Development and validation of a new microfluidic impedance-based device for platelet function testing in flowing blood.

It is well known that platelet dysfunctions can lead to severe consequences, such as excessive bleeding, thrombosis, myocardial infarction, and ischemic stroke. These events underscore the critical role of platelets in hemostasis. While numerous platelet function testing devices are commercially accessible, only a limited number of accepted clinical methods assess platelet activity under physiological flow conditions. The aim of this study was to develop and validate a novel device for platelet function testing, able to combine the established benefits of impedance-based tests with the physiological flowing blood conditions. Specifically, leveraging on numerical simulations, the optimal design for measurement electrodes was investigated, aiming to identify the geometry that exhibits the highest sensitivity to platelet aggregates growing. Simulations were conducted to test different aggregate sizes positioned in various configurations. Upon definition of the most suitable geometry, the electrodes were produced for characterization and validation of the device. The impedance-based tool was tested on 15 subjects, both healthy and affected by coagulation disorders, using two different coagulation agonists (i.e. ADP 10 μM and collagen 5 μg/mL), and validated by comparing the results from the impedance analysis with the image analysis, the gold standard technique for measuring platelet activation and aggregation. Analyses revealed that the device is capable of yielding comparable results with both the agonists. Particularly, a strong correlation was found between the impedance signal recorded throughout the experiment and the parameters extracted from image analysis (e.g. surface coverage, fluorescence intensity, number of thrombi, and average thrombus area). Additionally, the device adequately differentiated the curve trends among healthy and pathological subjects, suggesting its potential clinical utility as an assessment tool for coagulation disorders and platelet function testing.

È ben noto che le disfunzioni piastriniche possono portare a gravi conseguenze, come sanguinamenti eccessivi, trombosi, infarto miocardico e ictus ischemico. Questi eventi sottolineano il ruolo critico delle piastrine nel processo di emostasi. Sebbene siano disponibili numerosi dispositivi per il test della funzionalità piastrinica, solo un numero limitato di metodi clinici accettati valuta l’attività piastrinica in condizioni fisiologiche di flusso. Lo scopo di questo studio è stato sviluppare e convalidare un nuovo dispositivo per il test della funzionalità piastrinica, in grado di combinare i benefici consolidati dei test basati sull’impedenza elettrica con le condizioni fisiologiche di flusso sanguigno. In particolare, sfruttando le simulazioni numeriche, è stata indagata la geometria ottimale degli elettrodi di misura, al fine di identificare quella che esibisse la massima sensibilità alla presenza degli aggregati piastrinici. Sono state condotte simulazioni per testare diverse dimensioni di aggregati posizionate in diverse configurazioni. Una volta definita la geometria migliore, gli elettrodi sono stati prodotti per la caratterizzazione e la convalida del dispositivo. Lo strumento è stato testato su 15 soggetti, sia sani che affetti da disturbi della coagulazione, utilizzando due diversi agonisti della coagulazione (ADP 10 μM e collagene 5 μg/mL), e convalidato confrontando i risultati dell’analisi dell’impedenza con l’analisi delle immagini, ovvero la tecnica gold standard per la misurazione dell’attivazione e dell’aggregazione piastrinica. Le analisi hanno rivelato che il dispositivo è in grado di fornire risultati comparabili con il gold standard per entrambi gli agonisti. In particolare, è stata trovata una forte correlazione tra il segnale di impedenza registrato durante l’esperimento e i parametri estratti dall’analisi delle immagini (copertura superficiale, intensità della fluorescenza, numero di trombi e area media dei trombi). Inoltre, il dispositivo ha differenziato adeguatamente le tendenze delle curve tra soggetti sani e patologici, suggerendo la sua potenziale utilità clinica come strumento di valutazione dei disturbi della coagulazione e della funzionalità piastrinica.