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A limitação dos hidrogéis fibrosos a capilares estreitos é de grande importância em sistemas biológicos e biomédicos.A tensão e a compressão uniaxial de hidrogéis fibrosos têm sido extensivamente estudadas, mas a sua resposta à retenção biaxial nos capilares permanece inexplorada.Aqui, demonstramos experimental e teoricamente que os géis filamentosos respondem qualitativamente de maneira diferente à restrição dos géis de cadeia flexível devido à assimetria nas propriedades mecânicas dos filamentos constituintes, que são macios na compressão e rígidos na tensão.Sob forte retenção, o gel fibroso apresenta pouco alongamento e uma diminuição assintótica na razão de Poisson biaxial para zero, resultando em forte compactação do gel e fraca permeação de líquido através do gel.Estes resultados indicam a resistência dos trombos oclusivos esticados à lise por agentes terapêuticos e estimulam o desenvolvimento de embolização endovascular eficaz a partir de géis fibrosos para parar o sangramento vascular ou inibir o fornecimento de sangue aos tumores.
As redes fibrosas são os blocos de construção estruturais e funcionais básicos dos tecidos e células vivas.A actina é um componente importante do citoesqueleto1;a fibrina é um elemento chave na cicatrização de feridas e na formação de trombos2, e o colágeno, a elastina e a fibronectina são componentes da matriz extracelular no reino animal3.Redes recuperadas de biopolímeros fibrosos tornaram-se materiais com amplas aplicações na engenharia de tecidos4.
As redes filamentosas representam uma classe separada de matéria biológica mole com propriedades mecânicas diferentes das redes moleculares flexíveis5.Algumas destas propriedades evoluíram no decurso da evolução para controlar a resposta da matéria biológica à deformação6.Por exemplo, as redes fibrosas apresentam elasticidade linear em pequenas deformações7,8 enquanto em grandes deformações apresentam maior rigidez9,10, mantendo assim a integridade do tecido.As implicações para outras propriedades mecânicas dos géis fibrosos, como a tensão normal negativa em resposta à deformação por cisalhamento, ainda não foram descobertas.
As propriedades mecânicas dos hidrogéis fibrosos semiflexíveis foram estudadas sob tensão uniaxial13,14 e compressão8,15, mas sua compressão biaxial induzida pela liberdade em capilares ou tubos estreitos não foi estudada.Aqui relatamos resultados experimentais e propomos teoricamente um mecanismo para o comportamento de hidrogéis fibrosos sob retenção biaxial em canais microfluídicos.
Microgéis de fibrina com várias proporções de concentrações de fibrinogênio e trombina e um diâmetro D0 variando de 150 a 220 µm foram gerados usando uma abordagem microfluídica (Figura 1 suplementar).Na fig.1a mostra imagens de microgéis marcados com fluorocromo obtidos usando microscopia confocal de fluorescência (CFM).Os microgéis são esféricos, têm uma polidispersidade inferior a 5% e são uniformes em estrutura nas escalas examinadas pelo CFM (Informações Suplementares e Filmes S1 e S2).O tamanho médio dos poros dos microgéis (determinado pela medição da permeabilidade Darcy16) diminuiu de 2.280 para 60 nm, o conteúdo de fibrina aumentou de 5,25 para 37,9 mg/mL e a concentração de trombina diminuiu de 2,56 para 0,27 unidades/mL, respectivamente.(Informações adicionais).Arroz.2), 3 e tabela suplementar 1).A rigidez correspondente do microgel aumenta de 0,85 para 3,6 kPa (Figura 4 suplementar).Como exemplos de géis formados a partir de cadeias flexíveis, são utilizados microgéis de agarose de diversas rigidezes.
Imagem de microscopia de fluorescência de PM marcado com isotiocianato de fluoresceína (FITC) suspenso em TBS.A escala da barra é 500 µm.b Imagens SEM de SM (parte superior) e RM (parte inferior).Barra de escala 500 nm.c Diagrama esquemático de um canal microfluídico que consiste em um canal grande (diâmetro dl) e uma região estreita em forma de cone com um ângulo de entrada α de 15° e um diâmetro de dc = 65 µm.d Da esquerda para a direita: imagens de microscópio óptico de RM (diâmetro D0) em grandes canais, zona cônica e constrição (comprimento limite do gel Dz).A escala da barra é 100 µm.e, f Imagens TEM de um RM indeformado (e) e um RM ocluído (f), fixadas por uma hora com constrição 1/λr = 2,7, seguida de liberação e fixação de 5% da massa.glutaraldeído em TBS.O diâmetro do CO não deformado é de 176 μm.A barra de escala é 100 nm.
Nós nos concentramos em microgéis de fibrina com dureza de 0,85, 1,87 e 3,6 kPa (doravante denominados microgéis moles (SM), microgéis médios duros (MM) e microgéis duros (RM), respectivamente).Esta faixa de rigidez do gel de fibrina é da mesma ordem de grandeza que a dos coágulos sanguíneos e, portanto, os géis de fibrina estudados em nosso trabalho estão diretamente relacionados a sistemas biológicos reais.Na fig.1b mostra as imagens superior e inferior das estruturas SM e RM obtidas utilizando um microscópio eletrônico de varredura (MEV), respectivamente.Em comparação com as estruturas RM, as redes SM são formadas por fibras mais espessas e menos pontos de ramificação, consistente com relatórios anteriores 20, 21 (Figura 5 suplementar).A diferença na estrutura do hidrogel correlaciona-se com a tendência de suas propriedades: a permeabilidade do gel diminui com a diminuição do tamanho dos poros de SM para MM e RM (Tabela Suplementar 1), e a rigidez do gel se inverte.Não foram observadas alterações na estrutura do microgel após armazenamento a 4 ° C durante 30 dias (Figura 6 suplementar).
Na fig.1c mostra um diagrama de um canal microfluídico com seção transversal circular contendo (da esquerda para a direita): um grande canal com diâmetro dl no qual o microgel permanece indeformado, uma seção em forma de cone com estreitamento de diâmetro dc < D0, cone seções em forma de e grandes canais com diâmetro dl (Fig. Complementar 7).Em um experimento típico, microgéis foram injetados em canais microfluídicos a uma queda de pressão positiva ΔP de 0,2–16 kPa (Figura 8 suplementar).Essa faixa de pressão corresponde à pressão arterial biologicamente significativa (120 mm Hg = 16 kPa)22.Na fig.1d (da esquerda para a direita) mostra imagens representativas de RM em grandes canais, áreas cônicas e constrições.O movimento e a forma do microgel foram registrados e analisados utilizando o programa MATLAB.É importante notar que nas regiões afiladas e constrições, os microgéis estão em contato conforme com as paredes dos microcanais (Figura 8 suplementar).O grau de retenção radial do microgel no estreitamento D0/dc = 1/λr está na faixa de 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, onde 1/λr é a taxa de compressão.O microgel sofre retração quando ΔP > ΔPtr, onde ΔPtr é a diferença de pressão de translocação.O comprimento e o tamanho dos poros dos microgéis com restrição biaxial são determinados pelo seu estado de equilíbrio, uma vez que é muito importante levar em conta a viscoelasticidade dos géis em sistemas biológicos.O tempo de equilíbrio para microgéis de agarose e fibrina foi de 10 min e 30 min, respectivamente.Após esses intervalos de tempo, os microgéis limitados atingiram sua posição e forma estáveis, que foram capturadas em câmera de alta velocidade e analisadas em MATLAB.
Na fig.1e, 1f mostram imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) de estruturas RM indeformadas e limitadas biaxialmente.Após a compressão do RM, o tamanho dos poros do microgel diminuiu significativamente e seu formato tornou-se anisotrópico, com tamanhos menores na direção da compressão, o que é consistente com um relato anterior 23 .
A compressão biaxial durante a contração faz com que o microgel se alongue em uma direção ilimitada com um coeficiente λz = \({D}_{{{{{{{\rm{z}}}}}}}/\({D }_ { 0}\), onde \({D}_{{{{({\rm{z}}}}}}}}\) é o comprimento do microgel fechado. A Figura 2a mostra a mudança em λzvs .1/ λr para microgéis de fibrina e agarose. Surpreendentemente, sob forte compressão de 2,4 ≤ 1/λr ≤ 4,2, os microgéis de fibrina mostram um alongamento insignificante de 1,12 +/- 0,03 λz, que é apenas ligeiramente afetado pelo valor de 1/λr. o comportamento de microgéis de agarose limitados, que são observados mesmo em compressão mais fraca 1/λr = 2,6 até um alongamento maior λz = 1,3.
a Experimentos de microgel de agarose com diferentes módulos elásticos (2,6 kPa, diamante aberto verde; 8,3 kPa, círculo aberto marrom; 12,5 kPa, quadrado aberto laranja; 20,2 kPa, triângulo invertido aberto magenta) e SM (vermelho sólido) Mudança no alongamento medido λz ( círculos), MM (quadrados pretos sólidos) e RM (triângulos azuis sólidos).As linhas sólidas mostram o λz teoricamente previsto para agarose (linha verde) e microgéis de fibrina (linhas e símbolos da mesma cor).b, c Painel superior: diagrama esquemático de cadeias de rede de agarose (b) e fibrina (c) antes (esquerda) e depois (direita) da compressão biaxial.Parte inferior: Forma da rede correspondente antes e depois da deformação.As direções de compressão xey são indicadas pelas setas magenta e marrom, respectivamente.Na figura acima, cadeias de redes orientadas nessas direções xey são mostradas com as linhas magenta e marrons correspondentes, e cadeias orientadas em uma direção z arbitrária são representadas por linhas verdes.No gel de fibrina (c), as linhas roxas e marrons nas direções x e y dobram-se mais do que no estado não deformado, e as linhas verdes na direção z dobram-se e esticam-se.A tensão entre as direções de compressão e tensão é transmitida através de fios com direções intermediárias.Nos géis de agarose, as cadeias em todas as direções determinam a pressão osmótica, o que contribui significativamente para a deformação do gel.d Mudança prevista no índice de Poisson biaxial, } }^{{{{{\rm{eff}}}}}}} =-{{{{{\rm{ln}}}}}}{\lambda }_{ z}/{{{{{ {{ \rm{ln}}}}}}{\lambda }_{r}\ ), para compressão equibiaxial de géis de agarose (linha verde) e fibrina (linha vermelha).A inserção mostra a deformação biaxial do gel.A alteração da pressão de translocação ΔPtr, normalizada para a rigidez do gel S, é plotada em função da taxa de compressão para microgéis de agarose e fibrina.As cores dos símbolos correspondem às cores em (a).As linhas verdes e vermelhas representam a relação teórica entre ΔPtr/S e 1/λr para géis de agarose e fibrina, respectivamente.A parte tracejada da linha vermelha mostra o aumento do ΔPtr sob forte compressão devido às interações interfibras.
Essa diferença está associada a diferentes mecanismos de deformação das redes de microgel de fibrina e agarose, que consistem em fios flexíveis24 e rígidos25, respectivamente.A compressão biaxial de géis flexíveis leva a uma diminuição do seu volume e a um aumento associado na concentração e pressão osmótica, o que leva ao alongamento do gel em uma direção ilimitada.O alongamento final do gel depende do equilíbrio entre o aumento da energia livre entrópica das cadeias esticadas e a diminuição da energia livre de osmose devido à menor concentração de polímero no gel estirado.Sob forte compressão biaxial, o alongamento do gel aumenta com λz ≈ 0,6 \({{\lambda}_{{{\rm{r}}}}^{-2/3}}\) (ver Fig. 2a em seção de discussão 5.3.3).As mudanças conformacionais nas cadeias flexíveis e a forma das redes correspondentes antes e depois da retenção biaxial são mostradas nas Figs.2b.
Em contraste, os géis fibrosos, como a fibrina, respondem inerentemente de maneira diferente à retenção biaxial.Os filamentos orientados predominantemente paralelos à direção da compressão flexionam (reduzindo assim a distância entre as ligações cruzadas), enquanto os filamentos predominantemente perpendiculares à direção da compressão endireitam-se e esticam sob a ação da força elástica, fazendo com que o gel se alongue ( Figura 1).2c) As estruturas do SM, MM e RM indeformados foram caracterizadas pela análise de suas imagens SEM e CFM (Seção de Discussão Suplementar IV e Figura Suplementar 9).Ao determinar o módulo de elasticidade (E), diâmetro (d), comprimento do perfil (R0), distância entre extremidades (L0 ≈ R0) e ângulo central (ψ0) dos fios em microgéis de fibrina indeformados (Tabela Suplementar 2) – 4), encontramos esse módulo de flexão do fio \({k}_{{{{{{\rm{b)))))))))}=\frac{9\pi E{d}^{4} } {4 {\psi } _{0}^{2}{L}_{0}}\) é significativamente menor que seu módulo de tração\({k}_{{{{{{{\rm{s}}} } }} }}=E\frac{\pi {d}^{2}{R}_{0}}{4}\), então kb/ks ≈ 0,1 (Tabela Suplementar 4).Assim, sob condições de retenção biaxial do gel, os fios de fibrina são facilmente dobrados, mas resistem ao estiramento.O alongamento de uma rede filamentosa submetida à compressão biaxial é mostrado na Figura 17 Complementar.
Desenvolvemos um modelo afim teórico (Seção de Discussão Suplementar V e Figuras Suplementares 10–16) no qual o alongamento de um gel fibroso é determinado a partir do equilíbrio local das forças elásticas que atuam no gel e prevê que em uma forte deformação biaxial λz - 1 sob a restrição
A equação (1) mostra que mesmo sob forte compressão (\({\lambda }_{{{\mbox{r))))\,\to \,0\)) há uma ligeira expansão do gel e subsequente deformação de alongamento após saturação λz–1 = 0,15 ± 0,05.Este comportamento está relacionado a (i) \({\left({k}_{{{{({\rm{b}}}}}}}}}/{k}_{{{{{{\rm { s }}}}}}}\right)}^{1/2}\) ≈ 0,15−0,4 e (ii) o termo entre colchetes se aproxima assintoticamente de \(1{{\mbox{/}}} \sqrt { 3 }\) para ligações biaxiais fortes. É importante notar que o pré-fator \({\left({k}_{({\mbox{b))))/{k}_{({\mbox{ s))))\right)}^{1/ 2 }\) não tem nada a ver com a rigidez da rosca E, mas é determinado apenas pela proporção da rosca d/L0 e pelo ângulo central do arco ψ0, que é semelhante a SM, MM e RM (Tabela Suplementar 4).
Para destacar ainda mais a diferença na deformação induzida pela liberdade entre géis flexíveis e filamentosos, introduzimos a razão de Poisson biaxial \({\nu }_{{{({\rm{b)))))) }{{\ mbox { =}}}\,\mathop{{\lim}}\limits_{{\lambda}_{{{{({\rm{r}}}}}}}\to 1}\ frac{{\ lambda } _{ {{{\rm{z}}}}}}-1}{1-{\lambda }_{{({\rm{r}}}}}}}}}, \) descreve um ilimitado orientação da deformação do gel em resposta à deformação igual em duas direções radiais, e estende isso para grandes deformações uniformes \ rm{b }}}}}}}}^{{{{{\rm{eff}}}}}}} }}=-{{{{{\rm{ln}}}}}}} }{ \lambda } _{z} /{{{({\rm{ln)))))))}{\lambda }_{{{({\rm{r)))))))))}\) .Na fig.2d mostra \({{{{{{\rm{\nu }}}}}}}_{{{({\rm{b}}}}}}}}^{{{ {{\rm { eff }}}}}}}\) para compressão biaxial uniforme de géis flexíveis (como agarose) e rígidos (como fibrina) (discussão complementar, Seção 5.3.4) e destaca a relação entre fortes diferenças nas respostas ao confinamento. Para géis de agarose sob fortes restrições {\rm{eff}}}}}}}}\) aumenta para o valor assintótico 2/3, e para géis de fibrina diminui para zero, uma vez que lnλz/lnλr → 0, uma vez que λz aumenta com saturação à medida que λr aumenta.Observe que em experimentos, os microgéis esféricos fechados se deformam de maneira não homogênea e sua parte central sofre uma compressão mais forte;entretanto, a extrapolação para um valor grande de 1/λr torna possível comparar o experimento com a teoria para géis uniformemente deformados.
Outra diferença no comportamento dos géis de cadeia flexível e dos géis filamentosos foi encontrada devido ao seu movimento durante a contração.A pressão de translocação ΔPtr, normalizada para rigidez do gel S, aumentou com o aumento da compressão (Fig. 2e), mas em 2,0 ≤ 1/λr ≤ 3,5, os microgéis de fibrina apresentaram valores significativamente mais baixos de ΔPtr/S durante o encolhimento.A retenção do microgel de agarose leva a um aumento na pressão osmótica, o que leva ao estiramento do gel na direção longitudinal à medida que as moléculas do polímero são esticadas (Fig. 2b, à esquerda) e a um aumento na pressão de translocação em ΔPtr/S ~( 1/λr)14/317.Pelo contrário, a forma dos microgéis fechados de fibrina é determinada pelo balanço de energia dos fios de compressão radial e tensão longitudinal, o que leva à deformação longitudinal máxima λz ~\(\sqrt{{k}_{{{ {{ { \rm{ b)))))))} /{k}_{{{{{{{\rm{s}}}}}}}}}\).Para 1/λr ≫ 1, a mudança na pressão de translocação é dimensionada como 1 }{{{({\rm{ln))))))\left({{\lambda }}_{{{{{{\rm {r} }}}}}}}^{{-} 1} \right)\) (Discussão Complementar, Seção 5.4), conforme mostrado pela linha vermelha sólida na Fig.Assim, ΔPtr é menos restrito do que em géis de agarose.Para compressões com 1 / λr> 3, 5, um aumento significativo na fração volumétrica dos filamentos e na interação dos filamentos vizinhos limita a deformação adicional do gel e leva a desvios dos resultados experimentais das previsões (linha pontilhada vermelha na Fig. 2e).Concluímos que para o mesmo 1/λr e Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr}}}}}}}}_{{{{\rm{fibrina}}} )) } }}}\) < ΔP < Δ\({P}_{{{{{{{\rm{tr))))))}}}_{{{{\rm{agarose}} }} } } } }}\) o gel de agarose será capturado pelo microcanal, e o gel de fibrina com a mesma rigidez passará por ele.Para ΔP < Δ\({P}_{{{{{{\rm{tr)))))))))_{{{{{\rm{fibrina))))))))))}\ ), Dois Ambos os géis bloquearão o canal, mas o gel de fibrina irá empurrar mais profundamente e comprimir de forma mais eficaz, bloqueando o fluxo de fluido de forma mais eficaz.Os resultados apresentados na Figura 2 demonstram que o gel fibroso pode servir como um tampão eficaz para reduzir o sangramento ou inibir o fornecimento de sangue aos tumores.
Por outro lado, a fibrina forma uma estrutura de coágulo que leva ao tromboembolismo, uma condição patológica na qual um trombo oclui um vaso em ΔP < ΔPtr, como em alguns tipos de acidente vascular cerebral isquêmico (Fig. 3a).O alongamento mais fraco induzido pela restrição dos microgéis de fibrina resultou em um aumento mais forte na concentração de fibrina do fibrinogênio C / C em comparação com os géis de cadeia flexível, onde o fibrinogênio C e C são microgéis restritos e indeformados, respectivamente.Concentração de polímero no gel.A Figura 3b mostra que o fibrinogênio C/C em SM, MM e RM aumentou mais de sete vezes em 1/λr ≈ 4,0, impulsionado por restrição e desidratação (Figura 16 suplementar).
Ilustração esquemática da oclusão da artéria cerebral média no cérebro.b Aumento relativo mediado por restrição na concentração de fibrina em SM obstrutiva (círculos vermelhos sólidos), MM (quadrados pretos sólidos) e RM (triângulos azuis sólidos).c Desenho experimental utilizado para estudar a clivagem de géis de fibrina restritos.Uma solução de tPA marcado fluorescentemente em TBS foi injetada a uma vazão de 5,6 × 107 µm3/s e uma queda de pressão adicional de 0,7 Pa para canais localizados perpendicularmente ao longo eixo do microcanal principal.d Imagem microscópica multicanal agrupada de MM obstrutivo (D0 = 200 µm) em Xf = 28 µm, ΔP = 700 Pa e durante a divisão.As linhas pontilhadas verticais mostram as posições iniciais das bordas posterior e anterior do MM em tlys = 0. As cores verde e rosa correspondem a FITC-dextrano (70 kDa) e tPA marcado com AlexaFluor633, respectivamente.e Volume relativo variável no tempo de RMs ocluídos com D0 de 174 µm (triângulo invertido aberto azul), 199 µm (triângulo aberto azul) e 218 µm (triângulo aberto azul), respectivamente, em um microcanal cônico com Xf = 28 ± 1 µm.as seções têm ΔP 1200, 1800 e 3000 Pa, respectivamente, e Q = 1860 ± 70 µm3/s.A inserção mostra RM (D0 = 218 μm) conectando o microcanal.f Variação temporal do volume relativo de SM, MM ou RM colocado em Xf = 32 ± 12 µm, em ΔP 400, 750 e 1800 Pa e ΔP 12300 Pa e Q 12300 na região cônica do microcanal, respectivamente 2400 e 1860 µm3 /s.Xf representa a posição frontal do microgel e determina a sua distância desde o início da contração.V(tlys) e V0 são o volume temporário do microgel lisado e o volume do microgel não perturbado, respectivamente.As cores dos caracteres correspondem às cores em b.As setas pretas em e, f correspondem ao último momento antes da passagem dos microgéis através do microcanal.A barra de escala em d, e é 100 µm.
Para investigar o efeito da restrição na redução do fluxo de fluidos através de géis de fibrina obstrutivos, estudamos a lise de SM, MM e RM infiltrados com o agente trombolítico ativador do plasminogênio tecidual (tPA).A Figura 3c mostra o desenho experimental utilizado para os experimentos de lise. Em ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) e uma vazão, Q = 2.400 μm3/s, de solução salina tamponada com Tris (TBS) misturada com 0,1 mg/mL de (isotiocianato de fluoresceína) FITC-Dextran, o microgel obstruiu o microcanal cônico região. Em ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) e uma vazão, Q = 2.400 μm3/s, de solução salina tamponada com Tris (TBS) misturada com 0,1 mg/mL de (isotiocianato de fluoresceína) FITC-Dextran, o microgel obstruiu o microcanal cônico região. Por ΔP = 700 Па (<ΔPtr) e скорости потока, Q = 2400 мкм3/с, трис-буферного солевого раствора (TBS), смешанного с 0,1 мг/мл (флуоресцеинизотиоцианата) FITC-декстрана, микрогель перекрывал сужающийся микроканал. Em ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) e uma vazão, Q = 2.400 µm3/s, de solução salina tamponada com Tris (TBS) misturada com 0,1 mg/mL (isotiocianato de fluoresceína) FITC-dextrano, o microgel obstruiu o microcanal convergente.região.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（异硫氰酸荧光素）FITC-葡聚糖混合时,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。 Microorganismos de ação de triglicerídeos (TBS) com 0,1 mg/ml (флуоресцеинизотиоциана т) FITC-декстрана при ΔP = 700 Па (<ΔPtr) и скорости потока Q = 2400 мкм3/с Конические области микроканалов. Microgéis obstruídos quando solução salina tamponada Tris (TBS) foi misturada com 0,1mg/mL (isotiocianato de fluoresceína) FITC-dextrano em ΔP = 700 Pa (<ΔPtr) e taxa de fluxo Q = 2400 μm3/s Regiões cônicas de microcanais.A posição direta Xf do microgel determina sua distância do ponto de contração inicial X0.Para induzir a lise, uma solução de tPA marcado com fluorescência em TBS foi injetada a partir de um canal localizado ortogonalmente ao longo eixo do microcanal principal.
Quando a solução de tPA atingiu o MM oclusal, a borda posterior do microgel ficou turva, indicando que a clivagem da fibrina havia começado no tempo tlys = 0 (Fig. 3d e Fig. Complementar 18).Durante a fibrinólise, o tPA marcado com corante acumula-se dentro do MM e liga-se aos filamentos de fibrina, o que leva a um aumento gradual na intensidade da cor rosa dos microgéis.Em tlys = 60 min, o MM se contrai devido à dissolução de sua parte traseira, e a posição de seu bordo de ataque Xf muda pouco.Após 160 min, o MM fortemente contraído continuou a contrair-se e, em tlys = 161 min, sofreu contração, restaurando assim o fluxo de fluido através do microcanal (Fig. 3d e Fig. Complementar 18, coluna da direita).
Na fig.3e mostra a diminuição dependente do tempo mediada por lise no volume V(tlys) normalizado para o volume inicial V0 de microgéis de fibrina de tamanhos diferentes.CO com D0 174, 199 ou 218 µm foi colocado em um microcanal com ΔP 1200, 1800 ou 3000 Pa, respectivamente, e Q = 1860 ± 70 µm3/s para bloquear o microcanal (Fig. 3e, inserção).nutrição.Os microgéis encolhem gradualmente até ficarem pequenos o suficiente para passar pelos canais.Uma diminuição no volume crítico de CO com um diâmetro inicial maior requer um tempo de lise mais longo.Devido ao fluxo semelhante através de RMs de tamanhos diferentes, a clivagem ocorre na mesma taxa, resultando na digestão de frações menores de RMs maiores e na sua translocação retardada.Na fig.3f mostra a redução relativa em V(tlys)/V0 devido à divisão para SM, MM e RM em D0 = 197 ± 3 µm plotado em função de tlys.Para SM, MM e RM, coloque cada microgel em um microcanal com ΔP 400, 750 ou 1800 Pa e Q 12300, 2400 ou 1860 μm3/s, respectivamente.Embora a pressão aplicada ao SM tenha sido 4,5 vezes menor que a do RM, o fluxo através do SM foi mais de seis vezes mais forte devido à maior permeabilidade do SM, e o encolhimento do microgel diminuiu de SM para MM e RM .Por exemplo, em tlys = 78 min, o SM se dissolveu e se deslocou principalmente, enquanto o MM e o PM continuaram a obstruir os microcanais, apesar de reterem apenas 16% e 20% do seu volume original, respectivamente.Estes resultados sugerem a importância da lise mediada por convecção de géis fibrosos contraídos e correlacionam-se com relatos de digestão mais rápida de coágulos com menor teor de fibrina.
Assim, nosso trabalho demonstra experimental e teoricamente o mecanismo pelo qual os géis filamentosos respondem ao confinamento biaxial.O comportamento dos géis fibrosos em um espaço limitado é determinado pela forte assimetria da energia de deformação dos filamentos (macio na compressão e duro na tensão) e apenas pela relação de aspecto e curvatura dos filamentos.Esta reação resulta em alongamento mínimo de géis fibrosos contidos em capilares estreitos, sua razão de Poisson biaxial diminuindo com o aumento da compressão e menos pressão leve.
Como a contenção biaxial de partículas moles deformáveis é utilizada em uma ampla gama de tecnologias, nossos resultados estimulam o desenvolvimento de novos materiais fibrosos.Em particular, a retenção biaxial de géis filamentosos em capilares ou tubos estreitos leva à sua forte compactação e a uma diminuição acentuada da permeabilidade.A forte inibição do fluxo de fluido através de géis fibrosos oclusivos tem vantagens quando usada como tampão para prevenir sangramento ou reduzir o suprimento sanguíneo para doenças malignas33,34,35.Por outro lado, uma diminuição no fluxo de fluido através do gel de fibrina oclusal, inibindo assim a lise do trombo mediada por convecção, dá uma indicação da lise lenta dos coágulos oclusais [27, 36, 37].Nosso sistema de modelagem é o primeiro passo para a compreensão das implicações da resposta mecânica dos hidrogéis de biopolímeros fibrosos à retenção biaxial.A incorporação de células sanguíneas ou plaquetas em géis de fibrina obstrutivos afetará o seu comportamento de restrição 38 e será o próximo passo na descoberta do comportamento de sistemas biologicamente significativos mais complexos.
Os reagentes usados para preparar microgéis de fibrina e fabricar dispositivos MF estão descritos em Informações Suplementares (Seções 2 e 4 de Métodos Suplementares).Microgéis de fibrina foram preparados emulsificando uma solução mista de fibrinogênio, tampão Tris e trombina em um dispositivo MF com foco em fluxo, seguido de gelificação de gotículas.Solução de fibrinogênio bovino (60 mg/ml em TBS), tampão Tris e solução de trombina bovina (5 U/ml em solução de CaCl2 10 mM) foram administradas usando duas bombas de seringa controladas independentemente (PhD 200 Harvard Apparatus PHD 2000 Syring Pump).para bloquear MF, EUA).A fase contínua de óleo F contendo 1% em peso de copolímero em bloco PFPE-P (EO-PO) -PFPE, foi introduzida na unidade MF usando uma terceira bomba de seringa.As gotículas formadas no dispositivo MF são coletadas em um tubo de centrífuga de 15 ml contendo óleo F.Coloque os tubos em banho-maria a 37 °C por 1h para completar a gelificação da fibrina.Microgéis de fibrina marcados com FITC foram preparados misturando fibrinogênio bovino e fibrinogênio humano marcado com FITC em uma proporção em peso de 33:1, respectivamente.O procedimento é igual ao da preparação de microgéis de fibrina.
Transfira os microgéis do óleo F para TBS centrifugando a dispersão a 185 g por 2 min.Os microgéis precipitados foram dispersos em óleo F misturado com 20% em peso de álcool perfluorooctílico, depois dispersos em hexano contendo 0,5% em peso de Span 80, hexano, 0,1% em peso de Triton X em água e TBS.Finalmente, os microgéis foram dispersos em TBS contendo 0,01% em peso de Tween 20 e armazenados a 4°C por aproximadamente 1–2 semanas antes dos experimentos.
A fabricação do dispositivo MF é descrita nas Informações Suplementares (Seção 5 de Métodos Suplementares).Numa experiência típica, o valor positivo de ΔP é determinado pela altura relativa dos reservatórios ligados antes e depois do dispositivo MF para introdução de microgéis com um diâmetro de 150 < D0 < 270 µm nos microcanais.O tamanho não perturbado dos microgéis foi determinado visualizando-os no macrocanal.O microgel pára numa área cónica na entrada da constrição.Quando a ponta do microgel anterior permanece inalterada durante 2 min, utilize o programa MATLAB para determinar a posição do microgel ao longo do eixo x.Com um aumento gradual no ΔP, o microgel se move ao longo da região em forma de cunha até entrar na constrição.Uma vez que o microgel está totalmente inserido e comprimido, o ΔP cai rapidamente para zero, equilibrando o nível de água entre os reservatórios, e o microgel fechado permanece estacionário sob compressão.O comprimento do microgel obstrutivo foi medido 30 minutos após o término da constrição.
Durante experimentos de fibrinólise, soluções de t-PA e dextrano marcado com FITC penetram nos microgéis bloqueados.O fluxo de cada líquido foi monitorado usando imagens de fluorescência de canal único.TAP marcado com AlexaFluor 633 ligado a fibras de fibrina e acumulado dentro de microgéis de fibrina comprimidos (canal TRITC na Figura Complementar 18).A solução de dextrano marcada com FITC move-se sem acumulação no microgel.
Os dados que apoiam os resultados deste estudo estão disponíveis aos respectivos autores mediante solicitação.Imagens SEM brutas de géis de fibrina, imagens TEM brutas de géis de fibrina antes e depois da inoculação e os principais dados de entrada para as Figuras 1 e 2. 2 e 3 são fornecidos no arquivo de dados brutos.Este artigo fornece os dados originais.
Litvinov RI, Peters M., de Lange-Loots Z. e Weisel JV fibrinogênio e fibrina.Em Complexo de Proteína Macromolecular III: Estrutura e Função (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 composição da matriz extracelular.J. Pasol.200, 423–428 (2003).
Prince E. e Kumacheva E. Projeto e aplicação de hidrogéis de fibras biomiméticas artificiais.Nacional Matt Vermelho.4, 99–115 (2019).
Broedersz, CP & Mackintosh, FC Modelagem de redes poliméricas semi-flexíveis.Sacerdote Mod.física.86, 995–1036 (2014).
Khatami-Marbini, H. e Piku, KR Modelagem mecânica de redes de biopolímeros semi-flexíveis: deformação não afim e presença de dependências de longo alcance.Em Avanços na Mecânica da Matéria Suave 119–145 (Springer, Berlim, Heidelberg, 2012).
Vader D, Kabla A, Weitz D e Mahadevan L. Alinhamento de géis de colágeno induzido por estresse.PLoS One 4, e5902 (2009).
Storm S., Pastore JJ, McKintosh FS, Lubensky TS e Gianmi PA Elasticidade não linear de biogéis.Natureza 435, 191–194 (2005).
Likup, AJ Stress controla os mecanismos da rede de colágeno.processo.Academia Nacional de Ciências.a ciência.US 112, 9573–9578 (2015).
Janmi, PA, et al.Estresse normal negativo em géis de biopolímero semiflexíveis.Alma mater nacional.6, 48–51 (2007).
Kang, H. et al.Elasticidade não linear de redes de fibras rígidas: endurecimento por deformação, tensão normal negativa e alinhamento de fibras em géis de fibrina.J. Física.Químico.V. 113, 3799–3805 (2009).
Gardel, ML et al.Comportamento elástico de redes de actina reticuladas e ligadas.Ciência 304, 1301–1305 (2004).
Sharma, A. et al.Mecânica não linear de redes de fibra óptica controladas por deformação com controle crítico.Física nacional.12, 584–587 (2016).
Wahabi, M. et al.Elasticidade de redes de fibra sob protensão uniaxial.Matéria Suave 12, 5050–5060 (2016).
Wufsus, AR, Macera, NE & Neeves, KB Permeabilidade hidráulica do coágulo sanguíneo em função da fibrina e da densidade plaquetária.biofísica.Diário 104, 1812–1823 (2013).
Li, Y. et al.O comportamento versátil dos hidrogéis é limitado por capilares estreitos.a ciência.Casa 5, 17017 (2015).
Liu, X., Li, N. & Wen, C. Efeito da heterogeneidade patológica na elastografia por onda de cisalhamento no estadiamento da trombose venosa profunda.PLoS One 12, e0179103 (2017).
Mfoumou, E., Tripette, J., Blostein, M. & Cloutier, G. Quantificação in vivo da induração dependente do tempo de coágulos sanguíneos usando imagem de ultrassom por onda de cisalhamento em um modelo de trombose venosa de coelho.trombo.tanque de armazenamento.133, 265–271 (2014).
Weisel, JW & Nagaswami, C. Simulação computacional da dinâmica de polimerização da fibrina em relação à microscopia eletrônica e observações de turbidez: a estrutura e montagem do coágulo são controladas cineticamente.biofísica.Diário 63, 111–128 (1992).
Ryan, EA, Mokros, LF, Weisel, JW e Lorand, L. Origem estrutural da reologia do coágulo de fibrina.biofísica.J. 77, 2813–2826 (1999).
Horário da postagem: 23 de fevereiro de 2023