Globuli rossi artificiali: dal trasporto di ossigeno alle terapie antitumorali

Come sappiamo, il sangue è un tessuto costituito dal 55% da liquido, il plasma, e il restante 45% da cellule quali piastrine, globuli bianchi e globuli rossi, proprio quest’ultimi svolgono un’importante funzione di trasporto perché sono in grado di prelevare l’ossigeno dagli alveoli polmonari e portarlo in tutto il corpo attraverso il sistema cardiocircolatorio, paragonabili a dei camion che si muovono sulla rete autostradale.

Vengono prodotti nel midollo osseo continuamente per tutta la durata della vita dell’uomo e in 1 millimetro cubo di sangue ce ne sono dai 4 ai 5.8 milioni, ma nonostante l’enorme quantità, sembra non bastare e gli scienziati dell’Università di Nuova Messico hanno messo a punto dei globuli rossi artificiali che mimano quelli naturali ma con qualche innovativa proprietà in più.

Globuli rossi artificiali: come sono fatti

L’idea di ricreare queste determinate cellule nasce dalla loro ridotta complessità, infatti, sono privi di nucleo e di altre strutture interne come mitocondri, ribosomi e, inoltre, non possono replicarsi, né produrre proteine, né effettuare respirazione aerobica per generare energia come le altre cellule.

Insomma, sono cellule apparentemente “semplici” da replicare e migliorare, aggiungendo qualche funzione in più come la rimozione di tossine dannose all’interno dell’organismo, trasportare e/o attrarre agenti farmaceutici.

Nel dettaglio, i passi per la loro realizzazione prevedono 4 fasi consecutive ma, il punto chiave è la bioreplicazione della silice:

1. per imitare al meglio le proprietà dei globuli rossi naturali, il team di ricercatori ha mescolato nanoparticelle di silice con membrane di eritrociti naturali estruse e fissati, successivamente, con formaldeide in una soluzione salina tamponata con fosfato per 20 ore, al fine di evitare il cambiamento di forma indotto da stress osmotico;
2. Una successiva fase di calcinazione a 500 °C per 4 ore, processo di riscaldamento ad alta temperatura protratto per il tempo necessario a eliminare tutte le sostanze volatili da una miscela solida o da un singolo composto, permette di ottenere una bio-replica del globulo rosso in silice che funge da stampo;
3. Autoassemblaggio LBL (layer-by-layer) dello stampo di silice con i polielettroliti biocompatibili (chitosano caricato positivamente e alginato caricato negativamente) già utilizzati in campo biomedicale per la loro bassa tossicità e biodegradabilità;
4. Rimozione dello strato di silice in quanto la sua unica funzione era di stampo così da conferire flessibilità.

Proprietà e prospettive future

Gli scienziati hanno dimostrato la biocompatibilità, iniettando i globuli rossi sintetici nei vasi sanguigni di un gruppo di topi, osservando che le cellule sanguigne sono durate per più di 48 ore, senza causare effetti collaterali, per poi essere eliminati dal corpo come un modello farmacocinetico a due compartimenti.

Inoltre, un altro aspetto da tener conto è la loro dinamica nel sistema cardiocircolatorio che è stata osservata attraverso imaging in fluorescenza nei vari vasi sanguigni, facendo emergere un comportamento quasi identico a quelli nativi.

In aggiunta per testare la proprietà principale di trasporto di ossigeno, sono state caricate con emoglobina, la cui presenza a destinazione è stata testata mediante chemiluminescenza a base di luminolo.

Dunque, quali dovrebbero essere i vantaggi di avere dei globuli rossi artificiali? Innanzitutto, la possibilità di trasportare ossigeno può essere utile in caso di interventi chirurgici in cui la necessità di sangue è superiore a quella a disposizione.

Inoltre, ci sono delle proprietà “extra” che prevedono la capacità di trasportare all’interno dell’organismo farmaci antitumorali oppure un biosensore in grado di rilevare eventuali tossine tossiche con la capacità di rimuoverle.

La strada è ancora lunga ma studi futuri esploreranno il potenziale dei globuli rossi sintetici nelle applicazioni mediche, come la terapia del cancro e il rilevamento delle tossine