雖然科學家還未制造出一種可行的人造血液，但現已取得一些進展，目前科學家沒有嘗試復制完整人類血液的復雜性，也沒有掌握人類血液各種成分是如何相互作用，而是專注于制造血液的每種成分。
北京時間 12 月 20 日消息，據國外媒體報道，科學家在制造有效合成血液的進程中出現哪些阻礙因素？早在 17 世紀，由于當時醫(yī)學技術有限，想制造合成血液的醫(yī)生們甚至嘗試將牛奶和葡萄酒注入大出血患者體內，當這種做法失敗后，他們將目光轉向羊血，沒過多久他們就明白了，此類的錯誤做法加快了患者死亡，而不是在拯救他們的生命。
值得慶幸的是，現在醫(yī)生們知道人類血液可通過具有兼容血型的捐獻者提供，這才是解決問題的正確方案，工作人員對捐獻者的血液進行提純，分離血液成分，篩查出血液傳播疾病分子，例如：艾滋病毒。
然而，目前的醫(yī)療制度并不完善，一些國家的衛(wèi)生保健系統(tǒng)缺乏安全采集、儲存和對有輸血需求患者及時運輸血液的基礎條件，即使對于擁有這些資源條件的國家，也有一些缺乏罕見血型的社區(qū)，很難在當地血庫中找到匹配血型，這些社區(qū)居民通常是少數民族。
簡單地講，嚴重出血需要緊急醫(yī)療護理，這在戰(zhàn)區(qū)等危險和偏遠地區(qū)尤其重要，這就是為什么在第二次世界大戰(zhàn)之后，軍事科學家開始關注如何制造出合成血液，隨后商業(yè)研究人員迅速跟進該項目，開始對人造血液進行探索分析。
雖然科學家還未制造出一種可行的人造血液，但現已取得一些進展，目前科學家沒有嘗試復制完整人類血液的復雜性，也沒有掌握人類血液各種成分是如何相互作用，而是專注于制造血液的每種成分，例如：血紅細胞，其負責將氧氣輸送至全身各處；抗病毒感染的白細胞；用于愈合傷口的血小板；以及攜帶蛋白質等物質的血漿。在大多數國家，輸血也通常以這種方式進行 —— 患者很少進行純血液輸入，依據患者的臨床需要，他們將被輸入一種血液產品或者組合型血液，對于出血相對較少的患者，他們可能體內僅需要紅血球，對于大量出血的患者，他們可能需要紅血球、血小板和血漿。目前，科學家在實驗室里制造的血液制品已擴展應用于兩個重要的研究領域，第一個研究領域是生產完全合成的血液替換品，以實現與人類血液成分的相同功能；第二個研究領域是利用干細胞來制造具有真實血液生物學特征的細胞和物質。每個研究領域都有各自的優(yōu)點和缺點，但專家預測稱，如果臨床試驗證明成功且有效，其中一些血液產品可能在未來十年內進行推廣應用。
日本京都大學干細胞生物學家 Koji Eto 說：“在新冠疫情期間，由于人們經常呆在家中，獻血者顯著減少，這更加印證制造血液制品的重要性，科學家在該領域所付出的努力，將有助于未來重大流行性疾病爆發(fā)時提供穩(wěn)定的血液供給。”
合成血紅蛋白
紅血球含有一種叫做血紅蛋白的蛋白質，它在肺部捕獲氧氣，并分配至其他器官組織，氧氣輸送是血液的一個重要功能，因此它一直是所有人造血液研究的一個重要特征?？茖W家在上世紀 50 年代進行的首次實驗中，人們希望能夠制造人工合成血液，并從人類或者動物的血液中分離出純血紅蛋白，如果能夠實現的話，科學家就能在實驗室繼續(xù)合成血紅蛋白。
然而，血紅蛋白在紅血球之外無法很好地發(fā)揮作用，相反，它會分解成更小的部分，在肝臟和腎臟中積累，造成身體損害。近些年來，科學家們改變了血紅蛋白的化學性質，讓它們彼此結合在一起，使其更難分解。在 2008 年對 16 項研究進行的 3700 位患者的審查中，該項技術最終被擱置，審查結果顯示心臟病發(fā)作更為普遍，該方式治療患者會增加 30% 的死亡風險。
對這種心臟病發(fā)作風險增加的一種可能性解釋是，血紅蛋白不僅與氧氣結合，還與一氧化氮具有很高的匹配度，兩者結合在一起，一氧化氮能調節(jié)血管開放或關閉程度，引入脫細胞血紅蛋白，可能會限制血液到達心臟等器官。
澳大利亞昆士蘭大學軍事外科和醫(yī)學教授邁克爾?里德說：“血紅蛋白在紅血球之外會產生一定的健康負面影響，擾亂身體調節(jié)血液流向的能力，由于這種顯而易見的特征，相關研究被擱置停止，之后科學家將重點一直放在如何‘包裝’血紅蛋白，這樣它不會與一氧化氮結合在一起，目前還不清楚該方法是否有效?！?/p>
美國西點軍?；瘜W工程師、研究血液流體動力學的馬修?阿姆斯特朗中校說：“研究人造合成血液的進程較緩慢的部分原因是當前很難對血液進行研究分析，一旦血液脫離身體，就開始老化，進行重復性實驗也很困難，人體血液處于動態(tài)變化之中，取決于人們是否鍛煉身體，或者吃了什么食物發(fā)生怎樣變化?！?/p>
目前，科學家正在研究延長血小板保存時間的最佳方法，其中一種建議是將血小板冷凍干燥處理，但是該方法會使血小板在血液中重新懸浮。阿姆斯特朗說：“目前美國軍方投資數百萬美元正在研制一種血液復制劑，它將用于戰(zhàn)場傷亡，但迄今為止，這項研究是徒勞無果的，我認為之前科學家并未充分考慮血液的力學性能。認真了解人造合成血液的粘度、流動機制以及是否與實際情況相一致，可能是非常重要的環(huán)節(jié)?！?/p>
生物改造血液
由于制造有效的人造血液具有較高的挑戰(zhàn)性，研究人員開始嘗試一種不同的方法 —— 操控干細胞制造血液制品。如果科學家能以這種生物改造方式制造血液制品，例如：紅血球或者血小板，那么就能避免人造血液制品中令人擔憂的相容性問題。
科學家可以從捐獻者體內提取一種特殊類型的干細胞，即造血細胞，當前實驗表明，這些細胞能變成任何類型的血細胞，研究人員使用特定信號分子誘導干細胞成為期望的特定血液制品，這一過程容易實現，并已成功實踐了多年時間。京都大學干細胞生物學家 Koji Eto 表示，他已成功地將干細胞制造的血小板植入一位 52 歲的女性患者，這是全球首例。
澳大利亞紅十字會血液研究小組高級研究員麗貝卡?格里菲斯說：“問題的關鍵在于擴大規(guī)模，因為一個干細胞僅能產生有限數量的紅細胞，科學家們正在努力解決該問題?！痹?2017 年發(fā)表的一篇論文報告中，她和同事描述了一個被稱為“細胞永生”的過程，他們在細胞從干細胞轉化為紅血球的早期階段接種了人乳頭狀瘤病毒（HPV），隨后 HPV 病毒停止了進一步成熟，這意味著干細胞具有很強的復制性，理論上講，這提供了一種不依賴常規(guī)干細胞捐獻的可持續(xù)性紅血球來源。
然而，這種方法并不是沒有缺陷，紅血球沒有細胞核，這就保證了它們足夠靈活，可以擠過纖細血管而不引起血栓，當這些“永生”干細胞在發(fā)育成紅血球的過程中脫落細胞核時，就會擺脫可能有害的 HPV 病毒。但是該方法產生的一些紅血球并沒有完全失去細胞核，因此，研究人員試圖改進這種“永生策略”來糾正其中的錯誤。
臨床試驗的困境
與合成血液方法相比，干細胞血液制品在臨床試驗中具有一定的優(yōu)勢，科學家們是否能從倫理道德角度獲得患者同意而放棄捐獻者的血液，仍有待于商榷，迄今為止合成血液制品會增大患者心臟病發(fā)作風險，為什么患者還要選擇合成血液制品呢？
在現實生活中很多情況下，患者無法直接獲得捐獻者的血液，例如：對于在偏遠戰(zhàn)場上受傷的士兵而言，合成血液是否像捐獻者的血液一樣有效并不重要，因為該條件下很難獲得血型完全匹配的捐獻者血液，因此當前的問題是合成血液是否比沒有血液供給更有效？里德說：“從科學角度來講，這是一個難以質疑的問題，在我們無法進行正常輸血的環(huán)境中，進行臨床試驗也很困難?！?/p>
研究人員曾進行一項回顧性研究分析，對比在緊急情況下輸入合成血液的患者和未輸入合成血液的患者的存活率，但該分析存在偏見和局限性，那些接受合成血液制品的患者可能也會幸存下來，而那些遭受嚴重創(chuàng)傷、可能立即死亡的患者，并不適合使用合成血液，因此該研究分析可能高估合成血液制品的好處。
里德表示，如果這些實驗設計問題都能獲得解決，就會有許多頗具希望的治療方法出現，無論如何，這些努力都證明了現代醫(yī)學自“牛奶和葡萄酒輸血法”的時代以來取得了巨大的進步。
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