Микрореология крови обусловлена свойствами плазмы крови и взаимодействием между клетками крови, среди которых можно выделить агрегацию эритроцитов, взаимодействие между клетками крови и эндотелием и др. [1]. Эндотелиальные клетки выступают в качестве изолирующего слоя между кровью и тканями и играют важную роль в потоке крови, регулируя кровеносные сосуды, капилляры, и также влияя на свойства клеток крови. В данной работе изучалось только взаимодействие между эндотелием и эритроцитами. Известно, что эритроциты обратимо взаимодействуют друг с другом под действием низкого напряжения сдвига, образуя линейные и более сложные структуры, которые называются эритроцитарными агрегатами. Степень агрегации эритроцитов определяет вязкость крови. Фибриноген – это основной индуктор агрегации эритроцитов (также данный белок играет одну из основных ролей в процессе тромбообразования), по-видимому, должен влиять на взаимодействие между эритроцитами и эндотелием.



Основная цель данного исследования заключалась в изучении взаимодействия здорового эндотелия и эритроцитов здоровых добровольцев при различных концентрациях фибриногена на уровне отдельных клеток in vitro. Для экспериментов использовалась установка лазерного пинцета, позволяющая манипулировать отдельными клетками без механического контакта, а также измерять силы их взаимодействия [2].



Кровь для исследования была взята из кубитальных вен здоровых доноров. Эндотелиальные клетки выращивались на круглых стеклышках, и образовывали монослой клеток [3]. Перед измерениями и перед каждым измерением их помещали в эксикатор (среда CO2), помещенным в термостат при 37°C. Образец крови представлял собой аутологичную сыворотку, в которую добавлялся фибриноген до достижения определенных концентраций, и далее добавлялось небольшое количество крови (1:1000). Были исследованы следующие концентрации фибриногена в сыворотке: 0, 2, 4, 6, 8 мг/мл. Образец крови помещался в изолированную от воздуха кювету, в которой находилось стеклышко с монослоем эндотелия и измерялись силы взаимодействия между клетками.



В результате было показано, что сила взаимодействия между эритроцитами и эндотелием приходит к насыщению при концентрации фибриногена 4 мг/мл. Силы взаимодействия между эритроцитами и эндотелием в здоровых условиях составляют около 4 пН, что сопоставимо с силами взаимодействия между эритроцитами. Эти результаты важны для лучшего понимания взаимодействия между эритроцитами и эндотелием.



Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (грант № 23-45-00027) в соответствии с программой развития Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ имени М.В. Ломоносова "Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина".



[1] Furst E.M., Squires T.M. “Microrheology” Oxford University Press, United Kingdome (2017).

[2] Priezzhev A.V., Lee K., Firsov N.N., and Lademann J. “Optical Study of RBC Aggregation in Whole Blood Samples and on Single-Cell Level,” Chapter 1 in “Handbook on Optical Biomedical Diagnostics”, V. V. Tuchin – editor, 2nd Edition, SPIE Press Bellingham, WA, United States (2016).

[3] Щегловитова О. Н., Бабаянц А. А., Склянкина Н. Н., Болдырева Н. В., Беляев Д. Л., и Фролова И. С., “Первичная культура клеток сосудистого эндотелия человека проявляет интерферонпродуцирующую, антивирусную и иммуномодулирующую активность под воздействием иммуномодуляторов”. Иммунология, 33 (3), 116-119 (2012).

Blood microrheology is conditioned by the properties of blood plasma and the interaction between blood cells, i.e., red blood cell (RBC) aggregation, interaction between blood cells and endothelium, etc. [1]. Endothelial cells play a major role in the blood flux regulating blood vessels and capillaries. Moreover, these cells act as the insulating layer between blood and tissues, and they impact the properties of blood cells. In this work, only the interaction between endothelium and RBCs was considered. It is well known that RBCs can reversibly interact with each other under low shear stress forces producing coin-shaped structures. These structures are called RBC aggregates and the degree of RBC aggregation determine the viscosity of blood. Fibrinogen is the main inducer of RBC aggregation, as well as platelets aggregation, may somehow influence the interaction between RBC and endothelium.



The main objective of this study was to explore at single cell level the interaction of healthy endothelium and RBC of healthy volunteers under different concentrations of fibrinogen in vitro. Laser tweezers were used for experiments to manipulate single cells without mechanical contact, as well as to measure the interaction forces [2].



Blood for the study was drawn from the cubital veins of healthy donors. Endothelial cells were forming a monolayer of cells grown on a round glass plates [3]. They were conserved in a desiccator (CO2 environment) placed in a preheated thermostat at 37°C before each measurement. The blood sample consisted of autologous serum, different fibrinogen concentrations and a small amount of blood (1:1000). The following concentrations of fibrinogen in serum were applied: 0, 2, 4, 6, 8 mg/ml. The blood sample was placed into the air isolated cuvette with endothelium monolayer and the forces of interactions were measured.



As the result, it was shown that the interaction force between RBC and endothelium leads to the saturation for the fibrinogen concentration of 4 mg/ml. The interaction forces between RBC and endothelium at healthy conditions are about 4 pN which is comparable with the interaction forces between RBCs. These results are important for better understanding of RBC and endothelium interaction.



This work was supported by the Russian Science Foundation (Grant No. 23-45-00027) and performed according to the Development program of the Interdisciplinary Scientific and Educational School of Lomonosov Moscow State University «Photonic and Quantum Technologies. Digital medicine».



[1] Furst E.M., Squires T.M. “Microrheology” Oxford University Press, United Kingdom (2017).

[2] Priezzhev A.V., Lee K., Firsov N.N., and Lademann J. “Optical Study of RBC Aggregation in Whole Blood Samples and on Single-Cell Level,” Chapter 1 in “Handbook on Optical Biomedical Diagnostics”, V. V. Tuchin – editor, 2nd Edition, SPIE Press Bellingham, WA, United States (2016).

[3] Shcheglovitova O.N., Babayants A.A., Sklyankina N. N., Boldyreva N. V., Belyaev D. L., and Frolova I. S. "Primary culture of human vascular endothelial cells exhibits interferon-producing, antiviral and immunomodulatory activity under the influence of immunomodulators". Immunology, 33 (3), 116-119 (2012) (in Russian).