Introdução

Médicos e cientistas criaram muitos dispositivos mecânicos que podem substituir partes do corpo que se quebram ou se desgastam. Um coração, por exemplo, é basicamente uma bomba; um coração artificial é uma bomba mecânica que faz circular o sangue. Da mesma forma, artroplastias totais de joelho substituem ossos e cartilagens por metal e plástico. Próteses de membros se tornam cada vez mais complexas, mas ainda são essencialmente dispositivos mecânicos que podem fazer o trabalho de pernas e braços. Tudo isso é bastante fácil de compreender: trocar um órgão por um substituto artificial geralmente faz sentido.

O sangue artificial, por outro lado, pode ser algo espantoso. Uma razão para isso é que a maioria das pessoas pensa no sangue como algo mais do que apenas tecido conjuntivo que transporta oxigênio e nutrientes. Em vez disso, o sangue representa a vida. A maioria das culturas e religiões deposita um significado especial nele, e sua importância afetou até mesmo a língua inglesa. Você pode se referir às suas características culturais ou ancestrais como estando em seu sangue. Os membros da sua família são seus parentes de sangue. Se você é ultrajado, o seu sangue ferve. Se você está com medo, ele gela.

O sangue carrega todas essas conotações por um bom motivo: ele é absolutamente essencial à sobrevivência das formas de vida vertebradas, incluindo os seres humanos. Ele transporta oxigênio dos pulmões para todas as células do corpo. Ele também extrai o dióxido de carbono de que o organismo não precisa e o devolve aos pulmões para que seja exalado. O sangue fornece nutrientes do sistema digestivo e hormônios do sistema endócrino para as partes do seu corpo que precisam delas. Ele passa através dos rins e fígado, que removem ou destroem resíduos e toxinas. Os leucócitos do sangue ajudam a prevenir e combater doenças e infecções. O sangue também pode formar coágulos, evitando hemorragias fatais em conseqüência de cortes e arranhões sem importância.

Fotógrafos Bruce Wetzel/Harry Schaefer Instituto Nacional do Câncer Uma imagem de microscópio eletrônico de varredura da circulação normal do sangue humano

Pode parecer improvável, ou mesmo impossível, que uma substância artificial possa substituir alguma coisa que faça todo esse papel e seja tão importante para a vida humana. Para entender o processo, vamos conhecer um pouco sobre o funcionamento do sangue real. O sangue tem dois componentes principais: plasma e elementos celulares. Quase tudo o que o sangue transporta, incluindo nutrientes, hormônios e resíduos, é dissolvido no plasma, que é basicamente água. Os elementos celulares, que são células e partes de células, também flutuam no plasma. Os elementos celulares incluem os glóbulos brancos, que fazem parte do sistema imunológico, e as plaquetas, que ajudam a formar os coágulos. Os glóbulos vermelhos são responsáveis por uma das tarefas mais importantes do sangue: transportar oxigênio e dióxido de carbono.

Os glóbulos vermelhos ou hemácias são muito numerosos; eles compõem mais de 90% dos elementos celulares no sangue. Sua estrutura ajuda-os a transportar oxigênio mais eficientemente. Um glóbulo vermelho tem a forma de um disco côncavo em ambos os lados. Assim, eles têm muita área de superfície para a absorção e liberação de oxigênio. Sua membrana é muito flexível. O glóbulo vermelho não tem núcleo e, dessa forma, ele pode se esgueirar através da parede de minúsculos vasos capilares sem se romper.

Foto cedida por Garrigan.Net Os glóbulos vermelhos, também chamados de eritrócitos, têm a forma de discos bicôncavos

A falta de núcleo de um glóbulo vermelho também dá a ele mais espaço para a hemoglobina (Hb), uma estrutura complexa que transporta oxigênio e é feita de um componente protéico chamado globina e um composto contendo ferro chamado heme. Os hemes usam o ferro para se unir ao oxigênio. Dentro de cada glóbulo vermelho há cerca de 280 milhões de moléculas de hemoglobina.

Se você perder muito sangue, você perde muito do seu sistema de fornecimento de oxigênio. Os leucócitos, nutrientes e proteínas que o sangue transporta também são importantes, mas os médicos geralmente se preocupam mais com o fornecimento adequado de oxigênio às células.

Em uma situação de emergência, os médicos geralmente dão aos pacientes expansores de volume, como soluções salinas, para compensar o volume de sangue perdido. Isso ajuda a restaurar a pressão sangüínea normal e permite que o restante dos glóbulos vermelhos continue a transportar oxigênio. Às vezes, isso é suficiente para manter o corpo em funcionamento até que ele possa produzir novas células sangüíneas e outros elementos do sangue. Caso contrário, os médicos fazem nos pacientes transfusões de sangue para substituir parte do sangue perdido. As transfusões de sangue também são bastante comuns durante alguns procedimentos cirúrgicos.

O processo de transfusão funciona muito bem, mas existem vários desafios que podem dificultar ou impossibilitar o fornecimento do sangue de que o paciente precisa:

• o sangue humano deve ser mantido resfriado e sua validade é de 42 dias. Isso torna impraticável para as equipes de emergência transportá-lo em ambulâncias ou outras equipes médicas transportá-lo para o campo de batalha. Expansores de volume isoladamente podem não ser suficientes para manter vivo um paciente com um sangramento volumoso até que ele chegue ao hospital;
• os médicos precisam confirmar se o sangue é do tipo correto: A, B, AB ou O, antes de dá-lo ao paciente. Se uma pessoa receber o tipo de sangue errado, ela pode morrer;
• o número de pessoas que precisam de sangue está crescendo mais rapidamente do que o número de pessoas que doam sangue;
• vírus como o do HIV e das hepatites B e C podem contaminar o suprimento de sangue, ainda que testes mais modernos tenham diminuído em muito a contaminação na maioria dos países desenvolvidos.

É aqui que o sangue artificial entra. O sangue artificial não faz todo o trabalho do sangue real: às vezes, ele nem pode substituir o volume de sangue perdido. Em vez disso, ele transporta oxigênio em situações onde os glóbulos vermelhos de uma pessoa não conseguem fazer isso isoladamente. Diferentemente do sangue real, o sangue artificial pode ser esterilizado para matar bactérias e vírus. Os médicos também podem dá-lo ao paciente independentemente de seu tipo de sangue. Muitos tipos de sangue têm duração de mais de um ano e não precisam ser refrigerados, tornando-os ideais para o uso em situações de emergência e em campos de batalha. Assim, mesmo que ele não substitua de fato o sangue humano, o sangue artificial ainda é bastante incrível. A seguir, vamos ver de onde vem o sangue artificial e como ele funciona na corrente sangüínea de uma pessoa.

Tipos de sangue artificial

Imagem cedida por Laboratórios Northfield PolyHeme HBOC dos Laboratórios Northfield

Até recentemente, a maioria das tentativas de criar sangue artificial falhou. No século 19, médicos fracassaram ao dar aos pacientes sangue animal, leite, óleos e outros líquidos por via endovenosa. Mesmo depois da descoberta dos tipos de sangue humanos, em 1901, os médicos continuaram a procurar substitutos para o sangue. As duas grandes Guerras Mundiais e as descobertas da hepatite e do vírus da imunodeficiência humana (HIV) também aumentaram o interesse em seu desenvolvimento.

Empresas farmacêuticas desenvolveram algumas poucas variedades de sangue artificial nas décadas de 80 e 90, mas muitas abandonaram suas pesquisas após infartos, derrames cerebrais e mortes de cobaias humanas. Algumas fórmulas iniciais também causaram o colapso de vasos capilares e o aumento excessivo da pressão sangüínea. Porém, pesquisas adicionais levaram a vários substitutos específicos do sangue divididos em duas classes: carregadores de oxigênio que utilizam hemoglobina (HBOC, na sigla em inglês) e perfluorcarbonetos (PFC). Alguns desses substitutos, na sua fase final de teste, conseguem estar disponíveis em hospitais. Outros já estão em uso. Por exemplo, um HBOC chamado Hemopure atualmente é usado em hospitais na África do Sul, onde o alastramento do HIV ameaçou o suprimento de sangue. Um carregador de oxigênio baseado em PFC, chamado Oxygent, está nos estágios finais de testes em seres humanos na Europa e América do Norte.

Os dois tipos têm estruturas químicas bastante diferentes, mas ambos trabalham basicamente através da difusão passiva. A difusão passiva tira proveito da tendência dos gases de se mover de áreas de maior concentração para áreas de menor concentração até atingir um estado de equilíbrio. No corpo humano, o oxigênio se move dos pulmões (alta concentração) para o sangue (baixa concentração). Depois, quando o sangue atinge os vasos capilares, o oxigênio se move do sangue (alta concentração) para os tecidos (baixa concentração).

O sangue artificial tira vantagem da difusão passiva, na qual o oxigênio se move de uma área de alta concentração (os pulmões) para uma área de baixa concentração (o sangue).

HBOCs
Os HBOCs assemelham-se vagamente ao sangue. Sua cor é vermelho escuro ou bordô e eles são feitos de hemoglobina real, esterilizada, que pode vir de uma variedade de fontes:

• glóbulos vermelhos de sangue humano real
• glóbulos vermelhos de sangue de vaca
• bactérias geneticamente modificadas que podem produzir hemoglobina
• placentas humanas

Porém, os médicos simplesmente não conseguem injetar hemoglobina na corrente sangüínea de uma pessoa. Quando está dentro das células sangüíneas, a hemoglobina faz um excelente trabalho de transporte e liberação de oxigênio. Mas sem a membrana da célula para protegê-la, ela se desintegra muito rapidamente. A hemoglobina desintegrada pode causar sérios danos renais. Por essa razão, a maioria dos HBOCs usa formas modificadas de hemoglobina que são mais resistentes do que a molécula que ocorre naturalmente. Algumas das técnicas mais comuns são:

• ligação cruzada de partes da molécula de hemoglobina com um derivado da hemoglobina que transporta oxigênio chamado diaspirina;
• polimerizar a hemoglobina unindo várias moléculas;
• conjugar a hemoglobina ligando-a a um polímero.

Cientistas também pesquisaram HBOCs que envolvem a hemoglobina em uma membrana sintética feita de lipídios, colesterol ou ácidos graxos. Um HBOC, chamado MP4, é feito de hemoglobina revestida em polietileno glicol.

Os HBOCs funcionam semelhantemente aos RBCs comuns. As moléculas de HBOC flutuam no plasma sangüíneo. As moléculas são muito menores que os RBCs, assim, elas podem se encaixar em espaços nos quais os glóbulos vermelhos não podem, como em tecido extremamente inchado ou vasos sangüíneos anormais ao redor de tumores cancerígenos. A maioria dos HBOCs permanece no sangue de uma pessoa por aproximadamente um dia - bem menos que os 100 dias ou mais que os glóbulos vermelhos comuns circulam.

Porém, os HBOCs também têm alguns poucos efeitos colaterais. As moléculas de hemoglobina modificadas podem se encaixar em espaços muito pequenos entre as células e se unir ao óxido nítrico, que é importante para manter a pressão do sangue. Isso pode elevar da pressão sangüínea do paciente a níveis perigosos. Os HBOCs também podem causar desconforto abdominal e cãibras, devido principalmente à liberação de radicais livres. Alguns HBOCs podem causar uma vermelhidão temporária dos olhos ou da pele.

HBOCs e PFCs são consideravelmente menores que os glóbulos vermelhos.

PFCs
Diferentemente dos HBOCs, os PFCs geralmente são brancos e inteiramente sintéticos. Eles são muito parecidos com os hidrocarbonetos, químicas feitas inteiramente de hidrogênio e carbono, mas eles contêm flúor em vez de carbono.

Os PFCs são quimicamente inertes, mas são extremamente bons no transporte de gases dissolvidos. Eles podem transportar entre 20% e 30% mais gás do que a água ou plasma sangüíneo, e se mais gás estiver presente, eles podem transportar mais também. Por essa razão, os médicos primeiramente usam os PFCs juntamente com o oxigênio suplementar. Porém, o oxigênio extra pode causar a liberação de radicais livres. Pesquisadores estão estudando se os PFCs podem funcionar sem o oxigênio adicional.

Os PFCs são oleosos e escorregadios, assim, eles precisam ser emulsificados, ou suspensos em um líquido, para ser usados no sangue. Geralmente, os PFCs são misturados com outras substâncias freqüentemente usadas em drogas intravenosas, como a lecitina ou albumina. Esses emulsificadores acabam por se desintegrar à medida que circulam a partir do sangue. O fígado e os rins removem-nos do sangue, e os pulmões exalam os PFCs da maneira como fazem com o dióxido de carbono. Às vezes, as pessoas experimentam sintomas parecidos como os da gripe quando seus corpos digerem e exalam os PFCs.

Foto cedida por John B. Carnett /Popular Science Sangue artificial baseado em PFC Oxygent

Os PFCs, como os HBOCs, são extremamente pequenos e podem se encaixar em espaços que são inacessíveis aos RBCs. Por essa razão, alguns hospitais estudaram se os PFCs podem tratar de traumatismo crânio-encefálico (TBI) por meio do fornecimento de oxigênio através do tecido cerebral inchado.

As empresas farmacêuticas estão testando os PFCs e HBOCs para uso em situações médicas específicas, mas eles têm usos potenciais similares, incluindo:

• restaurar o fornecimento de oxigênio após a perda de sangue devido ao trauma, especialmente em situações de emergência e em campos de batalha;
• evitar a necessidade de transfusões de sangue durante cirurgias;
• manter o fluxo de oxigênio para tecido cancerígeno, o que pode tornar a quimioterapia mais eficaz;
• tratar de anemia, que causa uma redução nos glóbulos vermelhos;
• permitir o fornecimento de oxigênio para tecidos inchados ou áreas do corpo afetadas por anemia falciforme.

A seguir, daremos uma olhada em alguns dos problemas que cercam o uso do sangue artificial, assim como seu futuro na medicina.

A controvérsia do sangue artificial

À primeira vista, sangue artificial parece uma boa coisa. Ele tem uma durabilidade maior que o sangue humano. Como o processo de manufatura pode incluir esterilização, ele não corre o risco de transmissão de doenças. Os médicos podem administrá-lo em pacientes com qualquer tipo de sangue. Além disso, muitas pessoas que não podem aceitar transfusões de sangue por motivos religiosos podem aceitar sangue artificial, particularmente PFCs, que não são derivados de sangue.

Porém, o sangue artificial tem estado no centro de muitas controvérsias. Os médicos abandonaram o uso do HemAssist, o primeiro HBOC testado em humanos nos Estados Unidos, após pacientes que tinham recebido o HBOC terem morrido mais freqüentemente do que aqueles que haviam recebido sangue doado. Às vezes, as empresas farmacêuticas enfrentam problemas para provar que seus carregadores de oxigênio são eficazes. Parte disso porque o sangue artificial é diferente do sangue real, assim, é difícil desenvolver métodos precisos para comparação. Em outros casos, como quando o sangue artificial é usado para fornecer oxigênio através de tecido cerebral inchado, os resultados podem ser difíceis de serem quantificados.

Imagem cedida por Laboratórios Northfield O PolyHeme, dos Laboratórios Northfield, é um tipo de sangue artificial

Outra fonte de controvérsia envolveu os estudos de sangue artificial. De 2004 a 2006, os Laboratórios Northfield começaram a testar um HBOC chamado PolyHeme em pacientes com trauma. O estudo ocorreu em mais de 20 hospitais por todos os Estados Unidos. Como muitos pacientes de trauma estão inconscientes e não podem consentir com procedimentos médicos, o Food and Drug Administration (FDA) aprovou o teste como um estudo sem consentimento. Em outras palavras, os médicos podiam dar aos pacientes o PolyHeme em vez de sangue real sem pedir permissão primeiro.

 

Células artificiaisTerapias de oxigênio não são as únicas células artificiais que entram em corpos humanos. Ilhota encapsulada, células pancreáticas envolvidas em uma membrana sintética, que podem ajudar a tratar a diabetes. Carvão encapsulado pode remover drogas e venenos do sangue de uma pessoa.

Os Laboratórios Northfield realizam reuniões para ensinar as pessoas nas comunidades onde o estudo ocorre. A empresa também deu às pessoas a oportunidade de usar um bracelete informando à equipe de emergência que preferiam não participar. Porém, críticos declaram que os Loboratórios Northfield não ensinaram suficientemente o público e acusaram a empresa de violar a ética médica.

Os substitutos do sangue podem ser usados como drogas de aperfeiçoamento de desempenho, muito similarmente ao sangue humano quando usado nos testes antidoping. Um artigo de outubro de 2002 na "Wired" relatou que alguns ciclistas estavam usando Oxyglobin, um HBOC veterinário, para aumentar a quantidade de oxigênio no sangue.

Apesar da controvérsia, o sangue artificial pode ser usado em ampla escala dentro dos próximos anos. As próximas gerações de substitutos de sangue provavelmente serão mais sofisticadas. No futuro, HBOCs e PFCs podem se parecer muito mais com os glóbulos vermelhos, e poderão transportar algumas das enzimas e antioxidantes que o sangue real transporta.