JP2005535279A - 栄養サプリメンテーションによる冷蔵赤血球の有効貯蔵期間を延長するための方法 - Google Patents

Abstract

赤血球保存のための方法及び組成物を提供する。組成物は、好ましくは添加溶液中に懸濁した冷蔵赤血球に添加する代謝サプリメントである。赤血球は好ましくは低酸素の条件下で保存すること、代謝組成物はピルビン酸塩、イノシン、アデニン、及び場合によってはリン酸二水素ナトリウム及び／又はリン酸水素二ナトリウムより成ること。

Description

本発明は血液の液体状態での保存に関するものである。
より詳しくは、赤血球の低酸素冷蔵保存の保存期間の延長に関するものである。さらに詳しくは、低酸素冷蔵において液体状態で貯蔵される赤血球の栄養又は代謝サプリメントを含む、組成物および方法を提供するものである。本発明は一部the United States Office of Naval Research からの援助（契約番号No. N00014-98-1-0451）を得て成されたものである。米国政府が本発明に一定の権利を有する。

背景として、近年液状血液の供給が保存のために制限されている。保存血液は冷蔵保存約42日で有効期限が切れる。例えば、赤血球は濃縮赤血球製剤として、凍結するより上の温度（４℃）で冷蔵保管できる。赤血球は液体血液成分（血漿）を分離することにより、全血から濃縮できる。失効した血液は使用できず捨てるのみである。献血の増減、緊急事態及びその他の要因により、血液は間欠的に不足が生じている。血液の供給及び分配の物流管理は、特に戦闘時には軍隊に、あるいは遠隔地の病院又は医療施設に大きな影響を与えている。近年、自分以外の献血者の血液による感染の重大な危険を避けるために、自己血液の保存が必要とされている。現在まだ股関節置換、臓器移植などを含むある種の前もって計画された手術のために、患者が十分な自己血液を集めて保存することは、現在の技術では出来ない。

冷凍血液の保存は技術的にわかっているが、そのような冷凍血液は限られたものである。何年もの間、ある程度高い需要度があり、めずらしい型の血液に関しては、冷凍血液が血液銀行および軍隊によって使われてきた。しかしながら、冷凍血液は取り扱いが難しい。それは解凍しなければならず、それ故に緊急時には実用的ではない。血液は一度解凍すると、24時間以内に使用しなければならない。

Hamasaki等の米国特許No. 4,769,318は血液の保存及び活性化のための添加溶液を記載している。Bitensky等の米国特許No. 5,624,794及びBitensky等の米国特許No.6,162,396もまた低酸素条件下での赤血球の保存を記載したものである。Bitensky等の米国特許No.5,789,151は血液保存添加溶液を記載したものである。

血液保存及び活性化のための添加溶液は当該技術分野で知られている。例えば、Rejuvesol（enCyte Corp.、Braintree、MAより入手）は、冷蔵保存（即ち、４℃）後、輸血の直前又は長期保存のために冷凍する（即ち、グリセロールを用いて−80℃）前に、血液に添加する。

現代技術に照らして見ると、保存液体血液の有効な貯蔵期限の延長に対する必要性が特に比較的費用がかからず、取り扱いが容易で長期保存期間をずっと延長する延長技術に対する必要性が長く望まれている。

従って、赤血球の保存期間を延長するための方法を提供することが、本発明の目的である。
赤血球を保存する上で有用な栄養又は代謝サプリメントを提供することが、本発明のもう一つの目的である。
本発明のもう一つの目的は、無酸素添加溶液及び酸素除去を用いて赤血球の保存期間を延長するための方法を提供することである。
本発明のこれらの及び他の目的及び利点、並びにそれと均等なものは、ここに記載する本発明の方法及び組成物によって達成され、添付の特許請求範囲の中に明瞭に記載されている。

本発明は赤血球の有効貯蔵期間の延長のための方法及び組成物を提供するものである。本発明の方法は、濃縮赤血球に代謝サプリメントを添加すること、その赤血球に添加溶液、好ましくは無酸素添加溶液を添加すること、及びその赤血球を低酸素条件下において凍結するより上の温度、好ましくは４℃で保存することを含んでいる。本発明の代謝サプリメントの成分は、pH 約５から８でピルビン酸塩、イノシン、アデニン、一塩基性及び二塩基性のリン酸塩を含んでいる。Rejuvesol又はその変更物を代謝サプリメント溶液として使用してもよい。米国特許No. 5,624,794及び米国特許No.6,162,396中で低酸素冷蔵保存を用いて記述されているように、赤血球に不活性ガスを通気することにより低酸素状態を作成してもよい。好ましい無酸素添加溶液はEAS61（Hess 等, Transfusion 40: 1007-1011）及びOFAS1（米国特許No.5,789,151）を改良したものを含んでいる。好ましい無酸素添加溶液はOFAS3である。本発明により、冷蔵パック赤血球の有効貯蔵期間は現在の最大約６週間から約12から20週間まで延長している。

添付図面において、
図１は、OFAS3中での赤血球の細胞ATP濃度に対する、pH及び低酸素の効果を示している。
図２は、OFAS3中でのフォスファチジルセリンを露出する赤血球のパーセント対する、pH及び低酸素の効果を示している。
図３は、OFAS3中での細胞懸濁液中の赤血球の溶血に対する、pH及び低酸素の効果を示している。
図４は、酸素の存在又は不在下での、異なったpHで添加した代謝サプリメントの赤血球ATP濃度に対する効果を示している。
図５は、酸素の存在又は不在下での、異なったpHで添加した代謝サプリメントの赤血球2,3−DPG濃度に対する効果を示している。
図６は、酸素の存在又は不在下での、異なったpHでのフォスファチジルセリンを露出する赤血球のパーセントの対する代謝サプリメント添加の効果を示している。
図７は、酸素の存在又は不在下での、異なったpHでの赤血球の膜胞たんぱく質産生に対する代謝サプリメント添加の効果を示している。

最も一般的な形で本発明は冷蔵赤血球の有効貯蔵期間を延長する方法及び組成物を提供することである。本発明は赤血球の有効貯蔵期間を２倍以上に延長し、より長くより壊れにくい血液を供給することにより、血液産業の現在ある限界を克服することである。

代謝サプリメントは市販のものを使用している。例えば、Rejuvesolは輸血の直前保存血を１時間もどしてから37℃で又はグリセロール中で冷凍する直前に使用するように指示されている。本発明は、無酸素添加溶液（即ち、OFAS3）の使用及び酸素の除去を伴う、冷蔵保存期間中の代謝サプリメント添加について述べている。このやり方で、先例のない結果が得られた。例えば、新鮮血で見つかる値より高い、２−３DPG及びATP濃度を保ちながら、４℃で赤血球は現在の６週間の期限を越えて、12週から最大20週間十分保存出来る。この作用についての論理的説明は、低温状態においては、解糖系経路の初期段階の酵素の方が後期段階の酵素よりひどく障害を受けるという事実から予測又は推測されている。このように、後期段階の酵素に直接作用する又は基質として働く代謝中間体を添加することにより、解糖系の初期段階の酵素を迂回することによって、ATP及び２−３DPGの産生を有意に加速することが出来た。これらの基質は低温で（即ち、４℃で）赤血球の膜を容易に通過するという事実が、ここでえられた実験結果によって明瞭に証明されている。現在の剤形でRejuvesolを使用することにより、輸血前に簡単な洗浄段階が必要となっている。

本発明の代謝サプリメントの添加は、好ましくは赤血球の低酸素冷蔵保存（即ち、４℃）の間（米国特許No. 5,624,794及びNo. 6,612,396を参照）に、無酸素添加溶液、好ましくはOFAS3、又はそれを修正したものと一緒に、少なくとも一度は実施される。血液ユニットは温めない。EAS61及びOFAS1が当該技術で知られている添加溶液である。

代謝サプリメントを冷蔵赤血球に加える。最初の添加は保存の６〜10週間以内に行う。２回目の添加は場合により保存の11〜20週間以内に行う。

表１は代謝サプリメント溶液の組成を示す。

表２は種々の血液添加溶液の濃度をmM単位で示している。

表３はOFAS3の好ましい濃度範囲を示す。

次の実施例は本発明を説明するものであり、それにより制限することを意図するものではない。

OFAS3：細胞ATP濃度に対するpH及び低酸素の効果
無酸素添加溶液（OFAS3）を含有する血液サンプルを用いての細胞ATP濃度に対するpH及び低酸素の効果を測定した試験結果を図１に示す。グラフ上の各点は検体６個の平均である。比較する目的で、AS1及び現在米国の標準添加溶液AS3をコントロールとして用いた。異なった被験者間で値の大きなバラツキがあった。pHの効果を調べるために、Ｐ値（平均値についての、対応のある２検体ｔ検定）を計算し、これを表４に示す。

ATP濃度には検体間に大きなバラツキがあるが、pH 6.5とpH 8.3の間には有意の差があった。これらのデータは、低酸素はさらにATP濃度を３週までに33％及び14週までに38％も増加させることを示している。赤血球を低酸素状態で保存した時、ATP濃度の増加は劇的に亢進していた。低酸素とpH6.5で添加溶液（OFAS3）を組み合わせて最良の結果が得られた。

OFAS3：pH及び低酸素のフォスファチジルセリン露出細胞のパーセントに対する効果
無酸素添加溶液（OFAS3）を含有するサンプルを用いた、フォスファチジルセリン露出赤血球のパーセントに対するpH及び低酸素の効果を測定した実験結果を図２に示す。データはFITC-Annexin IV プローブを用いてフロー・サイトメーターによる測定によって得られた。グラフ上の各点は検体６個の平均である。共に低酸素にしたpH8.3及びpH6.5の血液サンプルを比較した時、10週後に露出したフォスファチジルセリンに有意の減少がみとめられた。

OFAS3：pH及び低酸素の赤血球溶血に対する効果
無酸素添加溶液（OFAS3）を含有する血液サンプルによる、赤血球溶血に対するpH及び低酸素の効果を測定した実験結果を図３に示す。グラフ上の各点は検体６個の平均である。酸素を減していないコントロール培養を一緒にして、三つの異なったpH、即ちpH 6.5、pH 7.4及びpH 8.3で試験を行った。16週目にpH 6.5低酸素冷蔵赤血球保存系では最も低い程度の溶血がみとめられた。

冷蔵低酸素赤血球保存時の代謝サプリメントの添加：酸素の存在又は不在下における異なるpHで添加された代謝サプリメントの細胞ATP濃度に対する効果
赤血球の冷蔵低酸素保存時の、酸素の存在又は不在下における異なるpHで添加された代謝サプリメントの細胞内ATP濃度に対する効果を測定した実験結果を図４にグラフで示す。二つの異なったpH、即ちpH6.5及びpH 8.3で、酸素を減していないコントロール培養を一緒に用いて試験を行った。代謝サプリメントRejuvesolを図４に矢印で示すように培養液に添加した。これはだいたい冷蔵保存９、14及び21週間目にそれぞれ添加したものに相応する。これらのデータは、冷却燃料／代謝サプリメントを添加する毎に、ATP濃度が有意に増加したことを示している。最も高いATP濃度が低酸素条件下においてpH6.5添加溶液で維持された。22週の保存期間を通して、冷却燃料の添加によってATP濃度は０日の値の近く又はその上に維持されていた。

冷蔵低酸素赤血球保存時の代謝サプリメントの添加：酸素の存在又は不在下における異なるpHでの代謝サプリメント添加の細胞2,3−DPG濃度に対する効果
冷蔵低酸素赤血球保存時の、酸素の存在又は不在下における代謝サプリメントの付加の細胞2,3−DPG濃度に対する効果を測定した実験結果を図５に示す。グラフ上の各点は検体６個の平均である。二つの異なったpH、即ちpH6.5及びpH8.3を評価した。コントロール培養は酸素欠乏ではない。約８、14及び20週にそれぞれ対応する矢印で示した時点で、代謝サプリメントRejuvesolを添加した。これらのデータは、酵素の枯渇は代謝サプリメント
の添加がない場合でも、保存開始時に2,3−DPG濃度を有意に上昇させたことを示している。代謝サプリメントの添加は４℃で2,3−DPG濃度をゆるやかに増加させ、０日の値の上のレベルを維持し、このようにして輸血した血液の酸素運搬能力を高めていた。

冷蔵低酸素赤血球保存時の代謝サプリメントの添加：酸素の存在又は不在下における異なるpHでの代謝サプリメント添加のフォスファチジルセリン露出赤血球のパーセントに対する効果
冷蔵低酸素赤血球保存時の、酸素の存在又は不在下における代謝サプリメント添加のフォスファチジルセリン露出赤血球のパーセントに対する効果を測定した実験結果を図６に示す。データはFITC-Annexin IV プローブを用いたフロー・サイトメーターによる測定から得られた。グラフ上の各点は検体６個の平均を示す。二つの異なったpH、即ちpH6.5及びpH8.3を、約8.6、14及び20週での添加に対応する矢印で示した時点で代謝サプリメントRejuvesolを添加して評価した。コントロール培養は低酸素にはしていない。フォスファチジルセリンは冷蔵保存（４℃）の間にゆるやかに露出される。しかしながら、代謝サプリメントの添加はこの露出を逆転する。この実験を３回繰り返したが、同じ結果が得られた。露出の最低レベルは低酸素のpH6.5保存緩衝液によってみとめられた。

冷蔵低酸素赤血球保存時の代謝サプリメントの添加：酸素の存在又は不在下における異なるpHでの代謝サプリメント添加の膜胞産生に対する効果
冷蔵低酸素赤血球保存時の、酸素の存在又は不在下における代謝サプリメント添加の膜胞産生に対する効果を測定した実験結果を図７に示す。グラフ上の各点は検体６個の平均を示している。二つの異なったpH、即ちpH6.5及びpH8.3を、約8.6、14及び20週での添加にそれぞれ対応する矢印で示した時点で代謝サプリメントRejuvesolを添加して評価した。コントロール培養は低酸素にしていない。保存中に冷蔵赤血球が膜胞を放出することが知られている。代謝サプリメントの添加は膜胞産生を遅らせる。無酸素添加液を用いて低酸素冷蔵保存期間中に代謝サプリメントを添加することより成るシステムにおいて、添加液OFAS3がそのような添加物として最も有効であることが示された。

保存赤血球ユニットの輸血後24時間 In Vivo生存率
約８週間隔で２回に分けて、８人の健常人にそれぞれ全血１ユニットを、標準のマニュアル法で献血してもらった。被験者の選択基準は21CFR640.3及び米国血液バンク協会の基準によって確立された同種間献血者に適用されるものと同じであった。これらのユニットを遠心分離「弱い回転法」（2000ｇ×３分）により処理して濃縮赤血球を作成し、それを１〜２時間室温で放置した。これに200mLの実験用添加溶液OFAS3を加え（表３）、35〜45％の最終ヘマトクリットのものが得られた。溶液又はサンプルの添加を含むユニットを扱う、これら及び他の全ての手技は滅菌した結合型装置を用いて実施した。

各ユニットの酸素含量を最小限にするために高純度のアルゴン及び水素を用いて何回も通気した後に、試験ユニットを嫌気的環境で保存した。サンプルの採取が終わった後、試験ユニットをスポンサーが提示した方法に従って嫌気的状態にした。簡単に述べると、そのユニットをSCDを用いて2000mLの輸送用バックに移し替えた。輸送バックがガス／血液で完全に満たされるまで、スパッタリング（sputtering）グレードのアルゴンを0.22ミクロンのフィルターを通してそのユニットに導入し、室温で10分間回転させた。この放置期間の後、血漿イクスプレッサー（expressor）及び真空ライン（vacuum line）を用いて、同じ0.22ミクロンのフィルターを通してガスを除いた。この操作を６回繰り返し、そのユニットをアルゴンを通気した標準PL146赤血球保存バックに移した。その後そのユニットを嫌気的培養容器の中に置き、容器の内容物をアルゴンで３回置換を行った。最後の回は、アルゴン・科学的純度の水素（２：１）から成るガスで置換を行い、その容器を４℃のモニターされている冷蔵庫の中に置いた。次のサンプルをSCDにより採取した時、そのユニットを冷蔵庫にもどす前に、保存容器を再度ガス置換した。その週にサンプル採取が行われない場合は、容器を毎週アルゴンで通気した。コントロール・ユニットをガス環境を変えずに同じ冷蔵庫に保管した。

７週間保存した後、試験ユニットにライセンスを得ている溶液（Rejuvesol、Cystol Laboratories、Braintree、MA）を用いて代謝サプリメントを加えた；（もしその時までの回復が保存の継続を保証することを示している場合は、以下参照、）11週目に試験ユニットに追加の代謝サプリメントを加えた。代謝サプリメントのビン内の内容物は、針又はシリンジを通して吸引し、前もってアルゴンで通気してあり、0.22ミクロンのフィルターがすでに取りつけてあるプラスチック製輸送用バックにサンプル取り入れ口より注入した。その後、その溶液を滅菌結合によりユニットに移し、（ガス交換操作を繰り返したり、培養又は洗浄をすることなしに）そのユニットを速やかに冷蔵保存にもどした。

コントロール・ユニットは10週目に放射線標識及び自己再輸血のために使用した；試験ユニットは、前の放射線標識の回収が細胞の生存力の持続を示唆している限り、プロトコールの中で継続して使用した。加えて、放射線標識の回収を実施するために、ATPは０日の値の少なくとも50％でなければならず、溶血は前のサンプリングの時に3.0％より大きくてはならなかった。

測定又はin vivoの赤血球回収を可能にする放射線標識は、すでに出版されている方法（J. Nucl. Med. 1975; 16: 435-7）に従って実施した。10〜20μCiNa₂ ⁵¹CrO₄（Bracco、Princeton、NJ）をユニットの細胞の10mL分量に室温で30分間加え、その後2倍量の生理食塩水で１回洗った（Blood 1871； 38: 378-86；Transfusion 1984: 24: 109-14）。（標識を行う前に、試験ユニットからの細胞を２倍量の生理食塩水で４回洗い、再生溶液の残っている組成物を取り除いた。）試験者の赤血球量を測定するために、これらの細胞を、「チンニング（tinning）」の後10〜20μCi ^99m Tc パーテクネテート（pertechnetate）で標識した新鮮な自己赤血球と同時に注入した；（Dave, R. J., Wallacae, M. e., 編集：Diagnostic and investigational uses of radiolabeled blood elements。Arlington：American Association of Blood Banks, 1987）標識細胞を40mLの氷冷生理食塩水で１回洗浄した。標識した直後に自己輸血を実施し、その時まで標識細胞を氷の上で保存した。循環している放射能を測定するために、サンプルを５から30分後に、またその後24時間後に採取した。注射前のカウントの干渉及び標識^99m Tcの溶出を補正した後、赤血球量を１回及び２回ラベル計算法によって測定した。

保存赤血球ユニットの輸血後24時間の生存試験の結果を表５に示した。溶血は14週間の保存期間を通して１％以下にとどまっていた。一つのユニットにおいて、その最大値は16週目で1.75％であった。

本発明はある程度詳細に実施例の中で記載されているが、当業者に知られた変更及び修正が存在することは理解される。従って、次の特許請求の範囲に記載されているように、本発明の範囲内の全てのそのような代替、修正及び変更を、本発明が包括することを意図するものである。

OFAS3中での赤血球の細胞ATP濃度に対する、pH及び低酸素の効果を示している。 OFAS3中でのフォスファチジルセリンを露出する赤血球のパーセント対する、pH及び低酸素の効果を示している。 OFAS3中での細胞懸濁液中の赤血球の溶血に対する、pH及び低酸素の効果を示している。 酸素の存在又は不在下での、異なったpHで添加した代謝サプリメントの赤血球ATP濃度に対する効果を示している。 酸素の存在又は不在下での、異なったpHで添加した代謝サプリメントの赤血球2,3−DPG濃度に対する効果を示している。 酸素の存在又は不在下での、異なったpHでのフォスファチジルセリンを露出する赤血球のパーセントの対する代謝サプリメント添加の効果を示している。 酸素の存在又は不在下での、異なったpHでの赤血球の膜胞たんぱく質産生に対する代謝サプリメント添加の効果を示している。

Claims (14)

1. 工程：
   代謝サプリメントを少なくとも一回は赤血球に添加する；及び
   冷蔵下でその赤血球を保管する；
   を含む、赤血球の保存のための方法。
2. 赤血球が濃縮赤血球又は添加溶液中での懸濁赤血球である、請求項１に記載の方法。
3. 代謝サプリメント添加時には、その赤血球を冷蔵してある、請求項１に記載の方法。
4. 最初に添加溶液を赤血球に添加し、赤血球懸濁液を作成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 添加溶液はAS-3、EAS61、OFAS1、OFAS3及びその混合物から成るグループから選ばれる、請求項４に記載の方法。
6. 低酸素冷蔵下で赤血球を保存することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 全血と抗凝固剤溶液とを混合し、その全血より全赤血球を濃縮し、それにより血漿を分離し、濃縮赤血球の塊を作成することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
8. 代謝サプリメントがピルビン酸塩、イノシン、アデニン、および場合によりリン酸二水素ナトリウム及び／又はリン酸水素二ナトリウムより成る、請求項１に記載の方法。
9. 冷蔵濃縮赤血球に代謝サプリメントを添加することを含む、冷蔵濃縮赤血球の貯蔵期間を延長するための方法。
10. 工程：
    濃縮赤血球に第一の溶液を添加する；
    その赤血球を低酸素冷蔵下で保存する；及び
    その赤血球に第二の溶液を添加する；
    を含む、冷蔵赤血球の貯蔵期間を延長するための方法。
11. 第一の溶液が添加溶液である、請求項１０に記載の方法。
12. 添加溶液がAS-3、EAS61、OFAS1及びOFAS3より成るグループから選ばれる、請求項１０に記載の方法。
13. その第二の溶液が代謝サプリメントである、請求項１０に記載の方法。
14. 代謝サプリメントがピルビン酸塩、イノシン、アデニン、及び場合によりリン酸二水素ナトリウム及び／又はリン酸水素二ナトリウムより成る、請求項１３に記載の方法。

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