Detta dokument beskriver en experimentell modell av hemostas som samtidigt mäter trombocytfunktionen och koagulation. Trombocyter och fibrin fluorescens mäts i realtid, och trombocytadhesion hastighet, koaguleringshastigheten, och uppkomsten av koagulering bestäms. Modellen används för att bestämma blodplätts prokoagulerande egenskaper under flöde i koncentrat för transfusion.
Mikroflödesmodeller hemostas bedömer trombocytfunktionen under förhållanden med hydrodynamisk skjuvning, men i närvaro av antikoagulantia är denna analys begränsad till blodplättbeläggning endast. Den intrikata relationen mellan Ca2 + -beroende koagulation och trombocytfunktionen kräver noggrann och kontrollerad rekalcifiering av blod före analys. Vår inställning använder en Y-formad blandningskanal, som levererar koncentrerad Ca2 + / Mg2 + buffert till strömmande blodet just före perfusion, vilket möjliggör snabb rekalcifiering utan prov stasis. En tio-faldig skillnad i strömningshastigheten mellan de båda reservoarerna minimerar utspädning. Den recalcified blodet sedan perfusion i en kollagenbelagd analyskammaren, och differentierad märkning tillåter realtid avbildning av både trombocyter och fibrin avsättning med hjälp av fluorescens video mikroskopi. Systemet använder endast kommersiellt tillgängliga verktyg, vilket ökar chanserna för standardisering. Rekonstitution av thrombocytopenic blod med blodplättar från bankas koncentrerar dessutom modeller trombocyttransfusion, bevisar dess användning i detta forskningsområde. Exempel på data visade att koagulation debut och fibrinavsättning var linjärt beroende av koncentrationen av blodplättar, vilket bekräftar sambandet mellan primär- och sekundär hemostas i vår modell. Inom en tidsram av 16 perfusion min, gjorde kontaktaktivering inte ske, trots rekalcifiering till normal Ca2 + och Mg 2 + nivåer. När koagulationsfaktor Xlla inhiberades av majs trypsininhibitor, denna tidsram var ännu längre, vilket indikerar en betydande dynamiskt område där förändringarna i den prokoagulerande naturen av blodplättarna kan bedömas. Co-immobilisering av vävnadsfaktor med kollagen signifikant reducerade till debut på koagulation, men inte dess hastighet. Alternativet att studera vävnadsfaktor och / eller kontaktvägen ökar mångsidigheten och nyttan av analysen.
Primär och sekundär hemostas ursprungligen conceptualized som två relativt separerbara biokemiska processer. Primär hemostas sågs som en viktig bidragsgivare i artärflödesförhållanden, med en nyckelroll för blodplättar, medan den sekundära hemostas sågs dominera koagulation enligt venösa blodflödet, vilket gör att proteaset kaskad för att bilda olösligt fibrin. De senaste decennierna har förändrat denna traditionella uppfattning avsevärt, erkänner att blodplättaktivering och koagulation är beroende av varandra och är lika viktiga processer under fysiologiska och patologiska hemostas i alla (icke-extrem) hydrodynamiska miljöer. Denna uppfattning har översatts till kliniken, där analyser utformats att övergripande mäta hela-blodkoagulering används alltmer, om än med många återstående frågor om relevans, användbarhet och nytta en.
Vi publicerade nyligen en funktionell analys av blodplättarkoncentrat med användning av mikroflödessystem flödeskammare belagda med fibrillärt kollagen i en modell av transfusion 2 in vitro, med prover som innehåller normala mängder av röda blodkroppar, plasma och blodplättar. Denna metod använder heparin eller hirudin antikoagulerat blod, vilket innebär ingen eller begränsad inblandning av sekundär hemostas, som är beroende av trombin och joniserat kalcium (Ca2 +). För att stödja trombinbildning och således omfatta alla aspekter av hemostas enligt mikroflödesflöde, utvecklade vi en kompletterande metod på samma tekniska plattform, nu inklusive gratis Ca2 +. På detta sätt kan studeras blodplättbeläggning och fibrinbildning, återigen i en modell av blodplättstransfusion, för att bedöma blodplättskoncentrat kvalitet.
I denna metod, är blodplättar och fibrinogen märkt med fluoroforer som fullständigt har separerade emissionsspektra. Dubbel färg, video i realtid mikroskopi tillåter då analysen avprimär trombocytadhesion, liksom koagulering initiering och fibrinavsättning. En viktig variabel i denna typ av analys är rekalcifiering, eftersom tillsatsen av Ca 2+ till statisk blod, före perfusion, kommer oundvikligen att orsaka kontaktinitierad koagulation i behållaren. Denna initiering kommer förspänna avläsning på grund av igensättning av rör och biochip inlopp före perfusion. Därför, i vår metod, citrat antikoagulerat blod och en Ca2 + -innehållande buffert pumpas separat genom de övre benen hos en Y-formad inloppskammare. Komponenterna blandas under perfusionen innan en analyskammare belagd med enbart eller i kombination med rekombinant human vävnadsfaktor (rhTF) kollagen. Genom att anpassa flödeshastigheter för de separata pumpar och koncentrationen av Ca2 + i bufferten, en 10% utspädning av det slutliga provet blod äger rum.
Med hjälp av denna utökade protokollet visar vi bidrag koagulattionsfaktor XII (FXII) och blodplättskoncentration att kontakta vägen koagulation initiering i flödet. Våra data visar också att genom att belägga rhTF tillsammans kollagen, kan vävnadsfaktorreaktionsvägen mätas samtidigt.
Transfusion av blodplättkoncentrat är föreskriven för trombocytopenisk patienten för att förhindra eller stoppa blödningar. Dess kliniska effekt har nyligen lyfts fram i en historisk genomgång av akut leukemi 12 och erinrar om att ökad överlevnad för pediatriska patienter i sextiotalet och sjuttiotalet var stor del tillskrivas förbättringar i (trombocyter) transfusionsmedicin. Blodplättkoncentrat används också för att hejda blödning vid akut trauma eller under kirurgi. Under dessa förhållanden är trombocyter med utmärkta prokoagulerande egenskaper som snabbt initierar hemostas föredra, men blodplättskoncentrat framställs från donationer av frivilliga blodgivare och, till skillnad från farmakologisk medicinering, är standardiserade av förberedelse bara, inte av (kemiska) sammansättning. Därför flera frågor inom blodbanker är obesvarade, bland annat på optimala donationsformer, lagringsförhållanden, och transfusionspraxis. Inom området för platelet (transfusion) biologi, många frågor på cell clearance från cirkulationen, bidrag transfusion trombocyter till hemostas, eller deras immunologi förblir också obesvarad.
Ett stort antal laboratorietekniker för blodplättsanalysfunktion finns, men dessa mestadels hantera en enda aspekt av trombocytfunktionen, som aggregering eller degranulering 13. Att i stort sett bedöma blodplättar och blodplättskoncentrat, omfattande modeller av hemostas är oumbärliga, och dessa måste innehålla hydrodynamik. Blod reologi är avgörande för att korrekt tolka plätt beteende under hemostas 14, 15 eller trombos 16, även om antikoagulation förhindrar Ca2 + och / eller trombin för att delta i närvaro av citrat eller heparin, respektive 2. För att studera samspelet mellan koagulering och trombocytfunktionen i flödet 17, 18, normal trombinbildning krävs, och därför fri Ca2 + samt. Experimentuppställning för att studera hemostas under dessa betingelser är komplex, eftersom åtgärder för att förhindra "artefakt" eller okontrollerad aktivering av koagulering bör fattas så mycket som möjligt. Dessutom har många specialiserade forskargrupper använder skräddarsydd hårdvara 19, 20, som orsakar betydande mellan laboratorier variabilitet 5. Typiska begränsningar av denna metod är användningen av rektangulära behållare, icke-pulserande flödesprofiler, och icke-mänskliga ytbeläggningar 5. Analysen vi beskriver här använder kommersiellt tillgängliga verktyg och kan därför vara lämplig för standardisering.
Eftersom koagulationskaskaden reaktionen aktiveras lätt gång blodet inte är innesluten i den mänskliga kroppen, är kontrollerad rekalcifiering en svängbar steg. To uppnå detta tillsats av Ca2 + måste skjutas upp till strax före perfusion över reaktiva kollagenytan, eftersom när Ca2 + bufferten levereras i bulk till statisk blod, koagulation tar oundvikligen rum, så småningom täpper slangen och polarisering uppgifter tolkning (data ej visade). Lösningen på detta problem är att pumpa den Ca2 + buffert och blodet separat, vilket möjliggör blandning genom konvektiva och diffusiva krafter under perfusionen på dess väg till analyskammaren. Fullständig blandning uppnås i en 46-cm långt segment av slangen mellan blandnings- och analyskamrarna. Denna längd beräknades för optimal uppehållstid av reagenser för att blanda baseras på grundlagar för massa och konvektiv transport 21 under perfusion vid en flödeshastighet som används (1000 s -1). Detta tillvägagångssätt visade sig vara kontrollerbar och reproducerbar.
Kontaktaktivering av koagulation anses ibland en artefakt av enkelblodprovstagning och som bör undvikas när man tolkar koagulationstider. Därför visade vi att, i frånvaro av inhibitorer, börjar kontakt-inducerad koagulation vid 16,7 min (± 3,7 min) av perfusion. I närvaro av CTI att hämma FXIIa-medierad kontaktaktivering, är koagulation inte initieras under godtyckligt definierad loppet av experimentet (30 min). Detta fönster experimenterande är tillräckligt lång för att urskilja prov som är pro- eller antitrombotisk. Även om koagulation genom kontaktaktivering kan vara en oönskad konsekvens av blod i kontakt med artificiella ytor, våra data visar en tydlig biologisk dos effekten av blodplättar. Detta kan vara viktigt för transfusionsmedicin, eftersom nya rön om FXII, polyfosfater trombocyter 10, fosfatidylserin fördelning 22, och blodplättsmikropartiklar 23 har faktiskt omvärderas kontaktvägen koagulation som en viktig bidragande faktor till hemostas, especiellt i samband med trombos 24. Till exempel kan den rörliga avkastningen av trombocyttransfusioner i patienter eller variabel fosfatidylserin uttryck för bankas trombocyter därmed framkalla variabilitet i terapeutisk effekt om det lyckas koagulering har visat sig bero på dessa faktorer.
Genom samtidig immobilisering lipiderade rhTF med kollagen, den yttre koagulation rutt eller TF vägen aktiveras under blodplättbeläggning på kollagen. Detta sträcker sig analysen till sitt mest omfattande läge, som en modell för skador som ger blod i kontakt med TF-bärande celler och vävnader. Våra data visar att samtidig immobilisering av kollagen och TF minskar ögonblicket av koagulation insättande men ändrar inte graden av koagulering. Att notera är mängden av rhTF immobiliserat till ytan en viktig variabel i denna modell 25, 26 och bör vara standardiserat inom en given studie. I prece av CTI, kan studeras TF vägen enbart (ej visad) på grund av kontaktaktivering förhindras.
Sammanfattningsvis vår experimentuppställning kombinerar en modell av transfusion genom rekonstituering av trombocytopenisk blod med doserade plättar och en modell av hemostas genom kalciumberoende blodplättbeläggning och fibrinbildning i hydrodynamiskt flöde. Denna analys kommer att användas för att svara på frågor om den prokoagulerande karaktär doserade trombocyter och effekterna blodplättskoncentratframställningstekniker har på detta.
The authors have nothing to disclose.
Denna forskning stöds av Stiftelsen för forskning och utveckling av den belgiska Röda korset-Flanders Blodtjänst. Vi erkänner ekonomiskt stöd från "Bijzonder onderzoeksfond" (BOF – särskild forskningsfond) från universitetet i Gent beviljats projektet med kontraktsnummer 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 |