Quantification of red blood cell adhesion using holographic optical tweezers and single cell force spectroscopy

Abstract

In dependence on the ambient conditions, red blood cells tend to form aggregates. In this work two different adhesion phenomena of red blood cells were investigated. In order to investigate these phenomena, holographic optical tweezers, microfluidics and single cell force spectroscopy were used. The first investigated adhesion process takes place when activated platelets release a messenger that triggers the red blood cells to aggregate. The second adhesion process involves macromolecules that exert an osmotic pressure onto the red blood cells. These macromolecules trigger the cells to form aggregates that look similar to a stack of coins. Both phenomena could be investigated statistically as well as quantitatively.

Rote Blutzellen neigen in Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen dazu Aggregate zu bilden. In dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Adhäsions-Phänomene roter Blutzellen untersucht und quantifiziert. Hierbei kamen Instrumente wie die optische Pinzette, Mikrofluidiken und Einzelzell-Spektroskopie zum Einsatz. Das erste untersuchte Adhäsionsphänomen findet während der Blutgerinnung statt, wenn aktivierte Blutplättchen Botenstoffe aussenden, die die roten Blutzellen zur Aggregation stimulieren. Das zweite untersuchte Adhäsionsphänomen tritt im statischen Blut oder bei geringen Scherraten auf. In diesen Fällen neigen rote Blutzellen dazu lineare Aggregate zu bilden die dem Abbild von Geldrollen ähneln. Diese unspezifisch auftretende Adhäsion erfolgt infolge eines osmotischen Drucks umgebender Makro-Moleküle. Beide Adhäsions-Phänomene konnten sowohl statistisch untersucht, als auch mittels der Einzelzell-Spektroskopie quantifiziert werden.