24.02.2020

Когда будет создана искусственная кровь

Искусственная кровь: неразрешимая биологическая головоломка или будущая реальность?

Несмотря на огромные усилия, создание искусственной крови пока остается неразрешимой биологической загадкой. Однако за последние годы в технологиях биоинженерии наметился значительный прогресс. Ознакомимся с несколькими инновационными решениями, которые дают надежду, что однажды мечта об искусственной крови станет реальностью.

С обнаружением групп крови человека в начале 1900-х годов, одной из самых важных частей медицинской информации с тех пор, переливание крови стало намного более осуществимым, чем раньше. В 1907 году состоялось первое перекрестное сопоставление, что означает проверку несовместимости группы крови донора и реципиента. Спустя десять лет было создано первое хранилище крови. В течение следующих двух десятилетий были созданы службы переливания крови, а также была закреплена практика донорства крови.

Тем не менее, кровопролития в Первой и Второй мировых войнах показали, что крови всегда не хватает, и это не изменилось с первых дней сдачи крови. По оценкам ВОЗ, в мире ежегодно собирается около 108 миллионов единиц донорской крови; и около 100 центров крови в 168 странах сообщают о сборе в общей сложности 83 миллионов донорских крови. По оценкам, кому-то нужна кровь каждые две секунды.

Чаще всего очень трудно найти подходящих доноров крови. Эта потребность в сочетании с осознанием в 1980-х годах того факта, что ВИЧ и гепатит могут передаваться при переливаниях крови, которые до этого момента считались абсолютно безопасными, дали мощный толчок к попыткам создания искусственной крови в последние десятилетия.

Человеческая кровь – это невероятно сложный коктейль из белков, тромбоцитов, эритроцитов и лейкоцитов, идеально разработанный для доставки кислорода и питательных веществ по всему телу с максимальной точностью и эффективностью. Таким образом, любая жидкость, которая пытается имитировать эти свойства, должна, по крайней мере, иметь следующие характеристики.

Прежде всего, она должна быть безопасной в использовании и совместимой с организмом человека. Это означает, что разные типы крови не должны иметь значения при использовании искусственной крови. Это также означает, что заменяющая кровь жидкость может быть обработана для удаления всех вызывающих заболевания агентов, таких как вирусы и микроорганизмы.

В качестве второй предпосылки, она должна быть в состоянии транспортировать кислород по всему телу и выпускать его там, где это необходимо. Это главная задача человеческой крови.

В-третьих, искусственная кровь должна быть стабильной при хранении. Одной из самых нежелательных характеристик крови является то, что она может храниться только в течение относительно короткого периода времени. Например, по данным Красного Креста, клетки крови следует хранить в холодильниках при 6 ºC только до 42 дней, а тромбоциты можно хранить при комнатной температуре в мешалках только до пяти дней. Таким образом, в отличие от донорской крови, ученые предполагают, что искусственная кровь должна храниться не менее года и более.

На современном этапе развития ученые не могут имитировать природу: ни один из искусственных продуктов крови, разработанных до сих пор, не обладает всеми вышеупомянутыми характеристиками. По словам экспертов, большинство изобретенных ранее заменителей могут нести кислород и углекислый газ, но коагуляция и иммунная защита – другие жизненно важные функции крови, пока все еще не могут быть заменены. Следовательно, растворы для замены крови пока могут быть более точно описаны как носители кислорода.

Здесь выделяются два направления исследований: растворы на основе гемоглобина и перфторуглерода (ПФУ). Наиболее успешной стратегией было преследование заменителей крови на основе гемоглобина, или HBOCs, как их называют, которые имитируют функцию транспорта кислорода эритроцитами путем синтетического создания и упаковки гемоглобина человека или коровы.

В прошлом проводились десятки неудачных экспериментов с решениями на основе гемоглобина – возможно, самым известным был рассказ о Hemopure, который даже был представлен на рынке в Южной Африке.

Недавно команда KaloCyte создала Erythomer, искусственные эритроциты в форме бублика с синтетическим пакетом очищенного гемоглобина (взятого из просроченной донорской крови) нанометрового размера, заключенным в синтетическую оболочку. В отличие от регулярного донорства крови, они могут быть высушены сублимацией, храниться при комнатной температуре в течение длительных периодов времени и вводиться любому человеку независимо от его группы крови.

Другие лаборатории сосредоточились на том, чтобы имитировать функцию свертывания тромбоцитов, что крайне важно для остановки кровотечений. Лаборатория материаловеда Эрин Лавик в Университете Мэриленда разрабатывает наноструктуру синтетического полимера, которая связывается с тромбоцитами, чтобы помочь им быстрее накапливаться. В настоящее время биотехнологический заменитель тромбоцитов Synthoplate компании Haima Therapeutics проходит доклинические испытания на животных. Компания заявляет, что рассчитывает начать оценку безопасности в соответствии с требованиями FDA через 2-3 года – и, согласно их оценкам, она находится примерно в пяти годах от коммерциализации. То же самое говорят о продукте KaloCyte.

Тем временем и в качестве последних новостей об экспериментах с искусственной кровью японские исследователи заявили, что они разработали искусственную кровь, которая может быть перелита пациентам независимо от их группы крови и может значительно повысить шансы на выживание серьезно раненых людей. Пока что они доказали эффективность материала на кроликах.

Аллан Доктор, доктор медицинских наук, профессор педиатрии в Медицинском факультете Вашингтонского университета в Сент-Луисе, и его исследовательская группа получили гранты в размере 5 миллионов долларов на разработку искусственных эритроцитов, которые могут заменить кровь. Они называют свой материал эритомером.

Хотя искусственная кровь на основе гемоглобина до сих пор не получила одобрения FDA, заменитель, который использовал перфторуглероды, уже достиг этой стадии – хотя он был выведен с рынка из-за технических трудностей использования.

ПФУ – это в основном биологически инертные материалы, группа химических веществ, созданных человеком, состоящих только из углерода и фтора, которые могут растворять в 50 раз больше кислорода, чем плазма крови. Они способны переносить кислород между легкими и тканями. Кроме того, жидкости на основе перфторуглерода могут вдыхаться, и движение кислорода будет разворачиваться между жидкостью и капиллярами.

До того, как эти эксперименты оправдали наши надежды, продукты на основе ПФУ теперь находятся вне поля зрения из-за двух препятствий. Во-первых, они не растворимы в воде, что означает, что их нужно комбинировать с эмульгаторами, а во-вторых, они способны переносить гораздо меньше кислорода, чем продукты на основе гемоглобина. Это означает, что необходимо использовать значительно больше ПФУ.

Как видите, пока эти примеры оставляют мало надежды на искусственную кровь. К сожалению, донорство крови не может быть заменено заменяющим материалом в обозримом будущем. По крайней мере, в течение следующих 5-10 лет не существует таких коммерчески доступных продуктов, которые могли бы заменить человеческую кровь – в спасении миллионов жизней по всему миру.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.