Tecniche sperimentali e di imaging per l'esame Strutture coagulo di fibrina in normali e patologiche Uniti

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

Lesioni a rivestimento endoteliale di un vaso sanguigno viene riparato attraverso la risposta emostatico, o la formazione di un coagulo di sangue. Quando il sangue permea nella matrice extracellulare, fattori tissutali attivano piastrine nel sangue che facilitano l'iniziazione della cascata coagulativa. Il componente chiave meccanica di questo processo di guarigione è la matrice di fibrina, composto da fibre di fibrina che sono altamente elastica, e può sostenere le grandi forze ^1-4. Molti ricercatori hanno studiato la struttura di formazione, e la funzione di fibrina ampiamente negli ultimi decenni ^5-13.

I pazienti con malattie come il diabete mellito e falciforme hanno un aumentato rischio di sviluppare complicanze trombotiche, come infarto miocardico, cardiopatia ischemica, e colpi ^14-19. Oltre 2 milioni di persone sono di nuova diagnosi di diabete mellito ogni anno negli Stati Uniti. Esistono due tipi di diabete: tipo I, dove lacorpo non riesce a produrre quantità sufficienti di insulina, e tipo II, dove il corpo diventa resistente all'insulina. Tra i pazienti diabetici, malattie cardiovascolari (CVD) è la causa per l'80% della morbilità e la mortalità associate con la malattia ^20,21.

Anemia falciforme (SCD) è una malattia genetica del sangue che colpisce più di 100.000 persone negli Stati Uniti ^22. SCD è una malattia mutazioni puntiformi che induce le cellule rosse del sangue per diventare a forma di mezzaluna, il che rende difficile per le cellule di passare attraverso il sistema vascolare del sangue ^23. Entrambi questi stati di malattia aumentano le probabilità di sviluppare condizioni aterotrombotici nel corpo. Uno dei motivi per questo è il risultato di strutture di fibrina alterata e funzione negli stati malati ^14,24-26.

In entrambi diabete e anemia falciforme, c'è ipercoagulazione e l'attività hypofibrinolysis che induce aterotrombosi e malattie cardiovascolari (CVD) rispetto ai pazienti sani ^17,27,28. E 'noto che hypofibrinolysis promuove la progressione dell'aterosclerosi e genera eventi ischemici ricorrenti per i pazienti con malattia coronarica precoce ^29. Nel manoscritto attuale, abbiamo studiato il ruolo di fibrina proprietà fisiche in questo ambiente particolare. Strutture coagulo di fibrina nei pazienti non malati sono composti da fibre sottili, pori più grandi, e in genere meno densa ^14,24. La maggiore porosità e coaguli di fibrina meno fitta in pazienti sani sono stati trovati per facilitare fibrinolisi ^16. In condizioni hyperthrombotic quali malattia a cellule falciformi diabetica e, vi è un aumento della produzione di fibrinogeno, causando la concentrazione di fibrinogeno aumentare da livelli normali di 2,5 mg / ml in pazienti sani ^30-33. Coaguli di fibrina formata in pazienti diabetici sono stati trovati per essere meno porosa, più rigida, avere più punti di ramificazione, e più densa rispetto a sano, non diapazienti Betica ^14,24,33-35. La struttura di fibrina alterata è il risultato di meccanismi di glicazione che si verificano nelle proteine ​​coinvolte nella formazione del coagulo. Non enzimatica (irreversibile) glicazione si verifica quando le molecole di glucosio si legano a residui di lisina sulla molecola fibrinogeno, che inibisce il fattore XIIIa umana (FXIIIa) da glutamina e lisina residui opportunamente incrociati collegano ^33,36,37.

L'analisi strutturale delle reti di fibrina è stato ampiamente studiato di recente. In particolare, i ricercatori hanno utilizzato la microscopia elettronica e la ricostruzione 3D delle reti di fibrina, ³⁸ indagati come sia intravascolari (endoteliali) cellule e extravascolari (fibroblasti e muscolari lisce) cellule influenzano la struttura di fibrina ^39, viscoelastico utilizzati e l'analisi spettrale per analizzare le strutture di fibrina ^40, e correlazioni sviluppati tra struttura di fibrina e le proprietà meccaniche utilizzando approcci sperimentali e computazionali ⁴¹ </sup>. Il focus di questo studio è stato quello di formulare strutture coagulo in condizioni trombosi cellulare diabetico e falce simulati e di utilizzare la microscopia confocale per l'esame della struttura e funzione dei coaguli in stati malati. Coaguli di fibrina sono formati da fibrinogeno umano, trombina umana, e FXIIIa. I coaguli sono stati lisati con plasmina. Per simulare le condizioni di diabetici, aumento della concentrazione di fibrinogeno è stato incubato in soluzione di glucosio di indurre in vitro fibrinogeno glicazione. Per simulare malattie cella condizioni coagulazione falce, un aumento delle concentrazioni di fibrinogeno sono stati mescolati con ematocrito falciforme raccolti da pazienti, come fatto in precedenza dal nostro gruppo ^42. Questi metodi sono stati usati per esaminare la struttura e le funzioni coinvolte nella formazione di coaguli di fibrina fibrinolisi e in condizioni malate, nonché i meccanismi che inducono CVD. Sulla base delle informazioni attuali su queste malattie, le strutture di coagulo di fibrina glicata erano più denso con meno di unnd piccoli pori. I coaguli di fibrina con globuli rossi di pazienti con anemia falciforme (RBC) erano anche più denso e visualizzati aggregazione dei globuli rossi e di cluster di fibrina agglomerati. Questo è un fenomeno ben noto che è stato determinato in precedenza ^43. E 'stato anche ipotizzato che il tasso di fibrinolisi sarebbe significativamente più bassa nel coaguli di fibrina glicata con e senza riduzione plasmina rispetto ai sani, di fibrina normale. I risultati hanno mostrato che per coaguli di fibrina glicate, risultati molto diversi tassi lisi stati osservati solo in condizioni di concentrazione di plasmina ridotta. Questa tecnica sperimentale mediante microscopia confocale offre vantaggi significativi rispetto ad altri metodi di imaging perché le cellule e proteine ​​rimangono nel loro stato nativo, che permette la cattura di video in tempo reale dell'attività coagulazione. Questo metodo di coagulazione sinteticamente Induzione è anche più economico e più tempo efficiente di ottenere campioni di pazienti e filtrando individualeproteine ​​ed enzimi. Inoltre, utilizzando proteine ​​ed enzimi separati per sintetizzare coaguli, i coaguli sono stati standardizzati in modo che non ci fosse la variabilità tra i campioni a causa di altre proteine ​​del plasma.

Protocol

NOTA: Il seguente protocollo aderisce alle linee guida stabilite dal Institutional Review Board (IRB) presso la Georgia Tech. 1. Raccolta di sangue e Blood Red isolamento delle cellule Procedura Raccogliere 40-120 ml di sangue da donatori in 10 ml vacutainer eparina. Inizia PBMC (cellule mononucleate del sangue periferico) isolamento entro 4 ore di raccolta. Durante questo tempo, mantenere il sangue a RT. NOTA: O / N stoccaggio di sangue in RT o 4 ° C non …

Representative Results

Microscopia confocale Analisi di glicata fibrina Strutture Clot Le immagini microscopia confocale di coaguli normali e glicate sono presentati in Figura 3. Microscopia confocale dei coaguli normali e glicate rivela che coaguli glicate sono più densi con pori inferiori ai coaguli normali con e senza l'aggiunta di FXIIIa durante la polimerizzazione coagulo. Nella Figura 3A e 3B, vi è una concentrazione di fibrina inferiore che crea una s…

Discussion

Per ottenere dati significativi sulla struttura dei meccanismi di coagulazione in stati di malattia, è importante isolare i fattori coinvolti nella coagulazione per determinare gli effetti delle proteine ​​e cellule in queste condizioni. Questo protocollo è stato sviluppato per i fini della valutazione della struttura del coagulo di fibrina in stati diabetici e SCD in vitro.

E 'necessario comprendere i meccanismi coinvolti nella formazione di fibrina e fibrinolisi in stati…

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