DARPA生物技术办公室（BTO）宣布启动红细胞工厂（Red Blood Cell Factory ，RBC-Factory）计划。项目的主要目的是为了解决军人在极端环境下的生理和健康挑战，通过开发一种新型的、基于红血球的平台，通过插入生物活性分子，为人体提供更有效、更安全、更低负担的保护和准备措施。

一、项目背景

军人在生理上受到压力的环境中执行任务，军事行动环境中存在各种病原体、缺氧（或过氧）、极端的热或冷、或者像疟疾这样的地方性疾病，会损害军人健康和影响军人战备状态。军人经常在几乎没有或完全没有生理准备或保护的情况下进入充满威胁的作战环境。为了使军人能够在这些具有挑战性的环境中有效行动，需要在部署前增加相应的防护准备。目前准备和防护的最新技术包括药物预防，或使用个人防护装备（PPE），这些物资将造成后勤负担以及产品使用的认知负担。例如，美军可能会服用乙酰唑胺（Acetazolamide）来减轻高海拔对生理的负面影响，或服用阿托伐醌-氯胍磷酸盐（Atovaquone-Proguanil）预防疟疾。然而，药品常常有副作用，也会增加了军人负担。个人防护装备（例如，口罩、护目镜、手套）在战场上提供保护，但PPE体积庞大，将会影响军人的行动能力。理想化的防护系统将是耐用的，没有副作用，并且最小化后勤及认知负担。红细胞（RBCs）是一个引人注目的载体，RBCs占血液的40-50%。它们的主要职责是向组织提供氧气。RBCs含有大量的血红蛋白，并能在体内循环长达120天。RBC-Factory项目寻求利用RBCs作为医疗对策和/或预防措施的循环载体。具体来说，RBC-Factory寻求基于设备（evice-based ）的方法，在保持RBC原始功能和生理的同时将生物活性成分插入RBCs中发挥作用。

二、项目主要内容

RBC-Factory是一个基础研究项目，将确定哪些类型的生物活性成分可以通过机械方式（mechanically）引入到红血球（RBCs）中。生物活性分子包括：天然或合成的小分子、肽、蛋白质、色素、胶体和纳米材料。RBC-Factory最终将：

发明新的设备和/或方法在规模上将生物活性分子整合到RBCs中；

理解生物活性分子属性与插入效率之间的关系；

评估新插入生物活性分子后的RBCs（即修改后的红血球；mRBCs）的属性。寻求非遗传方法（例如，短暂的孔形成技术，如化学、电或机械穿孔）来实现这些目标。

RBC-Factory项目不是寻求用预定的生物活性分子修饰RBC，也不是寻求将生物活性分子插入RBC用于特定应用。相反，RBC-Factory是一个基础研究项目，寻求：

发明可推广和可扩展的技术，将不同的生物活性分子整合到RBC中；

快速且大规模地创建一个插入生物活性分子到RBCs的原型；

理解生物活性分子的物理和化学属性、插入过程和插入效率之间的关系；

理解引入活性分子后的RBCs与原始RBCs相比的生物学属性的区别；

理解插入技术、生物活性物质属性、处理速度和规模以及mRBCs生理之间的相互依赖性。

三、研究预期成果

开发医疗设备平台：发明可扩展的技术，将不同的生物活性分子整合到RBC中，并快速且大规模地创建mRBCs。开发一个原型设备，该设备能够在小于1升的模块内快速且大规模地将活性分子插入RBCs。

理解生物活性分子与RBC的相互作用：研究不同物理和化学属性的生物活性分子如何影响其被插入RBC的效率和效果。理解生物活性分子属性、插入过程和插入效率之间的关系，以及新插入货物对RBC生物学属性的影响。达到一系列预定的性能指标，确保mRBCs在体内外的稳定性和安全性。

增强战争人员效能：通过修饰后的RBCs（mRBCs）为军人提供额外的保护和性能维持，使其能在危险或极端环境中更有效地运作。

独立验证和验证（IV&V）：与政府团队合作，进行独立验证和验证，以确保研究结果的准确性和可靠性。

评估伦理、法律和社会影响（ELSI）：评估设备及修饰后的RBCs的潜在伦理、法律和社会影响。

四、研究计划与周期

项目总时长为21个月，从项目启动到结束。

第1阶段（0-6个月）：项目启动，包括数据管理计划的提交、ELSI专家的提名、WAWF培训、Gantt/时间线的修订，以及初步的实验设计和活性分子参数范围的探索。

第2阶段（6-12个月）：完成生物活性分子参数范围的探索，实现项目目标的50%，并进行中期评估。

第3阶段（12-18个月）：完成项目目标的100%，包括生物活性分子对RBC功能和生理影响的评估，以及生物活性分子插入效率和mRBC处理速率的优化。

注：WAWF是“Wide Area Workflow”的缩写，这是一个由美国国防部（DoD）使用的电子政务系统。WAWF是一个基于网络的自动化系统，旨在简化和改进采购和财务流程，特别是与合同管理和支付相关的流程。

五、阶段性目标

项目目标 #1：探索活性分子参数范围

解释选择的活性分子的基本参数（见表1）。提议者必须描述他们将如何满足表2中描述的项目指标。

项目目标 #2：验证mRBCs的细胞健康与安全

通过实验确定mRBCs是否能满足体外细胞健康与安全指标（见表2）。

项目目标 #3：验证mRBCs的体内细胞健康与安全

通过实验确定mRBCs是否能满足体内细胞健康与安全指标（见表2）。

项目目标 #4：大规模RBC修饰

第一部分：创建一项新技术或使用/适应现有技术进行RBC修改，以支持项目目标1-3。第一部分可以通过以下两种方式之一完成：要么创建两个（2）alpha原型设备，并在第10个月交付一个给IV&V合作伙伴；或在第8个月之前将alpha原型设备的要求、组装说明和手册交付给IV&V。

第二部分：提议者必须在项目结束时提交最终原型设备。鼓励对alpha原型进行改进（在第8/10个月后经过改进的设备应被指定为beta原型）。必须概述一个深入的计划，满足高通量原型设备设定指标的要求，并包括技术计划、风险缓解、预期问题和重要里程碑，以实现所需的规模。