이 연구는 전단 응력을 이용해 혈전 형성을 유도하고, 여러 차원의 판독을 통해 혈전을 특성화하는 마이크로유체 분석법을 설명합니다. 이 검사법은 혈액 샘플의 혈전형성 경향을 측정할 수 있어 질병 진단, 신약 개발, 혈전증과 관련된 기전적 연구에도 유용합니다.
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방법 논문
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이 연구는 전단 응력을 이용해 혈전 형성을 유도하고, 여러 차원의 판독을 통해 혈전을 특성화하는 마이크로유체 분석법을 설명합니다. 이 검사법은 혈액 샘플의 혈전형성 경향을 측정할 수 있어 질병 진단, 신약 개발, 혈전증과 관련된 기전적 연구에도 유용합니다.
혈전증은 혈소판과 혈전 인자가 혈관 내에 비정상적으로 축적되는 병리학적 상태입니다. 많은 연구가 혈전증의 기전으로 용해성 작용제에 의한 혈소판 활성화에 초점을 맞추었지만, 혈류가 혈전 형성을 촉진한다는 점은 종종 간과되어 왔습니다. 특히 동맥에서는 혈전증이 동맥 협착과 관련이 있는데, 동맥 협착증은 혈류의 전단 스트레스를 증가시키고 혈전 생성 과정을 촉진하는 생체기계적 혈전형성 현상입니다. 오랫동안 생체역학적 혈전형성 과정에 대해 전면적이고 상세한 통찰을 제공할 수 있는 바이오어세이가 없었습니다. 이를 해결하기 위해 마이크로플루이딕스와 다색 형광 영상을 결합하여 혈전형성 분석법이 개발되었으며, 이는 혈전의 크기와 조성, 그리고 혈소판 활성화 수준을 포함하는 7개의 측정값으로 생체역학적 혈전 생성을 포괄적으로 특성화할 수 있게 합니다. 이 혈전 프로파일링 분석법은 인간의 혈전 전생 경향과 항혈전제의 효능을 평가하는 데 사용될 수 있으며, 동맥 혈전증의 기전 이해에도 유용합니다.
혈전증은 심혈관 질환의 주요 원인으로, 매년 전 세계적으로 수백만 명의 사망을 초래합니다. 현재 혈전증 위험을 평가하는 표준 임상 환경에서는 생물학적 분석법이 제공되지 않습니다. 상업화된 실험실 및 현장 혈액학 기능 검사 중에서, 기존의 응고 검사와 응집 측정법은 혈전증 또는 주요 부작용 심혈관 사건을 예측하는 데 신뢰할 수 없다는 것이 입증되었습니다 2,3,4. 글로벌 혈전증 검사5, PFA-100/2006, 그리고 글로벌 응고 검사 7,8,9,10,11도 이들의 성능을 뒷받침하는 데이터가 제한적입니다.
현재의 이해에 따르면, 혈전 형성 과정은 주로 세 가지 메커니즘에 의해 이루어집니다. 전통적으로 인정된 두 가지 기전인 생화학적 혈소판 응집과 응고 외에, 연구가 부족하고 종종 과소평가되는 세 번째 기전은 전단 주도 혈소판 응집으로, 이를 '생체역학적 혈소판 응집'이라고도 불렀다12,13. 생체역학적 혈소판 응력에서 높은 전단 응력과 전단 구배는 GPIbα-von Willebrand 인자(VWF), 인테그린 αIIbβ 3-VWF, 인테그린 αIIbβ3-섬유소균원 상호작용을 통한 혈소판 가교의 주요 원동력이 됩니다. 동맥 혈전증에서는 생체역학적 혈소판 응집이 가장 중요한 메커니즘일 가능성이 높으며, 이는 동맥 협착으로 인한 높은 전단 흐름에 의해 크게 강화되기 때문입니다. 따라서 생체역학적 혈소판 응집에 의해 촉진되는 혈전형성은 '생체기계적 혈전형성'이라고 불렸다12,14.
이전 연구에서 생체역학적 혈소판 응집을 실험적으로 관찰하는 일반적인 방법은 미세유체 협착 분석법으로, 심한 협착 부위를 직선 채널에 박는 것입니다. 생리학적 벽 전단 스트레스 하에 혈통을 통해 혈액이 관류하면, 협착 부위 주변에 병리학적으로 높은 전단 응력이 발생하여 혈소판이 축적되어 혈전을 형성하게 됩니다. 그러나 이전 연구에서는 혈소판 크기에 따라 단일 판값(혈전 크기를 반영)15,16,17,18,19 또는 최대 두 개(혈소판과 다른 바이오마커 각각 1개)만 사용했기 때문에 혈전의 포괄적인 특성 분석에 실패했습니다.
최근 미세유체 협착 분석법에 다색 형광 영상을 통합하여 7가지 바이오마커(혈소판, 섬유소령원 수준, 폰 빌레브란트 인자 수준, P-셀렉틴 발현 수준, 인산과석세린 노출 수준, 확장 인테그린 αIIbβ3 발현 수준, 완전 활성 인테그린 αIIbβ3 실시간 추적을 달성했습니다 발현 수준)을 통해 생체역학적 혈전형성을 포괄적으로 특성화하는 기초가됩니다. 이 연구에서는 혈전 프로파일링 분석의 준비 및 수행 및 관련 데이터 분석에 관한 상세한 프로토콜이 제공됩니다. 분석에 필요한 하드웨어에는 역전형 다색 형광 현미경과 마이크로플루이딕 시스템이 포함됩니다. 이 검사법은 비교적 적은 양의 인간 전혈(2 mL 미만)을 사용하며, 비용 효율성이 높으며(샘플당 ~$12), 30분 이내에 결과를 도출합니다. 이 검사법은 개인의 다차원 전혈전 이상을 정확히 검출하고, 항혈전제가 혈전의 크기, 조성 및 혈소판 활성화 상태를 변화시키는 효과를 평가하여 향후 연구 및 임상 목적에 널리 적용될 가능성을 지지합니다21. 분석은 반드시 신선하게 채취한 헤파린화된 혈액을 사용해야 한다는 점이 주목할 만합니다. 혈액을 4°C에 보관하거나 6시간 이상 보관하거나 헤파린 이외의 항응고제를 사용하면 혈전이 형성되지 않거나 부정확한 결과가 나옵니다.
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이 프로토콜은 텍사스 대학교 의과대학 인간 연구 윤리 위원회의 지침을 따르며 승인을 받았습니다. 실험 하드웨어 구성은 마이크로플루이딕 장치, 관류 부품(커넥터, 튜빙, 주사기, 주사기 펌프), 그리고 밝은 시야 및 다색 형광 이미징을 가능하게 하는 광학 부품이 있는 역현미경으로 구성됩니다. 현미경에는 다중 LED 등대와 다중 통과 필터 큐브가 사용되어 4개의 형광 채널을 최소 번갈아 효과로 분할합니다: 여기: 391/32, 479/33, 554/24, 638/31, 그리고 방출: 435/30, 519/25, 594/32, 695/58. 모든 실험 시술 시 장갑, 안구 보호구, 실험복 등 개인 보호 장비를 착용하세요. 시약과 사용된 장비는 재료표에 나열되어 있습니다.
1. 마이크로플루이딕 장치 준비
2. 형광 센서 준비
참고: 이 실험은 총 7개의 형광 센서를 사용합니다: SZ22-FITC, 섬유소원-알렉사 플루어 405, 2.2.9-알렉사 플루어 555, AK4-알렉사 플루어 647, 부속 V-퍼시픽 블루, MBC 370.2-알렉사 플루어 555, PAC-1-알렉사 플루어 647. 그중 피브리노겐, 2.2.9, MBC 370.2는 비접액형으로만 상업적으로 구할 수 있으며, 실험실에서 형광 접합이 필요합니다.
3. 인간 대상 혈액 채취
참고: 이 절차는 자격을 갖춘 의료진(예: 면허 간호사, 공인 채혈사)이 시행해야 합니다. 또한, 연구에 참여하는 사람들로부터 서면 동의서를 받으세요.
4. 혈전 프로파일링 분석법
참고: 혈액 취급과 관련된 모든 시술은 실험자에게 혈액이 흐르는 것을 방지하기 위해 가능한 한 생물안전 캐비닛에서 시행하는 것이 권장됩니다. 만약 불가능하다면 벤치탑 스플래시 쉴드를 사용하세요.
5. 데이터 분석
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혈전 프로파일링 분석법은 혈전을 좁힌 채널을 통해 혈액을 관류시켜 전단에 의해 형성된 혈전을 형성하고, 형성된 혈전에 대한 다차원 정보를 수집하기 위해 실시간 다색 형광 영상을 수행합니다. 세트 1과 세트 2 센서를 모두 사용하여 실험을 완료함으로써, 혈전의 크기, 가교 단백질(폰 빌레브란트 인자, 피브리노겐)의 풍부도, 혈소판 활성화 수준(P-선택 발현, PS 노출, 인테그린 αIIbβ 3 활성화로 반영됨) 등 혈전을 특성화할 수 있을 것입니다21.
각 실험에서 수집된 데이터는 철저히 분석되어 '신호 대 시간' 곡선(그림 6 참조). 하지만 이 과정은 시간이 많이 소요됩니다. 또는 단일 시점을 선택하여 채널당 한 장의 이미지를 데이터 분석에 사용할 수도 있습니다. 예를...
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마이크로플루이딕 협착 검사와 다색 형광 영상을 결합함으로써, 혈전 프로파일링 분석은 생체역학적 혈전 생성과 혈소판 기계생물학을 연구하는 데 편리하고 강력한 접근법을 제공합니다. 한편, 이 분석법은 다양한 응용 분야에서 유용합니다. 예를 들어, 생체역학적 혈소판 응집을 특이적으로 억제하는 항혈전제를 스크리닝하는 데 사용될 수 있으며, 분자 표적과 작용 기전은 효과바코드 21에서 추론할 수 있습니다. 또한 특정 인구에서 혈전전생 경향을 연구하여 심혈관 질환 위험 요인의 영향을 식별하고 특성화하며, 개인의 혈전전증 경향을 평가하는 데도 활용될 수 있습니다. 우리는 혈전 프로파일링 검사가 개인의 전혈전 경향을 평가하고 의사들이 환자를 위한 맞춤형 항혈전치료 요법을 개발하는 데 도움이 되는 임상 번역에 유망하다고 믿습니다.
혈전 프로파일링 검사법은 다재다능합니다. 분자 센서는 맞춤형 필...
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저자들은 공개할 이해 상충이 없습니다.
이 논문과 첸 연구실에서의 혈전 프로파일링 분석 개발과 관련된 연구는 국립심장폐혈액연구소 연구소 연구비 R00HL153678(Y.C.), 국립노화연구소, 클로드 D. 페퍼 노인민 독립센터 상(#P30-AG024832, UTMB 팀 과학 파일럿 연구상(Y.C.), 미국 심장학회 박사후 연구원 20POST35080023(Y.C.)의 지원을 받았습니다. 그리고 미국심장협회 변혁 프로젝트 상 25TPA1471420 (Y.C.)을 수여받았습니다. 이 연구는 미국 국립과학재단(NSF)의 지원을 받는 국가나노기술 조정 인프라(SDNI)의 회원인 UCSD의 샌디에이고 나노기술 인프라(SDNI)에서 부분적으로 수행되었습니다(Grant ECCS-2025752).
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| 15mL 매관 | 제네시 사이언티브 | 28-101 | 혈액 샘플 저장 |
| 1-mL 가스 밀폐 유리 주사기 | 해밀턴 | 81331 | 하드웨어 조립 |
| 2.2.9 | 메루 배스면역 | 혈전 착색 | |
| 20개의 X1/2 프로브 바늘 | 맥마스터-카 | M919 | PDMS 장치 제작 |
| 20mL 주사기 | 헨케 사스 울프 | 5200-X00V0 | 혈액 샘플 채취 |
| 에탄올 70% | 시그마-올드리치 | EX0281-1 | 가스 밀폐 주사기의 소독과 유리 슬라이드 세척 |
| AK4-알렉사 플루어 647 | 바이오레전드 | 304918 | 혈전 착색 |
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