科学家用蚯蚓血红蛋白代替血红蛋白制成人工血液
人工血液概述及其发展状况
Description of the contents
需要适合的温度和条件。
大剂量氟碳可导致肝淤血和短暂的免疫防御功能受损，患 者此时有面临感染的危险。 输入时可出现急性和短暂的面色潮红和背痛，随之继发发热和寒 战。
结束语
人血液替代品在解决血资源短缺的问题方面有着极大地潜力。 人血液替代品已历经半个世纪，但其临床应用邻域非常有限。随着 科技的发展，新材料的不断出现，人血液替代品的性能越来越好。
早期人们研究去除红细胞膜无基质的Hb，虽然有运输氧气 的功能，但不能作为有效的血液替代品。由于红血球被 打破，造成 调节血红素和氧气亲和力的酶2,3-DPG 分 子的流失，导致血红素对氧的亲和力过高，而降低了其 在人体组织或器官中的释氧功能。因此我们必须要对其 进行修饰。
2,3-DPG
避免其他蛋白的吸附， 降低人体免疫系统工攻击
化学修饰的血红素的缺点
血红蛋白 难以保存
Text 1 血管活性体 循环血压和 肺动脉压升 高
4
费用昂贵
2
激活补体
引起肠道 平滑肌细 胞痉挛
3
人工血液替代品——氟碳化物
• 氟碳化物的特点
• 氟碳化物（PFC）的化学结构类似铁氟龙（聚四氟乙烯），主要是 由碳原子与氟原子所组成。 • PFC通常是白色的，完全由人工合成。 • PFC具有化学惰性，但在携带溶解气体方面很出色。它们能够比水 或血浆多携带20%至30%的气体
人血液替代品的特点
1
无抗原性，无需交叉配血或相容性检验
2
运送氧气和二氧化碳的能力预天然血红蛋白相似不与 氧气发生化学反应，不激活补体，不升高白蛋白，不 产生高价铁
3
无毒，不产生有毒代谢物；室温下稳定，可以长 期储存 ；能进行灭菌处理，不含有病原体
身体中的白色运河——探秘人工血液
马上输血，且储存期１年以上，而正常情况 下血液只能储存３周。由于修饰的血红蛋白 具有众多的优点，因此以人、十、猪和羊等 血液的血红蛋白为原料的携氧剂的血液代Ｈ｛ 品被广泛研究。
化学修饰的血红蛋白是目前研究热点
化学修饰的血红夤白包括交联多聚体、 交联四聚体、共轭等。交联多聚体血红蛋白， 用交联剂将多个血红蛋白分子聚合成大分 于，队防ＩＬ血红蛋白解聚成一聚体，延长循 环的半衰期，降低血红蛋白对氧的亲和力， 增强其氧的传递性。由于牛的血红蛋白的氧 离曲线与人的血红蛋白一样，不需要血浆巾 ２，３二磷酸甘油酸调节，而是通过氯离子 来调节的，并有明显的波尔效应。在低ｐＨ
基因技术带来重组血红蛋白
修饰的血红蛋白必须依赖于天然血红 蛋白的来源，而随着生物技术的飞速发展， 特ｇⅡ是基因重组技术的突飞猛进，重组人和 动物血红蛋白的研究成为热点。利用基因重 组技术可在大肠杆菌、酵母、昆虫以及转基 因动植物中表达出天然的人血红蛋白。利用 基因的定位突变，还可改变血红蛋白的结构 和特性，产生修饰的人血红蛋白。基因工程 大肠杆菌表达的人血红蛋白融合性ｄ亚基或 Ｂ亚基，表达量１０％一２０％，经处理后在 体外可折叠形成四聚体。另外ｄ亚基、Ｄ亚 基可在同一细胞内共同表达，产生类似于天
弼释羁黟
ｋ巳×ＵｅＣ日ｎｍｉ
毒、已肝病毒、甲肝病毒、丙肝病毒、疯牛 病病毒等。样我国由于输血而引起疾病传播 的病例已有多起报道。第三，血液的保存期 短，血液的采集、运输和储存均要求，‘格。 第四，输血需求量巨大，血源严重短缺。副 此寻求安全、便捷、束源充足的血液代用品
是国内外科学界和∞世界所关注的热点，具
人工血液应用前景广阔
众所周知，输血是重要的临床急救措 施和治疗方法之一。在手术、急性大出血、 烧伤、休克、再生障碍性贫血和某些传染性 疾病的治疗中均需要输血，而常规输血输入 的是供体的血液。在这过程中存在很多忧 息，首先，输血时必须血型相配，否则会导 致输血反应而使疾病加重或死亡。血型交叉 配伍需要时间，在某些紧急情况会延误治疗 而造成死亡。其次，血液污染严重，威胁输 血的安垒．通过血液传播的病毒有艾滋病病
仿生血液的原理
仿生血液的原理仿生血液，也被称为人工血液或合成血液，是一种可以替代天然血液的人工合成物质。
它的研究利用了生物医学、化学和纳米科技等多个领域的知识，旨在解决临床上的输血困难和血液疾病治疗的问题。
仿生血液的原理可以分为两个方面：1）提供氧和运输营养物质；2）实现免疫调节和体内维持稳态的功能。
首先，仿生血液需要能够有效地提供氧气和运输营养物质。
因为血液是身体内唯一的氧气运输通道，其主要通过红细胞携带氧气到达组织细胞。
为了模拟天然血液的氧气输送功能，仿生血液中通常包含能够携带氧气的物质，如氧化铁纳米颗粒等。
这些纳米颗粒的表面被功能化处理，使其具有较高的氧气吸附能力，并且能够在低氧环境下释放氧气。
这种设计可以使仿生血液能够像红细胞一样，通过循环系统将氧气输送到全身各个组织。
其次，仿生血液还需要具备免疫调节和体内维持稳态的功能。
在天然血液中，白细胞是主要的免疫细胞，它们能够识别和消灭外来病原体。
仿生血液中的免疫细胞模拟了白细胞的功能，可以洞察和应对体内的病理状况。
此外，仿生血液中还添加了一些药物和生物活性物质，用于抑制炎症反应、促进修复和再生。
这些功能化的物质能够调节体内的免疫应答，从而维持身体的稳态。
为了实现上述功能，研究者们通过一系列的科学方法来制备仿生血液。
首先，他们选择合适的载体材料，如纳米颗粒、胶体或聚合物，这些材料具有良好的生物相容性和可调节的物理化学特性。
然后，研究者们通过物理或化学方法将功能性物质（如氧化铁纳米颗粒、药物和生物活性物质）封装或吸附到载体材料上。
这些功能性物质能够与仿生血液中的其他组分相互作用，从而实现所需的功能。
最后，研究者们通过纳米技术等手段调整仿生血液的物理化学性质，以满足临床应用的具体要求。
目前，仿生血液的研究仍处于实验室阶段，离临床应用还存在一定的挑战和困难。
例如，如何解决仿生血液在体内的稳定性问题、如何确保合成物质的生物相容性和安全性等。
此外，仿生血液的制备过程需要对各种参数进行精确控制，这对于实际生产来说也是一个挑战。
氧载体
第23卷第5期2011年5月化 学 进 展PROGRESS IN CHEMISTRYVol.23No.5 May,2011 收稿:2010年8月,收修改稿:2010年10月 ∗教育部新世纪优秀人才支持计划和国家自然科学基金项目(No.20964002,20804031)资助∗∗Corresponding author e⁃mail:wangrm@人工氧载体研究进展∗殷晓春 王荣民∗∗ 何玉凤 朱永峰 裴 菲(西北师范大学化学化工学院生态环境相关高分子材料教育部重点实验室甘肃省高分子材料重点实验室 兰州730070)摘 要 血液需求的激增和异体输血的不安全性等问题的出现,促使人们合成“血液替代品”。
通过对天然氧载体(即血红蛋白)结构与性能的清晰认识,已有多种人工氧载体被成功合成,并应用于临床试验。
人工氧载体可分为全氟碳化合物、血红蛋白基氧载体、合成血红素及其高分子配合物三大类。
全氟碳化合物虽大部分已退出人工血液市场,但因其具有治疗作用,研究工作仍在进行。
为了降低血红蛋白基氧载体的副作用,已采用多种方法对血红蛋白进行改性,如采用化学修饰、微囊包裹(HbV )、重组和仿生纳米等技术。
其中,血红蛋白囊泡模拟红细胞的结构,其粒径相对较大(250nm ),副作用相对较低,是目前血红蛋白基氧载体的发展趋势。
人工合成血红素如栏式卟啉只溶于有机溶剂,为增加其水溶性,可使其与白蛋白、木糖醇酶和环糊精等高分子结合为配合物,经动物实验表明,这些高分子金属配合物在体内具有运送氧气功能。
除主要在临床上用作血液代替品外,人工氧载体还在肿瘤治疗、器官移植和缺血/再灌注损伤的预防等方面具有重要的临床应用价值。
关键词 人工氧载体 血液替代品 血红蛋白 金属卟啉 高分子金属配合物中图分类号:Q71;R973 文献标识码:A 文章编号:1005⁃281X(2011)05⁃0963⁃11Artificial Oxygen CarriersYin Xiaochun Wang Rongmin ∗∗ He Yufeng Zhu Yongfeng Pei Fei(Key Laboratory of Eco⁃Environment⁃Related Polymer Materials of Ministry of Education,Key Laboratory of Polymer Materials of Gansu Province,College of Chemistry and Chemical Engineering,Northwest Normal University,Lanzhou 730070,China)Abstract Because of the increasing demand for blood and the emergence of unsafe issues in allogeneic bloodtransfusion,blood substitutes are attracting increasing interest in chemistry and medical science.Based on the knowledge of the structure and functions of hemoglobin—a typical natural oxygen carrier,many artificial oxygencarriers have been synthesized and applied to clinical trails.Artificial oxygen carriers include perfluorocarbon,hemoglobin⁃based oxygen carrier,synthetic heme and its polymer metal complexes.Although most of the perfluorocarbons could not be applied as blood substitutes,their applications as medicine are still continued because of their therapeutic effect.In order to reduce unwanted side⁃effects of hemoglobin⁃based oxygen carriers,hemoglobin has been modified by many methods,such as chemical modification,microencapsulation,recombinant technology,biomimetic nanotechnology,etc.Among all of the above hemoglobin⁃based oxygen carriers,the particle size of hemoglobin vesicles (HbV)is relatively larger in the simulation of the structure of the red blood cell.It represents one of the tendency of the progress of hemoglobin⁃based oxygen carriers.Most of synthetic hemes,such as pocket porphyrin metal complexes,are only dissolved in organic solvents.In order to increase their·964 ·化 学 进 展第23卷water⁃solubility,synthetic hemes have been conjugated with albumin,xylitol enzymes and cyclodextrin and so on. The results of animal trial showed that these polymer metal complexes could transport dioxygen in the animal body. Beside to be used as the blood substitutes in clinical trails,artificial oxygen carriers have other potential clinical uses,such as cancer therapy,organ transplantation and prevention of ischemia/reperfusion injury of tissues and organs.Key words artificial oxygen carriers;blood substitutes;hemoglobin;metalloporphyin;polymer metal complexesContents1 Introduction2 Nature oxygen carrier—hemoglobin2.1 The structure and function of hemoglobin 2.2 The prosthetic group of Hb—porphyrin and thestructure and function of porphyrin3 Perfluorocarbons—total synthetic artificial oxygen carrier4 Hemoglobin⁃based oxygen carriers(HBOC) 4.1 Chemically modified HBOCs4.2 Hemoglobin⁃vesicles4.3 Recombinant hemoglobin4.4 Nanobiotechnology of hemoglobin4.5 Biomimetic nanoparticles of hemoglobin 4.6 Poly⁃earthworm hemoglobin5 Synthetic heme and its polymer metal complexes 5.1 Synthetic metalloporphyrin with reversiblebinding oxygen function5.2 Albumin binding with hemes5.3 Xylanase binding with the synthetic heme 5.3 Cyclodextrin⁃metal porphyrin combination6 Applications of artificial oxygen carriers6.1 Used as blood substitute6.2 Apply to oncotherapy6.3 Apply to organ transplantation6.4 To prevent ischemia/reperfusion7 Summary1 引言包括人类在内的哺乳动物存活的基本条件是红细胞必须可逆结合和释放氧气,以保证各组织器官的氧气供应[1]。
生物技术打造超级战士
利用生物技术打造超级战士Name Number College摘要：生物技术一直以来是军事高科技的重要组成部分，在军事仿生学和医学上得到重要应用。
上世纪90年代以来，以美国为首的西方国家利用先进的生物技术意欲打造超过人类机能水平的“超级战士”。
本文对“超级战士”的研究现状进行了总结，展现了美国军方主导的“超级战士”项目及内容，并进行了阐释。
之后对涉及到的相关生物技术（机械外骨骼、脑机技术、转基因技术、人造血技术）进行了总结和分析，对其原理和涉及到的生物学基础知识进行了简要的介绍。
最后对未来三十年内与“超级战士”相关的生物技术发展提出了展望和预想，并提出了可能发展的方向如仿生隐身技术、人体功能增强技术、生物导航技术，对克隆技术在“超级战士”中的应用提出了保留性意见。
关键词：超级战士；生物技术；脑机技术Abstract：Biotechnology has been an important part of military technology, having important application in military bionics and medicine. Since the 1990 s, the us-led western countries used advanced biotechnology to make "super warrior" over the level of human functioning. This papersummarizes the research on "super warrior" and shows the relevant project and content conducted by the U.S. military. After that, the involved related biotechnology (mechanical exoskeleton, brain machine technology, transgenic technology, artificial blood) are summarized and analyzed, and introduced the involved knowledge of the biological basis of its theory briefly.In the last, biotechnology development outlook related to "super warrior" in 30 years are proposed, and the possible development direction such as bionic stealth technology, the human body function enhancement technique, biological navigation technology are put forward. Besides, this paper remains the conservative views on the cloning technology in the application of "super warrior" .Keywords: super warrior, biotechnology, brain-computer technology 生物技术是21世纪一场新的技术革命，技术优先发展的军事领域中犹为如此。
第四章氧载体ppt课件
三 、 蚯蚓血红蛋白
• 存在于无脊椎动物中。蚯蚓血红蛋白是一种 非血红素铁蛋白。含铁，但不含铁卟啉（血 红素辅基）。含8个亚基（血红蛋白4个，肌 红蛋白1个），每个亚基含113个氨基酸残基 和两个铁离子，相对分子量是108000。
2019/12/30
• 主要生理功能是在低等动物体内输送氧。每 两个铁离子结合一个氧分子，氧合过程中， 两个Fe(Ⅱ)被氧化为二个Fe(Ⅲ)，O2还原为 O22-，载氧方式与血红蛋白及肌红蛋白均不同 。实验测试表明：脱氧蚯蚓血红蛋白的 Fe(Ⅱ)和氧合蚯蚓血红蛋白Fe(Ⅲ)均属于高 自旋态(t42ge2g，和 t３2ge2g)。脱氧蚯蚓血 红蛋白在室温下磁化率表明有4个未成对电子 ，也说明Fe(Ⅱ)是高自旋的。
素辅基）。
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α亚单位是通过氨基酸链的第87位组氨酸残基的 侧链的咪唑氮原子与Fe(Ⅱ)配位键合，而β链则 通过第92位组氨酸残基侧链的咪唑氮原子相连于 Fe(Ⅱ)。整个Fe(Ⅱ)卟啉辅基被包围在α或β亚单 位形成的口袋状空腔中。
肌红蛋白是由一条有153个氨基酸残基形成 的多肽链构成，相对分子量17500。多肽链第93 位组氨酸残基的侧链的咪唑氮原子与Fe(Ⅱ)卟啉 辅基的Fe(Ⅱ)配位。第6个配位位置一般由水分 子占据，氧合时则由氧分子取代水分子。
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肺PH=7.6
HHb+ +
O2
HbO2 + H+
肌肉PH=7.2
肌肉PH=7.2
CO2 + H2O
HCO3 - + H+
肌红蛋白无以上效应（Bohr效应）
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• ⑶ 某些小分子配体的作用 • 血红蛋白（血红素-Fe(Ⅱ)卟啉）除与O2结
大量输血方案
大量输血方案近年来，随着医疗技术的不断进步和人口的增加，对大量输血方案的需求也越来越大。
大量输血方案是一种治疗严重贫血、疾病或创伤导致的血液丢失的方法，可以迅速补充失血并维持患者体内的血液循环。
本文将探讨大量输血的意义、适应症、注意事项以及最新的研究进展。
一、大量输血的意义大量输血方案在一些紧急情况下起着至关重要的作用。
血液是人体中重要的营养和氧气供应来源，当患者失血过多时，及时进行大量输血可以迅速恢复血管内的血浆量，稀释血液中的毒素，并保证组织和器官能够正常运行。
此外，大量输血方案还能够提供足够的血小板和凝血因子，防止患者出现致命的凝血功能障碍。
二、大量输血的适应症大量输血方案适用于以下情况：1. 严重创伤：如大规模出血、危及生命的创伤等；2. 大面积烧伤：烧伤导致的体液丧失严重，需要迅速补充；3. 治疗癌症：某些癌症治疗过程中可能会引发严重贫血，需要进行大量输血；4. 放射治疗或化疗：这些治疗方法常常会导致血小板减少、贫血等现象，需要输血；5. 其他严重出血等紧急情况。
三、大量输血的注意事项大量输血方案虽然在一些危急情况下是必要的，但也需要注意一些问题：1. 供血者筛选：供血者应符合相关安全标准，确保输血过程中传播疾病和产生其他不良反应的风险最小化；2. 输血溶液选择：需要根据患者的具体情况选择合适的血液成分输注，包括红细胞悬液、新鲜冰冻血浆等；3. 监测治疗反应：在输血过程中，应密切监测患者的血压、心率、氧合情况等指标，并根据需要进行调整；4. 避免并发症：输血过程中可能会出现一些并发症，如输血反应、感染等，需及时处理和预防。
四、大量输血的最新研究进展在大量输血方案的研究中，科学家们正在努力改进和创新。
以下是一些最新的研究进展：1. 人工血液：科学家们正在研发人工血液，以替代传统的血液输注，这将减少输血风险并提高输血的效果；2. 休克疗法：休克是一种严重的血液循环障碍，科学家们正在研究利用大量输血方案来治疗休克，以提高患者的生存率；3. 个体化输血方案：根据患者的具体情况和需要，科学家们正在研发个体化输血方案，以提高治疗效果和减少不必要的输血；4. 输血替代物：为了减少供血者的需求和输血的风险，科学家们正在研究和开发可代替输血的替代物，如人工血液、血红蛋白等。
人造血首次注入人体
人造血首次注入人体作者：刘晓莹来源：《科技视界》2011年第32期人造血是一种乳白的、完全人工合成的复苏DA，以代替人血中输送氧气的血红蛋白。
1933年，人造血首批研究取得成果。
1966年，美国辛辛那提大学的两位教授格拉克和高兰做了一次示范表演，将一只小鼠完全浸没在全氟化碳液中仍能活着，这是因为在这种溶液中小鼠仍能得到生存所必需的氧气，所以不至于因窒息而死亡……人造血是一种乳白的、完全人工合成的复苏DA，以代替人血中输送氧气的血红蛋白。
美国《大众科学》月刊网站本月11日报道，人造血首次成功注入人体，这意味着未来输入人造血可能成为普遍现象。
人造血是一种乳白的、完全人工合成的复苏DA，以代替人血中输送氧气的血红蛋白。
1933年，人造血首批研究取得成果。
1966年，美国辛辛那提大学的两位教授格拉克和高兰做了一次示范表演，将一只小鼠完全浸没在全氟化碳液中仍能活着，这是因为在这种溶液中小鼠仍能得到生存所必需的氧气，所以不至于因窒息而死亡。
但是，这种全氟化碳溶液不能同血液混合。
人造血首次注入人体美国《大众科学》月刊网站本月11日报道，人造血首次成功注入人体，这意味着未来输入人造血可能成为普遍现象。
巴黎皮埃尔与玛丽·居里大学的吕克·杜艾从志愿者的骨髓里提取出了造血干细胞，并促使这些造血干细胞产生红血球。
杜艾的研究小组为了跟踪这些培养细胞，将100亿个细胞(相当于2毫升的血液)注入骨髓捐献者体内。
5天后，有94%-100%的培养细胞仍在人体血管内流动。
26天后，有41%-63%的细胞仍然存活着，这是人体自然生产的细胞的正常存活率。
这些细胞就像正常血液细胞一样发挥作用。
纽约芒特西奈医疗中心的安娜·丽塔·米利亚乔说：“这表明，这些细胞没有两个尾巴或者三个犄角，它们在人体内正常存活。
”这对国际医学界而言是巨大的好消息。
杜艾说：“研究结果表明，无限量的血液储备已近在咫尺。
”尽管发达国家的献血者人数不断增加，但是，全球仍非常需要血液储备。
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科学家用蚯蚓血红蛋白代替血红蛋白制成人工血液
罗马尼亚科学家近日研制出一种新型的人造血液，该人造血液没有副作用有望投入实际应用。
据悉该血液由水，盐以及一种从深海蠕虫中提取出来的蚯蚓血红蛋白组成。
来自罗马尼亚克鲁日的Babe?-Bolyai 大学的研究者希望该发明能够帮助终结血荒并且缓解来自不健康捐赠者血液给输血者带来的危害。
Radu Silaghi-Dumitrescu 博士补充说道该成果还有另外一项伟大的意义，它可以制成方便携带的紧急供血源，只要在使用前加点水混合混合就能变成了人工血液。
到目前为所以关于人造血液的尝试都已失败告终，因为流体的化学以及机械应力始终无法消除。
Radu Silaghi-Dumitrescu 博士说与血红蛋白不一样，蚯蚓血红蛋白即使暴露在一定的化学以及机械应力下依旧很稳定。
他们已经将该血液用于实验室的老鼠身上，目前还没有发现任何不能反应。
他们希望能在一到两年内开展相应的临床试验。