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Method Article
La fonction plaquettaire sous flux peut être évaluée et la réanimation hémostatique simulée peut être modélisée à l’aide d’un dispositif microfluidique, qui a des applications en traumatologie et en médecine transfusionnelle.
La microfluidique incorpore des substrats et des écoulements physiologiquement pertinents qui imitent le système vasculaire et constituent donc un outil précieux pour étudier les aspects de la thrombose et de l’hémostase. Dans des environnements à fort cisaillement simulant un flux artériel, un test microfluidique facilite l’étude de la fonction plaquettaire, car des thrombus riches en plaquettes se forment dans une région sténosée localisée d’un canal d’écoulement. L’utilisation de dispositifs qui permettent de réduire le volume d’échantillon peut également aider à évaluer la fonction plaquettaire en flux à partir d’échantillons de patients ou de modèles animaux à volume limité. L’étude d’échantillons de patients traumatisés ou d’échantillons après une transfusion de produits plaquettaires peut aider à orienter les stratégies thérapeutiques pour les populations de patients dans lesquelles la fonction plaquettaire est essentielle. Les effets de l’inhibition plaquettaire via des agents pharmacologiques peuvent également être étudiés dans ce modèle. L’objectif de ce protocole est d’établir une plateforme microfluidique qui intègre le flux physiologique, les surfaces biologiques et les mécanismes hémostatiques pertinents pour évaluer la fonction plaquettaire avec des implications pour l’étude de la coagulopathie induite par un traumatisme et de la médecine transfusionnelle.
Les traumatismes sont l’une des principales causes mondiales de décès et d’invalidité. Les lésions graves sont souvent compliquées par une perturbation endogène unique de l’hémostase et de la thrombose, appelée coagulopathie induite par un traumatisme (TIC)1. Les plaquettes jouent un rôle essentiel dans les TIC, et elles ont été décrites comme ayant des fonctions adaptatives et inadaptées2. Les mécanismes de la dysfonction plaquettaire après une blessure restent incertains, et il est essentiel de mieux comprendre la réponse cellulaire pour guider le développement d’une réanimation et d’un traitement améliorés. Un autre problème épineux concernant la fonction plaquettaire après une blessure est l’incertitude de la fiabilité des lectures actuelles de la fonction plaquettaire chez le patient traumatisé.
De nombreuses études ont montré que même les patients légèrement blessés, sans phénotype clinique de saignement connu, ont une fonction plaquettaire anormale à l’aide de tests conventionnels de la fonction plaquettaire tels que l’agrégométrie 3,4. Cependant, les limites de l’aggrégométrie pour évaluer la fonction plaquettaire dans un contexte de blessure comprennent l’absence de surface de blessure physiologiquement pertinente, une approche réductionniste de la stimulation par agoniste, la dilution de l’échantillon avec l’agrégation d’impédance du sang total, la séparation du plasma avec l’agrégation de transmission optique de la lumière et l’évaluation de l’échantillon stagnant. De plus, il n’est pas clair si cette sensibilité de la fonction plaquettaire représente un véritable dysfonctionnement cellulaire ou un artefact de mesure, tel qu’une augmentation de l’impédance électrique de base, dans le cadre de la lésion2. Ainsi, l’étude des fonctions plaquettaires pertinentes dans le contexte d’un traumatisme est cruciale pour comprendre les TIC, et il y a une marge d’innovation et d’amélioration substantielle dans ce domaine.
Les plateformes traditionnellement utilisées pour étudier la fonction plaquettaire n’incluent pas la dynamique des fluides et l’écoulement, ce qui peut être essentiel pour comprendre le dysfonctionnement plaquettaire lié aux traumatismes et à la coagulopathie induite par un traumatisme5. Les mécanismes de l’hémostase qui dépendent du flux comprennent l’élongation du facteur de von Willebrand (VWF) à fort cisaillement, au-dessus d’un taux de cisaillement critique, et la capture plaquettaire via la glycoprotéine 1b 6,7,8, qui ne sont pas capturées à l’aide de tests de fonction plaquettaire stagnante. De plus, les plaquettes se lient préférentiellement au VWF ou au fibrinogène en fonction du régime d’écoulement et jouent des rôles différentiels dans la thrombose artérielle par rapport à la thrombose veineuse 9,10. Les thrombus artériels sont principalement constitués de plaquettes, tandis que les thrombus veineux sont principalement composés de globules rouges, en partie sur les régimes de flux11. Les dosages qui intègrent les régimes d’écoulement peuvent aider à élucider les dysfonctionnements relatifs au spectre des phénotypes TIC, de l’hypocoagulabilité et des phénotypes hémorragiques à l’hypercoagulabilité et aux phénotypes thrombotiques. Enfin, les contraintes d’échantillonnage du volume sanguin avec les populations de patients traumatisés peuvent rendre difficiles les tests traditionnels de la fonction plaquettaire. Bien que des tests tels que la cytométrie en flux puissent et doivent être utilisés dans ces circonstances, les résultats décrivent souvent une caractérisation physique d’un échantillon et non une évaluation fonctionnelle hémostatique.
Bien que les mécanismes de la dysfonction plaquettaire ne soient pas complètement compris dans les traumatismes, la modélisation de la dysfonction plaquettaire in vitro, avec des antagonistes de P2Y12 par exemple, peut également aider à guider l’étude des interventions thérapeutiques. La réanimation hémostatique est d’une importance cruciale chez les patients traumatisés où les produits sanguins sont transfusés dans une approche équilibrée pour traiter le choc, la coagulopathie et les lésions endothéliales avec du sang total ou des composants sanguins (globules rouges, plasma et concentrés de plaquettes) dans un rapport unitaire de 1:1:1 12,13,14. Chez les patients traumatisés, l’utilisation précoce de produits sanguins est associée à une amélioration de la survie15,16. Pour prolonger la durée de conservation, les produits plaquettaires conservés au froid sont de plus en plus étudiés. L’examen des plaquettes stockées au froid montre une activité hémostatique accrue, ainsi qu’une sécurité lors de la transfusion après une blessure17,18.
L’évolution de la réanimation plaquettaire conservée au froid souligne la nécessité de tests supplémentaires pour comprendre le produit plaquettaire le plus efficace disponible pour les traumatismes. Cependant, les tests traditionnels de la fonction plaquettaire sont souvent sur- ou sous-potentialisés pour détecter le dysfonctionnement, survenant à la fois chez le patient traumatisé recevant une transfusion de plaquettes thérapeutique et dans le produit transfusé lui-même observé dans les lésions de stockage plaquettaire. Déterminer l’origine du dysfonctionnement peut être difficile, compte tenu des limites des tests actuels de la fonction plaquettaire, y compris la nature statique de la plupart de ces tests. Par conséquent, lors de l’étude de la réanimation hémostatique in vitro, la plateforme et les méthodes de détection pour les populations de plaquettes du receveur et du produit sont d’une importance cruciale pour déterminer les interventions thérapeutiques optimales.
Les tests microfluidiques offrent des profils d’écoulement et des surfaces biofidéliques pour créer un test physiologiquement pertinent sur lequel étudier les plaquettes. Les dispositifs microfluidiques peuvent être personnalisés pour étudier une physiopathologie ou des types de blessures particuliers, tels que la perforation des vaisseaux19 ou les lésions endothéliales20. Ces dispositifs sont généralement composés de polydiméthylsiloxane (PDMS) lié à une lame de microscope en verre avec des modifications de surface, telles que le collagène, pour imiter les lésions sous-endothéliales et tissulaires. L’utilisation de ces types de dispositifs basés sur le flux peut aider à guider la recherche sur la dysfonction plaquettaire liée aux traumatismes et à examiner les approches optimales de la médecine transfusionnelle pour améliorer la dysfonction plaquettaire. Ces stratégies peuvent aider à dissiper la confusion existante quant à la pertinence des dosages plaquettaires statiques, tels que l’agrégométrie chez le patient blessé.
Toutes les recherches ont été effectuées dans le respect des directives institutionnelles. L’approbation du Bureau de protection de la recherche humaine de l’Université de Pittsburgh a été obtenue et le consentement éclairé de volontaires humains en bonne santé a été obtenu.
1. Préparation du dispositif microfluidique
2. Préparation de l’échantillon de sang
3. Test de la fonction plaquettaire sous écoulement (méthode 1)
4. Test de la fonction plaquettaire sous écoulement avec des échantillons de faible volume (inférieur à 1 ml) (méthode 2)
5. Décontamination
6. Analyse d’images
Les expériences microfluidiques suivant l’utilisation de cette méthode devraient montrer la formation de thrombus riches en plaquettes dans la région de sténose du canal d’écoulement (Figure 1). La figure 1A illustre des résultats représentatifs où les plaquettes fonctionnelles ont formé un thrombus dans la région sténosée du canal pour bloquer le flux sanguin à travers le canal. Les courbes d’intensité moyen...
Le protocole ci-dessus comporte quelques étapes essentielles pour assurer la fiabilité et la reproductibilité des expériences. Tout d’abord, les anticorps fluorescents doivent être soigneusement envisagés. Les anticorps utilisés pour détecter les plaquettes dans l’échantillon ne doivent pas bloquer la fonction du récepteur plaquettaire de la glycoprotéine Ib (GPIb). L’appariement des lots, dans la mesure du possible entre les expériences, est également essentiel pour a...
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à déclarer.
Les auteurs reconnaissent et remercient tous les donneurs de sang qui ont participé, ainsi que les phlébotomistes du laboratoire de recherche en traumatologie et en médecine transfusionnelle et le centre de recherche clinique et translationnelle Montefiore de l’UPMC pour leur aide dans les collections. SMS est pris en charge par K25HL161401. MDN est pris en charge par 1R01HL166944-01A1.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipments | |||
Axio Observer | Zeiss | 491917-0001-000 | |
Bel-Art Space Saver Vacuum Desiccators | Fisher Scientific | 08-594-15A | |
Fisherbrand Isotemp Digital Hotplate Stirrer | Fisher Scientific | FB30786161 | |
Nutating Mixer | Fischer Scientific | 88-861-043 | |
OHAUS Scout Balance Scale | Uline | H-5852 | |
Oven | Fisher Scientific | 15-103-0520 | |
Plasma cleaner | Harrick | PDC-32G (115V) | |
Syringe Pump (PHD ULTRA CP, I/W PROGRAMMABLE) | Harvard Apparatus | 883015 | |
Zen 3.4 | Zeiss | Blue edition | Software |
Material | |||
1/16 inch ID - Barbed Elbow Connectors | Qosina | 11691 | |
10 mL syringe | Fischer Scientific | 14-955-459 | |
2-Hydroxypropyl-β-cyclodextrin | Cayman Chemicals | 16169 | 30% Dissolved in Phosphate buffered saline |
40-micron filters | Fischer Scientific | NC1469671 | |
CD41 antibody | Novus Biologicals | NB100-2614 | 1:600 Ratio in Whole Blood |
Chrono-Par Collagen Reagent | Chrono Log Corporation | 385 | 1:5 Ratio in 0.9% Saline |
Electron Microscopy Sciences Miltex Biopsy Punch with Plunger, 3.0 mm | Fisher Scientific | NC0856599 | |
Eppendorf Snap-Cap Microcentrifuge SafeLock Tubes, 1.5 mL | Fisher Scientific | 05-402-25 | |
Essendant 121oz. Clorox Germicidal Bleach | Fischer Scientific | 50371500 | |
Ethanol | Fisher Scientific | 07-678-005 | 70% |
Falcon Safety Dust Off DPSXLRCP Compressed Gas | Supra | 1381978 | |
Human TruStain | Biolegend | 422302 | 1:600 Ratio in Whole Blood |
LevGo smartSpatula Disposable Polypropylene Spatula | Fisher Scientific | 18-001-017 | |
Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-A3 | |
Phosphate buffered saline | Gibco | 10010-023 | |
Safety Scalpel | Fisher Scientific | 22-079-718 | |
Saline | Millipore | 567442 | 0.90% |
Sartorius Polystyrene Weighing Boats | Fisher Scientific | 13-735-744 | |
Superslip Cover Slips - Superslip No. 1.5 | Fisher Scientific | 12-541-055 | |
SYLGARD 184 Silicone Elastomer Kit | Fisher Scientific | NC9285739 | Polydimethylsiloxane (PDMS) |
Ticagrelor | Cayman Chemicals | 15425 | |
Tygon PVC Clear Tubing 1/16" ID, 1/8" OD, 50 ft length | McMaster-Carr | 6516T11 | |
Ultra-Machinable 360 Brass Bar | McMaster-Carr | 8954K721 | For master mold fabrication |
Vacutainers | BD | 363083 | |
World Precision Instrument Reusable Biopsy Punch, 1.5mm | Fisher Scientific | NC1215626 |
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