Synthetische rote Blutkörperchen ahmen natürliche Blutkörperchen nach und haben neue Fähigkeiten

Künstliche Erythrozyten könnten Sauerstoff, therapeutische Medikamente und andere Fracht im Blutstrom transportieren

05.06.2020 - USA

Wissenschaftler haben versucht, synthetische rote Blutkörperchen zu entwickeln, die die günstigen Eigenschaften der natürlichen nachahmen, wie Flexibilität, Sauerstofftransport und lange Zirkulationszeiten. Doch bisher hatten die meisten künstlichen roten Blutkörperchen eine oder einige wenige, aber nicht alle, Schlüsselmerkmale der natürlichen Versionen. Nun haben Forscher, die in ACS Nano berichten, synthetische rote Blutkörperchen hergestellt, die alle natürlichen Fähigkeiten der Zellen sowie einige wenige neue besitzen.

Rote Blutkörperchen (Erythrozyten) nehmen Sauerstoff aus der Lunge auf und geben ihn an das Gewebe des Körpers ab. Diese scheibenförmigen Zellen enthalten Millionen von Hämoglobin-Molekülen - ein eisenhaltiges Protein, das Sauerstoff bindet. Die Erythrozyten sind hochflexibel, was es ihnen ermöglicht, sich durch winzige Kapillaren zu quetschen und dann wieder in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Die Zellen enthalten auf ihrer Oberfläche auch Proteine, die es ihnen ermöglichen, lange Zeit durch Blutgefässe zu zirkulieren, ohne von Immunzellen verschlungen zu werden. Wei Zhu, C. Jeffrey Brinker und Kollegen wollten künstliche Erythrozyten herstellen, die ähnliche Eigenschaften wie natürliche Erythrozyten haben, die aber auch neue Aufgaben wie therapeutische Wirkstoffabgabe, magnetisches Targeting und Toxinnachweis erfüllen könnten.

Die Forscher stellten die synthetischen Zellen her, indem sie zunächst die gespendeten menschlichen Erythrozyten mit einer dünnen Schicht Kieselerde beschichteten. Sie schichteten positiv und negativ geladene Polymere über die Kieselsäure-RBCs und ätzten dann die Kieselsäure weg, wodurch flexible Replikate entstanden. Schließlich beschichtete das Team die Oberfläche der Replikate mit natürlichen RBC-Membranen. Die künstlichen Zellen ähnelten in Größe, Form, Ladung und Oberflächenproteinen den natürlichen Zellen und konnten sich durch Modellkapillaren quetschen, ohne ihre Form zu verlieren. Bei Mäusen hielten die synthetischen Erythrozyten mehr als 48 Stunden ohne beobachtbare Toxizität. Die Forscher beluden die künstlichen Zellen entweder mit Hämoglobin, einem Krebsmedikament, einem Toxinsensor oder magnetischen Nanopartikeln, um zu zeigen, dass sie Ladungen transportieren konnten. Das Team zeigte auch, dass die neuen RBCs als Köder für ein bakterielles Toxin dienen können. Künftige Studien werden das Potenzial der künstlichen Zellen in medizinischen Anwendungen wie der Krebstherapie und der Toxin-Biosensorik untersuchen, sagen die Forscher.

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