L’endothélium forme la couche cellulaire interne des vaisseaux sanguins et sépare le sang des tissus environnants. Il a été décrit comme un organe dynamique qui régule activement son micro-environnement et répond aux stimuli externes1. En raison de son contact direct avec le sang qui coule, l’endothélium est essentiel dans le contrôle de l’hémostase et de la thrombose et est la principale source de nombreuses molécules réguleuses majeures qui contrôlent l’agrégation plaquettaire, la coagulation et la fibrinolyse2. Les cellules endothéliales saines et non activées (EC) produisent plusieurs molécules qui neutralisent l’activation plaquettaire et empêchent la coagulation et la formation de thrombus pour maintenir le flux sanguin, comme la prostacycline, la thrombomoduline ou l’inhibiteur de la voie du facteur tissulaire (TFPI)2,3. Ceci empêche l’adhérence des plaquettes, l’agrégation de plaquettes, et la formation de thrombus. Une blessure ou l’activation de la paroi du vaisseau entraîne un phénotype endothélial procoagulant qui initie l’adhérence plaquettaire localisée et la formation de caillots2,4. Lors de l’activation endothéliale, les plaquettes adhèrent au facteur von Willebrand (VWF), une protéine multimérique libérée des EC, ou aux sites de liaison exposés de la matrice subendotherial sous-jacente. Par la suite, les changements moléculaires dans les plaquettes et l’exposition au facteur tissulaire (TF) initient l’activation du système de coagulation, qui induit la formation de thrombus par la polymérisation de fibrine5,6. Ensemble, le caillot qui en résulte fournit la base de la fermeture des plaies par une ré-endothélialisation7. Les perturbations du système de coagulation peuvent entraîner des troubles de la coagulation, tels que la maladie de von Willebrand, l’hémophilie ou la thrombose, qui résultent souvent d’un équilibre pro- et antithrombotique dysrégulé de la voie hémostatique endothéliale2,3.
Le processus d’hémostase se produit dans la circulation artérielle et veineuse. Cependant, les mécanismes sous-jacents à la thrombose artérielle et veineuse sont fondamentalement différents. Alors que la thrombose artérielle, comme on le voit dans la maladie cardiaque ischémique, est principalement entraînée par la rupture d’une plaque athérosclérotique dans des conditions de stress de cisaillement élevé, thrombose veineuse se développe principalement en l’absence de lésions endothéliales dans un état de stase8,9,10. Un thrombus veineux profond peut embolier et se déplacer vers les artères pulmonaires, où il provoque une embolie pulmonaire. Cela peut entraîner des obstructions vasculaires chroniques conduisant à des capacités fonctionnelles altérées significatives qui pourraient favoriser le développement de maladies pulmonaires choniques, y compris le développement de l’hypertension pulmonaire thromboembolique chronique (CTEPH)11,12,13,14. CTEPH est caractérisé par une pression pulmonaire élevée due à des obstructions des artères pulmonaires par le matériel thromboembolique après au moins trois mois de thérapie anticoagulante15. En plus de l’embolie pulmonaire, il est postulé que l’endothélium pulmonaire fournit un environnement prothrombotique dans CTEPH qui facilite la thrombose in situ et les obstructions chroniques des artères pulmonaires, provoquant l’augmentation de la pression artérielle qui peut finalement entraîner une insuffisance cardiaque, si non traitée16,17.
Au cours des dernières années, diverses études ont conduit à l’élaboration d’essais pour examiner la formation de thrombus en mesurant la fonction plaquettaire et la coagulation18. Cependant, la plupart d’entre eux étudient l’interaction du sang entier avec des composants de matrice extracellulaire unique comme les collagènes ou les fibrines, ou la fonction endothéliale en interaction avec des composants sanguins simples, tels que l’interaction endothélial-plaquette ou endothélial-leucocyte19,20,21,22. Ces essais sont le plus souvent effectués avec des cellules endothéliales de veine ombilicale humaine (HUVEC), car ces cellules sont facilement obtenues. Cependant, les gènes hémostatiques sont exprimés différemment à travers l’arbre vasculaire, les types de vaisseaux et les systèmes d’organes23,24, ce qui rend problématique l’utilisation des HUVECs pour représenter les cellules endothéliales impliquées dans la thrombose artérielle ou les embolies pulmonaires23.
En plus de la plasticité des EC, les altérations hémodynamiques spécifiques à la maladie et les changements dans la morphologie vasculaire peuvent favoriser la formation de thrombus à l’endothélium normal25. Des taux de cisaillement plus élevés, en raison de la vasoconstriction locale ou des changements dans la géométrie des vaisseaux, par exemple, peuvent entraîner une formation de thrombus aigu, provoquant une sténose qui accélère l’arrêt du flux sanguin26. L’utilisation de canaux de flux microingéniaires sur mesure permet de concevoir spécifiquement des géométries vasculaires représentatives de la biologie (patho). De cette façon, il est possible d’étudier l’effet des forces biomécaniques locales sur les EC27sains ou malades .
Il existe des thérapies anticoagulation disponibles pour cibler différentes phases et molécules dans la cascade de coagulation, qui présentent toutes des risques et des avantages particuliers qui peuvent être spécifiques à certains troubles. L’approche de la modélisation de la maladie décrite dans cet article est particulièrement adaptée pour tester les effets de diverses thérapies anticoagulantes et antiplaquettaires sur la dynamique du thrombus.
L’objectif est de présenter un modèle de thrombose qui inclut les EC primaires, donnant un modèle polyvalent adapté à l’analyse de diverses formes de thrombose en fonction du type d’EC primaires utilisés. À titre d’illustration, nous avons employé des cellules endothéliales d’artère pulmonaire des patients de CTEPH en interaction avec le sang humain entier contenant tous les composants impliqués dans la formation de thrombus (plaquettes, leucocytes, érythrocytes, protéines de coagulation, et cofacteurs). Cette approche peut être appliquée dans les canaux commerciaux de flux parallèles ou dans les canaux de flux microfluidiques sur mesure avec une conception vasculaire spécifique. En tant que tel, le modèle peut éventuellement être utilisé dans l’étude de la formation et de la résolution du thrombus, pour l’évaluation des réponses inflammatoires dans la modélisation de la maladie, pour la thérapie antiplaquettaire ou anticoagulante, et finalement pour la médecine personnalisée.
Cette étude décrit l’isolement des cellules endothéliales d’artère pulmonaire humaine primaire. Pour l’isolement d’autres types de cellules endothéliales humaines primaires, nous nous référons aux méthodes précédemment publiées, y compris les cellules endothéliales microvasculaires pulmonaires25, cellules endothéliales de veine ombilicale humaine28, et la colonie endothéliale circulante de sang formant des cellules figure 1A29.