Das Labor in Baltimore ist führend bei der Herstellung von künstlichem Blut

Wissenschaftler und Forscher der University of Maryland School of Medicine entwickeln einen gefriergetrockneten Blutersatz, der sofort im Feld eingesetzt werden kann.

Dr. Allan Doktor in seinem Labor am Center for Blood Oxygen Transport and Hemostasis an der University of Maryland School of Medicine in Baltimore. (Mit freundlicher Genehmigung der University of Maryland School of Medicine)

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In einem kleinen, fensterlosen Laborraum beträgt die Temperatur kühle 40 Grad Fahrenheit. Laute Maschinen summen vor sich hin und eine rötliche Flüssigkeit fließt durch klare röhrenartige Säulen, die bis zur Decke reichen.

Die rötliche Flüssigkeit ist menschliches Blut.

„Wir beginnen mit Hämoglobin“, erklärt Dr. Allan Doctor. „Bei abgelaufenen Blutkonserven erfahren wir, dass die Haltbarkeitsdauer abgelaufen ist und sie nicht mehr an Menschen weitergegeben werden können.“

Hämoglobin ist ein Protein in roten Blutkörperchen, das Sauerstoff zu den Geweben und Organen des Körpers transportiert.

Der Arzt, Professor für Pädiatrie und Bioingenieurwesen, zeigt auf die durchsichtigen Säulen, die an einer Maschine befestigt sind.

„Dadurch können wir nur das Hämoglobin von den zerstörten Zellen trennen. Wir reinigen es und sammeln es praktisch in einer Flasche wie dieser“, sagt er und hält ein Glas hoch.

Unten im Flur, in einem mittelgroßen Kühlschrank, fassen andere Flaschen und Becher unterschiedlicher Größe unterschiedliche Flüssigkeitsmengen – manche in einem dunklen Rubinrot, andere in einem helleren Erdbeerton.

Die Wissenschaftler und Forscher am Center for Blood Oxygen Transport and Hemostasis (CBOTH) an der University of Maryland School of Medicine in Baltimore hoffen, dort erfolgreich zu sein, wo andere gescheitert sind: einen künstlichen Blutersatz zu schaffen, der gefriergetrocknet und bei Raumtemperatur gelagert werden kann und im Handumdrehen im Feld eingesetzt werden, wenn gespendetes menschliches Blut knapp ist oder ganz fehlt.

Die Projektleiter sagten, sie hoffen, dass künstliches Blut die Wundversorgung neu gestalten und unkontrollierte Blutungen verhindern werde, die häufigste Ursache für vermeidbare Todesfälle bei Traumata.

„Was wir brauchen, ist etwas, das haltbar ist“, sagte Doctor, Direktor von CBOTH. „Etwas, das langlebig ist und im Krankenwagen verwendet werden kann, damit es nicht kaputt geht, wenn man es für ein paar Stunden aus dem Kühlschrank nimmt.“

Nach Angaben des Amerikanischen Roten Kreuzes benötigt in den USA alle zwei Sekunden eine Person gespendetes Blut und Blutplättchen. Aber nur etwa 3 % der Amerikaner spenden in einem bestimmten Jahr.

Gespendetes Blut muss kühl gelagert werden. Sobald es aus dem Kühlschrank genommen wird, muss es innerhalb weniger Stunden verbraucht werden, sonst verfällt es. Und selbst unter perfekten Bedingungen ist gespendetes menschliches Blut in einer Blutbank nur etwa 42 Tage haltbar.

Aus diesem Grund führen die meisten Krankenwagen oder Kampfsanitäter des Militärs nicht ständig Blut bei sich. Beutel mit gefriergetrocknetem Blut, die mit etwas Wasser vermischt verwendet werden könnten, würden neue, einfachere Optionen bedeuten, sagte der Arzt.

„Es wird geschätzt, dass es Tausende verlorener Soldaten aus dem Afghanistan-Konflikt gäbe, die heute noch am Leben wären, wenn wir ihnen zum Zeitpunkt der Verletzung Bluttransfusionen gegeben hätten“, sagte er. „Das bedeutet, dass ein Sanitäter, der mit einer Feldeinheit herumläuft, das Blut in seinem Rucksack hat und wenn jemand verwundet wird, kann er zu ihm kriechen und es ihm sofort geben.“

Doctor und sein Team in Baltimore, zu dem auch das Biotech-Startup-Unternehmen KaloCyte gehört, konzentrieren sich speziell auf die Herstellung künstlicher roter Blutkörperchen.

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Der Mensch verfügt über Billionen roter Blutkörperchen und ihre Aufgabe besteht darin, den Sauerstoff, den wir in unsere Lungen atmen, einzufangen und ihn zu allen unseren Geweben und Organen zu transportieren.

„Jedes einzelne rote Blutkörperchen ist wie ein kleiner Thermostat, der ständig fragt: ‚Ist genügend Sauerstoff vorhanden?‘ NEIN? „Lassen Sie uns etwas mehr Blut reinbringen“, sagte der Arzt.

Wenn jemand zu bluten beginnt, sei es aufgrund eines Papierschnitts oder einer anderen geringfügigen Verletzung, gerinnen Plasma und Blutplättchen im Blut und verschließen die Öffnung. Der Körper beginnt sofort damit, die verlorenen roten Blutkörperchen und das Hämoglobin durch neue zu ersetzen.

Aber bei schweren Traumata wie Schusswunden, Explosionen oder Quetschverletzungen funktioniert die Gerinnung möglicherweise nicht und der Körper kann Schwierigkeiten haben, die roten Blutkörperchen so schnell zu ersetzen, wie er sie verliert.

Um einen echten künstlichen Blutersatz zu schaffen, der menschlichem Blut sehr ähnlich ist, muss das Produkt laut Doktor sowohl Gerinnungs- als auch Sauerstofffaktoren enthalten.

Während Doctor und sein Team an roten Blutkörperchen arbeiten, arbeiten Forscher an anderen Universitäten und Institutionen im ganzen Land an der Entwicklung und Verfeinerung von gefriergetrocknetem Plasma, Blutplättchen und anderen Komponenten, die schließlich kombiniert werden.

„Es ist, als ob wir ein Flugzeug bauen müssten“, sagte Doctor, „und hier gibt es Leute, die einen Motor herstellen, und hier, die einen Flügel herstellen, und hier, die Räder herstellen, aber niemand versucht, alles zusammenzusetzen.“

Bis jetzt.

Das Projekt wird mit 46 Millionen US-Dollar von der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) des US-Verteidigungsministeriums finanziert. Die Forscher haben einen strengen Zeitrahmen von fünf Jahren eingehalten, um etwas zu schaffen, das nicht nur funktioniert, sondern auch schnell hergestellt werden kann.

Das Labor in Baltimore besteht aus einem Labyrinth verschiedener Räume, von denen jeder für einen anderen Schritt bei der Herstellung gefriergetrockneter roter Blutkörperchen vorgesehen ist.

Zunächst müssen Wissenschaftler die Substanz für die Zellmembran herstellen, die sie aus menschlichen Fetten und Zellen herstellen.

„Es gibt ungefähr fünf oder sechs verschiedene Arten von Fetten, aus denen die Membran besteht“, sagte der Arzt. „Wir geben sie in organische Lösungsmittel wie Alkohol und trocknen sie dann hier gefriergetrocknet, und aus jedem dieser Lösungsmittel wird eine Charge künstlicher roter Blutkörperchen hergestellt.“

In einem anderen Raum nutzt das Team Maschinen und Geräte, um die Membranen tatsächlich zu formen und die Zellen mit gereinigtem Hämoglobin und anderen Komponenten zu füllen.

„Wenn sich das Fett mit dem Wasser vermischt, möchte es eine Blase bilden“, erklärte der Arzt. „Wenn es das tut, fängt es die Flüssigkeit im Inneren ein, und so entstehen im Grunde automatisch Wasserballons.“

Die gefüllten künstlichen Zellen durchlaufen eine lange Reihe von Tests, um sicherzustellen, dass sie die richtige Form und Größe haben – 50-mal kleiner als normale menschliche rote Blutkörperchen – und die richtige Steifheit haben, bevor sie zu einem roten Pulver gefriergetrocknet werden.

„Irgendwann wird es in einem Beutel sein und man fügt einfach Wasser hinzu und schon ist Blut da“, sagte der Arzt. „Jetzt demonstrieren wir Sicherheit und Wirksamkeit in einer Reihe von Tiermodellen, damit wir von der FDA die Erlaubnis erhalten können, es am Menschen zu testen.“

Versuche am Menschen sind noch einige Jahre entfernt, aber der Arzt sagte, er sei optimistisch, dass sie dort ankommen werden.

Im Moment denkt er über all die verschiedenen Möglichkeiten nach, wie künstliches Blut eines Tages eingesetzt werden könnte – zur Ausrüstung von Medizinern vor Ort, zur Schaffung von Reservedepots für Massenunfallereignisse, zur besseren Ausstattung von Krankenhäusern und Gesundheitszentren und mehr.

„Es gibt auch den Mond oder Kreuzfahrtschiffe oder die Raumfahrt oder andere wirklich exotische Orte, an denen man keine Transfusionen durchführen kann. „Man kann kein Blut zum Mars mitnehmen“, sagte der Arzt lachend. „Für eine erfolgreiche Raumfahrt brauchen wir also so etwas.“

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Nicole Leonard ist Gesundheits- und Wissenschaftsreporterin für WHYY News.