Unter normalen, gesunden Kreislauf-Bedingungen, die den von-Willebrand-Faktor (vWF) hält sich selbst. Die große und geheimnisvolle multimeres Glykoprotein, das bewegt sich durch die Blut -, Ballen bis fest, seine Reaktion Seiten unbehelligt bleiben. Aber wenn erhebliche Blutungen auftreten, es Frühlinge in die Handlung, die Einleitung der Blutgerinnung Prozess.
Wenn es richtig funktioniert, vWF hilft Blutungen stoppen und rettet Leben. Jedoch, etwa ein bis zwei Prozent der Weltbevölkerung ist betroffen von vWF-Mutationen, die im Ergebnis zu Blutungsstörungen. Für Patienten mit seltenen, schweren Formen, die eine sehr teure Behandlung in form von Blutplasma-Ersatz kann erforderlich sein.
Auf der anderen Seite, wenn vWF aktiviert, wo es nicht notwendig ist, kann es auslösen, ein Schlaganfall oder Herzinfarkt.
Ein besseres Verständnis, wie vWF-Funktionen führen könnten, die Drogen, um es zu ersetzen diejenigen, die es fehlt. Es könnte auch dazu führen, dass die Entwicklung neuer Medikamente oder Medikament-Träger, die mimik der protein-Verhalten für effizientere drug delivery.
Mit dem im Verstand, ein team von der Lehigh University Forscher arbeitet, charakterisieren dieses geheimnisvolle protein. In einer aktuellen Veröffentlichung im“ Biophysical Journal, Sie Voraus die experimentellen Daten für die scher-induzierte extensionalen Antwort von vWF, mit einem mikrofluidischen Gerät und Fluoreszenz-Mikroskopie. Weiter, verwenden Sie die Ergebnisse aus der tandem-Brownsche-Dynamik-Simulationen der experimentell parametrisiert grobkörnigen VWF-Modell zu erklären helfen, einige Ihrer zentralen Beobachtungen aus dem experiment. Diese Arbeit versucht, weitere details zu der Fluss-induzierten biomechanische Antwort-Verhalten der tethered VWF und demonstriert die macht und die Fähigkeiten von zunehmend komplexen coarse-grained-Modelle eingesetzt, die im tandem mit dem experiment.
Das Papier, genannt „Shear-Induced Extensionalen Antwort-Verhalten der Gefesselte von-Willebrand-Faktor“, ist verfasst von Xuanhong Cheng, associate professor of materials science and engineering; Alparslan Oztekin, professor für mechanische Verfahrenstechnik und mechanik; Edmund Webb III , associate professor für mechanische Verfahrenstechnik und mechanik; und Frank Zhang, associate professor für Bioingenieurwesen und Maschinenbau und mechanik; sowie Doktoranden Michael Morabito und Yi Wang.
vWF bei der Arbeit
An der Stelle einer kleinen Wunde, die Blutplättchen an Kollagen-exponierten Standorten in der Nähe des Loch in der Gefäßwand auf Ihre eigenen und als ein plug, effektiv zu stoppen die Blutung. Schnelle Durchblutung, macht es jedoch schwieriger für Thrombozyten, dies zu tun. Zum Glück, den von-Willebrand-Faktor erkennt diese schnelle Durchblutung an und aktiviert: „Es ist ein Fluss-mechanik-activated-Ereignis, wenn man so will“, erklärt Webb.
Das globuläre Molekül entfaltet sich wie ein Slinky, Dehnung bis 10-fache seiner ursprünglichen Größe und entblößt seine Reaktion Websites. Es klammert sich an die defekte Gefäßwand, wo freiliegende Kollagen—Strukturprotein des Blutgefäß-Wand—zieht Thrombozyten. vWF dann fängt die Thrombozyten aus dem Blut, wie Sie durch die Strömung, die wie eine Brücke zwischen Kollagen und den Thrombozyten.
Obwohl die biologische Funktion des vWF ist schon seit langem von Wissenschaftlern, ist nicht viel bekannt über die Besonderheiten, wie vWF-Funktionen, insbesondere unter flow-Bedingungen.
„Die meisten Proteine im Blut Funktionen ausgeführt werden, die durch biochemische Reaktionen,“ sagt Cheng. „Dieses protein [vWF] erfordert auch einige biochemische Reaktion, die für seine Funktion, so muss es sich an Thrombozyten, greifen auf Kollagen—das sind die biochemischen Reaktionen. Zur gleichen Zeit, vWF beruht auf einer mechanischen stimulation zur Ausführung der biochemischen Funktion, und das Teil ist nicht sehr bekannt. Das ist es, was wir versuchen, um zu studieren.“
Fügt Webb: „Einige Daten aus unserer Gruppe, aber auch von anderen Gruppen zeigt, dass die biochemischen Reaktionen sind irgendwie aufgehetzt, indem es eine Art Spannung, eine Kraft zieht. So auch die biochemischen Reaktionen scheinen etwas mechanisch vermittelt. Wieder war es verständlich, dass es diesen Wechsel von einer kompakten, fast kugelförmige Gestalt an, wenn man so will, auf diese lange, fadenartige Ding. Aber vor kurzem haben Leute, die angibt, es ist nicht nur das. Für diese Chemie-Standort aktiv zu sein, müssen Sie ziehen Sie es aus, Sie werden in ein bisschen Spannung, lokal. Es ist also ein wirklich faszinierendes system.“
Entwirren A2
Der von-Willebrand-Faktor ist ein besonders großes protein, das aus vielen Monomeren, oder Moleküle, die verklebt werden können, um weitere, identische Moleküle bilden ein polymer. Innerhalb der einzelnen Monomere des vWF werden verschiedene Bereiche: A, C und D. Jede Domäne und jeder seiner jeweiligen subdomains hat seine eigene Rolle, und viele dieser Rollen sind noch unbekannt. Die A1-Domäne, zum Beispiel bindet der vWF an die Thrombozyten. A3 bindet vWF an Kollagen. Der A2-Domäne entfaltet sich zu entlarven protein-Reaktion, – Seiten, – und, wenn vollständig geöffnet ist, setzt Sie eine Website, die erlaubt die Spaltung von vWF-Molekül nach unten, um die Größe. Die Mitglieder des Teams haben sich auf der A2-Domäne, insbesondere.
„Das Verständnis, dass Domäne und deren Interaktion mit der Strömung, denke ich, der beste Beitrag aus unserer Gruppe,“ sagt Oztekin.
Jedes Mitglied des Teams spielt dabei eine Besondere Rolle. Cheng, Zhang und Ihre Doktoranden arbeiten auf die experimentelle Seite des Projekts; Oztekin, Webb und die Studenten konzentrieren sich auf simulation. Jedes team die Ergebnisse informieren, die Arbeit der anderen.
Zhang, der hat studiert vWF für Jahre und brachte das Projekt zu Lehigh, ist spezialisiert auf einzelmolekül-Kraft-Spektroskopie und mechanosensing, oder, wie die Zellen reagieren auf mechanische Reize. Er verwendet ein spezielles tool, genannt optische Pinzette, die verwendet einen fokussierten Laserstrahl, um Kraft auf die Objekte, die so klein wie ein einzelnes atom.
„Optische Pinzette greifen kann winzige Objekte“, erklärt Zhang. „Wir greifen kann, die vWF und zur gleichen Zeit, dass wir Gewalt anwenden, um zu sehen, wie das protein seine Form ändert, um zu sehen, wie die Proteine werden aktiviert, wenn es eine mechanische Störung oder eine mechanische Kraft.“
Cheng entwickelt mikrofluidische Geräte, die haben einen kleinen Durchmesser und kann verwendet werden, zu analysieren live-bioparticles. Sie und Ihr team machen eine sehr kleine Kanäle, die ähnlich wie die geometrie der Gefäße—in der Größenordnung von 10 Mikrometer in der Höhe ein paar Millimeter in der Länge und Breite—so können Sie imitieren den Fluss der Bedingung, daß vWF Begegnungen in den Körper. Kennzeichnen Sie die vWF-Molekül fluorescently und die Verwendung eines konfokalen Mikroskops für die Aufnahme von Videos und Standbilder des Moleküls, wie es fließt durch den Kanal zu unterschiedlichen Preisen.
„Wenn wir reden über dieses protein unter normalen Fluss, es ist eine Konformation, und dann, wenn es ausgesetzt wird, um bestimmte abnorme strömungsmuster, haben Sie einen anderen Körperbau,“ Cheng erklärt. „So versuchen wir, zu charakterisieren oder zu replizieren, dass der Prozess in einer in-vitro-system, und versuchen, zu beobachten, wie dieses protein änderungen der Konformation unter verschiedenen flow patterns. Und dann, wenn wir Mutanten haben gegenüber normalen protein -, wie würden Sie sich anders Verhalten?“
Doktorandin Yi Wang arbeitet mit Cheng auf dem Mikrofluidik-Kanal, in dem Sie beobachten können vWF-Molekül zu entwirren und zurückklappen wieder in Echtzeit unter dem Mikroskop. Dies zu tun, müssen Sie ein Umfeld schaffen, das imitiert die scherrate, oder eine änderung in der Blut-Strömungsgeschwindigkeit im Körper gefunden.
„Denn wir sind mit einem ziemlich high-shear-rate, die vergleichbar mit der physiologischen Umgebung, und wegen der begrenzten Geschwindigkeit von einem Mikroskop-Objektiv, dass die Bilder das-Molekül, es ist eigentlich ziemlich schwierig zu erfassen die Bewegung eines Moleküls, wenn es sich bewegt,“ sagt Wang.
Um dieses problem zu lösen, das team bindet einen Seite des Moleküls an die Oberfläche des Kanals, um es zu fixieren, wie Sie Scherkraft. Sie haben erfolgreich erfasst die Entfaltung Phänomen auf video.