Oamenii de știință descoperă un semnal cheie pentru producerea de sânge artificial

Oamenii de știință sunt cu un pas mai aproape de crearea sângelui artificial: descoperirea unui semnal cheie, CXCL12, ar putea face producția de globule roșii mai eficientă.

Oamenii de știință lucrează de zeci de ani la producerea artificială a sângelui. Acum, cercetătorii de la Universitatea din Konstanz și de la Universitatea Queen Mary din Londra au făcut un pas important înainte cu o nouă descoperire.

În Germania, sunt necesare zilnic aproximativ 15.000 de unități de sânge, majoritatea provenind de la donatori. Cercetările privind metodele alternative de obținere a sângelui, inclusiv producția artificială în masă, sunt în desfășurare de mulți ani, dar sunt încă departe de a fi utilizate pe scară largă. Principala problemă constă în mecanismele extrem de complexe și puțin înțelese prin care organismul produce în mod natural acest fluid vital.

Identificarea unui semnal cheie pentru formarea globulelor roșii

Dr. Julia Gutjahr, biolog la Institutul de Biologie Celulară și Imunologie Thurgau al Universității din Konstanz, studiază mecanismele hematopoiezei. Împreună cu colegii de la Universitatea Queen Mary din Londra, ea a identificat un semnal molecular – chemokina CXCL12 – care declanșează procesul de expulzare a nucleului din precursorii globulelor roșii. Aceasta este o etapă cheie în dezvoltarea globulelor roșii.

„Etapa finală a transformării eritroblastului într-o celulă roșie este expulzarea nucleului. Acest proces este specific mamiferelor și face loc hemoglobinei, care este implicată în transportul oxigenului”, explică Gutjahr.

Deși procesul de maturare a celulelor stem în globule roșii este aproape optimizat, până acum nu a fost clar ce factori declanșează expulzarea nucleului.

„Am descoperit că chemokina CXCL12, care este prezentă în principal în măduva osoasă, poate iniția acest proces în combinație cu o serie de alți factori. Prin adăugarea de CXCL12 la eritroblaste la momentul potrivit, am reușit să inducem artificial expulzarea nucleară”, spune Gutjahr.

Ce înseamnă asta pentru producerea artificială de sânge?

Această descoperire a reprezentat o realizare științifică importantă care ar putea îmbunătăți semnificativ eficiența producției artificiale de sânge în viitor. Cu toate acestea, sunt necesare cercetări suplimentare.

Din 2023, Gutjahr își conduce propriile grupuri de cercetare la Institutul de Biologie Celulară și Imunologie Thurgau și continuă să studieze rolul CXCL12.

„Acum investigăm cum să folosim CXCL12 pentru a optimiza producția artificială de globule roșii umane”, explică Gutjahr.

Pe lângă aplicațiile practice în producția industrială de globule roșii, rezultatele studiului oferă noi perspective asupra mecanismelor celulare: spre deosebire de alte celule, care migrează atunci când sunt stimulate de CXCL12, în eritroblaste acest semnal este transportat în interiorul celulei, chiar și în nucleul acesteia. Acolo, accelerează maturarea celulelor și promovează expulzarea nucleului.

„Studiul nostru arată pentru prima dată că receptorii chemokinelor acționează nu doar la suprafața celulei, ci și în interiorul acesteia, deschizând perspective complet noi pentru biologia celulară”, a declarat profesorul Antal Roth de la Universitatea Queen Mary.

Optimizarea producției pentru aplicații pe scară largă

Astăzi, celulele stem rămân cea mai eficientă metodă de producere a sângelui artificial: expulzarea nucleului are loc în aproximativ 80% din celule. Însă sursele de celule stem sunt limitate (sângele din cordonul ombilical, măduva osoasă a donatorului), ceea ce face imposibilă producția în masă.

Oamenii de știință au reușit recent să reprogrameze diferite tipuri de celule în celule stem și să le utilizeze pentru a genera globule roșii. Această metodă oferă o sursă aproape nelimitată de celule, dar durează mai mult și este mai puțin eficientă: doar 40% dintre celule își expulzează nucleul.

„Noile noastre descoperiri privind rolul cheie al CXCL12 ne dau speranța că utilizarea sa va îmbunătăți semnificativ eficiența producției de globule roșii din celulele reprogramate”, notează Gutjahr.

Dacă producția în masă devine posibilă, va apărea o gamă largă de aplicații: producția țintită a unor grupe sanguine rare, eliminarea deficitului de sânge al donatorilor și posibilitatea recreării propriului sânge al unui pacient pentru tratamentul specializat al diferitelor boli.

Studiul este publicat în revista Science Signaling.