JPH11502536A - 不凍結溶液中の赤血球の長期貯蔵 - Google Patents

不凍結溶液中の赤血球の長期貯蔵

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JPH11502536A JP8529552A JP52955296A JPH11502536A JP H11502536 A JPH11502536 A JP H11502536A JP 8529552 A JP8529552 A JP 8529552A JP 52955296 A JP52955296 A JP 52955296A JP H11502536 A JPH11502536 A JP H11502536A
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Abstract

(57)【要約】 低温条件下で赤血球の貯蔵寿命を延長させる方法は、赤血球から血漿を分離し、その間残留血漿を保持すること、および70mOsm未満の有効重量モル浸透圧濃度を有する生物学的適合溶液を赤血球に添加することを包含する。生物学的適合溶液は好適には、水よりもより遅く赤血球に浸透する少なくとも1種の浸透性溶質を含み、実質的に非浸透性アニオンおよび非浸透性非電解質を含まない。

Description

【発明の詳細な説明】 不凍結溶液中の赤血球の長期貯蔵発明の背景 本発明は赤血球の長期低温貯蔵法に関する。 低温によって貯蔵された赤血球は、それらが貯蔵される溶液の性質によって、 貯蔵寿命が制限される。貯蔵寿命は、少なくとも米国では、輸血の24時間後に 受血者内に循環する細胞の比率を測定することによって決定される。FDAは非 公式にライセンス製品について最低値として75%と確定した。輸血される遊離 ヘモクロビンの量もまた貯蔵寿命を制限することがある。公式の最高値が確定さ れていないが、溶血が1%を超えてはならないという一般的な合意がある。 ヒト赤血球の低温貯蔵のための二つの一般的方法は次の通りである:(1)元 の抗凝血性溶液中での低温貯蔵法;および(2)元の抗凝血性溶液から赤血球を 分離し、細胞を赤血球貯蔵用に特別に設計された溶液中に再懸濁させた後の低温 貯蔵法。これらの方法のいずれかを使用する場合、少なくとも残留量の血漿が赤 血球溶液中に残る。 元の抗凝血剤中での貯蔵の場合、全血は通常、クエン酸塩、リン酸塩、デキス トロース(d−グルコース)およびアデニン(CPDA−1)を含有する溶液中 に取り込まれる。血液は約1500×Gで遠心分離して(ソフト・スピン)、血 漿を除去し、約75%のヘマトクリットの赤血球懸濁液を得る。血小板は第二の 沈降によって血漿から除去することができる。CPDA−1中に収集された細胞 は、さらに血漿で処理することなくまたは血漿を除去することなく、5週間貯蔵 することができる。 赤血球を保存溶液中に再懸濁しそして貯蔵する場合、血液は通常、クエン酸塩 、リン酸塩およびグルコースだけを含有する溶液中に取り込まれる。血液は上記 とほぼ同じ速度で遠心分離し、次いで赤血球は約100mlの添加溶液中に再懸 濁して、約55%のヘマトクリットの赤血球懸濁液を得る。米国におけて現在ラ イセンスされている二つの添加溶液は、第1表にで示されたAdsolおよびN utricelである。他の既知の添加溶液、Sagman、は米国ではライセ ンスされていない。これらの添加溶液を用いて貯蔵された細胞は6週間の貯蔵寿 命を有する。 貯蔵中、ヒト赤血球は、アデノシン三リン酸(ATP)および2,3−ジホス ホグリセリン酸(2,3−DPG)の細胞内濃度の低下、細胞形態の変化、およ び進行性溶血反応を含む形態学的および生化学的変化を受ける。ATPの濃度は 、若干の初期上昇の後、6週間の貯蔵後、その初期濃度の30〜40%まで漸進 的に低下する。赤血球の細胞膜の流動性は、赤血球が脾臓および肝臓中の狭い通 路を通過するのに必須であり、ATPの濃度と少し関連している。 循環中の赤血球の主要な機能は酸素を組織に配送することである。ヘモグロビ ンの独特の特性は、組織中の酸素の分圧が比較的高い場合でも、その酸素の多く を除重できることである。2,3−ジホスホグルセリン酸(2,3−DPG)と 呼ばれる化合物は、この工程に必須であり、それが存在しないと、酸素は組織に 十分に配送されない。現在行われている低温貯蔵中では、2,3−DPGの濃度 は約3日または4日の貯蔵後に急速に減少し、約10日までに0に接近する。 貯蔵中に形態学的変化が起こり、最後には赤血球上に小棘が発生する(棘状赤 血球症)。これらの小棘は小胞として出芽することがあり、急進的には細胞の表 面対容積比およびそれらが狭い通路を通過する際に変形する能力を変化させる。 かかる細胞は輸血後に脾臓および肝臓によって循環から濾過される。上記のよう に、輸血用に許容できるものであるためには、輸血される赤血球の少なくとも7 5%が、輸血24時間後に循環中に残留することができなければならない。AT Pの濃度および赤血球の形態は、貯蔵細胞の輸血への適性の指示薬として役立つ 。 輸血可能な赤血球の貯蔵寿命を延長させるためには、ATPおよび可能な場合 2,3−DPGの急激な減少を防止する幾つかの方式で細胞を貯蔵するかまたは それらを処理することが必要である。赤血球の貯蔵寿命を延長する溶液は知られ ている(例えば、Meryman、米国特許第4,585,735号明細書、お よびMeryman、米国特許第5,250,303号明細書を参照、両方の内 容は本明細書中に引用することによって取り込まれている)。典型的には、かか る溶液はクエン酸塩、リン酸塩、グルコースおよびアデニン、並びに時には細胞 中のATPの濃度を維持することによって貯蔵寿命を延長するように作用する他 の成分を含有する。121mOsmしかない有効重量モル浸透圧濃度を有する添 加溶液を使用することが知られている。しかし、これより低い有効重量モル浸透 圧濃度を有する溶液は使用されない。さらに、もしも4℃で測定された細胞内p H(以下pHiという)が約7.4である赤血球中では解糖活性が増強される。 懸濁溶液の有効重量モル浸透圧濃度は、赤血球の延びた貯蔵時間についての重 要な他の因子である。有効な低張性は、実質的に貯蔵中の溶血反応を低下させそ して赤血球の形態を改良することが示されていた。その機構は分かっていないが 、多分、浸透圧膨潤が細胞の表面張力を増加させ、貯蔵赤血球に通常関連する形 状変化を促進する。 赤血球を洗浄する場合、細胞膨潤からの溶血反応が少ない、最高の低張性を達 成することが可能である。しかし、赤血球ユニットを洗浄することは高価であり 、現在は貯蔵寿命の延長が得られることによって正当化されていない。現在使用 されている標準操作法は、初期の沈降後に血漿を除去し、そして100mlの添 加溶液を約200mlの赤血球および50mlの残留血漿に添加することを含む 。 添加溶液の低張性は、溶液の添加中の溶血の危険によって制限される。理論的 には、血漿は追加の浸透圧支持を提供するから、添加溶液が赤血球を浸透圧的に 支持するのに十分な溶質を含有することは必要ではないが、溶液を添加する時点 、混合が起こる前、幾つかの赤血球を添加溶液と接触させる。添加溶液が低張性 過ぎる場合、これらの赤血球は破裂する(溶血する)。結果として、低張性過ぎ る溶液は使用することができない。それ故、溶液が細胞および残留血漿と混合し た後の最終重量モル浸透圧濃度は特に低張性ではなく、そして低張性の長所は不 十分なものである。 赤血球は通常両凹面ディスク状であるが、溶血する前には、約170mOsm の外部重量モル浸透圧濃度で正常な容積の約2倍まで膨潤することができる。し かし、ホフマイスター系列の左末端からの溶質、いわゆる高分子安定化剤、が細 胞の内部と外部の両方に存在する場合、膜膨脹が起こり、そして赤血球はそれら の正常な溶血容積を超えて膨潤することができ、細胞外の重量モル浸透圧濃度が 約70mOsmになるまで溶血し始めないことも示された。Meryman,H .T.,「低張性ストレス中の赤血球膜区域および透過性に及ぼす一定の中性溶 質の影響」(Influence of certain neutral s olute on red cell membrance area and permeabllity durlng hypotonic stres s),Am.Journ.of Physiol.,225:365−371, 1973。 輸血可能な赤血球に対する要求が重大であるので、洗浄後にATPおよび2, 3−DPGの高い細胞内濃度、良好な形態並びに低い溶血反応を維持する方法お よび溶液を開発するだけではなく、現行の操作法によって達成されるよりもさら に良好な貯蔵特性を持つ未洗浄の赤血球の日常的収集および再懸濁のための方法 を開発することも極めて重要である。発明の要旨 本発明は、赤血球に貯蔵溶液を添加する間の細胞溶血の危険を増加させること なく、貯蔵中の低張性の程度を大きくする赤血球の貯蔵方法を提供する。 本発明は、赤血球懸濁液中の赤血球から血漿を分離し、その間残留血漿を保持 すること;および前記赤血球に生物学的適合溶液を添加し、前記生物学的適合溶 液が70mOsm未満の有効重量モル浸透圧濃度を有すること、を含んでなる低 温条件下で赤血球の貯蔵寿命を延長させる方法を提供する。 本発明はまた、赤血球に添加された生物学的適合溶液が、水よりもより遅く赤 血球に浸透する少なくとも1種の浸透性溶質からなりそして実質的に非浸透性ア ニオンおよび非浸透性非電解質を含まない、低温条件下で赤血球の貯蔵寿命を延 長させる方法を提供する。図面の簡単な説明 第1図は、本発明の態様および比較態様の場合について、8週間の貯蔵中の赤 血球の形態指数を示す。好適な態様の詳細な説明 特記しない限り、本明細書中で使用されるすべての技術的および科学的用語は 、当業者の一人によって通常理解されるのと同じ意味を有する。本明細書中に記 載のすべての出版物の内容は引用することによって本明細書中に取り込まれてい る。 本明細書中で使用されるように、「貯蔵寿命を延長させること」とは、生存可 能な赤血球を、低い溶血でかつ当業者に既知である常法によって貯蔵された細胞 中の形態指数、ATPおよび2,3−DPGの水準よりも大きい細胞の形態指数 およびATPおよび2,3−DPGの水準で、長期間保存することを指す。 本明細書中で使用されるように、「生物学的適合溶液」とは、それと接触させ られる細胞が生活力を保持する輸液できる溶液である。接触することは、細胞が 幾つかの方式で溶液に暴露されるいずれの方法も包含し、それに限定されないが 、細胞の溶液中への懸濁を包含する。生物学的適合溶液は、細胞膜の完全性を維 持するのに適しそしてそれと接触させられた細胞の生物学的および生理学的反応 を阻害または破壊しないpHおよび塩濃度を有する。典型的には、生物学的適合 溶液は6〜9.5の範囲内のpHを有し、等張性または少しだけ高張性または低 張性である。 本明細書中で使用されるように、「浸透性溶質」とは、赤血球の細胞膜を自由 に横断することができる溶質である。かかる溶質は、グルコースのような小さい 非電解質であるか、或いは塩化物、酢酸塩またはリン酸塩のような小さいアニオ ンであるかいずれでもよい。「非浸透性溶質」は、マンニトールおよびスクロー スのような大きい非電解質を包含するか、或いはクエン酸塩、グルコール酸塩お よびグリセロリン酸のような大きいアニオンを包含する。カチオンは、それらの 電荷のために、細胞膜を透過しない。例外は、中性分子、アンモニアとして細胞 中に浸入しそして細胞内でイオン化状態を再確立するアンモニウムイオンである 。 本明細書中で使用されるように、「遅浸透性溶質」とは、赤血球の細胞膜を自 由に横断することができるが、水よりも遅い速度で横断する浸透性溶質である。 遅浸透性溶質は、遅浸透性溶質によって提供された浸透圧支持がそれの細胞中へ の拡散によって失われる前に、添加溶液が血漿と十分に混合するように、十分遅 く浸透しなければならない。従って、細胞外溶液が積極的に混合される場合、遅 浸透性溶質の拡散速度は増加してもよい。一般的に、遅浸透性溶質は1秒未満以 内には細胞膜の両面間の平衡に達するべきではない。好適には、遅浸透性溶質は 10秒未満以内;さらに好適には30秒未満以内;もっと好適には1分未満以内 には平衡に達しない。かかる溶質には、それらに限定されないが、グルコース、 グリセロールおよびD−キシロースのような溶質が含まれる。 本明細書中で使用されるように、「残留血漿」とは、当業者の一人によって通 常行われるような遠心分離および血漿プレスによって、血漿が赤血球から分離さ れた後、細胞懸濁液中に残る血漿量を指す。一般的に、260mlの赤血球懸濁 液中には約50mlの残留血漿が残留する。 本明細書中で使用されるように、「有効重量モル浸透圧濃度」とは、赤血球膜 に浸透しない溶質の組合せ重量モル浸透圧濃度を指し、それ故赤血球の容積を決 定するのに役立つ。 本明細書中で使用されるように、「低温条件」とは、低温下で赤血球を貯蔵す る条件を指す。低温条件は、それに限定されないが、4±2℃の温度を包含する 。 添加溶液の低張性は、水よりも遅く赤血球に浸透する浸透性溶質からなる添加 溶液を使用することによって、増加することができることが発見された。特に、 70mOsm未満の有効重量モル浸透圧濃度を有する生物学的適合溶液を使用す ることができる。これらの特性を有する水溶液は、溶液の重量モル浸透圧濃度が 70mOsm未満になるように、溶液中の非浸透性溶質の量を調節することによ って、形成することができる。次いで、溶液は、遅浸透性溶質を使用して溶液の 重量モル浸透圧濃度を上昇させることによって、赤血球と等張であるかまたは殆 ど等張である水準にすることができる。得られた溶液は、溶液を細胞懸濁液に添 加する時点に、実質的な溶血を回避するのに必要な浸透圧支持を提供する。 遅浸透性溶質は比較的に遅く赤血球に浸入するが、最後には細胞膜の両面間の 濃度平衡に接近する。このことは、例えば、赤血球が、溶血せずに水中のグルコ ースの等張溶液と混合され得ることを意味する。細胞外グルコースの浸透圧支持 は細胞内ヘモグロビンおよび塩のそれに等しい。それ故、赤血球の容積には変化 はない。 しかし、グルコースは細胞中に漸進的に浸入するから、グルコースによる浸透 圧支持は漸進的に失われ、細胞は膨潤する。その浸透圧効果の点からは、最終結 果は、あたかも純水が細胞懸濁液に添加されたようであり、そして細胞外溶液の 重量モル浸透圧濃度が低下するのに反応して細胞は膨潤する。細胞外溶液中に非 浸透性溶質がある場合、水は、それらが溶血するまで、細胞中に継続的に浸入す る。しかし、本発明では、添加溶液が非浸透性溶質を全く含有しない場合でも、 残留血漿は、一度平衡が生起した場合、溶血を回避するのに十分な細胞外浸透圧 支持を提供する。 溶液の添加が完了すると、赤血球はそれ程浸透圧支持を必要としない。水は赤 血球中に浸入して、その中の非浸透性溶質を希釈する。このことによって赤血球 の細胞内重量モル浸透圧濃度は低下し、所要の細胞外重量モル浸透圧濃度は低下 する。同時に、水が赤血球中に浸透移動すると、稀薄な細胞外血漿が幾らか濃縮 される。それ故、水が細胞に浸入すると、血漿中の非浸透性溶質、特にナトリウ ム、は強い浸透圧支持を提供する。貯蔵溶液が残留血漿を希釈する程度が溶血容 積を決定するから、実際には、溶血を起こさない最終貯蔵溶液の最小有効重量モ ル浸透圧濃度は、大体300〜70mOsmの範囲内にあり、そして日常的実験 によって決定されてよい。 添加溶液は、水よりも遅く細胞に浸透する少なくとも1種の溶質からなるので 、この平衡は、赤血球を浸透圧的には支持しない溶液が赤血球と接触する前に、 起ることができる。最後に、細胞から自由には拡散しないそれらの細胞内溶質、 主としてヘモグロビンおよびカリウムと、細胞に浸透しないそれらの細胞外溶質 、主として血漿中のナトリウムとの間の浸透圧平衡ができる。正味結果は細胞の 容積の増加である。この細胞の膨潤は、貯蔵中の低張性の利益を提供する。 残留血漿が十分な細胞外浸透圧支持を提供するので、添加溶液の有効重量モル 浸透圧濃度は70mOsm未満であってもよい。好適には、生物学的適合溶液の 有効重量モル浸透圧濃度は60mOsm未満であり;さらに好適には、溶液の有 効重量モル浸透圧濃度は50mOsm未満であり;もっとさらに好適には、有効 重量モル浸透圧濃度は25mOsm未満であり;もっとさらに好適には、有効重 量モル浸透圧濃度は15mOsm未満であり;もっとさらに好適には、有効重量 モル浸透圧濃度は5mOsm未満である。事実、本発明の最も好適な態様では、 生物学的適合溶液の有効重量モル浸透圧濃度は0である。この態様では、全細胞 外支持は、遅浸透性溶質による細胞への浸透の後、残留血漿の非浸透性溶質によ って提供される。 生物学的適合溶液は好適には緩衝化される。さらに、好適には、溶液のpHは 赤血球懸濁液のpHより高い。さらに、添加溶液は好適には赤血球に対して低張 性でありが、別法として赤血球に対して等張性または高張性であることもできる 。遅浸透性溶質が赤血球に浸透すると、添加溶液それ自体は赤血球に対して低張 性である。 生物学的適合溶液はまた、好適にはほんの少量、例えば、2ミリモルのアデニ ンを含有してもよい。さらに、添加溶液は、例えば、リン酸ナトリウムの形態の リン酸塩を、さらに好適にはほんの少量含有してもよい。さらに、好適には、溶 液は実質的に非浸透性アニオンおよび非浸透性非電解質を全く含有しない。 グルコースは幾つかの理由から好適な遅浸透性溶質である。第一に、グルコー スは赤血球の解糖を支持するのに必要である。第二に、それは輸液のための常用 試薬である。最後に、それは高分子安定化剤である。 本発明の主要な目標は、貯蔵中の赤血球の形態を改良しそして溶血を減少させ る容積増加の利益を最大限に利用するために、貯蔵中の赤血球の容積を最大にす ることである。本発明の好適な態様の構成要素、即ち、グルコース、リン酸塩お よびアデニンからなる溶液はすべて高分子安定化剤であるから、この溶液は、赤 血球が膜膨脹によって溶血容積に達する重量モル浸透圧濃度を低下させることが できる。 例えば、100mlの等張性グルコースは、約200mlの赤血球および50 mlの残留血漿を含有する赤血球懸濁液と配合させることができる。グルコース は、一過性の浸透圧支持を提供して、混合中の溶血を防止するが、その「有効」 重量モル浸透濃度が0になるように細胞膜の両面間を平衡させる。グルコースは 細胞膜の両面間に平衡するから、それは細胞のための浸透圧支持をもはや提供せ ず、それはあたかも100mlの水が細胞懸濁液に添加されたようである。細胞 外溶液の重量モル浸透圧濃度が低いために、赤血球は膨潤する。正味結果は約3 0%の細胞容積の増加である。本実施例では、血漿と混合してグルコースと平衡 した後の細胞懸濁液の有効重量モル浸透圧濃度は約200mOsmである。これ は、膜膨脹がない場合でも溶血を防止するのに実質的に必要以上である。 大量の添加溶液が使用できる場合、さらなる細胞膨潤が達成され得る。大量希 釈は、最終の有効重量モル浸透圧濃度を低下させかつ安定化剤溶質の比率を増加 させて、膜の膨脹を増強し、溶血なしに最終溶液の有効重量モル浸透圧濃度は1 70mOsm以下に低下し得る。 当業者は、上記の方法が特定の特徴を持つ貯蔵溶液を達成するために必要に応 じて調節してもよいことを認める。本発明について、その特定の態様を参考にし てさらに説明するが、実施例は本発明を説明することだけを意図するものであり 、本発明は記載の物質、条件、工程パラメーターなどに限定されることを意図し ていないことが理解されるべきである。実施例1 クエン酸塩、リン酸塩およびグルコースを含有する溶液中に血液を取り込むこ とによって、赤血球懸濁液を得る。血液を約1500×Gで遠心分離して、血漿 を除去する。第2表に記載の添加溶液Aの100mlを赤血球懸濁液に添加し、 得られた溶液を4℃で8週間貯蔵する。低温貯蔵中の赤血球の形態指数を第1図 に示す。比較例1 上記と同様に赤血球懸濁液を得る。第2表に記載の添加溶液Bの100mlを 赤血球懸濁液に添加し、得られた溶液を4℃で8週間貯蔵する。低温貯蔵中の赤 血球の形態指数を第1図に示す。 実施例1に従って貯蔵された赤血球の形態指数は、赤血球の溶血量に統計学的 に有意な変化なしに、許容できる水準に長期間維持される。特に、実施例1に従 って貯蔵された赤血球の赤血球形態は、比較例1に従って貯蔵された赤血球の赤 血球形態よりも平均5%改良されている。さらに、比較例1に従って貯蔵された 赤血球の場合、形態指数は6週間で約75%まで低下し;一方実施例1では、形 態指数は低温貯蔵8週間までは75%まで低下しない。従って、本発明による添 加溶液を使用して、赤血球を長期間貯蔵することができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.赤血球懸濁液中で赤血球から血漿を分離し、その間残留血漿を保持すること ;および 前記赤血球に生物学的適合溶液を添加し、前記生物学的適合溶液が70mO sm未満の有効重量モル浸透圧濃度を有すること、 を含んでなる、低温条件下で赤血球の貯蔵寿命を延長させる方法。 2.前記生物学的適合溶液が、水よりもより遅く赤血球膜に浸透する少なくとも 1種の浸透性溶質を含んでなる、請求の範囲1に記載の方法。 3.前記浸透性溶質がグルコース、グリセロールおよびd−キシロースよりなる 群から選ばれる請求の範囲2に記載の方法。 4.前記浸透性溶質がグルコースである請求の範囲2に記載の方法。 5.前記生物学的適合溶液が60mOsm未満の有効重量モル浸透圧濃度を有す る請求の範囲1に記載の方法。 6.前記生物学的適合溶液が50mOsm未満の有効重量モル浸透圧濃度を有す る請求の範囲1に記載の方法。 7.前記生物学的適合溶液が25mOsm未満の有効重量モル浸透圧濃度を有す る請求の範囲1に記載の方法。 8.前記生物学的適合溶液が15mOsm未満の有効重量モル浸透圧濃度を有す る請求の範囲1に記載の方法。 9.前記生物学的適合溶液が5mOsm未満の有効重量モル浸透圧濃度を有する 請求の範囲1に記載の方法。 10.前記生物学的適合溶液が0の有効重量モル浸透圧濃度を有する請求の範囲1 に記載の方法。 11.生物学的適合溶液が、アデニンおよびリン酸塩よりなる群から選ばれる少な くとも1種の成員からなる請求の範囲1に記載の方法。 12.生物学的適合溶液が、グルコース、アデニンおよびリン酸塩からなる請求の 範囲11に記載の方法。 13.血漿が赤血球から遠心分離によって分離される請求の範囲1に記載の方法。 14.生物学的適合溶液が赤血球に対して低張性である請求の範囲1に記載の方法 。 15.生物学的適合溶液のpHが赤血球懸濁液のpHより大きい請求の範囲1に記 載の方法。 16.赤血球懸濁液中で赤血球から血漿を分離し、その間残留血漿を保持すること ;および 前記赤血球に生物学的適合溶液を添加し、前記生物学的適合溶液が水よりも より遅く赤血球に浸透する少なくとも1種の浸透性溶質からなり、実質的に非浸 透性アニオンまたは非浸透性非電解質を含まないこと、 を含んでなる、低温条件下で赤血球の貯蔵寿命を延長させる方法。 17.生物学的適合溶液が赤血球に対して低張性である請求の範囲16に記載の方 法。 18.生物学的適合溶液のpHが、赤血球懸濁液のpHより大きい請求の範囲16 に記載の方法。 19.前記生物学的適合溶液が、非浸透性溶質を全く含有しない請求の範囲16に 記載の方法。 20.遅浸透性溶質が、グルコースである請求の範囲16に記載の方法。
JP8529552A 1995-03-24 1996-03-22 不凍結溶液中の赤血球の長期貯蔵 Ceased JPH11502536A (ja)

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