是什么阻止了科学家制造可存活的人造血液?
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(世界杯万博app《科学内幕》)——早在17世纪，由于缺乏替代方法，医生们尝试了输牛奶和葡萄酒注入出血病人的血液中。失败后，他们继续羊的血．没过多久，人们就清楚地认识到，这些疗法正在杀死人们，而不是拯救他们。值得庆幸的是，我们现在知道，由血型相匹配的人捐献人类血液是可行的。然后，这些血液被提纯，分离成各种成分，并对血液传播疾病(如艾滋病病毒)进行筛查。
然而，目前的制度并不完美。一些国家的卫生保健系统缺乏安全收集、储存和向有需要的患者输送血液所需的基础设施。即使在拥有这些资源的国家，也有一些社区拥有罕见的血型，要在血库中找到匹配的血型是很困难的。通常人们在这些社区是少数民族。
简单地说，严重出血需要医疗护理。这一问题在战争地区等危险和偏远地区尤其严重。这就是为什么二战后，军事科学家开始自问是否有可能制造血液。民间研究人员很快跟进，开始了对人工血液的现代探索。
虽然科学家还没有创造出可行的人工血液产品，但他们已经取得了一些进展。科学家们没有试图复制全血的复杂性，也没有掌握其不同成分之间的相互作用，而是专注于制造血液的各个成分。这包括血红细胞，它将氧气输送到全身;白血球，对抗感染;血小板，凝块来愈合伤口;还有携带蛋白质等物质的血浆。在大多数国家，输血通常也是这样的——给病人全血的情况很少见。根据病人的临床需要，他们将被给予一种血液产品或一种混合产品。相对较小的出血可能只需要红细胞，而大量失血可能需要红细胞、血小板和血浆。
对这些实验室制造的血液产品的追求已经扩展到两个主要的研究领域。第一种是专注于生产完全合成的物质，以实现与血液成分相同的功能;第二种是寻求利用干细胞来产生与天然血液中发现的细胞和物质在生物学上相同的细胞和物质。每种方法都有其优缺点，但专家预测，如果临床试验证明成功，其中一些产品可能会在未来10年内推出。
京都大学(Kyoto University)的干细胞生物学家江藤浩二(Koji Eto)说:“由于人们呆在家里，在疫情期间献血数量大幅下降。”“这就是为什么这些生产血液制品的努力如此重要，以确保我们有稳定的血液供应，因为我们预计未来的流行病。”
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合成血红蛋白
红细胞中含有一种叫做血红蛋白的蛋白质，它能捕获肺部的氧气并将其分配到其他器官。氧气输送是血液的一个重要功能，因此它一直是任何人工血液研究的一个重要特征。20世纪50年代，科学家们进行了第一次实验，利用纯血红蛋白，从人类或动物血液中分离出血红蛋白。他们的希望是，即使没有红细胞的其他结构，血红蛋白仍然能够携带氧气。如果是这样的话，科学家们就会继续在实验室里合成血红蛋白。
然而，血红蛋白在红细胞外不能正常工作。相反，它会分解成更小的部分，积聚在肝脏和肾脏中，造成损害。在接下来的几十年里，科学家们改变了血红蛋白的化学结构，使它们彼此结合，使它们更难分解。这项技术最终在2008年对16项共3700名患者的研究进行回顾后被搁置心脏病发作以这种方式治疗病人增加了30%的死亡风险。
对心脏病风险增加的一种可能解释是，血红蛋白不仅与氧气结合——它还与一氧化氮有很高的亲和力，而一氧化氮调节着血管的开放或闭合程度。引入游离细胞血红蛋白会破坏这一过程，从而限制血液到达心脏等器官。
“你扰乱了身体调节血液流向的能力，”澳大利亚昆士兰大学(University of Queensland)军事外科和医学教授迈克尔·里德(Michael Reade)说。“由于显而易见的原因，它被取消了，从那时起，人们的焦点一直是包装血红蛋白，这样它就不会与一氧化氮结合。”目前还不清楚这种方法是否有效。
在美国西点军校(U.S. Military Academy at West Point)从事血液流体动力学研究的化学工程师马修·阿姆斯特朗(Matthew Armstrong)中校说，合成材料方面的进展一直很缓慢，部分原因是血液研究非常困难。“一旦排出体外，它就开始衰老，”他说。“重复性实验也很困难，因为你的血液在一天中会根据你是否锻炼或你吃了什么而发生变化。”
例如，科学家们正在研究提高血小板保质期的方法，冷冻干燥是其中一个建议，但当它们重新悬浮在液体中时，困难就开始出现了。
他说:“军队投入了数百万美元生产用于战场伤亡的血液复制剂，但到目前为止，这一切都是徒劳的。”“我认为它们没有充分解释血液的机械特性。”
阿姆斯特朗说，仔细了解人造血液产品的粘度、它们在液体中运动的机理，以及它们是否与真实情况相符，可能很重要。
生物工程的血液
由于制造可行的人工血液非常具有挑战性，研究人员已经开始尝试一种不同的方法:操纵干细胞成为血液产品。
如果科学家可以用这种方法来生物工程血液产品，如红细胞或血小板，那么他们就可以绕过人工血液产品中充满的相容性问题。
科学家可以从捐赠者身上提取一种被称为造血细胞的特殊类型的干细胞。这些细胞已经能够转变成任何一种血细胞;研究人员利用特定的信号分子诱导干细胞生成他们想要的特定血液产物。这个过程很容易理解，并且已经成功地实践了许多年。事实上，来自京都大学的Eto说，他已经成功地将从干细胞中提取的血小板移植给了一位52岁的女性患者，他称这是世界首例。
澳大利亚红十字会生命血液研究团队的高级研究员丽贝卡·格里菲斯(Rebecca Griffiths)说:“症结在于扩大规模。”因为一个干细胞只能产生数量有限的红细胞。科学家们正在努力解决这个问题。在2017年的一篇论文中，Griffiths和他的同事们描述一个过程这就是所谓的“细胞永生”，他们在细胞从干细胞转化为红细胞的早期阶段用人类乳头瘤病毒接种细胞。“HPV阻止它们进一步成熟，这意味着这些细胞仍然可以复制，”Griffiths说。从理论上讲，这提供了一个可持续的红细胞来源，而不需要定期的干细胞捐赠。
然而，这种方法并非没有缺陷。红细胞不含细胞核，这保证了红细胞具有足够的弹性，能够挤过细小的血管而不会产生血栓。当永生化干细胞在发育成红细胞时脱落细胞核时，这就摆脱了原本可能有害的HPV。然而，一些以这种方式产生的红细胞不会完全失去细胞核。因此，研究人员正试图改进永生策略来纠正这一错误。
临床试验的困境
里德说，与合成物相比，干细胞血液产品在临床试验中占了上风。科学家是否能在伦理上获得病人的同意而放弃献血者的血液是有争议的，这已经被证明是有效的。当一些经过测试的产品会增加心脏病发作的风险时，病人为什么要选择合成替代品呢?
但在现实生活中，有很多情况下，供血并不是一个选择。例如，对于一个在偏远战场上受伤的士兵来说，人造血液产品是否不如捐赠的血液有效并不重要，因为不可能提供这样的输血。在这种情况下，最好的问题是合成产品是否比什么都没有更有效。里德说，然而，这是一个难以审问的科学问题。“在我们不能进行正常输血的环境中，也很难进行临床试验，”他说。
我们有可能进行一项回顾性研究，比较紧急情况下注射人工血液和未注射人工血液的患者的存活率，但这是有偏见限制的。那些接受这种人工血液产品的人最初也会从伤病中幸存下来，甚至可能活下来。那些遭受严重创伤并立即死亡的人不会成为人工血液的候选人，所以一项研究可能会高估人工血液产品的好处。
但里德说，如果这些实验设计的问题能够得到解决，那么就会出现许多前景看好的治疗方法。不管怎样，这些努力都证明了现代医学自输血牛奶和葡萄酒以来取得了多大的进步。
