искусственные эритроциты и их применение в клинической практике
Искусственные эритроциты оказались лучше настоящих
Эритроциты выполняют жизненно важную функцию — они переносят кислород из легких во все ткани организма. Это происходит с помощью гемоглобина, в котором есть белки, содержащие железо — они то и связываются с кислородом. Эритроциты могут сжиматься и растягиваться, чтобы пройти через крошечные капилляры, а также могут циркулировать в течение длительного времени.
Пытаясь создать синтетические красные кровяные тельца, ученые столкнулись с некоторыми трудностями, так как было сложно сложить все эти свойства вместе. Но в новой работе у исследователей вышло не только создать эритроциты с полным набором функций, но и даже расширить его.
Искусственные эритроциты имеют сходный размер, форму, заряд и поверхностные белки с настоящими клетками. Команда ученых показала, что эти синтетические кровяные тельца способны достаточно деформироваться, чтобы протиснуться через крошечные «коридоры» в модельных капиллярах, а также в тестах с мышами эти клетки циркулировали в течение более 48 часов. По завершению эксперимента ученые отмечают, что они также не обнаружили никаких побочных эффектов.
Но это не все! Исследователи также продемонстрировали другие способности синтетических эритроцитов. Клетки успешно справлялись с «доставкой» противоопухолевых препаратов, датчиков токсинов и магнитных наночастиц. Это в свою очередь может обеспечить тело человека кислородом и лекарствами.
Команда планирует продолжить исследование и тестирование клеток, надеясь в конечном итоге подготовить их к испытаниям на людях.
Искусственные эритроциты и их применение в клинической практике
Журнал «Вестник новых медицинских технологий», том 16 №2
Основные принципы применения и заготовки
эритроцитсодержащих сред.
Фенотипирование реципиентов по системе Резус – клиническое обоснование.
Принцип современной трансфузионной терапии предусматривает использование конкретных компонентов крови, согласно клиническим показаниям. Для коррекции кислородоносителя, в настоящее время, имеет тенденцию к применению и, соответственно, к производству в учреждениях службы крови, эритроцитсодержащие среды максимально очищенные от «балластных» элементов. В Астраханском областном центре крови, на основании действующих нормативно – методических документов Российской Федерации и Совета Европы, разработаны методические рекомендации по обоснованию трансфузий компонентами крови. Раздел эритроцитсодержащих компонентов включает перечень производимых в настоящее время, отвечающих современным требованиям и международным стандартам, компонентов крови:
— «Эритроцитная взвесь с удаленным лейкоцитарным слоем»
— «Эритроцитная взвесь с ресуспендирующим раствором, фильтрованная»
— «Эритроцитная взвесь, обедненная лейкоцитами и тромбоцитами, отмытая»
— «Эритроцитная взвесь с физиологическим раствором, отмытая»
каждая из которых имеет свои показания к применению
В случае повторных фебрильных негемолитических реакций при следующих переливаниях рекомендуется использовать эритроциты, еще более высокой степени обеднения лейкоцитами при помощи лейкоцитарных фильтров : «Эритроцитная взвесь с ресуспендирующим раствором, фильтрованная» или «Эритроцитная взвесь, обедненная лейкоцитами и тромбоцитами, отмытая».
При наличии осттрансфузионных реакций и осложнений в анамнезе или во время проведения трансфузии, при положительном скрининге антител у реципиента, при наличии патологии группы крови (неспецифическая агглютинация, полиагглютинация, панагглютинация и т.д.) необходимо проведение индивидуального подбора донорских эритроцитов в специализированной лаборатории. Более подробные показания к назначению эритроцитсодержащих компонентов крови в Приложении №2.
Кроме показаний к назначению выше перечисленных конкретных эритроцитсодержащих компонентов крови, сохраняют значимость основные принципы для назначения килородоносителей:
— в редких случаях пациенты нуждаются в коррекции анемии при целевых показателях гемоглобина выше 90-95г/л и гематокрита не менее 29%, т.к. снабжение кислородом, у находящегося в покое человека с нормальной концентрацией гемоглобина в 3-4 раза превышает метаболические потребности тканей;
— уменьшение массы циркулирующего гемоглобина на 50% сопровождается уменьшением доставки кислорода всего на 27%;
— оптимальный уровень доставки кислорода при гематокрите ниже нормы (N=35-36г/л), т.к. при увеличении Ht выше 32г/л вязкость крови повышается и доставка О 2 не увеличивается;
— решающим для назначения трансфузии является уровень Нb
Кроме этого лечащим врачам необходимо помнить о немаловажной статистике, связанной с иммунными свойствами крови, о том, что необходимость применения донорских эритроцитов приводит к медицинским фактам:
— вызывает возникновение послеоперационных осложнений (в.т.ч. инфекционных) в 25-30% случаев
— гемотрансфузии донорскими эритроцитами в 4 раза увеличивают риск метастазирования при онкозаболеваниях;
— выживаемость больных с удаленной опухолью и с проведенной гемотрансфузией составляет 51%, а без нее – 87%.
Выводы:
— необходимо помнить о других иммунных антителах (около 20 % людей с группой крови А и АВ имеют т.н. слабую форму антигена А (подгруппа А2), которая дает слабую агглютинацию при типировании крови антисыворотками – цоликлонами, приводит к неправильной трактовке результата, определяя этих реципиентов как 0(I) и В(III) групп крови. Лица с D вариантным (слабым) антигеном способны вырабатывать антитела к отсутствующим эпитопам антигена D. Лица сенсибилизированные ранее проводимыми гемотрансфузиями или беременностями с антителами к другим антигенам эритроцитов) как правило выявляемые пробой на совместимость. Причем метод с применением полиглюкина, чаще всего используемый в клинической практике, мало пригоден для поиска антиэритроцитарных антител, т.к. не выявляет антитела к некоторым системам антигенов эритроцитов и имеет низкую чувствительность. Метод с применением желатина так же не все виды антител «ловит». Метод с применением антиглобулиновой сыворотки (АГС) наиболее чувствительный, но трудоемкий. Гелиевый тест с АГС позволяет значительно сократить время исследования при высокой чувствительности метода.
— необоснованная анемия, прирост гемоглобина и эритроцитов ниже ожидаемого после гемотрансфузии, т.е. причины неэффективности трансфузий при проведении заместительной терапии эритроцитами должны анализироваться.
— при необходимости трансфузий в случаях осложненных ситуаций необходимо производить специальный подбор доноров и трансфузионной среды с учетом состояния реципиента и его иммунологического статуса.
Составлено: Заведующая отделом заготовки
крови и ее компонентов,
врач-трансфузиолог Ферапонтовой Ю.В.
Приложение №1
ГБУЗ Астраханской области «Областной центр крови»
Подбор доноров, идентичных с реципиентами по системе Rh для трансфузии эритроцитов. (Руководство для иммуносерологов и трансфузиологов «групповые антигены эритроцитов» под редакцией С.И.Донского, В.А.Морокова, И.В.Дубинина)
№ Кода
Отсутствуют антигены
Систеам Резус
Нет Е
C+c+D+ Е — e+
Нет с, Е
C + с- D + Е- e +
C +с+ D +Е+ e +
любой
Нет С
C — с+ D +Е+ e +
Нет С, е
C — с+ D +Е+ e —
Нет С, Е
C — с+ D + Е- e +
Нет D ,С,Е
C — с+ D -Е- e +
Нет D ,Е
C +с+ D -Е- e +
Нет D
C +с+ D — Е+ e +
7, 8(Ccdee, CcdEe, ccdEe, CCdee)
Нет D ,С
C — с+ D — Е+ e +
Нет D ,Е,с
C + с- D -Е- e +
Нет D ,с,е
C + с- D — Е+ e —
8(CCdEE, CCdEe, CCdee)
Нет D ,е
C +с+ D — Е+ e —
Нет D ,С,е
C — с+ D — Е+ e —
Нет D имеется Cw
Cw + с+ D — Е+ e +
Нет с
C + с- D +Е+ e +
Нет с, е
C + с- D +Е+ e —
ГБУЗ АО «Областной центр крови»
ОБОСНОВАНИЕ ТРАНСФУЗИИ КОМПОНЕНТАМИ КРОВИ.
2. Эритроцитная взвесь, обедненная лейкоцитами и тромбоцитами, отмытая.
2.1. б-ным с тяжелой аллергией в анамнезе (для предупреждения анафилактических р-ций);
2.2. б-ным с непереносимостью плазмы (фебрильная реакция, сыпь, крапивница на плазменные белки или ассоциированная с тромбоцитами, анафирактоидная реакция);
2.3. отмытые эритроциты в случаях отсутствия «Эритроцитной взвеси с ресуспендирующим раствором, фильтрованной» (возможности приготовления впервые полчаса от заготовки цельной крови для предупреждения выработки цитокинов):
2.3.1. гемолитическая б-нь новорожденных (по группе крови) – ребенку всегда О(I)!если мать А(II), а ребенокАB(IV)-можно отмытые А(II) и О(I); если мать В(III), а ребенокАB(IV)-отмытые В(III)и О(I).
2.3.2. б-ным с посттрансфузионными фебрильными реакциями негемолитического типа;
2.3.3. при проведении заместительной терапии у лиц с отягощенным трансфузионным анамнезом;
2.3.4. б-ным с рефрактерностью к повторным переливаниям тромбоцитов;
2.3.5. б-ным с пароксизмальной ночной гемоглобинурией;
2.3.6. б-ным, нуждающимся в повторных трансфузиях (эритроцитов и/или тромбоцитов), с целью предупреждения аллоимунизации;
2.3.8. при проведении заместительной терапии у много рожавших женщин;
3. Эритроцитарная взвесь размороженная и отмытая
1) анафилактический шок в анамнезе (реакция сразу после начала трансфузии+отсутствие повыш. t 0 С)
2) отсутствие или дефицит Эритроцитной взвеси с ресуспендирующим раствором, фильтрованной требуемой группы крови и фенотипа, показания те же.
Примечание: Подгруппы крови (А1иА2) клинического значения не имеют, за исключением реципиентов, имеющих экстраагглютинины а1иа2-, которым переливают эритроциты О( I ), реципиентам А2В а1-эритроциты В( III ).
«Индивидуальный подбор» необходим в случаях ( для проведения кровь забирается только в сухую чистую центрифужную пробирку ):
4. Тробоконцентрат – переливать немедленно при получении! Не хранить в холодильнике!!
1)допустимо переливание тромбоцитов О( I ) группы по ургентной ситуации;
2) в плановом порядке подбор ТК по группе крови и резус-фактору:
доза 0,5-0,7х10 11 клеток на 10 кг массы тела с увеличением на :
— 20% при инфекционных осложнениях;
— 40-60% при спленомегалии, химиотерапии;
— 60-80% при ДВС, массивной кровопотере, рефрактерности, аллоиммунизации.
5. Лейкоцитный концентрат
Гранулоцитов менее 0.5х10 9 /л + неконтролируемая антибиотикотерапией генерализованная инфекция (сепсис, лихорадка 24-48 часов), миелоидная гипоплазия.
Составлено на основании:
приказа Министерства здравоохранения РФ № 363 от 25.11.2002г «Инструкция по применению компонентов крови».
ГОСТ Р 53470-2009 «Руководство по применению компонентов донорской крови» от 9.12.2009г №628-ст.
Обеспечить переливание крови и ее компонентов только по жизненным показаниям (приказ Министерства здравоохранения Астраханской области №250 «Об усилении мер профилактики гемотрансфузионного пути передачи ВИЧ инфекции и других инфекционных заболеваний» от 11.06.2008г)
Биогибридные эритроциты стали многофункциональными курьерами для кровеносной системы
Искусственные эритроциты в сосудах эмбриона курицы
Jimin Guo et al. / ACS Nano, 2020
Биоинженеры создали гибридные микрочастицы, свойства которых идентичны настоящим эритроцитам: они одинаковы по размеру, форме, способности деформироваться и переносить кислород. Для создания частиц из живых эритроцитов ученые сделали кремниевую форму, которую покрыли слоем полимера и клеточной мембраной, а затем растворили. Микрочастицы оставались в кровотоке мышей и эмбрионов курицы и не были токсичными. В искусственные эритроциты удалось поместить ряд грузов: гемоглобин, контрастирующие агенты для МРТ, противоопухолевый препарат, оксид железа для управления частицами с помощью магнитного поля и флуоресцентный сенсор АТФ для чувствительности к токсинам. Статья опубликована в журнале ACS Nano.
Эритроциты, или красные кровяные тельца, — относительно простые системы (у них нет ядра и многих других органелл), при этом у них есть целый ряд приспособлений для выполнения различных функций. Эритроциты имеют дисковидную двояковогнутую форму, которая обеспечивает максимальное соотношение площади поверхности к объему и позволяет красным кровяным тельцам изгибаться и сплющиваться, чтобы протиснуться через узкие капилляры. Основная функция эритроцитов — перенос кислорода и углекислого газа, для этого в них быстро формируются и превращаются друг в друга различные комплексы гемоглобина с газами. Наконец, на мембране красных кровяных телец находятся биомаркеры, по которым макрофаги узнают в них «своих» и не фагоцитируют.
Ученые предпринимали целый ряд попыток имитировать отдельные свойства эритроцитов в синтетических частицах: создали полимерные везикулы с гемоглобином, гибкие двояковогнутые диски из гидрогеля, покрытые мембранами настоящих эритроцитов частицы, управляемые магнитным полем микромоторы. Эти работы вдохновили группу исследователей из Китая и США под руководством Джеффри Бринкера (Jeffrey Brinker) из Университета Нью-Мексико на создание искусственных эритроцитов, которые повторяли бы все свойства красных кровных телец, могли бы переносить груз и выполнять ряд дополнительных функций.
Искусственные частицы создавали в четыре этапа. Чтобы точно скопировать форму эритроцитов, живые клетки покрывали 10-нанометровым слоем аморфного оксида кремния: фиксированные в формальдегиде красные кровяные тельца помещали в раствор кремниевой кислоты на 24 часа, а затем осаждали кислоту с помощью ферментов. Полученные частицы использовали как форму для послойного осаждения самособирающихся биосовместимых полимеров: положительно заряженные молекулы хитозана и отрицательно — альгината поочередно садились на поверхность оксида кремния. Затем из частиц вытравливали оксид кремния плавиковой кислотой, а полимерный остов (его толщина составила около 90 нанометров) покрывали мембраной, которую выделили из эритроцитов.
Результаты успешной разработки синтетических эритроцитов
Синтетические аналоги обладают не только всеми свойствами натуральных эритроцитов, но и способны выполнять дополнительные функции
Опубликованы результаты разработки синтетических эритроцитов, которые могли бы имитировать необходимые свойства натуральных эритроцитов (такие как гибкость, транспортировка кислорода, длительность циркуляции и другие). До недавнего времени искусственные эритроциты имели одну или в лучшем случае несколько функций, но далеко не все те, которыми обладают их натуральные аналоги.
В работе из ACS Nano удалось получить эритроциты со всеми функциями «оригинала» и даже добавить еще одно свойство.
Эритроциты доставляют кислород из легких в ткани и органы. Эти дисковидные клетки переносят миллионы молекул гемоглобина, железосодержащего белка, который связывается с кислородом. Эритроциты – гибкие клетки, что позволяет им сжиматься и проходить через мельчайшие капилляры, а затем обратно принимать изначальную форму. Клетки также содержат на своей поверхности белки, которые позволяют им циркулировать в крови без вмешательства иммунной системы. Ученые Wei Zhu, C. Jeffrey Brinker и их коллеги хотели разработать искусственные эритроциты, которые бы обладали теми же свойствами, что и «обычные», но также могли выполнять новые функции, например, перенос лекарственных средств, магнитное таргетирование или определение токсинов.
Исследователи сделали искусственные клетки сначала при помощи донорских эритроцитов человека с тонким слоем диоксида кремния. Они покрыли это положительно и отрицательно заряженными полимерами, а затем вытравили диоксид кремния, что позволило получить гибкие копии. В конце команда ученых покрыла поверхность этих копий естественными мембранами эритроцитов. Полученные элементы были такого же размера, формы и заряда, что и настоящие эритроциты, а также имели схожий набор белков на поверхности и способность сжиматься, проходя через капилляры, без потери формы. В эксперименте на лабораторных мышах они циркулировали 48 часов без наблюдаемой токсичности.
В другом этапе работы исследователи загружали искусственные клетки гемоглобином, противораковым препаратом, сенсором токсинов или магнитными наночастицами для демонстрации возможности транспортировки этих соединений. Также в эксперименте было показано, что новые «клетки» могут действовать как «приманка» для токсинов.
В дальнейшем ученые планируют исследовать потенциальные эффекты искусственных клеток в терапии рака или нейтрализации токсинов.
Искусственные эритроциты и их применение в клинической практике
You are using an outdated browser. Please upgrade your browser to improve your experience.
Ненастоящая кровь
В 2016 году в США доставили в больницу 23-летнего мужчину с геморрагическом коллапсом и потерей крови после аварии. Медики могли бы стабилизировать состояние пациента, перелив ему подходящую по группе и резус-фактору донорскую кровь, но пострадавший и его родственники отказались. Они были членами организации «Свидетели Иеговы», которым запрещены переливание крови и прием препаратов из ее основных компонентов — эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и/или плазмы. Состояние пациента ухудшалось: понижались частота сердцебиения и давление, падали концентрация гемоглобина и насыщение кислородом крови. Решить проблему с помощью лекарств не получалось.
К счастью для пациента, у врачей был еще один способ спасти ему жизнь, хотя и не совсем санкционированный, — через 30 часов после аварии пациенту ввели гемоглобин-ассоциированный переносчик кислорода гемопюр. Здоровье пострадавшего стало улучшаться, и он выписался из больницы меньше чем через две недели после аварии.
Гемоглобин-ассоциированные переносчики кислорода имитируют поведение содержащегося в эритроцитах гемоглобина (иногда их называют заменителями крови или искусственной кровью). В частности, гемопюр — это кислород-транспортирующая жидкость, которая повышает концентрацию общего и плазменного гемоглобина и обеспечивает доставку кислорода к тканям и органам. В Европе и США гемоглобин-ассоциированные переносчики кислорода пока еще не одобрили для применения в клинической практике, поэтому использовать заменители крови, как и многие другие препараты, не получившие официального разрешения, можно только в особых обстоятельствах, когда есть серьезная опасность для жизни и здоровья пациента. Как сообщается в коммюнике компании «НЬ02 Therapeutics», производящей гемопюр, этот продукт на сегодня спас жизни двух тысяч человек в разных странах.
Одобрить нельзя запретить
Цель применения гемоглобин-ассоциированных переносчиков кислорода — неполное замещение донорской крови. Их можно использовать для лечения определенных групп пациентов, включая тех, кто не приемлет переливания донорской крови по религиозным соображениям, а также при возможных осложнениях. Например, у людей с серповидно-клеточной анемией, которым необходимо регулярное переливание донорской крови, со временем развивается на нее опасная для жизни иммунная реакция. Существуют и пациенты с редкими типами крови, для которых сложно найти доноров в экстренных ситуациях.
Искусственная кровь более практична — она совместима со всеми группами крови. Хранение гемоглобин-ассоциированных переносчиков кислорода не доставляет особых проблем — гемопюр может храниться не менее трех лет при комнатной температуре, тогда как эритроциты донорской крови сохраняются это же время только при температуре ниже —65°С. Неудивительно, что во многих странах создание синтетических заменителей крови финансируют из военного бюджета. Искусственную кровь можно держать в кабине вертолета медицинской службы, в укладке машины скорой помощи или в хранящейся на складе полевой аптечке. Гемоглобин-ассоциированные переносчики кислорода нетрудно ввести в организм оперативно и в полевых условиях, если у человека сильное кровотечение, а это значительно увеличивает шансы выжить. Применение «ненастоящей крови» также позволяет не думать о том, что донорская кровь может быть заражена, — эти опасения стали особенно сильными в 1980-х годах, когда заговорили о начале эпидемии ВИЧ. Возможно, по этой причине Южно-Африканская Республика, в которой заболевших ВИЧ гораздо больше, чем где-либо на Земле, одной из первых официально разрешила применение гемопюра (в 2001 году).
Почему же медицинские регуляторы Евросоюза и США не торопятся разрешить клиническое применение гемопюра и его аналогов? Отчасти это обусловлено плохо организованными клиническими испытаниями заменителей крови первого поколения и их результатами. В 2008 году на основании результатов 16 исследований пяти различных заменителей крови был составлен метаанализ, согласно которому гемоглобин-ассоциированные переносчики кислорода значительно увеличивают риск сердечного приступа и преждевременной смерти.
После публикации обзора в редакцию журнала Американской медицинской ассоциации стали поступать письма от членов научного сообщества, в которых говорилось о том, что он был составлен неправильно. В 2015 году появилась статья, в которой убедительно доказывалось, что если из обзора исключить результаты исследования одного из продуктов, работу над которым к 2008 году уже давно прекратили из-за его бесперспективности, то вывод об опасности заменителей крови сменился бы на противоположный. Однако мнение об искусственной крови уже было сформировано — американские и европейские регуляторы оборота лекарственных средств относятся к ней осторожно и сдержанно, а финансирование проектов по созданию и изучению гемоглобин-ассоциированных переносчиков кислорода сокращено. Два разработчика заменителей крови, «Polyheme’s Northfield Laboratories» и «Hemospan’s Sangart», разорились. Разработавшая гемопюр компания «Biopure» в 2009 году заявила о банкротстве, купившая ее «ОРК Biotech» также стала банкротом в 2014 году и была, в свою очередь, куплена компанией «НЬ02 Therapeutics».
Однако, по мнению самих разработчиков, в этой грустной ситуации виден просвет. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), как и аналогичные структуры Евросоюза, начинает более адекватно оценивать минусы и плюсы применения искусственной крови в клинической практике. Стоит упомянуть, что в 1989 году в США был разрешен флуозол, переносчика кислорода на основе перфторированных углеводородов; правда, в 1994 году из-за сложностей с применением и большого количества побочных эффектов разрешение отозвали. В 1998 году в ветеринарии начали использовать оксиглобин — аналог гемопюра. Сначала для лечения анемии у собак, однако позже список видов домашних животных, которых можно лечить оксиглобином, увеличили, и в настоящее время почти 200 тыс животных разных видов успешно вылечили с помощью этого заменителя крови.
В помощь трансплантологам
Наиболее вероятно, что гемоглобин-ассоциированные переносчики кислорода найдут медицинское применение, не связанное с переливанием крови, которое позволит и получить новое финансирование, и продолжить разработки. В настоящее время компания «НЬ02 Therapeutics» продвигает гемопюр как жидкую среду для хранения донорских органов перед трансплантацией.
Большинство гемоглобин-ассоциированных переносчиков кислорода содержит гемоглобин из природных источников, чаще всего из крови коров. Так, гемопюр — это раствор полимеризованного бычьего гемоглобина. Получают его следующим образом: из крови коров выделяют эритроциты и разрушают их, затем гемоглобин очищают и проводят его полимеризацию. При этом образуются олигомеры, достаточно большие, чтобы они не могли пройти через слой клеток и покинуть кровеносные сосуды, но при этом недостаточно большие, чтобы стать мишенью иммунной системы.
При извлечении предназначенного для пересадки органа он немедленно начинает чувствовать недостаток кислорода. Сегодня стандартная процедура для подготовки донорского органа к хранению и транспортировке — это замораживание и хранение в консервирующей жидкости. Процедура, кажется, хорошо отработана — низкая температура замедляет обмен веществ в клетках донорского органа и соответственно скорость его повреждения из-за недостатка кислорода. Ни одна из применяющихся в настоящий момент в трансплантологии консервирующих жидкостей не содержит источник кислорода, хотя есть наблюдения, что консервирование органов в присутствии веществ — переносчиков кислорода позволяет хранить эти органы дольше. А это очень важно — у врачей будет больше времени, чтобы найти подходящего реципиента. Это, в свою очередь, повысит эффективность пересадки органов — шансы на благоприятный исход таких операций тем выше, чем выше совместимость донорского органа и реципиента.
В октябре 2017 года пресс-служба «Hb02Therapeutics» сообщила о первой успешной пересадке печени, которая ранее считалась неподходящей для трансплантации, но была восстановлена с помощью гемопюра. Операция проходила в медицинском центре Университета Гронингена в Нидерландах. В 2018 году «Hb02Therapeutics» планирует начать совместно с британскими клиниками более масштабные клинические испытания по применению гемопюра в трансплантации печени. Кроме того, «НЬ02Therapeutics» ведет переговоры с Испанским национальным центром исследований сердечно-сосудистых заболеваний, с которым планирует проверить, какой эффект окажет введение гемопюра в венечную артерию сразу после инфаркта. Есть основания полагать, что он обеспечит сердце достаточным количеством кислорода и ускорит его восстановление.
Со дна океана в клинику
Еще одна компания, с нетерпением ожидающая разрешения на применение гемоглобин-ассоциированных переносчиков кислорода, — «Hemarina» из Бретани. В ноябре 2017 года «Hemarina» сообщила, что с помощью разработанного и производящегося этой фирмой заменителя крови Hemo2Life провели 60 успешных операций по пересадке печени, — препарат использовали для сохранения донорских органов перед трансплантацией. Эта серия операций была уже вторым этапом клинических испытаний Hemo2Life, а на первом этапе с французским заменителем крови сделано десять успешных пересадок. Сегодня «Hemarina» провела достаточное количество клинических испытаний, чтобы запросить у европейских фарм-регуляторов разрешение на применение Hemo2Life в странах Евросоюза. Предполагается, что этот заменитель крови выйдет на рынок уже в 2019 году.
Как и гемопюр, Hemo2Life — производное животного гемоглобина. Для его производства используют гемоглобин червя — морского пескожила Arenicolamarina. Пескожилы — довольно крупные черви, длиной до 25 сантиметров, диаметром около сантиметра. Живут они под слоем песка в прибрежной области и дышат растворенным в воде кислородом. Выжить во время отливов, когда вода уходит, пескожилу помогает особая форма его гемоглобина, в пятьдесят раз тяжелее гемоглобина человека. У пескожилов нет эритроцитов, в их кровеносной системе циркулируют молекулы, которые упрощенно можно рассматривать каколигомеры гемоглобина млекопитающих и человека. Когда пескожил покрыт водой, его гемоглобин насыщается кислородом, после чего он перемещается к внутренним органам животного, где кислород отделяется от белка-переносчика и направляется в ткани червя. У фирмы «Hemarina» есть собственная ферма по разведению червей у западного побережья Франции, на ней ежегодно выводят более миллиона особей, из организма которых выделяют гемоглобин. В отличие от бычьего гемоглобина, гемоглобин пескожила не нужно полимеризовать или модифицировать — он уже готов для применения.
«Hemarina» планирует использовать Hemo2Life для консервации и других органов помимо печени — например легких, сердец, почек. Компания разрабатывает еще два продукта, содержащих гемоглобин пескожила, — оксиге-нирующий перевязочный материал под названием Hemhealing и заменитель красных кровяных телец Hemoxycarrier, который предназначен для лечения инфарктов, сердечных приступов и сер-повидно-клеточной анемии. Предполагается, что первая фаза клинических испытаний препарата Hemoxycarrier начнется в ближайшие два года.
Перфторорганика: сделано в СССР
Использовать олигомеры гемоглоби-нов животных — не единственный подход к созданию искусственной крови. С 1997 года в России разрешено применение перфторана — субмикронной эмульсии на основе перфторированных органических соединений. Перфторан был разработан в Институте биологической физики АН СССР (ИБФ АН СССР), затем работы над ним продолжились в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН, который образовался после разделения ИБФ. В создании препарата принимала участие целая группа ученых, которой с 1979 по 1985 год руководили Ф.Ф. Белоярцев и Г.Р. Иваницкий, а с 1986 по 1997 год — С.И. Воробьев.
Сегодня перфторан разрешен к применению в России, Казахстане, Киргизии, Украине, Узбекистане и Мексике, где он используется под торговой маркой Perftec. Газотранспортная функция перфторана связана со способностью переносить кислород (7 об.% при парциальном давлении кислорода 760 мм рт. ст.) и углекислый газ (60 об. % при парциальном давлении 760 мм рт. ст.), а также с большой поверхностью газообмена, которая обеспечивает большую скорость диффузии кислорода. Перфторан уже успешно использовали для лечения более чем 35 тыс человек, причем практически без побочных эффектов. Делаются попытки вывести перфторан и на рынок США. Права интеллектуальной собственности на перфторированную искусственную кровь, известную там подтоварным знаком Vidaphor, принадлежат компании «Fluor02Therapeutics» из Северной Каролины.
Основной компонент перфторана и его аналогов — перфтордекалин, способный переносить и высвобождать кислород; другие перфторированные углеводороды выступают в роли стабилизаторов и эмульгаторов. В результате смешения перфторированных углеводородов образуется эмульсия молочного цвета, которая сохраняет устойчивость в течение пяти лет в замороженном состоянии или может храниться две недели при температуре не выше 4°С. В настоящее время «Fluor02 Therapeutics» разрабатывает процесс производства перфторированного заменителя крови, который соответствовал бы требованиям, принятым в США, а далее планирует провести клинические испытания и запросить у FDA разрешение на клинические испытания рецептуры, основы которой были разработаны еще в СССР.
Искусственные эритроциты
Еще один подход, который можно применить при изготовлении искусственной крови, — заключение переносчика кислорода в полимерную оболочку. Такие структуры и внешним видом, и принципом работы гораздо больше похожи на красные кровяные тельца, чем производные гемоглобина или перфторированные углеводороды. Подобные системы уже существуют, но еще не начались клинические испытания.
Одна из компаний, которая пытается реализовать подобный подход, — «Kalocyte» (Миссури, США). Разработанные в этой компании горообразные структуры, входящие в состав препарата Erythromer, имитирующие красные кровяные тельца, находятся на стадии доклинических испытаний («Blood», 2016, 128, 1027—1029; doi: 10.1182/blood-2016-07-722421). Очищенный гемоглобин человека заключен в мембрану из синтетического полимера. Внутри мембраны находятся еще два вещества; одно понижает сродство гемоглобина к кислороду, упрощая процесс отдачи гемоглобином кислорода в органы, второе — восстановитель, который не дает железу гемоглобина окисляться, увеличивая стабильность и, следовательно, срок службы частицы.
Полимерная оболочка искусственных эритроцитов Erythromer — не просто «пакет», удерживающий в контакте гемоглобин и модификаторы его свойств. Это высокомолекулярное вещество управляет доступностью низкомолекулярных соединений, контролирующих процессы выделения кислорода. Малые молекулы, которые модифицируют поведение гемоглобина, заряжены отрицательно, а внутренняя поверхность полимерной мембраны несет на себе положительный заряд. В легких, где среда щелочная, низкомолекулярное соединение связывается с внутренней поверхностью полимерной мембраны, увеличивая его сродство к кислороду. При перемещении искусственного эритроцита по организму кислотность среды вокруг него увеличивается, полимер высвобождает малую молекулу, которая связывается с гемоглобином, и гемоглобин легко отдает кислород. Таким образом, система Erythromer эффективнее всего снабжает кислородом ткани со значительной кислотностью, которые им особенно бедны.
Диаметр искусственного эритроцита составляет около 200 нм, примерно в 50 раз меньше, чем у естественного. Препарат можно сушить лиофилизацией. Предполагается, что искусственные красные кровяные клетки будут использовать для оказания экстренной помощи жертвам чрезвычайных ситуаций до госпитализации. Клинические испытания систем доставки кислорода Erythromer планируется начать в ближайшие три года.
Ферма для крови
Еще один способ получить альтернативу донорской крови — «разведение» эритроцитов. Выращивание красных кровяных клеток человека из стволовых клеток крови донора в лаборатории может обеспечить потребность в редких группах крови. В конце 2018 года должна начаться первая фаза клинических испытаний таких искусственно выращенных эритроцитов.
Проект «кровяных ферм» разрабатывается в Бристольском университете и финансируется Национальными институтами здравоохранения США. Его цель — определить, будет ли время жизни выращенных эритроцитов в кровотоке иным, чем у обычных донорских эритроцитов. Кроме того, исследователи из Бристоля планируют модифицировать процесс, автоматизировав и масштабировав его. Пока они могут выращивать эритроциты в количестве, достаточном для переливания крови ребенку, однако недостаточном для взрослого человека.
Красные кровяные тельца можно также вырастить из стволовых клеток крови взрослых доноров, но исследователи из Бристоля хотят приспособить для «кровяных ферм» кровь из пуповины. В донорских банках пуповинной крови обычно можно найти более широкий набор групп крови, чем в обычных банках крови. Однако долгосрочная цель исследователей — модификация выращенных клеток, которая сделает их универсально совместимыми или позволит использовать выращенную кровь в терапевтических целях, — например, такие клетки могли бы помимо кислорода переносить ферменты или низкомолекулярные вещества, стабилизирующие состояние организма.
Итак, есть много рецептов для приготовления «ненастоящей крови», некоторые ее образцы сейчас находятся на стадии клинических или преклини-ческих испытаний. И хотя в наше время уделяется большое (иногда, возможно, чрезмерное) внимание потенциальной опасности лекарственных препаратов, у современных кровезаменителей есть шанс пройти эти испытания и занять достойное место в клиниках и аптеках.