人血替代品定义及意义

人血替代品定义及意义第1页，共41页，2023年，2月20日，星期三人血液制品存在的问题：1，来源有限2，保存时间短3，存在交叉感染的风险4，存在血型配对问题第2页，共41页，2023年，2月20日，星期三定义：指具有血液的功能（包括载氧气功能、维持血液渗透压、维持酸碱平衡和扩充血容量）的人工制剂。有血浆代用品、血小板和红细胞代用品等。第3页，共41页，2023年，2月20日，星期三人血液代用品研究的重大意义：1，能满足输血需求量的剧增，弥补血源严重短缺。2，能解决适配血型的麻烦，避免输血反应的发生。3，能防止血液污染，保证输血的安全性。4，能解决存储运输不便的问题。5，有着巨大的市场并能产生巨大的效益。第4页，共41页，2023年，2月20日，星期三血液代用品发展的历程不具备传递氧功能的血液代用品的研究和使用具有传递氧功能的高分子有机化合物作为血液代用品的研究具有传递氧功能的血红蛋白作为血液代用品的研究第5页，共41页，2023年，2月20日，星期三

20世纪50年代初维持血液渗透压、酸碱平衡及血容量的扩容剂，包括多糖类和蛋白质类物质，如明胶、葡萄糖、乙基淀粉、聚乙烯吡咯烷酮、白蛋白和丙种球蛋白等

缺点：不具备传递氧的功能第6页，共41页，2023年，2月20日，星期三

20世纪60年代起全氟碳化合物（PFC），主要有全氟萘胺、全氟三丙胺和全氟三丁胺优点：具有溶解氧的性质，粘稠度低，有利于向局部缺氧的血组织传递氧可以直接用化学方法合成，性质稳定，价格低廉不受生物生物来源的影响，避免因异体输血而造成的交叉感染，同时也使用于因宗教原因不能输血的患者缺点：因其携带氧能力与氧分压成正比，故在大气压条件下结合氧有限，体内半衰期短；不能溶解于血浆，需用表面活性剂如卵磷脂孵化后才能用于静脉注射，而卵磷脂会导致输注时出现流感综合症的继发性迟发反应（即可产生明显的副作用），故尚未广泛用于临床第7页，共41页，2023年，2月20日，星期三以血红蛋白为基质的携氧剂（HBOC）优点：具有高效的载氧能力和维持胶体渗透压的功能缺点：血红蛋白在体内保留时间短、迅速解聚而导致肾毒副作用、过高的氧亲和力以及残留红细胞碎片等因素影响和阻碍了其在临床上的的应用第8页，共41页，2023年，2月20日，星期三改进的方法：通过采用化学修饰、交联、聚合和脂质体包裹及基因重组技术，可以有效地延长血红蛋白在体内的半衰期和克服其免疫原性；目前，不同类型的化学修饰剂已经被广泛使用，并建立了多种生产工艺新的提取方法成功地去除了红细胞碎片对产品的污染应用有效地除病毒工艺第9页，共41页，2023年，2月20日，星期三血液代用品的基本要求与特点生物技术081班陈华凤第10页，共41页，2023年，2月20日，星期三血液代用品的基本要求一种临床适用的人血液代用品应具有天然红细胞的传递氧气功能、生物相容性、安全性和稳定性。①人血液代用品应该具有较高的携氧能力，在氧分压正常生理范围内，能有效向组织供氧。②与人血液所有组分具有良好的生物相容性，同时能很好地维持血液渗透压、酸碱平衡、粘稠度和血容量。第11页，共41页，2023年，2月20日，星期三血液代用品的基本要求③无免疫原性（无致敏原性）、无血液病源微生物污染。④体内循环半衰期在24h以上，在正常灌注条件下不产生肾毒副作用。⑤在低温条件下，产品保质期大于6个（Fratantoni,1991）第12页，共41页，2023年，2月20日，星期三血液代用品的特点

血液代用品不仅应承担红细胞主要功能，而且可以具备其它一些特殊的优点：

①无红细胞表面抗原决定簇，可排除适配血型之麻烦，避免输血反应；

②避免了病源微生物污染血源和进一步交叉感染；

第13页，共41页，2023年，2月20日，星期三血液代用品的特点③保质期长、易贮存、运输方便、若制成冻干粉，使用更为简捷；

④血液不用依赖稳定供血人群，来源广泛，取材方便，可保障充足供应；

⑤传递氧功能良好，可调整产品p50值，以满足不同临床适应症的需要。第14页，共41页，2023年，2月20日，星期三人血液代用品临床研究进展第二组周立旦第15页，共41页，2023年，2月20日，星期三1全氟化碳(PFC)2化学修饰的血红蛋白制品3脂质体包裹的血红蛋白(LEH)4聚乙二醇修饰牛血红蛋白第16页，共41页，2023年，2月20日，星期三1全氟化碳(PFC)全氟化碳(perfluorocarbon,PFC)国外很早就有人开始血液代用品的研究。1966年,由美国俄亥俄州辛辛那提(Cincinnati)大学的Clark首创并做动物实验,发现小鼠在含有PFC的饱和氧中能正常生存。1978年Naito等首次将第一代氟碳化合物品用于临床实验。PFC的优点是可以直接用化学方法合成,价格低廉,而且不受生物来源的影响,避免因异体输血而造成的交叉感染,同时也适用于因为宗教原因不能输血的患者。第17页，共41页，2023年，2月20日，星期三2化学修饰的血红蛋白制品早在30年代即有学者将从红细胞中游离出来的血红蛋白作为红细胞代用品,直接输入患者体内,但发现其有很强的肾毒性。进一步的研究发现游离血红蛋白主要是从肾脏排出体外,而引起肾毒性的主要原因是由于血红蛋白的游离过程中,夹杂的红细胞膜基质的污染。经采用多种方法去除红细胞膜基质的游离血红蛋白溶液称为无基质血红蛋白(stromafleehemoglobin,SFH)第18页，共41页，2023年，2月20日，星期三2.1化学修饰血红蛋白的主要方法用带有各种功能基团(主要是醛基)的交联剂与SFH的氨基酸残基反应,从而稳定血红蛋白的四聚体结构,延长其血浆半衰期。血红蛋白之所以可与各种交联剂反应,是因其分子表面含有很多活性基团。为达到更好的修饰效果,亦常使用多种方法结合。常用的修饰方法可单独使用,亦常联合使用。第19页，共41页，2023年，2月20日，星期三2.2.1轭合血红蛋白2.2.2交联血红蛋白2.2.3多聚血红蛋白2.2.4“基因—蛋白质”工程2.2.5“氨基酸—修饰—蛋白质”工程第20页，共41页，2023年，2月20日，星期三2.2.1轭合血红蛋白常用聚胺、聚乙二醇(PEG)、葡萄糖等疏水性高分子物质与SFH进行共轭反应,形成可溶性大分子,可有效地防止四聚体的解聚。其中PEG-Hb在动物实验中有较好的性能,此方法的实质是在血红蛋白每个分子外层包被上一层疏水外衣,使之不易解聚。目前,轭合血红蛋白已进入了Ⅱ期临床实验。第21页，共41页，2023年，2月20日，星期三2.2.2交联血红蛋白双阿司匹林类化合物如双(3,5-二溴水杨酸)延胡索酸(DBBF)等;吡哆醛类化合物,典型者为磷酸吡哆醛(PLP)在血红蛋白的1-3链上进行分子内交联,使血红蛋白四聚体构象更趋于稳定,其氧亲和力和全血相近,半衰期明显延长(5.9h)。此方法的实质是在血红蛋白分子内部加入原子键,使之内部结构更为紧密,解聚困难。第22页，共41页，2023年，2月20日，星期三2.2.3多聚血红蛋白经PLP交联的血红蛋白再用戊二醛进行分子间关联,形成大分子,即将各个血红蛋白连接为较大的整体,使半衰期更为延长(46.2h),分子量可达12.8～100万。此方法的实质是在各个血红蛋白分子间加入共价键,将各个SFH连接为较大的整体。多聚血红蛋白已进入了最后的试验阶段并被批准在南非进行常规临床使用。国外最常用的是戊二醛,但戊二醛很活泼,极易与Hb表面的氨基反应,生成高聚物。王鹤尧等采用乙醇醛聚合牛Hb,制备的polyHb的氧亲和力与天然Hb基本一致,但比人Hb的氧亲和力低,说明在进入血液后它将更能有效地释氧。多聚血红蛋白在南非已进入了临床实验的后期。第23页，共41页，2023年，2月20日，星期三2.2.4“基因—蛋白质”工程通过改变血红蛋白的基因序列而改变其性状,为质的改变;亦可将血红蛋白的基因转入大肠杆菌中,令其大量表达,使其产率大大提高。产品即为“基因重组血红蛋白”。第24页，共41页，2023年，2月20日，星期三2.2.5“氨基酸—修饰—蛋白质”工程为化学修饰的延续,通过直接改变血红蛋白分子的三、四级结构而改变其性状,使其更易与O2和CO2进行可逆性结合与分离,更易向组织细胞释放氧,血浆半衰期的可控性更好。此方法是今后的主要发展方向。第25页，共41页，2023年，2月20日，星期三3脂质体包裹的血红蛋白(LEH)

早在50年代即有学者提出将SFH包裹以磷脂双分子膜而制造“人工红细胞”,但因制备技术的限制,其产品效果一直不佳。近年来,随着生物医学工程的进展,有关“人工红细胞”的研究报道亦越来越多。现今公认较为成熟的制备方法是使用人工合成的高度纯化的二硬酯酰卵磷脂作为包被,在微流体化仪(microfluider)或匀浆器中包裹后采用重复乳化—膜脱水—再水化的方法,大量制备LEH,使毒副作用大大降低。但此类修饰物仍存在网状内皮系统抑制,诱导血小板聚集和血红蛋白氧化的副作用。第26页，共41页，2023年，2月20日，星期三3.1LEH的制剂早期为单纯液态制剂,但不易保存;近年来发展为冻干保存的粉末状制剂,用蔗糖或海藻糖作为保护剂,在第二代LEH与冻干技术结合的基础上,出现了第三代LEH,可做到即需即用;又有学者将LEH与胶体高渗盐溶液(6%羟乙基淀粉+7.5%NaCl)结合,治疗失血性休克,较单纯使用高渗盐或胶体高渗盐的效果显著。为使LEH具有红细胞一样的调节血浆中pH的能力,可将碳酸酐酶与Hb一起包封入脂。第27页，共41页，2023年，2月20日，星期三4聚乙二醇修饰牛血红蛋白由于血液的需求量迅速增长,而天然血液的来源不足,而且病毒污染严重,开发具有携氧能力的人工红细胞代用品成为国际关注的研究热点。采用聚乙二醇修饰牛血红蛋白,能够延长血红蛋白在体内的半衰期,减少肾毒性,降低牛血红蛋白的免疫原性,并且原料来源广泛,是一种很有潜力的红细胞代用品。第28页，共41页，2023年，2月20日，星期三生产企业产品名称采用技术适应症临床阶段Baxter(USA)HemAssist/DLCHb双阿司匹林交联人血红蛋白创伤/脓毒症休克ⅢBiopure(USA)Hemopure/HBOC-201戊二醛聚合牛血红蛋白择期手术非洲临床(南非)Hemosol(USA)Hemolink/Hb-raffimerO-(开环)棉子糖修饰人血红蛋白心脏手术ⅢNorthfield(USA)Polyheme/Pyridoxal吡哆醛与戊二醛聚合人血红蛋白创伤/出血性休克ⅢApexBioscience(USA)PHP吡哆醛修饰与PEG共轭的人血红蛋白败血症休克ⅢEnzon(USA)PEGPEG共轭牛血红蛋白肿瘤治疗ⅢAlliancePnarm(USA)Qxygent乳化的全氟化碳心肺分离手术ⅢSomatogen(USA)RHb1.1/1.2/Optro大肠杆菌重组人血红蛋白(rhHb)ⅢSangart(USA)HemospanMaleiimidePEG共轭修饰人血红蛋白外科手术Ⅲ第29页，共41页，2023年，2月20日，星期三2003年11月,陕西西大北美基因股份有限公司研究人员成功地将猪血红蛋白转化为安全有效的人血液代用品，并建立了拥有自主知识产权的制备工艺技术该公司研制的人血液代用品，是以猪血红蛋白为原料，选择戊二醛作为交联剂进行聚合的血红蛋白多聚体。在研究可工业化放大的制备工艺基础上，建立了有效控制戊二醛聚合血红蛋白的反应速度、监控反应程度的方法和工艺；解决了戊二醛聚合血红蛋白的反应易形成凝胶态而阻碍反应进行的技术难题，并有效控制了最终聚合体的大小范围，大幅度地降低了生产成本；建立了一套有效防止血红蛋白聚合体氧化的方法，解决了产品长期保存的部分关键技术难题；建立了检测血红蛋白聚合体生理生化指标和生物功能的动物模型，为产品的安全性检测提供了更接近生理状态的测定方法和相关技术标准。这一技术已于2003年11月6日通过了陕西省科技厅组织的科技成果鉴定。第30页，共41页，2023年，2月20日，星期三2011年7月,长春应化所的景遐斌课题组在血液替代品研究中连续取得突破性进展.在第一项研究中，景遐斌课题组研究人员利用聚赖氨酸、聚苯丙氨酸的两嵌段共聚肽囊泡来包裹血红蛋白，试图将血红蛋白包裹在囊泡之中，以获得在整体结构上接近于人体的红血球。载体基本满足血液代用品必须具备的传递氧功能、生物相容性、安全性和稳定性等要求。第31页，共41页，2023年，2月20日，星期三与传统的脂质体相比，生物降解聚合物还有着独特的优点。首先，聚合物具有生物可降解性，在完成输氧任务后，降解成氨基酸被人体吸收；其次，聚合物的结构容易控制，可以通过控制聚合物的结构来调控血红蛋白胶囊的小和聚集方式等；最后，聚合物在强度上也优于磷脂膜，所以在相同条件下聚合物膜材的用量要少于磷脂膜。所以该方法在血液代用品方面有潜在的应用价值，为解决血源短缺问题带来希望。第32页，共41页，2023年，2月20日，星期三此外，近日景遐斌研究组再度与黄宇彬课题组研究人员展开合作自组装技术与高分子键合药的思想相结合，制备了一种可作为红血球代用品的键合血红蛋白的纳米颗粒。从血液替代品概念的提出至今，研究者们开发出了多种不同类型的血液替代品，由以血红蛋白基的人造氧气载体的研究居多。然而，这类血液替代品的纳米颗粒普遍存在着粒径小，体内循环时间短，且很容易进入血管内皮间隙与血管松弛影响因子NO结合导致血管收缩，高血压，降低微循环水平下的血流和组织氧化等副作用。第33页，共41页，2023年，2月20日，星期三黄宇彬研究员和景遐斌研究员提出的这种方法是以生物可降解的两亲性嵌段高分子为载体，通过化学键合的方式将血红蛋白分子与两亲性高分子的自组装体相结合。获得的血红蛋白纳米颗粒可以通过调节嵌段共聚物的比例得到所想要的粒径，避免由于粒径小带来的各种缺陷；同时，化学键的连接也大大提高了血红蛋白在血液循环中的稳定性。该研究为当代血液替代品的研究提供了一种新的思路，对血液替代品的临床应用是一个极大的促进。第34页，共41页，2023年，2月20日，星期三人血代用品的应用前景人血代用品目前已进入临床试验的血液代用品的适应症主要为损伤造成的急性失血和休克紧急救治。根据美国FDA公布的文件，其适应症主要包括以下几个方面:第35页，共41页，2023年，2月20日，星期三人血代用品的应用前景（１）出血性休克/创伤治疗;（2）败血症休克；（3）手术期的血液稀释；(4)局部缺血组织的灌流；(5)肿瘤治疗等。第36页，共41页，2023年，2月20日，星期三人血代用品的应用前景此外，血液代用品还可以作为红细胞血型不合时的替代血液、冠脉成型手术中的灌注液、心肺分流术外循环起始循环液。在离体器官、移植器官的保存、脑血管率中患者、镰刀性贫血症的治疗方面都起着重要作用。第37页，共41页，2023年，2月20日，星期三人血代用品的应用前景但随着研究和临床试验的深入，人们发现现代科技研制的血液代用品还是无法和人类经过漫长进化形成的天然血液媲美。由于血液的成分和功能极其复杂，血