Кровь человека состоит из жидкой части, плазмы крови, и клеток крови, большая часть которых – эритроциты. Эритроциты – это клетки, которые доставляют кислород к тканям организма. В крупных артериях и венах (при низких напряжениях сдвига) эритроциты обратимо и спонтанно взаимодействуют друг с другом, образуя линейные или более сложные структуры, называемые агрегатами эритроцитов; процесс образования данных структур называется агрегацией эритроцитов. Агрегация эритроцитов существенным образом влияет на микроциркуляцию крови и на здоровье человека в целом [1,2]. Механизмы агрегации эритроцитов до сих пор остаются неясными и противоречивыми [1]. Известно, что агрегация эритроцитов может происходить только в растворе, содержащим макромолекулы с большой молекулярной массой (более 70 кДа). С середины прошлого века сосуществуют две основные гипотезы механизмов агрегации эритроцитов: теория "обедненного слоя" и модель "мостиков" [1]. Согласно теории "обедненного слоя", эритроциты взаимодействуют друг с другом под действием осмотических сил, возникающих в растворе макромолекул (например, белков или синтетических макромолекул), окружающих клетки. В "мостиковой" модели взаимодействие эритроцитов описывается силами со стороны адсорбировавшихся макромолекул на поверхности мембран эритроцитов. По сей день существуют веские аргументы в пользу обеих моделей, и есть основания считать, что оба механизма влияют на агрегацию эритроцитов [3].



Агрегационные свойства крови могут изменяться под влиянием многих клеточных факторов (патологические свойства клеток, старение эритроцитов, деформируемость эритроцитов и т.д.) и факторов среды (изменение состава плазмы крови, изменение температуры крови, осмолярности среды и т.д.) [1]. На сегодняшний день влияние этих факторов на агрегацию эритроцитов до конца не изучено. В данной работе продемонстрировано влияние различных эндогенных и экзогенных факторов с помощью лазерных методов, таких как лазерная агрегометрия и лазерный пинцет [4].



Показано, что агрегация эритроцитов сильно зависит от белков плазмы крови, таких как фибриноген и гамма-глобулин. Более того, проагрегантный эффект носит синергетический характер. Интересно отметить, что влияние гамма-глобулина на агрегацию эритроцитов практически незначительно в диапазоне концентраций нормы. Было показано, что влияние с-реактивного белка в различных концентрациях незначительно. Также было изучено влияние старения эритроцитов на их агрегационные свойствам. Согласно результатам [5], можно сделать вывод, что чем больше возраст взаимодействующих эритроцитов, тем сильнее они взаимодействуют. Кроме того, были исследованы другие факторы агрегации эритроцитов. Эти результаты важны для полного понимания механизмов агрегации эритроцитов.



Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (грант № 22-15-00120) в соответствии с программой развития Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ имени М.В. Ломоносова "Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина".



[1] Baskurt O., Neu B., and Meiselman H. “Red Blood Cell Aggregation”, CRC Press, Boca Raton, United States (2012).

[2] Yaroslavsky A.N., Yaroslavsky I.V., “Optics of blood. In Handbook of Optical Biomedical Diagnostics”, 2nd ed.; Tuchin, V.V., Ed.; SPIE PRESS: Bellingham, WA, USA, Volume 1, pp. 161–220 (2016).

[3] Fantoni R., Giacometti A., Santos A., “Bridging and depletion mechanisms in colloid-colloid effective interaction: A reentrant phase diagram”. J. Chem. Phys., 142, 224905 (2015).

[4] 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).

[5] Ermolinskiy P., Lugovtsov A., Yaya F., Lee K., Kaestner L., Wagner C., and Priezzhev A., “Effect of Red Blood Cell Aging In Vivo on Their Aggregation Properties In Vitro: Measurements with Laser Tweezers”, Applied Sciences 10(21) (2020).

Human blood consists of liquid blood plasma and blood cells, most of which are red blood cells (RBCs). RBCs are cells that deliver oxygen to body tissues. In large arteries and veins (low shear stress forces), RBCs can reversibly interact with each other producing linear or more complex structures called RBCs aggregates. This interaction is called RBCs aggregation process. It strongly influences the microcirculation of blood and impacts human health in general [1,2]. The mechanisms of RBC aggregation are still unclear and contradictory [1]. It is well known that RBC aggregation can occur only in the solution containing macromolecules with a large molecular weight (usually over 70 kDa). Since the middle of last century, two main hypotheses of RBC aggregation mechanism have been coexisting: the “depletion” theory and the “bridging” model [1]. In the “depletion” theory, RBCs interact due to the osmotic forces that arise in the solution of macromolecules (e.g., proteins or synthetic macromolecules) surrounding the cells. In the “bridging” model, the RBCs interaction is described by the forces of adsorbed macromolecules at the surface of RBCs membranes and producing the “bridges” between RBCs membranes. To this day, there are strong arguments in favor of both models and there are some assumptions that both mechanisms influence the RBC aggregation [3].



Aggregation properties of blood can change due to many cell factors (pathological cell properties, RBC aging, RBC deformability, etc.) and medium factors (alterations of blood plasma composition, changes in blood temperature, osmolarity of medium, etc.) [1]. To date, the influences of these factors on RBC aggregation are not fully understood. In this work, the effects of different endogenous and exogenous factors are demonstrated using laser techniques, such as laser aggregometry and laser tweezers [4].



It is shown that RBC aggregation is strongly dependent of blood plasma proteins, such as fibrinogen and gamma-globulin. Moreover, the proaggregant effect is synergetic. Interestingly, the influence of gamma-globulin on RBC aggregation is almost insignificant in the normal concentration range. The effect of c-reactive protein at different concentrations has been shown to be negligible. Also, the effect of RBC aging was studied. Based on the results [5], the more the age of interacting RBCs, the stronger they interact. Additionally, other RBC aggregation factors were investigated. These results are important for a complete understanding of RBC aggregation mechanisms.



This work was supported by the Russian Science Foundation (Grant No. 22-15-00120) 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] Baskurt O., Neu B., and Meiselman H. “Red Blood Cell Aggregation”, CRC Press, Boca Raton, United States (2012).

[2] Yaroslavsky A.N., Yaroslavsky I.V., “Optics of blood. In Handbook of Optical Biomedical Diagnostics”, 2nd ed.; Tuchin, V.V., Ed.; SPIE PRESS: Bellingham, WA, USA, Volume 1, pp. 161–220 (2016).

[3] Fantoni R., Giacometti A., Santos A., “Bridging and depletion mechanisms in colloid-colloid effective interaction: A reentrant phase diagram”. J. Chem. Phys., 142, 224905 (2015).

[4] 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).

[5] Ermolinskiy P., Lugovtsov A., Yaya F., Lee K., Kaestner L., Wagner C., and Priezzhev A., “Effect of Red Blood Cell Aging In Vivo on Their Aggregation Properties In Vitro: Measurements with Laser Tweezers”, Applied Sciences 10(21) (2020).