Allan Doctor博士的实验室里，当研究人员将红血球细胞倒入试管时，一个微小的装置正在监测兔子动脉内部状态，计算动脉是否收缩及其收缩强度。Doctor博士的实验小组正在研究他们发明的人造血液能否让动脉正常工作。

▲Allan Doctor博士的实验室开发的人造血液可以制成冻干粉末，与无菌水混合后使用（图片来源：statnews）

  Doctor博士是圣路易斯华盛顿大学的研究员，也是一名儿童急救科医生。这是他的实验室最近开展的人造血液临床前研究之一，如果足够幸运的话，他们可能会改写人类在人造血液研究领域长达几十年失败的颓然之势。

  在美国，每年大约有4500万人需要输血。因外伤失血导致的死亡案例可达上万，即使伤者幸存，也往往会因氧耗竭造成组织永久损伤。人造血液一旦研究成功，可以满足日益增长的临床用血需求，在外伤救治和手术中发挥重要作用。另外，人造血液可以降低用血难度。目前全血不易获取和保存，新鲜的血液只能冷藏42天，未冷藏的情况下只能保存几个小时。因此，在不具备输血条件时，比如战场、农村地区和车祸现场，人造血液可以作为救急手段，减少患者送往医院前的死亡率，成为挽救生命的重要选择。

  人造血液还可以改善医疗服务水平。对于长期需要输血的人群，比如骨髓增生异常综合症和再生障碍性贫血患者，使用人造血液可以提高他们的生活质量。在器官移植中，人造血液能用来维持捐献器官存活，防止或降低再灌注损伤。因为宗教和种族信仰而对输血产生排斥的人群，将来也会从人造血液中获益。

  输血带来的最主要副作用是免疫抗原性和传染性。因此，一款完美的人造血液产品首先要不受血型限制，不会发生交叉感染。在具备正常的人类血红细胞输送氧气的生物学功能的同时，最好还要有产品现成、半衰期长以及常温保存的优点。

  事实上，研究人员试图发明的人造血液并不是真的血液物质，也不会发挥血液的所有功能，而是一种能够模拟血液将氧气输送到身体各个部位的方法。因此，人造血液也被称为血液替代品。

  血液替代品的研发已有近70年的历史，但至今仍是困扰学术界、军方和工业界的科学难题。过去的研究主要集中在模拟红细胞的携氧功能，进入临床试验的血液替代品均为血红蛋白类似物，也称作血红蛋白携氧载体（HBOCs，hemoglobin-based oxygen carriers）。Baxter、Borthfield和Biopure这三家美国公司研发的血液替代品都曾进入2期或3期临床研究。结果表明，血液替代品虽然能够发挥输送氧气的功效，但是都存在较大副作用，包括高血压和不可预期的带来心排血量减少。总体而言，HBOCs对手术和术后减少输血量的作用微乎其微，并未降低死亡率，同时还增加了副作用的发生率。基于目前的临床试验结果，FDA尚未批准血液替代品上市。目前全球仅有一款血液替代品Hemopure被南非政府批准用于临床，这主要归因于南非是艾滋病发病率最高地区之一，献血存在较高的风险。

▲圣路易斯华盛顿大学的Allan Doctor博士（图片来源：statnews）

  Doctor博士的实验室为血液替代品找到了一些创新思路。他和伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）的Dipanjan Pan教授合作，将血红蛋白包裹到人工合成的纳米材料当中，这样能够避免血管收缩，从而降低心脏病和中风的风险。该血液替代品名为ErythroMer，前期动物实验已经证实它除了具备输送氧气的功能，还能对体内pH环境做出反应，将氧气从肺部输送到身体最需氧的器官。一旦研究成功，ErythroMer可以制成冻干粉末保存数年，与灭菌水混合后即可使用。此外，该产品还具有免疫沉默的特性，进入人体内不会引发免疫系统的攻击，因此可以输给任何血型。

  虽然听起来令人兴奋，其他业内科学家对Doctor博士研发的人造血液还存有保守意见。科罗拉多大学外伤和急救研究中心副主席Ernest Moore博士提到“（血液替代品）并不像听起来这么容易”，他本人也在从事其他血液替代物的临床试验。加拿大血液中心的高级科学家Mark Scott则表示“（血液替代品研究）有很多方面都要充分考虑到，比如血液替代物颗粒大小是否会导致血管渗漏？外壳内包裹的血红蛋白是否稳定而不会导致急性或慢性中毒？”

  除了要克服诸多生物学问题，Doctor博士最终还要说服审批机构，他们的产品用于人体是足够安全的（通常根据动物实验的数据）。基于以往血液替代品的安全性问题，FDA批准新的血液替代品临床试验存在风险。而且，外伤相关的临床试验常会引发知情同意的伦理问题。

▲Allan Doctor博士在ASH年会上发表演讲（图片来源：vjhemonc）

  可以预见的是，人造血液的临床试验仍有很长的路要走。Doctor博士的研究项目已经获得国防部资助，关于小动物的实验的数据和结果也已经在美国血液学会（American Society of Hematology, ASH）第58届年会上公布。接下来他们需要在大动物试验中进一步验证人造血液品的安全性和有效性，研究“是否会破坏血液中的其他细胞”，“是否干扰凝血”等若干问题。如果一切顺利的话，走进临床也至少还要8-10年时间。

  Doctor博士已经成立了一家名为KaloCyte的公司（希腊语意即“好细胞”）从事人造血液产品的下一步开发。目前实验用的人造血液仍由研究生小批量合成，Doctor希望通过公司运作，能够将开发成功的人造血液的生产规模实现从手工啤酒制造到百威啤酒制造的转变。