単一フィブリン繊維における線維溶解の物理的決定因子

フィブリン繊維は、血栓の構造バックボーンを形成します。フィブリノリシスは、プラスミンがフィブリン繊維を消化し、血栓のサイズと持続時間を効果的に調節するプロセスです。血栓溶解を理解するには、血栓構造と繊維特性の影響は、酵素速度と灌流速度の凝固速度の影響から分離する必要があります。マイクロパターン化された尾根の間に吊り下げられた逆光顕微鏡と蛍光標識繊維を使用して、個々のフィブリン繊維の溶解を直接測定しました。溶解中に、繊維の64±6％が1つの時点で切断されたが、繊維の29±3％が溶解したり切断されたりするのではなく、長さが増加することを発見しました。トロンビンとプラスミンの用量反応実験により、伸長挙動はプラスミン濃度に依存しないが、代わりに繊維重合中に使用されるトロンビンの濃度に依存していることが示されました。薄い繊維は溶解する可能性が高く、直径が200±30 nmを超える繊維は伸長する可能性が高くなりました。細長い繊維では溶解速度が大幅に低下したため、プラスミンの活性は繊維のひずみに依存すると仮定します。ポリマーの物理学的および連続的な機械ベースの数学モデルを使用して、繊維が緊張状態で重合し、溶解中に薄い繊維よりも厚い繊維がより速く浸潤を失うことを示しています。これらの結果は、繊維の直径の微妙な違いと破壊が劇的に異なる溶解感受性につながることを強調しています。

Fibrin fibers form the structural backbone of blood clots; fibrinolysis is the process in which plasmin digests fibrin fibers, effectively regulating the size and duration of a clot. To understand blood clot dissolution, the influence of clot structure and fiber properties must be separated from the effects of enzyme kinetics and perfusion rates into clots. Using an inverted optical microscope and fluorescently-labeled fibers suspended between micropatterned ridges, we have directly measured the lysis of individual fibrin fibers. We found that during lysis 64 ± 6% of fibers were transected at one point, but 29 ± 3% of fibers increase in length rather than dissolving or being transected. Thrombin and plasmin dose-response experiments showed that the elongation behavior was independent of plasmin concentration, but was instead dependent on the concentration of thrombin used during fiber polymerization, which correlated inversely with fiber diameter. Thinner fibers were more likely to lyse, while fibers greater than 200 ± 30 nm in diameter were more likely to elongate. Because lysis rates were greatly reduced in elongated fibers, we hypothesize that plasmin activity depends on fiber strain. Using polymer physics- and continuum mechanics-based mathematical models, we show that fibers polymerize in a strained state and that thicker fibers lose their prestrain more rapidly than thinner fibers during lysis, which may explain why thick fibers elongate and thin fibers lyse. These results highlight how subtle differences in the diameter and prestrain of fibers could lead to dramatically different lytic susceptibilities.