Заменитель крови
Кровезаменитель функций (также называемый искусственной кровью или суррогатом крови ) — вещество, используемое для имитации и выполнения некоторых биологической крови . Целью проекта является создание альтернативы переливанию крови передаются , при котором кровь или продукты на ее основе от одного человека к другому. До сих пор не существует общепризнанных кровезаменителей , переносящих кислород , что является типичной целью переливания эритроцитов ; однако существуют широко доступные расширители объема крови, не предназначенные для случаев, когда требуется только восстановление объема. Они помогают врачам и хирургам избежать риска передачи заболеваний и подавления иммунитета, решить проблему хронической нехватки доноров крови и решить проблемы Свидетелей Иеговы и других лиц, которые имеют религиозные возражения против переливания крови.
Основными категориями «переносящих кислород» кровезаменителей являются переносчики кислорода на основе гемоглобина (HBOC). [1] и перфторуглеродные эмульсии . [2] Кислородная терапия проходит клинические испытания в США и Европейском Союзе , а Hemopure доступен в Южной Африке .
История
[ редактировать ]После того, как Уильям Харви открыл кровеносные пути в 1616 году, многие люди пытались использовать такие жидкости, как пиво, моча, молоко и кровь нечеловеческих животных, в качестве заменителей крови. [3] Сэр Кристофер Рен предложил вино и опиум в качестве заменителя крови. [4]
В начале 20 века развитие современной трансфузионной медицины, инициированное работами Ландштейнера и соавторов, открыло возможность понять общий принцип серологии групп крови . [5] Одновременно был достигнут значительный прогресс в области физиологии сердца и кровообращения, а также в понимании механизма транспорта кислорода и оксигенации тканей. [6] [7]
Ограничения в прикладной трансфузионной медицине, особенно в чрезвычайных ситуациях, таких как Вторая мировая война, заложили основу для ускоренных исследований в области заменителей крови. [8] Ранние попытки и оптимизм в разработке заменителей крови очень быстро столкнулись со значительными побочными эффектами, которые не могли быть быстро устранены из-за уровня знаний и технологий, доступных в то время. Появление ВИЧ в 1980-х годах дало новый импульс разработке безопасных для инфекций заменителей крови. [4] Обеспокоенность общественности по поводу безопасности поставок крови еще больше усилилась из-за коровьего бешенства . [4] [9] Продолжающееся снижение донорства крови в сочетании с возросшим спросом на переливание крови (увеличение старения населения, увеличение частоты инвазивной диагностики, химиотерапии и обширных хирургических вмешательств, терактов, международных военных конфликтов) и позитивная оценка инвесторов в отрасли биотехнологий привели к благоприятная среда для дальнейшего развития кровезаменителей. [9]
Усилия по разработке заменителей крови были вызваны желанием заменить переливание крови в чрезвычайных ситуациях, в местах, где инфекционные заболевания эндемичны и высок риск заражения продуктами крови , где может отсутствовать охлаждение для сохранения крови и где его может не быть. быть возможным или удобным найти совпадения по группам крови . [10]
В 2023 году DARPA объявило о финансировании двенадцати университетов и лабораторий для исследований синтетической крови. Ожидается, что испытания на людях пройдут в период 2028-2030 годов. [11]
Подходы
[ редактировать ]Усилия были сосредоточены на молекулах, способных переносить кислород , и большая часть работ была сосредоточена на рекомбинантном гемоглобине , который обычно переносит кислород, и перфторуглеродах (ПФУ), химических соединениях, которые могут переносить и выделять кислород. [10] [12]
Первым одобренным заменителем крови, переносящим кислород, был фторуглерода продукт на основе под названием Fluosol -DA-20, производимый Зеленым Крестом Японии. Он был одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) в 1989 году. Из-за ограниченного успеха, сложности использования и побочных эффектов он был отозван в 1994 году. Однако Fluosol-DA остается единственным кислородным терапевтическим средством, когда-либо полностью одобренным FDA. По состоянию на 2017 год ни один продукт на основе гемоглобина не был одобрен. [10]
На основе перфторуглерода
[ редактировать ]Перфторхимические вещества не растворяются в воде и не смешиваются с кровью, поэтому эмульсии необходимо готовить путем диспергирования небольших капель ПФУ в воде . Затем эту жидкость смешивают с антибиотиками , витаминами , питательными веществами и солями , образуя смесь, содержащую около 80 различных компонентов и выполняющую многие жизненно важные функции естественной крови. Частицы ПФУ составляют около 1/40 ) RBC размера диаметра эритроцита ( . Этот небольшой размер может позволить частицам ПФУ проходить через капилляры, через которые не текут эритроциты. Теоретически это может принести пользу поврежденным, кровожадным тканям , до которых обычные эритроциты не могут добраться. Растворы ПФУ настолько хорошо переносят кислород, что млекопитающие , включая человека , могут выжить, вдыхая жидкий раствор ПФУ, называемый жидкостным дыханием . [ нужна ссылка ]
Кровезаменители на основе перфторуглеродов полностью искусственные; это дает преимущества перед кровезаменителями, основанными на модифицированном гемоглобине, такие как неограниченные производственные возможности, способность подвергаться термической стерилизации, а также эффективная доставка кислорода и удаление углекислого газа с помощью ПФУ. ПФУ в растворе действуют как внутрисосудистый переносчик кислорода, временно увеличивая доставку кислорода к тканям. ПФУ удаляются из кровотока в течение 48 часов посредством обычной процедуры очистки организма от частиц в крови – выдоха. Частицы ПФУ в растворе могут переносить в несколько раз больше кислорода на кубический сантиметр (см3), чем кровь, и при этом в 40–50 раз меньше, чем гемоглобин. [ нужна ссылка ]
Флуозол изготавливался в основном из перфтордекалина или перфтортрибутиламина, суспендированных в эмульсии альбумина . Он был разработан в Японии и впервые испытан в США в ноябре 1979 года. [13] Чтобы «загрузить» в него достаточное количество кислорода, люди, которым его вводили, должны были дышать чистым кислородом через маску или в барокамере . [14] Он был одобрен FDA в 1989 году. [15] и был одобрен в восьми других странах. [ нужна ссылка ] Его применение было связано с уменьшением ишемических осложнений, увеличением отека легких и застойной сердечной недостаточности. [16] Из-за трудностей с хранением эмульсии флуозола (хранение в замороженном состоянии и разогревание) его популярность снизилась, и его производство прекратилось в 1994 году. [10]
Имя | Спонсор | Описание |
---|---|---|
оксицит | Кислородная биотерапия | Протестировано в ходе испытаний фазы II-b в США. Предназначен в качестве кислородного терапевтического средства, а не заменителя крови, с успешными небольшими открытыми испытаниями на людях по лечению черепно-мозговой травмы в Университете Содружества Вирджинии. [17] Позже судебный процесс был прекращен. [18] |
ФЕР- О 2 |
Сангвин Корп | В исследованиях |
Перфторан | Россия | Содержит перфтордекалин и перфтор-N-(4-метилциклогексил)пиперидин , а также поверхностно-активное вещество проксанол-268. Он был разработан в России и с 2005 года продается там. [19] |
НВХ-108 | НувОкс Фарма | В клиническом исследовании фазы Ib/II, где он повышает уровень кислорода в опухоли перед лучевой терапией, чтобы сделать ее радиосенсибилизирующей. [20] |
ПФУ второго поколения лецитином Oxygent представлял собой стабилизированную эмульсию , которая разрабатывалась Alliance Pharmaceuticals. [21] [1] [22] В 2002 году исследование фазы III было досрочно остановлено из-за увеличения частоты инсультов в исследуемой группе. [23]
На основе гемоглобина
[ редактировать ]Гемоглобин является основным компонентом эритроцитов, составляя около 33% клеточной массы. Продукты на основе гемоглобина называются переносчиками кислорода на основе гемоглобина (HBOC). [1]
Немодифицированный бесклеточный гемоглобин бесполезен в качестве кровезаменителя, поскольку его сродство к кислороду слишком велико для эффективной оксигенации тканей, период полураспада во внутрисосудистом пространстве слишком короток, чтобы быть клинически полезным, он имеет тенденцию подвергаться диссоциации в димерах. с последующим повреждением почек и токсичностью, а также потому, что свободный гемоглобин имеет тенденцию поглощать оксид азота, вызывая вазоконстрикцию. [4] [24] [25] [26]
Усилия по преодолению этой токсичности включали создание генетически модифицированных версий, сшивание , полимеризацию и инкапсуляцию. [10]
HemAssist, гемоглобин, сшитый диаспирином (DCLHb), был разработан компанией Baxter Healthcare ; это был наиболее широко изученный из кровезаменителей на основе гемоглобина, который использовался более чем в дюжине исследований на животных и клинических исследованиях. [8] Он дошел до III фазы клинических испытаний, но потерпел неудачу из-за повышенной смертности в исследуемой группе, в основном из-за тяжелых вазоконстрикционных осложнений. [10] [8] Результаты были опубликованы в 1999 году. [27]
Hemolink (Hemosol Inc., Миссиссога, Канада) представлял собой раствор гемоглобина, который содержал сшитый человеческий гемоглобин, полимеризованный о-рафинозой. [10] Гемозол столкнулся с трудностями после того, как испытания фазы II были остановлены в 2003 году из соображений безопасности. [28] и объявил о банкротстве в 2005 году. [29]
Hemopure был разработан Biopure Corp и представлял собой химически стабилизированный сшитый бычий (коровий) гемоглобин в солевом растворе, предназначенный для использования человеком; компания разработала тот же продукт под торговым названием «Оксиглобин» для ветеринарного применения у собак. Оксиглобин был одобрен в США и Европе и был представлен ветеринарным клиникам и больницам в марте 1998 года. Hemopure был одобрен в Южной Африке и России. Biopure подала заявление о защите от банкротства в 2009 году. [30] Впоследствии в 2014 году ее активы были приобретены HbO2 Therapeutics. [ нужна ссылка ]
PolyHeme разрабатывался в течение 20 лет компанией Northfield Laboratories и начинался как военный проект после войны во Вьетнаме. Это человеческий гемоглобин, извлеченный из эритроцитов, затем полимеризованный и затем включенный в раствор электролита. В апреле 2009 года FDA отклонило заявку Northfield на получение биологической лицензии. [31] а в июне 2009 года Northfield подала заявление о банкротстве. [32]
Декстран-гемоглобин был разработан компанией Dextro-Sang Corp как ветеринарный продукт и представлял собой конъюгат полимерного декстрана с человеческим гемоглобином. [ нужна ссылка ]
Hemotech был разработан HemoBiotech и представлял собой химически модифицированный гемоглобин.
Компания Somatogen разработала генетически модифицированный сшитый тетрамер, который она назвала Optro. Он потерпел неудачу во второй фазе испытаний, и разработка была остановлена. [10]
Пиридоксилированный Hb, конъюгированный с полиоксиэтиленом, был создан учеными из Аджиномото и в конечном итоге разработан Apex Biosciences, дочерней компанией Curacyte AG; он назывался «PHP» и потерпел неудачу в исследовании фазы III, опубликованном в 2014 году, из-за повышенной смертности в контрольной группе. [10] [33] что привело к закрытию Curacyte. [34]
Аналогичным образом, Hemospan был разработан компанией Sangart и представлял собой пегилированный гемоглобин, поставляемый в порошкообразной форме. Хотя первые испытания были многообещающими, у Сангарта закончилось финансирование, и он закрылся. [10]
Стволовые клетки
[ редактировать ]Стволовые клетки предлагают возможный способ производства переливаемой крови. Исследование, проведенное Giarratana et al. [35] описывает крупномасштабное производство ex-vivo зрелых клеток крови человека с использованием гемопоэтических стволовых клеток . Культивируемые клетки имели такое же содержание гемоглобина и морфологию, что и нативные эритроциты. Авторы утверждают, что эти клетки имели почти нормальную продолжительность жизни по сравнению с естественными эритроцитами. [ нужна ссылка ]
В 2010 году ученые из экспериментального подразделения Министерства обороны США начали создавать искусственную кровь для использования в отдаленных районах и быстрее переливать кровь раненым солдатам. [36] Кровь изготавливается из гемопоэтических стволовых клеток, извлеченных из пуповины между матерью и новорожденным, с использованием метода, называемого фармированием крови . В прошлом фарминг использовался на животных и растениях для создания медицинских веществ в больших количествах. Каждая пуповина может производить примерно 20 единиц крови. Кровь производится компанией Arteriocyte для Агентства передовых оборонных исследовательских проектов . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов проверило и подтвердило безопасность этой крови на основе ранее предоставленной О-отрицательной крови. Использование этой конкретной искусственной крови снизит затраты на единицу крови с 5000 долларов США до 1000 долларов США или меньше. [36] Эта кровь также будет служить донором для всех распространенных групп крови . [37]
См. также
[ редактировать ]- Искусственные клетки, кровезаменители и биотехнология
- Заменитель плазмы крови (значения)
- Переливание крови
- Бескровная хирургия
- Эритромер
- Индуцированные стволовые клетки крови
- Респироцит
- Театральная кровь
- Комплекс Васьки : переносит кислород и водород.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Кон, Клаудия С.; Кушинг, Мелисса М. (1 апреля 2009 г.). «Кислородная терапия: перфторуглероды и безопасность заменителей крови». Клиники интенсивной терапии . Переносчики кислорода на основе гемоглобина (HBOC): будущее в реанимации? 25 (2): 399–414. дои : 10.1016/j.ccc.2008.12.007 . ПМИД 19341916 .
- ^ Хенкель-Хонке, Т.; Олек, М. (2007). «Искусственные переносчики кислорода: текущий обзор» (PDF) . Журнал ААНА . 75 (3): 205–211. ПМИД 17591302 . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 9 февраля 2016 г.
- ^ Саркар, С. (2008). «Искусственная кровь» . Индийский журнал медицины критических состояний . 12 (3): 140–144. дои : 10.4103/0972-5229.43685 . ПМЦ 2738310 . ПМИД 19742251 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Сквайрс Дж. Э. (2002). «Искусственная кровь». Наука . 295 (5557): 1002–5. Бибкод : 2002Sci...295.1002S . дои : 10.1126/science.1068443 . ПМИД 11834811 . S2CID 35381400 .
- ^ Бултон, FE (декабрь 2013 г.). «Переливание крови; дополнительные исторические аспекты. Часть 1. Рождение трансфузионной иммунологии». Трансфузиологическая медицина (Оксфорд, Англия) . 23 (6): 375–81. дои : 10.1111/tme.12075 . ПМИД 24003949 . S2CID 9038280 .
- ^ Фейгл, Е.О. (январь 1983 г.). «Коронарная физиология». Физиологические обзоры . 63 (1): 1–205. дои : 10.1152/physrev.1983.63.1.1 . ПМИД 6296890 .
- ^ Лахири, С. (апрель 2000 г.). «Исторические перспективы клеточного восприятия кислорода и реакции на гипоксию». Журнал прикладной физиологии . 88 (4): 1467–73. дои : 10.1152/яп.2000.88.4.1467 . ПМИД 10749843 . S2CID 18810282 .
- ^ Перейти обратно: а б с Рид Т.Дж. (2003). «Переносчики кислорода на основе гемоглобина: мы уже там?» . Переливание . 43 (2): 280–7. дои : 10.1046/j.1537-2995.2003.00314.x . ПМИД 12559026 . S2CID 21410359 .
- ^ Перейти обратно: а б Гудноф Л.Т., Бречер М.Е., Кантер М.Х., ОБушон Дж.П. (1999). «Трансфузиология. Первая из двух частей — переливание крови». Н. англ. Дж. Мед. 340 (6): 438–47. дои : 10.1056/NEJM199902113400606 . ПМИД 9971869 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Алаяш, А.И. (4 января 2017 г.). «Крезаменители на основе гемоглобина и лечение серповидноклеточной анемии: больше вреда, чем помощи?» . Биомолекулы . 7 (1): 2. дои : 10.3390/biom7010002 . ПМЦ 5372714 . ПМИД 28054978 .
- ^ Вебстер, Ханна (4 февраля 2023 г.). «DARPA вкладывает 46,4 миллиона долларов в разработку синтетической крови» . ЭМС1 . Проверено 17 февраля 2023 г.
- ^ Реми Б., Деби-Дюпон Дж., Лами М. (1999). «Заменители эритроцитов: фторуглеродные эмульсии и растворы гемоглобина» . Бр. Мед. Бык. 55 (1): 277–98. дои : 10.1258/0007142991902259 . ПМИД 10695091 .
- ^ «Искусственная кровь, переданная Свидетелям Иеговы при первом использовании в Америке» . Нью-Йорк Таймс . 21 ноября 1979 года.
- ^ Мариб, Элейн Никпон. Анатомия и физиология человека . 4-е изд. Менло-Парк, Калифорния: Addison Wesley Longman, Inc., 1998. 650.
- ^ Бруно, С.; Ронда, Л.; Фаджиано, С.; Беттати, С.; Моцарелли, А. (2010). «Доставка кислорода через аллостерические эффекторы гемоглобина и кровезаменителей». Медицинская химия Бургера и открытие лекарств . дои : 10.1002/0471266949.bmc048.pub2 . ISBN 978-0471266945 .
- ^ Уолл, ТЦ; Калифф, РМ; Бланкеншип, Дж.; Тэлли, доктор медицинских наук; Танненбаум, М.; Швайгер, М.; Гасиох, Г.; Коэн, доктор медицины; Санс, М.; Леймбергер, JD (1994). «Внутривенное введение флуозола в лечении острого инфаркта миокарда. Результаты исследования тромболиза и ангиопластики при инфаркте миокарда 9. Исследовательская группа TAMI 9» . Тираж . 90 (1): 114–120. дои : 10.1161/01.CIR.90.1.114 . ПМИД 8025985 .
- ^ Йоффи, Линн (1 мая 2008 г.). «Оксициты являются переносчиками кислорода, а не «искусственной» кровью» . Сердечно-сосудистые устройства и лекарства . Проверено 28 ноября 2021 г.
- ^ «Безопасность и переносимость оксицитов у пациентов с черепно-мозговой травмой (ЧМТ) (СТОП-ЧМТ)» . 11 ноября 2014 г.
- ^ Маевский, Э; Иваницкий, Г; Богданова Л; Аксенова О.; Кармен, Н; Жибурт, Э; Сенина Р; Пушкин, С; Масленников И.; Орлов А; Мариничева, И (2005). «Клинические результаты применения Перфторана: настоящее и будущее». Искусственные клетки, кровезаменители и биотехнология . 33 (1): 37–46. дои : 10.1081/BIO-200046654 . ПМИД 15768564 . S2CID 39902507 .
- ^ «Эффекты NVX-108 как радиационного сенсибилизатора при глиобластоме (ГБМ)» . 26 февраля 2019 г.
- ^ Воробьев, С.И. (19 августа 2009 г.). «Эмульсии перфторуглеродов первого и второго поколения». Фармацевтически-химический журнал . 43 (4): 209–218. дои : 10.1007/s11094-009-0268-1 . ISSN 0091-150X . S2CID 4890416 .
- ^ Кон, Клаудия С.; Кушинг, Мелисса М. (2009). «Кислородная терапия: перфторуглероды и безопасность заменителей крови». Клиники интенсивной терапии . 25 (2): 399–414. дои : 10.1016/j.ccc.2008.12.007 . ПМИД 19341916 .
- ^ Ниилер, Эрик (1 октября 2002 г.). «Неудачи компаний, производящих заменители крови». Природная биотехнология . 20 (10): 962–963. дои : 10.1038/nbt1002-962 . ISSN 1087-0156 . ПМИД 12355103 . S2CID 9147818 .
- ^ Эмберсон, Уильям; Дженнингс Дж.; Род К. (1949). «Клинический опыт применения солевых растворов гемоглобина». Журнал прикладной физиологии . 1 (7): 469–489. дои : 10.1152/яп.1949.1.7.469 . ПМИД 18104040 .
- ^ Цзинь-Ю Чен; Мишель Скербо; Джордж Крамер (август 2009 г.). «Обзор заменителей крови: изучение истории, результатов клинических испытаний и этики переносчиков кислорода на основе гемоглобина» . Клиники (Сан-Паулу) . 64 (8): 803–813. дои : 10.1590/S1807-59322009000800016 . ПМК 2728196 . ПМИД 19690667 .
- ^ Натансон С., Керн С.Дж., Лурье П., Бэнкс С.М., Вулф С.М. (май 2008 г.). «Бесклеточные кровезаменители на основе гемоглобина и риск инфаркта миокарда и смерти: метаанализ» . ДЖАМА . 299 (19): 2304–12. дои : 10.1001/jama.299.19.jrv80007 . ПМЦ 10802128 . ПМИД 18443023 .
- ^ Слоан, EP; Кенигсберг, М; Вейр, ВБ; Кларк, Дж. М.; О'Коннор, Р.; Олингер, М; Цидулка, Р. (февраль 2015 г.). «Неотложная реанимация пациентов, участвующих в исследовании клинической эффективности сшитого гемоглобина диаспирина (DCLHb) в США». Догоспитальная медицина и медицина катастроф . 30 (1): 54–61. дои : 10.1017/S1049023X14001174 . ПМИД 25499006 . S2CID 206310955 .
- ^ Зер, Леонард (21 июня 2003 г.). «Испытания оставляют Гемозол в критическом состоянии» . Глобус и почта .
- ^ «Hemosol объявляет о неплатежеспособности; акции находятся на рассмотрении TSX» . Новости ЦБК . 25 ноября 2005 г.
- ↑ Biopure предоставляет помощь PR Newswire, 16 июля 2009 г.
- ^ «FDA отвергает кровезаменитель Northfield» . Жестокая биотехнология . 1 мая 2009 г.
- ^ «Лаборатории Нортфилд ликвидировать в соответствии с главой 11» . Рейтер . 2 июня 2009 года . Проверено 31 декабря 2017 г.
- ^ Винсент, JL; Привалле, Коннектикут; Сингер, М; Лоренте, Дж.А.; Бём, Э; Мейер-Хеллманн, А; Дариус, Х; Феррер, Р; Сирвент, Дж. М.; Маркс, Г; ДеАнджело, Дж. (январь 2015 г.). «Многоцентровое рандомизированное плацебо-контролируемое исследование III фазы пиридоксалированного полиоксиэтилена гемоглобина при распределительном шоке (ФЕНИКС)». Медицина критических состояний . 43 (1): 57–64. doi : 10.1097/CCM.0000000000000554 . ПМИД 25083980 . S2CID 11133338 .
- ^ «Курицит» . Курацит . Проверено 30 декабря 2017 г.
- ^ Руссо Г.Ф., Джарратана М.К., Дуэ Л. (январь 2014 г.). «Крупномасштабное производство эритроцитов из стволовых клеток: каковы предстоящие технические проблемы?». Биотехнология. Дж . 9 (1): 28–38. дои : 10.1002/biot.201200368 . ПМИД 24408610 . S2CID 28721848 .
- ^ Перейти обратно: а б Эдвардс, Л. (13 июля 2010 г.). Искусственная кровь была разработана для поля боя . Проверено 30 ноября 2010 г.
- ^ «Фарминг крови» . Вооружённый наукой . Архивировано из оригинала 30 апреля 2019 г.