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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.
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.
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.
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.
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.
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.