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    Comment fonctionne le sang artificiel
    Des globules rouges, aussi appelés érythrocytes, sont en forme de disques biconcaves. En savoir plus sur le sang artificiel et plus avec des images de médecine moderne. Photo gracieuseté de Garrigan.Net

    Les médecins et les scientifiques ont mis au point de nombreux gadgets qui peuvent remplacer les parties du corps qui se cassent ou s'usent. Un cœur, par exemple, est essentiellement une pompe ; un cœur artificiel est une pompe mécanique qui déplace le sang. De la même manière, les arthroplasties totales du genou remplacent le métal et le plastique par les os et le cartilage. Les membres prothétiques sont devenus de plus en plus complexes, mais ce sont toujours des dispositifs essentiellement mécaniques qui peuvent faire le travail des bras ou des jambes. Tous ces éléments sont assez faciles à comprendre – remplacer un organe par un remplacement artificiel est généralement logique.

    Artificiel du sang , d'autre part, peut être ahurissant. L'une des raisons est que la plupart des gens pensent que le sang est plus qu'un simple tissu conjonctif qui transporte l'oxygène et les nutriments. Au lieu, le sang représente la vie. De nombreuses cultures et religions lui accordent une importance particulière, et son importance a même affecté la langue anglaise. Vous pourriez vous référer à vos traits culturels ou ancestraux comme étant dans votre sang. Les membres de votre famille sont vos parents par le sang. Si vous êtes indigné, ton sang bout. Si vous êtes terrifié, il fait froid.

    Le sang porte toutes ces connotations pour une bonne raison - il est absolument essentiel à la survie des formes de vie des vertébrés, y compris les gens. Il transporte l'oxygène de vos poumons vers toutes les cellules de votre corps. Il capte également le dioxyde de carbone dont vous n'avez pas besoin et le renvoie dans vos poumons afin que vous puissiez l'exhaler. Le sang fournit des nutriments de votre système digestif et des hormones de votre système endocrinien aux parties de votre corps qui en ont besoin. Il passe par les reins et le foie, qui éliminent ou décomposent les déchets et les toxines. Les cellules immunitaires de votre sang aident à prévenir et à combattre les maladies et les infections. Le sang peut également former des caillots, prévenir la perte de sang mortelle due à des coupures et des éraflures mineures.

    Prochain, Découvrez les différents composants sanguins et pourquoi le sang artificiel pourrait être nécessaire.

    Contenu
    1. Qu'est-ce que le sang ?
    2. Cellules sanguines artificielles
    3. Sang HBOC
    4. Sang PFC
    5. Controverse sur le sang artificiel

    Qu'est-ce que le sang ?

    Une image au microscope électronique à balayage à partir de sang humain circulant normalement. Photographes Bruce Wetzel/Harry Schaefer, avec l'aimable autorisation de l'Institut national du cancer

    Cela peut sembler improbable, voire impossible, qu'une substance artificielle pourrait remplacer quelque chose qui fait tout ce travail et qui est si central à la vie humaine. Pour comprendre le processus, il est utile d'en savoir un peu plus sur le fonctionnement du vrai sang. Le sang a deux composants principaux -- plasma et éléments formés . Presque tout ce que le sang transporte, y compris les nutriments, hormones et déchets, est dissous dans le plasma, qui est principalement de l'eau. Éléments formés , qui sont des cellules et des parties de cellules, flottent également dans le plasma. Les éléments formés comprennent globules blancs (GB) , qui font partie du système immunitaire, et plaquettes , qui aident à former des caillots. Globules rouges (GR) sont responsables de l'une des tâches les plus importantes du sang - transporter l'oxygène et le dioxyde de carbone.

    Les globules rouges sont nombreux; ils constituent plus de 90 pour cent des éléments formés dans le sang. Pratiquement tout à leur sujet les aide à transporter l'oxygène plus efficacement. Un RBC a la forme d'un disque concave des deux côtés, il a donc beaucoup de surface pour l'absorption et la libération d'oxygène. Sa membrane est très souple et n'a pas de noyau, il peut donc passer à travers de minuscules capillaires sans se rompre.

    Le manque de noyau d'un globule rouge lui donne également plus de place pour hémoglobine (Hb) , une molécule complexe qui transporte l'oxygène. Il est composé d'un composant protéique appelé globine et quatre pigments appelés hèmes . Les hèmes utilisent le fer pour se lier à l'oxygène. À l'intérieur de chaque RBC se trouvent environ 280 millions de molécules d'hémoglobine.

    Si vous perdez beaucoup de sang, vous perdez beaucoup de votre système de distribution d'oxygène. Les cellules immunitaires, les nutriments et les protéines transportés par le sang sont importants, trop, mais les médecins sont généralement plus soucieux de savoir si vos cellules reçoivent suffisamment d'oxygène.

    En situation d'urgence, les médecins donneront souvent aux patients extenseurs de volume , comme une solution saline, pour compenser la perte de volume sanguin. Cela aide à rétablir une pression artérielle normale et permet aux globules rouges restants de continuer à transporter l'oxygène. Parfois, cela suffit à maintenir le corps en activité jusqu'à ce qu'il puisse produire de nouvelles cellules sanguines et d'autres éléments sanguins. Si non, les médecins peuvent donner des brevets transfusions sanguines pour remplacer une partie du sang perdu. Les transfusions sanguines sont également assez courantes lors de certaines interventions chirurgicales.

    Ce processus fonctionne plutôt bien, mais il existe plusieurs défis qui peuvent rendre difficile, voire impossible, l'approvisionnement des patients en sang dont ils ont besoin :

    • Le sang humain doit être conservé au frais, et il a une durée de conservation de 42 jours. Cela rend impossible pour les équipes d'urgence de le transporter dans des ambulances ou pour le personnel médical de le transporter sur le champ de bataille. Les extenseurs de volume à eux seuls peuvent ne pas suffire à maintenir en vie un patient qui saigne gravement jusqu'à ce qu'il atteigne l'hôpital.
    • Les médecins doivent s'assurer que le sang est le bon taper -- UNE, B, AB ou O -- avant de le donner à un patient. Si une personne reçoit le mauvais type de sang, une réaction mortelle peut en résulter.
    • Le nombre de personnes qui ont besoin de sang augmente plus rapidement que le nombre de personnes qui donnent du sang.
    • Des virus comme le VIH et l'hépatite peuvent contaminer l'approvisionnement en sang, bien que les méthodes de test améliorées aient rendu la contamination moins probable dans la plupart des pays développés.

    C'est là qu'intervient le sang artificiel. Le sang artificiel ne fait pas tout le travail du vrai sang - parfois, il ne peut même pas remplacer le volume sanguin perdu. Au lieu, il transporte de l'oxygène dans des situations où les globules rouges d'une personne ne peuvent pas le faire eux-mêmes. Pour cette raison, le sang artificiel est souvent appelé un oxygénothérapie . Contrairement au vrai sang, le sang artificiel peut être stérilisé pour tuer les bactéries et les virus. Les médecins peuvent également le donner aux patients quel que soit leur groupe sanguin. De nombreux types actuels ont une durée de conservation de plus d'un an et n'ont pas besoin d'être réfrigérés, ce qui les rend idéaux pour une utilisation dans des situations d'urgence et sur le champ de bataille. Donc, même s'il ne remplace pas réellement le sang humain, le sang artificiel est toujours assez étonnant.

    Nous verrons ensuite d'où vient le sang artificiel et comment il fonctionne dans la circulation sanguine d'une personne.

    Merci

    Grâce à Scott Bernstein pour son aide dans cet article.

    Cellules sanguines artificielles

    Les HBOC et les PFC sont considérablement plus petits que les globules rouges.

    Jusque récemment, la plupart des tentatives pour créer du sang artificiel ont échoué. Dans le 19ème siècle, les médecins ont donné sans succès aux patients du sang animal, Le Lait, huiles et autres liquides par voie intraveineuse. Même après la découverte des groupes sanguins humains en 1901, les médecins ont continué à chercher des substituts sanguins. Les guerres mondiales I et II et les découvertes de l'hépatite et du virus de l'immunodéficience humaine (VIH) ont également suscité l'intérêt pour son développement.

    Les entreprises pharmaceutiques ont développé quelques variétés de sang artificiel dans les années 1980 et 1990, mais beaucoup ont abandonné leurs recherches après des crises cardiaques, accidents vasculaires cérébraux et décès dans les essais humains. Certaines des premières formules ont également provoqué l'effondrement des capillaires et la montée en flèche de la pression artérielle. Cependant, des recherches supplémentaires ont conduit à plusieurs substituts sanguins spécifiques dans deux classes - transporteurs d'oxygène à base d'hémoglobine (HBOC) et perfluorocarbures (PFC) . Certains de ces substituts approchent de la fin de leur phase de test et pourraient être bientôt disponibles pour les hôpitaux. D'autres sont déjà utilisés. Par exemple, un HBOC appelé Hemopure est actuellement utilisé dans les hôpitaux en Afrique du Sud, où la propagation du VIH a menacé l'approvisionnement en sang. Un transporteur d'oxygène à base de PFC appelé Oxygent en est aux derniers stades des essais sur l'homme en Europe et en Amérique du Nord.

    Les deux types ont des structures chimiques radicalement différentes, mais ils fonctionnent tous les deux principalement à travers diffusion passive . La diffusion passive profite de la tendance des gaz à se déplacer des zones de plus grande concentration vers les zones de moindre concentration jusqu'à ce qu'elle atteigne un état de équilibre . Dans le corps humain, l'oxygène passe des poumons (forte concentration) au sang (faible concentration). Puis, une fois que le sang atteint les capillaires, l'oxygène passe du sang (forte concentration) aux tissus (faible concentration).

    Voir la page suivante pour en savoir plus sur le sang HBOC.

    Sang HBOC

    PolyHeme HBOC de Northfield Labs Photo avec l'aimable autorisation des laboratoires Northfield

    L'HBOC ressemble vaguement au sang. Ils sont rouge très foncé ou bordeaux et sont fabriqués à partir de vrai, hémoglobine stérilisée, qui peut provenir de diverses sources :

    • GR du réel, sang humain expiré
    • globules rouges du sang de vache
    • Bactéries génétiquement modifiées capables de produire de l'hémoglobine
    • Placentas humains

    Cependant, les médecins ne peuvent pas simplement injecter de l'hémoglobine dans le sang humain. Quand c'est à l'intérieur des cellules sanguines, l'hémoglobine fait un excellent travail de transport et de libération d'oxygène. Mais sans la membrane cellulaire pour la protéger, l'hémoglobine se décompose très rapidement. La désintégration de l'hémoglobine peut causer de graves dommages aux reins. Pour cette raison, la plupart des HBOC utilisent des formes modifiées d'hémoglobine qui sont plus robustes que la molécule naturelle. Certaines des techniques les plus courantes sont :

    • La réticulation parties de la molécule d'hémoglobine avec un dérivé de l'hémoglobine porteur d'oxygène appelé diaspirine
    • Polymérisation l'hémoglobine en liant plusieurs molécules les unes aux autres
    • Conjuguer l'hémoglobine en la liant à un polymère

    Les scientifiques ont également fait des recherches sur les HBOC qui enveloppent l'hémoglobine dans une membrane synthétique faite de lipides, cholestérol ou acides gras. Un HBOC, appelé MP4, est fabriqué à partir d'hémoglobine enrobée de polyéthylène glycol.

    Les HBOC fonctionnent un peu comme les globules rouges ordinaires. Les molécules de l'HBOC flottent dans le plasma sanguin, ramasser l'oxygène des poumons et le laisser tomber dans les capillaires. Les molécules sont beaucoup plus petites que les globules rouges, afin qu'ils puissent s'insérer dans des espaces que les globules rouges ne peuvent pas, comme dans des tissus extrêmement enflés ou des vaisseaux sanguins anormaux autour de tumeurs cancéreuses. La plupart des HBOC restent dans le sang d'une personne pendant environ une journée - bien moins que les 100 jours environ que les globules rouges ordinaires circulent.

    Cependant, Les HBOC ont également quelques effets secondaires. Les molécules d'hémoglobine modifiées peuvent s'insérer dans de très petits espaces entre les cellules et se lier à l'oxyde nitrique , ce qui est important pour maintenir la pression artérielle. Cela peut entraîner une augmentation de la pression artérielle d'un patient à des niveaux dangereux. Les HBOC peuvent également provoquer une gêne abdominale et des crampes qui sont très probablement dues à la libération de radicaux libres , molécules nocives qui peuvent endommager les cellules. Certains HBOC peuvent provoquer une décoloration rougeâtre des yeux ou rougeur de la peau.

    Prochain, en savoir plus sur le sang PFC et en quoi il est différent des HBOC.

    Sang PFC

    Sang artificiel à base de PFC fabriqué par Oxygent Photo gracieuseté de John B. Carnett /Popular Science

    Contrairement aux HBOC, Les PFC sont généralement blancs et entièrement synthétiques. Ils ressemblent beaucoup hydrocarbures -- produits chimiques faits entièrement d'hydrogène et de carbone -- mais ils contiennent du fluor au lieu du carbone.

    Les PFC sont chimiquement inertes, mais ils sont extrêmement bons pour transporter les gaz dissous. Ils peuvent transporter entre 20 et 30 pour cent plus de gaz que l'eau ou le plasma sanguin, et si plus de gaz est présent, ils peuvent en transporter plus. Pour cette raison, les médecins utilisent principalement des PFC en conjonction avec de l'oxygène supplémentaire. Cependant, l'oxygène supplémentaire peut provoquer la libération de radicaux libres dans le corps d'une personne. Les chercheurs étudient si les PFC peuvent fonctionner sans oxygène supplémentaire.

    Les PFC sont huileux et glissants, donc ils doivent être émulsionné , ou en suspension dans un liquide, à utiliser dans le sang. D'habitude, Les PFC sont mélangés à d'autres substances fréquemment utilisées dans les drogues intraveineuses, comme la lécithine ou l'albumine. Ces émulsifiants finissent par se décomposer lorsqu'ils circulent dans le sang. Le foie et les reins les retirent du sang, et les poumons exhalent les PFC comme ils le feraient pour le dioxyde de carbone. Parfois, les gens ressentent des symptômes pseudo-grippaux lorsque leur corps digère et expire les PFC.

    PFC, comme les HBOC, sont extrêmement petits et peuvent tenir dans des espaces inaccessibles aux globules rouges. Pour cette raison, certains hôpitaux ont étudié si les PFC peuvent traiter lésion cérébrale traumatique (TCC) en fournissant de l'oxygène à travers le tissu cérébral enflé.

    Les entreprises pharmaceutiques testent les PFC et les HBOC pour une utilisation dans des situations médicales spécifiques, mais ils ont des utilisations potentielles similaires, comprenant:

    • Restauration de l'apport d'oxygène après une perte de sang suite à un traumatisme, en particulier dans les situations d'urgence et sur le champ de bataille
    • Prévenir le besoin de transfusions sanguines pendant la chirurgie
    • Maintien du flux d'oxygène vers les tissus cancéreux, ce qui peut rendre la chimiothérapie plus efficace
    • Traiter l'anémie, ce qui provoque une réduction des globules rouges
    • Permettre l'apport d'oxygène aux tissus enflés ou aux zones du corps touchées par l'anémie falciforme

    Le sang artificiel n'est pas sans controverse. Prochain, nous examinerons certaines des questions entourant son utilisation ainsi que son avenir en médecine.

    Controverse sur le sang artificiel

    PolyHème, des Laboratoires Northfield, est un autre type de sang artificiel. Photo avec l'aimable autorisation des laboratoires Northfield

    A première vue, le sang artificiel semble être une bonne chose. Il a une durée de conservation plus longue que le sang humain. Étant donné que le processus de fabrication peut inclure la stérilisation, il ne comporte pas de risque de transmission de maladies. Les médecins peuvent l'administrer à des patients de tout groupe sanguin. En outre, de nombreuses personnes qui ne peuvent accepter de transfusions sanguines pour des raisons religieuses peuvent accepter du sang artificiel, en particulier les PFC, qui ne sont pas dérivés du sang.

    Cependant, le sang artificiel a été au centre de plusieurs controverses. Les médecins ont abandonné l'utilisation de HemAssist, le premier HBOC testé sur des humains aux États-Unis, après que les patients qui ont reçu l'HBOC soient décédés plus souvent que ceux qui ont reçu du sang. Parfois, les compagnies pharmaceutiques ont eu du mal à prouver que leurs transporteurs d'oxygène sont efficaces. Cela s'explique en partie par le fait que le sang artificiel est différent du vrai sang, il peut donc être difficile de développer des méthodes précises de comparaison. Dans d'autres cas, comme lorsque du sang artificiel est utilisé pour fournir de l'oxygène à travers le tissu cérébral enflé, les résultats peuvent être difficiles à quantifier.

    Une autre source de controverse a impliqué des études de sang artificiel. De 2004 à 2006, Les laboratoires Northfield ont commencé à tester un HBOC appelé PolyHeme sur des patients traumatisés. L'étude a eu lieu dans plus de 20 hôpitaux à travers les États-Unis. Étant donné que de nombreux patients traumatisés sont inconscients et ne peuvent pas consentir à des procédures médicales, la Food and Drug Administration (FDA) a approuvé le test comme un étude sans consentement . En d'autres termes, les médecins pourraient donner aux patients du PolyHeme au lieu du vrai sang sans demander au préalable.

    Les laboratoires Northfield ont organisé des réunions pour éduquer les gens dans les communautés où l'étude a eu lieu. L'entreprise a également donné aux gens la possibilité de porter un bracelet informant le personnel d'urgence qu'ils préféraient ne pas participer. Cependant, les critiques ont affirmé que Northfield Laboratories n'avait pas fait assez pour éduquer le public et ont accusé l'entreprise de violer l'éthique médicale.

    Les substituts sanguins peuvent être utilisés comme médicaments améliorant la performance, tout comme le sang humain peut le faire lorsqu'il est utilisé pour le dopage sanguin. Un article d'octobre 2002 dans « Wired » rapportait que certains cyclistes utilisaient de l'Oxyglobine, un HBOC vétérinaire, augmenter la quantité d'oxygène dans leur sang.

    Malgré la polémique, le sang artificiel pourrait être largement utilisé dans les prochaines années. Les prochaines générations de substituts sanguins deviendront probablement aussi plus sophistiquées. À l'avenir, Les HBOC et les PFC peuvent ressembler beaucoup plus à des globules rouges, et ils peuvent contenir certaines des enzymes et des antioxydants que le vrai sang transporte.

    Voir les liens sur la page suivante pour plus d'informations sur le sang, sang artificiel et sujets connexes.

    Cellules artificielles

    Les thérapies à l'oxygène ne sont pas les seules cellules artificielles à pénétrer dans le corps humain. Îlots encapsulés -- les cellules pancréatiques enfermées dans une membrane synthétique -- peuvent aider à traiter le diabète. Charbon encapsulé peut éliminer les drogues et les poisons du sang d'une personne.

    Beaucoup plus d'informations

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    Plus de grands liens

    • Université McGill :Cellules artificielles, Substituts sanguins et nanomédecine
    • Université Brown :Substituts sanguins
    • Euro substituts sanguins
    • PBS :Or rouge :l'histoire épique du sang

    Sources

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