Proteomics and metabolomics in transfusion medicine: new technologies to improve red blood cell storage PhD

Abstract

Despite decades of significant technological improvements, red blood cells can be stored under standard blood bank conditions for a limited span of life because RBC undergo a series of biochemical and physical changes, the so-called “storage lesions” that are related to the promotion of apoptosis-like phenomena. These anomalies compromise red cell survival upon transfusion and in turn transfusion efficacy in the recipient. In the first section, this PhD thesis would evaluate new technologies to improve red cell storage quality, in term of safety and efficacy. To this end it was performed a biochemical and mass spectrometry-based analysis of: (i) high-glycerol frozen RBCs (i.e., stored with a final concentration of 40% glycerol at -80°C for about 10 years); (ii) RBCs stored under standard blood banking with the supplementation of antioxidants (N-acetyl-L-cysteine and ascorbic acid). In the second section, the thesis would describe an innovative method to evaluate red cell storage quality through an extensive investigation of RBC cytosolic multi-protein complexes. In the light of this, it was performed a proteomic analysis in order to identify multimeric protein complexes that play a critical role in the maintenance of red blood cell functionality and survival in vivo. Future investigations should expand the existing knowledge and determine whether and how these complexes might influence red cell ageing in vivo and in vitro, other than the insurgence of specific pathologies.

Nonostante gli innumerevoli miglioramenti tecnologici degli ultimi decenni, i globuli rossi possono essere conservati in sacca trasfusionale per un periodo di tempo limitato. Ciò a causa delle cosiddette “storage lesions”, ossia modificazioni di natura biochimica e fisica che sono correlate alla promozione di fenomeni apoptotici. Tali alterazioni cellulari compromettono la sopravvivenza delle cellule trasfuse nel ricevente e, quindi, l’efficacia della trasfusione stessa. Nella prima sezione, questa tesi intende affrontare nuove tecnologie che sono state introdotte per promuovere il miglioramento della conservazione dei concentrati eritrocitari in sacca trasfusionale. Per questo scopo è stata eseguita un’analisi biochimica e basata sulla spettrometria di massa di: (i) high-glycerol frozen RBCs (globuli rossi conservati in 40% di glicerolo a -80°C per circa 10 anni); (ii) globuli rossi conservati secondo gli standard (CPD-SAGM a 4°C) con l’aggiunta di antiossidanti (N-acetil-L-cisteina e acido ascorbico). Nella seconda sezione, la tesi intende descrivere un metodo innovativo e utile per la valutazione della qualità di conservazione dei concentrati eritrocitari. Questo è consentito mediante un’approfondita analisi dei complessi multi-proteici presenti nel citoplasma eritrocitario. Alla luce di ciò, è stata eseguita un’analisi proteomica con lo scopo di indentificare i complessi proteici multimerici che giocano un ruolo cruciale nel mantenimento della funzionalità e della sopravvivenza cellulare in vivo. Indagini future potrebbero determinare se e come tali complessi proteici possano influenzare l’invecchiamento cellulare in vivo e in vitro, oltre che lo sviluppo di determinate patologie.