美国国防高级研究计划局(DARPA)启动一项总额7300万美元的研发计划,瞄准可在常温下长期保存的血液替代技术,以缓解战场环境中的供血短缺问题,并提升紧急输血保障能力。
据《MIT Technology Review》14日(当地时间)报道,DARPA已启动名为RAPIID的新项目,重点延长血浆、血小板和红细胞相关替代方案的保存期限,目标是在2029年实现战场应用。
这一项目直指传统供血体系在储存和运输上的现实限制。全血即便冷藏,保存期通常也只有约35天;血小板在常温条件下甚至难以保存满一周。即使是冷冻保存的红细胞和血浆,在解冻后也必须在数日内使用完毕。
在战场环境中,袭击时间难以预判,血液也很难提前解冻。DARPA项目经理Robert Murray表示,一旦提前解冻,无论最终是否实际使用,血液都会进入报废时限。若相关替代方案能够实现常温长期保存,即使在缺乏冷藏、冷冻设施的战场环境下,也能更灵活地调配医疗物资。
RAPIID加速推进的背后,是失血对战场创伤患者生存率的直接影响。报道提到,在可预防的战场死亡案例中,约90%与出血有关。JAMA基于阿富汗战斗伤数据的一项研究指出,对需要输血的伤员而言,伤后约36分钟是决定生死的关键窗口。
Murray表示,能否在最短时间内为失血伤员补充血液至关重要。及时输血可以明显提高生存几率,而一旦延误,生存率可能迅速下降。DARPA希望通过延长血液替代技术的保存周期,并确保其在需要时能够立即使用,尽可能缩短这一时间差。
在此之前,DARPA已通过FSHARP计划在动物实验阶段推进相关研究。相比之下,RAPIID被视为更接近实际应用的一步。
按照规划,多项候选技术将并行测试。项目第一年将重点开展大型动物研究,同时推进生产工艺和监管准备工作;第二至第三年,计划在科罗拉多大学安舒茨医学院开展人体临床试验,并评估其在救护车转运等院前急救场景中的应用前景。
从目前进展看,血浆方向相对领先。美国自2010年起恢复冻干血浆生产能力。近两年来,美国食品药品监督管理局(FDA)已批准两款冻干血浆产品供美军紧急使用,其中一款也可用于民用。
相比之下,血小板替代技术难度更高。血小板不仅参与出血部位凝血,还与炎症反应有关,因此很难仅靠“促凝物质”简单替代其功能。
Case Western Reserve University研究团队正在开发SynthoPlate。这一方案通过在脂质纳米颗粒表面附着多种肽段,使其像真实血小板一样黏附在血管受损部位。研究团队在2026年发表的论文称,该物质可使血小板水平偏低的小鼠出血时间和出血量均减少逾一半。
项目负责人Anil V. Sen Gupta将血小板比作能够感知并响应血管壁损伤的“无人机”。他强调,血小板替代技术若要进入临床,不仅要具备止血能力,还必须兼顾血小板复杂的生物学作用。
红细胞替代剂则一直是业内久攻未破的难题。过去,基于血红蛋白的携氧载体在临床开发中曾出现血管收缩、心血管副作用等问题。近期,利用人工膜包裹血红蛋白、以降低副作用的技术路线再次受到关注。
生物技术公司KaloCyte正在开发ErythroMer,计划将从献血中回收的血红蛋白封装进脂质纳米颗粒中,目标是在常温下最长保存两年。该公司表示,动物实验结果显示,相关产品在维持血压和氧输送方面表现稳定,且未观察到以往候选方案常见的严重血管收缩问题。
不过,原料来源仍是商业化的一大掣肘。目前,从临近到期的血液中提取血红蛋白的规模约为每月1000至2000单位。KaloCyte也在评估通过酵母自主生产血红蛋白,以进一步提高产量。
本月初,DARPA除继续支持ErythroMer和SynthoPlate外,还向另外5家企业的相关技术追加资金。AvioRemedy正在开发以细胞球蛋白、神经球蛋白、肌红蛋白等其他携氧蛋白的合成版本替代血红蛋白的方案;Octapharma USA则已获得向RAPIID项目供应血浆的合同,并在血小板方向推进一种结合两种凝血蛋白的纳米颗粒技术。
不过,这些技术能否在真实医疗场景中证明有效,仍存在不确定性。加州大学旧金山分校一研究中心负责人Shibani Pati表示,与其开发全新方案,优先推动那些已在人体验证安全性和有效性的技术取得FDA批准,或许更加现实。Murray则称,考虑到制造和监管环节可能出现的变量,DARPA选择同时布局多条技术路线。
在此前FSHARP计划的动物实验中,问题已经有所显现:多种血液替代方案联合使用后,虽然在大多数评估指标上达到要求,但凝血表现仍略逊于全血。这也意味着,仅分别开发血浆、血小板和红细胞替代方案,还不足以完全复现真实输血所需的整体功能。
阿拉巴马大学伯明翰分校教授John Holcomb也认为,在研产品很难完全替代全血的全部功能。不过,对于大出血患者而言,临床所需未必是对全血的“完整复制”。只要能够帮助止血并提供氧输送,为后续救治争取时间,血液替代技术就可能具备现实价值。
整体来看,RAPIID的关键不只是让血浆、血小板和红细胞相关方案实现长期保存,更在于这些方案单独使用时是否有效、联合使用后又能在多大程度上替代全血功能。若要实现DARPA设定的2029年战场应用目标,项目仍需进一步证明其安全性、有效性以及规模化生产能力。