Lekársky obzor

najstarší lekársky odborný časopis na Slovensku - V každom čísle získajte 2 kredity

  • Zväčšiť veľkosť písma
  • Predvolená veľkosť písma
  • Zmenšiť veľkosť písma
Home Lekársky obzor 2011 Lekársky obzor 1/2011 Súčasné trendy vo vývoji náhrad krvi a kyslíkových liekov

Súčasné trendy vo vývoji náhrad krvi a kyslíkových liekov

E-mail Tlačiť PDF
  • Viera FÁBRYOVÁ
  • Súčasné trendy vo vývoji náhrad krvi a kyslíkových liekov
  • Lek Obz, 60, 2011, č. 1, s. 27 – 30

Súhrn
Dnešná transfúziológia zabezpečuje kvalitné a relatívne bezpečné transfúzne prípravky. Napriek tomu má aj viacero nevýhod, ako je stála potreba vhodných a stabilných  darcov krvi, ohraničená životnosť krvných konzerv, možný prenos infekčných chorôb krvou, imunizácia pacientov darcovými antigénmi, ľudské chyby v imunohematologických testoch a náboženské výhrady proti podávaniu krvi.  Situáciu by vyriešila syntetická náhradná tekutina s rovnakými vlastnosťami, ako má krv. Vývoj v tejto oblasti sa  uberá dvoma smermi: rozvojom prípravkov založených  na báze hemoglobínu a emulzií s vysokým obsahom fluoridov.   
Kľúčové slová: transfúzne prípravky – náhrady založené na báze hemoglobínu – emulzie s vysokým obsahom fluoridov.
Lek Obz, 60, 2011, č. 1, s. 27 – 30


  • Viera FÁBRYOVÁ
  • The recent trends in the development of blood substitutes  and oxygen therapeutic drugs
  • Lek Obz, 60, 2011, 1, p. 27 – 30

Summary
Modern blood transfusion is an universally practiced and relative safe medical procedure, but there are some of disadvantages of blood for transfusion: needs human volunteer donors, increasingly difficult to recruit and retain donors, storage and transport of the blood, short shelf-life, potential to transmit blood-borne infectious agents, immunological complications, errors in administration and religious objections. All the problems could be solved by a synthetic substitute fluid with the same properties as red cells. There are two approaches to the developing blood substitutes: the development of fluids based on the hemoglobin and the use of emulsions called perfluorochemicals.
Key words: transfuse components – haemoglobin-based blood substitutes – perfluorochemical emulsions.

Lek Obz, 60, 2011, 1, p. 27 – 30


Rôzne druhy krvácania sprevádzajú ľudstvo celým jeho vývojom. Či to boli vojnové poranenia, krvácanie pri pôrode alebo rôzne choroby, bolo jasné, že s unikajúcou krvou odchádza z tela aj život. Preto už od staroveku sa lekári pokúšali nahradiť unikajúcu krv zvieracou alebo ľudskou krvou. Väčšina týchto pokusov bola, samozrejme, neúspešná.

Až začiatok dvadsiateho storočia priniesol prvé vedecké objavy a postavil transfúziológiu na vedeckú bázu. Roku 1901 objavil K. Landsteiner pravidelnosť v zhlukovaní ľudských krviniek určitými ľudskými sérami a tento jav nazval izoaglutinácia. Podľa neho rozdelil ľudí na 3 krvné skupiny. Nezávisle od Landsteinera k podobným výsledkom dospel aj J. Jánsky a W.L. Moss, ktorí správne rozdelili ľudí až na 4 krvné skupiny, a tým objavili najdôležitejší krvnoskupinový systém AB0 (krvné skupiny A, B, 0, AB). Od tej doby sa imunohematológia rozvíjala až do dnešnej podoby. Objavením protizrážavého účinku citronánu sodného sa vyriešil aj problém zrážania krvi pri odbere. Pridanie glukózy do odobratej krvi umožnilo konzervovanie a skladovanie krvi.

Moderná transfúziológia dnes s veľkou spoľahlivos­ťou zabezpečuje krv a krvné deriváty pre pacientov, ktorí vyžadujú krvnú transfúziu. Majú sa však dodržiavať prísne zásady racionálnej hemoterapie, t. j. každá neindikovaná transfúzia je kontraindikovaná. Krv a krvné deriváty majú dostať len pacienti, pre ktorých iný druh liečby nie je vhodný alebo už sa vyčerpali ostatné terapeutické možnosti. Potrebné je tiež individuálne zvažovať hranicu krvných parametrov (najčastejšie hemoglobínu či hematokritu), pri ktorej je už nutné krv podať. Niekedy sa krvné deriváty podávajú zbytočne a nevyužívajú sa vlastné kompenzačné možnosti organizmu. Napokon cieľom modernej transfúznej liečby je podávať pacientovi len tú zložku krvi, ktorú potrebuje.

Veľký prínos transfúziológie pre dnešnú medicínu je nesporný, napriek tomu transfúzie krvi majú aj svoje nevýhody. K nim patrí neustála potreba vhodných a stabilných darcov krvi, skladovanie a transport krvi, obmedzená životnosť krvných konzerv, potenciálne nebezpečenstvo prenosu infekčných chorôb, vznik aloimunizácie po podaní krvi, možné chyby v príprave krvných prípravkov, ako aj náboženské predsudky proti prijímaniu transfúzií. Z týchto nevýhod sú v popredí hlavne dve z nich.

1.    Krížová skúška a typovanie protilátok v imuno­hemato­logickom laboratóriu napriek všetkým predpisom nemôžu zabrániť aloimunizácii u príjemcu transfú­zie, t.j. vytvoreniu protilátok proti darcovým antigénom nachádzajúcim sa na červených krvinkách, leukocytoch, trombocytoch alebo na plazmatických proteínoch.
2.    Druhým problémom je potenciálne nebezpečen­stvo prenosu infekčných zárodkov v podávanom krvnom prípravku. Napriek predpísaným a stále sa zdokonaľujúcim testom zameraným na odhalenie krvou prenosných infekčných agensov stále nie je možné detegovať prenos infekcie v prvých dňoch po darovaní krvi (tzv. slepé okienko), keď ešte nie sú vytvorené protilátky proti infekčným zárodkom.

Nevýhodou je aj pomerne krátka exspiračná doba krvných prípravkov, napr. pri erytrocytovej mase, čo je najčastejšie používaný krvný prípravok, aj po pridaní rôznych nutričných látok je to maximálne 42 dní (bežne sa však erytrocytová masa podáva len do 35 dní po odbere). Po uplynutí uvedeného času sa transfúzny prípravok nemôže podávať a musí sa znehodnotiť. Podobne problémom je nedostatok darcov krvi, najmä v určitých obdobiach, kedy paradoxne môže byť vyššia potreba podávania transfúzií (leto, chrípkové obdobie). Napr. v USA je ročný prírastok dobrovoľných darcov krvi 2 – 3 %, hoci podľa spotreby krvi a krvných prípravkov pri stále náročnejších medicínskych výko­noch by bol potrebný vzostup o 6 – 8 percent.

Zo strany klinických pracovníkov sa stále ozývajú hlasy o negatívnych účinkoch krvných transfúzií (3, 6). V endemických oblastiach narastá nebezpečenstvo prenosu takých chorôb, ako sú priony, HIV a malária. Z iných komplikácií je to preťaženie krvného obehu hlavne u starších pacientov a nebezpečné poškodenie pľúc, reakcia TRALI (Transferin Related Acute Lung Injury). So zvyšujúcim sa počtom transfúzií sa zvyšuje riziko morbidity aj mortality, predlžuje sa pobyt v jed­notke intenzívnej starostlivosti a na lôžkových odde­leniach, zjavuje sa septikémia, ischemické príhody, tromboembolizmus, multiorgánové zlyhanie alebo syndróm akútnej dychovej tiesne dospelých. Zvlášť sa zvyšuje riziko týchto príhod u operovaných pacientov a u pacientov s nádorovými chorobami.

Problémy by vyriešila syntetická náhradná tekutina s rovnakými vlastnosťami ako krv. Takáto krvná náhrada by mala byť dlhodobo stabilná pri izbovej teplote, nehrozilo by pri nej nebezpečenstvo krvou prenosných chorôb, nevyvolávala by tvorbu protilátok, nevyžadovala by si imunohematologické testy a ani inak by nepoškodzovala organizmus (4). Najmä by však bola vždy k dispozícii v kritických klinických situáciách, ako sú veľké krvné straty pri operáciách alebo poraneniach, pri šoku, pri náhrade krvi pacientom so vzácnymi krv­nými skupinami a s ťažkými hemolytickými anémiami, u imunizovaných pacientov a pri odmietaní krvi z náboženských dôvodov (sved­kovia Jehovovi). Zvláštny záujem na výrobe ideálnej náhrady krvi majú ozbrojené zložky, organizácie civilnej obrany, organizácie pomáhajúce pri prírodných katastro­fách a pod.

Náhrady krvi

1.    Rozvoj prípravkov založených na báze hemoglo­bínu vrátane hemoglobínu uzatvoreného v kapsu­lách (mikroenkapsulovaný hemoglobín) a vývoj rekombinantných hemoglobínov.
2.    Použitie emulzií s vysokým obsahom fluoridov, tzv. perfluorochemické emulzie (fluorokarbóny).

1. Náhrady na báze hemoglobínu

Samotnému hemoglobínu sa venuje veľká pozor­nosť. Je to látka telu prirodzená a dostupná. Prameňom môže byť hemoglobín získaný z konzerv s exspirovanou erytrocytovou masou. Pri zlepšujúcej sa organizácii práce, výrobných postupoch a skladovaní krvných konzerv je však stále menej exspirovaných prípravkov. Ako alternatíva k ľudskému hemoglobínu môže slúžiť zvierací hemoglobín, ktorý našťastie nie je silným imunogénom.

Štúdie s hemoglobínovými roztokmi však zistili viacero nevýhod, napr. nefrotoxicitu, ktorú zapríčiňujú zvyšky erytrocytových membrán a diméry hemoglobínu vzniknuté rozštiepením pôvodného tetraméru. Purifi­káciou a stabilizáciou roztokov sa čiastočne podarilo túto nevýhodu odstrániť.

Ďalším problémom je, že hemoglobín po uvoľnení z erytrocytovej membrány stráca schopnosť viazať makroergický fosfát 2,3-difosfoglycerát (2,3-DPG). Tento makroergický fosfát je esenciálne dôležitý na uvoľňova­nie kyslíka z hemoglobínu do tkanív. V jeho neprítom­nosti sa kyslík pevne viaže na hemoglobín, neuvoľňuje sa z väzby a kyslíková disociačná krivka sa posúva doľava. Tento problém sa tiež podarilo vyriešiť, keď sa 2,3-DPG nahradil pyridoxal-5-fosfátom (analóg 2,3-DPG), ktorý znižoval zvýšenú afinitu hemoglobínu pre kyslík.

Napokon roztoky hemoglobínu majú nízku stabi­litu, rýchlo sa rozpadávajú na malé fragmenty a nie­koľko hodín po podaní sa vylučujú obličkami. Aby sa zabránilo disociácii molekuly, na stabilizáciu tetraméru hemoglobínu sa používajú viaceré postupy. Tie zabez­pečujú prekríženie väzby medzi jednotlivými reťazcami hemoglobínu, pevnejšiu väzbu medzi ?- a ?-reťazcami, čo súčasne znižuje aj afinitu hemoglobínu pre kyslík. Ďalej je to polymerizácia, spájanie viacerých molekúl hemoglobínu dokopy, čím sa zvyšuje hmotnosť komplexu z bežnej hmotnosti molekuly 64,5 kDa na 500 kDa. Profitom je spomalené vylučovanie hemo­globínu obličkami.

Iná možnosť je zväčšiť molekulu hemoglobínu kon­jugáciou, napr. pegyláciou (pridanie polyetylénglykolu), kedy veľkosť molekuly narastie z 3 nm na 15 nm. Sna­hy, ako zväčšiť a predĺžiť životnosť hemoglobínu predstavuje aj pridanie glutaraldehydu alebo diaspirínu na polymerizáciu globínových reťazcov. K nežiaducim účinkom hemoglobínových roztokov patrí aj toxický účinok na kardiovaskulárny systém. Voľné hemo­globínové tetraméry viažu oxid dusíka (NO) z cievneho endotelu, ktorý zabezpečuje za fyziologických okolností vazodilatáciu. Tým vzniká vazokonstrikcia ciev so vzostupom krvného tlaku a s poklesom srdcového výdaja (2).

Dodnes sa vykonali klinické skúšky s rôznymi roz­tokmi hemoglobínu. Boli to napr. preparáty vyrobené z ľudského hemoglobínu PolyHeme (Northfield, USA) a HemoLink (Hemosol, Canada), ktoré nepriniesli žiadané výsledky. Do využitia sa prepustil len Hemopure (Biopure, USA), čo je upravený bovinný hemoglobín. Prvýkrát ho v praxi povolili užívať v južnej Afrike ako alternatívny transfúzny liek pri chirurgických výkonoch u dospelých. Benevolentnejší prístup v tejto krajine bol daný vysokým výskytom AIDS v populácii, a tým aj vyšším rizikom prenosu vírusu HIV darcovskou krvou. Naopak, v Európe tento prípravok nenašiel uplatnenie pre nebezpečenstvo prenosu BSE (bovinná spongiform­ná encefalopatia). Novší produkt Hemospan (Sangart, USA) obsahuje ľudský hemoglobín konjugovaný s ma­leimidom a je opracovaný polyetylénglykolom. Výhodou je jeho dlhšie pretrvávanie v cirkulácii, ale hlavne sa nenadväzuje na NO. Podobné vlastnosti má bovinný hemoglobín OxyVita (OxyVita, USA).

Jedna z možností ako vylepšiť vlastnosti hemoglo­bínu v obehu, je vytvoriť syntetické červené krvinky. Hemoglobín opracovaný pyridoxal-5-fosfátom sa uzavrie do lipidových kapsúl, čím vznikne stabilný produkt. „Okapsulovanie“ chráni obličky pred poškodením voľným hemoglobínom. Okrem toho do lipozómov membrány je možné zapracovať enzýmy ako super­oxiddismutázu a katalázu, čím sa predíde potenciál­nemu poškodeniu kyslíkovými radikálmi.

Ľudský rekombinantný hemoglobín. Ľudský hemo­globín môžu syntetizovať geneticky upravené baktérie, kvasinky alebo rastlinné bunky. Rekombinantné hemoglobíny majú podobné vlastnosti ako prirodzený hemoglobín. V príprave týchto hemoglobínov sa „vy­lepšovali“ vlastnosti normálnych hemoglobínov zmenou poradia niektorých aminokyselín v reťazci, čím sa zabránilo molekulovej disociácii v obehu a dosiahli sa uspokojivé výsledky s väzbou kyslíka na molekulu. Pracuje sa na vytvorení hemoglobínov so zmenenou afinitou k NO, aby sa predišlo nežiaducej prechodnej hypertenznej reakcii po podaní prípravku.

Prvé rekombinantné hemoglobíny sa vyrobili v USA, napr. preparát Optro (Baxter, USA). V tejto línii pokra­čuje Genomics and Blood Substitutes for 21st Century Europe (EuroBloodSubstitutes). Technologické základy na tvorbu nového hému a ďalších komponentov krv­ných náhrad na geneticky modifikovaných mikroorga­nizmoch sa zdokonaľujú naďalej. Výhody rekombinant­ných hemoglobínov sú nesporné: neprenášajú sa nimi vírusy, nie sú kontaminované zvyškami strómy erytro­cytov, je možná ich stála a pravidelná výroba, môžu sa vyrábať podľa špecifických požiadaviek. Predbežnou nevýhodou týchto produktov je ich vysoká cena.

2. Emulzie s vysokým obsahom fluoridov (perfluorochemické emulzie)

Sú to organické zlúčeniny, v ktorých atómy vodíka sú nahradené fluorom. Nezlučujú sa so žiadnymi inými látkami vďaka silným väzbám medzi uhlíkom a fluorom. V perfluorochemikáliách sa dobre rozpúšťajú dýchacie plyny, pojmú až 45 % kyslíka zo vzduchu pri teplote 37 °C. Disociačná krivka kyslíka má lineárny tvar na rozdiel od sigmoidnej krivky z plnej krvi zdravých osôb. Keďže sa perfluorochemikálie nezmiešavajú s vodou ani s krvou, musia sa pred použitím zmeniť na emulzie. Okrem toho sa do nich pridávajú rôzne látky ako antibiotiká, vitamíny, minerály a nutričné zložky. Po intravaskulárnom podaní a odovzdaní kyslíka sa kvapky emulzie (veľkosť cca 0,2 ?m) dostanú do makrofágov alebo sa môžu vydýchať. Výhodou emulzií je, že kvapky nesúce kyslík sa dostanú aj do najtenších kapilár, kam sa napr. nedostanú pre svoju veľkosť erytrocyty.

Prvé emulzie sa začali vyrábať v 70. rokoch 20. storočia. Bol to napr. preparát Fluosol pochádzajúci z Japonska a podobný preparát Perftoran z Ruska. Výrobky sa používali hlavne pri liečbe ťažkých anémií, pri hemoragickom šoku alebo v srdcovocievnej chirur­gii. Po početných klinických testoch Fluosol dostal povolenie na zavedenie do praxe v USA od American Food and Drug Administration Committee, ale len u rizikových pacientov a v obmedzenom množstve. Využíval sa hlavne pri rekonštrukčných operáciách srdcových ciev. Medzitým vznikli ďalšie vylepšené ver­zie preparátu. Predstavujú koncentrovanejšiu emulziu, ktorá môže pojať viac kyslíka, je stabilnejšia, takže sa dá skladovať aj pri izbovej teplote (1).

Druhú generáciu koncentrovaných fluorokarbó­no­vých emulzií predstavuje Oxygent. (Aliance Pharma­ceutical Corporation, San Diego). Je to 60% emulzia perflubrónu so štvorpercentným obsahom fosfolipidov z vaječného žĺtka. Emulzia je stabilná rok pri izbovej teplote a po podaní je polčas vylučovania z organizmu do štyroch dní. Oxygent sa testoval na veľkých súboroch pacientov. Osvedčila sa kombinácia podávania emulzie spolu s inhalovaním kyslíka hlavne v chirurgii, čím sa znížila spotreba transfúzií od darcov krvi, ale aj autológnej krvi (5).

Perspektívne kyslíkové lieky

Ideálnou náhradou erytrocytov by boli erytrocyty vypestované z kmeňových buniek. Aj keď úspechy dosiahnuté na tomto poli sú sľubné, prekážkou je ich neúmerne vysoká cena. Podobne je to aj s pupoční­kovou krvou. Ďalšie manipulácie s hemoglobínom predstavujú dendriméry a biologicky odbúrateľné micely (rekombinantný hemoglobín uzavretý v kapsulách) a   nová látka hemerythrín. Vojenský zdravotnícky priemysel vykonáva experimenty so sušenou krvou, ktorá sa pred podaním riedi vodou.

Vývoj kyslíkových liekov naďalej pokračuje, ale vyžaduje si hlavne ďalšie klinické testy. Je to jedna z najdynamickejších, najperspektívnejších aj ekonomicky najzaujímavejších oblastí medicínskych technológií a je pravdepodobné, že v budúcnosti sa bude dať využiť nielen v transfúziológii, ale aj v iných biomedicínskych disciplínach.

Literatúra

1.    GEYER, R.P.: Oxygen transport in vivo by means of perfluorochemical preparations. N Engl J Med, 307, 1982, s. 304-306.
2.    GREENBURG, A.G., HAE WOU KIM: Hemoglobin-based oxygen carriers. Crit Care, 8, 2004, Suppl. 2, s. 61-64.
3.    HOFMAN, A.: The myths of safe blood transfusions in the treatment o anaemia. Vifor Pharma sponsored symposium at the 15th Congress of EHA. 10. 6. 2010, Španielsko, Barcelona.
4.    LOWE, K.C.: Blood substitutes and oxygen therapeutics. In: CONTRERAS, M.: ABC Transfusion. 4. vyd. Oxford: Wiley-Blackwell Edition, 2009, 119 s.
5.    WINSLOW, R.M.: Blood substitutes. Londýn: Elsevier, 2006, 541 s.
6.    WORLD HEALTH ORGANIZATION: Global database on blood safety report 2004-2005, WHO, 2008.

 

Reklamný prúžok
Reklamný prúžok
Reklamný prúžok

Partneri

Reklamný prúžok