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A limitazione di l'idrogel fibru à i capillari stretti hè di grande impurtanza in i sistemi biologichi è biomedici.A tensione è a compressione uniaxial di l'idrogel fibru sò stati studiati assai, ma a so risposta à a retenzioni biaxial in i capillari resta inesplorata.Quì, dimustramu sperimentalmente è teoricamente chì i geli filamentosi rispundenu qualitativamente diversamente à a restrizione di i geli di catena flessibile per l'asimmetria in e proprietà meccaniche di i filamenti custituenti, chì sò morbidi in compressione è rigidi in tensione.Sutta una forte ritenzione, u gel fibru mostra pocu allungamentu è una diminuzione asintotica in u rapportu di Poisson biaxial à cero, risultatu in una forte compattazione di gel è una povera permeazione di liquidu attraversu u gel.Questi risultati indicanu a resistenza di i trombi occlusivi allungati à a lisi da l'agenti terapèuti è stimulanu u sviluppu di l'embolizazione endovascular efficace da i gel fibrui per piantà l'hemorragia vascular o inibisce u fornimentu di sangue di tumuri.
E rete fibrose sò i blocchi di custruzzione strutturale è funziunale di i tessuti è e cellule viventi.L'actina hè un cumpunente maiò di u citoscheletru1;A fibrina hè un elementu chjave in a cicatrisazione di ferite è a furmazione di trombi2, è u collagene, l'elastin è a fibronectina sò cumpunenti di a matrice extracellular in u regnu animali3.E rete recuperate di biopolimeri fibrusi sò diventati materiali cù ampie applicazioni in l'ingegneria di tissuti4.
E rete filamentuse rapprisentanu una classa separata di materia biologica molle cù proprietà meccaniche chì sò diffirenti da e rete moleculare flexible5.Alcune di sti pruprietà anu evolutu in u cursu di l'evoluzione per cuntrullà a risposta di a materia biologica à a deformazione6.Per esempiu, e rete fibruse mostranu elasticità lineale à i ceppi chjuchi 7,8 mentre chì à i ceppi grandi mostranu una rigidità aumentata 9,10, mantenendu cusì l'integrità di i tessuti.L'implicazioni per altre proprietà meccaniche di gel fibrui, cum'è u stress normale negativu in risposta à a ceppa di cisura11,12, anu ancu esse scupertu.
E proprietà meccaniche di l'idrogeli fibrui semi-flexibili sò stati studiati sottu a tensione uniaxial13,14 è compression8,15, ma a so compressione biaxial indotta da a libertà in capillari stretti o tubi ùn hè micca stata studiata.Quì riportemu risultati sperimentali è teoricamente prupone un mecanismu per u cumpurtamentu di l'idrogeli fibrui sottu ritenzione biaxial in i canali microfluidici.
Microgels di fibrina cù diversi rapporti di concentrazioni di fibrinogenu è trombina è un diametru D0 chì varieghja da 150 à 220 µm sò stati generati cù un approcciu microfluidic (Figura Supplementaria 1).Nantu à fig.1a mostra l'imaghjini di microgels marcati fluorocromi ottenuti cù a microscopia di fluorescenza confocale (CFM).I microgels sò sferichi, anu una polidispersità di menu di 5%, è sò uniformi in struttura in tutte e scale esaminate da CFM (Informazioni Supplementari è Filmi S1 è S2).A dimensione media di i pori di i microgels (determinata da a misurazione di a permeabilità di Darcy16) diminuì da 2280 à 60 nm, u cuntenutu di fibrina aumentava da 5.25 à 37.9 mg / mL, è a cuncentrazione di trombina diminuì da 2.56 à 0.27 unità / mL, rispettivamente.(Informazioni supplementari).Risu.2), 3 è tabella supplementaria 1).A rigidità currispundente di u microgel aumenta da 0,85 à 3,6 kPa (Figura supplementaria 4).Comu esempi di gels furmati da catene flessibili, sò usati microgels d'agarose di diverse rigidità.
Immagine di microscopia di fluorescenza di isotiocianate di fluoresceina (FITC) marcata PM sospesa in TBS.A scala di a barra hè 500 µm.b Imagini SEM di SM (in cima) è RM (in fondu).Barra di scala 500 nm.c Schéma schématique d'un canal microfluidique constitué d'un grand canal (diamètre dl) et d'une région en forme de cône étroit avec un angle d'entrée α de 15° et un diamètre dc = 65 µm.d Da manca à diritta: Imàgini di microscopiu otticu di RM (diametru D0) in grandi canali, zona cunica è custrizzione (limitazione di a lunghezza di gel Dz).A scala di a barra hè 100 µm.e, f TEM images di un RM undeformed (e) è un RM occluded (f), fissatu per una ora cù constriction 1/λr = 2.7, seguita da liberazione è fissazione di 5% di a massa.glutaraldeide in TBS.U diamitru di u CO indeformatu hè 176 μm.A barra di scala hè 100 nm.
Avemu focu annantu à i microgels di fibrina cù una durezza di 0.85, 1.87 è 3.6 kPa (in seguitu chjamati microgels soft (SM), microgels medium hard (MM) è microgels duri (RM), rispettivamente.Questa gamma di rigidità di gel di fibrina hè di u listessu ordine di grandezza cum'è per i coaguli di sangue18,19 è dunque i gel di fibrina studiati in u nostru travagliu sò direttamente ligati à i sistemi biologichi veri.Nantu à fig.1b mostra l'imaghjini in cima è in fondu di e strutture SM è RM ottenute cù un microscopiu elettronicu à scanning (SEM), rispettivamente.Comparatu à e strutture RM, e rete SM sò furmati da fibri più grossi è menu punti di ramu, in cunfurmità cù i rapporti precedenti 20, 21 (Figura supplementaria 5).A diferenza in a struttura di l'idrogel hè correlata cù a tendenza di e so proprietà: a permeabilità di u gel diminuisce cù a diminuzione di a dimensione di i pori da SM à MM è RM (Tabella Supplementaria 1), è a rigidità di u gel si inverte.Nisun cambiamentu in a struttura di microgel hè statu nutatu dopu u almacenamentu à 4 ° C per 30 ghjorni (Figura supplementaria 6).
Nantu à fig.1c mostra un diagramma di un canale microfluidic cù una sezione trasversale circular chì cuntene (da manca à diritta): un grande canale cun un diametru dl in u quale u microgel ùn resta micca deformatu, una seccione in forma di conu cù un diametru ristrettu dc < D0, cone. -sezzioni in forma è grandi canali cù un diametru dl (Figura Supplementaria 7).In un esperimentu tipicu, i microgels sò stati injectati in i canali microfluidichi à una caduta di pressione positiva ΔP di 0,2-16 kPa (Figura supplementaria 8).Stu intervallu di pressione currisponde à a pressione sanguigna biologicamente significativa (120 mm Hg = 16 kPa)22.Nantu à fig.1d (da sinistra à diritta) mostra l'imaghjini rapprisentanti di RM in grandi canali, spazii cunichi è stritti.U muvimentu è a forma di u microgel sò stati registrati è analizati cù u prugramma MATLAB.Hè mpurtanti nutà chì in e regioni di tapering è e custrizzioni, i microgels sò in cuntatti cunfurmati cù i mura di i microchannels (Supplementary Fig. 8).U gradu di ritenzione radiale di u microgelu à u restringimentu D0/dc = 1/λr hè in u range 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, induve 1/λr hè u rapportu di compressione.U microgel passa per una contrazione quandu ΔP > ΔPtr, induve ΔPtr hè a differenza di pressione di traslocazione.A lunghezza è a dimensione di i pori di i microgels biaxially constrained sò determinate da u so statu di equilibriu, postu chì hè assai impurtante per piglià in contu a viscoelasticità di i gel in sistemi biologichi.U tempu di equilibriu per i microgels d'agarose è di fibrina era 10 min è 30 min, rispettivamente.Dopu à sti intervalli di tempu, i microgels limitati righjunghjinu a so pusizioni stabile è a forma, chì hè stata catturata cù una camera d'alta velocità è analizata cù MATLAB.
Nantu à fig.1e, 1f mostranu l'imaghjini di microscopia elettronica di trasmissione (TEM) di strutture RM indeformate è biaxially limitate.Dopu à a compressione RM, a dimensione di i pori di u microgelu diminuite significativamente è a so forma hè diventata anisotropica cù dimensioni più chjuche in a direzzione di cumpressione, chì hè coherente cù un rapportu prima 23 .
A compressione biaxiale durante a cuntrazione provoca l'allungamentu di u microgelu in una direzzione illimitata cù un coefficient λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\) , induve \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) hè a lunghezza di u microgel chjusu Figura 2a mostra u cambiamentu in λzvs .1/ λr Per i microgels di fibrina è d'agarose. Sorprendentemente, sottu una forte compressione di 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, i microgels di fibrina mostranu un allungamentu insignificante di 1,12 +/- 0,03 λz, chì hè solu ligeramente affettatu da u valore di 1/λr. microgels d'agarose limitati, chì sò osservati ancu à una compressione più debule 1/λr = 2,6 à un allungamentu più grande λz = 1,3.
un microgel d'agarose sperimenta cù diversi moduli elastici (2,6 kPa, diamante aperto verde; 8,3 kPa, cercolu aperto marrone; 12,5 kPa, quadratu apertu aranciu; 20,2 kPa, triangulu invertitu apertu magenta) è SM (rossu solidu) Cambiamentu in l'allungamentu misuratu λz ( circles), MM (quadre neri solidi) è RM (trianguli blu solidi).E linee continue mostranu u λz teoricamente previstu per l'agarose (linea verde) è i microgels di fibrina (linee è simboli di u stessu culore).b, c Top panel: schema schematicu di catene di rete di agarose (b) è fibrina (c) prima (left) è dopu (destra) compression biaxial.Bottom: Forma di a reta currispondente prima è dopu a deformazione.I direzzione di compressione x è y sò indicati da frecce magenta è marroni, rispettivamente.In a figura sopra, e catene di rete orientate in queste direzzione x è y sò mostrate cù e linee magenta è marroni currispondenti, è e catene orientate in una direzzione z arbitraria sò rapprisentate da linee verdi.In u gel di fibrina (c), i linii viole è marroni in a direzzione x è y si curvanu più cà in u statu indeformatu, è i linii verdi in a direzzione z si curvanu è si stendenu.A tensione trà e direzzione di compressione è di tensione hè trasmessa per fili cù direzzione intermediate.In i geli di agarose, i catene in tutte e direzzione determinanu a pressione osmotica, chì face una cuntribuzione significativa à a deformazione di u gel.d Variazione prevista in u rapportu di Poisson biassiale, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), per a compressione equibiaxial di gel di agarose (linea verde) è fibrina (linea rossa).L'inseritu mostra a deformazione biaxial di u gel.e A variazione di pressione di traslocazione ΔPtr, normalizzata à a rigidità di gel S, hè tracciata in funzione di u rapportu di compressione per i microgels di agarose è di fibrina.I culori simbulu currispondenu à i culori in (a).Le linee verdi e rosse illustrano la relazione teorica tra ΔPtr/S e 1/λr per i gel di agarosio e di fibrina, rispettivamente.A parte tratteggiata di a linea rossa mostra l'aumentu di ΔPtr sottu una forte compressione per via di l'interazzione interfiber.
Sta differenza hè assuciata à diversi miccanismi di deformazione di e rete di microgel di fibrina è agarose, chì sò custituiti da filamenti flexible24 è rigid25, rispettivamente.A compressione biaxial di gels flexibles porta à una diminuzione di u so voluminu è un aumentu assuciatu di cuncentrazione è pressione osmotica, chì porta à un allungamentu di u gel in una direzzione illimitata.L'allungamentu finali di u gelu dipende di l'equilibriu di l'aumentu di l'energia libera entropica di e catene allungate è una diminuzione di l'energia libera di l'osmosi per via di a concentrazione di polimeru più bassa in u gel allungatu.Sous une forte compression biaxiale, l'allongement du gel augmente avec λz ≈ 0,6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (vede Fig. 2a in sezione discussione 5.3.3).I cambiamenti conformazionali in catene flessibili è a forma di e rete currispondenti prima è dopu a retenzioni biaxial sò mostrati in Figs.2b.
In cuntrastu, i gel fibrui cum'è a fibrina rispundenu in modu diversu à a retenzioni biaxial.I filamenti orientati principarmenti paralleli à a direzzione di a compressione flex (riducendu cusì a distanza trà e ligami incruciati), mentre chì i filamenti principarmenti perpendiculari à a direzzione di compressione si stendenu è si stende sottu à l'azzione di a forza elastica, facendu chì u gel si allunga ( Fig. 1).2c) E strutture di l'SM, MM è RM undeformati sò stati carattarizati da l'analisi di e so imagine SEM è CFM (Discussione Supplementaria Sezione IV è Figura Supplementaria 9).Determinendu u modulu elasticu (E), u diametru (d), a lunghezza di u prufilu (R0), a distanza trà l'estremità (L0 ≈ R0) è l'angolo centrale (ψ0) di i filamenti in microgels di fibrina non deformati (Tabella supplementaria 2) - 4), On trouve que le module de flexion du fil \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) hè significativamente menu di u so modulu di trazione\({k}_{{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), cusì kb/ks ≈ 0.1 (Table Supplementary 4).Cusì, in cundizioni di retenzioni di gel biaxial, i filamenti di fibrina sò facilmente piegati, ma resistenu à l'allungamentu.L'allungamentu di una reta filamentosa sottumessu à a compressione biaxial hè mostrata in Supplementary Fig. 17.
Sviluppemu un mudellu affine teoricu (Discussion Supplementary Section V è Supplementary Figures 10-16) in quale l'allungamentu di un gel fibru hè determinatu da l'equilibriu locale di e forze elastiche chì agiscenu in u gel è predice chì in una forte deformazione biaxiale λz - 1 sottu a limitazione
L'equazione (1) mostra chì ancu sottu una forte compressione (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) ci hè una ligera espansione di gel è una successiva deformazione di allungamentu dopu saturazione λz–1 = 0,15 ± 0,05.Stu cumpurtamentu hè in relazione cù (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm { s }}}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0,15−0,4 è (ii) u terminu tra parentesi quadrate approssima asintoticamente \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) per forti legami biaxiali. Hè impurtante di nutà chì u prefattore \({\left({k}_{({\mbox{b)))))/{k}_{({\mbox{ s))))\right)}^{1/ 2 }\) ùn hà nunda di fà cù a rigidità di u filu E, ma hè determinata solu da u rapportu d'aspettu di u filu d / L0 è l'angolo centrale di l'arcu. ψ0, chì hè simile à SM, MM è RM (Tabella supplementaria 4).
Per evidenziare ulteriormente la differenza di deformazione indotta da libertà tra gel flessibili e filamentosi, introduciamo il rapporto di Poisson biassiale \({\nu }_{{{({\rm{b))))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}}, \) descrive un illimitato orientazione di deformazione di gel in risposta à una tensione uguale in duie direzioni radiali, è estende questu à grandi ceppi uniformi \ rm{b }}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .Nantu à fig.2d mostra \({{{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}^{{{ {{\rm { eff }}}}}}}\) per a compressione biaxial uniforme di geli flessibili (cum'è agarose) è rigidi (cum'è fibrina) (Discussione supplementaria, Sezione 5.3.4), è mette in risaltu a relazione trà forti differenze in risposti à u confinamentu. Pour les gels d'agarose soumis à fortes restrictions {\rm{eff}}}}}}}}\) augmente à la valeur asymptotique 2/3, et pour les gels de fibrine diminue à zéro, puisque lnλz/lnλr → 0, puisque λz augmente avec saturation à mesure que λr augmente.Nota chì in l'esperimenti, i microgels sferichi chjusi deformanu inhomogeneously, è a so parte cintrali sperienze cumpressione più forte;in ogni modu, l'estrapolazione à un grande valore di 1/λr permette di paragunà l'esperimentu cù a tiuria per i gels deformati uniformemente.
Un'altra diffarenza in u cumpurtamentu di i geli di catena flexibule è i geli filamentosi hè stata trovata per via di u so muvimentu nantu à a cuntrazzioni.A pressione di traslocazione ΔPtr, normalizzata à a rigidità di u gel S, hà aumentatu cù a compressione crescente (Fig. 2e), ma à 2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5, i microgels di fibrina dimustravanu valori significativamente più bassi di ΔPtr / S down durante u shrinkage.A ritenzione di u microgelu d'agarose porta à un aumentu di a pressione osmotica, chì porta à l'allungamentu di u gel in a direzzione longitudinale cum'è e molécule di polimeru sò allungati (Fig. 2b, left) è un aumentu di a pressione di traslocazione da ΔPtr / S ~ ( 1/λr)14/317.À u cuntrariu, a forma di i microgels di fibrina chjusi hè determinata da u bilanciu energeticu di i filamenti di compressione radiale è tensione longitudinale, chì porta à a deformazione longitudinale massima λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ { \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).Per 1/λr ≫ 1, a variazione di pressione di traslocazione hè scalata cum'è 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{{\rm {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Discussion Supplementary, Section 5.4), cum'è mostratu da a linea rossa solida in Fig. 2e.Cusì, ΔPtr hè menu limitatu chè in i gel di agarose.Per i compressioni cù 1 / λr> 3.5, un incrementu significativu in a frazione di voluminu di filamenti è l'interazzione di i filamenti vicini limitanu più deformazione di u gelu è porta à deviazioni di i risultati sperimentali da e previsioni (linea di punta rossa in Fig. 2e).On conclut que pour les mêmes 1/λr et Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}_{{{{\rm{fibrin}}} )) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr)))))))}}}_{{{{\rm{agarose}} }} } } } }}\) u gel d'agarose serà catturatu da u microcanale, è u gelu di fibrina cù a listessa rigidità passà per ellu.Per ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))))))_{{{{{\rm{fibrina))))))))))}\ ), Two Both gels bluccarà u canali, ma u gel di fibrina spinghjerà più profonda è cumpressà più efficacemente, bluccà u flussu di fluidu più efficace.I risultati mostrati in a Figura 2 dimustranu chì u gel fibru pò serve cum'è un plug efficace per riduce u sanguinamentu o inibisce u fornimentu di sangue à i tumuri.
Per d 'altra banda, a fibrina forma un scaffold di coagulu chì porta à u tromboembolismu, una cundizione patologica in quale un trombu oclude un vasu à ΔP < ΔPtr, cum'è in certi tipi di stroke ischemic (Fig. 3a).L'allungamentu più debbuli di i microgels di fibrina indotta da restrizioni hà risultatu in un aumentu più forte di a cuncentrazione di fibrina di fibrinogenu C / C cumparatu cù i geli di catene flessibili, induve u fibrinogenu C è C sò ristretti è microgels undeformati, rispettivamente.Concentrazione di polimeru in u gel.A Figura 3b mostra chì u fibrinogenu C / C in SM, MM, è RM anu aumentatu più di sette volte à 1 / λr ≈ 4.0, guidatu da a restrizzioni è a desidratazione (Figura Supplementaria 16).
Illustrazione schematica di l'occlusione di l'arteria cerebrale media in u cervellu.b Aumentu relativo mediatu da restrizioni in a cuncentrazione di fibrina in SM obstructive (cerchi rossi solidi), MM (quadre neri solidi), è RM (trianguli blu solidi).c Disegnu sperimentale utilizatu per studià a scissione di gel di fibrina ristretta.Una soluzione di tPA marcata fluorescente in TBS hè stata iniettata à un flussu di 5,6 × 107 µm3 / s è una caduta di pressione addiziale di 0,7 Pa per i canali situati perpendicularmente à l'assi longu di u microcanale principale.d Immagine microscopica multicanale cumulata di MM ostruttiva (D0 = 200 µm) a Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa e durante la divisione.Linii puntati verticali mostranu e pusizioni iniziali di i fronti posteriori è anteriori di u MM à tlys = 0. I culori verdi è rosa currispondenu à FITC-dextra (70 kDa) è tPA labelled with AlexaFluor633, rispettivament.e Volume relativo variabile in tempo di RM occluse con D0 di 174 µm (triangulu aperto blu invertitu), 199 µm (triangulu aperto blu) è 218 µm (triangulu aperto blu), rispettivamente, in un microcanale conico cù Xf = 28 ± 1 µm.e sezioni anu ΔP 1200, 1800 è 3000 Pa, rispettivamente, è Q = 1860 ± 70 µm3/s.L'inseritu mostra RM (D0 = 218 µm) chì cuppa u microcanale.f Variazione temporale di u voluminu relativo di SM, MM o RM piazzatu à Xf = 32 ± 12 µm, à ΔP 400, 750 è 1800 Pa è ΔP 12300 Pa è Q 12300 in a regione conica di u microcanale, rispettivamente 2400 è µm3860 /s.Xf rapprisenta a pusizione frontale di u microgelu è determina a so distanza da u principiu di a cuntrazione.V (tlys) è V0 sò u voluminu temporale di u microgelu lisatu è u voluminu di u microgelu indisturbati, rispettivamente.I culori di caratteri currispondenu à i culori in b.E frecce nere nantu à e, f currispondenu à l'ultimu mumentu di u tempu prima di u passaghju di microgels attraversu u microchannel.A barra di scala in d, e hè 100 µm.
Per investigà l'effettu di a restrizione nantu à a riduzzione di u flussu di fluidu in i geli di fibrina obstructiva, avemu studiatu a lisi di SM, MM è RM infiltrati cù l'attivatore di plasminogenu tissutale di l'agente tromboliticu (tPA).A Figura 3c mostra u disignu sperimentale utilizatu per l'esperimenti di lisi. À ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) et à un débit, Q = 2400 μm3/s, de solution saline tamponnée Tris (TBS) mélangée à 0,1 mg/mL de FITC-Dextran (isotiocianate de fluorescéine), le microgel occlua le microcanal conique. regione. À ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) et à un débit, Q = 2400 μm3/s, de solution saline tamponnée Tris (TBS) mélangée à 0,1 mg/mL de FITC-Dextran (isotiocianate de fluorescéine), le microgel occlua le microcanal conique. regione. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого растого растого солевого растого солевого растого солевого растого солевого растого), скорости потока, скорости потока, Q = 2400 мкм3/с л (флуоресцеинизотиоцианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. À ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) et à un débit, Q = 2400 µm3/s, de solution saline tamponnée Tris (TBS) mélangée à 0,1 mg/mL (isothiocyanate de fluorescéine) FITC-dextrano, le microgel occlua le microcanal convergent.regione.在ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) 和流速Q = 2400 μm3/s 的Tris 缓冲盐水(TBS) 与0.1 mg/mL 的（异硫氰（异硫氰（异硫氰酖賴水酉混合时，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 мешивании (Микрогели т) FITC-декстрана при ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические областова областов. Microgels inseriti quando Tris buffered saline (TBS) è stato miscelato con 0,1 mg/mL (isotiocianato di fluoresceina) FITC-dextrano a ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) e velocità di flusso Q = 2400 µm3/s Regioni coniche di microcanali.A pusizione avanzata Xf di u microgel determina a so distanza da u puntu iniziale di cuntrazione X0.Per induce a lisi, una suluzione di tPA marcatu fluorescente in TBS hè stata iniettata da un canale situatu ortogonalmente à l'assi longu di u microcanale principale.
Quandu a suluzione di tPA hà righjuntu u MM occlusal, u bordu posteriore di u microgel hè diventatu sfocata, chì indica chì a clivatura di fibrina hà cuminciatu à u tempu tlys = 0 (Fig. 3d è Supplementary Fig. 18).Durante a fibrinolisi, u tPA marcatu di tintura s'accumula in u MM è si lega à i filamenti di fibrina, chì porta à un aumentu graduali di l'intensità di u culore rosatu di i microgels.À tlys = 60 min, i cuntratti MM per via di a dissoluzione di a so parte posteriore, è a pusizione di a so punta di punta Xf cambia pocu.Dopu à 160 min, u MM forti cuntratu cuntinuò à cuntrariu, è à tlys = 161 min, hà sottumessu a cuntrazione, restituendu cusì u flussu di fluidu à traversu u microchannel (Fig. 3d è Supplementary Fig. 18, column right).
Nantu à fig.3e mostra a diminuzione dipendente da u tempu mediata da lisi in u voluminu V (tlys) normalizatu à u voluminu iniziale V0 di microgels di fibrina di diverse dimensioni.CO cun D0 174, 199, o 218 µm hè stata postu in un microchannel cù ΔP 1200, 1800, o 3000 Pa, rispettivamente, è Q = 1860 ± 70 µm3 / s per bluccà u microchannel (Fig. 3e, inset).nutrimentu.I microgels diminuite gradualmente finu à ch'elli sò abbastanza chjuchi per passà per i canali.Una diminuzione di u voluminu criticu di CO cù un diametru iniziale più grande richiede un tempu di lisi più longu.A causa di u flussu simili à traversu RM di dimensioni diverse, a scissione si trova à u listessu ritmu, risultatu in a digestione di frazioni più chjuche di RM più grande è a so traslocazione ritardata.Nantu à fig.3f mostra a riduzzione relativa in V(tlys)/V0 per via di splitting per SM, MM è RM à D0 = 197 ± 3 µm tracciati in funzione di tlys.Per SM, MM è RM, mette ogni microgel in un microchannel cù ΔP 400, 750 o 1800 Pa è Q 12300, 2400 o 1860 µm3/s, rispettivamente.Ancu s'è a prissioni applicata à u SM era 4.5 volte più bassu di quella di u RM, u flussu attraversu u SM era più di sei volte più forte per via di a permeabilità più alta di u SM, è a diminuzione di u microgel diminuì da SM à MM è RM. .Per esempiu, à tlys = 78 min, SM principarmenti dissolutu è spustatu, mentri MM è PM cuntinuau a clog i microchannels, malgradu a retennu solu 16% è 20% di u so vulume uriginale, rispettivamente.Questi risultati suggerenu l'impurtanza di a lisi mediata da a convezione di i gel fibrui ristretti è correlate cù rapporti di digestioni più veloce di coaguli cù un cuntenutu di fibrina più bassu.
Cusì, u nostru travagliu dimustra sperimentalmente è teoricamente u mecanismu da quale i geli filamentosi rispundenu à u confinamentu biaxial.U cumpurtamentu di gels fibru in un spaziu limitatu hè determinatu da a forte asimmetria di l'energia di strain di i filamenti (soft in compressione è dura in tensione) è solu da u rapportu d'aspettu è a curvatura di i filamenti.Questa reazione si traduce in un allungamentu minimu di i gel fibrui cuntenuti in capillari stretti, u so rapportu di Poisson biaxial diminuisce cù l'aumentu di a compressione è a pressione di pocu ligera.
Siccomu u cuntinimentu biaxial di particeddi deformabili morbidi hè utilizatu in una larga gamma di tecnulugia, i nostri risultati stimulanu u sviluppu di novi materiali fibrusi.In particulare, a retenzioni biaxial di gels filamentosi in capillari stretti o tubi porta à a so forte compactazione è una forte diminuzione di a permeabilità.A forte inibizione di u flussu di fluidu à traversu i geli fibru occlusivi hà vantaghji quandu s'utilice cum'è plugs per prevene l'hemorragia o riduce l'approvvigionamentu di sangue à malignità33,34,35.Per d 'altra banda, una diminuzione di u flussu di fluidu à traversu u gel di fibrina occlusale, inibendu cusì a lisi di trombi mediati da convective, dà un'indicazione di a lisi lenta di coaguli occlusali [27, 36, 37].U nostru sistema di mudellu hè u primu passu per capiscenu l'implicazioni di a risposta meccanica di l'idrogeli di biopolimeri fibru à a ritenzione biaxial.L'incorporazione di cellule di sangue o piastrine in gel di fibrina obstructive affetterà u so cumpurtamentu di restrizzione 38 è serà u prossimu passu per scopre u cumpurtamentu di sistemi biologicamente significativi più cumplessi.
I reagenti utilizati per preparà microgels di fibrina è fabricà i dispositi MF sò descritti in l'Informazioni Supplementari (Metodi Supplementari Sezioni 2 è 4).I microgels di fibrina sò stati preparati emulsionando una soluzione mista di fibrinogenu, tampone Tris è trombina in un dispositivu MF à focalizazione di flussu, seguita da a gelificazione di gocce.Soluzione di fibrinogenu bovinu (60 mg/ml in TBS), tampone Tris è soluzione di trombina bovina (5 U/ml in soluzione 10 mM CaCl2) sò stati amministrati utilizendu duie pompe à siringa cuntrullate indipendentemente (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Syring Pump).per bluccà MF, USA).A fase cuntinuu di l'oliu F chì cuntene 1% in peso di copolymeru di bloccu PFPE-P(EO-PO)-PFPE, hè statu introduttu in l'unità MF cù una terza pompa di siringa.E gocce formate in u dispusitivu MF sò cullate in un tubu di centrifuga di 15 ml chì cuntene l'oliu F.Pone i tubi in un bagnu d'acqua à 37 ° C per 1 h per cumprità a gelazione di fibrina.I microgels di fibrina marcati FITC sò stati preparati mischjendu fibrinogenu bovinu è fibrinogenu umanu marcatu FITC in un rapportu di pesu 33: 1, rispettivamente.A prucedura hè listessa per a preparazione di microgels di fibrina.
Trasferisce i microgels da l'oliu F à TBS centrifughendu a dispersione à 185 g per 2 min.I microgels precipitati sò stati dispersi in oliu F mischju cù 20% in peso di alcolu perfluorooctyl, poi dispersi in hexane chì cuntene 0,5% in peso Span 80, hexane, 0,1% in peso Triton X in acqua è TBS.Infine, i microgels sò stati dispersi in TBS chì cuntenenu 0,01% in peso di Tween 20 è conservati à 4 ° C per circa 1-2 settimane prima di l'esperimenti.
A fabricazione di u dispusitivu MF hè descritta in l'Informazioni Supplementari (Metodi Supplementari Sezione 5).In un esperimentu tipicu, u valore pusitivu di ΔP hè determinatu da l'altezza relativa di i reservoirs cunnessi prima è dopu à u dispusitivu MF per l'introduzione di microgels cun un diametru di 150 < D0 < 270 µm in i microcanali.A dimensione indisturbata di i microgels hè stata determinata visualizendu in u macrochannel.U microgel si ferma in una zona cònica à l'entrata di a custrizzione.Quandu a punta di u microgelu anteriore resta inalterata per 2 min, utilizate u prugramma MATLAB per determinà a pusizione di u microgelu longu l'assi x.Cù un aumentu graduali di ΔP, u microgel si move longu a regione cunea finu à chì entra in a custrizzione.Una volta chì u microgel hè cumplettamente inseritu è cumpressu, ΔP cade rapidamente à zero, equilibrendu u livellu di l'acqua trà i reservoirs, è u microgel chjusu ferma fermu sottu compressione.A durata di u microgel obstructive hè stata misurata 30 min dopu a custrizzione cessata.
Durante l'esperimenti di fibrinolisi, suluzioni di t-PA è destranu marcatu FITC penetranu microgels bluccati.U flussu di ogni liquidu hè statu monitoratu cù l'imaghjini di fluorescenza di un canale.TAP marcatu cù AlexaFluor 633 attaccatu à fibri di fibrina è accumulate in microgels di fibrina compressa (canale TRITC in Supplementary Fig. 18).A suluzione di destranu marcata cù FITC si move senza accumulazione in u microgel.
I dati chì sustenenu i risultati di stu studiu sò dispunibuli da i rispettivi autori nantu à dumanda.L'imaghjini SEM crudi di i geli di fibrina, l'imaghjini TEM crudi di i geli di fibrina prima è dopu l'inoculazione, è i dati di input principali per i Figure 1 è 2. 2 è 3 sò furniti in u schedariu di dati prima.Questu articulu furnisce i dati originali.
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Tempu di Postu: Feb-23-2023