离心制备富血小板血浆对其参数及活性影响的研究进展


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离心制备富血小板血浆对其参数及活性影响的研究进展

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本文来源:中国美容整形外科杂志 2022 年 6 月第 33 卷第 6 期

DOI:10.3969/j.issn.1673-7040.2022.06.018

作者:郭正东 ¹,² 程飚 ³

作者单位:1.广州医科大学,广东 广州 510182;

2.华中科技大学 协和深圳医院 整形美容烧伤科,广东 深圳 518052;

3.南部战区 总医院 整形外科,广东 广州 510010 

通信作者:程飚,

Email: chengbiaocheng@163.com

【摘要】富血小板血浆(platelet-rich plasma, PRP)制备的方法较多,但尚无统一标准。不同的制备方法,血小板的活性物质如各种生长因子、细胞因子、胞外囊泡的量和活性各不相同。改变离心参数会引起血小板超微结构改变,从而增加血小板的活化。血小板的各项相关参数如平均血小板容积、血小板分布宽度与血小板活性存在明显相关性,在许多疾病的诊断中具有重要意义。而与血小板活性一样,离心同样能够影响血小板参数的变化。现就 PRP 在制备过程中,离心对血小板参数及其活性的影响作一综述。

【关键词】富血小板血浆;血小板活化;制备;血小板平均分布宽度;血小板平均体积

通过离心提取法从自体或异体的新鲜血液中提取高浓度血小板血浆,称为富血小板血浆(platelet-rich plasma,PRP), 能够分泌多种具有特定浓度的生长因子及细胞因子[1-2]。经过几十年的研究和发展,PRP 已经在整形外科、骨关节外科、神经学科、耳鼻喉学科等多门学科中获得了广泛应用[3]。但当前并未制定规范化的应用标准,故制备的 PRP 中血小板的活性存在较大差异[4]。因此,血小板活化是必须要考虑的问题。研究表明[5],改变离心参数均可引起血小板超微结构的改变。如果这种改变达到一定程度或阈值,就会提前激活血小板,导致 PRP 应用效果下降。而血小板的各项基础参数如:平均血小板容积(mean platelet volume, MPV)、血小板分布宽度(platelet distribution width, PDW)等均与活性参数存在明显相关性[6-7],在许多疾病的诊断中有重要意义[8]。而与血小板活性一样,离心同样能够影响血小板参数的变化。


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PRP 活性成分中主要的生长因子和细胞因子

PRP 中的血小板浓度值显著大于全血血小板浓度值,前 者通常为后者 4~5 倍[9]。加入 CaCl2和凝血酶等激活剂后,血小板被激活,释放生长因子、细胞因子、胞外囊泡等多种生物活性物质,对各种组织损伤起到高效的修复作用或促进新组织的快速生成[10]。PRP 中的主要生物活性物质[11-12]:血小板源性生长因子(platelet derived growth factor, PDGF)、转化生长因子 β1(transforming growth factor, TGF-β1)、TGF-β2、类胰岛素生长因子 (insulin-like growth factors, IGF)、表皮生长因子 (epidermal growth factor, EGF)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)、骨钙素、骨连素、纤维蛋白原、黏连蛋白、纤维连接蛋白、凝血酶致敏蛋白 -1 等。另外, PRP 还释放出一些促炎和抗炎细胞因子,其中促炎因子有如白细胞介素 -1β(interleukin-1β, IL-1β)和 TNF-α 等,是炎症和基质降解的主要细胞因子,产生破坏性蛋白酶,降解细胞外基质[13];抗炎因子有 IL-4、IL-10、IL-13 和干扰素 -γ(inter-feron-γ, IFN-γ)等,通过阻断促炎因子的生物活性及信号转导来发挥抗炎作用[14]。不同细胞之间的信息交互与物质传导均是以胞外囊泡(extracellular vesicle, EVS)为媒介,EVS 的最大直径为 30 nm,最小为 1 μm,其实质上是由双层亚细胞组合后形成的膜囊泡[15]。PRP 中的胞外囊泡主要来自于血小板 在代谢过程中产生的分泌物,大致上可划分为两种类型,一 种为胞外体,另一种为外泌体。血小板在不断的代谢过程中, 分泌的胞外囊泡有较大比例分布在体外,PLT-Ecto 对血液抗凝过程具有积极的辅助作用,能够通过与血管中的内皮细胞受体生成特殊的结合体,加快细胞繁殖与分化过程,使新血管生长速度加快。

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血小板参数

血小板参数作为血液样本临床检测中广泛应用的指标, 能够在一定程度上反应骨髓中的巨核细胞生长情况和繁殖能力。在血小板质量的全面评价方面,主要以血小板、MPV、 PDW 为三大指标[16]。血小板的数值大小与血液中的血小板数量和浓度存在显著的正相关性,能够反应血小板繁殖状况和凋亡状况之间的平衡性。MPV 的数值大小取决于血小板分布结构和密度大小。PDW 反应血小板大小均匀程度,一般情况下 MPV 和 PDW 呈正相关性[17]。有研究表明[18],MPV 越大,血小板活性越强,其中的高密度颗粒占比较大,代谢能力较为突出,能够在代谢过程中释放大量凝血性活性物,但大体积血小板可使血小板均一性下降,从而 PDW 值增大。


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PRP 的制备方法

3.1 原理和分类 PRP 的制备方法较多,但根据制备原理大致上可划分为分离置换法与离心提取法两大类型。其中,分离置换法主要通过多功能医用血浆成分提取技术和配套设 备,从血浆中采集 PRP,而其余成分(如红细胞、血浆等)则回输至体内。这种方法主要应用于血库中的血小板采集和成分选择性输血过程[19]。离心提取法主要以密度梯度离心技术为主流方法,该方法能够在 PRP 血浆中抽取高纯度富血小板血浆。该方法具有多种操作形式,不同操作形式的离心时间、次数、速率不同,从而得出的血小板浓度和血小板活性均存在一定差异。大致上可分为一次、二次、三次离心法,当前并未 形成统一的技术标准和制备标准。

3.2 PRP 的传统实验室制备方法 传统实验室中的 PRP 制备主要以四种方法为主:Anitua 法[20]、Petrungaro 法[21]、Landes-ber 法[22]、Aghaloo 法[23]。见表 1。

离心制备富血小板血浆对其参数及活性影响的研究进展

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离心制备 PRP 对血小板参数的影响

Ozer 等[24]在共同开展 PRP 制备实验中发现,在一次离心 制备中得出的白膜层血小板浓度及 MPV 水平有所增加,而血浆上层血小板浓度与 MPV 水平按比例同等程度减少,表 明离心处理之后的 PRP 中血小板 MPV 值发生了改变。宣力等[25]在实验研究中采用二次离心法获得了富血小板血浆,对 血小板相关参数进行分析,比较离心前、初次离心后、二次离心后血小板、MPV、PDW 值的变化。血小板数量随着离心次数增加而增加,MPV 一次离心处理后的变化并不显著,二次离心处理后 MPV 变大;PDW 一次离心后变小,二次离心后 PDW 变化不大。

derström 等[26]研究却出现不同的结果,其在制备 PRP 时,将离心力从 100×g 提高到 250×g,检测的血小板参数(MPV、PDW)显著降低。表明在较高的离心速度下,较大的血小板可能比较小的血小板更容易被移除。从上述研究可以看出,离心处理不仅会提高血小板浓度,还会对血小板外部形状、内部结构、分布密度等方面造成较大影响,导致血小板相关参数发生变化,进而影响 PRP 的质量及功能。

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离心制备 PRP 对血小板活性的影响

5.1 离心对血小板形态的影响 离心能够对血小板形态甚至内部结构产生较大影响。Bausset 等[27]采用不同的离心力(130~1000×g)对 54 例健康志愿者的全血进行离心制备 出 PRP 后,通过透射电子显微镜对血小板进行了超微结构分 析。结果表明,较高的离心力可以显著改善 PRP 制备过程中 血小板的形态,在 130×g 离心力下,血小板呈盘状,伪足数 量较少,细胞质内是大量颗粒、致密体、线粒体和糖原颗粒随机分布,这些特征与静息时血小板已知形态一致。而在 250×g和 400×g 离心力下制备的 PRP,其血小板形态明显发生变化,如呈球形,大量伪足扩张,颗粒集中,与血小板激活时的形态相似。说明离心力越大,其形态结构改变越明显,并可能会提前激活血小板。

5.2 离心对生长因子、细胞因子释放的影响 浓缩血小板制备方法种类较多,不同的制备方法,得出的浓缩血小板中其活性成分含量与生物学效用也不尽相同,如生长因子、细胞因子浓度以及内部立体的分子构象的差别巨大。Yin 等[13]研 究表明,初次离心力 <160×g、二次离心力 <250×g,随着离心力逐渐增大,PDGF-AB、TGF-β1 因子释放逐渐增多。当初次离心力、二次离心力分别等于 160×g、250×g 时为释放最高值。初次离心力、二次离心力分别大于 160×g、250×g, PDGF-AB、TGF-β1 因子释放逐渐减少。Arora[2]研究表明,制备 PRP 时不同的离心参数能够改变生长因子的释放数量,并进一步影响临床结果。离心参数为 208×g 离心 20 min 时, PDGF-AB、TGF-β1、VEGF 数值分别为 58.8、92.9、5.84 pg。离心参数为 440×g,10 min 时,PDGF-AB、TGF-β1、VEGF 数值分别为 82.3、100、9 pg。Landesberg 等[22]离心力<200×g 时,血小板破坏较少。离心力 250×g 以上时,制备的血小板中出现膜破裂的占比较大。>800×g 的离心力可能会因血小板破坏过多,最后在 PRP 应用中减少了释放的生长因子、细胞因子的数量。毕衡等[28]研究表明,比较一次(Aghaloo 法)与二次 (Landesberg 法、Aghaloo 法)离心法,从大耳白兔的全血中提取出富血小板血浆,检测 PDGF 和 TGF-β1 值。激活前 PDGF 和 TGF-β1 值差别不显著。激活 PRP 后再检测 PDGF 和 TGF-β1 值,差别具有统计学意义。

关于离心对生长因子、细胞因子的影响,以及最大的离心参数还需要进一步深入探讨。

5.3 离心对血小板聚集率的影响现在很多的研究都证实, 离心力过大或离心时间过长,会诱发血小板激活、聚集,形成 白色斑块,因而影响血小板的浓度与功能[29]。Bausset 等[27]在 同一实验中同时做了有关血小板聚集率试验,不同的离心力制备出 PRP 后,立即检测血小板的聚集率。结果发现,与较低的离心力相比,较高的离心力(1000×g)在制备 PRP 过程中,36%的病例诱导了血小板的自发自聚集。表明高旋转离心可能影响血小板功能,不适合制备 PRP。Miyazaki 等[30]研究发现,高水平的剪切应力可以在不添加任何激动剂的情况下产生血小板聚集,改变血小板活性。随着剪切应力持续时间的增加,血小板质膜微粒的脱落逐渐增多。

5.4 离心对富血小板血浆来源的胞外囊泡的影响 离心主要是通过两方面产生剪切应力,一个是离心时来自管壁的摩擦产生剪切力,另一个是重悬时液体与空气混合震荡中产生的剪切力。Antwi-Baffour 等[31]认为,离心产生剪切应力,能刺激血小板活化或凋亡,并释放胞外囊泡。当血小板被激活时, 混杂酶、钙蛋白酶和凝溶胶蛋白从内皮网释放钙而被激活, 裂解长肌动蛋白丝和肌动蛋白,易位酶失活,膜不对称性受损。然后,细胞骨架上的蛋白质锚定被破坏,允许膜出芽,从而导致胞外囊泡的形成和释放。štukel 等[32]认为,离心产生的剪切应力可引起血小板活化,并释放细胞外囊泡到血液中, 释放的囊泡浓度与剪切力的作用呈正相关。所以可以通过高速离心采集到细胞外囊泡。

5.5 离心与血小板活化标志物 CD62P 表达率的关系 CD62P 是血小板中的活化标志物,称为 GMP-140,或称为血浆 P- 选择素。血小板被激活后,血小板中的α颗粒膜经过开放性管道并与之融合,生成的 CD62P 汇聚在血小板膜的表层。离心对 CD62P 的影响主要是与离心力有关。袁霆和张长青[33]按上述四种制备方法制备 PRP,采用对比分析法对不同 PRP 制备 方法得出的全血血小板活化率进行了系统研究。研究发现, 4 种离心方法制备的 PRP,其 CD62P 表达率均比未离心的全血高,离心力越大,离心次数越多,CD62P 表达率越高,血小板活化越明显。卢萌等[34]分别对 4 种离心条件下制备的富血小板血浆,其血小板浓度与活性水平进行了分析,发现不同离心条件下制备出的 PRP 血小板活性物质 P- 选择素浓度存在较大差异,在一次离心参数为 200×g、10 min 和二次离心参数为 1200×g、10 min 的条件下,PRP 血浆 P- 选择素浓度为最低水平,血小板活性受到的负面影响非常有限。Perez 等[35] 比较离心前血浆和不同离心力制备 PRP 后检测的 P- 选择素浓度,在离心制备之前的血浆中,P- 选择素在初始状态下 的浓度值为 18~40 ng/ml,二次离心时,随着离心力的增加, P- 选择素逐渐升高,当离心力为 800×g 和 1200×g 时, P- 选择素达 50 ng/ml 以上,血小板出现明显活化。但当离心力增大到一定程度或者多次高速离心时,P- 选择素浓度并不随着离心力增大而继续无限增高。Anna[26]研究发现,当第一次离心 2000×g,10 mim 后,再次予同样离心力离心 10 mim, 发现 P- 选择素浓度并无进一步增高。这表明所有能被离心激活的血小板都在第一次离心时已被激活。

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血小板参数与血小板活化相关性

血小板活性是可以通过血小板指数如 MPV、PDW 和血小板计数来评估。Ustaoglu 等[7]研究发现,牙周炎患者血小板出现炎症活化,相应地 MPV 值明显升高,表明 MPV 水平是判断牙周病患者血栓状态和炎症反应增加的标志物。Arora 等[2]通过系统研究显示,由于肌动蛋白细丝、肌球蛋白粗丝的相互缠绕,血小板形态发生变化(圆盘状转变为圆球状,以及伪足突起),会引发血小板浓度增加,PDW 值变大。由此认为, PDW 值可以作为血小板活化程度判定的关键指标。

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展望

在不同离心条件下制备的 PRP 效果均存在一定差异,且 血小板活性程度和浓度与制备条件和制备方法存在密切关 联。制备的目的不仅是为了获得浓度较高的 PRP,更是为了 获得有效性更高的未活化血小板,以确保 PRP 在应用时能够 释放更多数量的生长因子。若离心制备 PRP 时血小板提前激 活,则会影响 PRP 的效果。现有的 PRP 制备并未实现规范化 和标准化,制备环境与制备条件存在随意性,如何设置最佳的离心力、离心次数及离心时间,亟待通过更加深入的研究进行解析探索。另外,血小板参数与血小板活化存在相关性, MPV 与 PDW 值均可作为血小板活化程度的判断指标。我们将研究不同的离心条件下,血小板参数(如 MPV、PDW 以及 PDW/MPV 比值)与血小板激活、血小板生长因子释放数量、 活性物质密度之间的关系,找出评估 PRP 质量的简捷指标, 以及分析出最佳的离心条件,从而为 PRP 制备质量的优化提供有益的指导。

参考文献:... ...


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本期编委 程飚


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程飚,主任医师,博士研究生导师。师从陈绍宗教授(一级),盛志勇院士、付小兵院士。现任全军激光整形中心主任、解放军南部战区总医院(原广州军区广州总医院)烧伤整形外科主任、全军创伤救治与组织再生重点实验室主任。

兼任中国康复医学会再生医学与康复专业委员会主任委员、中国医师协会创伤医师分会副会长、中华医学会组织修复与再生分会常务委员。国家卫生健康委员会继续教育培训指定创面修复的培训导师。《中国美容整形外科杂志》《中华烧伤杂志》《中国修复重建外科杂志》等杂志编委。长期从事组织修复与再生研究工作,主要领域涉及生长因子(含富血小板血浆)、干细胞。获得国家自然科学基金面上项目7项,国家和省部级各级课题20余项。主编6本专著,副主编及参编《付小兵再生医学》《整形外科-微创美容分册》《再生医学——原理与实践》等30余部专著,在国内外杂志以第一作者或通信作者发表SCI及核心论文100余篇。参加国内多个指南及专家共识的撰写与制定。获得发明专利2项,实用新型专利4项。作为主要完成人获国家科技进步二等奖1项。军队、省部级科技进步二等奖2项(第一责任人);2021年中华医学科技一等奖,2022年军队科技进步一等奖。2014年被评为“首届军队高层次科技创新人才工程拔尖人才”。王正国创伤医学奖突出贡献奖获得者(2017年)。2019年获“中华人民共和国成立70周年纪念章”。享受“军队优秀专业技术人才岗位津贴”。2020年获人民日报评选的第四届“国之名医”。

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