分析血小板的新工具具有重大的医学潜力

　　一项实验研究表明，一种测试人血液样本中血小板功能的新技术比目前使用的方法更快、更容易、更精确。

　　《自然生物医学工程》发表了由埃默里大学科学家领导的这项研究。

　　研究人员演示了该技术的概念验证，首次详细观察了患者血液样本中活化血小板产生的分子力。

　　研究结果表明，该技术有潜力评估抗血小板药物对个体的影响，并更清楚地了解接受体外循环手术的患者出血风险。

　　这项技术只需要一滴血来进行测试，而目前的检测需要一汤匙血。这种超灵敏度可能使这项技术成为诊断患有罕见的先天性血小板疾病的婴儿的宝贵工具。

　　这一突破是基于十多年前在埃默里大学化学系和埃默里大学和佐治亚理工学院华莱士·h·库尔特生物医学工程系的哈立德·萨莱塔教授的实验室开发的合成dna张力探针。

　　这种张力探头可以探测到细胞的力，其大小只有几皮牛顿，比一个回形针的重量还小10亿倍。研究人员找到了一种方法，通过利用一种被称为crispr相关12a的酶的力量来放大探针的信号。然后用钢板阅读器检测机械信号，这是临床测试中常用的工具。

　　“这个项目开始于基本的好奇心，”共同通讯作者Salaita说。“我们想知道是否可以测量细胞施加的最微小的力。令人兴奋的是，我们现在正基于这种基本的好奇心来开发诊断工具来帮助病人。这是科学家的梦想。”

　　该论文的第一作者是美国心脏协会Salaita实验室的博士后Duan Yuxin。

　　埃默里医学院麻醉系教授、围手术期凝血领域的权威专家Roman Sniecinski是该论文的共同通讯作者。

　　“总的来说，血小板功能是很重要的，但目前我们用来测量它的工具还相对原始，”Sniecinski说。“这项新技术提供了一种更简单、更快、更便宜的方法来测量血小板功能，同时也为我们提供了以前没有的关键信息。”

　　血小板是一种无色的、盘状的血细胞碎片，它的作用是在受伤的血管上结合以止血。然而，在某些情况下，血小板可能不能发挥最佳功能。当血小板较弱或活性低于理想值时，血液可能无法正常凝血，导致无法控制的出血。但如果血小板“过度活跃”，它们可能会变得太粘，导致自发的血凝块，从而导致心脏病发作或中风。

　　在某些情况下，调节血小板功能对高危人群尤为重要。抗血小板药物，如氯吡格雷、替格瑞洛，甚至阿司匹林，都是美国最常用的处方药。然而，对一些患者来说，这些药物可能效果不佳，调整剂量或改用另一种药物可能更有助于预防心脏病发作。

　　在心脏手术中，血小板功能变得更加失调。手术室团队必须在体外循环过程中保持血液不凝块的平衡，然后在手术结束时使用促凝剂干预，包括输血小板，以止血。这可能很困难，因为使用体外循环机器会给血小板造成压力并削弱血小板。

　　“几十年来，人们在科学文献中写了关于心脏手术中血小板功能障碍的问题，”Sniecinski说，“但是用我们一直使用的工具来测量它真的很困难。由于我们无法很好地测量血小板功能，这使得有效研究它变得困难。”

　　聚集法是目前用于评估血小板功能的标准工具。它测量血液样本中血小板聚集的速度和程度。

　　“这些数据只提供了血小板功能的一小部分，而且不是最有趣的部分，”Sniecinski说。

　　他解释说，当血小板被激活时，它会改变形态，长出微小的假“手臂”。血小板用这些臂抓住血液中被称为纤维蛋白原的蛋白质链形成凝块。

　　“聚集学告诉你血小板聚集在一起，”Sniecinski说。“但它不能告诉你它们的激活水平——它们用来抓住其他凝血蛋白以及彼此的力的大小。”

　　Salaita实验室在可视化和测量细胞施加的机械力方面处于领先地位，使用的张力探针是由连接在表面的双链DNA合成链制成的。

　　双链DNA可以被编程与血小板细胞结合。当细胞结合并对锚定的DNA施加力时，DNA分裂成两条链，留下一条链粘在表面。产生的物理拉力被转换成荧光信号。

　　然而，解读这一信号的一个主要挑战是，这些物理上的牵拉是微弱的、短暂的、不常见的。它们需要显微镜才能探测到。

　　在COVID-19大流行期间，CRISPR 12a酶(Cas12a)作为SARS-CoV-2病毒的诊断工具脱颖而出。细菌利用Cas12a来抵御噬菌体或攻击细菌的病毒。Cas12a酶可以装载单链“向导”RNA，该RNA被编程为与互补的单链DNA结合。然后这种酶通过破坏周围的其他单链DNA来与单链DNA发生反应。

　　Salaita实验室决定将Cas12a与张力探针结合起来，看看这种酶是否会放大血小板施加机械力的信号。该实验室开发了一种名为Mechano-Cas12a辅助张力传感器，简称MCATS。

　　“效果非常好，”萨莱塔说。

　　他解释说:“如果看不到它的目标，Cas12a是安静的，不活跃的。”“但一旦它看到特定的单链DNA，它就会发疯，开始破坏它遇到的任何单链DNA。这种激活产生了大量的荧光信号输出。”

　　MCATS是精确和超灵敏的，能够测量样本中2000个血小板产生的细胞牵引力。由此产生的信号足够强大，可以通过传统的荧光计测量——一种常规血液检查中常用的工具。

　　MCATS还与平板阅读器一起工作，这是一种设计用于同时处理数十个样品的仪器，用于进行研究所需的高通量读数。

　　为了测试MCATS在测量血小板功能活性方面的功效，研究人员从健康的志愿献血者身上提取了血液样本。他们首先证实MCATS反应对血小板的机械力很敏感。

　　接下来，他们在健康血液样本中加入了不同的抗血小板药物，从非处方阿司匹林到一组不同的处方药。MCATS结果显示，抗血小板治疗降低了血小板的机械活性，其减少量与在聚集性中观察到的减少量相似。

　　研究人员还获得许可，从7名接受体外循环手术前后的患者身上采集血液样本进行调查。结果显示，每个患者样本的MCATS血小板活性读数与他们术后需要输血小板以减少出血的可能性相关。

　　研究人员目前正在招募一项前瞻性研究的参与者，以进一步探索MCATS作为诊断工具的作用。被诊断患有血小板紊乱的人将在治疗前后检测他们的血液样本，以评估治疗的效果。

　　“底线是MCATS是一个全新的方法来测量血小板功能使用一个非常小的样本，”Sniecinski说。“它告诉我们一些我们以前无法测量的具体情况，这可以为我们提供一种新的方法来了解血小板功能障碍的原因以及控制它的最佳方法。”

　　萨拉塔补充说:“血液检查可以根据血小板计数和代谢浓度等数据，基本了解你的健康状况。”“现在我们正在增加关于血小板机制的信息。这就像在仪表盘上安装了一个全新的刻度盘来监控你的健康状况。”

　　更多信息:段玉鑫等，通过力触发cas12a介导的荧光报告链催化裂解检测细胞牵引力，自然生物医学工程(2023)。期刊信息:自然生物医学工程

　　埃默里大学提供

　　引用:分析血小板的新工具具有重大的医疗潜力(2023年，12月11日)

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