在医学领域，稳定、可靠且高质量的血液供应对于维持任何医疗健康体系都至关重要。然而，全球事件（如COVID-19大流行）暴露了传统献血模式的脆弱性。美国平均每秒就进行一次输血，每天输血量高达36,000单位。然而，面对突发事件如自然灾害等，当前的血液供应链可能不堪重负。例如，在COVID-19大流行期间，许多医疗诊所关闭，献血活动取消，导致献血量大幅下降，美国红十字会甚至宣布了国家紧急状态。为了解决这一问题，研究人员提出了多种替代方案，包括“移动血库”（walking blood bank，WBB）模型，该模型在条件恶劣的环境下进行血液收集；此外，还有从干细胞制造血液的技术，以及能够携带氧气的合成液体，如全氟化合物（Perfluoro-Chemicals，PFCs）和血红蛋白氧载体（Hemoglobin-based oxygen carriers，HBCOs）。

生物工程血液的突破：体外红细胞生成通过造血干细胞分化为成熟红细胞，然而规模化生产存在诸多挑战。为应对这些挑战，涌现出多项关键技术。在细胞层面，永生化干细胞技术通过基因编辑维持细胞增殖能力，避免重复获取供体材料；在生产环境方面，生物反应器优化技术模拟骨髓微环境，结合生长因子（如促红细胞生成素）提升扩增效率，不过目前成本高达8000 - 15000美元/单位，远高于传统血液（240美元）；在细胞处理上，成熟红细胞需去除细胞核，当前技术已实现99.4%的去核率，但大规模生产仍需改进。此外，合成血液产品也取得进展。PFCs作为惰性液体，氧溶解度是血浆的2倍，耐高温灭菌，但需乳化剂悬浮，可能引发免疫反应，俄罗斯的Perforan已获批用于临床。HBOCs分为细胞型和非细胞型，细胞型封装血红蛋白的纳米颗粒，降低游离血红蛋白的毒性；非细胞型通过交联或聚合血红蛋白分子提升稳定性，如Hemopure（美国）和HemO2Life（欧盟）。这类合成血液产品优势显著，无需血型匹配、可冻干保存，适合战场或灾区使用，但存在高血压和氧化毒性风险。

未来方向：研究重点将聚焦于降低成本（如利用转基因植物生产细胞因子）、开发通用供体（通过基因编辑或酶切技术消除红细胞抗原），以及构建三维骨髓模型以精准模拟体内微环境，优化红细胞生成信号通路。这些突破将推动生物工程血液从实验室走向临床应用，缓解全球血液短缺问题。

传统献血仍是主流，但生物工程和合成血液产品为紧急需求提供了可行替代方案。尽管规模化生产和安全性待完善，这些技术有望缓解未来血液短缺危机，尤其在突发事件中发挥关键作用。

翻译：陈锦艳 广州血液中心

校对：欧阳剑 广州血液中心  

Progress in Development of Functional Biological and Synthetic Blood Products to Augment Transfusable Blood Supply in Operational Medicine

PMID: 40150720

DOI: 10.3390/bioengineering12030256