在鐮刀形紅細胞病發病過程中，變形的紅細胞聚集在一起，阻塞微小血管并在受影響的身體部位引起劇烈疼痛和腫脹，這也是鐮狀細胞病最常見的并發癥之一。

麻省理工學院的一項新研究揭示了這一癥狀是如何產生的。這些發現也代表著能夠預測這類風險的發生。

研究人員發現，這些疼痛事件最有可能是由一類稱為網織紅細胞的未成熟紅細胞產生的，它們更容易粘在血管壁上。

新加坡南洋理工大學校長，麻省理工學院前工程學院院長，Vannevar Bush工程名譽教授Subra Suresh也是該研究的高級作者，該研究于9月發表在《PNAS》雜志上。該論文的主要作者是麻省理工學院博士后Dimitrios Papageorgiou和前博士后Sabia Abidi。

患有鐮狀細胞病的患者編碼血紅蛋白的基因中有一個突變，這會產生畸形的紅細胞：細胞變成鐮刀狀，而不是特征性的圓盤狀。患者經常患有貧血癥，因為異常的血紅蛋白不能攜帶足夠的氧氣。對于這類疾病，目前通常用阿片類藥物或其他藥物治療其導致的血管閉塞性疼痛。

為了探究紅細胞如何與血管相互作用以引發血管閉塞性疼痛，研究人員建立了一種專門的微流體系統用于模擬毛細血管，并使得將脫氧血液從毛細血管中帶走。這些直徑約10-20微米的血管十分容易發生血管閉塞。

微流體系統旨在讓研究人員控制氧氣水平。他們發現，當氧氣非常低或處于缺氧狀態時，與毛細血管后血管相似，鐮狀紅細胞粘附在血管壁上的可能性比正常氧氣水平狀態下高2到4倍。當氧氣含量低時，鐮狀細胞內的血紅蛋白形成僵硬的纖維，生長并向外推動細胞膜。這些纖維還有助于細胞更牢固地粘附在血管內壁上。

研究人員還發現，在患有鐮狀細胞病的患者中，稱為網織紅細胞的未成熟紅細胞最有可能粘附在血管上。這些年輕的鐮狀紅細胞剛從骨髓中釋放出來，比成熟紅細胞的表面積更大，使它們能夠產生更多的粘附位點。

研究人員希望設計更完整的血管阻塞模型結合現有模型和有關黏附方面的新發現，預測鐮狀細胞性貧血癥患者血細胞變硬需要多長時間，并非所有鐮狀細胞病患者都經歷過血管閉塞，該并發癥的發病率在患者之間可能存在很大差異，麻省理工學院的研究人員希望他們的研究結果可以幫助他們設計一種預測個體患者發生上述癥狀的風險。

“血細胞黏附確實是一個非常復雜的過程，開發基于微流體實驗新模型，模擬低氧條件下鐮狀細胞的定量黏附實驗，這是一項獨一無二的開創性實驗，”布朗大學應用數學教授、文章通訊作者George Karniadakis說道。