L'endotelio forma lo strato cellulare interno dei vasi sanguigni e separa il sangue dal tessuto circostante. È stato descritto come un organo dinamico che regola attivamente il suo micro-ambiente e risponde agli stimoli esterni1. A causa del suo contatto diretto con il sangue che scorre, l'endotelio è fondamentale nel controllo dell'emostasi e della trombosi ed è la fonte primaria di molte delle principali molecole regolatorie che controllano l'aggregazione delle piastrine, la coagulazione e la fibrinolisi2. Le cellule endoteliali sane e non attivate (EC) producono diverse molecole che contrastano l'attivazione delle piastrine e impediscono la coagulazione e la formazione di trombosi per mantenere il flusso sanguigno, come la prostaciclina, la trombomodulina o l'inibitore del percorso del fattore tissutale (TFPI)2,3. Ciò impedisce l'adesione di piastrine, aggregazione piastrine, e la formazione di trombo. Lesione o attivazione della parete del vaso si traduce in un fenotipo endoteliale procoagulant che avvia l'adesione delle piastrine localizzate e la formazione delcoagulo 2,4. Dopo l'attivazione endoteliale piastrine aderire a von Willebrand Factor (VWF), una proteina multimerica rilasciata da ECs, o ai siti di legame esposti della matrice subendoteliale sottostante. Successivamente, i cambiamenti molecolari nelle piastrine e l'esposizione al fattore tessuto (TF) avviano l'attivazione del sistema di coagulazione, che induce la formazione di trombo per polimerizzazione fibrina5,6. Insieme, il coagulo risultante fornisce la base per la chiusura delle ferite mediante re-endotelializzazione7. Le perturbazioni del sistema di coagulazione possono provocare disturbi emorragici, come la malattia di von Willebrand, l'emofilia o la trombosi, che spesso derivano da un equilibrio pro-e antitrombotico disregolato del percorso emostatico endoteliale2,3.
Il processo di emostasi si verifica sia nella circolazione arteriosa che venosa. Tuttavia, i meccanismi alla base della trombosi arteriosa e venosa sono fondamentalmente diversi. Mentre la trombosi arteriosa, come si vede nella cardiopatia ischemica, è per lo più guidata dalla rottura di una placca aterosclerotica in condizioni di alto stress di taglio, la trombosi venosa si sviluppa principalmente in assenza di lesioni endoteliali in una condizione di stasi8,9,10. Un trombo venito profondo può embolizzare e viaggiare verso le arterie polmonari, dove provoca un'embolia polmonare. Ciò può provocare ostruzioni vascolari croniche che portano a significative capacità funzionali compromesse che potrebbero favorire lo sviluppo di malattie polmonari chonic tra cui lo sviluppo di ipertensione polmonare tromboembolica cronica (CTEPH)11,12,13,14. Il CTEPH è caratterizzato da una pressione polmonare elevata dovuta a ostruzioni delle arterie polmonari da parte di materiale tromboembolico dopo almeno tre mesi di terapia anticoagulante15. Oltre all'emboli polmonare, è postulato che l'endotelio polmonare fornisca un ambiente protrombotico in CTEPH che facilita la trombosi in situ e le ostruzioni croniche delle arterie polmonari, causando l'aumento della pressione sanguigna che alla fine può provocare insufficienza cardiaca, se non trattata16,17.
Negli ultimi anni, vari studi hanno portato allo sviluppo di saggi per esaminare la formazione di trombo misurando la funzione delle piastrine e la coagulazione18. Tuttavia, la maggior parte di loro o studiare l'interazione di sangue intero con singoli componenti di matrice extracellulare come collageni o fibrin, o funzione endoteliale in interazione con singoli componenti del sangue, come endoteliale-piastrine o interazione endoteliale-leucocato19,20,21,22. Questi saggi sono più comunemente eseguiti con cellule endoteliali vene ombelicali umane (HUVEC), come queste cellule sono facilmente ottenute. Tuttavia, i geni emostatici sono espressi in modo differenziale tra l'albero vascolare, i tipi di vaso e i sistemi di organi23,24, che fa uso di HUVEC per rappresentare le cellule endoteliali coinvolte nella trombosi arteriosa o nelle embolie polmonari problema23.
Oltre alla plasticità comunitaria, le alterazioni emodinamiche specifiche della malattia e i cambiamenti nella morfologia vascolare possono promuovere la formazione di trombo al normale endotelio25. Tassi di taglio più elevati, a causa della vasoconstriction locale o dei cambiamenti nella geometria del vaso, ad esempio, possono provocare la formazione di trombosi acuta, causando una stenosi che accelera la cessazione del flusso sanguigno26. L'uso di canali di flusso microingegneri su base personalizzata consente di progettare specificamente geometrie vascolari rappresentative della biologia (pato). In questo modo, è possibile studiare l'effetto delle forze biomeccanici locali sulla CE27 sana o mata.
Ci sono terapie anticoagulanti disponibili per il targeting di diverse fasi e molecole nella cascata di coagulazione, che tutti pongono rischi e benefici particolari che possono essere specifici per alcuni disturbi. L'approccio della modellazione della malattia descritto in questo documento è particolarmente adatto per testare gli effetti di varie terapie anticoagulanti e antiplatelet sulla dinamica del trombo.
L'obiettivo è quello di presentare un modello di trombosi che includa eC primarie, producendo un modello versatile adatto per l'analisi di varie forme di trombosi a seconda del tipo di ECs primario utilizzato. A prima illustrazione, abbiamo usato cellule endoteliali dell'arteria polmonare di pazienti affetti da CTEPH in interazione con sangue umano intero contenente tutti i componenti coinvolti nella formazione di trombi (piastrine, leucociti, erytrociti, proteine di coagulazione e cofattori). Questo approccio può essere applicato nei canali di flusso paralleli commerciali o in canali di flusso microfluidico su su cui su modelli con una progettazione vascolare specifica. Come tale, il modello può eventualmente essere utilizzato nello studio della formazione e risoluzione del trombo, per la valutazione delle risposte infiammatorie nella modellazione della malattia, per la terapia antiplatelet o anticoagulante e, infine, per la medicina personalizzata.
Questo studio descrive l'isolamento delle cellule endoteliali dell'arteria polmonare primaria. Per l'isolamento di altri tipi di cellule endoteliali umane primarie, ci riferiamo a metodi precedentemente pubblicati, tra cui le cellule endoteliali microvaricolari polmonari25, le cellule endoteliali della vena ombelicaleumana 28e le cellule di formazione della colonia endoteliale circolante del sangue Figura 1A29.