用于评估储存红细胞质量的表面声波溶血检测方法

《Lab on a Chip》：Surface acoustic wave hemolysis assay for evaluating stored red blood cells

本研究开发了一种表面声波溶血检测仪（SAW-HA），利用SAW hemolysis温度（SAWHT）作为生物标志物，实现红细胞储存质量的快速、便携评估。通过代谢组学分析发现，SAWHT下降与供体BMI升高、三酰甘油蓄积及色氨酸代谢紊乱相关，验证了SAW-HA在区分供体特异性红细胞储存损伤中的有效性，为精准输血医学提供新工具。

　　血库中红细胞（RBC）的储存和输注一直是临床医学中至关重要的环节。随着现代医疗技术的发展，输血已经成为挽救无数生命的重要手段。然而，尽管输血在临床实践中广泛应用，但输注的红细胞质量却因供体个体差异而存在显著波动，这种差异常常被忽视。因此，开发一种能够在输血现场快速、便携且经济高效的红细胞质量评估方法，对于优化输血过程、提高输血效果和减少不良反应具有重要意义。

红细胞在储存过程中会发生一系列生物化学和物理性质的变化，这些变化统称为“储存损伤”（storage lesions）。储存损伤主要由氧化应激、代谢变化以及细胞膜结构的破坏引起，最终可能导致红细胞破裂（溶血）、变形能力下降和氧气输送功能受损，从而引发炎症反应和血管功能障碍。值得注意的是，这些变化并不是所有供体中都均匀发生，而是受到供体自身的生物学因素（如性别、年龄、体重指数（BMI）、遗传背景和代谢状态）的显著影响。因此，仅依靠红细胞的储存时间（即“储存年龄”）作为评估标准，可能无法准确反映其实际质量状况，进而影响输血效果。

为了克服传统评估方法的局限性，研究人员提出了一种新的评估平台——表面声波溶血检测（Surface Acoustic Wave Hemolysis Assay, SAW-HA）。该方法利用表面声波（SAW）诱导的溶血温度（SAWHT）作为红细胞储存质量的生物标志物。SAWHT的测定不仅能够提供关于红细胞储存状态的定量信息，还能帮助判断红细胞是否适合输注。SAW-HA的主要优势在于其操作简便、所需样本量极少（仅需2微升）、检测速度快（不到两分钟），且无需复杂的分析过程，这使得该方法在临床现场具有广泛的应用潜力。

表面声波技术在生物医学领域已有广泛应用，其特点是精确的流体控制和良好的生物相容性。通过将声波能量转化为热能，表面声波可以用于控制微流控芯片内的温度，从而模拟生理条件下的细胞行为。在本研究中，SAW-HA结合了声波的机械效应和热效应，通过分析红细胞在特定温度下的溶血行为，提供了一种新的、快速的评估方法。这种方法不仅能够识别红细胞的储存质量变化，还能通过结合代谢组学数据，揭示供体之间的个体差异对红细胞储存效果的影响。

实验结果显示，六位供体的红细胞在42天的储存过程中表现出不同的SAWHT特征。其中，四位供体的SAWHT基本保持稳定，而另外两位供体则显示出明显的下降趋势。进一步分析表明，这些供体的红细胞在储存过程中出现了代谢失衡，如氧化应激相关代谢物的积累、三磷酸腺苷（ATP）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）的减少，以及血红蛋白的异常代谢。这些代谢变化与供体的体重指数（BMI）密切相关，表明高BMI可能是影响红细胞储存质量的重要因素之一。此外，研究还发现，某些供体的红细胞在储存过程中出现了血红蛋白代谢物（如色氨酸代谢产物）的异常，这可能与肥胖和代谢功能障碍有关。

传统的红细胞储存质量评估方法，如基于放射性同位素的51Cr标记法，虽然被认为是金标准，但其高昂的成本、复杂的操作流程以及对专业设备的依赖性限制了其在临床中的应用。而SAW-HA则提供了一种更为简便、经济且可扩展的解决方案。该方法不仅能够在实验室环境中快速评估红细胞质量，还具备在床边（point-of-care）使用的潜力，为个性化输血医学提供了新的工具。通过与代谢组学数据的结合，SAW-HA能够揭示红细胞储存过程中供体特异性代谢特征的变化，从而帮助医生更准确地判断哪些红细胞更适合输注。

此外，研究还探讨了SAW-HA与其他评估方法（如电热控制法，EHC）的比较。结果表明，SAW-HA在溶血温度的测量上具有更高的灵敏度和特异性，能够更准确地反映红细胞的储存状态。相比之下，EHC虽然能够提供温度变化的信息，但其检测结果可能受到温度变化速率和热效应的影响，无法全面反映红细胞储存过程中复杂的生物物理变化。因此，SAW-HA通过引入声波的机械效应，能够更有效地检测红细胞储存质量的改变。

研究还发现，某些供体的红细胞在储存过程中表现出不同的代谢特征。例如，高BMI供体的红细胞显示出更高的三酰甘油（TG）水平和受损的色氨酸代谢，这可能与其更高的溶血倾向相关。此外，研究还揭示了不同供体在储存期间的代谢路径变化，包括能量代谢、氧化应激和脂肪酸代谢等。这些发现不仅有助于理解红细胞储存过程中供体特异性变化的机制，还为优化输血策略和提高患者预后提供了科学依据。

从临床角度来看，红细胞储存质量的个体差异对输血效果具有重要影响。对于需要频繁输血的患者，如地中海贫血、镰状细胞贫血或创伤患者，选择高质量的红细胞单位至关重要。如果输注的红细胞质量较差，可能导致铁过载，进而引发急性呼吸窘迫综合征、心肾功能障碍以及对铁依赖性细菌的易感性。因此，通过SAW-HA等新技术，识别并筛选出高质量的红细胞单位，对于改善临床输血效果和减少并发症具有重要意义。

SAW-HA的引入不仅提高了红细胞储存质量评估的效率，还为输血医学的发展提供了新的方向。该方法的便携性和快速性使其在资源有限的环境中具有显著优势，能够帮助临床医生在输血前快速判断红细胞是否适合使用。同时，SAW-HA的低成本和易操作性也有助于在大规模输血场景中推广使用。未来的研究可以进一步验证该方法在不同人群中的适用性，并探索其在其他血液疾病诊断和细胞膜研究中的应用潜力。

总体而言，SAW-HA作为一种新型的微流控平台，为红细胞储存质量的现场评估提供了一种可行的解决方案。通过结合声波诱导的溶血温度（SAWHT）和代谢组学分析，该方法能够揭示供体特异性因素对红细胞储存效果的影响，从而支持个性化输血医学的发展。随着技术的不断完善和临床应用的推广，SAW-HA有望成为改善输血质量和患者预后的重要工具。