Dette papir beskriver en eksperimentel model for hæmostase, der samtidig måler trombocytfunktionen og koagulering. Blodplade- og fibrin fluorescens måles i realtid, og blodpladeadhæsion sats, koagulation sats, og indtræden af koagulering bestemmes. Modellen anvendes til at bestemme blodplade prokoagulerende egenskaber under strømning i koncentrater til transfusion.
Mikrofluide modeller af hæmostase vurdere blodpladefunktion under betingelser med hydrodynamisk forskydning, men i nærvær af antikoagulantia, er denne analyse begrænset til kun blodpladeaflejring. Den indviklede forhold mellem Ca2 + -afhængig koagulation og trombocytfunktionen kræver omhyggelig og kontrolleret rekalcifikationstid af blod før analyse. Vores setup anvender en Y-formet blanding kanal, der leverer koncentreret Ca2 + / Mg2 + buffer til strømmende blod lige før perfusion, hvilket muliggør hurtig rekalcifikationstid uden prøve stasis. En ti-fold forskel i strømningshastighed mellem begge reservoirer minimerer fortynding. Den genforkalket blod derpå perfunderes i en collagen-coatede analyse kammer, og differentieret mærkning tillader real-time imaging af både blodplade- og fibrinaflejring anvendelse af fluorescens video mikroskopi. Systemet bruger kun kommercielt tilgængelige værktøjer, øger chancerne for standardisering. Rekonstituering af thrombocytopenic blod med blodplader fra krænges koncentrerer desuden modeller trombocytinfusion, beviser dens anvendelse i denne forskning domæne. Eksempler data viste, at koagulation indtræden og fibrinaflejring var lineært afhængig af blodplade koncentration, hvilket bekræfter forholdet mellem primær og sekundær hæmostase i vores model. I en tidsramme på 16 perfusion min, havde kontakt aktivering ikke finde sted, på trods rekalcifikationstid til normal Ca 2+ og Mg 2+ niveauer. Når koagulationsfaktor XIIa blev inhiberet af majs trypsininhibitor, denne tidsramme var endnu længere, hvilket indikerer en betydelig dynamikområde i kan vurderes ændringerne i prokoagulant karakter blodpladerne. Co-immobilisering af vævsfaktor med kollagen væsentligt reduceret tid til indtræden af koagulation, men ikke dens sats. Muligheden for at undersøge vævsfaktor og / eller kontakten pathway øger alsidighed og anvendelighed af assayet.
Primær og sekundær hæmostase var oprindeligt conceptualized som to relativt adskillelige biokemiske processer. Primær hæmostase blev betragtet som en vigtig bidragyder i arterielt strømningsforhold, med en central rolle for blodplader, mens sekundær hæmostase blev set at dominere koagulation under venøs blodgennemstrømning, hvilket tillader protease kaskade til dannelse uopløseligt fibrin. De seneste årtier har omformet denne traditionelle opfattelse væsentligt, anerkender, at blodpladeaktivering og koagulation er indbyrdes afhængige og er lige vigtige processer under fysiologiske og patologiske hæmostase i alle (ikke-ekstreme) hydrodynamiske miljøer. Dette synspunkt er blevet oversat til klinikken, hvor analyser udtænkt til omfattende målinger hel-blod koagulation anvendes i stigende grad, om end med mange tilbageværende spørgsmål om relevans, anvendelighed og nytte en.
Vi har for nylig udgivet en funktionel analyse af blodpladerkoncentrater hjælp mikrofluide strømningskamre overtrukket med fibrillært collagen i en in vitro model af transfusion 2, med prøver indeholdende normale mængder af røde blodlegemer, plasma og blodplader. Denne metode anvender heparin eller hirudin antikoaguleret blod, hvilket indebærer ingen eller begrænset inddragelse af sekundær hæmostase, som er afhængig af thrombindannelse og ioniseret calcium (Ca2 +). For at understøtte thrombin dannelse og dermed til at omfatte alle aspekter af hæmostase under mikrofluid flow, vi udviklet en supplerende metode på samme tekniske platform, nu herunder gratis Ca 2+. På denne måde kan blodpladeaflejring og fibrindannelse studeres, igen i en model for blodpladetransfusion, at vurdere blodpladekoncentrat kvalitet.
Ved denne fremgangsmåde er de blodplader og fibrinogen mærket med fluoroforer, der har fuldt adskilt emissionsspektre. Dual farve, real-time video mikroskopi tillader derefter en analyse afprimære blodpladeadhæsion, samt koagulation initiering og fibrin deposition. En vigtig variabel i denne type assay er rekalcifikationstid, fordi tilsætning af Ca2 + til statisk blod, før perfusion, vil uundgåeligt forårsage kontakt-initieret koagulering i beholderen. Denne indvielse vil bias udlæsning grundet tilstopning af slanger og biochip indløb før perfusion. Derfor, i vores metode, citrat antikoaguleret blod og en Ca2 + holdig puffer pumpes særskilt gennem de øvre dele af en Y-formet indløbskammer. Komponenterne blandes under perfusion inden de kommer ind en analyse kammer overtrukket med collagen alene eller i kombination med rekombinant human vævsfaktor (rhTF). Ved at tilpasse de strømningshastigheder af de separate pumper og koncentrationen af Ca2 + i bufferen, en 10% fortynding af den endelige blodprøve finder sted.
Ved hjælp af denne forlængede protokol, demonstrerer vi bidrag coagulation faktor XII (FXII) og blodplader koncentration at kontakte pathway koagulation initiering under flow. Vore data viser også, at ved at overtrække rhTF sammen kollagen, kan den vævsfaktor pathway måles samtidigt.
Den transfusion af blodplader koncentrater er ordineret til trombocytopenisk patient for at forhindre eller stoppe blødninger. Dens kliniske effekt blev for nylig fremhævet i en historisk gennemgang af akut leukæmi 12, minder om, at øget overlevelse af pædiatriske patienter i tresserne og halvfjerdserne var stort set tilskrives forbedringer i (blodplader) transfusion medicin. Blodpladekoncentrater bruges også til at dæmme blødning i akut trauma eller under kirurgi. Under disse omstændigheder er blodplader med fremragende prokoagulerende egenskaber, der hurtigt indlede hæmostase foretrækkes, men blodplade koncentrater fremstillet af donationer af frivillige donorer og i modsætning farmakologisk medicin, er standardiseret af forberedelse alene, ikke ved (kemisk) sammensætning. Derfor flere spørgsmål inden for blod bank er ubesvarede, herunder dem på optimale donation modaliteter, opbevaringsforhold og transfusion praksis. På området platelet (transfusion) biologi, mange spørgsmål om celle clearance fra cirkulation, bidrag transfunderede blodplader til hæmostase, eller deres immunologi også forbliver ubesvarede.
Talrige laboratoriemetoder til trombocytfunktionen analyse er til rådighed, men disse oftest løse en enestående aspekt af trombocytfunktionen, ligesom sammenlægning eller degranulering 13. At bredt vurdere blodplader og blodplader koncentrater, omfattende modeller af hæmostase er uundværlige, og disse skal indeholde hydrodynamik. Blod rheologi er afgørende at fortolke blodplade adfærd korrekt under hæmostase 14, 15 eller thrombose 16, selv om antikoagulation forhindrer Ca2 + og / eller thrombin til at deltage i nærværelse af citrat eller heparin, henholdsvis 2. For at undersøge samspillet mellem koagulation og trombocytfunktionen under flow 17, 18, normal thrombindannelse er påkrævet, og derfor frit Ca2 + samt. Forsøgsopstillingen til undersøgelse hæmostase under disse betingelser er kompleks, fordi foranstaltninger til at forhindre "artefakt" eller ukontrolleret aktivering af koagulation bør tages så meget som muligt. Desuden er mange specialiserede forskergrupper bruger skræddersyet hardware 19, 20, som forårsager betydelig mellem laboratorier variabilitet fem. Typiske begrænsninger af denne fremgangsmåde er anvendelsen af rektangulære beholdere, ikke-pulserende flow profiler, og ikke-humane overfladebelægninger 5. Analysen beskriver vi her bruger kommercielt tilgængelige værktøjer og kan derfor være egnet til standardisering.
Fordi koagulationskaskaden reaktionen let aktiveres, når blodet ikke er indeholdt i det menneskelige legeme, kontrolleret rekalcifikationstid er et afgørende skridt. To opnå dette, tilsætning af Ca 2+ skal udskydes til lige før perfusion over den reaktive kollagen overflade, for når Ca2 + buffer leveres i løs vægt til statisk blod, koagulation uundgåeligt finder sted, efterhånden tilstoppe slangen og forspænding af data fortolkning (data ikke vist). Løsningen på dette problem er at pumpe pufferen Ca2 + og blodet separat, giver mulighed for blanding af konvektive og diffusive kræfter under perfusion på vej til analysekammeret. Fuldstændig blanding er opnået i et 46-cm segment af slangen mellem blandings- og analyse kamre. Denne længde blev beregnet for den optimale opholdstid af reagenser til at blande baseret på fundamentale love masse og konvektiv transport 21 under perfusion ved strømningshastigheden brugt (1.000 s -1). Denne fremgangsmåde viste sig styrbar og reproducerbar.
Kontakt aktivering af koagulation er undertiden betragtes som en artefakt af simpelblodprøvetagning og skal undgås ved fortolkningen størkningstider. Viste vi derfor, at i mangel af inhibitorer, kontakt-induceret koagulation starter ved 16,7 min (± 3,7 min) af perfusion. I nærvær af CTI at inhibere FXIIa-medieret kontakt aktivering, er koagulation ikke indledt i defineres arbitrært løbet af forsøget (30 min). Dette vindue af eksperimenter er tilstrækkelig lang til at skelne prøver, der er pro- eller antitrombotisk. Selvom koagulation ved kontakt aktivering kan være en uønsket konsekvens af blod kontakt kunstige overflader, vores data viser en klar biologisk dosis effekt af blodplader. Dette kan være vigtigt for transfusion medicin, fordi de seneste resultater på FXII, blodplader polyphosphater 10, phosphatidylserin fordeling 22, og blodplademikropartiklerne 23 har faktisk opskrevet kontakt pathway koagulation som en vigtig bidragyder til hæmostase, especielt i forbindelse med trombose 24. For eksempel kan den variable udbyttet af blodpladetransfusioner hos patienter eller den variable phosphatidylserin ekspression af indsamlede blodplader således fremkalde variation i terapeutisk effektivitet hvis det lykkes koagulation er vist at afhænge af disse faktorer.
Ved co-immobilisering lipideret rhTF med collagen, den ydre koagulation rute eller TF pathway, aktiveres under blodpladeaflejring på collagen. Dette udvider assayet til sin mest omfattende tilstand, som en model for skader, der bringer blod i kontakt med TF-bærende celler og væv. Vore data viser, at co-immobilisering af collagen og TF nedsætter øjeblik af koagulation indsætning, men ændrer ikke hastigheden for koagulation. Af note, mængden af rhTF immobiliseret til overfladen er en vigtig variabel i denne model 25, 26 og bør standardiseres inden for en given undersøgelse. I Presence af CTI, kan TF pathway studeres udelukkende (ikke vist), fordi kontakt aktivering forhindres.
Afslutningsvis vores eksperimentelle opsætning kombinerer en model af transfusion ved rekonstituering af trombocytopenisk blod med opsparede blodplader og en model af hæmostase ved calcium-afhængig blodpladeaflejring og fibrindannelse under hydrodynamisk strømning. Dette assay vil blive brugt til at besvare spørgsmål om prokoagulant arten af indsamlede blodplader og virkningerne blodpladekoncentrat fremstillingsteknikker har på dette.
The authors have nothing to disclose.
Denne forskning blev støttet af Fonden for forskning og udvikling af den belgiske Røde Kors-Flandern Blood service. Vi anerkender finansiel støtte fra "Bijzonder onderzoeksfond" (BOF – særlig forskningsfond) fra Ghent Universitet er bevilget til projektet med kontrakt nummer BOF30290744.
1 mL Syringe | BD | A00434 | |
10 mL Syringe | BD | 309604 | |
2 mL Syringe | BD | 307727 | |
Alexa Fluor 405 | Life Technologies | A30100 | The manufacturer's manual was followed for labeling of fibrinogen |
BD vacutainer Eclipse | Becton, Dickinson and Company | 368650 | Blood collection needle with preattached holder |
BD vacutainer tube with EDTA | Becton, Dickinson and Company | 368856 | |
BD vacutainer tube with Sodium Citrate | Becton, Dickinson and Company | 366575 | |
Blocking buffer | in house preparation | in house preparation | 1.0% (w/v) bovine serum albumin and 0.1% (w/v) glucose in HBS |
Calcein AM | Molecular probes | C1430 | |
Coagulation buffer | in house preparation | in house preparation | 10mM CaCl2 and 3.75 mM MgCl2 in HBS |
Conical tube 15mL | Greiner bio-one | 1888271 | |
Conical tube 50mL | Greiner bio-one | 227261 | |
Corn trypsin inhibitor (CTI) | Enzyme Research Laboratories | CTI | |
Denaturated alcohol | Fiers | T0011.5 | |
DiOC6 | Sigma-Aldrich | 318426 | 3,3′-Dihexyloxacarbocyanine iodide – 1mM solution in DMSO |
Exigo microfluidic pump | Cellix | EXIGO-PC-FS7.0-MF | |
Fibrinogen | Sigma-Aldrich | F3879 | Labelled in house with AF 405 – stock concentration 10.7 mg/mL |
Hematology analyzer | Sysmex | pocH-100i | |
HEPES buffered saline (HBS) | in house preparation | in house preparation | 10mM 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid (HEPES) buffered saline (0.9% (w/v) NaCl, pH 7.4 |
Horm Collagen | Takeda/Nycomed | 1130630 | Native equine tendon collagen (type I) Isotonic glucose solution to dilute collagen is supplemented |
Humidified box | Cellix | HUMID-BOX | |
Incubation water bath | GFL | 1013 | |
Microscope | Zeiss | Axio Observer Z1 | equipped with a colibri-LED and high resolution CCD camera |
Mirus Evo Nanopump | Cellix | 188-MIRUS-PUMP-EVO | with Multiflow8 |
Pipette | Brand | A03429 | |
Pipette tips 100-1000 | Greiner bio-one | 740290 | |
Pipette tips 1-10 | Eppendorf | A08928 | |
Pipette tips 2-200 | Greiner bio-one | 739280 | |
Platelet concentrate orbital shaker | Helmer | PF-48i | |
Precision wipes | Kimtech | 5511 | |
Pepsin solution | Hanna instrument | HI7073L | 2g pepsin per 75 ml solution, Protein cleaning solution with pepsin |
Recombinant Human Tissue Factor Innovin | Dade Berhing | B4212-40 | rhTF with synthetic phospholipids |
Software microscope | Zeiss | N/A | ZEN 2012 |
Sterile docking device | Terumo BCT | TSCD | |
Table Top Centrifuge | Eppendorf | 521-0095 | |
Tube Roller | Ratek | BTR5-12V | |
Tubing Sealer | Terumo BCT | AC-155 | |
Vena8 syringe connector pin | Cellix | CONNECTORS-B1IC-PACK100 | |
Vena8 Fluoro+ Biochips | Cellix | 188V8CF-400-100-02P10 | Coated biochip |
Vena8 Needles | Cellix | SS-P-B1IC-B1OC-PACK200 | |
Vena8 Tubing | Cellix | TUBING-TYGON-B1IC-B1OC-ROLL 100F | |
VenaDelta Y1 Biochips | Cellix | VDY1-400-100-01-02 | Mixing biochip |
Vortex mixer | VWR | 58816-121 | |
ZEN2012 software | Zeiss |