Analiza surowych danych w czasie rzeczywistym została przedstawiona na Rysunku 1. Najpierw płytki krwi przylegają do powierzchni reaktywnej, co skutkuje stałym wzrostem rejestrowanej zielonej fluorescencji (Rysunek 1A, i), określanym jako adhezja. W tej fazie występuje niewielka fluorescencja fioletowa, co wskazuje, że fibryna nie tworzy się lub tworzy się w stopniu minimalnym (Rysunek 1B). Po zainicjowaniu koagulacji następuje szybkie osadzanie się wykazującej fioletową fluorescencję fibryny (iii), a w tym samym czasie zielona fluorescencja płytek krwi wzrasta w podobnym tempie, co określono tutaj jako akumulację płytek krwi (ii). Pojedynczy eksperyment dostarcza zatem trzech wartości szybkości wzrostu fluorescencji (i, ii i iii), które służą jako marker zastępczy dla prędkości osadzania się płytek krwi i fibryny w tym modelu. Ponadto ekstrapolowany jest moment rozpoczęcia krzepnięcia (moment-of-onset (iv)), który jest wyznacznikiem potencjału prokoagulacyjnego płytek krwi.
W przypadku braku TF inicjacja krzepnięcia przebiega powoli i odbywa się głównie poprzez szlak kontaktu, w którym wewnątrzpochodny kompleks tenazy aktywuje FX poprzez bezpośrednią aktywację FIX6 przez FXI i/lub FXII. Aby wykazać zależność od FXII, w celu zahamowania aktywnego FXII (FXIIa)7 dodano 4 µM inhibitora trypsyny kukurydzianej (CTI). Hamowanie to nie wpłynęło na adhezję płytek krwi (Rycina 2A), jednak krzepnięcie nie rozpoczęło się w ciągu dowolnie określonego całkowitego czasu trwania eksperymentu perfuzyjnego (Rycina 2B oraz Wideo uzupełniające 1).
In vitro droga kontaktu może zostać zainicjowana przez materiały obce, takie jak szkło, lub w testach klinicznych z wykorzystaniem materiałów mineralnych, np. kaolinu. In vivo aktywowane płytki krwi zapewniają ładunek ujemny8 poprzez ekspozycję błonową kwaśnych fosfolipidów9, takich jak fosfatydyloseryna, i/lub poprzez uwalnianie polifosforanów (polyP)10,11. Nasz mikrofluidyczny test w czasie rzeczywistym naśladuje ten drugi mechanizm, ponieważ w określonym zakresie stężeń płytek krwi reakcja hemostatyczna była zależna od liczby płytek (Rysunek 3). Wraz ze zwiększeniem liczby płytek we zrekonstytuowanej próbce, szybkość adhezji (Rysunek 3A), akumulacji (Rysunek 3B, kolor zielony) oraz krzepnięcia (Rysunek 3B, kolor fioletowy) wzrastała liniowo. Moment rozpoczęcia procesu uległ znacznemu skróceniu (Rysunek 3C) przy zwiększeniu stężenia płytek, co sugeruje, że do wywołania krzepnięcia wymagana jest progowa liczba osadzonych (aktywowanych) płytek krwi.
Jednakże w przypadku uszkodzenia tkanek in vivo, komórki wykazujące ekspresję TF inicjują krzepnięcie krwi poprzez zewnętrzny kompleks tenazy FVIIa-TF w obecności Ca2+. W naszym układzie eksperymentalnym proces ten symulowano poprzez pokrycie komór perfuzyjnych zawierających kolagen lipidowanym rhTF. W analizie porównawczej kanałów pokrytych samym kolagenem lub kolagenem w połączeniu z rhTF, początek krzepnięcia nastąpił znacznie szybciej (Rycina 4A). Szybkość adhezji płytek krwi nie była liniowa, w związku z czym nie przeprowadzono regresji liniowej (dane nie zostały przedstawione). Zarówno szybkość krzepnięcia, jak i akumulacja płytek krwi nie różniły się między badanymi warunkami (Rycina 4B-4C, Film uzupełniający 2).

Rysunek 1: Analiza regresji adhezji i koagulacji płytek krwi w mikrofluidycznych komorach perfuzyjnych. Rysunek ten wyjaśnia parametry wyprowadzone z surowych danych fluorescencji w czasie rzeczywistym, pozyskanych podczas przepływu rekalcyfikowanej krwi nad powierzchnią reaktywną. (A) Średnie natężenie zielonej fluorescencji pokazuje osadzanie się płytek krwi w funkcji czasu perfuzji. Krzywa opisuje proces bimodalny, rozpoczynający się od (i) powolnej, liniowo zwiększającej się adhezji płytek, po której następuje (ii) szybko rosnąca liniowa akumulacja. Obie liniowe części krzywej poddano regresji, a ich nachylenie opisuje dwa tempo tworzenia zakrzepu na podstawie fluorescencji płytek: (i) adhezję i (ii) akumulację. (B) Średnie natężenie fioletowej fluorescencji pokazuje osadzanie się fibryny w funkcji czasu. Podczas adhezji płytek fluorescencja fioletowa jest w zasadzie nieobecna, natomiast szybko rozwija się po rozpoczęciu koagulacji. (iv) Moment rozpoczęcia jest definiowany jako punkt przecięcia z osią x ekstrapolowanej regresji liniowej (iii) drugiej fazy tworzenia zakrzepu na podstawie fluorescencji fibryny, określonej tutaj jako koagulacja. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rycina 2: Wobec braku TF, krzepnięcie w komorach przepływowych pokrytych kolagenem zależy od FXIIa. Przeprowadzono mikroprzepływową perfuzję zrekonstytuowanej krwi zawierającej CTI lub bufor kontrolny (CONTROL) przy szybkości ścinania 1,000 s-1 przez łącznie 30 min. (A) Szybkość adhezji płytek krwi (s-1) nie była zależna od CTI. (B) Moment wystąpienia dla próbek traktowanych CTI wykraczał poza 30-minutowy limit eksperymentu (zaznaczony linią przerywaną), co wykazuje zależność tego parametru od FXIIa. Słupki i kropki przedstawiają wartości średnie, wąsy oznaczają odchylenie standardowe. Analizę statystyczną przeprowadzono za pomocą parowego testu t. (NS = brak istotności, n ≥3). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 3: Koagulacja w przepływie zależy od liczby płytek krwi. Eksperymenty z perfuzją mikrofluidyczną przeprowadzono w komorach powlekanych kolagenem przy użyciu zrekonstytuowanej krwi w obecności Ca2+ i przy różnych stężeniach płytek krwi (n ≥3). (A) Szybkość adhezji płytek krwi, (B) szybkość akumulacji płytek (kolor zielony) i koagulacji (kolor fioletowy) oraz (C) moment rozpoczęcia procesu przedstawiono jako funkcje stężeń płytek krwi w zrekonstytuowanej krwi. Kropki reprezentują wartości średnie, wąsy reprezentują odchylenia standardowe. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 4: Aktywacja zarówno TF, jak i kontaktu w kaskadzie krzepnięcia znacząco skraca czas do rozpoczęcia krzepnięcia. Rekonstytuowaną krew, w obecności Ca2+, przepuszczano przez komory pokryte samym kolagenem lub kolagenem i rhTF, aby zbadać samą drogę kontaktu lub kombinację dróg kontaktu i TF. (A) Czas do rozpoczęcia krzepnięcia jest znacząco krótszy w komorach przepływowych zawierających TF. (B) Szybkość akumulacji płytek krwi podczas krzepnięcia oraz (C) szybkość krzepnięcia nie różnią się istotnie pomiędzy komorami przepływowymi pokrytymi samym kolagenem a tymi pokrytymi kolagenem i rhTF. Słupki i kropki przedstawiają wartości średnie; wąsy oznaczają odchylenia standardowe. Analiza statystyczna została przeprowadzona za pomocą testu t dla prób zależnych. (NS = brak istotności, *P <0.05, n ≥3). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Wideo uzupełniające 1: Wobec braku TF krzepnięcie w komorach perfuzyjnych pokrytych kolagenem zależy od FXIIa. Rola szlaku kontaktowego jest określana w komorach perfuzyjnych pokrytych kolagenem. (A) Sekwencja nałożonych obrazów fluorescencyjnych osadzania płytek krwi (zielony) i fibryno(genu) (fioletowy) w obecności CTI. (B) Ta sama sekwencja co w panelu A, ale z wyłączonym kanałem zielonym. (C) Sekwencja nałożonych obrazów fluorescencyjnych osadzania płytek krwi (zielony) i fibryno(genu) (fioletowy) w obecności CTI. (D) Ta sama sekwencja co w panelu C, ale z wyłączonym kanałem zielonym. Kliknij tutaj, aby pobrać to wideo.

Wideo uzupełniające 2: Aktywacja zarówno TF, jak i drogi kontaktowej znacznie skraca czas rozpoczęcia krzepnięcia.W celu zbadania roli TF wykorzystano komory przepływowe pokryte samym kolagenem lub kolagenem i rhTF. (A) Nałożona sekwencja obrazów fluorescencyjnych przedstawiająca odkładanie się płytek krwi (zielony) i fibryno(genu) (fioletowy) w komorach przepływowych pokrytych tylko kolagenem. (B) Ta sama sekwencja co w panelu A, ale z wyłączonym kanałem zielonym. (C) Nałożona sekwencja obrazów fluorescencyjnych przedstawiająca odkładanie się płytek krwi (zielony) i fibryno(genu) (fioletowy) w komorach przepływowych pokrytych zarówno kolagenem, jak i rhTF. (D) Ta sama sekwencja co w panelu C, ale z wyłączonym kanałem zielonym. Kliknij tutaj, aby pobrać ten film.