«Лазерный пинцет» позволяет исследователям из Пенсильвании описывать микроскопические механические свойства сгустков крови.
Впервые с помощью «лазерного пинцета» механические свойства отдельного волокна в сгустке крови были определены исследователями из Медицинской школы Университета Пенсильвании . Их работа, проведенная под руководством Джона У. Вайзеля, доктора философии , профессора биологии клетки и развития в Пенсильвании, и опубликованная в первом на этой неделе онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences , обеспечивает основу для понимания того, как эластичность целого возникает сгусток.
Сгустки представляют собой трехмерную сеть фибриновых волокон, стабилизированных другим белком, называемым фактором XIIIa. (Нажмите на миниатюру, чтобы просмотреть полноразмерное изображение). Сгусток крови должен иметь правильную степень жесткости и пластичности, чтобы остановить кровоток при повреждении ткани, но при этом быть достаточно усваиваемым ферментами в крови, чтобы он не блокировал кровоток и не приводил к сердечным приступам и инсультам.
Weisel и его коллеги разработали новый способ измерения эластичности отдельных волокон фибрина в сгустках со стабилизацией фактора XIIIa и без нее. Они использовали «лазерный пинцет» — по сути, лазерный луч, сфокусированный на микроскопической бусинке, прикрепленной к волокнам, — чтобы тянуть волокно в разных направлениях.
Исследователи обнаружили, что длинные и очень тонкие волокна сгибаются намного легче, чем растягиваются, что позволяет предположить, что сгустки деформируются в текущей крови или при других нагрузках, в первую очередь из-за изгиба их волокон.
Вайзель сравнивает структуру сгустка, состоящего из волокон фибрина, с микроскопической версией моста и его многочисленных стоек. (Щелкните миниатюру, чтобы просмотреть изображение в полный размер). «Зная механические свойства каждой стойки, инженер может экстраполировать свойства всего моста», — поясняет он. «Чтобы измерить жесткость волокна, мы использовали свет, чтобы приложить к нему крошечную силу, и наблюдали его изгиб в световом микроскопе, точно так же, как инженер измеряет жесткость луча в макроскопическом масштабе.
Он заявляет, что эти результаты имеют отношение ко многим областям: материаловедению, химии полимеров, биофизике, биохимии белков и гематологии. «Мы представляем первое определение микроскопических механических свойств любого полимера такого типа», — говорит Вайзель. «Более того, наш выбор фибринового сгустка имеет особое биологическое и клиническое значение, поскольку механические свойства фибрина важны для его функций свертывания крови, а также в значительной степени ответственны за патологию тромбоза, которая вызывает большинство сердечных приступов и инсультов».
Понимая микроскопические механические свойства сгустка и то, как это связано с его наблюдаемой функцией в системе кровообращения, исследователи могут делать прогнозы относительно физиологии сгустка. Например, когда сгустки недостаточно жесткие, возникают проблемы с кровотечением, а когда сгустки слишком жесткие, могут возникать проблемы с тромбозом, который возникает, когда сгустки блокируют кровоток.
Но как можно использовать эти знания, чтобы остановить кровотечение или слишком сильное свертывание крови? «Как только мы поймем происхождение механических свойств, можно будет изменять эти свойства», — объясняет Вайзель. «Если мы сможем изменить определенный параметр, возможно, мы сможем сделать сгусток более или менее жестким». Например, различные пептиды или белки, такие как антитела, специфически связываются с фибрином, влияя на структуру сгустка. Идея состоит в том, чтобы использовать такие соединения у людей, чтобы изменить свойства сгустка, чтобы он был менее обструктивным и легче растворялся.
«В этой статье показано, как новая технология сделала возможным простой, но элегантный подход к определению микроскопических свойств фибринового волокна, обеспечивая основу для понимания происхождения эластичности сгустка, которая была загадкой более 50 лет», — добавляет Вайзель. .
Соавторами Вайзеля Пенна являются Жан-Филипп Колле, Генри Шуман, Роберт Э. Леджер и Сунгтэк Ли. Финансирование исследования было предоставлено Национальными институтами здравоохранения, Assistance Publique Hopitaux de Paris и Parke-Davis. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
