开学第二课:人工造血的希望——海蚯蚓

上一集我们介绍了翠鸟,人类模仿翠鸟流线型的喙设计出了更经济高效的列车头,解决了“隧道音爆”问题。这一集我们继续探秘超能动物中的潜水大师——海蚯蚓。

海蚯蚓是一种无脊椎海洋生物,体长约15到25厘米,外形和普通的蚯蚓相似。海蚯蚓常栖息于沿海滩涂和潮间带,比如在沿岸石块下、石缝中、海藻丛间都能发现它们的身影。有些海蚯蚓藏身于深海珊瑚礁中。

这么不起眼的海蚯蚓有什么特殊之处呢?人类又从它们身上挖掘出了什么宝物?

大家知道,仿生学是模仿生物的科学。我们除了能模仿生物的外观形态,还能模仿它们内在的结构和功能。今天给大家介绍的海蚯蚓,即是人们在仿生学领域又一个突破性的尝试。而这个尝试是为了解决人类面临的血液短缺问题。

血液是生命的象征,血液流失会导致休克甚至死亡。许多外伤和疾病都需要及时供血,但血液资源很有限,因此人们一直在寻找安全有效的血液替代品。

20世纪40年代,科学家开始尝试人工制造一些血液替代品,包括哺乳动物血红蛋白、无基质血红蛋白,以及后来取得显著进展的无细胞血红蛋白等。但不幸的是,这些人造的血液是“外源性”的物质,所谓“外源性”,就是本来不属于人体的物质,它们输入人体,很容易引起严重不良反应,这限制了它们的应用。

经历“人工造血”的失败后,科学家们又将目光转向寻找天然的血液替代品。海蚯蚓重新点燃了人们“回血”的希望。

法国巴黎第六大学的研究人员发现,海蚯蚓血液中的关键物质——血红蛋白与人类的极为相似,它的结构和功能特性,完美克服了外源血红蛋白可能的副作用;它具有超强的携氧能力,不易引起人体抵抗它的反应,可避免出现过敏、肾毒性、氧化损伤、血管收缩等副作用,并且它的血质还非常适合保存和注射。

科学家将从海蚯蚓中提取的血红蛋白命名为M101,除了可以当作血液替代品,它还具有潜在的抗炎、抗菌和抗氧化的特性。在本次新冠疫情中,就有研究发现,给新冠感染者注射M101可改善患者症状,有效应对病毒引起的缺氧和氧化应激反应。

另外,人们通过模仿海蚯蚓血红蛋白的分子结构,尝试制备了具有相似性质的重组蛋白,未来可能应用于各种疾病的治疗。

大自然的创造是如此神奇。一个小小的生物身上竟蕴藏着这么强大的生命能量。海蚯蚓,一个“血液中自带氧气瓶”的潜水大师,仿生学研究领域中的宝藏,正在改善人类的生存质量。

面对缺血、血源污染、传染病、自然灾害等威胁,人类从海蚯蚓的身上找到了希望。相信未来人造血液的成功将创造更多的生命奇迹。

参考资料:
1.Rousselot M, Delpy E, Lagente V, et al. Arenicola marina extracellular hemoglobin: a new promising blood substitute[J]. Biotechnology Journal,2006,1:335-345.
2.Harnois T, Rousselot M, Zal F, et al. High-level production of recombinant arenicola marina globin chains in escherichia coli: a new generation of blood substitute[J]. New Generation of Blood Substitute, Artificial Cells, Blood Substitutes, and Biotechnology, 2009,37(3):106-116.
3.Batool F, Delpy E, Zal F, et al. Therapeutic potential of hemoglobin derived from the marine worm arenicola marina (M101): a literature review of a breakthrough innovation[J]. Marine Drugs,2021,19:376.
4.Lupon E, Lellouch AG, Zal F, et al. Combating hypoxemia in COVID-19 patients with a natural oxygen carrier, HEMO2Life® (M101)[J]. Medical Hypotheses,2021,146,110421.

开学第一课:高铁列车头——来自翠鸟喙的启发

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