Umelá krv – vízia alebo realita?

Transfúzia krvi sa dnes chápe ako bežný úkon, ako súčasť chirurgických zákrokov, ktorá zachraňuje život. Avšak až do začiatku 20. storočia boli transfúzie krvi spojené s veľkými komplikáciami a často sa končili smrťou pacienta. Dôvod komplikácií odhalil v roku 1901 Karl Landsteiner objavením krvných skupín. Na základe jeho prác dnes lekári vedia, že krv nemožno používať univerzálne, že krvná skupina príjemcu musí byť zhodná s krvnou skupinou darcu.

Landsteinerov objav vyriešil problém spojený s vysokou úmrtnosťou v dôsledku krvnej transfúzie. Prečo sa teda stále častejšie hovorí o potrebe vytvoriť umelú krv? A čo to vlastne je?

Červené krvinky bez značky

Paradoxne, jedným z hlavných dôvodov, prečo sa začalo uvažovať o vytvorení umelej krvi, je práve Landsteinerov objav – krvné skupiny. Informácia o krvnej skupine sa totiž nachádza v podobe špeciálnej „značky“ na povrchu červenej krvinky. Táto značka funguje ako identifikačná karta pre strážcu poriadku v organizme, imunitný systém. Ak sa krvinky „nepreukážu“ správnou identifikačnou kartou, čiže nemajú „značku“ zhodnú s ostatnými krvinkami, imunitný systém ich likviduje, v dôsledku čoho nastáva smrť. Problém so „značkami“ na červenej krvinke by riešila práve umelá krv.

Umelú krv by tvorili umelé červené krvinky, ktoré by na svojom povrchu nemali žiadnu „značku“ a akceptoval by ich imunitný systém akéhokoľvek príjemcu. Výhodami umelej krvi by bolo jej univerzálne použitie bez ohľadu na krvnú skupinu príjemcu, odstránenie problémov s nedostatkom vzácnych krvných skupín a problémov s nedostatkom krvi v urgentných situáciách, pri katastrofách. Zároveň sa javí ako veľmi reálna aj možnosť jej dlhodobého a nenáročného skladovania bez straty kvality. Z medicínskeho hľadiska je veľmi významná aj možnosť sterilizácie umelej krvi a tým minimalizovanie pravdepodobnosti infekčných nákaz počas transfúzie.

Hľadal sa voľný hemoglobín

Od umelej krvi sa očakáva vyriešenie mnohých problémov. Ako ďaleko sme však pokročili v jej vývoji? Dôležitým kritériom vývoja umelej krvi bola jej schopnosť prenášať kyslík z pľúc do tkanív presne tak, ako to robí biologická krv. Dnes vieme, že kyslík sa v krvi transportuje pomocou špeciálnej bielkoviny hemoglobínu, uloženej vnútri biologických červených krviniek.

Keďže vedci nepoznali žiadnu syntetickú zlúčeninu, ktorá by bola schopná viazať kyslík tak ako hemoglobín, rozhodli sa jednoducho na zabezpečenie transportu kyslíka v umelej krvi využiť práve prírodný hemoglobín izolovaný z červených krviniek. Výhody ich rozhodnutia spočívajú aj v tom, že voľný hemoglobín, izolovaný z červených krviniek, si zachováva schopnosť viazať kyslík, neobsahuje identifikačné značky a tým odpadá problém s identifikačnými kartami, krvnými skupinami a imunitným systémom. Inými slovami, voľný hemoglobín ako transportér kyslíka by sa mohol transfúziou podávať bez ohľadu na krvnú skupinu príjemcu, bol by univerzálny.

Voľný, ale nestabilný

Aplikáciou voľného hemoglobínu by sa odstránil problém krvných skupín. Zostala však nevyriešená otázka životnosti voľného hemoglobínu. Vieme totiž, že ľudská červená krvinka, a teda aj hemoglobín, ktorý sa v nej nachádza, majú v krvnom obehu životnosť približne 120 dní. No voľný hemoglobín, ktorý nie je chránený červenou krvinkou, sa v krvnom obehu rozloží za menej ako šesť hodín.

Nestabilitu voľného hemoglobínu sa vedci pokúsili vyriešiť jeho chemickými úpravami. Vytvorili pevné chemické väzby medzi molekulami hemoglobínu a pripravili tak tzv. polymérny hemoglobín, ktorého životnosť sa v krvnom obehu zvýšila až na 24 hodín. Stabilitu voľného polymérneho hemoglobínu porovnateľnú so stabilitou prírodného hemoglobínu v červených krvinkách sa podarilo vedcom dosiahnuť vložením polymérneho hemoglobínu do biologicky odbúrateľných lipidových vezikúl. Takto boli pripravené umelé červené krvinky schopné plniť úlohu biologických červených krviniek. A navyše, oproti „normálnym“ červeným krvinkám mali viaceré výhody.

Drahé a technicky náročné

Problémom však zostala komerčná stránka objavu. Príprava umelej krvi je totiž finančne, ale najmä technicky náročná. V dôsledku toho začali vedci uvažovať o syntetickej výrobe umelej krvi, pričom svoju pozornosť obrátili na perfluorované deriváty organických zlúčenín.

Zistilo sa totiž, že uvedené deriváty sú schopné viazať kyslík a zdali sa byť vhodným riešením aj pre ľudí, u ktorých z religióznych či iných dôvodov biologické deriváty hemoglobínu nemožno aplikovať.

Je namieste otázka, prečo sa väčšia pozornosť stále venuje finančne a technicky náročnejšej príprave umelej krvi z prírodného hemoglobínu a nie jednoduchšej a lacnejšej syntetickej príprave perfluorovaných derivátov. Odpoveďou sú chemické vlastnosti perfluorovaných derivátov, ktoré síce kyslík viažu, avšak v oveľa menšej miere ako hemoglobín (či už voľný polymérny alebo viazaný v červenej krvinke). Použitím perfluorovaných derivátov by bunky v tele nemali dostatočný prísun kyslíka, museli by fungovať na „kyslíkový dlh“, následkom ktorého by skôr či neskôr nastali vážne poruchy až smrť organizmu.

Napriek tomu majú perfluorované deriváty perspektívne využitie v srdcovej chirurgii. Meraním sa totiž zistilo, že dokážu viazať kyslík v dostatočnej miere, ale len pri zvýšenom tlaku. Toto sa, samozrejme, nedá zabezpečiť v ľudskom tele, ale počas chirurgických zákrokov na srdci je možné krvný obeh pacienta pripojiť na zariadenie, ktoré pri zvýšenom tlaku dostatočne okysličí perfluorované deriváty a tým sa problém „kyslíkového dlhu“ buniek odstráni.

Je umelá krv naša vízia alebo blízka realita? Zatiaľ sme vo fáze výskumu, rozsiahleho testovania, zdokonaľovania a bude zrejme ešte niekoľko rokov trvať, kým sa umelá krv stane bežnou a život zachraňujúcou tekutinou, liekom. PETER KOSA

(Autor je študentom biochémie na Prírodovedeckej fakulte UK

v Bratislave)