Forscher haben künstliches Blut entwickelt

Forschern ist es gelungen künstliche Rote Blutkörperchen herzustellen. Das synthetische Blut ist seinem natürlichen Vorbild in den entscheidenden Merkmalen sehr ähnlich. Im Rahmen von Versuchen stellten die Forscher fest, dass sich die künstlichen Blutzellen ebenfalls flexibel durch die Blutkapillare bewegen und auch Sauerstoff und andere Stoffe durch den menschlichen Körper transportieren können. Die napfförmige Gestalt ist ebenfalls identisch.

Aufgrund ihrer napfförmigen Ausgestaltung, sind Rote Blutzellen besonders flexibel. Auch die künstlichen Blutzellen können sich durch die engsten Kapillargefäße quetschen und danach wieder ihre ursprüngliche Form annehmen.

Lebenswichtiges Blut ist Mangelware

Im Juni 2015 hieß es noch in einem Beitrag, dass Forscher gewillt sind im Jahr 2017 erstmals künstliches Blut an Menschen zu testen. Es dauerte noch drei Jahre, bis dieser Ankündigung auch Taten folgen dürfen.

Gerade in Krisenzeiten macht sich bemerkbar, dass Blut eine knappe Ressource ist. Die Arbeit an künstlichem Blut wurde daher in den letzten Jahren intensiv vorangetrieben. Erste Ergebnisse verliefen jedoch nicht vollends zufriedenstellend. Das Problem bestand darin, dass bisher synthetisch hergestellte Blutzellen immer nur Teile der wichtigen Eigenschaften nachwiesen. Das wiederum schränkte die Funktionalität stets ein. Der Fokus der Entwicklungen lag vorwiegend auf der Herstellung Roter Blutzellen, da diese für den lebensnotwendigen Transport von Sauerstoff zuständig sind. Die Komplexität der Blutzellen stellt eine besondere Herausforderung dar, wenn es darum geht diese „zu kopieren“. So tragen Rote Blutkörperchen das eisenhaltige Hämoglobin in sich, das für die Bindung des Sauerstoffs benötigt wird. Nur so avancieren die Roten Blutzellen zu den wichtigen Sauerstofftransportern. Aufgrund der napfförmigen Struktur, können sich die Roten Blutzelle durch jedes noch so kleine Kapillargefäß quetschen und jede Körperregion mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgen. Um vom körpereigenen Immunsystem nicht angegriffen oder zerstört zu werden, wird die Oberfläche der Roten Blutzellen von Proteinen geschützt. All diese Merkmale müsste auch eine synthetische Blutzelle aufweisen, um entsprechend gut im menschlichen Körper agieren und funktionieren zu können.

Synthetisches Blut gleicht dem natürlichen Vorbild

Forschern um Jimin Guo von der University of New Mexico in Albuquerque scheint nun ein Durchbruch im Hinblick auf die Herstellung von künstlichem Blut gelungen zu sein: „Wir haben synthetische Rote Blutkörperchen erzeugt, die in Größe, konkaver Form, Verformbarkeit, dem Sauerstofftransport und der langen Zirkulationszeit im Körper den natürlichen Zellen voll entsprechen“, erklären die Wissenschaftler.

Nach ersten Tests mit Mäusen und Hühnerküken zeigte sich, dass das künstliche Blut verträglich und zudem auch langlebig ist. So zirkulierten die synthetischen Zellen 48 Stunden durch die Tierkörper, ohne dass die Forscher Verklumpungen oder andere Nebenwirkungen feststellen konnten. „Wir haben dafür modulare Verfahren entwickelt, durch die wir die Zellen mit funktionaler Fracht wie Hämoglobin, medizinischen Wirkstoffen, magnetischen Nanopartikeln oder Biosensoren beladen können“, erklären Guo und seine Kollegen. „Das verleiht den künstlichen Roten Blutkörperchen verschiedene Funktionen. Neben dem Sauerstofftransport können sie auch als Arzneimittelfähren dienen, Giftstoffe im Körper anzeigen oder magnetisch kontrolliert werden.“ Das macht die künstlichen Blutzellen sogar noch besser als ihre natürlichen Vorbilder. Gesundheitsexperten prophezeien den kleinen Wunderwerken, dass diese in Zukunft in der Lage sein könnten, beispielsweise tumortötende Medikamente gezielt in den betroffenen Bereich abzugeben. Durch die magnetische Kontrolle können die synthetischen Blutzellen auch aus der Ferne gesteuert werden.

„Inspiriert von den oben genannten wegweisenden Studien, in denen synthetische Konstrukte hergestellt wurden, die ein oder mehrere Schlüsselmerkmale nativer Erythrozyten erreichten, bemühten wir uns, ein modular nachgebautes RBC-Mimetikum (RRBC) zu erstellen, das die vollständigen kombinierten Merkmale nativer Erythrozyten besitzt“, schrieben die Forscher ihre Arbeit in der Zeitschrift veröffentlicht ACS Nano.

Mit der Erzeugung der künstlichen Blutzellen ist den Forschern ein wichtiger Schritt gelungen. Nun müssen sich die Zellen in weiteren Tests bewähren, um den medizinischen Einsatz festigen zu können. Bioingenieure haben sich bewusst mit der Nachbildung von Roten Blutzellen beschäftigt, da diese eine der wenigen Zellen im menschlichen Körper sind, denen ein Kern fehlt. Dies wiederum macht eine Replikation und eine Modifikation der Zellen deutlich einfacher.

Zur Studie: ACS Nano, 2020; doi: 10.1021/acsnano.9b08714