美国军方加速推进合成血液研发，目标 2029 年实现战场部署
2007 年 2 月，一架呼号为“吗啡 1-2”的巨型双旋翼救援直升机在巴格达北部巴拉德执行任务。这架飞机刚刚将三名受伤士兵送往野战医院，却在白天遭遇叛乱分子发射的便携式导弹袭击。尽管尾枪手试图警告飞行员进行规避，但导弹已锁定目标并引发火灾。在与失效机器的短暂搏斗后，机上七名船员全部遇难。
罗伯特·穆雷（Robert Murray）中尉指出，该直升机当时正在执行“血液运输”（Blood Run）任务，这是除伤员疏散外最重要的医疗后勤工作。如今，长期存在的血液短缺问题正推动军方与民间机构竞相研发合成替代品。
数据显示，约 90% 的可预防战场死亡源于大出血，这也是全球孕产妇死亡的首要原因。根据 2025 年发表在《输血》（Transfusion）期刊上的一项研究，在美国每年约 120 万名到达医院前可能需要输血的创伤患者中，仅有 1% 实际获得了输血。据美国外科医师学会统计，血液短缺每年导致美国约 1 万例可预防的死亡，这一数字在全球范围内可能高达数百万。
血液存储的物理限制是短缺的主要原因之一。全血在冷藏条件下仅能保存 35 天，因此储存机构通常将其分离以延长保质期，但这并非完美方案。帮助伤口凝固的血小板需在室温下储存，有效期仅为一周或更短；负责携带氧气的红细胞和用于恢复体积及凝血的富含蛋白质血浆，也会在几天内变质。“如果我不知道何时会被攻击，难道要眼睁睁看着它过期吗？”穆雷说道。
对于需要输血的人来说，有一个关键的生存窗口：你有 36 分钟的时间开始接受输血。
除了军事经验，穆雷还拥有生理学博士学位。他目前负责一项价值 7300 万美元的新项目——RAPIID（旨在“复苏和预防缺血引起的功能障碍”）。该项目的目标是制造可长期保存的三大输血成分：血浆、血小板和红细胞。随着今年晚些时候的启动，RAPIID 延续了数十年来关于合成血液或延长血液保存期的研究工作。此前，DARPA 还资助了一项价值 4750 万美元的项目 FSHARP（用生物人工复苏产品治疗出血的解决方案）。
随着不同成分的 RAPIID 试验并行推进，军方计划于 2029 年在现场部署干血产品袋。穆雷在此过程中担任指挥官角色，协调与 FDA 进行的临床试验。
解决这一问题面临巨大挑战，但军方承受着消除短缺的压力。一项关于阿富汗战斗伤害的研究表明，若受伤者需要输血，黄金抢救时间为 36 分钟。穆雷表示：“如果在 36 分钟内获得血液，几乎可以保证生存；此后，幸存机会急剧下降。”
各血液成分的研发进展与挑战
为了制造可携带、可保存的血液成分，血浆被视为最容易实现的目标。自 20 世纪 30 年代末以来，研究人员已掌握分离和冷冻干燥血浆的技术。在二战期间，这种含水、盐和蛋白质的混合物曾用于恢复受伤士兵的血量并控制出血。美国在 20 世纪 60 年代放弃了冷冻干燥血浆，但随着选择、测试和干燥技术的改进，美军自 2010 年起重启了相关努力。过去两年间，FDA 已允许两种冷冻干燥血浆在紧急情况下供美军使用。
延长血小板寿命的努力可追溯至 20 世纪 50 年代。生物工程师曾尝试将血小板膜连接到合成粒子上。其中，Cellphire 公司通过冷冻干燥真人血小板取得了一定成功，该产品在临床试验中显示出安全性和有效性，但由于依赖捐赠者，其规模化扩展能力尚不明朗。
红细胞的保存或模仿最为困难。其核心成分是包裹在细胞膜内的血红蛋白，负责携带氧气。一个多世纪以来，研究人员一直在寻找提供血红蛋白的方法。进化压力使得这种包裹结构至关重要：游离血红蛋白在血液中会迅速分解，并吸收氧化氮，从而干扰身体血管的自然调节机制。
20 世纪 80 年代和 90 年代，由于担心输血传播艾滋病毒，基于血红蛋白的氧气载体（HBOC）作为一种无膜传递机制受到关注。然而，早期 HBOC 产品如 HemAssist 虽解决了快速分解问题，却未能克服氧化导致的血管收缩副作用。在一项临床试验中，接受 HemAssist 治疗的 52 人中有 24 人死亡，而对照组 46 人中仅有 8 人死亡。母公司于 1998 年终止了试验。2008 年发表在《美国医学杂志》上的另一项研究进一步证实，HBOC 通常会使患者心脏病发作几率增加三倍，并将死亡风险提高 30%。
近期，研究人员尝试利用“血药化”技术在实验室培养红细胞。DARPA 曾在 2008 年启动药物制造计划，使用废弃的带血干细胞，但该研究后被移交至军队大学。即使成本降低，实验室培养的血液仍无法放入背包携带，因为它们仍是活细胞，需要冰箱和特殊处理。阿拉巴马大学伯明翰分校的外科教授约翰·霍尔康布（John Holcomb）指出：“每一个项目都是一项巨大的任务……我认为它们可能会单独成功，但我们如何将这些单独的产品组合在一起使用？”
DARPA 的新策略与合成血液技术突破
在 DARPA 放弃实验室培养血液数年之后，穆雷驻扎在日本冲绳岛的一个基地，亲眼目睹了血液供应系统的脆弱性。该基地的血库服务于岛上约 2.7 万名海军陆战队员以及 USPACOM（太平洋司令部）辖区内从西印度到夏威夷、从南极到北极的大片区域内的数千名军事人员。“血库紧邻医院，距离岛上所有卫星通信设施仅约 200 米，”穆雷说，“一次导弹袭击可能摧毁这三处关键设施。”
随着穆雷于 2018 年获得生理学博士学位，军方也意识到冲绳设施的隐患。2018 年的《国家防御战略》将重点从反恐转向与中国或俄罗斯的潜在地面战争。FSHARP 计划于 2023 年启动，穆雷随后于 2024 年成为 DARPA 生物技术办公室副项目经理，并于 2026 年升任项目经理。
在 FSHARP 资助下，KaloCyte 公司的研究人员继续测试一项最初由宾夕法尼亚州马里兰大学和匹兹堡大学医生开发的技术。该公司将血红蛋白包装在脂质纳米粒子中，模拟人造细胞膜的功能。这种名为 ErythroMer 的产品本质上是一种新型 HBOC。其膜结构可防止氧化物分解，限制危险的氧化吸收，并帮助血红蛋白吸收和释放氧气。每个 ErythroMer 细胞包含一种名为 KC-1003 的脂质，它在肺部高 pH 环境下发出信号让氧气进入，而在疲劳组织的低 pH 环境下则促使氧气释放。
团队采用类似二战时期等离子体的冷冻干燥工艺。2016 年对失血高达 70% 的小鼠和大鼠进行的研究显示，ErythroMer 稳定了血压和氧气输送，且未引起 HemAssist 导致的破坏性血管收缩。FSHARP 继续支持这项研究，探索 HBOC 如何与血浆和血小板相互作用。
合成血小板具有特殊的附着物，其工作原理类似于螺丝刀或指甲。
KaloCyte 仍面临原料供应问题。海恩斯（Haynes）表示，该公司每月仅能获取约 1000 至 2000 单位即将过期的血红蛋白。为此，公司已授权一种酵母菌株，旨在利用其在实验室自主制造血红蛋白。海恩斯展示了一款准备使用的 ErythroMer 产品，它包裹在重型储物袋中，内含两个容器：一个装有红色粉末状的血红蛋白产物，另一个装有无菌水。根据穆雷的总体计划，未来还将配备合成血小板和血浆容器。
实现这一愿景的关键在于有效的合成血小板。DARPA 委托凯斯西部储备大学生物工程教授 Anirban Sen Gupta 负责此项工作。Gupta 认为血小板并非简单的碎片，而是像无人机一样监视血管壁寻找损伤迹象。他将 SynthoPlate 比作瑞士军刀柄的脂质纳米粒子，表面装饰有三种特殊附着物：第一种结合冯·威尔布兰德因子（von Willebrand factor），第二种结合胶原作为支架，第三种模仿纤维蛋白原，像乐高连接器一样使合成血小板在伤口附近粘附于真实血小板。该产品同样采用冷冻干燥技术，可用无菌水复溶，在室温下保存一年以上，或在沙漠般的高温下保存至少三个月。
2026 年发表在《先进科学》杂志的一篇论文指出，SynthoPlate 在血小板减少的小鼠模型中减少了超过一半的出血时间和血液损失。另一项研究表明，假血小板可安全注入大鼠骨髓。Gupta 及其同事已将该技术转化为一家名为海马疗法（Hippocampal Therapeutics）的公司。他认为制药行业擅长大规模生产脂质纳米颗粒，虽然人造血小板表面的装饰物复杂，但平台可扩展性已得到确立。
全球竞争与监管前景
世界各地都在探索替代血液方案。英国剑桥大学研究人员正为罕见血型或镰状细胞贫血患者培养红细胞；日本科学家已在人体测试封装的人源血红蛋白版本。
在未来三年里，RAPIID 将使 DARPA 的努力更接近现实应用。除了 ErythroMer 和 SynthoPlate，该机构在 10 月初宣布向另外五家公司提供资金。其中包括 Abioremedi，该公司避免使用血红蛋白，转而使用其他携带氧气的合成蛋白质。美国 Octapharma 公司赢得了 RAPIID 血浆供应的唯一合同，并将在血小板方面与 FDA 批准的一对凝结蛋白竞争，后者将其附着在圆盘形纳米粒子上。
随着参与者就位，机构将在明年专注于通过 FDA 监管的大型动物研究验证技术。每位血液组件承包商仅有一年的保证资金。穆雷表示，自 FSHARP 启动以来，他正利用该领域的进步，因为时间要求极为紧迫。
第二年和第三年将侧重于人体试验，由科罗拉多大学安舒茨医疗园区监督。试验将在严重受伤等高风险情境下进行，例如在救护车中使用产品，此时无所作为的风险高于潜在副作用。
加州大学旧金山分校输血医学和细胞疗法研究中心主任 Shibani Pati 对 DARPA 的选择持保留态度。她认为穆雷支持的 SynthoPlate 和 ErythroMer 等产品在人类身上未经充分测试，需要更协调的努力以获得 FDA 批准。对于血小板，Pati 建议更好地利用 Cellphire 的成果（穆雷回应称只能选择申请的公司，而 Cellphire 未申请）。她对 ErythroMer 也持怀疑态度，指出另一种来自牛血红蛋白的 HBOC Hemopure 自 2001 年在南非获批，但未获 FDA 批准，且出现在 2008 年 JAMA 研究的负面结果中。
霍尔康布担心不同血液成分间的相互作用问题。他指出，单一成分往往具有多重功能：红细胞有助于凝血，血小板有助于抗炎，血浆有助于调节凝血。没有保证 RAPIID 开发的版本会以相同方式工作。穆雷回应称，FSHARP 在动物研究中以全血为基线测试了所有产品，除凝血效果稍逊外，其余指标均达标。
霍尔康布承认：“我不认为它们会复制全血在我们体内的所有功能。但也许你不需要？当你受到严重伤害，失去 50% 的血管内体积就会死亡。如果你带着这些不同的产品出现，体内剩余的全血足以完成其他功能。”
穆雷决心完成试验，以便在 2029 年提供可保存的血液。除了储存袋，他还采购了用于实地血液检测的手指棒以及加热血液成分的电池驱动装置。面对战区、产房和救护车上无数处于危险中的人，他在 2024 年告诉上级，即使 FSHARP 失败，他也必须尽力而为。
