La denaturazione proteica è il principale fattore eziopatogenetico della perdita della funzione vitale dei globuli rossi sia in vivo sia ex vivo. Questo suggerisce una nuova strategia per migliorare l'utilizzo dei globuli rossi conservati e di prolungare l'attività di quelle circolanti.

Conservazione sangue: la denaturazione proteica accorcia la vita delle emazie

I globuli rossi sono cellule specializzate nel trasporto di ossigeno ad altri tessuti che non sono in contatto diretto con l’ossigeno dell’aria.

Nel corso dell’evoluzione, la loro capacità di legare ossigeno atmosferico e di cederlo successivamente ad altre cellule dell’organismo, è stata regolata da adattamenti evolutivi altamente specializzati, il cui risultato finale ha permesso il passaggio della vita dagli organismi unicellulari a quelli multicellulari.

In questo meccanismo hanno un ruolo determinante l’emoglobina, una macromolecola proteica contenente ferro, ed enzimi specifici che svolgono un’azione metabolica di ossido/riduzione (1).

I globuli rossi maturi, una volta immessi nel torrente circolatorio, hanno una vita media di circa 17 settimane, durante le quali il sofisticato meccanismo di ossido/riduzione va incontro a continui danni, che alla lunga la cellula non è più in grado di riparare.

Nel processo di invecchiamento, l’emoglobina si denatura e si aggrega, formando i corpi di Heinz che si depositano all’interno dei globuli rossi. I globuli rossi invecchiati, con una ridotta capacità di scambiare ossigeno con le altre cellule dell’organismo, vengono rimossi dal torrente circolatorio dai fagociti del sistema reticolo-endoteliale (2).

La domanda di globuli rossi concentrati o CRBCs (Concentrated Red Blood Cells) è in costante aumento nel mondo e la loro disponibilità è ancora lontana dal soddisfare la necessità globale di trasfusioni, soprattutto nei Paesi a medio–basso reddito (3).

La stima ideale del Consiglio Europeo fissa il fabbisogno annuale a 40 unità di emazie concentrate per ogni 1000 abitanti. In Italia, i dati del Centro Nazionale Sangue mostrano un bilancio negativo di 62.973 unità di CRBC su tutto il territorio nazionale. In molte Regioni la quantità di globuli rossi da donazione permette di compensare quasi completamente la richiesta di trasfusioni, invece nel Lazio, Sardegna, Abruzzo, Campania e nel Servizio Sanitario delle Forze Armate il bilancio è negativo (4).

Tuttavia, va tenuto presente che il tipo di sangue disponibile non sempre corrisponde alla richiesta, come spesso si verifica con il sangue di tipo 0.

In linea di principio, il problema della scarsità di sangue può essere affrontata ricorrendo a strategie che tendono a limitare la necessità di trasfusioni di sangue, come l’uso di agenti emostatici, sostituti dell’emoglobina o il recupero del sangue nel corso di interventi chirurgici (5).

Una linea di ricerca molto stimolante ha portato ad ipotizzare all’uso di CRBCs di maiali transgenici (pCRBCs) come alternativa a quelle umane.

Malgrado le molte somiglianze tra emazie porcine ed umane ed i notevoli progressi fatti dalla genetica, sfortunatamente, per l’applicazione clinica di questa alternativa, rimane ancora da superare la barriera dell’immunogenicità cellulare (6).

Nell’insieme, queste tecniche risolvono solo parzialmente la scarsità di sangue; infatti, nei casi di anemia acuta grave, la trasfusione resta ancora un presidio medico insostituibile ed è una pratica salvavita.

Come si dona il sangue

Sarebbe quindi di grande utilità lo sviluppo di una metodica che consenta un migliore utilizzo delle scorte di CRBCs conservate nelle Banche del Sangue, specialmente quelle dei tipi di sangue più rari.

Il sangue ottenuto da donazioni viene separato dal plasma e la parte cellulare è conservata separatamente. I globuli rossi vengono sospesi in una soluzione concentrata di glucosio, ma priva di proteine e refrigerati ad 1-6°C.

In queste condizioni di conservazione sono esposti ad una serie di danni che non sono più in grado di riparare, perché privi dei sistemi di compensazione dell’organismo: come conseguenza, la loro vitalità si riduce a sole 5-7 settimane (7).

Le emazie che non vengono utilizzate nel periodo di tempo previsto, sono “rottamate” e, eventualmente, l’emoglobina viene recuperata. Il danno principale è causato dall’ossigeno atmosferico, disciolto nella soluzione in cui sono sospesi i globuli rossi. L’ossigeno interagisce con l’emoglobina e le altre proteine citoplasmatiche e le denatura, compromettendo così la loro funzionalità (8,9).

In particolare, l’emoglobina e le proteine denaturate sono meno solubili di quelle native e tendono a precipitare, depositandosi a livello del citoscheletro e riducendo la deformabilità e la plasticità delle emazie (10,11).

Queste alterazioni, a loro volta, compromettono la regolarità del flusso sanguigno e la capacità delle emazie di entrare nei vasellini del microcircolo con diametro inferiore a 5 micron o nei capillari.

Dai dati sopra riportati risulta chiaro che la denaturazione dell’emoglobina e delle proteine plasmatiche sia il principale fattore eziopatogenetico della perdita di funzionalità dei globuli rossi, sia in vivo, sia, soprattutto, durante la loro conservazione ex vivo (7).

Allo stesso tempo, suggeriscono un nuovo approccio al problema di prolungare le funzioni vitali dei globuli rossi conservati che permetta di allungare l’intervallo tempo in cui è possibile usarli in maniera sicura.

La possibilità che si possano migliorare le condizioni di conservazione dei globuli rossi concentrati, è stata suggerita dai risultati di una ricerca che ha evidenziato la capacità di alcuni prodotti di sintesi e naturali di stabilizzare la membrana dei globuli rossi (12). Ulteriori indagini hanno mostrato che queste sostanze stabilizzano proteine di diversa natura, come l’albumina del plasma e le cristalline dell’occhio (13-17).

Inoltre, stabilizzano le proteine in condizioni patologiche che comportano la denaturazione proteica, come il processo infiammatorio (18-19).

Poiché queste sostanze sono compatibili con la somministrazione nell’uomo, le osservazioni sopra esposte suggeriscono una strategia per prolungare la conservazione delle funzioni vitali dei globuli rossi in vivo oltre che ex vivo.

 

Riferimenti bibliografici

  1. Kanias T and Acker JP, Biopreservation of red blood cells – the storage with hemglobin oxidation, FEBS J, 277, 343-356, 2010
  2. Willekens FL, Werre JM, Groenen-Dopp YA, Erythrocyte vesiculation: a self-protective mechanism?, Br J Haematol, 141: 549-56, 2008
  3. Global status report on blood safety and availability 2016. Geneva: World Health Orgnisation, 2017
  4. Centro Nazionale Sangue, Dati sull’attività e sicurezza trasfusionale, 2019
  5. Tinmouth A, McIntyre L, Fowler RA, Blood conservation strategies to reduce the need for red blood cell transfusion in critically ill patients, CMAJ, 178, 49-57, 2008
  6. Smood B, Hara H, Schoel LJ and Cooper DKC, Genetically engineered pigs as sources for clinical red blood cell transfusion: what pathobiologicalbarriers need to be overcome?, Blood Rev, 33, 7-17, 2019
  7. Yoshida T, Prudent M, D'Alessandro A, Red blood cell storage lesion: causes and potential clinical consequences, 17, 27-52, 2019
  8. Lang F, Abed M, Lang E, Foller M. Oxidative stress and suicidal erythrocyte death. Antioxid Redox Signal, 21: 138-53, 2014
  9. Wither M, Dzieciatkowska M, Nemkov T, Hemoglobin oxidation at functional amino acid residues during routine storage of red blood cells. Transfusion, 56: 421-426, 2016
  10. Fortier N, Snyder LM, Garver F, Kiefer C, McKenney J, Mohandas N The relationship between in vivo generated hemoglobin skeletal protein complex and increased red cell membrane rigidity.Blood, 71(5):1427-1431. 1988
  11. Wolfe LC. Oxidative injuries to the red cell membrane during conventional blood preservation. Semin Hematol, 26: 307-312, 1989
  12. Catanese B, Lisciani R and Piccinelli D, Erythrocyte membrane stabilization and protein binding of some anti-inflammatory drugs and of deoxycholic acid, Bochem Pharmacol, 18, 1707-1710, 1969
  13. Del Basso-Orsini P and Silvestrini B. Effects of some substances on the turbidimetric response to heat of albumin and of serum and plasma of the rat. Ital. J. Biochem, 15, 200-215, 1966
  14. Saso L, Casini ML, Valentini G, Mattei E, Panzironi C and Silvestrini B. Development of an HPLC assay to study the effect of Endogenous and Exogenous substances on heat-induced aggregation of human serum albumin. Clin. Chem. Lab. Med., 36, 155-162., 1998
  15. Saso L, Valentini G, Grippa E, Leone MG, and Sivestrini B. Effects of selected substances on heat-induced aggregationof albumin, IgG and lysozyme, Res Comm Mol Pathol Pharmacol, 102, 15-28, 1998
  16. Saso L, Valentini G, Casini ML, Grippa E, Gatto MT, Leone MG and Silvestrini B. Inhibition of Heat-induced Denaturation of Albumin by by nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs): pharmacological implications. Pharm. Res, 24:150-158, 2001
  17. Silvestrini B, Catanese B, Barillari G, Iorio E, Valeri P. Basic data supporting the use of the L-lysine salt of Bendazac in cataract. Int. J. Tiss. Reac, 5, 217-225, 1982
  18. Lisciani R., Scorza Barcellona P. and Silvestrini B.Topical activity of bendazac on experimental burns: Jap. J. Pharmacol., 21, 69-73, 1971
  19. Saso L, Valentini G, Casini ML, Mattei E, Braghiroli L, Mazzanti G, Panzironi C, Grippa E, Silvestrini B Inhibition of protein denaturation by fatty acids, bile salts and other natural substances: a new hypothesis for the mechanism of action of fish oil in rheumatic diseases..Jpn J Pharmacol,79, 89-99. doi: 10.1254/jjp.79.89, 1999