Nature.com сайтаар зочилсонд баярлалаа.Та хязгаарлагдмал CSS дэмжлэгтэй хөтчийн хувилбарыг ашиглаж байна.Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer-д нийцтэй байдлын горимыг идэвхгүй болгох).Нэмж дурдахад, байнгын дэмжлэгийг хангахын тулд бид сайтыг хэв маяг, JavaScript-гүй харуулж байна.
Гурван слайдаас бүрдсэн тойргийг нэг дор харуулна.Өмнөх болон Дараагийн товчийг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэх, эсвэл төгсгөлд байрлах гулсагч товчлуурыг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэж болно.
Шилэн гидрогелийг нарийн хялгасан судсаар хязгаарлах нь биологийн болон биоанагаахын системд чухал ач холбогдолтой юм.Шилэн гидрогелийн хурцадмал байдал ба нэг тэнхлэгт шахалтыг маш их судалсан боловч хялгасан судсанд хоёр тэнхлэгт хадгалагдахад үзүүлэх хариу үйлдэл нь судлагдаагүй хэвээр байна.Энд бид судалтай гель нь уян хатан гинжний гельтэй харьцуулахад даралтын хувьд зөөлөн, суналтын хувьд хатуу байдаг бүрэлдэхүүн утаснуудын механик шинж чанарын тэгш бус байдлаас шалтгаалан хязгаарлалтад чанарын хувьд өөр хариу үйлдэл үзүүлдэг болохыг туршилтын болон онолын хувьд харуулж байна.Хүчтэй хадгалалтын үед фиброз гель бага зэрэг сунадаг ба хоёр тэнхлэгт Пуассоны харьцаа тэг болж асимптотоор буурч, гель хүчтэй нягтардаг ба гелээр шингэний нэвчилт муу болно.Эдгээр үр дүн нь сунгасан битүүмжлэгдсэн тромби нь эмчилгээний бодисоор задрахад тэсвэртэй болохыг харуулж, судасны цус алдалтыг зогсоох эсвэл хавдрын цусны хангамжийг дарангуйлах зорилгоор фиброз гельээс үр дүнтэй дотоод судасны эмболизаци үүсэхийг өдөөдөг.
Шилэн сүлжээ нь эд, амьд эсийн үндсэн бүтэц, үйл ажиллагааны барилгын материал юм.Актин нь эсийн араг ясны үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг юм1;фибрин нь шархны эдгэрэлт, тромбо үүсэх гол элемент бөгөөд коллаген, эластин, фибронектин нь амьтны ертөнцийн эсийн гаднах матрицын бүрэлдэхүүн хэсэг юм3.Шилэн биополимеруудын сэргээгдсэн сүлжээнүүд нь эд эсийн инженерчлэлд өргөн хэрэглэгдэх материал болжээ4.
Судасны сүлжээ нь уян хатан молекулын сүлжээнээс ялгаатай механик шинж чанартай биологийн зөөлөн бодисын тусдаа ангиллыг төлөөлдөг5.Эдгээр шинж чанаруудын зарим нь биологийн бодисын деформацид үзүүлэх хариу үйлдлийг хянахын тулд хувьслын явцад өөрчлөгдсөн6.Жишээлбэл, фиброз сүлжээ нь жижиг суналттай үед шугаман уян хатан чанарыг харуулдаг7,8 том омгийн үед хатуулаг9,10 нэмэгдэж, улмаар эд эсийн бүрэн бүтэн байдлыг хадгалдаг.Шилжилтийн суналтын хариуд үзүүлэх сөрөг хэвийн стресс гэх мэт фиброз гелийн бусад механик шинж чанаруудын нөлөөг хараахан илрүүлээгүй байна.
Хагас уян хатан фиброз гидрогелийн механик шинж чанарыг нэг тэнхлэгт таталт13,14 ба шахалтын8,15 дор судалсан боловч нарийн хялгасан судас эсвэл хоолойд эрх чөлөөний улмаас үүссэн хоёр тэнхлэгт шахалтыг судлаагүй байна.Энд бид туршилтын үр дүнг тайлагнаж, микрофлюидик суваг дахь хоёр тэнхлэгт хадгалалтын дор фиброз гидрогелийн зан үйлийн механизмыг онолын хувьд санал болгож байна.
Фибриноген ба тромбины агууламжийн янз бүрийн харьцаатай, D0 диаметр нь 150-аас 220 мкм-ийн хооронд хэлбэлздэг фибриний микрогелийг микрофлюидик аргыг ашиглан үүсгэсэн (Нэмэлт Зураг 1).Зураг дээр.1a-д конфокаль флюресцент микроскоп (CFM) ашиглан олж авсан флюрохром шошготой микрогелийн зургийг харуулав.Микрогель нь бөмбөрцөг хэлбэртэй, 5% -иас бага полидисперстэй, CFM-ээр шалгасан масштабын дагуу бүтэц нь жигд байна (Нэмэлт мэдээлэл, кино S1 ба S2).Микрогелийн нүхний дундаж хэмжээ (Дарси нэвчилтийг хэмжих замаар тодорхойлогддог16) 2280-аас 60 нм хүртэл буурч, фибриний агууламж 5.25-аас 37.9 мг/мл болж, тромбины агууламж 2.56-аас 0.27 нэгж/мл болж тус тус буурсан байна.(Нэмэлт мэдээлэл).Цагаан будаа.2), 3 ба нэмэлт хүснэгт 1).Микрогелийн харгалзах хөшүүн чанар 0.85-аас 3.6 кПа хүртэл нэмэгддэг (Нэмэлт зураг 4).Уян хатан гинжнээс үүссэн гельүүдийн жишээ болгон янз бүрийн хөшүүн чанар бүхий агароз микрогелийг ашигладаг.
TBS-д түдгэлзүүлсэн PM гэсэн шошготой флуоресцеин изотиоцианатын (FITC) флюресцент микроскопийн зураг.Баарны хэмжээ нь 500 микрон байна.b SM (дээд) ба RM (доод)-ийн SEM зураг.500 нм масштабтай.c Том суваг (диаметр dl) ба нарийссан конус хэлбэрийн бүсээс бүрдэх бичил шингэний сувгийн бүдүүвч диаграмм α 15° оролтын өнцөг, dc = 65 мкм диаметртэй.d Зүүнээс баруун тийш: Том суваг, конус хэлбэрийн бүс ба нарийсалт (Гель урт Dz хязгаарлах) дахь RM (диаметр D0)-ийн оптик микроскопын зураг.Баарны хэмжээ нь 100 микрон байна.e, f ХБХ-ийн хэв гажилтгүй (e) болон бөглөрсөн RM (f)-ийн TEM зургууд, 1/λr = 2.7 агшилттай нэг цагийн турш бэхлэгдсэн, дараа нь массын 5% -ийг суллаж, тогтооно.TBS дахь глутаральдегид.Деформацид ороогүй CO-ийн диаметр нь 176 μм байна.Хэмжээний бар нь 100 нм байна.
Бид 0.85, 1.87 ба 3.6 кПа хатуулагтай фибрин микрогель (цаашид зөөлөн микрогель (SM), дунд зэргийн хатуу микрогель (ММ) ба хатуу микрогель (RM) гэх) дээр анхаарлаа хандуулсан.Фибриний гельний хөшүүн байдлын энэ хүрээ нь цусны бүлэгнэлтэй ижил хэмжээтэй байдаг18,19, тиймээс бидний ажилд судлагдсан фибрин гелүүд нь бодит биологийн системтэй шууд холбоотой байдаг.Зураг дээр.1b нь сканнерийн электрон микроскоп (SEM) ашиглан олж авсан SM ба RM бүтцийн дээд ба доод зургийг тус тус үзүүлэв.RM-ийн бүтэцтэй харьцуулахад SM сүлжээ нь өмнөх тайлан 20, 21 (Нэмэлт зураг 5)-тай нийцэж байгаа нь илүү зузаан утас, цөөн салбар цэгүүдээс бүрддэг.Гидрогелийн бүтцийн ялгаа нь түүний шинж чанарын чиг хандлагатай холбоотой: гель нэвчилт нь нүхний хэмжээ SM-ээс MM ба RM хүртэл багасах тусам буурч, гельний хөшүүн чанар урвуу болно.40С-т 30 хоног хадгалсны дараа микрогелийн бүтцэд өөрчлөлт ороогүй (Нэмэлт зураг 6).
Зураг дээр.1c нь дугуй хөндлөн огтлолтой микрофлюидик сувгийн диаграммыг (зүүнээс баруун тийш): микрогель нь хэв гажилтгүй хэвээр байх dl диаметртэй том суваг, dc < D0 диаметртэй нарийссан конус хэлбэртэй хэсэг, конусыг үзүүлэв. -хэлбэрийн хэсэг ба том суваг dl диаметртэй (Нэмэлт зураг 7).Ердийн туршилтаар микрогелийг бичил шингэний сувагт ΔP эерэг даралтын уналтаар 0.2-16 кПа (нэмэлт зураг 8) тарьсан.Энэ даралтын хүрээ нь биологийн ач холбогдолтой цусны даралттай тохирч байна (120 мм м.у.б = 16 кПа)22.Зураг дээр.1d (зүүнээс баруун тийш) том суваг, конус хэлбэрийн хэсэг, нарийсалт дахь RM-ийн төлөөллийн зургийг харуулж байна.Микрогелийн хөдөлгөөн, хэлбэрийг MATLAB программ ашиглан бүртгэж, шинжилсэн.Нарийссан бүс ба нарийссан хэсэгт микрогель нь бичил сувгийн ханатай тохирч байгааг анхаарах нь чухал (Нэмэлт зураг 8).D0/dc = 1/λr нарийссан үед микрогелийн радиаль хадгалалтын зэрэг нь 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2 мужид, 1/λr нь шахалтын харьцаа юм.Микрогель нь ΔP > ΔPtr үед агшилтанд ордог бөгөөд ΔPtr нь шилжүүлэн суулгах даралтын зөрүү юм.Биологийн систем дэх гелийн зуурамтгай чанарыг харгалзан үзэх нь маш чухал тул хоёр тэнхлэгт хязгаарлагдмал микрогелийн нүхний урт, хэмжээг тэдгээрийн тэнцвэрийн төлөвөөр тодорхойлдог.Агароз ба фибрин микрогелийн тэнцвэржүүлэх хугацаа нь тус бүр 10 минут ба 30 минут байв.Эдгээр хугацааны дараа хязгаарлагдмал микрогель нь тогтвортой байрлал, хэлбэрт хүрсэн бөгөөд үүнийг өндөр хурдны камер ашиглан авч, MATLAB ашиглан дүн шинжилгээ хийсэн.
Зураг дээр.1e, 1f нь хэв гажилтгүй, хоёр тэнхлэгт хязгаарлагдмал RM бүтцийн дамжуулалтын электрон микроскоп (TEM) зургийг харуулав.RM шахалтын дараа микрогелийн нүхний хэмжээ мэдэгдэхүйц буурч, тэдгээрийн хэлбэр нь шахалтын чиглэлд бага хэмжээтэй анизотроп болсон нь өмнөх тайлан 23-тай нийцэж байна.
Агшилтын үед хоёр тэнхлэгт шахалт нь микрогелийг λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ {{D}_{{{D}_{{{{{\rm{z}}}}}}} коэффициент бүхий хязгааргүй чиглэлд сунгахад хүргэдэг. 0}\) , энд \({D}_{{{({\rm{z}}}}}}}}\) нь хаалттай микрогелийн урт Зураг 2а-д λzvs .1/ λr-ийн өөрчлөлтийг харуулав. Фибрин ба агарозын микрогелийн хувьд Гайхалтай нь 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2 хүчтэй шахалтын үед фибрин микрогель нь 1.12 +/- 0.03 λz-ийн өчүүхэн суналтыг харуулдаг бөгөөд энэ нь 1/λr-ийн утгад бага зэрэг нөлөөлдөг. хязгаарлагдмал агароз микрогель, энэ нь сул шахалтад ч ажиглагддаг 1/λr = 2.6 илүү том сунгалт λz = 1.3.
a Агарозын микрогелийн янз бүрийн уян модулиудтай туршилт (2.6 кПа, ногоон задгай алмааз; 8.3 кПа, бор нээлттэй тойрог; 12.5 кПа, улбар шар задгай дөрвөлжин; 20.2 кПа, улаан задгай урвуу гурвалжин) болон SM (цул улаан) Хэмжсэн суналтын өөрчлөлт λz ( тойрог), MM (хатуу хар дөрвөлжин) ба RM (цэнхэр гурвалжин).Хатуу шугамууд нь агароз (ногоон шугам) ба фибриний микрогелийн (ижил өнгийн шугам ба тэмдэг) онолын хувьд урьдчилан таамагласан λz-ийг харуулж байна.b, c Дээд талын самбар: агароз (б) ба фибрин (в) хоёр тэнхлэгт шахалтын өмнө (зүүн) ба дараа (баруун) сүлжээний гинжин хэлхээний бүдүүвч диаграмм.Доод тал: хэв гажилтын өмнөх ба дараах харгалзах сүлжээний хэлбэр.X ба y шахалтын чиглэлийг ягаан ба хүрэн сумаар тус тус зааж өгсөн.Дээрх зурагт эдгээр x ба y чиглэлд чиглэсэн сүлжээнүүдийн гинжийг харгалзах ягаан, хүрэн шугамаар, дурын z чиглэлд чиглэсэн гинжийг ногоон шугамаар дүрсэлсэн байна.Фибрин гель (c)-д x ба y чиглэлийн нил ягаан, хүрэн зураас нь хэв гажилтгүй байдлаас илүү нугалж, z чиглэлийн ногоон шугамууд нугалж, сунадаг.Шахалтын чиглэл ба суналтын хоорондох хурцадмал байдал нь завсрын чиглэлтэй утаснуудаар дамждаг.Агароз гель дэх бүх чиглэлд гинж нь осмосын даралтыг тодорхойлдог бөгөөд энэ нь гель деформацид ихээхэн хувь нэмэр оруулдаг.d Хоёр тэнхлэгт Пуассоны харьцааны таамагласан өөрчлөлт, } }^{{{{\rm{eff}}}}}} =-{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), агароз (ногоон шугам) ба фибрин (улаан шугам) гелийг тэнцүү тэнхлэгт шахах зориулалттай.Дотор нь гельний хоёр тэнхлэгийн хэв гажилтыг харуулж байна.e Шилжилтийн даралтын өөрчлөлт ΔPtr, гельний хөшүүн байдлыг S хүртэл хэвийн болгож, агароз ба фибриний микрогелийн шахалтын харьцаанаас хамааруулан зурсан.Тэмдгийн өнгө нь (a) дахь өнгөтэй тохирч байна.Ногоон ба улаан шугамууд нь агароз ба фибрин гелийн хувьд ΔPtr/S ба 1/λr-ийн хоорондох онолын хамаарлыг тус тус дүрсэлдэг.Улаан шугамын тасархай хэсэг нь утас хоорондын харилцан үйлчлэлийн улмаас хүчтэй шахалтын үед ΔPtr нэмэгдэж байгааг харуулж байна.
Энэ ялгаа нь уян хатан24 ба хатуу25 утаснаас бүрдэх фибрин ба агароз микрогелийн сүлжээнүүдийн хэв гажилтын янз бүрийн механизмтай холбоотой юм.Уян гельийг хоёр тэнхлэгт шахах нь тэдгээрийн хэмжээ багасч, концентраци ба осмосын даралтыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь гелийг хязгааргүй чиглэлд сунгахад хүргэдэг.Гельний эцсийн суналт нь сунгасан гинжин хэлхээний энтропик чөлөөт энергийг нэмэгдүүлэх, сунгасан гель дэх полимерийн концентраци бага байгаагаас осмосын чөлөөт энерги буурах тэнцвэрт байдлаас хамаарна.Хүчтэй хоёр тэнхлэгт шахалтын үед гель суналт нь λz ≈ 0.6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) нэмэгддэг (2-р зургийг үз. хэлэлцүүлгийн хэсэг 5.3.3).Хоёр тэнхлэгт хадгалахаас өмнө болон дараа нь уян хатан гинжин хэлхээний конформацийн өөрчлөлт, холбогдох сүлжээнүүдийн хэлбэрийг Зураг дээр үзүүлэв.2б.
Үүний эсрэгээр фибрин зэрэг фиброз гель нь хоёр тэнхлэгт хадгалалтанд өөрөөр хариу үйлдэл үзүүлдэг.Утаснууд нь шахалтын чиглэлд голчлон параллель чиглэгддэг (үүгээр хөндлөн холбоосын хоорондох зай багасдаг), харин шахалтын чиглэлд перпендикуляр байдаг утаснууд нь уян хатан хүчний нөлөөн дор шулуун, сунадаг тул гель сунадаг. Зураг 1).2c) Хэв гажилтгүй SM, MM, RM-ийн бүтцийг тэдгээрийн SEM болон CFM дүрсэнд дүн шинжилгээ хийх замаар тодорхойлсон (Нэмэлт хэлэлцүүлгийн IV хэсэг ба нэмэлт зураг 9).Деформацид ороогүй фибрин микрогель дахь утаснуудын уян хатан модуль (E), диаметр (d), профилын урт (R0), төгсгөл хоорондын зай (L0 ≈ R0) ба төв өнцгийг (ψ0) тодорхойлох замаар (Нэмэлт хүснэгт 2) - 4), утас гулзайлтын модуль \({k}_{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) нь суналтын модулиас хамаагүй бага байна\({k}_{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), тэгэхээр kb/ks ≈ 0.1 (Нэмэлт хүснэгт 4).Тиймээс, хоёр тэнхлэгт гель хадгалах нөхцөлд фибриний судал нь амархан нугалж, харин суналтыг эсэргүүцдэг.Хоёр тэнхлэгт шахалтанд өртсөн судалтай сүлжээний суналтыг Нэмэлт 17-р зурагт үзүүлэв.
Бид онолын аффины загварыг (Нэмэлт хэлэлцүүлгийн V хэсэг ба Нэмэлт зураг 10-16) боловсруулж, фиброз гельний суналтыг гелд үйлчлэх уян хүчний орон нутгийн тэнцвэрт байдлаас тодорхойлж, хоёр тэнхлэгт хүчтэй тэнхлэгт λz - гэж таамаглаж байна. 1 хязгаарлалтын дор
Тэгшитгэл (1)-аас харахад хүчтэй шахалтын үед ч (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) бага зэрэг гель өргөжиж, дараа нь суналтын хэв гажилт байгааг харуулж байна. ханалт λz–1 = 0.15 ± 0.05.Энэ зан үйл нь (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{\rm)-тай холбоотой. { s }}}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0.15−0.4 ба (ii) дөрвөлжин хаалтанд байгаа нэр томъёо нь \(1{{\mbox{/}}} \sqrt-д асимптотоор ойролцоо байна. Хүчтэй хоёр тэнхлэгт холбоосын хувьд {3 }\). Урьдчилан хүчин зүйл нь \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{) гэдгийг анхаарах нь чухал. s))))\right)}^{1/ 2 }\) нь E утасны хөшүүн байдалтай ямар ч холбоогүй бөгөөд зөвхөн d/L0 утаснуудын харьцаа ба нумын төв өнцгөөр тодорхойлогддог. ψ0, энэ нь SM, MM, RM-тай төстэй (Нэмэлт хүснэгт 4).
Уян хатан ба утаслаг гель хоорондын эрх чөлөөгөөр өдөөгдсөн омгийн ялгааг тодруулахын тулд бид хоёр тэнхлэгт Пуассоны харьцааг танилцуулж байна \({\nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}, \) нь хязгааргүйг дүрсэлдэг хоёр радиаль чиглэлд ижил омгийн хариуд гель омгийн чиг баримжаа олгох ба үүнийг том жигд омог хүртэл өргөтгөх \ rm{b }}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}}} }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .Зураг дээр.2d харуулж байна \({{{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}^{{{{{\rm { eff }}}}}}}\) уян хатан (агароз гэх мэт) ба хатуу (фибрин гэх мэт) гелийг жигд хоёр тэнхлэгт шахахад зориулагдсан (Нэмэлт хэлэлцүүлэг, Хэсэг 5.3.4) бөгөөд хориход үзүүлэх хариу урвалын хүчтэй ялгаа хоорондын хамаарлыг онцлон тэмдэглэв. Хүчтэй хязгаарлалттай агароз гельүүдийн хувьд {\rm{eff}}}}}}}}}\) асимптотик утга 2/3 хүртэл нэмэгдэж, фибрин гелийн хувьд тэг болж буурдаг, учир нь lnλz/lnλr → 0, учир нь λz нь нэмэгддэг. λr нэмэгдэх тусам ханалт.Туршилтын явцад хаалттай бөмбөрцөг хэлбэрийн микрогель нь нэгэн төрлийн бус хэв гажилт, тэдгээрийн төв хэсэг нь илүү хүчтэй шахалтыг мэдэрдэг болохыг анхаарна уу;гэхдээ 1/λr-ийн их утгыг экстраполяци хийх нь туршилтыг жигд гажигтай гельүүдийн онолтой харьцуулах боломжтой болгодог.
Уян хатан гинжин гель ба утаслаг гель хоёрын зан үйлийн өөр нэг ялгаа нь агшилтын үед хөдөлгөөнөөс шалтгаална.Гельний хөшүүн чанар S хүртэл хэвийн болсон шилжүүлэн суулгах даралт ΔPtr шахалт ихсэх тусам нэмэгдсэн (Зураг 2e), гэхдээ 2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5 үед фибриний микрогель агшилтын үед ΔPtr/S-ийн мэдэгдэхүйц бага утгыг харуулсан.Агарозын микрогелийг хадгалах нь осмосын даралтыг ихэсгэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь полимер молекулууд сунах үед уртааш чиглэлд гель сунахад хүргэдэг (Зураг 2b, зүүн) ба шилжүүлэн суулгах даралтыг ΔPtr/S ~( 1/λr)14/317.Эсрэгээр, битүү фибрин микрогелийн хэлбэр нь радиаль шахалтын утаснуудын энергийн тэнцвэрт байдал ба уртааш суналтын дагуу тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь уртааш хамгийн их деформацид хүргэдэг λz ~\(\sqrt{{k}_{{{{{ \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}}\).1/λr ≫ 1-ийн хувьд шилжүүлэн суулгах даралтын өөрчлөлтийг 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{\rm) гэж хуваана. {r} }}}}}}}^{{-} 1} \баруун)\) (Нэмэлт хэлэлцүүлэг, 5.4-р хэсэг), 2e-р зураг дээрх цул улаан шугамаар харуулсан.Тиймээс ΔPtr нь агароз гельтэй харьцуулахад бага хязгаарлалттай байдаг.1/λr > 3.5-тай шахалтын хувьд утаснуудын эзлэхүүний фракцийн мэдэгдэхүйц өсөлт ба хөрш утаснуудын харилцан үйлчлэл нь гельний цаашдын хэв гажилтыг хязгаарлаж, туршилтын үр дүнг таамаглалаас хазайхад хүргэдэг (Зураг 2e-ийн улаан тасархай шугам).Бид ижил 1/λr ба Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}_{{{\rm{fibrin}}} )) гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr))))))}}}}_{{{{\rm{агарозе}} }} } } } }}\) агароз гель нь бичил сувагт баригдах ба ижил хөшүүн чанар бүхий фибрин гель дамжин өнгөрөх болно.ΔP < Δ\({P}_{{{{{\rm{tr))))))))))_{{{{{\rm{фибрин)))))))))}\ ), Хоёр Хоёр гель хоёулаа сувгийг хааж, харин фибрин гель нь илүү гүн түлхэж, илүү үр дүнтэй шахаж, шингэний урсгалыг илүү үр дүнтэй хаадаг.Зураг 2-т үзүүлсэн үр дүнгээс харахад фиброз гель нь цус алдалтыг багасгах эсвэл хавдрын цусан хангамжийг саатуулдаг үр дүнтэй залгуур болж чадна.
Нөгөөтэйгүүр, фибрин нь тромбоэмболизмд хүргэдэг нөжрөлийн шатыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь тромбоз нь зарим төрлийн ишемийн харвалтын үед ΔP < ΔPtr үед судсыг бөглөрөх эмгэгийн эмгэг юм (Зураг 3a).Фибрин микрогелийн хязгаарлагдмал суналт сул байгаа нь уян хатан гинжин гельтэй харьцуулахад C/C фибриногений фибриний концентрацийг илүү хүчтэй өсгөсөн бөгөөд C ба C фибриноген нь хязгаарлагдмал, хэв гажилтгүй микрогель юм.Гель дэх полимер концентраци.Зураг 3b-д SM, MM, RM дахь фибриногений C/C нь хязгаарлалт, шингэн алдалтаас үүдэлтэй 1/λr ≈ 4.0 үед долоо дахин ихэссэн болохыг харуулж байна (Нэмэлт Зураг 16).
Тархины дунд тархины артерийн бөглөрлийн бүдүүвч зураг.б Саад SM (цул улаан тойрог), ММ (цул хар дөрвөлжин), RM (цэнхэр гурвалжин) дахь фибриний концентрацийн харьцангуй өсөлтийг хязгаарлах замаар үүсгэдэг.c Хязгаарлагдмал фибрин гелийн задралыг судлахад ашигласан туршилтын загвар.TBS дахь флюресцентээр тэмдэглэсэн tPA-ийн уусмалыг 5.6 × 107 μm3/s урсгалын хурдтай, үндсэн микро сувгийн урт тэнхлэгт перпендикуляр байрлах сувгуудад 0.7 Па даралтын нэмэлт уналтаар тарьсан.d Xf = 28 μm, ΔP = 700 Па болон хуваах үеийн бөглөрөлт MM (D0 = 200 μm)-ийн нэгтгэсэн олон сувгийн микроскоп дүрс.Босоо тасархай шугамууд нь MM-ийн арын болон урд ирмэгийн анхны байрлалыг tlys = 0-д харуулав. Ногоон ба ягаан өнгө нь AlexaFluor633-ээр тэмдэглэгдсэн FITC-декстран (70 кДа) ба tPA-тай тохирч байна.e Xf = 28 ± 1 конус хэлбэрийн микро сувагт D0 174 μм (цэнхэр нээлттэй урвуу гурвалжин), 199 μм (цэнхэр нээлттэй гурвалжин) болон 218 μм (цэнхэр нээлттэй гурвалжин) тус тусад нь хаалттай RM-ийн цаг хугацааны хувьд өөрчлөгддөг харьцангуй эзлэхүүн. мкм.хэсгүүд нь ΔP 1200, 1800, 3000 Па, Q = 1860 ± 70 мкм3/с байна.Дотор нь RM (D0 = 218 μm) микро сувгийг залгаж байгааг харуулж байна.f Бичил сувгийн конусан бүсэд Xf = 32 ± 12 μм, ΔP 400, 750 ба 1800 Па, ΔP 12300 Па болон Q 12300-д байрлуулсан SM, MM эсвэл RM-ийн харьцангуй эзэлхүүний цаг хугацааны өөрчлөлт, тус тус 2460 ба 1860м3. /с.Xf нь микрогелийн урд байрлалыг илэрхийлж, агшилтын эхлэлээс түүний зайг тодорхойлно.V(tlys) ба V0 нь задарсан микрогелийн түр зуурын эзэлхүүн ба хөндөгдөөгүй микрогелийн эзэлхүүн юм.Тэмдэгтийн өнгө нь b-ийн өнгөтэй тохирч байна.E, f дээрх хар сумнууд нь микрогель дамжихаас өмнөх сүүлийн мөчид тохирч байна.d, e дахь масштабын мөр 100 мкм байна.
Бөглөх фибриний гель дэх шингэний урсгалыг багасгах хязгаарлалтын үр нөлөөг судлахын тулд бид тромболитик бодис бүхий эдэд плазминоген идэвхжүүлэгч (tPA) нэвчсэн SM, MM, RM-ийн задралыг судалсан.Зураг 3в-д задралын туршилтанд ашигласан туршилтын загварыг харуулав. ΔP = 700 Па (<ΔPtr) ба урсгалын хурд, Q = 2400 μм3/с, 0.1 мг/мл (флуоресцеин изотиоцианат) FITC-Декстрантай холилдсон Трис-буфержүүлсэн давсны уусмал (TBS) үед микрогель нь нарийссан бичил сувгийг хаасан. бүс нутаг. ΔP = 700 Па (<ΔPtr) ба урсгалын хурд, Q = 2400 μм3/с, 0.1 мг/мл (флуоресцеин изотиоцианат) FITC-Декстрантай холилдсон Трис-буфержүүлсэн давсны уусмал (TBS) үед микрогель нь нарийссан бичил сувгийг хаасан. бүс нутаг. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) ба скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), смешанного с 0,1 мг/мл (флуоресцеониотиоцианата) FITC-декстрана, микрогелью перекрывал. ΔP = 700 Па (<ΔPtr) ба урсгалын хурд, Q = 2400 μм3/с, 0.1 мг/мл (флуоресцеин изотиоцианат) FITC-декстрантай холилдсон Tris буфержүүлсэн давсны уусмал (TBS) үед микрогель нэгдэж буй микро сувгийг хаасан.бүс нутаг.在ΔP = 700 Па (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μм3/с 的Tris 缓冲盐水(TBS) 与0.1 мг/мл 的（异硫氰（异硫氰（异硫氰（异硫氰（开弗腸在混合时，微凝胶堵塞了锥形微通道地区。在ΔP = 700 Па (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 мкм3/с了锥形微通道地区。 Микрогели закупориваются при смешивании трис-буферного солевого раствора (TBS) с 0,1 мг/мл (флуоресцеинотиоцианат) FITC-декстрана при ΔP = 700 Па (<ΔPtr) ба скорости потока Q = 2400 микроканаи мкм3/ область. Tris буфержүүлсэн давсны уусмалыг (TBS) ΔP = 700 Па (<ΔPtr) ба урсгалын хурд Q = 2400 μм3/с үед 0.1 мг/мл (флуоресцеин изотиоцианат) FITC-декстрантай холих үед микрогель залгагдаж, микро сувгийн конус хэлбэрийн бүсүүд.Микрогелийн урагшлах байрлал Xf нь анхны агшилтын X0 цэгээс түүний зайг тодорхойлно.Лизис үүсгэхийн тулд TBS дахь флюресцентээр тэмдэглэсэн tPA-ийн уусмалыг гол микро сувгийн урт тэнхлэгт ортогональ байрлалтай сувгаас тарьсан.
tPA уусмал нь окклюзийн MM-д хүрэхэд микрогелийн арын ирмэг бүдгэрч, фибриний хуваагдал tlys = 0 үед эхэлснийг харуулж байна (Зураг 3d ба Нэмэлт зураг 18).Фибринолизийн үед будгаар тэмдэглэгдсэн tPA нь ММ-ийн дотор хуримтлагдаж, фибриний судалтай холбогддог бөгөөд энэ нь микрогелийн ягаан өнгөний эрч хүчийг аажмаар нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.tlys = 60 минутын үед MM нь арын хэсэг нь татан буугдсанаас болж агшиж, урд талын Xf-ийн байрлал бага зэрэг өөрчлөгддөг.160 минутын дараа хүчтэй агшилттай ММ агшилтаа үргэлжлүүлж, tlys = 161 минутын үед агшилтанд орж, улмаар бичил сувгаар шингэний урсгалыг сэргээсэн (Зураг 3d ба Нэмэлт зураг 18, баруун багана).
Зураг дээр.3e-д өөр өөр хэмжээтэй фибриний микрогелийн анхны хэмжээ V0 хүртэл хэвийн болсон V(tlys) эзлэхүүний задралаас шалтгаалсан бууралтыг харуулав.D0 174, 199, эсвэл 218 μм CO-г ΔP 1200, 1800, эсвэл 3000 Па, Q = 1860 ± 70 μм3/с хэмжээтэй бичил сувагт байрлуулж, бичил сувгийг хаасан (Зураг 3e, оруулга).тэжээл.Микрогель нь сувгаар дамжин өнгөрөх хангалттай жижиг болтол аажмаар багасдаг.Илүү том диаметртэй CO-ийн эгзэгтэй эзэлхүүний бууралт нь илүү урт задралын хугацааг шаарддаг.Янз бүрийн хэмжээтэй RM-уудаар ижил төстэй урсгалын улмаас хуваагдал нь ижил хурдаар явагддаг бөгөөд үүний үр дүнд том RM-ийн жижиг фракцууд задарч, тэдгээрийн шилжүүлэлт удааширдаг.Зураг дээр.3f нь tlys-ийн функцээр графикаар зурсан D0 = 197 ± 3 μм-д SM, MM, RM-д хуваагдсаны улмаас V(tlys)/V0-ийн харьцангуй бууралтыг харуулав.SM, MM, RM-ийн хувьд микрогель бүрийг ΔP 400, 750 эсвэл 1800 Па, Q 12300, 2400 эсвэл 1860 мкм3/с-тэй бичил сувагт хийнэ.Хэдийгээр SM-д үзүүлсэн даралт нь RM-ээс 4.5 дахин бага байсан ч SM-ийн нэвчилт ихтэй тул SM-ээр дамжин өнгөрөх урсгал зургаа дахин хүчтэй байсан ба микрогелийн агшилт нь SM-ээс MM, RM хүртэл буурсан байна. .Жишээлбэл, tlys = 78 минутын үед SM ихэвчлэн уусч, шилжсэн бол MM болон PM нь анхны эзэлхүүнийхээ дөнгөж 16% ба 20% -ийг хадгалсан ч бичил сувгийг бөглөрүүлсээр байв.Эдгээр үр дүн нь нягтаршсан фиброз гелийг конвекцийн аргаар задлахын ач холбогдлыг харуулж байгаа бөгөөд фибриний агууламж багатай өтгөрөлт илүү хурдан шингэдэгтэй холбоотой.
Тиймээс бидний ажил нь судалтай гель нь хоёр тэнхлэгт баригдахад хариу үйлдэл үзүүлэх механизмыг туршилтын болон онолын хувьд харуулж байна.Хязгаарлагдмал орон зайд фиброз гельүүдийн зан төлөвийг утаснуудын суналтын энергийн хүчтэй тэгш бус байдал (шахалтын хувьд зөөлөн, хурцадмал байдал) ба зөвхөн утаснуудын харьцаа ба муруйлтаар тодорхойлогддог.Энэ урвалын үр дүнд нарийн хялгасан судаснуудад агуулагдах фиброз гель хамгийн бага суналт болж, тэдгээрийн хоёр тэнхлэгт Пуассоны харьцаа нь шахалт ихсэж, бага гэрлийн даралтаар буурдаг.
Зөөлөн хэв гажилттай тоосонцорыг хоёр тэнхлэгт агуулах нь өргөн хүрээний технологид ашиглагддаг тул бидний үр дүн нь шинэ утаслаг материалыг хөгжүүлэхэд түлхэц өгдөг.Ялангуяа нарийн хялгасан судас эсвэл хоолойд утаслаг гель хоёр тэнхлэгт хадгалагдах нь тэдгээрийн хүчтэй нягтаршил, нэвчилт нь огцом буурахад хүргэдэг.Битүүмжилсэн фиброз гельээр дамжин шингэний урсгалыг хүчтэй дарангуйлдаг нь цус алдалтаас урьдчилан сэргийлэх эсвэл хорт хавдрын цусан хангамжийг бууруулах зорилгоор бөглөө болгон ашиглахад давуу талтай байдаг33,34,35.Нөгөөтэйгүүр, окклюзийн фибриний гельээр дамжих шингэний урсгал буурч, улмаар конвектив зуучлагч тромбозыг дарангуйлдаг нь окклюзийн бүлэгнэл удаан задарч байгааг илтгэнэ [27, 36, 37].Манай загварчлалын систем нь фиброз биополимер гидрогелийн механик хариу урвалын хоёр тэнхлэгт хадгалалтын үр нөлөөг ойлгох эхний алхам юм.Цусны эсүүд эсвэл ялтасуудыг бөглөрөлттэй фибрин гель болгон нэгтгэх нь тэдний хязгаарлах зан төлөвт нөлөөлж 38 бөгөөд биологийн хувьд илүү төвөгтэй системүүдийн зан үйлийг илрүүлэх дараагийн алхам болно.
Фибрин микрогель бэлтгэх, MF төхөөрөмжийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг урвалжуудыг Нэмэлт мэдээлэлд тайлбарласан болно (Нэмэлт аргуудын 2, 4-р хэсэг).Фибриноген, трис буфер, тромбины холимог уусмалыг урсгалын фокуст MF төхөөрөмжид эмульсжүүлэн дусал гельжүүлэн фибрин микрогелийг бэлтгэсэн.Үхрийн фибриногений уусмал (TBS-д 60 мг/мл), Tris буфер болон үхрийн тромбины уусмал (10 мМ CaCl2 уусмалд 5 U/мл) хоёр бие даасан хяналттай тариурын шахуурга (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 тариурын насос) ашиглан удирдсан.MF, АНУ-ыг хаах).Гурав дахь тариурын шахуургыг ашиглан MF нэгжид жингийн 1% блок сополимер PFPE-P(EO-PO)-PFPE агуулсан F-тос тасралтгүй фазыг нэвтрүүлсэн.MF төхөөрөмжид үүссэн дуслыг F-тос агуулсан 15 мл центрифугийн хоолойд цуглуулдаг.Фибриний гелийг дуусгахын тулд гуурсуудыг 37 ° C-ийн усан ваннд 1 цагийн турш байрлуулна.FITC шошготой фибрин микрогелийг үхрийн фибриноген болон FITC шошготой хүний фибриногенийг жингийн 33:1 харьцаатай хольж бэлтгэсэн.Уг процедур нь фибриний микрогель бэлтгэхтэй адил юм.
Микрогелийг F тосоос TBS руу шилжүүлэн дисперсийг 185 г-т 2 минутын турш центрифуг хийнэ.Тунадасжсан микрогелийг жингийн 20%-ийн перфтороктилийн спирттэй хольсон F тосонд тарааж, дараа нь жингийн 0.5%-ийн Span 80, гексан, 0.1 жингийн % Triton X агуулсан гександ ус болон TBS-д тараав.Эцэст нь микрогелүүдийг Tween 20-ийн 0.01% жинтэй TBS-д тарааж, туршилт хийхээс өмнө ойролцоогоор 1-2 долоо хоногийн турш 4°C-т хадгалсан.
MF төхөөрөмжийг үйлдвэрлэх талаар Нэмэлт мэдээлэлд тайлбарласан болно (Нэмэлт аргуудын 5-р хэсэг).Ердийн туршилтаар ΔP-ийн эерэг утгыг микро сувагт 150
Энэхүү судалгааны үр дүнг дэмжсэн мэдээллийг холбогдох зохиогчдын хүсэлтээр авах боломжтой.Фибрин гелийн түүхий SEM зураг, тарихаас өмнө болон дараа нь фибрин гелийн түүхий TEM зураг, Зураг 1 ба 2. 2 ба 3-ын оролтын үндсэн өгөгдлийг түүхий мэдээллийн файлд оруулсан болно.Энэ нийтлэл нь анхны өгөгдлийг өгдөг.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. болон Weisel JV фибриноген ба фибрин.Макромолекуляр уургийн цогцолбор III-д: Бүтэц ба үйл ажиллагаа (ред. Харрис, Ж.Р. ба Марлес-Райт, Ж.) 471-501 https://doi.org/10.1007/978-3-030-58971-4_15 ( Springer and Cham, 2021).
Bosman FT ба Stamenkovich I. Эсийн гаднах матрицын функциональ бүтэц, найрлага.Ж.Пасол.200, 423–428 (2003).
Ханхүү E. болон Kumacheva E. Хиймэл биомиметик шилэн гидрогелийн дизайн, хэрэглээ.Үндэсний Мэтт Ред.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Хагас уян хатан полимер сүлжээг загварчлах.Санваартан мод.физик.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. and Piku, KR. Хагас уян хатан биополимер сүлжээний механик загварчлал: аффины бус хэв гажилт ба урт хугацааны хамаарал байгаа эсэх.Зөөлөн бодисын механикийн дэвшилтэд 119–145 (Springer, Berlin, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D, Mahadevan L. Стрессээс үүдэлтэй коллагены гелийг тэгшлэх.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS, and Gianmi PA Биогелийн шугаман бус уян хатан чанар.Байгаль 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stress нь коллагены сүлжээний механизмыг хянадаг.үйл явц.Үндэсний Шинжлэх Ухааны Академи.шинжлэх ухаан.АНУ 112, 9573–9578 (2015).
Жанми, ПА, нар.Хагас уян хатан биополимер гель дэх сөрөг хэвийн стресс.Үндэсний их сургууль.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Хатуу шилэн сүлжээнүүдийн шугаман бус уян хатан байдал: омог хатуурал, сөрөг хэвийн стресс, фибрин гель дэх шилэн шугам.J. Физик.Химийн.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML et al.Хөндлөн ба холбогдсон актин сүлжээний уян хатан байдал.Шинжлэх ухаан 304, 1301–1305 (2004).
Шарма, A. нар.Шугаман удирдлагатай шилэн кабелийн сүлжээний шугаман бус механик.Үндэсний физик.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Нэг тэнхлэгт урьдчилан хүчлэх үед шилэн сүлжээний уян хатан байдал.Зөөлөн бодис 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Цусны бүлэгнэлтийн гидравлик нэвчилт нь фибрин ба ялтасын нягтын үйл ажиллагаа юм.биофизик.Сэтгүүл 104, 1812–1823 (2013).
Ли, Y. нар.Гидрогелийн олон талын үйлдэл нь нарийн хялгасан судсаар хязгаарлагддаг.шинжлэх ухаан.Байшин 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Гүн венийн тромбозын үе шатанд шилжилтийн долгионы эластографийн эмгэгийн гетерогенийн нөлөө.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. Туулайн венийн тромбозын загварт хэт авианы долгионы дүрслэлийг ашиглан цусны бүлэгнэлтийн цаг хугацаанаас хамааралтай бат бөх байдлын in vivo хэмжигдэхүүн.тромбоз.хадгалах сав.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Фибриний полимержих динамикийг электрон микроскоп ба булингартай байдлын ажиглалттай холбоотой компьютерийн загварчлал: нөжрөлийн бүтэц, угсралт кинетик хяналттай.биофизик.Сэтгүүл 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW and Lorand, L. Фибриний бүлэгнэлтийн реологийн бүтцийн гарал үүсэл.биофизик.J. 77, 2813–2826 (1999).
Шуудангийн цаг: 2023 оны 2-р сарын 23-ны хооронд