Scaling theory of fibrin polymerization.
Research article published in Physical review. E (2024)
Abstract
Fibrin polymerization is responsible for the formation of blood clots and is used in many biomedical applications. Considering polymerization as a dynamic phase transition, we constructed a scaling theory of fibrin networks formation. We show that in the transient state, protofibrils and branched clusters are self-assembled as a result of diffusion-controlled reactions with free fibrin monomers. The rate of reactions increases with initial concentrations of fibrinogen and thrombin. Protofibrils and clusters aggregate laterally, forming fibers, the elongation of which leads to their crosslinking to form a fibrin network. We calculated the network structure for different ratios of lag time and fibrinogen activation time. At a low ratio of fibrinogen and thrombin concentrations, sparse networks of thick and long fibers are formed, whereas at a high ratio, dense networks of thin and short fibers. The predicted concentration dependences of network parameters are in agreement with experimental data.
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Zusammenfassung
Fibrin polymerization is responsible for the formation of blood clots and is used in many biomedical applications. Considering polymerization as a dynamic phase transition, we constructed a scaling theory of fibrin networks formation. We show that in the transient state, protofibrils and branched clusters are self-assembled as a result of diffusion-controlled reactions with free fibrin monomers.
Warum dies für die Hirudotherapie relevant ist
Diese theoretische Arbeit entwickelt ein Skalen-/Physikmodell der Fibrinnetzwerkbildung und behandelt die Polymerisation als einen dynamischen Phasenübergang, bei dem sich Protofibrillen und verzweigte Cluster durch diffusionskontrollierte Reaktionen mit freien Fibrinmonomeren selbst zusammenlagern und anschließend lateral zu Fasern aggregieren, die zu einem Netzwerk quervernetzt werden. Sie zeigt, dass das Verhältnis der Konzentrationen von Fibrinogen und Thrombin die Netzwerkarchitektur bestimmt (ein niedriges Verhältnis ergibt spärliche Netzwerke aus dicken, langen Fasern; ein hohes Verhältnis ergibt dichte Netzwerke aus dünnen, kurzen Fasern), wobei die vorhergesagten Konzentrationsabhängigkeiten mit experimentellen Daten übereinstimmen. Dies ist für die Wirkstoffforschung rund um den medizinischen Blutegel relevant, da die Antikoagulanzien des Blutegel-Sekretoms (insbesondere der direkte Thrombininhibitor hirudin und verwandte Moleküle) auf die thrombingesteuerte Fibrinbildung wirken, sodass ein quantitativer Rahmen dafür, wie die Thrombinkonzentration die Gerinnselarchitektur formt, hilft zu erklären, wie thrombinzielgerichtete Blutegelverbindungen die Gerinnselstruktur und nicht nur das Vorhandensein eines Gerinnsels verändern könnten. Einschränkung: Es handelt sich um eine rechnergestützte/theoretische Modellierungsstudie zur Gerinnselphysik ohne experimentellen Blutegelanteil und ohne klinische Daten, sodass ihre Relevanz mechanistisch und indirekt ist.
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Verwandter klinischer Kontext
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Zur ASH-Bibliothek hinzugefügt: May 28, 2026 · Letzte Aktualisierung der Website: June 18, 2026