人工酸素運搬体の臨床応用に関する研究

文献情報

• 文献番号: 200808005A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 人工酸素運搬体の臨床応用に関する研究
• 課題番号: H18-創薬・一般-022
• 研究年度: 平成20(2008)年度
• 研究代表者(所属機関): 堀之内 宏久(慶應義塾大学医学部 外科)

研究分担者(所属機関)

• 小林　紘一(慶應義塾大学　医学部　外科)
• 高折　益彦(東宝塚さとう病院)
• 土田　英俊(早稲田大学理工学術院)
• 池田　久實(北海道赤十字血液センター)
• 小田切　優樹(熊本大学大学院　医学薬学研究部)
• 酒井　宏水(早稲田大学理工学術院)
• 饗庭　了(慶應義塾大学　医学部　外科)
• 甲斐　俊哉(二プロ㈱医薬品研究所)
• 高野　久輝(二プロ㈱総合研究所人工臓器開発センター)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 厚生科学基盤研究分野 創薬基盤推進研究（政策創薬総合研究）
• 研究開始年度: 平成18(2006)年度
• 研究終了予定年度: 平成20(2008)年度
• 研究費: 32,000,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

人工酸素運搬体であるヘモグロビン小胞体(HbV)のGLP試料を用いて物性の評価,動物を用いて生体反応性及び治療有効性を検討し,GMP製剤製造法を検討した.

研究方法

小角散乱X線,特殊分光法、電極法などを用い小胞体内部の物性を評価。HbV反復投与による代謝をアイソトープで評価。HbV投与後誘導される免疫抑制細胞の形質を明らかとする。動物を用い、長期生存後の組織学的変化、制御不能出血に対する効果、周術期の回復効果、体外循環での評価、臓器移植での検討、脂質の滅菌工程管理向上法の検討,粒子状物質に対する新しい滅菌技術の開発。臨床試験に応用可能な治験モデルを策定した。

結果と考察

小胞体内でHb蛋白は凝集,結晶化をせず酸素運搬機能を発揮。小胞体内で拡散障壁被膜を形成し,NOとの緩やかな反応を示す。一酸化炭素(CO)とは,拡散障壁としての役割は少ない。HbV生食分散系での電解質濃度の評価は困難。リン脂質２重膜の疎水領域におけるNO消費はほとんど無視できる。HbV反復投与では細網内皮系が飽和されるため,ABC現象は起こらない。DSPE－PEGに対するIgM抗体産生が認められた。HbV投与後の免疫抑制状態は脾内のCD11+, CD146+細胞による可能性がある。ビーグル犬に大量使用1年後,組織学的変化は認められず安全に使用可能。制御不能出血に使用して生存率を改善し,酸素代謝が維持された。マウス肺全摘後,出血の補填に使用し,回復は速やかで輸血と同等。体外循環後の脳血流の減少はHbV使用により抑制された。膵島移植にHbVを用いるとViabilityが向上,移植膵島の生着率が向上。滅菌過程での脂質分解は温度,pHに依存,脂質の安定性を確保できる工程が必要。超高圧による滅菌法について検討,滅菌条件を確立することができると考えられた。臨床応用では体外希釈式自己血保存による自己血輸血方式を利用した治験モデルを検討すべきである。

結論

HbVは他の生理活性ガスとの関与し,病的状態でも生体に有利に働く可能性がある.代謝,免疫系への変化は許容範囲内であり,長期生存,出血に対する治療,移植医療への展開が可能と考えられた.GMP製剤の開発にあたり,滅菌技術の確立が最大の課題で高圧による滅菌技術を発展させるべきである.

公開日・更新日

• 公開日: 2011-05-27
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 200808005B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 人工酸素運搬体の臨床応用に関する研究
• 課題番号: H18-創薬・一般-022
• 研究年度: 平成20(2008)年度
• 研究代表者(所属機関): 堀之内 宏久(慶應義塾大学医学部 外科)

研究分担者(所属機関)

• 小林　紘一(慶應義塾大学　医学部　外科)
• 高折　益彦(東宝塚さとう病院)
• 土田　英俊(早稲田大学　理工学術院　総合研究所)
• 池田　久實(北海道赤十字血液センター)
• 小田切　優樹(熊本大学　大学院　医学薬学研究部)
• 高野　久輝(二プロ㈱総合研究所人工臓器開発センター)
• 甲斐　俊哉(二プロ㈱医薬品研究所)
• 酒井宏水(早稲田大学理工学術院総合研究所)
• 饗庭　了(慶應義塾大学　医学部　外科)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 厚生科学基盤研究分野 創薬基盤推進研究（政策創薬総合研究）
• 研究開始年度: 平成18(2006)年度
• 研究終了予定年度: 平成20(2008)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

ヘモグロビン小胞体(HbV)の物性の詳細解析、中型動物も対象とした生体適合性と大量投与時の効能・影響の確認、新たな使用法展開、均質な物質の製造法の確立を目的とした。

研究方法

1.HbVの物性値の新手法による検討、2.動物を用いた生体適合性と各種病態への効果3.新たな使用法の開発4.GMP製造技術の確立、GLP技術によるHbV試料の安定的な作成、5.GMP製造への転換法の開発を行った。

結果と考察

1.HbVは均一粒径(238nm)、2分子膜、Hbが高濃度均一に存在する微粒子分散系で、機能的であった。粒子内にNO拡散障壁が形成され、NO結合は遅延した。COでは結合遅延は無かった。2.ビーグル犬50％出血ショックモデルで有効な蘇生効果を呈し、長期的にも安全であった。3.ラット制御不能出血モデルにおいて、生存率を改善し、有効と考えられた。4.マウス左肺全摘モデルでの検討では、周術期輸血と同等の回復が認められた。5.代謝は肝脾で行われ、Hbグロビン鎖は尿中に、脂質成分は糞中に排泄された。出血時に、末梢組織への分布増大に伴う見かけの血中半減期の減少が起こった。反復投与によるABC現象は認められなかった。6.HbVによる免疫抑制は一過性で、脾内に免疫抑制細胞が誘導されると考えられた。7.脳内出血モデルより、経時的に分解消失し、神経学的影響は認められなかった。8.高分子量DextranによるHbV凝集促進法により分離操作手順を確立し、正確な臨床検査が可能となった。9.血液型判定では自動検査法では干渉が認められるも,手動判別では問題は無かった。10.ラット体外循環モデルで、体外循環後の脳血流減少はHb小胞体使用により抑制された11.膵島の分離、培養にHb小胞体を用い,Viabilityと移植膵島の生着率が向上した。12.HbVを用いた小腸灌流で粘膜機能、蠕動運動機能が保持され、保存液の可能性がある。13.脱CO化処理工程として大型モジュールを構築、評価し、GMP製造に適していると考えた。14.GMP製造設備は外的要因で開発をを中断、計画に大幅な遅れを生じた。また、製造の最終工程である微粒子分散系の滅菌工程の改良が必要となった。

結論

HbVは分子集合技術を駆使した高度技術の成果である。HbV(GLP試料)は安全に大量投与できることが明らかとなり、GMP製剤製造と、非臨床試験・臨床試験の基礎資料を得ることができた。輸血代替としての充分な機能と安全性が担保され、今後取組むべき課題も明確となった。

公開日・更新日

• 公開日: 2011-05-27
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 200808005C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 輸血には生物製剤であるヒト血液を使用するので、保存性、感染、免疫反応などの問題を完全に解決できるものではない。本研究で開発が進められている人工酸素運搬体であるヘモグロビン小胞体は、長期保存が可能で、輸血と同等の効果を持つことが動物実験で明らかとなり、物性を小角X線散乱法やラピッドスキャン法などで詳細に検討し、均質な物質であることが確認された。生理的代謝過程に取り込まれることが明らかとなり、免疫系には抑制に働く可能性が示唆された。
• 臨床的観点からの成果: 今回の検討では大量輸注時の代謝においてAccelerated Blood Clearance (ABC)現象は明らかでなかった。大量投与における明らかな毒性は現在までない。また、制御不能出血に対する蘇生に用いると、生存時間の延長と生存率の向上に効果があることが明らかとなり、救急医療における重要な蘇生液となる可能性が示唆された。また、体外循環の充填液としてヘモグロビン小胞体を使用して、体外循環離脱直後の脳血流の著しい変動を抑制することで脳機能を保護している可能性が示唆された。
• ガイドライン等の開発: 人工酸素運搬体を臨床で応用する際にどのような治療法が望ましいかについて検討し、救急医学会の評議員にアンケートを行い、その結果を下に臨床での使用にあたっての輸注量、輸注回数の目安を検討している。GMP試料が出来次第臨床第一相試験に臨む予定であり、その成果を明らかにした後に新たガイドラインの策定に進みたいと考えています。
• その他行政的観点からの成果: 輸血の原料となる血液は日本赤十字の不断の努力で不足泣く運営されてきていますが、今後の少子高齢化社会を迎え、輸血だけでは輸血用の血液が足らない状態が出てくる可能性が高いと思います。ヘモグロビン小胞体は、日赤よりお分けいただいたた期限切れ赤血球を原料に、 ヘモグロビン小胞体を高濃度に。GMP製剤製造設備を速やかに立ち上げ、安全な小胞体が製造できるラインを作成しなければならない。
• その他のインパクト: 2008年4月29日に米国ワシントン市で人工血液に対する米国厚生省のワークショップがあり、出席をした、化学修飾したヘモグロビンは、人工血液としてはまだ十分な安全性が得られていないとされており、ヘモグロビン小胞体の臨床応用への期待が高まった。国民向けの啓発活動として2月11日(祝日)に人工血液をつくる(9）という成果発表会を催し、成果の普及に努めている。

発表件数

• 原著論文（和文）: 4件
• 原著論文（英文等）: 14件
• その他論文(和文): 4件
• その他論文(英文等): 2件
• 学会発表(国内学会): 8件
• 学会発表(国際学会等): 6件
• その他成果(特許の出願): 0件 ; 「出願」「取得」計4件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 1件 ; 人工血液をつくる(9)、2009年2月11日施行

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: Sakai H, Seishi Y, Obata Y. et.al.; Fluid resuscitation with artificial oxygen carriers in hemorrhaged rats: profiles of hemoglobin-vesicle degradation and hemotopoiesis.; Shock , 31 , 192-200 (2009)
• 原著論文2: Horinouchi H, Yamamoto H, Komatsu T. et.al.; Enhanced radiation responce of a solid tumor with the artificial oxygen carrier'albumin-heme'; Cancer Science , 99 , 1274-1278 (2008)
• 原著論文3: Yamamoto M, Izumi Y, Horinouchi H; Systemic administration of hemoglobin vesicle elevatestumor tissue oxygen tension and modifies tumor responce to irradiation; J Surgical Research , 151 , 48-54 (2009)
• 原著論文4: Sakai H, Okamoto M, Ikeda E.; Histopathological changes of rat brain after direct injection of Hb=vescles(artificial Oxygen carriers) and neurological impact in an intracerebral hemorrage model; J. Biomedical Material Research A (2009)
• 原著論文5: A. Fujimi, T. Matsunaga, M. Kobune, ; Ex vivo large-scale generation of human red blood cells from cord blood CD34+ cells by co-culturing with macrophages.; Int. J. Hematol. , 87 , 339-350 (2008)
• 原著論文6: F. Ma, Y. Ebihara, K. Umeda; Generation of functional erythrocytes from human embryonic stem cell-derived definitive hematopoiesis.; Proc. Natl. Acad. Sci. USA. , 105 , 13087-13092 (2008)
• 原著論文7: H. Sakai, A. Sato, P. Sobolewski,; NO and CO binding profiles of hemoglobin vesicles as artificial oxygen carriers.; Biochim. Biophys. Acta , 1784 , 1441-1447 (2008)
• 原著論文8: E.F. Verdu, P. Bercik, X.X. Huang, J.; The role of luminal factors in the recovery of gastric functions and behavioral changes after chronic Helicobacter pylori infection. ; Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol , 295 , 664-670 (2008)
• 原著論文9: M. Yamaguchi, M. Fujihara, S. Wakamoto; Effects of hemoglobin vesicles, a cellular-type artificial oxygen carrier, on human hematopoietic stem/progenitor cells in vitro.; J. Biomed. Materials Res. , 88 , 34-42 (2008)
• 原著論文10: K. Taguchi, T. Maruyama, Y. Iwao,; Pharmacokinetic analysis of hemoglobin vesicles for red blood cell substitution in a rat model of hemorrhagic shock; J Control Relerase (2009)
• 原著論文11: Yamaguchi M, Fujihara M, Wakamoto S; Biocompatibility Study of Hemoglobin Vesicles, Cellular-Type Artificial Oxygen Carriers, with Human Umbilical Cord Hematopoietic Stem/Progenitor Cells Using an In Vitro expansion system; ASAIO J (2009)
• 原著論文12: Anraku M, Kitamura K, Shintomo R; Effect of intravenous iron administration frequency on AOPP and inflammatory biomarkers in chronic hemodialysis patients: a pilot study. ; Clin Biochem , 14 , 1168-1174 (2008)
• 原著論文13: Iwao Y, Nakajou K, Nagai ; CD36 is one of important receptors promoting renal tubular injury by advanced oxidation protein products; Am J Physiol Renal Physiol. , 295 , 1871-1880 (2008)
• 原著論文14: Iwao Y, Hiraike M, Kragh-Hansen U,; Altered chain-length and glycosylation modify the pharmacokinetics of human serum albumin.; Biochim Biophys Acta. (2009)

公開日・更新日

• 公開日: 2015-05-26
• 更新日: 2016-01-28