Искусственная кровь: состав, разработки, применение¶
Искусственная кровь — группа синтетических и полусинтетических кровезаменителей, предназначенных для восполнения объёма циркулирующей крови и переноса кислорода при массивных кровопотерях, когда донорской крови недостаточно или её применение невозможно. Термин охватывает растворы солей (кристаллоиды и коллоиды), гемоглобинсодержащие препараты, перфторуглеродные эмульсии и разрабатываемые наноформы кислород-транспортирующих агентов.
¶Проблема кровезамещения
Основная задача — заменить функцию эритроцита: связывать кислород в лёгких и отдавать его тканям. Полноценная замена требует одновременного выполнения нескольких условий: достаточная кислородная ёмкость, безопасность, совместимость с тканями, отсутствие иммунного ответа, приемлемая стоимость и срок хранения.
Донорская кровь имеет ограниченный срок хранения (эритроцитарная масса — до 42 суток при +2…+6 °C), требует групповой совместимости и холодовой цепи. В России, как и в большинстве стран, существует хронический дефицит донорской крови; в периоды боевых действий, стихийных бедствий и в удалённых районах проблема особенно остра.
¶Основные виды
¶Кристаллоиды и коллоиды
Самая распространённая категория — солевые растворы (натрия хлорид 0,9 %, раствор Рингера, сбалансированные растворы на основе ацетата и глюконата) и коллоидные растворы (гидроксиэтилкрахмал, желатин, декстраны). Они восполняют объём, но не переносят кислород. Их применяют для коррекции гиповолемии и как основу для инфузионной терапии.
¶Гемоглобинсодержащие кровезаменители
Принцип — использовать гемоглобин, освобождённый из эритроцитов, как кислородный переносчик. Свободный гемоглобин в плазме токсичен: он связывает оксид азота (NO), вызывая вазоконстрикцию, повышение артериального давления и нарушение микроциркуляции, а также быстро выводится почками. Поэтому разработаны модифицированные формы:
- Полимеризованный гемоглобин — гемоглобин сшит химическими реагентами (например, глутаровым альдегидом) в крупные молекулы с увеличенным временем циркуляции. Пример — препарат «Гемоксикон» (разработан в Институте химии природных соединений АН СССР, в клинической практике с 1970-х годов).
- Конъюгированный гемоглобин — гемоглобин, связанный с полимерами (полиэтиленгликолем, декстраном). Пример — российский препарат «Эритрозол» (полиэтиленгликоль-гемоглобин), разработанный в Новосибирске.
- Гемоглобин в липосомах и наночастицах — гемоглобин инкапсулирован в липидные пузырьки, имитирующие структуру эритроцита. Такие «искусственные эритроциты» находятся на стадии доклинических и ранних клинических исследований.
¶Перфторуглеродные эмульсии
Перфторуглероды (ПФУ) — органические соединения, где водород замещён фтором. Они физически растворяют кислород (и другие газы) в концентрации, превышающей растворимость в воде в десятки раз. В виде эмульсий применяются как кислородные переносчики. Примеры: «Флюозол» (Fluosol-DA, Япония, 1980-е), «Перфторан» (разработан в МГУ под руководством Н. С. Вульфсона, применялся в России с 1990-х). Перфторуглероды не требуют групповой совместимости, не дают иммунных реакций, но их кислородная ёмкость ниже, чем у гемоглобиновых препаратов, и они требуют высокой концентрации кислорода при вдыхании.
¶Как создают искусственную кровь
Разработка включает несколько этапов.
- Выбор кислородного переносчика. Определяется тип молекулы: гемоглобин, перфторуглерод или синтетический аналог гема.
- Модификация молекулы. Для гемоглобина — химическое сшивание (полимеризация), конъюгирование с полимерами или инкапсулирование в липосомы, чтобы устранить токсичность свободного гемоглобина и увеличить время циркуляции.
- Создание системы доставки. Липосомальные и наночастичные формы моделируют мембрану эритроцита, что снижает побочные эффекты.
- Формулирование препарата. Подбирается растворитель (солевой буфер), консерванты, стабилизаторы. Определяются условия хранения — одно из преимуществ синтетических кровезаменителей: многие из них стабильны при комнатной температуре и хранятся годами.
- Доклинические и клинические испытания. Проверяются токсичность, кислородная ёмкость, влияние на почки, сердечно-сосудистую систему, свёртывание крови.
¶Применение в России
В отечественной медицине применяются «Гемоксикон» (полимеризованный гемоглобин), «Перфторан» (перфторорганическая эмульсия) и ряд коллоидных растворов. «Перфторан» применялся, в частности, в хирургии и при лечении ожоговой болезни. Разработки ведутся в Институте биоорганической химии РАН, МГУ, Новосибирском Академгородке и других центрах.
¶Ограничения и перспективы
Несмотря на десятилетия исследований, ни один препарат не заменил полностью донорскую кровь. Основные причины — побочные эффекты (нефротоксичность, вазоконстрикция), относительно низкая кислородная ёмкость по сравнению с эритроцитами и высокая стоимость производства. Перспективные направления — наноэритроциты на основе липосом и полимерных наночастиц, синтетические аналоги гема, а также клеточные конструкции, выращенные из стволовых клеток.
¶Источники
- Бархударов Р. С., Кудряшов Б. А. Кровезаменители: прошлое, настоящее, будущее.
- Вульфсон Н. С. Перфторуглероды в медицине.
- Руководство по инфузионно-трансфузионной терапии (Минздрав РФ).
- Spahn D. R. Blood substitutes: synthetic oxygen carriers — British Journal of Anaesthesia.