人造紅血球

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人造紅血球

人造紅血球 - - ^奈米機械 ^奈米機械

朱芳琳

http://www.vet.purdue.edu/vtdl/tmp/course_work/blood/nutshell/list_items/blood_rbc.jpg

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血球的種類血球的種類

圖片來源：南一高三生物上冊第五章

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紅血球簡介紅血球簡介

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雙凹圓盤狀

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主要由紅骨髓製造

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人類的成熟紅血球沒有細胞核

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含有許多血紅素分子

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單純且唯一的任務就是運輸氣體

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壽命約120天

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在肝臟脾臟終結壽命

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血紅素可回收再製為膽色素

http://bill.srnr.arizona.edu/cla sses/182/GeneFreqs/RBC- Norm.jpeg

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血紅素簡介血紅素簡介

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血紅素是大分子蛋白質

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由4條多肽鏈組成—

2條α鏈、2條β鏈

http://www.bio.davidson.edu/Courses/Molbio/MolStudents/spring2005/Heiner/hemoglobin_molecular_structure.jpg http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/150/chemistry/hemoglobin.jpg

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α鏈含141個胺基酸，β鏈則有146個胺基酸

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每條多肽鏈中有1個亞鐵離子，可攜帶氧氣

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血紅素的功能血紅素的功能

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每個血紅素分子可與4個氧氣結合形成氧合血紅素

為可逆反應：

4Hb+4O ₂ '4HbO ₂

http://yalenewhavenhealth.org/library/healthguide/en-us/images/media/medical/hw/n5551170.jpg

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血紅素也可以與二氧化碳結合為碳胺血紅素協助二氧化碳排除，避免血液過酸，約有 23%CO

₂

由紅血球中的血紅素來運輸

Hb-NH ₂ +CO ₂ → ^Hb-NH ₂ ^-CO ₂

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紅血球的生理功能紅血球的生理功能

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運輸氧氣和二氧化碳的重要工具 95%氧氣是經由HbO

₂

方式運輸

23%二氧化碳是經由

Hb-NH ₂ -CO ₂

方式運輸 70%二氧化碳是由紅血球協助以HCO

₃ ^-

方式運輸

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協助血液酸鹼度的恒定

紅血球吸收碳酸解離時釋出的H

⁺

，故可中和血液酸鹼度

若無紅血球協助，則靜脈血pH值將會比動脈血酸約800倍

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這些構造有多大

這些構造有多大？？

| 紅血球：6000~8000nm

| 血紅素：5nm

| 微血管壁縫隙：100nm

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若將血紅素直接輸入人體，可能會由血管壁滲出，而引起血管收縮、血壓上升等問題

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人造紅血球的種類人造紅血球的種類

| 以血紅素為主的人造攜氧構造

(Hemoglobin-based Oxygen Carrier) a.血紅素集合體

b.血紅素膠囊(Hemoglobin vesicle)

| 機械紅血球(Respiorcytes)

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血紅素集合體血紅素集合體

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將血紅素聚集以增加體積，避免其滲出血管

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目前以小牛血紅素與人體血紅素之萃取物較多

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已有商品進行臨床實驗

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血紅素膠囊血紅素膠囊

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日本科學家利用脂質膜，包裹由動物紅血球分離出來的血紅素，形成血紅素膠囊

http://www.med.or.jp/english/pdf/jmaj/v48no03.pdf

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血紅素膠囊的動物實驗

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“腦血栓實驗鼠”經注射血紅素膠囊一天後，腦部浮腫區域下降40%

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“冠狀動脈堵塞實驗鼠”經注射血紅素膠囊後，動脈血流量恢復至原本的90%

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血紅素膠囊的優點血紅素膠囊的優點

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體積大小為240nm，只有紅血球的 1/30，可輕易通過阻塞狹窄的血管

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室溫下可以存放兩年

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不會刺激血小板或補體等免疫反應

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超小型機械－人造紅血球超小型機械－人造紅血球

Freites R. A., Nanotechnology 2(8): 8-15, 1996

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何謂何謂 respirocytes respirocytes ？？

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Respirocytes是一種奈米機械平均直徑為200

～2000nm，功能類似紅血球可以攜帶氧氣及二氧化碳

http://www.nanomedicine.com/Papers/Graft2050Respirocytes.htm

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Respirocytes

Respirocytes 如何運作如何運作 ? ?

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Respirocytes 藉由分類葉輪來交換氣體，

氣體分子被葉輪尖端捕捉後就儲存在氣體分子槽中

血漿

分類葉輪氣體分子被捕捉的分子

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Respirocytes

Respirocytes 的構造的構造

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每一個respirocytes都具有3種不同的葉輪，

不同的葉輪利用不同形狀的尖端以捕捉特殊的分子，除氧氣、

二氧化碳外，另外還有一種葉輪專門捕捉葡萄糖，再以類似呼吸作用的反應提供 respirocytes能量

藍色部位指標為氧氣葉輪

綠色部位指標為二氧化碳葉輪 12點及6點部位為葡萄糖引擎葉輪

氧氣葉輪

二氧化碳葉輪

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Respirocytes

Respirocytes 的功用的功用

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針對於緊急需要氧氣的病患，例如溺水等各種原因之窒息

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使用時先將respirocytes載滿氧氣，

注射至血液中，即可順著血液循環系統運送至身體各部位提供氧氣，

並載走二氧化碳

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Respirocytes

Respirocytes 的其他功用的其他功用

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一氧化碳等氣體分子中毒時，

Respirocytes可以設計成捕捉不同的有毒分子

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Respirocytes也可以設計成在潛水者體內捕捉氮分子，以避免罹患潛水伕病

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想像中的想像中的 Respirocytes Respirocytes

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想看看respirocytes在血液中運行的模樣嗎？

http://www.nanomedicine.com/Papers/Graft2050Respirocytes.htm

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請連結

http://www.phleschbu bble.com/album/movi es/respirocyte_movie.

htm

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其他血液替代品：全氟碳化物其他血液替代品：全氟碳化物

（（ PFC PFC - - based oxygen carriers based oxygen carriers ））

全氟碳化物源自於

碳氫化合物

，以氟原子

取代所有的氫原子構成

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PFC PFC 的發現過程的發現過程

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1960年代科學家發現氧氣與二氧化碳易溶於PFC與矽氧油中

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動物實驗中，貓與鼠皆確實可因PFC 使組織獲得更多氧氣

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1989年在早產兒的研究上發現，PFC 可改善肺臟柔軟度與氣體交換能力

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PFC PFC 的化學性質的化學性質

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澄清、無色且無臭的液體

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密度大約為水的兩倍

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化學性質穩定，不會干擾體內代謝

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低表面張力(易揮發)

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PFC PFC 的優點的優點

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攜氧能力佳：在一大氣壓下能溶解比食鹽水高20倍的氧氣

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不溶於水、穩定，不會分解為有害物質

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無須由體內取出，會自行由肺部揮發

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結語結語

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人造紅血球或是血液替代品，有些已在進行臨床實驗，甚至也有商品出現，相信在不久的將來，經過去蕪存菁，一定會有最佳的替代品出現，以解決目前因輸血或血源不足所產生的種種問題

http://www.ckbc.org/images/blooddrop2.gif http://www.chm.bris.ac.uk/motm/mpg/doctor.gif

人造紅血球