Vědci objevili klíčový signál pro umělou produkci krve

Vědci jsou o krok blíž k vytvoření umělé krve: objev klíčového signálu CXCL12 by mohl zefektivnit produkci červených krvinek.

Vědci pracují na umělé produkci krve již po celá desetiletí. Nyní vědci z Univerzity v Kostnici a Univerzity královny Marie v Londýně učinili významný krok vpřed s novým objevem.

V Německu je denně potřeba přibližně 15 000 jednotek krve, z nichž většina pochází od dárců. Výzkum alternativních metod získávání krve, včetně umělé hromadné produkce, probíhá již mnoho let, ale stále má daleko k širokému využití. Hlavní problém spočívá v extrémně složitých a špatně pochopených mechanismech, kterými tělo tuto životně důležitou tekutinu přirozeně produkuje.

Identifikace klíčového signálu pro tvorbu červených krvinek

Dr. Julia Gutjahr, bioložka z Ústavu buněčné biologie a imunologie Thurgau na Univerzitě v Kostnici, studuje mechanismy hematopoézy. Spolu s kolegy z Queen Mary University v Londýně identifikovala molekulární signál – chemokin CXCL12 – který spouští proces vypuzování jádra z prekurzorů červených krvinek. To je klíčový krok ve vývoji červených krvinek.

„Poslední fází transformace erytroblastu na červenou krvinku je vypuzení jádra. Tento proces je jedinečný pro savce a uvolňuje místo pro hemoglobin, který se podílí na transportu kyslíku,“ vysvětluje Gutjahr.

Přestože je proces zrání kmenových buněk do červených krvinek téměř optimalizován, doposud nebylo jasné, které faktory spouštějí vypuzení jádra.

„Zjistili jsme, že chemokin CXCL12, který je primárně přítomen v kostní dřeni, může tento proces zahájit v kombinaci s řadou dalších faktorů. Přidáním CXCL12 k erytroblastům ve správný čas jsme byli schopni uměle vyvolat vypuzení jádra,“ říká Gutjahr.

Co to znamená pro výrobu umělé krve?

Tento objev byl vědeckým průlomem, který by v budoucnu mohl výrazně zlepšit účinnost výroby umělé krve. Je však stále zapotřebí dalšího výzkumu.

Od roku 2023 vede Gutjahr své vlastní výzkumné skupiny v Ústavu buněčné biologie a imunologie Thurgau a nadále studuje roli CXCL12.

„Nyní zkoumáme, jak využít CXCL12 k optimalizaci umělé produkce lidských červených krvinek,“ vysvětluje Gutjahr.

Kromě praktických aplikací v průmyslové produkci červených krvinek poskytují výsledky studie nové poznatky o buněčných mechanismech: na rozdíl od jiných buněk, které migrují, když jsou stimulovány CXCL12, je v erytroblastech tento signál transportován uvnitř buňky, dokonce i do jejího jádra. Tam urychluje buněčné zrání a podporuje vypuzení jádra.

„Naše studie poprvé ukazuje, že chemokinové receptory působí nejen na povrchu buňky, ale i uvnitř ní, což otevírá zcela nové perspektivy pro buněčnou biologii,“ řekl profesor Antal Roth z Queen Mary University.

Optimalizace výroby pro široké použití

Kmenové buňky dnes zůstávají nejúčinnější metodou pro výrobu umělé krve: k vypuzení jádra dochází přibližně u 80 % buněk. Zdroje kmenových buněk jsou však omezené (pupečníková krev, kostní dřeň dárce), což znemožňuje hromadnou výrobu.

Vědcům se nedávno podařilo přeprogramovat různé typy buněk na kmenové buňky a použít je k vytváření červených krvinek. Tato metoda poskytuje téměř neomezený zdroj buněk, ale trvá déle a je méně účinná: pouze 40 % buněk vyloučí svá jádra.

„Naše nové poznatky o klíčové roli CXCL12 nám dávají naději, že jeho použití výrazně zlepší účinnost produkce červených krvinek z přeprogramovaných buněk,“ poznamenává Gutjahr.

Pokud bude možná hromadná výroba, objeví se široká škála aplikací: cílená produkce vzácných krevních skupin, odstranění nedostatku dárcovské krve a možnost znovuvytvořit pacientovu vlastní krev pro specializovanou léčbu různých onemocnění.

Studie je publikována v časopise Science Signaling.