“熊猫血”,被浙大一个团队造出来了
原创2020-03-25 12:38

“熊猫血”,被浙大一个团队造出来了

出品丨虎嗅科技组

作者丨石晗旭

封面丨ICphoto


国内的人造“万能血”就要来咯。


近日,浙江大学化学系唐睿康教授和浙江大学医学院附属第二医院/转化医学研究院王本副教授带领的团队合作研制出“通用熊猫血”,并已在小鼠和兔身上初步验证了效果。


王本告诉虎嗅,在对小鼠和家兔进行输血后,人工改造的熊猫血从抗原遮蔽性到体内循环、载氧能力等方面都有较好表现,具备天然Rh阴性红细胞的表征。


唐睿康、王本联合团队研制的“通用熊猫血”通过红细胞修饰技术实现。如果最终落地,将实现临床缺哪种血型就快速改造出这种血的效果。


对此有网友表示,看来以后小说里男女主生离死别的原因又要减少一个。毕竟Rh阴性稀有血型患者大出血而血液储备不足的场景,可能慢慢就要消失了。


Rh阴性血有多稀有?从比例上来看,这种血型在我国汉族人中只占了千分之三。


因此,就目前来看国内Rh阴性血的临床需求量往往得不到及时满足。在异型输血及育有Rh阳性血孩子的Rh阴性血母亲体内发生严重免疫溶血反应,甚至威胁生命的案例也时有发生。


虽然离人体试验还远,但起码该研究为满足“熊猫血”的需求创造了一个前提。


40年人造血进化史


人造血早不是新鲜事了。


实际上,现在我们所谈论的人造血远不能达到全血替代的作用,而是从运输氧气的载体红细胞入手,对其进行替代,且大多数尚不能应用于人体。


早在1966年,美国辛辛那提医学院克拉克教授在实验室中偶然发现氟碳化合物溶液溶解氧气的能力比普通水强20倍——老鼠掉入后没有溺死,反而在其中活得好好的。


这有可能成为人血的替代品,克拉克想。到1979年,一个有效的配方被他找到了,人造血液配置成功。


克拉克的人造血有三大优点:比人血输送氧气的本领大,保存期长达1~3年可随时取用,可以与各种血型进行混合。


不过,虽然叫做人造血,但是该液体本身并不具备输氧之外的其他功能,如红细胞输送营养物质、血小板凝固血液、白细胞抗病等。


1989年,日本Green Cross的产品成为美国食药监局(FDA)首个批准的人造血,延续的就是克拉克的发现。但因其临床下显示的常温下不够稳定等问题,已于1994年停产。


再加上副作用难以控制,全氟化碳人造血的研发至今也未有重大突破。


而随着人类对干细胞研究的逐渐成熟,用干细胞制备人造血被视为最近天然血液的替代品。


2011年,法国巴黎皮埃尔与玛丽·居里大学的科研团队利用造血干细胞在实验室大规模培养出红细胞,并首次将用人造红细胞输入人体。


注射入人体的红细胞个数近100亿,但实际上只约等于2ml人血。5天后,至少94%的人造红细胞仍在受血者的体内循环;26天后,41%~63%仍然存活,与天然红细胞的存活率基本一致。而其后续研究进展,至今尚未披露。


去年,日本防卫医科大学研究团队也宣布成功应用干细胞技术开发出了一种人造血,由人造血小板和人造红细胞构成。从成分上来讲,较单纯红细胞替代更近一步。


不过,和大多数人造血研究一样,日本的这款人造血也尚停留在动物实验阶段。


对这些科学家来说,制备普通的人血替代品只是第一步,如何消除异型血型输血的限制,从而满足稀有血临床需求才是人造研究的终极目标。


为啥要拯救熊猫血?


通常,我们把自己的血型简单划分为A、B、AB或O型。高中生物还教我们,这是由A、a和B、b两对等位基因决定的。


这种ABO血型系统,实际上是依据红细胞表面的抗原对血型进行划分的:表面有抗原A的为A型血,有抗原B的则是B型血,两种抗原都有就是AB型、都没有就是O型血。相应的,各类血型都存在与之相应的抗体。


这也是为什么在输血受血的过程中一定要强调匹配。简单来讲,给A型血人输B型血时,B抗原突然出击,将引发A型红细胞产生针对B抗原的抗体,发生免疫反应;而如果同型输血,则不会出现排异。


但实际上,红细胞表面的抗原远要复杂的多。随着对血液的持续研究,截至2016年,科学家们已经发现了346中红细胞抗原和与之相对应的36种血型系统。


我们所说的“熊猫血”来自于其中的Rh血型系统,以红细胞表面是否含有D抗原划分血型。



血液循环中的红细胞,外形呈柿饼状(图源:IC photo)


D抗原形似钉子,一部分插进红细胞中,还有一部分裸露在外,更易引发Rh阴性血型的免疫反应。


这种免疫反应极为相比于A、B抗原所引发的更为剧烈,且不仅在输血中产生,大部分更是来自于妊娠过程。


一旦被输入D抗原,Rh阴性血型人可能发生严重的免疫溶血反应,即自身红细胞大量遭到破坏,且产生的代谢物也会给肾脏带来极大压力。尤其是急性溶血反应,会对人的生命带来极大威胁。


也正因如此,Rh血型是除ABO之外另一个重要的血型系统。


而不含D抗原的Rh阴性血型之所以得名“熊猫血”,是因为其在全人类中占比较低。这一比例在我国汉族人中仅有千分之三;即便在白种人中比例更高,也只有15%。


体内流淌着熊猫血的人少,也就意味着临床用血的储备不足。据上海市血液管理办公室统计,上海每年需要Rh阴性血2000人份,临床上Rh阴性血液需求量都得不到及时满足。


如何解决熊猫血供给侧的难题,也成为科学家们研究人造血的动力之一。


误打误撞给红细胞“穿外衣”


不过,改造红细胞、研制通用熊猫血并不是唐睿唐和王本研究细胞修饰的初衷。


2011年,王本还是唐睿康的博士后,跟着合作导师研究通过给细胞披上仿生“外衣”的方式对细胞表面进行修饰,从而赋予细胞原本不具有的功能,以期为临床的细胞治疗等提供新工具。


红细胞是团队实验的细胞种类之一。


一天,团队在实验室意外观察到,用多巴胺原位聚合方式修饰的红细胞,在含有相应抗原的抗体溶液里面,原本应该发生的凝血现象消失了。


也就是说,这层聚多巴胺外套完全遮盖了红细胞表面原有的抗原,让其不再对异型血液的血清产生免疫反应,成为ABO血型系统中的万能血。


那如果能够进一步遮蔽红细胞表面的D抗原,人造“通用熊猫血”也将成为可能。


 “这个概念非常灵巧,因为它可以通过前驱小分子多巴胺的原位作用形成表面修饰”,来自美国卡耐基梅隆大学的生物材料研究专家Christopher Bettinger对此评价道,“而且,所得到的聚多巴胺层的组成单元也是人体内原本具有的物质。”


彼时,各国将制造万能血的希望都放在干细胞技术上,毕竟干细胞具备很强的分化能力,相比于其他方法又是直接来自于人体,更加天然,安全性最好。


英国爱丁堡大学的研究团队就曾提出用干细胞体外培养扩增方法制备万能血,实际上也是行得通的。


不过一方面,干细胞一般从骨髓及外周血中采集,过程麻烦不说,好不容易采集出来的干细胞对保存条件要求也极为严苛。


另一方面,干细胞分化为红细胞并且保证存活的概率也并不高。


两大原因作用下,用干细胞制备万能血的成本也极高。“(干细胞技术造出来的血)论克级要比黄金贵”,业内人士告诉虎嗅。按单次输血量200cc计算,输一次干细胞万能血成本价就要七八万元。


正因如此,团队看到了修饰红细胞的价值。


此后6年间,唐睿康、王本联合团队从“外衣”材料的选择、厚度及适宜穿戴的环境(如温度等反应条件)上着手,既要保证红细胞表面钉子一样的D抗原可以被完美包裹,又要保证红细胞自身的携氧和变形能力,以保持其原本的功能并不影响其在血管中的流动。


这也是这项技术最难的地方。“红细胞大概5微米左右的大小,在体内循环一周大概20s,非常灵活”,王本告诉虎嗅。


通用熊猫血的制备过程


根据王本介绍,团队将一种与细胞膜主要成分相似的类磷脂分子作为“铆钉”,“外衣”则是由聚唾液酸-盐酸酪胺构成的凝胶膜。


团队将“外衣”、“铆钉”再加上催化剂等制成溶液。红细胞浸入后,经过催化反应,这些“铆钉”可以将“外衣”和红细胞原本的细胞膜“粘”在一起,形成一层三维水凝胶支架。


“这个支架大概就200纳米厚,遮蔽了目标抗体,同时不影响细胞的柔韧性。”


到现在,研究的初步成果已经初步显现,并已在动物身上得到了验证。首先在三次对小鼠的输血中,经过改造的红细胞在体内的存留时间、半衰期都和未作处理的小鼠红细胞相当。


随后,团队将人Rh阳性红细胞、改造过的人Rh阳性红细胞输入新西兰大白兔体内,发现多次输血后4周内后者并不会让大白兔产生RhD抗体,对D抗原的遮蔽效果也得到了检验。


王本透露,下一步,团队将在大型动物上进行试验。


给人输血可能还得几年


这意味着,这项技术一旦落地,将具备能够将Rh阳性血红细胞转化为可以为Rh阴性受血者输血的能力,从而缓解临床上熊猫血供应不足的现状。


同时,其他异型血的问题也可以在紧急情况下,通过修饰技术为受血者制造匹配的血液。现在,根据试验所需量的不同,实验室制备改造红细胞的全过程大概需要0.5小时~3小时。


目前来讲,同运用其他技术进行人工造血的大多研究一样,“通用熊猫血”还不具备进入人体试验阶段的能力,离临床应用尚早。


不过,唐睿康、王本团队对接下来的研究已经有了方向。接下来,除了继续推进红细胞修饰的研究外,团队将着手研究血液的另一个重要组成成分血小板的配型,“将比红细胞配型更麻烦”。


而规模化量产也是团队考虑中的另一个问题。工业化的问题,王本计划通过依托学院建立的转化医学中心来进行,“引入社会资本,进行一些产业化尝试”。


虽然对此前景充满信心,但王本坦言,自己也不知道未来可能遇到哪些困难。按他的预计,“通用熊猫血”离临床可能还至少要3~5年,或者更长。


而落地显然才是普罗大众最期待的那个结果。



我是虎嗅科技组的石晗旭,关注生物医疗、前沿医学,微信:shx0427,欢迎行业人士聊天爆料(加微信备注身份)。

本内容为作者独立观点,不代表虎嗅立场。未经允许不得转载,授权事宜请联系hezuo@huxiu.com
如对本稿件有异议或投诉,请联系tougao@huxiu.com
正在改变与想要改变世界的人,都在 虎嗅APP
赞赏
关闭赞赏 开启赞赏

支持一下   修改

确定

相关推荐