Vedci objavili kľúčový signál pre umelú produkciu krvi

Vedci sú o krok bližšie k vytvoreniu umelej krvi: objav kľúčového signálu CXCL12 by mohol zefektívniť produkciu červených krviniek.

Vedci pracujú na umelej produkcii krvi už desaťročia. Teraz výskumníci z Univerzity v Kostnici a Univerzity kráľovnej Márie v Londýne urobili významný krok vpred s novým objavom.

V Nemecku je denne potrebných približne 15 000 jednotiek krvi, z ktorých väčšina pochádza od darcov. Výskum alternatívnych metód získavania krvi vrátane umelej hromadnej produkcie prebieha už mnoho rokov, ale stále má ďaleko od rozsiahleho používania. Hlavný problém spočíva v mimoriadne zložitých a nedostatočne pochopených mechanizmoch, ktorými telo prirodzene produkuje túto životne dôležitú tekutinu.

Identifikácia kľúčového signálu pre tvorbu červených krviniek

Dr. Julia Gutjahr, biologička z Inštitútu bunkovej biológie a imunológie Thurgau na Univerzite v Konstanzi, študuje mechanizmy hematopoézy. Spolu s kolegami z Queen Mary University v Londýne identifikovala molekulárny signál – chemokín CXCL12 – ktorý spúšťa proces vylúčenia jadra z prekurzorov červených krviniek. Toto je kľúčový krok vo vývoji červených krviniek.

„Poslednou fázou transformácie erytroblastu na červenú krvinku je vypudenie jadra. Tento proces je jedinečný pre cicavce a uvoľňuje miesto pre hemoglobín, ktorý sa podieľa na transporte kyslíka,“ vysvetľuje Gutjahr.

Hoci proces dozrievania kmeňových buniek na červené krvinky je takmer optimalizovaný, doteraz nebolo jasné, ktoré faktory spúšťajú vypudenie jadra.

„Zistili sme, že chemokín CXCL12, ktorý je primárne prítomný v kostnej dreni, môže tento proces iniciovať v kombinácii s množstvom ďalších faktorov. Pridaním CXCL12 k erytroblastom v správnom čase sme dokázali umelo vyvolať vypudenie jadra,“ hovorí Gutjahr.

Čo to znamená pre výrobu umelej krvi?

Tento objav bol vedeckým prelomom, ktorý by v budúcnosti mohol výrazne zlepšiť účinnosť umelej produkcie krvi. Stále je však potrebný ďalší výskum.

Od roku 2023 vedie Gutjahr vlastné výskumné skupiny v Inštitúte bunkovej biológie a imunológie Thurgau a naďalej skúma úlohu CXCL12.

„Teraz skúmame, ako využiť CXCL12 na optimalizáciu umelej produkcie ľudských červených krviniek,“ vysvetľuje Gutjahr.

Okrem praktických aplikácií v priemyselnej produkcii červených krviniek poskytujú výsledky štúdie nové poznatky o bunkových mechanizmoch: na rozdiel od iných buniek, ktoré migrujú, keď sú stimulované CXCL12, v erytroblastoch je tento signál transportovaný dovnútra bunky, dokonca aj do jej jadra. Tam urýchľuje dozrievanie buniek a podporuje vypudenie jadra.

„Naša štúdia po prvýkrát ukazuje, že chemokínové receptory pôsobia nielen na povrchu bunky, ale aj vo vnútri bunky, čo otvára úplne nové perspektívy pre bunkovú biológiu,“ povedal profesor Antal Roth z Queen Mary University.

Optimalizácia výroby pre široké uplatnenie

Kmeňové bunky dnes zostávajú najúčinnejšou metódou na výrobu umelej krvi: k vypudeniu jadra dochádza približne v 80 % buniek. Zdroje kmeňových buniek sú však obmedzené (pupočníková krv, kostná dreň darcu), čo znemožňuje hromadnú výrobu.

Vedcom sa nedávno podarilo preprogramovať rôzne typy buniek na kmeňové bunky a použiť ich na generovanie červených krviniek. Táto metóda poskytuje takmer neobmedzený zdroj buniek, ale trvá dlhšie a je menej účinná: iba 40 % buniek vylúči svoje jadro.

„Naše nové zistenia o kľúčovej úlohe CXCL12 nám dávajú nádej, že jeho použitie výrazne zlepší účinnosť produkcie červených krviniek z preprogramovaných buniek,“ poznamenáva Gutjahr.

Ak bude možná hromadná výroba, objaví sa široká škála aplikácií: cielená produkcia vzácnych krvných skupín, odstránenie nedostatku darcovskej krvi a možnosť znovuvytvorenia vlastnej krvi pacienta na špecializovanú liečbu rôznych ochorení.

Štúdia je publikovaná v časopise Science Signaling.