Протягом століть учені намагаються вирішити принаймні дві нагальні проблеми медицини: дати змогу працівникам швидких врятувати якомога більше потерпілих на місці аварій та катастроф і забезпечити лікарів достатньою кількістю запасів крові для переливання пацієнтам з гемолітичними анеміями, для багатьох із яких дуже важко знайти донорів крові.
Сіль з молоком
Насправді пошуки сурогатів для гемотрансфузій почали ще на початку XVI століття, а якщо вірити медичному фольклору, то перші задокументовані переливання крові робили ще інки. Утім, до 1616 року, коли Вільям Гарвей описав кровообіг, прогресу в цьому напрямку досягнуто не було. Надалі практикуючі лікарі намагалися використовувати замість крові численні речовини, навіть такі «недоречні», як пиво, сеча, молоко, рослинні смоли. Ну і, звісно, хрестоматійний приклад — овечу кров. Тогочасні лікарі робили це не в екстрених ситуаціях і навіть не з цікавості — вони сподівалися, що зміна крові забезпечить цілющі або навіть магічні ефекти, наприклад, допоможе вилікувати певні захворювання або навіть змінити особистість реципієнта. Не дивно, що перше успішне переливання людської крові було проведено аж в 1667 році. На жаль, цю практику припинили, оскільки пацієнти після трансфузій зазвичай помирали.
З різних матеріалів, котрі протягом багатьох років випробовували як сурогати крові, лише деякі давали мінімальний результат (одним із перших посеред них було молоко). Так, в 1854 році молоко вводили для лікування азіатської холери, вважаючи, що воно допомагає відновити лейкоцити. Справді, деякі із пацієнтів, яким переливали молоко, почувалися краще. Американський гінеколог Теодор Гайард Томас навіть стверджував, що внутрішньовенна інфузія коров’ячого молока здатна врятувати життя.
Звісно, ін’єкції молока у клінічній практиці широко не застосовували і заміну крові почали шукати в інших джерелах. Й незабаром знайшли: сольові розчини. В експериментах, проведених на жабах, вчені встановили, що амфібії, з організму яких відкачали всю кров, залишаються протягом деякого часу живими, якщо замінити її сольовим розчином. Ці результати були дещо оманливими, адже пізніше з’ясувалося: жаби можуть жити протягом короткого періоду часу без кровообігу. Тим не менше, медицина отримала перший більш-менш дієвий інструмент вирішення проблеми— фізіологічний розчин.
До ери доказової медицини
Протягом 1800-х років на роль сурогатів «претендували» гемоглобін і плазма різних, в основному свійських, тварин. В 1868 році стало відомо, що розчини, котрі містять ізольований з еритроцитів гемоглобін, можуть слугувати замінниками крові. В 1871 році дослідники також вивчали властивості тваринної крові та плазми в цьому контексті. Але розвиток вказаних напрямків стримувався значними технологічними ускладненнями: по-перше, було важко виділити великий обсяг гемоглобіну, по-друге, продукти тваринного походження містили надто багато імуногенних і токсичних для людини домішок. У XIX столітті подолати ці перешкоди було неможливо. В 1883 році вчені підійшли до вирішення проблеми гемотрансфузій з іншого боку: з’явився розчин Рінгера, котрий складався із солей натрію, калію та кальцію. Під час поповнення об’єму крові в разі кровотечі електроліти покращували клінічні показники порівняно зі звичайним сольовим розчином, але, звісно, розчин Рінгера не міг претендувати на роль кровозамінника, оскільки його складники ніяк не компенсували функцію еритроцитів.
Прорив у галузі трансфузіології зробив австрієць Карл Ландштайнер, який довго працював над вирішенням питань безпечності та ефективності переливання крові й нарешті відкрив її групи. Завдяки йому переливання крові стало безпечною і звичайною медичною практикою. Частково через це пошуки штучної крові пригальмували ще на десятиліття.
Тільки в 1966 році в експериментах з мишами було запропоновано новий тип кровозамінників — перфторохімічні сполуки (перфторохімікати, ПФК) — довголанцюгові полімери, подібні до тефлону. Виявилося, що миші, яких топили в розчині ПФК, виживали, і це чомусь «надихнуло» вчених використовувати ПФК як… антикоагулянт. В 1968 році ПФК випробували на щурах: з них відкачали кров і замінили її на емульсію ПФК. Тварини жили протягом декількох годин і повністю відновлювалися після повторної заміни крові. Так ПФК стали лідерами серед кандидатів у кровозамінники.
Деякий час роль гемоглобіну виконували перфторвуглецеві сполуки, або перфторвуглеці. Ці крихітні молекули містять атоми фтору та вуглецю, котрі здатні розчинювати достатній обсяг багатьох газів, включаючи кисень. Тому певний період дослідники розглядали їх як вірогідні транспортери кисню в сурогатах крові. В 1989 році FDA навіть затвердило один такий продукт, Fluosol-DA-20, але вже через п’ять років його перестали використовувати: надто багато побічних ефектів на тлі обмежених результатів і труднощів у застосуванні. Але й до сьогодні Fluosol-DA-20 залишається єдиним транспортером кисню, який коли-небудь було схвалено FDA.
Зміна вектору
Відносно недавно дослідники змирилися з тим, що універсальну синтетичну кров, яка підійшла б однаково будь-кому і в будь-якій ситуації, розробити в лабораторії неможливо, й донори будуть потрібні завжди. Тому, аби хоча б частково вирішити проблему трансфузій, вчені зосередилися на пошуках матеріалу для клінічного використання для людей із дуже рідкісними типами та захворюваннями крові, а також консервованих замінників для потреб первинної допомоги.
Під поняттям «штучна кров» мається на увазі продукт, який виконує роль замінника еритроцитів. Справжня кров має безліч різних функцій, а від штучної зазвичай чекають лише однієї — перенесення кисню та вуглекислого газу по всьому організму. У 2017 році Алан Доктор із Вашингтонського університету у Сент-Луїсі разом з колегами з Іллінойса Діпанджаном Паном і Філіпом Спінеллою створив штучний еритроцит нанометрового розміру, який збирає кисень у легенях і далі транспортує його по тканинах. Такі червоні клітини виготовляються з очищеного людського гемоглобіну, а потім покриваються спеціальним полімером.
Звісно, елементи крові для ефективного усунення мікробного забруднення проходять процеси фільтрації та пастеризації, але тут важливіший крок додавання синтетичного компонента — він вирішує проблему небажаних явищ, котрі спричиняє «неодягнений» гемоглобін. Полімер допомагає реагувати на коливання рН у крові, тому штучні клітини діють за програмою: забирають кисень у легенях, де рівень рН високий, і вивільняють його в ділянках з низьким вмістом кисню і відповідно з низьким рН. Полімерна оболонка не тільки ефективно регулює захоплення та вивільнення кисню, а й запобігає несприятливим взаємодіям між гемоглобіном і вазоактивними молекулами в плазмі крові, що може призвести до звуження судин і критично обмежити кровообіг. Біоінженерам вдалося отримати продукт, який можна висушувати і транспортувати у вигляді порошку й зберігати протягом тривалого періоду часу при температурі навколишнього середовища. (Свіжа кров «дійсна» кілька годин, якщо вона не охолоджується, і до 42 діб за умови, якщо вона зберігається в холодильнику.)
Отже, штучні еритроцити зручно використовувати на кораблях, у місцях бойових дій чи навіть у космосі, вони готові до негайного застосування будь-де — потрібно лише додати воду. Звісно, стерильну. До того ж такі синтетичні клітини імунологічно «німі»: їх можна використовувати в пацієнтів із будь-яким типом крові. «Кров’яний» порошок, що на вигляд нагадує паприку, назвали ErythroMer. Його збираються застосовувати в екстрених випадках, доправляючи на вертольотах або автомобілях швидкої допомоги для того, щоб забезпечити важкопораненому час для повноцінного переливання крові, адже багатьом пацієнтам потрібні також інші її компоненти. І тут головне, що звичайні клітини крові живуть близько чотирьох місяців, а штучні — усього кілька днів.
Це звучить фантастично, але революція… потребує часу. ErythroMer був протестований на мишах і великих тваринах. Розробники отримали два нові федеральні гранти загальною сумою 5 млн дол. на подальші дос-лідження (лише експерименти на мишах і щурах обійшлися в 1 млн дол. окремого гранту!) й сподіваються, що протягом десятиліття людство отримає змогу використовувати їх еритроцити.
Підготувала Любомира ПРОТАСЮК, спеціально для «ВЗ»
