Normal ve Hastalıklı Devletleri'nde Fibrin pıhtısı Yapıları incelenmesi için deneysel ve Görüntüleme Teknikleri
Summary
In this manuscript, experimental techniques, including blood preparation, confocal microscopy, and lysis rate analysis, to examine the morphological differences between normal and abnormal clot structures due to diseased states are presented.
Abstract
Fibrin is an extracellular matrix protein that is responsible for maintaining the structural integrity of blood clots. Much research has been done on fibrin in the past years to include the investigation of synthesis, structure-function, and lysis of clots. However, there is still much unknown about the morphological and structural features of clots that ensue from patients with disease. In this research study, experimental techniques are presented that allow for the examination of morphological differences of abnormal clot structures due to diseased states such as diabetes and sickle cell anemia. Our study focuses on the preparation and evaluation of fibrin clots in order to assess morphological differences using various experimental assays and confocal microscopy. In addition, a method is also described that allows for continuous, real-time calculation of lysis rates in fibrin clots. The techniques described herein are important for researchers and clinicians seeking to elucidate comorbid thrombotic pathologies such as myocardial infarctions, ischemic heart disease, and strokes in patients with diabetes or sickle cell disease.
Introduction
Bir kan geminin endotel astar yaralanması hemostatik yanıt, ya da bir kan pıhtısı oluşumu ile tamir edilir. Kan hücre dışı matris içine nüfuz zaman, doku faktörleri koagülasyon kaskad başlatılmasını kolaylaştırmak, kan akışında trombositleri aktive. Bu iyileşme sürecinin önemli mekanik parça son derece esnek olan fibrin liflerden oluşan fibrin matrisi, ve büyük kuvvetler 1-4 muhafaza eder. Birçok araştırmacı yoğun geçmiş yıllarda 5-13 fibrin oluşumu yapısı ve fonksiyonu inceledik.
Diabetes mellitus ve orak hücre olarak hastalıkları olan hastalar gibi miyokard enfarktüsü, iskemik kalp hastalığı gibi trombotik komplikasyonların gelişme riski, ve 14-19 okşar. 2 milyondan fazla insan yeni Amerika Birleşik Devletleri'nde her yıl diyabet tanısı konur. Tip I nerede,: diyabet iki türü vardırvücut insülin dirençli hale insülin ve Tip II, yeterli miktarda üretemez. Diyabetik hastalarda, kardiyovasküler hastalık (CVD) hastalığı 20,21 ile ilişkili morbidite ve mortalitenin% 80 nedenidir.
Orak hücre hastalığı (SCD) Amerika Birleşik Devletleri 22 100.000'den fazla insanı etkileyen bir genetik kan hastalığıdır. OHA zor hücreler, kan damar 23 geçmesi için yapım, hilal şeklinde olmak üzere, kırmızı kan hücrelerinin neden olan bir nokta mutasyon hastalıktır. Bu hastalık durumlarının her iki gövde aterosklerotik durumları geliştirme ihtimalini artırır. Bunun nedenlerinden biri, hastalıklı devletlerin 14,24-26 değişmiş fibrin yapısı ve fonksiyonu bir sonucudur.
Her iki diyabet ve orak hücre hastalığında, hiperkoagülasyon ve Aterotrombozu ve kardiyovasküler hastalık neden olur hipofibrinolizin aktivitesi (C varVD) sağlıklı hastalarda 17,27,28 ile karşılaştırıldığında. Bu hipofibrinolizin aterosklerozun ilerlemesini teşvik eder ve erken koroner arter hastalığı 29 olan hastalar için tekrarlayan iskemik olayları doğurur bilinmektedir. Mevcut yazıda, bu özel ortamda fibrin fiziksel özelliklerinin rolü araştırıldı. Olmayan hastalıklı hastalarda fibrin pıhtısı yapıları, ince lifler, daha büyük gözenekleri ve daha az yoğun, genellikle 14,24 oluşmaktadır. Sağlıklı hastalarda artan bir geçirgenliğe ve daha az yoğun bir fibrin pıhtısı fibrinoliz 16 kolaylaştırmak için tespit edilmiştir. Diyabetik ve orak hücre hastalığı gibi hyperthrombotic koşullarda sağlıklı hastalarda 30-33 2.5 mg / ml, normal seviyelerine artış fibrinojen neden fibrinojen üretiminde bir artış vardır. Sağlıklı, sigara dia göre diyabetik hastalarda oluşan fibrin pıhtılar daha fazla dal noktalarını, ve daha yoğun, daha sert ve daha az gözenekli olduğu tespit edilmiştirdiyabetik hastalarda 14,24,33-35. değiştirilmiş fibril bağları pıhtı oluşumunda rol oynayan proteinlerde meydana gelen glikozilasyon mekanizmasının bir sonucudur. Glukoz molekülleri, uygun bir şekilde çapraz bağlama glutamin ve lisin tortuları 33,36,37 insan faktör XIIIa (FXIIIa) inhibe fibrinojen molekülü, lizin artıklarının bağlanan zaman Enzimatik olmayan (geri dönüşümsüz) glikasyonu oluşur.
Fibrin ağlarının yapısal analiz son zamanlarda yoğun çalışılmıştır. Özellikle, araştırmacılar elektron mikroskobu ve intravasküler (endotel) hücreleri ve ekstravasküler (fibroblastlar ve düz kas) hem hücreler fibrin yapıları 40 analiz fibrin yapısı 39, kullanılan viskoelastik ve spektral analiz nasıl etkilediğini araştırdık fibrin ağları 38, 3D rekonstrüksiyon ve kullanmıştır Fibrin yapısı ve mekanik özellikleri arasında gelişmiş korelasyon deneysel kullanarak ve hesaplamalı yaklaşımlar 41 </sup>. Bu çalışmanın odak simüle diyabetik ve orak hücreli tromboz koşulları altında pıhtı yapıları formüle etmek ve hastalıklı devletlerin pıhtı yapısının incelenmesi ve işlevi için konfokal mikroskopi kullanımı idi. Fibrin pıhtılar insan fibrinojen, insan trombini ve FXIIIa oluşmuş. pıhtılar plazmin kullanılarak lize edilmiştir. Diyabetik koşulların simüle edilmesi için, fibrinojen artan konsantrasyonu, in vitro olarak fibrinojen glikasyonunu uyarılması için glikoz çözeltisi içinde kuluçkalanmıştır. Orak hücre hastalığı pıhtılaşma koşulları simüle etmek için, artmış fibrinojen konsantrasyonları grubumuza 42 tarafından daha önce yapıldığı gibi hastalardan toplanan orak hücre hematokrit ile karıştırıldı. Bu yöntemler, yapı ve hastalıklı koşullar altında, fibrin pıhtısı oluşumu ve fibrinolizde rol alan ve fonksiyonları, yanı sıra CVD neden mekanizmaları incelemek için kullanılmıştır. Bu hastalıklar hakkında güncel bilgilere dayanarak, glike fibrin pıhtı yapıları daha az a ile yoğun olduğunund küçük gözenekler. Orak hücre hastalarında (eritrositler) kırmızı kan hücreleri ile fibrin pıhtıları da yoğun ve eritrosit agregasyonunu ve aglomere fibrin kümeleri görüntülenir. Bu, daha önce 43 tespit edilmiştir köklü bir olgudur. Ayrıca fibrinoliz oranı ile sağlıklı, normal bir fibrin kıyasla azalmış plazmin olmadan glike fibrin pıhtıları anlamlı olarak düşük olacağı varsayılmıştır. Sonuçlar, glikolize fibrin pıhtılaşması için önemli ölçüde farklı lisis oranı sonuçları yalnızca sınırlı plazmin konsantrasyonu durumunda görüldüğünü göstermiştir. Hücreler ve proteinler pıhtılaşma faaliyetinin gerçek zamanlı video yakalama sağlayan kendi ana devlet kalır, çünkü konfokal mikroskopi kullanılarak bu deneysel tekniği diğer görüntüleme yöntemlerine göre önemli avantajlar sunmaktadır. Sentetik indükleyici pıhtılaşma Bu yöntem, hasta örnekleri elde etmek ve bireysel filtreleyerek daha da ucuz ve daha fazla zaman verimliproteinler ve enzimler. Örnekler arasında değişkenlik plazma diğer proteinler sonucu olmadığını Bundan başka, pıhtı sentezlenmesi için ayrılmış proteinler ve enzimler kullanarak, pıhtılar standardize edildi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hastalık durumlarında, pıhtılaşma mekanizmalarının yapısı anlamlı veriler elde etmek için, bu koşullar altında, protein ve hücre etkilerini belirlemek için pıhtılaşma faktörleri izole etmek için önemlidir. Bu protokol in vitro diyabetik ve OHA devletler fibrin pıhtı yapısını araştıran amacıyla geliştirilmiştir.
Bu değiştirilmiş koşullar hiperkoagülasyon, Aterotrombozu ve KVH neden beri hastalık durumlarında fibrin oluşumu ve fibrinoliz yer alan…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank the Lam Lab at Georgia Tech for many helpful discussions in developing the experimental assays. Research reported in this publication was supported by the National Heart, Lung, and Blood Institute of the National Institutes of Health under Award Number K01HL115486 and by New Innovator Grant 1DP2OD007433-01 from the Office of the Director, National Institutes of Health. The content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of the National Institutes of Health.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| PBS | Life Technologies | 10010031 | |
| Ficoll-Paque (hydrophilic polysaccharide) | GE Healthcare | 45-001-749 | |
| 10 ml heparinized vacutainer tubes | BD Biosciences | 366643 | |
| Human Fibrinogen | Enzyme Research Laboratories | N/A | |
| Alexa Fluor 488 human fibrinogen conjugate | Molecular Probes | F13191 | |
| 0.5 mL graduated microcentrifuge tube | Fisher Scientific | 05-408-120 | |
| Glucose powder | Life Technologies | 15023-02 | |
| FXIIIa | Enzyme Research Laboratories | N/A | |
| VIS Confocal Microscope | Zeiss LSM 510 | LSM 510 | |
| 50 mM Tris | Lonza | S50-642 | |
| Calcium Chloride (CaCl2) | Sigma Aldrich | 449709-10G | |
| Vybrant DiD cell-labeling solution | Life Technologies | L7781 | |
| Plasmin | Enzyme Research Laboratories | N/A | |
| Sodium Chloride (5 M NaCl) | Life Technologies | AM9759 | |
| Statistical Modeling Software | IBM | SPSS Statistics 22 |
References
- Averett, R. D., et al. A Modular Fibrinogen Model that Captures the Stress-Strain Behavior of Fibers. Biophysical Journal. 103, 1537-1544 (2012).
- Carlisle, C. R., et al. The mechanical properties of individual, electrospun fibrinogen fibers. Biomaterials. 30, 1205-1213 (2009).
- Falvo, M. R., Gorkun, O. V., Lord, S. T. The molecular origins of the mechanical properties of fibrin. Biophysical Chemistry. 152, 15-20 (2010).
- Guthold, M., Cho, S. S. Fibrinogen Unfolding Mechanisms Are Not Too Much of a Stretch. Structure. 19, 1536-1538 (2011).
- Gerth, C., Roberts, W. W., Ferry, J. D. Rheology of fibrin clots II: Linear viscoelastic behavior in shear creep. Biophysical Chemistry. 2 (74), 208-217 (1974).
- Nelb, G. W., Kamykowski, G. W., Ferry, J. D. Rheology of fibrin clots. v. shear modulus, creep, and creep recovery of fine unligated clots. Biophysical Chemistry. 13 (81), 15-23 (1981).
- Roberts, W. W., Kramer, O., Rosser, R. W., Nestler, F. H. M., Ferry, J. D. Rheology of fibrin clots. I.: Dynamic viscoelastic properties and fluid permeation. Biophysical Chemistry. 1, 152-160 (1974).
- Ryan, E. A., Mockros, L. F., Weisel, J. W., Lorand, L. Structural Origins of Fibrin Clot Rheology. Biophysical Journal. 77, 2813-2826 (1999).
- Weisel, J. W. Fibrin assembly. Lateral aggregation and the role of the two pairs of fibrinopeptides. Biophysical Journal. 50, 1079-1093 (1986).
- Weisel, J. W. The mechanical properties of fibrin for basic scientists and clinicians. Biophysical Chemistry. 112, 267-276 (2004).
- Wolberg, A. S. Thrombin generation and fibrin clot structure. Blood Reviews. 21, 131-142 (2007).
- Wolberg, A. S., Campbell, R. A. Thrombin generation, fibrin clot formation and hemostasis. Transfusion and Apheresis Science. 38, 15-23 (2008).
- Yeromonahos, C., Polack, B., Caton, F. Nanostructure of the Fibrin Clot. Biophysical Journal. 99, 2018-2027 (2010).
- Dunn, E. J. Fibrinogen and fibrin clot structure in diabetes. Herz. 29, 470-479 (2004).
- Gladwin, M. T., Sachdev, V. Cardiovascular abnormalities in sickle cell disease. Journal of the American College of Cardiology. 59, 1123-1133 (2012).
- Collet, J. P., et al. Altered Fibrin Architecture Is Associated With Hypofibrinolysis and Premature Coronary Atherothrombosis. Arteriosclerosis, thrombosis, and vascular biology. 26, 2567-2573 (2006).
- Carr, M. E. Diabetes mellitus: a hypercoagulable state. Journal of Diabetes and its Complications. 15, 44-54 (2001).
- Ajjan, R. A., Ariëns, R. A. S. Cardiovascular disease and heritability of the prothrombotic state. Blood Reviews. 23, 67-78 (2009).
- Standeven, K. F., Ariëns, R. A. S., Grant, P. J. The molecular physiology and pathology of fibrin structure/function. Blood Reviews. 19, 275-288 (2005).
- Alzahrani, S., Ajjan, R. Review article: Coagulation and fibrinolysis in diabetes. Diabetes and Vascular Disease Research. 7, 260-273 (2010).
- Stuart, M. J., Nagel, R. L. Sickle-cell disease. The Lancet. 364, 1343-1360 (2004).
- Dunn, E. J., Ariëns, R. A. S., Grant, P. J. The influence of type 2 diabetes on fibrin structure and function. Diabetologia. 48, 1198-1206 (2005).
- Dunn, E. J., Philippou, H., Ariëns, R. A. S., Grant, P. J. Molecular mechanisms involved in the resistance of fibrin to clot lysis by plasmin in subjects with type 2 diabetes mellitus. Diabetologia. 49, 1071-1080 (2006).
- Famodu, A., Reid, H. Plasma fibrinogen levels in sickle cell disease. Tropical and geographical medicine. 39, 36-38 (1987).
- Richardson, S., Matthews, K., Stuart, J., Geddes, A., Wilcox, R. Serial Changes in Coagulation and Viscosity during Sickle-Cell Crisis. British journal of haematology. 41, 95-103 (1979).
- Ataga, K. I., Orringer, E. P. Hypercoagulability in sickle cell disease: a curious paradox. The American Journal of Medicine. 115, 721-728 (2003).
- Collet, J. P., et al. Altered fibrin architecture is associated with hypofibrinolysis and premature coronary atherothrombosis. Arteriosclerosis, thrombosis, and vascular biology. 26, 2567-2573 (2006).
- Barazzoni, R., et al. Increased Fibrinogen Production in Type 2 Diabetic Patients without Detectable Vascular Complications: Correlation with Plasma Glucagon Concentrations. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 85, 3121-3125 (2000).
- Ceriello, A. Coagulation activation in diabetes mellitus: the role of hyperglycaemia and therapeutic prospects. Diabetologia. 36, 1119-1125 (1993).
- Mayne, E. E., Bridges, J. M., Weaver, J. A. Platelet adhesiveness, plasma fibrinogen and factor VIII levels in diabetes mellitus. Diabetologia. 6, 436-440 (1970).
- Weisel, J. W. Fibrinogen and fibrin. Advances in protein chemistry. 70, 247-299 (2005).
- Collet, J., et al. Influence of Fibrin Network Conformation and Fibrin Fiber Diameter on Fibrinolysis Speed Dynamic and Structural Approaches by Confocal Microscopy. Arteriosclerosis, thrombosis, and vascular biology. 20, 1354-1361 (2000).
- Jörneskog, G., et al. Altered properties of the fibrin gel structure in patients with IDDM. Diabetologia. 39, 1519-1523 (1996).
- Svensson, J., et al. Acetylation and glycation of fibrinogen in vitro occur at specific lysine residues in a concentration dependent manner: A mass spectrometric and isotope labeling study. Biochemical and Biophysical Research Communications. 421, 335-342 (2012).
- Pieters, M., et al. Glycation of fibrinogen in uncontrolled diabetic patients and the effects of glycaemic control on fibrinogen glycation. Thrombosis Research. 120, 439-446 (2007).
- Baradet, T. C., Haselgrove, J. C., Weisel, J. W. Three-dimensional reconstruction of fibrin clot networks from stereoscopic intermediate voltage electron microscope images and analysis of branching. Biophysical journal. 68, 1551-1560 (1995).
- Campbell, R. A., Overmyer, K. A., Selzman, C. H., Sheridan, B. C., Wolberg, A. S. Contributions of extravascular and intravascular cells to fibrin network formation, structure, and stability. Blood. 114, 4886-4896 (2009).
- Curtis, D. J., et al. A study of microstructural templating in fibrin-thrombin gel networks by spectral and viscoelastic analysis. Soft Matter. 9, 4883-4889 (2013).
- Kim, E., et al. Correlation between fibrin network structure and mechanical properties: an experimental and computational analysis. Soft Matter. 7, 4983-4992 (2011).
- Keegan, P. M., Surapaneni, S., Platt, M. O. Sickle cell disease activates peripheral blood mononuclear cells to induce cathepsins k and v activity in endothelial cells. Anemia. 2012, 201781 (2012).
- Allison, A. Properties of sickle-cell haemoglobin. Biochemical Journal. 65, 212 (1957).
- Kuehl, R. O. . Design of experiments : statistical principles of research design and analysis. , (2000).
- Lindman, H. R. . Analysis of variance in experimental designs. , (1992).
- Pan, W., Galkin, O., Filobelo, L., Nagel, R. L., Vekilov, P. G. Metastable Mesoscopic Clusters in Solutions of Sickle-Cell Hemoglobin. Biophysical Journal. 92, 267-277 (2007).
- Wootton, D. M., Popel, A. S., Alevriadou, B. R. An experimental and theoretical study on the dissolution of mural fibrin clots by tissue-type plasminogen activator. Biotechnology and bioengineering. 77, 405-419 (2002).
- Sazonova, I. Y., et al. 127 Mathematic model of fibrin clot lysis by plasmin. Fibrinolysis and Proteolysis. 12, 45 (1998).
