CN101190409B - 一种血液净化蛋白a免疫吸附材料及其合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于血液净化的葡萄球菌蛋白A(SPA)免疫吸附材料及其制备方法。公开了琼脂糖凝胶与SPA偶联的高分子材料，该材料以琼脂糖凝胶为载体基质，与环氧溴丙烷试剂反应后得到环氧基活性载体，再以多胺类试剂作为间隔臂，接着与羰基二咪唑反应后偶联SPA而得到。该材料的合成时间短、制备安全；产品具有特异性强、对免疫球蛋白及其复合物的吸附效率高、再生性能好的特性，可应用于临床上免疫吸附治疗。

Description

一种血液净化蛋白A免疫吸附材料及其合成方法

技术领域

本发明属于医用生物材料，具体涉及用于血液净化治疗的蛋白A免疫吸附材料及其合成方法。

背景技术

很多疾病的发生与发展都是由于致病因子在机体内积累的结果，如过多的苷油三脂、胆固醇、脂质等在机体内积累可引起高脂血症及一系列心脑血管疾病，自身免疫性疾病如系统性红斑狼疮(SLE)、原发性血小板减少性紫癜、重症肌无力等一系列症状都是由于机体内出现一些自身抗体所致。恶性肿瘤细胞产生一些免疫抑制复合物，抑制机体的正常免疫反应，一方面使癌细胞逃脱机体免疫系统用而生存；另一方面导致机体免疫功能下降而出现恶性进行性发展。很多危重症如多器官功能衰减、严重外伤、急性坏死性胰腺炎、严重急性感染等，死亡原因很大部分因素是由于机体内过多地产生蛋白质酶、细胞因子等，引起的恶性循环反应的结果。目前肾衰病人的并发病及死因也是由于一些大分子物质在机体不能很好地被清除的结果。能特异有效地从机体内清除这些致病因子(一般都是分子量较大的物质)而又不造成对机体的损害，如丢失过多的营养蛋白质(如白蛋白等)与功能性蛋白质(如凝血因子等)是临床医学近一二十年来一直不断探索的问题。

早在一个多世纪以前就已开始应用分子筛的原理，进行血液透析治疗清除机体代谢废物，对肾衰病人进行肾脏替代治疗。随着科学技术的发展，目前血透已成为晚期肾衰的主要治疗手段，全球有一百多万晚期肾衰病人依靠血透而生存。最近十多年来，更多的血液净化方法发展起来。通过膜血浆分离的方法，将病人的血浆与血细胞分离，去掉含有致病因子的血浆，再补充新鲜正常人血浆，对自身免疫性疾病的治疗取得显著效果。通过离子交换的原理，吸附出血液中的过多脂蛋白，已证明是目前一种比较有效的高脂血症，特别是遗传性高脂血症的有效治疗手段。应用连续性血液净化的方法，不但可以有效地纠正病人的水电解质及酸碱平衡紊乱，而且还能去除机体内的一些酶及细胞因子等致病物，使很多危重症病人的生命得以挽救。

尽管如此，上述治疗方法还是有很多无法克服的不足之处。如分子筛原理血液净化方法，是根据分子大小对物质进行分离。对于一些大分子致病因子及一些与体内大分子蛋白质结合的(如与白蛋白结合)致病因子，不能有效地清除。血浆分离方法，不但清除了致病因子，同时也清除了机体内的有效成分，如白蛋白、纤维蛋白、凝血因子等。离子交换原理血液净化方法，特异性不是太强等。为了克服上述方法的不足之处，随着生物学、化学、材料学、医学等学科的不断发展，一种利用亲和层析原理的免疫吸附血液净化方法在最近十年得到了广泛的重视和快速发展。

免疫吸附疗法是近十五年来发展起来的一种新技术，用于治疗一些传统方法难以奏效的疾病。它将抗原、抗体或某些具有特定物理化学亲和力的物质作为配体与载体结合，制成吸附柱，利用其特异性吸附性能，选择性或特异性地清除患者血液中内源性致病因子，从而达到净化血液、缓解病情的目的。目前临床上应用免疫吸附能够通过特异性地清除自身抗体，治疗多种自身免疫性疾病和器官移植排斥反应，以及通过吸附低密度脂蛋白治疗高胆固醇血症及其并发症。这项技术与血浆置换相比，能迅速有效选择性清除多种自身抗体，具有治疗剂量大，不丢失血浆有用成分，不需置换血浆，可避免传播疾病的可能等优点，而且治疗效果显著。同时由于配体和抗体之间专一而可逆的结合，免疫吸附材料能反复洗脱重复使用，降低了患者的治疗成本。2001年，在英国伦敦召开了欧洲第一届免疫吸附研讨会，来自17个国家的200多位专家学者参加了会议，重点讨论了免疫吸附在风湿病、肾脏病、神经系统疾病、血液病和心血管疾病中应用的经验，免疫吸附治疗已逐渐成为血液净化技术的一个重要分支，日益受到医学界的广泛关注。

葡萄球菌蛋白A(SPA)是某些金黄色葡萄球菌细胞壁上的一种蛋白质，其分子量为约42kD，其氨基末端含有4个高度类似的免疫球蛋白Fc段结合区，可与人血浆中的抗体(如免疫球蛋白IgG)及其免疫复合物的Fc段特异结合。如果将SPA固定在某一载体上制备成载体-SPA复合物免疫吸附柱，当人体血浆通过该吸附柱时，血浆中的抗体及其免疫复合物就会被特异性地吸附而清除，一些因抗体和免疫复合物导致的疾病与症状，如自身免疫性疾病、器官移植排斥反应、恶性肿瘤等即可得到治疗与缓解。免疫吸附治疗的关键是免疫吸附柱的研制，具体的说就是免疫吸附柱中免疫吸附材料的合成，所以将SPA固定在载体上的合成技术至关重要。目前，临床上使用的蛋白A免疫吸附材料采用的载体基质主要是琼脂糖凝胶和硅胶，偶联试剂一般采用溴化氰、羰基咪唑、环氧氯丙烷等。由于溴化氰是剧毒物质，合成过程对人体和环境危害较大；并且用溴化氰方法偶联的蛋白基团容易脱落进入人体，对病人产生较大的副作用。所以这一合成工艺不甚理想。

贾凌云和夏列波等人发明了蛋白A-琼脂糖免疫吸附材料的新方法，它们分别采用羰基二咪唑(申请号：01106107.3，公开号：CN1367181A)和环氧氯丙烷(申请号：01103114.X，公开号：CN1365853A)作为偶联试剂活化琼脂糖载体。虽然这两种方法剔除了剧毒物质溴化氰，其制备的材料使用也更安全，但其制备过程由于采用戊二醛作为交联剂，需要经过10～20个小时的封端反应和双键还原得到，反应时间长，增加了产业化成本。并且因反应复杂导致吸附材料产品质量批间差异大，性能不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无毒、无害、吸附效率高以及稳定性能好的蛋白A免疫吸附材料。

本发明的另一目的是提供一种新的蛋白A免疫吸附材料的制备方法，该方法无毒、无害，反应产物无需封端和还原双键，缩短了反应时间。

本发明的第三个目的就是提供上述吸附材料在血液净化中的应用。

本发明的技术方案是：

蛋白A免疫吸附材料，是琼脂糖凝胶与SPA偶联的高分子材料，其具有如下的化学结构：

其中：

代表琼脂糖凝胶；X代表

其中，n＝1～3；SPA代表葡萄球菌蛋白A。

琼脂糖凝胶是一种天然多糖，含有丰富的羟基，它可参与多种化学反应转化为活性基团，然后与蛋白A反应固定在琼脂糖凝胶载体上。本发明的基本构想是：选用环氧溴丙烷作为活化琼脂糖凝胶的试剂，较环氧氯丙烷而言，环氧溴丙烷具有更高的反应活性；经环氧溴丙烷活化后得到带环氧基团的琼脂糖凝胶，接着用多胺类试剂作为间隔臂与之反应，最后与羰基二咪唑进行反应，键合蛋白A。其合成的具体过程如下：

a.环氧溴丙烷与琼脂糖凝胶在1～3M的NaOH水溶液中，于20～40℃反应2～6小时，其中NaOH水溶液中含重量比为0.2％(w/w)的硼氢化钠，琼脂糖凝胶在反应液中所占的体积比为30％～50％；

b.步骤a所得产物加入pH＝7～9的硼酸盐缓冲溶液中，加入多胺类试剂作为间隔臂，多胺类试剂充分过量，在40～70℃反应2～6小时；

c.步骤b反应结束后，依次用体积比为25％、50％、75％、100％(v/v)的无水二氧六环梯度溶液淋洗，将载体逐渐由水相转移到无水二氧六环溶剂中，然后加入N，N’-羰基二咪唑在无水二氧六环溶剂中反应2～6小时，反应温度为4～30℃；

d.步骤c所得产物依次用4℃的体积比为100％、75％、50％、25％(v/v)二氧六环梯度浓液和蒸馏水淋洗，将载体逐渐转移到水相；在水相体系中，以硼酸盐为缓冲溶液控制反应体系pH值为7.5～9.5，加入过量蛋白A与其反应。

反应方程式如下：

其中，X代表

其中n＝1～3；H-X-NH₂代表多胺类试剂，

为琼脂糖凝胶；SPA为葡萄球菌蛋白A。

具体的多胺类试剂为乙二胺、二乙三胺和三乙四胺中的任一种。

SPA是一个分子量约42kD的大分子，与其特异性结合的抗体及其免疫复合物分子更大，其分子量是几十万到上百万，蛋白A要保持其吸附能力，需要保证与琼脂糖键合后，其空间立体结构不变形。同时，大分子抗体及其免疫复合物与蛋白A的接触也需要足够的空间，蛋白A免疫吸附材料的微环境对其吸附能力影响很大。SPA的IgG结合位点只有充分裸露在琼脂糖凝胶载体外面，被吸附的抗体及其免疫复合物才能尽可能地无空间障碍地与蛋白A接触，充分发挥蛋白A的吸附能力。如果在材料表面与蛋白A之间有一定长度的间隔臂，使蛋白A与材料表面保持一定的距离，将保证其空间结构不变，同时抗体及其免疫复合物能不受空间障碍地与蛋白A尽可能接触，提高吸附材料上蛋白A的吸附效率。传统上用的间隔臂为1，6-己二胺和1，8-辛二胺等二胺类长链试剂，但这类物质碳链较长，疏水性较大，会导致吸附材料的非特异性吸附，影响了免疫吸附材料的性能。本发明采用多胺类物质为间隔臂，由于多胺类物质有多个氮原子，因而亲水性较强，当碳链增长时不会影响免疫吸附剂的吸附性能。本发明选择多胺类试剂作为琼脂糖载体和蛋白A之间的间隔臂，能得到不同间隔臂长的蛋白A吸附材料，材料具有较高的吸附性能，固载效率和牢固度也较高。

由于空间的障碍，大分子的蛋白A偶联到琼脂糖凝胶上后，还有一些未反应完的羰基咪唑基团。由于羰基咪唑在水溶液中很不稳定，容易分解为水溶性的羧酸基。由于最后得到的蛋白A免疫吸附材料保存在水溶液中，未反应完的羰基咪唑基会很快消失，所以产品无需进行封端反应，减少了反应时间。

本发明还包括所述的蛋白A免疫吸附材料在血液净化中的应用。

基于以上叙述，本发明的显著优势和效果是：

1、选用环氧溴丙烷为活化试剂，其化学活性较强，能得到较高的环氧含量，这样就能固载较高含量的蛋白A，提高材料的吸附性能。

2、多胺类试剂分子含有一定的长度，这样就在琼脂糖凝胶载体表面与蛋白A之间引入了间隔臂，为蛋白A与抗体及抗原-抗体复合物的结合创造了足够的空间，提高了蛋白A的活性和对抗原-抗体复合物的结合效率。

3、最后得到的产品不需要进行端基封闭和双键还原反应，大大缩短了反应时间，降低了反应成本。

4、多胺类物质有多个氮原子，因而亲水性较强，作为间隔臂提高了吸附材料的吸附效率，且再生性能好。

以上的优势在临床治疗上表现为提高了临床治疗效果、安全性和可靠性。体外血浆吸附试验数据表明，本发明的蛋白A免疫吸附材料对人体免疫球蛋白特别是IgG具有特异性吸附。

具体实施方式

以下详述本发明的实施例。应理解的是，本发明的实施例用于说明本发明而不是对本发明的限制。根据本发明的实质而进行的改进都属于本发明要求保护的范围。

实施例一：

含有环氧基的活性Sepharose 6FF琼脂糖凝胶的合成

在5L的反应器中加入1升商品名为Sepharose 6FF的琼脂糖凝胶，1500毫升2.5mol/L的NaOH水溶液，3克硼氢化钠，混合均匀，加入300mL左右的环氧溴丙烷后，置于恒温摇床中，在30℃下反应4小时。结束反应，将凝胶过滤，用大量蒸馏水冲洗至中性。将活化好的介质储存在4℃备用。用硫代硫酸钠法检测用这种方法活化的凝胶中的环氧基团数量，测得每毫升至少有50μmol的环氧活性基团。

实施例二：

含有氨基的活性Sepharose 6FF琼脂糖凝胶的合成

1.环氧活性Sepharose 6FF琼脂糖凝胶与二乙三胺的反应

在5L的反应器中加入“实施例一”中合成的环氧活性Sepharose 6FF琼脂糖凝胶1升，0.1mol/L的硼酸盐缓冲液1.5L，pH值控制在7.0～9.0范围内，加入200mL二乙三胺，在50℃恒温反应2小时。反应停止后，用1mol/L氯化钠溶液和消毒水大量冲洗，除去残留的二乙三胺，得到含有氨基的活性Sepharose 6FF琼脂糖凝胶。

2.环氧活性Sepharose 6FF琼脂糖凝胶与乙二胺的反应

在5L的反应器中加入“实施例一”中合成的环氧活性Sepharose 6FF琼脂糖凝胶1升，0.1mol/L的硼酸盐缓冲液1.5L，pH值控制在7.0～9.0范围内，加入160mL乙二胺，在55℃恒温反应3小时。反应停止后，用1mol/L氯化钠溶液和消毒水大量冲洗，除去残留的乙二胺，得到含有氨基的活性Sepharose 6FF琼脂糖凝胶。

3.环氧活性Sepharose 6FF琼脂糖凝胶与三乙四胺的反应

在5L的反应器中加入“实施例一”中合成的环氧活性Sepharose 6FF琼脂糖凝胶1升，0.1mol/L的硼酸盐缓冲液1.5L，pH值控制在7.0～9.0范围内，加入220mL三乙四胺，在45℃恒温反应4小时。反应停止后，用1mol/L氯化钠溶液和消毒水大量冲洗，除去残留的三乙四胺，得到含有氨基的活性Sepharose 6FF琼脂糖凝胶。

实施例三：

含有羰基咪唑基Sepharose 6FF琼脂糖凝胶的合成

将“实施例二”(1、2或3)中合成的氨基活性Sepharose 6FF琼脂糖凝胶1升依次用25％、50％、75％、100％(v/v)的无水二氧六环梯度溶液淋洗，将凝胶逐渐由水相转移到无水二氧六环溶剂中，然后加入到5L的反应器中，接着1500ml无水二氧六环溶剂，60克N，N’-羰基二咪唑，在温度20℃下反应2小时。停止反应后，依次用4℃的100％、75％、50％、25％(v/v)二氧六环梯度浓液和蒸馏水淋洗，将载体逐渐转移到水相，得到羰基咪唑基Sepharose 6FF琼脂糖凝胶，立即进行下一步反应。

实施例四：

蛋白A免疫吸附材料的合成

在5L的反应器中加入“实施例三”中合成的羰基咪唑基Sepharose6FF琼脂糖凝胶1升加入0.1mol/L的硼酸盐缓冲液(pH为9.0左右)，加入7g蛋白A，在5℃下反应24小时后，，停止反应，回收未反应的蛋白A。反应完成后分别用大量蒸馏水和含1mol/L氯化钠的磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.4)冲洗，最后将其保存在加有防腐剂的磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.4)中。用紫外法检测蛋白A的偶联含量为6.0mg/ml。

实施例五：

蛋白A免疫吸附材料的动物试验

将“实施例四”中合成的蛋白A免疫吸附剂60ml，放入烧杯中用含有防腐剂的生理盐水浸泡1小时，再分别装于两根Φ25×50mm的吸附柱中，每根柱子吸附剂为30ml，用无菌无热原的生理盐水充分冲洗柱子。以动物狗为试验对象，将狗麻醉后，建立体外循环。启动A泵，从狗的股动脉中以60-100ml/min的速度引出血液，经过血浆分离器分离出血浆，经B泵驱动以20-30ml/min的速度进入柱1系统(关闭柱2)进行吸附，运行10min，柱1饱和，关闭柱1系统入口，开启柱2系统进行吸附。将柱1内的血浆用约20ml生理盐水冲出，与血细胞混合一同泵入狗的股静脉中。关闭柱1系统出口，柱1用含有8.5％NaCl，pH＝2.8的0.01M柠檬酸-Na₂HPO₄缓冲液进行洗脱，收集洗脱液。用0.1M磷酸盐150mL平衡柱子，再用200mL生理盐水冲洗，再生过程完毕。重复以上操作，每柱反复切换3次。SDS-PEAG电泳检测洗脱物，电泳结果表明，洗脱液中吸附物主要为抗体IgG，紫外检测洗脱下的抗体总量为2.7-3.5g。试验动物狗在免疫吸附后当天恢复正常生理活动，实验后一周未发现异常症状。

实施例六：

蛋白A免疫吸附材料的再生性能

将“实施例四”中合成的蛋白A免疫吸附材料50ml放入烧杯中用生理盐水浸泡1小时再装于Φ40×50mm的柱中，用生理盐水充分冲洗柱子。将人体血浆以30ml/min的速度过柱10分钟，使抗体IgG吸附在吸附材料上。用含有8.5％NaCl，pH＝2.8的0.01M柠檬酸-Na₂HPO₄缓冲液作为洗脱剂将吸附在吸附材料上人体免疫球蛋白IgG洗脱下来，收集洗脱液，用紫外法检测吸附的抗体IgG含量。洗脱完毕后，用生理盐水将柱中的洗脱剂置换出来再生，再将人体血浆过柱10分钟。重复以上“吸附-洗脱-中和-吸附”操作200次，每次都检测吸附的抗体IgG的量，吸附效率未发现显著变化，表明制备的蛋白A免疫吸附材料具有良好的再生性能。

                        产业应用性

由上述实施例可知，本发明提供了一种新型的血液净化蛋白A免疫吸附剂，它能够安全、可靠、选择性地高效吸附人体血浆中的抗体IgG，而且再生性能良好，能够反复多次地使用。

Claims (1)

1.一种血液净化蛋白A免疫吸附材料，是将SPA共价键合于琼脂糖凝胶载体上的高分子材料，它具有如下的化学结构：

其中：

代表琼脂糖凝胶；X代表

其中，n＝1～3；SPA代表葡萄球菌蛋白A。