Nieszczęśliwe wypadki, choroby, wojny, kataklizmy… Co łączy te wszystkie nieszczęścia, które dotykają każdego dnia tysiąca ludzi na świecie? Jedna z nich jest krew. Pomimo wielu honorowych dawców, nadal jej brakuje; nadal zdarzają się przypadki, iż ludzie umierają na sali operacyjnej z powodu braku niezbędnej do transfuzji ilości krwi. Jak temu zaradzić? Naukowcy od lat starają się stworzyć substytuty, które pełniłyby większość z podstawowych funkcji jakie spełnia ten jakże niezbędny płyn ustrojowy. Jedną z najważniejszych jest transport tlenu, za który odpowiedzialne są czerwone krwinki, na których chciałbym się skupić.
Gwałtowny rozwój nanotechnologii przyczynił się do urzeczywistnienia wielu pomysłów, które do tej pory wydawały się jeszcze bardzo odległe. Jedną z takich idei jest produkcja składowych części krwi, a zwłaszcza erytrocytów. Uzyskane produkty możemy podzielić na 3 generacje ze względu na podobieństwo do naturalnych komórek. I generacje stanowią proste nośniki tlenu bazujące na modyfikowanej hemoglobinie, bez specyficznych dla czerwonych krwinek enzymów oraz błony biologicznej. II generacja oprócz nośników tlenu zawiera także enzymy przeciwutleniające, natomiast III generacja wszystkie cechy wymienione powyżej.
Substytuty I generacji to modyfikowana hemoglobina. Nasuwa się wiec pytanie dlaczego by nie zastosować hemoglobiny ekstrahowanej z erytrocytów? Z powodu jej wysokiej szkodliwości. Gdy jest podawana tetramer rozpada się na dwa dimery α1β1 oraz α2β2, które są wysoce toksyczne
w szczególności dla nerek. Jak więc temu zaradzić? Najlepiej ją zmodyfikować. Nadzieję w testach klinicznych daje jedynie tworzona na podstawie wiedzy nanobiotechnologicznej PolyHb. Uzyskuję się ją poprzez wiązanie krzyżowe wewnątrzcząsteczkowo od 3 do 10 cząsteczek hemoglobiny przy udziale aldehydu glutaranowego do rozpuszczalnych polimerów PolyHb. Tak stworzony substytut nie przenika przez śródbłonek naczyń krwionośnych, aby usunąć NO, a w rezultacie nie ma negatywnego wpływu na skurcz naczyń. Modyfikowane w ten sposób cząsteczki podlegają już III fazie testów klinicznych, a jeden z jej typów został dopuszczony do użytku w Południowej Afryce. Badania wykazały, iż podczas zabiegów chirurgicznych zastosowanie tego substytutu pozwala na podniesienie oraz utrzymanie hemoglobiny na poziomie 8 – 10 g/dl. Jedną z głównych zalet jej stosowania jest brak konieczności przeprowadzania testu na zgodność antygenową, dzięki czemu może być stosowana natychmiastowo.
Opisane wcześniej substytuty I generacji są odpowiednie w niektórych sytuacjach klinicznych, ale ich główną wada jest brak aktywności enzymatycznej charakterystycznej dla czerwonych krwinek. W sytuacji gdy istnieje znaczne opóźnienie i wstrząs wywołany krwotokiem jest poważny reperfuzja przy użyciu zwykłych nośników tlenu może spowodować zespół poreperfuzyjny, czyli niedokrwienie spowodowane rodnikami tlenowymi. Aby zapowiedz takiej sytuacji powstały substytuty II generacji bazujące na sieciowaniu PolyHb z katalazą i dysmutazą nadtlenkową. Wykazano, iż przy użyciu PolyHb tempo wzrostu oraz wydłuża się długość życia modelu szczurzego z guzem mózgu typu glejakomięsak. Udało się sieciować tyrozynę z hemoglobiną do postaci rozpuszczalnego bazującego na nanobiotechnologii kompleksu PolyHb – tyrozyna. Kompleks ten ma podwójną funkcję – zarówno dostarcza O2 w ilości optymalnej dla chemio- bądź radioterapii jak i zmniejsza poziom tyrozyny. Wykazano, że podawana dożylnie opóźnia rozwój czerniaka bez negatywnych zmian u leczonych zwierząt. Można ją połączyć z braną doustnie mikrokapsułkowaną tyrozyną. Możliwe, że za kilka lat uda się wprowadzić ją także w celu leczenia ludzi.
Podstawową wadą substytutów I i II generacji jest ich bezpośredni kontakt z krwią oraz bardzo krótki czas obiegu. Wady te udało się po części zlikwidować tworząc III generację, która posiada cały wachlarz enzymatyczny erytrocytów i ograniczona jest syntetyczna błoną. Takie sztuczne komórki przypominają bardziej czerwone krwinki niż PolyHb. Poza tym można w nich modyfikować właściwości błony powierzchniowej aby wydłużyć czas obiegu. Najczęściej stosowany polimerem do budowy błony jest poli (kwas mlekowy), który degraduje w organizmie do kwasu mlekowego, a następnie do CO2 i H2O. Czas „przeżywalności” w krwioobiegu takich sztucznych komórek to około 24h. Po za stosowaniu poli (kwasu mlekowo – glikolowego) udało się wydłużyć czas degradacji do 41,5h.
Przyszłe lata z pewnością przyniosą rozwój nanotechnologii, a tym samym także ulepszenie substytutów krwi. Być może za kilkanaście lat świat nie będzie potrzebował honorowych dawców krwii? Jednego jestem jednak pewien. Postępujący na świecie wyż demograficzny spowoduje większe zapotrzebowanie na krew i środki naturalne nie będą wystarczające, a ludzie na pewno sięgną po sztuczne substytuty. Możliwe, iż to jedna z wielkich szans dla nas młodych biotechnologów…
Radosław Zgliczyński (student biotechnologii)
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz