1

Mikrocząsteczki składają się z pojedynczej warstwy lipidów (cząsteczek tłuszczu), które otaczają maleńką kieszonkę gazu tlenowego, i są dostarczane w płynnym roztworze. W artykule na okładce w numerze Science Translational Medicine z 27 czerwca, John Kheir, MD, z Wydziału Kardiologii w Boston Children’s Hospital, i współpracownicy donoszą, że infuzja tych mikrocząsteczek do zwierząt z niskim poziomem tlenu we krwi przywróciła nasycenie krwi tlenem do prawie normalnego poziomu, w ciągu kilku sekund.

Gdy tchawica została całkowicie zablokowana — bardziej niebezpieczny scenariusz „świata rzeczywistego” — infuzja utrzymywała zwierzęta przy życiu przez 15 minut bez jednego oddechu, i zmniejszyła częstość występowania zatrzymania akcji serca i uszkodzenia narządów.

Roztwory mikrocząsteczek są przenośne i mogą stabilizować pacjentów w sytuacjach awaryjnych, dając czas ratownikom medycznym, lekarzom pogotowia ratunkowego lub intensywnej terapii na bezpieczniejsze założenie rurki oddechowej lub wykonanie innych terapii ratujących życie, mówi Kheir.

„Jest to krótkoterminowy substytut tlenu — sposób na bezpieczne wstrzyknięcie gazu tlenowego w celu wsparcia pacjentów podczas krytycznych kilku minut,” mówi. „Ostatecznie, to mogłoby być przechowywane w strzykawkach na każdym wózku kodowym w szpitalu, ambulansie lub helikopterze transportowym, aby pomóc ustabilizować pacjentów, którzy mają trudności z oddychaniem.”

Mikrocząsteczki prawdopodobnie byłyby podawane tylko przez krótki czas, między 15 a 30 minut, ponieważ są one przenoszone w płynie, który przeciążyłby krew, gdyby był używany przez dłuższy czas, mówi Kheir.

Kheir zauważa również, że cząstki są różne od substytutów krwi, które przenoszą tlen, ale nie są przydatne, gdy płuca nie są w stanie ich natlenić. Zamiast tego, mikrocząsteczki są przeznaczone do sytuacji, w których płuca są całkowicie niezdolne.

Kheir zaczął badać pomysł wstrzykiwania tlenu w 2006 roku, po opiece nad małą dziewczynką, która doznała poważnego urazu mózgu w wyniku ciężkiego zapalenia płuc, które spowodowało krwawienie do płuc i bardzo niski poziom tlenu. Pomimo najlepszych starań zespołu, dziewczynka zmarła zanim zdołano podłączyć ją do aparatury wspomagającej pracę serca. Sfrustrowany tym faktem Kheir stworzył zespół, który szukał innego sposobu na dostarczenie tlenu.

„Niektóre z najbardziej przekonujących eksperymentów były wczesne”, mówi. „Pobieraliśmy sobie nawzajem krew, mieszaliśmy ją w probówce z mikrocząsteczkami i obserwowaliśmy, jak niebieska krew zmienia się natychmiast w czerwoną, na naszych oczach.”

Na przestrzeni lat Kheir i jego zespół testowali różne stężenia i rozmiary mikrocząsteczek, aby zoptymalizować ich skuteczność i uczynić je bezpiecznymi do wstrzykiwania. „Wysiłek był naprawdę multidyscyplinarny”, mówi Kheir. „Trzeba było inżynierów chemicznych, naukowców zajmujących się cząsteczkami i lekarzy, aby uzyskać mieszankę w sam raz.”

W badaniach opisanych w artykule, użyto urządzenia zwanego sonikatorem, który wykorzystuje fale dźwiękowe o wysokiej intensywności do mieszania tlenu i lipidów razem. Proces ten zatrzymuje gaz tlenowy wewnątrz cząstek o rozmiarach średnio 2 do 4 mikrometrów (niewidocznych bez mikroskopu). Powstały roztwór, w którym gaz tlenowy stanowi 70 procent objętości, miesza się skutecznie z ludzką krwią.

„Jednym z kluczy do sukcesu projektu była możliwość podawania skoncentrowanej ilości gazu tlenowego w niewielkiej ilości płynu,” mówi Kheir. Zawiesina ta zawiera od trzech do czterech razy więcej tlenu niż nasze własne czerwone krwinki.”

Dożylne podawanie tlenu gazowego było próbowane we wczesnych latach 1900, ale próby te nie zdołały natlenić krwi i często powodowały niebezpieczne zatory gazowe.”

„Obeszliśmy ten problem pakując gaz w małe, odkształcalne cząsteczki”, wyjaśnia Kheir. „Znacząco zwiększają one powierzchnię wymiany gazowej i są w stanie przecisnąć się przez naczynia włosowate, w których wolny gaz mógłby utknąć.”

Badanie zostało sfinansowane z trzech nagród przyznanych przez Fundusz Rozwoju Technologii w Szpitalu Dziecięcym w Bostonie oraz z nagrody Departamentu Obrony USA w dziedzinie badań podstawowych dla Kheira.

.