Formazione di coaguli ad ansa di Chandler
Nella formazione dei coaguli, in genere abbiamo mirato ai quadruplicati per garantire che, se esistevano valori anomali del coagulo (in base alla morfologia e alla massa grossolana), avessimo ancora la capacità di eseguire saggi di trombolisi triplicata. Supponendo condizioni di carico ottimali, i coaguli dovrebbero essere tutti abbastanza uniformi in lunghezza (~3,3 cm), peso (~100 mg) e aspetto, come rappresentato nella Figura 3. Quando abbiamo impiegato FITC-Fg, abbiamo anche mirato a esaminare i coaguli sotto luce UV per garantire una dispersione relativamente uniforme della fluorescenza rispetto alle aree irregolari di marcatura iperfluorescente all'interno del coagulo. Variare il grado di FITC-Fg all'interno del sangue intero non dovrebbe alterare il peso o l'aspetto dei coaguli all'interno delle nostre concentrazioni esplorate; tuttavia, l'architettura dei microcoaguli è stata influenzata alle concentrazioni più elevate di FITC-Fg (da 1:5 FITC-Fg a Fg non modificato). Il lavoro precedente svolto da Zeng et al. ha catturato l'ampia gamma di fenotipi di coaguli attesi nel ciclo di Chandler a seconda del livello di taglio scelto16.
A volte, può verificarsi una coagulazione aberrante. I problemi più comuni di formazione di coaguli rientrano in una delle due categorie: (i) coagulazione prematura e (ii) coagulazione compromessa. Nella coagulazione prematura, l'intero volume di sangue si solidificherà all'interno del tubo dell'ansa Chandler. Ciò diventerà evidente quando la rotazione del tamburo sarà attivata poiché il sangue non "scorrerà" ma piuttosto si attaccherà alle pareti del tubo e ruoterà all'unisono. In tali circostanze, questi coaguli non sono utilizzabili e devono essere scartati. Per evitare ciò, assicurarsi che una volta attivata la coagulazione con l'aggiunta di cloruro di calcio, l'anello venga immediatamente chiuso e posizionato sul tamburo rotante per la coagulazione che ne consegue. La seconda circostanza, o alterazione della coagulazione, si verifica quando i campioni non sono stati adeguatamente miscelati o se il sangue ha iniziato a coagulare prima dell'inizio della rotazione, ma non è così significativo come nella circostanza (i). I coaguli con i problemi di cui sopra tenderanno ad apparire filamentosi e fragili quando vengono maneggiati e spesso hanno masse di coaguli significativamente elevate. Fenotipicamente, si avvicineranno ai coaguli osservati a tagli venosi molto bassi poiché ciò rappresenta essenzialmente la coagulazione nell'impostazione della stasi. A volte ci si devono aspettare coaguli irregolari e scartarli.
Calibrazione del fluorimetro RT-FluFF
Una caratteristica importante del sistema RT-FluFF è il fluorimetro, o spettrofotometro, utilizzato per monitorare la trombolisi durante il periodo di digestione del coagulo trascorso. Prima di eseguire qualsiasi esperimento, è fondamentale garantire il corretto funzionamento del fluorimetro, o spettrofotometro. Per i nostri scopi, poiché abbiamo progettato il nostro fluorimetro specificamente per l'apparato RT-FluFF, dovevamo assicurarci che si correlasse bene con lo spettrofotometro in presenza di quantità note di diluizioni FITC-Fg in una soluzione statica (Figura 4A). Una volta che siamo stati in grado di determinare con sicurezza l'intervallo lineare del nostro fluorimetro, abbiamo cercato di vedere come si sarebbe comportato il fluorimetro in presenza di flusso. Abbiamo verificato la funzionalità iniettando in modo incrementale la fluoresceina nella soluzione che scorre per monitorare un aumento graduale della fluorescenza per comprendere meglio la riproducibilità della lettura del fluorimetro e determinare la rapidità con cui la fluorescenza si equilibra all'interno del sistema che scorre (Figura 4B). Gli esperimenti di follow-up sono stati eseguiti iniettando costantemente sia la fluoresceina che il FITC-Fg nella soluzione in modo continuo per imitare meglio il rilascio continuo di fluorescenza atteso dagli esperimenti di fibrinolisi (Figura 4C). Si ritiene che le differenze di pendenza rappresentate tra FITC-Fg e FITC derivino dagli effetti del quenching che si verifica quando FITC è coniugato in prossimità di se stesso, come quando molte molecole di FITC sono coniugate a una singola proteina (fibrinogeno in questo caso). Naturalmente, gli aumenti e le pendenze graduali differiranno non solo in base alle concentrazioni di FITC/FITC-Fg utilizzate, ma anche al numero di molecole FITC per fibrinogeno. Per estensione, diventa fondamentale controllare il grado di coniugazione tra FITC e fibrinogeno quando si eseguono esperimenti che utilizzano RT-FluFF se la speranza è quella di confrontare i dati di numerosi lotti di coaguli. Attraverso un'ampia sperimentazione, abbiamo scoperto che ~14 coniugazioni FITC per fibrinogeno forniscono un buon segnale fluorescente per tracciare la digestione del coagulo pur rimanendo stabile in soluzione (aggregazione prematura limitata) e con un impatto minimo sulla microstruttura del coagulo risultante. È importante notare che ogni volta che FITC-Fg puro, non coagulato, viene fatto passare attraverso l'apparato RT-FluFF, l'esposizione di FITC-Fg ad alto taglio può favorirne l'aggregazione. Questo fenomeno si osserva più spesso nelle giunzioni delle connessioni dei tubi e all'interno del tubo della testa della pompa e nel tempo può influire sulla fluorescenza disponibile in soluzione.
Quando si raccolgono campioni dal circuito di flusso in punti temporali discreti per leggere la fluorescenza su uno spettrofotometro, molte di queste considerazioni associate alla calibrazione del fluorimetro non sono necessarie. Tuttavia, è ancora necessario esplorare la gamma dinamica dello spettrofotometro specifico utilizzato per garantire che la marcatura FITC-Fg, la quantità di FITC-Fg nel coagulo formato dal loop di Chandler e la dimensione del coagulo siano tutti ottimizzati nel sistema. Si raccomanda che i campioni vengano letti immediatamente dopo l'isolamento dal sistema o collocati in una piastra a 96 pozzetti per letture multiplex dopo il completamento dell'esperimento. Se necessario, i campioni possono essere acidificati direttamente dopo la raccolta per eliminare ulteriori attività enzimatiche prima di essere analizzati.
Lisi del coagulo RT-FluFF
Per convalidare il sistema RT-FluFF utilizzando coaguli formati sotto cesoie arteriose nel ciclo di Chandler, abbiamo impiegato plasma umano come fase mobile nell'apparato con tPA (Alteplase) come agente fibrinolitico. Le concentrazioni di tPA esplorate variavano da 0 a 1.000 ng/mL. Per imitare le condizioni di flusso polmonare umano, la temperatura del serbatoio del plasma è stata mantenuta a 37 °C e aumentata fisicamente a 8 cm sopra il livello del coagulo per fornire una pressione media del flusso di 12 mmHg con la velocità della pompa regolata per generare un flusso di taglio di ~500 s-1 in assenza di coagulo. Al sistema sono stati aggiunti smorzatori di flusso pulsatile per garantire una variazione minima tra le pressioni di picco e di valle della pompa peristaltica per ottenere una velocità di taglio quasi costante (Figura 4D). In assenza di uno smorzatore di pressione, la pressione di uscita della pompa peristaltica fluttua in modo significativo a causa della natura del modo in cui produce il flusso espellendo piccoli pacchetti di liquido attraverso il sistema mentre la testa della pompa ruota. La lisi del coagulo è stata osservata nel corso di 60 minuti. Come previsto, l'aumento delle concentrazioni di tPA ha comportato un aumento dei tassi di lisi del coagulo (RFU/minuto) e una maggiore perdita di massa rispetto alle condizioni con tPA inferiore o assente. A una concentrazione di tPA di 1.000 ng/mL, è stata raggiunta una lisi del coagulo del ~85% in un periodo di digestione di 60 minuti. Esaminando le immagini grossolane dei coaguli sottoposti a lisi, si può apprezzare che la lisi si verificherà principalmente nelle regioni della coda del coagulo prima di colpire la testa più densamente strutturata, come si vede sia dalla degradazione fisica dell'architettura del coagulo che dalla perdita di fluorescenza superficiale. L'allungamento previsto dei coaguli si verificherà anche in base alla perdita di integrità meccanica nel tempo in modo dipendente dalla velocità di taglio.
Sebbene si possano apprezzare differenze significative nei tassi di lisi del coagulo, grossolanamente e in base al rilascio di fluorescenza, non esiste una correlazione perfettamente lineare tra il rilascio di fluorescenza e la quantità di fibrinolitico presente. Questo è meglio apprezzato nella Figura 5. La fibrinolisi nei coaguli a base di WB-WB porta naturalmente al rilascio non solo di frammenti di FITC-Fg, ma anche di globuli rossi (RBC) che sono intrappolati all'interno delle reti di fibrina durante la formazione del coagulo. Di conseguenza, il rilascio di questi globuli rossi in circolazione all'interno dell'apparato RT-FluFF inizierà a tingere notevolmente di rosso il plasma circolante. Questo cambiamento colorimetrico nel plasma circolante può avere un impatto negativo sull'emissione fluorescente del FITC-Fg circolante che viene letto dal sensore fluorimetrico. Quando le concentrazioni fibrinolitiche raggiungono i limiti superiori, il grado di rilascio di FITC-Fg in soluzione supera gli effetti dei globuli rossi sulle emissioni di fluorescenza.

Figura 1: Rappresentazione schematica della configurazione del Chandler Loop. I tubi riempiti di sangue caricati sul tamburo ad anello Chandler vengono immersi in un bagno d'acqua a 37 °C durante tutto il processo di formazione del coagulo con le luci attenuate. Il tamburo viene ruotato a una velocità di rotazione costante tramite un motore a corrente continua, un albero di trasmissione e una scheda di controllo. Questa cifra è stata modificata da Zeng et al14. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Rappresentazione schematica del sistema RT-FluFF. I componenti importanti del sistema sono identificati sull'immagine. Nell'immagine è raffigurato un singolo smorzatore di grande volume per ridurre al minimo le pulsazioni nel flusso associate all'uso di una pompa peristaltica. In assenza di un fluorimetro in linea, due opzioni aggiuntive per il campionamento periodico includono: 1) campionamento direttamente dal serbatoio; o 2) incorporando una porta di campionamento in linea per estrarre la fase mobile. Questa cifra è stata modificata da Zeng et al14. Abbreviazione: RT-FluFF = Real-Time Fluorometric Flowing Fibrinolilysis Assay. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Caratteristiche del coagulo di WB marcato con FITC-Fg con loop di Chandler lordo, tra cui massa e aspetto fisico alla luce ambientale e UV. (A) La formazione costante di coaguli in diverse condizioni di coagulazione è ottenibile attraverso la messa a punto del protocollo di formazione del coagulo con loop di Chandler. È importante notare che le masse e l'aspetto dei coaguli variano in modo significativo a seconda del diametro del tubo, della velocità di rotazione e della durata del tempo di formazione dei coaguli. I coaguli raffigurati si sono formati a 37 °C per 1 ora a una velocità di taglio di 506 s-1. Barre della scala = 20 mm. (B) Masse di coaguli formate nell'anello di Chandler utilizzando i rispettivi rapporti di FITC-Fg. I dati rappresentano la media ± la deviazione standard per punti dati maggiori o uguali a triplicati. Questa cifra è stata modificata da Zeng et al14. Abbreviazioni: FITC-Fg = fibrinogeno marcato con isotiocianato di fluoresceina; WB = sangue intero. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Caratterizzazione del fluorimetro. (A) Confronto del fluorimetro in linea RT-FluFF con uno spettrofotometro nel contesto di quantità note di diluizioni FITC-Fg. (B) Introduzione graduale della fluoresceina nel sistema RT-FluFF per determinare la riproducibilità del fluorimetro e il tempo di equilibrio della fluorescenza nel plasma umano in flusso. (C) Infusioni continue che confrontano fluoresceina e FITC-Fg nella piattaforma RT-FluFF. Le differenze di pendenza derivano probabilmente dal quenching della fluorescenza nel gruppo FITC-Fg. (D) Forme d'onda del sensore di pressione in uscita (post coagulo) associate all'uso di smorzatori di dimensioni diverse nelle stesse condizioni di portata volumetrica. Questa cifra è stata modificata da Zeng et al14. Abbreviazioni: FITC-Fg = fibrinogeno marcato con isotiocianato di fluoresceina; RT-FluFF = Saggio di fibrinolisi a flusso fluorimetrico in tempo reale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Trombolisi nella piattaforma RT-FluFF. (A) Le pendenze rappresentative della fluorescenza aumentano nel corso di 60 minuti di digestione del coagulo in presenza di tPA circolante. Si noti il ritardo iniziale della trombolisi poiché l'attivazione del plasminogeno da parte del tPA e la digestione del coagulo non sono istantanee. (B) Percentuale di massa del coagulo persa a varie concentrazioni di tPa e modalità di trombolisi variabili che includono: il sistema RT-FluFF, la digestione del coagulo ad anello di Chandler sotto taglio costante e la digestione statica (senza taglio) del coagulo. I dati rappresentano la media ± la deviazione standard per punti dati maggiori o uguali a triplicati con doppi asterischi che indicano un valore p < 0,01 e tripli asterischi che indicano un valore p < 0,001. (C) Caratteristiche macroscopiche della trombolisi a 200 ng/mL di tPA. Questa cifra è stata modificata da Zeng et al.14. Abbreviazioni: RT-FluFF = Real-Time Fluorometric Flowing Fibrinolilysis Assay; tPA = attivatore tissutale del plasminogeno. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.