Производство искусственной крови в промышленных масштабах — мечта, которой уже не одно десятилетие грезят как учёные, так и фармацевтические компании. Однако на практике это выглядит куда сложнее, ведь повторить естественный процесс созревания эритроцитов в лабораторных условиях — задачка со звёздочкой. Недавно учёные из Германии приблизились к этой цели, разгадав и повторив в искусственной среде действие хемокина CXCL12 — ключевого фактора, отвечающего за созревание эритроцита. Рассказываем, что об этом известно.
В Германии ежедневно требуется около 15 000 единиц донорской крови, большая часть которой в настоящее время поступает от доноров. Эксперименты по созданию искусственной крови ведутся уже несколько десятилетий в разных странах: в основном они фокусируются на создании искусственных эритроцитов. До широкого распространения этой технологии не дошёл пока что никто, однако буквально каждые несколько месяцев в этом процессе происходят положительные сдвиги.
Мы уже писали о создании гемоглобиновых везикулов в Японии, а также препарата ErythroMer в США. Все эти разработки призваны заменить донорскую кровь искусственной.
Механизм появления эритроцитов в организме: результаты нового открытия
В организме образование клеток крови, включая всех интересующие эритроциты, происходит в костном мозге. На первом этапе стволовые клетки — родоначальницы всех клеток в организме — развиваются в эритробласты, предшественники эритроцитов. На заключительном этапе развития эритробласта в полноценный эритроцит эритробласт выталкивает свое ядро, освобождая больше места для гемоглобина, участвующего в транспорте кислорода. Таким образом, эритроцит приобретает свою окончательную форму, становится безъядерным и оказывается готов к выполнению своей основной функции в организме человека — доставке кислорода к органам и тканям и выведению углекислого газа.
Как и за счёт чего происходит выталкивание ядра, знаменующее собой окончательное превращение эритробласта и эритроцит, до недавнего времени оставалось неясным. Однако учёные из Института клеточной биологии и иммунологии Тургау (Германия), кажется, нашли ответ. Всё дело в хемокине CXCL12.
Хемокины — это семейство небольших сигнальных белков (цитокинов), которые управляют движением иммунных клеток (лейкоцитов). В организме человека существует хемокин SDF-1 — хемокин подсемейства CXC, который у человека закодирован геном CXCL12. Хемокин SDF-1, он же хемокин CXCL12, синтезируется в клетках стромы костного мозга и участвует в гемопоэзе — процессе появления и созревания всех клеток крови — эритроцитов, тромбоцитов и лейкоцитов.
«Мы обнаружили, что хемокин CXCL12, содержащийся в основном в костном мозге, может запускать выталкивание ядра из эритробласта, хотя и во взаимодействии с несколькими факторами. Добавляя CXCL12 к эритробластам в нужный момент, мы смогли искусственно вызвать выталкивание их ядра», — говорит биолог и автор нового исследования Юлия Гутъяр.
Это открытие — научный прорыв, который в будущем должен помочь значительно повысить эффективность искусственного производства крови.
Что это открытие значит на практике?
В настоящее время учёные уже научились производить эритроциты искусственным путём из стволовых клеток человека. Однако источники стволовых клеток сильно ограничены: они находятся либо в пуповинной крови, либо в костном мозге, забор которого осуществляется для лечения тяжёлых заболеваний, а не для научных экспериментов и последующего массового производства компонентов крови.
Выход нашёлся: недавно стало возможным перепрограммировать различные типы клеток обратно в стволовые, а уже их использовать для создания эритроцитов. Казалось, что это открытие даст практически неограниченный источник клеток для производства искусственных эритроцитов. Однако процент успешного выталкивания ядра — ключевого этапа, который делает эритроцит действительно полезным — составлял всего около 40%.
Основываясь на новых данных о роли хемокина CXCL12 в эволюции эритроцитов, учёные ожидают значительного прогресса в производстве искусственной крови. Если всё сложится, то области применения этой технологии будут весьма обширны.
«Это позволит создавать редкие группы крови, бороться с дефицитом донорской крови и даст возможность людям синтезировать собственную кровь для целенаправленного лечения различных заболеваний», — говорит Юлия Гутъяр.