1

Mikropartiklarna består av ett enda lager lipider (fettmolekyler) som omger en liten ficka med syrgas och levereras i en flytande lösning. I en omslagsartikel i Science Translational Medicine av den 27 juni rapporterar John Kheir, MD, från kardiologiavdelningen vid Boston Children’s Hospital, och hans kollegor att en infusion av dessa mikropartiklar till djur med låga syrenivåer i blodet återställde syrgasmättnaden i blodet till nästan normala nivåer inom några sekunder.

När luftstrupen var helt blockerad – ett farligare scenario i verkligheten – höll infusionen djuren vid liv i 15 minuter utan att de fick ett enda andetag, och minskade förekomsten av hjärtstillestånd och organskador.

Mikropartikellösningarna är bärbara och skulle kunna stabilisera patienter i nödsituationer och köpa tid för ambulanspersonal, akutläkare eller intensivvårdskliniker att på ett säkrare sätt placera en andningsslang eller utföra andra livräddande behandlingar, säger Kheir.

”Det här är en kortsiktig syreersättning – ett sätt att på ett säkert sätt injicera syregas för att stödja patienter under några kritiska minuter”, säger han. ”Så småningom skulle detta kunna förvaras i sprutor på varje kodvagn på ett sjukhus, en ambulans eller en transporthelikopter för att hjälpa till att stabilisera patienter som har svårt att andas.”

Mikropartiklarna skulle troligen bara administreras under en kort tid, mellan 15 och 30 minuter, eftersom de transporteras i en vätska som skulle överbelasta blodet om de användes under längre perioder, säger Kheir.

Kheir påpekar också att partiklarna skiljer sig från blodsubstitut, som transporterar syre men inte är användbara när lungorna inte kan syresätta dem. I stället är mikropartiklarna utformade för situationer där lungorna är helt oförmögna.

Kheir började undersöka idén om injicerbart syre 2006, efter att ha tagit hand om en liten flicka som fick en allvarlig hjärnskada till följd av en allvarlig lunginflammation som orsakade blödningar i hennes lungor och mycket låga syrenivåer. Trots teamets bästa ansträngningar dog hon innan de kunde sätta henne på en hjärt-lungmaskin. Frustrerad av detta bildade Kheir ett team för att söka efter ett annat sätt att leverera syre.

”Några av de mest övertygande experimenten var de tidiga experimenten”, säger han. ”Vi tog varandras blod, blandade det i ett provrör med mikropartiklarna och såg hur blått blod omedelbart blev rött, mitt framför våra ögon.”

Under årens lopp har Kheir och hans team testat olika koncentrationer och storlekar av mikropartiklarna för att optimera deras effektivitet och för att göra dem säkra för injektion. ”Arbetet var verkligen tvärvetenskapligt”, säger Kheir. ”Det krävdes kemiingenjörer, partikelforskare och läkare för att få till den rätta blandningen.”

I de studier som rapporteras i artikeln använde de en anordning som kallas sonicator, som med hjälp av högintensiva ljudvågor blandar syre och lipider tillsammans. Processen fångar syrgas inuti partiklar som i genomsnitt är 2-4 mikrometer stora (inte synliga utan mikroskop). Den resulterande lösningen, där syrgasen utgör 70 procent av volymen, blandades effektivt med mänskligt blod.

”En av nycklarna till projektets framgång var förmågan att administrera en koncentrerad mängd syrgas i en liten mängd vätska”, säger Kheir. ”Suspensionen innehåller tre till fyra gånger mer syre än våra egna röda blodkroppar.”

Intravenös administrering av syrgas försökte man i början av 1900-talet, men dessa försök misslyckades med att syresätta blodet och orsakade ofta farliga gasembolier.

”Vi har konstruerat runt det här problemet genom att förpacka gasen i små, deformerbara partiklar”, förklarar Kheir. ”De ökar dramatiskt ytan för gasutbyte och kan klämma sig igenom kapillärer där fri gas skulle fastna.”

Studien finansierades av tre utmärkelser från Technology Development Fund vid Boston Children’s Hospital Boston och ett Basic Research Award till Kheir från det amerikanska försvarsdepartementet.