Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Terobosan dalam Fisika Pembekuan Darah

Serangan jantung dan stroke -- penyebab utama kematian pada manusia -- pada dasarnya adalah penggumpalan darah di jantung dan otak. Pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana proses pembekuan darah bekerja dan bagaimana mempercepat atau memperlambat pembekuan, tergantung pada kebutuhan medis, dapat menyelamatkan nyawa.

Penelitian baru oleh Institut Teknologi Georgia dan Universitas Emory yang diterbitkan dalam jurnal Biomaterials menyoroti mekanika dan fisika pembekuan darah melalui pemodelan dinamika yang terjadi selama fase pembekuan darah yang masih kurang dipahami yang disebut kontraksi bekuan.

IMAGES
Gambar: assets.pikiran-rakyat.com

“Pembekuan darah sebenarnya adalah fenomena berbasis fisika yang harus terjadi untuk membendung pendarahan setelah cedera,” kata Wilbur A. Lam, Ketua Penelitian W. Paul Bowers di Departemen Pediatri dan Departemen Teknik Biomedis Wallace H. Coulter di Georgia Teknologi dan Emory. "Biologinya diketahui. Biokimianya diketahui. Tapi bagaimana ini akhirnya diterjemahkan ke dalam fisika adalah area yang belum dimanfaatkan."

Dan itulah masalahnya, kata Lam dan rekan-rekan penelitiannya, karena pembekuan darah pada akhirnya adalah tentang "seberapa baik segel yang dapat dibuat tubuh pada pembuluh darah yang rusak ini untuk menghentikan pendarahan, atau ketika ini salah, bagaimana tubuh secara tidak sengaja membuat gumpalan. di pembuluh jantung kita atau di otak kita?"

Cara Kerja Pembekuan Darah

Alat bantu untuk menghentikan pendarahan adalah trombosit -- sel kecil berukuran 2 mikrometer dalam darah yang bertugas membuat sumbat awal. Gumpalan yang terbentuk disebut fibrin, yang bertindak sebagai perancah lem tempat trombosit menempel dan menariknya. Kontraksi bekuan darah muncul ketika trombosit ini berinteraksi dengan perancah fibrin. Untuk mendemonstrasikan kontraksi, para peneliti menyematkan cetakan 3 milimeter dengan jutaan trombosit dan fibrin untuk menciptakan versi sederhana dari bekuan darah.

"Apa yang kita tidak tahu adalah, 'Bagaimana cara kerjanya?' 'Berapa waktunya sehingga semua sel ini bekerja bersama -- apakah mereka semua menarik pada waktu yang sama?' Itu adalah pertanyaan mendasar yang kami kerjakan bersama untuk dijawab," kata Lam.

Laboratorium Lam berkolaborasi dengan kelompok Pemodelan dan Simulasi Cairan Kompleks Georgia Tech yang dipimpin oleh Alexander Alexeev, profesor dan Rekan Fakultas Anderer di Sekolah Teknik Mesin George W. Woodruff, untuk membuat model komputasi dari gumpalan yang berkontraksi. Model ini menggabungkan serat fibrin yang membentuk jaringan tiga dimensi dan trombosit terdistribusi yang dapat memperpanjang filopodia, atau struktur seperti tentakel yang memanjang dari sel sehingga mereka dapat menempel pada permukaan tertentu, untuk menarik serat di dekatnya.

Model Menunjukkan Trombosit Secara Dramatis Mengurangi Volume Gumpalan

Ketika para peneliti mensimulasikan gumpalan di mana sekelompok besar trombosit diaktifkan pada saat yang sama, sel-sel kecil hanya bisa mencapai fibrin di dekatnya karena trombosit dapat memperpanjang filopodia yang agak pendek, kurang dari 6 mikrometer. "Tapi dalam trauma, beberapa trombosit berkontraksi lebih dulu. Mereka mengecilkan bekuan darah sehingga trombosit lain akan melihat lebih banyak fibrin di dekatnya, dan itu secara efektif meningkatkan kekuatan bekuan," Alexeev menjelaskan. Karena aktivitas trombosit asinkron, peningkatan kekuatan bisa setinggi 70%, menyebabkan penurunan 90% dari volume bekuan.

"Simulasi menunjukkan bahwa trombosit bekerja paling baik ketika mereka tidak sinkron total satu sama lain," kata Lam. "Trombosit ini sebenarnya menarik pada waktu yang berbeda dan dengan melakukan itu mereka meningkatkan efisiensi (gumpalan)."

Fenomena ini, yang dijuluki oleh tim amplifikasi mekanis asinkron, paling menonjol "ketika kita memiliki konsentrasi trombosit yang tepat sesuai dengan pasien yang sehat," kata Alexeev.

Penelitian Dapat Menghasilkan Cara yang Lebih Baik untuk Mengobati Masalah Pembekuan dan Pendarahan

Temuan ini dapat membuka pilihan medis untuk orang dengan masalah pembekuan darah, kata Lam, yang merawat pasien muda dengan kelainan darah sebagai ahli hematologi pediatrik di Pusat Kanker dan Gangguan Darah Aflac di Children's Healthcare of Atlanta.

"Jika kita tahu mengapa ini terjadi, maka kita memiliki jalan pengobatan potensial yang sama sekali baru untuk penyakit pembekuan darah," katanya, menekankan bahwa serangan jantung dan stroke terjadi ketika proses biofisik ini salah.

Lam menjelaskan bahwa menyempurnakan proses kontraksi untuk membuatnya lebih cepat atau lebih kuat dapat membantu pasien yang mengalami pendarahan akibat kecelakaan mobil atau, dalam kasus serangan jantung, membuat pembekuan kurang intens dan memperlambatnya.

"Memahami fisika kontraksi gumpalan ini berpotensi mengarah pada cara baru untuk mengobati masalah pendarahan dan masalah pembekuan."

Alexeev menambahkan bahwa penelitian mereka juga dapat mengarah pada biomaterial baru yang dapat membantu meningkatkan proses pembekuan.

Penulis pertama dan Georgia Tech Ph.D. kandidat Yueyi Sun mencatat kesederhanaan model dan fakta bahwa simulasi memungkinkan tim untuk memahami bagaimana trombosit bekerja sama untuk mengontrak bekuan fibrin seperti yang mereka lakukan di dalam tubuh.

"Ketika kami mulai memasukkan aktivasi heterogen, tiba-tiba itu memberi kami kontraksi volume yang benar," katanya. "Membiarkan trombosit memiliki waktu tunda sehingga seseorang dapat menggunakan apa yang dilakukan sebelumnya sebagai titik awal yang lebih baik benar-benar rapi untuk dilihat. Saya pikir model kami berpotensi dapat digunakan untuk memberikan pedoman untuk merancang bahan biologis dan sintetis aktif baru."

Sun setuju dengan rekan penelitiannya bahwa fenomena ini mungkin terjadi di aspek alam lainnya. Misalnya, beberapa aktuator asinkron dapat melipat jaring besar secara lebih efektif untuk meningkatkan efisiensi pengemasan tanpa perlu menggabungkan aktuator tambahan.

"Secara teoritis bisa menjadi prinsip rekayasa," kata Lam. "Agar luka menyusut lebih banyak, mungkin kita tidak memiliki reaksi kimia yang terjadi pada saat yang sama - mungkin kita memiliki reaksi kimia yang berbeda terjadi pada waktu yang berbeda. Anda mendapatkan efisiensi dan kontraksi yang lebih baik ketika satu memungkinkan setengah atau semua trombosit untuk melakukan pekerjaan bersama-sama."

Membangun penelitian, Sun berharap untuk memeriksa lebih dekat bagaimana satu gaya trombosit mengubah atau ditransmisikan ke gaya bekuan, dan berapa banyak gaya yang dibutuhkan untuk menahan dua sisi grafik bersama-sama dari sudut pandang ketebalan dan lebar. Sun juga bermaksud untuk memasukkan sel darah merah dalam model mereka karena mereka menyumbang 40% dari semua darah dan berperan dalam menentukan ukuran bekuan darah.

"Jika sel darah merah Anda terlalu mudah terjebak dalam bekuan darah Anda, maka kemungkinan besar Anda memiliki gumpalan besar, yang menyebabkan masalah trombosis," jelasnya.

Powered By NagaNews.Net