这是血液凝固物理学上的重大突破

心脏病发作和中风——人类死亡的主要原因——基本上是心脏和大脑的血块。更好地了解血液凝固过程是如何工作的，以及如何根据医疗需要加速或减缓凝固，可以挽救生命。

佐治亚理工学院和埃默里大学在该杂志上发表了一项新研究生物材料通过对血凝块收缩阶段的动力学建模，为血液凝块的力学和物理学提供了新的认识。

“血液凝固实际上是一种基于物理的现象，在受伤后必须发生，以阻止出血，”威尔伯·a·林说，他是乔治亚理工学院和埃默里大学儿科保罗·鲍尔斯研究主席和生物医学工程系华莱士·h·库尔特。bob电竞“生物学是已知的。生物化学是已知的。但这最终如何转化为物理学是一个尚未开发的领域。”

Lam和他的同事们认为，这是一个问题，因为凝血最终是关于“身体在受损血管上能有多好的密封来止血，或者当这出问题时，身体是如何意外地在我们的血管或大脑中形成凝块的?”

凝血是如何起作用的

止血的主力是血小板——血液中微小的2微米的细胞，负责形成最初的血栓。形成的凝块被称为纤维蛋白，它的作用就像一个粘合支架，血小板附着在上面并拉着它。当这些血小板与纤维蛋白支架相互作用时，血凝块就会收缩。为了证明这种收缩，研究人员在一个3毫米的乐高模型果冻中嵌入了数百万血小板和纤维蛋白，以重建一个简化版的血块。

“我们不知道的是，‘这是如何工作的?“是什么时间让这些细胞一起工作——它们同时拉?”这些都是我们共同努力解决的基本问题。”

Lam的实验室与佐治亚理工学院的复杂流体建模和仿真小组合作，该小组由George W. Woodruff机械工程学院教授和Anderer教员研究员Alexander Alexeev领导，创建了收缩凝块的计算模型。该模型结合了形成三维网络的纤维蛋白纤维和分布的血小板，这些血小板可以延伸丝状足，或从细胞延伸出来的触须状结构，这样它们就可以附着在特定的表面上，拉住附近的纤维。

模型显示血小板显著减少凝块体积

当研究人员模拟一个同时有大量血小板被激活的血块时，这些小细胞只能到达附近的纤维蛋白，因为血小板可以延伸出相当短的丝状足，不到6微米。“但在创伤中，一些血小板首先收缩。它们收缩凝块，这样其他血小板就会看到附近更多的纤维蛋白，这有效地增加了凝块力。”阿列克谢耶夫解释道。由于异步血小板活性时，力增强可高达70%，导致凝块体积减少90%。

兰姆说:“模拟实验表明，当血小板彼此不完全同步时，它们的工作效果最好。”“这些血小板实际上在不同的时间牵拉，通过这样做，它们提高了(凝块的)效率。”

阿列克谢耶夫说，“当我们的血小板浓度与健康患者的血小板浓度相对应时”，这种被团队称为异步机械放大的现象最为明显。

研究可能会找到更好的方法来治疗凝血和出血问题

Lam说，这一发现可以为有凝血问题的人提供医疗选择，他是亚特兰大儿童保健中心Aflac癌症和血液疾病中心的儿科血液学家，治疗患有血液疾病的年轻患者。

“如果我们知道为什么会发生这种情况，那么我们就有了一个全新的治疗疾病的潜在途径凝血他强调，当这个生物物理过程出错时，就会发生心脏病和中风。

Lam解释说，微调收缩过程，使其更快或更强健，可以帮助因车祸或心脏病而出血的患者心脏病，降低凝血强度，减缓凝血速度。

“了解这种血块收缩的物理学原理可能会带来治疗出血和凝血问题的新方法。”

阿列克谢耶夫补充说，他们的研究还可能导致新的生物材料，如一种新型创可贴，可以帮助增加凝血过程。

第一作者、佐治亚理工学院博士候选人孙玥一指出，模型的简单性以及模拟使团队了解血小板如何像在体内一样共同工作以收缩纤维蛋白凝块。

她说:“当我们开始考虑异质激活时，它突然给了我们正确的体积收缩。”“让血小板有一段时间延迟，这样人们就可以用之前的血小板作为一个更好的起点，这真的很好。我认为我们的模型可以用来为设计新型活性生物和合成材料提供指导方针。”

孙同意她的研究同事的观点，这种现象可能会发生在自然界的其他方面。例如，多个异步执行器可以更有效地折叠一个大网，以提高包装效率，而不需要合并额外的执行器。

“从理论上讲，这可能是一种设计原理，”Lam说。“为了让伤口收缩得更厉害，也许我们没有同时发生化学反应——也许我们在不同的时间发生了不同的化学反应。当你让一半或全部血小板一起工作时，你会获得更好的效率和收缩。”

在这项研究的基础上，Sun希望更仔细地研究单个血小板力是如何转换或传递到凝块力的，以及从厚度和宽度的角度来看，需要多少力才能将图形的两侧保持在一起。Sun还打算将红细胞包括在他们的模型中，因为红细胞占所有血液的40%，并在确定凝块大小方面发挥作用。

“如果你的红色血细胞太容易被困在你的凝块中，那么你更有可能有一个大的凝块这会导致血栓问题，”她解释道。

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