JP2013507447A - 酸素減損装置及び赤血球から酸素を除去する方法 - Google Patents

Abstract

酸素減損装置。この装置は、カートリッジと、カートリッジ内でカートリッジの入口から出口まで延在する複数の中空ファイバと、カートリッジ内に詰め込まれ、複数の中空ファイバに接触し、複数の中空ファイバの間にある脱酸素剤とを含む。中空ファイバは、赤血球を受け入れ、運搬するのに適している。赤血球から酸素を除去する酸素減損装置及び方法の別の実施形態が存在する。

Description

本発明は、保存期間を延ばすために赤血球から酸素を減損させる装置に関する。本発明は、赤血球から酸素を減損させる方法に関する。

適切な血液供給と血液の保存とは、世界中のあらゆる大きな病院及び保健機関が直面する問題である。よくあることだが、保存されている血液の供給の量は、血液供給の必要量よりかなり不足している。これは、多くの場合に血液供給がほとんど使い尽くされる危険性が高くなる天災、戦争などのような危機的な期間において特に当てはまる。まさにこれらのような危機的な時期に、より多くの新鮮血の提供が要求されていることをしばしば聞く。しかし、残念ながら、危機的な期間が存在しないときでさえ、保存血液は、血液の長期保存性を維持しないので、血液供給及び保存血液は、常に監視され、補充されるべきである。

保存血液は、ヘモグロビンの酸化及び劣化と、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）及び２−３，ビスホスホグリセリン酸（ＤＰＧ）の欠損とによって部分的に引き起こされる着実な劣化を被る。酸素は、赤血球（ＲＢＣｓ）によって運搬されるヘモグロビン（Ｈｂ）をメトヘモグロビンに変換させ、このメトヘモグロビンの破壊は、ヘミクロム、ヘミン及び遊離Ｆｅ^３＋のような有毒生成物を生成する。酸素と一体となって、これらの生成物は、ヒドロキシルラジカル（ＯＨ．ｃｎｄｏｔ．）の形成を触媒し、ヒドロキシルラジカル及びメトヘモグロビン破壊生成物は、赤血球脂質膜と、膜骨格と、細胞含有物とを破損する。したがって、保存血液は、輸血受血者の循環中に存続する赤血球の相対的低下によって決定されるように、６週間後には使用できないと考えられる。ＤＰＧの欠損により、組織への酸素の適切な運搬を妨げるので、投与直後の輸血の効き目（８〜４８時間後の受容者における一旦回復するＤＰＧレベル）を低下させる。その上、これらの悪影響は、使用期限前であるが、おそらく２週間より古い保存血液が用いられた場合、全体的な効き目の低下と、輸血治療の副作用の増大とを更に生じさせる。

したがって、保存血液が酸素とヘモグロビンとの相互作用によって引き起こされる悪影響を受けることなく、長期間の基準での保存前に赤血球中の酸素レベルを減損させる能力が必要である。

その結果、本開示は、赤血球から酸素を除去することができる使い捨て装置を提供する。

本開示は、酸素減損装置を提供する。この装置は、カートリッジと、カートリッジ内でカートリッジの入口から出口まで延在する複数の中空ファイバと、カートリッジ内に詰め込まれ、複数の中空ファイバに接触し、複数の中空ファイバの間にある脱酸素剤とを含む。中空ファイバは、赤血球を受け入れ、運搬するのに適している。

本開示は、酸素減損装置を提供する。この装置は、フラッシングガスを受け入れ、放出するのに適している吸気口及び排気口を有している固形物質の容器と、容器内で容器の入口から出口まで延在する複数の中空ファイバとを有している。中空ファイバは、赤血球を受け入れ、運搬するのに適している。

本開示は、赤血球から酸素を除去する方法を提供する。この方法は、酸素装置の中に赤血球を通過させるステップを有している。この酸素装置は、カートリッジと、カートリッジ内でカートリッジの入口から出口まで延在する複数の中空ファイバと、カートリッジ内に詰め込まれ、複数の中空ファイバに接触し、複数の中空ファイバの間にある脱酸素剤とを含む。中空ファイバは、赤血球を受け入れ、運搬するのに適している。

本開示は、赤血球から酸素を除去する方法を提供する。この方法は、酸素装置の中に赤血球を通過させるステップを有している。この酸素装置は、フラッシングガスを受け入れ、放出するのに適している吸気口及び排気口を有している固形物質の容器と、容器内で容器の入口から出口まで延在する複数の中空ファイバ膜とを有している。中空ファイバは、赤血球を受け入れ、運搬するのに適している。

本開示と、本開示の特徴及び利点とは、添付図面を参照して以下の詳細な説明からより明白になるであろう。

本発明の保存前酸素減損装置を示した図である。 保存前に組立体内部の中空ファイバの周りでフラッシング用不活性ガスにより赤血球から酸素を減損させる減損装置の実施形態を示した図である。 保存前に組立体内部の中空ファイバの周りでフラッシング用不活性ガスにより赤血球から酸素を減損させる減損装置の実施形態を示した図である。 保存前に組立体内部の中空ファイバの周りでフラッシング用不活性ガスにより赤血球から酸素を減損させる減損装置の実施形態を示した図である。 保存前に赤血球から酸素を減損させる減損装置の別の実施形態を示した図である。 保存前に赤血球から酸素を減損させる減損装置の別の実施形態を示した図である。 保存前に赤血球から酸素を減損させる減損装置の別の実施形態を示した図である。 酸素が中空ファイバによって取り囲まれたシリンダのコア内の捕捉物質によって捕捉される、保存前に赤血球から酸素を減損させる減損装置の別の実施形態を示した図である。 酸素が中空ファイバによって取り囲まれたシリンダのコア内の捕捉物質によって捕捉される、保存前に赤血球から酸素を減損させる減損装置の別の実施形態を示した図である。 酸素が中空ファイバによって取り囲まれたシリンダのコア内の捕捉物質によって捕捉される、保存前に赤血球から酸素を減損させる減損装置の別の実施形態を示した図である。 酸素が中空ファイバのシリンダを取り囲む捕捉物質によって捕捉される赤血球から酸素を減損させる減損装置の別の実施形態を示した図である。 酸素が中空ファイバのシリンダを取り囲む捕捉物質によって捕捉される赤血球から酸素を減損させる減損装置の別の実施形態を示した図である。 酸素が中空ファイバのシリンダを取り囲む捕捉物質によって捕捉される赤血球から酸素を減損させる減損装置の別の実施形態を示した図である。 図２Ａから図２Ｃ、図３Ａから図３Ｃ、図４Ａから図４Ｃ及び図５Ａから図５Ｃの減損装置に関する酸素分圧に対する１分間当たりのＲＢＣ懸濁液の流速のグラフを示した図である。

図２を参照すると、酸素減損装置（ＯＤＤ）１０１は、酸素吸収剤１１０を収容する。ＯＤＤ１０１は、酸素吸収剤１１０と一連の中空ファイバ１１５とを収容する使い捨てカートリッジ１０５である。酸素吸収剤１１０は、無毒性の無機塩及び／又は有機塩と、酸素への高反応性をもつ第一鉄又は他の物質との混合物である。酸素吸収剤１１０は、Ｏ_２に対する（１ｇ当たり５ｍｌＯ_２／ｇを超える）かなりの吸収度を有する粒子で作られ、カートリッジ１０５の内側を、０．０８ｍｍＨｇ未満のＰＯ_２に対応する、０．０１％未満に保つことができる。酸素吸収剤１１０は、遊離しているか、又は、酸素浸透性外被に収容されている。本開示のＯＤＤ１０１は、１単位の血液からおよそ１００ｍＬの酸素を減損させることができる。

ＲＢＣｓは、中空多孔質ファイバ１１５を通過する。多孔質ファイバは、高い酸素浸透率をもつことができる。多孔質ファイバのための適当な物質は、ポリオレフィン、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、ポリエステル、ＰＶＤＦ、ポリスルホン、及び、他の疎水性ポリマーと、無機物質（セラミック）とを含む。酸素減損は、ＲＢＣｓが膜１１５を通過するときに起こる。ＯＤＤは、酸素を除去し、中を通る血液の一定流を維持するために大きい表面積を有している単純な構造を提供する。酸素減損又は除去は、酸化鉄を形成するために、酸素吸収剤１１０の中の第一鉄と、周囲酸素との不可逆反応によって実現される。ＯＤＤ１０１は、酸素除去のための撹拌を必要とせず、必要に応じて採血システムの一部としての遠心分離に耐えるために容易に製造することができる。

図２Ａから図２Ｃ及び図３Ａから図３Ｃを参照すると、フラッシング減損装置の例が開示されている。減損装置は、適切なフラッシングガスの組成物を供給することによりＯ_２を減損させるために機能する。減損装置のため適したガスは、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、ＣＯ_２、Ｎ_２を含む。

図４Ａから図４Ｃ及び図５Ａから図５Ｃは、捕捉減損装置を更に開示する。減損は、捕捉物質又は吸収剤を使用し、そして、外部ガスを使用せずに行われる。しかし、両方の型式の減損装置において、酸素減損は、血液保存袋に保存する前に、それぞれＤＰＧ及びＡＴＰを高めるために有効である。

図２Ａから図２Ｃを参照すると、減損装置２０が示されている。減損装置２０は、赤血球が中を流れるおよそ５０００本の複数のファイバ２５を含む。複数のファイバ２５は、プラスチック製シリンダ３０によって取り囲まれている。プラスチック製シリンダ３０は、血液から酸素を除去するために前述されているようなフラッシングガス又はフラッシングガスの組み合わせが中を通って供給されるガス吸気口３５及びガス排気口４０を含んでいる。減損装置２０の仕様は、以下の表１に示される。

図３Ａから図３Ｃを参照すると、減損装置４５が示されている。減損装置４５は、図２Ａから図２Ｃの装置２０と同様に、赤血球が中を流れるおよそ５０００本の複数のファイバ５０を含む。複数のファイバ５０は、プラスチック製シリンダ５５によって取り囲まれている。プラスチック製シリンダ５５は、血液から酸素を除去するために前述されているようなガス又はガスの組み合わせが中を通って供給されるガス吸気口６０及びガス排気口６５を含んでいる。減損装置４５の仕様は、以下の表２に示される。装置４５の減損の有効表面積は、装置４５が装置２０の２倍の長さをもつので、装置２０の有効表面積の２倍である。

図４Ａから図４Ｃは、Ｏ_２の捕捉物質を収容しているコア７５を有している減損装置７０を開示する。コア７５は、非常に低い液体浸透率をもつガス浸透膜によって充填されている。中空ファイバ８０は、コア７５の周りに巻き付けられ、プラスチック製シリンダ８２は、中空ファイバ８０を収容し、包囲する。この特殊な実施形態では、減損のための有効表面積は、以下の表３に示されるようにおよそ０．８７９６ｍ^２である。

図５Ａから図５Ｃは、非常に低い液体浸透率をもつガス浸透性膜に包囲されたファイバ束８７を含んでいる減損装置８５を開示する。ファイバ束８７は、Ｏ_２のための捕捉物質８９によって取り囲まれている。ファイバ束８７及び捕捉物質８９は、プラスチック製シリンダ９０内に収容されている。減損のための有効表面積は、以下の表４に示されるようにおよそ０．８７９６ｍ^２である。

図６は、フラッシング減損装置２０及び４５と、捕捉減損装置７０及び８５との性能のグラフである。図６のデータは、種々の流速を生じさせるために様々な頭耳高で、以下の条件：ヘマトクリット６２％（プールされた濃厚赤血球３単位）及び２１℃を使用してプロットされた。脱酸素剤（Ｍｕｌｔｉｓｏｒｂ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、ニューヨーク州バッファロー）が装置７９及び装置８５に対してそれぞれ５％ｗ／ｗ及び１２％ｗ／ｗの水蒸気を添加することにより活性化された。データは、流速（１分間当たりの赤血球懸濁液重量ｇ）に対し酸素分圧（ｍｍＨｇ）でプロットされた。

ここに開示された酸素減損装置では、中空ファイバは、赤血球を受け入れ、運搬することができる限り、直線状もしくは縦方向、螺旋状、又はコイル状のような適当な構成でカートリッジ内に詰め込まれることがある。

図６は、最低酸素飽和度が装置４５及び８５を使用して達成されることを示す。装置４５は、より広い有効表面積がファイバ５０の長さに沿ってガスに晒されることを示す。装置８５は、捕捉物質への長い露出表面積を更に有している。装置８５は、捕捉物質８９によって取り囲まれた束８７を有している。束８７の間で捕捉物質８９によって占められた空間は、ファイバ束８７の中に収容されている赤血球からの酸素の分散を促進し、よって、赤血球からの酸素の捕捉を助ける。

減損装置の更なる使用は、純酸素又は空気をフラッシングすることによって輸血の前に酸素を追加輸注することである。この使用は、大量輸血のような、輸血された血液に再酸素負荷する肺の容量が十分ではないか、又は、鎌状赤血球貧血である特別な場合を対象にする。

同様に、減損装置は、患者の要求に依存して輸血された血液の最適なレベルを取得するために、患者の酸素依存性要求の減損の中間レベル又は状態を取得するために使用できる。

保存袋に保存する前に赤血球から酸素を除去すること、又は、血液から酸素を奪うことは、本発明の範囲に含まれる。脱酸素剤は、血液袋に保存する前に赤血球から酸素を除去するために使用できる。ここで使用されるように、「脱酸素剤」は、使用の条件の下で、酸素と不可逆的に結び付くか、又は、結合する物質である。例えば、酸素は、物質のある成分と化学反応することができ、別の組成物に変換することができる。結び付けられた酸素の解離速度がゼロである物質は、脱酸素剤としての機能を果たすことができる。脱酸素剤の例は、鉄粉及び有機化合物を含む。用語「酸素吸収剤」は、ここでは、脱酸素剤と互換的に使用されることがある。例えば、脱酸素剤は、Ｍｕｔｉｓｏｒｂ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（ニューヨーク州バッファロー）によって提供される。このような物質は、望ましい結果を達成するために望ましい割合で混ぜ合わせることができる。

捕捉物質は、サック、切り張り、被覆、ポケット、及び包みの形のようなどのような公知の形でも保存容器及び袋に組み込むことができることが認められることになる。

本発明は、ある一定の実施形態を詳細に説明するが、発明の範囲に含まれ、当業者に知られている変更及び変形が存在することが理解される。その結果、本発明は、開示の中に記載されているような発明の範囲内にあるこのような代替物、変更物及び変形物のすべてを包含することが意図されている。

Claims (7)

1. カートリッジと、
   前記カートリッジ内で前記カートリッジの入口から出口まで延在し、酸素浸透性膜で形成され、赤血球を受け入れ、運搬するのに適している複数の中空ファイバと、
   前記カートリッジ内に詰め込まれ、前記複数の中空ファイバに接触し、前記複数の中空ファイバの間にある脱酸素剤と、
   を備える酸素減損装置。
2. 前記中空ファイバは、実質的に平行であり、前記カートリッジ内で前記入口から前記出口まで縦方向に配置されている、請求項１に記載の装置。
3. フラッシングガスを受け入れ、放出するのに適している吸気口及び排気口を有している固形物質の容器と、
   前記容器内で前記容器の入口から出口まで延在し、赤血球を受け入れ、運搬するのに適している複数の中空ファイバと、
   を備える酸素減損装置。
4. 前記中空ファイバは、実質的に平行であり、前記カートリッジ内で前記入口から前記出口まで縦方向に配置されている、請求項３に記載の装置。
5. 前記容器の前記入口と連通しているフラッシングガスの供給源を更に含む、請求項３に記載の装置。
6. 酸素装置の中に赤血球を通過させることを備え、
   前記装置は、
   カートリッジと、
   前記カートリッジ内で前記カートリッジの入口から出口まで延在し、前記赤血球を受け入れ、運搬するのに適している複数の中空ファイバと、
   前記カートリッジ内に詰め込まれ、前記複数の中空ファイバに接触し、前記複数の中空ファイバの間にある脱酸素剤と、
   を含む、赤血球から酸素を除去する方法。
7. 酸素減損装置の中に赤血球を通過させることを備え、
   前記装置は、
   フラッシングガスを受け入れ、放出するのに適している吸気口及び排気口を有している固形物質の容器と、
   前記容器内で前記容器の入口から出口ま延在し、赤血球を受け入れ、運搬するのに適している複数の中空ファイバと、
   を含む、赤血球から酸素を除去する方法。

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