Članci

Transfuzija: trombociti dobiveni iz matičnih stanica - zdravlje

Pin
+1
Send
Share
Send

Robert A. Freitas Jr. Klotociti: Umjetni mehanički trombociti.

Ovaj članak govori o funkcionalnom opisu druge komponente mehanizirane krvi - umjetnih trombocita izrađenih pomoću nanotehnologije. Ovi uređaji mogu pružiti jedinstvenu priliku - "hemostazu velike brzine".

Struktura i osnovne funkcije trombocita su dobro poznate. Trombocit je sferoidna nuklearna krvna stanica s promjerom

2 mikrona s prosječnim životnim vijekom od 10 dana. U zdravoj ljudskoj krvi koncentracija trombocita je

250 000 stanica po mm 3. Jednom kada se na mjestu krvarenja aktiviraju trombociti, lijepe se u gnoj i začepe krvne žile, zaustavljajući krvarenje. Zanimljivo je da je pronađeno nekoliko neobičnih sposobnosti trombocita - sposobni su za fagocitozu jer se mikroparaziti, kao i strane čestice općenito, mogu polako kretati po zidovima krvnih žila, protežući pseudopode.

Potpuno funkcionalni dizajn umjetnih trombocita izvan je okvira ovog članka. Zatim ćemo se usredotočiti na čisto mehaničke aspekte djelovanja umjetne trombogeneze.

Aktivacija trombocita - primarna hemostaza obično se odvija u tri faze. Prva faza je adhezija trombocita, u kojoj su trombociti

Sekundarna hemostaza uključuje mjesto fibrina na mjestu krvarenja. Fibrin brzo formira gusti „gnoj“ velikog pleksusa fibrila. Crvena krvna zrnca, bijela krvna zrnca i trombociti padaju u ovu "mrežu". Ukupno vrijeme krvarenja varira od 2-5 minuta do 7-9 minuta. Nakon nekoliko sati, vlakna polako ispunjavaju cijeli volumen tromba, poput špageta u kipućoj vodi, tvoreći nestabilne monomere međusobno sve dok se potpuno ne spoje kovalentnim disulfidnim vezama s faktorom XIIIa, tvoreći gusti tromb.

Umjetna trombocita ili klotocit, na primjer, mogu osigurati potpunu hemostazu u roku od 1 sekunde, čak i uz prisustvo velikog krvarenja. To je otprilike 100-1000 puta brže od stope normalne ljudske hemostaze. Klotocit je nanorobot sferičnog oblika (promjera oko 2 - 4 mikrona) na osnovi proteina s izvorom energije oksiglukoze. Unutar klotocita je kompaktno presavijena vlaknasta masa. Prema zapovijedi putnog računala, uređaj gura vlakna u neposrednu blizinu mjesta krvarenja, na primjer, oštećenu kapilaru. Pojedini dijelovi vlakana, u kontaktu s vodom koja se nalazi u krvnoj plazmi (komplementarni antigenima svojstvenim površinama crvenih krvnih stanica), otapaju se u njemu, otvarajući se poput ribarske mreže. Crvena krvna zrnca ulaze u umjetnu mrežu formiranu sve većim brojem aktiviranih klotocita i krvarenje prestaje.

Koliko umjetnih mreža može nositi jedan klotocit? Potreban volumen pređe koji pokriva područje Aset pomoću vlakana sigmavollokna a debljina tvlakno veličine ćelije lstanice će se odrediti izrazom:

Minimalna debljina vlakana definirana je kao:

t vlakna> (P krvne l stanice 2/ 4 sigmavollokna ) (1/2) , (2)

gdje je Rkrovi najveći krvni tlak ograničen mrežom, jednak Rkrovi

0,25 atmosfere ili 190 mm. Hg. Čl.

1 mikron i sigmavollocna

1010 N / m 2 (za mrežu diamondoida), vlakna>

0,8 nm dobivamo za mrežu s površinom Aset = 0,1 mm 2 volumen V mreže = 0,1 mikrona 3. Taj volumen zauzima oko 3% cijelog uređaja. Korištenjem umjesto dijamanndoidnih filamenata, bioraztopljivih organskih filamenata na bazi celuloze ili paukove svile (sigmavollocn = 109 N / m 2), dobivamo, odnosno, da bi ti filamenti trebali biti debljine 2,5 nm, a mrežni volumen će se povećati za 130%, koji će sada zauzimati 30% cijelog uređaja ( izračunavanja su se temeljila na istom području mreže). Količina energije u sekundi potrebna za oslobađanje mreže u plazmu, izračunata na osnovu Stokesovog zakona za tekućine, bit će 100 pW u sekundi, uzimajući viskoznost krvi na normalnim hematokritima od 45%.

Koliko je klotocita potrebno za zaustavljanje krvarenja u t stop = 1 sekundi? Njihov broj ovisi o brzini vcap kapilarnog krvarenja. Neka je nclott volumna koncentracija robota potrebna za to, nnets je broj slojeva formiranih od mreža koje se preklapaju. Zatim nclott

mreže / (Asettstop vkap). Uzimajući mreže = 2 i vcap = 1 mm / sec, dobivamo nclott = 20 mm -3 ili 110 milijuna klottocita u cijelom volumenu ljudske krvi. Potpuno otkrivene mreže pokrivat će površinu od 11 m 2.

Evo nekoliko zanimljivih brojeva. S ranom dugom 1 cm i dubokom 3 mm doći će do gubitka krvi

6 mm 3, što je 1/10 od jedne kapi krvi! Odnosno, dijelu jednog sloja mreže s površinom od 1 mm 2 nedostajat će 1-2 crvena krvna zrnca.

Kako će klotocit odrediti kada treba odbaciti obvezujuću mrežu? Da bi to učinio, imat će ugrađene senzore djelomičnog tlaka plinova. Čim prvi krvni protok izbaci krv iz rane na površinu ljudskog tijela, senzori će odmah izvijestiti putno računalo o promjenama parcijalnih tlakova plinova, a uređaj će te informacije prenositi susjedima pomoću akustičnih impulsa. Ostali roboti, nakon primitka ovih podataka, odmah aktiviraju mrežu.

Kao i svaka tehnika, i klotocit također može uspjeti. Na primjer, mehanizam lančane reakcije izbacivanja mreža klotocita može pokrenuti lavinu reakciju mehanizama u cijelom tijelu, uzrokujući trenutačnu koagulaciju krvi, takozvanu globalnu intravaskularnu koagulaciju (GVK). Ali GVK se može pokrenuti ne samo umjetno. Poznate su razne bolesti kod kojih se koncentracija trombina u krvi povećava i krv koagulira. Nanoroboti bi trebali spriječiti pojavu GVK, zbog prirodnih čimbenika. U ljudskom protoku krvi GVH se inhibira i lokalizacijom (prisutnost enzima trombina samo u blizini mjesta krvarenja) i odgovarajućim enzimima (antitrombin III - potencijalni inhibitor). Klotitociti trebaju biti opremljeni senzorima za otkrivanje povećanja razine trombina, fibrinogena, plazminogena, alfa2 - antiplazmina, antitrombina III, faktora VII i proteina C za uklanjanje GVK. Ako se uvjeti GVK povećaju, nanoroboti će aktivno apsorbirati trombin ili koristiti jedan od njegovih inhibitora.

S vanjskim ranama, strani predmeti, poput bakterija, krutih čestica itd., Često ulaze u krvotok. Zaustavljanje krvarenja, klotociti, očito, trebaju služiti kao pročišćivači, što implicira složenost njihovog programa i dizajna. Također je moguće koristiti i druge vrste nanorobota (na primjer, nanofagociti) koristeći akustičke signale za učinkovito pročišćavanje krvi od vanjske invazije, što podrazumijeva prisutnost in vivo protokola navigacijskog sustava.

Hoće li klotociti zaista biti inertni na krvožilni sustav? Hoće li biti kompatibilne s njom? Hoće li oni komunicirati s krvnim stanicama? Odgovori na ova pitanja dat će se samo njihovim detaljnijim razvojem. Doista, koristeći proteine ​​sadržane u membranama eritrocita ili drugih stanica kao vanjsku ljusku klotocita, roboti neće biti napadnuti fagocitima i granulocitima. Mreže robota također moraju biti neimunogene i u potpunosti ih rastopiti fagocitni enzimi kada zaustavi krvarenje. Razmatrani dizajn izrađen od diamondoida bit će biološki inertan. Razvoj materijala za niti zahtijeva dodatno istraživanje.

Logično je da će se ova vrsta nanorobota koristiti zajedno s ostalima koje smo ispitali. Općenito, sve vrste nanorobota tvorit će zajednički umjetni krvožilni sustav.

Artificial Stvoreni biokompatibilni umjetni trombociti iz pacijentovih stanica (siječanj 2020.)

Japanski su istraživači uspjeli brzo napraviti trombocite od matičnih stanica. Ova strategija mora zadovoljiti rastuće potrebe stanovništva.

Mali elementi bez jezgara, ploča, ekstrahromocita cirkuliraju u krvi pored bijelih kugli i crvenih kugli. Njihova je uloga nužna za integritet krvnih žila. U slučaju ozljede lijepe se na oštećeni zid i jedinicu kako bi brzo oštetili kvaru. Ljudi koji nemaju ove dragocjene trombocite rizikuju krvarenje i trebali bi redovito primati transfuzije. To se odnosi, na primjer, na ljude s leukemijom ili na bolesnike koji su podvrgnuti teškoj kemoterapiji.

$ configads_text nije pronađen

Da bi se riješile ove potrebe, razne udruge često se nazivaju krvlju stanovništva. Međutim, za razliku od crvenih krvnih stanica koje se mogu pohraniti nekoliko tjedana, trombociti su krhki i ne mogu se čuvati dulje od pet dana. S druge strane, sa starenjem stanovništva, potražnja za trombocitima vjerojatno će se povećati. Stoga znanstvenici traže alternativna rješenja za isporuku trombocita pacijentima koji ne proizvode dovoljno. Japanski tim sa Sveučilišta Kyoto napravio je korak naprijed u tom smjeru. Uistinu je uspio brzo proizvesti veliki broj trombocita iz matičnih stanica koji su na početku svih stanica tijela. Očekuje se da će njegova strategija predstavljena u ćeliji matičnih ćelija bolje ispuniti očekivanja zajednice.

Dosta trombocita za transfuziju u samo pet dana

Posljednjih godina istraživanje matičnih stanica postiglo je ogroman napredak, posebno nakon otkrića induciranih pluripotentnih matičnih stanica (iPSC), matičnih stanica načinjenih od već diferenciranih stanica, poput stanica kože. Nedavno su japanski istraživači uspjeli napraviti trombocite od iPSC-a, ali njihova metoda nije bila dovoljno učinkovita da proizvede dovoljno za transfuziju.

Kao rezultat, tim je revidirao to pitanje da bi razvio djelotvorniju taktiku. Nakon višemjesečnog napornog rada svi su se ti napori isplatili. Tehnika se sastoji u poticanju aktivnosti triju specifičnih antigena iPSC kako bi ih se prisili da se diferenciraju u prekursore megakariocita, divovskih stanica na početku trombocita. Zatim, potiskujući ista tri gena, istraživači su uzrokovali njihovo sazrijevanje u megakariocitima i trombocitima. Prema rezultatima, možete dobiti vrlo velik broj trombocita u samo pet dana! S druge strane, prekurzori megakariocita mogu se pohraniti u kulturi nekoliko mjeseci i tako su stabilan izvor krvnih pločica.

Da bi testirali funkcionalnost umjetnih trombocita, autori su ih uveli u miša s unutarnjim krvarenjima. Uspješno iskustvo: trombociti nakupljeni na ranama i uspješno zatvoreni praznine. „Mislim da smo vrlo blizu ljudskoj upotrebi,“ kaže Denis Wagner, istraživač sa Sveučilišta Harvard u Bostonu, SAD. Međutim, još je potrebno napraviti mnogo studija, posebno za poboljšanje kvalitete umjetnih trombocita. "Dobro djeluju, ali nisu toliko dobri kao pravi", rekao je Nicholas Pineo, biolog u kanadskoj Službi za krv u Ottawi u Kanadi. Japanski znanstvenici još uvijek rade uoči kliničkih ispitivanja koja bi željela započeti za dvije do tri godine.

Pin
+1
Send
Share
Send

Pogledajte video: DOŽIVETI STOTU: Transfuzija (Travanj 2020).