Preparaty krwiozastępcze

Choroby krwi i układu krwiotwórczego.
admin. med.

Preparaty krwiozastępcze

Post autor: admin. med. »

Preparaty krwiozastępcze (grupa B05AA w klasyfikacji ATC), stosowane są w przypadku utraty znacznej objętości krwi. Idealne środki krwiozastępcze powinny wypełniać objętościowo układ naczyniowy, mieć lepkość podobną do krwi i wytwarzać ciśnienie onkotyczne w celu utrzymania przez dłuższy czas wody w naczyniach oraz - co jest znacznie trudniejsze do osiągnięcia - zastępować krwinki czerwone w przenoszeniu tlenu. Poza tym powinny być nietoksyczne, nieantygenowe, nie powinny zaburzać homeostazy, uszkadzać krwinek i narządów. Powinny natomiast utrzymywać się we krwi przez 6-12 godzin, ulegać metabolizmowi i wydalać się w 100% z organizmu. Ponadto powinny być też trwałe. Łatwo można się domyślić, że spełnienie wszystkich warunków z tej niezwykle długiej listy jest mało prawdopodobne. Poszukiwanie preparatu, który mógłby zastąpić w transfuzjach pełną krew rozpoczęło się w drugiej połowie lat 60-tych XX wieku i do dzisiaj nie zakończyło się sukcesem, pomimo ciekawych osiągnięć z dziedziny syntezy, biosyntezy, czy modyfikacji naturalnych substancji.

Środki krwiozastępcze dzieli się na dwie grupy:

1. Środki zastępcze osocza, stosowane w celu zwiększenia objętości krwi. Należą do nich roztwory koloidowe, np. dekstrany, preparaty żelatynowe i skrobiowe (hydroksyetyloskrobia) oraz krystaloidy.

2. Preparaty posiadające zdolność odwracalnego wiązania tlenu, do których należą koloidalne połączenia hemoglobiny, np. krosfumaryl hemoglobiny, rafimer hemoglobiny, glutamer hemoglobiny (preparaty określane jako „czerwona krew” - ang. red blood) oraz fluorokarbonowe substytuty krwi (tzw „biała krew” – ang. white blood). Powszechnie stosowane są obecnie preparaty należące do pierwszej z wymienionych grup, natomiast preparaty posiadające zdolność odwracalnego wiązania tlenu są albo w fazie eksperymentów, badań klinicznych lub dopuszczone są do stosowania w nielicznych krajach.

Roztwory koloidowe będące środkami zastępczymi osocza w większości otrzymuje się poprzez chemiczną modyfikację substancji naturalnych (żelatyny, skrobi). Dekstran jest natomiast polimerem glukozy uzyskiwanym metodami biotechnologicznymi. Poniżej zaprezentowana jest krótka charakterystyka tych preparatów wraz ze skrótową informacją na temat metod ich otrzymywania.

Zaletą pochodnych żelatyny jako preparatów zastępczych osocza jest z pewnością ich dostępność i niska cena. Żelatyna stosowana jako substrat do dalszych modyfikacji chemicznych jest otrzymywana przez degradację naturalnego kolagenu (jego hydrolizę alkaliczną). Dalsza modyfikacja chemiczna żelatyny jest konieczna dla uzyskania odpowiedniej wielkości cząsteczki, lepkości i punktu żelifikowania. Stosowane w celu modyfikacji żelatyny procesy to denaturacja i wprowadzenie tzw. wiązań krzyżowych pomiędzy uzyskanymi cząsteczkami polipeptydów.

Preparaty żelatyny uzyskane w efekcie modyfikacji chemicznych mają cząsteczki o masie nie większej niż 30 000, są nietoksyczne, rozkładane przez peptydazy, zachowują stabilność w temperaturze 5-20o C. Stosuje się je w stężeniach 3-5,5%. Są jednak środkami o krótkotrwałym działaniu hemodynamicznym.

Drugi z wymienionych poprzednio preparatów zastępczych osocza, hydroksyetyloskrobia (HES) jest również modyfikowanym biopolimerem, otrzymywanym przez hydroksyetylowanie tzw. skrobi woskowej (czyli skrobi zawierającej około 15% amylopektyn). Hydroksyetylowanie cząsteczki skrobi powoduje korzystną zmianę jej własności, w tym obniżenie temperatury żelifikacji, wzrost odporności na alfa-amylazy i wzrost stabilności roztworu. Chemiczna modyfikacja skrobi jest procesem złożonym i polega na kolejno przeprowadzonych trzech procesach: kwaśnej hydrolizie skrobi woskowej, do uzyskania wymaganej masy i lepkości, hydroksyetylowaniu przez działanie tlenkiem etylenu w środowisku alkalicznym, do uzyskania stopnia podstawienia 0,7-0,8 (7-8 grup na 10 cz. glukozy) i oczyszczeniu przez ekstrakcję glikolem etylenowym i 2-chloroetanolem. W trakcie opisywanego procesu podstawieniu ulegają grupy hydroksylowe w pozycjach 2- i 6- łańcucha skrobi. Stopień podstawienia w tych pozycjach jest przedstawiany w karcie opisu jako iloraz C2/C6 np. 130/04. HES wykazuje dość korzystne cechy: jest dobrze rozpuszczalna w wodzie, daje się sterylizować termicznie bez zmiany lepkości, jest nietoksyczna, nieteratogenna i degradowalna przez amylazę (szybkość degradacji zależy od stopnia podstawienia grupami hydroksyetylowymi). Stosowana jest w stężeniu 6% i 9% (10%), przy czym wymaga izotonizowania, np. 0,9% NaCl. Koloidalne roztwory HES mają najniższy odnotowany klinicznie odsetek reakcji anafilaktcznych (0,058%!).

Ostatni z koloidowych substytutów osocza, dekstran, jest polimerem glukozy o wysokim ciężarze cząsteczkowym (5x104 do 3x108 Da), niemniej dobrze rozpuszczalnym w wodzie. Cząsteczki dekstranu różnią się budową od innych dobrze znanych naturalnych polimerów glukozy (skrobi, glikogenu), ponieważ zawierają w 90-95% wiązania (1-6)-alfa-D-glikozydowe, a w łańcuchach bocznych - wiązania (1-4) i (1-3)-alfa-D-glikozydowe. Dekstran jest uzyskiwany metodami biotechnologicznymi, głównie w wyniku fermentacji sacharozy przez pewne rodzaje bakterii kwasu mlekowego. Organizmem używanym powszechnie w przemysłowej produkcji dekstranu jest Leuconostoc mesenteroides. Istnieją dwie głównie stosowane metody otrzymywania dekstranu. Pierwsza z nich to klasyczny jednoetapowy proces fermentacyjny. Bakterie hoduje się w bogatym podłożu zawierającym do 10% sacharozy, bez napowietrzania podłoża, przy jedynym kontrolowanym parametrze – temperaturze, która utrzymywana jest w granicach 20-25ºC. Wydajność tego procesu sięga 45% dla odpowiednio aktywowanych szczepów Leuconostoc mesenteroides. Otrzymuje się w efekcie natywny dekstran o masie cząsteczkowej z zakresu 50 kDa do 500 MDa . Wytrącony dekstran poddaje się hydrolizie do wymaganej masy cząsteczkowej, a następnie oczyszcza na wymiennikach jonowych i węglu aktywnym. Druga ze stosowanych metod – metoda enzymatyczna - przebiega dwuetapowo. Pierwszym etapem jest hodowla Leuconostoc mesenteroides w warunkach sprzyjających syntezie enzymu dekstranosacharazy. Enzym ten jest następnie izolowany z podłoża pohodowlanego i wykorzystywany w drugim etapie procesu. Jest nim enzymatyczna transformacja sacharozy do dekstranu. Dekstran stosowany do zastępowania osocza powinien mieć masę od 50 kDa do 100 kDa, a stosowany,jako regulator przepływu krwi - od 20 kDa do 60 kDa. Najpowszechniej stosowany jest dekstran 40 (masa 40 kDa), dekstran 70, oraz dekstran 1 – używany jako hapten przed podaniem dekstranu o wyższej masie, który znacznie zmniejsza częstość występowania działań niepożądanych. Zaletą dekstranu, jako środka krwiozastępczego jest fakt, że utrzymuje się on w organizmie dostatecznie długo, aby spełnić swoją rolę, a jednocześnie nie odkłada się w tkankach w takim stopniu jak inne środki. Dzięki wysokiej zdolności wiązania wody roztwory dekstranu wywierają znaczne ciśnienie osmotyczne. Ma to wpływ na zwiększenie objętości osocza, a w wyniku tego na zmniejszenie lepkości krwi i polepszenie jej przepływu w naczyniach włosowatych. Poza dekstranami stosowanymi jako preparaty zastępcze osocza istnieją inne klasy dekstranów (różniące się masami molowymi i typami wiązań w cząsteczce) mające inne kliniczne zastosowania. Dekstrany są stosowane np. jako: składnik roztworów stosowanych w krioprezerwacji, składnik roztworów do przechowywania organów wykorzystywanych w transplantacji, składnik implantów – np. stomatologicznych, czy jako antykoagulant – np. w zapobieganiu zatorom żylnym.
Opisywane powyżej preparaty dalekie są od ideału środka krwiozastępczego ze względu na brak możliwości odwracalnego wiązania tlenu. Od ponad 70-ciu lat trwają prace nad uzyskaniem bądź na drodze syntezy, bądź transformacji chemicznej substancji naturalnych takiego środka, który mógłby zastępować krwinki czerwone w przenoszeniu tlenu. Badania dotyczą dwóch grup związków: związków perfluorokarbonowych oraz pochodnych hemoglobiny [1].

Związki perfluorokarbonowe (PFC) to pochodne węglowodorów, w których cząsteczkach wszystkie lub prawie wszystkie atomy wodoru zostały zastąpione atomami fluoru. Ważną cechą tych związków jest zdolność do rozpuszczania różnych gazów, w tym oddechowych (CO2 i O2). Mechanizm wiązania tlenu przez PFC jest zupełnie inny niż dla hemoglobiny i polega na wypełnianiu gazem przestrzeni pomiędzy atomami fluoru, powstałych na skutek przestrzennego ułożenia molekuł. 100 ml PFC może rozpuścić około 45 ml tlenu. Rozpuszczalność gazów w PFC podlega prawu Henriego, a więc zależy od ciśnienia gazu będącego w kontakcie z roztworem. Daje to możliwość transportu tlenu z płuc do tkanek. Perfluorokarbony mają ciekawe własności fizykochemiczne, utrudniające jednak ich stosowane jako preparaty krwiozastępcze - są hydrofobowe a poza tym lipofobowe (!). Powoduje to konieczność podawania ich w postaci emulsji, jako że nie mieszają się z krwią. Są też problemy z ich degradacją. Nie wyizolowano dotąd żadnego mikroorganizmu wykorzystującego PFC jako źródło węgla, nie stwierdzono również by jakikolwiek rozkład PFC zachodził na drodze enzymatycznej. Wyjątkowo słabe oddziaływania Wan der Waalsa pomiędzy cząsteczkami PFC są odpowiedzialne za ich bardzo niskie napięcie powierzchniowe, małą lepkość i wysoką ściśliwość.

W roku 1966 Leland C. Clark z Uniwersytetu w Cincinnati przeprowadził kontrowersyjny eksperyment - całkowicie zanurzył żywą mysz na kilka godzin w nasyconym tlenem fluorobutylotetrawodorofuranie. Mysz eksperyment przeżyła, przez kilka godzin swobodnie „oddychała” tlenem rozpuszczonym w ciekłym PFC. Niejako kontynuacją tych badań jest testowanie zastosowania PFC do sztucznej wentylacji i wspomagania oddychania noworodków (III faza badań klinicznych w Europie i USA). Pierwsza generacja perfluorokarbonowych preparatów krwiozastępczych obarczona była poważnymi wadami, do których należała niska rozpuszczalność tlenu i idąca za tym niska skuteczność, niestabilność w temperaturze pokojowej (przechowywanie w 20oC) i wywoływanie reakcji anafilaktycznych [2]. Przykładem takiego preparatu był Fluosol-DA produkowany przez Green Cross Corporation (Japonia) i Alpha Therapeutics (USA). Początkowo dopuszczony przez FDA, jednak wkrótce został wycofany z rynku ze względu na liczne działania niepożądane. Preparatem PFC dopuszczonym do stosowania w Rosji jest Perftoran, w Meksyku rejestrowany pod nazwą Perftec. Opracowane w ostatnich latach emulsje PFC drugiej generacji, bardziej skuteczne i trwałe, są aktualnie w II fazie badań klinicznych w Europie i USA [3].

Drugą grupą preparatów wiążących odwracalnie tlen są roztwory modyfikowanej hemoglobiny. Pierwotnie planowano wykorzystywać wolną hemoglobinę, jako substytut krwi, jednak okazało się, że nie spełnia takich funkcji, jakich oczekiwano. Hemoglobina pozbawiona osłony krwinek czerwonych traci stabilność i nie uwalnia tlenu w tkankach, rozpada się, uszkadza nerki i już po paru godzinach jest wydalana z organizmu.

Od kilkudziesięciu lat prowadzone są próby jej modyfikacji poprzez sieciowanie, polimeryzację, pułapkowanie czy kompleksowanie. Tworzone są np. wiązania kowalencyjne pomiędzy dwoma łańcuchami globiny w hemoglobinie, a następnie przeprowadzana jest polimeryzacja za pomocą np. aldehydu glutarowego czy o-rafinozy. Preparaty te, określane jako preparaty hemoglobiny drugiej generacji, pozostają ciągle w fazie badań klinicznych [4]. Wiele z bardzo obiecujących preparatów modyfikowanej hemoglobiny odpadło już w ostatnich fazach badań klinicznych, ze względu na istotne działania niepożądane. Żaden z tych preparatów w chwili obecnej nie ma też aprobaty FDA [5]. Niedawno natomiast dopuszczony do użytku w Republice Południowej Afryki został eksperymentalny preparat Hemopure firmy Biopure Corp. Z punktu widzenia chemii są to wyizolowane z czerwonych krwinek krów cząsteczki hemoglobiny, których fragmenty trwale połączono ze sobą dzięki modyfikacjom chemicznym. Reasumując, pomimo trwających kilkadziesiąt lat intensywnych badań idealny preparat krwiozastępczy nadal pozostaje w sferze poszukiwań syntetyków i biotechnologów.

dr hab. n farm. Jadwiga Turło
Katedra i Zakład Technologii Leków i Biotechnologii Farmaceutycznej
Warszawski Uniwersytet Medyczny

Piśmiennictwo:
1. Winslow RM. Current status of oxygen carriers ('blood substitutes'): 2006. Vox Sang. Aug 2006;91(2):102-10.
2. Spahn DR. Blood substitutes. Artificial oxygen carriers: perfluorocarbon emulsions. Crit Care. 1999;3(5):R93-7.
3. Johnson JL, Dolezal MC, Kerschen A, Matsunaga TO, Unger EC. In vitro comparison of dodecafluoropentane (DDFP), perfluorodecalin (PFD), and perfluoroctylbromide (PFOB) in the facilitation of oxygen exchange. Artif Cells Blood Substit Immobil Biotechnol. 2009;37(4):156-62.
4. Gould SA, Moore EE, Hoyt DB, et al. The first randomized trial of human polymerized hemoglobin as a blood substitute in acute trauma and emergent surgery. J Am Coll Surg. Aug 1998;187(2):113-20; discussion 120-2. [Medline].
5. Grethlein SJ. Blood substitutes. emedicine.medscape.com. Updated: Jun 25, 2012
źródło:aptekarzpolski.pl
ODPOWIEDZ
  • Podobne tematy
    Odpowiedzi
    Odsłony
    Ostatni post