איך לנשום מתחת למים: כדוריות הדם האדומות הסינתטיות הראשונות

רספירוציטים הם תאי דם אדומים סינתטיים, שייתכן ויוכלו להחליף בעתיד את תאי הדם האדומים הטבעיים של הגוף במחזור הדם. בתוך תאי הנשימה יידחס החמצן בצפיפות גבוהה במיוחד, וישתחרר באיטיות כאשר חסר חמצן בדם, כפי שקורה במקרים של טביעה, התקף לב ושבץ מוחי

זה קרה בחוף אשדוד, שנת 2020. אחד מהמתרחצים בחוף הגברים נסחף למים העמוקים ולא הצליח לשמור על ראשו מעל המים. עד שהגיע המציל, בילה הקורבן חצי שעה מתחת למים וצפה בעניין בדגים, כשבועות אוויר יוצאות מפיו ומעידות על נשימה סדירה. בלי בלון חמצן, בלי שנורקל. הוא רק היה צריך את הרספירוציטים בגופו.

מהם הרספירוציטים? אלו תאי דם אדומים סינתטיים, שייתכן ויוכלו להחליף בעתיד את תאי הדם האדומים הטבעיים של הגוף במחזור הדם. הרספירוציטים יוכלו להוביל חמצן לתאים, בדיוק כפי שעושים תאי הדם האדומים הרגילים, ומכך גם קיבלו את שמם: רספירו, `נשימה` וציטים, `תאים` – `תאי נשימה`. בתוך תאי הנשימה יידחס החמצן בצפיפות גבוהה במיוחד, וישתחרר באיטיות כאשר חסר חמצן בדם, כפי שקורה במקרים של טביעה, התקף לב ושבץ מוחי. קורבן התאונה או המחלה יוכל להמשיך לנשום במשך דקות ארוכות, עד להגעת כוחות ההצלה.

אם הרספירוציטים נראים לכם כתרופת קסם, אתם צודקים. מדובר ברעיון תיאורטי בלבד שנהגה על ידי התיאורטיקן רוברט פרייטס ג`וניור לפני עשר שנים. כיום לא ניתן להגיע לרמת דחיסה שכזו של חמצן בנפחים קטנים ומדויקים כל-כך, וודאי שלא ליצור את מנגנון השחרור האיטי והמבוקר היטב שיידרש כדי למנוע מהחמצן הדחוס להתפוצץ בבת-אחת אל מחוץ לרספירוציטים ולנפח את האדם כבלון (פעולה שבוודאי תסייע בשיפור יכולת הציפה שלו, אך תפריע לפעולות ביולוגיות בסיסיות אחרות, כמו לחיות). אך למרות הבעיות הרבות, התפרסם לפני פחות משבועיים מחקר חדש, המעיד כי אנו קרובים ליכולת לייצר כדוריות דם אדומות מלאכותיות, מעשה ידי אדם.

קבוצת החוקרים, מבית הספר לרפואה של הארווארד, לא ניסתה ליצור רספירוציטים וגם לא התיימרה לכך. הם ניסו בסך-הכל ליצור מבנים דמויי תאים, שיוכלו לבצע את תפקידם של תאי הדם האדומים ולשנע חמצן במחזור הדם. פעולה זו קשה יותר מכפי שהיא נשמעת, מכיוון שכדוריות הדם הן פלאי הנדסה של ממש: הן חזקות וגמישות, ובעלות צורה דיסקואידית המאפשרת להן להידחק דרך כלי דם שקוטרם קטן יותר מקוטר כדורית הדם עצמה. הן מצליחות במקום בו פולימרים רגילים, כמו פוליסטירן, נכשלים. החוקרים הבינו שהחומרים ושיטות הייצור הקיימות אינם מתאימים למלאכה, ולכן המציאו דרך חדשנית משלהם ליצירת כדוריות הדם האדומות הסינתטיות.

קל להבין את תהליך הייצור אם חושבים על בלון מלא באוויר, המצופה בשכבות רבות של פלסטלינה. אם נדקור את הבלון בסיכה דרך המעטה הרך, הוא יתפוצץ לרצועה דקה של גומי – אך ציפוי הפלסטלינה ישמור על צורתו המקורית. החיפוי שנותר יהיה גם רך וגמיש מספיק כדי להתעוות ולשנות את צורתו תחת לחץ, וכך יוכל לעבור בצינורות שקטנים יותר מקוטרו המירבי.

במקום בלון, השתמשו החוקרים בכדוריות סינתטיות שעוצבו לצורה דיסקואידית והיו עשויות מחומרים פולימריים כמו פוליסטירן ו- PLGA. הכדוריות צופו בשכבה על גבי שכבה של המוגלובין וחלבונים אחרים. ההמוגלובין הוא החלבון החשוב ביותר בכדוריות הדם האדומות הטבעיות, והוא זה המסוגל לקשור אליו את החמצן ולשחרר אותו בקרבת התאים הרעבים. כל כדורית צופתה במספר שכבות של חלבונים שיצרו מעטה גמיש ודק – שגם היה מסוגל לספוח חמצן מהסביבה. עם תום תהליך הציפוי, המיסו החוקרים את הבסיס הפולימרי הנוקשה של הכדורית וכך נשארו רק שכבות החלבונים שהקיפו אותה, כשהן משקפות את צורתה המקורית של הכדורית ומתפקדות בדרך דומה לכדורית דם אדומה של ממש.

מבחנים שנערכו על כדוריות הדם האדומות הסינתטיות הוכיחו שהן יכולות לעמוד בכוחות מכניים דומים לאלו בהן עומדות כדוריות דם אדומות טבעיות, ויכולות גם לעבור דרך צינוריות זכוכית דקות יותר מקוטרן, המדמות כלי דם קטנים במיוחד. אלו עדיין אינם רספירוציטים המסוגלים לאגור חמצן דחוס, אך יכולת קשירת החמצן שלהן מרשימה וזהה לזו של כדוריות דם אדומות טבעיות המגיעות מדם עכבר והן מסוגלות לשמור על יכולת זו גם לאורך שבוע שלם של ניסוי.

מדובר כבר היום בהתקדמות מרשימה בדרך ליצירת תחליף דם סינתטי שיוכל להוביל חמצן לכל הפינות החבויות של הגוף ויוכל להפחית את הצורך בתרומות דם. החוקרים מציינים כי ניתן לצפות את הכדוריות גם בשכבות של חומרים אחרים מלבד המוגלובין, כגון תרופות שישתחררו באיטיות לתוך הדם. אך האם מכאן יתממש חלום הרספירוציטים? יש להודות כי אלו עדיין רחוקים מאיתנו כדי שנים רבות, ונצטרך לעבור עוד משוכות רבות עד שנגיע לטכנולוגיה משוכללת מספיק לייצורם. האופטימיים יאמרו כי חצינו בזאת משוכה אחת נוספת. הפסימיים יפסיקו לקרוא בנקודה זו.

הכתבה בבלוג של רועי צזנה – מדע אחר