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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.
Die Heparin-induzierte Thrombozytopenie (HIT) ist eine schwerwiegende Komplikation der Heparintherapie. Dabei erfolgt zwischen dem Protein Plättchenfaktor 4 (PF4) und Heparin eine Komplexbildung, welche wichtig für die krankheitsauslösende Bildung des Antigens ist. Von PF4 existiert eine beim Menschen vorkommende Variante, Plättchenfaktor 4 Variante 1 (PF4var1). Bei PF4 und PF4var1 handelt es sich um Proteine non-alleler Gene. Die Proteine unterscheiden sich an 3 Stellen ihrer Aminosäuresequenz. PF4var1 ist weniger positiv geladen, wodurch die Wechselwirkung mit Heparin beeinflusst wird. Die veränderte Sequenz beeinflusst die Eigenschaften der Proteine. So weist PF4var1 stärkere chemotaktische und anti-angiogenetische Eigenschaften auf als PF4. Auch bei den Signalpeptiden der beiden Proteine liegt eine Änderung vor. In der vorliegenden Arbeit wurden zunächst mit PF4 bzw. PF4var1 kodierendem Gen transformierte humane embryonale Nierenzellen in unterschiedlichen Nährmedien kultiviert. Die Zelllinien wurden hinsichtlich der Produktion, Expression und Sekretion der Proteine PF4 bzw. PF4var1 untersucht. Die angewendeten Untersuchungs¬methoden zur Expression (FACS) bzw. zur Sekretion (ELISA) ermöglichten den Nachweis der Proteine. Eine Differenzierung zwischen PF4 und PF4var1 ist hiermit nicht möglich. Allerdings zeigte die Sequenzierung der Aminosäurestrukturen und der DNA das spezifische Vorliegen von entweder PF4 oder PF4var1. Zur Herstellung von Antikörpern gegen PF4var1 werden große Mengen an PFvar1 benötigt. Da, auch nach Einsatz des Minifermenters, durch die humanen Zellen keine ausreichende Proteinproduktion möglich war, wurde E. coli mit der genetischen Information für PF4 transformiert. Gleiches wurde mit PF4var1 durchgeführt. Hierdurch ist eine Proteinproduktion in größerem Maßstab möglich. Zur Aufreinigung der Proteine mussten spezielle Pufferlösungen eingesetzt werden. Für PF4var1 wurden neu entwickelte Puffer eingesetzt. Derart aufgereinigte Proteine konnten in ESI-ToF-Experimenten erfolgreich unterschieden werden. Durch die hier vorgestellten methodischen Fortschritte dürfte es in nächster Zeit möglich sein neue Erkenntnisse des Zusammenspiels zwischen PF4var1 und HIT zu erlangen.
Mouse strain-specific stress susceptibility in BALB/c and C57BL/6 mice in psychological stress
(2011)
Eine der häufigsten unerwünschten Nebenwirkungen nach Applikation von unfraktionierten- und auch niedermolekularen Heparinen ist die Heparin-induzierte Thrombozytopenie Typ II. In einer prospektiven klinischen Kohortenstudie im Zeitraum von März 1996 bis Dezember 1997 wurde die Inzidenz der HIT- Antikörper bei 502 Patienten unter perioperativer Thromboseprophylaxe mit unfraktioniertem oder niedermolekularem Heparin nach elektiven Hüft- oder Knieoperationen erfasst. 231 Patienten erhielten unfraktioniertes und 271 Patienten niedermolekulares Heparin zur perioperativen Thromboseprophylaxe appliziert. Vor allem Frauen im Alter zwischen dem 60. und 80. Lebensjahr nach einem operativen Eingriff sind hinsichtlich thromboembolischer Komplikationen besonders gefährdet. Eine manifeste HIT II wurde bei 5,19% der Patienten unter postoperativer UFH-Thromboseprophyaxe nach Hochrisikooperation nachgewiesen, jedoch bei keinem NMH-Patienten. Deutlich mehr Männer als Frauen entwickeln Antikörper gegen Heparin-Plättchenfaktor 4- Komplexe, ohne dass sich thromboembolische Komplikationen oder eine manifeste HIT II entwickeln. Insgesamt beträgt die Inzidenz der HIT– Antikörper im HIPA unter UFH-Prophylaxe 3,1% versus NMH- Prophylaxe 2,8%; im ELISA unter UFH-Prophylaxe 10% versus NMH-Prophylaxe 4,6%. Bisher wurde noch nicht untersucht, ob stationär nachgewiesene HIT- Antikörper im poststationären Bereich einen Einfluss auf die Entwicklung thromboembolischer Komplikationen haben. Die Studie zeigt, dass 1,29% der UFH-Patienten und 1,4% der NMH -Patienten poststationär im Studienzeitraum von 6 Monaten nach der Hospitalisierung wegen einer thromboembolischen Komplikation behandelt wurden. Diese Patienten waren jedoch HIT- Antikörper negativ. Dies lässt die Schlussfolgerung zu, dass postoperativ nachgewiesene Heparinantikörper trotz fortgeführter prophylaktischer Heparinapplikation, hauptsächlich NMH, kein erhöhtes Risiko darstellen, poststationär thromboembolische Komplikationen hervorzurufen. Maßnahmen hinsichlich eines stationären Screenings auf HIT-Antikörper und gegebenenfalls eine frühzeitige Umstellung auf eine alternative Antikoagulation sind demzufolge nicht notwendig. Ein weiterer Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit dem serologischen Nachweis von HIT-Antikörpern. Im Rahmen der Vorbereitung der obengenannten klinischen Studie fiel auf, dass Testergebnisse HIT-Antikörper positiver Seren bei wiederholten Untersuchungen im gleichen Testverfahren (HIPA oder PF4/Heparin-ELISA) nach mindestens zweijähriger Lagerung der Seren bei -70°C nicht vollständig reproduzierbar waren. Dies ist von Bedeutung, da verschiedene Studien zur Erfassung der Inzidenz der HIT-Antikörper mit gelagerten Seren durchgeführt wurden. Durch Modifizierung herkömmlicher Testsysteme wurde eine Möglichkeit gefunden, vergleichbare Testergebnisse der Patientenseren vor und nach Lagerung zu erzielen. Ein vermutlich blockiertes Antigen konnte sich durch den verlängerten Inkubationsprozess lösen und nun wieder am Testsystem angreifen. Alle Seren wurden nach Lagerung von 2 Jahren bei –70°C mit dieser Modifikation des Polyanionen-ELISA untersucht. Um eine HIT II frühzeitig zu erkennen, empfiehlt es sich, weiterhin postoperativ engmaschig die Thrombozytenzahlen zu kontrollieren und beim Auftreten von thromboembolischen Komplikationen unter Heparintherapie mit und ohne Thrombozytopenie eine HIT-Diagnostik (Kombination eines funktionellen Testes mit einem antigenspezifischen Test) durchzuführen. Beim Nachweis von HIT-Antikörpern muß Heparin abgesetzt werden und eine alternative Antikoagulation, z.B. durch Orgaran, Hirudin oder Argatroban durchgeführt werden. Durch den Einsatz der neueren Antikoagulantien, wie Fondaparinux, Rivaroxaban oder Dabigatran im Bereich der postoperativen Thromboseprophylaxe wird die HIT II möglicherweise an Bedeutung verlieren.
Background: Securing future blood supply is a major issue of transfusion safety. In this prospective 10-year longitudinal study we enrolled all blood donation services and hospitals of the federal state Mecklenburg-Western Pomerania. Methods and Results: From 2005 to 2015 (time period with major demographic effects), whole blood donation numbers declined by 18%. In male donors this paralleled the demographic change, while donation rates of females declined 12.4% more than expected from demography. In parallel, red cell transfusion rates/1,000 population decreased from 2005 to 2015 from 56 to 51 (-8.4%), primarily due to less transfusions in patients >60 years. However, the transfusion demand declined much less than blood donation numbers: -13.5% versus -18%, and the population >65 years (highest transfusion demand) will further increase. The key question is whether the decline in transfusion demand observed over the previous years will further continue, hereby compensating for reduced blood donation numbers due to the demographic change. The population structure of Mecklenburg-Western Pomerania reflects all Eastern German federal states, while the Western German federal states will reach similar ratios of age groups 18-64 years / ≥65 years about 10 years later. Conclusions: Regular monitoring of age- and sex-specific donation and transfusion data is urgently required to allow transfusion services strategic planning for securing future blood supply.
Plättchenfaktor 4 (PF4, CXCL4) ist ein 7.8 kDa stark positiv geladenes Protein, das zur Familie der CXC-Chemokine gehört. PF4 wird als Tetramer in den alpha-Granula von Thrombozyten gespeichert und bei deren Aktivierung freigesetzt. Seine biologische Funktion ist weitgehend unbekannt. Allerdings spielt PF4 eine wichtige Rolle bei der Heparin-induzierten Thrombozytopenie (HIT), einer der häufigsten immunologisch bedingten Arzneimittelkomplikationen, die Blutzellen betreffen. PF4 und Heparin bilden Komplexe, die Neoepitope generieren und die Produktion von anti-PF4/Heparin-Antikörpern induzieren. Resultierende Immunkomplexe aktivieren Thrombozyten Fc-Rezeptor-vermittelt und führen zu einer paradoxen Thrombinbildung. Die Folgen können Thrombozytopenie und lebensbedrohliche Thrombosen sein. Die pathogenen Antikörper sind nicht spezifisch für Heparin und erkennen auch PF4 gebunden an andere Polyanionen. Die Immunantwort der HIT zeigt einige Besonderheiten. Bereits bei erstmaliger Heparinexposition treten anti-PF4/Heparin-Antikörper der Klasse IgG bereits nach 4-6 Tagen auf. Dies kann keine primäre Immunantwort sein, da bei dieser IgG-Antikörper erst deutlich später gebildet werden. Damit muss eine Vorimmunisierung mit natürlich auftretenden PF4/Polyanion-Komplexen stattgefunden haben. Eine mögliche Quelle wären negativ geladene Strukturen, die auf bakteriellen Zelloberflächen vorkommen. Ziel dieser Arbeit war es, die Bindung von PF4 an Zelloberflächen zu charakterisieren und insbesondere die Frage zu klären, ob PF4 auf der Bakterienoberfläche Komplexe bildet. Zunächst erfolgte die Etablierung einer durchflusszytometrischen Analysemethode zur Messung der PF4-Bindung an Thrombozyten in Abhängigkeit von antikoagulatorischen Polyanionen. Die PF4-Bindung war nicht von der antikoagulatorischen Wirksamkeit der Polyanionen abhängig, sondern von der negativen Ladungsdichte. Geringe Konzentrationen von Heparin haben die PF4-Bindung an Thrombozyten verstärkt, wohingegen hohe Konzentrationen die PF4-Bindung inhibierten. Auch mit PF4 exprimierenden HEK-Zellen konnte eine ladungsabhängige Bindung von PF4 nachgewiesen werden. Als nächstes wurde die Bindung von PF4 an Bakterien untersucht. PF4 hat auch hier, konzentrations- und ladungsabhängig, an Gram-positive und Gram-negative Bakterien gebunden. Mittels der Adsorptions-Elutions-Technik konnte dann gezeigt werden, dass es durch die Bindung von PF4 an Bakterien zur Ausbildung PF4/Heparin-ähnlicher Epitope kommt, welche von anti-PF4/Heparin-Antikörpern aus Patientenserum erkannt werden. Mit einem Phagozytoseassay wurde dann nachgewiesen, dass die durch PF4 vermittelte Bindung der anti-PF4/Heparin-Antikörper an Bakterien die Phagozytose durch polymorph nukleäre Zellen (PMN) fördert. Dass dieser Abwehrmechanismus tatsächlich in vivo bedeutsam ist, konnte in dem Maus-Sepsis-Modell Colon Ascendens Stent Peritonitis (CASP) gezeigt werden. Die 6-8 Wochen jungen Mäuse entwickelten ab 3 Tagen nach der CASP-Operation anti-PF4/Heparin-Antikörper der Klasse IgM und ab 14 Tagen der Klasse IgG. Dieser Antikörperverlauf passt zur Immunreaktion nach erstmaligem Antigenkontakt und beweist, dass Bakterienkontakt im Rahmen der Sepsis eine primäre Immunisierung gegen PF4/Heparin induzieren kann. Jedoch ist die Sepsis, eine lebensbedrohliche Erkrankung, viel zu selten um das Auftreten von anti-PF4/Heparin-Antikörpern in der Normalbevölkerung (18.8% anti-PF4/Heparin IgM, 6.1% anti-PF4/Heparin IgG) und bei 50% der Patienten nach kardiochirurgischem Eingriff erklären zu können. Eine häufiger auftretende, chronische, bakterielle Infektion ist die Parodontitis. Im Rahmen der SHIP-Studie (Study of Health in Pomerania) konnte dann gezeigt werden, dass der Parodontitis-Status mit dem Auftreten von anti-PF4/Heparin-Antikörpern korreliert. Unterstützend konnte gezeigt werden, dass PF4 auch von parodontalpathogenen Bakterien gebunden wird und darüber die Bindung von anti-PF4/Heparin-Antikörpern ermöglicht wird. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit eine bislang unbekannte Funktion von PF4 in der anti-bakteriellen Wirtsabwehr. Gleichzeitig wurde die Frage geklärt, warum Patienten, die das erste Mal Heparin erhalten bereits an Tag 4-6 IgG-Antikörper gegen PF4/Heparin bilden. Somit konnte ein wichtiger Beitrag zur pathophysiologischen Erklärung einer der derzeit häufigsten immunvermittelten, unerwünschten Arzneimittelwirkungen geleistet werden. Hinsichtlich der biologischen Bedeutung von PF4 ist von besonderer Wichtigkeit, dass PF4 ladungsabhängig an viele verschiedene Bakterienspezies bindet. Damit sind Antikörper gegen PF4/Polyanion-Komplexe nicht spezifisch für eine Bakterienspezies, sondern können eine Form der Wirtsabwehr darstellen, bei der eine IgG-Spezifität eine Vielzahl von PF4-markierten Bakterien bindet. Es wäre denkbar, dass es sich hierbei um ein grundlegendes, evolutionär altes Abwehrprinzip handelt, dass möglicherweise auch bei anderen immunvermittelten Erkrankungen Relevanz hat.
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.
Bis zu 5% der Patienten, welche unfraktioniertes Heparin erhalten, bilden eine immunogene Thrombozytopenie aus. Komplikationen dieser Heparin-induzierten Thrombozytopenie (HIT) können gliedmaßen- und lebensbedrohliche Thrombosen sein. Die HIT wird durch Antikörper ausgelöst, die an Komplexe aus dem körpereigenen Protein Plättchenfaktor 4 (PF4) und Heparin binden. Die Pathogenese der HIT ist weitestgehend aufgeklärt. Jedoch ist immer noch unklar, warum nicht alle Patienten mit anti-PF4/Heparin-Antikörpern eine klinische HIT entwickeln. Testverfahren, die zum Nachweis von anti-PF4/Heparin-Antikörpern aufgereinigte Thrombozyten verwenden sind sensitiver als solche, bei denen Vollblut oder Plättchen-reiches Plasma eingesetzt werden. Daraus ergab sich die Fragestellung, ob Faktoren im Plasma den Durchbruch einer HIT bei Anwesenheit von anti-PF4/Heparin Antikörpern inhibieren können. Ein wichtiger Mechanismus in der Pathogenese der HIT ist die Bindung von PF4 an die Thrombozytenoberfläche. In dieser Arbeit wurde untersucht, welche Plasmafaktoren die PF4-Bindung an Thrombozyten beeinflussen können. Da Blutfette und Zuckerstrukturen ausgeschlossen werden konnten, lag der Fokus auf Proteinen als mögliche Hemmfaktoren. Da nicht nur Plasma, sondern auch Serum die PF4-Bindung inhibieren konnte, kamen keine Gerinnungsfaktoren in Frage. Die gesuchten Faktoren waren auch nicht Hitze sensitiv, sodass es sich auch nicht um Komplementfaktoren handeln konnte. Bei einer Standardmethode zur Aufreinigung von IgG aus dem Serum fiel auf, dass das vom IgG befreite Serum keine hemmende Wirkung mehr auf die PF4-Bindung an Thrombozyten zeigte. Jedoch führte die Substitution mit IgG nicht zu dem erwarteten Hemmeffekt, so dass der gesuchte Faktor ebenfalls bei der Aufreinigung entfernt worden sein musste. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse zur Charakterisierung des Hemmfaktors bildeten eine wichtige Grundlage, um in weiterführenden Versuchen in der gleichen Arbeitsgruppe Fibronektin als möglichen Kandidaten zu identifizieren.
Background
Signs of an inflammatory process have been described in major depression.
Methods
In a double-blind, randomized study of celecoxib or placebo add-on to reboxetine in 40 depressed patients, celecoxib treatment has beneficial effects. In order to evaluate the tryptophan/kynurenine metabolism and to identify predictors for remission, tryptophan (TRP), kynurenine (KYN), kynurenic acid (KYNA), and quinolinic acid (QUIN) were estimated in the serum of 32 patients before and after treatment and in a group of 20 healthy controls.
Results
KYN levels were significantly lower in patients (p = 0.008), and the QUIN/KYN ratios were significantly higher (p = 0.028). At baseline, the higher KYN/TRP ratio was predictive for remission during celecoxib add-on treatment (p = 0.04) as well as for remission in the overall patient group (p = 0.01). In the placebo group, remitters showed a higher KYNA/QUIN ratio (p = 0.032). In the overall group, remitters showed lower KYNA/KYN (p = 0.035) and QUIN/KYN (p = 0.011) ratios. The lower the formation of downstream metabolites, especially QUIN, the better the treatment outcome.
Conclusion
The high KYN/TRP ratio predicted remission after treatment with celecoxib in this small sample of depressed patients. Eventually, the KYN/TRP ratio might be a marker for those patients, which benefit from an additional anti-inflammatory treatment.
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.
Background: We assessed the effect of the uniform donor questionnaire (UDQ) on deferral rates in first-time and repeat donors. We focused on the introduced question about unprotected sexual contact with a new partner. Another goal was a stratified comparison of the deferral rates of the donor questionnaire (DQ) and UDQ. Methods: Data on donors and deferrals using the DQ and UDQ were collected at four blood establishments. The comparison included a 2-year period by questionnaire version. For the comparison of the questionnaires, an adjusted multinomial logistic regression was performed. Results: The analysis included 260,848 donations. First-time (FTD) and repeat donations (RD) showed higher deferral rates with the UDQ (FTD +5.4%, RD +1.4%). Deferral due to a new partner was 3.0% in first-time and 0.4% in repeat donors. The majority of these occurred in the youngest age groups. The most frequent deferral criterion was ‘disease' (5.1%). Conclusion: The regression revealed stronger predictors for deferral than the questionnaire version. Especially younger age carried a higher and independent risk for deferral. The additional deferrals of mainly young first-time donors due to a new sexual partner may identify those donors with potential heterosexual risk behavior who would otherwise not be identified.
Die Heparin-induzierte Thrombozytopenie Typ II ist eine antikörpervermittelte Immunreaktion. Nur ein Teil der HIT-Patienten entwickelt allerdings lebensbedrohliche Komplikationen wie Thrombosen. Faktor V Leiden, die Prothrombin G20210A-Mutation und der Methylentetrahydrofolatreduktase(MTHFR)-C677T-Polymorphismus gelten als genetische Risikofaktoren für die Entstehung von Thrombosen. In der vorliegenden Arbeit wird der Stellenwert der drei Mutationen als mögliche Risikofaktoren für die Entstehung HIT-assoziierter Thrombosen untersucht. In der Gruppe aller untersuchten HIT-Patienten ließ sich keine signifikant erhöhte Inzidenz der Faktor-V-Leiden-Mutation, des Prothrombin G20210A und des MTHFR-C677T-Polymorphismus im Vergleich zu Kontrollgruppen nachweisen. Auch bei den einzelnen Untergruppen der mit thrombembolischen Komplikationen symptomatischen HIT-Patienten zeigte sich kein Zusammenhang zwischen dem Vorliegen der Mutationen mit venösen oder arteriellen HIT-assoziierten Thrombosen. Diese Ergebnisse deuten daraufhin, daß keine der drei untersuchten Mutationen ein herausragender Risikofaktor für die Manifestation thrombembolischer Komplikationen bei HIT-Patienten darstellt.
Die Neonatale Alloimmunthrombozytopenie (NAIT) ist eine erworbene hämorrhagische Diathese durch thrombozytäre Antikörper. Die Immunisierung der Mutter findet nach Übertritt von kindlichen Thrombozyten bereits während der ersten Schwangerschaft statt. Mütterliche Anti-Thrombozyten-IgG-Antikörper führen nach diaplazentarem Übertritt zu einem Abbau der kindlichen Plättchen im retikulo-endothelialen System. 75% aller Fälle von NAIT sind durch Anti-HPA1a-Antikörper verursacht (HPA1a/b-Polymorphismus). Dieser Polymorphismus wird durch das GPIIIa-Gen des thrombozytären GPIIb/IIIa-Rezeptors ausgebildet. Immunologische Toleranz ist die immunologische Hyposensibilität gegenüber einem Antigen. Eine Form ist die orale Toleranz (OT), bei der es durch orale Zufuhr eines Antigens zu einer spezifischen Suppression der zellulären und humoralen Immunantwort kommt. Denkbar wäre auch eine immunologische Toleranz gegenüber dem GPIIIa-Polymorphismus. Das Fernziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer transgenen zweikeimblättrigen Pflanze (Tabak/Karotte) zur oralen Toleranzinduktion im Menschen gegenüber dem HPA1a/b-Polymorphismus. Es wurde die Expression des humanen Glykoproteins GPIIIa in transgenem Tabak als Modellpflanzen systematisch untersucht. Die full-length cDNA von GPIIIa wurde schrittweise verändert und sowohl als native humane Form und als Konstrukt mit geändertem pflanzlichen Signalpeptid und einer Rückhaltesequenz in Pflanzenzellenassays getestet (Protoplastierung). Als subzelluläre Kompartimente der Versuche dienten je nach Konstrukt das Zytosol oder das Endoplasmatische Retikulum der Pflanzenzelle. Die Protoplastenassays erbrachten keinen Nachweis eines rekombinanten Proteins mit GPIIIa-spezifischen mono- und polyklonalen Antikörpern, ein RNA-Nachweis war methodisch nicht möglich. Allerdings konnte die erfolgreiche Transformation durch ein fluoreszierendes Kontrollprotein (GFP) bestätigt werden. Schließlich wurde der HPA1a-Polymorphismus in einem Proteinfragment mit einer Länge von 66 Aminosäuren in einem artifiziellen Gen rekonstruiert. Die Sequenz enthielt zusätzlich einen optimierten Pflanzenpromotor, spezifische sekretorische Signal-, tag- und Rückhaltepeptide und wurde in toto an die Pflanzenkodonusage angepasst. Mit dem Konstrukt wurde eine Tabakpflanzenlinie als Modell stabil transformiert. In den Pflanzen konnte die Integration und vollständige Transkription des synthetischen Gens mit der RT-PCR nachgewiesen werden. Die transgenen Pflanzen wurden mit GPIIIa- und tag-spezifischen Antikörpern mit unterschiedlichen Methoden (Western-Blot, ELISA) untersucht. Es wurden Versuchen zur Immunpräzipitation und Rekonstitution der Disulfidbrückenstruktur im Epitop durchgeführt. In keiner Pflanze konnte rekombinantes GPIIIa-Epitop detektiert werden. Auch der Nachweis eines unreifen Proteins anhand des c-terminalen tag-Peptides gelang nicht. Auffallend war in den Tabakzellen eine starke Kreuzreaktion eines inerten Proteins mit polyklonalen GPIIIa-Antikörpern auf Höhe der Bande des humanen GPIIIa. Es ist denkbar, daß Tabakpflanzen bereits ein GPIIIa-ähnliches Protein ausbilden und bei der Synthese von artfremden humanen GPIIIa das unreife Protein einer Degradation unterziehen oder es zu einem Gene-silencing kommt.
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: Hyperthyroidism is known to induce a hypercoagulable state. It stimulates plasma levels of procoagulative factors and reduces fibrinolytic activity. So far most of the data have been derived from patients with endogenous hyperthyroidism with a wide variability in the underlying pathogenesis and severity of the disease. Objectives: In this study we experimentally induced thyrotoxicosis in healthy volunteers to explore the effects of thyroxine excess on the plasma proteome. Using a shotgun proteomics approach, the abundance of plasma proteins was monitored before, during and after thyrotoxicosis. Methods: Sixteen healthy male subjects were sampled at baseline, 4 and 8 weeks under 250 µg/day thyroxine p.o., as well as 4 and 8 weeks after stopping the application. Plasma proteins were analyzed after depletion of 6 high-abundance proteins (MARS6) by LC-ESI-MS/MS mass spectrometry. Mass spectrometric raw data were processed using a label-free, intensity-based workflow. Subsequently, the linear dependence between protein abundances and fT<sub>4</sub> levels were calculated using a Pearson correlation. Results: All subjects developed biochemical thyrotoxicosis, and this effect was reversed within the first 4 weeks of follow-up. None of the volunteers noticed any subjective symptoms. Levels of 10 proteins involved in the coagulation cascade specifically correlated with fT<sub>4</sub>, supporting an influence of thyroid hormone levels on blood coagulation even at nonpathological levels. Conclusions: The results suggest that experimental thyrotoxicosis exerts selective and specific thyroxine-induced effects on coagulation markers. Our study design allows assessment of thyroid hormone effects on plasma protein levels without secondary effects of other diseases or therapies.
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.
Die Heparin-induzierte Thrombozytopenie (HIT) ist eine seltene, aber lebens-bedrohliche unerwünschte Wirkung einer Therapie mit Heparin. Ausgelöst wird sie durch die Bildung von Antikörpern, die gegen Komplexe aus dem positiv geladenem Thrombozytenprotein Plättchenfaktor 4 (PF4) und negativ geladenem Heparin gerichtet sind und Thrombozyten aktivieren können, welches sich klinisch in einer schweren prothrombotischen Diathese bei gleichzeitiger Thrombozytopenie äußert. Bemerkenswert ist, dass im Widerspruch zur klassischen Immunantwort bei der HIT auch von Heparin-naiven Patienten binnen weniger Tage anti-PF4/Heparin-Antikörper der Immunglobulinklasse G gebildet werden, welche eigentlich eine sekundäre Immunantwort repräsentieren. Darüber hinaus ist bekannt, dass PF4 auch mit verschiedenen polyanionischen Nichtheparinen Komplexe bildet, die von anti-PF4/Heparin-Antikörpern erkannt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob Nukleinsäuren, die aufgrund ihres Reichtums an Phosphatgruppen ebenfalls stark negativ geladenen sind, mit PF4 Komplexe bilden, die von anti-PF4/Heparin-Antikörpern erkannt werden. Da eine Bildung antigener Komplexe mit PF4 für therapeutisch eingesetzte Nukleinsäuren von hoher praktischer Relevanz wäre, wurde außerdem die Interaktion von PF4 mit verschiedenen Aptameren untersucht. Dazu wurde die Interaktion zwischen PF4 und Nukleinsäuren in systematischen Bindungsstudien mit verschieden strukturierten Nukleinsäuren charakterisiert. Mittels Circulardichroismus-Spektroskopie wurde der Einfluss eines Modellaptamers auf die Sekundärstruktur von PF4 mit dem Einfluss von Heparin auf die PF4-Struktur verglichen. Die Kreuzreaktivität von anti-PF4/Heparin-Antikörpern gegen PF4/Nukleinsäure- bzw. PF4/Aptamer-Komplexe wurde mittels Immunassay und Thrombozytenfunktionstest untersucht. Schließlich wurde im Mausmodell die in-vivo-Immunogenität eines PF4/Aptamer-Komplexes überprüft. Es konnte gezeigt werden, dass Nukleinsäuren längen- und strukturabhängig mit PF4 interagieren. Die Neigung zur Komplexbildung mit PF4 stieg mit der Länge der Nukleinsäure und dem Anteil doppelsträngiger Abschnitte. PF4/Nukleinsäure-Komplexe wurden von anti-PF4/Heparin-Antikörpern erkannt und konnten in Gegenwart dieser Antikörper eine Thrombozytenaktivierung vermitteln. Mit PF4/Aptamer-Komplexen immunisierte Mäuse produzierten anti-PF4/Aptamer-Antikörper, welche gegen PF4/Heparin-Komplexe kreuzreagierten. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass insbesondere Aptamere mit hohem Anteil an doppelsträngigen Abschnitten mit PF4 Komplexe bilden können, die ein ähnliches Epitop exprimieren wie PF4/Heparin-Komplexe und damit ein potentielles Risiko für die Erzeugung HIT-ähnlicher prothrombotischer Komplikationen bergen. Nukleinsäuren könnten einen endogenden Interaktionspartner von PF4 darstellen und das höhere HIT-Risiko von Patienten nach großen orthopädischen Eingriffen oder schweren Infektionen erklären, welche mit höheren Plasmaspiegeln zellfreier Nukleinsäuren einhergehen. Darüber hinaus könnte die Interaktion von PF4 mit endogenen Nukleinsäuren eine Erklärung für die frühe Produktion von anti-PF4/Heparin-Antikörper der Immunglobulinklasse G liefern.
Für die Hemmung der plasmatischen Gerinnung kommen orale und parenterale Antikoagulantien in Betracht. Bei stationären Patienten spielt das parenteral verabreichte Heparin, vorkommend als höher- und niedermolekulares Heparin, die größte Rolle. Neben Blutungskomplikationen, kann Heparin auch die gefürchtete Nebenwirkung Heparin-induzierte Thrombozytopenie auslösen.
Aufgrund der Bildung von Immunkomplexen durch Bindung von Antikörpern an Komplexe aus PF4 und Heparin, kommt es zu einer Thrombozytenaggregation mit eventuell auftretenden Thromboembolien. Das Risiko für diese Entstehung erhöht sich mit steigender Kettenlänge des Heparins, mit einer zehnfach erhöhten Prävalenz bei UFH gegenüber LMWHs.
Das Protein PF4 ist ein tetrameres Protein aus der Familie der CXC-Chemokine und wird in den α-Granula der Thrombozyten gespeichert. Durch deren positive Ladung zeigt es eine hohe Affinität zu negativ geladenem Heparin, wodurch antigene Komplexe aufgrund der strukturellen Veränderung des PF4s formiert werden.
In dieser Arbeit wurde der Einfluss verschiedener Heparine mit aufsteigender Kettenlänge auf die Struktur von PF4 getestet und untersucht, inwieweit ein Polysaccharid mit einem bestimmten Sulfatierungsgrad in Kombination mit einem Standardheparin die Antigen/Antikörper-Interaktion von PF4/Heparin-Antikörper verändern kann.
Hierfür kamen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Hauptaugenmerk wurde auf den Zirkulardichroismus gelegt, mit deren Hilfe die Sekundärstruktur und Konformationsänderung von PF4 im Zusammenspiel mit den Heparinen und Polysacchariden untersucht werden kann. Für den Nachweis von antigenen PF4/Heparin-Komplexen wurde der Enzym-gekoppelte Immunologische Test ELISA und der Heparin-induzierte Plättchenakivierungstest (HIPA) angewendet.
Die durch die Standardheparine ausgelöste Änderung der Konfirmation von PF4 lässt sich durch die Zugabe des synthetisch hergestellten Polysaccharids 12mer-3, das 12 Sulfatgruppen hat, hemmen. Dies war nicht mit den anderen synthetischen 12mer-Polysacchariden möglich. Auch zeigte sich keine Interaktion von 12mer-3 auf die Wechselwirkung von PF4 mit 12mer-6, welche durch die geringere Anzahl an Sulfatgruppen des 12mer-3 zu interpretieren ist. Die Bindung von humanen anti-PF4/Heparin-Antikörpern wurde mit ELISA und dem Funktionstest HIPA untersucht. Hier wurden sieben menschliche Seren mit enthaltenen Anti-PF4/Heparin-IgG-Ak verwendet und nach Hinzugabe der synthetischen Polysaccharide die Ak-Bindung an den antigenen PF4/Heparin-Komplexen und die nachfolgende Thrombozytenaggregation getestet.
Das wichtigste Ergebnis dieser Arbeit ist, dass das Polysaccharid 12mer-3die Struktur von PF4 in PF4/Heparin-Komplexen verändert und dadurch die Bindung von PF4/Heparin-Antikörper reduziert. Durch eine gleichzeitige Gabe von Heparin zusammen mit dem Polysaccharid 12mer-3, könnte das Risiko der unerwünschten Arzneimittelwirkung Heparin-induzierte Thrombozytopenie reduziert werden.
Neben der klinischen Wichtigkeit des Ergebnisses, bietet die hier vorliegende Dissertation auch eine Reihe von Ansatzpunkten für weitere Projekte. Zu nennen wäre hier beispielsweise die Testung der Reaktionen von 12mer-3 in Wechselwirkung mit den Standardheparinen UFH, Reviparin und Enoxaparin und 12mer-3 in Kombination mit 12mer-6 im ELISA und im HIPA, um eine Kongruenz hinsichtlich der bereits durchgeführten CD-Messungen zu liefern. Auch wäre es in klinischen Studien interessant herauszufinden, ob die Expression des Antigens auf PF4/Heparin-Komplexe auch in vivo gehemmt werden könnte.
Weiterhin kann unser Ansatz zur Synthese von sichereren Wirkstoffen führen, die an PF4 binden.
Platelet adhesion and spreading at the sites of vascular injury is vital to hemostasis. As an integral part of the innate immune system, platelets interact with opsonized bacterial pathogens through FcγRIIA and contribute to host defense. As mechanoscavangers, platelets actively migrate and capture bacteria via cytoskeleton-rich, dynamic structures, such as filopodia and lamellipodia. However, the role of human platelet FcγRIIA in cytoskeleton-dependent interaction with opsonized bacteria is not well understood. To decipher this, we used a reductionist approach with well-defined micropatterns functionalized with immunoglobulins mimicking immune complexes at planar interfaces and bacteriamimetic microbeads. By specifically blocking of FcγRIIA and selective disruption of the platelet cytoskeleton, we show that both functional FcγRIIA and cytoskeleton are necessary for human platelet adhesion and haptotaxis. The direct link between FcγRIIA and the cytoskeleton is further explored by single-particle tracking. We then demonstrate the relevance of cytoskeleton-dependent differential mobilities of FcγRIIA on bacteria opsonized with the chemokine platelet factor 4 (PF4) and patient-derived anti-PF4/polyanion IgG. Our data suggest that efficient capture of opsonized bacteria during host-defense is governed by mobility dynamics of FcγRIIA on filopodia and lamellipodia, and the cytoskeleton plays an essential role in platelet morphodynamics at biological interfaces that display immune complexes.