晚期糖基化终末产物：交联特性如何影响胶原纤维行为

晚期糖基化终末产物（AGEs）被认为是组织材料性能受损的一个主要原因。在人体内组织的主要构建成分胶原纤维中，这些 AGEs 以纤维状交联形式出现。当 AGEs 在胶原纤维中积累时（这一过程常由糖尿病和衰老引起），胶原纤维的力学性质会发生改变。然而，由于可用实验数据的匮乏，关于不同类型 AGEs 的力学性质及其在胶原纤维中数量的认识仍然有限。因此，纳米尺度交联特性、其在胶原纤维中的密度，以及更大尺度上胶原纤维力学性质之间的精确关系仍知之甚少。在我们的研究中，我们使用粗粒化分子动力学模拟并对胶原纤维进行破坏性拉伸测试，以评估不同交联密度及其力学性质对胶原纤维变形和断裂行为的影响。我们观察到，当 AGEs 密度或 AGEs 的承载能量能力增加时，胶原纤维在高应变水平下发生刚化。我们证明这种刚化是由一种倾向于通过拉伸而非分子间滑移来吸收能量的机制引起的。因此，在交联胶原纤维中，吸收的能量被储存而非通过摩擦耗散，导致纤维失效时发生脆性断裂。进一步，通过改变多个 AGEs 纳米尺度参数，我们表明除其在纤维中的密度外，AGEs 的承载能量能力是决定不同类型 AGEs 对胶原纤维力学行为影响的唯一因素。我们的结果表明，了解 AGEs 性质对于理解组织行为受损的起源至关重要。