Основная цель работы нашей команды - понимание механизмов, регулирующих гемостатический ответ в норме и при патологиях.
Главной задачей системы гемостаза является быстрая реакция не повреждение стенки сосуда для остановки кровопотери. В ряде случаев данная система срабатывает неправильно, и формируются тромбы, которые могут быть причиной инфарктов, инсультов и других крайне опасных состояний. Также могут возникать кровотечения, когда система срабатывает недостаточно надежно. Из-за отсутствия понимания принципов, регулирующих гемостатический ответ, сегодня не существует надежных и эффективных лекарственных средств, которые безопасным образом корректировали бы работу данной системы. Деятельность нашей лаборатории сфокусирована на изучении физическо-химических основ функционирования системы гемостаза.

Для понимания принципов самоорганизации гемостатического ответа сегодня активно применяется широкий круг методов. В нашей лаборатории для изучения процессов тромбообразования и формирования гемостатических пробок применяются различные in vitro системы, имитирующие кровоток в живом организме, а также методы компьютерного моделирования. В последнее время мы также используем in vivo модели тромбоза, используя специальные линии лабораторных мышей.
Мы активно применяем технологии микрофлюидики и гидрогелей для создания искусственных сосудов, а также флуоресцентную микроскопию для наблюдения за процессом тромбообразования вне человеческого организма в режиме реального времени.
Крайне важным инструментом для изучения механизмов наблюдаемых явлений также является компьютерное моделирование гемостатического ответа, которое позволяет исследовать различные гипотезы и делать новые верифицируемые предсказания на их основе.

Направления деятельности лаборатории можно разделить на три группы:
1) Изучение механизмов, регулирующих гемостатический ответ в норме и при патологиях;
2) Разработка новых in vitro моделей артериального тромбоза и гемостаза;
3) Создание интегрального метода диагностики нарушений гемостаза на основе микрофлюидных подходов.

Первое направление связано с развитием теоретических представлений о том, какие факторы вносят ключевой вклад в динамику тромбообразования. Для ответа на этот вопрос сегодня используется широкий круг методов: животные модели тромбоза и гемостаза, in vitro модели, позволяющие контролируемым образом менять ключевые параметры экспериментов (скорость потока, состав крови, параметры активатора тромбообразования и геометрию искусственного сосуда), а также компьютерные модели тромбоза/гемостаза, которые позволяют глубже исследовать возможные механизмы, управляющие поведением системы и давать теоретические предсказания, которые затем можно проверять в экспериментах.
Второе направление связано с важной загадкой нашей области: динамика процесса тромбообразования в существующих in vitro моделях обладает качественными отличиями от того, что наблюдается в живых организмах. Поэтому, исследователи стремятся создать более реалистичные модели процесса – например, используя различные гидрогели, эндотелиальные клетки или определенные параметры активаторов тромбообразования.
Третье направление связано с трансляцией наших представлений о работе системы гемостаза в клиническую практику и поэтому фактически является прикладным направлением нашей деятельности, потенциально имеющим важное клиническое значение. Ключевой задачей в рамках данного направления является стандартизация созданных нами микрофлюидных моделей тромбообразования для возможности их использования в клинической практике.

Основные результаты нашей работы:

1. При помощи in vivo, in vitro и in silico подходов нами было показано, что в результате процесса контракции тромба, прокоагулянтные тромбоциты могут механически вытесняться на поверхность тромбоцитарного агрегата (Nechipurenko et al, 2019). Данное открытие позволило предложить несколько гипотез о возможных физиологических и патофизиологических ролях этого явления, которые предстоит исследовать. Понимание роли данного процесса в условиях нормального и нарушенного функционирования системы гемостаза в перспективе позволит предложить новые методы фармакологической коррекции работы системы в случае патологий.
2. На основе экспериментальных данных о взаимодействии тромбоцитов с фактором фон Виллебранда и друг с другом, была построена уникальная стохастическая модель тромбообразования, учитывающая ключевые особенности межтромбоцитарных взаимодействий. При помощи данной модели было показано, что именно стохастическая природа взаимодействия слабоактивированных тромбоцитов позволяет объяснить наблюдаемую пластичность оболочки тромба (Kaneva et al, Biophysical Journal, 2021). На базе данной модели был проведен анализ распределения механических напряжений в тромбе в условиях потока в рамках проекта по анализу влияния блокаторов рецептора GPVI на рост тромба в условиях потока (Ahmed et al, ATVB, 2020). В данной работе было показано, что эффект блокирования GPVI зависит от присутствия растворенного в плазме фибриногена, что меняет наши представления о дополнительных механизмах, стабилизирующих тромб в процессе его роста и позволяет глубже понимать принцип действия новых потенциальных антитромботических препаратов, работающих по принципу блокирования активации тромбоцитарного рецептора GPVI.
3. В рамках анализ механизмов ускоренного формирования тромбов в условиях стеноза сосуда (Receveur et al, Haematologica, 2019) был предложен и теоретически исследован механизм инициации тромбообразования на фибриногене, связанный с активацией молекул фактора фон Виллебранда в условиях ускорения потока и его последующим транспортом на поверхность, содержащую фибриноген. Более глубокое понимание механизмов ускоренного тромбообразования в условиях стеноза в будущем позволит создать новые методы профилактики артериального тромбоза.
4. При помощи микрофлюидных подходов продемонстрирована чувствительность первичных этапов адгезии тромбоцитов к волокнам коллагена от их направления относительно потока в условиях высоких скоростей сдвига и выявлен механизм данного явления. Полученные результаты будут использованы для создания более адекватных методов диагностики нарушений первичного гемостаза на основе микрофлиюдных подходов.
5. При помощи уникальной суперкомпьютерной модели тромбообразования, разработанной в нашей команде (Masalceva et al, 2022) бы предложен новый механизм ограничения роста артериального тромба, связанный с динамикой секреции плотных гранул. В случае успешной экспериментальной верификации предсказаний модели, в будущем можно будет предложить новые фармакологические способы профилактики окклюзивного тромбообразования в крупных сосудах.
6. При помощи объединения микрофлюидных и теоретических подходов был предложен механизм наработки тромбина в условиях артериальных скоростей сдвига в условиях отсутствия тромбоцитов (Magalinskiy et al, 2022).
7. Компьютерный анализ механической стабильности артериальных тромбов позволил предложить новый предиктор эмболизации тромбоцитарных агрегатов и исследовать зависимость критических межтромбоцитарных сил от размера тромбов в случае различных геометрий сосуда, включая различные параметров стеноза артерий. В перспективе полученные результаты позволяет предложить новые методы персонализированного подбора антиагрегантов для профилактики острых коронарных синдромов.

Наша команда сотрудничает с тремя зарубежными лабораториями:
• Лабораторией Екатерины Грищук в Университете Пенсильвании, США
• Лабораторией Пьера Монжана в Университете Страсбурга, Франция
• Лабораторией Стива Ли и Лиз Гардинер в Австралийском Национальном Университете, Австралия

Состав лаборатории:
зав. лаб., к.ф.-м.н. Нечипуренко Дмитрий Юрьевич
м.н.с. Бершадский Ефим Сергеевич
м.н.с. Блескин Дмитрий Алексеевич
м.н.с. Масальцева Анастасия Александровна
м.н.с. Мельникова Евгения Александровна
стажер- исследователь Мегалинский Андрей Дмитриевич