如何才能获得有效的人类合成血液？

导读：据国外媒体报道，科学家在制造有效合成血液的进程中出现哪些阻碍因素？

北京时间12月20日消息，据国外媒体报道，科学家在制造有效合成血液的进程中出现哪些阻碍因素？早在17世纪，由于当时医学技术有限，想制造合成血液的医生们甚至尝试将牛奶和葡萄酒注入大出血患者体内，当这种做法失败后，他们将目光转向羊血，没过多久他们就明白了，此类的错误做法加快了患者死亡，而不是在拯救他们的生命。

值得庆幸的是，现在医生们知道人类血液可通过具有兼容血型的捐献者提供，这才是解决问题的正确方案，工作人员对捐献者的血液进行提纯，分离血液成分，筛查出血液传播疾病分子，例如：艾滋病毒。

然而，目前的医疗制度并不完善，一些国家的卫生保健系统缺乏安全采集、储存和对有输血需求患者及时运输血液的基础条件，即使对于拥有这些资源条件的国家，也有一些缺乏罕见血型的社区，很难在当地血库中找到匹配血型，这些社区居民通常是少数民族。

简单地讲，严重出血需要紧急医疗护理，这在战区等危险和偏远地区尤其重要，这就是为什么在第二次世界大战之后，军事科学家开始关注如何制造出合成血液，随后商业研究人员迅速跟进该项目，开始对人造血液进行探索分析。

虽然科学家还未制造出一种可行的人造血液，但现已取得一些进展，目前科学家没有尝试复制完整人类血液的复杂性，也没有掌握人类血液各种成分是如何相互作用，而是专注于制造血液的每种成分，例如：血红细胞，其负责将氧气输送至全身各处；抗病毒感染的白细胞；用于愈合伤口的血小板；以及携带蛋白质等物质的血浆。在大多数国家，输血也通常以这种方式进行——患者很少进行纯血液输入，依据患者的临床需要，他们将被输入一种血液产品或者组合型血液，对于出血相对较少的患者，他们可能体内仅需要红血球，对于大量出血的患者，他们可能需要红血球、血小板和血浆。目前，科学家在实验室里制造的血液制品已扩展应用于两个重要的研究领域，第一个研究领域是生产完全合成的血液替换品，以实现与人类血液成分的相同功能；第二个研究领域是利用干细胞来制造具有真实血液生物学特征的细胞和物质。每个研究领域都有各自的优点和缺点，但专家预测称，如果临床试验证明成功且有效，其中一些血液产品可能在未来十年内进行推广应用。

日本京都大学干细胞生物学家Koji Eto说：“在新冠疫情期间，由于人们经常呆在家中，献血者显著减少，这更加印证制造血液制品的重要性，科学家在该领域所付出的努力，将有助于未来重大流行性疾病爆发时提供稳定的血液供给。”

合成血红蛋白

红血球含有一种叫做血红蛋白的蛋白质，它在肺部捕获氧气，并分配至其他器官组织，氧气输送是血液的一个重要功能，因此它一直是所有人造血液研究的一个重要特征。科学家在上世纪50年代进行的首次实验中，人们希望能够制造人工合成血液，并从人类或者动物的血液中分离出纯血红蛋白，如果能够实现的话，科学家就能在实验室继续合成血红蛋白。

然而，血红蛋白在红血球之外无法很好地发挥作用，相反，它会分解成更小的部分，在肝脏和肾脏中积累，造成身体损害。近些年来，科学家们改变了血红蛋白的化学性质，让它们彼此结合在一起，使其更难分解。在2008年对16项研究进行的3700位患者的审查中，该项技术最终被搁置，审查结果显示心脏病发作更为普遍，该方式治疗患者会增加30%的死亡风险。

对这种心脏病发作风险增加的一种可能性解释是，血红蛋白不仅与氧气结合，还与一氧化氮具有很高的匹配度，两者结合在一起，一氧化氮能调节血管开放或关闭程度，引入脱细胞血红蛋白，可能会限制血液到达心脏等器官。

澳大利亚昆士兰大学军事外科和医学教授迈克尔·里德说：“血红蛋白在红血球之外会产生一定的健康负面影响，扰乱身体调节血液流向的能力，由于这种显而易见的特征，相关研究被搁置停止，之后科学家将重点一直放在如何‘包装’血红蛋白，这样它不会与一氧化氮结合在一起，目前还不清楚该方法是否有效。”

美国西点军校化学工程师、研究血液流体动力学的马修·阿姆斯特朗中校说：“研究人造合成血液的进程较缓慢的部分原因是当前很难对血液进行研究分析，一旦血液脱离身体，就开始老化，进行重复性实验也很困难，人体血液处于动态变化之中，取决于人们是否锻炼身体，或者吃了什么食物发生怎样变化。”

目前，科学家正在研究延长血小板保存时间的最佳方法，其中一种建议是将血小板冷冻干燥处理，但是该方法会使血小板在血液中重新悬浮。阿姆斯特朗说：“目前美国军方投资数百万美元正在研制一种血液复制剂，它将用于战场伤亡，但迄今为止，这项研究是徒劳无果的，我认为之前科学家并未充分考虑血液的力学性能。认真了解人造合成血液的粘度、流动机制以及是否与实际情况相一致，可能是非常重要的环节。”

生物改造血液

由于制造有效的人造血液具有较高的挑战性，研究人员开始尝试一种不同的方法——操控干细胞制造血液制品。如果科学家能以这种生物改造方式制造血液制品，例如：红血球或者血小板，那么就能避免人造血液制品中令人担忧的相容性问题。

科学家可以从捐献者体内提取一种特殊类型的干细胞，即造血细胞，当前实验表明，这些细胞能变成任何类型的血细胞，研究人员使用特定信号分子诱导干细胞成为期望的特定血液制品，这一过程容易实现，并已成功实践了多年时间。京都大学干细胞生物学家Koji Eto表示，他已成功地将干细胞制造的血小板植入一位52岁的女性患者，这是全球首例。

澳大利亚红十字会血液研究小组高级研究员丽贝卡·格里菲斯说：“问题的关键在于扩大规模，因为一个干细胞仅能产生有限数量的红细胞，科学家们正在努力解决该问题。”在2017年发表的一篇论文报告中，她和同事描述了一个被称为“细胞永生”的过程，他们在细胞从干细胞转化为红血球的早期阶段接种了人乳头状瘤病毒（HPV），随后HPV病毒停止了进一步成熟，这意味着干细胞具有很强的复制性，理论上讲，这提供了一种不依赖常规干细胞捐献的可持续性红血球来源。

然而，这种方法并不是没有缺陷，红血球没有细胞核，这就保证了它们足够灵活，可以挤过纤细血管而不引起血栓，当这些“永生”干细胞在发育成红血球的过程中脱落细胞核时，就会摆脱可能有害的HPV病毒。但是该方法产生的一些红血球并没有完全失去细胞核，因此，研究人员试图改进这种“永生策略”来纠正其中的错误。

临床试验的困境

与合成血液方法相比，干细胞血液制品在临床试验中具有一定的优势，科学家们是否能从伦理道德角度获得患者同意而放弃捐献者的血液，仍有待于商榷，迄今为止合成血液制品会增大患者心脏病发作风险，为什么患者还要选择合成血液制品呢？

在现实生活中很多情况下，患者无法直接获得捐献者的血液，例如：对于在偏远战场上受伤的士兵而言，合成血液是否像捐献者的血液一样有效并不重要，因为该条件下很难获得血型完全匹配的捐献者血液，因此当前的问题是合成血液是否比没有血液供给更有效？里德说：“从科学角度来讲，这是一个难以质疑的问题，在我们无法进行正常输血的环境中，进行临床试验也很困难。”

研究人员曾进行一项回顾性研究分析，对比在紧急情况下输入合成血液的患者和未输入合成血液的患者的存活率，但该分析存在偏见和局限性，那些接受合成血液制品的患者可能也会幸存下来，而那些遭受严重创伤、可能立即死亡的患者，并不适合使用合成血液，因此该研究分析可能高估合成血液制品的好处。

里德表示，如果这些实验设计问题都能获得解决，就会有许多颇具希望的治疗方法出现，无论如何，这些努力都证明了现代医学自“牛奶和葡萄酒输血法”的时代以来取得了巨大的进步。（叶倾城）