Modelagem computacional combinada e estudo experimental dos mecanismos biomecânicos das plaquetas

Biologia das Comunicações, volume 6, número do artigo: 869 (2023) Citar este artigo

151 acessos

2 Altmétrico

Detalhes das métricas

Embora a formação de coágulos sanguíneos tenha sido relativamente bem estudada, pouco se sabe sobre os mecanismos subjacentes à subsequente remodelação estrutural e mecânica do coágulo, denominada contração ou retração. O comprometimento do processo de contração do coágulo está associado tanto a sangramentos com risco de vida quanto a condições trombóticas, como acidente vascular cerebral isquêmico, tromboembolismo venoso e outros. Recentemente, observou-se que a contração do coágulo sanguíneo estava prejudicada em pacientes com COVID-19. Um modelo computacional multiescala tridimensional é desenvolvido e usado para quantificar mecanismos biomecânicos da cinética de contração do coágulo impulsionada pelas interações de atração de plaquetas-fibrina. Estes resultados fornecem informações biológicas importantes sobre a contração dos filopódios plaquetários, as finas saliências mecanicamente ativas da membrana plasmática, descritas anteriormente como desempenhando principalmente uma função sensorial. Os mecanismos biomecânicos e a abordagem de modelagem descrita podem potencialmente ser aplicados ao estudo de outros sistemas nos quais as células estão incorporadas em uma rede filamentosa e exercem forças na matriz extracelular moduladas pela rigidez do substrato.

Os coágulos sanguíneos são estruturas semelhantes a gel que se formam nos locais das lesões dos vasos para conter o sangramento. Os coágulos se formam como resultado de reações celulares e enzimáticas combinadas que envolvem plaquetas e componentes plasmáticos, incluindo fibrinogênio e outros fatores de coagulação. Os principais componentes de um coágulo sanguíneo incluem uma rede polimérica de fibrina 3D com plaquetas ligadas a fibras de fibrina e glóbulos vermelhos incorporados na rede porosa. Após a formação, os coágulos sanguíneos sofrem contração volumétrica através de um processo denominado contração ou retração do coágulo, impulsionado por plaquetas ativadas1 (ver Fig. 1, que demonstra o agrupamento local de plaquetas e um campo tridimensional de deslocamento plaquetário de um coágulo em contração).

uma imagem confocal serial mostrando a formação de aglomerados secundários de plaquetas devido à aproximação das fibras de fibrina contendo plaquetas durante a contração do coágulo. As plaquetas são verdes e a fibrina é vermelha. Barra de escala: 5 μm. b, c Imagens representativas de um campo tridimensional de deslocamento de plaquetas de um coágulo em contração; b vista superior, são mostrados vetores de fibrina (vermelho), plaquetas (verde) e deslocamento de plaquetas; c vista em perspectiva, são visualizadas plaquetas (verdes) com seus vetores de deslocamento (a figura foi reimpressa de Kim et al. 16 sob as condições da licença Creative Commons CC BY).

A contração intravital de coágulos sanguíneos ou trombos tem várias implicações fisiopatológicas importantes, tais como melhora as propriedades de vedação dos coágulos hemostáticos2, reduz o tamanho do coágulo e melhora o fluxo sanguíneo através de trombos obstrutivos3, previne a ruptura do coágulo ou embolização trombótica4 e altera a suscetibilidade dos coágulos sanguíneos à lise enzimática5. Assim, o comprometimento do processo de contração do coágulo está associado a condições trombóticas potencialmente fatais, como acidente vascular cerebral isquêmico3, tromboembolismo venoso4,6 e outros7. Recentemente, observou-se dificuldade na contração do coágulo sanguíneo em pacientes com COVID-19, especialmente em casos graves e fatais8.

Apesar da sua importância clínica, os mecanismos biomecânicos de contração do coágulo não são bem compreendidos. Sabe-se que a contração do coágulo sanguíneo é impulsionada por forças de tração geradas pelo citoesqueleto plaquetário que são transmitidas às fibras de fibrina através de saliências altamente adesivas da membrana plasmática chamadas filopódios9. Um dos aspectos menos estudados da contração do coágulo é a formação de filopódios plaquetários e sua interação física com a rede de fibrina. A biomecânica da contração do coágulo sanguíneo induzida por plaquetas é fundamental para a compreensão de uma infinidade de outros processos biológicos semelhantes relacionados à mecanotransdução celular bidirecional, incluindo motilidade celular, regeneração e diferenciação tecidual10,11,12,13,14, fagocitose9 e desenvolvimento de câncer15. A mecanobiologia estrutural quantitativa da contração do coágulo sanguíneo impulsionada pelas plaquetas surgiu recentemente como uma nova via da biomecânica e pode fornecer uma base para a compreensão da interação biomecânica dinâmica e complexa entre as células não musculares e as matrizes extracelulares fibrosas de várias composições.