Łącząc materiał biologiczny z polimerami zespół bioinżynierów opracował sztuczne czerwone krwinki, które posiadają wszystkie cechy naturalnych komórek. Ale badacze wyposażyli syntetyczne erytrocyty w kilka dodatkowych funkcji. Mogą one wykrywać substancje toksyczne w organizmie czy dostarczać w odpowiednie miejsce leki.
Większość dotychczas opracowywanych sztucznych czerwonych krwinek miała jedną lub kilka kluczowych cech swoich naturalnych pierwowzorów. Teraz badaczom udało się opracować syntetyczne czerwone krwinki, które w pełni naśladują swoje naturalne wersję. Co więcej, naukowcy zdołali wyposażyć syntetyczne erytrocyty w kilka dodatkowych cech.
Głównym zadaniem erytrocytów jest transport tlenu z płuc do innych tkanek organizmu. Te okrągłe, spłaszczone komórki, przypominające w swoim kształcie dysk, zawierają miliony cząsteczek hemoglobiny - białka zawierającego żelazo, które wiąże tlen. Czerwone krwinki są przy tym bardzo elastyczne, co pozwala im zmieniać kształt i przecisnąć się przez wąskie naczynia włosowate, a następnie powrócić do poprzedniego kształtu.
Komórki te zawierają również na swojej powierzchni specjalne białka, które umożliwiają im krążenie przez naczynia krwionośne przez długi czas nie wzbudzając podejrzeń ze strony układu odpornościowego.
Na łamach „ACS Nano” pojawiła się publikacja, w której opisano syntetyczne czerwone krwinki mogące w pełni naśladować zdolności naturalnych erytrocytów. Ale sztuczne czerwone krwinki, jak twierdzą autorzy badań, są nawet lepsze od pierwowzorów. Mogą transportować nie tylko tlen, ale także różne leki. Mogą być także być nośnikiem różnego rodzaju bioczujników wykrywających toksyny.
Wei Zhu oraz C. Jeffrey Brinker z University of New Mexico stworzyli syntetyczne czerwone krwinki na bazie naturalnych. Najpierw pokryli je cienką warstwą krzemu. Na powstałą w ten sposób silikonową formę, nanieśli naładowane elektrycznie warstwy polimeru, a następnie usunęli warstwę krzemu. Na koniec uczeni pokryli powierzchnię replik charakterystycznymi dla tych komórek białkami.
W rezultacie powstała pusta skorupa w kształcie czerwonej krwinki, którą można wypełnić dowolną maszynerią biochemiczną. Syntetyczne komórki miały podobny rozmiar, kształt i białka powierzchniowe, jak naturalne wersje czerwonych krwinek. Mogły też przeciskać się przez model naczyń krwionośnych, zmieniając swój kształt, a potem wracając do pierwotnego.
Uczeni sprawdzili, jak zachowają się syntetyczne erytrocyty w organizmie myszy. Przez 48 godzin nie wywołały żadnej toksycznej reakcji. Badacze wykazali też, że mogą one przenosić inne ładunki niż tlen. Umieszczali w nich leki przeciwnowotworowe, czujniki toksyn czy nanocząsteczki magnetyczne. W testach okazało się, że sztuczne czerwone krwinki mogą przyciągać toksyny wytwarzane przez bakterie.
Zespół z University of New Mexico będzie dalej badał możliwości nowych czerwonych krwinek w różnych zastosowaniach medycznych, takich jak terapie nowotworowe czy wykrywanie toksyn w organizmie. Ale minie jeszcze dużo czasu zanim zobaczymy opracowane komórki w akcji. Potrzeba nie tylko znacznie więcej testów, by sprawdzić, czy przewożony przez nie ładunek może zostać uwolniony, ale cały proces produkcji musi być skalowalny.
Źródło: American Chemical Society, fot. Annie Cavanagh/ Wikimedia Commons/ CC BY-SA 4.0
