Sztuczne czerwone krwinki otrzymane w procesie formowania hydrożelu

Cząsteczki hydrożelu naśladujące czerwone płytki krwi zostały wytworzone w pewnym amerykańskim laboratorium. Ich wielka elastyczność czyni je zdolnymi do krążenia w naczyniach krwionośnych, nawet w tych najmniejszych. Jest to właściwość, która otwiera przed nimi wiele drzwi, szczególnie jeśli chodzi o zastosowanie w medycynie. Stworzenie sztucznej krwi ma być idealną techniką zastąpienia krwi ludzkiej.

Nigdy więcej już niedostatku krwi, żadnego niebezpieczeństwa związanego z niekompatybilnością oraz ze skażeniem bakteriami albo wirusami w trakcie transfuzji... Problemem jest to, że sztuczna krew jest dzisiaj jeszcze bardzo niedopracowana.

Postępy w tej dziedzinie, opublikowane w przeglądzie naukowym Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) pozwalają jednakże zrobić o jeden krok więcej w kierunku tej utopii. Naukowcy z uniwersytetu w Karolinie Północnej w Chapel Hill, sądzą, iż wynaleźli dobrego kandydata do zastępowania czerwonych krwinek.

W krwi, komórki te są odpowiedzialne za transport tlenu do wszystkich organów, co ma na celu zapewnienie oddychania, oraz za transport dwutlenku węgla do płuc, skąd jest on następnie ewakuowany.

Czerwone płytki krwi są wyjątkowo małe i nie mają jądra, są płaskie i bardzo elastyczne. W rzeczywistości, są one zdolne tak się zgnieść, iż mogą przejść przez najcieńsze naczynia krwionośne ciała ludzkiego, przez naczynia włosowate, których średnica (5 do 10 mikrometrów) jest czasami mniejsza niż średnica samych czerwonych krwinek (8 mikrometrów).

Kiedy czerwone płytki osiągają zaawansowany wiek (około 120 dni), tracą swoją giętkość, co nie pozwala im przechodzić przez te wąskie naczynia i powoduje ich rugowanie z systemu krążenia przez śledzionę.

Sztuczne czerwone krwinki już wcześniej zostały stworzone, ale ich sztywność powodowała ich szybką eliminację z układu krwionośnego, oraz w czasie zbyt krótkim, żeby naprawdę mogły być użyteczne.

Produkcja cząsteczek w procesie odlewania

Naukowcy amerykańscy użyli techniki Print (Particle replication in non-wetting templates), aby odtworzyć sztuczne czerwone krwinki. Technika Print, opracowana w laboratorium Joseph DeSimone, jest technologią mikroodlewnictwa, która pozwala na produkcję cząsteczek z hydrożelu, których rozmiar, postać, skład oraz funkcjonalność powierzchniowa są bardzo ściśle kontrolowane.

Podrobione czerwone krwinki udało się więc otrzymać dzięki procesowi, który przypomina produkcję muffinek. Forma (z fluoropolimeru elastomerycznego) zawierająca wydrążenia (w formie dysków), jest wypełniana masą (mikstura z prepolimeru), której nadmiar jest usuwany. Pod wpływem ciepła (fotochemia), masa twardnieje (tworzenie połączeń chemicznych), aby utworzyć „muffinki” (cząsteczki hydrożelowe), które następnie mogą zostać wyjęte z formy.

Cząsteczki hydrożelu utworzone w ten sposób posiadają więc rozmiar i formę (od 5 do 6 mikrometrów średnicy na 1,2 do 1,5 mikrometrów grubości), bardzo podobne do rozmiarów i formy czerwonych krwinek u myszy. W dodatku, mają one wiele poziomów elastyczności (w zależności od procentu „cross-linker” dodawanego do prepolimeru).

Ich elastyczność została następnie poddana obserwacji in vitro, przy użyciu odpowiednich narzędzi. Jeśli więc najmniej elastyczne cząsteczki utknęły przed kanałem o szerokości 3 mikrometrów, to tym najbardziej elastycznym (o najniższym procencie cross-linker ), udało się przejść. Pierwszy etap więc zakończył się powodzeniem.

Udane testy, obietnice do dotrzymania

Wprowadzone do układu krążenia u myszy, cząsteczki hydrożelowe są równie obiecujące. Obserwacja, na poziomie mysiego ucha, cząsteczek, które posiadają właściwość fluoroscencji w bliskiej poczerwieni, pozwala stwierdzić, że cząsteczki krążą skutecznie w naczyniach krwionośnych, a te najbardziej elastyczne utrzymują się we krwi 30 razy dłużej (93,29 godzin) niż te najbardziej sztywne (2,88 godzin).

Poświęcenie myszy oraz badanie ich organów, gdzie zostały wprowadzone sztuczne komórki krwi drogą dożylną, pokazuje, że cząsteczki najmniej elastyczne utknęły w płucach, czyli pierwszej napotkanej sieci mikronaczyń. I przeciwnie, cząsteczki najbardziej elastyczne nie utknęły ani w płucach, ani w wątrobie, co pozwoliło uniknąć ewentualnego zatrucia.

Całość tych danych pozwala spodziewać się zastosowania tych cząsteczek w produkcji sztucznej krwi, ale także w specyficznym dostarczaniu leków antynowotworowych do stref organizmu, które są zazwyczaj trudnodostępne. Pozostaje jeszcze do sprawdzenia ograniczona toksyczność takiej metody.

Nie jest wykluczone, że te cząsteczki znajdą także zastosowanie w wyłapywaniu i eliminowaniu niebezpiczenych substancji w układzie krwionośnym, takich jak cholesterol.