كيف تتنفس تحت الماء: أول خلايا دم حمراء اصطناعية

خلايا التنفس هي خلايا دم حمراء اصطناعية، والتي قد تكون قادرة على استبدال خلايا الدم الحمراء الطبيعية في الجسم في الدورة الدموية في المستقبل. داخل خلايا الجهاز التنفسي، سيتم ضغط الأكسجين بكثافة عالية بشكل خاص، وسيتم إطلاقه ببطء عند نقص الأكسجين في الدم، كما يحدث في حالات الغرق والنوبات القلبية والسكتات الدماغية.

حدث ذلك على شاطئ أشدود عام 2020. أحد السباحين في شاطئ الرجال جرفته المياه العميقة ولم يتمكن من إبقاء رأسه فوق الماء. وحتى وصول المنقذ، أمضى الضحية نصف ساعة تحت الماء يراقب السمكة باهتمام، حيث تخرج فقاعات الهواء من فمه، مما يدل على انتظام التنفس. لا يوجد بالون أكسجين ولا غص. لقد كان يحتاج فقط إلى خلايا التنفس في جسده.

ما هي الخلايا التنفسية؟ هذه هي خلايا الدم الحمراء الاصطناعية، والتي قد تكون قادرة على استبدال خلايا الدم الحمراء الطبيعية في الجسم في مجرى الدم في المستقبل. ستكون خلايا التنفس قادرة على حمل الأكسجين إلى الخلايا، تمامًا كما تفعل خلايا الدم الحمراء الطبيعية، ولهذا السبب حصلت على اسمها: respiro، و"التنفس" وcytes، و"الخلايا" - "خلايا التنفس". . داخل خلايا الجهاز التنفسي، سيتم ضغط الأكسجين بكثافة عالية بشكل خاص، وسيتم إطلاقه ببطء عندما يكون هناك نقص في الأكسجين في الدم، كما يحدث في حالات الغرق والنوبات القلبية والسكتة الدماغية. سيتمكن ضحية الحادث أو المرض من مواصلة التنفس لعدة دقائق، حتى وصول قوات الإنقاذ.

إذا بدت لك خلايا التنفس بمثابة علاج سحري، فأنت على حق. وهذه فكرة نظرية بحتة مارسها المنظر روبرت فريتاس جونيور قبل عشر سنوات. اليوم، ليس من الممكن تحقيق مثل هذا المستوى من ضغط الأكسجين بهذه الأحجام الصغيرة والدقيقة، وبالتأكيد لا يمكن إنشاء آلية إطلاق بطيئة ومُحكمة بشكل جيد والتي ستكون مطلوبة لمنع الأكسجين المضغوط من الانفجار مرة واحدة خارجًا. الخلايا الملتوية وتضخيم الشخص مثل البالون (وهو إجراء سيساعد بالتأكيد على تحسين طفوه، ولكنه سيتداخل مع العمليات البيولوجية الأساسية الأخرى، مثل الحياة). لكن رغم المشاكل الكثيرة، نُشرت دراسة جديدة قبل أقل من أسبوعين، تشير إلى أننا اقتربنا من القدرة على إنتاج خلايا دم حمراء صناعية.

ولم تحاول مجموعة الباحثين، من كلية الطب بجامعة هارفارد، إنشاء خلايا تنفسية، ولم يتظاهروا بذلك. كل ما حاولوا فعله هو إنشاء هياكل تشبه الخلايا يمكنها أداء دور خلايا الدم الحمراء ونقل الأكسجين في مجرى الدم. هذه العملية أصعب مما تبدو، لأن كريات الدم هي أعجوبة هندسية حقيقية: فهي قوية ومرنة، ولها شكل قرصي يسمح لها بالضغط عبر الأوعية الدموية التي يكون قطرها أصغر من قطر كرية الدم نفسها . وهي تنجح حيث تفشل البوليمرات العادية، مثل البوليسترين. أدرك الباحثون أن المواد وطرق الإنتاج الحالية لم تكن مناسبة لهذه الحرفة، لذلك توصلوا إلى طريقتهم المبتكرة لإنشاء خلايا الدم الحمراء الاصطناعية.

من السهل فهم عملية الإنتاج إذا فكرت في بالون مملوء بالهواء ومغطى بطبقات عديدة من البلاستيسين. إذا قمنا بوخز البالون بدبوس عبر الغلاف الناعم، فسوف ينفجر ويتحول إلى شريط رفيع من المطاط - لكن طبقة البلاستيسين ستحتفظ بشكلها الأصلي. كما أن الطبقة المتبقية ستكون ناعمة ومرنة بدرجة كافية لتشوه وتغيير شكلها تحت الضغط، مما يسمح لها بالمرور عبر أنابيب أصغر من الحد الأقصى لقطرها.

وبدلاً من البالون، استخدم الباحثون كرات اصطناعية مصممة على شكل قرص ومصنوعة من مواد بوليمرية مثل البوليسترين وPLGA. وكانت الكريات مغلفة بطبقة فوق طبقة من الهيموجلوبين والبروتينات الأخرى. الهيموجلوبين هو البروتين الأهم في خلايا الدم الحمراء الطبيعية، وهو القادر على ربط الأكسجين به وإطلاقه بالقرب من الخلايا الجائعة. وكانت كل كرة مغطاة بعدة طبقات من البروتينات التي خلقت غلافًا مرنًا ورقيقًا، والذي كان قادرًا أيضًا على امتصاص الأكسجين من البيئة. في نهاية عملية الطلاء، قام الباحثون بإذابة القاعدة البوليمرية الصلبة للكريات، وبالتالي بقيت طبقات البروتين التي تحيط بها فقط، مما يعكس الشكل الأصلي للكريات ويعمل بطريقة مشابهة لكرات الدم الحمراء الحقيقية.

وأثبتت الاختبارات التي أجريت على خلايا الدم الحمراء الاصطناعية أنها قادرة على تحمل قوى ميكانيكية مماثلة لتلك التي تتحملها خلايا الدم الحمراء الطبيعية، كما يمكنها المرور عبر أنابيب زجاجية أرق من قطرها، لمحاكاة الأوعية الدموية الصغيرة للغاية. ولا تزال هذه الخلايا غير قادرة على تخزين الأكسجين المضغوط، لكن قدرتها على ربط الأكسجين مثيرة للإعجاب ومماثلة لقدرة خلايا الدم الحمراء الطبيعية التي تأتي من دم الفأر، وهي قادرة على الحفاظ على هذه القدرة حتى طوال أسبوع كامل من التجربة.

يعد هذا بالفعل تقدمًا مثيرًا للإعجاب نحو إنشاء بديل دم اصطناعي يمكنه توصيل الأكسجين إلى جميع أركان الجسم المخفية ويمكن أن يقلل الحاجة إلى التبرع بالدم. ولاحظ الباحثون أن الكريات يمكن أيضًا أن تكون مغلفة بطبقات من مواد أخرى إلى جانب الهيموجلوبين، مثل الأدوية التي سيتم إطلاقها ببطء في الدم. ولكن هل سيتحقق حلم الخلايا التنفسية من هنا؟ ويجب الاعتراف بأن هذه لا تزال بعيدة عنا سنوات عديدة، وسيتعين علينا أن نمر بالعديد من العقبات حتى نصل إلى تكنولوجيا متطورة بما فيه الكفاية لإنتاجها. وسيقول المتفائلون إننا تجاوزنا عقبة أخرى. وسيتوقف المتشائمون عن القراءة عند هذه النقطة.

المقال في مدونة روي سيزانا - علم مختلف