Искусственная кровь: что будет, когда ученые ее создадут

На сайте американского журнала The New Yorker вышла статья «The Long Quest for Artificial Blood», в которой говорится, что ученые стоят на пороге революционного открытия — создания искусственной крови. Я решила поделиться выжимкой из этого материала и рассказать, как кровь превращается в технологию, открывая новые перспективы для медицины.

Краткая история исследования крови

Чтобы понять, как далеко продвинулась наука, давайте заглянем в прошлое. На протяжении веков кровь воспринималась как нечто мистическое, символизирующее жизнь. Она была важной частью религиозных обрядов и культурных традиций. Однако реальное научное исследование крови стало возможным лишь в XVII веке, когда католическая церковь ослабила запрет на вскрытие человеческих тел. В этот период английский врач Уильям Гарвей открыл систему кровообращения и доказал, что кровь циркулирует по телу, как вода по трубам.

Открытие Гарвея вдохновило ученых на новые, порой даже странные идеи. Например, они начали проводить эксперименты, вливая разные вещества в кровь собак, чтобы увидеть, что произойдет. В ход шли вино, эль, сурьма и даже опиум. Результаты были довольно предсказуемыми: животных рвало, они становились пьяными или теряли сознание.

В это же время возникла еще более смелая идея: переливание крови может не только изменить физическое состояние организма, но и повлиять на личность! Считалось, что агрессивную собаку можно успокоить, перелив ей кровь трусливой особи; стариков можно омолодить, используя кровь молодых, а супруги перестанут ссориться, обменявшись кровью. Так, в 1667 году французский врач Жан-Батист Дени решил перелить кровь теленка 34-летнему Антуану Моруа, чтобы исцелить его от припадков бешенства, в ходе которых мужчина нападал на жену, бегал голым по Парижу и поджигал дома.

После первых вливаний Моруа рвало и лихорадило, он жаловался на боль в пояснице, а его моча стала темной. Современный врач, вероятно, увидел бы в этом реакцию острого отторжения. Однако вскоре состояние Моруа улучшилось, и он действительно стал спокойнее, что якобы подтверждало гипотезу. Но через пару месяцев, накануне третьего переливания, подопытный внезапно умер. Подозрение пало на его жену, которую обвинили в отравлении мужа мышьяком. Из-за смерти Моруа власти Франции запретили переливание крови, а вскоре аналогичные меры приняли Ватикан и Англия.

Только спустя столетие медики вновь вернулись к практике переливания крови, но уже рассматривали ее как способ спасения жизни при тяжелых кровопотерях. В начале XX века были сделаны открытия, значительно повысившие безопасность и эффективность этой процедуры. В 1900 году открыли существование различных групп крови, что позволило избежать многочисленных осложнений. В 1910-х годах в донорскую кровь стали добавлять цитрат натрия, чтобы она не сворачивалась и не забивала иглы и трубки во время переливания. А в 1936 году канадский врач нашел способ хранить кровь около недели, охлаждая ее в стеклянных бутылках.

Наука прошла долгий путь — от мистических теорий и сомнительных гипотез до значительных открытий, изменивших медицину. Однако, несмотря на эти достижения, образовалось множество проблем, представляющих собой серьезный вызов для здравоохранения. И теперь, похоже, наступил момент для настоящего прорыва, способного все изменить.

Проблемы донорской крови в США и Великобритании

По статистике около 30 000 американцев ежегодно умирают от потери крови. Эта трагическая цифра свидетельствует о серьезной проблеме, возникшей в результате различных факторов.

Мало доноров и много пациентов

Одной из главных причин дефицита донорской крови является процесс старения населения. Поколение бэби-бумеров (родившееся в период с 1946 по 1964 год), активно участвовавшее в общественных движениях и регулярно сдававшее кровь, постепенно стареет. А молодежь не проявляет интереса к донорству, что усугубляет проблему.

Кроме того, пожилые люди чаще других нуждаются в переливаниях крови из-за онкологии, операций на сердце, анемии и других болезней. Согласно прогнозам, к 2030 году количество людей старше 65 лет увеличится на 20 миллионов, что создаст еще больший дефицит крови и ресурсов для ее переработки.

Проблемы с транспортировкой крови

Хранение и транспортировка крови требует специальных условий, что делает ее доступной в основном в крупных медицинских центрах и травматологических больницах. Люди, живущие далеко от таких учреждений, рискуют не получить своевременную помощь. В некоторых странах, например, в Руанде, эту проблему решают с помощью дронов. В США же кровь можно было бы перевозить в специальных холодильных контейнерах на машинах скорой помощи или медэвакуационных вертолетах, но это не делается по экономическим причинам. Страховые компании не компенсируют расходы на транспортировку крови, и врачи вынуждены везти пациента в больницу, вместо того, чтобы оказывать помощь на месте.

Для переливания нужна цельная кровь, а она разделена на компоненты

Перед тем как попасть к пациенту, кровь зачастую разделяется на компоненты: эритроциты, плазму и тромбоциты. Этот метод зародился еще во времена Второй мировой войны, когда врачи пытались растянуть ограниченные запасы крови, разделяя ее между несколькими пациентами. В 1960-х, с ростом потребности в плазме и тромбоцитах для лечения онкобольных, разделение крови стало общепринятым стандартом.

Однако у этого подхода есть свои минусы. Пациентам с кровотечением требуется переливание цельной крови. И вот тут начинаются трудности — врачи вынуждены собирать кровь по частям, что замедляет процесс оказания помощи, а иногда и вовсе ставит его под удар, если какой-нибудь компонент отсутствует. К тому же, разделенная кровь в целом менее эффективна, чем цельная.

В Великобритании, как и в США, ситуация с донорской кровью также напряженная. Несмотря на наличие в стране крупнейшего центра, который обрабатывает до 3 000 единиц крови в день, больницы регулярно сталкиваются с нехваткой отдельных компонентов крови.

Создание искусственной крови решило бы указанные проблемы. Она бы компенсировала дефицит донорской, а также устранила трудности хранением и транспортировкой, что позволило бы спасти гораздо больше жизней.

На каком этапе находится разработка искусственной крови

По мнению ученых, идеальная искусственная кровь — это вещество, которое можно производить по мере необходимости, долго хранить и переливать любому пациенту, независимо от его группы крови. Несмотря на огромные усилия, полноценные кровезаменители пока не созданы. Тем не менее, последние достижения в этой области говорят о том, что ученые стали на шаг ближе к решению этой задачи.

США: Проблема первых заменителей заключалась в том, что они выполняли одну из многочисленных функций крови и имели серьезные недостатки. Так, ученые изначально думали, что при кровопотере достаточно восполнить объем крови. Пациентам вводились физрастворы, но вскоре стало понятно, что это лишь усугубляет их состояние. После потери крови сосуды становились пористыми, и раствор просачивался в ткани, вызывая отеки в мозге, легких и почках.

После этого американские ученые сосредоточились на главной функции крови — переносе кислорода, и стали разрабатывать переносчик кислорода на основе гемоглобина (HBOC или Hemoglobin-Based Oxygen Carrier). В 1990-х компания Baxter International успешно продвинулась в разработке такого препарата и даже довела его до клинических испытаний. Однако в 1994 году газета «New York Times» сообщила, что у HBOC обнаружен неожиданный побочный эффект — сужение сосудов. В ответ на это Baxter заявила, что это свойство может быть полезным в случаях сильной кровопотери, так как повышает артериальное давление и помогает поддерживать кровообращение. Но испытания завершились катастрофой: из 52 пациентов, получивших препарат, 24 погибло, в то время как среди пациентов, получивших физраствор, умерло 8 из 46. Таким образом, искусственная кровь увеличила смертность в 3 раза.

После трагических испытаний разработка HBOC была приостановлена. Однако недавно появилась новость, что создали усовершенствованную версию препарата — ErythroMer. Это порошок, содержащий наночастицы, внутри которых находятся гемоглобин и молекула KC1003, регулирующая передачу кислорода клеткам. Побочный эффект в виде сужения сосудов был устранен тем, что гемоглобин заключен в наночастицы, которые обеспечивают его стабильность и контролируемое высвобождение.

Министерство обороны США заинтересовалось этим проектом и выделило 46 миллионов долларов на объединение ErythroMer с синтетическими тромбоцитами и плазмой, чтобы создать «эквивалент цельной крови, пригодный для полевого использования». Военные считают, что в случае конфликта с сильным противником, таким как Китай или Россия, такой порошок может спасать жизни на поле боя, особенно когда эвакуация раненых будет затруднена. В 2023 году была разработана упаковка, в которой порошковую кровь можно развести и подогреть, помассировав пальцами. В данный момент тестируется совместимость всех компонентов новой крови.

Великобритания: В отличие от США, Великобритания выбрала другой путь и сосредоточилась на выращивании настоящих эритроцитов в лаборатории. Первые попытки были сделаны еще в 1990-х годах, когда ученые пытались получить клетки из эмбриональных стволовых клеток. Однако найти оптимальные условия для их роста оказалось крайне сложно. Поэтому исследователи стали экспериментировать с гемопоэтическими стволовыми клетками, которые обычно развиваются в клетки крови. Эти клетки берутся из слоя крови, называемого лейкоцитарной пленкой, и помещаются в специальную питательную среду. Ученым пока не удается полностью воссоздать последний этап созревания эритроцитов, который происходит в организме. Однако сегодня незрелые эритроциты уже испытываются на добровольцах.

Планы на будущее

Итак, создание искусственной крови находится на ранних стадиях. На данный момент производство эритроцитов — это не просто научный вызов, но и крайне дорогостоящий процесс. Например, шприц с эритроцитами из британской лаборатории стоит 75 тысяч долларов. Для сравнения, Американский Красный Крест взимает с больниц около 200 долларов за 500 мл донорских эритроцитов.

Однако ученые не сдаются. Они намерены модифицировать искусственную кровь, чтобы ее свойства оправдывали высокую цену. В Великобритании запустили стартап «Scarlet Therapeutics», который работает над созданием искусственных эритроцитов, способных переносить лекарства. В будущем исследователи надеются разработать биореакторы для массового производства такой крови и сделать ее доступной для всех.

Американские ученые, как и их британские коллеги, стремятся создать не просто искусственные эритроциты, а их усовершенствованные версии, которые могут стать настоящими «молекулярными фабриками» внутри тела. Ранее они уже модифицировали Т-клетки, чтобы те распознавали и атаковали раковые образования, что привело к созданию терапии CAR-T, одобренной в 2017 году для лечения лейкемии. Учитывая этот успех, исследователи надеются применить подобные технологии к искусственным эритроцитам. Например, они планируют поместить в их мембрану ферменты, которые будут транспортироваться к нужным клеткам. Такой подход также позволит создавать индивидуальные «коктейли» крови с добавлением большого числа тромбоцитов или плазмы в зависимости от заболевания пациента. И это лишь начало.

Пишите в комментариях, что вы думаете об этих исследованиях. Удастся ли ученым разработать искусственную кровь в ближайшее время? Стоит ли надеяться на то, что через несколько десятилетий она станет повседневной реальностью в больницах по всему миру? Должны ли мы полагаться на такие технологии, или это приведет к новым этическим и социальным вопросам?