Giornata mondiale del donatore di sangue | D'ora in poi qualsiasi tipo di sangue potrà essere trasformato in sangue di tipo O?

Prodotto da: Science Popularization China

Autore: Denovo Team

Produttore: China Science Expo

Il 14 giugno è la Giornata mondiale del donatore di sangue. Dalle strade delle città ai villaggi remoti, dai giovani studenti agli anziani, innumerevoli donatori di sangue interpretano con le loro azioni il grande amore dell'umanità. Le loro buone azioni non solo salvarono innumerevoli vite in fin di vita, ma costruirono anche una solida linea di difesa per la salute sociale.

Attualmente gli esseri umani non sono in grado di produrre sangue e il sangue, di cui c'è tanto bisogno, dipende ancora dalle donazioni di altri. Tuttavia, durante una trasfusione di sangue, una discrepanza nel gruppo sanguigno può essere fatale. A volte, anche quando la banca del sangue ha una scorta adeguata di sangue, può verificarsi una carenza a causa di gruppi sanguigni non corrispondenti.

Di recente, gli scienziati dell'Università Tecnica della Danimarca sono riusciti a convertire con successo il sangue di tipo A e di tipo B in sangue di tipo O utilizzando un enzima batterico presente nell'intestino. Si prevede che questa scoperta possa alleviare il problema della carenza di sangue.

Gli scienziati danesi convertono il sangue A/B in sangue O

(Fonte dell'immagine: Riferimento 1)

Gruppo sanguigno - il sistema di identificazione dei globuli rossi

Il gruppo sanguigno è il “sistema di riconoscimento dell’identità” di ogni globulo rosso, poiché presenta sulla sua superficie molecole specifiche di glicolipidi e glicoproteine, che costituiscono antigeni. Diverse combinazioni di antigeni determinano diversi tipi di sangue, come il tipo A, il tipo B, il tipo AB e il tipo O. Questi antigeni sono come le "carte d'identità" dei globuli rossi e svolgono un ruolo fondamentale nel processo di trasfusione del sangue.

Schema del sistema di identificazione dei globuli rossi

(Fonte dell'immagine: sintesi AI)

Quando riceviamo una trasfusione di sangue, se il gruppo sanguigno non corrisponde al nostro, il sistema immunitario riconoscerà gli antigeni estranei e produrrà anticorpi per attaccarli, provocando una grave risposta immunitaria.

Pertanto, la corrispondenza dei gruppi sanguigni può garantire che i globuli rossi possano trasportare l'ossigeno senza problemi, senza essere rigettati dal sistema immunitario. Comprendere la relazione tra gruppi sanguigni e antigeni aiuta a eseguire trasfusioni di sangue e trapianti di organi in modo sicuro.

Il gruppo sanguigno 0 è davvero universale?

Il sangue di tipo O è spesso definito "gruppo sanguigno universale" perché i globuli rossi di tipo O non presentano antigeni di tipo A o di tipo B sulla loro superficie e non è probabile che causino una risposta immunitaria nei riceventi di altri gruppi sanguigni. Sono compatibili con la maggior parte degli altri gruppi sanguigni, il che significa che il sangue di tipo 0 è particolarmente adatto alle trasfusioni di sangue in caso di emergenza. Tuttavia, questa compatibilità riguarda principalmente le trasfusioni di globuli rossi, non di plasma.

I globuli rossi di tipo O possono essere ampiamente utilizzati, ma il plasma di tipo O non è onnipotente. Il plasma di tipo O contiene anticorpi anti-A e anti-B, che attaccano i globuli rossi che contengono antigeni A o B. Pertanto, quando si trasfonde il plasma, è necessario che il gruppo sanguigno del ricevente sia compatibile, per evitare reazioni immunitarie e complicazioni.

Globuli rossi nel sangue

(Fonte dell'immagine: sintesi AI)

Oltre al sistema dei gruppi sanguigni ABO, esiste anche il sistema dei gruppi sanguigni Rh.

Il fattore Rh fu scoperto per la prima volta da Karl Landsteiner e Alexander Wiener nel 1940 nei globuli rossi delle scimmie rhesus, da cui il nome fattore Rh. Successivamente, questo antigene è stato trovato anche nel sangue umano. Viene classificata in base alla presenza o all'assenza di una proteina specifica (il fattore Rh) sulla membrana dei globuli rossi. Il fattore Rh è anche chiamato antigene RhD. Se questo antigene è presente sui globuli rossi, si parla di gruppo Rh positivo (Rh+); se questo antigene non è presente, si parla di gruppo Rh negativo (Rh-).

Il sangue di tipo O Rh negativo è considerato il più "universale" perché non contiene né antigeni di tipo A né di tipo B, né antigeni Rh. Questo gruppo sanguigno è particolarmente importante nelle situazioni di emergenza perché raramente provoca una risposta immunitaria.

Tuttavia, il sangue Rh-negativo di tipo 0 è relativamente scarso in tutto il mondo, quindi in situazioni di non emergenza, le trasfusioni con gruppo sanguigno compatibile continuano a essere prioritarie per garantire un uso razionale delle risorse.

Eseguire un intervento chirurgico sui globuli rossi per cambiare il gruppo sanguigno

Il gruppo sanguigno ABO dei globuli rossi dipende dalla struttura delle catene oligosaccaridiche presenti sulla loro superficie. Le catene oligosaccaridiche sono molecole di carboidrati a catena corta formate da più molecole di monosaccaridi collegate da legami glicosidici. Sono solitamente composti da 2 a 10 monosaccaridi e si collocano tra i monosaccaridi semplici e i polisaccaridi complessi. I globuli rossi di tipo O non hanno né l'antigene A né l'antigene B, ma hanno l'antigene H. L'antigene H è composto da un fucosio aggiunto a un precursore della catena oligosaccaridica. Ad eccezione del rarissimo tipo Bombay, quasi tutti hanno l'antigene H sui globuli rossi.

Il gene A degli individui di tipo A codifica la N-acetilgalattosammina transferasi, un enzima che aggiunge una N-acetilgalattosammina all'estremità dell'antigene H, formando l'antigene A (Science in the News). Il gene B degli individui di tipo B codifica la galattosiltransferasi, un enzima che aggiunge un galattosio all'estremità dell'antigene H per formare l'antigene B.

A questo punto, tutti potrebbero sentirsi un po' confusi. Guardate l'immagine qui sotto. Per dirla in parole semplici, i globuli rossi di tipo A hanno solo una molecola di N-acetilglucosio in più rispetto ai globuli rossi di tipo O; e i globuli rossi del gruppo sanguigno B hanno solo una molecola di galattosio in più rispetto ai globuli rossi del gruppo sanguigno O.

Diagramma dei globuli rossi di tipo A/B/O

(Fonte dell'immagine: disegnata dall'autore)

Esiste quindi uno strumento simile a un bisturi in grado di rimuovere l'N-acetilglucosio e il galattosio in eccesso dai globuli rossi di tipo A/B? Esiste davvero. Utilizzando alcuni enzimi biologici, è possibile effettuare un intervento chirurgico sui globuli rossi!

Schema dell'esecuzione di un intervento chirurgico sui globuli rossi utilizzando enzimi biologici

(Fonte dell'immagine: disegnata dall'autore)

La conversione del gruppo sanguigno non è una tecnologia nuova

Già negli anni '50 e '60 alcuni studi avevano dimostrato che gli enzimi di alcuni batteri erano in grado di rimuovere gli antigeni A e B dalla superficie dei globuli rossi. Queste scoperte hanno aperto la strada agli scienziati nel tentativo di modificare i gruppi sanguigni attraverso gli enzimi. Nei primi anni '80, gli scienziati del New York Blood Center hanno utilizzato un enzima contenuto nei chicchi di caffè per convertire i globuli rossi di tipo B in globuli rossi di tipo O in un piccolo esperimento su volontari. I risultati hanno mostrato che questi globuli rossi di tipo O convertiti avevano un'attività e una sopravvivenza normali nell'organismo.

Negli anni '90 lo studio fu ulteriormente ampliato e i globuli rossi di tipo B trattati furono trasfusi in volontari sani con globuli rossi di tipo O e di tipo A, senza che si verificassero reazioni avverse nella stragrande maggioranza dei casi.

Nel 2000, gli scienziati della Harvard Medical School hanno trasfuso globuli rossi di tipo O modificati in 21 pazienti di tipo A o di tipo O. I risultati del test hanno mostrato che, rispetto al gruppo di controllo, il livello di emoglobina del gruppo sottoposto al test era normale e anche il periodo di sopravvivenza dei globuli rossi era normale. Solo due settimane dopo la trasfusione di sangue, il titolo anti-B di cinque pazienti è aumentato, cioè è aumentata la concentrazione di anticorpi contro gli antigeni dei globuli rossi di tipo B nel sangue, ma non sono state osservate altre reazioni avverse.

Potreste aver notato che nei primi studi gli scienziati si sono concentrati principalmente sulla trasformazione dei globuli rossi di tipo B piuttosto che di quelli di tipo A. Il motivo principale è che l'espressione dell'antigene A sui globuli rossi è più complicata e non semplice come nello schema sopra.

L'antigene A è composto da una serie di molecole di zucchero che si legano alla superficie dei globuli rossi tramite la N-acetilgalattosamina (GalNAc). I globuli rossi di tipo A contengono non solo antigeni A, ma anche diversi sottotipi di A. Le strutture di questi sottotipi sono complesse e diversificate, il che rende difficile per un singolo enzima rimuovere efficacemente tutti i tipi di antigeni A.

L'espressione dell'antigene A sui globuli rossi è più complessa (diagramma)

(Fonte dell'immagine: sintesi AI)

Prospettive di applicazione clinica della conversione del gruppo sanguigno

Nel 2022, gli scienziati dell'Università di Cambridge hanno modificato con successo il gruppo sanguigno dei reni da tre donatori deceduti a tipo O. Lo studio ha utilizzato un dispositivo chiamato "macchina a perfusione a temperatura regolata" per perfondere i reni donati con sangue contenente enzimi specifici che hanno rimosso i marcatori del gruppo sanguigno dal rivestimento dei vasi sanguigni del rene, convertendo i reni nel sangue di tipo O universalmente accettato. Si spera che questo rivoluzionario risultato di ricerca ridurrà i tempi di attesa per i pazienti in attesa di trapianto di rene e aumenterà il tasso di successo dei trapianti.

Di recente, in un articolo pubblicato su Nature Microbiology, i ricercatori dell'Università Tecnica della Danimarca e dell'Università di Lund in Svezia hanno segnalato un'importante scoperta. Hanno trovato un gruppo di enzimi nell'Akkermansia muciniphila (AKK), un batterio che colonizza l'intestino (il processo mediante il quale i microrganismi si insediano in parti specifiche dell'ospite e iniziano a moltiplicarsi), in grado di convertire antigeni noti e precedentemente sconosciuti nei globuli rossi umani, trasformando il sangue in gruppo O.

Il team di ricerca ha eseguito uno screening biochimico per individuare gli enzimi prodotti da Akkermansia muciniphila in grado di scomporre i glicani presenti nel muco. Hanno scoperto una combinazione unica di enzimi che possono convertire in modo efficiente i globuli rossi di tipo A e di tipo B in quelli di tipo O. Questi enzimi sono efficaci anche contro i tipi estesi di antigeni A e B recentemente scoperti e riducono le risposte di disadattamento nel test, in particolare per i globuli rossi di tipo B commutati. Anche per l'antigene A e il suo antigene esteso sulla superficie dei globuli rossi con strutture relativamente complesse, l'efficienza di rimozione dell'AKK è piuttosto elevata. Hanno scoperto che erano necessari solo 0,5μM di AmGH36A (un tipo di AKK) per convertire completamente l'antigene A di tre donatori entro 30 minuti.

Si prevede che questa scoperta diventerà un potenziale strumento clinico per aumentare la fornitura di sangue universalmente compatibile e fornire un nuovo modo per risolvere la contraddizione tra offerta e domanda di sangue.

Diagramma schematico degli antigeni dei gruppi sanguigni A, B e O sui globuli rossi e sulla mucina

(Fonte dell'immagine: Riferimento 1)

Conclusione

I progressi della ricerca scientifica sono entusiasmanti. Forse in futuro, grazie alla tecnologia di conversione del gruppo sanguigno, potremo risolvere efficacemente il problema della "parzialità" nell'approvvigionamento di sangue e raggiungere una distribuzione più equilibrata delle risorse di sangue. Tuttavia, le tecnologie di bioingegneria, come la trasformazione del gruppo sanguigno dei globuli rossi e la differenziazione dei globuli rossi indotta dalle cellule staminali, devono ancora affrontare enormi sfide in termini di efficienza di preparazione, stabilità del prodotto, sicurezza a lungo termine e costi economici. C'è ancora molta strada da fare prima che queste tecnologie possano essere standardizzate e fornite su larga scala in ambito clinico.

Sebbene le prospettive di applicazione clinica del sangue modificato artificialmente siano ampie, sono anche piene di incertezze e difficoltà tecniche. In questa fase, l'approvvigionamento di sangue dipende ancora principalmente dalle donazioni di sangue volontarie e dalle donazioni di sangue regolari. La donazione regolare di sangue può non solo soddisfare l'urgente domanda di sangue, ma anche migliorare l'efficienza di utilizzo delle risorse di sangue attraverso una gestione scientifica e un'allocazione ragionevole.

È arrivata la Giornata mondiale del donatore di sangue, andiamo a donare il sangue insieme!

Riferimenti:

1. Jensen, Mathias, et al. "Le esoglicosidasi di Akkermansia muciniphila prendono di mira gli antigeni estesi del gruppo sanguigno per generare sangue universale ABO." Pubblicato da Nature Microbiology il 17/06/2018 alle 18:00

2. Rahfeld, Peter, et al. "Un percorso enzimatico nel microbioma intestinale umano che converte il sangue di tipo A in sangue di tipo O universale." Microbiologia della natura 4.9 (2019): 1475-1485.

3. Kwan, David H., et al. "Verso enzimi efficienti per la generazione di sangue universale attraverso un'evoluzione diretta guidata dalla struttura." Rivista della American Chemical Society 137.17 (2015): 5695-5705.

4. Hakomori, Senitiroh e Geneva D. Strycharz. "Sostanze cellulari del gruppo sanguigno. I. Isolamento e composizione chimica degli isoantigeni del gruppo sanguigno ABH e Leb di natura sfingoglicolipidica." Biochimica 7.4 (1968): 1279-1286.

5. Goldstein, Jack, et al. "Gli eritrociti del gruppo B convertiti enzimaticamente nel gruppo O sopravvivono normalmente negli individui A, B e O." Scienza 215.4529 (1982): 168-170.

6. Kruskall, Margot S., et al. "Trasfusione a pazienti con gruppo sanguigno A e 0 di globuli rossi del gruppo B convertiti enzimaticamente in gruppo O." Trasfusione 40.11 (2000): 1290-1298.

7. MacMillan, Serena, et al. "Conversione enzimatica dei reni umani con gruppo sanguigno A nel gruppo sanguigno universale O." Pubblicato in Nature Communications 15.1 (2024): 2795.