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踩在科幻与现实的门槛上:研究人造血 人造现实图片

2017-1-23 17:25| 发布者: admin| 查看: 236| 评论: 0

本文标题:踩在科幻与现实的门槛上:研究人造血

血液

  人造血的优点如下:第一,捐赠的天然血只能保存42天,而且还要冷藏,但是人工血可以在室温中存储一至三年。第二,人造血不必考虑血型是否吻合,将来进一步连猫和狗等动物都能够受惠。第三,一般捐赠的血输入病人体内后,要24小时之后才能恢复100%的运载氧气的能力;人工血则可以立即达到100%运送氧气的作用

  研究人造血势在必行

  据英国《独立报》8月2日报道,几个世纪以来,科学家一直试图找到能够替代血液的物质,他们的尝试不一而足,包括牛奶、红酒甚至尿液等,都曾被用来代替血,但是,这些尝试都以失败告终。

血液

  自从1628年英国医生威廉·哈维发现血液循环以来,人类就不断进行着输血的尝试。1667年,法国哲学家丹尼斯和外科医生埃默累兹第一次将250毫升羊羔血输给了人,可能因为所输的血量不足以导致患者的身体产生排异反应,该试验获得了成功,接受输血的男孩活了下来。接着,不断有人重复他们的实验,但往往出现极其严重的后果,甚至导致死亡,所以输血的尝试慢慢停顿下来。

  一个世纪后,日历翻到了19世纪初,人们又开始尝试输血实验。1819年,英国医生布伦德尔第一次完成了人与人之间的输血试验。输血的成功让人们寻找人造血的热情有所减退。

研究人造血势在必行

  但是最近,人们对输血产生感染的担忧与日俱增,他们主要是担心感染HIV和肝炎。英国《独立报》曾报道说,1980年期间,英国有1200名血友病患者因为输入了被污染的血而感染艾滋病病毒,现在,他们中存活在世的不到400人。另外,至少有两人因为输血而感染了疯牛病,还有其他病人感染了肝炎。

  而且,献血人次不断下降、对血液的需求越来越多(每年,仅仅医院中使用的人们捐赠的血就超过7500万个单位,然而,全球每年的血液缺口大约为400万多个单位)、人口的老龄化和外科手术在数量和复杂程度方面的不断增加,都给血液供应带来了难度。

  四夸克物质

物理

  夸克一般为2个或3个成对,这是几乎所有的实验给出的结果。但在2013年夏季,中国的BESIII实验和日本的Belle实验分别报告称他们在高能正负电子对撞实验中检测到了由4个夸克组成的神秘粒子。尽管对这种被称作Zc(3900)的粒子的性质还有其它可能的解释,但4夸克粒子真实存在的可能性看来非常大,因为在那之后中国的研究组又发现了其它一系列由4夸克组成的物质粒子。

  超高能中微子

物理

  那些用于监测罕见偶发事件的监测系统往往造价昂贵,但最终监测数年而一无所获。因此,近期科学家们对一个消息感到振奋鼓舞的心情也就不难理解了:他们设立在南极的冰立方探测器——一台专用于监测中微子的巨型设备,在2013年报告检测到两个具有异常高能量的中微子粒子,其能量接近1000TeV(1千万亿电子伏特),这比来自太阳的中微子能量高出近10亿倍。随后南极冰立方望远镜项目的科学家们进一步进行了数据分析并发现了另外26个能量高于30 TeV的中微子。

  难以捉摸的暗物质

物理

  2013年在暗物质研究领域同样取得了进展,一批与之相关的长期研究项目陆续开始公布其结果,不过遗憾的是,有关暗物质本质的问题仍然没有被揭开。在2013年的4月份,丁肇中教授领衔的,安装在国际空间站上的阿尔法磁谱仪项目报告他们在宇宙射线中检测到正电子的过量。这可能与空间中暗物质粒子的湮灭有关,但在更高能级水平上的数据还需要排除其它可能的解释。而另外两项在地面上进行的实验则从另一个方向着手,他们试图直接捕获被认为构成了暗物质的候选粒子,即“WIMP”(大质量弱相互作用粒子)。

研究人造血势在必行

  另外,血液不能无限期地储存,它必须在30天至35天内使用,这使得约有10%的捐献血液不能被合理利用。血液还需要冷冻,因此在一些生死关头,例如车祸现场或战场上,进行输血就很困难,这也是美国军方在越南战争前首先开始研究并开发人造血的原因。

  上述诸多因素叠加在一起,促使科学家再一次踏上寻找人造血的“万里长征”。到目前为止,科学家用于人造血研究的投入超过了10亿英镑,许多科学家相信,人造血离人类越来越近。

研究人造血势在必行

  但是,找到血液的替代品或者制造出人造血液,从来不是一件简单的事情,尽管美国HBO(家庭票房)频道获得如潮好评的电视剧《真爱如血》展示了人造血的迷人前景——在该剧中,日本人发明了一种叫做“真血”(True Blood)的人造合成血,吸血鬼们可以通过购买的方式获得血液来维生,一夜之间从传说中的怪物摇身变成了普通市民。

  寻找血液“奶粉”的配方

  血液是一种复杂的物质,拥有几种关键的成分,每一种成分对于维持人的生命都至关重要。白血球(通常被称为免疫细胞)主要负责对抗疾病;血小板让血液凝结成块;红血球通过血红蛋白运送氧气,血红蛋白也可以运送由机体产生的二氧化碳。

寻找血液“奶粉”的配方

  因为血液天生具有的这种复杂性,到目前为止,科学家所进行的研究都不着眼于研制出完全替代血液的物质,而是主要集中于研发出某些能够模拟红血球功能的产品,也就是将氧气运送到人体内,同时将二氧化碳排出体外。但是,基于此研发出的产品缺乏对抗疾病以及让血液凝结成块的能力

  为了具有更大的使用价值,人造血必须摒除捐赠血可能引发的问题。除了能够像红血球一样起作用外,人造血必须是安全无毒的,能够保存很长时间,容易存储,不需要血型必须匹配,不会感染等。

寻找血液“奶粉”的配方

  英国埃塞克斯大学的生物化学和人造血专家克里斯·库珀表示:“我们现在正在寻找的是血液‘奶粉’——如奶粉一样,这种人造血将被存储在一个小袋中,想用的时侯只要与盐溶液再水合就行。护理人员可将其带到事故现场,立刻开始输血。因为这种血液替代品没有细胞,也不存在血型不匹配的问题。”

  目前,有三拨科学家正在从不同的角度、采用不同的方法研制人造血。一拨人研究全氟化碳(perfluorocarbons,PFCs);另一拨人研究人造血红蛋白(haemoglobins);还有一拨人则研究干细胞。

携氧能力超强的全氟化碳

  携氧能力超强的全氟化碳

  全氟化碳或者PFCs是人造的奶白色液体或者乳液,它是一种类环状或直链状有机化合物,具有很高的气体和液体相容性,能够传送氧气和二氧化碳。PFCs配合输氧设备的使用,能让血液携带比普通情况下高出许多的氧气。因此,这类白色代用品又被称为“携氧治疗剂”。

  现代第一个血液的替代物是全氟化合物Fluosol-DA-20。1989年,美国食品和药物管理局(FDA)批准一间叫绿十字(Green Cross)的日本药厂出售名为Fluosol-DA-20的人工血,当这种物质通过人体肺部时,会“挑选”出氧气,氧气在人体内循环,接着该物质被当作肺部排出的水蒸气排出人体

携氧能力超强的全氟化碳

  尽管PFCs在某种程度上可以作为血的替代物,但是,它也存在缺陷,一个需要克服的障碍是,它们不能像基于血红蛋白的物质那样运送更多的氧气,因此需要更多的PFCs才行。后来,人们又发现,Fluosol-DA-20这种人工血有副作用,并在1994年停止出售。

  而据美国《大众科学》杂志报道,美国弗吉尼亚大学的研究人员已经由全氟碳化合物(PFCs)合成出了一种具有超强携氧能力的白色人造血,其携带的氧气量是人类自身血液携氧量的50倍。据了解,这种人造血将是治疗颅脑外伤的最好方法。

携氧能力超强的全氟化碳

  弗吉尼亚大学的研究人员表示,如果白色人造血能赢得军方认可,那不远的将来,医生们就可以用它来挽救更多士兵的生命。

  干细胞研究颇受青睐

  从医学的角度来看,将来可能会出现一种半人工的血,它来自干细胞。其好处是来自于人,是人血以外最接近天然物品的东西,而且,没有血型之分,亦可以说是老少咸宜。在2009年2月,美国FDA批准一组法国学者进行第三回合的临床测试,以验证他们研制的半人工血是否可以替代人血。

干细胞研究颇受青睐

  瑞典、法国和澳大利亚等其他国家的科学家也在利用胚胎干细胞研发人造血。他们的目的是在O型阴性血的红血球中种植出人造血,因为O型阴性血可以输给任何血型的患者,不会出现排斥。

  英国《泰晤士报》曾报道说,美国先进细胞技术公司的科学家们宣布,他们已在实验室中利用干细胞制造出数十亿个功能健全的红血球。倘若这一研究成果能继续推广,人类将从此结束献血,血液可以被源源不断地创造出来。

  另据国外媒体消息,2009年3月,英国科学家宣布将启动一项重点研究项目,在3年内利用试管受精剩下的晶胚干细胞制成人造血,并首次将其输入人类志愿者体内。

干细胞研究颇受青睐

  研究人员将对试管受精治疗后剩下的人类晶胚进行检测,找出那些由遗传决定可以演变成O型血的晶胚。大约只有7%的人拥有O型血,但是利用胚胎干细胞可以生成无数这种血液,因为胚胎干细胞拥有在实验室不断增生的能力。

  这项研究的目的是刺激胚胎干细胞形成成熟的携氧红血球,用于急救输血。利用这种血液不用担心感染艾滋病、肝炎或者疯牛病等传染病。

  但是,干细胞制造出的人工血的缺陷在于其留存时间有限。如果这种人造血研制成功,它将主要在医院中使用。科学家预测,由干细胞制造的人造血将于2013年开始人体实验


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