Forscher haben große Fortschritte gemacht, um sicherzustellen, dass Ersatzstoffe für rote Blutkörperchen – oder künstliches Blut – sicher und effektiv wirken können, wenn sie in den Blutkreislauf übertragen werden.
Der Schlüssel liegt darin, die künstlichen Blutmoleküle groß genug zu machen, damit sie nicht aus den Blutgefäßen in das Gewebe austreten und gefährliche kardiovaskuläre Nebenwirkungen verursachen, heißt es in einer neuen Studie unter der Leitung von Forschern der Ohio State University.
Obwohl Blutverlust normalerweise durch die Transfusion von Spenderbluteinheiten behandelt wird, können in Fällen, in denen Transfusionen nicht ohne Weiteres verfügbar sind oder die Zeit zu begrenzt ist, um die Kompatibilität der Blutgruppe des Patienten zu überprüfen (z. B. in bestimmten ländlichen Gebieten oder auf dem Schlachtfeld), künstliche Blutprodukte verwendet werden bieten medizinischem Fachpersonal mehr Flexibilität bei der Behandlung. In klinischen Studien führten frühere Generationen dieser Blutersatzstoffe häufig zu mehreren schlechten Gesundheitsergebnissen, da bei Einzelpersonen Symptome auftraten, die von einer Verengung der Blutgefäße und Bluthochdruck bis hin zu Gewebeverletzungen reichten.
In dieser Studie fanden die Forscher heraus, dass ein bestimmter Anteil des Ersatzes für rote Blutkörperchen eine Reihe von gesundheitlichen Vorteilen bieten und das Risiko von kardiovaskulären Nebenwirkungen verringern kann – wenn seine Komponenten die richtige Größe haben.
„Wir haben festgestellt, dass Sie weniger Nebenwirkungen haben, wenn Sie die Ersatzmoleküle für rote Blutkörperchen vergrößern“, sagte Alisyn Greenfield, Hauptautorin der Studie und Ph.D. Student in Chemie- und Biomolekulartechnik an der Ohio State. „Es gibt sogar einen bestimmten Größenbereich, der bessere Vorteile bietet, wenn es um die Art von kardiovaskulären Effekten geht, die bei früheren Generationen dieses Materials beobachtet wurden.“
Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Biomakromoleküle.
Die Forscher testeten einen Ersatzstoff für rote Blutkörperchen namens polymerisiertes menschliches Hämoglobin – PolyhHb. Obwohl frühere kommerzielle Versionen in klinischen Umgebungen untersucht wurden, erhielten sie aufgrund ihrer vielen Nebenwirkungen keine FDA-Zulassung.
Um eine bessere Lösung zu finden, konzentrierte sich das Team auf die Identifizierung einer therapeutischen Zielgröße von PolyhHb, indem es Material in vier unterschiedlich großen Klammern synthetisierte und die kardiovaskuläre Reaktion in Meerschweinchenmodellen untersuchte. Die Ergebnisse zeigten, dass die größten Klammern nicht aus den Blutgefäßen austraten oder eine Verengung der Blutgefäße und einen hohen Blutdruck verursachten.
Der leitende Autor der Studie, Andre Palmer, Professor für chemische und biochemische Verfahrenstechnik am Bundesstaat Ohio, sagte, der antioxidative Status von Meerschweinchen sei dem Menschen ähnlicher als der anderer Nagetiere, was sie zu einem guten Modell für die Studie mache.
Obwohl diese Ersatzstoffe für rote Blutkörperchen Blut nicht vollständig ersetzen sollen, hebt diese Forschung das Potenzial dieser Materialien hervor. Wenn sie einer Person kurz nach der Verletzung transfundiert werden, könnten sie verwendet werden, um der Person genug Zeit zu verschaffen, um zu einer medizinischen Einrichtung transportiert zu werden, um eine Bluttransfusion zu erhalten, sagte Palmer.
Da Blutersatzstoffe außerdem nicht mit Oberflächenantigenen oder Markern auf der Außenseite der Membran der roten Blutkörperchen hergestellt werden, können sie unabhängig von ihrer Blutgruppe an jeden transfundiert werden. Allerdings ist künstliches Blut noch weit von der Kommerzialisierung entfernt.
Obwohl es im Vergleich zu der 42-tägigen Lagerzeit für gespendetes Blut mehrere Jahre bei Raumtemperatur gelagert werden kann, kommt künstliches Blut nicht annähernd an die Lebensdauer echter Blutzellen heran, sagte Palmer. Einmal produziert, zirkuliert ein typisches rotes Blutkörperchen im menschlichen Körper für einen Zeitraum von etwa 120 Tagen, doch die Materialien in aktuellen Blutersatzmitteln werden mit nur einer Halbwertszeit von etwa 24 Stunden nach der Verabreichung hergestellt.
Weitere Studien sind erforderlich, um die Sicherheit und Wirksamkeit des Ersatzes für rote Blutkörperchen im klinischen Umfeld genauer zu bestimmen. „Durch die Durchführung dieser Studie haben wir gezeigt, dass wir das, was derzeit existiert, verbessern und hoffentlich in der Lage sein werden, unsere Forschung voranzutreiben und diese Materialien in die Klinik zu überführen“, sagte Greenfield.
Mehr Informationen:
Alisyn Greenfield et al, Biophysikalische Analyse und präklinische Pharmakokinetik – Pharmakodynamik der Tangentialflussfiltration Fraktioniertes polymerisiertes menschliches Hämoglobin als Ersatz für rote Blutkörperchen, Biomakromoleküle (2023). DOI: 10.1021/acs.biomac.3c00051