A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
* These authors contributed equally
פרוטוקול לבדיקה פונקציונלית חדשה של טסיות דינמיות מרובות פרמטרים באמצעות חיישן ביולוגי קיבולי מוצג כאן. גישה זו, שתוכננה בתוך מיקרו-סביבה קשיחה למחצה כדי לשפר את הרלוונטיות הפיזיולוגית, מספקת שלושה פרמטרי פלט הרגישים לספירת טסיות הדם, עוצמות הגירוי ומסלולי ההפעלה.
טסיות ממלאות תפקיד מהותי בקרישת הדם באמצעות סדרה של תגובות מווסתות, כולל הידבקות, התפשטות, הפרשת גרגירים, צבירה והתכווצות שלד תאים. עם זאת, הבדיקות הנוכחיות מוגבלות לניתוח חלקי של תפקוד טסיות הדם בתנאים לא פיזיולוגיים. לפיכך, יש צורך בבדיקה משופרת המשקפת את האופי הדינמי והרב-גוני של תפקוד טסיות הדם במסגרות פיזיולוגיות. בהקשר זה, מוצגת גישה חדשה למדידת מספר פרמטרים מרכזיים הקשורים לתפקוד טסיות הדם במיקרו-סביבה חצי קשיחה ex vivo רלוונטית יותר מבחינה פיזיולוגית בהשוואה למבחנים מסורתיים. שיטה זו משתמשת בחיישן ביולוגי חשמלי מתקדם, חיישן קיבול הממברנה (MCS), המספק תובנות ייחודיות על תהליך הקרישה באמצעות שלוש קריאות נפרדות. קריאות אלו רגישות מאוד לשינויים בספירת טסיות הדם, עוצמת הגירוי ומסלולי הפעלה ספציפיים. כפלטפורמת חישה חשמלית גרידא, ה-MCS מדגים פוטנציאל משמעותי ככלי אבחון לאיתור הפרעות תפקוד המוסטטיות ראשוניות, הערכת יעילות הטיפולים וקידום ההבנה הרחבה יותר של תפקידי טסיות הדם בהמוסטזיס ופקקת.
טסיות דם, תאי דם מיוחדים, הן מרכזיות בתזמור התגובה ההמוסטטית לעצירת הדימום לאחר פציעה ובהקלה על ריפוי כלי הדם1. בנוסף, הם משמשים גם כמתווכים חיוניים בפקקת, גורם מוביל למקרי מוות הקשורים למחלות טרומבואמבוליות ברחבי העולם 2,3,4,5,6. כאשר מתרחשת פגיעה בכלי הדם, טסיות הדם עוברות סדרה של תהליכים תפקודיים מורכבים, מווסתים ורב-שלביים. אלה כוללים הידבקות למטריצה האינטימית, זרם של סידן תוך תאי המעורר שינויים בקונפורמציה של טסיות הדם, הפעלה, הפרשת גרגירים, צבירה והתכווצות שלד תאים, ובסופו של דבר יוצרים ומייצבים פקקים המוסטטיים כדי לאטום את האתרים הפגועים ולמנוע דימום 7,8. למרות התקדמות משמעותית בתרופות נוגדות טסיות ואסטרטגיות טיפוליות 9,10,11, הסיכון לפקקת נמשך. ניהול טיפול נוגד טסיות מציב אתגרים, כולל הסיכון לדימום יאטרוגני, קושי בהשגת יעילות אנטי-טרומבוטית תוך שמירה על המוסטזיס, ושונות בתגובת המטופל, כולל עמידות לתרופות12,13.
למרות שהמנגנונים המולקולריים השולטים בשלבי תגובת הטסיות מתועדים היטב, השיטות הנוכחיות לבדיקת תפקוד הטסיות נותרו תת-אופטימליות. בדיקות מסורתיות מבוססות מעבדה לרוב נופלות מכיוון שהן מעריכות רק היבטים מוגבלים של פעילות טסיות הדם בשלב מוקדם עד בינוני, כגון הידבקות, צבירה או צמיגות קרישים 7,14,15,16,17,18. ניתוח חלקי זה יכול להוביל למידע לא מספיק. יתר על כן, בדיקות אלו אינן מציעות הערכה בו-זמנית, רציפה ומהירה של מספר אלמנטים תפקודיים חיוניים של טסיות דם בבדיקה אחת. כתוצאה מכך, מגבלה זו מעכבת את ההתקדמות בהמטולוגיה הקלינית והניסויית כאחד. עם הזמן פותחו שפע של חיישנים אימפימטריים או קיבוליים ליישומים ביו-רפואיים שונים 19,20,21,22,23,24,25,26,27,28.
כאן, אנו מציגים את הפרוטוקול להערכת תפקוד טסיות מרובות באמצעות חיישן ביולוגי קיבולי. הגישה המוצעת מציעה תכונה אטרקטיבית על ידי ניטור רגיש של שינויים דינמיים בספקטרום רחב של תפקודי טסיות ברמה התאית. הגישה המוצגת משתמשת בחיישן ביולוגי המורכב משני שבבים: שבב סיליקון עליון, שהוא חד פעמי, הכולל באר דגימה לפלזמה עשירה בטסיות דם ואלקטרודת חישה המצופה בפיברונקטין אנושי כדי להקל על הידבקות טסיות הדם, לצד שבב סיליקון תחתון לשימוש חוזר המכיל אלקטרודת ייחוס. מדידה רציפה של שינויי קיבול דינמיים במהלך כל תהליך הקרישה, הכוללת הדבקה, הפעלה ופוסט-הפעלה של טסיות הדם, מאפשרת ניתוח רגיש הקשור לשינויים בספירת טסיות הדם, רמות הפעלת טסיות הדם ועיכוב מסלולי ההפעלה. ההיתכנות הקלינית והתועלת של שיטה זו הוכחו באמצעות דגימות פלזמה אנושיות רלוונטיות, מה שמדגיש את הפוטנציאל שלה להערכת תפקוד טסיות חזקה במסגרות קליניות.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
הצעת המחקר אושרה על ידי חטיבת הנבדקים האנושיים (HSD) במועצת הביקורת הפנימית של אוניברסיטת וושינגטון (UW-IRB; מזהה מחקר: STUDY00005211). כל הנבדקים המתנדבים שהשתתפו במחקר סיפקו הסכמה מדעת בכתב. פרטי הריאגנטים והציוד המשמשים במחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.
1. שלבי ייצור לחיישן קיבולי הממברנה (MCS)
הערה: חיישן ה-MCS יוצר תוך שימוש בטכניקות מיקרו-ייצור מסורתיות. חיישן ביולוגי זה הורכב משבב קיבול ממברנה עליון (T-) ותחתון (B-). בקצרה, שלבי הייצור מוצגים באיור 1.
2. ביו-פונקציונליזציה של החיישן הקיבולי
הערה: בקצרה, שלב זה עוסק בציפוי האלקטרודה T-MCC בפיברונקטין אנושי (Fn) כדי להקל על הצמדת טסיות הדם לחיישן.
3. הגדרת חיישן קיבול
הערה: איור 2 מייצג את התצלום של מערך הניסוי.
4. הכנת פלזמה עשירה בטסיות דם (c-PRP)
הערה: כל דגימות הדם היו ממתנדבים שהשתתפו במחקר זה. לאף אחד מהמשתתפים לא הייתה הפרעה בטסיות הדם או הפרעת קרישה ידועה בעבר, והם לא נטלו תרופות טסיות כלשהן, כולל תרופות נוגדות דלקת לא סטרואידיות (NSAIDs), בשבועיים שקדמו לאיסוף הדגימות. פלבוטומיסט מורשה ביצע לקיחת דם באמצעות מחט 21 גרם לצינורות ציטראט סטנדרטיים של 3.2%. 1 מ"ל הראשון הושלך כדי למנוע זיהום בגורם הרקמה. הדגימות הועברו במיכל פוליסטירן, וכל המדידות בוצעו תוך 6 שעות מרגע לקיחת הדם.
5. בדיקה פונקציונלית של טסיות דם
הערה: הסכימה עבור הבדיקה הפונקציונלית של טסיות הדם המוצגת מוצגת באיור 3.
6. נתונים וניתוח סטטיסטי לסמני האותות
הערה: הקיבול נמדד ברציפות משלבים 5.2-5.5.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
מחקר זה נועד לבצע הערכה דינמית של תפקוד טסיות הדם. בהתאם לפרוטוקול שתואר לעיל, הכינו את תמיסת ה-c-PRP, וטסיות הדם נזרעו על האלקטרודה המצופה Fn ב-T-MCC. הטסיות הצפות נשטפו החוצה בשלב הכביסה, ונוסף אגוניסט להפעלת הטסיות המחוברות. תוצאות מפורטות ודיון ניתן למצוא בדוח הקודם שלנו
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
מחקר זה היה חלוץ בשיטה חדשה מבוססת קיבול להערכת תפקוד טסיות הדם, המעריכה הן את דינמיקת ההידבקות והן את דינמיקת הטסיות לאחר ההפעלה בתוך מכשיר יחיד, ומסמנת את המופע המדווח הראשון של גישה כזו. פרוטוקול הניסוי החדש מציג טכניקה פשוטה יחסית לנטרול ההשפעות של היווצרות פיברין ו?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים.
המחברים מביעים את תודתם לד"ר מוריץ סטולה ולד"ר ג'ייסון אקר על הדיונים החשובים והסיוע הטכני שלהם. הם גם מודים למתקן ההדמיה הביולוגית באוניברסיטת וושינגטון על התשתית והתמיכה שלו. עבודה זו קיבלה מימון חלקי מקרן החדשנות CoMotion באוניברסיטת וושינגטון (מענק מס' 682548, D.Y.G).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1-Dodecanethiol | Sigma-Aldrich, MO, U.S.A | 471364-100ML | 1 mM |
200-proof ethanol | Sigma-Aldrich, MO, U.S.A | EX0276-1 | |
3D printer | Shenzhen Creality 3D Technology Co, Ltd. | Ender-3 V3 | |
3D printing material | HATCHBOX 3D, CA, U.S.A | 3D PLA-1KG-1.75 | |
Adenosine 5′-diphosphate | Sigma Aldrich, U.S.A | 01905-250MG-F | ADP |
Aspirin | Sigma-Aldrich, MO, U.S.A | A2093-100G | |
Deep Reactive Ion Etching | Omega Engineering, Inc. | SPTS Rapier DRIE | |
Dimethyl Sulfoxide | Sigma-Aldrich, MO, U.S.A | D8418-50ML | DMSO |
High Vacuum Deposition Systems | CHA | SEC-600 | |
Human Fibronectin | Sigma-Aldrich, MO, U.S.A | CLS356008-1EA | Fn |
KOH | Sigma-Aldrich, MO, U.S.A | P1767-250G | |
LCR meter | Keithley Instruments, Inc., OH, U.S.A | Keithley EL 4980AL | |
LCR meter holders | Signatone Corporation, CA, U.S.A | SCA-50-4 | |
Mask Aligner System | ABM, U.S.A, Inc. | ABM/6/350/NUV/DCCD/SA | |
Micro-positioners | Signatone, CA, U.S.A | S-725 | |
needle probe | Signatone Corporation, CA, U.S.A | SCAT5T-4 | 12.5 μm radius |
Phosphate Buffered Saline | Sigma-Aldrich, MO, U.S.A | P4474-1L | PBS, pH 7.4 |
Reactive Ion Etching | Plasma-Therm,U.S.A | RIE Vision 320 | |
silicon substrate | Wafer World Inc | SKU# 1766 | |
Standard 3.2% citrate tubes | Tiger Medical, NJ, U.S.A. | Covidien / Cardinal Health 8881340478 Monoject | |
Thrombin | Enzyme Research Laboratories, U.S.A | HT 1002a | |
Ticagrelor | Sigma-Aldrich, MO, U.S.A | PHR2788-400MG | |
Tyrode’s buffer | Boston Bioproducts, U.S.A | BSS-375 | |
UV photoresist | AZ electronic materials, NC, U.S.A. | AZ 9260 | 15um |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved