Изкуствена кръв: предизвикателства и надежди

Кръводаряването спасява милиони животи, но недостигът на донорска кръв е сериозен проблем за здравните системи по света. Поради това от векове учените търсят заместител под формата на изкуствена кръв. Пред какви предизвикателства са изправени днешните изследователи в търсенето на решение и какъв трябва да бъде перфектният кръвозаместител?

В този текст се спираме на историята, същността и досегашните постижения в областта на изкуствената кръв, както и на очакванията за бъдещи иновации.

Предизвикателства пред учените

Несъмнено, кръвта е безценен ресурс за медиците, но употребата e свързана с редица предизвикателства, които засягат нейната резултатност, безопасност и достъпност. Сред тях е фактът, че донорската кръв има ограничен срок на годност. Тя изисква специални условия за съхранение, защото нейните съставки се разпадат с времето. Например еритроцитите, поставени в хладилник при температура 1-6°C, запазват качествата си до 42 дни, след което тяхната ефективност намалява и преливането им на пациенти не е препоръчително.

Тромбоцитите са изключително нетрайни – те трябва да се съхраняват при температура 20-24°C, като се поддържат в непрекъснато движение, за да се предотврати слепването им. Годни са за употреба в рамките на 5-7 дни, което води до постоянна необходимост от дарителски кампании. Кръвната плазма може да се замразява при -18°C и да се ползва до 1 година, но процесът на размразяване отнема време, което затруднява лечението в кризисни ситуации.

Освен това кръвопреливане се извършва при точна съвместимост между донор и реципиент по отношение на групите – ABO и Rh фактор (малък процент от населението са т.нар. универсални дарители – с кръвна група 0 и отрицателен Rh фактор). Понякога имунната система на пациента не понася внесените кръвни съставки и причинява усложнения.

Въпреки строгите тестове съществува минимален риск от предаване на инфекции. И, разбира се, най-сериозното предизвикателство е въпросът дали при спешна нужда има достатъчно налична кръв. Заради всичко това учените активно търсят алтернатива в създаването на изкуствена кръв, с която да се преодолеят съществуващите ограничения.

 

Какъв трябва да бъде перфектният кръвозаместител?

 

 

Изкуственият продукт, в идеалния си вариант, е задължително да отговаря на три основни изисквания. Те биват:

1. В духа на Хипократовия етичен постулат – „Преди всичко, не вреди!“, изкуствената кръв трябва да е съвместима с човешкото тяло и да е напълно безопасна за употреба. При преливането кръвната група на реципиента не бива да е от значение. Много важно е създадената изкуствена кръв да не носи риск от образуване на съсиреци и да не предизвиква токсични ефекти. От нея следва да бъдат премахнати всички болестотворни агенти като вируси, бактерии или други патогени, които могат да се предават чрез кръвопреливане.
2. Използваната изкуствена кръв трябва да имитира функцията на хемоглобина. Това означава да е способна да пренася кислород от белите дробове до тъканите и да отстранява въглеродния диоксид.
3. Необходимо е кръвният заместител да е дълготраен и достъпен за всички нуждаещи се. Такъв продукт не бива да изисква сложни условия за производство, съхранение и транспортиране. Важно е получаването му да бъде икономически изгодно, чрез което ще се гарантира неговата достъпност.

Тези основни фактори правят създаването на изкуствена кръв изключително сложно, но учените нямат право да не ги вземат предвид.

 

Първи стъпки в търсенето на изкуствена кръв

Първите документирани опити за заместване на кръвта с различни течности датират от 17-ти век, след като английският лекар Уилям Харви открива кръвообращението през 1628 година. В следващите десетилетия практикуващи медици извършват множество неуспешни преливания на кръв, взета от животни, както и на урина, вино, бира и други течности. Това са първите прототипи на изкуствена кръв. Обикновено пациентите умират от тежки усложнения.

През този период се изпробват и вливания на мляко като кръвен заместител. Впоследствие се установява, че млечните инжекции водят до сериозни усложнения включително тежки имунни реакции, инфекции и съдови нарушения, което прави подобен подход неподходящ и опасен.

По време на холерните епидемии в началото на 19-ти век (особено през 30-те години) шотландският лекар Томас Лата прилага интравенозна терапия със стерилен воден разтвор на натриев хлорид. Този продукт е подобен на днешния стандартен физиологичен разтвор, който има 0,9% NaCl. Постепенно се изяснява, че разтворът на Лата помага за стабилизиране на кръвното налягане при загуба на кръв. И днес основната полза от него е компенсиране недостига на циркулиращата в организма течност. Но физиологичният разтвор не е наистина изкуствена кръв, тъй като не съдържа компоненти, необходими за пренасяне на кислород до тъканите – той може само да компенсира обема.

 

Открития през 20-ти век

 

 

Войните през 20-ти век стимулират развитието на инфузионната терапия и откриването на нови течности за възстановяване на кръвния обем. В периода между края на 19-ти и началото на 20-ти век британският изследовател и лекар Сидни Рингер разработва т.нар. Рингеров разтвор. Лечебната течност съдържа натриев хлорид, калиев хлорид и калциев хлорид. Тя наподобява състава на кръвната плазма и започва да се доближава до целевата изкуствена кръв.

Към тази течност през 30-те години на 20-ти век американският педиатър и биохимик Алексис Хартман добавя още един компонент – натриев лактат. Така полученият Рингер-лактатен разтвор и днес се използва за корекция на електролитния баланс и възстановяване обема на циркулиращата кръв, но също не е кръвен заместител.

По време на Втората световна война, с цел да открият алтернатива на кръвната плазма, шведски учени изследват разтвори, съдържащи декстран и други полизахариди с високо молекулно тегло. Наблюденията показват, че тези разтвори увеличават осмотичното налягане в съдовете, което води до задържане на течности в кръвоносната система и повишаване обема на циркулиращата кръв.

Въпреки че декстрановите разтвори не пренасят кислород, те подпомагат стабилизирането след кръвозагуба. Употребата им обаче е ограничена поради потенциални нежелани реакции.

В периода между 60-те и 70-те години на миналото столетие в СССР, САЩ и други страни се провеждат изследвания с перфлуоровъглероди (PFC). Това са синтетични органични съединения, съдържащи само въглерод и флуор, известни със способността си да разтварят големи количества газове, включително кислород и въглероден диоксид. Именно тази способност предизвиква интереса на учените в търсенето на разтвор за изкуствена кръв.

Един от първите PFC-базирани продукти е Fluosol-DA. Той е разработен в Япония. През 1989 година е одобрен от Агенцията за храните и лекарствата (FDA) в САЩ за случаи, когато пациентите не могат да приемат донорска кръв. Но Fluosol-DA се оказва търговски неуспешен. Причините са сериозни – продуктът изисква чести повторни приложения, съхранение при ниски температури и води до странични ефекти като алергични реакции, съдови, белодробни, бъбречни и други усложнения. Днес се работи върху по-усъвършенствани PFC-базирани варианти.

През 80-те и 90-те години научната общност проявява засилен интерес към т.нар. хемоглобин-базирани кислородни носители (Hemoglobin-Based Oxygen Carriers, HBOC). Те съдържат модифициран хемоглобин, който е извлечен от човешка или животинска кръв или е създаден чрез рекомбинантни технологии. Този хемоглобин е химически обработен, за да се намали рискът от странични ефекти като токсичност и свиване на кръвоносните съдове.

Продуктите от групата на HBOC се изследват в продължение на десетилетия, но малко от тях са одобрени за широко клинично приложение поради проявени недостатъци: по-бързо разграждане в сравнение с червените кръвни клетки, което налага по-чести вливания; риск от повишаване на кръвното налягане и увреждане на органи. Това е един от основните проблеми при търсенето на изкуствена кръв.

 

Съвременни постижения –21 век

 

 

Изследванията върху PFC-базираните продукти продължават през последните две десетилетия, като учените работят върху преобразувания, свързани с по-ефективен транспорт на кислород, по-добра биосъвместимост (способност на материалите да функционират без вредни реакции) и по-дълъг полуживот (време, за което концентрацията на дадено вещество в организма намалява наполовина).

Някои PFC-базирани кръвни заместители са одобрени за клинична употреба в отделни държави, но само при ограничени показания като спешни случаи или липса на кръв за преливане. Пример за такива разработки са руският Perftoran и американският Oxycyte, който все още се изследва. Въпреки предизвикателствата PFC-базираните продукти остават обещаваща алтернатива на донорската кръв особено при военни конфликти, бедствия и недостиг на кръвни запаси.

Все повече изследователски екипи насочват усилията си към подобряване безопасността и ефективността на HBOC. През 2001 година продуктът Hemopure, базиран на говежди хемоглобин, е одобрен за употреба в Южна Африка за лечение на пациенти с остра анемия по време на хирургични процедури. В САЩ Hemopure преминава клинични изпитвания, но FDA още не го е одобрила поради опасения относно безопасността и надеждността му.

Разработват се методи за капсулиране на хемоглобина в биосъвместими наночастици, което би могло да намали риска от увреждане на кръвоносните съдове и бъбреците.

През 2022 година британски учени от университетите в Бристол и Кеймбридж провеждат първото в света клинично изпитване, при което лабораторно отгледани еритроцити са успешно прелети на доброволци. Резултатите показват, че тези клетки в сравнение с дарените могат да оцелеят по-дълго в организма. Това е важна стъпка към създаване на идеалната изкуствена кръв, макар че методът е скъп и все още не може да се ползва за масово производство.

Разработват се и методи за създаване на универсални кръвни клетки чрез генна модификация. Вече са проведени експериментални тестове, които показват, че редактираните клетки могат да оцеляват в кръвния поток. Проблем обаче е масовото им производство, което е скъпо и изисква усъвършенстване, но учените са на прав път в създаването на изкуствена кръв.

 

Заключение

 

 

Към момента няма продукт, представляващ изкуствена кръв, който да може напълно да замени дарената кръв. Съществуващите технологии показват сериозен напредък, но пред тях стоят предизвикателства като безопасност, разходи и ефективност. Прогнозите са, че в следващите 10-20 години някои от научните разработки ще достигнат до реално клинично приложение и това ще подобри драстично лечението на спешните състояния, заболяванията на кръвта и на редица още здравословни проблеми.

Със сигурност изследванията ще продължат – науката никога не спира своето развитие. Тя поставя въпроси, формира идеи, търси решения и всяко нейно откритие се основава на знанията, опита и труда на предходните изследователи. Това подхранва надеждата, че вероятно не е далече времето, когато човечеството ще разполага с наистина перфектна изкуствена кръв.

 

Често задавани въпроси