凝血物理学的一个突破

心脏病和中风——人类死亡的主要原因——从根本上来说是心脏和大脑的血块。更好地了解凝血过程是如何工作的，以及如何根据医疗需要加速或减缓凝血，可以挽救生命。

佐治亚理工学院和埃默里大学在该杂志上发表了一项新研究生物材料通过对一个仍不甚了解的称为凝块收缩的凝血阶段的动力学进行建模，对凝血的力学和物理有了新的认识。

“血液凝结实际上是一种基于物理的现象，在受伤后必须发生，以阻止出血，”威尔伯·a·林说，他是乔治理工大学和埃默里大学儿科和华莱士·h·库尔特生物医学工程系的W. Paul Bowers研究主任。ob体育开户网址“生物学是已知的。生物化学是已知的。但这最终如何转化为物理学是一个尚未开发的领域。”

Lam和他的研究同事认为，这是一个问题，因为血凝最终是关于“身体能在受损的血管上形成多好的密封来止血，或者当这一过程出错时，身体是如何在我们的血管或大脑中意外形成血栓的?”

血凝是如何工作的

阻止出血的主力是血小板——血液中2微米的微小细胞，负责制造最初的堵塞。形成的凝块被称为纤维蛋白，它充当血小板附着和拉力的粘合支架。当这些血小板与纤维蛋白支架相互作用时，血凝块收缩就会发生。为了证明这种收缩，研究人员将一个3毫米的LEGO人形果冻模具嵌入数百万血小板和纤维蛋白中，以重建一个简化版的血块。

“我们不知道的是，‘这是如何工作的?“是什么时间让这些细胞一起工作——它们同时拉?”这些都是我们共同努力解决的基本问题。”

Lam的实验室与佐治亚理工学院的复杂流体建模和模拟小组合作，该小组由George W. Woodruff机械工程学院的Anderer教授和研究员Alexander Alexeev领导，创建了一个收缩凝块的计算模型。该模型将形成三维网络的纤维蛋白纤维和分布的血小板结合在一起，血小板可以延伸丝状足，或从细胞中延伸出来的触手状结构，这样它们就可以附着在特定的表面上，拉住附近的纤维。

模型显示血小板显著减少血块体积

当研究人员模拟一大块血小板同时被激活的血块时，微小的细胞只能到达附近的纤维蛋白，因为血小板可以延伸不到6微米的丝状伪足。“但在创伤中，有些血小板会先收缩。它们收缩凝块，这样其他血小板就能在附近看到更多的纤维蛋白，这有效地增加了凝块的力量，”阿列克谢耶夫解释说。由于异步血小板活性，力增强可高达70%，导致凝块体积减少90%。

Lam说:“模拟实验表明，当血小板彼此之间不完全同步时，它们的工作状态最好。”“这些血小板实际上在不同的时间拉扯，通过这样做，他们增加了(凝块的)效率。”

阿列克谢耶夫说，这种现象被团队称为异步机械扩增，“当我们有与健康患者相应的血小板浓度时”，这种现象最为明显。

研究可能会带来治疗凝血和出血问题的更好方法

作为亚特兰大儿童保健中心Aflac癌症和血液疾病中心的儿科血液病专家，Lam治疗年轻的血液疾病患者，他说，这些发现为有凝血问题的人提供了医疗选择。

“如果我们知道为什么会发生这种情况，那么我们就有了一个全新的潜在的治疗疾病的途径凝血他强调，当这个生物物理过程出错时，就会发生心脏病和中风。

Lam解释说，微调收缩过程，使其更快或更有力，可以帮助那些因车祸或心脏病而出血的病人心脏病，使凝血强度降低，并减慢凝血速度。

“理解这种凝块收缩的物理过程可能会带来治疗出血和凝块问题的新方法。”

阿列克谢耶夫补充说，他们的研究还可能导致新的生物材料，如一种新型创可贴，可以帮助增强凝血过程。

第一作者、乔治亚理工学院博士候选人孙玥一(音译)指出，该模型非常简单，而且模拟让研究团队了解血小板是如何像在体内一样一起收缩纤维蛋白凝块的。

她说:“当我们开始考虑异质激活时，它突然给了我们正确的体积收缩。”“允许血小板有一些时间延迟，这样人们就可以使用之前的血小板作为更好的起点，这真的很好。我认为我们的模型有可能被用来为设计新型活性生物和合成材料提供指导。”

孙同意她的研究同事的观点，认为这种现象可能发生在自然界的其他方面。例如，多个异步执行器可以更有效地折叠一个大网，以提高包装效率，而不需要合并额外的执行器。

“从理论上讲，这可能是一个工程原理，”Lam说。“为了使伤口收缩得更厉害，也许我们并没有同时发生化学反应——也许我们在不同的时间发生了不同的化学反应。当你让一半或所有的血小板一起工作时，你会获得更好的效率和收缩。”

在这项研究的基础上，孙教授希望更深入地研究单个血小板的力是如何转化或传递给凝块力的，以及从厚度和宽度的角度来看，需要多少力才能将图形的两边固定在一起。Sun还打算将红细胞包括在他们的模型中，因为红细胞占血液的40%，在定义血栓大小方面起着重要作用。

“如果你的红色血细胞太容易被困在你的凝块中，那么你就更有可能有一个大凝块这会导致血栓形成的问题，”她解释道。

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