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浙大团队成功研制“通用熊猫血”,有望解决临床血源短缺难题
2020-03-22 08:59 来源:杭州网

原标题:浙大团队成功研制“通用熊猫血”,有望解决临床血源短缺难题

说到“熊猫血”,可能大家都不陌生,我们时不时能看到这样的新闻:某某病人因为手术需要输血,结果一查是罕见的“熊猫血”,血源库存短缺,只能紧急向社会求助。

因为“熊猫血”的人群数量很少,在临床输血中常常供不应求,在紧急状况下能否及时得到“救命血”成为关系到“熊猫血”受血者生命存亡的关键因素。

为解决这一难题,浙江大学化学系唐睿康教授和浙江大学医学院附属第二医院/转化医学研究院王本副教授联合研究团队成功研制出“通用熊猫血”,通过细胞膜锚定分子在红细胞表面构建聚唾液酸-盐酸酪胺的凝胶网络,实现了“通用熊猫血”的人工构建和安全输血。

北京时间3月21日,这项研究发表在国际知名期刊《科学进展》(Science Advances)上,论文的共同第一作者为浙江大学化学系博士生赵玥绮和医学院博士生范明杰,共同通讯作者是浙江大学化学系唐睿康教授和医学院王本副教授。

熊猫血到底有多稀有?

人的血型通常是由红细胞表面某些可遗传的糖蛋白及糖链构成的抗原决定的。截至目前,像这样的血型系统已经被发现有超过30种。比如大家最为熟悉的是由A、AB、B、O组成的ABO血型系统。而Rh血型系统是已分类的红细胞血型系统中最复杂的一类。在Rh系统中,如果红细胞表面含有D抗原,被称为RhD阳性,反之则称为阴性。

已有的科学研究发现,RhD阳性的人群占世界人口的绝大部分,RhD阴性是非常少见的,比如在亚洲,超过99.5%的人为RhD阳性,只有不到千分之五的人是RhD阴性,因此被称为“熊猫血”。

D抗原究竟有什么特殊之处呢?

从结构上来看,D抗原像钉子一样插在红细胞中间,有一小部分像触角一样暴露在外,不但容易在RhD阴性的人体内诱发人体免疫反应,而且它是Rh血型系统中产生抗体最多、反应最为强烈的抗原。对于RhD阴性的人来讲,第一次接受RhD阳性的血液后人体会产生针对RhD抗原的抗体,到第二次输血时,抗体就会破坏RhD阳性的红细胞,产生可怕的后果。

目前常见的输血办法有三种:一是通过同样是“熊猫血”的好心人捐献,二是患者提前抽出自己的血液以备不时之需,三是一次性输入RhD阳性血液应急。

尽管如此,稀有的血源一直困扰着“熊猫血”人群。有没有能“一劳永逸”地解决输血难题的办法呢? 

人造细胞膜,给抗原加一层“防护网”

唐睿康、王本团队想到了用“易容术”将RhD阳性的红细胞“改造”成RhD阴性的。

从结构上看红细胞,它的膜表面结构是双层柱状的磷脂分子,嵌在“柱子”上的是球状的膜蛋白,整个结构就好像是滴在水面上的油膜,这样的结构具有较强的形变能力。D抗原就是嵌在这样的结构上,浙大科研团队通过再造一层细胞膜表面结构,把D抗原的触角掩藏起来。

科学家们是怎么做到的呢?他们通过在细胞膜上引入特殊设计的锚定分子,用类磷脂分子复制出一根根“柱子”锚定在红细胞膜表面,然后再通过复制细胞膜最外层唾液酸分子的材料,将聚唾液酸-盐酸酪胺的凝胶网络均匀地构建在细胞表面。当然,“柱子”和新的膜不会自主交联,科学家通过引入固定酶分子并借助酶催化反应将两者“粘住”形成稳定的结构。

由此,原来红细胞膜上探出头来的触角,也就被掩蔽在了“防护网”中。有了这样一层“伪装”,抗体就识别不出抗原了,不会引起免疫反应,也就不会发生排异了。“我们这项研究把RhD阳性的红细胞变成了好像是没有RhD抗原的红细胞,这样在临床上,病人有望不需要RhD血型匹配就可以应急输血。”王本说。

RhD阴性血即“通用熊猫血”的制备过程示意图

细胞表面的转化医学,已经在路上

这项研究开展了近5年。王本说,这个实验设计中最大的难度,就在于保持红细胞原有的物理性能及生理功能。

他们所设计的三维凝胶网络对红细胞表面的修饰是一种全新的策略,由于其优越的生物亲和性和对细胞膜表面抗原的掩蔽作用,可将RhD阳性的红细胞转换为可供RhD阴性受血者输血的“通用熊猫血”,针对RhD阴性稀有血型的临床输血问题给出了新的化学生物学解决方案,体现了化学和医学的交叉融合。

目前,“通用熊猫血”已经在小鼠体内实现了安全的单次及多次输血,具有正常的体内循环时间;同时也在兔子体内验证了RhD抗原的完全掩蔽,且不具备免疫原性。总体来说,这项研究展示了良好的临床转化前景。

王本透露,下一步除了继续推进“通用红细胞”的研究一分彩APP之外,临床上血小板的输注也要考虑配型,面临的问题比红细胞配型更麻烦,目前相关的延伸研究正在筹划。“在不久的将来,或许能够有更多通过化学生物学方法改造细胞的手段,赋予细胞更多新的功能,并在医学中探索其应用的可能。”

该研究受到国家自然科学基金(81570168,21625105,31822019)及浙江省杰出青年基金(LR16H180001)的支持。

作者:通讯员 柯溢能 吴雅兰 / 图片由课题组提供 记者 郑维维

责任编辑: 张目

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