È necessario avere un abbonamento a JoVE per visualizzare questo. Accedi o inizia la tua prova gratuita.
Method Article
La funzione piastrinica sotto flusso può essere valutata e la rianimazione emostatica simulata può essere modellata utilizzando un dispositivo microfluidico, che ha applicazioni nella medicina traumatologica e trasfusionale.
La microfluidica incorpora substrati e flussi fisiologicamente rilevanti che imitano la vascolarizzazione e sono, quindi, uno strumento prezioso per studiare gli aspetti della trombosi e dell'emostasi. In ambienti ad alto taglio che simulano il flusso arterioso, un saggio microfluidico facilita lo studio della funzione piastrinica, poiché i trombi ricchi di piastrine si formano in una regione stenotica localizzata di un canale di flusso. L'utilizzo di dispositivi che consentono un volume di campione ridotto può inoltre aiutare a valutare la funzione piastrinica sotto flusso da campioni di pazienti o modelli animali a volume limitato. Lo studio di campioni di pazienti traumatizzati o di campioni successivi alla trasfusione di prodotti piastrinici può aiutare a indirizzare le strategie terapeutiche per le popolazioni di pazienti in cui la funzione piastrinica è fondamentale. In questo modello possono essere studiati anche gli effetti dell'inibizione piastrinica tramite agenti farmacologici. L'obiettivo di questo protocollo è quello di stabilire una piattaforma microfluidica che incorpori il flusso fisiologico, le superfici biologiche e i meccanismi emostatici rilevanti per valutare la funzione piastrinica con implicazioni per lo studio della coagulopatia indotta da traumi e della medicina trasfusionale.
Il trauma è una delle principali cause globali di morte e disabilità. La lesione grave è spesso complicata da un disturbo endogeno unico dell'emostasi e della trombosi, definito coagulopatia indotta da trauma (TIC)1. Le piastrine svolgono un ruolo fondamentale nella TIC e sono state descritte come aventi funzioni sia adattative che disadattive2. I meccanismi della disfunzione piastrinica dopo la lesione rimangono poco chiari e vi è un bisogno critico di comprendere meglio la risposta cellulare per guidare lo sviluppo di una migliore rianimazione e terapia. Un ulteriore problema fastidioso per quanto riguarda la funzione piastrinica dopo una lesione è l'incertezza dell'affidabilità delle attuali letture della funzione piastrinica nel paziente traumatizzato.
Diversi studi hanno dimostrato che anche i pazienti lievemente danneggiati, senza fenotipo di sanguinamento clinico noto, hanno una funzione piastrinica anormale utilizzando test convenzionali di funzionalità piastrinica come l'aggregometria 3,4. Tuttavia, i limiti dell'aggregometria per valutare la funzione piastrinica in un contesto di lesione includono la mancanza di una superficie della lesione fisiologicamente rilevante, un approccio riduzionista alla stimolazione degli agonisti, la diluizione del campione con aggregometria di impedenza del sangue intero, la separazione del plasma con aggregometria a trasmissione ottica della luce e la valutazione stagnante del campione. Inoltre, non è chiaro se questa sensibilità della funzione piastrinica rappresenti una vera disfunzione cellulare o un artefatto di misurazione, come l'aumento dell'impedenza elettrica di base, nel contesto della lesione2. Pertanto, lo studio delle funzioni piastriniche rilevanti nel contesto del trauma è fondamentale per comprendere la TIC e c'è un notevole spazio per l'innovazione e il miglioramento in questo settore.
Le piattaforme tradizionalmente utilizzate per studiare la funzione piastrinica non includono la fluidodinamica e il flusso, che possono essere fondamentali per comprendere la disfunzione piastrinica relativa al trauma e alla coagulopatia indotta da traumi5. I meccanismi dell'emostasi che dipendono dal flusso includono l'allungamento del fattore di von Willebrand (VWF) ad alto taglio, al di sopra di una velocità di taglio critica, e la cattura piastrinica tramite glicoproteina 1b 6,7,8, che non vengono catturati utilizzando saggi di funzionalità piastrinica stagnante. Inoltre, le piastrine legano preferenzialmente il VWF o il fibrinogeno a seconda del regime di flusso e suscitano ruoli differenziali nella trombosi arteriosa rispetto a quella venosa 9,10. I trombi arteriosi sono costituiti principalmente da piastrine, mentre i trombi venosi sono costituiti principalmente da globuli rossi, basandosi, in parte, sui regimi di flusso11. I saggi che incorporano regimi di flusso possono aiutare a chiarire le disfunzioni relative allo spettro dei fenotipi TIC, dai fenotipi di ipocoagulabilità e sanguinamento all'ipercoagulabilità e ai fenotipi trombotici. Infine, i vincoli di campionamento del volume ematico con popolazioni di pazienti traumatizzati possono rendere difficile il test tradizionale della funzionalità piastrinica. Sebbene saggi come la citometria a flusso possano e debbano essere utilizzati in queste circostanze, i risultati spesso descrivono una caratterizzazione fisica di un campione e non una valutazione funzionale emostatica.
Mentre i meccanismi della disfunzione piastrinica possono non essere completamente compresi nei traumi, la modellazione della disfunzione piastrinica in vitro, ad esempio con antagonisti P2Y12, può anche aiutare a guidare lo studio degli interventi terapeutici. La rianimazione emostatica è di fondamentale importanza nei pazienti traumatizzati in cui gli emoderivati vengono trasfusi in un approccio bilanciato per affrontare lo shock, la coagulopatia e il danno endoteliale con sangue intero o componenti del sangue (globuli rossi, plasma e concentrati piastrinici) in un rapporto unitario 1:1:1 12,13,14. Nei pazienti traumatizzati, l'uso precoce di emoderivati è associato a un miglioramento della sopravvivenza15,16. Per prolungare la durata di conservazione, i prodotti piastrinici conservati a freddo sono stati sempre più studiati. L'esame delle piastrine conservate a freddo mostra un aumento dell'attività emostatica, nonché sicurezza quando trasfuse dopo una lesione17,18.
L'evoluzione della rianimazione piastrinica con celle frigorifere sottolinea la necessità di ulteriori test per comprendere il prodotto piastrinico più efficace disponibile per i traumi. Tuttavia, i saggi tradizionali della funzione piastrinica sono spesso sovra o sottopotenziati per rilevare la disfunzione, che si verifica sia nel paziente traumatizzato che riceve trasfusioni piastriniche terapeutiche, sia nel prodotto trasfuso stesso osservato nelle lesioni da accumulo piastrinico. Determinare l'origine della disfunzione può essere difficile, date le limitazioni degli attuali test di funzionalità piastrinica, inclusa la natura statica della maggior parte di questi test. Pertanto, quando si studia la rianimazione emostatica in vitro, la piattaforma e i metodi di rilevamento per le popolazioni piastriniche del ricevente e del prodotto sono di fondamentale importanza nel determinare gli interventi terapeutici ottimali.
I test microfluidici offrono profili di flusso e superfici biofidelizzanti per creare un test fisiologicamente rilevante su cui studiare le piastrine. I dispositivi microfluidici possono essere personalizzati per studiare particolari fisiopatologie o tipi di lesioni, come la puntura del vaso19 o il danno endoteliale20. Questi dispositivi sono generalmente costituiti da polidimetilsilossano (PDMS) legato a un vetrino da microscopio con modifiche superficiali, come il collagene, per imitare il subendotelio e le lesioni tissutali. L'utilizzo di questi tipi di dispositivi basati sul flusso può aiutare a guidare la ricerca sulla disfunzione piastrinica correlata al trauma e aiutare a esaminare gli approcci ottimali della medicina trasfusionale per migliorare la disfunzione piastrinica. Queste strategie possono aiutare a chiarire la confusione esistente sulla rilevanza dei test statici piastrinici come l'aggregometria nel paziente ferito.
Tutte le ricerche sono state condotte nel rispetto delle linee guida istituzionali. È stata ottenuta l'approvazione dall'Ufficio per la protezione della ricerca umana dell'Università di Pittsburgh ed è stato ottenuto il consenso informato da volontari umani sani.
1. Preparazione del dispositivo microfluidico
2. Preparazione del campione di sangue
3. Test di funzionalità piastrinica sotto flusso (Metodo 1)
4. Test di funzionalità piastrinica sotto flusso con campioni a basso volume (inferiori a 1 mL) (Metodo 2)
5. Decontaminazione
6. Analisi delle immagini
Gli esperimenti microfluidici successivi all'uso di questo metodo dovrebbero mostrare la formazione di trombi ricchi di piastrine nella regione di stenosi del canale di flusso (Figura 1). La Figura 1A illustra i risultati rappresentativi in cui le piastrine funzionali hanno formato un trombo nella regione stenotica del canale per bloccare il flusso sanguigno attraverso il canale. Le curve di intensità media di fluorescenza (MFI...
Il protocollo di cui sopra prevede alcuni passaggi critici per garantire l'affidabilità e la riproducibilità degli esperimenti. Innanzitutto, gli anticorpi fluorescenti devono essere attentamente considerati. Gli anticorpi utilizzati per rilevare le piastrine nel campione non devono bloccare la funzione del recettore piastrinico della glicoproteina Ib (GPIb). Anche la corrispondenza dei lotti, quando possibile tra gli esperimenti, è fondamentale per garantire la riproducibilità del s...
Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.
Gli autori ringraziano e ringraziano tutti i donatori di sangue che hanno partecipato, nonché i flebotomi del Trauma and Transfusion Medicine Research Lab e il Centro di Ricerca Clinica e Traslazionale UPMC Montefiore per l'assistenza nelle raccolte. Gli SMS sono supportati da K25HL161401. MDN è supportato da 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 |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon