Znajdź zawartość

Zdrowe erytrocyty tworzą dwuwymiarowe wzorce krystaliczne. Zmienione chorobowo tego nie potrafią. Międzynarodowy zespół naukowców uważa, że ustalenia te można wykorzystać do opracowania narzędzia diagnostycznego do wykrywania patologii krwi, np. anemii sierpowatej. W chorobach takich jak anemia sierpowata erytrocyty są stwardniałe i nie tworzą "kryształów", dlatego uporządkowanie może pomóc w odróżnianiu zdrowych i chorych czerwonych krwinek i prowadzić do stworzenia narzędzi diagnostycznych do wykrywania patologii sercowo-naczyniowych - twierdzi prof. Petia Vlahovska z Northwestern University. Za pomocą eksperymentów i symulacji naukowcy testowali założenie o uporządkowanym przepływie krwi. Okazało się, że zdrowe erytrocyty są raczej miękkie i giętkie, co w warunkach przepływu ścinającego przyczynia się do wystąpienia uporządkowanego ustawienia. Gdy krwinki są stwardniałe w wyniku procesu chorobowego, zjawisko to nie zachodzi. Gdy krew płynie przez sieć naczyń, erytrocyty muszą stale zmieniać ustawienie. Odkryliśmy nowe ustawienie krwinek w postaci regularnego wzoru przypominającego łańcuch. Naukowcy podkreślają, że zrozumienie ustawień krwinek podczas przepływu ma spore znaczenie dla diagnostyki patologii sercowo-naczyniowych, które stanowią jedną z głównych przyczyn zgonu na całym świecie. Metoda odróżniania zdrowych i chorych erytrocytów mogłaby wpłynąć na miliony istnień. Vlahovska dodaje, że wyniki jej zespołu przyczyniają się nie tylko do postępów w dziedzinie hematologii, ale i w zakresie badania samoorganizacji aktywnych systemów znajdujących się poza stanem równowagi (ang. out-of-equilibrium). « powrót do artykułu

Zbyt gęsta krew może uszkodzić naczynia krwionośne i zwiększyć prawdopodobieństwo zawału. Prof. Rongjia Tao, fizyk z Temple University, zauważył jednak, że krew można rozrzedzić, poddając ją działaniu pola magnetycznego (Physical Review E). Wcześniej ten sam naukowiec zasłynął jako pionier wykorzystania pól elektrycznych i magnetycznych do zmniejszania lepkości ropy w silnikach i rurociągach. Obecnie analogiczny mechanizm zastosowano, by rozrzedzić krew. Ponieważ hemoglobina czerwonych krwinek zawiera żelazo, włączając na około minutę pole magnetyczne (indukcja wynosiła 1,3 T, czyli mniej więcej tyle, co w przypadku aparatów do rezonansu), Tao był w stanie zmniejszyć lepkość krwi aż o 20-30%. Amerykanie przeprowadzili testy na próbkach krwi. Ustalili, że pole magnetyczne polaryzuje erytrocyty. Łączą się one w krótkie łańcuchy, co przyspiesza przepływ krwi. Jako że taki łańcuch jest większy od pojedynczej komórki, płynie środkiem, przez co zmniejsza się tarcie o ściany naczynia. Summa summarum krew staje się rzadsza i płynie swobodniej. Po wyłączeniu pola w ciągu kilku godzin dochodziło do przywrócenia pierwotnej lepkości. Tao tłumaczy, że manipulując natężeniem pola i długością pulsu, można zmieniać wielkość agregatów krwinek. Opisana forma magnetoreologii stanowi skuteczny sposób kontrolowania lepkości krwi w wybranym zakresie. Fizyk dodaje, że jego technika przewyższa obecnie stosowaną aspirynę pod wieloma względami. Po pierwsze, jest bezpieczniejsza. Po drugie, zapewnia powtarzalność. Co ważne, zmniejszenie lepkości nie wpływa na normalną funkcję erytrocytów, dzięki czemu nadal mogą wykonywać swoje zadania i dostarczać tkankom tlen.

MikroRNA, krótkie jednoniciowe cząsteczki RNA, pomagają chronić czerwone krwinki przed zniszczeniami powodowanymi przez wolne rodniki tlenowe (Genes & Development). Zespół doktora Mitchella Weissa, hematologa ze Szpitala Dziecięcego w Filadelfii, ustalił, że w zwykłych warunkach miRNA nie wydaje się pełnić jakiejś szczególnie ważnej funkcji, ale wszystko się zmienia w warunkach zagrożenia stresem oksydacyjnym. Amerykanie opisali szlak sygnalizacyjny aktywowany przez miRNA, dzięki któremu regulowana jest aktywność pewnych genów. Naukowcy szacują, że w ludzkim genomie istnieje 500-1000 form miRNA. Po raz pierwszy mikroRNA opisano na początku lat 90. ubiegłego wieku, a ostateczną nazwę nadano im w roku 2001. Ustalono, że często te cząsteczki RNA łączą się z matrycowym RNA (mRNA), nie dopuszczając tym samym do jego translacji i utworzenia białka. Chociaż mikroRNA wpływają na tworzenie i funkcjonowanie większości lub wszystkich tkanek, nie znamy dokładnie mechanizmów ich działania. W tym konkretnym przypadku wiedzieliśmy, że miRNA zwane miR-451 reguluje erytrocyty u danio pręgowanych i myszy, a ponieważ jest w dużej mierze zachowywane w toku ewolucji, zakładaliśmy, że występuje także u ludzi. Jego rola była jednak słabo poznana. Ustalając, jak mikroRNA oddziałuje na rozwój erytrocytów, w ramach wcześniejszych studiów ekipa Weissa próbowała dociec, co zawodzi m.in. w przypadku niedokrwistości hemolitycznej (czyli anemii spowodowanej szybszym rozpadem erytrocytów wskutek ich niewłaściwej budowy lub działania czynników zewnętrznych). Obecne badania prowadzono na myszach pozbawionych genu kodującego miR-451. Okazało się, że "na co dzień" brak miR-451 wiązał się jedynie z łagodną anemią, lecz w warunkach stresu oksydacyjnego, wywołanego podaniem leku powodującego powstawanie wolnych rodników, niedokrwistość się pogłębiała. Wolne rodniki tlenowe atakowały hemoglobinę. To lejtmotyw wśród mikroRNA – często nie odgrywają one centralnej roli w formowaniu się tkanki lub w zwykłych warunkach, ale wykazują silne działanie ochronne, kiedy organizm jest zestresowany. W miarę upływu ewolucyjnego czasu czerwone krwinki wypracowały sobie metody samoobrony. Jedną z nich jest działanie mikroRNA. Naukowcy z Filadelfii stwierdzili, że oddziałując na etapy pośrednie szlaku sygnalizacyjnego, miR-451 wpływa na kluczowe białko FOXO3. Ponieważ jest ono czynnikiem transkrypcyjnym, nadzoruje setki genów (należy do rodziny czynników FOXOs, która uczestniczy w regulacji procesów komórkowych: różnicowania, metabolizmu czy namnażania). FOXO3 stymuluje geny chroniące erytrocyty przed stresem oksydacyjnym. Weiss zaznacza, że przynajmniej na razie pacjentom z chorobami krwi nie przydadzą się odkrycia dot. miR-451. Akademikom udaje się jednak rozbudować wiedzę na temat zdolności mikroRNA do dostrajanie precyzyjnych fizjologicznych funkcji. Co ważne, FOXO3 kontroluje działania przeciwutleniające w komórkach serca, działa też hamująco na guzy nowotworowe, dlatego miR-451 znajdzie zapewne poczesne miejsce w zapobieganiu chorobom serca czy terapii onkologicznej.

Pomimo wielu lat badań krew pobrana od dawcy pozostaje w wielu przypadkach lekiem niezastąpionym. Sytuacja ta może się jednak zmienić dzięki syntetycznym erytrocytom (czerwonym krwinkom) wytworzonym przez Nishtiego Doshiego z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara. Wytwarzanie syntetycznych czerwonych krwinek (ang. synthetic red blood cells - sRBC) zaczyna się od uzyskania matrycy nadającej całości soczewkowaty kształt, charakterystyczny dla erytrocytów. Na jej powierzchnię nakłada się do dziewięciu warstw mieszaniny potrzebnych białek (najważniejszym z nich jest oczywiście transportująca tlen hemoglobina) zatopionych w porowatym polimerze. Ostatnim etapem jest usunięcie matrycy z wnętrza powstających sRBC. Wytworzone w ten sposób struktury posiadają dwie podstawowe cechy czerwonych krwinek: zdolność do wydajnego przenoszenia tlenu z płuc do tkanek oraz elastyczność pozwalającą na docieranie w trudno dostępne miejsca. Dodatkowo są one w stanie przenosić wiele leków, a także substancje kontrastujące stosowane w badaniach rentgenograficznych. Chociaż w skład sRBC wchodzą białka wytwarzane przez naturalne erytrocyty, nie oznacza to, że do ich pozyskania konieczne będzie pobieranie krwi od dawców. Potrzebne składniki można bowiem uzyskiwać in vitro dzięki technikom inżynierii genetycznej. Czy to wystarczy, by możliwa była całkowita rezygnacja z usług dawców krwi? Z pewnością nie, ale wynalazek pana Doshiego jest ważną innowacją.

W czerwonych krwinkach ciężarnych cierpiących na stan przedrzucawkowy znaleziono duże ilości ergotioneiny, aminokwasu występującego w niepasteryzowanych pokarmach (Reproductive Sciences). Najwyraźniej ergotioneina jest wskaźnikiem stanu przedrzucawkowego i może pomóc w ustaleniu przyczyn tego zjawiska. Naukowcy z Uniwersytetu w Leeds pobrali próbki krwi od 37 kobiet w ciąży. Porównali erytrocyty pań ze stanem przedrzucawkowym z krwinkami ciężarnych, u których nie stwierdzono charakterystycznych objawów (należą do nich podwyższone ciśnienie, obrzęki twarzy i rąk oraz białkomocz, pojawiające się po 20. tygodniu ciąży). U tych pierwszych chemicy wykryli o wiele wyższe stężenia ergotioneiny. Aminokwas ten jest wytwarzany m.in. przez aktynobakterie (Actinobacteria) oraz grzyby strzępkowe, które zanieczyszczają źle przygotowywane i/lub przechowywane produkty spożywcze, np. niepasteryzowany nabiał. Nie zalecam, by ciężarne przestały jeść grzyby, jakkolwiek wysokie stężenia ergotioneiny w czerwonych krwinkach kobiet ze stanem przedrzucawkowym to bardzo interesujące odkrycie. Im więcej wiemy o związkach chemicznych mających coś wspólnego z chorobą, tym bardziej zbliżamy się do określenia jej przyczyn – wyjaśnia profesor James Walker. Ergotioneina jest przeciwutleniaczem, a w przeszłości proponowano, by ryzyko wystąpienia stanu przedrzucawkowego ograniczać właśnie za pomocą antyoksydantów. Tym ciekawsze wydaje się, że u chorych kobiet wykryto nadmiar tego typu substancji – dodaje dr Julie Fisher. Wcześniej brytyjski zespół ustalił, że markery stanu przedrzucawkowego występują również w osoczu.

Co pewien czas pojawiają się doniesienia o związkach telefonów komórkowych z guzami mózgu, bólami głowy czy przyspieszeniem starzenia. Po raz pierwszy podniesiono jednak kwestię ich wkładu w powstawanie kamieni nerkowych oraz uszkodzeń serca. Europejski Instytut Badawczy ds. Komponentów Elektronicznych w Bukareszcie określał wpływ promieniowania emitowanego przez telefony na krew. Jej próbki wystawiano na oddziaływanie mikrofal o różnym natężeniu, a czas ekspozycji wahał się od 10 do 60 godzin. Nawet przy dawkach promieniowania mniejszych od "komórkowego" dochodziło do wycieku hemoglobiny z erytrocytów. Akumulacja hemoglobiny w organizmie może zaś prowadzić do chorób sercowo-naczyniowych oraz tworzenia się kamieni nerkowych. Ponieważ wyniki są co najmniej alarmujące, brytyjski Departament Zdrowia poinformował, że w przyszłym roku zostanie sporządzony specjalny raport. Na razie nie wiadomo, jaka będzie (i czy w ogóle się pojawi) reakcja agend medycznych innych krajów.

Spośród 4000 gatunków ssaków nasz jest jednym z nielicznych, których zdrowie uzależnione jest od przyjmowania wraz z pożywieniem kwasu askorbinowego, czyli witaminy C. Podobny los dzielą z nami takie gatunki, jak większość naczelnych, świnki morskie oraz niektóre gatunki nietoperzy. Okazuje się jednak, że w toku ewolucji nasze gatunki wypracowały zadziwiająco wydajny mechanizm kompensujący tę niedogodność. W organizmach pozbawionych zdolności syntezy kwasu askorbinowego występuje bardzo wydajny mechanizm wychwytu utlenionej formy witaminy C, czyli kwasu dehydroaskorbinowego (DHA). Związek ten powstaje z witaminy C w wyniku reakcji z utleniaczami - cząsteczki kwasu askorbinowego są "poświęcane" w obronie innych związków, krytycznych dla przeżycia. W efekcie tej reakcji powstaje utleniona forma kwasu askorbinowego, czyli właśnie DHA. W większości świata ożywionego DHA jest traktowany jak związek "zużyty" i przez to niepotrzebny. W organizmie człowieka zostaje on jednak pochłonięty przez czerwone krwinki (erytrocyty), a następnie powrotnie zredukowany do aktywnej formy. Tak przetworzony może zostać wydzielony z powrotem do krwi, skąd trafia do innych tkanek. Dr Naomi Taylor, pracująca na Uniwersytecie we francuskim Montpellier, jest pod wrażeniem skuteczności tego mechanizmu: Ewolucja jest niesamowita. Mówimy o naszej niezdolności do wytwarzania kwasu askorbinowego jak o "wrodzonym defekcie metabolicznym", a tymczasem wypracowaliśmy zadziwiający mechanizm kompensujący tę niedogodność. Co więcej, używamy do tego jednych z najliczniejszych i najbardziej rozsianych po całym ciele komórek. Warto zaznaczyć, że organizmy zdolne do syntezy witaminy C są niemal całkowicie niezdolne do wychwytywania z krwi DHA. Zamiast tego są zmuszone produkować "od zera" ogromne ilości kwasu askorbinowego, jednoczesnie zużywając na to mnóstwo energii. Dla przykładu: człowiekowi wystarcza pobranie wraz z dietą 1 mg witaminy C na kilogram masy ciała, tymczasem kozły są zmuszone wytwarzać we własnym ciele 200 razy większą ilość tego związku! W organizmie człowieka DHA jest pobierany do wnętrza erytrocytów przez białko zwane Glut1, które znane jest przede wszystkim ze zdolności do wchłaniania glukozy (stąd jego nazwa, pochodząca od angielskiego Glucose Transporter, type 1). Ciekawostką jest jednak fakt, że pomimo mylącej nazwy białka wykazuje ono znacznie większą zdolność do przenoszenia DHA niż glukozy. Efekt ten dodatkowo pogłębia się wraz z upływem życia komórki. Badacze twierdzą, że przyczyną tej "preferencji" przenośnika glukozy i DHA jest synteza innego białka zwanego stomatyną. Pojawia się ono w czerwonych krwinkach dopiero po pewnym czasie od powstania tych komórek. Brak tej proteiny powoduje odwrotne zjawisko, tzn. wzrost wydajności wchłaniania glukozy kosztem ilości pobieranego kwasu dehydroaskorbinowego. Kolejna niespodzianka: u myszy, które mają naturalną zdolność syntezy witaminy C, erytrocyty w ogóle nie wykazują obecności Glut1 na powierzchni. Zamiast tego posiadają na swojej powierzchni zupełnie inny przenośnik, zwany Glut4, praktycznie niezdolny do pobierania DHA z krwi. Istnieje bardzo wyraźna zależność pomiędzy obecnością na czerwonych krwinkach określonego transportera a zdolnością organizmu do wytwarzania witaminy C. Jak widać, w naturze samowystarczalność nie zawsze jest potrzebna. Czasem dużo cenniejszą zdolnością jest umiejętne wykorzystanie tego, co inni odrzucili jako niepotrzebne.

Krew przechowywana przez ponad dwa tygodnie nie jest bezpieczna dla pacjentów po operacjach serca. Lekarze z Cleveland Clinic w Ohio zauważyli, że ryzyko zgonu u osób, którym przetoczono ponaddwutygodniową krew, jest aż o dwie trzecie wyższe niż u chorych, którzy dostali świeższą krew. Po przeanalizowaniu ponad 9 tys. przypadków stwierdzili też, że u tych pierwszych częściej dochodzi do zakażeń krwi oraz niewydolności różnych narządów (New England Journal of Medicine). To skłoniło szefową zespołu, Colleen Koch, do stwierdzenia, że krew powinno się uznawać za przeterminowaną dużo szybciej, niż miało to miejsce dotychczas. W USA średni wiek przetaczanej krwi to ponad 14 dni, a transfuzję przeprowadza się u ok. połowy pacjentów kardiochirurgicznych. Wcześniejsze studia zasugerowały, że transfuzje zwiększają prawdopodobieństwo zgonu i poważnych komplikacji. Badanie ekipy Koch unaoczniło, że czynnikiem odpowiedzialnym za zaobserwowane zjawisko jest w głównej mierze wiek krwi. Amerykanie przypuszczali, że po dwóch tygodniach przechowywania rozpoczyna się rozkład erytrocytów. Wiąże się to ze spadkiem ich zdolności do przenoszenia tlenu i nasilonym czopowaniem naczyń krwionośnych. Zespół Koch przyjrzał się losom osób, które w latach 1998-2006 przeszły w Cleveland Clinic poważną operację serca. Dwa tysiące osiemset siedemdziesięciu dwóch pacjentów otrzymało krew przechowywaną przez dwa tygodnie lub krócej, a 3130 krew ponaddwutygodniową. Średni wiek przechowywania dla krwi świeższej wynosił 11 dni, a dla starszej – 20 dni. Wskaźnik śmiertelności szpitalnej był wyższy w grupie, której podano starszą krew. Wyniósł on 2,8% (a w grupie z "młodszą" krwią tylko 1,7%). W rok od operacji osoby te umierały niemal o 50% częściej: 11% vs 7,4%. Należy podkreślić, że wszystkim przetaczaną taką samą ilość płynnej tkanki. Bazując na powyższych obserwacjach, eksperci zalecają, by ponaddwutygodniową krew podawać tylko tym pacjentom kardiochirurgicznym, których życie jest bez tego zagrożone.

Płytki krwi (trombocyty) odpowiadają za krzepnięcie. To one rozpoczynają ciąg reakcji chemicznych, w wyniku których fibrynogen zostaje przekształcony w fibrynę. Jej cząsteczki sklejają się i w ten sposób powstaje delikatna siateczka zakrywająca zranione miejsce. Następnie łapią się w nią erytrocyty oraz trombocyty i tworzy się skrzep. Transfuzje płytek niejednemu uratowały życie, ale czas ich przechowywania to zaledwie kilka dni. Być może wkrótce uda się to jednak zmienić. David Huang i Benjamin Kile z Instytutu Waltera i Elizy Hallów w Melbourne odkryli, że na długość życia płytek wpływa stężenie białka Bcl-xL, które spada w miarę starzenia się trombocytów (Cell). Bcl-xL blokuje działanie białka Bak, uruchamiającego programowaną śmierć komórek, czyli apoptozę. Obecnie naukowcy poszukują substancji zwiększających stężenie Bcl-xL, naśladujących jego działanie albo hamujących białko Bak. Gdyby im się udało, można by znacznie wydłużyć czas przechowywania płytek.

Podczas gdy ekolodzy martwią się o szkody wyrządzane przez człowieka innym gatunkom, biolodzy z Yale University próbują schwytać wirusy w pułapkę środowiska wymuszającego ich wyginięcie (Ecology Letters). By nie zniknąć z powierzchni Ziemi, dana populacja musi nie tylko przetrwać, ale i się rozmnożyć. Paul Turner, profesor nadzwyczajny ekologii i biologii ewolucyjnej, badał praktyczność rozwiązania polegającego na wabieniu wirusów do niewłaściwych komórek ludzkiego ciała. Ponieważ nie mogą się tam namnażać, objawy choroby ustępują. Ekologiczne pułapki na wirusy mogą powstawać w naturalny sposób lub być tworzone przez bioinżynierów poprzez dodawanie miejsc receptorowych na komórkach niepozwalających na rozmnażanie. Przetestowaliśmy tę koncepcję na wirusach innych niż ludzkie, które zakażały komórki bakteryjne. Zespół naukowców sprawdzał, jak miewają się wirusy wprowadzane do kolonii bakteryjnych składających się z różnych proporcji bakterii zwykłych (sprzyjających namnażaniu) i zmutowanych (pułapki). Kiedy liczba tych ostatnich wzrastała, populacja wirusów kurczyła się. Podobny pomysł wykorzystano już w rolnictwie. Szkodniki wabi się do upraw, których smak bardziej im odpowiada (z założenia nie zbierze się z nich żniwa). Spryskuje się tylko te rośliny, dzięki czemu spadają koszty i ilość zużywanych pestycydów. Turner spekuluje, że taki trik można by wykorzystać do zwalczania wirusa HIV. Wirus ten rozpoznaje limfocyty T, poszukując znajdującego się na ich powierzchni białka CD4. Do rozmnażania się wykorzystuje jądro komórkowe. Gdyby jednak umieścić białko CD4 na dojrzałych czerwonych krwinkach, które nie mają jądra, HIV miałby poważne kłopoty. Warto dodać, że liczba erytrocytów w organizmie znacznie przewyższa liczbę limfocytów T.