Development of an in vitro platform to characterize endothelial cell platelet pro-thrombotic mechanisms associated with left ventricular assist device therapy

Left Ventricular Assist Device (LVAD), one of the main therapy for the treatment of heart failure (HF), is still affected by post implant complications such as thrombus formation. Thrombosis in LVAD recipients is due to the altered flow dynamics, including both hyper shear within the pump, causing platelet activation, and blood stasis, causing endothelial cells (ECs) inflammation. The present study developed an experimental platform able to characterize the interaction between sheared-platelets and activated ECs (Platelets Activity State - PAS assay and flow cytometry) and platelet adhesion to EC surface, visualized through Scanning Electron Microscopy imaging. Since it was demonstrated that there is an interaction between sheared platelets and both resting and activated ECs, it is possible to define a role of endothelium in thrombus formation in LVAD recipients. In order to allow a future development of the experimental platform, i.e. the replication of shear waveforms as mechanical stimulation for cultured ECs, a computational study was carried out to develop patient-specific left ventricle (LV) models, in order to extract wall shear stress (WSS) trends in the apical portion of the LV.

I sistemi di assistenza ventricolare sinistra (LVAD), una delle principali terapie per il trattamento dell’insufficienza cardiac (IC), sono affetti da complicanze post-impianto, come la formazione di trombo. La trombosi nei pazienti con LVAD impiantato è dovuta alla fluidodinamica alterata, ovvero, sia ad alti sforzi di taglio (“hyper-shear”) generati nella pompa che causano attivazione piastrinica, sia al ristagno di sangue che porta all’attivazione delle cellule endoteliali (CE). Nel presente studio è stata sviluppata una piattaforma sperimentale in grado di caratterizzare l’interazione tra piastrine soggette a sforzo di taglio e CE infiammate (Platelet Activity State (PAS) assay e citometria a flusso), e adesione delle piastrine all’endotelio, visualizzata tramite il microscopio a scansione elettronica (SEM). Poichè è stato dimostrato che c’è un'interazione tra piastrine sottoposte a shear e CE sia attivate che non, è possibile definire un ruolo dell’endotelio nella trombosi nei pazienti con LVAD impiantato. Inoltre, per consentire uno sviluppo futuro della piattaforma sperimentale, ovvero la replica di forme d’onda di shear per stimolare meccanicamente le CE in coltura, è stato condotto uno studio computazionale per sviluppare modelli paziente-specifici di ventricolo sinistro (VS), in modo da estrarre l’andamento degli sforzi di taglio a parete (wall shear stress, WSS) nella regione apicale del VS.