Эритроциты способствуют уменьшению размеров тромба, опровергая старые предположения
По данным нового исследования, проведенного учеными из Пенсильванского университета, красные кровяные клетки, которые долгое время считались пассивными наблюдателями при образовании тромбов, на самом деле играют активную роль в их сжатии.
«Это открытие меняет наше понимание одного из важнейших процессов в организме», — говорит Рустем Литвинов, старший научный сотрудник Медицинской школы Перельмана (PSOM) и соавтор исследования. «Оно также открывает путь к новым стратегиям изучения и потенциального лечения нарушений свёртываемости крови, которые вызывают либо чрезмерное кровотечение, либо образование опасных тромбов, например, при инсультах».
Открытие, опубликованное в журнале Blood Advances , опровергает давнее представление о том, что только тромбоциты — небольшие фрагменты клеток, изначально закупоривающие раны, — способствуют сокращению сгустка. Вместо этого команда из Пенсильванского университета обнаружила, что сами эритроциты способствуют этому важнейшему процессу сокращения и стабилизации сгустков крови.
«Эритроциты изучаются с XVII века, — говорит соавтор Прашант Пурохит, профессор машиностроения и прикладной механики в Пенсильванском инженерном университете. — Удивительно, но даже в XXI веке мы продолжаем открывать для себя что-то новое».
Неожиданное открытие
До сих пор исследователи считали, что за сокращение сгустка отвечают только тромбоциты. Эти крошечные фрагменты клеток тянут за собой похожие на веревки нити белка фибрина, уплотняя и стабилизируя сгустки.
«Считалось, что эритроциты — пассивные наблюдатели», — говорит соавтор Джон Вайзел, профессор клеточной и онтогенетической биологии в PSOM и член аспирантской группы по биоинженерии в Penn Engineering. «Мы думали, что они просто помогают сгустку лучше смыкаться».
Это предположение начало рушиться, когда Вайзель и Литвинов провели эксперимент, который, как они ожидали, должен был провалиться. Они создали тромбы без тромбоцитов. «Мы не ожидали, что что-то произойдёт», — говорит Вайзель. «Вместо этого тромбы уменьшились более чем на 20%».
Чтобы перепроверить результаты, команда повторила эксперимент, используя обычную кровь, обработанную химическими веществами, блокирующими активность тромбоцитов. Сгустки продолжали сжиматься. «Тогда мы поняли, что эритроциты выполняют не только функцию заполнения пространства», — говорит Литвинов.
Моделирование механики образования тромбов
Чтобы выяснить, как эритроциты обусловливают столь неожиданное поведение, команда обратилась к Пурохиту, инженеру-механику по образованию.
Будучи экспертом по мягким материалам, таким как сгустки крови и гели, Пурохит разработал математическую модель, которая предполагает, что эритроциты уплотняются в первую очередь из-за «осмотического истощения».
Этот процесс также объясняет, как частицы в коллоидах — смесях, таких как краска, молоко или мутная вода — могут собираться и образовывать кластеры, когда условия вокруг них изменяются.
«По сути, белки в окружающей жидкости создают дисбаланс давления, который сталкивает эритроциты», — говорит Пурохит. «Эта сила притяжения заставляет их плотнее прилегать друг к другу, помогая сгустку сжиматься даже без тромбоцитов».
Играть
00:00
00:08
Немой
Настройки
ПИП
Перейти в полноэкранный режим
Играть
В этом покадровом видео тромб (обозначен белым) сжимается, несмотря на то, что в нём нет тромбоцитов. Фото: Рустем Литвинов
Как происходит свертывание крови без тромбоцитов
Когда кровь начинает сворачиваться, фибрин, похожий на паутину белок, образует сеть, которая захватывает эритроциты и притягивает их друг к другу. «Эта упаковка создаёт условия для того, чтобы силы осмотического истощения взяли верх», — говорит Пурохит.
Когда эритроциты плотно упакованы в фибриновую сетку, белки из окружающей жидкости выдавливаются из узких межклеточных пространств. Это создаёт дисбаланс: концентрация белков выше снаружи уплотнённых клеток, чем между ними, что приводит к разнице в «осмотическом давлении».
Эта разница давлений действует как сжатие снаружи, прижимая красные кровяные клетки еще ближе друг к другу.
«Это притяжение заставляет клетки объединяться и передавать механическое усилие окружающей их фибриновой сети», — добавляет Пурохит. «В результате получается более прочный и компактный сгусток , даже без участия тромбоцитов».
Проверка модели
Предыдущие исследования предложили еще одно возможное объяснение: образование мостиков, при котором притяжение между небольшими молекулами на поверхности эритроцитов заставляет их слипаться.
«Наша модель предполагает, что эффект мостика реален, — говорит Пурохит, — но он гораздо меньше, чем эффект осмотического истощения».
Чтобы протестировать модель, первый автор Алина Пешкова, ныне научный сотрудник в области фармакологии в PSOM, провела серию экспериментов на модифицированных сгустках крови.
При отсутствии молекул, вызывающих мостиковый эффект, сгустки все равно сокращались, но в среде, предназначенной для предотвращения осмотического истощения, сокращение было незначительным.
«Мы экспериментально подтвердили то, что предсказывала модель», — говорит Пешкова. «Это пример того, как теория и практика дополняют друг друга».
Борьба с тромбозами и инсультами
Более глубокое понимание роли эритроцитов в образовании и созревании тромбов может привести к созданию новых методов лечения таких состояний, как тромбоцитопения, при которой низкий уровень тромбоцитов может вызвать неконтролируемое кровотечение.
Результаты исследования также могут пролить свет на то, как тромбы распадаются на фрагменты, которые перемещаются по кровотоку и вызывают закупорки (эмболии), которые могут спровоцировать инсульт.
«В конечном итоге наша модель будет полезна для понимания, профилактики и лечения заболеваний, связанных со свертываемостью крови», — говорит Пурохит.
В число дополнительных соавторов входят Екатерина К. Редникова, Рафаэль Р. Хисматуллин и Владимир Р. Музыкантов из ПСОМ, а также Олег В. Ким из ПСОМ и Технологического института Вирджинии.