Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Здесь представлен протокол нового динамического многопараметрического функционального анализа тромбоцитов с использованием емкостного биосенсора. Этот подход, разработанный в полужесткой микросреде для повышения физиологической значимости, обеспечивает три выходных параметра, чувствительных к количеству тромбоцитов, силе стимуляции и путям активации.
Тромбоциты играют фундаментальную роль в свертывании крови посредством ряда регулируемых реакций, включая адгезию, распространение, гранулярную секрецию, агрегацию и цитоскелетное сокращение. Однако современные анализы ограничены частичным анализом функции тромбоцитов в нефизиологических условиях. Таким образом, необходим улучшенный анализ, отражающий динамичный и многогранный характер функции тромбоцитов в физиологических условиях. В этом контексте представлен новый подход к измерению нескольких ключевых параметров, связанных с функцией тромбоцитов, в более физиологически значимой полужесткой микросреде ex vivo по сравнению с традиционными анализами. В этом методе используется усовершенствованный электрический биосенсор, мембранный датчик емкости (MCS), который дает уникальную информацию о процессе свертывания крови с помощью трех различных показаний. Эти показания очень чувствительны к изменениям количества тромбоцитов, интенсивности стимуляции и специфических путей активации. Будучи чисто электрической сенсорной платформой, MCS демонстрирует значительный потенциал в качестве диагностического инструмента для выявления первичных нарушений гемостатической функции, оценки эффективности терапевтического лечения и содействия более широкому пониманию роли тромбоцитов в гемостазе и тромбозе.
Тромбоциты, специализированные клетки крови, играют ключевую роль в организации гемостатической реакции для остановки кровотечения после травмы и в содействии заживлению кровеносных сосудов1. Кроме того, они также служат важнейшими медиаторами в тромбозе, который является основной причиной смертности, связанной с тромбоэмболической болезнью, во всем мире 2,3,4,5,6. При повреждении сосудов тромбоциты претерпевают ряд сложных, регулируемых и многоступенчатых функциональных процессов. К ним относятся адгезия к интимальному матриксу, приток внутриклеточного кальция, вызывающий конформационные изменения тромбоцитов, активация, секреция гранул, агрегация и цитоскелетное сокращение, в конечном итоге формируя и стабилизируя гемостатические пробки для герметизации поврежденных участков и предотвращения кровотечения 7,8. Несмотря на значительные достижения в области антитромбоцитарных препаратов и терапевтических стратегий 9,10,11, риск тромбоза сохраняется. Управление антитромбоцитарной терапией сопряжено с трудностями, включая риск ятрогенного кровотечения, трудности в достижении антитромботической эффективности при сохранении гемостаза и вариабельность реакции пациента, включая лекарственную устойчивость12,13.
Несмотря на то, что молекулярные механизмы, управляющие фазами реакции тромбоцитов, хорошо задокументированы, современные методы тестирования функции тромбоцитов остаются неоптимальными. Традиционные лабораторные тесты часто не справляются, поскольку они оценивают только ограниченные аспекты активности тромбоцитов на ранних и средних стадиях, такие как адгезия, агрегация или вязкость сгустков 7,14,15,16,17,18. Такой частичный анализ может привести к недостаточной информации. Кроме того, эти тесты не обеспечивают одновременной, непрерывной и быстрой оценки нескольких важнейших функциональных элементов тромбоцитов в рамках одного анализа. Следовательно, это ограничение препятствует прогрессу как в клинической, так и в экспериментальной гематологии. Со временем было разработано множество импедиметрических или емкостных датчиков для различных биомедицинских приложений 19,20,21,22,23,24,25,26,27,28.
В данной работе мы представляем протокол оценки мультиплексной функции тромбоцитов с помощью емкостного биосенсора. Предлагаемый подход обладает привлекательной особенностью за счет чувствительного мониторинга динамических изменений в широком спектре функций тромбоцитов на клеточном уровне. В представленном подходе используется биосенсор, состоящий из двух микрочипов: одноразового верхнего силиконового чипа с образцом для плазмы, обогащенной цитатрованными тромбоцитами, и чувствительного электрода, покрытого человеческим фибронектином для облегчения адгезии тромбоцитов, а также многоразового нижнего кремниевого чипа с электродом сравнения. Непрерывное измерение динамических изменений емкости в течение всего процесса коагуляции, охватывающее адгезию тромбоцитов, активацию и постактивацию, позволяет проводить чувствительный анализ, связанный с изменениями количества тромбоцитов, уровнями активации тромбоцитов и ингибированием путей активации. Клиническая осуществимость и полезность этого метода были продемонстрированы на соответствующих образцах плазмы крови человека, что подчеркивает его потенциал для надежной оценки функции тромбоцитов в клинических условиях.
Предложение об исследовании было одобрено Отделом по изучению человека (HSD) Совета по внутреннему обзору Вашингтонского университета (UW-IRB; ID исследования: STUDY00005211). Все добровольцы, участвовавшие в исследовании, предоставили письменное информированное согласие. Подробная информация о реагентах и оборудовании, использованных в этом исследовании, приведена в Таблице материалов.
1. Этапы изготовления мембранного емкостного датчика (MCS)
ПРИМЕЧАНИЕ: Датчик MCS был изготовлен с использованием традиционных методов микропроизводства. Этот биосенсор состоял из верхней (T-) и нижней (B-) мембранной емкостной микросхемы (MCC). Вкратце этапы изготовления показаны на рисунке 1.
2. Биофункционализация емкостного датчика
ПРИМЕЧАНИЕ: Вкратце, этот шаг заключается в покрытии электрода T-MCC человеческим фибронектином (Fn) для облегчения прикрепления тромбоцитов к датчику.
3. Настройка емкостного датчика
ПРИМЕЧАНИЕ: На рисунке 2 представлена фотография экспериментальной установки.
4. Получение цитратной обогащенной тромбоцитами плазмы (c-PRP)
ПРИМЕЧАНИЕ: Все образцы крови были взяты у добровольцев, участвовавших в этом исследовании. Ни у одного из участников не было ранее известной аномалии тромбоцитов или нарушения свертываемости крови, и они не принимали никаких тромбоцитарных препаратов, включая нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП), в течение двух недель, предшествовавших сбору образцов. Лицензированный флеботомист провел забор крови с помощью иглы 21 G для стандартных 3,2% цитратных пробирок. Первый 1 мл был отброшен, чтобы избежать контаминации тканевого фактора. Образцы перевозили в контейнере из полистирола, а все измерения проводили в течение 6 ч после забора крови.
5. Функциональный анализ тромбоцитов
ПРИМЕЧАНИЕ: Схема представленного функционального анализа тромбоцитов показана на рисунке 3.
6. Данные и статистический анализ для маркеров сигнала
ПРИМЕЧАНИЕ: Емкость измеряется непрерывно, начиная с шагов 5.2-5.5.
Данное исследование направлено на проведение динамической оценки функции тромбоцитов. В соответствии с описанным выше протоколом готовили раствор c-PRP и затравливали тромбоциты на электрод с Fn-покрытием в T-MCC. Свободно плавающие тромбоциты вымывали на этапе промывки...
В этом исследовании впервые был использован новый емкостный метод оценки функции тромбоцитов, который оценивает как адгезию, так и динамику тромбоцитов после активации в одном устройстве, что является первым зарегистрированным случаем такого подхода. Новый экспери?...
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
Авторы выражают свою благодарность доктору Морицу Столле и доктору Джейсону Акеру за их ценные обсуждения и техническую помощь. Они также выражают признательность Центру биологической визуализации при Университете Вашингтона за его инфраструктуру и поддержку. Эта работа получила частичное финансирование от инновационного фонда CoMotion при Университете Вашингтона (грант No 682548, D.Y.G.).
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены