20 ноября 1979-го года, 40 лет назад, человеку впервые перелили «искусственную кровь» из перфторуглеродов. Это, безусловно, знаменательное событие, которому предшествует долгая история попыток создания субстанции, которая бы успешно выполняла основные функции крови. Но и оно не завершающая точка в истории искусственной крови, а скорее — её начало. На тот момент «кровь» была несовершенна, спасала человека лишь на несколько часов до получения донорской крови и также могла наносить значительный вред почкам и вызывать инсульт. До сих пор в медицинской практике не существует вполне достойной альтернативы донорской человеческой крови. Возможно, она появится в результате одного из исследований, проходящих сейчас.
Кровь — это довольно сложный микс из белков, солей, тромбоцитов, лейкоцитов и эритроцитов, специально «заточенный» под эффективную доставку кислорода и полезных веществ в клетки. По «хайвею» вен и артерий кровь приносит клеточный мусор к почкам, перемещает антитела, разносит по «тушке» гормоны. Если человек поранился, кровь свернётся и не даст ему умереть от потери крови. Один из важнейших элементов эритроцитов — гемоглобин — настолько распространён в живой природе, что мы находим его даже у таких простых существ как сцинковые ящерицы или кишечные паразиты-нематоды.
При этом переливания крови обычно требуются часто — чаще, чем может показаться. Необходимость может возникнуть как во время операционных вмешательств, так и при лечении рака, восстановлении после травмы, реабилитации после родов. Во многих случаях донорская кровь может оказаться недоступной — например, на корабле дальнего плавания, в отдалённых от цивилизации местах суши, при природных катаклизмах. Поэтому наличие искусственной хорошо хранящейся крови в таких ситуациях может быть жизненно важным. Кроме того, хорошая искусственная кровь может быть, теоретически, лучше донорской, так как последняя может переносить разного рода инфекции — она, конечно, проверяется на наличие ВИЧ, гепатита и некоторых других патогенов, но, например, герпес, цитомегаловирус и папилломавирус могут остаться незамеченными. Может даже и гепатит, если донор подхватил его незадолго до сдачи крови, и из-за ранней стадии заболевания тест может не выявить инфекцию. Из других минусов — донорская кровь хранится в холоде примерно 42 дня и после этого портится, она не универсальна (есть четыре группы), и её постоянно не хватает.
Поэтому разработка полноценной замены донорской крови была бы очень желательна. По одной оценке, к 2027-му году, если удастся разработать жидкость, которая бы одновременно и разносила кислород, и доставляла лекарства к клеткам, и способствовала выздоровлению пациентов, масштабы рынка искусственной крови могут достичь 15,6 миллиардов долларов.
История попыток чем-то заменить кровь
Первые попытки придумать заменитель крови относятся к 1660-м годам. К тому же времени относятся и первые эксперименты с переливанием крови. Тогда британский врач Ричард Лоуэр (Richard Lower) с помощью перьев пробовал перелить кровь от одной собаки к другой, и сделал это успешно (собачка выжила). Первая подобная процедура с людьми была проведена французским врачом Жаном Батистом Дени (Jean Baptiste Denis) в 1667-м — он перелил пациенту овечью кровь, что наглядно запечатлено на дошедшей до нас гравюре. Да и Лоуэр не остановился на собачках — немного спустя он перелил священнику по имени Артур Кога (Arthur Coga) кровь оленёнка. Кога выжил, но симптомы деменции, от которых его пытались вылечить, по-видимому, не исчезли.
Примерно столетием позже, в 1795-м, известный врач из Филадельфии Филипп Синг Физик (Philip Syng Physick) провёл первое переливание человеку человеческой же крови — но мы знаем об этом лишь по одиночному упоминанию в архивных источниках. Зато за этим последовали и другие эксперименты, уже через пару десятков лет таким образом была спасена новоиспечённая мать, которая, если бы ей с помощью шприца не перелили кровь её мужа, умерла бы от потери крови.
Но поиски вещества, способного заменить человеческую кровь, не прекратились. Поэтому людям в качестве экспериментов не прекращали переливать разные странные субстанции вплоть до конца XIX века (но уже не животную кровь — это было повсеместно запрещено к концу XVII столетия). В 1873-м году ньюйоркец Джозеф Хоу (Joseph Howe) активно экспериментировал с козьим молоком как кровезаменителем — однажды он залил его в кровь туберкулёзному пациенту — в количестве 44 миллилитров. Пациент умер, а Хоу продолжил свои изыскания. Он довёл семь собачек до состояния почти полной потери крови и залил им козье молоко вместо потерянной крови. Собачки не выжили, но Хоу не остановился и решил, что попробует залить уже человеческое молоко человеку же (да, научная этика в те времена оставляла желать лучшего). В 1880-м он провёл то, что мы сегодня назвали бы лайфшоу, в ходе которого он начал при публике переливать ~60 мл грудного молока пациентке. Согласно свидетельствам, она перестала дышать где-то после 30-го миллилитра, после чего её «оживили инъекциями морфина и виски».
Вопреки современному здравому смыслу, Хоу был не единственным экспериментатором с молоком — такие же опыты проводили, только с коровьим молоком, врачи в больнице Торонто. Но после случая с «морфином и виски» пришлось признать, что молоко, увы, не родственно крови и для переливания не подходит.
Интересны также попытки переливать людям не совсем обычную донорскую кровь — полученную от трупов. Последняя не сворачивается, так как в ней нет белка фибриногена. Хирург Владимир Шамов в 1928-м году впервые перелил трупную кровь живому человеку. Почему мы до сих пор не применяем трупную кровь массово? Видимо, с этим возникают этические проблемы.
Попытки найти кровезаменители в рамках современной науки
Наиболее успешными в своё время были кровезаменители на базе гемоглобина (hemoglobin-based blood substitutes, HBOC). Человеческий или коровий гемоглобин специальным образом упаковывается — так, чтобы он мог выполнять функцию переноса кислорода. Какой смысл хитро упаковывать человеческий гемоглобин, может подумать читатель, если можно просто перелить пациенту донорскую кровь с её гемоглобином вместе? Можно-то можно, но «протухшую» кровь уже вряд ли перельёшь, а вот гемоглобин из неё извлечь и применить по назначению — можно.
История разработки HBOC — довольно кровавая, в прямом и переносном смысле. В 1930-х исследователи решили «тренироваться на кошках» и провели на них эксперимент, полностью заменив им кровь раствором гемоглобина, в результате чего у кошечек отказали почки. Тем не менее, в 1949-м году эксперименты продолжились, теперь уже на людях, и опять с не очень хорошим исходом: пяти пациентам из четырнадцати был нанесён значительный вред — пострадали почки.
К 1980-му году началось тестирование на людях новых модифицированных HBOC, но к этому времени уже в качестве заменителя крови начали использовать перфторуглероды. Эти вещества обычно используются для изготовления фторполимерных покрытий и продуктов, которые противостоят теплу, маслам, пятнам, жирам и воде. Фторполимерные покрытия могут использоваться в таких разнообразных изделиях, как одежда, мебель, клеи, упаковка для пищевых продуктов, жаропрочные антипригарные поверхности для приготовления пищи и изоляция электрических проводов. В 1966-м году биохимик Лиланд Кларк (Leland Clark) впервые продемонстрировал, что эта группа веществ может, правда не так эффективно, как гемоглобин, но всё же переносить кислород. Заменитель гемоглобина на основе перфторуглеводорода Fluosol-DA-20 был разработан в Японии и впервые опробован в Соединённых Штатах 20 ноября 1979 года — на пациентах, которые отказались от переливания крови по религиозным причинам (сегодня — годовщина именно этого события). В целом, опыты 70—80-х годов на людях показали, что перфторуглероды — не такие уж безопасные, так как при их применении повышается риск инсульта и понижается количество тромбоцитов. Тем не менее, в промежуток с 1989 по 1992 год Fluosol был использован на более чем 40 000 человек. Из-за трудностей с хранением и высокой стоимости препарата, его популярность постепенно снизилась, а производство закрыли. В России, однако, продолжает применяться лекарство, похожее на Fluosol, под названием «Перфторан».
Далее, в 2001-м году, компанией Biopure Corporation был разработан ещё один достойный внимания препарат гемоглобинового типа — Hemopure, на основе бычьего гемоглобина. Он до сих пор остаётся единственным, разрешённым где-либо к продаже (а именно, его продают в ЮАР). В США его также применяют, но только в случае, когда пациенты отказываются получать донорскую человеческую кровь (такой финт могут выкинуть, например, свидетели Иеговы — организация, запрещённая в России). С Hemopure’ом есть одна проблема — мы пока не понимаем до конца, как он работает, но согласно исследованиям, свободный гемоглобин может быть токсичен для многих человеческих органов. В частности, в одном исследовании были рассмотрены 16 случаев применения гемоглобиновых кровезаменителей в клинической практике, и на этой выборке выяснилось, что у пациентов, получавших синтетическую кровь, был в три раза выше риск развития сердечной недостаточности по сравнению с теми, кто получал переливания настоящей донорской крови.
По препарату на каждую функцию крови
Сейчас доминирует подход, в котором для каждой функции крови разрабатывается по заменяющему веществу. Современные нанотехнологии позволили Дипанджану Пану (Dipanjan Pan) и Филиппу Спинелле (Philip Spinella) создать Erythromer — препарат из искусственных кровяных клеток в форме бублика, внутри которых есть нанометровый «карман» с гемоглобином внутри. В отличие от обычной донорской крови, препарат из этих клеток можно сублимировать, то есть высушить, и хранить при комнатной температуре в течение долгого времени, после чего достаточно развести его в воде и перелить пациенту с любой группой крови. Но, опять же, такой интервенции может быть достаточно лишь на несколько часов — чтобы пациент успел дожить до прибытия в больницу, где ему уже перельют донорскую кровь. В отличие от гемоглобиновых и перфторуглеродных кровезаменителей, предполагается, что Erythromer будет иметь меньше побочных эффектов. Сейчас субстанция находится на стадии тестирования на мышах и кроликах.
В других лабораториях работают над созданием кровезаменителя с функцией тромбоцитов — такого, который бы позволял останавливать кровотечение. Лаборатория химика Эрин Лавик (Erin Lavik) из Мэрилендского университета в округе Балтимор (University of Maryland, Baltimore County), которая, кстати, разработала метод 3D-печати сетчатки глаза, сейчас трудится над созданием синтетической полимерной наноструктуры, которая бы прикреплялась к живым тромбоцитам, помогая им сгущаться быстрее. А биоинженер Эшли Браун (Ashley Brown) из Университета штата Северная Каролина (North Carolina State University) работает над созданием микро- и наночастиц, которые бы с помощью прикреплённых к ним белков способствовали естественному свёртыванию крови.
С искусственными лейкоцитами дело обстоит немного сложнее — их пока можно получить с помощью гемопоэтических стволовых клеток из донорского костного мозга. Но, как вы понимаете, при таких затратах, на практике игра едва ли стоит свеч.
Остаётся ждать, когда учёные сообразят, как сконструировать микс крови из заместителей разных её функций. Может быть, тогда у нас появится хорошо хранимая недорогая, универсальная синтетическая кровь, не вызывающая побочных эффектов. И человеческие доноры больше не потребуются.
