人工合成血液-實驗耗材

一、人工合成血液-實驗耗材的概念和必要性

長久以來，血液資源一直緊張，缺口很大；在發(fā)生戰(zhàn)爭或一些重大災(zāi)害時，血液的供應(yīng)尤其難以得到保證。早在“二戰(zhàn)”時，由于戰(zhàn)場條件惡劣、缺乏充足的血源供應(yīng)，而且也沒有時間和條件來驗對血型，因此，至少有50%以上的負傷人員由于沒有得到及時輸血搶救而死亡。現(xiàn)在，臺風(fēng)、海嘯、地震等突發(fā)災(zāi)害也常常造成大量人員死亡，其中無法及時輸血搶救是原因之一。近年來由于戰(zhàn)爭，嚴(yán)重的自然災(zāi)害等原因，對血液供應(yīng)的要求量增大，僅靠血庫供血難以滿足需求。于是，多年來，人們一直探索能否研制出一種血液代用品，在緊急時刻不需驗對血型即可直接使用，而且可以長期保存以備急需。

人工血液也稱人工替代血液，是利用和血紅蛋白相同的加工處理方法，維持血壓不變，在扮演搬運各種物質(zhì)較色的白蛋白中放入 血紅素分子，制成白蛋白血紅素，這就是人工血液。

二、人工血液的研究進程

1966年，美國科學(xué)家克拉克發(fā)現(xiàn)，在含碳氟化合物的容器里有只老鼠，當(dāng)他取出老鼠并排除其呼吸道中的液體時，老鼠竟然蘇醒了。出于好奇心，克拉克有意在這類液體里放入老鼠，幾小時后取出，結(jié)果大大出乎他的意料：老鼠奇跡般的復(fù)活了。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這種液體溶解氧氣和二氧化碳的能力分別是水的20倍和3倍。克拉克從中得到啟發(fā)：可以用這種液體來代替血液。

1979年，一種新型的氟碳化合物乳劑作為人造血液，*在日本應(yīng)用于人體單腎臟移植手術(shù)，并取得成功。時隔不久，美國也報道了人造血液給一位信仰宗教、拒絕輸血的老人治療血液病獲得成功。這種奇妙的人造血液，是白色的；不分血型，不管哪種血型的人都能使用。

1980年8月6日，中國人造血液的研究在上海獲得成功。這是中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所和的科學(xué)工作者經(jīng)過5年的研究而試制成功的。人造血液是氟碳化合物在水中的超細乳狀液。這種奇妙的白色血液注入人體后，同人體正常血中的紅細胞一樣，具有良好的載氧能力和排出二氧化碳的能力，可以說，它是一種紅細胞的代用品。氟碳化合物像螃蟹的螯那樣，能夠把氧抓住，在人體里再把氧氣放出來，進行人體里的特種氧化還原反應(yīng)。它的生物化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，不管哪種血型的人，都能使用人造血液。

庫珀教授是歐洲血液代用品工程中的成員，這個組織成立于兩年前，專門研究人造血液。這項工程的研究人員分別來自英國、丹麥、法國、荷蘭、意大利、瑞典和匈牙利，他們集中精力研究血紅蛋白替代品。美國比普勒公司已經(jīng)研發(fā)出一種叫作“Hemopure”的新產(chǎn)品，并且在世界艾滋病感染率很高的南非投入使用，只是還沒被獲準(zhǔn)在美洲和歐洲使用。“Hemopure”使用了從牛血中提取的血紅蛋白，考慮到牛海綿狀腦病感染因素，這種新產(chǎn)品更難被美國和歐洲接受。血紅蛋白可從過期的捐獻血液、牛的血液甚至植物和真菌中提取。然后對它進行改良，確保注入體內(nèi)后它能保持穩(wěn)定。因為血紅蛋白不包括能讓血液形成不同類型的分子，因此，相同的血紅蛋白代替品可以應(yīng)用到不同病人身上。而且它可以被放在室溫下保存，運輸也很方便。

歐洲研究員還把目光聚焦在以血紅蛋白為基礎(chǔ)的產(chǎn)品上時，美國已經(jīng)轉(zhuǎn)向了另一人造血液來源———一種被稱作六氟化硫的聚四氟乙烯類型的人工合成液體上。六氟化硫可消溶大量氧氣，造價便宜，易于制作，并且儲藏簡單。但在操作過程中，病人需要通過特定面具吸入的氧氣，這就意味著在醫(yī) 院以外的環(huán)境下使用這種物質(zhì)的可能受到限制。

2011年，英國科學(xué)家利用干細胞制造的人造血液可能在兩年內(nèi)在人類身上試用。據(jù)悉，這種人造血不會感染，并可適用于所有血型的人員。研究人員表示，人造血投入使用將改善醫(yī)院的血液緊缺狀況，讓病患獲益。人們還可以利用人造血，在戰(zhàn)地或車禍現(xiàn)場挽救更多生命。此外，心臟移植病人和癌癥患者也能受益。此項研究是在英國愛丁堡大學(xué)和布里斯托大學(xué)進行的。造血干細胞素來有血液中的“圣杯”一說，愛丁堡大學(xué)教授馬克·托納表示，希望能用造血干細胞制造出O型陰性血，這種血型可適用于98%的人群。

2013年，羅馬尼亞科學(xué)家研制出一種人造血液—由水、無機鹽以及一種深海昆蟲體內(nèi)提取的蚯蚓血紅蛋白合成的材料，可短時間替代血液實現(xiàn)氧氣和二氧化碳交換代謝。這一成果如果得以成功推廣應(yīng)用，則有望緩解血庫的供給短缺，甚至避免血液污染的風(fēng)險，同時通過化學(xué)修飾，實現(xiàn)對氣體的高溶解度，避免氣泡的產(chǎn)生，大大提高輸血的適用范圍和臨床功效。

2013年12月，日本研究人員成功利用干細胞培育出能夠攜帶氧的紅細胞，在此基礎(chǔ)上有望大量培育用于輸血的紅細胞，幫助醫(yī)療系統(tǒng)緩解用血緊張狀況。

研究發(fā)現(xiàn)雖然成熟的紅細胞不能自我復(fù)制，但其發(fā)育過程中的“半成品”——紅系祖細胞具有復(fù)制能力，他們發(fā)現(xiàn)有兩個基因?qū)t系祖細胞的復(fù)制和成熟發(fā)揮重要作用。將這兩個基因?qū)胝T導(dǎo)性多能干細胞和胚胎干細胞中后，成功培育出在實驗室中幾乎可以無限復(fù)制增殖的紅系祖細胞，并使它們成功分化為成熟的紅細胞。分化出的紅細胞中大部分都是胚胎血紅蛋白，與成人血紅蛋白不同，但研究人員證實這些血紅蛋白有攜氧能力，并能在輸血后在實驗鼠體內(nèi)循環(huán)。

三、人工血液的種類

人造血液主要有三種：

（1）人工合成的血紅蛋白；

（2）用天然血紅蛋白制成的人工紅血球；

（3）人工合成具有攜氧功能的氟碳化合物。氟碳代血液是由全氟化合物組成的膠體超微乳劑，具有良好的攜氧能力，在一定濃度和氧分壓條件下，其氧溶解度為水的20倍，比血液高2倍。作為人工血應(yīng)用較好的氟碳化合物有全氟正丁基呋喃、全氟、氟列昂E4、全氟萘烷、全氟甲基萘烷，全氟三丙胺等。