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좁은 모세혈관에 대한 섬유성 하이드로겔의 제한은 생물학적 및 생물의학 시스템에서 매우 중요합니다.섬유질 하이드로겔의 장력 및 일축 압축은 광범위하게 연구되었지만 모세혈관의 이축 유지에 대한 반응은 아직 연구되지 않은 상태로 남아 있습니다.여기서 우리는 압축이 부드럽고 장력이 강한 구성 필라멘트의 기계적 특성의 비대칭으로 인해 필라멘트 젤이 유연한 체인 젤과 제약 조건에 질적으로 다르게 반응한다는 것을 실험적 및 이론적으로 입증합니다.강한 유지 상태에서 섬유질 겔은 신장이 거의 나타나지 않고 이축 푸아송 비가 0으로 점근적으로 감소하여 겔 압축이 강해지고 겔을 통한 액체 투과가 불량해집니다.이러한 결과는 신장된 폐쇄성 혈전이 치료제에 의한 용해에 대한 저항성을 나타내며 섬유질 겔로부터 효과적인 혈관내 색전술의 발달을 자극하여 혈관 출혈을 멈추거나 종양의 혈액 공급을 억제합니다.
섬유 네트워크는 조직과 살아있는 세포의 기본적인 구조적, 기능적 구성 요소입니다.액틴은 세포골격1의 주요 구성 요소입니다.피브린은 상처 치유 및 혈전 형성의 핵심 요소이며2, 콜라겐, 엘라스틴 및 피브로넥틴은 동물계3의 세포외 기질의 구성 요소입니다.회수된 섬유질 생체고분자 네트워크는 조직공학4에서 폭넓게 응용되는 물질이 되었습니다.
필라멘트 네트워크는 유연한 분자 네트워크5와는 다른 기계적 특성을 가진 별도의 생물학적 연성 물질 클래스를 나타냅니다.이러한 특성 중 일부는 변형에 대한 생물학적 물질의 반응을 제어하기 위해 진화 과정에서 진화했습니다6.예를 들어, 섬유 네트워크는 작은 변형에서 선형 탄력성을 보이는 반면 큰 변형에서는 강성이 증가하여 조직 무결성을 유지합니다.전단 변형에 반응하는 음의 수직 응력과 같은 섬유 겔의 다른 기계적 특성에 대한 의미는 아직 발견되지 않았습니다.
반유연성 섬유질 하이드로겔의 기계적 특성은 일축 장력13,14 및 압축8,15 하에서 연구되었지만 좁은 모세관 또는 튜브에서 자유 유도 이축 압축은 연구되지 않았습니다.여기에서 우리는 실험 결과를 보고하고 미세유체 채널에서 이축 유지 상태에서 섬유질 하이드로겔의 거동에 대한 메커니즘을 이론적으로 제안합니다.
피브리노겐과 트롬빈 농도의 다양한 비율과 150~220μm 범위의 D0 직경을 갖는 피브린 마이크로겔이 미세유체 접근법을 사용하여 생성되었습니다(보충 그림 1).그림에.도 1a는 공초점 형광 현미경(CFM)을 사용하여 얻은 형광색소 표지 마이크로젤의 이미지를 보여줍니다.마이크로겔은 구형이고 다분산도가 5% 미만이며 CFM(보충 정보 및 영화 S1 및 S2)에서 검사한 규모 전체에서 구조가 균일합니다.마이크로겔의 평균 기공 크기(Darcy 투과성을 측정하여 결정)는 2280nm에서 60nm로 감소했고, 피브린 함량은 5.25에서 37.9mg/mL로 증가했으며, 트롬빈 농도는 2.56에서 0.27단위/mL로 각각 감소했습니다.(추가 정보).쌀.2), 3 및 보충 표 1).마이크로겔의 해당 강성은 0.85에서 3.6 kPa로 증가합니다 (보조 그림 4).유연한 사슬로 형성된 겔의 예로는 다양한 강성의 아가로스 마이크로겔이 사용됩니다.
TBS에 현탁된 PM으로 표시된 플루오레세인 이소티오시아네이트(FITC)의 형광 현미경 이미지.바 스케일은 500μm입니다.b SM(상단)과 RM(하단)의 SEM 이미지.스케일 바 500nm.c 큰 채널(직경 dl)과 진입각 α가 15°이고 직경이 dc = 65 μm인 좁은 원뿔 모양 영역으로 구성된 미세 유체 채널의 개략도.d 왼쪽에서 오른쪽으로: 큰 채널, 원추형 영역 및 수축(겔 길이 Dz 제한)의 RM(직경 D0)의 광학 현미경 이미지.바 스케일은 100μm입니다.e, f 변형되지 않은 RM(e) 및 폐색된 RM(f)의 TEM 이미지, 수축 1/λr = 2.7로 1시간 동안 고정된 후 질량의 5%가 방출 및 고정됩니다.TBS의 글루타르알데히드.변형되지 않은 CO의 직경은 176μm입니다.스케일 바는 100 nm입니다.
우리는 경도가 0.85, 1.87 및 3.6 kPa인 피브린 마이크로겔(이하 각각 연질 마이크로겔(SM), 중간 경질 마이크로겔(MM) 및 경질 마이크로겔(RM)이라고 함)에 중점을 두었습니다.이 범위의 피브린 겔 강성은 혈전과 동일한 크기이므로 우리 연구에서 연구된 피브린 겔은 실제 생물학적 시스템과 직접적인 관련이 있습니다.그림에.그림 1b는 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 얻은 SM 및 RM 구조의 상단 및 하단 이미지를 각각 보여줍니다.RM 구조와 비교하여 SM 네트워크는 이전 보고서 20, 21 (보충 그림 5)과 일치하여 더 두꺼운 섬유와 더 적은 분기점으로 형성됩니다.하이드로겔 구조의 차이는 그 특성의 추세와 관련이 있습니다. SM에서 MM 및 RM(보충 표 1)으로 기공 크기가 감소함에 따라 겔의 투과성이 감소하고 겔의 강성이 반전됩니다.4°C에서 30일 동안 보관한 후에도 마이크로겔 구조에 변화가 나타나지 않았습니다(보조 그림 6).
그림에.도 1c는 (왼쪽에서 오른쪽으로) 다음을 포함하는 원형 단면을 갖는 미세유체 채널의 다이어그램을 보여줍니다: 마이크로겔이 변형되지 않은 상태로 유지되는 직경 dl을 갖는 큰 채널, 직경 dc < D0가 좁아지는 원뿔 모양 섹션, 원뿔 직경이 dl인 모양의 단면과 큰 채널(보충 그림 7).일반적인 실험에서 마이크로 겔은 0.2-16 kPa의 양압 강하 ΔP에서 미세 유체 채널에 주입되었습니다 (보충 그림 8).이 압력 범위는 생물학적으로 중요한 혈압(120mmHg = 16kPa)에 해당합니다.그림에.1d(왼쪽에서 오른쪽으로)는 대형 채널, 원추형 영역 및 수축 부분에서 RM의 대표적인 이미지를 보여줍니다.MATLAB 프로그램을 이용하여 마이크로겔의 움직임과 형태를 기록하고 분석하였다.점점 가늘어지는 영역과 수축에서 마이크로겔은 마이크로채널의 벽과 등각 접촉을 한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다(보조 그림 8).좁아지는 D0/dc = 1/λr에서 마이크로겔의 방사형 유지 정도는 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2 범위에 있으며, 여기서 1/λr은 압축비입니다.마이크로겔은 ΔP > ΔPtr일 때 수축을 겪습니다. 여기서 ΔPtr은 전위 압력 차이입니다.이축 구속 마이크로겔의 기공 길이와 크기는 평형 상태에 따라 결정됩니다. 왜냐하면 생물학적 시스템에서 겔의 점탄성을 고려하는 것이 매우 중요하기 때문입니다.아가로스 및 피브린 마이크로겔의 평형화 시간은 각각 10분 및 30분이었습니다.이러한 시간 간격 후에 제한된 마이크로겔은 고속 카메라를 사용하여 캡처하고 MATLAB을 사용하여 분석한 안정적인 위치와 모양에 도달했습니다.
그림에.도 1e, 1f는 변형되지 않고 이축으로 제한된 RM 구조의 투과 전자 현미경(TEM) 이미지를 보여준다.RM 압축 후, 마이크로겔 기공 크기는 크게 감소하고 그 모양은 압축 방향으로 더 작은 크기로 이방성이 되었습니다. 이는 이전 보고서23과 일치합니다.
수축 중 이축 압축으로 인해 마이크로겔은 계수 λz = \({D}_{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\) , 여기서 \({D}_{{{(({\rm{z}}}}}}}}\)는 닫힌 마이크로겔의 길이입니다. 그림 2a는 λzvs .1/ λr의 변화를 보여줍니다. 피브린 및 아가로스 마이크로겔의 경우 놀랍게도 2.4 ≤ 1/λr ≤ 4.2의 강한 압축 하에서 피브린 마이크로겔은 1.12 +/- 0.03 λz의 무시할 만한 신장률을 나타내며 이는 1/λr 값에 의해 약간만 영향을 받습니다. 제한된 아가로스 마이크로겔은 더 약한 압축 1/λr = 2.6에서 더 큰 신장 λz = 1.3까지 관찰됩니다.
다양한 탄성 계수(2.6kPa, 녹색 개방형 다이아몬드, 8.3kPa, 갈색 개방형 원형, 12.5kPa, 주황색 개방형 사각형, 20.2kPa, 마젠타색 개방형 역삼각형) 및 SM(단색 빨간색)을 사용한 아가로스 마이크로겔 실험 측정된 연신율 λz의 변화( 원), MM(검정색 사각형) 및 RM(파란색 삼각형).실선은 아가로스(녹색 선) 및 피브린 마이크로겔(동일한 색상의 선 및 기호)에 대해 이론적으로 예측된 λz를 보여줍니다.b, c 상단 패널: 이축 압축 전(왼쪽)과 후(오른쪽) 아가로스(b) 및 피브린(c)의 네트워크 체인의 개략도.하단: 변형 전후의 해당 네트워크 모양.x 및 y 압축 방향은 각각 자홍색 및 갈색 화살표로 표시됩니다.위 그림에서 x 및 y 방향으로 향하는 네트워크 체인은 해당하는 자홍색 및 갈색 선으로 표시되고 임의의 z 방향으로 향하는 체인은 녹색 선으로 표시됩니다.피브린 겔(c)에서는 x, y 방향의 보라색과 갈색 선이 변형되지 않은 상태보다 더 많이 휘어지고, z 방향의 녹색 선은 구부러지고 늘어납니다.압축 방향과 인장 방향 사이의 장력은 중간 방향의 나사산을 통해 전달됩니다.아가로스 겔에서는 모든 방향의 사슬이 삼투압을 결정하며 이는 겔 변형에 상당한 기여를 합니다.d 이축 포아송비의 예측된 변화, } }^{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), 아가로스(녹색 선) 및 피브린(빨간색 선) 겔의 등이축 압축용.삽입된 그림은 겔의 이축 변형을 보여줍니다.e 겔 강성 S로 표준화된 전위 압력 변화 ΔPtr은 아가로스 및 피브린 마이크로겔에 대한 압축 비율의 함수로 표시됩니다.기호 색상은 (a)의 색상에 해당합니다.녹색 선과 빨간색 선은 각각 아가로스 겔과 피브린 겔에 대한 ΔPtr/S와 1/λr 사이의 이론적 관계를 나타냅니다.빨간색 선의 점선 부분은 섬유 간 상호 작용으로 인해 강한 압축 하에서 ΔPtr의 증가를 보여줍니다.
이러한 차이는 각각 유연한 실과 견고한 실로 구성된 피브린 및 아가로스 마이크로겔 네트워크의 다양한 변형 메커니즘과 관련이 있습니다.유연한 겔의 이축 압축은 부피의 감소와 그에 따른 농도 및 삼투압의 증가를 가져오며, 이로 인해 겔이 무한한 방향으로 신장됩니다.겔의 최종 신장은 신장된 사슬의 엔트로피 자유 에너지 증가와 신장된 겔의 낮은 중합체 농도로 인한 삼투 자유 에너지 감소의 균형에 따라 달라집니다.강한 이축 압축 하에서 겔의 신장은 λz ≒ 0.6\({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\)만큼 증가합니다(그림 2a 참조). 토론 섹션 5.3.3).유연한 사슬의 구조적 변화와 이축 유지 전후의 해당 네트워크의 모양이 그림 1과 2에 나와 있습니다.2b.
대조적으로, 피브린과 같은 섬유질 젤은 본질적으로 이축 유지에 다르게 반응합니다.필라멘트는 주로 압축 굴곡 방향에 평행하게 배향되어(이에 따라 가교 사이의 거리가 감소함), 반면 압축 방향에 주로 수직인 필라멘트는 탄성력의 작용으로 곧게 펴지고 늘어나 겔이 늘어납니다. 그림 1).2c) 변형되지 않은 SM, MM 및 RM의 구조는 SEM 및 CFM 이미지를 분석하여 특성화되었습니다 (보충 토론 섹션 IV 및 보충 그림 9).변형되지 않은 피브린 마이크로겔에서 가닥의 탄성 계수(E), 직경(d), 프로파일 길이(R0), 끝 사이의 거리(L0 ≒ R0) 및 중심 각도(ψ0)를 결정함으로써(보충 표 2) – 4), 나사 굽힘 계수 \({k}_{{{{{\rm{b))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\)는 인장 탄성률\({k}_{{{{{{\rm{s}}} }보다 상당히 작습니다. }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), 따라서 kb/ks ≒ 0.1(보충 표 4)입니다.따라서 이축 겔 유지 조건에서 피브린 가닥은 쉽게 구부러지지만 늘어나는 데 저항합니다.이축 압축을 받은 필라멘트 네트워크의 신장은 보충 그림 17에 나와 있습니다.
우리는 섬유질 겔의 신장이 겔에 작용하는 탄성력의 국지적 평형으로부터 결정되고 강한 이축 변형률 λz에서 다음을 예측하는 이론적 아핀 모델(보충 토론 섹션 V 및 보충 그림 10-16)을 개발합니다. 제약 조건 하에 1개
방정식 (1)은 강한 압축(\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) 하에서도 약간의 겔 팽창과 그에 따른 신장 변형이 있음을 보여줍니다. 포화도 λz–1 = 0.15 ± 0.05.이 동작은 (i) \({\left({k}_{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm)와 관련이 있습니다. { s }}}}}}}\right)}^{1/2}\) ≥ 0.15−0.4 및 (ii) 대괄호 안의 항은 점근적으로 \(1{{\mbox{/}}} \sqrt에 가깝습니다. { 3 }\) 강력한 이축 결합의 경우 프리팩터 \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\right)}^{1/ 2 }\)는 나사산 E의 강성과는 아무런 관련이 없으며 나사산의 종횡비 d/L0와 호의 중심각에 의해서만 결정됩니다. SM, MM 및 RM과 유사한 ψ0(보충 표 4).
유연한 젤과 필라멘트 젤 사이의 자유 유도 변형률의 차이를 더욱 강조하기 위해 이축 포아송 비 \({\nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\to 1}\ frac{{\lambda } _{ {{{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}}, \)는 무제한을 설명합니다. 두 반경 방향의 동일한 변형에 반응하여 겔 변형의 방향을 결정하고 이를 크고 균일한 변형 \ rm{b }}}}}}}^{{{{\rm{eff}}}}}}}로 확장합니다. }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{({\rm{r)))))))))}\) .그림에.2d는 \({{{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}^{{{ {{\rm { eff)를 보여줍니다. }}}}}}}\) 유연한(예: 아가로스) 젤과 단단한(예: 피브린) 젤의 균일한 이축 압축을 위해(보충 설명, 섹션 5.3.4), 감금에 대한 반응의 강한 차이 사이의 관계를 강조합니다. 강한 제한이 있는 아가로스 겔의 경우 {\rm{eff}}}}}}}\)는 점근 값 2/3으로 증가하고, 피브린 겔의 경우 lnλz/lnλr → 0이므로 0으로 감소합니다. λr이 증가함에 따라 포화도가 증가합니다.실험에서 닫힌 구형 마이크로겔은 불균일하게 변형되고 중앙 부분은 더 강한 압축을 경험합니다.그러나 1/λr이라는 큰 값으로 외삽하면 실험을 균일하게 변형된 겔에 대한 이론과 비교할 수 있습니다.
유연한 사슬 젤과 필라멘트 젤의 거동의 또 다른 차이점은 수축 시 움직임으로 인해 발견되었습니다.겔 강성 S로 표준화된 전위 압력 ΔPtr은 압축이 증가함에 따라 증가했지만(그림 2e), 2.0 ≤ 1/λr ≤ 3.5에서 피브린 마이크로겔은 수축 중에 ΔPtr/S 값이 상당히 낮은 것으로 나타났습니다.아가로스 마이크로겔의 체류는 삼투압의 증가로 이어지며, 이는 중합체 분자가 신장됨에 따라 겔의 길이 방향으로 신장되고(그림 2b, 왼쪽) 전위 압력이 ΔPtr/S만큼 증가합니다. 1/λr)14/317.반대로, 폐쇄된 피브린 마이크로겔의 모양은 방사형 압축 및 세로 방향 장력의 스레드 에너지 균형에 의해 결정되며, 이는 최대 세로 방향 변형 λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ { \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).1/λr ≫ 1의 경우 전위 압력의 변화는 1 로 조정됩니다. {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (보충 토론, 섹션 5.4), 그림 2e의 빨간색 실선으로 표시됩니다.따라서 ΔPtr은 아가로스 겔보다 덜 제한적입니다.1/λr > 3.5인 압축의 경우 필라멘트의 부피 분율과 인접한 필라멘트의 상호 작용이 크게 증가하면 겔의 추가 변형이 제한되고 실험 결과가 예측과 편차가 발생합니다(그림 2e의 빨간색 점선).우리는 동일한 1/λr 및 Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}_{{{{\rm{fibrin}}} ))에 대해 다음과 같이 결론을 내립니다. } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr))))))}}}_{{{{\rm{agarose}} }} } } } }}\) 아가로스 겔은 마이크로채널에 포획되고, 동일한 강성을 갖는 피브린 겔은 이를 통과하게 됩니다.ΔP < Δ\({P}_{{{{{\rm{tr)))))))))_{{{{{\rm{fibrin)))))))))}\ ), 두 개의 두 젤 모두 채널을 차단하지만 피브린 젤은 더 깊게 밀고 더 효과적으로 압축하여 체액 흐름을 더 효과적으로 차단합니다.그림 2에 표시된 결과는 섬유질 젤이 출혈을 줄이거나 종양으로의 혈액 공급을 억제하는 효과적인 플러그 역할을 할 수 있음을 보여줍니다.
반면, 피브린은 일부 유형의 허혈성 뇌졸중과 같이 혈전이 ΔP < ΔPtr에서 혈관을 막는 병리학적 상태인 혈전색전증을 유발하는 혈전 지지체를 형성합니다(그림 3a).피브린 마이크로겔의 약한 제한에 의한 신장은 C 및 C 피브리노겐이 각각 제한되고 변형되지 않은 유연한 사슬 겔에 비해 C/C 피브리노겐의 피브린 농도가 더 크게 증가하는 결과를 가져왔습니다.젤의 폴리머 농도.그림 3b는 SM, MM 및 RM의 피브리노겐 C/C가 제한 및 탈수에 의해 1/λr ≒ 4.0에서 7배 이상 증가했음을 보여줍니다(보충 그림 16).
뇌의 중대뇌동맥 폐색에 대한 개략도.b 폐쇄성 SM(빨간색 원), MM(검은색 사각형) 및 RM(파란색 삼각형)에서 피브린 농도의 제한 매개 상대적 증가.c 제한된 피브린 겔의 절단을 연구하는 데 사용되는 실험 설계.TBS에 있는 형광 표지된 tPA 용액을 주 마이크로채널의 장축에 수직으로 위치한 채널에 대해 5.6 x 107 μm3/s의 유속과 0.7 Pa의 추가 압력 강하로 주입했습니다.d Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa 및 분할 중 방해성 MM(D0 = 200 µm)의 풀링된 다중 채널 현미경 이미지.수직 점선은 tlys = 0에서 MM의 후방 및 전방 가장자리의 초기 위치를 보여줍니다. 녹색과 분홍색은 각각 AlexaFluor633으로 라벨이 붙은 FITC-dextran(70kDa) 및 tPA에 해당합니다.e Xf = 28 ± 1인 원추형 마이크로채널에서 각각 D0가 174μm(파란색 열린 역삼각형), 199μm(파란색 열린 삼각형) 및 218μm(파란색 열린 삼각형)인 폐색된 RM의 시간에 따라 변하는 상대 부피 μm.섹션의 ΔP는 각각 1200, 1800 및 3000 Pa이고 Q = 1860 ± 70 µm3/s입니다.삽입된 그림은 마이크로채널을 연결하는 RM(D0 = 218 μm)을 보여줍니다.f 마이크로채널의 원추형 영역에서 ΔP 400, 750 및 1800 Pa 및 ΔP 12300 Pa 및 Q 12300에서 Xf = 32 ± 12 μm에 배치된 SM, MM 또는 RM의 상대 부피의 시간 변화, 각각 2400 및 1860 μm3 /에스.Xf는 마이크로겔의 전면 위치를 나타내며 수축 시작점으로부터의 거리를 결정합니다.V(tlys) 및 V0는 각각 용해된 마이크로겔의 임시 부피와 교란되지 않은 마이크로겔의 부피입니다.문자 색상은 b의 색상에 해당합니다.e, f의 검은색 화살표는 마이크로겔이 마이크로채널을 통과하기 전의 마지막 순간에 해당합니다.d, e의 눈금 막대는 100μm입니다.
폐쇄성 피브린 겔 전체의 체액 흐름 감소에 대한 제한 효과를 조사하기 위해 혈전 용해제 조직 플라스미노겐 활성제(tPA)가 침투된 SM, MM 및 RM의 용해를 연구했습니다.그림 3c는 용해 실험에 사용된 실험 설계를 보여줍니다. 0.1 mg/mL의 (플루오레세인 이소티오시아네이트) FITC-Dextran과 혼합된 트리스 완충 식염수(TBS)의 ΔP = 700 Pa(<ΔPtr) 및 유량 Q = 2400 μm3/s에서 마이크로겔은 테이퍼형 마이크로채널을 막았습니다. 지역. 0.1 mg/mL의 (플루오레세인 이소티오시아네이트) FITC-Dextran과 혼합된 트리스 완충 식염수(TBS)의 ΔP = 700 Pa(<ΔPtr) 및 유량 Q = 2400 μm3/s에서 마이크로겔은 테이퍼형 마이크로채널을 막았습니다. 지역. При ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), смешанного с 0,1 мг/мл (флуор есцеинизотиоцианата) FITC-Dекстрана, микрогель перекрывал сужавийся микроканал. 0.1 mg/mL(플루오레세인 이소티오시아네이트) FITC-dextran과 혼합된 Tris 완충 식염수(TBS)의 ΔP = 700 Pa(<ΔPtr) 및 유량 Q = 2400 μm3/s에서 마이크로겔은 수렴하는 마이크로채널을 막았습니다.지역.에서ΔP = 700 Pa(<ΔPtr) 화류Q = 2400 μm3/s 의 Tris 缓冲盐水(TBS) 与0.1 mg/mL 의 （异硫氰酸荧光素）FITC-葡聚糖混时，微凝胶堵塞了锥형은 일반적인 도로 지역입니다.ΔP = 700 Pa(<ΔPtr) 및 전류 Q = 2400 μm3/s에서 통통한 지형이 형성됩니다. 마이크로젤리 закупориваутся при смешивании 트리스-부페르노고 스콜레보고 라스트보라(TBS) с 0,1 mg/ml(флуоресцеинизотиоцианат) FITC-덱스 рана при ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические области микроканалов. Tris 완충 식염수(TBS)를 ΔP = 700 Pa(<ΔPtr) 및 유속 Q = 2400 µm3/s에서 0.1mg/mL(플루오레세인 이소티오시아네이트) FITC-dextran과 혼합했을 때 막힌 마이크로겔 마이크로채널의 원뿔형 영역.마이크로겔의 앞쪽 위치 Xf는 초기 수축점 X0으로부터의 거리를 결정합니다.용해를 유도하기 위해, TBS에 있는 형광 표지된 tPA 용액을 주 마이크로채널의 장축에 직각으로 위치한 채널로부터 주입했습니다.
tPA 용액이 교합면 MM에 도달하면 마이크로겔의 뒤쪽 가장자리가 흐려져 tlys = 0 시간에 피브린 절단이 시작되었음을 나타냅니다(그림 3d 및 보충 그림 18).섬유소분해 동안 염료로 표지된 tPA는 MM 내부에 축적되어 섬유소 가닥에 결합하여 마이크로겔의 핑크색 강도가 점진적으로 증가합니다.tlys = 60분에서 MM은 후면 부분의 용해로 인해 수축하고 앞쪽 가장자리 Xf의 위치는 거의 변하지 않습니다.160분 후에 강하게 수축된 MM은 계속 수축했고, tlys = 161분에서 수축이 일어나 마이크로채널을 통한 유체 흐름이 복원되었습니다(그림 3d 및 보충 그림 18, 오른쪽 열).
그림에.도 3e는 다양한 크기의 피브린 마이크로겔의 초기 부피 V0로 정규화된 부피 V(tlys)의 용해 매개 시간 의존적 감소를 보여줍니다.D0 174, 199 또는 218 µm의 CO를 각각 ΔP 1200, 1800 또는 3000 Pa 및 Q = 1860 ± 70 µm3/s인 마이크로채널에 배치하여 마이크로채널을 차단했습니다(그림 3e, 삽입).영양물 섭취.마이크로겔은 채널을 통과할 수 있을 만큼 작아질 때까지 점차적으로 수축됩니다.초기 직경이 클수록 CO의 임계 부피가 감소하면 용해 시간이 길어집니다.서로 다른 크기의 RM을 통한 유사한 흐름으로 인해 절단이 동일한 속도로 발생하여 더 큰 RM의 더 작은 부분이 소화되고 전좌가 지연됩니다.그림에.그림 3f는 D0 = 197 ± 3 µm에서 SM, MM 및 RM에 대한 분할로 인한 V(tlys)/V0의 상대적 감소를 tlys의 함수로 표시한 것입니다.SM, MM 및 RM의 경우 각 마이크로겔을 각각 ΔP 400, 750 또는 1800 Pa 및 Q 12300, 2400 또는 1860 μm3/s의 마이크로채널에 배치합니다.SM에 가해진 압력은 RM보다 4.5배 낮았지만 SM의 높은 투과성으로 인해 SM을 통과하는 흐름은 6배 이상 강했고 마이크로겔의 수축은 SM에서 MM 및 RM으로 감소했습니다. .예를 들어, tlys = 78분에서 SM은 대부분 용해되어 대체되는 반면, MM과 PM은 원래 부피의 16%와 20%만 유지함에도 불구하고 계속해서 마이크로채널을 막았습니다.이러한 결과는 수축된 섬유질 겔의 대류 매개 용해의 중요성을 시사하고 낮은 피브린 함량을 가진 혈전의 더 빠른 소화에 대한 보고와 상관 관계가 있습니다.
따라서 우리의 연구는 필라멘트 젤이 이축 감금에 반응하는 메커니즘을 실험적으로 이론적으로 보여줍니다.제한된 공간에서 섬유 겔의 거동은 필라멘트 변형 에너지의 강한 비대칭성(압축 시 부드럽고 인장 시 강함)에 의해 결정되며 필라멘트의 종횡비와 곡률에 의해서만 결정됩니다.이 반응으로 인해 좁은 모세관에 포함된 섬유질 겔의 신장이 최소화되고, 이축 포아송 비는 압축이 증가하고 가벼운 비트 압력이 낮아짐에 따라 감소합니다.
연성 변형 입자의 이축 봉쇄가 광범위한 기술에 사용되기 때문에 우리의 결과는 새로운 섬유 재료의 개발을 촉진합니다.특히, 좁은 모세관이나 관에 있는 사상형 겔의 이축 유지로 인해 압축이 강해지고 투과성이 급격히 감소합니다.폐쇄성 섬유질 젤을 통한 체액 흐름의 강력한 억제는 출혈을 예방하거나 악성 종양에 대한 혈액 공급을 줄이기 위해 플러그로 사용할 때 이점이 있습니다33,34,35.반면, 교합 피브린 겔을 통한 체액 흐름의 감소로 인해 대류 매개 혈전 용해가 억제되면 교합 혈전이 천천히 용해된다는 징후가 나타납니다[27, 36, 37].우리의 모델링 시스템은 이축 유지에 대한 섬유질 생체고분자 하이드로겔의 기계적 반응의 의미를 이해하기 위한 첫 번째 단계입니다.폐쇄성 피브린 겔에 혈액 세포나 혈소판을 통합하는 것은 제한 행동에 영향을 미치며 38 더 복잡하고 생물학적으로 중요한 시스템의 행동을 밝히는 다음 단계가 될 것입니다.
피브린 마이크로겔을 준비하고 MF 장치를 제작하는 데 사용되는 시약은 보충 정보(보충 방법 섹션 2 및 4)에 설명되어 있습니다.피브리노겐, 트리스 완충액 및 트롬빈의 혼합 용액을 유동 집속 MF 장치에서 유화시킨 후 액적 겔화시켜 피브린 마이크로겔을 제조하였다.소 피브리노겐 용액(TBS 중 60mg/ml), 트리스 완충액 및 소 트롬빈 용액(10mM CaCl2 용액 중 5U/ml)을 2개의 독립적으로 제어되는 주사기 펌프(PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 주사기 펌프)를 사용하여 투여했습니다.MF(미국)를 차단합니다.1 중량% 블록 공중합체 PFPE-P(EO-PO)-PFPE를 함유하는 F-오일 연속상을 세 번째 주사기 펌프를 사용하여 MF 장치에 도입했습니다.MF 장치에서 형성된 액적을 F-오일이 들어 있는 15ml 원심분리 튜브에 수집합니다.튜브를 37°C의 수조에 1시간 동안 놓아 피브린 겔화를 완료합니다.FITC 표지된 피브린 마이크로겔은 소 피브리노겐과 FITC 표지된 인간 피브리노겐을 각각 33:1 중량비로 혼합하여 제조되었습니다.절차는 피브린 마이크로겔의 제조와 동일합니다.
분산액을 185g에서 2분 동안 원심분리하여 오일 F에서 TBS로 마이크로겔을 옮깁니다.침전된 마이크로겔을 20 중량% 퍼플루오로옥틸 알코올과 혼합된 오일 F에 분산시킨 다음, 0.5 중량% Span 80, 헥산, 물 및 TBS에 용해된 0.1 중량% 트리톤 X를 함유하는 헥산에 분산시켰습니다.마지막으로, 마이크로겔을 0.01 중량% Tween 20을 함유한 TBS에 분산시키고 실험 전 약 1-2주 동안 4°C에서 보관했습니다.
MF 장치의 제작은 보충 정보(보충 방법 섹션 5)에 설명되어 있습니다.일반적인 실험에서 ΔP의 양수 값은 직경이 150 < D0 < 270 μm인 마이크로겔을 마이크로채널에 도입하기 위한 MF 장치 전후에 연결된 저장소의 상대적 높이에 의해 결정됩니다.마이크로겔의 방해받지 않는 크기는 매크로채널에서 시각화하여 결정되었습니다.마이크로겔은 수축 입구의 원뿔형 영역에 멈춥니다.전방 마이크로겔의 끝이 2분 동안 변하지 않으면 MATLAB 프로그램을 사용하여 x축을 따라 마이크로겔의 위치를 결정합니다.ΔP가 단계적으로 증가하면 마이크로겔은 수축에 들어갈 때까지 쐐기 모양 영역을 따라 이동합니다.마이크로겔이 완전히 삽입되고 압축되면 ΔP는 급격히 0으로 떨어지며 저장소 사이의 수위 균형을 맞추고 닫힌 마이크로겔은 압축 상태에서 정지 상태를 유지합니다.폐쇄성 마이크로겔의 길이는 수축이 멈춘 후 30분에 측정되었습니다.
섬유소 용해 실험 중에 t-PA 및 FITC 표지 덱스트란 용액이 차단된 마이크로겔에 침투합니다.각 액체의 흐름은 단일 채널 형광 이미징을 사용하여 모니터링되었습니다.피브린 섬유에 부착되고 압축된 피브린 마이크로겔 내부에 축적된 AlexaFluor 633으로 표지된 TAP(보조 그림 18의 TRITC 채널).FITC로 라벨이 붙은 덱스트란 용액은 마이크로겔에 축적되지 않고 이동합니다.
이 연구 결과를 뒷받침하는 데이터는 요청 시 각 저자에게 제공됩니다.피브린 겔의 원시 SEM 이미지, 접종 전후의 피브린 겔의 원시 TEM 이미지, 그림 1과 2, 2와 3의 주요 입력 데이터가 원시 데이터 파일에 제공됩니다.이 글은 원본 데이터를 제공합니다.
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게시 시간: 2023년 2월 23일