批量生产“熊猫血”？浙大团队的研究厉害了

在最新的研究中，浙江大学的研究团队通过对红细胞表面的修饰，将RhD阳性红细胞的大量供应转化为RhD阴性红细胞。无需RhD血型匹配即可进行紧急输血，且不会发生排斥反应。

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RhD阴性血被称为“熊猫血”。临床上，存在长期的血液来源短缺和血型不匹配的问题。在发表在《科学进步》杂志上的一项新研究中，浙江大学的研究小组通过对红细胞表面进行修饰，将大量供应的RhD阳性红细胞分批转化为RhD阴性红细胞。无需RhD血型匹配即可进行紧急输血，且不会发生排斥反应。该方法有望有效解决“熊猫血”的血液短缺问题。

写作|周伟

资料来源|浙江大学学术委员会

“宇宙之血”在哪里？

人类对血型的理解始于20世纪初。1901年，奥地利维也纳大学的卡尔·兰德斯坦纳教授首次发现了ABO血型。血型是根据红细胞表面的抗原来分类的。例如，表面带有抗原A的血细胞称为A型血，带有抗原B的血细胞称为B型血，而O型血细胞既没有抗原A也没有抗原B

随着科学的进步，30多个其他血型系统相继被发现。不同的血型系统采用不同的抗原分类标准。其中，Rh血型系统被认为是除ABO血型系统以外最重要的系统。根据红细胞表面抗原D的有无，人类血型统一分为RhD阳性和RhD阴性。

大多数人的红细胞上都有抗原D，这是RhD阳性的血液。在中国，*人患RhD阴性的概率约为5%，而蒙古人的概率接近1%。汉族的比例很小，仅占0.3%，属于稀有血型。如果同时考虑ABO血型系统和Rh血型系统，血型为阴性的同型人的机会少于0.03%，这是很少见的。这就是“熊猫血”被命名的原因。

查看准备好的红细胞悬液标签，您可以轻松找到两种血型系统的标签:ABO血型和Rh血型。O型血曾被认为是“通用血”，可以输入不同血型的患者。然而，自从Rh血型系统被确认后，人们已经意识到对于RhD阴性的受体，输入普通的RhD阳性的O型血也带有同源免疫的风险。“严格地说，RhD阴性的O型血是真正的“全能血”，浙江大学转化医学研究所副教授、该论文的交流作者之一王本说。

目前，虽然医疗机构对“熊猫血”献血者进行了一系列登记和动员，但仍不能满足临床需要。在危急情况下，如果暂时不能提供阴性血液，有时只能先输注阳性血液以挽救生命，但这可能导致致命的凝血。

穿“外套”来保护抗原

"有没有可能改变现有的红细胞，使它们的阳变成阴？"该论文的合著者、浙江大学化学系教授唐提出了这一观点。

改造血细胞的最初灵感来自蛋壳——在细胞上涂上一层仿生“涂层”，以覆盖不想暴露的部分，或者加载新的功能，科学家称之为“细胞表面改造”。2014年6月，王本和他当时的导师唐教授在英国《化学科学》杂志上提出了红细胞转化策略:当红细胞“穿”上一层多聚多巴胺(多巴胺是一种小分子)的“外衣”时，其表面抗原就会被掩盖，成为ABO血型系统的“万能血液”。

围绕生产“通用血液”的目标，英国爱丁堡大学的科学家提出了一种干细胞体外培养和扩增的方法，这种方法在理论上是可行的，但成本相当高。然而，从化学生物学的角度来看，“修饰细胞”的想法采取了不同的方法，并且一旦提出就显示出某些优势。“这个概念非常聪明。”卡内基梅隆大学的生物材料专家克里斯托弗·贝廷格当时说道。

“我们正在‘修整’一个活细胞。敷料后，除了屏蔽抗体外，我们不能影响其细胞膜的流动性和变形性，也不能影响细胞的生物学功能。”王本说。RhD是一种嵌入红细胞膜的跨膜蛋白。研究团队需要探索更精确和优化的操作。

六年后，研究小组正式发布了新的红细胞“外套”——他们发现了一种更好的“布料”，并尝试了一种更好的“剪裁”。更重要的是，该技术变得更加“通用”:将RhD阳性的红细胞转化为RhD阴性的红细胞的目标得以实现，并且新的通用红细胞可用于紧急输血而无需匹配RhD血型。

“穿衣”之后:变化与不变性

让我们看看化学和医学联合研究小组设计的新“夹克”:

RhD阴性血“通用熊猫血”制备流程示意图

研究人员在细胞膜上锚定并组装一个类似磷脂(细胞膜骨架分子)的分子，然后催化水凝胶单体交联，在RhD抗原表面形成一层纳米级三维水凝胶支架。在这里，科学家创造性地使用了一种新的方法来控制太空中的聚合。“这个支架大约有200纳米厚。它嵌在红细胞膜中，屏蔽目标抗体，不影响细胞的灵活性，”王本说。"只有当红细胞具有一定的弹性，即变形能力时，它们才能在血管中*穿梭。"

临床上，RhD阴性的受血者第一次接受RhD阳性血液时是安全的，但第一次接受血液后体内会产生RhD抗体，第二次接受RhD阳性血液时会发生溶血，造成严重的输血不良反应。为了验证“夹克”的安全性和有效性，研究小组设计了进一步的动物实验:

第一个实验是在小鼠身上进行的三次异基因输血实验。实验结果表明，经过三次输血后，工程红细胞在小鼠体内的保留时间和半衰期与未处理的小鼠红细胞相当。"这个实验表明，工程红细胞在体内具有非常好的生命力."论文第一作者、博士生赵说。

第二个实验是测试RhD抗原的屏蔽效果。研究人员分别将人RhD阳性红细胞和修饰人RhD阳性红细胞导入新西兰白兔体内，发现前者可使兔产生抗RhD抗原的抗体，但穿“外套”输注人RhD阳性红细胞不会使兔产生RhD抗体。“我们没有看到输血后4周内产生抗体，所以我们可以认为屏蔽效应仍然存在。”赵说，红细胞将在脾脏被代谢和清除。

“与我们2014年的工作相比，这种方法可以通过细胞转化更好地保持细胞膜的流动性和变形性，在保证红细胞膜结构的前提下最大限度地保持红细胞的生物功能。这也是这项研究技术面临的最大挑战。”唐教授对说:

三种应用场景

临床上，同型输血已经诞生了100多年。由于血型抗原的限制，它仍然是第一甚至是唯一的选择。能否开发出一种安全可靠的血型转换方法来应用于紧急输血和缓解血液需求是一个古老而艰巨的挑战。全世界从事这项研究的实验室可能不到10个。

2019年，自然通信公司的一项研究提出通过RhD基因敲除构建RhD阴性人类红细胞。在细胞实验中初步证实了将RhD阳性红细胞转化为阴性红细胞的可能性，但在体内实验中未见证实。同年，《自然微生物学》杂志发表了加拿大不列颠哥伦比亚大学的一项研究。他们利用两种肠道细菌产生的酶，通过酶消化将A型血转化为O型血。王本说，这在血型转换方面是一个可喜的工作，但是“酶消化法可能不适合RhD的阳性到阴性转换，因为RhD抗原嵌入在红细胞膜中，这是一种跨膜蛋白。如果被酶消化，红细胞膜将被破坏。”王本说。

浙江大学医学院第二附属医院输血科的医生廖兆平是研究的成员之一。他对细胞修饰技术在“万能血液”制造中的应用前景充满信心。他认为这项技术至少有三个应用前景:第一，缓解临床“熊猫血”的供需矛盾；第二种情况是，在临床上进行同种异体输血时，受血者的血液和供血者的血液不匹配。这种细胞改造技术有望在短时间内生产出更多匹配的血液。第三种情况是，国家和地方血库有时特别缺乏某些血型。“目前，我们还可以考虑将过剩血型转化为短缺血型供临床使用。”

浙江大学医学院第一附属医院血液学系主任洪虎教授认为，该研究在临床前基础研究方面取得了可喜而显著的进展。然而，在临床实践中仍有很长的路要走，在对人类进行临床试验之前，需要对灵长类动物进行进一步的安全性和有效性研究。如果成功，无疑将有益于“熊猫血”患者，具有很大的临床应用价值。

原始纸张:

https://advances.sciencemag.org/content/6/12/eaaw9679

新的研究可以大量生产“熊猫血”！