Naukowcy odkryli kluczowy sygnał do produkcji sztucznej krwi

Naukowcy są o krok bliżej stworzenia sztucznej krwi: odkrycie kluczowego sygnału CXCL12 może sprawić, że produkcja czerwonych krwinek stanie się bardziej wydajna.

Naukowcy od dziesięcioleci pracują nad sztuczną produkcją krwi. Teraz badacze z Uniwersytetu w Konstancji i Queen Mary University of London poczynili ogromny krok naprzód, dokonując nowego odkrycia.

W Niemczech dziennie potrzeba około 15 000 jednostek krwi, z czego większość pochodzi od dawców. Badania nad alternatywnymi metodami pozyskiwania krwi, w tym nad sztuczną produkcją masową, trwają od wielu lat, ale wciąż daleko im do powszechnego zastosowania. Główny problem tkwi w niezwykle złożonych i słabo poznanych mechanizmach, za pomocą których organizm naturalnie produkuje ten niezbędny płyn.

Identyfikacja kluczowego sygnału dla tworzenia czerwonych krwinek

Dr Julia Gutjahr, biolog z Instytutu Biologii Komórki i Immunologii w Thurgau na Uniwersytecie w Konstancji, bada mechanizmy hematopoezy. Wraz z kolegami z Queen Mary University of London zidentyfikowała sygnał molekularny – chemokinę CXCL12 – który uruchamia proces wydalania jądra komórkowego z prekursorów czerwonych krwinek. Jest to kluczowy etap w rozwoju czerwonych krwinek.

„Ostatnim etapem transformacji erytroblastu w czerwoną krwinkę jest wydalenie jądra komórkowego. Proces ten jest unikalny dla ssaków i tworzy miejsce dla hemoglobiny, która bierze udział w transporcie tlenu” – wyjaśnia Gutjahr.

Mimo że proces dojrzewania komórek macierzystych w czerwone krwinki jest już niemal zoptymalizowany, do tej pory nie było jasne, jakie czynniki wyzwalają wydalenie jądra komórkowego.

„Odkryliśmy, że chemokina CXCL12, która występuje głównie w szpiku kostnym, może inicjować ten proces w połączeniu z szeregiem innych czynników. Dodając CXCL12 do erytroblastów we właściwym momencie, udało nam się sztucznie wywołać wydalenie jądra komórkowego” – mówi Gutjahr.

Co to oznacza dla produkcji sztucznej krwi?

To odkrycie stanowiło przełom naukowy, który może znacząco poprawić wydajność produkcji sztucznej krwi w przyszłości. Nadal jednak potrzebne są dalsze badania.

Od 2023 roku Gutjahr kieruje własnymi grupami badawczymi w Instytucie Biologii Komórki i Immunologii w Turgowii i kontynuuje badania nad rolą CXCL12.

„Obecnie badamy, jak wykorzystać CXCL12 do optymalizacji sztucznej produkcji ludzkich czerwonych krwinek” – wyjaśnia Gutjahr.

Oprócz praktycznych zastosowań w przemysłowej produkcji czerwonych krwinek, wyniki badania dostarczają nowych spostrzeżeń na temat mechanizmów komórkowych: w przeciwieństwie do innych komórek, które migrują pod wpływem stymulacji CXCL12, w erytroblastach sygnał ten jest transportowany wewnątrz komórki, nawet do jądra komórkowego. Tam przyspiesza dojrzewanie komórek i sprzyja wydalaniu jądra.

„Nasze badanie po raz pierwszy pokazuje, że receptory chemokin działają nie tylko na powierzchni komórki, ale również wewnątrz niej, otwierając zupełnie nowe perspektywy dla biologii komórki” – powiedział profesor Antal Roth z Queen Mary University.

Optymalizacja produkcji do szerokiego zastosowania

Obecnie komórki macierzyste pozostają najskuteczniejszą metodą produkcji sztucznej krwi: usunięcie jądra komórkowego następuje w około 80% przypadków. Źródła komórek macierzystych są jednak ograniczone (krew pępowinowa, szpik kostny od dawców), co uniemożliwia masową produkcję.

Naukowcom udało się niedawno przeprogramować różne typy komórek w komórki macierzyste i wykorzystać je do produkcji czerwonych krwinek. Ta metoda zapewnia niemal nieograniczone źródło komórek, ale jest bardziej czasochłonna i mniej skuteczna: tylko 40% komórek usuwa swoje jądro.

„Nasze nowe odkrycia dotyczące kluczowej roli CXCL12 dają nam nadzieję, że jego zastosowanie znacząco poprawi efektywność produkcji czerwonych krwinek z przeprogramowanych komórek” – zauważa Gutjahr.

Jeśli produkcja masowa stanie się możliwa, pojawi się szeroki wachlarz zastosowań: ukierunkowana produkcja rzadkich grup krwi, eliminacja niedoborów krwi dawców oraz możliwość odtwarzania krwi pacjenta na potrzeby specjalistycznego leczenia różnych chorób.

Badanie opublikowano w czasopiśmie Science Signaling.