Heute feiert Russland den Nationalen Spendertag, der zu Ehren des Ereignisses vom 20. April 1832 eingeleitet wurde. An diesem Tag führte der Geburtshelfer von St. Petersburg, Andrei Wolf, zum ersten Mal erfolgreich eine Bluttransfusion bei einer blutenden Frau durch.
Allein Moskau benötigt täglich mehr als 200 Liter Blut. Im Durchschnitt werden allein in der Hauptstadt bis zu 50.000 Liter Spenderblutbestandteile pro Jahr transfundiert - der Rest wird aus anderen Regionen Russlands „hinzugefügt“. Um nicht zu sagen, dass es irgendwo im Land eine große Konzentration von Gebern gibt - um die volle Nachfrage zu gewährleisten, ist es notwendig, dass auf tausend Menschen 40-60 Menschen kommen, aber diese Zahl ist niedriger und wächst im Laufe der Jahre nicht.
Über Welcome Mail.Ru sprechen wir regelmäßig über Wohltätigkeitsprojekte, an denen jeder teilnehmen kann - auch als Spender. Da jedoch nicht genügend Blut aus einer "natürlichen" Quelle vorhanden ist, müssen Alternativen gesucht werden. Wir werden herausfinden, wo seine unbegrenzten Reserven versteckt sein sollten.
Sicherstes Blut
Zunächst nutzen die Menschen die Spenderhilfe, weil sie keine andere haben. Blut selbst von einem Spender kann eine Quelle vieler Gefahren sein. Manchmal sind Menschen Träger aller Arten von Infektionen, ohne es zu ahnen. Ein Schnelltest überprüft das Blut auf AIDS, Hepatitis, Syphilis, aber andere Viren und Infektionen können nicht sofort erkannt werden, wenn der Spender selbst nichts davon weiß.
Trotz Schutzmaßnahmen werden häufig verschiedene Viren zusammen mit Blut übertragen. Zum Beispiel Herpes, Cytomegalovirus, Papillomavirus. Manchmal wird auch Hepatitis übertragen, da Tests das Vorhandensein von Hepatitis nur wenige Monate nach ihrem Eintritt in den Blutkreislauf feststellen können.
Frisches Blut kann nur 42 Tage (ungefähr) und nur einige Stunden ohne Kühlung gelagert werden. Laut US-Statistiken sterben dort an einem Tag etwa 46 Menschen an Blutverlust - und dies ist ein weiterer Grund, warum Wissenschaftler (nicht nur in den USA) seit vielen Jahrzehnten daran arbeiten, einen geeigneten Blutersatz zu finden.
Künstliches Blut würde alle Probleme retten. Künstliches Blut kann besser als echt sein. Stellen Sie sich vor, es ist für Patienten jeder Gruppe geeignet, es wird länger als normales Blut gelagert und unter sanfteren Bedingungen schnell und in großen Mengen hergestellt. Darüber hinaus können die Kosten für künstliches Blut niedriger gemacht werden als die Kosten für Blut von Spendern.
Hämoglobinkrise
Seit etwa 60 Jahren wird versucht, künstliches Blut zu erzeugen. Und wenn wir die 1928 erstmals durchgeführten Experimente des sowjetischen Chirurgen Wladimir Schamow zur Leichenbluttransfusion zugrunde legen, stellt sich heraus, dass der Weg zur Bluttransfusion, der nicht von gewöhnlichen Spendern stammt, fast 90 Jahre beträgt.
Leichenblut gerinnt aufgrund des Mangels an Fibrinogenprotein nicht, erfordert keine Zugabe eines Stabilisators zur Lagerung und kann an einen Patienten mit einer beliebigen Blutgruppe übertragen werden. Sie können es ziemlich oft bekommen - mit einer Leiche können Sie durchschnittlich 2,9 Liter Blut zubereiten.
1930 verwendete der sowjetische Chirurg und Wissenschaftler Sergey Yudin zum ersten Mal eine Bluttransfusion in einer Klinik für plötzlich tote Menschen. In der Folge wurde die gewonnene Erfahrung in den Jahren des Zweiten Weltkriegs erfolgreich angewendet, als Blut, das von Toten erhalten wurde, häufig die einzige Überlebenschance für verwundete Soldaten darstellte.
Die ersten, relativ erfolgreichen Experimente mit synthetischem Blut begannen in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts, als Wissenschaftler versuchten, das Problem der Sauerstoffversorgung der Organe zu lösen. Künstliche Zellen wurden aus gereinigtem menschlichem Hämoglobin hergestellt, das Proteinsauerstoff trägt. Es stellte sich jedoch heraus, dass Hämoglobin außerhalb der Zelle schlecht mit Organen interagiert, das Gewebe schädigt und zu einer Vasokonstriktion führt. Während klinischer Studien mit den ersten Blutersatzstoffen erlitten einige Patienten Schlaganfälle. Die Experimente endeten nicht dort, nur im Blutersatz erhielten die Hämoglobinmoleküle eine Beschichtung aus einem speziellen synthetischen Polymer.
Blut Fügen Sie einfach Wasser hinzu
Geschützte Moleküle sind Pulver, die überall durch Gießen von Wasser verwendet werden können. Synthetische Zellen können mit jeder Art von Blut verwendet und lange bei Raumtemperatur gelagert werden. Sie helfen jedoch nicht bei schwerem Blutverlust und unterstützen den Patienten nur, bis die Transfusion von echtem Blut vom Spender abgeschlossen ist.
In einer anderen Studie wurden Perfluorkohlenwasserstoffe anstelle von Hämoglobin verwendet. Dies sind Kohlenwasserstoffe, bei denen alle Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt sind. Sie sind in der Lage, eine große Anzahl verschiedener Gase, einschließlich Sauerstoff, aufzulösen.
Diese Flaschen enthalten Oxycyte, ein weißes künstliches Blut, das aus mehreren Perfluorkohlenwasserstoffen besteht
Der Fluosol-DA-20-Perfluorkohlenstoff-Hämoglobinersatz wurde in Japan entwickelt und erstmals im November 1979 in den USA getestet. Die ersten, die es erhielten, waren Patienten, die aus religiösen Gründen eine Bluttransfusion verweigerten. Von 1989 bis 1992 verwendeten mehr als 40.000 Menschen Fluosol. Aufgrund von Schwierigkeiten bei der Lagerung des Arzneimittels und seiner hohen Kosten nahm seine Popularität ab und die Produktion wurde eingestellt. Im Jahr 2014 erschien Oxycyte Perfluorkohlenwasserstoff, aber die Tests wurden aus unbekannten Gründen eingeschränkt.
Es wurde auch versucht, einen Blutersatz auf der Basis von Rinderhämoglobin herzustellen. Der Hemopure-Sauerstoffträger war 36 Monate bei Raumtemperatur stabil und ist mit allen Blutgruppen kompatibel. Hemopure wurde im April 2001 für den kommerziellen Verkauf in Südafrika zugelassen. Im Jahr 2009 ging der Hersteller Hemopure in Konkurs, ohne jemals die Erlaubnis zu erhalten, das Produkt in den USA klinisch an Menschen zu testen.
Der dornige Weg der Nachahmer
Das Aufbringen einer Polymerbeschichtung auf Hämoglobinmoleküle ist ein sorgfältiger Prozess, der die Kosten für künstliches Blut nicht senkt. Darüber hinaus ist Hämoglobin nur ein Teil des Problems. Jeder Satz von Zellen (rote Blutkörperchen, Blutplättchen und weiße Blutkörperchen) hat seine eigene Bedeutung für den Körper. Entwicklungen auf dem Gebiet der Blutersatzprodukte zielen hauptsächlich darauf ab, nur eine Funktion des Blutes zu reproduzieren: die Versorgung des Gewebes mit Sauerstoff. Mit anderen Worten, der Bereich außerhalb des Sauerstofftransports der roten Blutkörperchen ist für Wissenschaftler ein unpassierbares Dickicht an Gefahren.
Wie der Biophysiker Mikhail Panteleev in einem Artikel über die Probleme des künstlichen Blutes sagte , konnten sie in den letzten Jahren auf dem Gebiet der Nachahmung von Blutplättchen, die für die Reparatur von Verletzungen mit kleinen Blutungen verantwortlich sind, erhebliche Fortschritte erzielen. Wissenschaftler nehmen ein Liposom oder eine Nanokapsel mit einer Größe von Hunderten von Nanometern und fügen die erforderlichen Proteine ein. Mit künstlichen Blutplättchen können Sie Fuß fassen für die wenigen Blutplättchen, die eine Person mit schwerem Blutverlust noch hat. Aber wenn der Körper keine eigenen Blutplättchen hat, helfen künstliche nicht.
Trotz der Tatsache, dass künstliche Blutplättchen nicht alle Funktionen realer lebender Zellen haben, können sie in Notfällen erfolgreich Blutungen stoppen.
Es sieht aus wie Blut von Seewürmern
Mit den richtigen Proteinen können Sie viele interessante Dinge tun. Rumänische Wissenschaftler der Universität Babesh-Boyai haben einen künstlichen Blutersatz auf der Basis des eisenhaltigen Proteins Hemerythrin entwickelt , mit dem einige Arten von Meereswürmern Sauerstoff transportieren. Das Team von Biochemikern an der Rice University ging tiefer und begann, Proteine aus Walmuskeln zu verwenden. Es stellte sich heraus, dass Wale Myoglobin haben , das Sauerstoff in den Muskeln ansammelt, ähnlich wie Hämoglobin aus menschlichem Blut. Tiefseetiere, die einen großen Sauerstoffvorrat in den Muskeln haben, tauchen möglicherweise lange Zeit nicht auf. Basierend auf der Untersuchung von Walprotein wird es möglich sein, die Effizienz der Hämoglobinsynthese in künstlichen roten Blutkörperchen zu steigern.
Mit weißen Blutkörperchen, die ein wesentlicher Bestandteil des körpereigenen Immunsystems sind, ist es noch viel schlimmer. Dieselben roten Blutkörperchen, Sauerstoffträger, können durch künstliche Analoga ersetzt werden - beispielsweise durch in Russland hergestelltes Perfluoran. Für Leukozyten wurde nichts Besseres als Stammzellen erfunden, aber auf dem Weg dorthin gab es zu viele Schwierigkeiten, die mit den aggressiven Wirkungen von Zellen gegen einen neuen Wirt verbunden waren.
Nanoblut
Robert Freitas, Autor der ersten technischen Studie zur möglichen medizinischen Verwendung der hypothetischen molekularen Nanotechnologie und der hypothetischen medizinischen Nanorobotechnologie, entwickelte ein detailliertes Projekt zur Schaffung künstlicher roter Blutkörperchen, die er als „Respirozyten“ bezeichnete.
Im Jahr 2002 schlug Freitas in seinem Buch Roboblood (Roboterblut) das Konzept des künstlichen Blutes vor, bei dem anstelle von biologischen Zellen 500 Billionen Nanoroboter eingesetzt werden. Freitas repräsentiert das Blut der Zukunft in Form eines komplexen nanotechnologischen medizinischen Robotersystems mit mehreren Segmenten, das Gase, Glukose, Hormone austauschen, Abfallzellkomponenten entfernen, den Teilungsprozess des Zytoplasmas durchführen usw. kann.
Zum Zeitpunkt der Erstellung des Konzepts sah die Arbeit fantastisch aus, aber 15 Jahre später, also 2017, kündigten japanische Wissenschaftler die Entwicklung eines biomolekularen Mikroroboters an, der von DNA gesteuert wird. Japanische Forscher haben eine der komplexesten Aufgaben der Nanotechnologie gelöst - sie stellten einen Mechanismus zur Verfügung, mit dem das Gerät mithilfe synthetischer einzelsträngiger DNA bewegt werden kann.
Im Jahr 2016 veröffentlichten Schweizer Wissenschaftler in der Zeitschrift Nature Communication eine Studie über die Erstellung eines Prototyps eines Nanoroboters, der Operationen innerhalb einer Person durchführen kann. Das Design enthält keine Motoren oder starren Gelenke, und der Körper selbst besteht aus einem Hydrogel, das mit lebenden Geweben kompatibel ist. Die Bewegung ist in diesem Fall auf magnetische Nanopartikel und ein elektromagnetisches Feld zurückzuführen.
Freitas, der sich an diesen Studien orientiert, bleibt optimistisch: Er ist zuversichtlich, dass es in 20 bis 30 Jahren möglich sein wird, menschliches Blut durch Nanoroboter zu ersetzen, die mit Glukose und Sauerstoff betrieben werden. Japanische Wissenschaftler haben bereits gelernt, wie man aus der Glukose des Körpers Strom erzeugt.
Stammzellblut
Aus dem Knochenmark stammende hämatopoetische Stammzellen führen zu allen Arten von Blutzellen
Im Jahr 2008 konnte die Produktion von Blutzellen aus pluripotenten Stammzellen (die verschiedene Funktionen übernehmen können) aus menschlichen Organen nachgewiesen werden. Stammzellen haben sich als die besten Quellen für rote Blutkörperchen erwiesen.
Im Jahr 2011 führten Forscher der Universität von Pierre und Marie Curie (Frankreich) die erste kleine Transfusion an Freiwilligen von im Labor gezüchteten roten Blutkörperchen durch. Diese Zellen verhielten sich wie normale rote Blutkörperchen, wobei etwa 50% von ihnen 26 Tage nach der Transfusion noch im Blut zirkulierten. In dem Experiment wurden 10 Milliarden künstliche Zellen in die Freiwilligen gegossen, was 2 Millilitern Blut entspricht.
Das Experiment war erfolgreich, aber es trat ein weiteres Problem auf: Eine hämatopoetische Stammzelle konnte nur bis zu 50.000 rote Blutkörperchen produzieren und starb dann. Die Gewinnung neuer Stammzellen ist kein billiger Prozess, daher wurden die Kosten für einen Liter künstliches Blut zu hoch.
Im Jahr 2017 führten Wissenschaftler des NHS Blood and Transplant zusammen mit Kollegen der University of Bristol Experimente mit hämatopoetischen Stammzellen durch . Es stellte sich heraus, dass je früher die Zelle regeneriert werden kann, desto höher ist ihre Regenerationsfähigkeit. Mit nur einer hämatopoetischen Zelle kann somit das gesamte blutbildende Gewebe einer Maus wiederhergestellt werden. In frühen Entwicklungsstadien gelang es den Wissenschaftlern, Stammzellen für die Produktion von künstlichem Blut zu verwenden, was es schließlich ermöglichte, es in nahezu unbegrenzten Mengen zu produzieren.
Auf diese Weise erzeugte rote Blutkörperchen werden Ende 2017 am Menschen getestet. Die kontinuierliche Erzeugung roter Blutkörperchen aus geeigneten Zellen senkt die Kosten für künstliches Blut, aber seine Zukunft hängt davon ab, ob die klinischen Studien abgeschlossen sind.
Und selbst nach erfolgreichen klinischen Studien kann niemand gewöhnliche Spender ersetzen. Künstliches Blut in den ersten Jahren seines Auftretens wird Menschen mit einer seltenen Blutgruppe an Krisenherden und in den ärmsten Ländern der Welt helfen.
Quellen:
Forscher aus Missouri suchen gemeinsam nach einem der schwer fassbaren Steinbrüche der Medizin: Künstliches Blut
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