BY:- VIRAL BHATT HET ACHARYA

1

•Blood is a special type of connective tissue that is composed of white cells, red cells, platelets, and plasma.

•The average adult has about five litres of blood living inside of their body.

•Blood is made up of three types of cells:-

1. Erythrocytes or RBC - They are shaped like slightly indented, flattened disks. These are the most abundant cells, and contain haemoglobin (Hb or Hgb).

2. Leukocytes or WBC - These are the cells of our immune system; they defend the body against infections and foreign materials.

3. Thrombocytes or Platelets - are involved in the clotting (coagulation) of blood. When we bleed the platelets clump together to help form a clot.

RBC

2

• RBC supplies Oxygen and essential nutrients to various cells 

and tissues.

•RBC is also involved with the endocrine System for the 

transportation of hormones.

•RBC are also responsible for maintaining the Homeostasis of 

the body ( mainly pH levels and body temperature)

•WBC have antibodies which defend us from infection and 

foreign bodies.

•Platelets are involved with coagulation of blood when bleeding.3

•The blood flow in our body is generally laminar.

•The flow becomes turbulent in the blood vessels due to 

narrowing of the arteries and veins. (Stenosis

of the arteries)

•Turbulence occurs when a critical Reynolds number in 

exceeded due to increase in velocity. This can be 

mathematically represented by:‐

Where

v

= mean velocity,

D

= vessel 

diameter,

ρ

= blood density, and η

=

blood 

viscosity 4

• Synthetic compound which can be used as a blood substitute. 

•Blood is a complex tissue hence it is very hard to make a compound that performs all the 

functions of blood. 

•Researchers have mainly focused on two main blood substitute technologies:‐

5

1.It can be used to meet the increasing demand of blood required 

during major operations

2.It is a disease‐free source of blood hence the risk of diseases like 

HIV (Human Immunodeficiency Virus) etc from blood substitutes is

removed.

3.

These blood substitutes do not carry any antigens which 

determine blood groups hence it is impossible for immune system 

of the body to reject them.

4.The shelf life of artificial blood is around 1‐3 years compared to 

the shelf life of normal blood, which is 42 days.

5.The artificial blood can be very useful in battlefield and war 

scenarios as it is easy to carry and does not require controlled

conditions.

6

•The first successful human transfusions were done in 1667.

•In 1854, blood in patients was substituted with milk and salt/saline solution.

• In 1868, researchers found that solutions containing haemoglobin

isolated from red blood 

cells could be used as blood replacements.

• During World War I, a gum‐saline solution containing galactoso‐gluconic

acid was used to 

extend plasma.

•In 1966, experiments with mice suggested a new type of blood substitute, 

perfluorochemicals

(PFC). 

•In 1968, the idea was tested on rats. The rat's blood was completely removed and replaced 

with a PFC emulsion. The animals lived for a few hours and recovered fully after their blood 

was replaced.

•Research in this area was further fueled

in 1986 when it was discovered that HIV and 

hepatitis could be transmitted via blood transfusions.

7

•Increased availability

•Oxygen carrying capacity: equaling

or surpassing that of biological blood

•Volume expansion

•Universal compatibility: elimination of cross matching

•Pathogen free: elimination of blood contained infections

•Minimal side effects

•Survivability:

over a wider range of storage temperatures

•Long shelf life

•Cost efficient8

•The two types(HBOC

and PFC) have dramatically 

different chemical structures, but they both work 

primarily through

passive diffusion.

•Passive diffusion takes advantage of gasses' tendency  to move from areas of greater concentration to areas 

lesser concentration until it reaches a state 

of

equilibrium.

• In the human body, oxygen moves from the lungs (high 

concentration) to the blood (low concentration). 

•Then, once the blood reaches the capillaries, the  oxygen moves from the blood (high concentration) to 

the tissues (low concentration).9

•HBOC vaguely resemble blood.

• They are very dark red or burgundy and are  made from real, sterilized haemoglobin

• RBCs

from real, expired human blood

• RBCs

from cow blood

• Genetically modified bacteria that 

can produce haemoglobin

• Human placentas

11

• Techniques:

Cross‐linking

portions of the haemoglobin molecule with an 

oxygen‐carrying haemoglobin derivative called

diaspirin

Polymerizing

haemoglobin by binding multiple molecules to 

one another

Conjugating

haemoglobin by bonding it to a polymer

12

(A,B) Tetrameric

stabilization is accomplished by intramolecular

crosslinking

between 

the two a or ß

subunits using a site specific crosslinker. (C) The effective molecular 

weight of Hb

can be increased by conjugating it to polyethylene glycol. (D) 

Polymerized Hb

of molecular weights greater than the native Hb

tetramer of 64 kDa

may be produced through polyfunctional

crosslinking

agents. (E) Hb

can also be 

encapsulated into liposomes

in order to recreate the natural properties of red blood 

cells.

13

• Preventing the Hb

tetramer's dissociation is a major  concern in order to suppress renal filtration.

• Because the alpha/beta (a‐ß)dimers

are relatively  stable, the goal of intramolecular

modification is to 

cross‐link the two alpha (a‐a) or beta (ß‐ß) subunits  and stabilize the association of the two alpha/beta (a‐

ß) dimers. • The cross‐linking not only prevents tetramer 

dissociation, but also reduces the affinity of Hb

for O2

.• The most popular cross‐linkers currently used are 

bis(3,5‐dibromosalicyl)fumarate(DBBF) and nor‐2‐ formylpyridoxal 5‐phosphate (NFPLP).

14

•Multiple Hb

proteins are linked together through the use of 

dialdehydes, such as glutaraldehyde

and glycoaldeyde.•Increase in size due to formation of oligomers. This also affects the 

molecular weight which exceeds 500 Kda(compared

to 64.5 Kda

unpolymerized

Hb).• The increase in size prevents the rapid excretion of the molecule, 

prolonging the Hb

plasma half‐life.•Unpolymerized

Hb

tetramers have, however, the unfortunate result of 

generating excessive viscosity, oncotic

pressure, and O2

affinity.

15

• Conjugation of Hb

is the covalent binding of  Hb

to a biocompatible polymer, such as 

polysaccharide, in order to increase its overall  size. 

• Such a process achieves similar improvements  than those made using polymerization.

• The intravascular circulation time of a HBOC is  extended by conjugating Hb

with a 

macromolecule.

16

• HBOCs

work much like ordinary RBCs.• The molecules of the HBOC float in the blood 

plasma, picking up oxygen from the lungs and  dropping it off in the capillaries. 

• The molecules are much smaller than RBCs, so  they can fit into spaces that RBCs

cannot, such as 

into extremely swollen tissue or abnormal blood  vessels around cancerous tumours. 

• Most HBOCs

stay in a person's blood for about a  day ‐‐

far less than the 100 days or so that 

ordinary RBCs

circulate.

17

• The modified haemoglobin molecules can fit into very  small spaces between cells and bond to

nitric oxide, 

which is important to maintaining blood pressure. • This can cause a patient's blood pressure to rise to 

dangerous levels. • HBOCs

can also cause abdominal discomfort and 

cramping that is most likely due to the release of

free  radicals, harmful molecules that can damage cells. 

• Some HBOCs

can cause a temporary, reddish  discoloration of the eyes or flushed skin.

18

• Apart from side effects, haemoglobin can replace only  the oxygen transport capacity of whole blood, without  the coagulation or immunologic aspects normally 

present in blood.• Thus haemoglobin‐based oxygen carriers will not 

replace blood, use of these products may be limited to  specific applications or in conjunction with specialized  techniques, such as cardiopulmonary bypass with 

extracorporeal circulation or acute normovolemic hemodilution

with harvesting of autologous

whole 

blood for later reinfusion. 

19

• Unlike HBOCs, PFCs

are usually  white and are entirely 

synthetic. 

• They're a lot  like

hydrocarbons

(chemicals 

made entirely of hydrogen and  carbon) but they contain 

fluorine instead of carbon.

20

• Perfluorochemicals

will not mix with blood,  therefore

emulsions

must be made by 

dispersing small drops of PFC in

water. This  liquid is then mixed  with 

antibiotics,

vitamins,

nutrients

and

salts,  producing a mixture that contains about 80 

different components.

21

• Main function is to carry oxygen in blood.

• They can carry between 20 and 30 percent more gas  than water or blood plasma, and if more gas is present, 

they can carry more of it.

• PFCs, like HBOCs, are extremely small and can fit into  spaces that are inaccessible to RBCs. For this reason, 

some hospitals have studied whether PFCs

can  treat

traumatic brain injury (TBI)

by delivering oxygen 

through swollen brain tissue.

22

• PFCs

are oily and slippery, so they have to  be

emulsified, or suspended in a liquid, to be 

used in the blood.• These emulsifiers eventually break down as they 

circulate from the blood.• The liver and kidneys remove them from the 

blood, and the lungs exhale the PFCs

the way  they would carbon dioxide.

• Sometimes people experience flu‐like symptoms  as their bodies digest and exhale the PFCs.

23

• Platelet count is known to decrease, presumably  due to opsonization

of platelets by the 

perfluorocarbon

and subsequent sequestration  and elimination by the reticuloendothelial

system.

• PFCs

are chemically inert, but they are extremely  good at carrying dissolved gases.

However, extra 

oxygen can cause the release of free radicals in a  person's body. Researchers are studying whether  PFCs

can work without the additional oxygen.

24

• Restoring oxygen delivery after loss of blood from  trauma, especially in emergency and battlefield 

situations

• Preventing the need for blood transfusions during  surgery

• Maintaining oxygen flow to cancerous tissue, which  may make chemotherapy more effective.’

• Treating anemia, which causes a reduction in red blood  cells

• Allowing oxygen delivery to swollen tissues or areas of  the body affected by sickle‐cell anemia

25

26

• Artificial blood can be made according to the  type of blood required.

• Viscosity of artificial blood can be adjusted by  adjusting the concentration, PH and 

temperature while designing the material.

27

Attribute Infused HBOCs Transfused Red Cells

Onset of action: Immediate 2,3-DPG dependent

Oxygen affinity: Red cell 2,3 DPG not required for oxygen release

Red cell 2,3 DPG required for oxygen release

Oxygen transport: Red cells plus plasma Red cells only

Risk of disease transmission:

Sterile pharmaceutical; no leukocyte exposure

Risk minimize by improved donor selection; leukocyte exposure

Storage: Room temperature; no loss of efficacy Refrigeration required; progressive loss of efficacy

Shelf life: 36 months 42 days

Compatibility: Universal Type-specific

Preparation: Ready to use Requires typing and cross-matching

Viscosity: Low High

Duration of action: Maximum of 3 days Estimated 60 to 90 days 28

FOUR MAIN TECHNOLOGY CURRENTLY IN  PROGRESS:‐

1.STEM CELL CREATIONS

2.SYNTHETIC CELLS

3.POLYMER PLATELETS

4.MASS PRODUCTION

29

Advanced Cell Technology, headquartered in Santa Monica, CA is currently 

researching on developing Blood Cells from Embryonic Stem Cells.

•The Company is working on making a large supply 

of O‐

blood cells which can be used by any patient.

•They have already produced 10 billion Blood Cells 

from Human Embryonic Cells

•The main challenge is producing trillions of these 

cells which can be used in blood transfusion.  1cc of 

blood contains 5 billion RBCs. 

30

Samir

Mitragotri

, a chemical Engineering professor at 

University of California, Santa Barbara and University of 

Michigan hope to mimic the well defined shape of RBC and 

their flexibility using synthetic biocompatible polymers. 

•Spheres of biocompatible materials were squeezed and 

coated with layers of Hg Protein.

•These cells haven’t matched the ability to bend but these 

blood cells coated with haemoglobin can store over 90% of 

Oxygen.

•The next step of the research is to test the circulation time 

of these cells in Rodents.

•The research team believes that these cells can also be 

used to carry drugs or chemicals used for medical imaging.

31

•A group of researchers at the University of North Carolina (UNC)

at Chapel Hill 

is looking into mass production of Synthetic Blood.

•They are trying to etch the cell shape in silicon and then use that to create 

mould using liquid polymer.

•These moulds are then converted into hydrogel

blood cell replica, which can 

then be used as synthetic blood. 

•The hydrogel

blood cell are very flexible to pass through mice liver and remain 

in circulation. (Flexibility of Mice RBC is six times more compared to human 

RBC)

32

This technology does not aim at developing synthetic 

alternatives for natural blood but it is trying to keep patients

alive.

A team led by Erin Lavik, a biomedical engineering professor at 

Case Western Reserve University, is developing synthetic 

platelets to help seal injuries and stop internal bleeding more 

quickly.

The team has designed polymer nanoparticles

that bind to 

natural platelets, increasing the platelets' ability to stop 

bleeding.

Experimental results show that the bleeding time in injured rat’s 

thigh arteries was reduced by 50% if the synthetic platelets were 

injected before injury and by 23% if it were injected after the 

injury.

The team will study its effects on larger animals and then 

proceed to clinical trials.

33

34

Robert M. Winslow. “Haemoglobin –based Red Cell Substitutes”. John Hopkins University Press, 1992.“The Human Heart”. The Franklin Institute, Accessed November, 2011. URL <http://www.fi.edu/learn/heart/blood/blood.html>“Artificial Blood”. Indian Journal of Critical care Medicine, Retrieved from <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2738310/> PMCID: PMC2738310“Artificial Blood: What Is It? Will I Use It?” by Bruce J. Leone, M.D.Associate Professor of Anesthesiology at

Mayo Clinic Jacksonville. Accessed October, 2011. URL<http://www.dcmsonline.org/jax-medicine/1998journals/december98/artificialblood.htm>“Blood Substitutes” Medscape Reference. Accessed October, 2011. URL

<http://emedicine.medscape.com/article/207801-overview>“Artificial Blood: Manufactured Life” Jensen, 2010. Accessed October 2011, URL<http://www.scribd.com/doc/21977473/Artificial-Blood>“Artificial Blood: A Current Review” by Mr. Parag .A. Kulkarni. Accessed October 2011, URL<http://www.pharmainfo.net/reviews/artificial-blood-current-review>“Blood Substitutes” by Dr Pierre Lafolie. Accessed October, 2011. URLhttp://biomed.brown.edu/Courses/BI108/2006-108websites/group09artificialblood/index.htm“You Won't Believe It's Not Blood: 5 Synthetic Substitutes for the Real Thing”. Accessed October, 2011<http://www.popularmechanics.com/science/health/med-tech/5-synthetic-substitutes-for-real-blood-2#fbIndex2>"Artificial Blood." How Products are Made. Ed. Stacey L. Blachford. Gale Cengage, 2002. eNotes.com. 2006. 31 Oct, 2011 <http://www.enotes.com/how-products-encyclopedia/artificial-blood>Wilson, Tracy V. "How Artificial Blood Works" 29 December 2006. HowStuffWorks.com. <httphttp://science.howstuffworks.com/innovation/everyday-innovations/artificial-blood2.htm>

35