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Cómo funciona la sangre artificial

Cómo funciona la sangre artificial
Satisfacer
  1. ¿Qué es la sangre?
  2. Glóbulos artificiales
  3. Sangre HBOC
  4. PFC de sangre
  5. Controversia de la sangre artificial

¿Qué es la sangre?

Una imagen de microscopio electrónico de barrido de sangre humana en circulación normal.

Fotógrafos de Bruce Wetzel / Harry Schaefer, cortesía del Instituto Nacional del Cáncer

Puede parecer poco probable, si no imposible, que una sustancia artificial pueda reemplazar algo que hace todo este trabajo y es tan importante para la vida humana. Para comprender el proceso, es útil saber un poco más sobre cómo funciona la sangre real. La sangre tiene dos componentes principales: plasma Es elementos formados. Casi todo lo que transporta la sangre, incluidos los nutrientes, las hormonas y los desechos, se disuelve en el plasma, que es principalmente agua. Elementos formados, que son células y partes de células, también flotan en el plasma. Los elementos formados incluyen glóbulos blancos (leucocitos), que forman parte del sistema inmunológico y plaquetas, que ayudan a formar coágulos. Glóbulos rojos (glóbulos rojos) son responsables de una de las tareas más importantes de la sangre: el transporte de oxígeno y dióxido de carbono.

Los glóbulos rojos son numerosos; constituyen más del 90 por ciento de los elementos formados en la sangre. Casi todo en ellos les ayuda a transportar oxígeno de manera más eficiente. Un glóbulo rojo tiene la forma de un disco cóncavo en ambos lados, por lo que tiene una gran superficie para que el oxígeno sea absorbido y liberado. Su membrana es muy flexible y no tiene núcleo, por lo que puede atravesar pequeños capilares sin romperse.

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La falta de un núcleo de glóbulos rojos también le da más espacio. hemoglobina (Hb), una molécula compleja que transporta oxígeno. Consiste en un componente proteico llamado globina y cuatro pigmentos llamados hemes. El hemo usa el hierro para unirse al oxígeno. Dentro de cada glóbulo rojo hay aproximadamente 280 millones de moléculas de hemoglobina.

Si pierde mucha sangre, perderá gran parte de su sistema de suministro de oxígeno. Las células inmunitarias, los nutrientes y las proteínas transportadas por la sangre también son importantes, pero los médicos generalmente están más preocupados si las células reciben suficiente oxígeno.

En una emergencia, los médicos suelen dar a los pacientes expansores de volumen, como solución salina, para compensar la pérdida de volumen sanguíneo. Esto ayuda a restablecer la presión arterial normal y permite que los glóbulos rojos restantes continúen transportando oxígeno. A veces, esto es suficiente para mantener el cuerpo en movimiento hasta que pueda producir nuevas células sanguíneas y otros elementos sanguíneos. De lo contrario, los médicos pueden expedir patentes. Transfusiones de sangre para reemplazar parte de la sangre perdida. Las transfusiones de sangre también son bastante comunes durante algunas cirugías.

Este proceso funciona bastante bien, pero existen varios desafíos que pueden dificultar, si no imposibilitar, la obtención de la sangre que los pacientes necesitan:

  • La sangre humana debe mantenerse fresca y su duración es de 42 días. Esto hace que sea imposible que el personal de emergencia lo transporte en ambulancias o que el personal médico lo transporte al campo de batalla. Los expansores de volumen por sí solos pueden no ser suficientes para mantener vivo a un paciente sangrante hasta que llegue al hospital.
  • Los médicos deben asegurarse de que la sangre esté bien Amable – A, B, AB u O – antes de dárselo a un paciente. Si una persona recibe el tipo de sangre incorrecto, puede ocurrir una reacción fatal.
  • La cantidad de personas que necesitan sangre aumenta más rápidamente que la cantidad de personas que donan sangre.
  • Los virus como el VIH y la hepatitis pueden contaminar el suministro de sangre, aunque los métodos de prueba mejorados han hecho que la contaminación sea menos probable en la mayoría de los países desarrollados.

Aquí es donde entra la sangre artificial. La sangre artificial no hace todo el trabajo de la sangre real, a veces ni siquiera puede reemplazar el volumen de sangre perdido. En cambio, transporta oxígeno en situaciones en las que los glóbulos rojos de una persona no pueden hacerlo por sí mismos. Por esta razón, a menudo se le llama sangre artificial. oxígeno terapéutico. A diferencia de la sangre real, la sangre artificial se puede esterilizar para matar bacterias y virus. Los médicos también pueden administrarlo a los pacientes, independientemente de su tipo de sangre. Muchos tipos actuales tienen una vida útil de más de un año y no necesitan refrigeración, lo que los hace ideales para su uso en situaciones de emergencia y en el campo de batalla. Por tanto, aunque no sustituye a la sangre humana, la sangre artificial sigue siendo bastante sorprendente.

A continuación, veremos de dónde proviene la sangre artificial y cómo funciona en el torrente sanguíneo de una persona.

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Glóbulos artificiales

HBOC y PFC son considerablemente más bajos que los glóbulos rojos.
HBOC y PFC son considerablemente más bajos que los glóbulos rojos.

Hasta hace poco, la mayoría de los intentos de crear sangre artificial han fracasado. En el siglo XIX, los médicos administraron sin éxito sangre, leche, aceites y otros líquidos de animales por vía intravenosa a los pacientes. Incluso después del descubrimiento de grupos sanguíneos humanos en 1901, los médicos continuaron buscando sustitutos de la sangre. La Primera y Segunda Guerra Mundial y los descubrimientos del virus de la hepatitis y el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) también despertaron interés en su desarrollo.

Las compañías farmacéuticas desarrollaron algunas variedades de sangre artificial en las décadas de 1980 y 1990, pero muchas abandonaron su investigación después de ataques cardíacos, accidentes cerebrovasculares y muertes en estudios en humanos. Algunas fórmulas iniciales también hicieron que los capilares colapsaran y la presión arterial se disparara. Sin embargo, investigaciones posteriores han llevado a varios sustitutos de la sangre específicos en dos clases: portadores de oxígeno a base de hemoglobina (HBOC) Es perfluorocarbonos (PFC). Algunos de estos reemplazos están llegando al final de su fase de prueba y es posible que pronto estén disponibles en los hospitales. Otros ya están en uso. Por ejemplo, un HBOC llamado Hemopure se utiliza actualmente en hospitales de Sudáfrica, donde la propagación del VIH ha amenazado el suministro de sangre. Un transportador de oxígeno basado en PFC llamado Oxygent se encuentra en las etapas finales de las pruebas en humanos en Europa y América del Norte.

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Los dos tipos tienen estructuras químicas drásticamente diferentes, pero ambos funcionan principalmente a través de Difusión pasiva. La difusión pasiva aprovecha la tendencia de los gases a moverse de áreas de mayor concentración a áreas de menor concentración hasta que alcanza un estado de equilibrado. En el cuerpo humano, el oxígeno viaja desde los pulmones (alta concentración) a la sangre (baja concentración). Luego, cuando la sangre llega a los capilares, el oxígeno pasa de la sangre (alta concentración) a los tejidos (baja concentración).

Consulte la página siguiente para obtener más información sobre la sangre HBOC.

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Sangre HBOC

Northfield Labs PolyHeme HBOC
PolyHeme HBOC de Northfield Labs

Foto cortesía de Northfield Laboratories

HBOC se parece vagamente a la sangre. Son de color rojo muy oscuro o burdeos y están hechos de hemoglobina esterilizada real, que puede provenir de una variedad de fuentes:

  • Glóbulos rojos de sangre humana real y caducada
  • GR sangre de vaca
  • Bacterias genéticamente modificadas que pueden producir hemoglobina.
  • Placenta humana

En el Sin embargo, los médicos no pueden simplemente inyectar hemoglobina en el torrente sanguíneo humano. Cuando se encuentra dentro de las células sanguíneas, la hemoglobina hace un gran trabajo transportando y liberando oxígeno. Pero sin la membrana celular que la proteja, la hemoglobina se degrada muy rápidamente. La degradación de la hemoglobina puede causar daño renal severo. Por esta razón, la mayoría de los HBOC utilizan formas modificadas de hemoglobina que son más robustas que la molécula natural. Algunas de las técnicas más comunes son:

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  • Reticulación porciones de la molécula de hemoglobina con un derivado de la hemoglobina que transporta oxígeno, llamado diaspirina
  • Polimeriza hemoglobina que une diferentes moléculas entre sí
  • Conjugado hemoglobina uniéndolo a un polímero

Los científicos también estudiaron los HBOC que envuelven la hemoglobina en una membrana sintética formada por lípidos, colesterol o ácidos grasos. Un HBOC, llamado MP4, consiste en hemoglobina recubierta con polietilenglicol.

Los HBOC funcionan de manera muy similar a los glóbulos rojos normales. Las moléculas de HBOC flotan en el plasma sanguíneo, recogen oxígeno de los pulmones y lo depositan en los capilares. Las moléculas son mucho más pequeñas que los glóbulos rojos, pueden caber en espacios que los glóbulos rojos no pueden, como en tejidos extremadamente inflamados o vasos sanguíneos anormales alrededor de tumores cancerosos. La mayoría de los HBOC permanecen en la sangre de una persona durante aproximadamente un día, mucho menos de los aproximadamente 100 días en los que circulan los glóbulos rojos normales.

Sin embargo, los HBOC también tienen algunos efectos secundarios. Las moléculas de hemoglobina modificadas pueden caber en espacios muy pequeños entre las células y unirse a monóxido de nitrógeno, que es importante para mantener la presión arterial. Esto puede elevar la presión arterial del paciente a niveles peligrosos. Los HBOC también pueden causar molestias y calambres abdominales, probablemente debido a la liberación de radicales libres, moléculas dañinas que pueden dañar las células. Algunos HBOC pueden causar enrojecimiento temporal de los ojos o enrojecimiento de la piel.

A continuación, aprenda sobre la sangre PFC y en qué se diferencia de los HBOC.

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PFC de sangre

Sangre artificial a base de PFC producida por Oxygent
Sangre artificial a base de PFC producida por Oxygent

Foto cortesía de John B. Carnett / Popular Science

A diferencia de los HBOC, los PFC son generalmente blancos y completamente sintéticos. Se ven mucho Hidrocarburos – productos químicos hechos completamente de hidrógeno y carbono, pero contienen flúor en lugar de carbono.

Los PFC son químicamente inertes, pero son extremadamente eficientes para transportar gases disueltos. Pueden transportar un 20-30% más de gas que el agua o el plasma sanguíneo y, si hay más gas, pueden transportar más. Por esta razón, los médicos utilizan principalmente PFC en combinación con oxígeno suplementario. Sin embargo, el exceso de oxígeno puede provocar la liberación de radicales libres en el cuerpo de una persona. Los investigadores están estudiando si los PFC pueden funcionar sin oxígeno suplementario.

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Los PFC son grasosos y resbaladizos, por lo que deben emulsionado, o suspendido en un líquido, para su uso en la sangre. Normalmente, los PFC se mezclan con otras sustancias que se utilizan con frecuencia en los fármacos intravenosos, como la lecitina o la albúmina. Estos emulsionantes eventualmente se descomponen a medida que circulan en la sangre. El hígado y los riñones los eliminan de la sangre y los pulmones exhalan PFC como lo harían con el dióxido de carbono. A veces, las personas experimentan síntomas similares a los de la gripe cuando su cuerpo digiere y exhala PFC.

Los PFC, como los HBOC, son extremadamente pequeños y pueden ingresar a espacios inaccesibles para los glóbulos rojos. Por esta razón, algunos hospitales han investigado si los PFC pueden tratar traumatismo craneoencefálico (TBI) suministro de oxígeno a través del tejido cerebral inflamado.

Las compañías farmacéuticas están probando PFC y HBOC para su uso en situaciones médicas específicas, pero tienen usos potenciales similares, que incluyen:

  • Restauración del suministro de oxígeno después de una pérdida de sangre traumática, especialmente en una emergencia y en el campo de batalla.
  • Evitar la necesidad de transfusiones de sangre durante la cirugía.
  • Mantener el flujo de oxígeno al tejido canceroso, lo que puede hacer que la quimioterapia sea más eficaz.
  • Tratar la anemia, que provoca una reducción de los glóbulos rojos
  • Permitir que el oxígeno llegue a los tejidos inflamados o áreas del cuerpo afectadas por la anemia de células falciformes.

La sangre artificial no está exenta de controversias. A continuación, analizaremos algunos de los problemas relacionados con su uso y el futuro en la medicina.

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Controversia de la sangre artificial

PolyHeme, de Northfield Laboratories, es otro tipo de sangre artificial.
PolyHeme, de Northfield Laboratories, es otro tipo de sangre artificial.

Foto cortesía de Northfield Laboratories

A primera vista, la sangre artificial parece algo bueno. Tiene una vida útil más larga que la sangre humana. Dado que el proceso de fabricación puede incluir la esterilización, no existe riesgo de transmisión de enfermedades. Los médicos pueden administrarlo a pacientes de cualquier grupo sanguíneo. Además, muchas personas que no pueden aceptar transfusiones de sangre por motivos religiosos pueden aceptar sangre artificial, especialmente PFC, que no son hemoderivados.

Sin embargo, la sangre artificial ha sido objeto de muchas controversias. Los médicos dejaron de usar HemAssist, el primer HBOC probado en humanos en los Estados Unidos, después de que los pacientes que recibieron HBOC murieran con más frecuencia que los que recibieron sangre. Las empresas farmacéuticas a veces tienen dificultades para demostrar que sus transportadores de oxígeno son eficaces. Parte de la razón es que la sangre artificial es diferente de la sangre real, por lo que puede ser difícil desarrollar métodos de comparación precisos. En otros casos, como cuando se usa sangre artificial para administrar oxígeno a través del tejido cerebral inflamado, los resultados pueden ser difíciles de cuantificar.

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Otra fuente de controversia se refiere a los estudios de sangre artificial. De 2004 a 2006, Northfield Laboratories comenzó a probar un HBOC llamado PolyHeme en pacientes con trauma. El estudio se llevó a cabo en más de 20 hospitales de Estados Unidos. Dado que muchos pacientes con trauma están inconscientes y no pueden dar su consentimiento para los procedimientos médicos, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) ha aprobado la prueba como una estudiar sin consentimiento. En otras palabras, los médicos podrían darles a los pacientes PolyHeme en lugar de sangre real sin preguntar primero.

Northfield Laboratories llevó a cabo reuniones para educar a las personas en las comunidades donde se realizó el estudio. La compañía también les dio a las personas la opción de usar un brazalete para que el personal de emergencia supiera que preferirían no asistir. Sin embargo, los críticos dijeron que Northfield Laboratories no hizo lo suficiente para educar al público y acusaron a la compañía de violar la ética médica.

Los sustitutos de la sangre se pueden utilizar como fármacos para mejorar el rendimiento, al igual que la sangre humana se puede utilizar para el dopaje sanguíneo. Un artículo de octubre de 2002 en “Wired” informó que algunos ciclistas usaban Oxyglobin, un HBOC veterinario, para aumentar la cantidad de oxígeno en la sangre.

A pesar de la controversia, la sangre artificial podría usarse ampliamente en los próximos años. Las próximas generaciones de sustitutos de la sangre también tienden a volverse más sofisticadas. En el futuro, los HBOC y los PFC pueden parecerse mucho más a los glóbulos rojos y pueden transportar algunas de las enzimas y antioxidantes que transporta la sangre real.

Consulte los enlaces en la página siguiente para obtener más información sobre sangre, sangre artificial y temas relacionados.

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Los glóbulos rojos, también llamados eritrocitos, tienen forma de discos bicóncavos.  Aprenda sobre sangre artificial y más con imágenes de la medicina moderna.
Los glóbulos rojos, también llamados eritrocitos, tienen forma de discos bicóncavos. Aprenda sobre sangre artificial y más con imágenes de la medicina moderna.

Foto cortesía de Garrigan.Net

Los médicos y científicos han creado muchos dispositivos que pueden controlar las partes del cuerpo que se rompen o se desgastan. Un corazón, por ejemplo, es esencialmente una bomba; un corazón artificial es una bomba mecánica que hace circular sangre. Asimismo, los reemplazos totales de rodilla reemplazan el metal y el plástico con hueso y cartílago. Las prótesis se han vuelto cada vez más complejas, pero siguen siendo esencialmente dispositivos mecánicos capaces de realizar el trabajo de los brazos o las piernas. Todo esto es bastante fácil de entender: reemplazar un órgano con un sustituto artificial generalmente tiene sentido.

Artificial algo de sangrepor otro lado, puede ser impresionante. Una razón es que la mayoría de la gente piensa en la sangre como algo más que tejido conectivo que transporta oxígeno y nutrientes. En cambio, la sangre representa la vida. Muchas culturas y religiones le dan una importancia especial, y su importancia influyó incluso en el idioma inglés. Puede referirse a sus rasgos culturales o ancestrales como si estuvieran en su sangre. Los miembros de su familia son sus parientes consanguíneos. Si estás indignado, te hierve la sangre. Si tienes miedo, hace frío.

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La sangre tiene todas estas connotaciones por una buena razón: es absolutamente esencial para la supervivencia de las formas de vida de los vertebrados, incluidos los humanos. Transporta oxígeno desde los pulmones a todas las células del cuerpo. También recolecta dióxido de carbono que no necesita y lo envía de regreso a sus pulmones para que pueda exhalarlo. La sangre suministra nutrientes del sistema digestivo y hormonas del sistema endocrino a las partes del cuerpo que los necesitan. Pasa a través de los riñones y el hígado, que eliminan o descomponen los desechos y las toxinas. Las células inmunes en la sangre ayudan a prevenir y combatir enfermedades e infecciones. La sangre también puede formar coágulos, previniendo la pérdida de sangre fatal en pequeños cortes y raspaduras.

A continuación, aprenda sobre los diferentes componentes sanguíneos y por qué puede ser necesaria la sangre artificial.

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