Las plaquetas son células en la sangre cuyo trabajo es detener el sangrado al unirse para formar coágulos y tapar una herida. Ahora, por primera vez, los científicos han medido y mapeado las fuerzas moleculares clave en las plaquetas que desencadenan este proceso.
Los resultados extensos se publican en dos estudios separados, en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS y en Métodos de la naturaleza .
"Mostramos de manera concluyente que, para activar la coagulación, la célula necesita una fuerza dirigida de una magnitud de unos pocos piconewtons, o una fuerza aproximadamente mil millones de veces menos que el peso de una grapa", dice Khalid Salaita,profesor asociado en el Departamento de Química de la Universidad de Emory y autor principal de los estudios. "La verdadera sorpresa que encontramos es que las plaquetas se preocupan por la dirección de esa fuerza y que tiene que ser lateral. Son muy exigentes. Pero deberían serquisquilloso porque de lo contrario podrían crear un coágulo accidentalmente. Eso es lo que causa los trazos ".
El fibrinógeno, la tercera proteína más abundante en la sangre, actúa como pegamento para pegar las plaquetas juntas a medida que se forma un coágulo. Cada plaqueta tiene alrededor de 70,000 copias de un receptor de fibrinógeno en su superficie. Estos receptores pueden funcionar como ganchos de agarre para engancharse al fibrinógeno.
"Lo que fue desconcertante", explica Salaita, "es que las plaquetas, a pesar de tener todos estos receptores, normalmente no se adhieren al abundante fibrinógeno. Continúan fluyendo hasta que tienes una lesión y el fibrinógeno se ancla. Luego, las plaquetas rápidamentese unen al fibrinógeno permitiendo que las plaquetas se agreguen y que continúe la coagulación "
El laboratorio Salaita es líder en visualización y mapeo de las fuerzas mecánicas aplicadas por las células. Para explorar la biomecánica de la coagulación de la sangre, el laboratorio se asoció con el médico e ingeniero biomédico Wilbur Lam, experto en hematología de la Facultad de Medicina de Emory.Tanto Salaita como Lam también están afiliados al Instituto de Cáncer Winship de Emory y al Departamento de Ingeniería Biomédica Wallace H. Coulter de Emory y Georgia Tech.
En los experimentos iniciales, para el documento PNAS, el laboratorio Salaita ancló ligandos de fibrinógeno en una membrana lipídica. En esta superficie, los ligandos podían deslizarse y deslizarse lateralmente, pero resistieron el movimiento perpendicular a la superficie, de forma similar a un disco de hockeyse desliza fácilmente sobre la superficie de una pista de hielo, pero es más difícil de levantar del plano de hielo. Luego, los investigadores introdujeron plaquetas en esta superficie y los experimentos mostraron que las plaquetas no se activaron ni se pegaron.
En contraste, cuando los ligandos de fibrinógeno estaban anclados a un portaobjetos de vidrio y no podían moverse lateralmente, las plaquetas se activaron rápidamente. Mediante el desarrollo de la tecnología de imágenes de tensión, el laboratorio de Salaita mostró que las plaquetas aplicaron fuerzas entre cinco y 20 piconewtons para iniciaractivación.
"Las plaquetas tienen que caminar por esta cuerda floja entre detener el sangrado de manera rápida y precisa durante una lesión, pero evitando la coagulación innecesaria. Los errores podrían ser fatales", dice Salaita. "Creemos que usan esta señal de fuerza lateral como un bloqueo de seguridad para evitar la coagulación innecesaria"."
Salaita explica que los vasos sanguíneos están cubiertos con células endoteliales y una lesión expone la matriz fibrosa debajo de estas células, explica. Las plaquetas y el fibrinógeno en la sangre pueden adherirse al sitio de la lesión.
Salaita teoriza que cuando una plaqueta encuentra moléculas de fibrinógeno atascadas, la plaqueta tira de este fibrinógeno como una forma de probarlo. La fuerza resultante genera una señal potente para activar las plaquetas y eso les permite tomar el fibrinógeno de la sangre, conduciendo elproceso de agrupamiento con otras plaquetas.
La coagulación anormal que conduce a los accidentes cerebrovasculares y el sangrado incontrolable de la hemofilia pueden estar relacionados con un mal funcionamiento en este mecanismo biomecánico, agrega.
En 2011, el laboratorio Salaita desarrolló un método de sensor de fluorescencia para mapear la mecánica celular. Alexa Mattheyses, bióloga celular de la Facultad de Medicina de Emory y el Instituto de Cáncer Winship, se unió al laboratorio para probar si la polarización de fluorescencia podría aplicarse para mapear eldirección de las fuerzas celulares y proporcionar más información sobre la biomecánica de la coagulación de la sangre.
Los resultados, publicados en el artículo de Nature Methods, mostraron que podían hacerlo.
Mattheyses "es un gurú de la polarización de fluorescencia", dice Salaita. Ella construyó un microscopio dedicado que permitió mapear la dirección de la fuerza con resolución de piconewton. También trabajó con Joshua Brockman y Aaron Blanchard, estudiantes graduados en el laboratorio de Salaita, para desarrollar el nuevotecnología de imagen.
La técnica utiliza moléculas de ADN como sondas de fuerza, que se comportan como cuerdas moleculares y se extienden en la dirección que tira de una fuerza celular. Una serie de imágenes de microscopía captura la orientación del ADN, que luego puede usarse para calcular la orientación del piconewtonfuerzas celulares.
"Nos volvimos muy buenos midiendo y mapeando la magnitud, usando fluorescencia para ver qué tan estirado estaba un polímero", dice Salaita. "Ahora también podemos ver en qué dirección apunta un polímero, en tres dimensiones".
Los experimentos revelaron que cuando las plaquetas comienzan a pegarse para formar un coágulo, se contraen hacia una línea o eje central en cada celda. Sin embargo, no se juntan hacia un eje central compartido ". Es similar a tener un grupo de"Las personas en una habitación que miran todas en direcciones diferentes", explica Salaita. "Cuando unen las manos y todos tiran hacia adentro, aún se obtiene un grupo, pero la dirección que cada persona tira está orientada al azar".
La capacidad de mapear tanto la magnitud como la orientación de las fuerzas en una célula proporciona una herramienta poderosa para investigar no solo la coagulación de la sangre, sino también una variedad de procesos biomecánicos, desde la activación de las células inmunes y el desarrollo del embrión hasta la replicación y propagación de las células cancerosas.
"Hemos desarrollado una forma completamente nueva de ver cosas que antes no eran visibles", dice Salaita. "Es una herramienta básica con aplicaciones amplias para ayudar a comprender por qué las células están haciendo cosas y tal vez predecir lo que van a hacersiguiente."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ciencias de la salud de Emory . Original escrito por Carol Clark. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :