A microfluidic approach to study the release of von Willebrand Factor by endothelial cells under physiological and pathological conditions

The von Willebrand Factor (vWF) is a glycoprotein circulating in plasma that plays an important function in blood coagulation as it is able to bind to platelets, resulting in thrombus formation. In addition, another aspect of this factor is its ability to transport coagulation factor VIII. VWF is present in endothelial cells, where it is stored in Weibel-Palade bodies and is suddenly released when they are subjected to external stimuli such as shear stress or inflammatory agonists. The present study investigates a microfluidic approach aimed at stimulating Bovine Coronary Artery Endothelial Cells (BCAECs) in order to study vWF secretion in the short period. Different test conditions simulating both physiological parameters, thus a venous shear stress of 4 (dyn/cm^2) and an arterial shear stress of 30 (dyn/cm^2), and pathological parameters applying a shear stress of 80 (dyn/cm^2), were analyzed. Thus, a stress- and time-dependent behavior of vWF secretion was investigated. From the data obtained, we can conclude that in the short period, thus up to 50 minutes of perfusion, vWF secretion by the cells does not depend on either stress or time. However, it was possible to observe the existence of a critical point beyond which this dependence could occur. Further studies need to be carried out to identify the threshold and investigate its dependence on both shear and time.

Il von Willebrand Factor (vWF) è una glicoproteina circolante nel plasma che svolge una funzione importante nella coagulazione del sangue in quanto è in grado di legarsi alle piastrine, dando orgine alla formazione del trombo. Inoltre, un'altra peculiarità di questo fattore, è la capacità di trasportare il fattore VIII della coagulazione. Il vWF è presente nelle cellule endoteliali, dove viene immagazinato nei corpi di Weibel-Palade ed è successivamente rilasciato quando queste ultime sono sono sottoposte a stimoli esterni quali sforzi o agonisti infiammatori. Il presente elaborato indaga un approccio microfluidico volto alla stimolazione delle cellule endoteliali dell'arteria coronaria bovina (BCAEC) al fine di studiare la secrezione di vWF nel breve periodo. Sono state analizzate diverse condizioni di prova che simulano sia parametri fisiologici, quindi uno shear stress venoso pari a 4 (dyn/cm^2) e uno arterioso pari a 30 (dyn/cm^2), che parametri patologici applicando uno shear stress pari a 80 (dyn/cm^2). Si è provato così ad indagare un comportamento stress e tempo dipendente della secrezione di vWF. Dai dati ottenuti, si è potuto concludere che nel breve periodo, quindi fino a 50 minuti di perfusione, la secrezione di vWF da parte delle cellule non depende nè dallo stress nè dal tempo. Si è potuto però osservare l'esistenza di un punto critico oltre il quale questa dipendenza si verifica. Ulteriori studi devono essere svolti per identificare la soglia ed indagarne la dipendenza sia dallo shear che dal tempo.