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ビールからバイオテクノロジーまで: 歴史上最も奇妙な血液代替物は何ですか?
代用血液（人工血液または血液代替物とも呼ばれる）は、生物学的血液の特定の機能を模倣し、満たす物質です。これらの代替品は、血液または血液製剤をある人から別の人に移すプロセスである輸血の代替手段として設計されています。現在までに、赤血球輸血の典型的な対象である酸素運搬血液の代替品は認められていませんが、体液の回復のみが必要な場合には、血液以外の体積増量剤がいくつか市販されています。これらの製品は、医師や外科医が病気の伝染や免疫抑制のリスクを回避すると同時に、献血者の不足に対処し、エホバの証人など宗教上の理由で輸血を拒否する人々のニーズを満たすのに役立ちます。
主な「酸素運搬」血液代替物には、ヘモグロビンベースの酸素運搬体（HBOC）とパーフルオロカーボン乳剤があり、酸素療法製品は現在、米国と欧州連合で臨床試験が行われています。
血液代替物の研究の歴史は、ウィリアム・ハーヴェイが血液循環系を発見した 1616 年にまで遡ります。当時の科学者たちは、ビール、尿、牛乳、人間以外の動物の血液を血液の代用物として実験しました。クリストファー・レン卿は、ワインやアヘンを代替品として使うことを提案しました。 20 世紀初頭に現代の輸血医学が発展するにつれ、ランドシュタイン氏と共著者らの研究により、血液型判定血清学の基本原理が理解され始めました。
第二次世界大戦中などの戦時下での輸血医療の制限により、血液代替物の研究への道が開かれました。
血液代替物の初期の試みでは、当時の知識と技術では十分な速さで排除できない重大な副作用に直面しました。 1980 年代にエイズが出現したことで、より安全な血液代替物の開発の必要性が再び高まりました。血液供給の安全性と牛海綿状脳症の影響に対する国民の懸念により、献血は減少し続けていますが、需要は増加し続けています。この矛盾した状況は、血液代替品のさらなる開発にとって良い環境を作り出しています。 2023年、国防高等研究計画局（DARPA）は、合成血液の研究を行う12の大学と研究所への資金提供を発表し、2028年から2030年の間に人体実験が行われる予定となっている。
開発パス
血液代替物の開発は酸素を運ぶことができる分子に焦点が当てられており、主な研究は組み換えヘモグロビン（通常酸素を運ぶ分子）とパーフルオロカーボン（PFC）に焦点が当てられています。最初に承認された酸素運搬血液代替物は、日本の緑十字社が製造し、1989 年に米国食品医薬品局 (FDA) によって承認されたパーフルオロカーボンベースの製品である Fluosol-DA-20 でした。この製品は、効果が限られていること、学習障害、副作用などの理由で 1994 年に販売中止になりましたが、Fluosol-DA は現在でも FDA の完全な承認を受けた唯一の酸素療法製品です。
2017 年現在、ヘモグロビンベースの製品は承認されていません。
パーフルオロカーボンの探査
パーフルオロ化合物は水に溶けず、血液と混ざらないため、PFC の小さな粒子を水に分散させて乳剤を作る必要があります。この液体は抗生物質、ビタミン、栄養素、塩と混合され、天然の血液の重要な機能の多くを果たす約 80 種類の成分のカクテルを作成します。 PFC 粒子の直径は赤血球の約 1/40 です。この小さなサイズにより、PFC 粒子は赤血球の流れがない毛細血管を通過することができ、理論的には損傷した虚血組織に効果をもたらすことができます。
PFC 溶液は酸素運搬能力が非常に強いため、哺乳類 (人間を含む) でも液体 PFC 溶液を呼吸することで生き延びることができます。 PFC には、改変ヘモグロビンに依存せず、製造能力が無制限で、加熱殺菌が可能で、酸素移動と二酸化炭素除去が非常に効率的であるなどの利点もあります。
ヘモグロビンベースの課題ヘモグロビンは赤血球の主成分であり、細胞質量の約 33% を占めます。ヘモグロビンベースの製品は、ヘモグロビンベースの酸素運搬体 (HBOC) と呼ばれます。未改変の遊離ヘモグロビンは、酸素親和性が高く、血管内での半減期が短いため、組織に効果的に酸素を供給することができず、臨床応用が制限されます。これらの毒性を克服するために、研究者は遺伝子工学、架橋、重合、カプセル化などのさまざまなアプローチを採用してきました。
ヘモグロビンをベースとした多くの製品の研究開発は紆余曲折を経てきました。死亡率の上昇や安全性の問題により多くの製品が中止され、現在まで継続されているものはありません。
幹細胞の可能性
幹細胞は輸血可能な血液を生産する可能性を提供します。ジャラタナらの研究によると、造血幹細胞は成熟したヒト血液細胞の大規模な体外生産に使用されている。これらの培養細胞は天然の赤血球と同じヘモグロビン含有量と形態を持ち、その寿命は正常な赤血球のそれです。
2010年、米国防総省の実験チームは、遠隔地での使用や負傷した兵士への輸血を迅速化するための人工血液の開発に着手した。この血液は、「血液療法」と呼ばれるプロセスを使用して、人間の母親の臍帯から採取された造血幹細胞から作られる。この技術は過去に動物や植物で医薬品の大量生産に使用されており、臍帯1本から約20単位の血液が生産される。
FDA の審査の結果、このタイプの血液は安全であり、FDA の要件を満たしていることが判明しました。うまく使用できれば、1 単位あたりのコストは 5,000 ドルから 1,000 ドル未満に下がり、一般的なすべての血液型に適合します。
今日、技術の進化により、人工血液の将来性はますます有望になっているようですが、血液代替物の開発が私たちが直面している医療上の課題を本当に解決できるかどうかについては、まだ深い検討が必要です。
