人造血：踩在科幻与现实的门槛上

人造血：踩在科幻与现实的门槛上
http://www.stdaily.com 2010年09月19日 来源： 科技日报 作者： 刘霞

　血是人的生命之源，然而，血液很难储存，而且经常供应短缺，有时还会给人们带来致命的传染病，因此，在实验室中制造出人造血变得比以前更为迫切。那么，人造血能否解决上述问题呢？
　　人造血的优点如下：第一，捐赠的天然血只能保存42天，而且还要冷藏，但是人工血可以在室温中存储一至三年。第二，人造血不必考虑血型是否吻合，将来 进一步连猫和狗等动物都能够受惠。第三，一般捐赠的血输入病人体内后，要24小时之后才能恢复100%的运载氧气的能力；人工血则可以立即达到100%运 送氧气的作用。
　　不过，人类研制人造血的历程从来不是一帆风顺的，而且，人造血也引起了伦理上的关注。

　　研究人造血势在必行
　　据英国《独立报》8月2日报道，几个世纪以来，科学家一直试图找到能够替代血液的物质，他们的尝试不一而足，包括牛奶、红酒甚至尿液等，都曾被用来代替血，但是，这些尝试都以失败告终。
　　自从1628年英国医生威廉·哈维发现血液循环以来,人类就不断进行着输血的尝试。1667年,法国哲学家丹尼斯和外科医生埃默累兹第一次将250毫 升羊羔血输给了人，可能因为所输的血量不足以导致患者的身体产生排异反应，该试验获得了成功，接受输血的男孩活了下来。接着，不断有人重复他们的实验，但 往往出现极其严重的后果，甚至导致死亡，所以输血的尝试慢慢停顿下来。
　　一个世纪后，日历翻到了19世纪初，人们又开始尝试输血实验。1819年，英国医生布伦德尔第一次完成了人与人之间的输血试验。输血的成功让人们寻找人造血的热情有所减退。
　　但是最近，人们对输血产生感染的担忧与日俱增，他们主要是担心感染HIV和肝炎。英国《独立报》曾报道说，1980年期间，英国有1200名血友病患 者因为输入了被污染的血而感染艾滋病病毒，现在，他们中存活在世的不到400人。另外，至少有两人因为输血而感染了疯牛病，还有其他病人感染了肝炎。
　　而且，献血人次不断下降、对血液的需求越来越多（每年，仅仅医院中使用的人们捐赠的血就超过7500万个单位，然而，全球每年的血液缺口大约为400万多个单位）、人口的老龄化和外科手术在数量和复杂程度方面的不断增加，都给血液供应带来了难度。
　　另外，血液不能无限期地储存，它必须在30天至35天内使用，这使得约有10%的捐献血液不能被合理利用。血液还需要冷冻，因此在一些生死关头，例如车祸现场或战场上，进行输血就很困难，这也是美国军方在越南战争前首先开始研究并开发人造血的原因。
　　上述诸多因素叠加在一起，促使科学家再一次踏上寻找人造血的“万里长征”。到目前为止，科学家用于人造血研究的投入超过了10亿英镑，许多科学家相信，人造血离人类越来越近。
　　但是，找到血液的替代品或者制造出人造血液，从来不是一件简单的事情，尽管美国HBO（家庭票房）频道获得如潮好评的电视剧《真爱如血》展示了人造血 的迷人前景——在该剧中，日本人发明了一种叫做“真血”（True Blood）的人造合成血，吸血鬼们可以通过购买的方式获得血液来维生，一夜之间从传说中的怪物摇身变成了普通市民。

　　寻找血液“奶粉”的配方
　　血液是一种复杂的物质，拥有几种关键的成分，每一种成分对于维持人的生命都至关重要。白血球（通常被称为免疫细胞）主要负责对抗疾病；血小板让血液凝结成块；红血球通过血红蛋白运送氧气，血红蛋白也可以运送由机体产生的二氧化碳。
　　因为血液天生具有的这种复杂性，到目前为止，科学家所进行的研究都不着眼于研制出完全替代血液的物质，而是主要集中于研发出某些能够模拟红血球功能的 产品，也就是将氧气运送到人体内，同时将二氧化碳排出体外。但是，基于此研发出的产品缺乏对抗疾病以及让血液凝结成块的能力。
　　为了具有更大的使用价值，人造血必须摒除捐赠血可能引发的问题。除了能够像红血球一样起作用外，人造血必须是安全无毒的，能够保存很长时间，容易存储，不需要血型必须匹配，不会感染等。
　　英国埃塞克斯大学的生物化学和人造血专家克里斯·库珀表示：“我们现在正在寻找的是血液‘奶粉’——如奶粉一样，这种人造血将被存储在一个小袋中，想 用的时侯只要与盐溶液再水合就行。护理人员可将其带到事故现场，立刻开始输血。因为这种血液替代品没有细胞，也不存在血型不匹配的问题。”
　　目前，有三拨科学家正在从不同的角度、采用不同的方法研制人造血。一拨人研究全氟化碳（perfluorocarbons，PFCs）；另一拨人研究人造血红蛋白（haemoglobins）；还有一拨人则研究干细胞。

　　携氧能力超强的全氟化碳
　　全氟化碳或者PFCs是人造的奶白色液体或者乳液，它是一种类环状或直链状有机化合物，具有很高的气体和液体相容性，能够传送氧气和二氧化碳。PFCs配合输氧设备的使用，能让血液携带比普通情况下高出许多的氧气。因此，这类白色代用品又被称为“携氧治疗剂”。
　　现代第一个血液的替代物是全氟化合物Fluosol-DA-20。1989年，美国食品和药物管理局（FDA）批准一间叫绿十字（Green Cross）的日本药厂出售名为Fluosol-DA-20的人工血，当这种物质通过人体肺部时，会“挑选”出氧气，氧气在人体内循环，接着该物质被当作 肺部排出的水蒸气排出人体。
　　尽管PFCs在某种程度上可以作为血的替代物，但是，它也存在缺陷，一个需要克服的障碍是，它们不能像基于血红蛋白的物质那样运送更多的氧气，因此需要更多的PFCs才行。后来，人们又发现，Fluosol-DA-20这种人工血有副作用，并在1994年停止出售。
　　而据美国《大众科学》杂志报道，美国弗吉尼亚大学的研究人员已经由全氟碳化合物（PFCs）合成出了一种具有超强携氧能力的白色人造血，其携带的氧气量是人类自身血液携氧量的50倍。据了解，这种人造血将是治疗颅脑外伤的最好方法。
　　弗吉尼亚大学的研究人员表示，如果白色人造血能赢得军方认可，那不远的将来，医生们就可以用它来挽救更多士兵的生命。

　　干细胞研究颇受青睐
　　从医学的角度来看，将来可能会出现一种半人工的血，它来自干细胞。其好处是来自于人，是人血以外最接近天然物品的东西，而且，没有血型之分，亦可以说 是老少咸宜。在2009年2月，美国FDA批准一组法国学者进行第三回合的临床测试，以验证他们研制的半人工血是否可以替代人血。
　　瑞典、法国和澳大利亚等其他国家的科学家也在利用胚胎干细胞研发人造血。他们的目的是在O型阴性血的红血球中种植出人造血，因为O型阴性血可以输给任何血型的患者，不会出现排斥。
　　英国《泰晤士报》曾报道说，美国先进细胞技术公司的科学家们宣布，他们已在实验室中利用干细胞制造出数十亿个功能健全的红血球。倘若这一研究成果能继续推广，人类将从此结束献血，血液可以被源源不断地创造出来。
　　另据国外媒体消息，2009年3月，英国科学家宣布将启动一项重点研究项目，在3年内利用试管受精剩下的晶胚干细胞制成人造血，并首次将其输入人类志愿者体内。
　　研究人员将对试管受精治疗后剩下的人类晶胚进行检测，找出那些由遗传决定可以演变成O型血的晶胚。大约只有7%的人拥有O型血，但是利用胚胎干细胞可以生成无数这种血液，因为胚胎干细胞拥有在实验室不断增生的能力。
　　这项研究的目的是刺激胚胎干细胞形成成熟的携氧红血球，用于急救输血。利用这种血液不用担心感染艾滋病、肝炎或者疯牛病等传染病。
　　但是，干细胞制造出的人工血的缺陷在于其留存时间有限。如果这种人造血研制成功，它将主要在医院中使用。科学家预测，由干细胞制造的人造血将于2013年开始人体实验。

　　血红蛋白方向发展迅速
　　第三种研究人造血的方法发展非常迅猛，研究人员主要尝试使用血红蛋白来制造人造血。血红蛋白存在于血液细胞内，它让血液呈现为红色，并且携带氧气进入身体内，同时排出二氧化碳。
　　据英国《独立报》消息，欧洲血液代用品工程成立于2004年，专门研制人造血。来自英国、丹麦、法国、荷兰、意大利、瑞典和匈牙利的研究人员集中精力研究血红蛋白替代品。
　　血红蛋白可从过期的捐献血液、牛的血液甚至植物和真菌中萃取，然后对它进行改良，确保注入体内后仍能保持稳定。因为血红蛋白不包括能让血液形成不同类型的分子，因此，相同的血红蛋白代替品可以应用到不同病人身上。而且它可以被放在室温下永久保存，运输也很方便。
　　然而，使用血红蛋白的障碍在于，离开了红血球的保护环境，血红蛋白可能变得有毒，它会产生自由基，破坏心脏和其他器官。在早期的实验中，血红蛋白被直接注射入病人体内，导致很多患者死亡。
　　科学家一直面临的挑战是将血红蛋白从红血球中提取出来，并且将其放入另外的保护环境中，在这种环境下，血红蛋白能够着手发挥其功能，而不会产生毒性。许多研究人员报告说，他们取得了成功。
　　其中有一项研究对688名病人进行了实验，这些病人都进行了选择性整形外科手术，他们或者接受了一个单位的真血，或者接受了两个单位的人造血 HBOC-201。血红蛋白氧载体HBOC-201是美国Biopure公司的产品，美国一项多中心、Ⅲ期临床研究显示，牛源的HBOC-201是手术病 人输血的安全替代品，可减少手术病人的输血量。HBOC-201在室温下可以保存3年，也不涉及到血型匹配的问题。
　　美国马里兰大学医学院的科林·麦肯齐表示：“我们发现，接受人造血的350名病人中，有206名病人不再需要输血，人造血在80岁以下的病人体内表现最好。”
　　英国谢菲尔德大学的科学家正着力研发一种人造血，他们将该人造血设计得可以像一块厚厚的浆糊一样存储，使用之前将其在水中溶解即可。该人造血由塑料分子制成，它也像血红蛋白一样，能够在身体内传输氧气。
　　美国angart公司的Hemospan是输血时用作血液替代品的血红蛋白氧载体产品。它由过期的红血球中提取出来的血红蛋白研制而成，研究人员使用 聚乙二醇涂层将该红血球包裹起来。当涂层同血红蛋白的表面接触时，在血红蛋白的周围会形成一层水，这层水让血红蛋白免于免疫系统的攻击，并且不会产生毒 性。
　　Hemospan是一种粉状物质，因此能够保存几年，当需要的时候，这种粉末能够被混合成为液体形式直接用于输血，适合于所有血型的病人，并且也不会出现感染疾病的风险。
　　库珀表示：“使用血红蛋白研究人造血的技巧在于使血红蛋白的毒性尽可能小，同时，让其最大限度地使氧气在体内循环，然而，迄今为止，还没有人真正做到这一点。”
　　他和同事目前正在研究通过对血红蛋白进行遗传修改来减小血红蛋白的毒性，然后将经过修改了的血红蛋白包裹在特制的耐用塑料膜中。在这样的环境下，血红蛋白能够更好地向体内供应氧气，并将二氧化碳移出体外，而且也不具毒性。
　　他们将很快开始动物研究，这项获得了专利的技术能够在10年内应用于人体。
　　另据英国《每日邮报》7月11日报道，美国科学家采用基因工程技术，从脐带中提取造血细胞，并利用机器模拟骨髓的造血机制，产生了大量可用的红血球， 由此制成“人造血”。制造出的首批O型阴性的血液样本已提交美国FDA进行鉴定，该“人造血”最快将于5年内用来救治在战场受伤的士兵。
　　该项目名为“血液基因转变”（blood pharming），由美国国防部高级研究计划局（DARPA）于2008年发起，旨在制造出血液用以救治偏远战场上受伤的美军士兵。
　　研发出该“人造血”的美国Arteriocyte公司表示，采用这种技术制造出的血液细胞“在功能上与人体健康循环中的红血细胞无异”。一条脐带最终 可以制造出大约20个单位的可用血液。在战场上，平均每个伤兵的救治需要6个单位的血液。一个单位的人造血量约为一品脱（约合473毫升），人体总共有8 至10品脱血液。
　　这种“人造血”最快将于2013年进行人体试验，但Arteriocyte公司预测，只要美国国防部尽快提出要求，美军有望在5年内使用这种“人造血”救治伤员。
　　库珀说：“现在是人造血研究的重要时刻，许多制药公司正在研制人造血红蛋白分子；同时，对于PFCs的研发工作也在持续推进。很快，我们将能够获得红色的人造血（由血红蛋白研制而成）或者牛奶样的人造血（碳氟化合物），而不是无私者捐献的血。”

　　引发伦理关注
　　但人造血也引起了伦理上的关注，比如，用胚胎干细胞研制人造血的试验中，有研究人员提出质疑称，这种人造血液是否来自一些从不存在的人。另外，公众是否愿意输入“假血”也是一个问题。
　　不过也有研究人员表示，人造血将给那些在意外事故中大量失血，并需要在现场进行输血的受害者带来最大利益，尽管这些失去知觉和重度昏迷的病人不可能对 是否接受人造血作出答复，但是，医生认为，如果人造血能给病人带来最大利益，这种未经允许的产品从伦理上说是可以被接受的，但公众是否同意这一观点，还有 待进一步观察。