혈소판의 생체역학적 메커니즘에 대한 전산 모델링과 실험적 연구의 결합

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 869(2023) 이 기사 인용

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혈전 형성은 상대적으로 잘 연구되었지만, 수축 또는 수축이라고 불리는 후속 구조적 및 기계적 혈전 리모델링의 기본 메커니즘에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 혈전 수축 과정의 손상은 생명을 위협하는 출혈 및 허혈성 뇌졸중, 정맥 혈전색전증 등과 같은 혈전증 상태와 관련이 있습니다. 최근 코로나19 환자에게서 혈전 수축이 방해받는 것으로 관찰됐다. 3차원 다중 규모 계산 모델이 개발되어 혈소판-섬유소 끌어당김 상호작용에 의해 구동되는 혈전 수축 동역학의 생체역학적 메커니즘을 정량화하는 데 사용됩니다. 이러한 결과는 주로 감각 기능을 수행하는 것으로 이전에 설명한 원형질막의 기계적으로 활성인 얇은 돌출부인 혈소판 필로포디아의 수축에 대한 중요한 생물학적 통찰력을 제공합니다. 설명된 생체역학적 메커니즘 및 모델링 접근 방식은 세포가 필라멘트 네트워크에 내장되어 기판 강성에 의해 조절되는 세포외 기질에 힘을 가하는 다른 시스템을 연구하는 데 잠재적으로 적용될 수 있습니다.

혈전은 출혈을 막기 위해 혈관 손상 부위에 형성되는 젤 같은 구조입니다. 혈전은 피브리노겐 및 기타 응고 인자를 포함하여 혈소판 및 혈장 성분과 관련된 세포 및 효소 반응의 결합으로 인해 형성됩니다. 혈전의 주요 구성 요소에는 피브린 섬유에 부착된 혈소판과 다공성 네트워크에 내장된 적혈구가 있는 3D 고분자 피브린 네트워크가 포함됩니다. 형성 후 혈전은 활성화된 혈소판에 의해 구동되는 혈전 수축 또는 수축이라는 과정을 통해 부피 수축을 겪습니다1(국소 혈소판 클러스터링 및 수축하는 혈전의 3차원 혈소판 치환 장을 보여주는 그림 1 참조).

혈전 수축 동안 혈소판 함유 피브린 섬유의 근사화로 인한 2차 혈소판 클러스터의 형성을 보여주는 직렬 공초점 이미지. 혈소판은 녹색이고 피브린은 빨간색입니다. 스케일 바: 5μm. b, c 수축하는 혈전의 3차원 혈소판 변위 장의 대표 이미지; b 평면도에는 피브린(빨간색), 혈소판(녹색) 및 혈소판 변위 벡터가 표시됩니다. c 투시도, 변위 벡터가 있는 혈소판(녹색)이 시각화됩니다(그림은 Creative Commons CC BY 라이센스 조건에 따라 Kim 외 16에서 재인쇄됨).

혈전 또는 혈전의 생체내 수축은 지혈 혈전의 밀봉 특성을 개선하고 혈전 크기를 감소시키며 폐쇄성 혈전을 통과하는 혈류를 개선하고 혈전 파열 또는 혈전성 색전증을 예방하며 혈전의 민감성을 변경하는 등 몇 가지 중요한 병태생리학적 의미를 갖습니다. 효소 용해5. 따라서 혈전 수축 과정의 손상은 허혈성 뇌졸중3, 정맥 혈전색전증4,6 등과 같은 생명을 위협하는 혈전증 상태와 관련이 있습니다7. 최근에는 코로나19 환자, 특히 중증 및 치명적인 환자의 경우 혈전 수축이 방해받는 것으로 관찰되었습니다8.

임상적 중요성에도 불구하고 혈전 수축의 생체역학적 메커니즘은 잘 알려져 있지 않습니다. 혈전 수축은 필로포디아9라고 불리는 접착력이 높은 원형질막 돌출부를 통해 피브린 섬유로 전달되는 혈소판 세포골격에 의해 생성된 견인력에 의해 구동되는 것으로 알려져 있습니다. 혈전 수축에 대해 가장 적게 연구된 측면 중 하나는 혈소판 사상족의 형성과 피브린 네트워크와의 물리적 상호 작용입니다. 혈소판에 의해 유발된 혈전 수축의 생체역학은 세포 운동성, 조직 재생 및 분화10,11,12,13,14, 식균작용9 및 암 발달15을 포함하여 양방향 세포 기계적 전달과 관련된 여러 가지 유사한 생물학적 과정을 이해하는 데 기본입니다. 혈소판에 의한 혈전 수축의 정량적 구조 기계생물학은 최근 생체역학의 새로운 길로 등장했으며 비근육 세포와 다양한 구성의 섬유질 세포외 기질 사이의 역동적이고 복잡한 생체역학적 상호작용을 이해하기 위한 기초를 제공할 수 있습니다.