Mokslininkai atrado pagrindinį dirbtinio kraujo gamybos signalą

Mokslininkai žengė dar vieną žingsnį arčiau dirbtinio kraujo kūrimo: pagrindinio signalo CXCL12 atradimas gali padidinti raudonųjų kraujo kūnelių gamybos efektyvumą.

Mokslininkai jau dešimtmečius dirba ties dirbtiniu kraujo gamyba. Dabar Konstanco universiteto ir Londono Karalienės Marijos universiteto mokslininkai žengė didelį žingsnį į priekį, aptikę naują atradimą.

Vokietijoje kasdien reikia apie 15 000 kraujo vienetų, kurių dauguma gaunami iš donorų. Jau daugelį metų atliekami alternatyvių kraujo gavimo būdų, įskaitant dirbtinę masinę gamybą, tyrimai, tačiau jie dar toli gražu nėra plačiai taikomi. Pagrindinė problema slypi itin sudėtinguose ir menkai ištirtuose mechanizmuose, kuriais organizmas natūraliai gamina šį gyvybiškai svarbų skystį.

Pagrindinio raudonųjų kraujo kūnelių susidarymo signalo identifikavimas

Dr. Julia Gutjahr, Konstanco universiteto Ląstelių biologijos ir imunologijos instituto Thurgau biologė, tyrinėja kraujodaros mechanizmus. Kartu su kolegomis iš Londono Karalienės Marijos universiteto ji nustatė molekulinį signalą – chemokiną CXCL12 – kuris sukelia branduolio išstūmimo iš raudonųjų kraujo kūnelių pirmtakų procesą. Tai yra pagrindinis raudonųjų kraujo kūnelių vystymosi etapas.

„Paskutinis eritroblasto transformacijos į raudonuosius kraujo kūnelius etapas yra branduolio išstūmimas. Šis procesas būdingas tik žinduoliams ir atlaisvina vietą hemoglobinui, kuris dalyvauja deguonies transportavime“, – aiškina Gutjahr.

Nors kamieninių ląstelių brendimo į raudonuosius kraujo kūnelius procesas yra beveik optimizuotas, iki šiol nebuvo aišku, kokie veiksniai sukelia branduolio išstūmimą.

„Nustatėme, kad chemokinas CXCL12, kuris daugiausia yra kaulų čiulpuose, gali inicijuoti šį procesą kartu su daugeliu kitų veiksnių. Pridėjus CXCL12 prie eritroblastų tinkamu laiku, galėjome dirbtinai sukelti branduolio išstūmimą“, – sako Gutjahr.

Ką tai reiškia dirbtinio kraujo gamybai?

Šis atradimas buvo mokslinis proveržis, kuris ateityje galėtų gerokai pagerinti dirbtinio kraujo gamybos efektyvumą. Tačiau vis dar reikia tolesnių tyrimų.

Nuo 2023 m. Gutjahr vadovauja savo tyrimų grupėms Thurgau ląstelių biologijos ir imunologijos institute ir toliau tyrinėja CXCL12 vaidmenį.

„Dabar tiriame, kaip panaudoti CXCL12, siekiant optimizuoti dirbtinę žmogaus raudonųjų kraujo kūnelių gamybą“, – aiškina Gutjahr.

Be praktinio pritaikymo pramoninėje raudonųjų kraujo kūnelių gamyboje, tyrimo rezultatai suteikia naujų įžvalgų apie ląstelių mechanizmus: skirtingai nei kitos ląstelės, kurios migruoja, stimuliuojamos CXCL12, eritroblastuose šis signalas pernešamas ląstelės viduje, net į jos branduolį. Ten jis pagreitina ląstelės brendimą ir skatina branduolio išstūmimą.

„Mūsų tyrimas pirmą kartą parodo, kad chemokinų receptoriai veikia ne tik ląstelės paviršiuje, bet ir jos viduje, atverdami visiškai naujas ląstelių biologijos perspektyvas“, – teigė Karalienės Marijos universiteto profesorius Antalas Rothas.

Gamybos optimizavimas plačiam pritaikymui

Šiandien kamieninės ląstelės išlieka efektyviausiu dirbtinio kraujo gamybos metodu: branduolys pašalinamas maždaug 80 % ląstelių. Tačiau kamieninių ląstelių šaltiniai yra riboti (virkštelės kraujas, donorų kaulų čiulpai), todėl masinė gamyba neįmanoma.

Mokslininkams neseniai pavyko perprogramuoti skirtingų tipų ląsteles į kamienines ląsteles ir panaudoti jas raudoniesiems kraujo kūneliams gaminti. Šis metodas suteikia beveik neribotą ląstelių šaltinį, tačiau užtrunka ilgiau ir yra mažiau efektyvus: tik 40 % ląstelių pašalina savo branduolį.

„Mūsų nauji duomenys apie pagrindinį CXCL12 vaidmenį suteikia mums vilties, kad jo naudojimas žymiai pagerins raudonųjų kraujo kūnelių gamybos iš perprogramuotų ląstelių efektyvumą“, – pažymi Gutjahr.

Jei masinė gamyba taps įmanoma, atsiras platus pritaikymo spektras: tikslinė retų kraujo grupių gamyba, donorų kraujo trūkumo panaikinimas ir galimybė atkurti paties paciento kraują specializuotam įvairių ligų gydymui.

Tyrimas paskelbtas žurnale „Science Signaling“.