Штучна кров: гемоглобінові везикули та напівсинтетичні еритроцити

Справжня кров виконує безліч різних функцій, від штучної зазвичай чекають лише одну – транспортування кисню по організму. Тож під поняттям «штучна кров» мається на увазі препарат, що виступає як замінник еритроцитів. 

Протягом десятиліть вчені шукали різні способи створення замінників крові, котрі б могли ефективно транспортувати кисень. Сурогати намагалися отримувати різними способами: за допомогою синтетичного виробництва, хімічних перетворень або рекомбінантних технологій. В останні роки основна увага приділяється розробці штучних носіїв кисню – наука просунулася від пошуків сурогатів крові до застосування своєрідної «кисневої терапії».

Нова штучна кров: прорив чи примарна надія?

Нещодавно біотехнологи з Університету Нара в Японії сконструювали HbVs – своєрідні гемоглобінові везикули, гемоглобін, укладений у ліпідну оболонку, що імітує еритроцити. У першому випробуванні за участю людей автори HbVs ввели по 100 мл розчину пурпурового кольору з гемоглобіновими везикулами 12 здоровим добровольцям, і це втручання не викликало серйозні побічні ефекти. 

Наступного разу японські фахівці збираються ввести до 400 мл HbVs в більшій вибірці учасників. Якщо безпеку HbVs буде підтверджено остаточно, майбутні дослідження вже будуть оцінювати їхню гемодинамічну та трофічну ефективність. 

Дослідники сподіваються перейти на етап промислового виробництва та клінічного використання препаратів на основі HbVs до 2030 року, хоча переваги цієї штучної крові — порівняно з донорською — очевидні вже зараз. По-перше, її можна зберігати за кімнатної температури до 2 років або до 5 років у замороженому стані, тоді як донорська кров придатна лише 6 тижнів (ці норми в різних раїнах різні). По-друге, розчини HbVs не містять антигенів ABO та Rh, що робить ці препарати теоретично сумісними з усіма реципієнтами. 

Пошук сурогатів – ретроспектива 

Втім, HbVs – не перша (та й не остання) спроба створити повноцінний замінник людської крові. Насправді пошуки сурогатів для гемотрансфузій почали ще на початку 1600-х років, а якщо вірити медичному фольклору, то перші задокументовані переливання крові робили ще древні інки. Втім, реального прогресу в цьому напрямку не було досягнуто до XVII століття, коли Вільям Гарвей описав кровообіг. У наступні роки практикуючі лікарі намагалися використовувати замість крові численні речовини, навіть такі «недоречні», як пиво, сеча, молоко, рослинні смоли. Ну й звісно хрестоматійний приклад – овечу кров. Цілителі тих часів вдавалися до цих експериментів не з ургентних показань: вони сподівалися, що такими вливаннями можна лікувати певні захворювання або навіть змінювати особистість людини. 

Згідно з деякими джерелами, перше успішне переливання людської крові було проведено аж у 1667 році. На жаль, цю практику припинили, оскільки пацієнти помирали після трансфузій.

Перебираючи варіанти потенційних сурогатів, лікарі почали пробувати сольові розчини. В експериментах на жабах вчені встановили, що амфібії, з яких відкачали всю кров, залишаються протягом деякого часу живими, якщо замінити втрачену кров сольовим розчином. Ці результати були дещо оманливими, адже тільки пізніше зʼясувалося, що жаби можуть жити протягом короткого періоду без кровообігу. Однак, медицина отримала перший більш-менш дієвий інструмент – фізіологічний розчин.

Сучасні рішення

У 2017 році біоінженери з університету Меріленду виготовили з протермінованих донорських еритроцитів ErythroMer — штучні напівсинтетичні еритроцити з полімерним покриттям, які збирають кисень у легенях і далі транспортують його по тканинах. 

Ці синтетичні клітини розміром близько 0,2 мкм були імунно «німі», тож їх можна застосовувати у пацієнтів з будь-яким типом крові. Полімер на поверхні еритроцитів допомагав реагувати на коливання рН крові, тож штучні елементи крові діяли за програмою: забирали кисень в легенях, де рівень рН високий, і вивільняли його в ділянках з низьким вмістом кисню, й де відповідно низький рН. Полімерна оболонка не тільки ефективно регулювала захоплення та вивільнення кисню, а й запобігала несприятливим взаємодіям між гемоглобіном та вазоактивними молекулами плазми крові, що попереджувало небезпечну вазоконстрикцію (вільний гемоглобін у плазмі може надмірно поглинати оксид азоту, спричиняючи звуження судин).

По факту, американським вченим вдалося отримати продукт, який можна висушувати і транспортувати у вигляді порошку й зберігати протягом тривалого періоду при температурі навколишнього середовища. Отже «кров’яний» порошок ErythroMer, готовий до негайного використання, було б зручно використовувати в зонах бойових дій, просто додавши як розчинник стерильну воду. Цю ідею зараз перевіряє біотехнологічний стартап KaloCyte. 

На цей час ні ErythroMer, ні будь-який інший подібний кандидат ще не дійшов до «клініки». Втім, навіть у випадку успіху описаних проєктів не можна стверджувати, що квест із пошуку ідеального кровозамінника закінчився – хоча розпочався він дуже-дуже давно…