posterior deformación por elongación. saturación λz–1 = 0,15 ± 0,05.Este comportamento está relacionado con (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm {s }}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0,15−0,4 e (ii) o termo entre corchetes aproxima asintóticamente \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) para enlaces biaxiais fortes. É importante ter en conta que o prefactor \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\right)}^{1/ 2 }\) non ten nada que ver coa rixidez da rosca E, senón que está determinada só pola relación de aspecto da rosca d/L0 e o ángulo central do arco. ψ0, que é semellante a SM, MM e RM (Táboa complementaria 4).
Para destacar aínda máis a diferenza na deformación inducida pola liberdade entre xeles flexibles e filamentosos, introducimos a razón de Poisson biaxial \({\nu }_{{{({\rm{b))))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\a 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}, \) describe un orientación da deformación do xel en resposta a unha tensión igual en dúas direccións radiais, e estende esta a grandes cepas uniformes \ rm{b }}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .Sobre a fig.2d mostra \({{{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}^{{{ {{\rm { eff }}}}}}}\) para a compresión biaxial uniforme de xeles flexibles (como a agarosa) e ríxidos (como a fibrina) (Discusión complementaria, sección 5.3.4), e destaca a relación entre as fortes diferenzas nas respostas ao confinamento. Para os xeles de agarosa baixo fortes restricións {\rm{eff}}}}}}}\) aumenta ata o valor asintótico 2/3, e para os xeles de fibrina diminúe a cero, xa que lnλz/lnλr → 0, xa que λz aumenta con saturación a medida que aumenta λr.Nótese que nos experimentos, os microxeles esféricos pechados defórmanse de forma non homoxénea e a súa parte central experimenta unha compresión máis forte;porén, a extrapolación a un gran valor de 1/λr fai posible comparar o experimento coa teoría de xeles deformados uniformemente.
Atopouse outra diferenza no comportamento dos xeles de cadea flexible e dos xeles filamentosos debido ao seu movemento tras a contracción.A presión de translocación ΔPtr, normalizada á rixidez do xel S, aumentou co aumento da compresión (Fig. 2e), pero a 2,0 ≤ 1/λr ≤ 3,5, os microxeles de fibrina mostraron valores significativamente máis baixos de ΔPtr/S durante a contracción.A retención do microxel de agarosa leva a un aumento da presión osmótica, o que leva ao estiramento do xel na dirección lonxitudinal a medida que se estiran as moléculas de polímero (Fig. 2b, esquerda) e un aumento da presión de translocación por ΔPtr/S ~( 1/λr)14/317.Pola contra, a forma dos microxeles de fibrina pechados está determinada polo balance enerxético dos fíos de compresión radial e tensión lonxitudinal, o que leva á máxima deformación lonxitudinal λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ { \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).Para 1/λr ≫ 1, o cambio na presión de translocación escalase como 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{{\rm {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Discusión complementaria, sección 5.4), como mostra a liña vermella continua na figura 2e.Así, ΔPtr está menos restrinxido que nos xeles de agarosa.Para compresións con 1/λr > 3,5, un aumento significativo na fracción de volume dos filamentos e a interacción dos filamentos veciños limita unha maior deformación do xel e leva a desviacións dos resultados experimentais das predicións (liña de puntos vermellas na figura 2e).Concluímos que para o mesmo 1/λr e Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}_{{{{\rm{fibrina}}} )) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr)))))))}}}_{{{{\rm{agarosa}} }} } } } }}\) o xel de agarosa será capturado pola microcanle, e por el pasará o xel de fibrina coa mesma rixidez.Para ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))))))_{{{{{\rm{fibrina)))))))))}\ ), Dous Os dous xeles bloquearán a canle, pero o xel de fibrina empurrará máis profundo e comprimirá de forma máis eficaz, bloqueando o fluxo de fluído de forma máis eficaz.Os resultados mostrados na Figura 2 demostran que o xel fibroso pode servir como un tapón eficaz para reducir o sangrado ou inhibir o abastecemento de sangue aos tumores.
Por outra banda, a fibrina forma unha armazón de coágulos que conduce ao tromboembolismo, unha condición patolóxica na que un trombo oclúe un vaso en ΔP < ΔPtr, como nalgúns tipos de ictus isquémico (Fig. 3a).O alongamento máis débil dos microxeles de fibrina inducido pola restrición deu lugar a un aumento máis forte da concentración de fibrina de fibrinóxeno C/C en comparación cos xeles de cadea flexible, onde o fibrinóxeno C e C son microxeles restrinxidos e non deformados, respectivamente.Concentración de polímero no xel.A figura 3b mostra que o fibrinóxeno C / C en SM, MM e RM aumentou máis de sete veces a 1 / λr ≈ 4,0, impulsado pola restrición e a deshidratación (figura complementaria 16).
Ilustración esquemática da oclusión da arteria cerebral media no cerebro.b Aumento relativo mediado pola restrición da concentración de fibrina en SM obstrutivo (círculos vermellos sólidos), MM (cadrados negros sólidos) e RM (triángulos azuis sólidos).c Deseño experimental utilizado para estudar a escisión de xeles de fibrina restrinxida.Inxectouse unha solución de tPA marcado fluorescente en TBS a un caudal de 5,6 × 107 µm3/s e unha caída de presión adicional de 0,7 Pa para as canles situadas perpendicularmente ao eixe longo da microcanle principal.d Imaxe microscópica multicanle agrupada de MM obstrutivo (D0 = 200 µm) a Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa e durante a división.As liñas de puntos verticais mostran as posicións iniciais dos bordos posterior e anterior do MM en tlys = 0. As cores verde e rosa corresponden a FITC-dextrano (70 kDa) e tPA etiquetados con AlexaFluor633, respectivamente.e Volume relativo variable no tempo de RMs ocluídos con D0 de 174 µm (triángulo aberto azul invertido), 199 µm (triángulo aberto azul) e 218 µm (triángulo aberto azul), respectivamente, nunha microcanle cónica con Xf = 28 ± 1 µm.as seccións teñen ΔP 1200, 1800 e 3000 Pa, respectivamente, e Q = 1860 ± 70 µm3/s.O recuadro mostra RM (D0 = 218 µm) conectando a microcanle.f Variación temporal do volume relativo de SM, MM ou RM colocado en Xf = 32 ± 12 µm, en ΔP 400, 750 e 1800 Pa e ΔP 12300 Pa e Q 12300 na rexión cónica da microcanle, respectivamente 2400 e µm3860 /s.Xf representa a posición frontal do microxel e determina a súa distancia desde o inicio da contracción.V(tlys) e V0 son o volume temporal do microxel lisado e o volume do microxel non perturbado, respectivamente.As cores dos caracteres corresponden ás cores de b.As frechas negras en e, f corresponden ao último momento antes do paso dos microxeles pola microcanle.A barra de escala en d, e é de 100 µm.
Para investigar o efecto da restrición na redución do fluxo de fluídos a través dos xeles de fibrina obstrutiva, estudamos a lise de SM, MM e RM infiltrados co activador do plasminóxeno tisular do axente trombolítico (tPA).A figura 3c mostra o deseño experimental utilizado para os experimentos de lise. A ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) e un caudal, Q = 2400 μm3/s, de solución salina tamponada con Tris (TBS) mesturado con 0,1 mg/mL de FITC-Dextrano (isotiocianato de fluoresceína), o microxel ocluíu a microcanle cónica. rexión. A ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) e un caudal, Q = 2400 μm3/s, de solución salina tamponada con Tris (TBS) mesturado con 0,1 mg/mL de FITC-Dextrano (isotiocianato de fluoresceína), o microxel ocluíu a microcanle cónica. rexión. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого растого растого солевого растого растого солевого растого, скорости потока, сороство 1, скорости потока, Q = 2400 мкм3/с л (флуоресцеинизотиоцианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. A ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) e un caudal, Q = 2400 µm3/s, de solución salina tamponada con Tris (TBS) mesturado con 0,1 mg/ml (isotiocianato de fluoresceína) FITC-dextrano, o microxel ocluíu a microcanle converxente.rexión.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 мешивании трис-буферного солевого раствора (TBS) с 0,1 мг/мил т) FITC-декстрана при ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические области области областрока. Os microxeles enchufados cando se mesturaba solución salina tamponada con Tris (TBS) con 0,1 mg/ml (isotiocianato de fluoresceína) FITC-dextrano a ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) e caudal Q = 2400 µm3/s Rexións cónicas de microcanles.A posición adiante Xf do microxel determina a súa distancia desde o punto de contracción inicial X0.Para inducir a lise, inxectouse unha solución de tPA marcado fluorescente en TBS desde unha canle situada ortogonalmente ao eixe longo da microcanle principal.
Cando a solución de tPA alcanzou o MM oclusal, o bordo posterior do microxel quedou borroso, o que indica que a escisión da fibrina comezara no momento tlys = 0 (figura 3d e figura complementaria 18).Durante a fibrinólise, o tPA marcado con colorante acumúlase dentro do MM e únese ás cadeas de fibrina, o que leva a un aumento gradual da intensidade da cor rosa dos microxeles.En tlys = 60 min, o MM contrae debido á disolución da súa parte traseira, e a posición do seu bordo de ataque Xf cambia pouco.Despois de 160 min, o MM fortemente contraído continuou a contraerse e, en tlys = 161 min, sufriu contracción, restablecendo así o fluxo de fluído a través da microcanle (figura 3d e figura complementaria 18, columna da dereita).
Sobre a fig.A figura 3e mostra a diminución dependente do tempo mediada pola lise do volume V(tlys) normalizado ao volume inicial V0 de microxeles de fibrina de diferentes tamaños.Colocouse CO con D0 174, 199 ou 218 µm nunha microcanle con ΔP 1200, 1800 ou 3000 Pa, respectivamente, e Q = 1860 ± 70 µm3/s para bloquear a microcanle (Fig. 3e, recuadro).nutrición.Os microxeles encóllense gradualmente ata que son o suficientemente pequenos como para pasar polas canles.Unha diminución do volume crítico de CO cun diámetro inicial maior require un tempo de lise máis longo.Debido ao fluxo similar a través de RM de diferentes tamaños, a clivadura ocorre á mesma velocidade, o que resulta na dixestión de fraccións máis pequenas de RM máis grandes e a súa translocación atrasada.Sobre a fig.A figura 3f mostra a redución relativa en V(tlys)/V0 debido á división para SM, MM e RM en D0 = 197 ± 3 µm representados en función de tlys.Para SM, MM e RM, coloque cada microxel nunha microcanle con ΔP 400, 750 ou 1800 Pa e Q 12300, 2400 ou 1860 µm3/s, respectivamente.Aínda que a presión aplicada ao SM foi 4,5 veces menor que a do RM, o fluxo a través do SM foi máis de seis veces máis forte debido á maior permeabilidade do SM, e a contracción do microxel diminuíu de SM a MM e RM. .Por exemplo, a tlys = 78 min, SM disolvéronse e desprazáronse na súa maioría, mentres que MM e PM continuaron obstruíndo as microcanles, a pesar de manter só o 16% e o 20% do seu volume orixinal, respectivamente.Estes resultados suxiren a importancia da lise mediada por convección dos xeles fibrosos constrinxidos e correlacionan con informes de dixestión máis rápida de coágulos con menor contido de fibrina.
Así, o noso traballo demostra experimental e teoricamente o mecanismo polo cal os xeles filamentosos responden ao confinamento biaxial.O comportamento dos xeles fibrosos nun espazo limitado está determinado pola forte asimetría da enerxía de deformación dos filamentos (suave en compresión e duro en tensión) e só pola relación de aspecto e curvatura dos filamentos.Esta reacción ten como resultado unha elongación mínima dos xeles fibrosos contidos nos capilares estreitos, a súa relación de Poisson biaxial diminúe co aumento da compresión e a menor presión lixeira.
Dado que a contención biaxial de partículas brandas deformables utilízase nunha ampla gama de tecnoloxías, os nosos resultados estimulan o desenvolvemento de novos materiais fibrosos.En particular, a retención biaxial de xeles filamentosos en capilares ou tubos estreitos conduce á súa forte compactación e a unha forte diminución da permeabilidade.A forte inhibición do fluxo de fluídos a través dos xeles fibrosos oclusivos ten vantaxes cando se usan como tapóns para evitar o sangrado ou reducir o abastecemento de sangue ás neoplasias malignas33,34,35.Por outra banda, unha diminución do fluxo de fluído a través do xel de fibrina oclusal, inhibindo así a lise do trombo mediada por convección, dá unha indicación da lenta lise dos coágulos oclusais [27, 36, 37].O noso sistema de modelado é o primeiro paso para comprender as implicacións da resposta mecánica dos hidroxeles de biopolímero fibroso á retención biaxial.A incorporación de células sanguíneas ou plaquetas en xeles de fibrina obstrutiva afectará o seu comportamento de restrición 38 e será o seguinte paso para descubrir o comportamento de sistemas bioloxicamente significativos máis complexos.
Os reactivos utilizados para preparar microxeles de fibrina e fabricar dispositivos MF descríbense en Información complementaria (Métodos complementarios, seccións 2 e 4).Os microxeles de fibrina preparáronse emulsionando unha solución mixta de fibrinóxeno, tampón Tris e trombina nun dispositivo de MF de foco de fluxo, seguido da xelación de gotas.A solución de fibrinóxeno bovino (60 mg/ml en TBS), tampón Tris e solución de trombina bovina (5 U/ml en solución de CaCl2 10 mM) administráronse mediante dúas bombas de xeringa controladas independentemente (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Syring Pump).bloquear MF, EE. UU.).A fase continua de aceite F que contén 1% en peso de copolímero de bloques PFPE-P(EO-PO)-PFPE, introduciuse na unidade de MF usando unha terceira bomba de xiringa.As gotículas formadas no dispositivo MF recóllense nun tubo de centrífuga de 15 ml que contén aceite F.Coloque os tubos nun baño maría a 37 °C durante 1 h para completar a xelación da fibrina.Os microxeles de fibrina marcados con FITC preparáronse mesturando fibrinóxeno bovino e fibrinóxeno humano marcado con FITC nunha proporción de peso de 33:1, respectivamente.O procedemento é o mesmo que para a preparación de microxeles de fibrina.
Transferir os microxeles do aceite F a TBS centrifugando a dispersión a 185 g durante 2 min.Os microxeles precipitados dispersáronse en aceite F mesturado con alcohol perfluorooctilo 20% en peso, despois dispersáronse en hexano que contiña 0,5% en peso de Span 80, hexano, 0,1% en peso de Triton X en auga e TBS.Finalmente, os microxeles dispersáronse en TBS que contiña 0,01% en peso de Tween 20 e almacenáronse a 4 °C durante aproximadamente 1-2 semanas antes dos experimentos.
A fabricación do dispositivo MF descríbese na información complementaria (sección 5 de métodos complementarios).Nun experimento típico, o valor positivo de ΔP está determinado pola altura relativa dos depósitos conectados antes e despois do dispositivo MF para introducir microxeles cun diámetro de 150 < D0 < 270 µm nas microcanles.O tamaño non perturbado dos microxeles determinouse visualizándoos na macrocanle.O microxel detense nunha zona cónica na entrada da constricción.Cando a punta do microxel anterior permanece sen cambios durante 2 min, use o programa MATLAB para determinar a posición do microxel ao longo do eixe x.Cun aumento gradual de ΔP, o microxel móvese ao longo da rexión en forma de cuña ata que entra na constricción.Unha vez que o microxel está completamente inserido e comprimido, ΔP cae rapidamente a cero, equilibrando o nivel de auga entre os depósitos, e o microxel pechado permanece estacionario baixo compresión.A lonxitude do microxel obstrutivo mediuse 30 minutos despois de que cesase a constricción.
Durante os experimentos de fibrinólise, solucións de dextrano marcado con t-PA e FITC penetran nos microxeles bloqueados.Monitorizouse o fluxo de cada líquido mediante imaxes de fluorescencia de canle único.TAP etiquetado con AlexaFluor 633 unido a fibras de fibrina e acumulado dentro de microxeles de fibrina comprimida (canle TRITC na figura complementaria 18).A solución de dextrano marcada con FITC móvese sen acumulación no microxel.
Os datos que apoian os resultados deste estudo están dispoñibles dos respectivos autores previa solicitude.As imaxes SEM en bruto de xeles de fibrina, as imaxes TEM en bruto de xeles de fibrina antes e despois da inoculación e os datos de entrada principais para as figuras 1 e 2. 2 e 3 preséntanse no ficheiro de datos brutos.Este artigo ofrece os datos orixinais.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. e Weisel JV fibrinóxeno e fibrina.En Macromolecular Protein Complex III: Structure and Function (ed. Harris, JR e Marles-Wright, J.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 ( Springer e Cham, 2021).
Bosman FT e Stamenkovich I. Estrutura funcional e composición da matriz extracelular.J. Pascual.200, 423–428 (2003).
Prince E. e Kumacheva E. Deseño e aplicación de hidroxeles de fibra biomimética artificial.Vermello mate nacional.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Modelado de redes de polímeros semiflexibles.Sacerdote Mod.física.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. e Piku, KR Modelado mecánico de redes de biopolímeros semiflexibles: deformación non afín e presenza de dependencias de longo alcance.En Advances in Soft Matter Mechanics 119–145 (Springer, Berlín, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D e Mahadevan L. Stress-induced alignment of coláxeno xeles.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS e Gianmi PA Nonlinear elasticity of biogels.Natureza 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stress controla os mecanismos da rede de coláxeno.proceso.Academia Nacional de Ciencias.a ciencia.EUA 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Estrés normal negativo en xeles de biopolímeros semiflexibles.alma mater nacional.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Elasticidade non lineal das redes de fibras ríxidas: endurecemento por deformación, tensión normal negativa e aliñamento da fibra en xeles de fibrina.J. Física.Química.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML et al.Comportamento elástico de redes de actina entrecruzadas e unidas.Science 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. et al.Mecánica non lineal de redes de fibra óptica controladas por tensión con control crítico.Física nacional.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Elasticidade das redes de fibra baixo pretensado uniaxial.Soft Matter 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Permeabilidade hidráulica dos coágulos de sangue en función da fibrina e da densidade plaquetaria.biofísica.Xornal 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. et al.O comportamento versátil dos hidroxeles está limitado por capilares estreitos.a ciencia.Casa 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Efecto da heteroxeneidade patolóxica na elastografía de ondas de cizallamento na estadificación da trombose venosa profunda.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. Cuantificación in vivo da induración dependente do tempo de coágulos sanguíneos mediante imaxes de ultrasonido de ondas de cizallamento nun modelo de trombose venosa de coello.trombo.tanque de almacenamento.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Simulación por ordenador da dinámica de polimerización da fibrina en relación coa microscopía electrónica e as observacións de turbidez: a estrutura e a ensamblaxe do coágulo están controladas cinéticamente.biofísica.Xornal 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW e Lorand, L. Orixe estrutural da reoloxía do coágulo de fibrina.biofísica.J. 77, 2813–2826 (1999).
Hora de publicación: 23-feb-2023