专利名称：血液替代溶液的制作方法
技术领域：
本发明涉及血液替代溶液和使用血液替代溶液的方法。
背景技术：
对于很多情况，对病人输入捐献的鲜血是不现实的。在这些情况下，必须使用红血 细胞替代物。尽管已经成功的使用衍生自哺乳动物血液的溶液，但是由于这些溶液来自自 然血液，他们通常包括各种各样的病源物质，例如病毒病源体，包括HIV，B型肝炎和其他病 源体，例如与Cruetzfeldt-jakob病有关的朊病毒，等等。因此，对于研发一种新型的生理 学可接受的溶液存在极大兴趣，这种溶液适于用作血液替代物，并从非血液衍生组分制备 得到。
发明内容
本发明涉及血液替代溶液。该溶液可在多种应用条件下使用并尤其适于用于一部 分宿主血液被替代溶液取代的情况。在本发明的一个方面，本发明的溶液能够预防酸中毒。 在本发明的另一个方面，本发明的溶液能够向身体提供水分。本发明提供了一种生理学可接受的溶液，该溶液适于作为一种血液替代物进行给 药，该溶液含有生理盐水、丙酮酸和β-丙氨酸。可选择性地，该溶液包含生理盐水，丙酮 酸，β -丙氨酸，和一种或多种下列成分，其中包括D-葡萄糖、3- β -羟基丁酸盐、α -酮戊 二酸、乙酰醋酸盐和一种英脱利匹特注射液。作为选择，本发明提供了一种生理学可接受的溶液，该溶液适于作为一种血液替 代物进行给药，该溶液包括生理盐水、β -丙氨酸、丙酮酸和3-β -羟基丁酸盐。在本发明另一个方面，本发明提供了一种生理学可接受的溶液，该溶液适于作为 一种血液替代物进行给药，该溶液包括生理盐水、β-丙氨酸、丙酮酸和α-酮戊二酸。本发明还提供了一种生理学可接受的溶液，该溶液适于作为一种血液替代物进行 给药，该溶液包括生理盐水、β-丙氨酸、丙酮酸和乙酰醋酸盐。本发明还提供了一种生理学可接受的溶液，该溶液适于作为一种血液替代物进行 给药，该溶液包括生理盐水、β-丙氨酸、丙酮酸和一种英脱利匹特注射液。本发明提供了一种生理学可接受的溶液，该溶液适于作为一种血液替代物进行给 药，该溶液含有生理盐水，并且进一步含有至少一种，至少两种，至少三种组合物选自由一 种能量源，一种维持细胞内酸性的缓冲溶液，和一种抗氧化剂所组成的组中。本发明还提供了一种生理学可接受的溶液，该溶液适于作为一种血液替代物进行 给药，该溶液含有生理盐水和一种能量源。在本发明的一个方面，所述能量源是丙酮酸。在本发明的另一个方面，所述能量源是α-酮戊二酸。选择性的，所述能量源是乙酰醋酸盐。 作为选择，所述能量源是一种英脱利匹特注射液。选择性地，所述溶液含有D-葡萄糖。溶液中是否存在D-葡萄糖是由外科医生决 定的。在一个方面，如果病人患有糖尿病，则所述血液替代溶液中就不含有D-葡萄糖。与 之相反，如果病人没有患有糖尿病，则所述血液替代溶液中就含有D-葡萄糖。本发明还提供了一种生理学可接受的溶液，该溶液适于作为一种血液替代物进行 给药，该溶液含有生理盐水和一种维持细胞内酸性的缓冲溶液。优选的，所述维持细胞内酸 性的缓冲溶液是β-丙氨酸。本发明还提供了一种生理学可接受的溶液，该溶液适于作为一种血液替代物进行 给药，该溶液含有生理盐水和一种抗氧化剂。优选的，所述抗氧化剂是牛磺酸。本发明还提供了一种组合物，包括 0. 01-3. OL 双蒸水 0. 1-0. 5gm/L 氯化钙 0. 1-0. 5gm/L 氯化钾
磷酸钾(一元的) 氯化镁(六水合物) 硫酸镁(七水合物) 氯化钠 碳酸氢钠
磷酸钠(二元的；七水合物)
丙酮酸
谷胱甘肽(还原型) 抗坏血酸 L-精氨酸 L-牛磺酸 β-丙氨酸 一水肌酸
0.01-0. 25gm/L 0.05-0. 5gm/L 0.05-0. 5gm/L 5-10gm/L 0.25-0. 75gm/L 0.01-0. lgm/L 0. 1-1. Ogm/L 0. 1-1. Ogm/L 0.05-0. 5gm/L 0. 5-2. 5gm/L 0. 1-1. Ogm/L 0. 1-1. Ogm/L0. 1-0. 5gm/L0. 5-1. 5gm/L L-肉碱
1. 0-5. Ogm/L
L-肌肽(IOmM)
-羟甲基甲胺(THAM)被用于调节pH。其中可以存在或者不存在α-酮戊二酸、 β -羟基丁酸盐、乙酰醋酸盐和一种英脱利匹特注射液。选择性的，本发明溶液进一步包括一种组合物选自由D-葡萄糖、β -羟基丁酸盐、 α -酮戊二酸、乙酰醋酸盐和一种英脱利匹特注射液所组成的组中。本发明还提供了包括这里所述溶液的试剂盒。在一种实施方案中，本发明溶液包含大小为纳米级的水分子团簇。可选择地，本发 明的溶液为纳米级别的，这将增加通过细胞膜的效率。纳米尺寸是指粒径减少到亚微米范 围内，最终的颗粒大小通常是1-10纳米。颗粒尺寸的减小将显著增加溶液通过细胞膜的效 率。在一种实施方案中，效率的增加使至少20%，至少25%，至少50%，至少75%，或者至 少100%的溶液通过细胞膜。
在该描述的方法中使用之前，本发明为本发明的溶液提供了纳米尺寸。另外，在加 入溶液的其它化合物/试剂前，本发明提供了纳米尺寸的水。在另一实施方案中，在混合 前，本发明分别提供了纳米尺寸的水和纳米尺寸的每种化合物/试剂的溶液。在一种实施方案中，组合物包含纳米尺寸范围的水分子束或者水分子簇。可选择 地，水分子束或者水分子簇尺寸为1-10纳米，1-25纳米，25-50纳米，50-75纳米，75-100纳 米，100-200纳米，200-500纳米，或者500-999纳米·。在另一种实施方案中，在此介绍的溶液在使用前可以与血液混合。可选择性的，血 液与溶液的比例为5 1,4 1,3 1,2 1，或者1 1。或者，血液与溶液的比例可以 是 1 2，1 3，1 4，或者 1 5。在一个方面，本发明的各种成分以水溶液的形式被提供。作为选择，本发明的成分 可以是粉末状的并在使用前进行配置。优选地，各种成分在水中进行配制。本发明提供了血液替代溶液和一种组合物，这种组合物可以有效用于使用静脉注 射滴液的任意情况中。本发明的血液替代溶液在运输和手术中使用。在另一个方面，本发 明的溶液可以用作受到严重外伤、大量失血等等病人的血液替代物。在另一个方面，本发明 的溶液在脱水的病人体内用作血液替代物。在依旧另一个方面，本发明的溶液可以在战场 上作为复苏液体或者用于治疗外伤。本发明的血液替代溶液能够防止酸中毒和身体脱水。所引用的出版物通过引证在此并入本文。无论是上述的一般说明和下面的详细说 明和实例，仅仅是具有典型意义和具有解释性，并不作为对要求保护的发明的限制。
具体实施方案生理学可接受的血液替代溶液可以被应用于医学领域、生物医学研究领域和相关 领域多种不同的情况下。例如，生理学可接受的溶液可以在需要替换大量血液的外科手术 中用作血液替代物。这种应用包括在手术和创伤时补偿血液损失，或者当组织、器官、多个 器官或者患者全身需要在低温或者冷冻条件下维持时补偿血液损失。这种应用还可以包括 在病人的血液需要流经体外装置，例如一种体外循环机的情况下使用，其中，由于病人循环 系统附着在仪器上造成的额外的循环系统空余必须由合适的血液替代品充满，即，血液容 量扩张。生理学可接受的溶液用作血液替代物的条件是必须能够随意与血液混合且不产 生不可接受的损害，例如产生能够显著堵塞小血管血液流通的沉淀，破坏其组成成分的不 可接受的部分(细胞、血小板)，引入药物或者产生水，离子或者对体细胞和组织有害的分 子失衡，或者造成有害的生理学活动，例如不恰当的心跳加速或抑制、不恰当的神经传导或 者肌肉收缩，等等。本发明的溶液可以有效用于多种手术过程之中。该溶液可有效用于精细的神经外 科手术中，在这种手术中，清洁的手术环境是必要的，并且希望具有降低的中枢神经系统活 性，降低的中枢神经系统活性可以通过在对患者进行手术时同时降低核心温度和/或脑温 度来实现。选择性的，本发明的溶液使用静脉注射线进行给药(当患者处于正常温度条件下 时)或者对于处于冷冻条件下的病人使用泵式循环系统，例如离心泵、滚筒泵、蠕动泵或其 他本领域内已知的可用循环泵进行给药。通过将导管通过手术插入适当的静脉或者动脉中从而将循环装置与患者相连。当本发明溶液对冷冻的患者给药时，通常通过动脉导管给药 并且通过静脉导管从患者体内排出，然后丢弃、储存或者循环。在一个方面，对环境加压使增加的氧气浓度高于大气氧压100%，在此环境中、正 常体温条件下，本发明溶液可以用于维持大量失血的患者的生命，例如，维持失去至少5%、 至少10 %、至少20 %、至少50 %、至少75 %或者至少98 %的血液的患者的生命。作为选择， 所述患者可以在高氧浓度条件下维持生命，将患者连续或者定期暴露于高氧浓度下直到患 者自身合成足够的血液足以在大气压力和氧气浓度中维持生命。另外，本发明的溶液可以用于在低于正常体温的温度条件下、在威胁生命的创伤 性伤害造成的降低的新陈代谢速率中维持患者生命，直到能够进行支持性或者修整性的外 科手术。另外，该溶液可以用于维持具有罕见血型或者组织类型的患者的生命，直到发现合 适配型的捐献者和替代血液单元，或者能够获得的其他器官。在一个方面，本发明的血液替代溶液和组合物包括一种生理盐水和一种用于产生 腺苷三磷酸(ATP)的物质。选择性的，用于产生腺苷三磷酸(ATP)的物质是磷酸肌酸，肌酸 乙酯，二肌酸苹果酸，肌酸葡萄糖，果糖，蔗糖，核糖，己糖或戊糖。另外，用于产生腺苷三磷 酸(ATP)的物质是乳清酸肌酸，肌酸一水合物，腺苷酸，或葡聚糖/葡萄糖在另一个方面，本发明的血液替代溶液和组合物含有生理盐水和维持胞内酸性的 缓冲液。在一个方面，维持细胞内酸性的缓冲液可以是组氨酸，谷氨酸，色氨酸，赖氨酸，或 L-牛磺酸。也可以由碳酸氢钠，三羟甲基氨基甲烷(THAM)，L-肌肽(细胞内酸性)和β-丙 氨酸作为酸度缓冲液。L-肉碱有利于减少心肌乳酸的生成，因此减少酸性。另外，维持细胞 内酸性的试剂也可以是通过促进细胞内肌肽合成的肌酸乳清酸。肌酸一水合物通过增加能 量的产生和减少乳酸堆积而维持胞内酸性。任选的，本发明的血液替代溶液和组合物含有生理盐水和一种能够清除活性氧簇 的试剂。在一种实施方案中，清除活性氧簇的试剂可以是二硫苏糖醇(DTT)，β-巯基乙醇， 乙酰半胱氨酸，α硫辛酸，牛磺酸，白藜芦醇，叶黄素，硒，甲硫氨酸，或维生素/维生素Ε。本发明的血液替代溶液和组合物能防止缺血损伤。此功能是由抗坏血酸，谷胱甘 肽(还原剂)，肉碱(防止长链酰基辅酶A的积累，它的积累将导致自由基-缺血-再灌注 损伤)，肌肽和α硫辛酸来调节的，其中，这些物质可以是自由基清除剂(羟自由基，单线态 氧，过氧自由基和超氧化物)。本发明的血液替代溶液和组合物包含β -丙胺酸。β -丙胺酸是一种氨基酸，它是 一种激动剂，其活性仅次于同源配基甘氨酸，它是士的宁敏感的抑制性甘氨酸受体(GIyRs) 的配基(激动剂活性顺序甘氨酸> β -丙氨酸>牛磺酸> L-丙氨酸，L-丝氨酸>脯氨 酸)。β -丙胺酸维持胞内的酸性和PH值，从而改进肌肉收缩和增加有氧阈值。脊椎动物肌肉中的非-碳酸氢盐的胞内缓冲能力主要通过蛋白质中的组氨酸残 基中的咪唑基团、一些鱼类中的L-组氨酸、和含有二肽，例如，肌肽，蕨麻二肽和鲸肌肽(蛇 肉碱)的组氨酸基团来支持(Abe H，2000 Biochemistry (Mosc) · 65 (7) :757-65)。结果证 明了肌酸和β-丙氨酸在运动员进行强度训练的条件下的功效(Hoffman J et al. . 2006 Int J Sport Nutr Exerc Metab. 16(4) :430-46)。在一个方面，本发明的血液替代溶液和组合物中含有L-牛磺酸。L-牛磺酸是一种 含硫的β氨基酸，它与多种生理现象相关，包括心跳的调节，渗透调节，膜稳定，有氧代谢
7的保存，乳酸性酸中毒的预防，抑制神经传导，在纹状体/海马中的长时程增强，中粒细胞 /巨噬细胞呼吸缺口的反馈抑制，脂肪组织的调节，和钙稳态。牛磺酸也能作为一种抗氧化 剂，它是甘氨酸受体的内源激动剂。在本发明的血液替代溶液和组合物中可接受的牛磺酸 的浓度为10mM。含硫氨基酸的牛磺酸是哺乳动物脑中的一种抑制性神经调节因子，也是调节细胞 体积的关键物质。钙离子对细胞外牛磺酸浓度的影响对于研究牛磺酸释放的调节机制具有 特殊的意义。研究数据表明降低的钙离子内流和通过电压敏感性钙离子通道增加非特异性 钠离子内流都将影响在不含钙离子的条件下，转运调节的牛磺酸释放的调节(Molchanova SM et al. ,2005 Neurochem Int, 47 (5) :343-9)。此外，牛磺酸也是过氧亚硝酸盐(ONOO") 的抗氧化剂，能够减少脂质的过氧化反应从而通过恢复肝脏质膜上的钠钾ATP酶的活 性，而对它们发挥作用(Kocak-Toker N, et al，2005 World J Gastroenterol. 11(23) 3554-7)。在一个方面，本发明的血液替代溶液和组合物含有氯化钾。在血液替代溶液中存 在的钾离子浓度可根据外科医生的判断在理想的范围内进行调整，同时不改变血液替代溶 液的稀释度或者其他成分的浓度。另外，钾离子和/或其他浓度是变化的，而血液替代溶液 的稀释度和流向病人心脏的血液替代溶液的总流量是独立变化的。血液替代溶液中变化的 钾离子浓度允许输液师在手术中以最少量钾离子加入病人血液中。在一种实施方案中，高 初始浓度的钾离子能够快速停搏心脏，较低浓度的钾离子浓度能够维持心脏停搏。在整个 手术过程中，可以调节钾离子的量以补偿病人血液中钾离子水平的增加。或者，如果在手术 过程中需要心脏活动重新发生，血液替代溶液中的钾离子浓度可以调整。本发明还提供了一种血液替代溶液，该血液替代溶液包括一种生理盐水和一种能 量源。任选的，血液替代能量源是丙酮酸、3-β-羟基丁酸盐、α-酮戊二酸、乙酰醋酸盐、一 种英脱利匹特注射液和葡萄糖。在患有脑损伤、糖尿病或者其他不能利用葡萄糖的疾病的 病人体内，所述血液替代溶液包括3- β -羟基丁酸盐、α -酮戊二酸、乙酰醋酸盐和/或一 种英脱利匹特注射液。作为选择，所述溶液不含有葡萄糖或者含有葡聚糖、果糖或者其他形 式的糖，例如淀粉糊精。或者，血液替代溶液含有D-葡萄糖。在血液替代溶液中D-葡萄糖的存在由外科 医生决定。在一种实施方案中，如果病人患有糖尿病，在血液替代溶液中不能含有D-葡萄 糖。另外，如果病人没有糖尿病，D-葡萄糖可以包含在血液替代溶液中。D-葡萄糖作为一 种血管扩张剂和睡眠诱导剂。在一个方面，本发明的血液替代溶液含有丙酮酸(CH3COCO2H),丙酮酸是一种 α-酮酸。丙酮酸的羧基负离子被称为丙酮酸(Pyruvate)。丙酮酸是葡萄糖无氧代谢的产 物，已知，葡萄糖的无氧代谢被称为糖酵解。一个葡萄糖分子分解成两分子丙酮酸，然后丙 酮酸被用于提供进一步的能量。丙酮酸被转化为乙酰辅酶A，这是克列伯氏循环的主要原 料。丙酮酸还可以通过回补反应被转化为草酰乙酸，草酰乙酸能够充实克列伯氏循环的中 间体；或者，草酰乙酸也可以用于糖原异生作用。丙酮酸还可以进入三羧酸循化来持续性的 产生腺苷三磷酸(ATP)。在人体中，3- β -羟基丁酸盐在肝脏中从乙酰辅酶A合成，并且在低血糖时可以被 大脑用作能量源。α-酮戊二酸是戊二酸的两种酮衍生物之一。它的阴离子α-酮戊二酸盐(也称羰基戊二酸盐)是一种酮酸，由谷氨酸去氨化作用产生，也是克列伯氏循环的中间 体。本发明的溶液被用于替代乳酸林格氏溶液，乳酸林格氏溶液是一种血液的等渗溶 液，适用于静脉给药。作为选择，本发明的溶液可以替代正常的生理盐水。在一个方面，本 发明的溶液被用于在受到创伤、手术或者烧伤而失血后进行液体复苏。本发明的溶液还可 以用于预防酸中毒，酸中毒是由于急性液体损失或者肾衰竭造成的化学物质失衡。本发明提供了在使用静脉滴注的各种情况下都十分有效的血液替代溶液和组合 物。所述血液替代溶液在运输和手术中被使用。在另一个方面，本发明的溶液可以用作受 到严重外伤、大量失血等等病人的血液替代物。在另一个方面，本发明的溶液在脱水的病人 体内用作血液替代物。在依旧另一个方面，本发明的溶液可以在战场上作为复苏液体或者 用于治疗外伤。对于战场或者外伤应用，应添加I-IOOmM的α-酮戊二酸。在一个方面，本发明的成分以水溶液的形式被提供。或者，本发明的成分以粉末形 式被提供并在使用前进行配置。优选地，各种成分在水中进行配制。在另一个实施方案中，本发明的溶液是一种体积扩充剂或者泵的主要溶液。在一 种实施方案中，所述组合物包含氯化钙，磷酸钾，氯化镁，硫酸镁，氯化钠，碳酸氢钠，磷酸 钠，丙酮酸，谷胱甘肽，抗坏血酸，L-精氨酸，L-牛磺酸，β-丙氨酸，L-肌肽，肌酸一水合 物，和L-肉碱。或者，所述溶液含有D-葡萄糖，3-β羟基丁酸，α-酮戊二酸，乙酰醋酸盐 和一种英脱利匹特注射液中的一种或多种。作为选择，所述溶液包括葡聚糖、果糖或者淀粉 糊精。溶液的ρΗ值被调整到大约6. 8到8. 0 ；或者大约7. 2到7. 6。较优选的，使用碳 酸氢钠或者THAM (氨丁三醇；磷酸三羟甲基氨基甲烷)，将ρΗ值调整到大约7. 4，并保存于 21°C。渗透压维持在^0-300m0sM。最好，组合物包括下列化合物和浓度
蒸馏水
氯化钙(1.3mM) 氯化钾(4.OmM) 磷酸钾 (一元的，0.5mM)
氯化镁
(六水合物，0.5mM) 硫酸镁 (七水合物，0.5mM) 氯化钠(130mM) 碳酸氢钠(5.OmM) 磷酸钠
1.00 L 0.191gm/L 0.298gm/L
0.068gm/L
0.101gm/L
0.123gm/L 7.597gm/L 0.420gm/L
权利要求
1.一种适于作为血液替代物给药的生理学可接受的溶液，包括一种生理盐水，进一步 包括至少一种组合物选自由能量源、细胞内酸性缓冲液和抗氧化剂所组成的组中。
2.一种适于作为血液替代物给药的生理学可接受的溶液，包括一种生理盐水和一种能量源。
3.根据权利要求2所述的溶液，其中，所述能量源是丙酮酸。
4.根据权利要求2所述的溶液，其中所述能量源是3-β羟基丁酸。
5.根据权利要求2所述的溶液，其中所述能量源是α-酮戊二酸。
6.根据权利要求2所述的溶液，其中，所述能量源是乙酰醋酸盐。
7.根据权利要求2所述的溶液，其中，所述能量源是一种英脱利匹特注射液。
8.—种适于作为血液替代物给药的生理学可接受的溶液，包括一种生理盐水和细胞内 酸性缓冲液。
9.根据权利要求8所述的溶液，其中所述细胞内酸性缓冲液是β-丙氨酸。
10.一种适于作为血液替代物给药的生理学可接受的溶液，包括一种生理盐水和抗氧 化剂。
11.根据权利要求10所述的溶液，其中，所述抗氧化剂是牛磺酸。
12.根据权利要求1所述的溶液，进一步包括D-葡萄糖。
13.根据权利要求1所述的溶液，其中，所述组合物包括 0.01-3. OOL 蒸馏水0. 1-0. 5gm/L 氯化钙 0. 1-0. 5gm/L 氯化钾 0. 01-0. 25gm/L 磷酸钾 0. 05-0. 5gm/L 氯化镁 0. 05-0. 5gm/L 硫酸镁 5-10gm/L氯化钠 0. 25-0. 75gm/L 碳酸氢钠 0. 01 0. lgm/L磷酸钠 0. 1-1. Ogm/L 丙酮酸 0. 1-1. Ogm/L谷胱甘肽 0. 05-0. 5gm/L抗坏血酸 0. 5 2. 5gm/L L-精氨酸 0. 1-lgm/L L-牛磺酸 0. 1-lgm/L β -丙氨酸 0. 1-0. 5gm/L 一水肌酸 0. 5-1. 5gm/L L-肉碱 l-5gm/L L-肌肽(IOmM)。
14.根据权利要求13所述的溶液，其中所述溶液进一步包括D-葡萄糖。
15.根据权利要求13所述的溶液，其中所述溶液进一步包括3-β羟基丁酸。
16.根据权利要求13所述的溶液，其中所述溶液进一步包括α-酮戊二酸。
17.根据权利要求13所述的溶液，其中所述溶液进一步包括乙酰醋酸盐。
18.根据权利要求13所述的溶液，其中所述溶液进一步包括一种英脱利匹特注射液。
19.根据权利要求1所述的溶液，其中所述溶液包括尺寸在纳米级的水簇。
20.根据权利要求19所述的溶液，其中所述溶液包括尺寸在1-10纳米的水簇。
21.包括权利要求1所述溶液的试剂盒。
全文摘要
本发明主要涉及血液替代溶液和使用血液替代溶液的方法。该溶液可在多种应用条件下使用并尤其适于用于一部分宿主血液被替代溶液取代的情况。
文档编号A61K9/08GK102088968SQ200980113432
公开日2011年6月8日 申请日期2009年2月10日 优先权日2008年2月15日
发明者H·塔特 申请人:哈佛学院董事会, 美国政府退伍军人事务部