JP2021045573A - 高流量を用いて血液から細菌を除去するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2014年4月24日に出願された米国仮特許出願第61/984,013号の優先権を主張し、その教示はすべての目的のためにその全体が参照により本明細書に援用される。
血流感染、又は菌血症は集中治療室(ICU)における主要な課題である。菌血症は、敗血症性ショック、髄膜炎、心内膜炎、骨髄炎及び他の転移性合併症にすぐにつながり得る。黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)、緑膿菌(P.aeruginosa)及び腸内細菌科は菌血症及び院内感染の原因となる、最も一般的な細菌である。敗血症患者の転帰の重症度は、細菌負荷及び菌血症の持続期間の両方に相関している。例えば、大腸菌及び黄色ブドウ球菌菌血症患者の定量的RT−PCR研究は、rDNAの数が1,238コピー/ml超に増加した場合、死亡率は14.3%から42.9%に増加し、そして敗血症性ショックは31.4%から85.7%に増加したということを示した。髄膜炎菌(N.meningitides)の高い血中濃度が、長期入院、四肢又は組織損失、透析の必要性、及び患者の死亡率に相関することも見出された。別の研究は、肺炎球菌性肺炎の重症度が血液中の細菌負荷に相関したことを示した。血液の1000肺炎レンサ球菌(S.pneumoniae)DNAコピー/ml超を有する患者の死亡率は25.9%であったのに対し、1000コピー/ml未満を示す患者については6.1%であった。さらに別の研究では、初期診断後48時間と96時間との間に経過観察陽性の血液培養は、合併黄色ブドウ球菌菌血症の最も強い予測因子であることが示された。効果的な菌血症治療の難しさを構成することは、しばしば適切な抗生物質治療の遅延投与である。治療の遅延の1時間ごとに死亡リスクは7%超増加する。
本発明は、血液中に存在する細菌の種類を最初に同定することすらなく、細菌負荷を迅速に減少させ、かつ菌血症の持続期間を短縮することができる方法を提供する。
本発明は、部分的には、血液(例えば、全血及び血清)から、相当量の細菌(例えば、ヘパラン硫酸に対して親和性が知られていない又は低い親和性を有する細菌を含む、グラム陰性菌及びグラム陽性菌)を除去するのに効果的である吸着媒体の発見に基づく。加えて、当該吸着媒体は、高い体積流量及び高線流速を伴う体外処置に使用することができる。典型的に、当該吸着媒体は、カラム、容器又はカートリッジ内に含まれる。ある態様では、試料はカラム、容器又はカートリッジから出て、接着複合体が後に残る。
用語「体外治療」は、体の外で行われる、すなわち、エクス・ビボの医療処置を含む。いくつかの例では、体外治療は、体液、例えば血液が個体から採取され、そしてその体液が個体に戻される前に、所望の生成物、例えば、これらに限定されないが、酸素、血液−抗凝固薬、麻酔薬などが体液に添加される、方法を含む。他の例では、体外治療は、身体又は体液から自然に発生する毒素、毒物又はウイルスのような望ましくない生成物を除去することを含む。体外治療の非限定的な例としては、アフェレーシス、自己輸血、血液透析、血液濾過、血漿交換、体外循環(ECC)、体外生命維持(ECLS)、体外式膜型人工肺(extracorporeal membrane oxygenation)(ECMO)、及び心肺バイパスが挙げられる。
A.対流輸送による細菌病原体の結合
対流輸送中の本発明の本質的に非多孔質な吸着基質への細菌病原体の結合は、典型的に体外血液回路の安全な操作に用いられる比較的高い流動条件下で、例えば≧8cm/分、好ましくは約≧30cm/分、そしてより好ましくは約30〜1,000cm/分の線流速で測定された場合、特に効果的である。
形状及び組成において様々な材料を本発明における基質として使用することができる。全ての好適な吸着基質は、強制対流輸送によってそれらを(最初に)結合させる吸着部位への吸着質の輸送を促進しながら、高表面積を提供する。吸着媒体の作成に有用な基質には、非多孔質の硬質ビーズ、粒子、又はパッキング、網状発泡体、硬質モノリシックベッド(monolithic bed)(例えば焼結ビーズ又は粒子から形成される)、織布又は不織布で充填されたカラム、糸あるいは固体又は中空非微多孔質モノフィラメント繊維で充填されたカラム、フラットフィルム又は緻密膜から形成された渦巻き型のカートリッジ、あるいは、媒体の組み合わせ、例えば混合ビーズ/ファブリックカートリッジが挙げられる。いくつかの実施形態では、本発明での使用に適した基質は最初は微多孔質なものであるが、表面が吸着部位の作成の前、間又は後に処理される場合、本質的に非多孔質になる。
本明細書に記載される固体基質の表面は、本明細書に記載される多糖類の吸着剤の共有結合を可能にするために官能化することができる。いくつかの実施形態では、当該固体基質の表面は少なくとも1つの化学基、例えばアミノ基を有する。
ある例では、本発明の方法は、抗血栓性であるヘパリン化された媒体と本質的に血栓形成性の別の媒体との混合物から吸着床を調製する。ヘパリン化された表面及び、例えば、親水性表面(カチオン性又は中性表面)の両方で吸着カートリッジを組み立てることによって、細菌病原体は血液又は他の生体液からすべて安全に除去することができる。例えば、ヘパリン化された媒体は吸着床の1%から99%とすることができ、そして本質的に血栓形成性の基質は吸着床の99%から1%とすることができる。
ある態様では、本明細書で提供される方法は、哺乳動物の血液、例えばヒトの血液からの病原体の体外除去のための吸着媒体を含む装置に使用することができる。例えば、当該装置は、患者、例えば腎不全を患っている対象からの血液及び血清の体外処置のための従来の装置とすることができる。
本実施例は、全血からヘパラン硫酸に対する低い親和性又は検出不可能な親和性を有する細菌病原体を除去するための、ヘパリンコートされたビーズの使用を説明する。
A.結果
全血からの細菌の除去に成功した最初の報告は2011年に掲載された(Mattsby−Baltzer et al. ,J. Microbiol.Biotechnol.,2011、21(6)、659−664)。この研究では、黄色ブドウ球菌及びMRSAの高い濃度がヘパリン化された媒体を使用して全血から除去されたことが示された。加えて、PCRを用いて、細菌はそれらがヘパリン化された表面に付着した際に死滅せず、それゆえ血流中に潜在的な炎症性毒素/副産物を放出しなかったことを実証した。ヘパリン化された媒体の使用は、薬剤耐性に関わらず血液から循環細菌を安全に除去することができる、非常に広域なスペクトルの装置を作り出す。
ヘパリン又はヘパリン硫酸に対して親和性がほとんどないか、ない、又は未知の親和性を有すると文献に報告されたいくつかの病原体を、ヘパリン結合病原体のために使用したものと同じプロトコルを用いて試験した。表3はこれらの細菌及びその結果を示す。驚くべきことに、多くのグラム陰性菌及びそれらの薬剤耐性株を血液から高濃度で除去した。
結果は、ヘパリン化された媒体が血液から広域スペクトルの細菌を除去する極度に高い能力を有することを示す。予想外に、ヘパリン又はヘパリン硫酸に対して親和性が知られていないかほとんど親和性を有さないいくつかの細菌も除去された。それゆえ、多くの病原体がヘパリン化された表面化学に向かって有しても有さなくてもよい親和性に関して予測可能性がほとんどない。報告されたヘパリン結合病原体を含むいくつかのグラム陽性菌の吸着は、これらの病原体がヘパリン化された表面に特異的に結合することを示唆する。特定の理論に拘束されることなく、吸着媒体上の親水性表面、例えば中性又はカチオン性表面は、ヘパリン又はヘパラン硫酸に対する親和性が知られていない(又は低い親和性の)細菌を除去するために使用することができると考えられる。あるいは、上記のグラム陰性菌の結合は特異的部位との相互作用を介して、又は非特異的結合を介してもよい。吸着媒体の表面トポグラフィーはこの結合に重要であり得る。
本実施例は、全血又は血清から細菌を除去するために使用することができる、親水性表面を含む吸着媒体を示す。
本実施例は、高線流速に対応するために使用される体外フィルターカートリッジの例示的な設計を提供する。
本実施例は、C型肝炎ウイルス及びB型肝炎ウイルスを除去するために使用される体外フィルターカートリッジを提供する。本実施例では、吸着媒体を混合する。混合された媒体は、ヘパリン化された(heparinzed)ポリエチレンビーズ:セルロースゲルに固定されたプロテインAの70:30の比を含む。
Claims (48)
- 細菌に感染している疑いがある対象から採取した試料から細菌を除去するためのエクス・ビボ(ex vivo)の方法であって、当該方法が以下、
当該対象から採取した試料を吸着媒体と接触させ、細菌及び当該吸着媒体を含む接着複合体の形成をさせ;そして
当該接着複合体から当該試料を分離して、減少した量の細菌を有する試料を生成すること、
を含む、方法。 - 前記試料が、全血、血清及び血漿からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記試料が全血である、請求項2に記載の方法。
- 前記吸着媒体が、多糖類の吸着剤を含まない親水性表面を有する高表面積の固体基質である、請求項1に記載の方法。
- 前記固体基質が複数の硬質ポリマービーズを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記硬質ポリマービーズが、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン又はエチレンと他のモノマーとの共重合体、ポリエチレンイミン、ポリプロピレン、及びポリイソブチレンからなる群から選択されるメンバーである、請求項5に記載の方法。
- 前記固体基質が1又は複数の中空繊維を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記固体基質が固体繊維又は固体繊維から作られた織られた糸を含む、請求項4に記載の方法。
- 前記親水性表面がカチオン性表面である、請求項4に記載の方法。
- 前記吸着媒体が、表面又は粗面トポグラフィーの結果として高表面積を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記親水性表面が中性に帯電した表面である、請求項4に記載の方法。
- 前記試料中の細菌が約20%から約99.9%まで減少する、請求項1に記載の方法。
- 前記試料中の細菌が約20%から約40%まで減少する、請求項12に記載の方法。
- 前記細菌がグラム陰性菌である、請求項1に記載の方法。
- 前記細菌がグラム陽性菌である、請求項1に記載の方法。
- 前記細菌が、大腸菌(Escherichia coli)、肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)、カルバペネム耐性大腸菌、カルバペネム耐性肺炎桿菌、及び基質特異性拡張型ベータラクタマーゼ肺炎桿菌(extended spectrum beta−lactamase Klebsiella pneumoniae)、エンテロコッカス・フェシウム(Enterococcus faecium)、アシネトバクター・バウマニ(Acinetobacter baumannii)、及びメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(methicillin−resistant Staphylococcus aureus)(MRSA)からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記細菌が、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)、及び大腸菌からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記試料が約8cm/分から約1000cm/分の線流速を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記試料が約50ml/分から約5L/分の体積流量を有する、請求項1に記載の方法。
- 細菌に感染している疑いがある対象から採取した試料から細菌を除去するためのエクス・ビボの方法であって、当該細菌がヘパラン硫酸に対して低い親和性を有する又は親和性を有さないことが知られており、以下、
当該対象から採取した試料を吸着媒体と接触させ、接着複合体の形成をさせ、ここで、当該吸着媒体はその表面に少なくとも1つの多糖類の吸着剤を有する高表面積の固体基質であり、そして
当該接着複合体から当該試料を分離して、減少した量の細菌を有する試料を生成すること、
を含む、方法。 - 前記試料が、全血、血清及び血漿からなる群から選択される、請求項20に記載の方法。
- 前記試料が全血である、請求項21に記載の方法。
- 前記固体基質が複数の硬質ポリマービーズを含む、請求項20に記載の方法。
- 前記接着複合体が細菌及び前記吸着媒体を含む、請求項20に記載の方法。
- 前記硬質ポリマービーズが、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン又はエチレンと他のモノマーとの共重合体、ポリエチレンイミン、ポリプロピレン、及びポリイソブチレンからなる群から選択されるメンバーである、請求項23に記載の方法。
- 前記固体基質が1又は複数の中空繊維を含む、請求項20に記載の方法。
- 前記少なくとも多糖類の吸着剤(absorbent)が、ヘパリン、ヘパラン硫酸、ヒアルロン酸、シアル酸、マンノース配列を有する炭水化物、及びキトサンからなる群から選択されるメンバーである、請求項20に記載の方法。
- 前記少なくとも多糖類の吸着剤がヘパリン又はヘパラン硫酸である、請求項27に記載の方法。
- 前記少なくとも多糖類の吸着剤がヘパリンである、請求項28に記載の方法。
- 前記ビーズが、ビーズのグラムあたり約0.27mgから約10mgのヘパリンでコートされている、請求項29に記載の方法。
- 前記ビーズが、ビーズのグラム当たり2±0.5mgのヘパリンでコートされている、請求項30に記載の方法。
- 前記試料中の細菌が約20%から約99.9%まで減少する、請求項20に記載の方法。
- 前記試料中の細菌が約20%から約40%まで減少する、請求項20に記載の方法。
- 前記試料中の細菌がイン・ビトロのヘパリン結合アッセイに失敗する、請求項20に記載の方法。
- 前記細菌がグラム陰性菌である、請求項16に記載の方法。
- 前記細菌がグラム陽性菌である、請求項16に記載の方法。
- 前記細菌が、大腸菌、肺炎桿菌、アシネトバクター・バウマニ、エンテロコッカス・フェシウム、カルバペネム耐性大腸菌、カルバペネム耐性肺炎桿菌、及び基質特異性拡張型ベータラクタマーゼ肺炎桿菌からなる群から選択される、請求項20に記載の方法。
- 前記試料が約8cm/分から約1000cm/分の線流速を有する、請求項20に記載の方法。
- 前記試料が約50ml/分から約5L/分の体積流量を有する、請求項20に記載の方法。
- 透析を受けている対象から採取した試料から細菌を除去するためのエクス・ビボの方法であって、以下、
当該対象から採取した試料を吸着媒体を含む吸着カートリッジと接触させ、ここで、当該吸着カートリッジは透析カートリッジと直列であり、接着複合体の形成をさせ;そして
当該接着複合体から当該試料を分離して、減少した量の細菌を有する試料を生成すること、
を含む、方法。 - 前記試料が200ml未満の総血液量を有する、請求項40に記載の方法。
- 前記吸着カートリッジが、1cm〜50cmの間のカラムの高さを有する、請求項40に記載の方法。
- 前記吸着カートリッジが、1cm〜50cmの間のカラム直径を有する、請求項40に記載の方法。
- 前記吸着カートリッジが前記透析カートリッジと比較して、前記対象の近位にある、請求項40に記載の方法。
- 前記吸着カートリッジが前記透析カートリッジと比較して、前記対象の遠位にある、請求項40に記載の方法。
- 前記接着複合体が細菌及び吸着媒体を含む、請求項40に記載の方法。
- 前記試料が約8cm/分から約1000cm/分の線流速を有する、請求項40に記載の方法。
- 前記試料が約50ml/分から約5L/分の体積流量を有する、請求項40に記載の方法。
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