Zvětšit obrázek

První vyobrazení intravenózní injekce nebo transfuze člověku. Elsholtze (1667).

Začátky transfuzí
První převod krve u člověka provedli 15. června 1667 v Paříži, kde patnáctiletému chlapci trpícímu horečkami pouštěli žilou tak dlouho, až chudák skoro žádnou neměl. Aby přežil, dali mu (údajně bez škodlivých následků), krev cizí. Jakou krev dostal, pramen nesděluje. Jistě ale víme, že pak následovala éra transfuzí ovčí krve. Od té se ale brzo upustilo. Tehdejší vědci své neúspěchy vysvětlovali tím, že spolu s přenosem ovčí krve se na člověka přenáší i ovčí melancholie.

Zvětšit obrázek

Titulní rytina ze spisu o krevní transfuzi Tractatio… de ortu et occasu transfisionis sanguinis od Georga Abrahama Mercklina z roku 1679. Mercklin byl lékařem v Norinberku a zabýval se podrobně problematikou transfuze krve. Nahoře je vyobrazen převod krve z ovce na člověka.

Neslavně skončily i transfuze krve mezi manželskými páry, jimž výměna krve měla zajišťovat usmíření. Okolo roku 1680 ranhojiči přišli na to, že usmiřovat rozhádaná manželství nemá smysl a tak transfuze ustaly zcela. Zhruba sto let trvalo, než se na úmrtí zaviněná aplikacemi cizí krve zapomnělo a experimenty se znovu rozběhly. Až objev krevních skupin na začátku 20. století umožnil provádět tyto zákroky relativně úspěšně. Za objevitele je považován  vídeňák Karl Landsteiner, který v roce 1901 krevní skupiny popsal a od té doby známe systém AB0. Za zmínku stojí, že nezávisle na Landsteinerovi určil čtyři základní krevní skupiny také český lékař Jan Janský.

Proč ne jen samotný hemoglobin?
Zprvu to vypadalo, že samotný hemoglobin, který je funkční molekulou erytrocytů, půjde k transfuzi využít. Pak se ukázalo, že jeho molekuly, malé a lepivé, ucpávají v organismu kde co, hlavně ledviny. A když se hemoglobinem léčení nešťastníci nemohli posléze ani vymočit, od této praxe se ustoupilo. Nedávno to ale vypadalo, že se hemoglobin s velkou slávou do hry znovu vrátí. Sliboval to mořský kroužkovec (Arenicola marina). Molekuly jeho hemoglobinu se jevily být trefou do černého, jde totiž o hemoglobin s obrovskou molekulou, která svou velikostí je srovnatelná s krvinkou a navíc nevyvolává téměř žádné nežádoucí imunitní reakce. Proč se toto řešení nakonec neujalo, těžko říct. Možná proto, že veřejnost k červům nenabyla sympatie a tak francouzský patent zůstal nevyužit.

Patent na výrobu krve z hemoglobinu mořského kroužkovce Arenicola marina leží ladem.

Smývání antigenů provokujících imunitní systém
Počátky snah odstraňovat povrchové struktury z erytrocytů spadají až do osmdesátých let minulého století, kdy američtí výzkumníci hodlali používat  enzym z nezralých zrnek kávy. Ten uměl z krve odstranit antigen skupiny B. Poznatek ale upadl v zapomnění. Dán Henrik Clausen z University of Copenhagen tuto myšlenku nedávno oprášil a jediné co na ní změnil, byly enzymy. Povrchovou strukturu B odstraňoval za pomoci enzymu bakterie Bacteroides fragilis, což je původce střevních infekcí. Enzym z Elizabethkingia meningosepticum je zase zdatný původce  meningitidy u novorozenců. Ten se měl starat o likvidaci antigenu A. Panovala představa, že se antigeny budou z krvinek smývat a tak se z krve jakéhokoliv dárce snadno vyrobí krevní konzerva vhodná pro libovolného příjemce, bez ohledu na jeho krevní skupinu. Koketovalo se i s možností ošetřovat krev zvířecí. Navzdory proklamacím o spolupráci s americkou společností ZymeQuest z Massachusetts i tady zůstalo jen u slibů.

Zvětšit obrázek

Bílá krev - vodná emulze s perfluorovanými uhlovodíky. Při otocích mozku jsou cévy následkem tlaku zúžené a malé kapičky emulze mají větší šanci se prodrat i tam, kam by se velké erytrocyty nebo jejich imitace nedostaly.

Bílá krev
Základem takzvané bílé krve jsou perfluorokarbony. Jde o čistou syntetiku a obyčejnou vodní emulzi této olejovité kapaliny. Její schopnost přenášet kyslík a oxid uhličitý je obdivuhodná a výhodou je, že jde o stabilní sloučeninu, která se nekazí. Použití těchto „PFC“ je široké – od textilního průmyslu, očního lékařství až po radiologii, kde slouží jako kontrastní látka. Dobré zkušenosti s PFC jsou i při ošetřování předčasně narozených dětí. Zabraňují málo vyvinutým alveolám aby splaskly a tím vzniku tzv. plicního kolapsu. Na základě PFC se dnes vyrábějí krevní konzervy v Japonsku i v USA. Umělé náhražky krve máme snahu považovat spíš jako hit pro svědky Jehovovy a jako něco méněcenného. V některých případech jsou ale lepším pomocníkem, než samotná transfuze opravdové krve. Přinejmenším v těch případech, kdy nám díky ucpaným cévám hrozí otok mozku a nebo infarkt. Zúženými místy se menší kapičky perfluorokarbonu proderou k buňkám trpícím nedostatkem kyslíku snadněji, než velké erytrocyty. Otřesený otékající mozek je noční můrou každého traumatologa. Dokáže utlačovat cévy tak, že odumírají celé oblasti jinak zdravého mozku. Obyčejný neléčený otok má na svém kontě hodně pomníčků. Výhodou bílé krve je, že když pacientovi něco takového hrozí, stačí pytlíkem třepat déle a připravit emulzi s menšími kapičkami.
Ale ani u této náhražky není všechno bez rizika. Tělo brzo pozná, že jde o cizí látku a k tomu určené buňky kapičky PFC začnou vychytávat a požírat je. Následkem jsou zvětšená játra jako při cirhóze a u někoho se vytvoří obrovská slezina (splenomegalie). I přes tyto občas se vyskytující komplikace, nelze popřít, že je tato náhražka mnohdy dokonce lepší, než samotná krev.

Krev pro vojáky z pupečníku
Posledním hitem na poli umělé krve jsou výsledky získané řešením projektu financovaného armádou. Ta je v tomto směru štědrá a na výrobu umělé krve věnovala v roce 2008 téměř dva miliony dolarů. Asi proto, že při bitkách odjakživa teklo hodně krve a pokud zaměstnavatel chce, aby se mu svěřenci vrhali do klání neohroženě, představa, že i když se něco podělá, náhradní krve je dost pro každého, je svým způsobem uklidňující.   

Don Brown, výkonný ředitel Arteriocyte inc.: "Zvládli jsme pěstování erytrocytů z pupečníkové krve".

Nová krev pro záchranu vojáků se má vyrábět z hematopoetických kmenových buněk. Ty se získávají z pupečníkové krve novorozenců. Tedy z toho, co po přestřižení vyteče z pupečníkové šňůry a placenty. Pak následuje takzvaný „blood pharming“, což lze přeložit jako krevní farmaření. V podstatě jde o vytváření podmínek, jaké kmenové buňky mají v kostní dřeni, kde se za normálních okolností krev spontánně tvoří.

 

Krevní konzerva vypěstované krve má sice krvinky zcela přirozené, přijde ale zhruba na 5 000 dolarů, výhledově možná na 1 000 dolarů. Bílá umělá krev Oxycyte je o dva až tři řády levnější.

Základem je hýčkání buněk jejich neustálým omýváním čerstvým mediem s živinami. Chemicky se příslušnými růstovými faktory nasměrují k množení a dozrávání v červené krvinky. Samotná metoda kultivace buněk není novinkou, používá se tam, kde je potřeba z malého množství buněk jich získat kvanta. Kultivace rostlinných buněk jsou zatím běžnější. Američtí vědci tvrdí, že při pěstování erytrocytů dokážou z jednoho odběru pupečníkové připravit okolo 20 krevních konzerv, což překládají do žargonu objednavatele následovně - jedna dávka pupečníkové krve stačí na zhruba tři transfuze raněných vojáků. Kdybychom v takových tabulkových počtech pokračovali, mohli bychom dospět k závěru, že by bylo žádoucí maminky přesvědčovat, aby neschovávaly pupečníkovou krev pro své ratolesti (zmrazená v kryobankách se v případě potřeby dá využít k léčbě leukemie a pod), ale aby se jí vzdaly ve prospěch celku. Splněním této vlastenecké povinnosti by se na každý porod mohli z válečných polí vrátit tři hrdinové navíc. Ale dost sarkasmu, naštěstí zákony džungle platí obecně a nespotřebovanou válečnou krev by jistě šlo využít i u nevojáků, neboť slovy klasika - jsme jedné krve ty i já.   
Umělou krev „pěstují“ pro vojenskou agenturu DARPA ve státě Ohio pracovníci firmy Arteriocyte. Představitel firmy Don Brown prohlásil, že jejich metoda již funguje, ale že je potřeba jí dopilovat na velké objemy.  To by mělo výrobu zlevnit ze stávajících pěti tisíc dolarů za dávku na tisíc dolarů a možná i méně. Jím navrhované vylepšování metody by mělo umožnit z každého pupečníkového odběru vyrobit ještě více umělé krve.

Lidská krvinka (7,4×2,1 mikrometrů).

Veřejnost Brown straší popisováním reality válečných zón, kde podle něj trvá tři týdny než zásobovací mašinérie zajistí případný neplánovaný požadavek na další dávky krve. To jejich firma hodlá „pěstováním krve“ změnit a všem pacientům zajišťovat dostatek krve v časovém intervalu jednoho týdne. V horší variantě do dvou týdnů, protože jinak pacientům hrozí selhání orgánových funkcí a infekce. Stávající realita je o jeden až dva týdny horší a to bez ohledu na existenci tzv. mobilních krevních bank. I ty totiž v případech nečekaného nárůstu potřeby situaci nejsou schopny zvládnout. Ohrožení pacientů na životě z nedostatku krve je i v současné době realitou.  Když si formulace přeložíme do normální mluvy, znamená to, že potřebují další peníze, aby to dotáhli do realizovatelného konce.

Zvětšit obrázek

Jeden z testů, kterým se sleduje, jak jsou umělé krvinky pružné a jak se budou chovat v kapilárním řečišti. Zkouší se to průchodností buněk skleněnými kapilárami. (Kredit: Doshi a kol.)

Co tedy máme
Údajně se umělou krev pěstovat daří, ale k jejímu testování na lidech má dojít až v roce 2013. Pro potřeby armády se uvažuje dokonce až v horizontu příštích pěti let. Má jít o krev O negativní, tedy použitelnou pro všechny pacienty, bez ohledu na to, jakou krevní skupinu mají. Ze zveřejněných údajů se ještě dozvídáme, že získané krvinky jsou nekontaminované a nepoškozené dlouhodobým skladováním a že je možno je bez obav použít. Jenže znáte to, papír snese všechno a každý virolog vám řekne, že s tou „nekontaminovaností“ pupečníkové krve to nemusí být tak slavné, neboť používá-li se krev od vícero dárkyň (to je i tento případ), vyloučit přenos virové infekce nelze, riziko přenosu viru HIV nevyjímaje.
Konečným cílem výzkumu pro vojáky má být automatizovaný systém schopný kultivovat krevní buňky, třídit je a na jeho konci by měly padat zabalené krevní konzervy k okamžitému použití. 

Původní agenturní zpráva: „Vědci připravili umělou krev. Její buňky jsou k nerozeznání od erytrocytů normálních a umělá krev se bude využívat k transfuzím“,  ze které musí mít čtenář radost, protože získá dobry pocit, že když se i jemu něco stane, nic se vlastně nestane. Bombastická zpráva se nám významem smrskla na něco, co stálo hodně peněz a výsledkem je jen že je potřeba ještě celou řadu věcí dořešit, než se začne s ověřovacími testy. Pak možná by to někdy za pět mělo jít k vojákům. Nebylo by fér popírat, že pěstování krevních buněk je perspektivní záležitost. V případě výroby erytrocytů, což jsou v podstatě mrtvé bezjaderné buňky, to dělá dojem zbytečného přepychu. Dobrovolný dárce krve dostává za odběr kávu a oběd. Náklady na jednu dávku kultivací vyrobené krve se i po injekci z kapes daňových poplatníků v podobě 1,95 milionů USD stále ještě pohybují téměř na úrovni půlročního výdělku mnohého z nás a to hovoří za všechno.  

Syntetické buňky

Zvětšit obrázek

Umělé krvinky z Kalifornie jsou vyrobeny z několika vrstev lidského hemoglobinu vyztuženého albuminem ze skotu . Bílá úsečka představuje 5 mikronů. (Kredit: Doshi a kol., University of California)

Vysoké výrobní náklady spojené s kultivací buněk nahrávají konkurenci, která jde cestou výroby syntetických buněk označovaných jako sRBC. Tyto umělotiny dokáží i po týdnu provozu stále ještě na sebe vázat 90% své původní kyslíkové kapacity. Jde o výtvor z dílen University of California v Santa Barbaře a University of Michigan.

Zvětšit obrázek

Syntetické krvinky (sRBC) lze využít jako dopravce účinných látek. Graf ukazuje dva časově různé způsoby uvolňování léčiva v závislosti na velikosti molekuly do které se zapracují. Pro demonstraci byly použity dvě různě velké molekuly dextranu: 3 kDa a 10 kDa. Obrázek je z konfokálního mikroskopu a zachycuje uvolňování látky z umělých krvinek (dextran byl pro tento účel obarven červeně) . (Kredit: Doshi a kol.)

K připravě imitace buněk  použili vědci látku označovanou jako PLGA nebo-li poly(lactic-co-glycolic acid).  Jde o kopolymer složený z nízkomolekulárních polymerů mléčné a glykolové kyseliny. Tato látka  je schválena (FDA) pro použití v potravinářském  průmyslu a v lékařství. Jedná se o biodegradibilní a biologicky snášenou látku. Její použití v medicíně není novinkou. Tři roky se například používá jako vhodné “lešení” pro nervové buňky při nápravě přerušených nervů.

Dřívější pokusy vyrobit syntetické erytrocyty dopadaly špatně – vznikaly kuličky, nebo přinejlepším placky, které měly odlišný tvar, navíc byly tuhé a chovaly se v krevním řečišti zcela nepatřičně a mnohé orgány spíše poškozovaly, než jim prospívaly. To v loňském roce skončilo, neboť vědci je začali vyrábět implozí. Kuličky vyrobené z polymeru se nechají implodovat, čímž vzniknou jakési vyfouklé míčky. Jejich průměr je 7 mikrometrů a zploštěným tvarem připomínají krvinkové „koblížky“. Takto připravená forma se pak pokryje až devíti vrstvami hemoglobinu. Aby to drželo pohromadě, přidávají se k hemoglobinu ještě proteiny. Zcela postačující se ukázal protein z krav, takzvaný BSA (bovinní sérový protein). Je-li povrchový „nátěr“ hotov, vnitřní polymerové jádro, které sloužilo jen jako „kopyto“, se odstraní vymytím pomocí rozpouštědla. Tím se získají partikule, které jsou pružné jako normální tělní buňky. I velikostně jsou srovnatelné s těmi pravými. Díky podobnému tvaru s velkým povrchem jsou syntetické buňky schopny pojmout stejné množství kyslíku, jako opravdové lidské červené krvinky. Tím, že američtí vědci začali polymer z buněk odstraňovat, měkké umělé koblížky nemají problém se prodrat otvory, které jsou menší, než je jejich průměr. V kapilárním řečišti si počínají stejně obratně jako jejich přirozené družky a orgány svojí přítomností neobtěžují.

Jak kultivace erytrocytů, tak syntetická výroba jejich napodobenin jsou metodami zcela novými. Který z těchto směrů se prosadí by se mělo ukázat brzo.

Prameny: University of California, Santa Barbara / College of Engineering, DAPRA, Arteriocyte inc.