Учёные разработали новый способ замораживания эритроцитов, вдохновлённый необычайной устойчивостью тихоходок — микроскопических животных, способных переносить экстремальные условия окружающей среды. Используя защитный фрагмент белка тихоходок в сочетании с природным сахаром трегалозой, исследователи смогли сохранить около 89% красных кровяных клеток после размораживания. При традиционном методе с использованием глицерина этот показатель составлял приблизительно 82%. В экспериментах на мышах переливание сохранённых новым способом эритроцитов также помогло восстановить показатели крови при анемии.
Исследование провели китайские учёные под руководством специалистов Северо-Западного политехнического университета (Northwestern Polytechnical University). Результаты опубликованы 4 сентября 2026 года в научном журнале ACS Applied Materials & Interfaces, а 8 октября их представило Американское химическое общество(American Chemical Society).
Почему тихоходки способны выживать в экстремальных условиях
Тихоходки — микроскопические беспозвоночные животные, известные своей исключительной устойчивостью к неблагоприятным условиям.
Они могут переносить сильное обезвоживание, экстремально низкие температуры и даже воздействие космического вакуума.
Одним из важнейших механизмов выживания тихоходок является способность переходить в состояние криптобиоза — глубокого временного замедления обменных процессов.
В этом состоянии организм способен переживать условия, которые привели бы к гибели большинства других животных.
Защитные свойства тихоходок во многом связаны с особыми белками, которые помогают сохранять структуру клеток и внутриклеточных компонентов при потере воды и других неблагоприятных воздействиях.
Особый интерес исследователей вызывают цитоплазматические термостабильные белки, присутствующие в большом количестве, — CAHS (cytosolic abundant heat-soluble proteins).
Эти белки способны участвовать в стабилизации клеточных структур при обезвоживании.
Учёные предположили, что подобные механизмы можно использовать для защиты клеток крови при глубоком замораживании.
Почему эритроциты сложно хранить в замороженном состоянии
Эритроциты — красные кровяные клетки, содержащие гемоглобин и обеспечивающие транспорт кислорода к тканям организма.
Переливание эритроцитарных компонентов широко применяется при тяжёлой анемии, массивной кровопотере и других состояниях, сопровождающихся критическим снижением кислородтранспортной способности крови.
Однако эритроциты имеют ограниченный срок хранения в стандартных условиях.
Замораживание позволяет значительно увеличить продолжительность хранения отдельных запасов, что особенно важно для редких групп крови и компонентов, предназначенных для пациентов со сложной иммуногематологической совместимостью.
Главная проблема криоконсервации заключается в повреждении клеток при замерзании и последующем оттаивании.
При снижении температуры вода превращается в лёд, а образование и рост ледяных кристаллов могут нарушать целостность клеточных мембран.
Одновременно изменяется концентрация растворённых веществ, создаётся осмотический стресс и увеличивается вероятность разрушения эритроцитов.
Разрушение клеточной мембраны с выходом гемоглобина называется гемолизом.
Чем больше эритроцитов повреждается во время хранения и размораживания, тем ниже выход пригодных для дальнейшего использования клеток.
Почему традиционный метод требует глицерина
В современной трансфузиологии для криоконсервации эритроцитов широко используют глицерин.
Это вещество действует как криопротектор — соединение, уменьшающее повреждение клеток при замораживании.
Глицерин помогает ограничивать образование повреждающих ледяных структур и снижает осмотический стресс.
Однако у метода есть существенный недостаток.
Перед переливанием глицерин необходимо удалить из размороженных эритроцитов.
Процедура деглицеролизации включает последовательную обработку клеток растворами и их отмывание.
Этот процесс требует специального оборудования, времени и соблюдения определённых технологических условий.
Кроме того, во время обработки часть эритроцитов может повреждаться или теряться.
Исследователи давно пытаются создать альтернативные криопротекторы, которые обеспечивали бы высокую сохранность клеток и при этом легче удалялись после размораживания.
Как учёные использовали защитный белок тихоходок
Исследовательская группа под руководством Хуэй Ян (Hui Yang) и Лэмина Суня (Leming Sun) изучила возможность сочетания белковых защитных механизмов тихоходок с трегалозой.
Трегалоза — природный дисахарид, состоящий из двух молекул глюкозы.
Она встречается у различных организмов и обладает способностью стабилизировать белки и клеточные мембраны при обезвоживании и замораживании.
Это соединение уже изучается как потенциальный криопротектор.
Однако существует важное ограничение: трегалоза плохо проникает через мембрану эритроцитов.
Для эффективной защиты желательно, чтобы она присутствовала не только снаружи клетки, но и внутри неё.
Исследователи нашли возможное решение, используя короткий фрагмент защитного белка тихоходок.
Вместо полноценного белка CAHS они выделили небольшой участок его аминокислотной последовательности, сохраняющий необходимые защитные свойства.
Этот фрагмент получил название CAHS-мотив.
При определённых условиях он способен принимать структуру амфифильной альфа-спирали — пространственную конфигурацию, в которой разные участки молекулы взаимодействуют с водной и липидной средой.
Именно такие свойства могут влиять на взаимодействие молекулы с клеточной мембраной.
Как работает новый способ замораживания крови
Эксперименты показали, что сочетание CAHS-мотива и трегалозы действует сразу на несколько процессов.
При совместной инкубации компонентов с эритроцитами при температуре около 4 °C исследователи наблюдали увеличение текучести клеточной мембраны.
Это сопровождалось более эффективным накоплением трегалозы внутри клеток.
При этом предварительное повреждение эритроцитов оставалось относительно небольшим.
После подготовки клетки замораживали с использованием жидкого азота.
Во время последующего замораживания и размораживания CAHS-мотив и трегалоза совместно ограничивали повреждения, связанные с образованием льда.
Таким образом, защитный эффект включал два взаимодополняющих механизма:
- Улучшение проникновения и накопления трегалозы внутри эритроцитов.
- Уменьшение повреждающего воздействия ледяных структур при замораживании и размораживании.
Дополнительным преимуществом стало то, что защитные компоненты после размораживания можно было удалить с помощью центрифугирования и промывания клеток.
По мнению авторов, этот этап потенциально может оказаться технологически проще традиционной процедуры удаления глицерина.
Новый метод позволил восстановить 89% эритроцитов
Исследователи сравнили эффективность разработанной системы с традиционным методом криоконсервации на основе глицерина.
Результаты показали преимущество комбинации CAHS-мотива и трегалозы.
| Показатель | Новый метод | Метод с глицерином |
|---|---|---|
| Восстановление эритроцитов после размораживания | 89% | Около 82% |
| Основной криопротектор | CAHS-мотив и трегалоза | Глицерин |
| Обработка после размораживания | Промывание и центрифугирование | Деглицеролизация |
Разница между показателями восстановления клеток составила приблизительно семь процентных пунктов.
В оригинальном исследовании средний выход эритроцитов при использовании нового состава достигал 89,0 ± 0,6%.
Важно подчеркнуть, что 89% — это показатель восстановления клеток после криоконсервации, а не клиническая эффективность переливания крови.
Высокий выход эритроцитов после размораживания сам по себе ещё не гарантирует их полноценного функционирования после введения в кровоток человека.
Поэтому исследователи дополнительно изучили состояние сохранённых клеток.
Сохранили ли эритроциты свои функции
После размораживания учёные оценивали морфологию эритроцитов, их объём, состояние мембран и отдельные функциональные характеристики.
Исследование показало, что значительная часть клеток сохраняла нормальную форму и основные свойства.
Это важно, поскольку эритроциты должны не только оставаться целыми, но и обладать способностью деформироваться при прохождении через мелкие сосуды.
Нарушение эластичности клеточной мембраны способно затруднять микроциркуляцию и ускорять удаление эритроцитов из кровотока.
Авторы также проверили биосовместимость клеток после замораживания, размораживания и удаления защитных компонентов.
Полученные результаты свидетельствовали о сохранении основных исследованных свойств эритроцитов.
Однако лабораторная оценка не позволяет полностью предсказать продолжительность их циркуляции и безопасность переливания у человека.
Переливание сохранённых эритроцитов помогло мышам с анемией
Следующим этапом стало исследование в экспериментальной модели гемолитической анемии.
Гемолитическая анемия развивается при ускоренном разрушении эритроцитов, когда организм не успевает компенсировать их потерю.
Для проверки эффективности нового подхода исследователи использовали мышей с экспериментально вызванной анемией.
Животным переливали эритроциты, которые предварительно заморозили с использованием CAHS-мотива и трегалозы, затем разморозили и промыли.
После переливания учёные зарегистрировали увеличение количества эритроцитов и концентрации гемоглобина.
Это свидетельствовало о том, что сохранённые клетки способны выполнять свою основную функцию после введения в организм.
Кроме того, в условиях эксперимента исследователи не обнаружили выраженного провоспалительного ответа, связанного с переливанием.
Таким образом, новый метод продемонстрировал не только высокую сохранность клеток в лаборатории, но и функциональную эффективность в экспериментальной модели анемии у мышей.
Однако полученные результаты пока нельзя непосредственно переносить на пациентов.
Почему открытие важно для редких групп крови
Одним из наиболее перспективных направлений применения новой технологии может стать хранение эритроцитарных компонентов редких фенотипов.
Для некоторых пациентов подбор совместимой донорской крови представляет серьёзную проблему.
Особенно это касается людей с редкими антигенными характеристиками эритроцитов и пациентов, у которых после многократных переливаний сформировались антитела к определённым эритроцитарным антигенам.
В подобных случаях возможность длительного хранения заранее заготовленных совместимых компонентов крови имеет большое клиническое значение.
Криоконсервация позволяет формировать специализированные запасы, однако существующие технологии требуют сложной обработки после размораживания.
Если новый подход окажется безопасным и эффективным у человека, он потенциально сможет упростить подготовку криоконсервированных эритроцитов к переливанию.
Дополнительным преимуществом может стать уменьшение потерь клеток на этапе удаления криопротектора.
Однако возможность использования технологии в банках донорской крови ещё предстоит проверить.
Может ли новая технология заменить глицерин
По словам одного из руководителей исследования Лэмина Суня (Leming Sun), работа стала первой попыткой перенести защитный механизм чрезвычайно устойчивого организма в практическую стратегию сохранения клеток.
Исследователи надеются, что дальнейшее развитие метода позволит упростить обработку эритроцитов после размораживания, уменьшить проблемы, связанные с остаточным глицерином, и повысить качество сохраняемых клеток.
Однако переход от экспериментальной разработки к рутинной трансфузиологической практике потребует дополнительных испытаний.
Прежде всего необходимо оценить эффективность новой системы на человеческих донорских эритроцитах в условиях, соответствующих требованиям службы крови.
Также предстоит проверить, насколько хорошо сохраняются клетки при длительном хранении, как меняется их функциональная активность и не возникают ли отсроченные нежелательные реакции после переливания.
Отдельного изучения потребуют биосовместимость пептидного компонента, полнота его удаления и возможность стандартизированного производства.
Поэтому разработанная технология пока не является одобренным методом криоконсервации эритроцитов для клинического использования.
Можно ли будет хранить кровь без замораживания
Авторы рассматривают и более отдалённые перспективы применения обнаруженных защитных механизмов.
Одной из возможных задач является разработка способов стабилизации клеток при менее низких температурах или даже при комнатной температуре.
Если исследователям удастся создать эффективные защитные системы, которые сохраняют структуру и функции клеток без глубокого замораживания, это потенциально сможет изменить подходы к транспортировке и хранению биологических материалов.
Однако подобные возможности пока остаются направлением будущих исследований.
В представленной работе эритроциты сохраняли именно с использованием глубокой заморозки, а эффективность хранения крови при комнатной температуре не была доказана.
Почему исследования защиты клеток имеют большое значение для медицины
Криоконсервация используется не только в трансфузиологии.
Методы глубокого замораживания применяют для длительного хранения кроветворных стволовых клеток, репродуктивного материала и различных клеточных препаратов.
Особенно важное значение сохранение жизнеспособности клеток приобретает при разработке современных методов клеточной терапии.
Например, ранее исследователи создали модифицированные иммунные клетки для борьбы с аутоиммунными заболеваниями, которые могут быть получены из донорского материала и сохранены в замороженном состоянии.
Хотя подобные технологии используют другие типы клеток и собственные методы криоконсервации, общая задача остаётся одинаковой — сохранить жизнеспособность и функциональную активность биологического материала после длительного хранения.
Поэтому изучение природных защитных механизмов тихоходок может оказаться полезным не только для службы крови, но и для более широкого круга биомедицинских технологий.
Заключение
Учёные разработали экспериментальную технологию криоконсервации эритроцитов, основанную на сочетании короткого фрагмента защитного белка тихоходок CAHS и природного сахара трегалозы.
Новый состав позволил восстановить около 89% эритроцитов после размораживания по сравнению приблизительно с 82% при использовании традиционного глицеринового метода.
Дополнительные эксперименты показали, что сохранённые клетки сохраняли основные функциональные характеристики и после переливания помогали восстановить количество эритроцитов и уровень гемоглобина у мышей с гемолитической анемией.
Главное потенциальное преимущество технологии заключается в возможности отказаться от глицерина и упростить обработку клеток после размораживания.
Однако пока речь идёт о доклиническом исследовании: безопасность и эффективность нового метода для хранения и переливания донорской крови человека ещё не установлены.
Дальнейшие исследования покажут, смогут ли защитные механизмы тихоходок стать основой новых технологий хранения крови и других клеточных препаратов.
Литература
- Xi T., Ding Y., Wang R., Ren Y., Qu X., Chen M., Chu M., Chen Y., Yang H., Sun L. A Tardigrade-Derived CAHS-Motif Enables Glycerol-Free Red Blood Cell Cryopreservation with Enhanced Low-Temperature Trehalose Loading and Synergistic Suppression of Ice Damage // ACS Applied Materials & Interfaces. — 2026. — Vol. 18, No. 36. — P. 48828–48843. — DOI: 10.1021/acsami.6c12445.
- American Chemical Society. A trick from tardigrades could help human blood withstand freezing. — October 8, 2026. — American Chemical Society.