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Was stoppt den Gerinnungsprozess?

Was stoppt den Gerinnungsprozess?


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Immer wenn eine geringfügige/große Verletzung von Blutgefäßen vorliegt, werden die Blutplättchen, Fibrin, Thrombin usw. rekrutiert. Anschließend versiegeln sie die Wunde und blockieren die Blutung.

Was sagt ihnen, dass ihre Arbeit erledigt ist?


Freiliegendes Kollagen an der Stelle der Gefäßschädigung initiiert gleichzeitig die Plattenaggregation und die Gerinnungskaskade. Wenn also die Wunde versiegelt ist und kein Kollagen mehr freiliegt, was der Hauptfaktor für die Aktivierung der Kaskade ist, stoppt die Blutwäschekaskade.


Was stoppt den Gerinnungsprozess? - Biologie

Am Ende dieses Abschnitts können Sie:

  • Beschreiben Sie die drei Mechanismen, die an der Hämostase beteiligt sind
  • Erklären Sie, wie der extrinsische und der intrinsische Gerinnungsweg zum gemeinsamen Weg führen und welche Gerinnungsfaktoren an jedem beteiligt sind
  • Besprechen Sie Störungen, die die Hämostase beeinflussen

Thrombozyten sind die Hauptakteure in Blutstillung, der Prozess, bei dem der Körper ein geplatztes Blutgefäß verschließt und weiteren Blutverlust verhindert. Obwohl die Ruptur größerer Gefäße normalerweise einen medizinischen Eingriff erfordert, ist die Hämostase bei kleinen, einfachen Wunden sehr effektiv. Der Prozess besteht aus drei Schritten: Gefäßspasmus, Bildung eines Thrombozytenpfropfens und Gerinnung (Blutgerinnung). Das Scheitern eines dieser Schritte führt zu Blutung-Starke Blutung.


Blutstillung im Labor: Von der Biologie auf die Bank

Die physiologische Hämostase ist ein kompliziertes biologisches System, in dem prokoagulierende und antikoagulierende Kräfte zusammenwirken und die Blutfließfähigkeit bei intakten Blutgefäßen erhalten oder die Bildung von Blutgerinnseln auslösen, um übermäßige Blutungen zu verhindern, wenn Blutgefäße verletzt sind. Das moderne Modell der Hämostase ist in zwei Hauptphasen unterteilt. Die erste, definiert als primäre Hämostase, beinhaltet das Thrombozyten-Gefäß-Wechselspiel, während die zweite, definiert als sekundäre Hämostase, hauptsächlich Gerinnungsfaktoren, geschädigte Zellen und Thrombozytenoberflächen betrifft, wo sich schnell die sogenannte Gerinnungskaskade entwickelt. Die Aktivierung und Verstärkung der Gerinnungskaskade wird durch die Aktivität mehrerer physiologischer Inhibitoren fein moduliert. Sobald die Blutung durch die Bildung von Blutgerinnseln wirksam gestoppt wurde, ist die Auflösung des Thrombus unerlässlich, um die Gefäßpermeabilität wiederherzustellen. Dieser als Fibrinolyse bekannte Prozess entwickelt sich auch durch die koordinierte Wirkung einer Vielzahl von Proteinen und Enzymen. Eine genaue Diagnose einer Hämostasestörung erfordert einen facettenreichen Ansatz, der die familiäre und persönliche Vorgeschichte von Hämostasestörungen, eine genaue Sammlung klinischer Anzeichen und Symptome, integriert mit Labortests zur Hämostase, umfasst. In Bezug auf Labortests besteht ein vernünftiger Ansatz darin, die Hämostasetests nach Kosten, Komplexität und verfügbaren klinischen Informationen zu klassifizieren. Das Labortraining kann daher mit einigen schnellen und kostengünstigen "Screening" -Tests beginnen, die durch einen hohen negativen Vorhersagewert gekennzeichnet sind, gefolgt von Zweit- oder Drittlinienanalysen, die speziell darauf abzielen, die Art und Schwere der Blutung oder des thrombotischen Phänotyps zu klären. Dieser Artikel zielt darauf ab, einen allgemeinen Überblick über den hämostatischen Prozess zu geben und einige allgemeine Vorschläge zu geben, um die Blutstillungstests im Labor optimal zu erleichtern.

Schlüsselwörter: Blutungen Blutgerinnung Labor Blutstillung Blutplättchen Thrombose.


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  1. Der Gerinnungsvorgang. Website des Weltverbandes für Hämophilie. http://www.wfh.org/en/page.aspx?pid=635. Aktualisiert Januar 2014. 21. August 2019.
  2. Mackman N, Tilley RE, Key NS. Rolle des extrinsischen Weges der Blutgerinnung bei Hämostase und Thrombose. Arteriosklerose, Thrombose und Gefäßbiologie. 200727:1687-1693. https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/ATVBAHA.107.141911. Veröffentlicht am 7. Juni 2007. Zugriff am 26. August 2019.
  3. Was sind seltene Gerinnungsfaktor-Mängel? Website des Weltverbandes für Hämophilie. http://www1.wfh.org/publication/files/pdf-1337.pdf. Aktualisiert im Mai 2014. Abgerufen am 21. August 2019.
  4. Hämophilie. NIH Genetics Home Referenz-Website. https://ghr.nlm.nih.gov/condition/hemophilia. Zugriff am 3. September 2019.

Was stoppt den Gerinnungsprozess? - Biologie

Hämostase ist der natürliche Prozess, der den Blutverlust stoppt, wenn eine Verletzung auftritt.

Lernziele

Erklären Sie die Schritte der Hämostase

Die zentralen Thesen

Wichtige Punkte

  • Hämostase ist der natürliche Prozess, der den Blutverlust stoppt, wenn eine Verletzung auftritt. Sie umfasst drei Schritte: (1) Gefäßspasmus ( Vasokonstriktion ) (2) Bildung von Thrombozytenpfropfen und (3) Gerinnung.
  • Vasokonstriktion ist ein Reflex, bei dem sich die Blutgefäße verengen, um den Blutdruck zu erhöhen.
  • Als nächstes beinhaltet die Bildung von Blutplättchenpfropfen die Aktivierung, Aggregation und das Anhaften von Blutplättchen zu einem Pfropfen, der als Barriere gegen den Blutfluss dient.
  • Die Koagulation beinhaltet eine komplexe Kaskade, in der ein Fibrinnetz von Fibrinogen abgespalten wird.
  • Fibrin wirkt während der Gerinnselbildung als „Molekularkleber„ und hält den Thrombozytenpfropfen zusammen.

Schlüsselbegriffe

  • Blutstillung: Der Prozess des Verlangsamens und Stoppens des Blutflusses, um die Wundheilung einzuleiten.
  • Gerinnung: Der Prozess, bei dem Blut gallertartige Gerinnsel bildet.
  • Heparin: Ein fibrinolytisches Molekül, das auf Endothelzellen exprimiert oder als Blutverdünner hergestellt wird. Es verhindert die Aktivierung von Blutplättchen und Gerinnungsfaktoren.

Hämostase ist der natürliche Prozess, bei dem sich der Blutfluss verlangsamt und sich ein Gerinnsel bildet, um den Blutverlust während einer Verletzung zu verhindern. Während der Hämostase ändert sich das Blut von einer flüssigen Flüssigkeit in einen gelatinösen Zustand.

Schritte der Hämostase

Die Hämostase umfasst drei Schritte, die in schneller Folge ablaufen: (1) Gefäßspasmus oder Vasokonstriktion, eine kurze und intensive Kontraktion der Blutgefäße (2) Bildung eines Thrombozytenpfropfens und (3) Blutgerinnung oder -gerinnung, die den Thrombozytenpfropfen verstärkt mit Fibrinnetz, das als Klebstoff dient, um das Gerinnsel zusammenzuhalten. Sobald der Blutfluss aufgehört hat, kann die Gewebereparatur beginnen.

Angiogenese erzeugt neue Blutgefäße: Blutgefäß mit einem Erythrozyten (roten Blutkörperchen) in seinem Lumen, Endothelzellen, die seine Tunica intima oder innere Schicht bilden, und Perizyten, die seine Tunica Adventitia (äußere Schicht) bilden.

Gefäßverengung

Intakte Blutgefäße sind von zentraler Bedeutung, um die Gerinnungsneigung des Blutes zu mildern. Die Endothelzellen intakter Gefäße verhindern die Gerinnung, indem sie ein fibrinolytisches Heparinmolekül und Thrombomodulin exprimieren, das die Thrombozytenaggregation verhindert und die Gerinnungskaskade mit Stickoxid und Prostacyclin stoppt. Wenn eine Endothelschädigung auftritt, stoppen die Endothelzellen die Sekretion von Gerinnungs- und Aggregationsinhibitoren und sekretieren stattdessen den von Willebrand-Faktor, der während der anfänglichen Bildung eines Gerinnsels eine Thrombozytenadhäsion verursacht. Die Vasokonstriktion, die während der Hämostase auftritt, ist eine kurze reflexartige Kontraktion, die eine Abnahme des Blutflusses in den Bereich verursacht.

Bildung von Thrombozytenpfropfen

Thrombozyten bilden den “Platelet Plug”, der sich fast direkt nach dem Platzen eines Blutgefäßes bildet. Innerhalb von zwanzig Sekunden nach einer Verletzung, bei der die Epithelwand des Blutgefäßes zerstört wird, wird die Gerinnung eingeleitet. Es dauert ungefähr sechzig Sekunden, bis sich die ersten Fibrinstränge in der Wunde durchsetzen. Nach einigen Minuten ist der Thrombozytenpfropfen vollständig durch Fibrin gebildet.

Entgegen der landläufigen Meinung wird die Gerinnung einer Hautverletzung nicht durch Lufteinwirkung verursacht, sondern durch Thrombozyten, die an Kollagen im Endothel der Blutgefäße haften und durch dieses aktiviert werden. Die aktivierten Blutplättchen geben dann den Inhalt ihrer Körnchen frei, die eine Vielzahl von Substanzen enthalten, die eine weitere Blutplättchenaktivierung stimulieren und den hämostatischen Prozess verstärken.

Wenn die Auskleidung eines Blutgefäßes bricht und Endothelzellen beschädigt werden, wodurch subendotheliale Kollagenproteine ​​​​aus der extrazellulären Matrix freigelegt werden, bewirkt Thromboxan, dass die Blutplättchen anschwellen, Filamente wachsen und anfangen, sich zu verklumpen oder zu aggregieren. Der Von-Willebrand-Faktor bewirkt, dass sie aneinander und an den Gefäßwänden haften. Dies setzt sich fort, wenn sich mehr Blutplättchen versammeln und dieselben Transformationen durchlaufen. Dieser Prozess führt zu einem Thrombozytenpfropfen, der den verletzten Bereich abdichtet. Wenn die Verletzung klein ist, kann sich der Thrombozytenpfropfen innerhalb weniger Sekunden bilden.

Gerinnungskaskade

Reicht der Thrombozytenpfropfen nicht aus, um die Blutung zu stoppen, beginnt die dritte Phase der Blutstillung: die Bildung eines Blutgerinnsels. Blutplättchen enthalten sekretorische Granulate. Wenn sie an den Proteinen in den Gefäßwänden kleben, degranulieren sie und setzen so ihre Produkte frei, darunter ADP (Adenosindiphosphat), Serotonin und Thromboxan A2 (das andere Blutplättchen aktiviert).

Zunächst verwandelt sich Blut von einer Flüssigkeit in ein Gel. Mindestens 12 Substanzen, die Gerinnungsfaktoren oder Gewebefaktoren genannt werden, nehmen an einer Kaskade chemischer Reaktionen teil, die schließlich ein Fibrinnetz im Blut bilden. Jeder der Gerinnungsfaktoren hat eine ganz bestimmte Funktion. Prothrombin, Thrombin und Fibrinogen sind die Hauptfaktoren, die am Ausgang der Gerinnungskaskade beteiligt sind. Prothrombin und Fibrinogen sind Proteine, die von der Leber produziert und im Blut abgelagert werden.

Wenn Blutgefäße beschädigt sind, werden Gefäße und benachbarte Blutplättchen stimuliert, um eine Substanz namens Prothrombin-Aktivator freizusetzen, die wiederum die Umwandlung von Prothrombin, einem Plasmaprotein, in ein Enzym namens Thrombin aktiviert. Diese Reaktion erfordert Calciumionen. Thrombin erleichtert die Umwandlung eines löslichen Plasmaproteins namens Fibrinogen in lange, unlösliche Fasern oder Fäden des Proteins Fibrin. Fibrinfäden winden sich um den Thrombozytenpfropfen an der beschädigten Stelle des Blutgefäßes und bilden ein ineinandergreifendes Netzwerk aus Fasern und ein Gerüst für das Gerinnsel. Dieses Fasernetz hält Blutplättchen, Blutzellen und andere Moleküle fest an der Verletzungsstelle und dient als anfängliches Gerinnsel. Dieses vorübergehende Fibringerinnsel kann sich in weniger als einer Minute bilden und verlangsamt den Blutfluss, bevor sich die Blutplättchen anlagern.

Als nächstes beginnen die Blutplättchen im Gerinnsel zu schrumpfen, wodurch das Gerinnsel zusammengezogen und die Gefäßwände zusammengezogen werden, um den Wundheilungsprozess einzuleiten. Normalerweise dauert der gesamte Prozess der Gerinnselbildung und -straffung weniger als eine halbe Stunde.

Gefäßverengung: Mikrogefäß, das einen Erythrozyten (E), eine Tunica-Intima aus Endothelzellen und eine Tunica-Adventitia aus Perizyten zeigt.


Was stoppt den Gerinnungsprozess? - Biologie

Einer der wichtigsten Schritte bei der Käseherstellung: Die Gerinnung ist der Schritt, der flüssige Milch in festen Quark verwandelt.

Überblick

In diesem Schritt des Käseherstellungsprozesses ist die chemische Magie mit bloßem Auge (und Hand) sichtbar. Gerinnung ist das Abstoßen von der Klippe, das aus Milch Käse macht. Flüssige Milch wird in eine feste Masse umgewandelt. Diese feste Masse wird oft als „Quark“, „Gel“ oder „Koagulum“ bezeichnet. Die Gerinnung kann auf verschiedene Weise erfolgen: Enzymwirkung, Säureaddition oder Säure-/Wärmeaddition. Diese drei Prozesse werden im Mittelpunkt dieses Beitrags stehen.

Milchgerinnung: vorher (links) und nachher (rechts)

Überprüfung der Milchchemie

Wenn Sie es noch nicht getan haben, lesen Sie den vorherigen Beitrag zur Milchchemie. Speziell der Abschnitt über Protein. Diese Informationen sind entscheidend, um den Rest dieses Beitrags zu verstehen. Wie im Beitrag zur Milchchemie erwähnt, ist Kasein das Protein, das bei der Käseherstellung am interessantesten ist. Caseinmicellen sind mit einer negativ geladenen „haarigen“ Schicht aus κ-Casein bedeckt.

In Milch schwimmen diese Casein-Mizellen herum und prallen aneinander ab. Diese κ-Kaseinhaare stören und verhindern, dass das Kasein klebt und aggregiert. Unser Ziel bei der Käseherstellung ist es, dass diese Kaseinmizellen irgendwie zusammenkleben. Sobald sie zusammenkleben, tritt ein Dominoeffekt auf und schließlich bilden Sie ein Netz aus Kaseinmizellen, die die Struktur / den Körper des Käses bilden.

κ-Kaseinhaare bewirken, dass Kaseinmizellen in der Milch voneinander abprallen

Wie wir diese Mizellen dazu bringen, zusammenzukleben, ist das, worum es bei der Koagulation geht! Der Koagulations- (oder „Gerinnungs-“) Prozess wird durchgeführt, um diese Casein-Mizellen dazu zu bringen, irgendwie zusammenzukleben. Enzyme (Lab), Säure und Säure/Hitze können alle verwendet werden, um diesen Prozess zu fördern. Der genaue Mechanismus von jedem unterscheidet sich und wird unten diskutiert.

Die Gerinnung sorgt dafür, dass die Kaseinmizellen zusammenkleben
(Dies ist ein Beispiel für Mizellen, nachdem die Haare abgeschnitten wurden)

Säuregerinnung

Säurekoaguliert, säurefest, Milchquark und Milchsäurefest sind alle Spitznamen, die sich auf die Verwendung von Säure zum Gerinnen von Milch beziehen. Diese Säure kann entweder direkt zugegeben oder durch Starterkulturen hergestellt werden. Einige Beispiele für säuregeronnene Käse sind Hüttenkäse, Quark und Chèvre.

In diesem Fall besteht das Ziel darin, die negative Ladung zu neutralisieren, die die Caseinmicellen umgibt. In Milch prallen all diese negativ geladenen Mizellen aneinander ab, da sie alle eine negative Ladung haben. Wir nennen Kaseine aufgrund all dieser Gebühren oft „polar“. Denken Sie darüber nach, wie sich Magnete abstoßen, wenn Sie versuchen, zwei gleiche Pole zusammenzudrücken. Das Hinzufügen von Säure ist in der Tat wie das Hinzufügen einer positiven Ladung. Durch die Zugabe von Säure wird die Mizellenoberfläche neutralisiert und dadurch können sie aneinander stoßen und kleben. Dieser Effekt ist am isoelektrischen Punkt von Casein, pH = 4,6, am ausgeprägtesten. Wenn Sie sich an unseren letzten Beitrag über die Käsetextur erinnern, löst Säure den Kalzium-„Kleber“ aus den Kasein-Mizellen auf. Dies bedeutet, dass säurefester Käse normalerweise weicher ist.

Säure neutralisiert Caseinmicellen und lässt sie gerinnen

Lab-Koagulation

Labgerinnung bezieht sich auf die Zugabe von Enzymen zu Milch, um sie zu gerinnen. Viele Käsesorten fallen in diese Kategorie: Cheddar, Gouda, Queso Fresco und viele andere.

Labenzyme wirken wie ein Rasiermesser und rasieren die κ-Caseinhaare ab. Ohne die Haare können die Mizellen nun kleben, aggregieren und das Rückgrat der Käsestruktur bilden. Eine interessante Eigenschaft von Enzymen ist, dass sie in chemischen Reaktionen wiederverwendet werden. Dies bedeutet, dass ein wenig Lab einen großen Beitrag zum Gerinnungsprozess leistet. Zu Hause reicht normalerweise ein ¼ bis ½ Teelöffel aus, um 2 Gallonen Milch zu gerinnen. Die Aggregation tritt auf, wenn etwa 80-90% der κ-Casein-Haare abgeschnitten sind. Im Bild unten nicht gezeigt ist das benötigte Kalzium, das als "Kleber" zwischen den Kaseinen fungiert.

Lab schneidet die Haarschicht ab und ermöglicht das Anhaften der Casein-Mizellen

Säure- und Wärmekoagulation

Das letzte Gerinnungsregime auf dem Laufzettel könnte wahrscheinlich als Untergruppe der Säuregerinnung angesehen werden. Bei diesem Prozess werden Säure und Hitze verwendet, um Milch zu gerinnen. Beispiele hierfür sind Ricotta, Mascarpone und Paneer.

Wir haben bereits besprochen, wie Säure Casein beeinflusst, aber was ist mit Hitze? In diesem Fall beeinflusst Hitze die andere Hauptart von Milchprotein, über die wir noch nicht gesprochen haben, Molke. Molkeproteine ​​werden denaturiert (entwirrt), indem die Hitze „klebrige“ Teile ihrer Struktur freilegt. Diese klebrigen Enden können über Molkeproteine ​​aneinander oder an Caseinproteine ​​binden. Säure kann nun auch zur Molkekoagulation beitragen, da sie durch Hitze denaturiert wurde. Das Ergebnis ist eine Matrix aus koaguliertem Molkeprotein und, falls Casein vorhanden ist, eine Matrix aus koagulierter Molke/Casein.

Durch Hitze nehmen Molkenproteine ​​am Gerinnungsspaß teil!
(Nicht maßstabsgetreu, wie jedes andere Diagramm auf der Website)


Ein Überblick über den Blutgerinnungsprozess

Der Blutgerinnungsprozess ist komplex und beinhaltet viele Reaktionen. Der Prozess lässt sich jedoch in drei Schritten zusammenfassen.

  • Ein Komplex bekannt als a Prothrombin-Aktivator entsteht durch eine lange Abfolge chemischer Reaktionen.
  • Der Prothrombin-Aktivator wandelt ein Blutprotein namens Prothrombin in ein anderes Protein namens Thrombin.
  • Thrombin wandelt ein lösliches Blutprotein namens . um Fibrinogen in ein unlösliches Protein namens Fibrin.
  • Fibrin liegt als feste Fasern vor, die ein enges Netz über der Wunde bilden. Das Netz fängt Blutplättchen und andere Blutzellen ein und bildet das Blutgerinnsel.

Prothrombin und Fibrinogen sind immer in unserem Blut vorhanden, aber sie werden solange aktiviert, bis bei einer Verletzung ein Prothrombinaktivator gebildet wird.


Ananas (Ananas comosus)

Wirkung von Bromelain auf die Blutgerinnung

Die intrinsischen und extrinsischen Wege der Blutgerinnung spielen eine entscheidende Rolle bei der Verhinderung von Blutverlust durch Bildung von Gerinnseln. Bei bestimmten pathologischen Zuständen können diese Gerinnungsfaktoren dem Einzelnen ernsthafte Probleme bereiten und zu tödlichen Krankheiten wie Thrombosen und Embolien führen. Medikamente, die beim Abbau dieser Gerinnsel helfen, werden als Antikoagulanzien bezeichnet. Die gerinnungshemmende Wirkung von Bromelain aus Ananas wurde erstmals 1972 nachgewiesen, als es bei 17 von 20 Probanden nach oraler Gabe eine gerinnungshemmende Wirkung zeigte. Dies wurde in Tiermodellen mit Bromelain weiter untersucht, die sich als sehr wirksam erwiesen. Bromelain spielt eine aktive Rolle bei der fibrinolytischen Aktivität im Blut, indem es die Konzentration von aktivem Fibrin, einem Protein, das an der Gerinnung beteiligt ist, verringert. Bei erhöhten Konzentrationen erhöhte Bromelain die aktivierte partielle Thromboplastinzeit und die Prothrombinzeit. Bei der Untersuchung des Wirkmechanismus wurde festgestellt, dass Bromelain bei der Fibrinolyse aktiv ist – es aktiviert die Umwandlung von Plasminogen zu Plasmin, das beim Abbau von Fibrin eine Rolle spielt (Castell et al., 1997 Lorkowski, 2012 Seifert et al., 1979 Winter, 1990 ) .


Wie alles beginnt: Initiierung der Gerinnungskaskade

Das Plasmagerinnungssystem im Blut von Säugern besteht aus einer Kaskade von Enzymaktivierungsereignissen, in der Serinproteasen die Proteine ​​(Proenzyme und Prokofaktoren) im nächsten Schritt der Kaskade durch begrenzte Proteolyse aktivieren. Das Endergebnis ist die Polymerisation von Fibrin und die Aktivierung von Blutplättchen, was zu einem Blutgerinnsel führt. Dieser Prozess ist schützend, da er einen übermäßigen Blutverlust nach einer Verletzung (normale Hämostase) verhindert. Leider kann das Blutgerinnungssystem auch zu unerwünschten Blutgerinnseln in den Blutgefäßen (pathologische Thrombosen) führen, die in den Industrieländern eine der Hauptursachen für Behinderung und Tod sind. Es gibt zwei Hauptmechanismen zum Auslösen der Blutgerinnung, die als Gewebefaktorweg und Kontaktweg bezeichnet werden. Nur einer dieser Wege (der Gewebefaktor-Weg) funktioniert bei der normalen Hämostase. Es wird jedoch angenommen, dass beide Wege zur Thrombose beitragen. Ein neues Konzept ist, dass der Kontaktweg bei der Abwehr von Wirtspathogenen funktioniert. Diese Übersicht konzentriert sich darauf, wie die Initiationsphase der Blutgerinnungskaskade auf beiden Wegen reguliert wird, mit einer Diskussion der Beiträge dieser Wege zur Hämostase im Vergleich zu Thrombose.

Schlüsselwörter: Blutgerinnungskontaktweg Faktor VII Faktor XII Polyphosphat-Gewebefaktor.

Figuren

Übersicht über die Blutgerinnung…

Übersicht über die Blutgerinnungskaskade. Das Plasmagerinnungssystem wird in…


Stoppen Sie die Gerinnsel, schonen Sie die Gerinnung

(BOSTON) — Einer der wichtigsten und angespanntesten Prozesse im menschlichen Körper ist die Entzündung. Entzündungsreaktionen auf Verletzungen oder Krankheiten sind entscheidend für die Rekrutierung des Immunsystems, um dem Körper bei der Heilung zu helfen, aber Entzündungen können auch gefährliche Blutgerinnsel und andere Zustände verursachen, indem sie eine Überproduktion des Gerinnungsproteins Thrombin induzieren. Aktiviertes Protein C (APC), ein natürlich vorkommendes gerinnungshemmendes Protein mit entzündungshemmenden und anderen schützenden Wirkungen, wird medizinisch zur Behandlung schwerer Blutinfektionen und Wunden eingesetzt, indem es die Entzündung der Endothelzellen, die die Blutgefäße auskleiden, reduziert. Seine Verwendung ist jedoch begrenzt, da es Thrombin zu stark hemmen kann, was die normale Gerinnungsfähigkeit des Blutes beeinträchtigt und das Blutungsrisiko erhöht.

Das Blutgefäß-on-a-Chip besteht aus parallelen Kanälen (rot), die mit menschlichen Endothelzellen ausgekleidet sind, durch die Vollblut und andere Verbindungen perfundiert werden können, um die Funktion von Blutgefäßen im menschlichen Körper nachzuahmen. Bildnachweis: Wyss Institute der Harvard University

Nun hat ein Team von Forschern der Abteilung für Hämostase und Thrombose des Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) und des Wyss Institutes der Harvard University herausgefunden, dass synthetische APC-nachahmende kleine Moleküle namens „Parmoduline“ entzündungshemmend und entzündungshemmend wirken. thrombotischen Schutz für Endothelzellen auf Augenhöhe mit APCs, ohne die normale Blutgerinnung und -gerinnung zu stören, was sie zu attraktiven neuen Medikamentenkandidaten macht. Diese Arbeit wurde durch die Nutzung der Organ-on-a-Chip-Technologie des Wyss Institute ermöglicht, um eine Thrombose in einem menschlichen Blutgefäß zu modellieren in vitro. Die Ergebnisse werden in der dieswöchigen Ausgabe von berichtet Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Wir haben im Wesentlichen eine kleine präklinische Studie zur Wirkung von Parmodulinen auf das Endothel durchgeführt und nicht nur den Weg bestimmt, über den Parmoduline funktionieren, sondern auch gezeigt, dass sie dazu beitragen, Endothelzellen vor entzündlichen Schäden zu schützen“, sagt der ehemalige Wyss-Postdoc Abhishek Jain, Ph.D., der heute Assistenzprofessor und Direktor des Labors für Bioinspired Translational Microsystems an der Texas A&M University ist.

Das Zielprotein, auf das sowohl APC als auch Parmoduline wirken, ist der Transmembranprotein-Protease-aktivierte Rezeptor 1 (PAR1), der sowohl auf Endothelzellen als auch auf Blutplättchen vorhanden ist, die durch das Blut zirkulieren und die Gerinnung fördern, was eine mechanistische Analyse erschwert. PAR1 wurde ursprünglich als Rezeptor für Thrombin identifiziert, das ein wesentlicher Bestandteil des Entzündungsprozesses ist. Wenn PAR1 jedoch durch APC auf dem Endothel aktiviert wird, löst es entzündungshemmende, antiapoptotische und barrierestärkende Wege aus, die alle dazu beitragen, die Zellen vor den negativen Auswirkungen einer Entzündung zu schützen.

Neben der Aktivierung von PAR1 hemmt APC auch selbstständig die Bildung von Thrombin, das ein wesentlicher Bestandteil einer gesunden Blutgerinnung ist – eine zu starke Hemmung von Thrombin führt jedoch zu unkontrollierten Blutungen. In dem Wissen, dass Parmoduline an PAR1 binden, machte sich das Team von Wissenschaftlern und Klinikern daran, einen Weg zu finden, um endotheliales PAR1 zu aktivieren und thrombische Reaktionen zu reduzieren, ohne das Blut zu verdünnen und so eine bessere Alternative zu APC bereitzustellen.

Um die Aktivität von Parmodulinen auf das Endothel zu untersuchen, inkubierte Karen De Ceunynck, Ph.D., Postdoktorandin am BIDMC und Erstautorin des Artikels, menschliche Endothelzellen mit Parmodulin 2 in vitro für 4 Stunden und setzte sie dann den Thrombin-induzierenden Entzündungsmitteln Lipopolysaccharid (LPS) oder Tumornekrosefaktor-&agr; (TNF-&agr;) aus. In den Parmodulin-exponierten Zellen war die Fähigkeit beider Wirkstoffe, Thrombin zu erzeugen, im Vergleich zu nicht Parmodulin-exponierten Zellen um über 50 % reduziert. Parmodulin 2 hemmte jedoch nicht die Aktivität von Faktor V oder Faktor X, Proteinen, die bei der Blutgerinnung wirken. „Wir waren fasziniert von der Vorstellung, dass Parmodulin 2 LPS- und TNF-vermittelte prothrombotische Effekte auf der Endotheloberfläche hemmt, ohne die Blutgerinnung zu beeinträchtigen“, sagt De Ceunynck.

Um diese Theorie zu bestätigen, verwendete das Team ein von Wyss entwickeltes Blutgefäß-on-a-Chip, das aus mikrofluidischen Kanälen besteht, die in einen durchsichtigen Polymerchip eingebettet, mit Kollagen beschichtet und mit menschlichen Endothelzellen ausgekleidet sind. Durch den Chip wurde Vollblut perfundiert, um die Strömungsbedingungen in menschlichen Blutgefäßen zu simulieren, denen verschiedene entzündungsfördernde und entzündungshemmende Verbindungen zugesetzt wurden, um die Reaktion des Endothels zu bewerten.

Blutgefäße, die dem entzündungsfördernden Molekül LPS ausgesetzt waren (dritte Reihe), entwickelten signifikante Blutgerinnsel, während diejenigen, die mit Parmodulin 2 (vierte Reihe) vorbehandelt und dann exponiert wurden, eine Gerinnung ähnlich den normalen Bedingungen (erste Reihe) zeigten. Bildnachweis: Karen De Ceunynck, BIDMC

Wenn die Endothelzellen TNF-α ausgesetzt wurden, bevor sie mit Vollblut perfundiert wurden, akkumulierten sich Blutplättchen auf dem Endothel in einer typischen Entzündungsreaktion, wenn die Zellen zuerst Parmodulin 2 und dann TNF-α ausgesetzt wurden, wurde die Plättchenakkumulation gehemmt und das Endothel wieder aufgenommen seine normale Funktion. Diese Ergebnisse zeigten, dass die Parmodulin-Exposition die thrombotische Reaktion des Endothels auf Entzündungsreize blockiert, ohne die Blutgerinnung beim Menschen zu beeinträchtigen – eine signifikante Verbesserung gegenüber APC.

Eine Reihe von Tests in vitro durchgeführt von Co-Erstautor Christian Peters, Ph.D. am BIDMC bestätigte, dass die Aktivierung von PAR1 durch Parmodulin 2 auch zytoprotektive Reaktionen in Endothelzellen induziert, indem sie die durch Thrombin, TNF-α und das apoptotische Alkaloid Staurosporin induzierte Apoptose (programmierter Zelltod) über einen Signalweg hemmt, der mit der Bindung von Parmodulin 2 an a . beginnt spezifische Stelle auf der zytoplasmatischen Seite von PAR1. „Wir beobachteten, dass die durch Parmodulin 2 induzierte zytoprotektive Reaktion sehr schnell eintrat und bestätigten ihren schnellen Beginn im Zeitverlauf und in Genexpressionsassays“, sagt Peters.

Zusätzlich, in vivo Studien an Mäusen zeigten, dass Parmodulin 2 die Bindung weißer Blutkörperchen an Blutgefäße reduziert und die Ansammlung von Blutplättchen und Fibrin an Verletzungsstellen während der Entzündungsreaktion beeinträchtigt, was die beobachtete antithrombotische und gerinnungshemmende Wirkung von Parmodulin 2 bestätigt in vitro. Darüber hinaus interagieren Parmoduline nicht mit vielen anderen Bindungspartnern von APC, was es viel gezielter auf PAR1 macht und andere Nebenwirkungen reduziert.

„Die Entdeckung eines entzündungshemmenden Moleküls, das Endothelthrombose verhindert, aber auch die normale Blutgerinnung aufrechterhält, ist ein wichtiger Schritt hin zu einem alternativen und besseren Ansatz zur Behandlung von Entzündungskrankheiten“, sagt Rob Flaumenhaft, MD, Ph.D., Professor für Medizin at Harvard Medical School, Leiter der Abteilung für Hämostase und Thrombose am BIDMC und korrespondierender Autor des Artikels. „Außerdem binden fast alle anderen Pharmazeutika, die auf transmembrane PAR1-ähnliche Rezeptoren abzielen, an die Außenseite des Rezeptors Parmodulin 2, was einen Paradigmenwechsel für Verbindungen darstellt, die auf diese Rezeptoren abzielen, da es auf der zellulären Seite des Proteins wirkt. Wir sind gespannt, ob wir es zu klinischen Studien bringen können.“

„Diese Arbeit ist ein weiteres Beispiel dafür, wie die Organ-on-a-Chip-Technologie eine schnellere und sicherere Entwicklung und Bewertung von Medikamenten ermöglichen kann, die Patienten auf der ganzen Welt helfen könnten“, sagt Donald Ingber, MD, Ph ., Co-Autor und Gründungsdirektor des Wyss Institute .D., der auch der . ist Judah Folkman Professor für Gefäßbiologie an HMS und dem Vascular Biology Program am Boston Children’s Hospital sowie Professor für Bioengineering an der John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) in Harvard.

Weitere Autoren des Papiers sind Sarah Higgins, Ph.D., ebenfalls Research Fellow am BIDMC Omozuanvbo Aisiku, Ph.D, ehemalige Postdoctoral Research Fellow in der Abteilung für Hämostase und Thrombose am BIDMC und derzeit Wissenschaftlerin am Instrumentation Laboratory Jennifer Fitch- Tewfik, Ph.D., ehemaliger Postdoctoral Research Fellow in der Abteilung für Hämostase und Thrombose am BIDMC und derzeit Lehrer an der Southeastern Regional Vocational Technical High School Sharjeel Chaudhry, Predoctoral Fellow in der Abteilung für Hämostase und Thrombose am BIDMC Chris Dockendorff, Ph .D., Assistant Professor an der Marquette University und Samir Parikh, MD, Associate Professor an der HMS.

Diese Forschung wurde vom National Heart, Lung, and Blood Institute und dem Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering der Harvard University unterstützt.


Schau das Video: Die Blutgerinnung (Januar 2023).