Modélisation informatique combinée et étude expérimentale des mécanismes biomécaniques des plaquettes

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 869 (2023) Citer cet article

151 Accès

2 Altmétrique

Détails des métriques

Bien que la formation de caillots sanguins ait été relativement bien étudiée, on sait peu de choses sur les mécanismes qui sous-tendent le remodelage structurel et mécanique ultérieur du caillot, appelé contraction ou rétraction. L'altération du processus de contraction du caillot est associée à la fois à des saignements potentiellement mortels et à des affections thrombotiques, telles qu'un accident vasculaire cérébral ischémique, une thromboembolie veineuse et autres. Récemment, il a été observé que la contraction des caillots sanguins était entravée chez les patients atteints de COVID-19. Un modèle informatique tridimensionnel multi-échelle est développé et utilisé pour quantifier les mécanismes biomécaniques de la cinétique de contraction du caillot entraînés par les interactions de traction plaquettes-fibrine. Ces résultats fournissent des informations biologiques importantes sur la contraction des filopodes plaquettaires, les fines saillies mécaniquement actives de la membrane plasmique, décrites précédemment comme remplissant principalement une fonction sensorielle. Les mécanismes biomécaniques et l'approche de modélisation décrits peuvent potentiellement s'appliquer à l'étude d'autres systèmes dans lesquels les cellules sont intégrées dans un réseau filamenteux et exercent des forces sur la matrice extracellulaire modulées par la rigidité du substrat.

Les caillots sanguins sont des structures semblables à un gel qui se forment sur les sites de lésions vasculaires pour endiguer le saignement. Les caillots se forment à la suite de réactions cellulaires et enzymatiques combinées impliquant les plaquettes et les composants du plasma, notamment le fibrinogène et d'autres facteurs de coagulation. Les principaux composants d'un caillot sanguin comprennent un réseau de fibrine polymère 3D avec des plaquettes attachées aux fibres de fibrine et des globules rouges intégrés dans le réseau poreux. Après leur formation, les caillots sanguins subissent un rétrécissement volumétrique par un processus appelé contraction ou rétraction du caillot, entraîné par les plaquettes activées1 (voir Fig. 1 qui montre le regroupement local des plaquettes et un champ de déplacement plaquettaire tridimensionnel d'un caillot en contraction).

a Image confocale en série montrant la formation d'amas de plaquettes secondaires dus au rapprochement des fibres de fibrine porteuses de plaquettes lors de la contraction du caillot. Les plaquettes sont vertes et la fibrine est rouge. Barre d'échelle : 5 μm. b, c Images représentatives d’un champ de déplacement plaquettaire tridimensionnel d’un caillot en contraction ; b vue de dessus, les vecteurs de fibrine (rouge), de plaquettes (vert) et de déplacement des plaquettes sont affichés ; c vue en perspective, les plaquettes (vertes) avec leurs vecteurs de déplacement sont visualisées (la figure est réimprimée de Kim et al. 16 sous les conditions de la licence Creative Commons CC BY).

La contraction intravitale de caillots sanguins ou de thrombus a plusieurs implications physiopathologiques importantes, telles qu'elle améliore les propriétés d'étanchéité des caillots hémostatiques2, réduit la taille du caillot et améliore le flux sanguin au-delà des thrombus autrement obstructifs3, prévient la rupture du caillot ou l'embolisation thrombotique4 et modifie la susceptibilité des caillots sanguins. à la lyse enzymatique5. En conséquence, l’altération du processus de contraction du caillot est associée à des affections thrombotiques potentiellement mortelles, telles qu’un accident vasculaire cérébral ischémique3, une thromboembolie veineuse4,6 et autres7. Récemment, il a été observé que la contraction des caillots sanguins était entravée chez les patients atteints de COVID-19, en particulier dans les cas graves et mortels8.

Malgré leur importance clinique, les mécanismes biomécaniques de la contraction du caillot ne sont pas bien compris. On sait que la contraction des caillots sanguins est provoquée par les forces de traction générées par le cytosquelette plaquettaire qui sont transmises aux fibres de fibrine via des saillies hautement adhésives de la membrane plasmique appelées filopodes9. L’un des aspects les moins étudiés de la contraction du caillot est la formation de filopodes plaquettaires et leur interaction physique avec le réseau de fibrine. La biomécanique de la contraction des caillots sanguins induite par les plaquettes est fondamentale pour comprendre une multitude d'autres processus biologiques quelque peu similaires liés à la mécanotransduction cellulaire bidirectionnelle, notamment la motilité cellulaire, la régénération et la différenciation tissulaires10,11,12,13,14, la phagocytose9 et le développement du cancer15. La mécanobiologie structurelle quantitative de la contraction des caillots sanguins induite par les plaquettes est apparue récemment comme une nouvelle voie de la biomécanique16 et peut constituer une base pour comprendre l'interaction biomécanique dynamique et complexe entre les cellules non musculaires et les matrices extracellulaires fibreuses de diverses compositions.