Группа специалистов из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре под руководством Самира Митраготри совместно со своими коллегами из Мичиганского университета разработала технологию создания красных кровяных телец из полимеров, удивительно близких по своим свойствам к реальным.
Факты о крови
* Красный цвет крови обусловлен наличием эритроцитов – самого многочисленного семейства клеток крови.
* Если сложить площадь всех эритроцитов, то она составит в среднем 3820 кв. м., что в 2000 больше площади тела самого человека. * В 1 мм3 крови содержится 5-6 млн. эритроцитов.
* Эритроциты нужны человеку для дыхания, а также для выведения углекислого газа. Именно эти «рабочие лошадки» неутомимо переносят кислород из легких к тканям, а оттуда отработанный углекислый газ обратно в легкие. И так в течение всей жизни эритроцита – 120 дней они курсируют по сосудам туда и обратно, причем с огромной скоростью.
* За несколько секунд между вдохом и выдохом эритроциты успевают преодолеть путь, в миллионы раз превышающий их собственный размер.
Не так давно красные кровяные тельца были впервые выращены в лаборатории. Теперь же появился и их искусственный вариант. Синтетические эритроциты успешно имитируют характеристики и основные функции настоящих клеток, в том числе мягкость, гибкость и способность переносить кислород.
В пресс-релизе университета учёные сообщают, что синтетические красные кровяные тельца (sRBCs) отлично справляются с “перевозкой” веществ по всему организму, что было доказано экспериментально, с прикреплением молекулы гемоглобина к поверхности полимерной клетки и последующим наблюдением.
sRBC-клетки могут использоваться в будущем для доставки лекарственных препаратов и даже для переливания людям вместо настоящей крови в случае необходимости – но перед этим, разумеется, понадобится ещё много дополнительных исследований.
Сделать искусственные эритроциты специалистам удалось так: вначале был создан похожий по форме на пончик полимерный шаблон, который покрыли несколькими слоями гемоглобина и других белков, затем сам шаблон удалили, осталась белковая оболочка. В результате все искусственные клетки имеют одинаковый размер и гибкость и могут нести столько же кислорода, сколько и настоящие.
В опубликованной в PNAS статье авторы высказывают предположение, что их методика может быть также использована для разработки частиц, имитирующих форму и свойства больных клеток, например при серповидно-клеточной анемии. А их и
зучение поможет понять, как такие заболевания влияют на клетки крови.
зучение поможет понять, как такие заболевания влияют на клетки крови.Параллельные исследования в области создания эритроцитов проводились учеными из Университета Иллинойса и клиники Мэйо (Чикаго, США), а также специалистами из компании Advanced Cell Technology. Учёным удалось с помощью специальной “подкормки” и создания специфических условий вырастить из нескольких линий стволовых клеток человека гемангиобласты, а затем и красные кровяные тельца.
В перспективе, считают разработчики, благодаря этому проекту удастся решить проблему нехватки донорской крови: как известно, достаточное количество эритроцитов можно получить с ее помощью. Статья на эту тему была опубликована в журнале Blood в конце 2008 года (Journal reference: Blood, DOI: 10.1182/Blood-2008-05).
Интересно также и то, что данное достижение повышает шансы получить со временем «универсальную кровь», которую можно будет переливать любым пациентам. (В природе обладателей так называемой нулевой группы крови всего лишь 8% среди населения белой расы и около 0,3% – среди азиатов).
Кроме того, искусственная кровь обладает одним неоспоримым преимуществом – в ней нет болезнетворных организмов, благодаря чему пациентов невозможно заразить вирусами СПИДа и гепатита.
Главный прорыв этой группы учёных состоит в том, что они смогли “заставить” эритроцит утратить ядро в ходе роста из стволовой клетки. Этот естественный процесс никогда не воспроизводился в лабораторных условиях.
“Эксперты говорили, это невозможно. Мы и сами удивились, когда поняли, что это сработало”, — рассказывает ведущий исследователь Роберт Ланза.
Вероятно, это стало возможным благодаря тому, что клетки крови выращивались на строме (фиброзной ткани костного мозга). Тесты показали, что искусственные эритроциты (которые по новой технологии можно получать миллиардами) доставляют кислород не менее эффективно, чем их донорские “собратья”.
Правда, пока существует одно весомое ограничение: группа синтезируемой крови определяется генами стволовых клеток, которые используются в самом начале процесса, а это означает, что и пересадить их можно не каждому пациенту.
Теперь учёным предстоит доказать, что искусственно созданные красные кровяные тельца проживут достаточно долго, чтобы послужить организму пациента (напомним, средняя продолжительность жизни “родных” эритроцитов человека около 120 дней).
Мы попросили прокомментировать эту информацию профессора А.Г.Румянцева
Румянцев А
лександр Григорьевич. Доктор медицинских наук, профессор, академик РАЕН. Главный детский гематолог Минздрава РФ, главный педиатр Комитета здравоохранения г. Москвы. Директор НИИ детской гематологии РФ. Заведующий кафедрой поликлинической педиатрии Российского государственного медицинского университета.
Попытки создать универсальный переносчик кислорода для замены эритроцитов ведутся более 40 лет. В качестве такого материала во всем мире, а также в СССР и России использовался перфторан. Разработки были доведены до клинического использования и применялись в виде кровезаменителя, при операциях и как средство скорой помощи. Носитель кислорода эффективно работал в течение суток, затем его активность исчезала, что требовало повторного введения перфторана, а для него не было адекватных путей выведения. Препарат накапливался в клетках фагоцитирующих макрофагов, что нарушало их функцию.
Другой экспериментальный путь получения искусственных эритроцитов – это упомянутое в этом материале их получение из стволовых гемопоэтических клеток с помощью цитокинов и эритропоэтина in vitro. До сих пор информация по этому поводу имеется только в рамках лабораторного эксперимента. В настоящее время на основе этого эксперимента разрабатываются технологии получения и экспансии клеточных эритроцитарных культур, что вселяет надежду на успех и возможность реальной замены трансфузий эритроцитов в клинической практике.
Создание синтетических эритроцитов на основе полимеров – третий путь развития проблемы поиска альтернативы трансфузиям донорских эритроцитов. Этот путь по идеологии близок первому варианту, но с наличием дополнительных функций (например, создание микроструктуры, напоминающей клетку, способной поддерживать онкотическое давление крови в сосудах и выполняющей некоторые другие функции, имитирующие природные).
Думаю, что у исследователей, работающих в этом направлении, возникнут проблемы как в плане длительной поддержки подобных свойств (эритроциты человека живут 100-120 дней), так и их запрограммированной смерти и утилизации в человеческом организме. 
Александр Григорьевич Румянцев неоднократно принимал участие в программе “Здоровье”. Смотрите выпуски с его участием:
Александр Григорьевич Румянцев неоднократно принимал участие в программе “Здоровье”. Смотрите выпуски с его участием: Что делать, если грудного молока нет.
Кстати
Болезни крови можно разделить на четыре категории – в зависимости от того, какие из основных компонентов крови при этом затронуты: лейкоциты, эритроциты, тромбоциты или плазма.
Болезни крови, связанные с аномалиями эритроцитов, сводятся к двум противоположным типам: анемии и полицитемии.
Анемии – это заболевания, при которых снижено либо количество эритроцитов в крови, либо содержание гемоглобина в эритроцитах. В основе анемии могут лежать следующие причины:
1) сниженная продукция эритроцитов или гемоглобина, не компенсирующая нормального процесса разрушения клеток (анемии, обусловленные нарушением эритропоэза);
2) ускоренное разрушение эритроцитов (гемолитическая анемия);
3) значительная потеря эритроцитов при сильных и продолжительных кровотечениях (постгеморрагическая анемия). Во многих случаях болезнь обусловлена комбинацией двух из этих причин.
Полицитемия. В отличие от анемии при полицитемии количество эритроцитов в крови превышает норму. При истинной полицитемии, причины которой остаются неизвестными, наряду с эритроцитами увеличивается, как правило, содержание в крови лейкоцитов и тромбоцитов. Полицитемия может развиваться и в тех случаях, когда под действием факторов внешней среды или болезни снижается связывание кислорода кровью. Так, повышенный уровень эритроцитов в крови характерен для жителей высокогорья; то же наблюдается и у больных с хроническими нарушениями легочного кровообращения.
