Кровезаменители

Гемоглобин является белком эритроцитов и обеспечивает транспорт кислорода и углекислого газа в живых организмах. По своей структуре молекула гемоглобина состоит из двух молекул альфа-протеина и двух молекул бета-протеина. Внутри эритроцита гемоглобин образует разные виды кристаллических упаковок, сами по себе эти упаковки очень хрупкие и вне эритроцита мгновенно разваливаются от небольших перепадов температуры пли колебаний рН-среды, образуя субъединицы, оказывающие повреждающее действие на почечную ткань, приводящие к тромбообразованию. В 60-е годы физиологи попробовали стабилизировать гемоглобин перекрестным связыванием альфа- и бета-субъединиц и соединением отдельных молекул гемоглобина с получением гемоглобинового полимера. Многократно ученые брались за создание газотранспортного гемоглобинового кровезаменителя, но положительных результатов так и не получили. По словам старшего научного сотрудника Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН Сергея Воробьева: «Причин тому несколько. Сами по себе молекулы гемоглобина нельзя запустить в кровяное русло. Гемоглобин мгновенно будет связан белками плазмы, например, альбумином и будет утилизирован в почках, костном мозге и селезенке. Этот процесс может привести к гемоглобинурии (лихорадка, головные боли, боли в мышцах и суставах) и, хуже того, вызвать тромбоз сосудов».

Учитывая, что свободный гемоглобин в крови распадается на субъединицы, появилась идея поместить его в микрокапсулу. Над проблемой получения капсулы для гемоглобина ученые всего мира работают уже более 30 лет. Они создавали оболочки гемоглобина из смеси фосфолипидов, холестерина, яичного лецитина. Однако эти искусственно созданные эритроциты выживали в кровеносном русле экспериментальных животных всего несколько часов. Возникает мгновенный иммунный ответ, проявляющийся сильной аллергической реакцией. Искусственные эритроциты разрушаются и выводятся из кровотока, не выполнив свою основную функцию, – транспорта газов. Существует еще одна проблема: экспериментальный эритроцит способен связывать кислород в легочной ткани, однако с трудом отдает его. Эта проблема побудила ученых-физиологов отказаться от поиска создания микрокапсул и приступить к разработке гемоглобина, не распадающегося на субъединицы. Стойкость молекулы гемоглобина должна обеспечиваться химическими методами. Эти соединения получили названия полигемоглобиновых кристаллов, или полигемоглобиновых комплексов. Главное преимущество полигемоглобиновых кристаллов в том, что отсутствует иммунный ответ организма на их введение.

Для большей устойчивости полигемоглобиновой упаковки ее сшивают глутаровым альдегидом или диимидоэфирами. Это приводит к возникновению не только межмолекулярных, но и внутримолекулярных сшивок, что ограничивает подвижность частей молекулярной системы, а главное, сильно уменьшает способность транспортировать газы.

Компания Baxter в 1998 г. опубликовала материалы по созданию препарата под названием ГемАссист на основе связанного гемоглобина. Однако в итоге проведенного анализа результатов лечения 100 пострадавших от огнестрельных или колотых ранений и жертв автомобильных аварий выяснилось, что пациенты, которые применяли ГемАссист, умирали чаще, чем те, кто получал общепринятую терапию. В результате компания прекратила выпуск препарата.

Ученые провели сотни экспериментов на животных, были и клинические испытания препаратов для кислородной терапии. Однако управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарствами США (FDA) не разрешило применение этих средств в медицинской практике. В работах доктора Абду Элайш из Центра биологических исследований FDA отмечено: «Доклинические и клинические испытания препаратов выявили общие для них побочные эффекты (имеется в виду повышение кровяного давления, нарушение работы желудочно-кишечного тракта, панкреатит и поражения нервной системы). Поскольку в начале производства доклинические и клинические испытания на здоровых добровольцах проводились успешно, мало внимания было уделено механизму работы молекулы гемоглобина в новых условиях (то есть вне красных клеток крови), не говоря о влиянии химических и генетических манипуляций с молекулой гемоглобина». ГемАссист не выдержал клинических испытаний, что подтверждает точку зрения доктора Элайша о том, что вне клетки молекула гемоглобина может повести себя совершенно неожиданно. Однако это не остановило исследователей. Американские компании продолжают поиск новых гемоглобиновых средств, осуществляющих транспорт кислорода. Корпорация Baxter с 1990-х гг. является лидером в разработках препаратов, сделанных на основе гемоглобина.