Modeling the flow behavior of blood cells and von Willebrand factor in primary hemostasis

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard Gompper
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 172540668

Das Ziel des Projekts ist es, die primäre Hämestase einschließlich des komplizierten Zusammenspiels von VWF, Blutplättchen und anderen Blutzellen im Fluss besser zu verstehen. Die Bildung eines anfänglichen Blut-Gerinnsels wird durch verschiedene Bedingungen der Blutströmung - wie der Strömungsgeschwindigkeit, dem Hämatokrit (Volumenanteil der roten Blutkörperchen) und der Aggregation von roten Blutkörperchen (RBCs) - beeinflusst. Darüber hinaus spielt die Verteilung des VWF und der Blutplättchen innerhalb des Gefäßquerschnittes eine wichtige Rolle, da sich sowohl der VWF und als auch die Blutplättchen in direkter Nähe zu einer Gefäßwand befinden müssen, Um an dieser zu haften. Die Migration zur Gefäßwand (oder Margination) des VWF und der Blutplättchen im Blutfluss wird durch RBCs verursacht und wurde in der vorherigen Förderperiode untersucht. Unter Verwendung des entwickelten Modells für das Strömungsverhalten von Blutzellen und der bisherigen Ergebnisse zur Margination des VWF und der Blutplättchen, werden wir zunächst die Adhäsion von Blutplättchen und VWF im Blutfluss an eine Wand untersuchen, an der wir eine Wunde nachahmen. Darüber hinaus wird die Adhäsion von Blutplättchen an VWF, der an der Wand gebunden ist, untersucht, wobei die Adhäsion zu einer weiteren Streckung des VWF und Bindung der Blutplättchen führt. Im zweiten Schritt wird die spontane Bindung von entfaltetem VWF an frei fließende Blutplättchen untersucht, was zu einer Bildung von Aggregaten, die Blutgerinnseln ähneln, führen kann. Insbesondere soll die Abhängigkeit der Aggregatbildung von der adhäsiven Wechselwirkung, den Eigenschaften des VWF und den Fließeigenschaften untersucht werden, wobei die unterschiedlichen adhäsiven Wechselwirkungen bestimmten Mutationen des VWF entsprechen, die mit der von-WilIebrand-Krankheit assoziiert werden. Als letzten Schritt werden wir die Bildung eines anfänglichen Blutgerinnsels an einer Gefäßwand untersuchen, das aus einem Netzwerk aus VWF und Blutplättchen besteht und einen bei der der primären Hämestase entstehenden Blutpfropfen nachahmt. Die Blutgerinnung wird unter Verwendung einer Mischung aus den drei Komponenten VWF, Blutplättchen und RBCs für unterschiedliche Strömungsbedingungen untersucht. Unsere Untersuchungen werden auf einem mesciskopischen hydrodynamischen Simulationsverfahren (smoothed dissipative particles dynamics) basieren, das bereits erfolgreich zum Modellieren von Blutfluss und von dem Verhalten deformierbarer Objekte (z. B. Polymere, VWF) im Fluss verwendet wurde. Wir werden eng mit anderen experimentellen und theoretischen Projekten des Programms interagieren und erwarten, dass unsere Simulationen zu einem deutlich besseren Verständnis der experimentellen Ergebnisse führen und zum Verständnis der biologischen und physikalischen Mechanismen in der primären Hämestase beitragen werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1543: Shear flow regulation of hemostasis - Bridging the gap between nanomechanics and clinical presentation
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Dmitry Fedosov, Ph.D.