Биогибридные эритроциты стали многофункциональными курьерами для кровеносной системы

Искусственные эритроциты в сосудах эмбриона курицы

Jimin Guo et al. / ACS Nano, 2020

Биоинженеры создали гибридные микрочастицы, свойства которых идентичны настоящим эритроцитам: они одинаковы по размеру, форме, способности деформироваться и переносить кислород. Для создания частиц из живых эритроцитов ученые сделали кремниевую форму, которую покрыли слоем полимера и клеточной мембраной, а затем растворили. Микрочастицы оставались в кровотоке мышей и эмбрионов курицы и не были токсичными. В искусственные эритроциты удалось поместить ряд грузов: гемоглобин, контрастирующие агенты для МРТ, противоопухолевый препарат, оксид железа для управления частицами с помощью магнитного поля и флуоресцентный сенсор АТФ для чувствительности к токсинам. Статья опубликована в журнале ACS Nano.

Эритроциты, или красные кровяные тельца, — относительно простые системы (у них нет ядра и многих других органелл), при этом у них есть целый ряд приспособлений для выполнения различных функций. Эритроциты имеют дисковидную двояковогнутую форму, которая обеспечивает максимальное соотношение площади поверхности к объему и позволяет красным кровяным тельцам изгибаться и сплющиваться, чтобы протиснуться через узкие капилляры. Основная функция эритроцитов — перенос кислорода и углекислого газа, для этого в них быстро формируются и превращаются друг в друга различные комплексы гемоглобина с газами. Наконец, на мембране красных кровяных телец находятся биомаркеры, по которым макрофаги узнают в них «своих» и не фагоцитируют.

Ученые предпринимали целый ряд попыток имитировать отдельные свойства эритроцитов в синтетических частицах: создали полимерные везикулы с гемоглобином, гибкие двояковогнутые диски из гидрогеля, покрытые мембранами настоящих эритроцитов частицы, управляемые магнитным полем микромоторы. Эти работы вдохновили группу исследователей из Китая и США под руководством Джеффри Бринкера (Jeffrey Brinker) из Университета Нью-Мексико на создание искусственных эритроцитов, которые повторяли бы все свойства красных кровных телец, могли бы переносить груз и выполнять ряд дополнительных функций.

Искусственные частицы создавали в четыре этапа. Чтобы точно скопировать форму эритроцитов, живые клетки покрывали 10-нанометровым слоем аморфного оксида кремния: фиксированные в формальдегиде красные кровяные тельца помещали в раствор кремниевой кислоты на 24 часа, а затем осаждали кислоту с помощью ферментов. Полученные частицы использовали как форму для послойного осаждения самособирающихся биосовместимых полимеров: положительно заряженные молекулы хитозана и отрицательно — альгината поочередно садились на поверхность оксида кремния. Затем из частиц вытравливали оксид кремния плавиковой кислотой, а полимерный остов (его толщина составила около 90 нанометров) покрывали мембраной, которую выделили из эритроцитов.

Эритроциты – их образование, строение и функции

Сайт предоставляет справочную информацию исключительно для ознакомления. Диагностику и лечение заболеваний нужно проходить под наблюдением специалиста. У всех препаратов имеются противопоказания. Консультация специалиста обязательна!

Кровь – это жидкая соединительная ткань, которая наполняет всю сердечно-сосудистую систему человека. Ее количество в организме взрослого человека достигает 5 литров. Она состоит из жидкой части под названием плазма и таких форменных элементов как лейкоциты, тромбоциты и эритроциты. В данной статье мы поговорим именно об эритроцитах, их строении, функциях, способе образования и т.д.

Что представляют собой эритроциты?

Данный термин произошел от 2-ух слов «erythos» и «kytos», что в переводе с греческого языка означает «красный» и «вместилище, клетка». Эритроциты представляют собой красные кровяные тельца крови человека, позвоночных, а также некоторых беспозвоночных животных, на которые возложены весьма разнообразные очень важные функции.

Образование красных клеток

Образование данных клеток осуществляется в красном костном мозге. Первоначально происходит процесс пролиферации (разрастания ткани путем размножения клетки). Затем из стволовых гемопоэтических клеток (клеток – родоначальниц кроветворения) формируется мегалобласт (крупное красное тельце, содержащее ядро и большое количество гемоглобина), из которого в свою очередь образуется эритробласт (ядросодержащая клетка), а потом и нормоцит (тельце, наделенное нормальными размерами). Как только нормоцит утрачивает свое ядро, он тут же превращается в ретикулоцит – непосредственного предшественника красных кровяных клеток. Ретикулоцит попадает в кровеносное русло и трансформируется в эритроцит. На его трансформацию уходит около 2 — 3 часов.

Строение

Данным кровяным тельцам присуща двояковогнутая форма и красный окрас, обусловленный наличием в клетке большого количества гемоглобина. Именно гемоглобин составляет основную часть данных клеток. Их диаметр варьирует в пределах от 7 до 8 мкм, а вот толщина достигает 2 — 2,5 мкм. Ядро в созревших клетках отсутствует, что значительно увеличивает их поверхность. Помимо этого отсутствие ядра обеспечивает быстрое и равномерное проникновение внутрь тельца кислорода. Продолжительность жизни данных клеток составляет около 120 дней. Общая поверхность красных кровяных клеток человека превышает 3000 квадратных метров. Данная поверхность в 1500 раз больше поверхности всего человеческого тела. Если разместить все красные клетки человека в один ряд, то Вы сможете получить цепочку, длина которой будет составлять около 150000 км. Разрушение данных телец происходит преимущественно в селезенке и частично в печени.

Функции

2. Ферментативная: являются носителями различных ферментов (специфических белковых катализаторов);
3. Дыхательная: данная функция осуществляется гемоглобином, который способен присоединять к себе и отдавать как кислород, так и углекислый газ;
4. Защитная: связывают токсины за счет присутствия на их поверхности специальных веществ белкового происхождения.

Термины, применяемые для описания данных клеток

• Микроцитоз – средний размер красных кровяных клеток меньше нормального;
• Макроцитоз – средний размер красных кровяных клеток больше нормального;
• Нормоцитоз – средний размер красных кровяных клеток нормальный;
• Анизоцитоз – размеры красных кровяных клеток значительно отличаются, одни чересчур маленькие, другие очень большие;
• Пойкилоцитоз – форма клеток варьирует от правильной до овальной, серповидной;
• Нормохромия – красные кровяные тельца окрашены нормально, что является признаком нормального уровня в них гемоглобина;
• Гипохромия – красные кровяные клетки окрашены слабо, что указывает на то, что гемоглобина в них меньше нормы.

Скорость оседания (СОЭ)

Скорость оседания эритроцитов или СОЭ – это достаточно известный показатель лабораторной диагностики, под которым подразумевается скорость разделения несвернувшейся крови, которую помещают в специальный капилляр. Кровь разделяется на 2 слоя – нижний и верхний. Нижний слой состоит из осевших красных кровяных телец, а вот верхний слой представлен плазмой. Данный показатель принято измерять в миллиметрах в час. Величина СОЭ напрямую зависит от пола пациента. В нормальном состоянии у мужчин данный показатель составляет от 1 до 10 мм/час, а вот у женщин – от 2 до 15 мм/час.

При повышении показателей речь идет о нарушениях работы организма. Существует мнение, что в большинстве случаев СОЭ повышается на фоне увеличения соотношения в плазме крови белковых частиц крупных и мелких размеров. Как только в организм попадают грибки, вирусы либо бактерии, уровень защитных антител тут же возрастает, что и приводит к изменениям соотношения белков крови. Из этого следует, что особенно часто СОЭ увеличивается на фоне воспалительных процессов таких как воспаление суставов, ангина, воспаление легких и т.д. Чем выше данный показатель, тем ярче выражен воспалительный процесс. При легком течении воспаления показатель возрастает до 15 — 20 мм/час. Если же воспалительный процесс является тяжелым, тогда он подскакивает до 60 — 80 мм/час. Если во время курса терапии показатель начинает снижаться, значит, лечение было подобрано правильно.

Помимо воспалительных заболеваний увеличение показателя СОЭ возможно и при некоторых недугах невоспалительного характера, а именно:

• Злокачественные образования;
• Инсульт либо инфаркт миокарда;
• Тяжелые недуги печени и почек;
• Тяжелые патологии крови;
• Частые переливания крови;
• Вакцинотерапия.

Нередко показатель повышается и во время менструаций, а также в период беременности. Использование некоторых медикаментов также может спровоцировать увеличение СОЭ.

Гемолиз – что это такое?

Гемолиз представляет собой процесс разрушения мембраны красных кровяных клеток, вследствие чего гемоглобин выходит в плазму и кровь становится прозрачной.

Современные специалисты выделяют следующие виды гемолиза:
1. По характеру течения:

• Физиологический: происходит разрушение старых и патологических форм красных клеток. Процесс их разрушения отмечается в мелких сосудах, макрофагах (клетках мезенхимного происхождения) костного мозга и селезенки, а также в клетках печени;
• Патологический: на фоне патологического состояния разрушению подвергаются здоровые молодые клетки.

2. По месту возникновения:

• Эндогенный: гемолиз происходит внутри организма человека;
• Экзогенный: гемолиз осуществляется вне организма (к примеру, во флаконе с кровью).

3. По механизму возникновения:

• Механический: отмечается при механических разрывах мембраны (к примеру, флакон с кровью пришлось встряхнуть);
• Химический: отмечается при воздействии на эритроциты веществ, которым свойственно растворять липиды (жироподобные вещества) мембраны. К числу таких веществ можно отнести эфир, щелочи, кислоты, спирты и хлороформ;
• Биологический: отмечается при воздействии биологических факторов (ядов насекомых, змей, бактерий) либо при переливании несовместимой крови;
• Температурный: при низких температурах в красных кровяных тельцах формируются кристаллики льда, которым свойственно разрывать оболочку клеток;
• Осмотический: происходит тогда, когда красные кровяные тельца попадают в среду с более низким чем у крови осмотическим (термодинамическим) давлением. При таком давлении клетки набухают и лопаются.

Эритроциты в крови

Норма содержания красных кровяных телец

Определить уровень данных клеток помогает клинический (общий) анализ крови.

• У женщин — от 3.7 до 4.7 триллионов в 1 л;
• У мужчин — от 4 до 5.1 триллионов в 1 л;
• У детей старше 13 лет — от 3.6 до 5.1 триллионов в 1 л;
• У детей в возрасте от 1 года до 12 лет — от 3.5 до 4.7 триллионов в 1 л;
• У детей в 1 год — от 3.6 до 4.9 триллионов в 1 л;
• У детей в полгода — от 3.5 до 4.8 триллионов в 1 л;
• У детей в 1 месяц — от 3.8 до 5.6 триллионов в 1 л;
• У детей в первый день их жизни — от 4.3 до 7.6 триллионов в 1 л.

Высокий уровень клеток в крови новорожденных обусловлен тем, что во время внутриутробного развития их организм нуждается в большем количестве красных кровяных телец. Только так плод может получать необходимое ему количество кислорода в условиях относительно низкой его концентрации в крови матери.

Уровень эритроцитов в крови беременных

Чаще всего количество данных телец во время беременности слегка понижается, что является совершенно нормальным явлением. Во-первых, во время вынашивания плода в организме женщины задерживается большое количество воды, которая попадает в кровь и разбавляет ее. Кроме этого организмы практически всех будущих мамочек не получают достаточное количество железа, вследствие чего формирование данных клеток опять таки уменьшается.

Повышение уровня эритроцитов в крови

Состояние, характеризующееся повышением уровня красных кровяных клеток в крови, именуют эритремией, эритроцитозом или полицитемией.

Самыми частыми причинами развития данного состояния являются:

• Поликистоз почек (заболевание, при котором в обеих почках появляются и постепенно увеличиваются кисты);
• ХОБЛ (хронические обструктивные болезни легких – бронхиальная астма, эмфизема легких, хронические бронхиты);
• Синдром Пиквика (ожирение, сопровождающееся легочной недостаточностью и артериальной гипертензией, т.е. стойким повышением артериального давления);
• Гидронефроз (стойкое прогрессирующее расширение почечной лоханки и чашечек на фоне нарушения оттока мочи);
• Курс терапии стероидами;
• Врожденные либо приобретенные пороки сердца;
• Пребывание в высокогорных районах;
• Стеноз (сужение) почечных артерий;
• Злокачественные новообразования;
• Синдром Кушинга (совокупность симптомов, которые возникают при чрезмерном увеличении количества стероидных гормонов надпочечников, в частности кортизола);
• Длительное голодание;
• Чрезмерные физические нагрузки.

Понижение уровня эритроцитов в крови

Состояние, при котором уровень красных кровяных клеток в крови понижается, получило название эритроцитопения. В данном случае речь идет о развитии анемии различной этиологии. Малокровие может развиться вследствие нехватки как белка, так и витаминов, а также железа. Оно же может быть следствием злокачественных новообразований либо миеломы (опухоли из элементов костного мозга). Физиологическое понижение уровня данных клеток возможно в периоды между 17.00 и 7.00, после приема пищи и при взятии крови в положении лежа. О других причинах понижения уровня данных клеток Вы сможете узнать, получив консультацию специалиста.

Эритроциты в моче

В норме красных кровяных телец в моче быть не должно. Допускается их присутствие в виде единичных клеток в поле зрения микроскопа. Находясь в осадке мочи в очень маленьких количествах, они могут указывать на то, что человек занимался спортом либо выполнял тяжелую физическую работу. У женщин их незначительное количество может наблюдаться при гинекологических недугах, а также во время менструации.

Значительное повышение их уровня в моче можно заметить сразу же, так как моча в таких случаях приобретает бурый либо красный оттенок. Самой распространенной причиной появления данных клеток в моче принято считать заболевания почек и мочевыводящих путей. К их числу можно причислить различные инфекции, пиелонефрит (воспаление ткани почек), гломерулонефрит (заболевание почек, характеризующееся воспалением гломерулы, т.е. обонятельного клубочка), почечнокаменную болезнь, а также аденому (доброкачественную опухоль) предстательной железы. Выявить данные клетки в моче удается и при опухолях кишечника, различных нарушениях свертываемости крови, сердечной недостаточности, оспе (заразной вирусной патологии), малярии (остром инфекционном заболевании) и т.д.

Нередко красные кровяные клетки появляются в моче и на фоне терапии некоторыми медикаментами типа уротропина. Факт наличия эритроцитов в моче должен насторожить как самого больного, так и его лечащего врача. Такие пациенты нуждаются в проведении повторного анализа мочи и полном обследовании. Повторный анализ мочи должен браться с использованием катетера. В случае если повторный анализ еще раз установит факт наличия в моче многочисленных красных клеток, тогда обследованию подвергают уже мочевыводящую систему.

Автор: Пашков М.К. Координатор проекта по контенту.

Общий анализ крови

Общий анализ крови (Complete Blood Count, CBC).
Это самое распространенное исследование крови, которое включает определение концентрации гемоглобина, количества эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов в единице объема, величины гематокрита и эритроцитарных индексов (MCV,MCH, MCHC).

Показания к назначению анализа:

• скрининговые и диспансерные обследования;
• мониторинг проводимой терапии;
• дифференциальная диагностика заболеваний крови.

Подготовка к исследованию: исследование проводят натощак или как минимум через 2 часа после последнего приема пищи, при взятии крови необходимо избегать длительного сжатия вены жгутом.
Материал для исследования: цельная стабилизированная кровь.
Срок исполнения: 1 рабочий день.

Что такое гемоглобин (Hb, Hemoglobin)?

Гемоглобин – это дыхательный пигмент крови, который содержится в эритроцитах и участвует в транспортировке кислорода и углекислоты, регуляции кислотно-основного состояния.
Состоит гемоглобин из двух частей белковой и железосодержащей. У мужчин содержание гемоглобина несколько выше, чем у женщин. У детей до года имеется физиологическое снижение показателей гемоглобина.
Что такое эритроцит (Red Blood Cells, RBC)?
Эритроциты – это высокоспециализированные безъядерные клетки крови, имеющие форму двояковогнутых дисков. Благодаря такой форме поверхность эритроцитов больше, чем если б он имел форму шара. Такая особая форма эритроцитов способствует выполнению ими основной функции — переносу кислорода из легких к тканям и углекислоты от тканей к легким.
Что такое гематокрит (Ht, hematocrit)?
Это объемная фракция эритроцитов в цельной крови (соотношение объемов эритроцитов и плазмы), которая зависит от количества и объема эритроцитов.

Что такое лейкоцит ( White Blood Cells, WBC)?

Лейкоциты, или белые кровяные тельца, представляют собой бесцветные клетки разной величины округлой или неправильной формы. Эти клетки имеют ядро и способны самостоятельно передвигаться подобно одноклеточному организму — амебе. Количество этих клеток в крови значительно меньше, чем эритроцитов. Лейкоциты — главный защитный фактор в борьбе организма человека с различными болезнями. Кроме того, некоторые формы лейкоцитов вырабатывают антитела — белковые частицы, поражающие любые чужеродные микроорганизмы, попавшие в кровь, на слизистые оболочки и другие органы и ткани организма человека.

Существует 5 видов лейкоцитов:

• нейтрофилы,
• лимфоциты,
• моноциты,
• эозинофилы,
• базофилы.

Что такое тромбоцит (Platelet count , PLT)?

Тромбоциты, или кровяные пластинки, наиболее мелкие среди клеточных элементов крови, размер которых составляет 1,5–2,5 микрона. Тромбоциты выполняют ангиотрофическую, адгезивно-агрегационную функции, участвуют в процессах свертывания и фибринолиза, обеспечивают ретракцию кровяного сгустка.

Что такое скорость оседания эритроцитов (СОЭ, Erythrocyte Sedimentation Rate, ESR)?

Это показатель скорости разделения крови в пробирке с добавленным антикоагулянтом на 2 слоя: верхний (прозрачная плазма) и нижний (осевшие эритроциты). Скорость оседания эритроцитов оценивается по высоте образовавшегося слоя плазмы в мм за 1 час. Удельная масса эритроцитов выше, чем удельная масса плазмы, поэтому в пробирке при наличии антикоагулянта под действием силы тяжести эритроциты оседают на дно. Скорость, с которой происходит оседание эритроцитов, в основном определяется степенью их агрегациии, т. е. их способностью слипаться вместе. Агрегация эритроцитов главным образом зависит от их электрических свойств и белкового состава плазмы крови. В норме эритроциты несут отрицательный заряд (дзета-потенциал) и отталкиваются друг от друга. Степень агрегации (а значит и СОЭ) повышается при увеличении концентрации в плазме так называемых белков острой фазы — маркеров воспалительного процесса. В первую очередь — фибриногена, C-реактивного белка, церулоплазмина, иммуноглобулинов и других. Напротив, СОЭ снижается при увеличении концентрации альбуминов. На дзета-потенциал эритроцитов влияют и другие факторы: рН плазмы (ацидоз снижает СОЭ, алкалоз повышает), ионный заряд плазмы, липиды, вязкость крови, наличие антиэритроцитарных антител. Число, форма и размер эритроцитов также влияют на оседание. Снижение содержания эритроцитов (анемия) в крови приводит к ускорению СОЭ и, напротив, повышение содержания эритроцитов в крови замедляет скорость седиментации (оседания).
При острых воспалительных и инфекционных процессах изменение скорости оседания эритроцитов отмечается через 24 ч после повышения температуры и увеличения числа лейкоцитов.

Показатель СОЭ меняется в зависимости от множества физиологических и патологических факторов. Значения СОЭ у женщин несколько выше, чем у мужчин. Изменения белкового состава крови при беременности ведут к повышению СОЭ в этот период. В течение дня возможно колебание значений, максимальный уровень отмечается в дневное время.

Показания к назначению исследования:

• воспалительные заболевания;
• инфекционные заболевания;
• опухоли;
• скрининговое исследование при профилактических осмотрах.

Что такое лейкоцитарная формула (Differential White Cell Count)?

Лейкоцитарная формула – это процентное соотношение различных видов лейкоцитов.

• По морфологическим признакам (вид ядра, наличие и характер цитоплазматических включений) выделяют 5 основных видов лейкоцитов:
• нейтрофилы;
• эозинофилы;
• базофилы;
• лимфоциты;
• моноциты.

Кроме того, лейкоциты различаются по степени зрелости. Большая часть клеток-предшественников зрелых форм лейкоцитов (юные, миелоциты, промиелоциты, пролимфоциты, промоноциты, бластные формы клеток) в периферической крови появляются только в случае патологии.

Исследование лейкоцитарной формулы имеет большое значение в диагностике большинства гематологических, инфекционных, воспалительных заболеваний, а также для оценки тяжести состояния и эффективности проводимой терапии.
Различные виды лейкоцитов выполняют разные функции, поэтому определение соотношения разных видов лейкоцитов, содержания молодых форм, выявление патологических клеточных форм несет ценную диагностическую информацию.