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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.
Zusätzlich zu ihrer Zielstellung humane Thrombozyten auf das Vorkommen von NAP1L1 zu untersuchen, liefert diese Arbeit Anhalt für die potenzielle Funktion diese „nukleären“ Proteins in diesem anukleären Zelltyp. Eine Enflussnahme von NAP1L1 auf den Transport und ggf. Import eines Schlüsselenzyms des mitochondrialen Stoffwechsels (DLAT) erscheint als ein möglicher Mechanismus für die Einflussnahme auf systemische entzündliche Prozesse durch NAP1L1.
Für humane Thrombozyten sind die beschriebenen Veränderungen von DLAT eine der ersten Hinweise auf eine aktive Regulation der intramitochondrialen Proteinausstattung in Reaktion auf die systemische Infektion mit bakteriellen und viralen Erregern. Bislang existierten in dieser Situation nur Daten, welche z.B. die direkte Beeinflussung von Plättchen durch Erreger, z.B. durch induzierte Degradation des anti-apoptotischen BcL-x208, beschreiben.
In der Zukunft wird es wichtig sein zu ergründen, welche funktionellen Konsequenzen aus einer Mehr- oder Minderexpression von NAP1L1 im Bezug auf die thrombozytäre Mitochondrienfunktion entstehen, im Weiteren welchen pathophysiologischen Stellenwert diese Änderungen besitzen und wie man diese dann therapeutisch beeinflussen kann.
Fest steht, dass die in der Einleitung aufgeworfene Frage, ob die im Rahmen einer akuten, systemischen Entzündungsreaktion beobachteten metabolischen Veränderungen eher Ausdruck einer aktiven Regulation als eines pathologischen Defektes sind, auch auf die humanen Thrombozyten übertragen werden muss.
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.
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.
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.
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.
Background
Vaccine-induced immune thrombotic thrombocytopenia (VITT) is a prothrombotic, heparin-induced thrombocytopenia (HIT)-mimicking, adverse reaction caused by platelet-activating anti-platelet factor 4 (PF4) antibodies that occurs rarely after adenovirus vector-based COVID-19 vaccination. Strength of PF4-dependent enzyme immunoassay (EIA) reactivity—judged by optical density (OD) measurements—strongly predicts platelet-activating properties of HIT antibodies in a functional test. Whether a similar relationship holds for VITT antibodies is unknown.
Objectives
To evaluate probability for positive platelet activation testing for VITT antibodies based upon EIA OD reactivity; and to investigate simple approaches to minimize false-negative platelet activation testing for VITT.
Methods
All samples referred for VITT testing were systematically evaluated by semiquantitative in-house PF4/heparin-EIA (OD readings) and PF4-induced platelet activation (PIPA) testing within a cohort study. EIA-positive sera testing PIPA-negative were retested following 1/4 to 1/10 dilution. Logistic regression was performed to predict the probability of a positive PIPA per magnitude of EIA reactivity.
Results
Greater EIA ODs in sera from patients with suspected VITT correlated strongly with greater likelihood of PIPA reactivity. Of 61 sera (with OD values >1.0) testing negative in the PIPA, a high proportion (27/61, 44.3%) became PIPA positive when tested at 1/4 to 1/10 dilution.
Conclusions
VITT serology resembles HIT in that greater EIA OD reactivity predicts higher probability of positive testing for platelet-activating antibodies. Unlike the situation with HIT antibodies, however, diluting putative VITT serum increases probability of a positive platelet activation assay, suggesting that optimal complex formation depends on the stoichiometric ratio of PF4 and anti-PF4 VITT antibodies.