Syntetické červené krvinky  
Umělá krev je v kurzu. Nejvíce novinek nabízí army shopy, prodejny líčidel a maskérny. V oblasti funkčních náhražek skutečné krve byla delší dobu pauza, nyní ale prestižní Sborník Americké akademie věd informuje o průlomu ve výrobě sRBC, kvazi buněk z lidského hemoglobinu a kravského proteinu. Výsledný produkt je měkký, pružný a výkonové parametry přenosu kyslíku jsou na úrovni přirozených erytrocytů a s jedním bonusem navíc – umělé krvinky mohou sloužit jako nosiče léků.

 

Lidská krvinka (7,4×2,1 mikrometrů).

Začátky transfuzí
První převod krve u člověka provedli 15. června 1667 v Paříži, kde patnáctiletému chlapci trpícímu horečkami pouštěli žilou tak dlouho, až chudák skoro žádnou neměl. Aby přežil, dali mu (údajně bez škodlivých následků), krev cizí. Jakou krev dostal pramen nesděluje. Jistě ale víme, že pak následovala éra transfuzí ovčí krve. Od té se ale brzo upustilo. Tehdejší vědci své neúspěchy vysvětlovali tím, že spolu s přenosem ovčí krve se na člověka přenáší i ovčí melancholie.

Zvětšit obrázek
První vyobrazení intravenózní injekce nebo transfuze člověku. Elsholtze (1667).

Neslavně skončily i transfuze krve mezi manželskými páry, jimž výměna krve měla zajišťovat usmíření. Okolo roku 1680 ranhojiči přišli na to, že usmiřovat rozhádaná manželství nemá smysl a tak transfuze ustaly zcela. Zhruba sto let trvalo, než se na úmrtí zaviněná předáváním krve zapomnělo a experimenty se znovu rozběhly. Teprve ale až objev krevních skupin na začátku 20. století umožnil provádět tyto zákroky provádět relativně úspěšně. Za objevitele je považován  vídeňák Landsteiner, který jejich existenci v roce 1901 popsal a od té doby známe systém AB0. Za zmínku stojí připomenout, že nezávisle na Landsteinerovi určil čtyři základní krevní skupiny také český lékař Jan Janský.
 

 

Náhražky
Přes úctyhodný pokrok ve zdravotnictví,  jsou dostatčné zásoby krve noční můrou většiny chirurgických pracovišť. Farmaceutické společnosti se už přes třicet let snaží o náhražky, které by přenos kyslíku zajistily stejně efektivně, nebyly toxické a nezpůsobovaly alergické reakce organismu. Marně.
Zprvu to vypadalo, že půjde použít samotný hemoglobin, ten sice kyslík váže výborně, ale protože jsou jeho molekuly malé a lepivé, ucpávají v organismu kde co, hlavně ledviny. Když se ukázalo, že hemoglobin léčeným nešťastníkům přidělává problémy s močením, od této praxe se ustoupilo. Nedávno měl hemoglobin znovu vrátit do hry mořský kroužkovec (Arenicola marina). Molekuly jeho hemoglobinu se jevily být trefou do černého. Jde totiž o hemoglobin s obrovskou molekulou, která svou velikostí připomíná krvinku a navíc nevyvolává téměř žádné nežádoucí imunitní reakce. Veřejnost ale k červům nenabyla sympatie a tak francouzský patent již několik let leží ladem.


 

Zvětšit obrázek
Umělé krvinky z Kalifornie jsou vyrobeny z několika vrstev lidského hemoglobinu vyztuženého albuminem ze skotu . Bílá úsečka představuje 5 mikronů.. Vědci tvrdí, že nám mají tvarem připomínat koblížky… (Kredit: Doshi a kol.)

Bílá krev
Už před dvaceti lety se zdálo, že s pomocí vlastností perfluorokarbonu budeme moci dýchat i pod vodou. Potkani ponoření do takového roztoku se neutopili. Schopnost složek bílé krve vázat na sebe kyslík se jevila dokonce lepší, než jak to umí hemoglobin a už už se zdálo, že přípravky na bázi perfluorokarbonu (PFC) klasickou krev zcela vytlačí. Bílá krev je ve skutečnosti vodnou emulzi obsahující perfluorované uhlovodíky (např. perfluordekalin, perfluoroktylbromid).

Zvětšit obrázek
V roce 1979 vědci demonstrovali schopnost perfluorokarbonu přenášet kyslík. Potkan ponořený v PFC dýchá, aniž by utonul. Zdálo se, že karbonáty brzo krev zcela nahradí.

Zmíněné sloučeniny jsou dokonale inertní, nejedovaté a vynikají schopností rozpouštět plyny – perfluordekalin rozpouští až 40 hmotnostních procent kyslíku. I když se dnes tato umělá krev používá, prorokovanou spásu nepřinesla. Většinou se používá jen v případech krajní nouze, kdy normální krev není, nebo jí je málo. Jisté výhody použití PFC se jeví při léčbě popálenin a pro konzervaci orgánů. Přednost dostává u poranění mozku, kdy otok a s ním spojený nitrolební tlak brání průchodnosti cév a nervovým buňkám, choulostivým na nedostatek kyslíku, hrozí odumření.  Stísněnými prostorami se emulze dostane snáz, než robustní erytrocyty a tak bílá krev strádajícím neuronům může ulehčit víc, než krev normální. Jako všechno i bílá krev má své mouchy. Její aplikace je podmíněna silným okysličením organismu, což může vést k poškození s trvalými následky. Jsou ale i další úskalí, prjevující se až se zpožděním. Bílá krev v žilách navozuje po určité době zvětšování sleziny a jater. Je to důsledek toho, jak se imunitní buňky snaží kapičky fluorokarbonu pozřít a tělo od nich očistit.


 

Od umělotin zpět k erytrocytům
Z představy, že jednoduchá chemie nás zbaví všech problémů, jsme již vystřízlivěli. Naštěstí. Představa, že děvčata vlivem PFC přijdou o ruměnec a mládenci budou připomínat chodící smrtky, je děsivá.

Zvětšit obrázek
Bílá krev - vodná emulze s perfluorovanými uhlovodíky. Při otocích mozku jsou cévy následkem tlaku zúžené a malé kapičky emulze mají větší šanci se prodrat i tam, kam by se velké erytrocyty nedostaly.

 Tím, jak se pozornost vědců začala vracet zpět k naší staré dobré krvi, se ale také znovu dostáváme zpět k problémům roku 1901 – nutnosti testovat krevní skupiny dárce a příjemce. Je nasnadě, že některých kombinací krve bude stále nedostatek. Pokud se totiž  podá neslučitelná krev (např. příjemci skupiny A krev skupiny B), dojde působením protilátek v krvi příjemce ke shlukování a rozpadu krvinek dárce.


 

Zvětšit obrázek
Mořský červ Arenicola marina. Jeho ohromné molekuly hemoglobinu se mohly stát alternativou v náhražkách krve. Neucpává kapiláry a nenavozuje alergické reakce.

 

Skupiny určují antigeny
Antigeny A a B, které krevním skupinám daly jméno, jsou cukry, které jsou na povrchu erytrocytů. Lidské erytrocyty mohou nést jeden z těchto cukrů (A nebo B), nebo oba a nebo žádný. Podle toho máme čtyři krevní skupiny A, B, AB a 0. Jejich popletení při operaci nevěští pro pacienta nic dobrého. Pokud se vám tato věta zdá  cynická, nejste v obraze. Nedávný průzkum ukázal, že i přes vzdělanost nemocničního personálu k záměnám dochází. K omylům s těmi nejhoršími konci dochází se statistickou pravděpobností jednoho případu na 15 000 transfuzí.


 

Káva a patogeny střevního traktu
V osmdesátých letech uplynulého století si parta výzkumníků z New Yorku všimla, že enzym obsažený v nezralých zrnkách kávy dokáže z erytrocytů “smýt” B antigen. Jednalo se pouze o jeden antigen a tak byl poznatek v praxi neupotřebitelný a upadl v zapomnění. Ne tak dávno se Dán Henrik Clausen z University of Copenhagen vrtal ve střevních baktériích a plísních a zjistil, že některé z nich mají enzymy s podobnou náplní práce, jako má enzym z kávy. (A pak věřte tomu, když vám někdo říká, že „vrtat se ve …… nemá smysl“.)

 

Enzym tohoto střevního patogenu dokáže z erytrocytů odstranit antigen B. To by mohlo vyřešit polovinu problémů s nekompatibilitou dárcovské krve.

Clausen měl kliku a kápnul hned na dva enzymy. Jeden byl z arzenálu našich střevních nepřátel a druhý od mikrobů co páchají škody na mozku novorozenců. V prvním ze jmenovaných případů se jedná o baktérii Bacteroides fragilit. Její kladnou stránkou je, že se umí vypořádat s erytrocytárním antigenem B. Enzym druhého mikroba (Elizabethkingia meningosepticum) si rád pochutná na cukru tvořícím na povrchu červené krvinky antigen skupiny A. Bakteriální enzymy jsou účinnější a na stejnou práci jich stačí mít tisíckrát méně, než kolik enzymu by bylo třeba, pokud by se k odstraňování antigenů používal enzym ze zelených kávových zrn. Dnes již jde pomocí enzymů změnit krev kteréhokoliv dárce na krevní skupinu 0.
 

Zvětšit obrázek
Materiál PLGA použitý k tvorbě umělé krvinky má široké uplatnění. Pěnou lze imitovat strukturu plicních sklípků. Její osazení buňkami z fétů má zajistit regeneraci poničených plicních laloků, případně umožnit kultivaci náhradních dílů in vitro. (Foto: Mark Mondrinos, Florida State University, Tallahassee)

Napodobeniny erytrocytů
Posledním hitem na poli umělé krve jsou syntetické buňky označené jako sRBC. Dokáží i po týdnu provozu stále ještě na sebe vázat 90% své původní kyslíkové kapacity. Jde o výtvor z dílen University of California v Santa Barbaře a University of Michigan. K připravě imitace buněk  použili vědci látku označovanou jako PLGA nebo-li poly(lactic-co-glycolic acid).  Jde o kopolymer slozený z nízkomolekulárních polymerů mléčné a glykolové kyseliny. Tato látka  je schválena (FDA) pro použití v potravinářském  průmyslu a v lékařství. Jedná se o biodegradibilní a biologicky snášenou látku. Její použití v medicíně není novinkou. Tři roky se například používá jako vhodné “lešení” pro nervové buňky při nápravě přerušených nervů.


Při tvorbě umělých erytrocytů se kuličky z tohoto polymeru nechají implodovat, čímž vzniknou jakési vyfouklé míčky. Jejich průměr je 7 mikrometrů a zploštěným tvarem připomínají krvinkové „koblížky“. Takto připravená forma se pak pokryje až devíti vrstvami hemoglobinu. Aby to drželo pohromadě, přidávají se k hemoglobinu ještě proteiny.

Zvětšit obrázek
Nové krvinky mohou být „naplněny“ účinnými látkami. Ty se pak postupně uvolňují v místech, kde poslouží nejvíce. Graf ukazuje dva časově různé způsoby uvolňování léčiva v závislosti na velikosti molekuly. Pro demonstraci byly použity dvě různě velké molekuly dextranu: 3 kDa a 10 kDa. Obrázek je z konfokálního mikroskopu a zachycuje uvolňování látky z umělých krvinek (dextran byl pro tento účel obarven červeně) . (Kredit: Doshi a kol.)

Jako vhodný se ukázal protein z krav, takzvaný BSA (bovinní sérový protein). Je-li povrchový „nátěr“ hotov, vnitřní polymerové jádro, které sloužilo jen jako „kopyto“, se odstraní vymytím pomocí rozpouštědla. Tím se získají partikule, které jsou stejně pružné, jako normální tělní buňky. Velikost těch v pokusu byla jen nepatrně menší, než je průměr lidských erytrocytů. Tvar byl také podobný a tak se vytvořený produkt vyznačoval velkým povrchem schopným pojmout stejné množství kyslíku, jako opravdové lidské červené krvinky.

 

Pokusy s tvorbou arteficielních buněk v nichž úlohu kostry zastávaly biopolymery, se již dělaly. Dosud používané polymery se ale z „buněk“ neodstraňovaly, což zadělávalo výslednému produktu na problém.

Zvětšit obrázek
Chování v kapilárním řečišti se laboratorně testuje průchodností skleněnými kapilárami. (Kredit: Doshi a kol.)

Vzniklé imitace buněk byly tuhé a nepoddajné. V krevním řečišti se chovaly nepřirozeně a v orgánech jako jsou ledviny ucpávaly kapiláry a vyřazovaly je z činnosti podobně, jak to činil samotný hemoglobin. Tím, že američtí vědci začali polymer z buněk odstraňovat, pružné umělé koblížky nemají problém se prodrat otvory, které jsou menší, než je jejich průměr. V kapilárním řečišti si počínají stejně obratně jako jejich přirozené družky a orgány svojí přítomností neobtěžují.

Nový způsob výroby napodobenin erytrocytů dovoluje dokonce vyrábět takové tvary buněk, jaké mají ve svých cévách lidé se srpkovitou anemií, a nebo ti, kteří mají v důsledku zděděných genů krvinky oválné (eliptocytosis). Možnost „nadopovat“ umělé krvinky kontrastní látkou by zvýšilo rozlišovací schopnost některých stávajících vyšetřovacích metod. Možná jsme blízko doby, kdy výzvy k dárcovství krve se stanou minulostí a z plaket Jánského se stanou sběratelské rarity.


Pramen: University of California, Santa Barbara / College of Engineering

Datum: 20.12.2009 10:45
Tisk článku

Související články:

Co s pupečníkovou krví? Darovat nebo schovat?     Autor: Jaroslav Petr (08.03.2005)



Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace