血紅細(xì)胞替代產(chǎn)品

編譯 邢鴻飛

科學(xué)作家尼娜·諾特曼（Nina Notman）撰文，介紹了在必要時(shí)候使用的供體紅細(xì)胞替代產(chǎn)品的研究進(jìn)展。

一位23歲的美國男性因車禍導(dǎo)致嚴(yán)重出血性休克，被送抵醫(yī)院。治療的關(guān)鍵部分通常是輸血，以補(bǔ)充因事故造成的失血。遺憾的是，這位年輕的病人是耶和華見證人，這種基督教教派成員拒絕接受輸血。他的心率、血壓和血紅蛋白的水平以及血液中的含氧量都非常低，情況相當(dāng)危險(xiǎn)，其他的常規(guī)治療方案也沒有什么幫助。值得慶幸的是，他的醫(yī)生知道一個(gè)未經(jīng)批準(zhǔn)的方法；事故發(fā)生30小時(shí)后，患者被注入血紅蛋白氧載體（HBOC）Hemopure。血紅蛋白氧載體模擬紅細(xì)胞中的天然血紅蛋白，將氧氣輸送到全身，因此常常被當(dāng)作血液的替代品或人工血液。患者很快得到恢復(fù)，之后不到兩周便出院了。

目前，在美國或歐洲，血紅蛋白氧載體并未獲批用于人體。該患者之所以能夠使用Hemopure，是通過了美國食品藥品管理局（FDA）的擴(kuò)大應(yīng)用計(jì)劃。這個(gè)計(jì)劃往往被當(dāng)成某種“慈善”，允許病情嚴(yán)重或生命垂危的患者使用某些未經(jīng)批準(zhǔn)的藥品。這個(gè)病人很幸運(yùn)，他的臨床醫(yī)生危急時(shí)刻另辟蹊徑，而他也并非是唯一的幸運(yùn)兒，總部位于賓夕法尼亞州的HbO2療法公司總裁扎菲爾斯·扎菲利斯（Zafiris Zafirelis）解釋說：“該產(chǎn)品在美國每周都有使用記錄，用于無法輸血的患者。到目前為止，我們已經(jīng)在全球范圍內(nèi)治療了大約2000人。”

曲折的發(fā)展道路

該產(chǎn)品的目的并非大規(guī)模使用人造產(chǎn)品替代捐贈(zèng)的血液，而是要治療一些患者群體——包括那些因宗教原因不能接受捐獻(xiàn)血液的人——他們需要其他的治療產(chǎn)品。因鐮狀細(xì)胞疾病而接受常規(guī)輸血治療的患者會(huì)對(duì)捐獻(xiàn)的血液產(chǎn)生免疫反應(yīng)，從而危及生命。而且，稀有血型很難找到。

也存在很現(xiàn)實(shí)的問題：血紅蛋白氧載體是普遍兼容的，因此在使用前不需要檢查血型。他們的儲(chǔ)存也非常實(shí)用，例如，Hemopure在室溫下可以保存至少3年，而捐贈(zèng)血液中的紅細(xì)胞最多可冷藏42天。迄今為止，美國軍方巨資資助了血紅蛋白氧載體研究。加州大學(xué)洛杉磯分校醫(yī)學(xué)院麻醉師喬納森·賈爾（Jonathan Jahr）解釋說:“這些產(chǎn)品可以在直升機(jī)、救護(hù)車或醫(yī)生的背包里放上數(shù)年，不會(huì)有任何問題。”作為麻醉師，賈爾為少數(shù)幾個(gè)研制開發(fā)血紅蛋白氧載體的公司提供咨詢?！八麄兛梢员谎杆俚刈⑷肽切┘磳⑹а滤赖幕颊唧w內(nèi)，以使他們恢復(fù)到高級(jí)別護(hù)理水平，大大增加他們的生存機(jī)會(huì)?！?/p>

血紅蛋白氧載體也規(guī)避了人們對(duì)捐贈(zèng)血液污染問題的擔(dān)憂，這一問題始于1980年，當(dāng)時(shí)媒體聚焦艾滋病病毒。人們認(rèn)為南非的艾滋病毒攜帶者比其他任何地方都多，南非是少有的幾個(gè)被批準(zhǔn)使用人工血液制品的國家之一，2001年他們開始使用Hemopure。

美國軍隊(duì)是人造血液產(chǎn)品的潛在用戶，尤其是如果他們?cè)趹?zhàn)地上待更長的時(shí)間

既然對(duì)產(chǎn)品的臨床需要明顯，為什么美國或歐盟監(jiān)管機(jī)構(gòu)沒有批準(zhǔn)血紅蛋白氧載體的使用？賈爾解釋說，這在一定程度上是源于早期血液替代品的臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)。他說：“在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生過很多次了。”2008年，該領(lǐng)域受到了近乎致命的打擊，對(duì)5種不同產(chǎn)品的16項(xiàng)臨床試驗(yàn)進(jìn)行薈萃分析后公開的結(jié)果表明：血紅蛋白氧載體明顯增加了死亡和心臟病發(fā)作的風(fēng)險(xiǎn)。

許多給編輯寫信的人都指出，社區(qū)對(duì)把所有產(chǎn)品混在一起的不當(dāng)行為感到驚愕；賈爾和他的同事們?cè)?015年進(jìn)行的一項(xiàng)重新評(píng)估證實(shí)，從薈萃分析中剔除一個(gè)長期被棄的產(chǎn)品將會(huì)逆轉(zhuǎn)其結(jié)論。但損害已經(jīng)發(fā)生。FDA變得非常謹(jǐn)慎，相關(guān)經(jīng)費(fèi)開始停止提供。研究血紅蛋白的諾斯菲爾德實(shí)驗(yàn)室和研究血液替代品Hemospan的Sangart是兩家已經(jīng)破產(chǎn)的血紅蛋白氧載體開發(fā)商。Hemopure幾乎遭遇了類似的命運(yùn)。其開發(fā)商Biopure在2009年申請(qǐng)破產(chǎn)。買家OPK生物技術(shù)公司于2014年破產(chǎn)，并被新成立的HbO2療法公司收購。

然而，賈爾在隧道的盡頭看到了曙光:“我看到FDA的立場(chǎng)有了些許變化，我希望歐盟也能有一些變化?！彼J(rèn)為，他們開始更好地判斷這些產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)與收益。他說，“這些產(chǎn)品的功效從來都不是問題，問題往往就是安全性?！?/p>

而美國和歐盟從未批準(zhǔn)過血液替代品的說法卻不是這么回事。全氟化學(xué)血液替代品（Fluosol）是一種含氟碳的氧載體，1989年得到FDA批準(zhǔn)，但由于使用的復(fù)雜性和產(chǎn)生的副作用，于1994年被取締。1998年，Hemopure的獸醫(yī)用血液增強(qiáng)劑被批準(zhǔn)用于治療美國和歐洲的犬類貧血癥。HbO2醫(yī)療公司的扎菲利斯說，目前已經(jīng)有超過175 000個(gè)不同種類的動(dòng)物成功地使用了這種血液增強(qiáng)劑。

保鮮

人工血液可幫助捐獻(xiàn)器官保存更長久的時(shí)間，質(zhì)量不受影響

賈爾預(yù)見到血紅蛋白氧載體首先會(huì)被批準(zhǔn)用于人類的一個(gè)小眾領(lǐng)域，這將為其他應(yīng)用提供資金，也將為下一步的批準(zhǔn)打開大門。HbO2療法公司目前正在積極地將Hemopure當(dāng)作一種器官灌注液，在器官移植前用于儲(chǔ)存器官的液體。

血紅蛋白氧載體含有天然非人類血紅蛋白，通常來源于奶牛?！癏emopure是一種聚合的牛血紅蛋白溶液?！痹评菇忉屨f。血液取自一個(gè)專門的牧群，破裂紅細(xì)胞以提取血紅蛋白。先提純，之后“聚合成一個(gè)大到可以避免通過內(nèi)皮細(xì)胞逃逸的分子大小，但不會(huì)太大，不會(huì)成為免疫系統(tǒng)的目標(biāo)?！?/p>

當(dāng)器官從體內(nèi)取出時(shí)，它馬上就會(huì)缺氧。標(biāo)準(zhǔn)程序是在移植之前，將其在器官保存液中冷卻。寒冷降低了細(xì)胞的新陳代謝率，限制了因缺氧而造成的損害。但是，所有經(jīng)批準(zhǔn)使用的器官保存液都不含氧。賈爾說:“有一些很好的數(shù)據(jù)顯示，將人體器官置于這些氧氣載體中，保存的時(shí)間比目前不含氧的溶液要長久得多?！边@樣就會(huì)有更多的時(shí)間去尋找合適的移植體?！按送?，還有一些文章認(rèn)為，一些之前認(rèn)為不適合移植的器官在使用這些溶液后，無論是器官本身還是接受器官移植的患者，存活情況都非常好。”

2017年10月，HbO2療法公司宣布首次成功移植了一例先前被認(rèn)為不適合移植的肝臟，起到關(guān)鍵作用的是Hemopure。這次移植手術(shù)在荷蘭的格羅寧根大學(xué)醫(yī)學(xué)中心完成。扎菲利斯解釋說:“我們現(xiàn)在正計(jì)劃更大規(guī)模的臨床試驗(yàn)，2018年開始在肝臟移植手術(shù)使用Hemopure。”試驗(yàn)計(jì)劃在英國伯明翰的伊麗莎白女王醫(yī)院進(jìn)行。

他的研究團(tuán)隊(duì)也在與西班牙國家心血管研究中心合作。在臨床前的工作中，將Hemopure注入嚴(yán)重心臟病發(fā)的冠狀動(dòng)脈，讓心臟立即得到氧氣，以幫助減少損傷。扎菲利斯還說，“有一些其他的指標(biāo)還在追蹤。”但表示無法透露這些指標(biāo)的具體情況。

從沙蠶到臨床

另一家正在申請(qǐng)批準(zhǔn)將血紅細(xì)胞氧載體用于器官灌注液的公司是位于法國布列塔尼的Hemarina公司。2017年11月，Hemarina宣布，在他們的產(chǎn)品Hemo2Life被用于在移植前的器官保存后，已經(jīng)成功移植了60個(gè)腎臟。這是Hemo2Life的第二次臨床試驗(yàn)，在早期的試驗(yàn)中，他們成功保存了10個(gè)腎臟。該公司主席兼聯(lián)合創(chuàng)始人弗蘭克·扎爾（Franck Zal）解釋說，Hemarina已經(jīng)完成了足夠的試驗(yàn)，正申請(qǐng)獲批在歐洲使用Hemo2Life?！拔覀兿Ｍ?019年能上市出售。”

像Hemopure一樣，Hemo2Life也是一種動(dòng)物血紅蛋白。扎爾說，“我們從一種叫沙蠶的海洋無脊椎動(dòng)物中提取血紅蛋白。“沙蠶生活在海灘的沙子下面，漲潮時(shí)從水中獲得氧氣。扎爾說:“我很想了解這種蠕蟲在漲潮和退潮之間（無水狀況下）如何生存，所以我把注意力集中在尋找它的氧氣載體上?！庇谑撬l(fā)現(xiàn)了一種血紅蛋白，其含量是人類的50倍。

賈爾解釋說:“這些蠕蟲有非常充足的聚合血紅蛋白作為它們的天然血紅蛋白?！彼鼈儧]有紅細(xì)胞；游離的血紅蛋白在液體中全身流動(dòng)?！爱?dāng)?shù)竭_(dá)它們的表面時(shí)，與外界的氧氣結(jié)合并進(jìn)入蠕蟲的內(nèi)部，在那里釋放氧氣?！盚emarina公司在法國西部有一個(gè)蠕蟲農(nóng)場(chǎng)，每年提供超過100萬只沙蠶。與牛血紅蛋白不同的是，蠕蟲血紅蛋白不需要以任何方式聚合或修改。

Hemarina公司計(jì)劃尋求批準(zhǔn)在歐洲以外的地方使用Hemo2Life，并可以用于儲(chǔ)存除了腎臟外的其他器官。扎爾解釋說，“我們已經(jīng)證明了產(chǎn)品用于其他器官的效能，包括肺、心臟、肝臟和胰腺?！痹摴菊谘邪l(fā)另外兩款包含沙蠶血紅蛋白的產(chǎn)品：一款叫作Hemhealing的血液補(bǔ)氧繃帶；另一款叫做Hemoxycarrier的紅細(xì)胞替代品。后者已進(jìn)入用于治療中風(fēng)、心力衰竭和粘連細(xì)胞疾病的臨床前研究。扎爾說，“我們希望能在兩年內(nèi)準(zhǔn)備好開始Hemoxycarrier的第一階段試驗(yàn)?！盚emoxycarrier目前被冷凍儲(chǔ)存，但該團(tuán)隊(duì)正致力于下一步進(jìn)行冷凍干燥，以擴(kuò)大其潛在用途。

俄羅斯的人造血液

聚合動(dòng)物血紅蛋白并不是取代供體紅細(xì)胞的唯一潛在途徑。自1997年以來，第二代全氟碳基氧載體氟甲酯（Fluosol）已被批準(zhǔn)為俄羅斯的血液替代品，但目前不再使用。FluorO2療法公司的總裁兼首席科學(xué)官黛博拉·湯普森（Deborah Thompson）解釋說，Perftoran已經(jīng)在幾個(gè)前蘇聯(lián)共和國獲得批準(zhǔn)。它在墨西哥也出售了幾年，用的產(chǎn)品名稱是Perftec。據(jù)報(bào)道，Perftoran目前使用人數(shù)超過35 000，效果良好，副作用也很小。

總部位于北卡羅來納州的FluorO2療法公司擁有Perftoran在美國的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在美國，它的名字是Vidaphor。一種能夠攜帶和釋放氧氣的全氟碳化合物Perfluorodecalin是Vidaphor的主要成分。它還含有另一個(gè)穩(wěn)定的全氟碳和乳化劑。湯普森說，“最終的產(chǎn)品是牛奶狀的乳劑。它在5年的冷凍狀態(tài)下是穩(wěn)定的，從冰庫取出后還可以在冰箱里放置兩周?！蹦壳埃現(xiàn)luorO2療法公司正在開發(fā)一種符合美國使用要求的制造工藝。湯普森解釋說:“然后我們會(huì)有一些可能的指標(biāo)，我們希望在美國的臨床試驗(yàn)中進(jìn)行探索?！?/p>

人工血紅細(xì)胞

另一種可能的方法是將一個(gè)氧載體包裹在聚合物外殼中。這樣的產(chǎn)品比游離血紅蛋白或全氟碳產(chǎn)品更接近天然紅細(xì)胞的外觀和功能。但目前還沒有進(jìn)行任何的臨床試驗(yàn)。

總部位于美國密蘇里州的Kalocyte公司是一家致力于此方法的公司。它的面包圈狀的Erythromer已進(jìn)入臨床前試驗(yàn)。“我們將提純的人類血紅蛋白包裹在合成的聚合物中，形成人造膜，”Kalocyte的總裁兼聯(lián)合創(chuàng)始人艾倫·道科特（Allan Doctor）解釋道，“在粒子內(nèi)部還有兩個(gè)小分子可以改變血紅蛋白的行為。一個(gè)降低氧親和力，使血紅蛋白更容易釋放氧氣。另一個(gè)是一種還原劑，它能防止鐵在血紅蛋白中的氧化，延長粒子的循環(huán)壽命?！?/p>

聚合物不僅僅是一個(gè)外殼，它還控制著小分子的可用性，幫助釋放氧氣?！靶》肿訋ж?fù)電荷，聚合物的內(nèi)表面帶正電荷，”艾倫解釋說，“肺里的pH值很高，而且質(zhì)子濃度很低，小分子被隔離在細(xì)胞的內(nèi)表面，增加氧的親和力。”當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入體內(nèi)時(shí)，質(zhì)子的濃度就會(huì)上升。然后，聚合物釋放出小分子，使其與血紅蛋白相互作用，從而推動(dòng)氧氣的釋放。“在釋放氧氣的過程中，特別是酸環(huán)境下，含氧量低的組織中，Erythromer是非常有效的?！?/p>

Erythromer的直徑約為200納米，約為正常紅細(xì)胞大小的1/50，可以冷凍干燥。艾倫說，“我們正在尋找的第一個(gè)指標(biāo)是巨大創(chuàng)傷的院前治療階段。”他希望3到5年內(nèi)開始臨床試驗(yàn)。

另一個(gè)選擇是在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)人類血紅細(xì)胞

貨真價(jià)值

血液培養(yǎng)是另一種可能的供血途徑。英國布里斯托爾大學(xué)的生物化學(xué)家阿什·托葉（Ash Toye）解釋說，實(shí)驗(yàn)室里的供血干細(xì)胞培育出的人類紅細(xì)胞可以為血型罕見的病人提供血液。托葉正在參與實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)血液的第一階段臨床試驗(yàn)，計(jì)劃于2018年年底開始。

這項(xiàng)由美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）和英國國家醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)（NHS）血液和移植機(jī)構(gòu)資助的試驗(yàn)，將測(cè)試血液中實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的細(xì)胞與正常捐獻(xiàn)血細(xì)胞的壽命。“至少我們想要得到相等的結(jié)果，”托葉說，“我們希望，因?yàn)樗鼈兪切略斓模运鼈兊膲勖鼤?huì)很長?！痹搱F(tuán)隊(duì)還在尋找擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模和自動(dòng)化生產(chǎn)過程的方法：目前，他們可以一次生產(chǎn)10毫升，足夠一個(gè)嬰兒使用，但遠(yuǎn)低于正常的成人輸血量。

同時(shí)，血液細(xì)胞可從成年人捐獻(xiàn)的血液中培養(yǎng)出來，但團(tuán)隊(duì)也想使用臍帶血。他解釋說，臍帶血庫的血型比通常捐贈(zèng)的要多?！案玫卮砹烁鞣N各樣不同的民族?！钡拈L期目標(biāo)是培養(yǎng)出能夠普遍兼容的成熟血細(xì)胞，或?qū)⑵渥鳛橐环N治療手段。“我們想要制造功能得到改變的血液，比如含有一種有療效的酶?！?/p>

在臨床和臨床前的試驗(yàn)中，有許多不同的途徑可以替代供體的紅細(xì)胞，很容易理解為什么這些研究人員希望這一領(lǐng)域的厄運(yùn)即將結(jié)束，而獲得批準(zhǔn)指日可待。賈爾總結(jié)說:“有些產(chǎn)品還沒有被使用，就說它們?nèi)绾斡行В梢哉壬?，這幾乎是不道德的。”