Fluid Shear Induces Conformation Change in Human Blood Protein von Willebrand Factor in Solution

Many of the physiological functions of von Willebrand Factor (VWF), including its binding interaction with blood platelets, are regulated by the magnitude of applied fluid/hydrodynamic stress. We applied two complementary strategies to study the effect of fluid forces on the solution structure of VWF. First, small-angle neutron scattering was used to measure protein conformation changes in response to laminar shear rates (G) up to 3000/s. Here, purified VWF was sheared in a quartz Couette cell and protein conformation was measured in real time over length scales from 2-140 nm. Second, changes in VWF structure up to 9600/s were quantified by measuring the binding of a fluorescent probe 1,1'-bis(anilino)-4-,4'-bis(naphtalene)-8,8'-disulfonate (bis-ANS) to hydrophobic pockets exposed in the sheared protein. Small angle neutron scattering studies, coupled with quantitative modeling, showed that VWF undergoes structural changes at G < 3000/s. These changes were most prominent at length scales <10 nm (scattering vector (q) range >0.6/nm). A mathematical model attributes these changes to the rearrangement of domain level features within the globular section of the protein. Studies with bis-ANS demonstrated marked increase in bis-ANS binding at G > 2300/s. Together, the data suggest that local rearrangements at the domain level may precede changes at larger-length scales that accompany exposure of protein hydrophobic pockets. Changes in VWF conformation reported here likely regulate protein function in response to fluid shear.

Heparin and cancer revisited: Mechanistic connections involving platelets, P-selectin, carcinoma mucins, and tumor metastasis

Independent studies indicate that expression of sialylated fucosylated mucins by human carcinomas portends a poor prognosis because of enhanced metastatic spread of tumor cells, that carcinoma metastasis in mice is facilitated by formation of tumor cell complexes with blood platelets, and that metastasis can be attenuated by a background of P-selectin deficiency or by treatment with heparin. The effects of heparin are not primarily due to its anticoagulant action. Other explanations have been suggested but not proven. Here, we bring together all these unexplained and seemingly disparate observations, showing that heparin treatment attenuates tumor metastasis in mice by inhibiting P-selectin-mediated interactions of platelets with carcinoma cell-surface mucin ligands. Selective removal of tumor mucin P-selectin ligands, a single heparin dose, or a background of P-selectin deficiency each reduces tumor cell-platelet interactions in vitro and in vivo. Although each of these maneuvers reduced the in vivo interactions for only a few hours, all markedly reduce long-term organ colonization by tumor cells. Three-dimensional reconstructions by using volume-rendering software show that each situation interferes with formation of the platelet “cloak” around tumor cells while permitting an increased interaction of monocytes (macrophage precursors) with the malignant cells. Finally, we show that human P-selectin is even more sensitive to heparin than mouse P-selectin, giving significant inhibition at concentrations that are in the clinically acceptable range. We suggest that heparin therapy for metastasis prevention in humans be revisited, with these mechanistic paradigms in mind.

Increased platelet-derived microparticles in the coronary circulation of percutaneous transluminal coronary angioplasty patients

Platelet-derived microparticles that are produced during platelet activation are capable of adhesion and aggregation. Endothelial trauma that occurs during percutaneous transluminal coronary angioplasty (PTCA) may support platelet-derived microparticle adhesion and contribute to development of restenosis. We have previously reported an increase in platelet-derived microparticles in peripheral arterial blood with angioplasty. This finding raised concerns regarding the role of plateletderived microparticles in restenosis, and therefore the aim of this study was to monitor levels in the coronary circulation. The study population consisted of 19 angioplasty patients. Paired coronary artery and sinus samples were obtained following heparinization, following contrast administration, and subsequent to all vessel manipulation. Platelet-derived microparticles were identified with an anti-CD61 (glycoprotein IIIa) fluorescence-conjugated antibody using flow cytometry. There was a significant decrease in arterial platelet-derived microparticles from heparinization to contrast administration (P 0.001), followed by a significant increase to the end of angioplasty (P 0.004). However, there was no significant change throughout the venous samples. These results indicate that the higher level of platelet-derived microparticles after angioplasty in arterial blood remained in the coronary circulation. Interestingly, levels of thrombin–antithrombin complexes did not rise during PTCA. This may have implications for the development of coronary restenosis post-PTCA, although this remains to be determined.

Increased generation of platelet-derived microparticles following percutaneous transluminal coronary angioplasty

Platelet-derived microparticles that are produced during platelet activation bind to traumatized endothelium. Such endothelial injury occurs during percutaneous transluminal coronary angioplasty. Approximately 20% of these patients subsequently develop restenosis, although this is improved by treatment with the anti-platelet glycoprotein IIb/IIIa receptor drug abciximab. As platelet activation occurs during angioplasty, it is likely that platelet-derived microparticles may be produced and hence contribute to restenosis. This study population consisted of 113 angioplasty patients, of whom 38 received abciximab. Paired peripheral arterial blood samples were obtained following heparinization and subsequent to all vessel manipulation. Platelet-derived microparticles were identified using an anti-CD61 (glycoprotein IIIa) fluorescence-conjugated antibody and flow cytometry. Baseline clinical characteristics between patient groups were similar. The level of platelet-derived microparticles increased significantly following angioplasty in the group without abciximab (paired t test, P 0.019). However, there was no significant change in the level of platelet-derived microparticles following angioplasty in patients who received abciximab, despite requiring more complex angioplasty procedures. In this study, we have demonstrated that the level of platelet-derived microparticles increased during percutaneous transluminal coronary angioplasty, with no such increase with abciximab treatment. The increased platelet-derived microparticles may adhere to traumatized endothelium, contributing to re-occlusion of the arteries, but this remains to be determined.

Coated-platelet levels in patients with Type 1 and with Type 2 diabetes mellitus

Coated-platelet levels were quantified in 58 people with Type 1 diabetes, 90 with Type 2 diabetes, and 54 non-diabetic controls. In diabetes high coated-platelet levels were related to smoking and glucose control drugs, but not to glycaemia or other drugs. Prospective studies should evaluate coated-platelets and complications and drug effects.

Platelet plasminogen activator inhibitor 1 in patients with type II diabetes

To compare platelet plasminogen activator inhibitor 1 (PAI-1) concentration in type II diabetic patients and healthy control subjects.

Nouveaux paramètres d'exploration de la fonction plaquettaire en clinique : thrombose tardive, profilage micro-membranaire et détection de sous-populations cellulaires

Les plaquettes sanguines sont les principaux acteurs de l’hémostase primaire et de la thrombose, deux éléments majeurs de la physiopathologie vasculaire. Plusieurs médicaments régulent les fonctions plaquettaires mais peu de tests sont validés pour suivre leur efficacité en fonction de l’évolution clinique des patients. Mon doctorat a eu pour but de développer de nouvelles approches d’évaluation de la fonction plaquettaire. Deux essais cliniques réalisés sur des patients atteints de syndrome coronarien stable ont constitué la première partie de mon doctorat. La première étude met en évidence la nécessité d'une standardisation des tests biologiques pour la détection de patients répondant moins au clopidogrel, un inhibiteur du récepteur plaquettaire de l'ADP P2Y12. L’étude suivante montre le potentiel thérapeutique, chez ces patients, de l’inhibition conjointe de P2Y12 et du second récepteur plaquettaire de l'ADP P2Y1, sur la fonction plaquettaire. De plus, le suivi en temps réel par vidéomiscroscopie a permis de distinguer des effets précoces et tardifs des antiplaquettaires sur la formation du thrombus en chambre de perfusion. La seconde partie de mon doctorat concerne les microdomaines membranaires de type « lipid rafts » qui tiennent une place fondamentale dans les fonctions cellulaires et plaquettaires. Ainsi plusieurs récepteurs dépendent de ces microdomaines, régulant la fonction plaquettaire et les effets des médicaments antiplaquettaires. Cependant, les techniques d’étude de ces microdomaines sont complexes et peu adaptées aux études cliniques. Profitant de nouvelles sondes fluorescentes sensibles au niveau d’ordre liquide membranaire (OLM), nous avons développé une méthode de mesure de l’OLM par cytométrie de flux spectrale. Grâce à cette approche, nous avons montré que l’activation plaquettaire diminue l’OLM alors qu’il est augmenté chez des patients traités par un inhibiteur de la synthèse du cholestérol ou par le clopidogrel. Nous avons également mis en évidence, en condition de forces de cisaillement élevées correspondant à celles retrouvées au niveau de sténoses artérielles, une sous-population plaquettaire présentant un OLM plus bas. Le passage dans le domaine clinique de ces approches fondamentales qui privilégient l’étude dynamique des plaquettes pourrait permettre d’améliorer le diagnostique et le suivi de traitement de pathologies cardiovasculaires.

Influence de l’agrégation érythrocytaire sur la migration axiale de microparticules simulant des plaquettes sanguines

Lors du phénomène d’hémostase primaire ou de thrombose vasculaire, les plaquettes sanguines doivent adhérer aux parois afin de remplir leur fonction réparatrice ou pathologique. Pour ce faire, certains facteurs rhéologiques et hémodynamiques tels que l’hématocrite, le taux de cisaillement local et les contraintes de cisaillement pariétal, entrent en jeu afin d’exclure les plaquettes sanguines de l’écoulement principal et de les transporter vers le site endommagé ou enflammé. Cette exclusion pourrait aussi être influencée par l’agrégation de globules rouges qui est un phénomène naturel présent dans tout le système cardiovasculaire selon les conditions d’écoulement. La dérive de ces agrégats de globules rouges vers le centre des vaisseaux provoque la formation de réseaux d’agrégats dont la taille et la complexité varient en fonction de l’hématocrite et des conditions de cisaillement présentes. Il en résulte un écoulement bi-phasique avec un écoulement central composé d’agrégats de globules rouges avoisinés par une région moins dense en particules où l’on peut trouver des globules rouges singuliers, des petits rouleaux de globules rouges et une importante concentration en plaquettes et globules blancs. De ce fait, il est raisonnable de penser que plus la taille des agrégats qui occupent le centre du vaisseau augmente, plus il y aura de plaquettes expulsées vers les parois vasculaires. L'objectif du projet est de quantifier, in vitro, la migration des plaquettes sanguines en fonction du niveau d’agrégation érythrocytaire présent, en faisant varier l’hématocrite, le taux de cisaillement et en promouvant l’agrégation par l’ajout d’agents tels que le dextran à poids moléculaire élevé. Cependant, le comportement non Newtonien du sang dans un écoulement tubulaire peut être vu comme un facteur confondant à cause de son impact sur l’organisation spatiale des agrégats de globules rouges. De ce fait, les études ont été réalisées dans un appareil permettant de moduler, de façon homogène, la taille et la structure de ces agrégats et de quantifier ainsi leur effet sur la migration axiale des plaquettes. Du sang de porc anti coagulé a été ajusté à différents taux d’hématocrite et insérer dans un appareil à écoulement de Couette, à température ambiante. Les plaquettes sanguines, difficilement isolables in vitro sans en activer certains ligands membranaires, ont été remplacées par des fantômes en polystyrène ayant un revêtement de biotine. La quantification de la migration de ces fantômes de plaquettes a été réalisée grâce à l’utilisation de membranes biologiques fixées sur les parois internes de l’entrefer du rhéomètre de Couette. Ces membranes ont un revêtement de streptavidine assurant une très forte affinité d’adhésion avec les microparticules biotynilées. À 40% d’hématocrite, à un cisaillement de 2 s-1, 566 ± 53 microparticules ont été comptées pour un protocole préétabli avec du sang non agrégeant, comparativement à 1077 ± 229 pour du sang normal et 1568 ± 131 pour du sang hyper agrégeant. Les résultats obtenus suggèrent une nette participation de l’agrégation érythrocytaire sur le transport des fantômes de plaquettes puisque l’adhésion de ces derniers à la paroi du rhéomètre de Couette augmente de façon quasi exponentielle selon le niveau d’agrégation présent.

Relación costo beneficio de plaquetas estándar versus plaquetas por aféresis en el Banco de Sangre de la Clínica Colsanitas

Se realizó un estudio costo beneficio para el tratamiento de trombocitopenias en pacientes con discrasias sanguíneas, comparando dos hemoderivados sanguíneos: las plaquetas estándar y plaquetas por aféresis. El estudio se realizó en el Banco de Sangre de la Clínica Colsanitas S.A, con información obtenida sobre pacientes que fueron transfundidos con dichos componentes durante los años 2009 al 2010. Ambos hemoderivados presentaron un nivel de respuesta terapéutica adecuado; se evidenció que los pacientes transfundidos con plaquetas por aféresis, requirieron ser transfundidos menos veces a comparación del grupo transfundido con plaquetas estándar, representando una ventaja respecto a la exposición antigénica de hemoderivados transfundidos, a la necesidad de requerir transfusiones próximas y en el costo del tratamiento para la Entidad hospitalaria. Surge la necesidad de continuar con estudios prospectivos en los Servicios Transfusionales y Bancos de Sangre, como la determinación por inmuno-genética de la aloinmunización HLA, desarrollo HPA, frente a la exposición antigénica que permita evidenciar el desenlace clínico, gestionar los riesgos inherentes a la transfusión y promover la producción de determinado hemoderivado.

Respuesta hematológica al ejercicio

El ejercicio físico de intensidad moderada a exhaustiva genera diferentes tipos de respuestas en un individuo, dichas repuestas dependen del tipo y la duración del ejercicio y de si son agudas o crónicas. A nivel funcional afecta los diferentes sistemas corporales, pero dentro de los relativamente menos tenidos en cuenta está el hematológico. De este último la literatura refiere cambios en el volumen sanguíneo, en la actividad y poblaciones de glóbulos blancos, así como modificaciones en la inmunidad celular y humoral, y en el conteo y forma de las plaquetas. Así mismo, y como resultado de estos cambios, también se ha podido determinar cómo el ejercicio modifica desfavorablemente el tiempo de vida de los eritrocitos generando una aparente anemia, que ha sido materia de amplia discusión y que puede, dentro de múltiples factores, estar asociada a hemólisis, la cual a su vez se relaciona con diferentes factores dentro de los que se destacan mecanismos como el osmótico o el estrés oxidativo; sin embargo, lo cierto es que todos estos eventos están fuertemente relacionadas entre sí y pueden determinar y redundar en un menor rendimiento en el practicante de una determinada actividad física, y por supuesto de un deportista.