Искусственная кровь

Искусственная кровь — общее название для целого ряда кровезаменителей, призванных выполнить и улучшить функции традиционной донорской крови. Особо интенсивные научно-исследовательские работы в данном направлении, хотя и разными методами, до и особенно после 2000 года начали вести группы учёных из России, Японии, США, Швеции, Германии и других стран.

Кровезаменители

Разновидности

В настоящее время функции искусственной крови выполняют несколько изобретений, в основе которых лежат следующие элементы:

• Гемоглобин (США), побочный эффект — повышение кровяного давления (гипертония).
• Перфторан, или так называемая «голубая кровь» — создан на основе перфторорганических соединений, имеет голубой цвет, способен пассивно переносить кислород как следствие высокой растворимости последнего в перфторорганических соединениях.
• Альбумин

Достоинства

• отсутствие риска заражения вирусами,
• совместимость с любой группой крови при переливании,
• производство в лабораторных условиях,
• oтносительная лёгкость хранения (в экстренных ситуациях сухую искусственную кровь разбавить специальным водным раствором, и в течение нескольких секунд она будет готова к применению),
• ускоряет перенос кислорода к тканям (большее количество кислорода на одну молекулу его переносчика).

Недостатки

• побочные эффекты^{[какие?]}, токсичность,
• дороговизна^{[уточнить]}.

Кровезаменители на основе гемоглобина

Кровезаменители на основе красного пигмента крови гемоглобина (кровезаменители на основе гемоглобина, HBBS; английский: переносчик кислорода на основе гемоглобина, HBOC) используют человеческий гемоглобин из истекших запасов крови или из биотехнологического производства, а также чужой («нечеловеческий») гемоглобин (например, от крупного рогатого скота или свиней) в качестве исходных материалов.

Нативный гемоглобин — это белковое соединение, которое состоит из 4 субъединиц (α 2 β 2 — тетрамер), одна из которых α-субъединица стабильно связана с одной β-субъединицей (αβ димер). Вне эритроцитов гемоглобин имеет очень короткий период полураспада. Он нестабилен и быстро распадается на два димера, которые обладают сильным нефротоксическим (повреждающим почки) действием. Гемоглобин имеет S-образную кривую связывания кислорода, причем свойство связывания кислорода в физиологическом диапазоне чувствительно к парциальному давлению кислорода. Помимо прочего, здесь концентрация 2,3-бисфосфоглицерата. (2,3-BPG) играет важную роль, поскольку находится на слишком низком уровне за пределами красных кровяных телец, чтобы обеспечить адекватное снабжение кислородом окружающие ткани. Гемоглобин также проникает через стенки кровеносных сосудов и связывает там оксид азота, сосудорасширяющее вещество. В результате повышается артериальное давление и уменьшается приток крови к тканям, что может принимать нежелательные размеры.

По этим причинам гемоглобин необходимо соответствующим образом модифицировать, прежде чем его можно будет использовать в качестве заменителя донорской крови. Есть разные подходы к этому:

Внутримолекулярное сшивание для стабилизации тетрамерной структуры гемоглобина и предотвращения распада на токсичные димеры. Два димера сшиваются либо между своими α-субъединицами, либо между β-субъединицами (например, с O, O-сукцинилди (салициловая кислота) или 2-нор-2-формилпиридоксаль-5-фосфатом). Рекомбинантное производство гемоглобина человека, два димера которого стабильно связаны друг с другом посредством соответствующей модификации аминокислотной последовательности их α-субъединиц. Связывание пиридоксаль-5-фосфата с гемоглобином человека с целью улучшения его свойств связывания кислорода (пиридоксилирование). Межмолекулярное сшивание для получения более крупных молекул. Полиальдегидные соединения, такие как глутаральдегид или о-рафиноза, используются в качестве сшивающих агентов. Например, глутамер гемоглобина имеет среднюю молекулярную массу примерно в три-четыре раза больше, чем у гемоглобина. Присоединение к гемоглобину макромолекул, таких как декстраны, полисахариды, гидроксиэтилкрахмал, или синтетических водорастворимых макромолекул, таких как полиэтиленгликоли (конъюгация). Более крупные молекулы имеют более длительный период полураспада и менее эффективны в сужении кровеносных сосудов. Упаковка гемоглобина в липосомы или искусственные мембранные оболочки («искусственные эритроциты»). Из разработок на основе гемоглобина к настоящему времени одобрены два препарата гемоглобин-глутамер, изготовленные из бычьего гемоглобина (в Южной Африке препарат Hemopure для использования в медицине, в США и Европе оксиглобин для использования в ветеринарии).

Из стволовых клеток

Впервые инъекция человеку эритроцитов, выращенных «в пробирке» из гемопоэтических стволовых клеток, была успешно проведена в 2011 году. Первичным материалом для производства эритроцитов и тромбоцитов могут быть индуцированные стволовые клетки. По состоянию на 2014 год главной нерешённой проблемой, препятствующей использованию искусственных эритроцитов в трансфузиологии, является переход от ограниченных двумерных производственных техник к крупным трёхмерным экономически эффективным биореакторам. Узким местом массового производства тромбоцитов по состоянию на 2015 год является отсутствие технологии, которая позволила бы стимулировать мегакариоциты к порождению тромбоцитов в приемлемых для медицинского применения и выгодных финансовых масштабах.

Литература

• Берсенёв, А. В. Крупномасштабное получение эритроцитов из гемопоэтических стволовых клеток человека // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. — 2005. — Т. I, вып. 1. — С. 33—34.
• Browne, S. M. Blood Cell Bioprocessing: The Haematopoietic System and Current Status of In-Vitro Production of Red Blood Cells // Stem Cells and Cell Therapy : [англ.] / Browne, S. M., Al-Rubeai, M.. — Springer Netherlands, 2014. — P. 97—128. — ISBN 978-94-007-7195-6.
• Rousseau, G. F. Large‐scale production of red blood cells from stem cells: What are the technical challenges ahead? : [англ.] / Rousseau, G. F., Giarratana, M.-C., Douay, L. // Biotechnology Journal. — 2014. — Vol. 9, no. 1. — P. 28—38. — doi:10.1002/biot.201200368. — PMID 24408610.
• Thon, J. N. Road blocks in making platelets for transfusion : [англ.] / Thon, J. N., Medvetz, D. A., et al. // Journal of Thrombosis and Haemostasis. — 2015. — Vol. 13, no. S1. — P. S55—S62. — doi:10.1111/jth.12942. — PMID 26149051.
• Васильев П. С., Гаврилов О. К., Полушина Т. В. Кровезамещающие жидкости // Большая медицинская энциклопедия, 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия. — Т. 12.

Ссылки

• Дарья Карпенко. Искусственная кровь как шанс на будущее  (рус.). 22.03.2012. Интерфакс (28 июля 2008). Дата обращения: 20 марта 2012.
• Искусственная кровь. Решит ли она проблему нехватки донорской крови?
• Искусственная кровь в новостях 2004 года