研究揭秘血栓是怎么形成的

血小板是血液中的細(xì)胞，其作用是通過(guò)粘在一起形成血塊并堵塞傷口而止血。現(xiàn)在，科學(xué)家**次測(cè)量并繪制了觸發(fā)這一過(guò)程的血小板的關(guān)鍵分子力。

廣泛的結(jié)果發(fā)表在兩個(gè)獨(dú)立的研究。“我們得出結(jié)論表明，為了激活凝血，細(xì)胞需要比主食的重量高約十億倍的有針對(duì)性的力，”哈立德 Salaita，埃默里大學(xué)化學(xué)系副教授和研究的主要作者說(shuō)道。 “我們發(fā)現(xiàn)真正令人吃驚的是，血小板關(guān)心的是這個(gè)力量的方向，它必須是橫向的，他們非常挑剔，但是他們應(yīng)該是挑剔的，否則他們可能會(huì)意外地造成一個(gè)血塊，這是導(dǎo)致中風(fēng)的原因。

纖維蛋白原是血液中第三豐富的蛋白質(zhì)，就像膠水一樣將血小板粘在一起，形成凝塊。每個(gè)血小板在其表面上具有約 70,000 個(gè)纖維蛋白原受體拷貝。這些受體可以像抓鉤一樣工作，以鎖定到纖維蛋白原上。

“什么令人費(fèi)解？” Salaita 解釋說(shuō)，“是血小板，盡管有所有這些受體，通常不含豐富的纖維蛋白原。他們不斷流過(guò)，直到你有受傷和纖維蛋白原變?yōu)楣潭ǎ缓髮⒀“逖杆俳Y(jié)合到纖維蛋白原使血小板聚集并凝固。”

Salaita 實(shí)驗(yàn)室是可視化和映射細(xì)胞施加的機(jī)械力的***。為了探索血液凝固的生物力學(xué)，實(shí)驗(yàn)室與埃默里醫(yī)學(xué)院的血液學(xué)專家醫(yī)生兼生物醫(yī)學(xué)工程師 Wilbur Lam 合作。埃萊姆和佐治亞理工學(xué)院的埃默里的 Winship 癌癥研究所和 Wallace H. Coulter 生物醫(yī)學(xué)工程系也都隸屬于 Salaita 和 Lam。

在最初的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于 PNAS 論文，Salaita 實(shí)驗(yàn)室將纖維蛋白原配體錨定在脂質(zhì)膜上。在這個(gè)表面上，配體可以橫向滑動(dòng)，但是阻止垂直于表面的運(yùn)動(dòng) - 類似于冰球在滑冰場(chǎng)表面上滑動(dòng)的方式，但是難以從冰面上脫離。研究人員隨后將血小板引入該表面，實(shí)驗(yàn)顯示血小板未能激活并粘在一起。

相反，當(dāng)纖維蛋白原配體錨定到載玻片上并且不能側(cè)向移動(dòng)時(shí)，血小板迅速活化。使用它開(kāi)發(fā)的張力成像技術(shù)，Salaita 實(shí)驗(yàn)室顯示，血小板施加了 5 到 20pN 的力量來(lái)啟動(dòng)激活。

Salaita 說(shuō)：“血小板在受傷期間必須迅速準(zhǔn)確地止血，避免不必要的凝血。” “我們認(rèn)為他們像安全鎖那樣使用這個(gè)側(cè)向力信號(hào)來(lái)防止不必要的凝血。”

Salaita 解釋說(shuō)，血管內(nèi)襯有內(nèi)皮細(xì)胞，損傷使這些細(xì)胞下面的纖維基質(zhì)暴露。然后血液中的血小板和纖維蛋白原可以粘在損傷部位。

Salaita 認(rèn)為，當(dāng)血小板遇到粘連的纖維蛋白原分子時(shí)，血小板就會(huì)對(duì)這種纖維蛋白原進(jìn)行檢測(cè)。由此產(chǎn)生的力量產(chǎn)生強(qiáng)有力的信號(hào)激活血小板，并允許他們從血液中攫取纖維蛋白原，驅(qū)動(dòng)與其他血小板結(jié)塊的過(guò)程。

導(dǎo)致中風(fēng)的異常凝血和血友病的不可控制的出血可能與這種生物力學(xué)機(jī)制中的功能障礙有關(guān)。

2011 年，Salaita 實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了映射細(xì)胞力學(xué)的熒光傳感器方法。 Alexa 的 Mattheyses，在醫(yī)學(xué)和溫希普癌癥研究所的埃默里大學(xué)學(xué)院的細(xì)胞生物學(xué)家合作與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試熒光偏振是否可以應(yīng)用到地圖單元力的方向和更深入地了解血液凝固的生物力學(xué)。

自然方法論文發(fā)表的結(jié)果表明，他們可以。

Mattheyses 是“熒光偏振的大師”，Salaita 說(shuō)。她建立了一個(gè)專門的顯微鏡。她還與薩拉伊塔實(shí)驗(yàn)室的研究生 Joshua Brockman 和 Aaron Blanchard 合作開(kāi)發(fā)新的成像技術(shù)。

該技術(shù)使用 DNA 分子作為力探針，其行為像分子繩索，并在細(xì)胞力量拉動(dòng)的方向延伸。一系列顯微鏡圖像捕獲 DNA 的方向，然后可以用來(lái)計(jì)算皮核細(xì)胞力的方向。

Salaita 說(shuō)：“我們非常擅長(zhǎng)測(cè)量，使用熒光來(lái)觀察聚合物是如何拉伸的。 “現(xiàn)在我們還可以看到聚合物在三個(gè)方向上指向哪個(gè)方向。”

實(shí)驗(yàn)揭示，當(dāng)血小板開(kāi)始粘在一起形成凝塊時(shí)，它們?cè)诿總€(gè)細(xì)胞中向一條線或中心軸收縮。然而，它們并不是共同的中心軸。 Salaita 解釋說(shuō)：“就像在一個(gè)房間里面有一群人面對(duì)不同的方向。 “當(dāng)他們攜起手來(lái)，每個(gè)人都向內(nèi)拉時(shí)，你依然會(huì)得到一個(gè)集群，但是每個(gè)人的方向都是隨機(jī)的。”

映射細(xì)胞上力的大小和方向的能力為研究血液凝固提供了強(qiáng)有力的工具，但是從免疫細(xì)胞活化和胚胎發(fā)育到癌細(xì)胞的復(fù)制和傳播，還有一系列的生物力學(xué)過(guò)程。

Salaita 說(shuō)：“我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種全新的方式來(lái)查看以前看不見(jiàn)的東西。 “這是一個(gè)廣泛的應(yīng)用程序的基本工具，幫助理解細(xì)胞正在做的事情，并可能預(yù)測(cè)接下來(lái)要做的事情。