Syntetyczne płytki krwi mogą wkrótce zacząć ratować życie

Fot: Jacqui Vanliew/Getty Images 

Kiedy zaczyna brakować krwi od dawców, płytek krwi jest wówczas jeszcze mniej. Te niezbędne do prawidłowego krzepnięcia krwi fragmenty komórek mają krótki okres żywotności. O ile oddana krew może być przechowywana w warunkach chłodniczych nawet przez miesiąc czasu, o tyle same płytki krwi wytrzymują najwyżej tydzień. „Nawet jeśli ma się mnóstwo donacji, to nie można ich długo przechowywać” – mówi Ashley Brown, adiunkt w łączonym programie inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej i Uniwersytecie Karoliny Północnej w Chapel Hill. 

Aby zaradzić temu problemowi, Brown i jej zespół stworzyli sztuczny substytut płytek krwi, który może być przechowywany przez dłuższy okres czasu. W artykule opublikowanym niedawno w czasopiśmie „Science Translational Medicine” przedstawiają oni zastosowanie syntetycznych płytek krwi do zatrzymywania krwawienia i wspomagania procesu gojenia u gryzoni i świń. 

Płytki krwi krążą w krwiobiegu, zapobiegając lub zatrzymując proces krwawienia poprzez formowanie skrzepów. Czasami jednak zdarza się, że organizm potrzebuje ich więcej. W przypadku pacjentów z urazami, nowotworami lub chorobami przewlekłymi, związanymi z utratą płytek krwi, często konieczna jest transfuzja. Płytki krwi są zazwyczaj pozyskiwane w procesie aferezy, podczas którego krew dawcy zostaje przepuszczona rurką do maszyny, która odseparowuje od niej płytki krwi. Następnie trafiają one do worka, a reszta krwi wraca do dawcy. 

Ich ograniczona żywotność oznacza również, że są one trudno dostępne w szpitalach wiejskich i nie są łatwe w transporcie. Celem Brown jest stworzenie łatwego w przechowywaniu i transporcie zamiennika, który mógłby być podany pacjentom dużo wcześniej, np. w karetce pogotowia lub na froncie wojennym, niezależnie od grupy krwi. Do stworzenia syntetycznych płytek krwi Brown i jej zespół użyli gąbczastego żelu na bazie wody nazywanego hydrożelem i uformowali z niego nanocząsteczki, które naśladują rozmiar, mechanikę i kształt płytek naturalnych. Następnie opracowali fragment przeciwciała, który wiąże się z fibryną – białkiem, wspomagającym formowanie się skrzepów – i pokryli nim powierzchnię nanocząsteczek. Kiedy dochodzi do urazu, płytki krwi spieszą do miejsca uszkodzenia, aby stworzyć tymczasowy korek.

Fibryna ulega podobnemu procesowi aktywacji i gromadzi się w miejscu rany, ostatecznie tworząc skrzep. Aby ustalić optymalną dawkę sztucznych płytek krwi potrzebną do zatrzymania krwawienia, naukowcy przetestowali je na myszach. Przeprowadzili oni infuzję syntetycznej wersji płytek myszom, szczurom i świniom, a następnie porównali ich wyniki ze zwierzętami, które otrzymały naturalne płytki krwi oraz z grupą kontrolną, która nie była leczona żadną z tych substancji. Wszystkie zwierzęta biorące udział w badaniu miały poważne krwawienia wewnętrzne. Badanie wykazało, że syntetyczne płytki krwi były w stanie przemieszczać się przez krwiobieg do miejsca rany, aby wspomagać krzepnięcie i przyspieszyć gojenie. 

Tempo gojenia było podobne u zwierząt, które otrzymały naturalne płytki krwi, jak i u tych, które otrzymały syntetyczne. W ogólnym rozrachunku obie te grupy osiągnęły lepsze wyniki niż zwierzęta z grupy nieleczonej. Co ciekawe, naukowcy potrzebowali zaledwie jednej dziesiątej sztucznych cząstek, aby uzyskać takie same efekty gojenia, jakie oferowały płytki naturalne. „Nasz mechanizm działania opiera się na wiązaniu z fibryną. Możliwe więc, że nasze cząsteczki skuteczniej radzą sobie z tym wiązaniem”, mówi Brown. Istnieje również pewna różnorodność w sposobie przygotowywania naturalnych płytek krwi w laboratoriach, która może wpływać na ich jakość i tym samym powodować dysproporcje. 

Matthew Neal, chirurg ogólny i urazowy z centrum medycznego na Uniwersytecie w Pittsburghu, mówi, że replikacja naturalnych funkcji płytek krwi była wyzwaniem, ale po dziesięcioleciach badań idea syntetycznego substytutu jest coraz bliższa realizacji. „Trzeba zadbać o właściwe pokrycie powierzchni tych cząsteczek. Muszą wyglądać jak płytki krwi i zachowywać się tak, jak one”, mówi. „Chcemy przy tym uniknąć jakichkolwiek niepożądanych efektów ubocznych”. Przykładami takich działań mogłyby być wywołanie reakcji immunologicznej lub tworzenie zakrzepów w obszarach innych niż miejsce zranienia. Zaburzenia krzepnięcia wewnątrz organizmu mogą prowadzić do udaru mózgu i zawału serca. 

W ostatnim badaniu nie zaobserwowano żadnych negatywnych skutków zdrowotnych u zwierząt, które otrzymały syntetyczny zamiennik. Brown twierdzi, że cząsteczki, które trafiają do ran zwierząt, najprawdopodobniej lądują w strupach i odpadają po zagojeniu się rany. Niektóre z cząsteczek nawet nie dotarły do rany, ale za to zostały wykryte w moczu zwierząt po około godzinie od podania syntetycznych płytek krwi. To dobra wiadomość, mówi Brown, ponieważ oznacza ona, że cząsteczki nie zalegają w organizmie. 

Kolejną zaletą sztucznych płytek krwi jest możliwość ich liofilizacji, a następnie ponownego nawodnienia, jeśli zajdzie taka potrzeba. W przeciwieństwie do osocza i czerwonych krwinek, naturalne płytki krwi są trudne do kriokonserwacji, ponieważ tracą aktywność po rozmrożeniu. Naturalne płytki krwi muszą być zatem przechowywane w temperaturze pokojowej, choć niektórzy badacze próbują znaleźć lepsze sposoby na ich zamrażanie. „Syntetyczne zamienniki, które można by zamrozić czy nawet przechowywać w temperaturze pokojowej w formie płynnej lub liofilizowanej, a które zachowywałyby swoją funkcjonalność po transfuzji, stanowiłyby ogromny przełom”, mówi Keith McCrae, rzecznik American Society of Hematology i onkolog z kliniki nowotworowej w Cleveland. 

McCrae potrafi znaleźć kilka potencjalnych zastosowań dla syntetycznych płytek krwi, np. w karetce pogotowia, na froncie wojennym lub w miejscach oddalonych od ośrodków Czerwonego Krzyża, które zaopatrują szpitale i placówki medyczne w całych Stanach Zjednoczonych w produkty krwiopochodne. Kolejnym zastosowaniem może być pomoc pacjentom chorym na raka, u których liczba płytek krwi spada wskutek chemioterapii. U takich pacjentów może dochodzić do szybkiego powstawania przeciwciał zwalczających naturalne płytki krwi podane drogą transfuzji, wyjaśnia. 

Płytki krwi opracowane przez zespół z Karoliny Północnej nie zostały jeszcze przetestowane na ludziach, ale Brown i jej współpracownicy założyli startup o nazwie SelSym Biotech, i planują wprowadzić swój produkt do etapu testów klinicznych. Inna firma, Haima Therapeutics z Cleveland w stanie Ohio, pracuje nad liofilizowanymi syntetycznymi płytkami krwi opierając się na badaniach Anirbana Sena Gupty z Uniwersytetu Case'a i Western Reserve. Zespół Sen Gupty również przetestował swój produkt na zwierzętach, ale jeszcze nie na ludziach. Zdaniem McCrae'a, rozpoczęcie testów na ludziach powinno nastąpić już za kilka lat. Dopiero wtedy naukowcy przekonają się, czy syntetyczne płytki krwi są gotowe do wdrożenia, czy nie.