フィブリンの構造および拡散分析は、繊維が溶質輸送に透過性があることを示唆しています

非標識：フィブリンヒドロゲルは、組織工学の有望なキャリア材料です。それらは生体適合性があり、準備が容易であり、成長因子を結合することができ、患者自身の血液から準備できます。フィブリンの構造と力学は広範囲に研究されていますが、ネットワーク内の溶質の構造と拡散性の関係についてはあまり知られていません。これは、成長因子と同様のサイズの溶質に特に関連しています。この研究では、2つの相補的技術、すなわち繊維抽出アルゴリズムと濁度測定と共焦点蛍光顕微鏡を組み合わせることにより、フィブリンヒドロゲルの定量的構造特性を取得するために、この研究で新しい方法論的アプローチが使用されています。バルクレオロジー測定を実施して、フィブリンヒドロゲル構造が機械的特性に与える影響を決定しました。これらの測定から、フィブリンヒドロゲル構造の変動は、ヒドロゲルのレオロジー応答（貯蔵弾性率の最大2桁差）に大きな影響を与えるが、デキストラン溶質の拡散率（最大25％差）に中程度の影響しか影響しないと結論付けることができます。OGSTON拡散モデルを使用して拡散率測定を分析することにより、個々のプロトフィブリル間の平均距離に応じて、個々のフィブリン繊維が溶質輸送に半透過性である可能性があるという証拠をさらに提供します。これは、大量輸送制限を減らすこと、フィブリノリシスを調節するため、および組織工学に関連する成長因子結合のために重要です。 重要な声明：フィブリンは、組織工学アプリケーションの生体模倣キャリアとして多くの関心を集めている天然の生体高分子です。ここでは、コラーゲンなどの他のフィブリラーヒドロゲルにも適用できる光学顕微鏡と光散乱方法に基づいたフィブリンネットワークの構造特性化のための新しい組み合わせアプローチを使用します。さらに、溶質輸送とフィブリンの構造特性との関係に関する我々の発見は、制御された放出アプリケーションのためにフィブリンヒドロゲル構築物の最適化された設計につながる可能性があります。最後に、フィブリン繊維は、成長因子に匹敵する分子量を持つ溶質の透過性が透過性である可能性があるという事実の新しい証拠を提供します。この発見は、フィブリンキャリアの大量輸送特性を調整するための新しい道を開く可能性があります。

UNLABELLED: Fibrin hydrogels are promising carrier materials in tissue engineering. They are biocompatible and easy to prepare, they can bind growth factors and they can be prepared from a patient's own blood. While fibrin structure and mechanics have been extensively studied, not much is known about the relation between structure and diffusivity of solutes within the network. This is particularly relevant for solutes with a size similar to that of growth factors. A novel methodological approach has been used in this study to retrieve quantitative structural characteristics of fibrin hydrogels, by combining two complementary techniques, namely confocal fluorescence microscopy with a fiber extraction algorithm and turbidity measurements. Bulk rheological measurements were conducted to determine the impact of fibrin hydrogel structure on mechanical properties. From these measurements it can be concluded that variations in the fibrin hydrogel structure have a large impact on the rheological response of the hydrogels (up to two orders of magnitude difference in storage modulus) but only a moderate influence on the diffusivity of dextran solutes (up to 25% difference). By analyzing the diffusivity measurements by means of the Ogston diffusion model we further provide evidence that individual fibrin fibers can be semi-permeable to solute transport, depending on the average distance between individual protofibrils. This can be important for reducing mass transport limitations, for modulating fibrinolysis and for growth factor binding, which are all relevant for tissue engineering. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: Fibrin is a natural biopolymer that has drawn much interest as a biomimetic carrier in tissue engineering applications. We hereby use a novel combined approach for the structural characterization of fibrin networks based on optical microscopy and light scattering methods that can also be applied to other fibrillar hydrogels, like collagen. Furthermore, our findings on the relation between solute transport and fibrin structural properties can lead to the optimized design of fibrin hydrogel constructs for controlled release applications. Finally, we provide new evidence for the fact that fibrin fibers may be permeable for solutes with a molecular weight comparable to that of growth factors. This finding may open new avenues for tailoring mass transport properties of fibrin carriers.