In this manuscript, experimental techniques, including blood preparation, confocal microscopy, and lysis rate analysis, to examine the morphological differences between normal and abnormal clot structures due to diseased states are presented.
Fibrin is an extracellular matrix protein that is responsible for maintaining the structural integrity of blood clots. Much research has been done on fibrin in the past years to include the investigation of synthesis, structure-function, and lysis of clots. However, there is still much unknown about the morphological and structural features of clots that ensue from patients with disease. In this research study, experimental techniques are presented that allow for the examination of morphological differences of abnormal clot structures due to diseased states such as diabetes and sickle cell anemia. Our study focuses on the preparation and evaluation of fibrin clots in order to assess morphological differences using various experimental assays and confocal microscopy. In addition, a method is also described that allows for continuous, real-time calculation of lysis rates in fibrin clots. The techniques described herein are important for researchers and clinicians seeking to elucidate comorbid thrombotic pathologies such as myocardial infarctions, ischemic heart disease, and strokes in patients with diabetes or sickle cell disease.
Schädigung eines Blutgefäßes Endothelauskleidung durch die hämostatische Reaktion oder die Bildung eines Blutgerinnsels repariert. Wenn Blut dringt in die extrazelluläre Matrix, Gewebefaktoren aktiviert Blutplättchen in den Blutstrom, die Einleitung der Gerinnungskaskade zu erleichtern. Der Schlüssel mechanische Komponente dieser Heilungsprozess ist die Fibrinmatrix, von Fibrin Fasern, die hochelastisch sind zusammengesetzt und kann große Kräfte 1-4 zu erhalten. Viele Forscher haben die Bildung Struktur und Funktion von Fibrin ausführlich in den vergangenen Jahrzehnten 5-13 untersucht.
Patienten mit Krankheiten, wie Diabetes mellitus und Sichelzellen ein erhöhtes Risiko der Entwicklung von thrombotischen Komplikationen wie Herzinfarkte, ischämische Herzerkrankungen und Schlaganfälle 14-19. Über 2 Millionen Menschen neu mit Diabetes mellitus diagnostiziert jedes Jahr in den Vereinigten Staaten. Es gibt zwei Arten von Diabetes: Typ I, wo dieKörper nicht ausreichende Mengen an Insulin und Typ II, wo der Körper wird resistent gegen Insulin zu produzieren. Unter Diabetikern, kardiovaskulärer Erkrankung (CVD) ist die Ursache für die 80% der Morbidität und Mortalität, die mit der Krankheit assoziiert 20,21.
Sichelzellanämie (SCD) ist eine genetisch bedingte Blutgerinnungsstörung, die mehr als 100.000 Menschen in den Vereinigten Staaten 22 wirkt. SCD ist eine Punkt-Mutation Krankheit, die roten Blutkörperchen bewirkt, halbmondförmige geworden, dass es schwierig für die Zellen durch die Blutgefäßsystem 23 übergeben. Beide Krankheitszuständen erhöht die Chancen der Entwicklung atherothrombotischer Bedingungen im Körper. Einer der Gründe dafür ist, auf einer veränderten Fibrin Struktur und Funktion in erkrankten Zuständen 14,24-26.
In beiden Diabetes und Sichelzellanämie, gibt es Hyperkoagulation und Hypofibrinolyse Aktivität, die Atherothrombose und kardiovaskulären Erkrankungen induziert (CVD) im Vergleich zu gesunden Patienten 17,27,28. Es ist bekannt, dass Hypofibrinolyse fördert Atherosklerose Progression und erzeugt rezidivierende ischämische Ereignisse bei Patienten mit vorzeitigem Koronararterienerkrankung 29. In der aktuellen Manuskript untersuchten wir die Rolle von Fibrin physikalischen Eigenschaften in diesem besonderen Ambiente. Fibringerinnsel Strukturen in nicht erkrankten Patienten werden von dünnen Fasern, größere Poren, und in der Regel weniger dicht 14,24 zusammen. Die erhöhte Porosität und weniger dicht Fibringerinnseln in gesunden Patienten wurde gefunden, dass die Fibrinolyse 16 erleichtern. In hyperthrombotischen Bedingungen wie diabetische und Sichelzellanämie, gibt es eine Erhöhung in der Produktion von Fibrinogen, wodurch der Fibrinogenkonzentration um vom Normalniveau von 2,5 mg / ml in gesunden Patienten 30-33 erhöhen. Fibringerinnseln in diabetischen Patienten gebildet haben sich als weniger porös, steifer, mehr Verzweigungspunkte, und dichter im Vergleich zu gesunden, nicht-diaBetic Patienten 14,24,33-35. Die veränderte Fibrinstruktur ist ein Ergebnis der Glykierung Mechanismen, die in den Proteinen der Gerinnselbildung beteiligt auftreten. Nichtenzymatische (irreversibel) Glykosylierung tritt auf, wenn Glukose-Moleküle binden an Lysinresten auf der Fibrinogen-Molekül, das die menschliche Faktor XIIIa (FXIIIa) ordnungsgemäß Vernetzungs Glutamin und Lysin-Reste 33,36,37 hemmt.
Die Strukturanalyse von Fibrin-Netzwerken wurde ausgiebig vor kurzem untersucht. Insbesondere haben Forscher Elektronenmikroskopie und 3D-Rekonstruktion von Fibrin-Netzwerken 38, untersucht, wie auch intravaskuläre (endotheliale Zellen) und extravaskuläre (Fibroblasten und glatte Muskelzellen) Zellen beeinflussen Fibrinstruktur 39, verwendet viskoelastischen und Spektralanalyse zu Fibrin Strukturen 40 analysiert und verwendet entwickelten Korrelationen zwischen Fibrin Struktur und mechanischen Eigenschaften mit experimentellen und theoretischen Ansätze 41 </sup>. Der Fokus der vorliegenden Studie war es Gerinnsel Strukturen unter simulierten diabetischen und Sichelzellen Thrombose Bedingungen formulieren und konfokale Mikroskopie zur Untersuchung der Struktur und Funktion der Blutgerinnsel in Krankheitszuständen verwendet werden. Fibringerinnsel wurden aus menschlichem Fibrinogen, humanes Thrombin und FXIIIa gebildet. Die Gerinnsel wurden mit Plasmin lysiert. Diabetischer Bedingungen zu simulieren, wurde erhöhte Konzentration an Fibrinogen in der Glukoselösung inkubiert, um eine in vitro Glykierung Fibrinogen induzieren. Um Sichelzellanämie Gerinnungsbedingungen zu simulieren, wurden erhöhte Fibrinogenkonzentrationen mit Sichelzellen Hämatokrit von Patienten gesammelt, wie zuvor von unserer Gruppe 42 getan gemischt. Diese Verfahren wurden verwendet, um die Struktur und die Funktionen in Fibringerinnselbildung und Fibrinolyse bei Krankheitszuständen beteiligt sind, sowie die Mechanismen, die CVD induzieren zu untersuchen. Basierend auf den aktuellen Informationen über diese Krankheiten waren die glykosylierten Fibringerinnsel Strukturen dichter mit weniger einnd kleineren Poren. Die Fibringerinnsel mit roten Blutzellen von Sichelzellpatienten (RBCs) wurden ebenfalls dichter und angezeigt Aggregation der Erythrozyten und agglomeriert Fibrin Clustern. Dies ist ein gut etabliertes Phänomen, das zuvor 43 festgestellt hat. Es wurde auch vermutet, dass die Fibrinolyse Quote wäre in glykosylierten Fibringerinnsel mit und ohne reduzierte Plasmin im Vergleich zu gesunden, normalen Fibrin deutlich geringer. Die Ergebnisse zeigten, dass für glykosyliertes Fibringerinnseln, signifikant Lyserate Ergebnisse wurden nur unter den Bedingungen einer reduzierten Plasminkonzentration beobachtet. Dieses experimentelle Technik der Verwendung der konfokalen Mikroskopie bietet signifikante Vorteile gegenüber anderen bildgebenden Verfahren, weil die Zellen und Proteine in ihrem nativen Zustand, der die Erfassung von Echtzeitvideo der Gerinnungsaktivität ermöglicht bleibt. Diese Methode synthetisch induzierenden Blutgerinnung ist auch billiger und zeiteffizienter als Erhalt von Patientenproben und Ausfiltern einzelneProteine und Enzyme. Ferner ergeben sich mit getrennten Proteine und Enzyme, um Gerinnsel zu synthetisieren, die Gerinnsel wurden standardisiert, so dass es nicht die Variabilität zwischen den Proben als Folge von anderen Proteinen im Plasma.
Um aussagekräftige Daten über die Struktur des Gerinnungsmechanismen bei Krankheitszuständen zu erhalten, ist es wichtig, die Faktoren der Blutgerinnung beteiligt sind, um die Effekte der Proteine und Zellen unter diesen Bedingungen zu bestimmen, zu isolieren. Dieses Protokoll wurde zum Zweck der Untersuchung der Struktur des Fibringerinnsels bei diabetischen und SCD Zustände in vitro entwickelt.
Es ist notwendig, um die Mechanismen in der Fibrinbildung und Fibrinolyse bei…
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank the Lam Lab at Georgia Tech for many helpful discussions in developing the experimental assays. Research reported in this publication was supported by the National Heart, Lung, and Blood Institute of the National Institutes of Health under Award Number K01HL115486 and by New Innovator Grant 1DP2OD007433-01 from the Office of the Director, National Institutes of Health. The content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of the National Institutes of Health.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
PBS | Life Technologies | 10010031 | |
Ficoll-Paque (hydrophilic polysaccharide) | GE Healthcare | 45-001-749 | |
10 ml heparinized vacutainer tubes | BD Biosciences | 366643 | |
Human Fibrinogen | Enzyme Research Laboratories | N/A | |
Alexa Fluor 488 human fibrinogen conjugate | Molecular Probes | F13191 | |
0.5 mL graduated microcentrifuge tube | Fisher Scientific | 05-408-120 | |
Glucose powder | Life Technologies | 15023-02 | |
FXIIIa | Enzyme Research Laboratories | N/A | |
VIS Confocal Microscope | Zeiss LSM 510 | LSM 510 | |
50 mM Tris | Lonza | S50-642 | |
Calcium Chloride (CaCl2) | Sigma Aldrich | 449709-10G | |
Vybrant DiD cell-labeling solution | Life Technologies | L7781 | |
Plasmin | Enzyme Research Laboratories | N/A | |
Sodium Chloride (5 M NaCl) | Life Technologies | AM9759 | |
Statistical Modeling Software | IBM | SPSS Statistics 22 |