Preservation of Red Blood Cells using Natural Deep Eutectic Systems

Abstract

Blood transfusions are a life-saving procedure that is fundamental even nowadays. The ap- pearance of SARS-CoV2 and the recent conflict between Ukraine and Russia showed that blood supplies can drop drastically from one day to another.1,2 The importance of increasing the stor- age period as well as improving the quality of the blood became crucial. Natural deep eutectic solvents (NADES) are a mixture of natural components in a certain molar ratio that experience a significant decrease in their melting point. NADES components, being organic molecules, present different beneficial antioxidant proper- ties that help minimize harmful secondary metabolites resulting from oxidative stress. To eval- uate NADES’ effect on red blood cells, outdated bags donated from IPST were used for pre- liminary tests to verify whether NADES systems can improve blood quality. Osmolarity and pH levels play an important role in red blood cells' morphological change, which is directly asso- ciated with oxygen transport and cell integrity; therefore, these parameters were evaluated over time. Our results showed that we were able to increase and maintain a satisfactory pH level between 6.8-7.3 for 5 more weeks. The erythrocyte shape shifted from initially biconcave to echinocyte and later to irreversible spherocyte, leading to haemolysis, however, there were still some normally shaped erythrocytes after 5 weeks of storage. During the first week, hemo- lytic activity in solutions of Pro:Glc:W and Pro:Gly:Sorb:W met the official requirements; how- ever, after 5 weeks in NADES solution, haemolysis levels were significantly above the legal requirements for the USA (1%) and Europe (0.8%). These preliminary studies show that NADES represents a potential alternative as an additive solution to increase the shelf-life of blood products, especially red blood cells.

As transfusões sanguíneas são procedimentos que salvam vidas e que são fundamentais atu- almente. O aparecimento do SARS-CoV2 e o recente conflito entre a Ucrânia e a Rússia mos- traram que a reserva nacional de sangue pode cair drasticamente de um dia para outro.1,2 A importância de prolongar o período de armazenamento, bem como melhorar a qualidade do sangue, tornou-se fulcral. Os NADES são uma mistura de componentes naturais, que numa certa proporção molar de- mostra uma diminuição significativa do ponto de fusão da mistura. Os NADES, sendo moléculas orgânicas, apresentam diferentes propriedades antioxidantes be- néficas que ajudam a minimizar os metabolitos secundários prejudiciais resultantes do stress oxidativo. Para avaliar o efeito NADES nos glóbulos vermelhos, os sacos caducados doados do IPST, foram usados nos testes preliminares para verificar se os sistemas NADES podem melho- rar a qualidade do sangue. Os níveis de osmolaridade e pH desempenham um papel importante na mudança morfológica dos glóbulos vermelhos, que está diretamente associada ao transporte de oxigénio e à inte- gridade celular. Os nossos resultados mostram que conseguimos aumentar e manter um nível de pH satisfatório, entre 6.8-7.3 até mais 5 semanas. O eritrócito mudou de forma bicôncava para equinócito e posteriormente para esferócito irreversível, promovendo à hemólise, porém ainda havia alguns eritrócitos de formato normal mesmo após 5 semanas de armazenamento. Para a 1ª semana, a atividade hemolítica em Pro:Glc:W e Pro:Gly:Sorb:W estava conforme os requisitos oficiais, no entanto, após 5 semanas na solução NADES, os níveis de hemólise esta- vam além dos requisitos legais para os EUA (1%) e Europa (0,8 %). Estes estudos preliminares mostram que o NADES representa uma alternativa promissora como solução aditiva para aumentar a prazo de validade de produtos sanguíneos, especial- mente glóbulos vermelhos.