人工血液

長久以來，血液資源一直緊張，缺口很大；在發生戰爭或一些重大災害時，血液的供應尤其難以得到保證。早在“二戰”時，由於戰場條件惡劣、缺乏充足的血源供應，而且也沒有時間和條件來驗對血型，因此，至少有50%以上的負傷人員由於沒有得到及時輸血搶救而死亡。現在，颱風、海嘯、地震等突發災害也常常造成大量人員死亡，其中無法及時輸血搶救是原因之一。近年來由於戰爭，嚴重的自然災害，恐怖事件等原因，對血液供應的要求量增大，僅靠血庫供血難以滿足需求。於是，多年來，人們一直探索能否研製出一種血液代用品，在緊急時刻不需驗對血型即可直接使用，而且可以長期保存以備急需。

人工血液也稱人工替代血液，是利用和血紅蛋白相同的加工處理方法，維持血壓不變，在扮演搬運各種物質較色的白蛋白中放入 血紅素分子，製成白蛋白血紅素，這就是人工血液。

血液

血液是在循環系統中，心臟和血管腔內循環流動的一種組織。血液組織是結締組織的一種。由血漿和血細胞組成。血漿內含血漿蛋白（白蛋白、球蛋白、纖維蛋白原）、脂蛋白等各種營養成分以及無機鹽、氧、激素、酶、抗體和細胞代謝產物等。血細胞有紅血球、白血球和血小板。哺乳類的血液具有凝血機制，血小板破裂時，會將血漿中原本可水溶的血纖維蛋白和血細胞等凝固成為血餅，剩餘的透明液體就叫做血清。血漿約占血液的55%，血細胞和血小板組成血液的另外45%。血液的主要功能：運輸物質、保持體內環境穩定、防禦功能、調節機能。血液是包括人類在內的所有脊椎動物賴以生存的必要之物。它從人的肺中提取氧氣並輸送到身體各部位的細胞中；還會收集您不需要的二氧化碳，並將其送回肺中，從那通過呼氣排出體外。血液通過消化系統和內分泌系統把營養素和激素類物質輸送至全身。他還會流經去除或分解體內廢物和毒素的腎和肝。血液中的免疫細胞有助於抵禦疾病和感染，血液還可以形成凝塊，放置小傷口或擦傷引起大出血。

人工血液的概念和必要性

長久以來，血液資源一直緊張，缺口很大；在發生戰爭或一些重大災害時，血液的供應尤其難以得到保證。早在“二戰”時，由於戰場條件惡劣、缺乏充足的血源供應，而且也沒有時間和條件來驗對血型，因此，至少有50%以上的負傷人員由於沒有得到及時輸血搶救而死亡。現在，颱風、海嘯、地震等突發災害也常常造成大量人員死亡，其中無法及時輸血搶救是原因之一。近年來由於戰爭，嚴重的自然災害，恐怖事件等原因，對血液供應的要求量增大，僅靠血庫供血難以滿足需求。於是，多年來，人們一直探索能否研製出一種血液代用品，在緊急時刻不需驗對血型即可直接使用，而且可以長期保存以備急需。

人工血液也稱人工替代血液，是利用和血紅蛋白相同的加工處理方法，維持血壓不變，在扮演搬運各種物質較色的白蛋白中放入 血紅素分子，製成白蛋白血紅素，這就是人工血液。

人工血液的研究進程

1966年，美國科學家克拉克發現，在含碳氟化合物的容器里有隻老鼠，當他取出老鼠並排除其呼吸道中的液體時，老鼠竟然甦醒了。出於好奇心，克拉克有意在這類液體裡放入老鼠，幾小時後取出，結果大大出乎他的意料：老鼠奇蹟般的復活了。經過研究發現，這種液體溶解氧氣和二氧化碳的能力分別是水的20倍和3倍。克拉克從中得到啟發：可以用這種液體來代替血液。

1979年，一種新型的氟碳化合物乳劑作為人造血液，首次在日本套用於人體單腎臟移植手術，並取得成功。時隔不久，美國也報導了人造血液給一位信仰宗教、拒絕輸血的老人治療血液病獲得成功。這種奇妙的人造血液，是白色的；不分血型，不管哪種血型的人都能使用，所以我們說人造血液是名符其實的萬能血液。

1980年8月6日，中國人造血液的研究在上海獲得成功。這是中國科學院上海有機化學研究所和中國人民解放軍第三軍醫大學的科學工作者經過5年的研究而試製成功的。人造血液是氟碳化合物在水中的超細乳狀液。這種奇妙的白色血液注入人體後，同人體正常血中的紅細胞一樣，具有良好的載氧能力和排出二氧化碳的能力，可以說，它是一種紅細胞的代用品。氟碳化合物像螃蟹的螯那樣，能夠把氧抓住，在人體裡再把氧氣放出來，進行人體裡的特種氧化還原反應。它的生物化學性質十分穩定，不管哪種血型的人，都能使用人造血液。

庫珀教授是歐洲血液代用品工程中的成員，這個組織成立於兩年前，專門研究人造血液。這項工程的研究人員分別來自英國、丹麥、法國、荷蘭、義大利、瑞典和匈牙利，他們集中精力研究血紅蛋白替代品。美國比普勒公司已經研發出一種叫作“Hemopure”的新產品，並且在世界愛滋病感染率很高的南非投入使用，只是還沒被獲準在美洲和歐洲使用。“Hemopure”使用了從牛血中提取的血紅蛋白，考慮到牛海綿狀腦病感染因素，這種新產品更難被美國和歐洲接受。血紅蛋白可從過期的捐獻血液、牛的血液甚至植物和真菌中提取。然後對它進行改良，確保注入體內後它能保持穩定。因為血紅蛋白不包括能讓血液形成不同類型的分子，因此，相同的血紅蛋白代替品可以套用到不同病人身上。而且它可以被放在室溫下永久保存，運輸也很方便。

當歐洲研究員還把目光聚焦在以血紅蛋白為基礎的產品上時，美國已經轉向了另一人造血液來源———一種被稱作六氟化硫的聚四氟乙烯類型的人工合成液體上。六氟化硫可消溶大量氧氣，造價便宜，易於製作，並且儲藏簡單。但在操作過程中，病人需要通過特定面具吸入70%-100%的氧氣，這就意味著在醫 院以外的環境下使用這種物質的可能受到限制。

2011年，英國科學家利用幹細胞製造的人造血液可能在兩年內在人類身上試用。據悉，這種人造血不會感染，並可適用於所有血型的人員。研究人員表示，人造血投入使用將改善醫院的血液緊缺狀況，讓病患獲益。人們還可以利用人造血，在戰地或車禍現場挽救更多生命。此外，心臟移植病人和癌症患者也能受益。此項研究是在英國愛丁堡大學和布里斯托大學進行的。造血幹細胞素來有血液中的“聖杯”一說，愛丁堡大學教授馬克·托納表示，希望能用造血幹細胞製造出O型陰性血，這種血型可適用於98%的人群。人造血液在開發中國家的用途會更多，預計可以挽救數千原本因產後大出血而被迫死去的孕婦。托納教授預計，在未來兩到三年中，第一批人造血液就可以進行臨床實驗。

2013年，羅馬尼亞科學家研製出一種人造血液—由水、無機鹽以及一種深海昆蟲體內提取的蚯蚓血紅蛋白合成的材料，可短時間替代血液實現氧氣和二氧化碳交換代謝。這一成果如果得以成功推廣套用，則有望緩解血庫的供給短缺，甚至避免血液污染的風險，同時通過化學修飾，實現對氣體的高溶解度，避免氣泡的產生，大大提高輸血的適用範圍和臨床功效。

2013年12月，日本研究人員成功利用幹細胞培育出能夠攜帶氧的紅細胞，在此基礎上有望大量培育用於輸血的紅細胞，幫助醫療系統緩解用血緊張狀況。

研究發現雖然成熟的紅細胞不能自我複製，但其發育過程中的“半成品”——紅系祖細胞具有複製能力，他們發現有兩個基因對紅系祖細胞的複製和成熟發揮重要作用。將這兩個基因導入誘導性多能幹細胞和胚胎幹細胞中後，成功培育出在實驗室中幾乎可以無限複製增殖的紅系祖細胞，並使它們成功分化為成熟的紅細胞。分化出的紅細胞中大部分都是胚胎血紅蛋白，與成人血紅蛋白不同，但研究人員證實這些血紅蛋白有攜氧能力，並能在輸血後在實驗鼠體內循環。

人工血液的種類

人造血液主要有三種：

（1）人工合成的血紅蛋白；

（2）用天然血紅蛋白製成的人工紅血球；

（3）人工合成具有攜氧功能的氟碳化合物。氟碳代血液是由全氟化合物組成的膠體超微乳劑，具有良好的攜氧能力，在一定濃度和氧分壓條件下，其氧溶解度為水的20倍，比血液高2倍。作為人工血套用較好的氟碳化合物有全氟正丁基呋喃、全氟三丁胺、氟列昂E4、全氟萘烷、全氟甲基萘烷，全氟三丙胺等。

人們發現了兩大類血液替代品——血紅蛋白攜氧載體（HBC）和全氟碳化物（PFC）。已經有部分人工血液接近測試階段的尾聲，很快便可在醫院套用。另有一些則已經開始套用。例如，被稱為牛血紅蛋白多聚體（Hemopure）的HBOC類血液替代品正套用於受HIV威脅嚴重的南非。而在歐美，一種名為Oxygent的PFC類攜氧載體已進入人體試驗的後期階段。

這兩類血液替代品化學結構迥異，但基本都是通過被動擴散來實現功能。被動擴散利用了氣體趨向於從高濃度區域移至低濃度區域，直至達到平衡狀態的屬性。在人體內，氧氣從肺（高濃度）移至血液（低濃度）中；隨後，一旦血液到達毛細血管，氧氣即從血液（高濃度）移至組織（低濃度）。

HBOC

HBOC與血液大致類似。它們呈暗紅色或紫紅色，由經滅菌處理的血紅蛋白製成，血紅蛋白的來源有很多：

1、來自過期的人類血液的紅細胞

2、來自牛血的紅細胞

3、可產生血紅蛋白的轉基因細菌

4、人類胎盤

但是，醫生不能直接將血紅蛋白注射到人體中。當血紅蛋白進入血細胞後，完全可以起到攜帶和釋放氧氣的功能。但如果沒有細胞膜的保護，血紅蛋白的分解速度會非常快，而這可能導致腎臟嚴重損傷。

出於該原因，大多數HBC使用的是比天然分子堅固得多的改進型血紅蛋白。一些最常見的技術是：

1、將血紅蛋白分子與名為雙阿司匹林的攜氧血紅蛋白衍生物進行部分交聯

2、 過多分子彼此結合，形成聚合血紅蛋白

3、 將其與聚合物結合，形成共軛血紅蛋白

科學家還研究了由類脂物、膽固醇或脂肪酸製成的人造膜包裹血紅蛋白的HBOC。有一種名叫MP4的HBOC就是由聚乙二醇包覆的血紅蛋白製成的。

HBOC的工作方式與普通紅細胞大致相同。HBOC分子漂浮在血漿中，從肺中獲得氧氣並將其釋放到毛細血管中。這些分子比紅細胞小得多，因此可以到達紅細

胞無法流經的地方，如極端腫脹的組織或惡性腫瘤周圍的異常血管等。大多數HBOC在人體血液中停留一天左右——比普通紅細胞100天的循環周期短得多。

但是，HBOC也有一些副作用。改進型血紅蛋白分子可進入細胞間的微小空間並結合一氧化氮，一氧化氮對於維持血壓非常重要。這會導致病人的血壓飆升。HBOC還可導致腹部不適和絞痛，這很可能是由於自由基的釋放，而自由基是一種對細胞有害的分子。某些HBOC還會導致眼睛暫時變紅或皮膚潮紅。

PFC

與HBOC不同，PFC通常是白色的，完全由人工合成。它們與碳氫化合物很相似，但它們包含的是氟而不是氫。

PFC具有化學惰性，但在攜帶溶解氣體方面很出色。它們能夠比水或血漿多攜帶20%至30%的氣體，如果存在更多的氣體，它們還能攜帶得更多。出於該原因，

醫生在使用PFC的同時會進行輸氧。但是，多餘的氧氣可導致人體內自由基的釋放。研究人員正在研究PFC能否在沒有額外氧氣的條件下工作。

PFC既油又滑，因此在使用時必須先進行乳化處理或懸浮在某種溶液中。PFC一般與通常用於靜脈注射的其他藥物混合使用，如卵磷脂或白蛋白。這些乳化劑最終會在離開血液循環系統時分解，肝臟和腎臟將其從血液中除去，肺會像呼出二氧化碳一樣，將PFC呼出體外。有時，在機體分解和呼出PFC時，人體會產生類似流感的症狀。

與HBOC類似，PFC體積很小，可以到達紅細胞無法到達的地方。出於該原因，有些醫院研究了是否可以使用PFC將氧氣送過腫脹的腦組織，以此治療創傷性腦損傷（TBI）。

製藥公司正在測試PFC和HBOC在某些特定醫療情況下的療效，但它們還有很多潛在用途，例如：

1、在創傷失血後，恢復人體供氧能力，特別是在急救室和戰場上

2、預防在手術過程中突然急需輸血

3、維持通向腫瘤組織的氧流量，以使化療更為有效

4、治療會導致紅細胞數量減少的貧血病

5、向受到鐮狀細胞貧血症影響的身體腫脹組織輸送氧氣

人工血液的主要特點

優點

世界各地的醫院每年需要大量血液，但全世界每年捐獻的血液遠遠無法滿足這一需求。而經過研究試驗表明，“人造血”具有高氣溶性，在血管內可起到攜帶氧氣和排除二氧化碳的作用。它有以下幾個特點：

一是不受血型限制，可用於各種血型的人，輸血後不會發生嚴重的溶血反應，特別是在搶救情況下，時間就是生命，可以不查血型，不做交叉配血試驗而馬上使用，對大規模的現場急救，更是簡便、快速；

二是容易保存，不必像獻血者的鮮血那樣要貯存在4℃一6℃的冰櫃內，人造血可保存數年之久；

三是不會發生交叉感染。通常輸血如果檢查不嚴，會將一些細菌、病毒帶入受血者體內，發生交叉感染，而人造血液是工業生產製造的，不會有細菌或病毒的混入。

缺點

人造血液與人體內的血液相比，還有許多缺點，它不能輸送養分，也沒有凝固血液的本領，更沒有對外界感染至關重要的免疫能力因此要研究出像人的血液那樣的代用品，還要經過很大的努力。

有些產品已處在臨床試驗的最後階段，但在人類身上進行試驗時，有些病人出現像流感一樣的症狀。不像真的紅色原料，血紅蛋白和六氟化硫都只能在血流條件下，在幾天內起作用，因此它們只在短期內有幫助。然而，它們確實在減少傳染病的傳播途徑和為拒絕輸血的宗教徒提供新的選擇方面有很大潛力。

成功案例

2010年10月33歲的澳大利亞婦女塔馬拉·科克利發生嚴重車禍，頭骨、肋骨、肘部多處骨折，心肺功能衰竭，脾臟破裂，失血過多，生命垂危。在被送往墨爾本的阿爾弗雷德醫院後，醫護人員發現科克利是一名“耶和華見證人”的信仰者，這一信仰使得她不能接受輸血。當時醫生斷定，科克利活不過24小時。就在這時，該院外傷醫生馬克·菲茨傑拉德忽然想到使用血液替代品——HBOC-2-1(血紅蛋白氧載體)，這是一種利用牛的血漿人工合成的血液替代品，由美國軍方研製而成的。菲茨傑拉德醫生說：“我們想到使用血液替代品，但只有美國才有，而且只有10個單位。在取得聯繫後，美國方面把10個單位的產品都給了我們。”在輸入了替代血液後，科克利的血紅蛋白逐漸上升，她漸漸甦醒，如今已經恢復了健康。菲茨傑拉德醫生曾參與了美國的人工合成血液研製，因此對這種產品非常熟悉。採用人工合成血液救治患者，對於世界性的血液短缺有重要啟示，這種替代血液不需要血型的匹配，不需要冷藏，在常溫狀態下可以保持3年之久，對於缺乏足夠血源的偏遠地區而言，這可能是挽救失血患者生命的最佳選擇。

擴展文獻：

1、樊晶，溫志剛。人工血液前瞻性研究。微生物學免疫學進展。2001年第29卷第3期：73—79

2、張浩，馮啟。血紅蛋白的藥用價值開發的研究進展【J】。國外醫學輸血和血液學分策1999,22（2）：95—98

3、黃淑貞，黃英，陳美鈺，等。轉人血清白蛋白基因試管中的研究【J】。遺傳學報，2000,27（7）573—579

4、賈永會，童名容。化學修飾血紅蛋白的研究概況【J】。離子交換與吸附1995,11（2）：182—187

5、Chang TM,.Modified hemolobin blood substitutes: present status and future perspectives[J]. Biohechnol annu Rev 1998,4:75-112