Искусственная кровь: гемоглобиновые везикулы и полусинтетические эритроциты

Настоящая кровь выполняет множество различных функций, тогда как от искусственной обычно ждут лишь одну — транспортировку кислорода по организму. Таким образом, под понятием «искусственная кровь» подразумевается продукт, который выступает заменителем эритроцитов.

На протяжении десятилетий ученые искали разные способы создания заменителей крови, которые могли бы эффективно переносить кислород. Суррогаты пытались получать различными методами: синтетическим производством, химическими превращениями или рекомбинантными технологиями. В последние годы основное внимание уделяется разработке искусственных носителей кислорода — наука продвинулась от поиска суррогатов крови к применению своеобразной «кислородной терапии».

Новая искусственная кровь: прорыв или призрачная надежда?

Недавно биотехнологи из Университета Нара в Японии сконструировали HbVs — гемоглобиновые везикулы, где гемоглобин заключен в липидную оболочку, имитирующую эритроциты. В первом испытании с участием людей авторы HbVs ввели по 100 мл раствора пурпурного цвета с гемоглобиновыми везикулами 12 здоровым добровольцам, и это вмешательство не вызвало серьезных побочных эффектов.

В следующий раз японские специалисты планируют ввести до 400 мл HbVs в более широкой выборке участников. Если безопасность HbVs будет окончательно подтверждена, будущие исследования уже будут оценивать их гемодинамическую и трофическую эффективность.

Исследователи надеются перейти к этапу промышленного производства и клинического применения препаратов на основе HbVs к 2030 году, хотя преимущества этой искусственной крови по сравнению с донорской уже очевидны. Во-первых, ее можно хранить при комнатной температуре до 2 лет или до 5 лет в замороженном состоянии, в то время как донорская кровь пригодна лишь 6 недель (нормы могут варьироваться в разных странах). Во-вторых, растворы HbVs не содержат антигенов ABO и Rh, что делает эти препараты теоретически совместимыми со всеми реципиентами.

Поиск суррогатов — ретроспектива

Однако HbVs — не первая (и не последняя) попытка создать полноценный заменитель человеческой крови. На самом деле поиски суррогатов для гемотрансфузий начались еще в начале 1600-х годов, а если верить медицинскому фольклору, первые задокументированные переливания крови проводили еще древние инки. Однако реального прогресса в этом направлении не было достигнуто до XVII века, когда Уильям Гарвей описал кровообращение. В последующие годы практикующие врачи пытались использовать вместо крови множество веществ, даже такие «несусветные», как пиво, моча, молоко, растительные смолы. И, конечно, хрестоматийный пример — овечья кровь. Целители тех времен прибегали к этим экспериментам не из экстренных показаний: они надеялись, что такими вливаниями можно лечить определенные заболевания или даже изменять личность человека.

По некоторым данным, первое успешное переливание человеческой крови было проведено лишь в 1667 году. К сожалению, эту практику вскоре прекратили, поскольку пациенты умирали после трансфузий.

Перебирая варианты потенциальных суррогатов, врачи начали пробовать солевые растворы. В экспериментах на лягушках ученые установили, что амфибии, из которых откачали всю кровь, остаются живыми в течение некоторого времени, если заменить потерянную кровь солевым раствором. Эти результаты оказались несколько обманчивыми, поскольку позже выяснилось, что лягушки могут выживать короткое время без кровообращения. Тем не менее, медицина получила первый более-менее действенный инструмент — физиологический раствор.

Современные решения

В 2017 году биоинженеры из Университета Мэриленда создали ErythroMer — искусственные полусинтетические эритроциты с полимерным покрытием из просроченных донорских эритроцитов, которые собирают кислород в легких и транспортируют его в ткани.

Эти синтетические клетки размером около 0,2 мкм были иммунно «немыми», что позволяло использовать их у пациентов с любым типом крови. Полимер на поверхности эритроцитов помогал реагировать на колебания pH в крови, так что искусственные элементы действовали по программе: захватывали кислород в легких, где уровень pH высокий, и высвобождали его в зонах с низким содержанием кислорода и соответственно низким pH. Полимерная оболочка не только эффективно регулировала захват и высвобождение кислорода, но и предотвращала неблагоприятные взаимодействия между гемоглобином и вазоактивными молекулами плазмы крови, что предотвращало опасную вазоконстрикцию (свободный гемоглобин в плазме может чрезмерно поглощать оксид азота, вызывая сужение сосудов).

На практике американским ученым удалось получить продукт, который можно высушить и транспортировать в виде порошка, храня его в течение длительного времени при комнатной температуре. Таким образом, «кровяной» порошок ErythroMer, готовый к немедленному использованию, было бы удобно применять в зонах боевых действий, просто добавив в качестве растворителя стерильную воду. Эту идею сейчас проверяет биотехнологический стартап KaloCyte.

На данный момент ни ErythroMer, ни любой другой подобный кандидат еще не дошел до «клиники». Однако даже в случае успеха описанных проектов нельзя утверждать, что квест по поиску идеального кровозаменителя завершен — хотя он начался очень и очень давно…