מדענים ואנשי מקצוע בתחום הבריאות תרים אחר תחליפי דם זה מאות שנים. מגפת הקורונה, שעוררה מחסור במנות דם ברחבי העולם, שפכה אור חדש על החיפוש הזה. גם בימי שגרה יש צורך דחוף בתרומות דם: בארה"ב כמעט 40 אלף ליטרים של דם עוברים בעירוי מדי יום, ויותר מ־4.5 מיליון אמריקנים בשנה מקבלים עירוי. לפי ההערכות, יותר מ־60 אלף אמריקנים מתים מאובדן דם מדי שנה. בהתחשב בביקוש, ההסתמכות אך ורק על נדיבות התורמים היא מאתגרת.
לאחר גילוי מחזור הדם בשנת 1616 החלו ניסויים במגוון חלופות לעירוי ובהן בירה, חלב ושתן. בשנות השבעים והשמונים של המאה ה־19 נוסו בארה"ב עירויים של חלב פרות, חלב עיזים ואפילו חלב אדם. לא מפתיע לגלות שניסויים אלה הופסקו בגלל סיבוכים בריאותיים.
במהלך מלחמות העולם גברו מאמצי החוקרים למציאת חלופות לעירוי דם. בעשורים שחלפו מאז, ועל אף התקדמות רפואית חסרת תקדים, מהשתלת לב חזיר ועד הדפסת איברים בתלת־ממד – מאמצי הסינתזה של דם מלאכותי לא התקדמו במיוחד.
דם הוא מעין מרק המכיל מגוון רכיבים. הרכיב הנוזלי והגדול ביותר הוא הפלזמה, נוזל העשוי ממלחים, נוגדנים וחלבונים עיקריים אחרים. הרכיב המוצק – תאי הדם – כולל טסיות דם (החיוניות לקרישת דם), כדוריות דם לבנות (הנלחמות בזיהומים) ושפע של כדוריות דם אדומות. כל כדורית דם אדומה מכילה חלבון מיוחד, המוגלובין, החיוני להובלת חמצן וגזים אחרים לשאר תאי הגוף.
"פלזמה מיובשת בהקפאה כבר נמצאת בשוק, וטסיות מיובשות בהקפאה נמצאות בשלב הניסויים בבני אדם", אומר אלן דוקטור, מנהל המרכז להובלת חמצן בדם והמוסטזיס (עצירת דימומים) בבית הספר לרפואה באוניברסיטת מרילנד. "אבל נשאי חמצן ביו־סינתטיים נמצאים עדיין בפיתוח קדם־קליני מתקדם בשל המורכבות של חיקוי, ולא רק ייבוש בהקפאה, של תאים אנושיים".
המוגלובין נצמד לחמצן בריאות, ומשחרר אותו לאיברים באופן מתוחכם, תוך התחשבות בדרישות משתנות, כגון בהתאם לפעילות הגופנית או לצפיפות האטמוספירה.
העברת פחמן דו־חמצני מהרקמות בחזרה לריאות שלנו דינמית ומורכבת באותה מידה. "תאים נושאי חמצן מבוססי המוגלובין – המכונים 'תחליפי דם' – מיוצרים באמצעות המוגלובין שהוסר מהתאים האדומים", אומר עבדו עליאש, ראש המעבדה לביוכימיה ולביולוגיה של כלי דם במנהל המזון והתרופות האמריקני (FDA). "אך מכיוון שההמוגלובין בתאים הנשאים האלה כבר אינו 'סגור', הוא יכול לעבור שינויים כימיים שהופכים אותו לתגובתי ורעיל ביותר במחזור הדם, ולהזיק לרקמות".
לדור הראשון של תחליפי הדם היו תופעות לוואי חמורות: לחץ דם גבוה, פגיעה בכליות ונזק ללב. כתוצאה מכך, הניסויים הקליניים בהם הופסקו וההתקדמות במחקר פחתה. אך פריצות דרך בהנדסה ביו־רפואית, בכימיה סינתטית ובביולוגיה של תאי גזע הסירו כמה מגבלות ונתנו השראה לגישות יצירתיות רבות נוספות למציאת תחליפי דם בני קיימא.
אף שתרומות דם הן עדיין האפשרות הטובה ביותר שיש לנו, יש להן כמה מגבלות. כל מנה דורשת אחסון בקור ושורדת שישה שבועות בלבד – אתגר לוגיסטי כבד במצבי חירום. על פני השטח של תאי הדם יש גם "פסיפס" של חלבונים שעלולים לעורר תגובות חיסוניות חזקות אם הם לא עוברים תהליך של התאמה במהלך העירוי; הם גם עלולים להכיל פתוגנים מידבקים ולפגוע במקבל העירוי.
אב הטיפוס האידיאלי של תחליף דם אמור להתגבר על המגבלות הללו. מנת דם תוכל להתקיים מחוץ לבתי החולים, ותקל על השימוש בעירויים במצבי חירום; ה"ניקיון" של הדם המלאכותי מחלבונים מעוררי תגובות חיסוניות יאפשר עירוי לקהל רחב יותר; ייצור סטרילי ימנע התפשטות פתוגנים. מלבד זאת, העובדה שהדם המלאכותי לא יופק מבני אדם תסייע לעדות דתיות כמו "עדי ג'הובה" הנוצרים, האוסרות על שימוש בעירויי דם אדם.
העמידה בכל הקריטריונים הללו קשה, אבל חוקרים מתקדמים לקראת דם סינתטי באמצעות גישות רב־תחומיות. צוותים מסוימים משפרים את השימושיות של תחליפי דם, כדי להפחית תופעות לוואי של המוגלובין המעורר תגובות חיסוניות. מוצר אחד כזה הוא "המופיור", המופק מהמוגלובין פרה מטוהר ומיוצב בכימיקלים. אף שעבר סבבים רבים של בדיקות קליניות, תופעות הלוואי שלו, הכוללות לחץ דם גבוה ושבץ, מנעו אישור מלא מה־FDA.
"המוצר פועל כגשר טוב בין מצב חירום ובין מתן אפשרות לגוף לחדש את תהליך ייצור הדם הטבעי", אומר ג'ונתן ווטרס, מנהל התוכנית לניהול דם במרכז הרפואי של אוניברסיטת פיטסבורג. "אך מכיוון שהוא לא אושר ב־FDA, אנחנו צריכים לעבור מכשולים רבים אפילו כדי לאשר טיפול לחולים הנוטים למות". באזורים שיש בהם אוכלוסיות גדולות של עדי ג'הובה, המופיור משמש לעיתים להצלת חיים; ווטרס מקווה שסוכנויות הפיקוח יכירו בחשיבותם של תרחישים קליניים קיצוניים כאלה, ויתחשבו בהם בהחלטות בעתיד.
ההתקדמות בטכנולוגיות של ננו־קפסולות הובילה למוצרים אחרים, כמו "אריתורמר", אבקה אדומה המורכבת מהמוגלובין מבני אדם המעורב בשומני ממברנה; הנוסחה הייחודית, שפיתחו אלן דוקטור, דיפנג'ן פאן ועמיתים נוספים, מאפשרת חיי מדף ארוכים יותר ושימוש מהיר. הניסויים הקליניים במוצר אמורים להתחיל ב־2024.
כמה חוקרים טוענים ששימוש בהמוגלובין מפרה או מבני אדם עלול לגרום לתופעות לוואי מזיקות. צוותו של ג'ייקוב אלמר באוניברסיטת וילנובה חוקר המוגלובין מתולעת האדמה הקנדית: "להמוגלובין של תולעי אדמה יש התאמות חיוביות רבות שהופכות אותו למועמד מצוין לתחליף דם", אומר אלמר, "ומחקרים ראשוניים הראו שהוא יכול לספק חמצן בבטחה לעכברים ואוגרים ללא ההשפעות השליליות של המוגלובין פרה ואדם". אלמר מקווה שהניסויים שהוא עורך יובילו לפיתוח תאים נושאי חמצן בטוחים ויעילים יותר.
יש גם מי שרותמים למשימה את גמישותם של תאי גזע. "אפשר להפוך תאים אנושיים מבוגרים לתאי גזע רב־תכליתיים, ולאחר מכן להפוך אותם לתאי דם", אומר כריסטופר תום, חוקר דם בבית הספר לרפואה פרלמן באוניברסיטת פנסילבניה. "יש כמה מגבלות שעלינו להבין טוב יותר, כולל מדוע כדוריות דם אדומות שמקורן בתאי גזע מעדיפות ביטוי של המוגלובין עוברי ואינן מאבדות בקלות את גרעיניהן כשהן מתבגרות, מה שהופך את הובלת החמצן שלהן ליעילה פחות". התקדמות בתחום הזה עשויה להוביל להמרת תאים מכל מקור לתאי דם, תהליך שיאפשר ייצור כמויות גדולות של כדוריות דם אדומות במעבדה.
למרות המורכבות המדעית, המחקר בתחליפי דם מלאכותיים מתקדם במהירות. מספר המחקרים הקדם־קליניים שעוסקים בתחליפים הולך ועולה, וניסויים קליניים נראים באופק. קבוצות שחוקרות המוגלובין ותאי גזע להוטות להתעמק בחקר מנגנונים ייחודיים של הובלת חמצן ולעסוק בחילופי ידע. לדברי אלן דוקטור, "ברגע שנצליח לייעל את הרכיב הנושא את החמצן, חיבור כל החלקים לכדי דם מלאכותי יהיה הצעד הגדול הבא".
מעבר למדע גרידא, חלק מהחוקרים מתוסכלים מדרישות הרגולטור. "ה־FDA הייתה המכשול הגדול ביותר להתקדמות בפיתוח נשאי חמצן מלאכותיים, למרות מועמדים רבים", אומר ג'ונתן ג'הר, פרופסור אמריטוס באוניברסיטת UCLA. "הם חייבים להתקדם מעבר לדרישה למוצר ללא תופעות לוואי, מכיוון שלכל התרופות יש תופעות לוואי, כולל דם".
ב־FDA חוששים מרעילות. "הסוכנות מכירה בכך שלתחליפי דם יש יתרונות פוטנציאליים רבים על פני דם אנושי, כולל זמינות, תאימות ואחסון לטווח ארוך", אומרת הדוברת אבי קפוביאנקו. "עם זאת, הם גם מעלים כמה חששות, כולל רעילות. השורש של רעילות בתחליפי דם אינו מובן היטב, ומחקר שנעשה על ידי התעשייה עשוי להיות מוגבל לשימוש". קפוביאנקו הוסיפה שה־FDA תומכת ב"פיתוח קליני בטוח של תחליפי דם", ועובדת עם התעשייה וארגוני המחקר כדי לקדם זאת.
גם אם תופעות הלוואי של תחליפי הדם יאוזנו, האם דם סינתטי יכול לעבור מטכנולוגיה של "גישור" מוגבל בזמן למשהו עצמאי יותר? אלן דוקטור מלא תקווה: "כשנלמד כיצד להאריך את זמן מחזור הדם של נושאי החמצן המלאכותיים, אני מצפה שנוכל להמשיך להשתמש בהם בתור חלופה אמיתית לדם טבעי".
