Νέο Τεχνητό Υποκατάστατο Αίματος... Από Την Τρανσυλβανία

Ερευνητές στο Cluj-Napoca στη Ρουμανία, έχουν κάνει πρόσφατα κάποια σημαντική πρόοδο στην ανάπτυξη τεχνητών υποκατάστατων αίματος. Η φόρμουλα στην οποία κατέληξαν δεν βασίζεται σε συνθετικές αιμοσφαιρίνες αλλά στη πρωτεΐνη αιμερυθρίνη (hemerythrin), την οποία εξάγουν από θαλάσσια σκουλήκια. Με επικεφαλής τον καθηγητή Radu Silanghi-Dumitrescu από το Πανεπιστήμιο Babes-Bolyai, η ομάδα πραγματοποίησε ελέγχους αυτού του υποκατάστατου αίματος τόσο στα ποντίκια όσο και σε καλλιεργημένα κύτταρα. Τα πρώτα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι πολλές από τις αρνητικές επιπτώσεις που συνήθως συνδέονται είτε με περφθοράνθρακα (PFC) ή σε φορέα οξυγόνου που βασίζεται στην αιμοσφαιρίνη (HBOC), τα υποκατάστατα αίματος μπορούν να εξαλειφθούν ή τουλάχιστον να ελαχιστοποιηθούν με τη χρήση της αιμερυθρίνης.

Το ανθρώπινο αίμα έχει χρόνο ζωής λίγων εβδομάδων ενώ χρειάζεται επίσης να ταιριάζει και με την ομάδα αίματος του παραλήπτη. Και ενώ οι κίνδυνοι μετάδοσης νόσων μπορεί να ελαχιστοποιηθούν με τις δοκιμές, κάποιο κίνδυνοι εξακολουθούν να υφίστανται εάν ο δότης έχει μολυνθεί πρόσφατα. Τα γεγονότα αυτά οδήγησαν σε τεράστιες προσπάθειες παραγωγής ενός καλύτερου υποκατάστατου αίματος αλλά τα αποτελέσματα δεν ήταν ενθαρρυντικά μέχρι στιγμής.

Το γεγονός που κάνει τις μεθόδους που βασίζονται στην αιμοσφαιρίνη τόσο επιτυχημένες είναι ένα φαινόμενο γνωστό ως “συνδυαστικός δεσμός” (cooperative binding). Με λίγα λόγια, όσο περισσότερο οξυγόνο δεσμεύεται από την αιμοσφαιρίνη στους πνεύμονες, τόσο ευκολότερη γίνεται η δέσμευση επιπλέον μορίων οξυγόνου. Τα ίδια αποτελέσματα φαίνεται να παρουσιάζονται και προς την αντίθετη κατεύθυνση όσον αφορά στην αποδέσμευση οξυγόνου από τους ιστούς. Οι περισσότερες αιμερυθρίνες παρουσιάζουν περίπου το ένα τέταρτο της αποτελεσματικότητας της αιμοσφαιρίνης κυρίως λόγω του ότι ο συνδυαστικός δεσμός δεν είναι τόσο συχνός σε αυτές.

Το πρόβλημα με τους HBOC είναι ότι με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, η αιμοσφαιρίνη που περιέχουν καταλήγει να διαφεύγει, προκαλώντας σοβαρές βλάβες σε ζωτικά όργανα όπως τα νεφρά. Και ενώ το μικρό τους μέγεθος τους επιτρέπει να εισχωρούν και να οξυγονώνουν δύσκολα προσβάσιμα μέρη του σώματος καλύτερα από τα ερυθρά αιμοσφαίρια, το ίδιο χαρακτηριστικό οδηγεί επίσης σε ανεπιθύμητη εξαγγείωση στον ιστό. Η τυπική προσέγγιση είναι η προσπάθεια να γίνει η αιμοσφαιρίνη στους HBOC περισσότερο “στιβαρή” με μεθόδους πολυμερισμού της ή και ενώσεώς της με διάφορα άλλα πολυμερή. Οι ερευνητές έχουν διαπιστώσει ότι όταν αυτές οι τροποποιημένες αιμοσφαιρίνες εισχωρούν στους ιστούς δεσμεύουν το μονοξείδιο του αζώτου, φαινόμενο το οποίο οδηγεί σε αλματώδη αύξηση της αρτηριακής πίεσης. Οι HBOCs επίσης προκαλούν κράμπες και κοιλιακά άλγη που είναι πιθανόν αποτέλεσμα της παραγωγής ελεύθερων ριζών μέσω οξείδωσης ή αζωτοποίησης. Η νέα λύση από την Τρανσυλβανία, η οποία έχει ως βάση την αιμερυθρίνη, παρουσιάζει πολύ μικρότερη παραγωγή ελευθέρων ριζών σε σύγκριση με την αιμοσφαιρίνη. Οι ερευνητες εξέτασαν τα αποτελέσματα αυτά και σε ανθρώπινα λευκοκύτταρα αλλά και σε ανθρώπινα κύτταρα από τον ομφάλιο λώρο. Όταν συγκρίθηκαν με την συνηθισμένη γλουταρυλδικά πολυμερισμένη αιμοσφαιρίνη βοοειδών, το υποκατάστατό τους έδωσε πολύ πιο υγιείς καλλιέργειες.

Ο στόχος δεν είναι να αναπτυχθεί μία μόνιμη λύση αντικατάστασης, αλλά μάλλον κάτι που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να γεφυρωθεί μια κρίσιμη κατάσταση για τις λίγες ώρες ή ημέρες που χρειάζονται οι φυσικοί μηχανισμοί του σώματος για να αναλάβουν δράση. Η ίδια η αιμερυθρίνη, παρά την ονομασία της, δεν είναι στην πραγματικότητα ένα μόριο της αίμης με την αυστηρή έννοια του όρου. Είναι σχεδόν άχρωμη όταν είναι αποξυγονωμένη, αλλά όταν δεσμεύεται με οξυγόνο χρωαμτίζεται μοβ-ροζ. Είναι ενδιαφέρον να υποθέσουμε το αν αυτά τα νέα υποκατάστατα αίματος, ή κάτι παρόμοιο με αυτοά, μπορεί μία μέρα να δώσει μία νέα ευκαιρία για τη ζωντανή χαρτογράφηση ζώντων εγκεφάλων με εξαιρετική λεπτομέρεια.

Εκτός από τη σκέδαση του φωτός από τα λιπίδια, η αίμη στο αίμα είναι επίσης ένα σημαντικό πρόβλημα για την οπτική απεικόνιση του εγκεφάλου. Η προσωρινή χρήση υποκαταστάτων αίματος μπορεί τελικά να επιτρέψει νέες τεχνικές παρόμοιες με τις μεθόδους Clarity που χρησιμοποιούνται σε ζώντα εγκέφαλο. Η αιμερυθρίνη έχει επίσης πολλές άλλες μοναδικές ιδιότητες που πρέπει ακόμη να διερευνηθούν. Μεταξύ των θετικών χαρακτηριστικών της, για παράδειγμα, είναι μια πολύ μειωμένη συγγένεια με το μονοξείδιο του άνθρακα. Αν και δεν υπάρχει αμφιβολία ότι θα υπάρξουν πολλά εμπόδια ακόμη που πρέπει να ξεπεραστούν πριν κάτι τέτοιο μπορέσει να τεθεί σε ευρεία χρήση, τα μέχρι τώρα αποτελέσματα είναι πολύ ενθαρρυντικά.

Πηγή

1. Hewitt J. “An artificial blood substitute from Transylvania”. Medical Xpress
http://medicalxpress.com/news/2013-11-artificial-blood-substitute-transylvania.html