Τα πρώτα τεχνητά ερυθροκύτταρα είναι γεγονός

Ο σχεδιασμός και η σύνθεση τεχνητών υλικών που μιμούνται τη δομή και τις μηχανικές ιδιότητες και άρα τη λειτουργικότητα των βιολογικών κυττάρων αποτελεί το άγιο δισκοπότηρο της επιστήμης των υλικών. Τελευταία εξέλιξη στον τομέα είναι η ανάπτυξη ενός ερυθροκυττάρου από μια διεθνή ομάδα εμβιομηχανικών, που συνδύασαν βιολογικά υλικά με τεχνητά πολυμερή.

Πληροφορίες
Βιοτεχνολογία
Ανακαλύψτε γιατί

Τα cyborg ερυθροκύτταρα όχι μόνο μπορούν να κινηθούν άνετα μέσα στο δίκτυο των αγγείων αλλά μπορούν ακόμα και να τροποποιηθούν για να μεταφέρουν ογκοκατασταλτικά φάρμακα, βιοαισθητήρες ακόμα και να εξοπλιστούν με μικροσκοπικούς μαγνήτες για πετύχουμε την απόλυτη καθοδήγησή τους. 

Τα ερυθροκύτταρα ή ερυθρά αιμοσφαίρια έχουν ως βασικό ρόλο τη δέσμευση και μεταφορά του οξυγόνου στους ιστούς του σώματος μέσω της κυκλοφορίας του αίματος. Το κυτταρόπλασμά τους είναι πλούσιο σε αιμοσφαιρίνη και δε διαθέτουν πυρήνα. Αυτή η σχετικά απλή δομή τους τα καθιστά ένα ιδανικό μοντέλο για τους εμβιομηχανικούς.

Πέραν τούτου, υπάρχει μεγάλη ανάγκη για αίμα μετά από τραύματα και επεμβάσεις, οπότε ένα πιθανό υποκατάστατο θα βοηθούσε σημαντικά.

Ήδη βρίσκονται σε ανάπτυξη αρκετά συνθετικά ερυθροκύτταρα, πολλά από τα οποία χρησιμοποιούν ως εκμαγεία, υλικά από δότες, όπως αιμοσφαιρίνη, που επαναπακετάρονται σε σωματίδια ανίκανα να διεγείρουν κάποια αντίδραση του ανοσοποιητικού συστήματος.

Ένα από αυτά τα πολλά υποσχόμενα περάματα ήταν η ανάπτυξη μαγνητικής αιμοσφαιρίνης σε φυσικές κυτταρικές μεμβράνες ερυθροκυττάρων, ικανά να κινούνται και να κατευθύνονται μέσω ακουστικού πεδίου και να μεταφέρουν δραστικές μορφές οξυγόνου (reactive oxygen species, ROS) ως μια μορφή αντικαρκινικής θεραπείας.

Η νέα εξέλιξη αφορά τη σύνθεση δομών που καταφέρνουν να εμφανίζουν βασικές λειτουργίες των φυσικών ερυθροκυττάρων, τόσο ως προς το σχήμα, το μέγεθος και την ευκινησία μέσα στα αγγεία όσο και ως προς την ικανότητα να μεταφέρουν αποτελεσματικά οξυγόνο και να αντέχουν το ίδιο στην κυκλοφορία του αίματος. Έχουν όμως και μια επιπλέον ικανότητα, να μεταφέρουν και φάρμακα.

Για το σκοπό αυτό η ερευνητική ομάδα που τα ανέπτυξε πήρε ερυθροκύτταρα από δότες, που τα επικάλυψε από ένα στρώμα πυριτίου, το οποίο και έχτισε με στιβάδες πολυμερών διαφορετικών φορτίων. Κατόπιν τα φυσικά ερυθροκύτταρα απομακρύνθηκαν και η πολυστιβάδα πολυμερών ήταν πλέον ένα κενό κυτταρικό περίβλημα έτοιμο να δεχτεί οποιαδήποτε βιοχημική δομή.

Όπως φάνηκε σε πειράματα σε έμβρυο κότας, ex ovo και σε ποντικό, in vivo, τα τεχνητά ερυθροκύτταρα παρουσίασαν την ίδια ελαστικότητα και αντοχή με τα φυσικά για μεγάλο χρονικό διάστημα στην κυκλοφορία του αίματος. 4 εβδομάδες μετά την έγχυση τους στο αίμα ποντικών, δεν παρουσίασαν καμία ασυμβατότητα ή παρενέργεια.

Ως προς τις μη φυσικές ιδιότητες, οι ερευνητές ανέπτυξαν διαδικασίες για την προσθήκη λειτουργικών δομών στα ερυθροκύτταρα, όπως αιμοσφαιρίνη, φάρμακα, μαγνητικά νανοσωματίδια και βιοαισθητήρες ATP.

Πέρα από την επιτυχία του κυττάρου-μοντέλου εντός του εργαστηρίου, μένει η τεχνική να γίνει και σε πραγματική κλίμακα. Είναι βέβαιο ότι στο κοντινό μέλλον θα έχουμε αρκετές εξελίξεις, καθώς οι επιστήμονες πειραματίζονται παράλληλα και με άλλους τύπους κυττάρων, όπως τα σπερματοζωάρια.

  • ΠΗΓΕΣ:
    1. Guo, J., Agola, J. O., Serda, R., Franco, S., Lei, Q., Wang, L., ... & Brinker, C. J. (2020). Biomimetic Rebuilding of Multifunctional Red Blood Cells: Modular Design Using Functional Components. ACS nano.
    2. Jia, Y., Cui, Y., Fei, J., Du, M., Dai, L., Li, J., & Yang, Y. (2012). Construction and evaluation of hemoglobin‐based capsules as blood substitutes. Advanced Functional Materials, 22(7), 1446-1453.
    3. Pan, D., Rogers, S., Misra, S., Vulugundam, G., Gazdzinski, L., Tsui, A., ... & Lanza, G. (2016). Erythromer (EM), a Nanoscale Bio-Synthetic Artificial Red Cell: Proof of Concept and I n Vivo Efficacy Results.
    4. Chen, K., Merkel, T. J., Pandya, A., Napier, M. E., Luft, J. C., Daniel, W., ... & DeSimone, J. M. (2012). Low modulus biomimetic microgel particles with high loading of hemoglobin. Biomacromolecules, 13(9), 2748-2759.
    5. Gao, C., Lin, Z., Wang, D., Wu, Z., Xie, H., & He, Q. (2019). Red Blood Cell-Mimicking Micromotor for Active Photodynamic Cancer Therapy. ACS applied materials & interfaces, 11(26), 23392-23400.
    6. Xu, H., Sanchez, M. M., Magdanz, V., Schwarz, L., Hebenstreit, F., & Schmidt, O. G. (2017). Sperm-hybrid micromotor for drug delivery in the female reproductive tract. arXiv preprint arXiv:1703.08510.

ΠΗΓΕΣ ΕΙΚΟΝΩΝ:

Σχετικοί όροι:
 
Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License