Учени откриват ключов сигнал за изкуствено производство на кръв

Учените са с една крачка по-близо до създаването на изкуствена кръв: откриването на ключов сигнал, CXCL12, би могло да направи производството на червени кръвни клетки по-ефективно.

Учените работят върху изкуственото производство на кръв от десетилетия. Сега изследователи от Университета в Констанц и Университета „Кралица Мери“ в Лондон направиха важна крачка напред с ново откритие.

В Германия дневно са необходими около 15 000 единици кръв, по-голямата част от които идват от донори. Изследванията на алтернативни методи за получаване на кръв, включително изкуствено масово производство, продължават от много години, но все още са далеч от широко разпространение. Основният проблем се крие в изключително сложните и слабо разбрани механизми, чрез които тялото естествено произвежда тази жизненоважна течност.

Идентифициране на ключов сигнал за образуването на червени кръвни клетки

Д-р Юлия Гутжар, биолог в Института по клетъчна биология и имунология Тургау към Университета в Констанц, изучава механизмите на хематопоезата. Заедно с колеги от Лондонския университет „Кралица Мери“ тя е идентифицирала молекулярен сигнал – хемокин CXCL12 – който задейства процеса на изхвърляне на ядрото от прекурсорите на червените кръвни клетки. Това е ключова стъпка в развитието на червените кръвни клетки.

„Последният етап от трансформацията на еритробласта в червена кръвна клетка е изхвърлянето на ядрото. Този процес е уникален за бозайниците и освобождава място за хемоглобин, който участва в транспорта на кислород“, обяснява Гутжар.

Въпреки че процесът на съзряване на стволовите клетки в червени кръвни клетки е почти оптимизиран, досега не е ясно кои фактори задействат изхвърлянето на ядрото.

„Открихме, че хемокинът CXCL12, който се намира предимно в костния мозък, може да инициира този процес в комбинация с редица други фактори. Чрез добавяне на CXCL12 към еритробластите в точното време успяхме изкуствено да индуцираме ядрено изхвърляне“, казва Гутжар.

Какво означава това за производството на изкуствена кръв?

Това откритие е научен пробив, който би могъл значително да подобри ефективността на производството на изкуствена кръв в бъдеще. Необходими са обаче допълнителни изследвания.

От 2023 г. Гутяр ръководи собствени изследователски групи в Института по клетъчна биология и имунология в Тургау и продължава да изучава ролята на CXCL12.

„Сега проучваме как да използваме CXCL12, за да оптимизираме изкуственото производство на човешки червени кръвни клетки“, обяснява Гутжар.

В допълнение към практическите приложения в индустриалното производство на червени кръвни клетки, резултатите от изследването предоставят нови прозрения за клетъчните механизми: за разлика от други клетки, които мигрират, когато са стимулирани от CXCL12, в еритробластите този сигнал се транспортира вътре в клетката, дори в нейното ядро. Там той ускорява клетъчното съзряване и насърчава изхвърлянето на ядрото.

„Нашето проучване показва за първи път, че хемокиновите рецептори действат не само върху клетъчната повърхност, но и вътре в нея, което открива напълно нови перспективи за клетъчната биология“, каза професор Антал Рот от университета „Куин Мери“.

Оптимизиране на производството за широко приложение

Днес стволовите клетки остават най-ефективният метод за производство на изкуствена кръв: изхвърлянето на ядрото се случва в приблизително 80% от клетките. Но източниците на стволови клетки са ограничени (кръв от пъпна връв, костен мозък на донор), което прави масовото производство невъзможно.

Учените наскоро успяха да препрограмират различни видове клетки в стволови клетки и да ги използват за генериране на червени кръвни клетки. Този метод осигурява почти неограничен източник на клетки, но отнема повече време и е по-малко ефективен: само 40% от клетките отделят ядрото си.

„Нашите нови открития относно ключовата роля на CXCL12 ни дават надежда, че използването му значително ще подобри ефективността на производството на червени кръвни клетки от препрограмирани клетки“, отбелязва Гутжар.

Ако масовото производство стане възможно, ще се появи широк спектър от приложения: целенасочено производство на редки кръвни групи, премахване на недостига на донорска кръв и възможност за пресъздаване на собствена кръв на пациента за специализирано лечение на различни заболявания.

Изследването е публикувано в списанието Science Signaling.