Forskare upptäcker nyckelsignal för produktion av artificiellt blod

Forskare är ett steg närmare att skapa artificiellt blod: upptäckten av en nyckelsignal, CXCL12, skulle kunna effektivisera produktionen av röda blodkroppar.

Forskare har arbetat med att artificiellt producera blod i årtionden. Nu har forskare från Konstanz universitet och Queen Mary University i London tagit ett stort steg framåt med en ny upptäckt.

I Tyskland behövs cirka 15 000 enheter blod dagligen, varav det mesta kommer från donatorkällor. Forskning om alternativa metoder för att utvinna blod, inklusive artificiell massproduktion, har pågått i många år, men är fortfarande långt ifrån utbredd användning. Det största problemet ligger i de extremt komplexa och dåligt förstådda mekanismerna genom vilka kroppen naturligt producerar denna viktiga vätska.

Identifiering av en nyckelsignal för bildandet av röda blodkroppar

Dr Julia Gutjahr, biolog vid Institutet för cellbiologi och immunologi i Thurgau vid Konstanz universitet, studerar mekanismerna bakom hematopoesen. Tillsammans med kollegor från Queen Mary University i London har hon identifierat en molekylär signal – kemokinet CXCL12 – som utlöser processen där cellkärnan stöts ut från röda blodkroppsprekursorer. Detta är ett viktigt steg i utvecklingen av röda blodkroppar.

"Det sista steget i omvandlingen av erytroblasten till en röd blodkropp är utstötningen av cellkärnan. Denna process är unik för däggdjur och ger plats åt hemoglobin, som är involverat i syretransporten", förklarar Gutjahr.

Även om processen för mognad av stamceller till röda blodkroppar är nästan optimerad, har det hittills varit oklart vilka faktorer som utlöser utstötningen av kärnan.

"Vi fann att kemokinen CXCL12, som huvudsakligen finns i benmärgen, kan initiera denna process i kombination med ett antal andra faktorer. Genom att tillsätta CXCL12 till erytroblaster vid rätt tidpunkt kunde vi artificiellt framkalla kärnutstötning", säger Gutjahr.

Vad betyder detta för produktionen av artificiellt blod?

Denna upptäckt var ett vetenskapligt genombrott som avsevärt skulle kunna förbättra effektiviteten vid produktion av artificiellt blod i framtiden. Ytterligare forskning behövs dock fortfarande.

Sedan 2023 har Gutjahr lett sina egna forskargrupper vid Institutet för cellbiologi och immunologi i Thurgau och fortsätter att studera rollen av CXCL12.

"Vi undersöker nu hur man kan använda CXCL12 för att optimera den artificiella produktionen av mänskliga röda blodkroppar", förklarar Gutjahr.

Förutom praktiska tillämpningar inom industriell produktion av röda blodkroppar ger studiens resultat nya insikter i cellulära mekanismer: till skillnad från andra celler, som migrerar när de stimuleras av CXCL12, transporteras denna signal i erytroblaster inuti cellen, även in i dess kärna. Där accelererar den cellmognad och främjar utstötningen av kärnan.

"Vår studie visar för första gången att kemokinreceptorer inte bara verkar på cellytan utan även inuti den, vilket öppnar upp helt nya perspektiv för cellbiologi", säger professor Antal Roth från Queen Mary University.

Optimering av produktion för bred tillämpning

Idag är stamceller fortfarande den mest effektiva metoden för att producera artificiellt blod: utstötning av cellkärnan sker i cirka 80 % av cellerna. Men källorna till stamceller är begränsade (navstångsblod, donatorbenmärg), vilket gör massproduktion omöjlig.

Forskare har nyligen lyckats omprogrammera olika typer av celler till stamceller och använda dem för att generera röda blodkroppar. Denna metod ger en nästan obegränsad källa till celler, men den tar längre tid och är mindre effektiv: endast 40 % av cellerna stöter ut sin cellkärna.

"Våra nya fynd om CXCL12:s nyckelroll ger oss hopp om att dess användning avsevärt kommer att förbättra effektiviteten i produktionen av röda blodkroppar från omprogrammerade celler", konstaterar Gutjahr.

Om massproduktion blir möjlig kommer ett brett spektrum av tillämpningar att uppstå: riktad produktion av sällsynta blodgrupper, eliminering av brist på givarblod och möjligheten att återskapa en patients eget blod för specialiserad behandling av olika sjukdomar.

Studien är publicerad i tidskriften Science Signaling.