خون مصنوعي و كاربرد هاي آن

بر طبق آمار،تنها در ايالات متحده ي آمريكا، هر دو ثانيه،يك نفر نيازمند خون است كه معمولا اين نياز توسط بانك خون مرتفع مي‌شود.برهمين اساس سازمان صليب سرخ جهاني نيازمند هشتادهزار واحد خون به‌صورت روزانه است و اين درحاليست كه دسترسي به بيش از سي و شش هزار واحد در روز ميسر نيستند.از طرف ديگر آمارها نشان دهنده ي اين نكته هستند كه تنها چهار درصد از افراد جامعه داوطلب اهداي خون هستند.همچنين نياز به خون به‌طور ساليانه شش درصد افزايش دارد درحالي كه اهداي خون نرخ رشد سه درصدي را نشان مي‌دهد . از اين رو كاملا واضح است كه خون مصنوعي ضروري است.در اين مقاله با خون مصنوعي، دلايل نياز به آن،ويژگي هاي خون مصنوعي، نقاط ضعف و قوت انواع خون مصنوعي و تفاوت و شباهت هاي انواع خون مصنوعي آشنا خواهيم شد.

چرا به خون مصنوعي نياز است؟
Avani 1.jpg
هـمانطور كه مي‌دانيم،خون طبيعي انسان به گـروه هـاي مـخـتـلـف بـا بـارهـاي مثبت و منفي تقسيم‌بندي مي‌شود و هر فرد ،به هنگام گرفتن خون، تنها بايد از گروه
خوني خـــود يـــا گـــروه هـــاي مــشـــابـــه كـــه سـازگـاري دارنـد، خـون دريافت كــــنــــنـــــــد. زيـــــــرا در غـــيـــــــر ايـــــــن صــورت،درصــد احـتـمـال مـرگ فرد گيرنده ي خون بسيار بالا مي رود. از طـــرف ديـگـــر تـنـهـــا گــروه خوني Oمنفي است كه به عنوان دهنده عمـومـي بـه‌حسـاب مـي آينـد.اما متاسفانه تعداد افـراد داراي ايـن نـوع گـروه خـونـي بسيار اندك است . اگرچه دستگاه ها و روش‌هاي تشخيصي گـروه خـونـي پيشـرفـت زيـادي داشتـه انـد،امـا به هنگام بروز سوانح و جراحات شديد به‌ويژه در تصـادفـات و ميـدان نبـرد كـه ثـانيـه ها نيز حياتي هستند. بسيار زمان بر هستند. لذا از نقطه نظر نوع گروه خوني، داشتن يك جايگزين مناسب بدون داشتن نگراني از نوع گروه خوني بسيار كارگشا خواهد بود.اين مواد مصنوعي شامل گلبول هاي قرمز، سفيد و پلاكت و پلاسما نيستند، اما تا زماني كه سلول‌هاي مغز استخوان زايايي خود را باز نيافته‌اند، مي‌تواند رهايش اكسيژن را بر عهده گيرند.
حضور اين خون، با ويژگي هاي منحصر بفرد جهت تزريق به تمام انسان‌ها وحتي حيوانات،در ميدان هاي نبرد،آمبولانس هاي اورژانس و اتاق عمل،بسيار مفيد خواهد بود.علاوه برمشكل مطرح بودن انواع گروه خوني،مساله ي كوتاه بودن مدت زماني كه ميتوان خون هاي اهدا شده را مورد استفاده قرار داد نيز مطرح مي‌شود. چراكه اين خون‌ها را حداكثر تا مدت چهل و دو روز مي‌توان مورد استفاده قرار داد.علاوه بر اين،خون هاي بايگاني شده،به دليل از دست دادن نيتريك اسيد،احتمال تنگ شدن و انسداد عروق را در شخص پذيرنده افزايش مي‌دهد.همچنين گلبول هاي قرمز انعطاف خود را در نتيجه ي ماندگي از دست مي‌دهند. باتوجه به شرايط نگهداري خون طبيعي، بايد به فكر جايگزيني بود كه بدون نياز به انجماد بتوان آن را ذخيره سازي كرد. از ديگر سو، انتقال بيماري‌هاي مختلف مانند انواع هپاتيت هاي B وC و ايدز از طريق خون، يكي ديگر از مشكلات نسبي استفـاده از خـون اهـدا شـده است.البته درصد انتقال اين بيماري‌ها باتوجه به عمليات پالايشي و انجام آزمايشات مختلف، تا اندازه‌ي قابل ملاحظه‌اي كاهش مي‌يابد، اما به صفر نمي‌رسد. بنابراين نياز به يك ماده‌ي جايگزين كه از لحاظ بيولوژيكي توانايي انتقال آلودگي‌ها و عفونت‌ها را نداشته باشد، احساس مي‌شود.

قصه از كجا شروع شد؟
پس از معرفي سيستم گردش خون،توسط ويليام هاروي، به سال 1616، تلاش‌هاي گستـرده جهـت
Avani 2.jpg
يـافتن جايگزين‌هاي مناسب خون صورت پذيرفت.به عنوان مثال، از مواردي مانند آبجو، شير، اوره و حتي خون حيواني استفاده شد. اما هيچكدام موفقيت‌آميز نبودند. تااينكه دكتر كارل لندشتينر، درسال1930 موفق به معـرفـي انـواع گـروه‌ها شد و قدم موثري در شناخت ماهيت خون برداشت.با بروز جنگ‌هاي جهاني اول و دوم، به علاوه نياز مبرم سربازان و مجروحان جنگي به خون و نهايتا كمبود منابع خوني در بيمارستان‌ها، تلاش ها جهت يافتن خون جايگزين قوت گرفت تا جايي كه درسال 1947 بانك جهاني خون توسط صليب سرخ آمريكا تاسيس شد.

خون مصنوعي چيست؟
هدف ابتدايي استفاده از خون مصنوعي، توانايي انتقال اكسيژن و جبران كردن كاهش خون شديد ناشي از خونريزي‌هاي شديد است. كه در حقيقت به عنوان يك حجم دهنده‌ مورد استفاده قرار بگيرند. پس بنابراين مي‌توان يك تقسيم بندي براي خون مصنوعي به اين صورت در نظر گرفت:

‌خون مصنوعي‌حجم دهنده يا Expander
‌پايه‌ي كلوئيدي
‌پايه‌ي شبكه‌ي بلوري

‌حمل كننده‌ي اكسيژن :Oxygen Carrier
‌پايه‌ي هموگلوبين
‌پرفلوروكربن
همانطور كه اشاره شد، دو نقش مهم براي خون مصنوعي در نظر گرفته شده است كه درصورت رسيدن به اين دو خاصيت، هدف نهايي خون مصنوعي تجلي خواهد يافت : حمل كننده‌ي اكسيژن و حجم دهنده‌ي پلاسما. خون مصنوعي جهت تقليد يا تكميل عملكردهاي خون طبيعي به بدن شخص پذيرنده تزريق مي‌شود. از اين حيث بايد داراي خصوصيات زير باشد‌:
‌سميت نداشته باشد و علائم آلرژيك توليد نكند
‌هيچگونه واكنشي باخون فرد پذيرنده نداشته باشد
‌داراي حداقل عوارض و اثرات جانبي باشد
‌قابليت مانايي در گستره‌ي وسيع‌تري از دما را داشته باشد
‌از پايداري بالايي برخوردار باشد
‌قيمت مناسب داشته و استفاده از آن ايمن باشد
نــاگـفـتــه پـيــداســت كــه شــايــد مـهــم‌تــريــن وظـيـفــه ي اصـلــي خــون طبيعي،رساندن اكسيژن و مواد غذايي به بافت‌ها و گرفتن دي اكسيد كربن از بافت‌ها است كه اين فرآيند تبادل گازها در خون مصنوعي هم انجام پذير است.اين تفاوت به نوع گروه خوني و مدت نيمه عمر آن بستگي داشته و متابوليسم‌هاي متفاوتي دارد. از طرف ديگر تروما و خونريزي‌هاي شديد ناشي از قطع عضو كه آسيب جدي به سيستم گردش خون وارد مي‌كند و ازحجم خون بشدت كاسته مي شود،به مرحله اي خواهيم رسيد كه ديگر حجم باقيمانده ي خون طبيعي، پاسخگوي اكسيژن رساني به بافت‌ها نخواهد بود و قلب نيز دچار نارسايي در پمپاژ خون مي‌شود. اينجا وظيفه‌ي جبران كمبود حجم خون، از طريق تزريق ميزان لازم خون مصنوعي بر مشكلات غلبه مي‌نمايد و عملا ادامه‌ي حيات ميسر خواهد بود.

انواع خون مصنوعي
باتوجه به دانش و نحوه‌ي استفاده از خون مصنوعي و كاركرد آن، دونوع از اين ماده تاكنون شناخته
Avani 3.jpg
شده و اكثر تلاش دانشمندان برسنتز اين دونوع خون مصنوعي متمركز شده است. هرچند روش‌هاي ديگري براي توليد خون مصنوعي وجود دارد.قبل از تشريح دو نوع خون مصنوعي،به توضيح مختصر چند روش جديد و منحصربه فرد در تهيه ي خون مصنوعي مي‌پردازيم.
-‌تهيـه‌ي خـون مصنـوعـي از سلـول‌هـاي بنيـادي كه طي اين روش اريتروسيت از سلول‌هاي بنيادي گرفته شده و پس از غني سازي به خون تبديل مي‌شود.
-‌استفاده از زنجيره‌ي بتاگلوبين كه در سلول‌هاي قرمز كودكان يافت مي‌شود كه پس از كشت سلولي،رشد زنجيره راخواهيم داشت.
-‌استفاده از اريتروسيت و توليد آنها در حجم بيشتر
‌-استفاده از كاتيوپلاسم كه قطر بيشتري نسبت به هموگلوبين داشته و توانايي حمل اكسيژن را نيز داراست.
لازم بـه ذكـر اسـت، روش‌هـاي جـديـدي وجـود دارد كه با تعريف كلاسيك خون مصنوعي تفاوت دارند و شايد بتوان گفت كه اين روش‌ها، روش‌هاي تحريكي جهت توليد بيشتر خون طبيعي است.

PFCs
اين ماده تركيب شيميايي است و از نمك‌ها، مواد مغذي،آنتي بيوتيك‌ها، ويتامين‌هاي مختلف كه مجموعا هشتاد ماده ي مختلف را دربر مي‌گيرد، تشكيل مي‌شود. از لحاظ فيزيكي چهل برابر كوچك‌تر از گلبول‌هاي قرمز است.كوچك بودن PFCs اين مزيت را براي اين ماده به همراه دارد كه توانايي عبور از باريك ترين مويرگ‌ها را فراهم مي‌‌سازد لـذا جهـت درمـان اعضـايـي كـه به علت كمبود خون رساني دچار فساد شده‌اند و نيز بـافـت‌هـاي سـرطـاني مفيد است. PFC قابليت استريل شدن به‌وسيله‌ي گرما را دارد. همچنيـن تـا48 سـاعـت درشـرايط مساعد دماي اتاق، قابليت ذخيره دارد. ازسوي ديگر به علت خنثي بودن مواد به‌كاررفته در ساخت و توليد آزمايشگاهي آن، قابليت انتقال عوامل عفوني را نـخـواهـد داشـت. از قـابليـت‌هـاي بسيـار جالب اين ماده كافيست بدانيد كه تا پنجاه بـرابر خون طبيعي توانايي حمل اكسيژن دارد.از PFC مـــي‌تــوان بــا بـهــره گـيــري از روش‌هاي رهايش دارو، در درمان برخي بيماري‌ها استفاده كرد. PFC بااكسيژن وارد واكـنـش نـمي‌شود و داراي تاثيرپذيري كمي از پـارامـتـر‌هـايـي مـانـنـد دمـا و PH درگـردش خـون است. اولين PFC توليدشده، ماده‌اي بانام تجاري 20Fluosol_DA_ بــود كـه تـوسـط شـركـت ژاپنـي Green Cross corp of Osaka درسال 1989 به بازار عرضه شد. اين ماده داراي تاييديه‌ي FDA نيز بود ولـي سرانجام به دلايل هزينه‌اي بالاي توليد و محدوديت در موفقيت و اثرات جانبي نامطلوب درســـال 1994 از بـــازار حـــذف شــد .امــا عــلاوه برداشتن نكات مثبت،PFC ها داراي نكات منفي نـيــز اسـت كـه از جـمـلـه ي آن مـي‌تـوان بـه عـدم حــلالـيــت در آب اشـاره كـرد.بـراي غلبـه بـرايـن مـشـكل ،اين ماده در يك مايع امولسيوني مانند چربي حل مي شود،سپس به گردش خون انتقال مــي‌يــابــد.PFCهــا ســاخـتــار بــي ثـبــاتــي داشـتـه و دسـتخـوش تخـريـب محيطـي مـي‌شـود .PFCهـا ويـسـكـوزيـتـه ي بـالاتري نسبت به هموگلوبين دارنــد،لــذا رهــايــش اكـسـيــژن در آن‌هــا بــا ريـتـم كندتري صورت مي‌پذيرد.از طرفي احتمال وفق پــيــــدا نــكـــردن بـــا شـــش‌هـــا در آن وجـــود دارد. آزمايشات كلينيكي حاكي از آن است كه مصرف PFC منجر به بروز علائمي مانند علائم بيماري آنفولانزا و پشت درد و سردرد‌هاي مزمن ،تب وbroncho-spasm در داوطـــلـــبــــــان مـــــي‌شـــــود‌. مطالعات ديگري در اين زمينه نشان داد كه PFC مي‌تواند سبب بالا رفتن دماي بدن به ميزان 5/1-1‌ درجه ي سانتيگراد شود. PFC دربرخي موارد مــي‌تــوانــد منجـربـه كـاهـش شمـار پـلاكـت‌هـاي خوني شود. اخيرا تركيبي از سورفاكتانت و PFC مـوسـوم بـه Persurf توليد و مورد آزمايش واقع شد.اين آزمايشات نشان داد كه Persurf، توزيع همگن بالاتري در ريه‌ها از خود نشان مي‌دهد. به عـــلاوه از هــمــكـــاري بـــالاتـــري بـــا آلـــوئـــول‌هــا بــــرخــــوردار اســــت. ايــــن تــــركــيــــب بــــه عـــلاوه اكسيژناسيون را بهبود مي‌بخشد.

HBOCs
استفاده از مواد متشكل از هموگلوبين (پايه‌ ي هموگلوبين)يكي ديگر از روش‌هاي توليدخون مـصـنــوعـي ‌بـاشـد.نكتـه ي مهـم عـدم استفـاده از هموگلوبين به‌صورت مستقيم است.استفاده از هموگلوبين انساني و يا حيواني و عمليات تصفيه سـازي آن‌هـا به همراه تغيير دادن ساختار DNA ازمــواردي اســت كــه بــراي تـهـيـه ي HBOCS به‌‌كار مي‌رود.درواقع مشكل اينجاست كه تزريق هموگلوبين خالص به علت پـــايـــدار نـبــودن ســاخـتــار آن،بــاعــث شكسته شدن هموگلوبين و بروز سميت كليوي مي‌شود.پس چاره چيست؟ دانشمندان دريافتند كه با كــپــســـــولـــــه كـــــردن مــــولــكــــول‌هــــاي هموگلوبين سنتز شده توسط غشاهاي چـربـي دوتـايـي، مي‌توان براين مشكل فائق آمد و سميت هموگلوبين را از ميان برد.به علاوه مـي‌تـوان زمـان نگه داري را افزود.مي‌توان سطح لـيـپــوزوم را تــوســط PEG اصــلاح نـمــود.ايــن كـار مـــــنـــــجــــــــربــــــــه بــــهــــبــــــــود بــــخــــشــــيــــــــدن زيــــســــــــت ســازگــاري،جـلــوگـيــري از تـجـمـع در بـدن،پـايـدار مــانــدن ايــن ســاخـتــار،افـرايـش نيمـه عمـر و القـاي انحلال پذيري در آب مي شود.
ايـــــن گــــروه از مــــواد خــــونــــي،دســتــــه جــــالــبــــي ازطبقه‌بندي خون هاي مصنوعي هستند، چراكه داراي سـرعـت بـيشتر وعملكردي بهتر در انتقال اكـسـيــژن نـسـبــت بـه خـون طـبـيـعـي دارنـد.زيـسـت سازگاري بيشتري داشته وعوامل عفوني را انتقال نمي دهد. به علاوه به علت پايداري بالا در دماي اتاق،مي توان آنها را تا دوسال نگهداري كرد.آمار نـشــان مــي‌دهــد كــه بـيـشـتــريــن بـودجـه و سـرمـايـه گذاري،روي اين دسته از مواد مصنوعي متمركز شده است.براي مثال،پليمريزاسيون خودتركيبي يكي از شيوه‌هاي سنتزي توليد HBOCs است.اما اين ماده هم مانند PFCs داراي نقاط ضعف است كه مـــي‌تـــوان بـــه عـــدم تـــوانـــايـــي تـــولــيــد انـبــوه اشــاره كـرد.هـمـچـنـيـن بـايد توجه داشت كه اين ماده در نهايت تا 3روز بيشتر در بدن نمي ماند و از طريق مختلف از بدن دفع مي‌شود و نياز به تزريق مجدد دارد.همچنين دو مانع ،كاربرد كلينيكي HBOC را تحت تاثير قرار مي‌دهد: انسداد عروق سيستميك و ريوي و سپس نگهداشت بخش آهن هموگلوبين به صورت يون +2Fe.توجه به اين نكته ضروريست كه چون يون آهن به صورت +3Fe پيوستگي بيشتري با اكسيژن دارد،لذا حامل كارآمد‌تري براي اكسيژن است. HBOCها مي‌توانند سبب بالا رفتن فشارخون شوند.اخيرا اثبات شده است كه استنشاق نيتريك اكسيد قبل از تزريق 201HBOC-(هموگلوبين پليمريزه شده ي گاوي) به موش هاي زنده و هوشيار،از اثرات سيستميك فشارخون القاشده جلوگيري به عمل مي آورد .برخي آزمايشات نشان داده‌اند كه تزريق HBOCs مي‌تواند منجربه مرگ ناشي از حمله ي قلبي شود.HBOC مي‌تواند راديكال آزاد درخون توليد نمايد.
در اين قسمت از مقاله به بررسي اجمالي توليد برخي از مواد جايگزين خون مصنوعي مي‌پردازيم:
1-در دسامبر2003 : ماده ي PolyHeme كه توسط شركت North field laboratories توليد شد،به مرحله ي فاز سوم تحقيقات عملي رسيد.
2-درسال 2006 : ماده ي PolyHeme به 720 بيمار تزريق شد كه تنها 47 مورد مرگ و مير به همراه داشت.
3-درسال 2010 : موسسه ي HTD كه يك شركت بيوتكنولوژي كانادايي است،خبر از توليد يك نوع خون مصنوعي داد .
4-در سال 2013 : شركت IIT-Madras اقدام به توليد انبوه خون مصنوعي كرد.
مواد خون مصنوعي نيز توسط شركت هاي مربوطه توليد شدند :
Oxyglobin,
Hemopure : Biopure corp, Hemospan : Sangart
Dextran - Hemoglobin : Dextro-Sang corp, Hemotech : Hemobiotech
در پايان ذكر اين نكته ضروري است كه هيچ كدام از اين مواد مصنوعي عملكرد يك خون واقعي را نداشته و بقاي دائمي در گردش خون ندارند.به علاوه نياز مبرم به خون مصنوعي يكي از مهم‌ترين مسائل پزشكي است كه نه تنها مي‌تواند جان انسان ها را نجات دهد،بلكه به عنوان يك عامل درمانگر نيز عمل مي‌نمايد.بنابراين تحقيقات تئوري و عملي بيشتري نياز است تا به مرحله ي نهايي توليد محصول ،با كيفيت بالا و هزينه ي مناسب برسيم.