合成血液的研究旨在解决血液短缺问题，目前有生物学和化学的两种主要制备方法。
我们大部分是血液。在人体的36万亿个细胞中，有32万亿是血细胞。这些血细胞负责将氧气输送到身体的每个组织，抵御病原体并愈合伤口。然而，它们的寿命很短；红细胞的循环时间只有四个月，血小板只有十天。为了制造足够数量的血细胞，骨髓充当了一个非凡的细胞工厂，每秒钟生产数百万个血细胞，以替换那些不再正常工作的细胞。在正常情况下，替换速度足够快，可以补充我们的血液供应。然而，由于创伤或手术导致的快速失血通常需要输血。
据美国红十字会统计，美国每两秒钟就有一人接受输血或血液制品。然而，目前传统的输血面临重大挑战，包括捐献者数量减少和储存血液产品的保质期有限。2022年1月，美国红十字会宣布其有史以来的第一次全国性血液危机，原因是严重的血液短缺，这是十多年来最严重的短缺。这种短缺部分源于COVID-19，导致捐血人数比大流行前减少了10%。
合成血液的创造是生物医学研究的圣杯之一，因为它可以缓解这种短缺并克服获得和储存血液产品的现有障碍。目前有一些正在进行的努力，但制造合成血液产品的两种主要方法脱颖而出：生物学家的方法和化学家的方法。
生物学家的方法是通过在生物反应器中生长干细胞，将其诱导成血细胞，这些生物反应器重现了骨髓的重要特征，即血细胞在体内的生成地。化学家的方法是利用适合大规模制造的方法合成分子和颗粒，这些分子和颗粒模仿血细胞的功能，从而创造出比细胞衍生的血液更容易运输和储存的血液替代品。
作为科罗拉多大学安舒茨医学院生物工程和血液学教授，我在实验室中见证了每种方法的可行性和效果。然而，无论哪种类型的合成血液，开发者都需要克服经济和制造方面的挑战，才能大规模应用于患者。
为了更好地理解传统输血所带来的挑战和合成血液的光明前景，我们必须首先认识到血液不仅仅是其各部分的总和。一个有用的类比是将输血视为器官移植。虽然血液不完全符合各种器官的定义，但它仍然是一个具有特定功能的独立系统。当肝脏移植时，我们不仅移植了负责代谢和解毒的肝细胞，还包括一些没有这些支持细胞就无法完成任务的辅助细胞。同样，血液是悬浮在生化复杂液体中的细胞系统，其特性与其个体成分不同。
凝血是血液复杂性的一个例子。当凝块形成时，液态血液变成可以在几分钟内止血的固态栓子。在教科书中对凝血的描述是，血小板聚集以填补血管壁的漏洞。因此，输血小板似乎是止血的显而易见的治疗方法。然而，这个过程实际上是一个全系统的努力。红细胞推动血小板到达受损的血管，同时帮助它们活化以形成凝块。尽管血小板需要红细胞的支持才能到达受伤部位，但它们并不是被动的，而是会通知白细胞来控制任何入侵的病原体。因此，三种类型的血细胞共同响应血管壁的破损；如果缺少其中任何一种，整个系统将无法正常工作。
因此，无论我们使用生物学家还是化学家的方法开发合成血液，我们都需要将血液视为一个高度集成的系统。虽然这与自第二次世界大战以来主导输血医学的还原主义单一成分疗法有所不同，但新兴数据表明，在严重失血后，全血输血——包含所有部分的血液——比单一血液成分的输血效果更好。然而，在我们深入了解输血医学的历史之后，这一点将变得更容易理解。
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