血紅細胞替代產品

編譯 邢鴻飛

科學作家尼娜·諾特曼（Nina Notman）撰文，介紹了在必要時候使用的供體紅細胞替代產品的研究進展。

一位23歲的美國男性因車禍導致嚴重出血性休克，被送抵醫院。治療的關鍵部分通常是輸血，以補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，情況相當危險，其他的常規治療方案也沒有什么幫助。值得慶幸的是，他的醫生知道一個未經批準的方法；事故發生30小時后，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胞中的天然血紅蛋白，將氧氣輸送到全身，因此常常被當作血液的替代品或人工血液。患者很快得到恢復，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）的擴大應用計劃。這個計劃往往被當成某種“慈善”，允許病情嚴重或生命垂危的患者使用某些未經批準的藥品。這個病人很幸運，他的臨床醫生危急時刻另辟蹊徑，而他也并非是唯一的幸運兒，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，我們已經在全球范圍內治療了大約2000人?！?/p>

曲折的發展道路

該產品的目的并非大規模使用人造產品替代捐贈的血液，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血液的人——他們需要其他的治療產品。因鐮狀細胞疾病而接受常規輸血治療的患者會對捐獻的血液產生免疫反應，從而危及生命。而且，稀有血型很難找到。

也存在很現實的問題：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。他們的儲存也非常實用，例如，Hemopure在室溫下可以保存至少3年，而捐贈血液中的紅細胞最多可冷藏42天。迄今為止，美國軍方巨資資助了血紅蛋白氧載體研究。加州大學洛杉磯分校醫學院麻醉師喬納森·賈爾（Jonathan Jahr）解釋說:“這些產品可以在直升機、救護車或醫生的背包里放上數年，不會有任何問題?！弊鳛槁樽韼?，賈爾為少數幾個研制開發血紅蛋白氧載體的公司提供咨詢。“他們可以被迅速地注入那些即將失血致死的患者體內，以使他們恢復到高級別護理水平，大大增加他們的生存機會?！?/p>

血紅蛋白氧載體也規避了人們對捐贈血液污染問題的擔憂，這一問題始于1980年，當時媒體聚焦艾滋病病毒。人們認為南非的艾滋病毒攜帶者比其他任何地方都多，南非是少有的幾個被批準使用人工血液制品的國家之一，2001年他們開始使用Hemopure。

美國軍隊是人造血液產品的潛在用戶，尤其是如果他們在戰地上待更長的時間

既然對產品的臨床需要明顯，為什么美國或歐盟監管機構沒有批準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設計不當。他說：“在這個領域已經發生過很多次了。”2008年，該領域受到了近乎致命的打擊，對5種不同產品的16項臨床試驗進行薈萃分析后公開的結果表明：血紅蛋白氧載體明顯增加了死亡和心臟病發作的風險。

許多給編輯寫信的人都指出，社區對把所有產品混在一起的不當行為感到驚愕；賈爾和他的同事們在2015年進行的一項重新評估證實，從薈萃分析中剔除一個長期被棄的產品將會逆轉其結論。但損害已經發生。FDA變得非常謹慎，相關經費開始停止提供。研究血紅蛋白的諾斯菲爾德實驗室和研究血液替代品Hemospan的Sangart是兩家已經破產的血紅蛋白氧載體開發商。Hemopure幾乎遭遇了類似的命運。其開發商Biopure在2009年申請破產。買家OPK生物技術公司于2014年破產，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的立場有了些許變化，我希望歐盟也能有一些變化?！彼J為，他們開始更好地判斷這些產品的風險與收益。他說，“這些產品的功效從來都不是問題，問題往往就是安全性。”

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

保鮮

人工血液可幫助捐獻器官保存更長久的時間，質量不受影響

賈爾預見到血紅蛋白氧載體首先會被批準用于人類的一個小眾領域，這將為其他應用提供資金，也將為下一步的批準打開大門。HbO2療法公司目前正在積極地將Hemopure當作一種器官灌注液，在器官移植前用于儲存器官的液體。

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。血液取自一個專門的牧群，破裂紅細胞以提取血紅蛋白。先提純，之后“聚合成一個大到可以避免通過內皮細胞逃逸的分子大小，但不會太大，不會成為免疫系統的目標。”

當器官從體內取出時，它馬上就會缺氧。標準程序是在移植之前，將其在器官保存液中冷卻。寒冷降低了細胞的新陳代謝率，限制了因缺氧而造成的損害。但是，所有經批準使用的器官保存液都不含氧。賈爾說:“有一些很好的數據顯示，將人體器官置于這些氧氣載體中，保存的時間比目前不含氧的溶液要長久得多。”這樣就會有更多的時間去尋找合適的移植體?！按送?，還有一些文章認為，一些之前認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?！?/p>

2017年10月，HbO2療法公司宣布首次成功移植了一例先前被認為不適合移植的肝臟，起到關鍵作用的是Hemopure。這次移植手術在荷蘭的格羅寧根大學醫學中心完成。扎菲利斯解釋說:“我們現在正計劃更大規模的臨床試驗，2018年開始在肝臟移植手術使用Hemopure。”試驗計劃在英國伯明翰的伊麗莎白女王醫院進行。

他的研究團隊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注入嚴重心臟病發的冠狀動脈，讓心臟立即得到氧氣，以幫助減少損傷。扎菲利斯還說，“有一些其他的指標還在追蹤。”但表示無法透露這些指標的具體情況。

從沙蠶到臨床

另一家正在申請批準將血紅細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，在他們的產品Hemo2Life被用于在移植前的器官保存后，已經成功移植了60個腎臟。這是Hemo2Life的第二次臨床試驗，在早期的試驗中，他們成功保存了10個腎臟。該公司主席兼聯合創始人弗蘭克·扎爾（Franck Zal）解釋說，Hemarina已經完成了足夠的試驗，正申請獲批在歐洲使用Hemo2Life?！拔覀兿Ｍ?019年能上市出售?！?/p>

像Hemopure一樣，Hemo2Life也是一種動物血紅蛋白。扎爾說，“我們從一種叫沙蠶的海洋無脊椎動物中提取血紅蛋白?！吧承Q生活在海灘的沙子下面，漲潮時從水中獲得氧氣。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現了一種血紅蛋白，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。”它們沒有紅細胞；游離的血紅蛋白在液體中全身流動?！爱數竭_它們的表面時，與外界的氧氣結合并進入蠕蟲的內部，在那里釋放氧氣?！盚emarina公司在法國西部有一個蠕蟲農場，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公司計劃尋求批準在歐洲以外的地方使用Hemo2Life，并可以用于儲存除了腎臟外的其他器官。扎爾解釋說，“我們已經證明了產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另外兩款包含沙蠶血紅蛋白的產品：一款叫作Hemhealing的血液補氧繃帶；另一款叫做Hemoxycarrier的紅細胞替代品。后者已進入用于治療中風、心力衰竭和粘連細胞疾病的臨床前研究。扎爾說，“我們希望能在兩年內準備好開始Hemoxycarrier的第一階段試驗?！盚emoxycarrier目前被冷凍儲存，但該團隊正致力于下一步進行冷凍干燥，以擴大其潛在用途。

俄羅斯的人造血液

聚合動物血紅蛋白并不是取代供體紅細胞的唯一潛在途徑。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官黛博拉·湯普森（Deborah Thompson）解釋說，Perftoran已經在幾個前蘇聯共和國獲得批準。它在墨西哥也出售了幾年，用的產品名稱是Perftec。據報道，Perftoran目前使用人數超過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在美國的知識產權，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。它還含有另一個穩定的全氟碳和乳化劑。湯普森說，“最終的產品是牛奶狀的乳劑。它在5年的冷凍狀態下是穩定的，從冰庫取出后還可以在冰箱里放置兩周。”目前，FluorO2療法公司正在開發一種符合美國使用要求的制造工藝。湯普森解釋說:“然后我們會有一些可能的指標，我們希望在美國的臨床試驗中進行探索。”

人工血紅細胞

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

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已進入臨床前試驗?！拔覀儗⑻峒兊娜祟愌t蛋白包裹在合成的聚合物中，形成人造膜，”Kalocyte的總裁兼聯合創始人艾倫·道科特（Allan Doctor）解釋道，“在粒子內部還有兩個小分子可以改變血紅蛋白的行為。一個降低氧親和力，使血紅蛋白更容易釋放氧氣。另一個是一種還原劑，它能防止鐵在血紅蛋白中的氧化，延長粒子的循環壽命。”

聚合物不僅僅是一個外殼，它還控制著小分子的可用性，幫助釋放氧氣。“小分子帶負電荷，聚合物的內表面帶正電荷，”艾倫解釋說，“肺里的pH值很高，而且質子濃度很低，小分子被隔離在細胞的內表面，增加氧的親和力?！碑敿毎M入體內時，質子的濃度就會上升。然后，聚合物釋放出小分子，使其與血紅蛋白相互作用，從而推動氧氣的釋放?！霸卺尫叛鯕獾倪^程中，特別是酸環境下，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指標是巨大創傷的院前治療階段。”他希望3到5年內開始臨床試驗。

另一個選擇是在實驗室培養人類血紅細胞

貨真價值

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

這項由美國國立衛生研究院（NIH）和英國國家醫療服務系統（NHS）血液和移植機構資助的試驗，將測試血液中實驗室培養的細胞與正常捐獻血細胞的壽命?！爸辽傥覀兿胍玫较嗟鹊慕Y果，”托葉說，“我們希望，因為它們是新造的，所以它們的壽命會很長。”該團隊還在尋找擴大生產規模和自動化生產過程的方法：目前，他們可以一次生產10毫升，足夠一個嬰兒使用，但遠低于正常的成人輸血量。

同時，血液細胞可從成年人捐獻的血液中培養出來，但團隊也想使用臍帶血。他解釋說，臍帶血庫的血型比通常捐贈的要多。“更好地代表了各種各樣不同的民族?！钡拈L期目標是培養出能夠普遍兼容的成熟血細胞，或將其作為一種治療手段?！拔覀兿胍圃旃δ艿玫礁淖兊难海热绾幸环N有療效的酶?！?/p>

在臨床和臨床前的試驗中，有許多不同的途徑可以替代供體的紅細胞，很容易理解為什么這些研究人員希望這一領域的厄運即將結束，而獲得批準指日可待。賈爾總結說:“有些產品還沒有被使用，就說它們如何有效，可以拯救生命，這幾乎是不道德的?！?/p>