На начальной стадии гемостаза или тромбоза тромбоциты крови прикрепляются к месту повреждению и иммобилизируются на поверхности сосудов. Эта начальная агрегация тромбоцитов обеспечивает основу для дальнейших биохимических реакций, упрочнения тромба и остановки кровотечения. Поэтому детальное изучение первых стадий адгезии и агрегации тромбоцитов представляет собой актуальную задачу. Механизм первичной адгезии тромбоцитов в артериальных условиях, основан, главным образом, на специфическом взаимодействии «ключ-замок» между трансмембранным гликопротеином GPIb на поверхности тромбоцитов и белком плазмы крови - фактором фон Виллебранда (ФВ), - который обеспечивает адгезию тромбоцитов к травме в артериях и микрососудах. В настоящей работе представлена трехмерная компьютерная модель, которая позволяет явно описывать динамику, конформационные изменения и активацию ФВ гидродинамическими силами. Модель основана на сочетании метода решеточных уравнений Больцмана с флуктауциями для моделирования гидродинамики и крупно-зернистой модели динамики частиц для описания динамики полимерной цепочки в вязкой жидкости. Модель была верифицирована путем сравнения результатов расчетов с экспериментальными данными, найденными в литературе. Численные результаты показывают, что контурная длина мультимера ключевым параметром, регулирующим тромбогенность ФВ в крови. Также модель показала, что прикрепление к поверхности способствует активации ФВ и адгезии тромбоцитов. Полученные результаты могут быть использованы при многомасштабном компьютерном моделировании роста тромба в кровеносных сосудах.
фактор фон Виллебранда, тромбоз, гемостаз, гидродинамическая активация, механохимическая регуляция, компьютерное моделирование
1. Springer T. von Willebrand factor, Jedi knight of the bloodstream. Blood, vol. 124, pp. 1412-1425.
2. Maxwell M.J., Westein E., Nesbitt W.S., Giuliano S., Dopheide S.M., Jackson S.P. Identification of a 2-stage platelet aggregation process mediating shear-dependent thrombus formation. Blood, 2007, vol. 109, pp. 566-576.
3. Jackson S.P., Nesbitt W.S., Westein E. Dynamics of platelet thrombus formation. Journal of Thrombosis and Haemostasis, 2009, vol. 7, no. 1, pp. 17-20.
4. Schneider S.W., Nuschele S., Wixforth A., Gorzelanny C., Alexander-Katz A., Netz R.R., Schneider M.F. Shear-induced unfolding triggers adhesion of von Willebrand factor fibers. Proc. Nat. Acad. Sci., 2007, vol. 104, pp. 7899-7903.
5. Fu H., Jiang Y., Yang D., Scheiflinger F., Wong W.P., Springer T.A. Flow-induced elongation of von Willebrand factor precedes tension-dependent activation. Nature Communications, 2017, vol. 8, p. 324. DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-017-00230-2.
6. Aponte-Santamaria C., Huck V., Posch S., Bronowska A.K., Grassle S., Brehm M.A., Obser T., Schneppenheim R., Hinterdorfer P., Schneider S.W., Baldauf C., Grater F. Force-sensitive autoinhibition of the von Willebrand factor is mediated by interdomain interactions. Biophysical Journal, 2015, vol. 108, pp. 2312-2321.
7. Succi S. The Lattice Boltzmann Equation for Fluid Dynamics and Beyond (Numerical Mathematics and Scientific Computation). Oxford University Press, USA, 2001
8. Dunweg B., Ladd A.J.C. Lattice Boltzmann simulations of soft matter systems, in: Adv. in Polymer Sci., Springer Berlin Heidelberg, 2008, pp.1-78.
9. Müller J.P., Mielke S., Löf A., Obser T., Beer C., Bruetzel L.K., Pippig D.A., Vanderlinden W., Lipfert J., Schneppenheim R., Benoit M. Force sensing by the vascular protein von Willebrand factor is tuned by a strong intermonomer interaction. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2016, vol. 113, no. 5, pp. 1208-1213. DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.1516214113.
10. Mountrakis L., Lorenz E., Malaspinas O., Alowayyed S., Chopard B., Hoekstra A.G. Parallel performance of an IB-LBM suspension simulation framework. Journal of Computational Science, 2015, vol. 9, pp. 45-50.
11. Adhikari R., Stratford K., Cates M.E., Wagner A.J. Fluctuating lattice Boltzmann. Europhys. Lett., 2005, vol. 71, pp. 473-479. DOI:https://doi.org/10.1209/epl/i2004-10542-5.
