人工血液代用品課件

1、人工血液代用品中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院野戰(zhàn)輸血研究所周 虹 臨床用血需求快速增長輸血是臨床常用的一種治療手段。近年來，隨著醫(yī)療技術(shù)的迅猛發(fā)展和人民群眾健康需求不斷提升，醫(yī)療機(jī)構(gòu)對血液的需求量呈現(xiàn)快速增長的趨勢。臨床用血需求量以每年10-15%的速度遞增。采血量由800余噸/年上升到3600噸/年。血液供應(yīng)不足 -“季節(jié)性缺血”目前臨床用血量的99以上來源于無償獻(xiàn)血。主要依靠街頭采血來補(bǔ)充其庫容量，受戶外環(huán)境變化、人群流動規(guī)律等因素的影響較大，難以保證血液供應(yīng)的穩(wěn)定性。血液供需矛盾突出，尤其是2010年10月份目前昆明、江蘇、北京、南京等眾多城市集中出現(xiàn)的大面積的“季節(jié)性缺血”更是引起了全國

2、性的廣泛關(guān)注。應(yīng)急突發(fā)事件亟需血液保障戰(zhàn)爭 我軍未來的主要戰(zhàn)略方向，均難以就地采血，必須依靠后方供血。因此，做好血液的保障至關(guān)重要。突發(fā)事件 美國“911”事件時，11日至14日共計采血251,370單位，約為平時的2.8倍。自然災(zāi)害 汶川和玉樹地震時的傷員救治，也充分體現(xiàn)了血液保障的重要性。血液保障的特殊性大規(guī)模應(yīng)急血液保障的問題亟待解決! 血液代用品作為藥物，能夠克服來源受限的不足，實(shí)現(xiàn)長期保存，在大規(guī)模應(yīng)急血液保障中具有不可替代的優(yōu)勢。血液自身的特殊性 保存期短運(yùn)輸條件苛刻血型配合安全風(fēng)險 空降兵獨(dú)立作戰(zhàn)醫(yī)療保障單元二炮導(dǎo)彈旅獨(dú)立醫(yī)療保障單元陸軍步兵師、團(tuán)兩級野戰(zhàn)救護(hù)所野戰(zhàn)醫(yī)院/機(jī)動醫(yī)療

3、方艙后方血源及血液代用品運(yùn)血箱（大型）專用運(yùn)血車攜血箱攜血箱攜血箱第十九條第（三）項(xiàng)明確：團(tuán)救護(hù)所以后的階梯實(shí)施輸血。申領(lǐng) + 前送前送“黃金救治時間”血液代用品（血漿代用品）（血小板代用品）紅細(xì)胞代用品紅細(xì)胞代用品氟碳化合物血紅蛋白氧載體分子間聚合分子內(nèi)交聯(lián)高聚物修飾微囊包裹Hemoglobin-Based Oxygen Carriers, HBOCs1978年第一代氟碳化合物制品Fluosol-DA20TM用于臨床實(shí)驗(yàn)，1989年被FDA批準(zhǔn)在美國用于冠狀動脈術(shù)后灌流。第二代氟碳化合物OxygentTM,已在美國、歐洲和加拿大進(jìn)入期臨床試驗(yàn)。10血紅蛋白氧載體：研究的目的集中在穩(wěn)定血紅蛋白

4、四聚體結(jié)構(gòu)、降低氧親和力和延長循環(huán)時間等幾個方面。游離血紅蛋白處于二聚體、四聚體的動態(tài)平衡中，二聚體具有腎毒性。分子內(nèi)交聯(lián)和分子間聚合能夠避免解聚。Elmer et al. Resuscitation. 2011Sakai et al. J Intern Med. 2007;263:4-15粒徑的適宜范圍開展臨床試驗(yàn)的主要品種化學(xué)特性名稱商品名研發(fā)公司雙阿司匹林交聯(lián)人血紅蛋白DCLHbHemAssistBaxter戊二醛聚合人血紅蛋白SFH-PPolyHemeNorthfield戊二醛聚合牛血紅蛋白HBOC-201HemopureBiopurePEG修飾人血紅蛋白MP4HemospanSang

5、art第一代第二代Chen et al. Clinics. 2009; 64 (8): 803-13; Elmer et al. Resuscitation. 2011理化特性比較理化特性血液第一代第二代氧親和力（P50）mmHg26285-10血紅蛋白含量g/dL13-1510-154粘度cP5-1012.5-4保存期和保存條件45天（4）1-3年，4或室溫1年膠體滲透壓mmHg252550分子量kDa500100血管內(nèi)半衰期31天18-24h43h氧親和力粘度Elmer et al. Resuscitation. 2011氣體結(jié)合-釋放能力與游離四聚體血紅蛋白、聚合血紅蛋白相比，微囊化血紅

6、蛋白結(jié)合NO和CO、釋放O2的速率降低，接近RBCSakai et al. Am J Physiol Heart Circ Physiol 298:H956-H965, 2010.代表品種Hemopure(HBOC-201) 戊二醛聚合牛血紅蛋白Hb=13g/dlP50=40mmHgIso-osmotic, in a modified lactated Ringers solutionpH=7.6-7.9Colloid(COP)26mmHgAverage Molecular Weight=250 KD(tetramer 3%)Viscosity = 2.4 centipoisePlasma h

7、alf-life19hoursEndotoxin 0.02 EU/mlShelf life 3 years at 2-30Essentially zero possibility of disease transmission研發(fā)經(jīng)歷1984 Biopure公司創(chuàng)立2001 Hemopure 在南非上市2009 Biopure公司破產(chǎn)，2010被OPK Biotech公司收購1700余例臨床應(yīng)用10年22次臨床試驗(yàn)（836例 ），南非上市（約850例），慈善捐助（54例）HBOCSafetyRiskNo RBCsSavedLives整形外科手術(shù)，貧血（HB8g/dL），伴心動過速、低血壓等RB

8、C(n=338)HBOC-201(n=350)40%RBC+HBOC-20160%HBOC-201RBCHBOC-201n338350心臟病變922P=0.0266全部85歲及以上85歲以下HBOC-201RBCHBOC-201RBCHBOC-201RBCn3503381010340328死亡(%)10(2.9%)6(1.8%)5(50%)1(10%)5(1.5%)5(1.5%)P=0.45心臟病變發(fā)生情況統(tǒng)計死亡情況統(tǒng)計第十三屆國際血液代用品會議July 27-29, 2011Anesthesia Center for Critical Care ResearchMassachusetts

9、General Hospital and Harvard Medical SchoolBoston, MA (USA)臨床前毒性評價在3g/Kg劑量下，未引起獼猴心肌損傷，未發(fā)現(xiàn)異常在豬血液置換的模型中，血壓短暫性輕度升高；心臟、腦和腎臟等重要器官血流灌注未減少；骨骼肌和肺血管床血管阻力增加；重要器官氧供得到維持或有所增加心臟保護(hù)作用在豬的冠脈結(jié)扎模型、心絞痛患者球囊導(dǎo)管或PCI患者術(shù)中經(jīng)冠脈給予氧合的HBOC-201，未發(fā)現(xiàn)心臟毒性通過心臟泵功能、心電圖和心肌缺血的指標(biāo)檢測發(fā)現(xiàn)心肌氧供得到維持能夠替代血液的氧氣運(yùn)輸功能未發(fā)現(xiàn)再灌注損傷和心肌功能異常靜脈注射HBOC-201，未發(fā)現(xiàn)冠脈或微血管

10、收縮心臟保護(hù)作用在豬的冠脈結(jié)扎模型、心絞痛患者球囊導(dǎo)管或PCI患者術(shù)中經(jīng)冠脈給予氧合的HBOC-201，未發(fā)現(xiàn)心臟毒性通過心臟泵功能、心電圖和心肌缺血的指標(biāo)檢測發(fā)現(xiàn)心肌氧供得到維持能夠替代血液的氧氣運(yùn)輸功能未發(fā)現(xiàn)再灌注損傷和心肌功能異常靜脈注射HBOC-201，未發(fā)現(xiàn)冠脈或微血管收縮 我國，起步于20世紀(jì)70年代。在“九五”、“十五”期間，凱正生物工程公司在國家863計劃支持下，已開發(fā)出PEG-bHb，形成了一套有自主知識產(chǎn)權(quán)的中試放大工藝路線，目前己完成期第一階段臨床試驗(yàn)，是我國目前唯一進(jìn)入臨床試驗(yàn)的紅細(xì)胞代用品。西北大學(xué)研究的戊二醛交聯(lián)豬血紅蛋白也已基本完成臨床前研究，準(zhǔn)備開展臨床試驗(yàn)。

11、微囊化血紅蛋白（即人工紅細(xì)胞Artificial red blood cells, ARBC）。目前被認(rèn)為是最安全、最有應(yīng)用前景的紅細(xì)胞代用品，目前廣泛用無毒性的脂質(zhì)體( liposome)作為成膜材料,但制備脂質(zhì)體的難點(diǎn)在于脂質(zhì)體包封率低（游離血紅蛋白必須少于0.26-0.72g/L，因此包封率應(yīng)在99%以上，而普通脂質(zhì)體類產(chǎn)品包封率在80%以上）、粒徑均一性差、產(chǎn)品不穩(wěn)定。微囊化血紅蛋白 一種全新結(jié)構(gòu)的納米藥物載體Lipodur，將脂質(zhì)體內(nèi)、外相改造成凝膠態(tài)結(jié)構(gòu)。凝膠態(tài)內(nèi)相降低了傳統(tǒng)脂質(zhì)體液態(tài)內(nèi)相流動性大引發(fā)的滲漏、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題，而外相凝膠態(tài)又克服傳統(tǒng)脂質(zhì)體液態(tài)外相中，液體流動性大脂質(zhì)

12、體粒子易發(fā)生聚集、融合、沉降等問題。外相凝膠態(tài)脂質(zhì)體中，脂質(zhì)體粒子鑲嵌于凝膠三維結(jié)構(gòu)中，不可能發(fā)生聚集、沉降、融合現(xiàn)象。因此，從結(jié)構(gòu)上Lipodur是一穩(wěn)定體系，解決了傳統(tǒng)脂質(zhì)體物理不穩(wěn)定等問題。包封率：99%，游離血紅蛋白為0，P50值：12.21mmHg，低于人血（26 mmHg），說明氧親和力比人血增高。滲漏實(shí)驗(yàn)：血紅蛋白微囊與生理鹽水混合，4保存，90天無血紅蛋白滲漏。20%失血大鼠輸注，72小時存活率100%。無血尿等異常現(xiàn)象。膠體滲透壓：42.8 mmHg，高于人血（25 mmHg）。肝 脾 腎 心在20ml/kg的劑量下單次給予健康大鼠是安全可靠的。主要臟器的病理切片“人工紅細(xì)胞

13、”藥效學(xué)評價-大鼠失血性休克模型 現(xiàn)有的血液代用品均側(cè)重于模擬正常紅細(xì)胞的生理生化功能如攜氧功能，大多數(shù)研究者沒有認(rèn)識到模擬正常紅細(xì)胞力學(xué)特性和流變學(xué)特性的重要性。以往的研究忽略了血紅蛋白與膜蛋白之間、膜蛋白與膜脂之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，以及這種關(guān)系對紅細(xì)胞具有優(yōu)良可變型性和流變學(xué)性質(zhì)的貢獻(xiàn)。體外重建人工紅細(xì)胞 確定了體外重建人工紅細(xì)胞的工藝技術(shù)路線和實(shí)驗(yàn)方法。通過實(shí)驗(yàn)已確定了結(jié)構(gòu)蛋白的分離制備工藝和磷脂純化工藝，已采用分子裝配方法通過結(jié)構(gòu)蛋白的自組裝和極性誘導(dǎo)組裝的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)蛋白與膜磷脂的有效締和；通過血紅蛋白的導(dǎo)入并與膜結(jié)構(gòu)蛋白結(jié)合，實(shí)現(xiàn)脂質(zhì)體微囊的形成并在結(jié)構(gòu)蛋白的作用下形成重建人工紅細(xì)胞形

14、態(tài)。 重建的紅細(xì)胞在micro-pipette系統(tǒng)中進(jìn)行的觀察和細(xì)胞力學(xué)測量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示重建紅細(xì)胞具有雙凹碟盤形態(tài)，如同正常紅細(xì)胞一樣，而且可以通過控制條件制備獲得納米級工智能尺寸的重建人工紅細(xì)胞；重建的人工紅細(xì)胞呈現(xiàn)活躍波動性，其力學(xué)特性和細(xì)胞表面積/體積比值與正常紅細(xì)胞極其相似。 對重建的人工紅細(xì)胞進(jìn)行了一系列基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，其中包括波頓小室實(shí)驗(yàn)、滲透壓實(shí)驗(yàn)、攜氧及反復(fù)攜氧功能實(shí)驗(yàn)等。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：重建的人工紅細(xì)胞有良好的可變形性，在毛細(xì)血管的微循環(huán)中不造成栓塞；重建人工紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，有很好的抗低滲功能，在血管中不易破碎；重建的人工紅細(xì)胞與天然紅細(xì)胞一樣，具有攜氧以及反氧功能。 H

15、. Erythrocyte (SEM). 8000 x（1）形態(tài)學(xué)觀察：天然紅細(xì)胞與重建紅細(xì)胞膜蛋白原位熒光共聚焦分析天然紅細(xì)胞重建紅細(xì)胞綠色熒光為Spectrin, 紅色熒光為Band 3, 黃色熒光為重疊圖像（2） 力學(xué)特性與攜氧功能紅細(xì)胞類型彈性模量 （10-3dyn/cm） 粘性系數(shù)（10-4dyns/cm）表/體比值重建人工紅細(xì)胞4.5627.892 0.1750.3721.4751.532天然正常紅細(xì)胞1.1208.7530.1850.4521.3861.436根據(jù)Hemispherical cap model (From Cheins theory)計算糖酐-牛血紅蛋白紅細(xì)胞代用品 糖酐血紅蛋白共價化合物含有糖酐（Dextran）與血紅蛋白，可同時滿足紅細(xì)胞代用品及血漿代用品的雙重功能。 由于糖酐在不同pH維持高水溶性，對Hb有穩(wěn)定作用，凍干的Dx-Hb亦很容易加水后溶解使用。 Dx-Hb不進(jìn)入腎小管或淋巴系統(tǒng)。所以Dx-Hb在血漿半衰期比其他含Hb代用品長, 長達(dá)2.9天。 利用血液置換模型，將狗血細(xì)胞用Dx-Hb替換,血細(xì)胞比容由正常的40%下降到2%以下仍可以在普通空氣下生存及自動康復(fù)復(fù)蘇治療液N生存(%)復(fù)蘇液775復(fù)蘇液含有5%Dx-Hb9100在豚鼠失血性休克情況下, Dx-Hb可以有効地支持豚鼠康復(fù)。