1

De microdeeltjes bestaan uit een enkele laag lipiden (vetmoleculen) die een minuscuul zakje zuurstofgas omgeven, en worden toegediend in een vloeibare oplossing. In een omslagartikel in het nummer van 27 juni van Science Translational Medicine melden John Kheir, MD, van de afdeling cardiologie van het Boston Children’s Hospital, en collega’s dat een infusie van deze microdeeltjes bij dieren met een laag zuurstofgehalte in het bloed de zuurstofverzadiging in het bloed binnen enkele seconden herstelde tot bijna normale niveaus.

Wanneer de luchtpijp volledig geblokkeerd was – een gevaarlijker “real world” scenario – hield de infusie de dieren 15 minuten in leven zonder een enkele ademhaling, en verminderde de incidentie van hartstilstand en orgaanletsel.

De microdeeltjesoplossingen zijn draagbaar en zouden patiënten in noodsituaties kunnen stabiliseren, waardoor paramedici, spoedartsen of intensive care-artsen tijd winnen om veiliger een beademingsbuis te plaatsen of andere levensreddende therapieën uit te voeren, zegt Kheir.

“Dit is een zuurstofvervanger voor de korte termijn — een manier om veilig zuurstofgas te injecteren om patiënten te ondersteunen tijdens een kritieke paar minuten,” zegt hij. “Uiteindelijk zou dit kunnen worden opgeslagen in spuiten op elke codekar in een ziekenhuis, ambulance of transporthelikopter om patiënten te helpen stabiliseren die moeite hebben met ademhalen.”

De microdeeltjes zouden waarschijnlijk alleen voor een korte tijd worden toegediend, tussen 15 en 30 minuten, omdat ze worden vervoerd in vloeistof die het bloed zou overbelasten als ze langer zouden worden gebruikt, zegt Kheir.

Kheir merkt ook op dat de deeltjes verschillen van bloedvervangers, die zuurstof dragen maar niet nuttig zijn als de longen niet in staat zijn om zuurstof te geven. In plaats daarvan zijn de microdeeltjes ontworpen voor situaties waarin de longen volledig zijn uitgeschakeld.

Kheir begon het idee van injecteerbare zuurstof te onderzoeken in 2006, na de zorg voor een klein meisje dat een ernstig hersenletsel opliep als gevolg van een ernstige longontsteking die bloedingen in haar longen veroorzaakte en een ernstig laag zuurstofniveau. Ondanks alle inspanningen van het team overleed ze voordat ze haar aan een hart-longmachine konden leggen. Hierdoor gefrustreerd vormde Kheir een team om te zoeken naar een andere manier om zuurstof toe te dienen.

“Sommige van de meest overtuigende experimenten waren de eerste,” zegt hij. “We namen elkaars bloed af, mengden het in een reageerbuis met de microdeeltjes, en zagen hoe blauw bloed onmiddellijk rood werd, vlak voor onze ogen.”

In de loop der jaren hebben Kheir en zijn team verschillende concentraties en groottes van de microdeeltjes getest om hun effectiviteit te optimaliseren en ze veilig te maken voor injectie. “De inspanning was echt multidisciplinair,” zegt Kheir. “Er waren chemische ingenieurs, deeltjeswetenschappers en artsen nodig om de mix precies goed te krijgen.”

In de studies die in het artikel worden gerapporteerd, gebruikten ze een apparaat dat een sonicator wordt genoemd, die geluidsgolven van hoge intensiteit gebruikt om de zuurstof en lipiden samen te mengen. Het proces vangt zuurstofgas op in deeltjes van gemiddeld 2 tot 4 micrometer groot (niet zichtbaar zonder een microscoop). De resulterende oplossing, waarvan het zuurstofgas 70% van het volume uitmaakt, vermengt zich efficiënt met menselijk bloed.

“Een van de sleutels tot het succes van het project was de mogelijkheid om een geconcentreerde hoeveelheid zuurstofgas in een kleine hoeveelheid vloeistof toe te dienen,” zegt Kheir. “De suspensie bevat drie tot vier keer het zuurstofgehalte van onze eigen rode bloedcellen.”

Intraveneuze toediening van zuurstofgas werd begin 1900 geprobeerd, maar deze pogingen slaagden er niet in het bloed van zuurstof te voorzien en veroorzaakten vaak gevaarlijke gasembolieën.

“We hebben dit probleem omzeild door het gas in kleine, vervormbare deeltjes te verpakken,” legt Kheir uit. “Ze vergroten het oppervlak voor gasuitwisseling drastisch en zijn in staat om door haarvaten te persen waar vrij gas vast zou komen te zitten.”

De studie werd gefinancierd door drie prijzen van het Technology Development Fund van het Boston Children’s Hospital en een U.S. Department of Defense Basic Research Award aan Kheir.