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发布时间:2010年09月23日,  已有 5 人推荐


26岁的英国中尉马克·埃文森(Mark Evison)带领着一个排在阿富汗赫尔曼德省的硝烟中艰难前行,直至一颗斜里飞来的子弹击中了他的肩膀。战友们手忙脚乱地想为他止住从动脉中喷薄而出的血,但所有努力都不奏效,他被空运回伯明翰的医院,三天后,在家人的环绕下咽下了最后一口气,死因,失血过多。

血液,我们的生命之泉

马克只是战场上无数例子中的沧海一粟。以美军为例,由于个人装备水平不断提升,单兵在战场上能活着被带回基地的几率越来越大,但日益增多的伤兵却给美军的医疗照护系统带来了沉重负担,新鲜血液库存严重不足的问题也更显严峻。在战场上,除了子弹和饮水,士兵们最不愿意发现储备不足的就属血液。而统计表明,美军在战场上的死亡人数中有一半死于外伤带来的失血过多。

人体内统共有四至五升的血液。当人体失血超过总血容量的15%时,身体便逐渐开始出现各种症状,如心跳加快、体温下降、血压降低,甚至可能发生低血容量性休克。当失血超过40%时,人体代偿机制的负荷能力已经不足以依靠剩余的血量维持生命机能,如果不在一小时的黄金抢救窗口期内及时输血,人的心脑器官会受到极大损害,最终导致死亡。

血液是如此不可或缺,但近几年来,全世界合格血液的需求缺口却在不断急剧增长。一方面,随着西方社会老龄化,适合捐血的人群相对减少。另一方面,因为刺青、穿孔等行为在青少年间风靡,许多血液传播疾病也随之开始流行,结果导致这些捐血主力军捐出的血液常常因检出病原体,只能被弃之不用。2010年6月,因为万能血液——O型阴性血的库存严重不足,美国红十字会只能紧急呼吁公众捐血。

除了血液总量不足,血液的保存也是个极度令人困扰的问题。究竟离体的血液能贮存多久?医学界仍在争论不休。红十字会的通行做法是丢弃所有超过6周(42天)的血液,但很多专家则认为超过4周的血液就 不该再被使用。有研究证明,新鲜的血液能携带更多氧气,也有助于伤员更快地恢复健康。同时,超过2周的血液令输血者感染或器官衰竭的几率都显著上升。

为了解决这些问题,人类研究能输氧的人造血液已经有超过七十年的历史。理想的血液替代物(blood substitute)应该具有如下特征:可运输氧气,容易制备,有效期长,无毒,无抗原性,不传递疾病,不干扰诊断检测,对人体的其他风险较小。听起来似乎不难,但真正实践时,情形远比人们预想的复杂。

第一代血液代替物主要是纯化学合成的全氟碳(PFC),这是一种能携带氧气和二氧化碳的的卤素分子,由于分子本身的疏水性,输入人体前必须先与水性液体混合成白色的乳状液。全氟碳在体内不被吸收亦不被代谢,一般会随血液循环至肺部后被缓缓呼出。接受全氟碳的患者会有发烧等不适症状,但一般不会有较大风险。日本绿十字公司制造的Fluosol-DA就属于此类。1989年通过FDA审批的Fluosol-DA使用复杂,成功率不高,还有各种副作用。1994年它就退出了市场,尽管如此,Fluosol-DA仍是迄今唯一曾获FDA批准的人造血液。

对美军而言,他们需要在阿富汗、在伊拉克、在全世界各偏远之地进行他们的反恐战争,而大部分捐血者来自美国本土,经过血液采集、病原检测、长途运输,许多血液抵达前线时已经是三周之后。也就是说,根据严格的医学观点,海外美军急救时用的血液大多都已属于不新鲜的血液。而就连不新鲜的血液也常面临匮乏的局面,当一场激战留下了多名伤员亟需抢救,往往是所有移动血库里的存量全部上阵也不敷所需。这时候没有受伤的士兵们就必须整齐列队,一起伸出胳膊,挽起袖子,捐出自己的血液来挽救垂危战友的生命。

这种现抽现输的应急预案听起来不错,但有两大问题,首先,数量上依然受限,在不影响健康的前提下,一个人能提供的血液不过一单位(约450毫升),而平均抢救一名伤兵需要六单位血液。其次,在这种紧急情况下,所抽出的血液自然不可能像FDA规定的那样进行病原体检测,因此这种事急从权的处理办法其实潜藏着巨大的健康风险。而据美国国防卫生局(Defense Health Board)2008年6月的一份报告统计,仅2007年中,美军在阿富汗和伊拉克就有超过6000次这样的应急输血。有鉴于此,2008年,五角大楼找来了下属的美国国防部高级研究计划局(DARPA),要他们想办法一劳永逸地解决偏远战区的供血难题。

英军、以军,与DARPA的选择

DARPA这个机构成立于1958年,就在前苏联发射斯普特尼克卫星之后,受了巨大刺激的美国人交给这个尖端科技研究部门的任务就是:确保以后不再让别国在技术上给美国那样的“惊喜”。几十年来,DARPA也的确硕果累累,我们掌中小巧玲珑的GPS就是DARPA二十年前的研究成果。如今的DARPA雇员大约240人,其中大约140位技术骨干掌握着32亿美金的预算,是个千真万确“不差钱”的地儿。

缺血是全世界的难题。在DARPA之前,各国已有无数科学家绞尽脑汁寻求解决方案。一种自然的思路是寻求能大量制造的血液替代物——既然爱美女性可以用硅胶替代胸部的脂肪,难道没有什么液体能代替血液来运输氧气么?

循着这个思路,英国政府生物技术科学研究委员会(BBSRC)资助了这个方向上的研究。遗憾的是,此项尝试迄今未能成功。英国埃塞克斯大学(University of Essex)的生化学家、血液替代物研究者克里斯?库珀(Chris Cooper)表示,技术难点主要在红细胞中的血红蛋白(hemoglobin)上。当红细胞完整时,它内部的血红蛋白随着携氧量的高低,呈现红色或深红色,红细胞的红色就来源于此。但假如没有红细胞的包裹,液体中的血红蛋白很快会被强氧化变性成深棕色或绿色的有毒物质。

“简言之,游离的血红蛋白产出的自由基会损伤心脏和肾脏,”库珀教授说,“血液替代物的技术难点就在于如何减轻这个分子的毒性,同时还能保持它的携氧能力。”

与英国不同,以色列国防部把脑筋动到了血液的保存上。他们拨款让旗下的医疗公司研究冻干血液。以色列中校阿米尔?布鲁门菲尔德(Amir Blumenfeld)表示,“我们的办法是抽出一个士兵的血液,在实验室里把它迅速冻结,然后分离出冰晶,余下的血液组分会呈现干粉状,看起来就像袋装的速溶咖啡。”

以色列国防部计划在几年内,让每个以色列士兵都随身携带这么一包自己的“速溶血液”,假如士兵在战场上因受伤需要输血时,军医就可以用无菌水与血液干粉混合,迅速“冲泡”出救命的血液。美中不足的是,速溶的咖啡味道总不如现煮的那样芬芳,这种速溶血液与新鲜的血液在各方面的差异还是比较明显的。目前试验中速溶血液最好的效果大约能达到新鲜血液携氧量的80%。

血液替代品——找不到。速溶血液法——不够好。每天发动大众踊跃捐血——不现实。那么还有什么办法,能让战场上的士兵及时、保质、保量地得到血液补给呢?

干细胞与人造血液

人类干细胞能带来哪些福音?你的第一反应或许会是“修复”——它能让发秃齿豁的老者生发萌牙,能让因心梗而坏死的心肌细胞复苏再生,能修补因糖尿病而满目疮痍的胰岛,能让因老年痴呆症而消亡的神经细胞焕发生机……比起这些激动人心的前景,人造血液听上去或许少了几分神奇,但它的重要性可毫不逊色。

美国爱因斯坦医学院血液学教授埃里克?博哈斯让(Eric Bouhassira)表示,“干细胞医疗最简单的应用可能就属造红细胞了。”要再造心肌细胞、胰岛细胞或者神经细胞,研究者不单要让干细胞分化成合适的细胞,还要让细胞在正确位置生长,同时还能在体内正常工作。而红细胞,只要能分化成熟,一输进血管,它自然能正常工作。此外,比起其他组织,来自异体的红细胞只要血液配型合适,便不会出现免疫排斥的问题。

DARPA最后正是选择了干细胞这条路,两年前,DARPA拨款195万美元给俄亥俄州克利夫兰的Arteriocyte公司,让他们就人造血液立项研究。这个公司利用机器模拟骨髓造血的环境,让造血干细胞在体外大量生产血液,而就在今年七月初,该公司出产的第一批次人造血液已经被送往FDA审批。

Arteriocyte公司也是在机缘巧合下开始体外培养红细胞的。他们最初的目标是大规模培育造血干细胞(hematopoietic stem cells)。那时约翰霍普金斯大学研究出了一种以纳米纤维为基础的体外细胞扩展新技术,Nanex,用于解决干细胞医疗的一个瓶颈——干细胞数量不足。Arteriocyte公司的做法是用纳米纤维模拟骨髓环境,那儿是造血干细胞分裂的地方,在他们最初的设想里,造血干细胞应该在适宜的养分和生长因子中数量稳定倍增。但干细胞这些娇客们对生长环境的要求近乎苛求。可能是温度、氧气浓度、二氧化碳浓度这些实验条件的细微变化,导致造血干细胞在Nanex系统里并不能长期维持稳定,会很快分化成红细胞。Arteriocyte公司一开始非常沮丧,直到他们福至心灵地想到,或许他们找到了人造血液的方法!

养红细胞不难,Arteriocyte公司老板唐纳德?布朗(Donald Brown)表示,难的是大量养红细胞,让红细胞的量产达到可以满足伤员需要——这是最大的挑战。和治疗老年痴呆需要培养的神经细胞相比,输血需要的红细胞数量高了好几个数量级。小圆盘般的红细胞占人体血液体积的40%,而一单位血液里面含有一万亿以上个红细胞。据统计,每年全世界的医院总共约消耗7500万单位的血液。

目前Arteriocyte公司整套人造血液的工艺流程已经相对成熟可靠,一台全自动化的造血机器大小只不过相当于一台冰箱。这台机器身兼数职,它是台培养机:能维持一定数量的造血干细胞群;同时能让一部分干细胞在合适的微环境下分化成红细胞。它也是台分离机:能自动将最终产品——成熟的红细胞分拣纯化出来。它还是台包装机:能把合格的人造血液在无菌环境下包装成“即开即用”的血液包。而对终产品的初步试验证明,人造血液功能上与捐献的血液无甚区别。人造血液来源于脐带血中的造血干细胞。一份干细胞能提供20单位血液——全部是万能的O型阴性血,在战场上,这可能意味着3名士兵的宝贵生命。

未来的战场救援

布朗表示,现在Arteriocyte公司所需做的就是把生产规模化,让人造血液的成本下降。 这有两种实现方式,一是改进细胞培养技术,让每份脐带干细胞所能分化成熟的红细胞数量提高。二是改进制造模拟骨髓环境的培养室的工艺,让每个培养室的单位造价下降。

让我们做个简单的成本计算,即使血液本身来源于无偿献血,花在测试每单位血液病原体上的费用仍在100至160美元之间,而且随着各种新型病原体被发现,检测费用还在不断攀升,再加上贮存、运输、人工这些费用,“免费”的鲜血其实依然很昂贵。目前而生产一单位人造血液的成本是5000美元,DARPA认为,考虑到人造血液的种种好处,当它成本降至低于每单位1000美元时,就是一个划得来的买卖。DARPA计划再给Arteriocyte公司三年,让他们造出能连续八周自给自足、同时周产100单位血液的机器系统,这机器必须不大于47立方英尺(约1.3立方米),并且能在军事前线那种恶劣的环境下稳定工作。届时,机器开动,血液出来——还有比这更新鲜更安全的血液吗?

人造血液的临床试验预期要到2013年后才能开展,但当战场上血流如注的伤员命悬一线,也许在应急预案中加入人造血液这一选项并不会招致太大的反对声浪。正因如此,布朗才会乐观地预期五年内就会看到人造血液在军中的应用。

除了人造血液,DARPA还拨款近千万美金给美国德州农工大学研究能让失血过多的人暂时陷入状态的“假死药”,丙戊酸。在试验中,研究者们给一群猪——因为猪和人类的心肺循环系统极为相似,同时可能也因为没有动物保护组织会为此找研究者的麻烦——麻醉后放血60%,然后一组给予丙戊酸,一组输生理盐水以补充血量,一组则直接输全血抢救。最后,输全血的抢救效果自然最好,猪只们全部从死亡线上被救了回来。而丙戊酸组的存活率达到了86%,远高于只有25%的生理盐水组。研究者们预估这种药能让失血过多的黄金抢救时间从一小时延长到六小时。

试想几年后的战场上,重伤的士兵接受一针丙戊酸后迅速陷入假死状态。与此同时,旁边冰箱大小的机器发出低低轰鸣,不久,新鲜的血液便自机器中汩汩流出,最后,刚刚还垂死的战士原地满血复活……在飞速发展的科技面前,你不得不感叹,现实有时候比科幻小说还富有魔幻主义。

【《周末画报》约稿,已发】

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