救急・災害医療に利用可能な人工赤血球の開発に関する研究

文献情報

• 文献番号: 200501102A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 救急・災害医療に利用可能な人工赤血球の開発に関する研究
• 研究課題名（英字）: -
• 課題番号: H16-医薬-069
• 研究年度: 平成17(2005)年度
• 研究代表者(所属機関): 四津 良平(慶應義塾大学医学部外科)

研究分担者(所属機関)

• 外　須美夫(北里大学医学部麻酔科)
• 坂本　篤裕(日本医科大学麻酔学教室)
• 相川　直樹(慶應義塾大学医学部救急部)
• 堀之内　宏久(慶應義塾大学医学部外科)
• 小松　晃之(早稲田大学理工学総合研究センター)
• 大鈴　文孝(防衛医科大学校第一内科)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 医薬品・医療機器等レギュラトリーサイエンス総合研究
• 研究開始年度: 平成15(2003)年度
• 研究終了予定年度: 平成17(2005)年度
• 研究費: 18,000,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

救急・災害医療において輸血は必要不可欠な治療手段であり、患者の予後を決定する場合が多いので、長期保存が可能で、時と場所を選ばずに使用できる人工赤血球の実現は、次世代医療に重要な意義を持つ。平成17年度は前年度に引き続き救急･災害医療で想定される問題について、人工赤血球(ヘモグロビン小胞体: HbV、アルブミン-ヘム)の有用性を検討した。

研究方法

体外循環補填液としてのHbV の有用性をビーグル幼犬モデルで検討した。出血性ショック蘇生液としての有用性は、腹腔内出血合併ラットモデル、家兎モデルにより検討した。虚血性疾患に対する効果は、心筋・脳の虚血-再灌流モデルにより検討した。投与HbVを循環血液中から分離除去する方法を遠心分離法と限外濾過法により検討した。ハムスター皮下微小循環観測モデル、有茎皮弁モデルを用い、虚血領域の酸素分圧改善に必要なHbVの最適物性値を検討した。HbVの機能劣化を遅延するL-Tyr/metHb添加系の反応機序を検討した。アルブミン-ヘムをPEG修飾し、溶液物性値、機能半減期を検討した。

結果と考察

体外循環回路補填液としてHbVを使用した場合の循環動態は、輸血と同等で、脳血流も維持されたと考えられた。腹腔内出血合併モデルでは、循環動態、サイトカイン産生は対照群と有意差を認めなかった。多臓器酸素分圧と血管透過性、血行動態から、HbVの蘇生効果と臓器機能の保持効果を得た。虚血性疾患モデルでは、HbVの心筋保護効果を認めた。脳虚血では、梗塞巣の拡大を抑制できる投与条件が示された。投与HbVを循環血液中より分離除去する方法が開発され、適応の拡大が期待された。有茎皮弁の虚血領域の微小循環が、酸素親和度・血液粘度が共に高いHbVの投与で改善、壊死細胞数も減少し、皮弁生着の促進が期待された。更に、酸素親和度の高いHbVによる血液希釈では、皮下組織血流の保持、酸素供給の増大を認めた。HbVの機能劣化を低減するmetHb/L-Tyr共存系の反応機序を解明した。アルブミン-ヘムにマレイミド型PEG修飾を行い酸素親和度、滞留時間、膠質浸透圧、粘度が適度の値に調節できた。

結論

第一期(H15-17年度)最終年度として、臨床応用を踏まえた基礎検討が進展し、人工赤血球が救急・災害医療に利用可能であることを明示でき、当初の目標を完了させた。

公開日・更新日

• 公開日: 2009-04-23
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 200501102B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 救急・災害医療に利用可能な人工赤血球の開発に関する研究
• 研究課題名（英字）: -
• 課題番号: H16-医薬-069
• 研究年度: 平成17(2005)年度
• 研究代表者(所属機関): 四津 良平(慶應義塾大学医学部外科)

研究分担者(所属機関)

• 小川　龍(日本医科大学麻酔学教室)
• 坂本　篤裕(日本医科大学麻酔学教室)
• 外　須美夫(北里大学医学部麻酔科)
• 相川　直樹(慶應義塾大学医学部救急部)
• 堀之内　宏久(慶應義塾大学医学部外科)
• 小松　晃之(早稲田大学理工学総合研究センター)
• 佐久間　一郎(北海道大学医学部循環病態内科学)
• 大鈴　文孝(防衛医科大学校第一内科学教室)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 医薬品・医療機器等レギュラトリーサイエンス総合研究
• 研究開始年度: 平成15(2003)年度
• 研究終了予定年度: 平成17(2005)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

長期保存が可能で、感染源や血液型の無い、安定で安全な人工赤血球が、救急・災害医療に利用可能であることを明らかにする。

研究方法

救急災害医療の現場を想定した動物実験モデルにより、人工赤血球(ヘモグロビン小胞体: HbV, アルブミン-ヘム)の有用性を検討した。具体的には、(1) 緊急時の体外循環回路の補填液、(2) 出血性ショック蘇生液としての緊急的投与、(3) 心、脳などの虚血性疾患に対する緊急対応、である。更に、投与した人工赤血球を循環血液から分離除去する方法、虚血組織酸素化の機序、物性値の最適化も検討した。

結果と考察

人工心肺回路に対し無輸血充填を行うと高度の血液希釈が生じ、新生児では高次脳機能の発達遅延を来たす可能性がある。そこでラット人工心肺モデルを確立し、HbV充填を検討したところ、高次脳機能の維持を確認した。出血性ショックモデル(ビーグル)により、アルブミン-ヘムの有効性を得た。腹腔内出血を合併する出血性ショックモデルでの、循環動態、サイトカイン産生はHbV注入群と対照群に有意差を認めなかった。家兎出血性ショックモデルでは、臓器酸素分圧と血管透過性、血行動態から、HbVの蘇生効果を得た。虚血性疾患モデルでは、HbVの心筋保護効果が確認され、また脳梗塞巣の拡大を抑制する投与条件を得た。投与HbVが循環血液中から分離除去でき、適用の拡大が期待された。有茎皮弁の虚血領域の微小循環が、酸素親和度・血液粘度が共に高いHbVの投与で改善された。更に、酸素親和度の高いHbVによる血液希釈では、皮下組織血流と、酸素供給の保持を認めた。また、その機序を微小血管からの酸素放出速度から解明した。HbVの機能劣化に対し、還元剤の併用や内水相にL-Tyr/metHbを共存させる方法が有効であった。アルブミン-プロトヘム誘導体も酸素結合が可能、またアルブミン-ヘムにマレイミド型PEG修飾が諸物性値の最適化に有効であった。既存の製剤用バッグや関連法規等の調査結果と救急臨床医の意見を総合し、包装形態の要求性能が明らかにされた。

結論

人工赤血球が救急・災害医療に利用可能であることを実証することができ、第一期(H15-17年度)当初の目標を完了させた。第二期(H18-20年度, 申請中)では「血液製剤安定確保のための、体外循環・虚血性疾患等の治療に使用する人工酸素運搬体に関する研究」として、更なる研究推進の予定である。

公開日・更新日

• 公開日: 2009-04-23
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 200501102C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 救急災害医療の現場を想定した動物実験モデルにより、人工赤血球が(1) 緊急時の体外循環回路の補填液、(2) 出血性ショック蘇生液としての緊急的投与、(3) 心、脳などの虚血性疾患に対する緊急対応に応用可能であることを明らかにした。特に、体外循環回路補填液としてヘモグロビン小胞体を使用することにより高次脳機能障害を低減した結果は、American Heart Associationの総会で取り上げられ、新しい治療法として期待が高まった(同学会誌Circulationに掲載の予定)。
• 臨床的観点からの成果: 人工赤血球の臨床第一相試験(平成19年度開始予定)に引き続いて実施される第二相試験では、具体的に人工赤血球の適応を限定し有効性と安全性の両面を検討することになる。本研究班で得られた成果は、臨床第二相、第三相試験のプロトコール策定のための重要な知見である。
• ガイドライン等の開発: 全くの新しい製剤としての人工赤血球について、その製造法の基本的留意事項が日本血液代替物学会で審議され、第12回日本血液代替物学会および第10回血液代替物国際会議で発表された
• その他行政的観点からの成果: 次世代医療機器評価指標ガイドライン作成事業が、(厚労省)次世代医療機器評価指標検討会/(経産省)医療機器開発ガイドライン評価検討委員会のワーキンググループとして進められ、検討項目「リポソーム等のデリバリーシステム」に、人工赤血球も該当するとの意見があり審議対象となった。薬物担体であるリポソーム(リン脂質小胞体)を医療機器として位置付けることが国外動向や科学的論拠から考えて不可能であること、また薬物とその担体とが一体となった最終製品を医薬品として審査対象とするのが妥当との答申が委員会に上申された。
• その他のインパクト: 本研究成果を広く国民に周知させるため、国民向け公開シンポジウム「平成17年度 研究成果発表会：人工血液をつくる（6）」を開催した(日時：平成18年2月11日(建国記念の日) 13：00〜17：00、場所：日本科学未来館 7F みらい CAN)。聴講者150名余を集め、人工赤血球の開発の現状と、期待について討論が行われた。国内主要新聞に計3件、人工赤血球の期待と、開発状況について取り上げられた。

発表件数

• 原著論文（和文）: 0件
• 原著論文（英文等）: 42件
• その他論文(和文): 10件
• その他論文(英文等): 4件
• 学会発表(国内学会): 75件
• 学会発表(国際学会等): 35件
• その他成果(特許の出願): 0件 ; 「出願」「取得」計2件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 2件
• その他成果(普及・啓発活動): 1件

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: H. Sakai, H. Horinouchi, M. Yamamoto, et al.; Acute 40% exchange transfusion with Hb-vesicles (HbV) suspended in recombinant HSA solution: Degradation of HbV and erythropoiesis in rat spleen observed for 2 Weeks.; Transfusion , 46 , 339-347 (2006)
• 原著論文2: H. Sakai, H. Horinouchi, E. Tsuchida, et al.; One-year observation of Wistar rats after infusion of Hb-vesicles (Artificial oxygen carriers).; Artif. Cells Blood Substitutes Biotechnol. , 34 (2006)
• 原著論文3: S. Wakamoto, M. Fujihara, H. Abe, et al.; Effects of hemoglobin vesicles on resting and agonist-stimulated human platelet in vitro. ; Artif. Cells Blood Substitutes Biotechnol. , 33 , 101-111 (2005)
• 原著論文4: H. Abe, M. Fujihara, K. Ikebuchi, et al.; Interaction of hemoglobin vesicles, a cellular-type artificial oxygen carrier, with human plasma: Effects on coagulation, kallikrein-kinin, and complement. ; Artif. Cells Blood Substit. Biotechnol. , 34 , 1-10 (2006)
• 原著論文5: P. Cabrales, H. Sakai, A.G. Tsai, et al.; Oxygen transport by low and normal P50 Hb-vesicles in extreme hemodilution. ; Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. , 288 , 1885-1892 (2005)
• 原著論文6: C. Contaldo, J. Plock, H. Sakai, et al.; New generation of hemoglobin-based oxygen carriers evaluated for oxygenation of critically ischemic hamster flap tissue.; Crit. Care Med. , 33 , 806-812 (2006)
• 原著論文7: H. Sakai, P. Cabrales, A.G. Tsai, et al.; Oxygen Release from low and normal P50 Hb-vesicles from Transiently Occluded Arteriole in the Hamster Window Model.; Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. , 288 , 2897-2903 (2005)
• 原著論文8: J.A. Plock, C. Contaldo, H. Sakai, et al.; Is the Hb in Hb-vesicles infused for isovolemic hemodilution necessary to improve oxygenation in critically ischemic hamster skin?; Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. , 289 , 2624-2631 (2005)
• 原著論文9: R.-M. Wang, T. Komatsu, A. Nakagawa, et al.; Human serum albumin bearing covalently attached iron (II) porphyrins as O2-binding sites. ; Bioconjugate Chem. , 16 , 23-26 (2006)
• 原著論文10: T. Komatsu, N. Ohmichi, A. Nakagawa, et al.; Tsuchida. O2 and CO binding properties of artificial hemoproteins formed by complexing iron protoporphyrin IX with human serum albumin mutants. ; J. Am. Chem. Soc. , 127 , 15933-15942 (2005)
• 原著論文11: T. Komatsu, Y. Oguro, A. Nakagawa, et al.; Albumin clusters: structurally defined protein tetramer and oxygen carrier including thirty-two iron(II) porphyrins.; Biomacromolecules , 6 , 3397-3403 (2005)
• 原著論文12: A. Nakagawa, T. Komatsu, M. Iizuka, et al.; Human serum albumin hybrid incorporating tailed porphyrinatoiron(II) in the α,α,α,β-conformer as an O2-binding site. ; Bioconjugate Chem. , 17 , 146-151 (2005)
• 原著論文13: K. Terajima, T. Tsueshita, A. Sakamoto, et al.; Fluid resuscitation with Hemoglobin Vesicles in a rabbit model of acute hemorrhagic shock.; Shock , 25 , 184-189 (2006)
• 原著論文14: H. Taniguchi, Y. Momiyama, R. Ohmori, et al.; Associations of plasma C-reactive protein levels with the presence and extent of coronary stenosis in patients with stable coronary artery disease. ; Atherosclerosis , 178 , 173-177 (2005)

公開日・更新日

• 公開日: 2017-05-22
• 更新日: -