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Method Article
혈류 하의 혈소판 기능을 평가하고 시뮬레이션된 지혈 소생술을 외상 및 수혈 의학에 응용하는 미세유체 장치를 사용하여 모델링할 수 있습니다.
Microfluidics는 혈관 구조를 모방하는 생리학적으로 관련된 기질과 흐름을 통합하므로 혈전증과 지혈의 측면을 연구하는 데 유용한 도구입니다. 동맥 흐름을 시뮬레이션하는 고전단 환경에서 미세유체 분석은 유동 채널의 국부적인 협착 영역에서 혈소판이 풍부한 혈전이 형성됨에 따라 혈소판 기능에 대한 연구를 용이하게 합니다. 소량의 검체를 허용하는 장치를 활용하면 부피가 제한된 환자 검체 또는 동물 모델에서 유동 하의 혈소판 기능을 평가하는 데 추가로 도움이 될 수 있습니다. 외상 환자 샘플 또는 혈소판 제품 수혈 후 샘플을 연구하는 것은 혈소판 기능이 중요한 환자 집단에 대한 치료 전략을 지시하는 데 도움이 될 수 있습니다. 약리학적 제제를 통한 혈소판 억제의 효과도 이 모델에서 연구할 수 있습니다. 이 프로토콜의 목적은 생리학적 흐름, 생물학적 표면 및 관련 지혈 메커니즘을 통합하여 외상 유발 응고병증 및 수혈 의학 연구에 영향을 미치는 혈소판 기능을 평가하는 미세유체 플랫폼을 구축하는 것입니다.
트라우마는 전 세계적으로 사망 및 장애의 주요 원인입니다. 심각한 부상은 종종 외상 유발 응고병증(TIC)이라고 하는 지혈 및 혈전증의 독특한 내인성 장애로 인해 복잡해집니다1. 혈소판은 TIC에서 중요한 역할을 하며, 적응 기능과 부적응 기능을 모두 가지고 있는 것으로 설명되었습니다2. 손상 후 혈소판 기능 장애의 메커니즘은 여전히 불분명하며, 개선된 소생술 및 치료법의 개발을 안내하기 위해 세포 반응을 더 잘 이해할 필요가 있습니다. 부상 후 혈소판 기능과 관련된 또 다른 골치 아픈 문제는 외상 환자의 혈소판 기능에 대한 현재 판독값의 신뢰성이 불확실하다는 것입니다.
여러 연구에 따르면 알려진 임상적 출혈 표현형이 없는 경미한 부상 환자조차도 응집법(aggregometry)과 같은 기존 혈소판 기능 검사를 사용하여 비정상적인 혈소판 기능을 보인다 3,4. 그러나 부상 환경에서 혈소판 기능을 평가하기 위한 응집계의 한계에는 생리학적으로 관련된 손상 표면의 부족, 작용제 자극에 대한 환원주의적 접근 방식, 전혈 임피던스 응집법을 사용한 검체 희석, 광학 광 투과 응집법을 사용한 혈장 분리, 정체된 검체 평가 등이 있습니다. 또한, 이러한 혈소판 기능의 민감도가 실제 세포 기능 장애를 나타내는지, 아니면 손상 환경에서 기준선 전기 임피던스 증가와 같은 측정 아티팩트를 나타내는지는 불분명합니다2. 따라서 외상의 맥락에서 관련 혈소판 기능을 연구하는 것은 TIC를 이해하는 데 매우 중요하며, 이 영역에는 혁신과 개선의 여지가 상당히 있습니다.
전통적으로 혈소판 기능을 연구하는 데 사용되는 플랫폼에는 유체 역학 및 흐름이 포함되어 있지 않으며, 이는 외상 및 외상 유발 응고병증과 관련된 혈소판 기능 장애를 이해하는 데 중요할 수 있습니다5. 흐름에 의존하는 지혈 메커니즘에는 임계 전단 속도 이상의 높은 전단에서 von Willebrand factor(VWF) 신장과 정체된 혈소판 기능 분석을 사용하여 캡처되지 않는 당단백질 1b 6,7,8을 통한 혈소판 캡처가 포함됩니다. 또한, 혈소판은 혈류 조절에 따라 VWF 또는 피브리노겐에 우선적으로 결합하고 동맥 혈전증과 정맥 혈전증에서 차별적인 역할을 유도합니다 9,10. 동맥 혈전은 주로 혈소판으로 구성되는 반면, 정맥 혈전은 주로 적혈구로 구성되며, 부분적으로 흐름 체제에 기초합니다11. 유동 요법을 통합하는 분석은 저응고성 및 출혈 표현형에서 과응고성 및 혈전성 표현형에 이르기까지 TIC 표현형 스펙트럼과 관련된 기능 장애를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 마지막으로, 외상 환자 집단에 대한 혈액량 샘플링 제약으로 인해 기존의 혈소판 기능 검사가 어려울 수 있습니다. 유세포 분석과 같은 분석은 이러한 상황에서 활용될 수 있고 활용되어야 하지만, 결과는 종종 지혈 기능 평가가 아닌 샘플의 물리적 특성을 나타냅니다.
혈소판 기능 장애의 메커니즘은 외상에서 완전히 이해되지 않을 수 있지만, 예를 들어 P2Y12 길항제를 사용하여 체외에서 혈소판 기능 장애를 모델링하는 것도 치료 개입 연구를 안내하는 데 도움이 될 수 있습니다. 전혈 또는 혈액 성분(적혈구, 혈장 및 혈소판 농축물)을 1:1:1 단위 비율로 사용하여 쇼크, 응고병증 및 내피 손상을 해결하기 위해 균형 잡힌 접근법으로 혈액 제제를 수혈하는 외상 환자에서 지혈 소생술이 매우 중요합니다 12,13,14. 외상 환자의 경우, 혈액 제제의 조기 사용은 생존율 향상과 관련이 있다 15,16. 유통 기한을 연장하기 위해 냉장 보관된 혈소판 제품에 대한 연구가 점점 더 많이 이루어지고 있습니다. 냉장저장된 혈소판을 검사한 결과, 지혈 활동이 증가하고, 부상 후 수혈 시 안전성이 확인되는 것으로 나타났다17,18.
냉장 보관 혈소판 소생술의 발전은 외상에 사용할 수 있는 가장 효과적인 혈소판 제품을 이해하기 위한 추가 검사의 필요성을 강조합니다. 그러나 전통적인 혈소판 기능 분석법은 종종 기능 장애를 감지하기 위해 과도하게 또는 과소 강화되며, 이는 치료적 혈소판 수혈을 받는 외상 환자와 혈소판 저장 병변에서 볼 수 있는 수혈된 산물 자체에서 모두 발생합니다. 기능 장애의 원인을 파악하는 것은 대부분의 검사의 정적 특성을 포함하여 현재 혈소판 기능 분석의 한계를 감안할 때 어려울 수 있습니다. 따라서 in vitro 지혈 소생술을 연구할 때 수용자와 제품 혈소판 집단 모두에 대한 플랫폼과 검출 방법은 최적의 치료 개입을 결정하는 데 매우 중요합니다.
미세유체 검사는 혈소판 연구에 필요한 생리학적으로 관련된 분석을 생성하기 위해 유동 프로파일과 생체 표면을 제공합니다. 미세유체 장치는 혈관 천자19 또는 내피 손상20과 같은 특정 병태생리학 또는 부상 유형을 연구하기 위해 맞춤화할 수 있습니다. 이러한 장치는 일반적으로 콜라겐과 같은 표면 변형을 통해 유리 현미경 슬라이드에 결합된 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 구성되어 내피하 및 조직 손상을 모방합니다. 이러한 유형의 흐름 기반 장치를 활용하면 외상 관련 혈소판 기능 장애 연구를 안내하는 데 도움이 될 수 있으며 혈소판 기능 장애를 개선하기 위한 최적의 수혈 의학 접근 방식을 검토하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 전략은 부상 환자의 응집법(aggregometry)과 같은 정적 혈소판 분석의 관련성에 대한 기존의 혼란을 명확히 하는 데 도움이 될 수 있습니다.
모든 연구는 기관 지침에 따라 수행되었습니다. University of Pittsburgh Human Research Protection Office의 승인을 받았으며 건강한 인간 지원자로부터 정보에 입각한 동의를 얻었습니다.
1. 미세유체 장치 준비
2. 혈액 샘플 준비
3. 유동 하에서 혈소판 기능 테스트(방법 1)
4. 저용량 샘플(1mL 미만)을 사용한 유속 혈소판 기능 테스트(방법 2)
5. 오염 제거
6. 이미지 분석
이 방법의 사용에 따른 미세유체 실험은 유동 채널의 협착 영역에서 혈소판이 풍부한 혈전 형성을 보여주어야 합니다(그림 1). 그림 1A 는 기능적 혈소판이 채널을 통한 혈류를 차단하기 위해 채널의 협착 영역에 혈전을 형성한 대표적인 결과를 보여줍니다. 실험 기간 동안 촬영한 동역학 이미지의 평균 형광 강도(MFI) 곡선은 성...
위의 프로토콜에는 실험의 신뢰성과 재현성을 보장하기 위한 몇 가지 중요한 단계가 있습니다. 첫째, 형광 항체를 신중하게 고려해야 합니다. 샘플에서 혈소판을 검출하는 데 사용되는 항체는 GPIb(glycoprotein Ib) 혈소판 수용체의 기능을 차단해서는 안 됩니다. 실험 사이에 가능할 때마다 로트 매칭은 형광 신호의 재현성을 보장하기 위해 중요합니다. 이 프로토콜의 또 다른...
저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.
저자는 참여한 모든 헌혈자와 외상 및 수혈 의학 연구소 정맥 채혈사, UPMC 몬테피오레 임상 및 중개 연구 센터(UPMC Montefiore Clinical and Translational Research Center)에 대한 수혈에 도움을 준 것에 대해 감사를 표합니다. SMS는 K25HL161401에서 지원됩니다. MDN은 1R01HL166944-01A1에서 지원됩니다.
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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