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Im ersten Teil dieser Arbeit wurden zur Beantwortung der Forschungsfrage 1 Lagerungsversuche durchgeführt. Diese zeigten, dass bei einem Lagerungszeitraum von bis zu sieben Tagen die Intensität aller gefärbten Strukturen mit der Zeit abnahm. Die Abnahme der Intensität war bei den meisten angefärbten Strukturen bereits ab dem ersten Lagerungstag zu beobachten. Zudem zeigte sich, dass Thrombospondin nur mit EDTA-antikoaguliertem Blut darstellbar war. Mit Hilfe dieser Arbeit konnte aber nicht nur die Abnahme der Intensität über den Lagerungszeitraum nachgewiesen werden, sondern auch, dass es innerhalb des Lagerungszeitraum zu Veränderungen der Strukturverteilung der angefärbten Strukturen kam. Filamin A und NMMIIA lagen an Tag 0 fixiert und gefärbt noch diffus verteilt im Thrombozyten vor und stellten sich im Anschluss ab dem ersten Lagerungstag vermehrt als eine Ringstruktur dar. Veränderungen der Struktur über den Lagerungszeitraum fand sich ebenso bei ß1-Tubulin. Alle weiteren Strukturen blieben über den gelagerten Zeitraum unverändert.
Zusätzlich wurden im Rahmen dieser Arbeit Blutausstriche nach ihrer Intensität und Struktur beurteilt, die an Tag 0 fixiert wurden und im Anschluss fixiert bis Tag 7 gelagert wurden. Erst nach der fixierten Lagerung bis zu dem entsprechenden Lagerungstag wurden die Blutausstriche gefärbt. Bei dieser Methode, der an Tag 0 fixierten Blutausstriche, zeigte sich eine stärkere Intensität der angefärbten Strukturen, als wenn sie unfixiert gelagert wurden.
Zur Beantwortung der Forschungsfrage 2 wurde im zweiten Teil dieser Arbeit die Visualisierung der Signalkaskade mit Hilfe von phosphorylierten Kinasen und der Fluoreszenzmikroskopie untersucht. Durch die Anfärbung der phosphorylierten Kinasen in der Fluoreszenzmikroskopie konnte keine ausreichende Sensitivität und Spezifität erreicht werden und wurde aus diesem Grund nicht weiterverfolgt. Der parallele Ansatz mit der Durchflusszytometrie zeigte hingegen erfolgreiche Ergebnisse. Mit Hilfe von Zeitreihen konnte der optimale Zeitpunkt der Inkubation mit den Induktoren vor der duchflusszytometrischen Untersuchung bestimmt werden. Dieser lag bei drei Minuten. Durch die Verwendung verschiedener Induktoren konnte eine Phosphorylierung der SRC-, SYK- und AKT1/2/3-Kinasen gezeigt werden. Bei der SRC-Kinase eigneten sich besonders TRAP-6, U46619 und Kollagen als potente Induktoren. Bei der SYK-Kinase waren es U46619, TRAP-6, Convulxin und ADP. Zusätzlich zeigte die SYK-Kinase in der Negativkontrolle die geringste Hintergrund-Phosphorylierung. Zur niedrigsten nachweisbaren Phosphorylierung kam es bei der AKT1/2/3-Kinase. Eine Induktion mit TRAP-6 zeigte dabei die für AKT1/2/3 stärkste Phosphorylierung. Durchflusszytometrisch war somit eine gute Darstellung der Phosphorylierung der verwendeten drei Kinasen durch kleinsten Blutmengen möglich.
Für die gezielten Inhibitionsversuche dieser Arbeit wurde unter anderem die Medikamentenfamilie der Sartane zur GPVI-Rezeptorinhibition verwendet. Es zeigte sich, dass besonders bei der Induktion mit U46619 und Verwendung eines Vertreters der Familie der Sartane bei allen drei Kinasen die Phosphorylierung der Kinase deutlich gesenkt werden konnte. Die Phosphorylierung lag durch die Inkubation (1 min) mit einem Sartan auf dem Niveau der Negativkontrolle. Bei Induktion mit Convulxin und Verwendung von Losartan steigerte sich hingegen die Phosphorylierung bei allen drei Kinasen. Bei durchflusszytometrischer Untersuchung von Patientenblut, bei in vivo-Einnahme von Telmisartan, konnte im Vergleich mit drei gesunden Spendern gezeigt werden, dass die Phosphorylierung der SRC-Kinase bei Convulxin und Kollagen deutlich reduziert ist. In der Aggregometrie nach Born konnte bei allen verwendeten Sartanen eine Reduktion der Thrombozytenaggregation nachgewiesen werden.
Die weiteren Versuche mit dem PAR4-Rezeptorblocker Vorapaxar, zeigte im Durchflusszytometer bei der AKT1/2/3-Kinase keine Reduktion. Stattdessen konnte hier in der höchsten verwendeten Konzentration, sogar eine Zunahme der Phosphorylierung beobachtet werden. In der parallel durchgeführten Aggregometrie nach Born zeigte sich hingegen eine komplette Hemmung der Thrombozytenaggregation.
Um festzustellen, ob Proben für die Untersuchungen mit dem Durchflusszytometer versendet werden können, wurden in einem letzten Schritt erneut Lagerungsversuche durchgeführt. Durch die verwendeten Lagerungszeiträume sollte die Dauer, die durch den Transport bei einer Zentralisierung zustande kommt, imitiert werden. In dem durchgeführten Untersuchungsansatz war eine Lagerung über den Tag 0 nicht möglich. Zu einem späteren Zeitpunkt waren nur noch wenige bis keine Thrombozyten nachweisbar.
Platelet factor 4 (PF4, synonym: CXCL4) is an evolutionary old chemokine with proposed roles in hemostasis and antimicrobial defense. In addition, PF4 has attracted considerable attention as a crucial mediator of one of the most prothrombotic adverse drug effects affecting blood cells, heparin-induced thrombocytopenia (HIT). Interest in PF4 substantially increased in 2021 when it was identified as the target antigen in the life-threatening adverse effect, vaccine-induced immune thrombotic thrombocytopenia (VITT). We address the concept that a major biological function of PF4—a strongly cationic chemokine—is to bind to negatively-charged prokaryotic microorganisms, resulting in structural changes in PF4 that trigger a danger signal recognized by the adaptive immune system. Application of biophysical tools has provided substantial insights into the molecular mechanisms by which PF4 becomes immunogenic, providing insights into a new mechanism of autoimmunity. Binding of autoantibodies with high affinity induces conformational change(s) in the endogenous protein, which are then recognized as foreign antigen, as exemplified by the prothrombotic disorders, autoimmune HIT and VITT. The final part of our review summarizes current assays for HIT and VITT, explaining how structural aspects of anti-PF4 pathobiology relate to assay design and performance characteristics. Currently, functional (platelet activation) assays using washed platelets detect HIT antibodies when heparin is added, and VITT antibodies when PF4 is added. Solid-phase PF4-dependent immunoassays using microtiter plates are sensitive for both HIT and VITT antibodies, while rapid immunoassays, in which the PF4/heparin antigen is coated on beads, are sensitive and specific for HIT, but not for VITT antibodies.
Sowohl die Lagerung von therapeutischem Plasma nach dem Auftauen als auch die Pathogenreduktion mit MB/Rotlicht beeinflussen die pro- und antikoagulatorische Kapazität. Diese Veränderungen können durch die Messung der Aktivität von Gerinnungsfaktoren und Inhibitoren sowie die Durchführung von Globaltests, einschließlich neuer Messmethoden wie ProC®-Global-Test und endogenes Thrombinbildungspotential, detektiert werden. Die Massenspektrometrie stellt eine sinnvolle Ergänzung dieser Funktionstests dar, um Effekte auf das Plasmaproteom zu untersuchen.
Diese Studie zeigt zwei Möglichkeiten auf, die Patientenversorgung mit therapeutischem Plasma zu optimieren. Erstens konnte gezeigt werden, dass die Flüssiglagerung von Plasma bei 2-6 °C über 7 Tage ohne größere Einbußen der Gerinnungsfaktorenaktivität, mit Ausnahme von FVIII, machbar ist. Damit kann die Etablierung einer Flüssigplasmabank gerechtfertigt werden. Es ist eine zügige Bereitstellung von therapeutischem Plasma im Notfall, dank Einsparung der Zeit für den Auftauprozess, möglich. Zweitens konnte gezeigt werden, dass therapeutisches Plasma bei Versorgungsengpässen vorzeitig aus der Quarantänelagerung gelöst und ergänzend mit MB/Rotlicht behandelt werden kann, um die gewohnte Sicherheit zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu wird die Lagerung von therapeutischem Plasma bei Raumtemperatur oder von MB/Rotlicht behandeltem Plasma bei 2-6 °C über 7 Tage aufgrund der ausgeprägten Reduktion der Aktivität der Gerinnungsfaktoren und Inhibitoren nicht empfohlen.
Zur Etablierung einer Flüssigplasmabank wird vorgeschlagen, lediglich eine kleine Anzahl von Plasmakonserven (z. B. 4 Plasmakonserven jeder Blutgruppe à 250 mL) bei 2-6 °C über maximal 7 Tage bereitzuhalten, um im Blutungsnotfall eine unverzügliche Versorgung von Patienten zu ermöglichen. Patienten, die darüber hinaus Plasmakonserven benötigen, sollten im weiteren Verlauf mit frisch aufgetautem GFP versorgt werden. So wird eine möglichst hohe Aktivität der Gerinnungsfaktoren und Inhibitoren gewährleistet.
Es werden klinische Studien benötigt, um die in vitro beobachteten Veränderungen der Gerinnungsfaktoren in Plasmaprodukten in vivo zu untersuchen.
Thrombozyten haben neben ihrer Funktion in der Hämostase eine wichtige Rolle in der Immunabwehr. Sie interagieren hierbei mit Komponenten des angeborenen und des adaptiven Immunsystems und sind in der Lage, direkte anti-mikrobielle Einflüsse zu vermitteln. Die Interaktion von Thrombozyten mit Gram-positiven Bakterien unterscheidet sich von jener mit Gram-negativen Erregern. Bei beiden Gruppen von Bakterien scheint die Aktivierung von Thrombozyten und Freisetzung anti-mikrobieller Peptiden aus den Granula ein wichtiger Bestandteil der direkten Pathogenabwehr durch Thrombozyten zu sein. Hierbei führt die Interaktion mit S. aureus direkt zu einer starken pathogen-induzierten Thrombozytenaktivierung, während bei Gram-negativen Organismen wie E. coli eine Verstärkung durch die Opsonierung mit PF4 und anti-PF4/H IgG notwendig scheint. Vermutlich ist die Bindung von PF4 und anti-PF4/H IgG an Gram-positive Bakterien von größerer Bedeutung für die Opsonierung für andere Immunzellen als für den direkten bakteriziden Effekt der Thrombozyten.
Der Gram-positive S. pneumoniae führt durch Funktionsstörung und Exposition von Phosphatidylserin zu einer Schädigung der Thrombozyten. Dieser schädigende Effekt auf Thrombozyten durch S. pneumoniae wird unter anderem durch Pneumolysin, ein porenbildendes Toxin der Pneumokokken, vermittelt. Dieses induziert bereits in geringen Konzentrationen die Porenbildung in der Thrombozytenmembran und führt zur Induktion von Apoptose.
In der Arbeit konnten die initialen Fragestellungen folgendermaßen beantwortet werden:
1.Thrombozyten können einen direkten schädigenden Effekt auf Gram-positive Bakterien vermitteln.
2.PF4 und anti-PF4/Polyanion IgG spielen in der direkten Thrombozyten-vermittelten Pathogenabwehr bei Gram-positiven Erregern, trotz der Bindung an Gram-positive Bakterien, eine untergeordnete Rolle. Sie verstärken weder die Thrombozyten-aktivierung noch den anti-bakteriellen Effekt.
3.Die Auswirkung der Co-Inkubation mit Bakterien auf die Thrombozyten ist heterogen und abhängig vom untersuchten Bakterienstamm. Es kommt zur Aktivierung der Thrombozyten durch S. aureus und zur Schädigung der Thrombozyten durch S. pneumoniae.
Im Falle einer neuen, sich rasch ausbreitenden viralen Erkrankung empfiehlt die WHO die Verwendung von Blutplasma von bereits Genesenen (Rekonvaleszenten-plasma) zur ersten Therapie bevor Impfstoffe entwickelt werden können, da dieses Plasma bereits Immunglobuline gegen den Erreger enthält. In dieser zeitkritischen Situation kann die von der deutschen Richtlinie für Hämotherapie geforderte Quarantänelagerung für Plasmen für mindestens vier Monate nicht immer ein-gehalten werden. Eine Alternative zur Quarantänelagerung stellen Verfahren zur Pathogeninaktivierung des Plasmas dar. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass die enthaltenen Immunglobuline durch die Pathogeninaktivierung nicht beeinträchtigt werden. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Pathogeninaktivierung von Plasma mittels Methylenblau-Behandlung keinen signifikanten Einfluss auf Immun-globuline M und G hat. Die Ergebnisse können die Sicherheit der Verwendung von Rekonvaleszentenplasma zu Beginn einer Ausbreitung einer viralen Erkrankung deutlich erhöhen.
Blutplasma muss generell blutgruppenkompatibel transfundiert werden, um Blutgruppeninkompatibilitäten durch enthaltene gegen die Blutgruppenantigene A und B gerichetete Antikörper (Isoagglutinine) zu vermeiden. Plasma von Spendern der Blutgruppe AB enthält keine Isoagglutinine und kann somit Patienten aller Blutgruppen transfundiert werden. Der Anteil der Spender in der mitteleuropäischen Bevölkerung mit Blutgruppe AB ist mit 4 % jedoch sehr gering. Daher besteht der Bedarf Isoagglutinine aus Plasma der Blutguppe A, B und 0 zu entfernen, um dieses „universell“ transfundierbar zu machen. Das so hergestellte Isoagglutinin-depletierte Plasma kann auch für Notfalltransfusionen bei Patienten mit unbekannter Blutgruppe angewendet werden. Kleinere Krankenhäuser können ihre Logistik effizienter gestalten und lediglich diese Art von Plasma bevorraten.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden ein geschlossenes Beutelsystem und ein Prozess entwickelt, welcher die Depletion von Isoagglutininen aus Plasma mit Mitteln ermöglicht, die in jeder transfusionsmedizinischen Einrichtung vorhanden sind. Es konnte gezeigt werden, dass die Qualität des Plasmas der des bereits zugelassenen humanen gefrorenen Frischplasmas entspricht. Durch Poolen im Herstellungs-prozess können mehrere Plasmen gleichzeitig bereitgestellt werden. Das Verfahren hat das Potenzial, die klinische Praxis der Plasmatherapie zu beeinflussen.
Divalent magnesium restores cytoskeletal storage lesions in cold-stored platelet concentrates
(2022)
Cold storage of platelet concentrates (PC) has become attractive due to the reduced risk of bacterial proliferation, but in vivo circulation time of cold-stored platelets is reduced. Ca2+ release from storage organelles and higher activity of Ca2+ pumps at temperatures < 15 °C triggers cytoskeleton changes. This is suppressed by Mg2+ addition, avoiding a shift in Ca2+ hemostasis and cytoskeletal alterations. We report on the impact of 2–10 mM Mg2+ on cytoskeleton alterations of platelets from PC stored at room temperature (RT) or 4 °C in additive solution (PAS), 30% plasma. Deformation of platelets was assessed by real-time deformability cytometry (RT-DC), a method for biomechanical cell characterization. Deformation was strongly affected by storage at 4 °C and preserved by Mg2+ addition ≥ 4 mM Mg2+ (mean ± SD of median deformation 4 °C vs. 4 °C + 10 mM Mg2+ 0.073 ± 0.021 vs. 0.118 ± 0.023, p < 0.01; n = 6, day 7). These results were confirmed by immunofluorescence microscopy, showing that Mg2+ ≥ 4 mM prevents 4 °C storage induced cytoskeletal structure lesion. Standard in vitro platelet function tests showed minor differences between RT and cold-stored platelets. Hypotonic shock response was not significantly different between RT stored (56.38 ± 29.36%) and cold-stored platelets with (55.22 ± 11.16%) or without magnesium (45.65 ± 11.59%; p = 0.042, all n = 6, day 1). CD62P expression and platelet aggregation response were similar between RT and 4 °C stored platelets, with minor changes in the presence of higher Mg2+ concentrations. In conclusion, increasing Mg2+ up to 10 mM in PAS counteracts 4 °C storage lesions in platelets, maintains platelet cytoskeletal integrity and biomechanical properties comparable to RT stored platelets.
Vector-based SARS-CoV-2 vaccines have been associated with vaccine- induced thrombosis with thrombocytopenia syndrome (VITT/TTS), but the causative factors are still unresolved. We comprehensively analyzed the ChAdOx1 nCoV-19 (AstraZeneca) and Ad26.COV2.S (Johnson and Johnson) vaccines. ChAdOx1 nCoV-19 contains significant amounts of host cell protein impurities, including functionally active proteasomes, and adenoviral proteins. A much smaller amount of impurities was found in Ad26.COV2.S. Platelet factor 4 formed complexes with ChAdOx1 nCoV-19 constituents, but not with purified virions from ChAdOx1 nCoV-19 or with Ad26.COV2.S. Vascular hyperpermeability was induced by ChAdOx nCoV-19 but not by Ad26.COV2.S. These differences in impurities together with EDTAinduced capillary leakage might contribute to the higher incidence rate of VITT associated with ChAdOx1 nCoV-19 compared to Ad26.COV2.S.
Platelets within one individual display heterogeneity in reactivity, size, age, and expression of surface receptors. To investigate the combined intraindividual contribution of platelet size, platelet age, and receptor expression levels on the reactivity of platelets, we studied fractions of large and small platelets from healthy donors separated by using differential centrifugation. Size-separated platelet fractions were perfused over a collagen-coated surface to assess thrombus formation. Multicolor flow cytometry was used to characterize resting and stimulated platelet subpopulations, and platelet age was determined based on RNA and HLA-I labeling. Signal transduction was analyzed by measuring consecutive phosphorylation of serine/threonine-protein kinase Akt. Compared with small platelets, large platelets adhered faster to collagen under flow and formed larger thrombi. Among the large platelets, a highly reactive juvenile platelet subpopulation was identified with high glycoprotein VI (GPVI) expression. Elevated GPVI expression correlated with high HLA-I expression, RNA content, and increased platelet reactivity. There was a stronger difference in Akt phosphorylation and activation upon collagen stimulation between juvenile and older platelets than between large and small platelets. GPVI expression and platelet reactivity decreased throughout platelet storage at 22°C and was better maintained throughout cold storage at 4°C. We further detected higher GPVI expression in platelets of patients with immune thrombocytopenia. Our findings show that high GPVI expression is a feature of highly reactive juvenile platelets, which are predominantly found among the large platelet population, explaining the better performance of large platelets during thrombus formation. These data are important for studies of thrombus formation, platelet storage, and immune thrombocytopenia.
Inherited platelet disorders affecting the human platelet cytoskeleton result in increased bleeding risk. However, deciphering their impact on cytoskeleton-dependent intrinsic biomechanics of platelets remains challenging and represents an unmet need from a diagnostic and prognostic perspective. It is currently unclear whether ex vivo anticoagulants used during collection of peripheral blood impact the mechanophenotype of cellular components of blood. Using unbiased, high-throughput functional mechanophenotyping of single human platelets by real-time deformability cytometry, we found that ex vivo anticoagulants are a critical pre-analytical variable that differentially influences platelet deformation, their size, and functional response to agonists by altering the cytoskeleton. We applied our findings to characterize the functional mechanophenotype of platelets from a patient with Myosin Heavy Chain 9 (MYH9) related macrothrombocytopenia. Our data suggest that platelets from MYH9 p.E1841K mutation in humans affecting platelet non-muscle myosin heavy chain IIa (NMMHC-IIA) are biomechanically less deformable in comparison to platelets from healthy individuals.