新型仿真方法预测冯维尔布朗疾病后面的血流条件

首次，研究人员可以定量地预测可能导致人血液蛋白von Willebrand因子（VWF）的病理行为的血流条件。在Lehigh大学开发的这种新的模拟方法中的预测可用于优化称为心力衰竭患者中使用的左心室辅助装置的机械泵的设计。该方法还具有潜力改善迁移疾病的诊断和治疗，根据疾病控制和预防中心的局部。

本文“预测在延长流动中解开的病理von Willebrand因素，”今天在5月18日出现生物物理学杂志。在其中，研究人员团队使用了一种增强的采样技术，称为加权集合，与布朗动力学模拟（即Webd方法）结合，以识别导致人血液蛋白VWF的病理揭开的血流条件。该方法允许它们在标准仿真方法无法访问的时间尺寸上计算蛋白质的球状到解除率。

“这种方法都是关于研究稀有事件的动力学，”Lehigh的P.C的机械工程和机械师副教授联合作者Edmund Webb III说。Rossin工程学院和应用科学。“通常意味着某种类型的过渡。用蛋白质，通常会折叠折叠。”

已知VWF的蛋白质通过帮助血液粘附到损坏血管壁内的血小板中的血液凝固，并形成阻止伤口渗出的塞子。

通常，VWF在血液中循环作为紧凑的球或球状。当它接近损伤部位时，由撕裂引起的血流增加会提高小球到解开。当蛋白质过渡到更多的绳状形状中，当VWF处于球状形状时，通常屏蔽的位点变得暴露。这些网站是“粘性” - 它们与血小板和胶原蛋白结合，以引发血凝块的形成。

凝血过程可以致以出现的方式，导致出血障碍。据CDC称，其中之一被称为冯维尔布朗疾病（VWD），它影响了约1％的美国人（或每100人中的1人）。其主要症状包括频繁流鼻血，易瘀血，伤害，分娩，手术或牙科工作或月经期间的繁重和/或更长的渗出。

有几种类型的VWD，它们的严重程度范围基于VWF在患者血液中耗尽的程度。有些人甚至不知道他们有病情，因为他们血液中的vwf浓度虽然耗尽，但仍然足够高以启动凝血。有些人必须避免某些活动来避免受伤。其他人需要常规输注VWF，因为它们严重缺乏蛋白质。

领导研究提交人是罗琳大学博士博士博士博士。学生在机械工程和力学中。Kania和Webb通过他们的Lehigh Coauthors，Alp Oztekin，Machion Engineerics教授，生物工程和材料科学教授，X. Frank Zhang，生物工程副教授X. Frank Zhang，康涅狄格州和韦伯进行了工作。

该团队专注于首先了解血流条件，否则健康的VWF会表现出不希望的解开。这是一个问题，其答案对左心室辅助装置（LVADS）的设计直接影响，这与导致意外的VWF耗尽和相关的出血障碍相关，类似于VWD。症状基本上是相同的，所以医学上讲，除了遗传性，von Willebrand疾病可以通过医疗装置的作用或由于单独的医疗条件来获得。

对VWF的不期望的解开被认为是病理vwf枯竭和相关出血障碍的必要的第一步。在正常情况下，VWF在血管壁内制成，然后分泌到血液中。

“当它被分泌后，它的方式太大了，”韦伯说。

因此，分泌同时激活酶（称为Adamts13），该酶（称为Adamts13）将非常长的蛋白质切成较短的长度，该长度适当地尺寸为其血液凝固职责。这些较短的蛋白质合同到球状形状，然后流过血液，直到它们遇到损伤部位，然后将其解开，粘在血小板和胶原蛋白，并开始堵塞血管中的孔的过程。

当它不应该的时候，当VWF解开时，就研究了本文的团队的具体问题。换句话说，不是响应伤口。发生这种情况时，切割酶可以再次被激活。

因此，所以在分泌到血液中，冯维尔布朗因子蛋白质在正常血流条件下循环，但它们是揭开的，因为它们很长，“韦伯说。“由于他们正在解开，他们被削减到正常大小的分布。但在病态条件下，他们继续解开，他们会被切割到它们太小而无法运作的程度。他们成为没有的短片更长的止血活动;所以如果你得到一个削减，你就不能凝结，因为你没有足够的von willebrand因素循环。“

那么当它不应该时导致VWF导致VWF的血流条件是什么？为了回答这个问题，喀尼亚和共同驻子将增强的采样技术（加权集合）与分子尺度（布朗语质）模拟组合。这需要执行并行模拟 - 在许多计算机上执行的计算，同时由Lehigh的SOL和Hawk计算集群以及来自Xtreme Science Discovery环境（XSEDE）的资源，这是一种国家超级计算资源国家科学基金会。

“大问题”，“韦伯说，”出血障碍可能与冯维尔布兰人的清除有关，这些时间表可能是数小时数小时的时间表。分子尺度模拟必须使用a顺序经过时间。真的，真的很小的时间步。对于我们来获得一秒的模拟，有效地是最先进的计算。“

韦伯进一步指出，制定对罕见解露事件的统计性质的强大了解需要许多这样的模拟，使得这种方法是棘手的。

“这篇论文所做的是使用一种新的模拟方法与我们先前存在的模拟方法相结合，在更长的时间尺度上回答问题。它通常被称为时间尺度的桥梁，因为我们采用了一个旨在解决微秒到毫秒级的问题的模型，并将其与一种新的理论技术相结合，使我们能够回答有关发生在秒、分、小时甚至天的时间尺度上的问题。”

他说，这是一种预测这种类型的一种新方法。

“此加权集合方法和它对这类问题的婚姻从未完成，”WebB解释说。“Sagar对病理流动条件进行了一些预测，这些流动条件看起来比以前在文献中存在的程度更准确。所以我们现在可以说，”如果发生某种血流曝光，则会有问题。'“

心力衰竭患者可能是非常好的新闻。它可能有助于LVADS设计的制造商血液泵因此流动的流动不会为VWF创造病理条件。

除了受益于需要医疗植入物的人之外，该团队的方法最终可能会帮助医疗专业人员更好地理解，并可能操纵影响其患者患者大规模分布的复杂流动条件。这可能导致改善遗传和遗传患者的治疗。

韦伯说，最终目标是，超越VWF的这种能力和知识，可以使用模仿VWF解开的流动响应分子来开发有针对性的药物治疗。因此，如果患者因斑块堆积（狭窄）而面临心脏病发作或中风的风险，则分子可以将药物赋予该精确区域。

“你设计了一种在与某些狭窄程度相关的特定流场中解开的分子，”WebB说。“希望是你会把药物送到你想要的地方，而不是身体的其他地方。我们现在正在努力。”

---

---