En ny teknik som gör blodproppar optiskt tydliga gör att forskare kan använda kraftfulla optiska mikroskopitekniker för att studera 3D-strukturen för farliga blodproppar för första gången. Även om blodproppar slutar blöda efter skada, blodproppar som blockerar blodflödet kan orsaka stroke och hjärtinfarkt.

Det nya tillvägagångssättet kan göra det möjligt att använda avancerade ljusmikroskopitekniker som konfokalmikroskopi för att korrelera kliniska symptom med 3D-strukturen av blodproppar från patienter. Det är vanligt att kardiologer tar bort blodproppar som blockerar artärerna hos personer som har drabbats av hjärtinfarkt eller stroke.

"Vi kan eventuellt analysera koagulationsstrukturen från en patient och försöka förstå varför det blev ett sådant problem, "sade John W. Weisel från University of Pennsylvania, Medicinsk skola. "En mer detaljerad förståelse av olika koagelstrukturer kan avslöja varför delar av vissa blodproppar kan brytas av, vilket leder till potentiella dödliga komplikationer. Så småningom, denna kunskap kan leda till bättre behandlingar eller sätt att förhindra att blodproppar orsakar skada. "

I tidskriften The Optical Society (OSA) Biomedicinsk optik Express , en samarbetsgrupp från Weisels laboratorium och labbet av Mark Alber vid University of California, Riverside, och Jeremiah Zartman från University of Notre Dame rapporterar om en optisk rensningsmetod som tillåter mikroskopisk avbildning upp till 1 millimeter i en koagel, en betydande förbättring jämfört med de cirka 0,02 millimeter som är möjlig utan att använda optisk clearing. De testade det nya tillvägagångssättet på blodproppar som var cirka 5 millimeter i diameter och 1 millimeter tjocka som bildades utanför kroppen med hjälp av mus- och mänskligt blod.

"Den järninnehållande molekylhem som finns i röda blodkroppar gör blodproppar mycket svåra att avbilda optiskt, "sa Zartman." Vår metod, kallas cClot, är effektiv för att ta bort hemmen och göra hela koagulatet klart utan att ändra dess 3D-struktur. "

Att se genom tjock vävnad

Tjock vävnad är svår att avbilda med optiska tekniker eftersom den absorberar eller sprider ljus. För tekniker som använder fluorescerande sonder för att märka celler och vävnad, detta innebär att laserljuset som behövs för att excitera fluorescensen inte kan nå djupt inuti vävnaden och fluorescens absorberas innan den når kameran. Även om optiska rensningsmedel kan avlägsna ljusspridande molekyler från vävnad, befintliga agenter är inte optimerade för att ta bort hem och fungerar inte för täta, tätt packade strukturer som bildar blodproppar.

För att utveckla den nya optiska rensningstekniken, forskarna ändrade sammansättningen av ett optiskt clearingmedel som kallas CUBIC. Efter mycket försök och fel, de skapade ett clearingmedel som inte förändrade formen på en blodpropps röda blodkroppar och var tillräckligt effektiv för att göra en blodpropp klar på mindre än ett dygn. Forskarna testade också olika fluorescerande sonder för att identifiera sådana som kan tränga in i en blodpropp.

Forskarna undersökte blodproppar som smittade, som hjälper till att bilda en tät tätning som stoppar blödning. "Med hjälp av den optiska rensningstekniken, vi kunde titta inuti blodproppen och undersöka strukturen, "sa Weisel." Vi fann att under sammandragning, de röda blodkropparna ändras från sin normala bikonkaform till polyhedral och är mycket tätt packade mot varandra, men ändras faktiskt inte i volym. Detta är något vi inte visste tidigare och som vi nu kan studera mer i detalj. "

Metoder med hög genomströmning

Forskarna letar nu efter sätt att uppnå snabbare optisk rensning och bildanalys. Detta kan göra det möjligt att använda den nya optiska rensningstekniken med metoder med hög genomströmning som undersöker effekterna av hundratals olika läkemedel på koagulationsprocessen eller koagulering, till exempel. Den optiska rensningstekniken skulle göra det möjligt att snabbt avbilda en serie blodproppar före och efter behandlingen.

Forskarna arbetar också med att testa metoden med blodproppar borttagna från patienter. De vill samla in information som kan användas för att skapa beräkningsmodeller av strukturen och egenskaper som en dag kan användas för att förutsäga risker förknippade med vissa typer av blodproppar, till exempel.

"Vi vet inte vilka typer av ultrastrukturella signaturer som kan identifieras i 3D-exemplar, "sa Zartman." Det är ett område som inte har utforskats, och vår optiska rensningsmetod kan göra det möjligt att studera många olika typer av tredimensionella strukturer för att se om det finns något som ger ny eller annan information än nuvarande diagnostiska tekniker. "