Hoy, Rusia celebra el Día Nacional del Donante, iniciado en honor del evento que ocurrió el 20 de abril de 1832. Ese día, el obstetra de San Petersburgo, Andrei Wolf, realizó por primera vez con éxito una transfusión de sangre a una mujer en trabajo de parto con sangrado.
Moscú solo necesita más de 200 litros de sangre al día. En promedio, solo en la capital, se transfunden hasta 50 mil litros de componentes sanguíneos de donantes por año; el resto se "agrega" de otras regiones de Rusia. No quiere decir que en algún lugar del país haya una gran concentración de donantes: para garantizar la plena demanda, es necesario que haya entre 40 y 60 personas por cada mil personas, pero esta cifra es menor y no crece con los años.
A través de Welcome Mail.Ru, hablamos regularmente sobre proyectos de caridad en los que todos pueden participar, incluso como donantes. Pero como no hay suficiente sangre de una fuente "natural", entonces se deben buscar alternativas. Descubriremos dónde deben ocultarse sus reservas ilimitadas.
Sangre más segura
Para empezar, las personas utilizan la asistencia de donantes por falta de otra. La sangre misma de un donante puede ser una fuente de muchos peligros. A veces las personas son portadoras de todo tipo de infecciones sin sospecharlo. Una prueba rápida verifica la sangre en busca de SIDA, hepatitis, sífilis, pero otros virus e infecciones no pueden detectarse de inmediato si el donante no los conoce.
A pesar de las medidas de protección, a menudo se transmiten varios virus junto con la sangre. Por ejemplo, herpes, citomegalovirus, virus del papiloma. La hepatitis también se transmite a veces, ya que las pruebas pueden determinar la presencia de hepatitis solo unos meses después de que ingresa al torrente sanguíneo.
La sangre fresca solo se puede almacenar durante 42 días (aproximadamente) y solo unas pocas horas sin enfriamiento. Las estadísticas de los Estados Unidos dicen que alrededor de 46 personas mueren en un día debido a la pérdida de sangre, y esta es otra razón por la cual los científicos (no solo en los Estados Unidos) han estado trabajando durante décadas para encontrar un sustituto de sangre adecuado.
La sangre artificial salvaría todos los problemas. La sangre artificial puede ser mejor que la real. Imagine que es adecuado para pacientes de cualquier grupo, se almacena más tiempo que la sangre ordinaria y en condiciones más suaves, se hace rápidamente y en grandes cantidades. Además, el costo de la sangre artificial puede hacerse más bajo que el costo de la sangre de los donantes.
Crisis de hemoglobina
Los intentos de crear sangre artificial han estado sucediendo durante unos 60 años. Y si tomamos como base los experimentos del cirujano soviético Vladimir Shamov sobre la transfusión de sangre cadavérica, realizada por primera vez en 1928, resulta que el camino hacia la transfusión de sangre, no de donantes comunes, es de casi 90 años.
La sangre de cadáver no coagula debido a la falta de proteína de fibrinógeno en ella, no requiere la adición de un estabilizador para el almacenamiento y puede transfundirse a un paciente con cualquier grupo sanguíneo. Puede obtenerlo bastante: un cadáver en promedio le permite preparar 2.9 litros de sangre.
En 1930, el cirujano y científico soviético Sergey Yudin utilizó por primera vez una transfusión de sangre en una clínica para personas que murieron repentinamente. Posteriormente, la experiencia adquirida se aplicó con éxito durante los años de la Segunda Guerra Mundial, cuando la sangre recibida de los muertos a menudo se convirtió en la única oportunidad para la supervivencia de los soldados heridos.
Los primeros experimentos relativamente exitosos con sangre sintética comenzaron en los años 80 del siglo pasado, cuando los científicos intentaron resolver el problema del suministro de oxígeno a los órganos. Las células artificiales se hicieron a partir de hemoglobina humana purificada que transporta oxígeno proteico. Sin embargo, resultó que la hemoglobina fuera de la célula interactúa pobremente con los órganos, daña el tejido y conduce a la vasoconstricción. Durante los ensayos clínicos de los primeros sustitutos de la sangre, algunos pacientes sufrieron accidentes cerebrovasculares. Los experimentos no terminaron allí, solo en los sustitutos de la sangre, las moléculas de hemoglobina recibieron un recubrimiento de un polímero sintético especial.
Sangre Solo agrega agua
Las moléculas protegidas son polvos que se pueden usar en cualquier lugar vertiendo agua. Las células sintéticas pueden usarse con cualquier tipo de sangre y almacenarse durante mucho tiempo a temperatura ambiente. Sin embargo, no ayudarán con la pérdida severa de sangre y apoyarán al paciente solo hasta que se realice la transfusión de sangre real del donante.
En otro estudio, se usaron perfluorocarbonos en lugar de hemoglobina. Estos son hidrocarburos en los que todos los átomos de hidrógeno son reemplazados por átomos de flúor. Son capaces de disolver una gran cantidad de gases diferentes, incluido el oxígeno.
Estas botellas contienen Oxycyte, una sangre artificial blanca compuesta de varios perfluorocarbonos.
El sustituto de hemoglobina perfluorocarbono Fluosol-DA-20 se desarrolló en Japón y se probó por primera vez en los Estados Unidos en noviembre de 1979. Los primeros en recibirlo fueron pacientes que rechazaron una transfusión de sangre por razones religiosas. De 1989 a 1992, más de 40,000 personas usaron Fluosol. Debido a las dificultades para almacenar el medicamento y su alto costo, su popularidad disminuyó y la producción se cerró. En 2014, apareció Oxycyte perfluorocarbon, pero las pruebas se redujeron por razones desconocidas.
También se intentó crear un sustituto de sangre basado en la hemoglobina bovina. El portador de oxígeno Hemopure fue estable durante 36 meses a temperatura ambiente y es compatible con todos los tipos de sangre. Hemopure fue aprobado para ventas comerciales en Sudáfrica en abril de 2001. En 2009, el fabricante Hemopure se declaró en bancarrota sin obtener permiso para probar clínicamente el producto en humanos en los Estados Unidos.
El camino espinoso de los imitadores
La aplicación de un recubrimiento de polímero a las moléculas de hemoglobina es un proceso minucioso que no reduce el costo de la sangre artificial. Además, la hemoglobina es solo una parte del problema. Cada conjunto de células (glóbulos rojos, plaquetas y glóbulos blancos) tiene su propio significado para el cuerpo. Los desarrollos en el campo de los sustitutos de la sangre están destinados principalmente a reproducir una sola función de la sangre: suministrar oxígeno a los tejidos. En otras palabras, el área fuera del transporte de oxígeno de los glóbulos rojos es un manto de peligros infranqueable para los científicos.
Como dijo el biofísico Mikhail Panteleev en un artículo sobre los problemas de la sangre artificial, en los últimos años, han podido avanzar significativamente en el campo de la imitación de plaquetas, que son responsables de reparar las lesiones con sangrado pequeño. Los científicos toman un liposoma o una nanocápsula de cientos de nanómetros de tamaño e insertan las proteínas necesarias. Las plaquetas artificiales le permiten establecer un punto de apoyo para las pocas plaquetas que una persona aún tiene con pérdida severa de sangre. Pero cuando el cuerpo no tiene sus propias plaquetas, las artificiales no ayudarán.
A pesar del hecho de que las plaquetas artificiales no tienen todas las funciones de las células vivas reales, pueden detener con éxito el sangrado en casos de emergencia.
Parece sangre de gusanos de mar
Con las proteínas adecuadas, puedes hacer muchas cosas interesantes. Científicos rumanos de la Universidad de Babesh-Boyai crearon un sustituto de sangre artificial basado en la proteína hemeritrina que contiene hierro , que algunas especies de gusanos marinos utilizan para transportar oxígeno. El equipo de bioquímicos de la Universidad de Rice fue más profundo y comenzó a usar proteínas de los músculos de las ballenas. Resultó que las ballenas tienen mioglobina , que acumula oxígeno en los músculos, similar a la hemoglobina de la sangre humana. Los animales de aguas profundas, que tienen un gran suministro de oxígeno en los músculos, pueden no salir a la superficie durante mucho tiempo. Según el estudio de la proteína de la ballena, será posible aumentar la eficiencia de la síntesis de hemoglobina en los glóbulos rojos artificiales.
Las cosas son mucho peores con los glóbulos blancos, que son una parte integral del sistema inmunitario del cuerpo. Los mismos glóbulos rojos, portadores de oxígeno, pueden reemplazarse por análogos artificiales, por ejemplo, perfluorano creado en Rusia. Para los leucocitos, no se inventó nada mejor que las células madre, pero en el camino hubo demasiadas dificultades asociadas con las acciones agresivas de las células contra un nuevo huésped.
Nanoblood
Robert Freitas, autor del primer estudio técnico sobre el posible uso médico de la nanotecnología molecular hipotética y la nanorobotecnología médica hipotética, desarrolló un proyecto detallado para crear un glóbulo rojo artificial, al que llamó un "respirocito".
En 2002, Freitas en su libro Roboblood (sangre robótica) propuso el concepto de sangre artificial, en el que en lugar de células biológicas habrá 500 billones de nanorobots. Freitas representa la sangre del futuro en forma de un complejo sistema robótico médico nanotecnológico de múltiples segmentos que es capaz de intercambiar gases, glucosa, hormonas, eliminar componentes celulares de desecho, llevar a cabo el proceso de división del citoplasma, etc.
En el momento en que se creó el concepto, el trabajo parecía fantástico, pero 15 años después, es decir, ahora, en 2017, los científicos japoneses anunciaron la creación de un microrobot biomolecular controlado por ADN. Los investigadores japoneses han resuelto una de las tareas más complejas de la nanotecnología: proporcionaron un mecanismo para mover el dispositivo mediante el uso de ADN sintético monocatenario.
En 2016, científicos suizos publicaron un estudio en la revista Nature Communication sobre la creación de un prototipo de un nanorobot capaz de realizar operaciones dentro de una persona. No hay motores ni juntas rígidas en el diseño, y el cuerpo en sí está hecho de un hidrogel compatible con tejidos vivos. El movimiento en este caso se debe a nanopartículas magnéticas y a un campo electromagnético.
Freitas, guiado por estos estudios, sigue siendo optimista: confía en que en 20-30 años será posible reemplazar la sangre humana con nanorobots, alimentados por glucosa y oxígeno. Los científicos japoneses ya han aprendido cómo producir electricidad a partir de la glucosa del cuerpo.
Sangre de células madre
Las células madre hematopoyéticas derivadas de la médula ósea dan lugar a todo tipo de células sanguíneas.
En 2008, fue posible establecer la producción de células sanguíneas a partir de células madre pluripotentes (capaces de adquirir diferentes funciones) obtenidas de órganos humanos. Las células madre han demostrado ser las mejores fuentes de glóbulos rojos.
En 2011, investigadores de la Universidad de Pierre y Marie Curie (Francia) realizaron la primera pequeña transfusión a voluntarios de glóbulos rojos cultivados en laboratorio. Estas células se comportaron igual que los glóbulos rojos normales, con aproximadamente el 50% de ellos todavía circulando en la sangre 26 días después de la transfusión. En el experimento, se vertieron 10 mil millones de células artificiales en los voluntarios, lo que equivale a 2 mililitros de sangre.
El experimento fue exitoso, pero surgió otro problema: una célula madre hematopoyética solo pudo producir hasta 50 mil glóbulos rojos y luego murió. Obtener nuevas células madre no es un proceso barato, por lo que el costo de un litro de sangre artificial se volvió demasiado alto.
En 2017, científicos del NHS Blood and Transplant, junto con colegas de la Universidad de Bristol, realizaron experimentos con células madre hematopoyéticas . Resultó que cuanto antes la célula, mayor es su capacidad de regeneración, por lo tanto, con solo una célula hematopoyética, se puede restaurar todo el tejido formador de sangre en un ratón. Los científicos lograron usar células madre para la producción de sangre artificial en las primeras etapas de desarrollo, lo que finalmente permitió producirla en cantidades casi ilimitadas.
Los glóbulos rojos creados de esta manera se evaluarán en humanos a fines de 2017. La generación continua de glóbulos rojos a partir de células adecuadas reduce el costo de la sangre artificial, pero su futuro depende de pasar la etapa de ensayos clínicos.
E incluso después de ensayos clínicos exitosos, nadie puede reemplazar a los donantes comunes. La sangre artificial en los primeros años de su aparición ayudará a las personas con un tipo de sangre raro, en puntos calientes y en los países más pobres del mundo.
Fuentes:
Investigadores de Missouri se unen a la búsqueda de una de las escurridizas canteras de la medicina: la sangre artificial
La sangre artificial producida en masa es ahora una posibilidad real
La larga búsqueda de crear sangre artificial puede terminar pronto
¿Qué es la sangre artificial y por qué el Reino Unido la va a probar?
La búsqueda de uno de los santos griales de la ciencia: la sangre artificial