Курсовая работа: Искусственная кровь или кровезаменители. Их создание и использование в медицине
У 85 % людей эритроциты имеют особое антигенное вещество, названное резус-фактор. Эти люди считаются резус-положительными, а остальные 15 %, не имеющие в крови резус-фактора, резус-отрицательными. Переливание резус-положительной крови резус-отрицательным больным приводит к выработке у них резус-антитела. При повторных переливаниях у них наступает тяжелая посттрансфузионная реакция, способная привести к смертельному исходу. Для предупреждения этого осложнения обязательно исследование крови на содержание резус-фактора. Резус-отрицательным больным, а также во всех сомнительных случаях можно переливать только резус-отрицательную кровь.
Переливание крови производится в обязательном порядке после:
1. Определения группы крови больного.
2. Определения группы крови донора.
3. Пробы на индивидуальную совместимость.
4. Пробы на биологическую совместимость.
Противопоказаниями к переливанию крови следует считать:
1. Тяжелые нарушения функций печени и почек (острые гепатиты, острые пефрозонефриты воспалительной этиологии, амилоидоз и др.).
Однако, если заболевание этих органов связано с интоксикацией, то в ряде случаев переливание крови производимое небольшими дозами, капельно, может привести к улучшению их функций.
2. Декомпенсация сердечной деятельности с явлениями отеков, асцита и др.
3. Заболевание легких, сопровождающиеся выраженным застоем в малом круге кровообращения.
4. Аллергические состояния и заболевания (например, острая экзема, бронхиальная астма и др.).
5. Активный туберкулезный процесс в стадии инфильтрата.
3. Необходимость создания искусственной крови
Идея создания заменителей донорской крови возникла еще в конце 1950-х. Ведь искусственная кровь заведомо ничем не заражена, не нуждается в подборе по антигенным группам, менее чувствительна к условиям хранения. И что особенно важно – ее производство в любой момент может резко увеличено. Конечно, никто не надеялся создать субстанцию, способную выполнять все функции крови. Главное, что должен был уметь делать будущий кровезаменитель – это разносить по тканям тела кислород.
Двадцать второго августа 2002 года в калифорнийском городе Фресно произошла такая история. Как-то утром офицер Русс Корнелисон вышел из своего дома и столкнулся с подозрительным типом. Когда незнакомец бросился наутек и скрылся в своем доме, собака Корнелисона бросилась за ним в погоню. Офицер Корнелисон успел вовремя нагнуться, когда над ним просвистела пуля, второй выстрел поразил его верного четвероногого друга. Пули прошили собаке левую переднюю и правую заднюю лапы, правое легкое и левое ухо. Раненый пес выжил благодаря оксиглобину – заменителю крови, разрешенному для использования только в ветеринарии. В то же время это единственный кровезаменитель на американском рынке. Хотя препараты, подобные оксиглобину , часто называют «заменителями крови» или «искусственной кровью»,более точно называть это «кислородной терапией».В отличие от настоящей крови препараты для кислородной терапии не вызывают коагуляцию на поверхности раны и не вступают в борьбу с инфекцией. Самое главное, что эти препараты выполняют основную функцию крови – поставлять кислород к тканям. Ведь если снабжение кислородом прекращается хотя бы на несколько минут, это может привести к серьезным поражениям нервной системы.
Существует версия, что впервые переливания крови были выполнены еще инками, однако формирование трансфузиологии как науки произошло уже в 20 веке, когда были открыты группы крови, выяснена молекулярная, а затем генетическая основа различных ее компонентов. Переливание крови – это надежда на спасение человека и одновременно риск занести инфекцию. По данным европейских исследований, на миллион переливаний приходится семь случаев заражения гепатитом В,15 – гепатитом С, до двух – ВИЧ-инфекцией.
«Особый страх перед донорской кровью вызвала эпидемия СПИДА, - говорит врач-инфекционист, директор клиники «Витацелл» Игорь Марков. – В 1983 году медики обнаружили вирус иммунодефицита человека (ВИЧ).Но массовое тестирование началось только в 1985 году. За эти два года только во Франции медики заразили СПИДом около тысячи человек».Не менее драматична история с вирусами гепатитов. Сначала кровь тестировали только на гепатит В, однако люди продолжали заболевать после переливаний (до 17% пациентов).Как выяснилось, вызывал заболевание уже другой вирус гепатита - С.Вскоре ученые узнали о существовании гепатита D.Сегодня уже известно восемь разновидностей гепатита, но реципиенты продолжают заболевать желтухой после переливаний. При этом донорскую кровь не проверяют на такие инфекции, как вирус герпеса, цитомегаловирус, инфекционный мононуклеоз, токсоплазмоз, лейшманиоз, бруцеллез.
Есть и другие минусы переливания крови. Донорская кровь всегда вызывает стресс иммунной системы. Чем больше больной получил чужой крови, тем выше вероятность развития инфекций.«От одного донора нельзя взять 2-3 литра крови – объясняет профессор Виктор Мороз, директор Института общей реаниматологии РАМН. – Берется по 400 мл. Значит, если надо перелить человеку 3-6 л крови, то должно быть задействовано около десятка доноров. Совместимость при переливании крови донора с реципиентом, конечно, исследуется. А между донорами это не делается. Когда в организм попадает такое большое количество крови от разных доноров, бывает, находятся несовместимые доноры и возникают различные осложнения».
Отчасти поэтому в ряде цивилизованных стран развернулась кампания по пропаганде аутодонорства, то есть создания индивидуального запаса своей крови, чтобы в случае необходимости избежать переливания чужой. Такая кровь может храниться 10-15 лет. Однако некоторые считают, что нет смысла вводить это массово. Запас необходим лишь в некоторых случаях. Например, если человеку предстоит сложная операция или велик риск кровотечения во время родов. Аутодонорство – это тоже не панацея; оно доступно лишь весьма состоятельной части общества.
Необходимость создания искусственной крови обусловлена не только недостатками донорской крови, но и участившимися ситуациями, когда сразу требуется большое количество кровевосполнений (транспортные и промышленные аварии, вооруженные конфликты, стихийные бедствия и т.п.). Между тем делать большие запасы донорской крови, учитывая ограниченный срок ее годности, обременительно для бюджета здравоохранения. В условиях дорожных происшествий и стихийных катастроф возникает дефицит времени для доставки пострадавшего в стационар и определения группы его крови. На это отводится от 20 минут до одного часа. Потребность в переливании огромна: около одного переливания на 40-50 человек в год. Только в России донорская кровь нужна для 2-3 млн. переливаний в год, что составляет около 1 млн. литров. По данным фирмы Hema Gen (США), лишь в городах потребность мирового рынка в кровезаменителях, необходимых для хирургии, гемодилюции и травматологии, оценивается в 1,9-2,9 млрд. долларов. Армия США впервые осознала потребность в заменителях крови после Второй мировой войны. Во время войны возникали проблемы с поставками и хранением донорской крови. Поэтому в последующие десятилетия американская армия сыграла лидирующую роль в исследованиях по поиску кровезаменителей.
4. Гемоглобиновые кровезаменители. Разработки и испытания
В течение 60-х исследователи обратились к естественному эффективному поставщику кислорода – гемоглобину. Это белок красных кровяных клеток, который обеспечивает поступление кислорода из воздуха к тканям и углекислого газа – от тканей в воздух. Молекула гемоглобина состоит из двух молекул альфа-протеина и двух молекул бета-протеина. Если гемоглобин покидает защитную среду эритроцита, его молекула распадается на субъединицы, которые могут вызвать повреждения почек. Исследователи попробовали стабилизировать гемоглобин перекрестным связыванием альфа- и бета-субъединиц и соединением отдельных молекул гемоглобина с получением гемоглобинового полимера. Уже много раз казалось, что вот-вот будет создан газотранспортный гемоглобиновый кровезаменитель, но возникали новые проблемы, которые отбрасывали исследователей на исходные позиции. «Причин тому несколько, - объясняет Сергей Воробьев, старший научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН. – Сами по себе молекулы гемоглобина нельзя запустить в кровяное русло. Гемоглобин мгновенно будет связан белками плазмы, например, альбумином, превратится в гаптоглобин и будет утилизирован в почках, костном мозге и селезенке. Этот процесс может привести к гемоглобинурии (лихорадка, головные боли, боли в мышцах и суставах) и, хуже того, вызвать тромбоз сосудов».
Поскольку в крови гемоглобин находится внутри эритроцитов, естественно, появилась идея заключить его в «мешок» - микрокапсулу. Четверть века пытаются, смешивая фосфолипиды, холестерин, яичный лецитин, сделать оболочку капсулы. Опыты на животных показали, что такие искусственные клетки выживают в кровотоке лишь несколько часов. Иммунная система организма разрушает их и удаляет остатки из системы кровообращения, при этом возникает сильная аллергическая реакция. Кроме того, гемоглобин в искусственной оболочке работает неэффективно. Он присоединяет кислород в легких, но очень плохо отдает его в капиллярах кровотока.
Подобные трудности побудили разработчиков искусственной красной крови отказаться от микрокапсул и попытаться использовать свободный гемоглобин, но сшить его отдельные молекулы химическими методами, создав полигемоглобиновые кристаллы. Преимущество такого подхода в том, что полигемоглобиновые комплексы могут циркулировать в крови, не будучи распознаваемы иммунной системой. Хотя внутри эритроцита гемоглобин образует различные виды кристаллических упаковок, сами по себе эти упаковки очень хрупкие и вне эритроцита мгновенно разваливаются от небольших перепадов температуры или колебаний рН-среды. Чтобы сделать полигемоглобиновую упаковку устойчивой, ее сшивают глутаровым альдегидом или диимидоэфирами. Однако при этом, наряду с межмолекулярными, неизбежно возникают и внутримолекулярные сшивки, которые ограничивают подвижность частей молекулярной машины и существенно снижают ее газотранспортные способности. Кроме того, межмолекулярные сшивки могут изменять равновесные состояния между аминогруппами деталей белковой машины и ограничивать движение доменов внутри молекулы. Вот и приходится создателям гемоглобиновых кровезаменителей метаться меж двух огней: сильно сошьешь молекулы – ликвидируешь газотранспорт, слабо соединишь гемоглобины – они развалятся в кровотоке и приведут к тромбообразованию.
В 1990-х медицинская корпорация Baxter заняла лидерство в гонке за появление на рынке препаратов для кислородной терапии, сделанные на основе гемоглобина. К 1998 году на третью стадию клинических испытаний поступил ГемАссист – раствор, содержащий связанный гемоглобин. Компания Baxter создала этот продукт для помощи пациентам, которые потеряли много крови. Однако когда медики проанализировали данные по 100 пострадавшим от огнестрельных или колотых ранений и жертвам автомобильных аварий, выяснилось, что пациенты, которые применяли ГемАссист , умирали чаще, чем те, кто получал натуральную кровь. Этого оказалось достаточно для того, чтобы В axter приостановила испытания и прекратила выпуск препарата.
К середине 2003 года исследователи уже провели десятки испытаний на животных и клинические испытания препаратов для кислородной терапии на основе гемоглобина. Но до сих пор Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарствами США (FDA) не разрешило эти препараты для лечения людей. Почему это длится так долго? Доктор Абду Элайш из Центра биологических исследований FDA объясняет: «Доклинические и клинические испытания препаратов выявили общие для них побочные эффекты (имеется в виду повышение кровяного давления, нарушение работы желудочно-кишечного тракта, панкреатит и поражения нервной системы).Поскольку в начале производства доклинические и клинические испытания на здоровых добровольцах проводились успешно, мало внимания было уделено механизму работы молекулы гемоглобина в новых условиях (то есть вне красных клеток крови),не говоря о влиянии химических и генетических манипуляций с молекулой гемоглобина». ГемАссист не выдержал клинических тестов, что подтверждает точку зрения доктора Элайша о том, что вне клетки молекула гемоглобина может повести себя совершенно неожиданно. Тем не менее, американские компании продолжают исследования по поиску новых гемоглобиновых средств для кислородной терапии.
Три компании пошли по пути создания препаратов на основе гемоглобина из донорской крови, которая превысила срок хранения. Для изготовления Гемоспана (Hemospan) компания Sangart Inc . (Сан-Диего, Калифорния) обезвредила изолированный гемоглобин, обработав белки полиэтиленгликолем. Как утверждает компания, при добавлении полиэтиленгликоля образуется слой воды, который окружает белок. Этот водяной слой защищает белок о атаки иммунной системы, увеличивает эффективный размер молекулы гемоглобина и продлевает время его циркуляции. Sangart в конце 2003 года начала вторую стадию клинических испытаний в Швеции. Испытания искусственной крови, которая может вливаться пациенту независимо от его группы крови, проводились в двух больницах Стокгольма — Южной и Каролинской. В испытаниях Hemospan приняли участие 8 пациентов. По словам профессора медицины Бенгта Фаргелля, испытания нового американского заменителя крови Hemospan в Швеции дали хорошие результаты. Явными преимуществами препарата, заменяющего кровь, является его совместимость с любой группой крови, малый риск заражения и длительный срок хранения. Недостаток Hemospan , по словам Бенгта Фаргелля, в том, что проводимость кислорода этим заменителем крови сокращается практически в два раза за первые двое суток. Именно по этой причине искусственная кровь может применяться лишь в неотложной ситуации.
Northfield Laboratories Inc .(Эвангстон, Иллинойс) икомпанияHemosol Inc. (Миссиссуага, Онтарио, Канада) полимеризовали человеческий гемоглобин для придания ему стабильности.
В июне 2003 года лаборатория Northfield объявила, что компания достигла соглашения с FDA на проведение третей стадии клинических испытаний пиридоксилированного полимеризированного гемоглобина под названием ПолиГем . Polyheme – гемоглобин-кислородный носитель, как единственный кровезаменитель, завершивший фазу третьего клинического испытания, представляет собой ведущую технологию в этой области. Разработанный и произведенный в Чикаго основавшее Polyheme первоначально готовился как военный проект после Вьетнамской войны и показал большой потенциал как для военного так и гражданского использования. Извлечение и фильтрация гемоглобина из красных кровяных телец - первый шаг в производстве. Затем, используя многоступенчатый процесс полимеризации, очищенный гемоглобин связывается в тетрамеры и, как конечный шаг, включается в раствор электролита. Полимеризация гемоглобина - критический шаг этого процесса, поскольку, как было продемонстрировано в неудачных попытках замен крови, когда гемоглобин разобщен, он стремится принять оксид азота, что вызывает сужение сосудов. Также, свободный гемоглобин может быть принят почками, вызывая различные нарушения работы органов. Недавно Northfield Laboratories изучала испытания третей стадии клинических испытаний, в которых они прошли свыше 20 циклов в центрах травматологии по всей стране. Дискуссия возникает из-за того, что участники этого анализа неспособны дать согласия из-за природы их повреждений. Хотя эта практика санкционирована Федеральным Управлением Лекарственных Препаратов И Продуктов Питания как необходимое непредвиденное исследование, общества защиты прав пациентов начали протестовать против анализа.
Компания Hemosol обработала гемоглобин о-раффинозой для производства гемолинка – полимерного гемоглобина. Хотя компания довела до конца последнюю стадию клинических испытаний, производство было остановлено в апреле 2003 года, поскольку принимавшие его пациенты испытывали побочные эффекты. Четыре месяца спустя компания объявила что препарат будет дополнительно исследован на животных. Пока препарат находится на второй стадии клинических испытаний.