Aujourd'hui, la Russie célèbre la Journée nationale des donateurs, inaugurée en l'honneur de l'événement qui s'est produit le 20 avril 1832. Ce jour-là, l'obstétricien de Saint-Pétersbourg Andrei Wolf a effectué pour la première fois avec succès une transfusion sanguine à une femme en travail qui saignait.
Moscou à elle seule a besoin de plus de 200 litres de sang par jour. En moyenne, dans la seule capitale, jusqu'à 50 000 litres de composants sanguins de donneurs sont transfusés par an - le reste est «ajouté» d'autres régions de Russie. Cela ne veut pas dire que quelque part dans le pays, il y a une grande concentration de donateurs - pour assurer la pleine demande, il est nécessaire qu'il y ait 40 à 60 personnes pour mille personnes, mais ce chiffre est plus faible et n'augmente pas au fil des ans.
Grâce à Welcome Mail.Ru, nous parlons régulièrement de projets caritatifs auxquels tout le monde peut participer - y compris en tant que donateur. Mais comme il n'y a pas assez de sang provenant d'une source "naturelle", il faut chercher des alternatives. Nous déterminerons où ses réserves illimitées doivent être cachées.
Sang plus sûr
Pour commencer, les gens ont recours à l'aide des donateurs faute d'un autre. Le sang lui-même d'un donneur peut être source de nombreux dangers. Parfois, les gens sont porteurs de toutes sortes d'infections sans s'en douter. Un test rapide vérifie le sang pour le sida, l'hépatite, la syphilis, mais d'autres virus et infections ne peuvent pas être détectés immédiatement si le donneur lui-même ne les connaît pas.
Malgré les mesures de protection, divers virus sont souvent transmis avec le sang. Par exemple, l'herpès, le cytomégalovirus, le papillomavirus. L'hépatite est également parfois transmise, car les tests peuvent déterminer la présence d'une hépatite seulement quelques mois après son entrée dans la circulation sanguine.
Le sang frais ne peut être conservé que pendant 42 jours (environ) et seulement quelques heures sans refroidissement. Les statistiques américaines indiquent qu'environ 46 personnes meurent en une journée à cause d'une perte de sang - et c'est une autre raison pour laquelle les scientifiques (pas seulement aux États-Unis) travaillent depuis des décennies pour trouver un substitut sanguin approprié.
Le sang artificiel sauverait tous les problèmes. Le sang artificiel peut être meilleur que le vrai. Imaginez qu'il convient aux patients de tout groupe, il est stocké plus longtemps que le sang ordinaire et dans des conditions plus douces, il est fabriqué rapidement et en grande quantité. En outre, le coût du sang artificiel peut être inférieur au coût du sang des donneurs.
Crise d'hémoglobine
Les tentatives de création de sang artificiel durent depuis environ 60 ans. Et si nous prenons comme base les expériences du chirurgien soviétique Vladimir Shamov sur la transfusion sanguine cadavérique, réalisées pour la première fois en 1928, il s'avère que la voie vers la transfusion sanguine non par des donneurs ordinaires est de près de 90 ans.
Le sang cadavérique ne coagule pas en raison du manque de protéines de fibrinogène , ne nécessite pas l'ajout d'un stabilisant pour le stockage et peut être transfusé à un patient de n'importe quel groupe sanguin. Vous pouvez en obtenir beaucoup - un cadavre en moyenne vous permet de préparer 2,9 litres de sang.
En 1930, le chirurgien et scientifique soviétique Sergey Yudin a utilisé pour la première fois une transfusion sanguine dans une clinique pour des morts subites. Par la suite, l'expérience acquise a été appliquée avec succès pendant les années de la Seconde Guerre mondiale, lorsque le sang reçu des morts est souvent devenu la seule chance de survie des soldats blessés.
Les premières expériences relativement réussies avec du sang synthétique ont commencé dans les années 80 du siècle dernier, lorsque les scientifiques ont tenté de résoudre le problème de l'apport d'oxygène aux organes. Les cellules artificielles ont été fabriquées à partir d'hémoglobine humaine purifiée qui transporte l'oxygène protéique. Cependant, il s'est avéré que l'hémoglobine en dehors de la cellule interagit mal avec les organes, endommage les tissus et conduit à une vasoconstriction. Lors des essais cliniques des premiers substituts sanguins, certains patients ont subi des AVC. Les expériences ne se sont pas terminées là, juste dans les substituts sanguins, les molécules d'hémoglobine ont reçu un revêtement d'un polymère synthétique spécial.
Sang Ajoutez juste de l'eau
Les molécules protégées sont des poudres qui peuvent être utilisées n'importe où en versant de l'eau. Les cellules synthétiques peuvent être utilisées avec tout type de sang et conservées longtemps à température ambiante. Cependant, ils n'aideront pas à une perte de sang sévère et ne soutiendront le patient que jusqu'à ce que la transfusion de vrai sang du donneur soit effectuée.
Dans une autre étude, des perfluorocarbones ont été utilisés à la place de l'hémoglobine. Ce sont des hydrocarbures dans lesquels tous les atomes d'hydrogène sont remplacés par des atomes de fluor. Ils sont capables de dissoudre un grand nombre de gaz différents, dont l'oxygène.
Ces bouteilles contiennent de l'oxycyte, un sang artificiel blanc composé de plusieurs perfluorocarbones
Le substitut d'hémoglobine fluorosol-DA-20 perfluorocarboné a été développé au Japon et a été testé pour la première fois aux États-Unis en novembre 1979. Les premiers à le recevoir ont été des patients qui ont refusé une transfusion sanguine pour des raisons religieuses. De 1989 à 1992, plus de 40 000 personnes ont utilisé Fluosol. En raison des difficultés de stockage du médicament et de son coût élevé, sa popularité a diminué et la production a été fermée. En 2014, le perfluorocarbone Oxycyte est apparu, mais les tests ont été interrompus pour des raisons inconnues.
On a également tenté de créer un substitut sanguin à base d'hémoglobine bovine. Le transporteur d'oxygène Hemopure a été stable pendant 36 mois à température ambiante et est compatible avec tous les types de sang. Hemopure a été approuvé pour les ventes commerciales en Afrique du Sud en avril 2001. En 2009, le fabricant Hemopure a fait faillite sans jamais obtenir l'autorisation de tester cliniquement le produit chez l'homme aux États-Unis.
Le chemin épineux des imitateurs
L'application d'un revêtement polymère sur les molécules d'hémoglobine est un processus minutieux qui ne réduit pas le coût du sang artificiel. De plus, l'hémoglobine n'est qu'une partie du problème. Chaque ensemble de cellules (globules rouges, plaquettes et globules blancs) a sa propre signification pour le corps. Les développements dans le domaine des substituts sanguins visent principalement à reproduire une seule fonction du sang: l'apport d'oxygène aux tissus. En d'autres termes, la zone en dehors du transport d'oxygène des globules rouges est un fourré infranchissable de dangers pour les scientifiques.
Comme le biophysicien Mikhail Panteleev l'a dit dans un article sur les problèmes du sang artificiel, ces dernières années, ils ont pu progresser de manière significative dans le domaine de l'imitation des plaquettes, qui sont responsables de la réparation des blessures avec des petits saignements. Les scientifiques prennent un liposome ou une nanocapsule de centaines de nanomètres et y insèrent les protéines nécessaires. Les plaquettes artificielles vous permettent de prendre pied pour les quelques plaquettes qu'une personne a encore avec une grave perte de sang. Mais lorsque le corps n'a pas ses propres plaquettes, celles qui sont artificielles n'aideront pas.
Malgré le fait que les plaquettes artificielles n'ont pas toutes les fonctions des vraies cellules vivantes, elles peuvent arrêter avec succès les saignements dans les cas d'urgence.
Il ressemble au sang des vers de mer
Avec les bonnes protéines, vous pouvez faire beaucoup de choses intéressantes. Des scientifiques roumains de l'Université de Babesh-Boyai ont créé un substitut sanguin artificiel basé sur l' hémérythrine , une protéine contenant du fer, que certaines espèces de vers marins utilisent pour transporter l'oxygène. L'équipe de biochimistes de l'Université Rice est allée plus loin et a commencé à utiliser des protéines provenant des muscles des baleines. Il s'est avéré que les baleines contiennent de la myoglobine , qui accumule de l'oxygène dans les muscles, semblable à l'hémoglobine du sang humain. Les animaux des grands fonds, ayant une grande quantité d'oxygène dans les muscles, peuvent ne pas refaire surface pendant longtemps. Sur la base de l'étude des protéines de baleine, il sera possible d'augmenter l'efficacité de la synthèse d'hémoglobine dans les globules rouges artificiels.
Les choses sont bien pires avec les globules blancs, qui font partie intégrante du système immunitaire du corps. Les mêmes globules rouges, transporteurs d'oxygène, peuvent être remplacés par des analogues artificiels - par exemple, le perfluorane créé en Russie. Pour les leucocytes, rien de mieux que les cellules souches n'a été inventé, mais en cours de route, il y a eu trop de difficultés associées aux actions agressives des cellules contre un nouvel hôte.
Nanoblood
Robert Freitas, l'auteur de la première étude technique de l'utilisation médicale potentielle de la nanotechnologie moléculaire hypothétique et de la nanorobotechnologie médicale hypothétique, a développé un projet détaillé pour créer un globule rouge artificiel, qu'il a appelé un «respirocyte».
En 2002, Freitas dans son livre Roboblood (sang robotique) a proposé le concept de sang artificiel, dans lequel au lieu de cellules biologiques, il y aurait 500 billions de nanorobots. Freitas représente le sang du futur sous la forme d'un système robotique médical nanotechnologique complexe à plusieurs segments qui est capable d'échanger des gaz, du glucose, des hormones, d'éliminer les composants des cellules de déchets, d'effectuer le processus de division du cytoplasme, etc.
Au moment où le concept a été créé, le travail avait l'air fantastique, mais après 15 ans, c'est-à-dire en 2017, les scientifiques japonais ont annoncé la création d'un microrobot biomoléculaire contrôlé par l'ADN. Des chercheurs japonais ont résolu l'une des tâches les plus complexes de la nanotechnologie - ils ont fourni un mécanisme pour déplacer l'appareil grâce à l'utilisation d'ADN synthétique simple brin.
En 2016, des scientifiques suisses ont publié une étude dans la revue Nature Communication sur la création d'un prototype de nanorobot capable de mener des opérations à l'intérieur d'une personne. Il n'y a pas de moteurs ou de joints rigides dans la conception, et le corps lui-même est fait d'un hydrogel compatible avec les tissus vivants. Le mouvement dans ce cas est dû à des nanoparticules magnétiques et à un champ électromagnétique.
Freitas, guidé par ces études, reste optimiste: il est convaincu que dans 20-30 ans, il sera possible de remplacer le sang humain par des nanorobots, alimentés par le glucose et l'oxygène. Les scientifiques japonais ont déjà appris à produire de l’électricité à partir du glucose du corps.
Sang de cellules souches
Les cellules souches hématopoïétiques dérivées de la moelle osseuse donnent naissance à tous les types de cellules sanguines
En 2008, il a été possible d'établir la production de cellules sanguines à partir de cellules souches pluripotentes (capables d'acquérir différentes fonctions) obtenues à partir d'organes humains. Les cellules souches se sont révélées être les meilleures sources de globules rouges.
En 2011, des chercheurs de l'Université Pierre et Marie Curie (France) ont effectué la première petite transfusion à des volontaires de globules rouges cultivés en laboratoire. Ces cellules se sont comportées comme des globules rouges normaux, environ 50% d'entre elles circulant toujours dans le sang 26 jours après la transfusion. Dans l'expérience, 10 milliards de cellules artificielles ont été versées dans les volontaires, ce qui équivaut à 2 millilitres de sang.
L'expérience a réussi, mais un autre problème est survenu: une cellule souche hématopoïétique n'a pu produire que jusqu'à 50 000 globules rouges, puis est décédée. L'obtention de nouvelles cellules souches n'est pas un processus bon marché, de sorte que le coût d'un litre de sang artificiel est devenu trop élevé.
En 2017, des scientifiques du NHS Blood and Transplant, en collaboration avec des collègues de l'Université de Bristol, ont mené des expériences avec des cellules souches hématopoïétiques . Il s'est avéré que plus la cellule est précoce, plus sa capacité de régénération est élevée - ainsi, avec une seule cellule hématopoïétique, tous les tissus hématopoïétiques d'une souris peuvent être restaurés. Les scientifiques ont réussi à utiliser des cellules souches pour la production de sang artificiel aux premiers stades de développement, ce qui a finalement permis de le produire en quantités presque illimitées.
Les globules rouges ainsi créés seront testés chez l'homme fin 2017. La génération continue de globules rouges à partir de cellules appropriées réduit le coût du sang artificiel, mais son avenir dépend du franchissement du stade des essais cliniques.
Et même après des essais cliniques réussis, personne ne peut remplacer les donneurs ordinaires. Le sang artificiel dans les premières années de son apparition aidera les personnes ayant un groupe sanguin rare, dans les points chauds et dans les pays les plus pauvres du monde.
Sources:
Des chercheurs du Missouri se joignent à la chasse à l'une des carrières insaisissables de la médecine: le sang artificiel
Le sang artificiel produit en masse est désormais une réelle possibilité
La longue quête pour créer du sang artificiel pourrait bientôt être terminée
Qu'est-ce que le sang artificiel et pourquoi le Royaume-Uni va-t-il le tester?
La quête d'un des Saint Graal de la science: le sang artificiel