血小板の生体力学メカニズムの計算モデリングと実験的研究を組み合わせた

Communications Biology volume 6、記事番号: 869 (2023) この記事を引用

151 アクセス

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

血栓形成は比較的よく研究されているが、その後の収縮または収縮と呼ばれる構造的および機械的血栓リモデリングの根底にあるメカニズムについてはほとんど知られていない。 血栓収縮プロセスの障害は、生命を脅かす出血と、虚血性脳卒中、静脈血栓塞栓症などの血栓性疾患の両方に関連しています。 最近、新型コロナウイルス感染症患者では血栓の収縮が妨げられていることが観察された。 3 次元マルチスケール計算モデルが開発され、血小板とフィブリンの相互作用によって駆動される血栓収縮の動態の生体力学的メカニズムを定量化するために使用されます。 これらの結果は、主に感覚機能を実行すると以前に説明された、細胞膜の機械的に活性な薄い突起である血小板糸状仮足の収縮に関する重要な生物学的洞察を提供する。 説明した生体力学的メカニズムとモデリング手法は、細胞が糸状ネットワークに埋め込まれ、基質の剛性によって調節された細胞外マトリックスに力を及ぼす他のシステムの研究に応用できる可能性があります。

血栓は、出血を止めるために血管損傷部位に形成されるゲル状の構造です。 血栓は、血小板と、フィブリノーゲンやその他の凝固因子を含む血漿成分が関与する細胞反応と酵素反応の組み合わせの結果として形成されます。 血栓の主な構成要素には、フィブリン繊維に付着した血小板と多孔質ネットワークに埋め込まれた赤血球を含む 3D ポリマー フィブリン ネットワークが含まれます。 血栓の形成後、血栓は活性化された血小板によって引き起こされる血栓収縮または収縮と呼ばれるプロセスを通じて体積収縮を受けます1（局所的な血小板のクラスター化と収縮する血栓の三次元血小板変位場を示す図1を参照）。

血栓収縮中の血小板含有フィブリン線維の接近による二次血小板クラスターの形成を示す連続共焦点画像。 血小板は緑色、フィブリンは赤色です。 スケールバー: 5 μm。 b、c 収縮する血栓の三次元血小板変位場の代表的な画像。 b 上面図、フィブリン (赤)、血小板 (緑)、および血小板変位ベクトルが示されています。 c の斜視図では、血小板 (緑色) とその変位ベクトルが視覚化されています (図は、クリエイティブ コモンズ CC BY ライセンスの条件に基づいて Kim et al. 16 から転載されています)。

血栓または血栓の生体内収縮には、止血血栓の封鎖特性の改善 2、血栓サイズの縮小および閉塞性血栓を通過する血流の改善 3、血栓破裂または血栓性塞栓形成の防止 4、血栓の感受性の変化など、いくつかの重要な病態生理学的影響があります。酵素溶解5. したがって、血栓収縮プロセスの障害は、虚血性脳卒中 3、静脈血栓塞栓症 4、6 などの生命を脅かす血栓性疾患と関連しています 7。 最近、新型コロナウイルス感染症患者、特に重篤で致命的な症例では、血栓の収縮が妨げられていることが観察されました8。

臨床的に重要であるにもかかわらず、血栓収縮の生体力学的なメカニズムは十分に理解されていません。 血栓の収縮は、血小板細胞骨格によって生成される牽引力によって引き起こされ、この牽引力は、糸状仮足と呼ばれる接着性の高い細胞膜突起を介してフィブリン線維に伝達されることが知られています9。 血栓収縮の最も研究されていない側面の 1 つは、血小板糸状仮足の形成とそのフィブリン ネットワークとの物理的相互作用です。 血小板誘発性の血栓収縮の生体力学は、細胞運動性、組織再生と分化 10、11、12、13、14、食作用 9、がん発生 15 など、双方向性細胞機械伝達に関連する他の多数の同様の生物学的プロセスを理解するための基礎です。 血小板駆動による血栓収縮の定量的構造メカノバイオロジーは、生体力学の新たな道として最近登場しており 16、非筋細胞とさまざまな組成の線維性細胞外マトリックスとの間の動的かつ複雑な生体力学的相互作用を理解するための基礎を提供することができます。