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備蓄・緊急投与が可能な人工赤血球製剤

奈良県立医科大学 医学部 化学教室

教授 酒井 宏水

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献血-輸血システム

しかし、課題もある。

1. 感染の可能性(エイズ、肝炎、新興ウィルス)

2. 血液型の問題(同一血液型の不足)

3. 保存期間が僅か３週間(緊急時の大量供給に不安)

4. 少子高齢化による献血者数の減少

現行医療には欠かせない行為であり、人類の健康と福祉の増進に貢献している。

人工血液が完成すれば、現行の献血-輸血システムを「補完」できる？

1. 血液型抗原を含まない

2. 感染源を含まない

3. 長期間保存が可能 (室温で二年以上)

輸 血

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輸血の問題点を解決でき、輸血治療を補完する技術となる。また、輸血では対応の出来ない疾患や外科的治療、Unmet Medical Needs

にも酸素治療薬として応用ができる。

脂質膜で被覆

人工赤血球の利点

1) 血液型なし

2) 感染源なし

3) 室温で２年間保存

4) 血液適合性

5) 高い酸素運搬機能

6) 蓄積性なし

7) 小粒子径

250 nm

人工赤血球Hb小胞体

ヘモグロビン ベシクル： ナマモノから 物質への変換

高純度精製Hb

(加熱処理 / ナノフィルトレーション)血液型物質なし感染源なし

[Hb] = 42 g/dL

5 nm

献血-輸血システムの課題

1) 感染の可能性(HIV, HCV..)

☞ Window Periodの問題

2) 血液型不一致

3) 保存期間が僅か３週間

4) 非常時の供給に不安

5) 少子高齢化の影響

NAT検査済み期限切れ赤血球

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HbV

有効性に関する研究

1 ラット90%交換輸血 血圧維持、赤血球と同等の酸素運搬 ASAIO J 1998

2 ラット50%出血性ショック蘇生 出血性ショック蘇生に有効 Crit Care Med 2004, Shock 2009

3 ウサギ40%出血性ショック(反復出血)蘇生 サイトカイン過剰産生の抑制 ASAIO J 2004

4 ビーグル犬50%出血性ショック蘇生 中型動物での大量・急速蘇生 ACBSB 2012

5 ラット体外循環(人工心肺)充填液 高次脳機能を改善 Circulation 2003

6 ラット制御不能出血モデル蘇生 生存時間の延長 Shock 2012

7 マウス片肺切除出血モデル蘇生 全例が生存 PLOS ONE 2017

8 ラット脳梗塞モデル 梗塞巣の拡大を抑制 Neurosci Lett 2007

9 マウス摘出小腸灌流 37℃, 2hr灌流で組織構造を維持 Am J Physiol Gastroenterol 2008

10 ハムスター有茎皮弁虚血部位酸素化 側副経路を経由した酸素輸送を確認 Crit Care Med 2007

11 マウス担がんモデル 腫瘍重量の減少 J Surg Res 2009

12 ラット切断下肢灌流モデル 8時間灌流後に再接着 Transplantation 2015

13 ラット妊娠中毒症モデル 胎児への酸素供給増による体重増 Scientific Reports 2015

14 ラット肺線維症モデル CO体投与による抗炎症効果 Biomaterials 2014

15 マウス潰瘍性大腸炎モデル CO体投与による抗炎症効果 J Control Release 2016

HbV

安全性に関する研究

16 ラット投与、ブタ投与、ヒト血液混合 血液適合性 血小板, 補体, キニン系活性なし BBA 2008, ACBSB 2007

J Biomed Mater Res A 2012

17 ラット単回投与、40%血液希釈 一般毒性 血液学的、血液生化学検査、組織病理に不可逆的変化は無し

Biomaterials 2004, Am J Pathol 2001,

Transfusion 2006

18 ラット反復投与代謝系 (10 mL/kg/日 x 14日間) 循環血液量の2.5倍を投与、一過性の肝・脾肥大、体重減少なし

JPET 2004

19 ラット脳内出血モデル 脳組織修復過程に影響なし J Biomed Mater Res 2009

20 ラット、マウス、ウサギ体内動態 代謝過程の解明、蓄積性なし、ヒトでは半減期が約3日と予測

JPET 2004, DMD 2009

J Control Release 2009

21 ラット肝臓疾患モデル体内動態 肝臓疾患がある場合もHb小胞体の成分は支障無く代謝・排泄される

Toxicol Appl Pharmacol 2010,

J Pharm Sci 2011

22 ラット免疫系に与える影響とその機序の解析 脾臓の細胞性免疫を一時的に抑制 JPET 2011

23 ラット摘出肝微小循環動態 類洞血管の収縮なし J Clin Invest 1998

24 ハムスター皮下微小循環動態 血管収縮・血圧亢進なし Am J Physiol Heart 2000, 2002, 2005

25 ビーグル犬40%出血性ショック蘇生長期生存 1年間、臓器障害・成長阻害なし 12-ISBS, 2009

26 カニクイザル単回投与 一般毒性 安全性の確認 J Drug Metab Toxicol 2013

27 ラット妊娠モデル単回投与 一般毒性 安全性の確認、胎盤の通過は無い Life Sci 2012

28 ラット高脂血症モデル単回投与 一般毒性 安全性の確認、代謝過程に支障なし Biol Pharm Bull 2015

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競合研究に対する優位性

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ヘモグロビンベシクル(Hb-V)は、酸素を結合する蛋白質Hb約3万個を脂質膜で包んだ小球粒子(直

径：約250 nm)である。特殊な製法により濃厚分散系(占有体積40%, [Hb] = 10 g/dL)を実現し、高い

Hb濃度、生体適合性、長期保存安定性などは他者の追随を許していない。

アカデミアを主体とした研究チームが、長年に亘って本製剤の製造法、有効性、安全性を検証してきた。

【特徴】

1)血液型が無い。ウィルスなど感染源を排除。

2)室温で2年以上の備蓄が可能であり、いつでも何処でも必要な時に投与できる。

3)大量投与してもHb-Vの脂質成分、Hb成分ともに代謝系を経て分解排泄されることを確認。

4)血漿中に均一分散し、赤血球(７～8μm)が到達し得ない末梢組織にも酸素を供給する。

5)出血性ショック蘇生液として、赤血球と同等の酸素運搬効果と安全性を有する。主に北米で展開さ

れた修飾Hb (分子内架橋, 重合体, 高分子結合型)は、血管内皮由来弛緩因子: NOを捕捉し、血管収

縮や血管損傷などを引起こす。

6)対してHb-Vは、本来毒性を有するHb分子を脂質膜で覆うことで、副作用を回避できる。げっ歯類か

ら霊長類までを用い、安全性と有効性に関する膨大なデータの蓄積がある。

7)製造法が従来に比較して簡便(JST特許出願中)。酸化劣化速度も改善(特許出願中)。脂質は意外

と高額ではない。

8)本剤と同等の機能を有する医薬品はない。

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従来技術とその問題点

1. ヒト由来Hbを用いる人工酸素運搬体については、国内で1980年代に Ajinomoto 社が pyridoxalated hemoglobin polyoxyethylene

conjugate (PHP)を開発した経緯がある。その後PHPは米国企業によって敗血症への使用を目指し臨床第三相試験に進んだが効果が得られず、また副作用のため開発を中止している。

2. その他、米国で修飾Hb溶液系(分子内架橋, 重合, PEG修飾)が開発され、臨床試験まで進展したが、NO捕捉や血管壁損傷など、分子状Hbの副作用により、欧米で認可された例は未だ無い。

3. Hbをリポソームに内包した形式は、日本ではT社が進めたが、Hbの内包効率が極めて低いこと、また脂質組成が原因の顕著な補体活性が問題となり、開発を中断した。

4. 遺伝子組換え蛋白質の利用、或いはiPS細胞から血球を培養するアプローチもあるが、廃棄血の有効利用が経済的にこれらを凌駕することは、論を俟たない。

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想定される用途

➢出血性ショック蘇生、術中出血に対する緊急投与

➢体外循環回路(人工心肺など)補充液

➢腫瘍組織の酸素化による感受性向上

➢脳梗塞、心筋梗塞における迅速投与による梗塞領域拡大の遅延

➢血管腫レーザー治療の標的としての利用

➢摘出臓器灌流液としての利用

➢妊娠中毒症における胎盤の酸素化による胎児への確実な酸素供給

➢COによる肺線維化症、潰瘍生大腸炎など活性酸素が関連する炎症反応の抑制

➢獣医領域における用途

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実用化に向けた課題

❖現在、製造を外注し、小規模GMPを目指している。製薬企業の協力を得て、GMP準拠の製剤を製造を加速させ、GLP非臨床試験の実施ならびに臨床試験を見据えた取り組み、次の段階に進むことが喫緊の課題である。

❖GLP毒性試験を進めている中で、遺伝毒性、がん原性、生殖発生毒性など、長期的観察が必要な項目の検討が残っている。

❖原料ヒトHbの素となる、期限切れ赤血球を効率よく医療機関から回収するシステムの構築が必要。他方、ウシ・ブタなどの赤血球の使用も可能。リコンビナントHbの可能性もある。

❖酸素輸送を原理とする治療戦略は、適用範囲は拡大が予想され、市場規模は益々大きくなると予想される。しかし、先ず何をターゲットとするかが課題である。

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企業への期待

現在、AMEDの支援を受けながら、橋渡し研究を進めている。今後も、公的資金を獲得しながら、産学共同で推進したい。

➢ヘモグロビンベシクル製剤製造のスケールアップの検討

➢市場性、用途の見極め

➢GMP準拠の小規模製造設備の設置と製造

➢GLP準拠の非臨床試験の実施

➢臨床試験の実施

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本技術に関する知的財産権

本技術に関する知的財産権の一覧

発明の

名称

安定保存可能

な酸素輸液製

剤

メト化防止剤

を含有する人

工酸素運搬体

配位子置換型

輸液製剤

小胞体の製造

法

Hbのメト化抑

制機能を有す

る人工赤血球

権利人 奈良県立医科

大学

奈良県立医科

大学

生産開発科学

研究所

早稲田大学 奈良県立医科

大学

発明者 酒井宏水, 他 酒井宏水,

他

酒井宏水,

他

酒井宏水 酒井宏水、

山田孫平

出願

番号

H11-253119 2004-

182435

JP2006-

95901

PCTJP2012/

059233

PCT/JP2017/

008187

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お問い合わせ先

奈良県立医科大学

産学官連携推進センター

ＴＥＬ ０７４４－２２ － ３０５１（代表）

２５５２（内線）

ＦＡＸ ０７４４－２９ － ４７４６

e-mail sangaku＠naramed-u.ａｃ.ｊｐ