Sangue artificial

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por: Revista eletrônica do Departamento de Química – UFSC

Já está em fase final de testes uma série de soluções que serão utilizadas como substitutos sintéticos para o sangue. Nenhum deles é, entretanto, exatamente eficaz. Surge um novo desafio para os químicos: preparar soluções que, além de mimetizar o comportamento do sangue humano, não tragam nenhum agravo ao nosso organismo.

Desde o século XVII, as transfusões de sangue tem sido uma tentativa de remediar as perdas de sangue causadas por traumas, partos, hemorragias e cirurgias. Antes da identificação dos anticorpos isoaglutinantes (fator Rh), as transfusões provocaram muitas mortes. A disponibilidade do sangue para a transfusão sempre foi um problema. A dificuldade era maior ainda durante as guerras: períodos onde a pesquisa de químicos em busca de um substituto sintético para o sangue sempre foi intensa.

Os primeiros substitutos surgiram durante a segunda guerra mundial: os alemães utilizavam soluções aquosas de PVP (polivinilpirrolidona). O objetivo era apenas o de manter o volume sanguíneo, uma vez que esta solução não era capaz de transportar oxigênio. Durante a guerra do Vietnã, várias tentativas foram feitas, utilizando soluções aquosas de hemoglobina ou derivados. Embora mais eficaz do que o PVP, os efeitos colaterais incluiam complicações renais sérias, que muitas vezes levavam à morte.

Na década de 1960, Legand Clark iniciou uma pesquisa com uma classe de compostos conhecidos como perfluorocarbonos. O oxigênio apresenta uma grande solubilidade nestes líquidos: cerca de 500 vezes maior do que na água. Estes compostos, entretanto, são bastante hidrofóbicos (imiscíveis com a água). Foi necessário se desenvolver um sistema emulsificante, com o auxílio de surfactantes, para solubilizar o PFCs em água, tal como a lecitina extraída de ovos de galinha. As emulsões atuais já são a segunda geração de substitutos do sangue baseados em PFCs. Hoje, a grande maioria dos substitutos sendo testados clinicamente baseia-se em soluções de PFCs ou derivados de hemoglobina.

Desde a década de 1960 sabia-se que mamíferos podiam sobreviver submersos em líquidos orgânicos (Clark LC, Jr, Gollan F. Survival of mammals breathing organic liquids equilibrated with oxygen at atmospheric pressure. Science 152:1755, 1966).

Um dos mais promissores sistemas de sangue artificial são os baseados em fluorocarbonetos: moléculas formadas de carbono e flúor. Os perfluorocarbonos são biologicamente inertes. Quando administrados na corrente sanguínea, eles são capazes de aumentar a solubilidade do O2 no plasma. As moléculas dos PFCs são posteriormente sequestradas pelo sistema retículo-endotelial, mais precisamente pelas células de Kupffer, no fígado, e subsequentemente liberadas no plasma, como um gás dissolvido. O gás é então exalado, sem qualquer metabolização, pelos pulmões. A liberação é lenta: após uma transfusão, o paciente pode exalar PFC por mais de 10 meses!
Mesmo a atual geração de PFC permanece cerca de 7 dias no fígado, um tempo bem menor, entretanto, de que os primeiros substitutos baseados em PFC. Isto permite uma eliminação efetiva, sem nenhum dano ou disfunção no órgão

Entretanto – apesar de inertes – o sequestro dos PFCs pelo fígado pode causar sérias consequências. A contagem de plaquetas diminui: os PFCs “solvatam” as plaquetas, que são sequestradas, juntamente, para o fígado. E, se o volume de sangue na transfusão for muito grande, as moléculas de PFC podem saturar e prejudicar o funcionamento do fígado, resultando em uma potencial infecção ou outras complicações. Atualmente, o volume seguro de PFC em uma transfusão é de, no máximo, 1 litro.
Outra propriedade dos PFCs é a forte dependência com a Lei de Henry das pressões parciais: a solubilidade do O2 depende intensamente da sua pressão parcial, e o oxigênio não tem solubilidade funcional se a pressão deste gás for igual a observada no ar atmosférico. A respiração do paciente pós transfusão deve ser artificial, com uma mistura de gáses onde a concentração de O2 é maior do que a atmosférica. A pressão parcial de O2 deve ser de, no mínimo, 400 mmHg!
Um dos produtos já em teste é o PERFLORAN, desenvolvido pelo Institute of Theoretical and Experimental Biophysics em Pushchino, Russia. As principais características deste produto são:

  • pode ser armazenado em temperaturas entre -5oC a -18oC, até por dois anos;
  • solubiliza tanto o O2 como o CO2;
  • pode ser administrado com soluções salinas, albumina, glucose e antibióticos;
  • os principais componentes são o perfluorodecalina (PFD) C10F18 and perfluorometilciclo-hexilpiperidina (PFMCP) C12F23N.

Embora tenha sido uma das primeiras e infrutíferas alternativas, mesmo hoje a hemoglobina tem sido alvo de pesquisa para a sua utilização como substituto do sangue. Pode ser extraída de sangue coletado nas salas de cirurgia, de amostras de sangue para doação descartadas e, mesmo, de outros animais. Em todos os casos se obtém uma “hemoglobina” extremamente tóxica para nosso organismo.
Hemoglobina é um tetrâmero protéico, que é encontrada no sangue encapsulada em um eritrócito (uma célula sanguínea), conhecido como “glóbulo vermelho”. Fora destas células, a molécula rapidamente se dissocia em dímeros, compostos de uma unidade alfa e outra beta. Além de perder a funcionalidade, esta hemoglobina é filtrada pelos rins e, ao interagir com as paredes celulares dos glomérulos renais, causa uma rápida necrose tubular e consequente colapso da função renal.
O desafio, então, é produzir uma hemoglobina tetrâmera que não se dissocie em dímeros na infusão. Este problema tem sido resolvido de várias maneiras.

A prevenção da dissociação do tetrâmero da hemoglobina, no plasma, tem sido feita pela ligação das subunidades, tanto quimicamente como geneticamente. A ligação química envolve a união das subunidades alfa por um “agente bifuncional”, tal como a diaspirina, que une as moléculas de hemoglobina, estabilizando-as. Estas poli-hemoglobinas estão, agora, na fase de testes clínicos. O problema principal deste método é a falta do 2,3PG (ácido 2,3-difosfo-D-glicérico) associado com a hemoglobina, tal como acontece nos glóbulos vermelhos. Isto faz com que as poli-hemoglobinas tenham uma afinidade pelo O2 menor do que as hemoglobinas encapsuladas nos glóbulos vermelhos.

Esta afinidade pode ser medida pelo parâmetro P50, que corresponde à pressão parcial de O2 necessária para saturar 50% das moléculas de hemoglobina. Quanto maior for o valor de P50, maior será a capacidade para o transporte de O2. Para uma solução de hemoglobina (fora dos glóbulos vermelhos), a P50 é de aproximadamente 17 mmHg. A P50 para a hemoglobina natural, no sangue, é de 27 mmHg.
Esta marca já foi ultrapassada quimicamente, pela polihemoglobina ligada por moléculas de fosfato de piridoxal (3-hidroxi-2-metil-5-[(fosfonooxi)metil]-4-Piridinocarboxaldeído). A P50 para uma solução desta polihemoglobina é de mais de 30mmHg!

Uma outra técnica é a modificação genética da hemoglobina. Com o auxílio da bactéria E. Coli, pode-se produzir grandes quantidades de uma hemoglobina geneticamente alterada, contendo uma mutação proposital: a adição de alguns amino ácidos à sequência, que permitem a ligação covelente entre as duas subunidades alfa, impedindo a dissociação do tetrâmero. A P50 para estas hemoglobinas mutantes é também superior a 30 mmHg. Vários substitutos baseados nesta técnica já estão em fase de testes clínicos.

Outros grupos tentam utilizar a hemoglobina bovina, polimerizada. Uma vantagem é fonte barata e abundante de sangue bovino. A desvantagem é o delicado processo de descontaminação das amostras, evitando o contágio por zoonoses.

Na terceira geração de substitutos do sangue baseados em hemoglobina, a idéia é se encapsular a proteína, tal como nos glóbulos vermelhos. A primeira encapsulação artificial de todos os componentes das células vermelhas, incluindo a hemoglobina e enzimas, foi feita em 1957, por Chang (Chang TMS & WP Yu(1996). Biodegradable polymer membrane containing hemoglobin for blood substitutes. U.S.A. Patent,1996). Chang continuou o trabalho, utilizando vários materiais como membrana artificial: proteínas, bicamadas de fosfolipídeos complexadas com polímeros, membranas poliméricas, e outros. Thomas Chang, na McGill University, Canadá, tem produzido nanocápsulas de cerca de 150nm de diâmetro a partir de uma membrana polimérica biodegradável. Esta membrana é rapidamente convertida em água e CO2 pós o uso e não acumula no organismo, tal como acontecia com as membranas a base de lipídeos.

Texto retirado de: FLORIANÓPOLIS, Química – UFSC, QMCWEB: Ano 4 Revista eletrônica do Departamento de Química. (veja o artigo aqui)

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