雙曲線微流控測定方法，用于拉伸應(yīng)變下血小板機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制研究

血小板是生理性止血和病理性血栓形成的核心參與者。機(jī)械血流參數(shù)（血液動力學(xué)）是血小板信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和功能的重要驅(qū)動因素。心血管疾病和/或影響其功能的血液接觸醫(yī)療器械會引起血小板各種血液動力學(xué)的變化，包括狹窄部位的壁面剪切應(yīng)力/應(yīng)變的增加；附著在血管壁、血栓或醫(yī)療器械表面上的拉伸力和壓縮力的變化；以及由于紅細(xì)胞著邊和流動再循環(huán)引起的區(qū)域內(nèi)質(zhì)量傳輸現(xiàn)象。血小板將這些外部機(jī)械信號轉(zhuǎn)導(dǎo)為細(xì)胞內(nèi)生化信號（機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)）。這些不同的機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的關(guān)鍵聯(lián)系是細(xì)胞溶質(zhì)鈣[Ca2?]c通量，它整合了不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑并驅(qū)動相關(guān)的血小板激活事件，例如血小板形狀變化和整合素αIIb β?的激活。

目前，已有多種技術(shù)被用于進(jìn)行血小板機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的研究，包括錐板和平行板流變測定法、微流控層析法、基于剛性和可變形彈性基板的靜態(tài)粘附測定法，以及微量移液器抽吸或磁珠牽引法。然而，這些技術(shù)雖然可用于粘附受體介導(dǎo)的血小板機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制研究，但無法用于缺乏粘附受體或表面粘附作用的自由流體中血小板機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的研究。此外，常見的基于流體流動的技術(shù)，例如微毛細(xì)管技術(shù)、直通道微流控技術(shù)和平行板技術(shù)，通常涉及混合動力學(xué)（包含剪切和拉伸分量），并且相關(guān)的研究大多數(shù)只關(guān)注壁面剪切效應(yīng)。為了更準(zhǔn)確地定義驅(qū)動血細(xì)胞和血小板行為的血液動力學(xué)參數(shù)，相關(guān)研究方法逐漸由使用可以提供穩(wěn)態(tài)層流剪切流的簡單直通道轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂酶鼜?fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，例如階梯式微收縮幾何結(jié)構(gòu)、具有復(fù)雜分叉微通道的微流控系統(tǒng)、交叉槽式裝置和雙曲線收縮結(jié)構(gòu)。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，來自澳大利亞莫納什大學(xué)（Monash University）、墨爾本大學(xué)（The University of Melbourne）以及皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT University）的研究人員聯(lián)合提出了一種雙曲線微流控測定方法，用于研究不同拉伸應(yīng)變狀態(tài)下血小板的激活。通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法的結(jié)合，該研究探索了瞬時和時間相關(guān)的拉伸應(yīng)變動力學(xué)對血小板Ca2?信號和機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)方式的影響。此外，通過使用5個具有不同幾何結(jié)構(gòu)的雙曲線微流控測定系統(tǒng)，該研究明確了觸發(fā)最大血小板[Ca2?]c通量的拉伸應(yīng)變上限。最后，該研究進(jìn)行了藥理學(xué)概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，闡明了血小板肌動蛋白細(xì)胞骨架和環(huán)狀微管在血小板拉伸應(yīng)變傳感（ε˙-S）中的作用。相關(guān)研究成果以“A microfluidic method to investigate platelet mechanotransduction under extensional strain”為題發(fā)表于Research and Practice in Thrombosis and Haemostasis期刊。

雙曲線微流控芯片的設(shè)計(jì)

研究結(jié)果表明，在缺乏典型粘附的情況下，受體介導(dǎo)的血小板對747/s~3319/s范圍內(nèi)的拉伸應(yīng)變率的初始增加和隨后的減少高度敏感。此外，研究證明血小板可快速響應(yīng)拉伸應(yīng)變的變化率，且其閾值為7.33 × 10?/s/m，最佳范圍為9.21 × 10?/s/m~1.32 × 10?/s/m。此外，該研究證明了基于肌動蛋白的細(xì)胞骨架和環(huán)狀微管在調(diào)節(jié)拉伸應(yīng)變介導(dǎo)的血小板機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)中的關(guān)鍵作用。

血小板拉伸應(yīng)變傳感（ε˙-S）過程中[Ca2?]c通量受肌動蛋白細(xì)胞骨架動力學(xué)調(diào)節(jié)

血小板拉伸應(yīng)變傳感（ε˙-S）過程中[Ca2?]c通量受微管動力學(xué)調(diào)節(jié)

總體而言，該研究開發(fā)了一種雙曲線微流控測定方法，用于在定義的準(zhǔn)均勻拉伸應(yīng)變率下評估血小板機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)。通過改變雙曲線微流控芯片的幾何結(jié)構(gòu)和輸入流速，該測定方法可以用于探索適用于生理和病理血流環(huán)境下的不同拉伸應(yīng)變機(jī)制。這種方法打開了一個新的血小板信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制研究的窗口，并且可能在識別易患與高度動脈狹窄相關(guān)的血栓栓塞并發(fā)癥的患者或在其中拉伸應(yīng)變率是主要血液動力學(xué)驅(qū)動因素的機(jī)械循環(huán)支架（MCS）系統(tǒng)中具有潛在的診斷效用。在未來的研究中，研究人員的目標(biāo)是利用所描述的方法進(jìn)一步探索支持拉伸應(yīng)變傳感（ε˙-S）的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。更好地理解這種新型的不依賴于粘附作用的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制可能會促進(jìn)抗血小板療法的新發(fā)展，這些療法專門針對超生理血流動力學(xué)，可最大限度地降低全身出血的風(fēng)險(xiǎn)，并在與醫(yī)療器械相關(guān)的血栓形成管理方面優(yōu)于目前的療法。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.rpth.2023.100037

審核編輯 ：李倩