The role of platelets in the spleen in inflammation and thrombosis

Leunig, Alexander (2024): The role of platelets in the spleen in inflammation and thrombosis. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine

Abstract

Background: Platelets play an essential role in hemostasis, especially during thrombosis. While their function in pathophysiological states such as thrombosis has been investigated in recent years, it is still unclear how exactly platelet function is maintained in the vasculature. The human spleen contains roughly one-third of all circulating platelets within its red pulp platelet pool. The absence of the spleen has historically been associated with an increase in arterial and venous thromboembolisms. However, neither the function of platelets in the spleen, nor the role of the spleen in thromboembolisms, have been fully investigated. Results: This work investigates the role of platelets in the spleen. First, around 18% of the platelets in the murine model are pooled in the splenic red pulp. There is a higher concentration of platelets in the red pulp in the spleen compared to blood or other major organs. We can also show that the spleen plays no significant role in steady-state platelet clearance or (de-)activation. Furthermore, the spleen contains platelets with the same properties and age as those in the general circulation, with the spleen playing no role in the steady-state function of platelets. We demonstrate that the splenic platelet pool is an exchangeable pool, harboring the platelets only for a short amount of time (~10-15min). Platelets that transited through the spleen are no different in size or half-life to those that transited through other organs. During the splenic transit platelets associate with macrophages display shape changes and filopodia and possess transient calcium spikes in the splenic red pulp. These splenic platelets wander in the red pulp, displaying active movement that differs from platelet-sized beads. This suggests that the splenic platelet pool is partially activated. Activated platelets are the result of thrombus formation, hence the spleen could act as a filter of activated platelets. After chronic or acute splenectomy, arterial thrombus formation is increased. Furthermore, the spleen is required to filter platelets out of systemic circulation during arterial thrombosis. These filtered platelets form platelet-fibrinogen aggregates in the splenic red pulp. We can show that this phenomenon applies to other pathologies such as acute lung injury and intravenous adenovirus-vector vaccine administration. In the latter case, we can confirm that (adenovirus-vector) binding and activated platelets shuttle into the spleen, where they exhibit increased filopodia formation and macrophage interactions. These platelets then aggregate in the red pulp, are phagocytosed by macrophages and trafficked into splenic follicles, where a B-cell mediated immune response is initiated. Conclusion: This work sheds light on a new mechanism of the spleen: it acts as a thrombo-protective organ by filtering out activated platelets. We can characterize the splenic platelet pool as a mechanism of limiting thrombosis during acute arterial thrombosis and filtering out activated platelets. This mechanism applies our findings to two other, different pathologies – acute lung inflammation and intravenous adenovirus-vector vaccine administration, implying that this mechanism is generalizable and possibly translatable to the human organism.

Abstract

Hintergrund: Thrombozyten spielen eine entscheidende Rolle in der Hämostase, vor allem bei der Thrombose. In den letzten Jahren wurde die Thrombozytenfunktion vor allem in patho­ph­y­sio­logischen Konstellationen wie der Thrombose untersucht, es ist aber immer noch unklar, wie genau die Thrombozytenfunktion im Gefäßsystem unter normalen Bedingungen aufrechterhalten wird. Die menschliche Milz enthält etwa ein Drittel aller zirkulierenden Thrombozyten, die in einem „Pool” in der roten Pulpa aufzufinden sind. Das Fehlen der Milz wurde bereits mit einem Anstieg von arteriellen und venösen Thromboembolien in Verbindung gebracht. Allerdings sind weder die Funktion der Thrombozyten in diesem Pool in der Milz noch die Rolle der Milz bei Thromboembolien vollständig untersucht worden. Ergebnisse: In dieser Arbeit wird die Rolle der Blutplättchen in der Milz untersucht. Etwa 18% der Blutplättchen sind im Mausmodell in der roten Pulpa der Milz konzentriert. Die Konzentration der Thrombozyten in der roten Pulpa ist höher als im Blut oder in anderen Organen. Wir können zeigen, dass die Milz keine bedeutende Rolle für die physiologische Funktion von Thrombozyten, sowie die Thrombozyten-Clearance oder (De-)Aktivierung spielt. Der Thrombozyten-Pool in der Milz enthält Thrombozyten mit denselben Eigenschaften und demselben Alter wie Thrombozyten im allgemeinen Blutkreislauf. Der Milz-Thrombozyten-Pool ist ein austauschbarer Pool, der die Thrombozyten nur für eine kurze Zeitspanne (~10-15 Minuten) beherbergt. Thrombozyten, welche die Milz durchquert haben, unterscheiden sich in Größe und Halbwertszeit nicht von denen, die andere Organe durchquert haben. Während des Milztransits assoziieren die Thrombozyten aber mit Makrophagen, zeigen Formveränderungen und Filopodien und weisen vorübergehende hohe intrazelluläre Kalziumkonzentrationen in der roten Pulpa der Milz auf. Diese Milzplättchen wandern in der roten Pulpa und zeigen eine aktive Bewegung, die sich von Kügelchen mit gleicher Größe unterscheidet. Dies deutet darauf hin, dass der Thrombozytenpool in der Milz teilweise aktiviert ist. Aktivierte Blutplättchen sind das Ergebnis der Thrombusbildung im Körper, was auf eine Rolle der Milz als Filter für aktivierte Blutplättchen hindeutet. In der Tat ist nach chronischer oder akuter Milzentfernung die arterielle Thrombusbildung erhöht. Die Milz filtert Thrombozyten während einer arteriellen Thrombose aus dem Blutkreislauf. Diese gefilterten Thrombozyten bilden Thrombozyten-Fibrinogen-Aggregate in der roten Pulpa der Milz. Dieser Mechanismus ist auch für andere Pathologien wie akute Lungenverletzungen und die intravenöse Verabreichung von Adenovirus-Vektor-Impfstoff relevant. In letzterem Fall können wir bestätigen, dass (Adenovirus-Vektor) gebundene und aktivierte Thrombozyten in die Milz wandern, wo diese wieder Filopodien bilden, und verstärkt mit Makrophagen interagieren. Die Thrombozyten aggregieren in der roten Pulpa, werden von Makrophagen phagozytiert und in die Milzfollikel transportiert, wo eine durch B-Zellen vermittelte Immunantwort ausgelöst wird. Schlussfolgerung: Diese Arbeit beleuchtet einen neuen Mechanismus der Milz: Sie fungiert als thrombo-protektives Organ, indem sie aktivierte Blutplättchen filtert. Der Milz-Thrombozyten-Pool funktioniert als Begrenzung der Thrombose während einer akuten arteriellen Thrombose und filtert aktivierte Thrombozyten. Dieser Mechanismus lässt sich auf zwei andere pathophysio­logische Zustände übertragen – die akute sterile Lungenentzündung und die intravenöse Verabreichung von Adenovirus-Vektor-Impfstoff. Dieser Mechanismus ist also durchaus verallgemeinerbar und möglicherweise auf den menschlichen Organismus übertragbar.

• Item Type: Theses (Dissertation, LMU Munich)
• Subjects: 600 Technology, Medicine; 600 Technology, Medicine > 610 Medical sciences and medicine
• Faculties: Faculty of Medicine
• Language: English
• Date of oral examination: 2. September 2024
• 1. Referee: Massberg, Steffen
• Signature of the printed copy: 0700/UMD 22970