人造血液能代替天然血液嗎？

徐玉珠

在影視劇和日常生活中，我們常看到人們因意外事故而大量失血卻苦等不到合適血源最終殘疾甚至喪命的悲劇。時至今日，志愿者們捐獻的血液仍不足以滿足人們日常用血的需求。好在，在人造器官的啟發下，科學家們開始制造人造血液，那么，人造血液能像天然血液一樣嗎？

1966年初的一天，美國醫生利蘭·克拉克在實驗室中如常做實驗。克拉克專注于實驗時，一只頑皮的實驗小鼠卻一不小心掉入了滿滿一燒杯的白色溶液中。溺水的老鼠沒能等來及時的救援，等克拉克及其助手發現這只可憐的老鼠時，時間已過去了好幾個小時。奇怪的是，這只老鼠不但沒死，還像魚一樣在白色溶液里活蹦亂跳。

難道老鼠還能在液體中呼吸？克拉克再次把一只小鼠放進一個盛有白色溶液——氟化碳的燒杯中，將它完全淹沒在液體里。結果發現，過了幾小時這只老鼠也仍然活著。經過解剖證實，老鼠并沒有能在液體中呼吸的器官，那么它在氟化碳溶液中為什么沒有窒息呢？究其原因，氟化碳溶液的含氧量很高，是純水的數十倍，相當于血液的兩倍多，它進入機體后，能像血液一樣給機體提供氧氣。

日本研究人員開發的人造血液

克拉克的發現震驚了世界，這種溶液是否適合人類呢？如果適合的話，人類不就能擺脫供血不足的困擾嗎？這能拯救多少病人啊！科學家們很快證實了氟化碳溶液作為血液的可行性：美國哈佛大學的蓋耶教授將一種全氟碳乳液注射到老鼠體內，取代了其體內90%的天然血。然后，把老鼠放進一個密封的玻璃罩里，向罩內通入氧氣。如預想的一樣，老鼠并未因失血而馬上喪命，手術后，它仍存活了8個小時。

后來，科學家們研制了各種配比的氟化碳人造血液，這些人造血液在臨床手術中被輸入人體，挽救了瀕危的病人。2019年，日本科學家制出了一種新型氟化碳人造血液，其中顆粒直徑小于0.1毫微米，不會造成器官或組織的堵塞。輸入人體64小時后，就會通過肺部呼氣和尿液等途徑排出體外，大大減小了對人體的毒害，增加了氟化碳血液的安全性。

這種白色的血液沒有血型限制，任何人都可以使用，在緊急情況下完美解決了缺血難題。不過，正如動物實驗所表現出的不足一樣，當人體大量失血時，這款血液不能保證手術的成功，因為天然血液不僅能供氧，還具有運輸養分和殺滅病菌等功能，而氟化碳血液并沒有這些功能，術后因營養不足和病菌感染等原因仍可能導致病人喪命。

既然單一功能的氟化碳血液不能滿足人體供血的所有要求，那么能不能制作一款包含多種血細胞和成分的人造血液呢？

與人造器官類似，科學家們首先想到了用動物血液來替代人血。當然，人群之間都存在血型不同無法輸血的情況，更別提將動物血直接輸入人體了。因此，所謂的動物血液人造血，其實是提取動物血液中的一些成分來制成人類可用的人造血。

21世紀初，美國一家醫藥公司用牛源血紅蛋白制造了一款動物血液人造血——“血純”。“血純”在常溫下能保存3年以上，與各種血型都具有較高的兼容性，運輸氧氣的能力與正常血液相當，但副作用發生率比輸正常血液高出約5%。2013年，羅馬尼亞的科學家則用蚯蚓血紅蛋白和無機鹽制造了另一種人造血液。這款血液性質比“血純”更穩定，輸入老鼠體內沒有引發任何不良反應，且能完成運輸氧氣和氣體交換的功能。但是，與氟化碳血液相同，動物血液的人造血目前除了運輸氧氣外，沒有人類天然血液的其他功能。

動物血沒能成功替代天然人血，科學家再次走上了生化血的道路。一開始，科學家將人體血紅蛋白分離出來，滅菌處理后進行化學修飾，制成暗紅色的粉末，需要時將之用水泡開，就能進行輸血。不過這種人造血使用后容易產生副作用，沒法大范圍推廣使用。后來，美國的一位兒科醫生想到了一個方法，將滅菌后的血紅蛋白用人工合成的納米材料包裹起來，不僅不影響其輸送氧氣的功能，還減少了副作用發生的概率。

干細胞體外造血流程

受這種想法啟發，2019年，日本研究人員研制出了一種功能更豐富的人造血液。其“血漿”由一個個直徑約為250納米的脂質體囊泡組成，脂質體與細胞膜的成分類似，更容易被細胞吸收。脂質體囊泡中包裹著人造血小板和人造紅細胞，除了能運輸氧氣和二氧化碳外，還有凝血功能。科學家們在10只兔子身上進行了測試，兔子沒有出現嚴重的不良反應，并且其中的6只成功存活，這一比例與大出血后接受真正血液輸血的兔子的存活率相似。這款人造血同樣沒有血型限制，且保質期高達一年，當屬目前最有潛力替代天然血液的人造血了。

目前我們制造的所有人造血都沒能完美替代天然血液。人造血更多的是起到緊急替代的功能，在大量失血又一時找不到合適血源的情況下起到急救的作用，最終人類還是要靠自身強大的造血功能源源不斷地補充血液才能長期存活。那么，科學家們能不能模仿人體的造血功能，制造一款“天然”人造血呢？

人體造血靠的是造血干細胞，科學家們在實驗室中模仿干細胞的造血過程，目前已經取得了一些成果。

2011年，法國的一個科研團隊首次將體外激活的造血干細胞輸入人體，這些干細胞在人體中成功發揮了作用。研究人員首先從志愿者的骨髓里抽取了造血干細胞，然后利用人工合成的生長因子激活干細胞。在給這些人工激活的干細胞做好標記以供追蹤之后，他們將其注射回捐獻者的體內。結果表明，這些“人造”干細胞的壽命和功能與天然干細胞基本相近：26天后，約50%的“人造”干細胞仍然在人體中存活并不斷制造出更多血細胞，這與天然干細胞的存活率相近。

但是，干細胞注射進人體再造血需要一定的時間，在緊急情況下無法滿足即時供血的需求，因此，各國科研人員都陸續開展了體外培養干細胞制造血細胞的實驗，并取得了一些成果。2016年，中國的一個科研團隊通過干細胞技術成功制備出“人工紅細胞”，其與天然紅細胞的血紅蛋白含量、攜氧能力等各項指標基本一致，是目前最適宜臨床應用的干細胞來源的人造紅細胞。下一步，該團隊將致力于規模化制備人工紅細胞，與特定功能血漿復合后，形成具有完整生理功能的新型人造血。

盡管用造血干細胞體外造血的技術已經基本成熟，但造血干細胞的來源比較有限，需要從健康人身上抽取，而且抽取手術存在一定的風險，愿意捐獻造血干細胞的人比獻血者還要少。因此，最近科學家開始嘗試用其他人體細胞制造造血干細胞。

美國波士頓兒童醫院研究團隊的方法是先利用皮膚細胞生成人類誘導多能干細胞，再促使它們分化成造血干細胞。該團隊把用這種方法獲取的造血干細胞移植到小鼠身上，幾周后，小鼠體內產生了多種類型的人類血液細胞。這表明，用皮膚細胞生成造血干細胞的目的成功達成。還有科研團隊用基因編輯的方法將血管內皮細胞轉變成造血干細胞，同樣獲得了成功。獲得了充足的造血干細胞后，再進行體外造血就更有保障了。

隨著醫學技術的發展和進步，我們已經離“天然”人造血越來越近了。終有一天，人類必將徹底解決血源不足的問題。