Эритроциты играют важную роль в обогащении тканей кислородом, обладая при этом рядом уникальных характеристик вроде долгой продолжительности циркуляции и гибкости, позволяющей им проникать даже сквозь самые крошечные капилляры. Долгое время учёные пытались создать искусственные кровяные тельца, однако им не удавалось совместить в них все жизненно важные свойства. Международной группе исследователей наконец удалось синтезировать эритроциты, которые не только повторяют природные функции своих прототипов, но и расширяют их спектр.

Красные кровяные тельца – это маленькие клетки дисковидной двояковогнутой формы, которые составляют почти половину объёма крови. В человеческом организме их диаметр не превышает 10 мкм. Осуществление их главной функции – транспорта кислорода – возможно благодаря высокой концентрации гемоглобина внутри клеток. Этот сложный белок красного цвета содержит железо, которое связывает кислород. Помимо размера, важную роль в способности эритроцитов проникать даже в мельчайшие сосуды играет их эластичность. Несмотря на отсутствие клеточного ядра и большинства органелл, эритроциты являются долгожителями – особенно в сравнении с другими клетками крови. Каждую секунду костный мозг образует около 2,4 миллиона красных кровяных телец, которые циркулируют в системе от 3 до 4 месяцев, а потом поглощаются макрофагами.

Вэй Зу, Джеффри Бринкер и их коллеги хотели создать искусственные эритроциты, которые объединили бы в себе все характеристики настоящих. Кроме того, они решили наделить клетки способностью к выполнению дополнительных функций. Спектр новых «обязанностей» эритроцитов может включать в себя обнаружение токсинов, целевую доставку медикаментов, в том числе и магнитных наночастиц, используемых для диагностики и лечения некоторых заболеваний.

Работа по созданию синтетических красных кровяных телец началась с предварительной обработки настоящих клеток, полученных от доноров. Сперва исследователи покрыли эритроциты тонким слоем кремнезема, а затем добавили несколько слоёв позитивно и негативно заряженных полимеров. Очистив полимерную форму от диоксида кремния, учёные получили эластичные копии эритроцитов. На следующем этапе они покрыли реплики выращенной в лабораторных условиях цитоплазматической мембраной. В итоге специалисты получили синтетические эритроциты с размером, формой, зарядом и поверхностными белками идентичными таковым у настоящих красных кровяных телец. При испытании в условиях искусственной кровеносной системы эти эритроциты без проблем сжимались для проникновения в мельчайшие капилляры и восстанавливали прежнюю форму.

Следующим этапом лабораторных испытаний возможностей искусственных клеток стали тесты на мышах. В организмах грызунов синтетические эритроциты сохраняли свои функции на протяжении 48 часов. В зависимости от задачи, исследователи «нагружали» кровяные тельца гемоглобином, противораковыми медикаментами, магнитными наночастицами и сенсорами токсинов. На основе этих тестов учёные пришли к выводу, что искусственные эритроциты способны эффективно транспортировать различные «грузы», а также служить ловушкой для патогенов.

Дальнейшая работа учёных заключается в разработки потенциала синтетических клеток в сфере противораковой терапии и биосенсирования токсинов. Искусственные эритроциты могут стать основой для нового этапа развития способов лечения онкологии, например, высокоэффективной адресной химиотерапии с пониженным уровнем токсического воздействия на здоровые органы и ткани.

С отчётом об исследовании «Biomimetic Rebuilding of Multifunctional Red Blood Cells: Modular Design Using Functional Components» вы можете ознакомиться в сборнике Американского химического общества ACS Nano.