浙江大学：“人造血”的想像与困惑

  8月上旬，湖南一产妇剖腹产时因“羊水栓塞”大出血而死亡。据了解，救助此类患者需大量输血，北京协和医院曾成功救过一名患者，共输血一万多毫升，是人体血量的两倍多，相当于50多个献血者所献的全部血量。
  事实上，不论是在医院的妇产科、外科，还是在事故和战场上，遇到大出血的状况均需输血，而在短时间内提供足量新鲜的血液，并且血型相配，一直是个难题。浙江大学一研究组通过给血红细胞穿“衣服”将其变成“万能血”，而英国科学家则通过干细胞培养“人造血”，这些都为探索缓解用血难题提供了广阔思路。
  像冲咖啡一样迅速“冲泡”出救命血
  血液是生命之源。省血液中心血液供应科主任赵凤绵介绍，健康的成年人，全身血量约占体重的8%，例如体重60公斤的人，血量为4800毫升。
  “当失血超过全身血容量的30%时，人体的血液循环系统将受到极大影响，需要及时扩容和输注红细胞，如不及时输血，人的心脑器官会受到极大损害，最终导致死亡。”赵凤绵说。
  血液是如此不可或缺，但近年来，全世界合格血液的需求缺口却在增长。据《中国输血杂志》报道，全球每年采集7500万单位血液，只能满足40%的需求量，血液库存严重不足的事件屡有发生，我国一些城市也曾出现“血荒”。除此之外，血液的保存也有严格要求。赵凤绵介绍，受血液保养液等技术限制，在我国血库，红细胞仅可保存35天。
  为了解决这些问题，“人造血”的研究势在必行。
  一种自然的思路是寻求能大量制造的血液替代物。赵凤绵表示，理想的血液替代物应满足以下条件：可运输氧气，不必考虑血型是否吻合，易制备，有效期长，无毒，对人体的其他风险较小等。
  事实上，人类研究能输氧的人造血液已有几十年的历史。
  据了解，第一代血液代替物主要是以氟碳化合物为基础的红细胞代用品，能携带氧气和二氧化碳，属于纯化学合成的“化学血”。日本曾研制出这种替代物，但由于使用复杂、成功率低、副作用大等原因，上世纪90年代就退出了市场。针对“化学血”的研究截至目前还没有进行生物学实验，在进入临床前，还须解决药物代谢和安全性等问题。
  与日本科学家的思路不同，一些科学家把脑筋动到了血液保存上。他们采取的办法是将人类的血浆，在实验室里迅速冻结，然后分离出冰晶，余下的血液组分呈现干粉状。一旦需要输血，医生就可以用无菌水与血液干粉混合，像冲咖啡一样迅速“冲泡”出救命血。但这种速溶血液与新鲜血液在携氧量方面还有明显差异。
  穿件“衣服”变成“万能血”
  今年6月，浙江大学一研究组另辟蹊径，通过给人类的红细胞穿上“外衣”变身“万能血”，有望率先解决输血过程中的血型相配问题，让任何血型的人都可以互相输血。
  无论输血受血，都须血型匹配。究其原因，主要是血液的抗原性。赵凤绵说，输血时受血者的机体会识别供血者红细胞的表面抗原，如果血型不匹配，将会发生“凝集”反应，红细胞凝集成团，堵塞小血管引起血液循环障碍，造成严重甚至致命的后果。
  而浙江大学研究组在给红细胞穿上“外衣”后，红细胞的表面抗原免于被“觉察”，避免了“凝集”反应。
  浙江大学医学院附属第二医院、浙江大学转化医学研究院王本副教授告诉笔者，给细胞穿“外衣”的方法，被称为细胞表面工程。6年前，课题组受“鸡蛋壳保护鸡蛋以延长保存时间”的启发，在国际上率先提出细胞表面工程的概念，并成功应用在病毒疫苗的耐热保存上。科研人员给疫苗的衣壳上引入矿化基因，矿化外壳令封闭的疫苗产生了很好的热稳定性，使疫苗在常温下也能保存。
  但是，为红细胞寻找合适的“布料”做“外衣”，并不是件容易的事。
  王本介绍，此前有科学家曾选取“聚乙二醇分子”作为细胞“外衣”，将聚乙二醇分子植入细胞表面，来阻碍血红细胞的识别作用。但由于聚乙二醇是一种人工合成材料，使用寿命有限，而且在某些条件下也会被机体识别为“外来物种”，所以依然会产生针对它的免疫反应。
  课题组成员做了多次尝试后偶然发现了合适的材料——多巴胺。王本介绍，他们在使用多巴胺处理不同血型的鸡的血液时，并没有发现红细胞“凝集”反应，于是他们将这种材料应用在人的血红细胞上。
  “我们对人体红细胞进行了体外实验，实验证实，在血型错配的情况下，原本应该发生的反应不见了，红细胞的结构和携氧能力等功能特征依然保持不变。”王本说，更重要的是，多巴胺经处理后所得到的聚多巴胺层的组成单元是人体内原本具有的物质，相比聚乙二醇，更为“天然”。
  这一研究的难度，除了寻找材料外，还需解决“量体裁衣”问题。王本说：“要让多巴胺和红细胞的结合‘宛若天成’，‘衣服’不能包裹得太严实，这样会影响细胞膜本身的流动性，影响红细胞的输氧功能；也不能包裹得太松，这样红细胞的抗原有可能会‘暴露’。”
  通过控制反应条件，比如温度、溶液的浓度、PH值等，课题组找到了多巴胺与人体红细胞结合的最佳条件。随后课题组又进行了小鼠试验，改造后的红细胞保持着原始红细胞的行为特征，拥有类似的生命周期，即便经过多次输血，也未激起免疫反应。
  浙江大学的发现为临床输血提供了令人兴奋的应用前景，特别是对于紧急情况下稀有血型的施救意义非凡。“如果储存大量‘万能血’以备紧急情况快速输血之需，或者用于应对稀有血型人群的血液储备不足，对于医疗卫生工作都将是无价的资源。”王本表示。
  用基因工程体外培养“人造血”
  与浙江大学另辟蹊径制造“万能血”相比，英国爱丁堡大学的科学家遵循了制造血液替代物的传统办法。
  王本介绍，爱丁堡大学的思路是从万能O型血人群中提取皮肤细胞或血细胞，运用基因工程的手段，将这些细胞“返祖”变为“诱导多能干细胞”，然后经过1个月的体外培养来获取“万能血”，制成的“人造血液”将可适用于任何血型患者。这一过程采用成年人皮肤或者血细胞基因改良成干细胞，之后在模拟人体骨髓环境等条件下培育，最终过渡为成熟血红细胞。
  爱丁堡大学的这项研究总投资500万英镑，科学家在经过多年实验后于今年4月成功培育出血红细胞。下一步，他们将于2016年对临床患者进行测试，三位地中海贫血症患者最有可能首先测试，他们需要定期输血。
  王本表示，干细胞技术也具有一定的局限性，干细胞医疗有一个瓶颈——干细胞数量不足，而且虽然干细胞具有经培养不定期分化的能力，但并不是所有干细胞都能定向诱导成为血红细胞。
  目前爱丁堡大学的科学家通过改进技术，提高了干细胞转化过程的有效性，使人造血液成功率达到五成。“但相比给细胞穿‘外衣’的技术，干细胞工程的成本非常昂贵。”王本说。
  不论是浙江大学的细胞表面工程，还是英国的干细胞技术，由于一些尚无法解决的瓶颈，人类距离临床应用人造血液还有很长的路要走。
  王本告诉笔者，红细胞变身“万能血”仍是一项技术手段，目前的体外研究也只针对ABO血型系统做了测试，下一步非常有必要将该体系应用于RhD血型系统。“要真正运用到临床，还需进一步的大动物模型试验和临床前试验。如果每一步都进展顺利，红细胞‘穿外衣’技术应用到临床最少也要5到10年。”
  英国爱丁堡大学的研究人员也强调，“人造血液”代替捐献血液成为一种主要输血来源仍需至少20年才能实现，当前人们不应停止捐献血液。