Вчені виявили ключовий сигнал для штучного виробництва крові

Вчені на крок ближче до створення штучної крові: відкриття ключового сигналу CXCL12 може зробити виробництво еритроцитів ефективнішим.

Вчені десятиліттями працювали над штучним отриманням крові. Тепер дослідники з Констанцького університету та Лондонського університету королеви Марії зробили важливий крок вперед, зробивши нове відкриття.

У Німеччині щодня потрібно близько 15 000 одиниць крові, більшість з яких надходить від донорських джерел. Дослідження альтернативних методів отримання крові, включаючи штучне масове виробництво, тривають вже багато років, але досі далекі від широкого застосування. Основна проблема полягає в надзвичайно складних і погано вивчених механізмах, за допомогою яких організм природним чином виробляє цю життєво важливу рідину.

Визначення ключового сигналу для утворення еритроцитів

Докторка Юлія Гутьяр, біолог з Інституту клітинної біології та імунології Тургау в Констанцькому університеті, вивчає механізми кровотворення. Разом з колегами з Лондонського університету королеви Марії вона визначила молекулярний сигнал – хемокін CXCL12 – який запускає процес вигнання ядра з попередників еритроцитів. Це ключовий крок у розвитку еритроцитів.

«Заключним етапом перетворення еритробласта на еритроцит є вигнання ядра. Цей процес унікальний для ссавців і звільняє місце для гемоглобіну, який бере участь у транспортуванні кисню», – пояснює Гутьяр.

Хоча процес дозрівання стовбурових клітин в еритроцити майже оптимізований, досі незрозуміло, які фактори провокують вигнання ядра.

«Ми виявили, що хемокін CXCL12, який переважно присутній у кістковому мозку, може ініціювати цей процес у поєднанні з низкою інших факторів. Додавши CXCL12 до еритробластів у потрібний час, ми змогли штучно викликати вигнання ядра», — каже Гутьяр.

Що це означає для виробництва штучної крові?

Це відкриття стало науковим проривом, який може значно покращити ефективність виробництва штучної крові в майбутньому. Однак, все ще потрібні подальші дослідження.

З 2023 року Гутьяр очолює власні дослідницькі групи в Інституті клітинної біології та імунології Тургау та продовжує вивчати роль CXCL12.

«Зараз ми досліджуємо, як використовувати CXCL12 для оптимізації штучного виробництва еритроцитів людини», – пояснює Гутьяр.

Окрім практичного застосування у промисловому виробництві еритроцитів, результати дослідження дають нове розуміння клітинних механізмів: на відміну від інших клітин, які мігрують при стимуляції CXCL12, в еритробластах цей сигнал транспортується всередину клітини, навіть у її ядро. Там він прискорює дозрівання клітин та сприяє вигнанню ядра.

«Наше дослідження вперше показує, що хемокінові рецептори діють не лише на поверхні клітини, але й усередині неї, відкриваючи абсолютно нові перспективи для клітинної біології», – сказав професор Антал Рот з Університету королеви Марії.

Оптимізація виробництва для широкого застосування

Сьогодні стовбурові клітини залишаються найефективнішим методом виробництва штучної крові: вигнання ядра відбувається приблизно у 80% клітин. Але джерела стовбурових клітин обмежені (пуповинна кров, донорський кістковий мозок), що унеможливлює масове виробництво.

Нещодавно вченим вдалося перепрограмувати різні типи клітин у стовбурові клітини та використовувати їх для створення еритроцитів. Цей метод забезпечує майже необмежене джерело клітин, але він займає більше часу та є менш ефективним: лише 40% клітин виштовхують своє ядро.

«Наші нові висновки щодо ключової ролі CXCL12 дають нам надію, що його використання значно покращить ефективність виробництва еритроцитів з перепрограмованих клітин», – зазначає Гутьяр.

Якщо масове виробництво стане можливим, з'явиться широкий спектр застосувань: цілеспрямоване виробництво рідкісних груп крові, усунення дефіциту донорської крові та можливість відтворення власної крові пацієнта для спеціалізованого лікування різних захворювань.

Дослідження опубліковане в журналі Science Signaling.