La perte de sang est la principale cause de décès chez les patients atteints de traumatologie entre 1 et 46 ans, en grande partie parce qu'ils ne peuvent pas accéder à des sources sanguines sûres assez rapidement. Une solution possible? Sang synthétique lyophilisé.
Une équipe multi-institutionnelle dirigée par Dipanjan Pan, le professeur président de Dorothy Foehr Huck & J. Lloyd en Nanomedicine à Penn State, a récemment reçu une subvention de 2,7 millions de dollars sur cinq ans de la prochaine génération de sang synthétique des National Institutes of Health.
« Mère Nature est difficile à imiter, mais nous nous rapprochons », a déclaré Pan, qui est également professeur de science des matériaux et d'ingénierie et d'ingénierie nucléaire. « Notre objectif est de concevoir et d'optimiser un prototype de substitut sanguin, appelé nano-RBC, qui est basé sur une nanoparticule déformable. Il est de forme similaire aux globules rouges et incorpore des charges utiles de haute pratique d'hémoglobine, la protéine dans les globules rouges responsable du transport de l'oxygène. »
Il a expliqué que les chances de survie augmentent considérablement lorsqu'une personne peut recevoir une transfusion avant de perdre trop de sang, mais ce n'est souvent pas possible dans les zones rurales ou déchirées par la guerre sans que les installations de traitement et de stockage spécialisées nécessitent du sang.
« Il y a un besoin pour un support d'oxygène artificiel de substituer au sang en banque dans des contextes où le sang stocké n'est pas disponible ou indésirable », a déclaré Pan. « Le sang artificiel est décrit comme le« Saint Graal »de la médecine traumatisante. Les chercheurs se battent pour le développer depuis 150 ans, avec de nombreux échecs en cours de route. »
Les efforts plus récents comprenaient des agents qui ne pouvaient pas libérer de l'oxygène dans des tissus endommagés ou surchargé le corps avec de l'hémoglobine, qui peut élever du fer chez les animaux, y compris les humains, à des niveaux toxiques lorsqu'il n'est pas géré.
« Nous nous inspirons de ces échecs antérieurs et développons un système fonctionnel de nouvelle génération qui tente d'imiter les fonctions physiologiques des globules rouges », a déclaré Pan.
Pan et son équipe ont précédemment développé l'érythromère, un produit sanguin artificiel qui émule les propriétés physiologiques des globules rouges, comme leur capacité à se lier et à libérer de l'oxygène. Ce travail, mené plus d'une décennie et actuellement à des stades avancés des études animales, a été financé par plus de 14 millions de dollars en subventions du NIH, du ministère de la Défense et d'autres agences. Le projet – qui a été présenté dans Science, The New Yorker et Popular Science, entre autres médias – fait également partie d'un plus grand consortium multi-institutionnel de 46 millions de dollars, financé par la Defense Advanced Research Projects Agency.
L'érythromère a été co-inventé par Pan et Allan Doctor, professeur de pédiatrie et directeur du Center for Blood Oxygen Transport and Hemostase à l'École de médecine de l'Université du Maryland (UMSOM). Avec Philip Spinella, un expert en médecine transfusion militaire à l'Université de Pittsburgh, Pan et Doctor ont cofondé une entreprise appelée Kalocyte, Inc. pour développer l'agent, qui se compose de nanoparticules à base de lipides. Ces nanoparticules sont en lipides ou en graisses, et peuvent transporter et protéger divers livrables, y compris l'oxygène.
« Alors que l'érythromère a émulé les propriétés fonctionnelles et physiologiques des globules rouges, notre projet actuel fait passer cette recherche au niveau suivant en imitant les caractéristiques morphologiques des globules rouges – leur forme physique et comment elles se déplacent », a déclaré Pan. La version avancée du produit de substitut sanguin aurait la même courbe de beignet et le centre mince et plat des globules rouges biologiques, mais serait un dixième de la taille. « À ce niveau nanométrique, le rapport surface / volume est extrêmement élevé, ce qui signifie que pour un volume donné, notre agent a une surface considérablement plus grande en raison de sa petite taille, permettant des propriétés uniques, une interaction biologique avec les tissus environnants et la capacité de charger des concentrations élevées d'hémoglobine. En d'autres termes, moins de nos particules pouvaient fournir la même quantité d'hémoglobine et l'oxygène qu'ils transportent – le rouge biologique pourrait porter. »
Une propriété particulièrement attrayante que les chercheurs prévoient de garder l'érythomère pour Nano-RBC, a déclaré Pan, est que les particules peuvent être lyophilisées ou lyophilisées et stockées à température ambiante.
« Le produit peut ensuite être remis en suspension dans l'eau salée avant d'administrer aux patients », a déclaré Pan, notant que l'équipe a démontré la faisabilité de l'approche avec l'érythrome.
Avec le projet nouvellement financé, les chercheurs visent à développer davantage de nouveaux matériaux qui agissent et ressemblent à des globules rouges et à tester leur fonctionnalité dans des modèles animaux. Les collaborateurs incluent Doctor, qui travaillera à élucider les mécanismes qui sous-tendent les propriétés de libération d'oxygène; Paul Buehler, professeur de pédiatrie et de pathologie à Umsom qui examinera la biodistribution; et Narayana Aluru, présidente de Family Regents de Cockrell en ingénierie n ° 9 de l'Université du Texas à Austin qui se concentrera sur les analyses informatiques dans la conception et les tests de produits potentiels.
« L'objectif ultime est de développer des thérapies en oxygène séchées et séchées envisagées pour une utilisation lorsque les globules rouges stockés ne sont pas disponibles, indésirables ou en pénurie », a déclaré Pan. « L'inventivité des chercheurs en matière de matériaux en santé et en médecine est illimitée, et nous démontrons que dans ce projet ambitieux et hautement collaboratif. »
