СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИОФИЛИЗИРОВАННОГО ПРЕПАРАТА КРОВЬ ГЕМОЛИЗИРОВАННАЯ
METHOD FOR PRODUCING LYOPHILISED PREPARATION OF LAKY BLOOD

Изобретение относится к биотехнологии изготовления лиофилизированного препарата крови гемолизированной. Препарат применяют в качестве стимулятора роста чумного микроба на искусственных питательных средах в санитарной и клинической микробиологии, эпидемиологическом мониторинге, научных исследованиях. Изобретение может быть использовано в биотехнологической схеме производства крови гемолизированной, лиофилизата для приготовления раствора для диагностических целей.
Препарат крови гемолизированной применяется в качестве стимулирующей добавки к питательным средам, улучшает их ростовые качества, повышает чувствительность при выделении и эффективность при культивировании Yersinia pestis. Наряду с этим, кровь гемолизированная может использоваться для обогащения жидких и агаровых искусственных питательных сред при культивировании других видов микроорганизмов семейства Enterobacteriaceae. Активными веществами крови гемолизированной являются белки крови, в частности гемоглобин, низкомолекулярные азотистые соединения, продукты обмена и др.
Препарат кровь гемолизированная представляет собой кровь лошади или барана, лизированную стерильной дистиллированной водой в соотношении 1:10 (одна часть крови + девять частей дистиллированной воды) и профильтрованную дважды через фильтры Ф-140 и СФ-140. Кровь гемолизированная выпускается в жидком виде и имеет срок годности 2 года [1]. Несомненно, что жидкие формы выпуска дешевы и удобны в применении, так как не требуют лишних манипуляций, кроме вскрытия ампулы и отбора препарата. Однако, как правило, препараты в жидком виде нестабильны, поэтому срок их годности не превышает 2 лет. Трудности, связанные с длительностью хранения жидких препаратов, изготовленных на основе сывороток крови животных, обусловлены нестойкостью сывороточных белков, особенно глобулярных. Нестабильность белков, выражающаяся появлением осадка на дне ампулы или флакона с жидким препаратом, обусловлена спонтанно и непрерывно протекающим процессом необратимой их денатурации, часто резко усиливающейся под воздействием многочисленных денатурирующих факторов (влияние протеолитических ферментов, содержащихся в сыворотках, и проч.). Денатурация белков приводит к потере ими специфических свойств. В жидкой крови гемолизированной в процессе хранения происходит окисление гемоглобина, что приводит к изменению цвета препарата от насыщенного красного до бурого. Образование небольшого осадка на дне ампул хотя и допускается по ТУ, однако осадок нежелателен для потребителя.
Кроме того, жидкие препараты требуют определенного режима хранения и транспортирования - от 2 до 8°С, нарушение которого, как в сторону повышения, так и в сторону понижения температуры, могут приводить к полной потере активности.
Решить проблему стабилизации исходных свойств биологических препаратов может метод лиофилизации. Сухие препараты, полученные лиофилизацией, не претерпевают химических изменений и не теряют присущих им свойств при длительном хранении даже при положительных значениях температуры, вследствие чего упрощаются условия транспортировки и хранения, увеличивается срок годности. Лиофилизации, как правило, подвергаются микроорганизмы и бактериофаги. Она широко применяется для получения способной к долговременному хранению плазмы крови (сухая плазма) и ее отдельных фракций, иммунных сывороток, иммуноглобулинов, вакцин, антибиотиков, гормонов, трансплантатов тканей, поэтому для них отработаны разнообразные режимы замораживания и высушивания. Отсутствие унифицированной технологии лиофильного высушивания биологических объектов обусловливает необходимость проведения исследований по стабилизации каждого конкретного препарата [3].
Накоплено достаточно данных о стабилизации высушиванием компонентов крови, кровезаменителей [4, 5, 6] и препаратов, полученных из крови животных, например способ получения гематогенного порошка по патенту [7], который заключается в продавливании сгустков крови через сетку с последующей стерилизацией при температуре 60-65°С в течение 24 часов, при этом для приготовления порошка используют массу гемоглобина, высушенную при температуре 35-40°С в течение 36-48 часов и измельченную впоследствии. В способе высушивание осуществляют без замораживания.
Известен способ получения гемоглобина [8], в соответствии с которым получают гемолизат эритроцитов путем разбавления эритроцитарной массы дистиллированной водой и замораживанием с последующим концентрированием гемолизата ультрафильтрацией, стерилизующей фильтрацией и лиофилизацией. Предлагаемый способ исключает дефибринирование крови и позволяет получить гемоглобин с сохранением его нативных свойств. Описанный способ характерен для получения препаратов, содержащих гемоглобин.
Известен стимулятор роста гемофильных микроорганизмов (СРГМ), выпускаемый по ТУ 9385-016-7809326-2007 (ФГУН "Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии", Оболенск, Московская обл.), используемый в качестве компонента питательных сред для культивирования некоторых гемофильных микроорганизмов: менингококков, гонококков, легионелл, коринебактерий, туляремийного микроба (за исключением гемофильной палочки и пневмококков). В качестве исходного сырья для получения стимулятора может быть использована цельная кровь крупного рогатого скота. СРГМ получают способом ферментативного гидролиза черного альбумина с последующим высушиванием в открытых кюветах. Однако указанный способ не пригоден для получения лиофилизированного препарата кровь гемолизированная, так как высушивание в открытых кюветах не обеспечивает стерильности препарата, а также предполагает его дальнейшую расфасовку.
Известна методика замораживания и высушивания средства из крови животных, влияющего на гемопоэз [9], в котором кровь оленей, взятую в период наибольшей физиологической активности, гемолизируют бидистиллированной водой в соотношении 1:0,5, подвергают предварительной очистке, стерилизуют ультрафильтрованием с последующим лиофильным высушиванием. Лиофилизирование в данном случае позволяет проводить стандартизацию препарата, облегчает расчет индивидуальной дозировки. Полученную массу используют для приготовления различных лекарственных форм. Процесс включает этап замораживания фильтрата (при температуре -156°С) с последующим высушиванием препарата в емкости в вакуумной камере в течение 22-24 ч при вакууме 10-3 мм рт.ст. Однако такое глубокое замораживание перед сублимацией нецелесообразно для получения лиофилизированного препарата кровь гемолизированная в ампулах потому что, во-первых, перемораживание стекла ампул может вызвать его деструкцию, во-вторых, эвтектическая зона крови гемолизированной находится в пределах -20°С--60°С, следовательно, максимальной температурой для эффективного замораживания является температура -60°С.
По данным Henderson L.O. at all. [10], Matsuda Y. [11] лиофилизация без введения стабилизирующих компонентов зачастую ведет к значительной или полной потере специфической активности некоторых препаратов, а лиофилизированный материал часто "размазан" по дну флакона вследствие малого содержания суммарного сухого остатка.
Известно использование на этапах замораживания и высушивания стабилизаторов, например стабилизирующие составы для получения лиофилизированных препаратов сывороток крови, включающие углеводы, например сахарозу и глюкозу [4] или смесь глицина и маннитола [12]. Это позволяет уменьшить падение биологической активности на этапе лиофилизации и сформировать объемную таблетку.
Однако описанные стабилизаторы затрудняют достижение заданной величины влажности препаратов (1-3%) в процессе их лиофилизации, требуют специальных режимов досушивания, что значительно усложняет технологический процесс получения конечного продукта. Кроме того, такие стабилизаторы не обеспечивают длительное хранение сухих препаратов при положительных температурах.
Известен стабилизирующий состав для получения лиофилизированных сывороток, включающий пептидные и/или смесь пептидных и углеводных компонентов, в который дополнительно вводят этилендиаминтетраацетат (ЭДТА) [13]. Данный состав разработан специально для снижения потерь специфической активности положительных контрольных сывороток (при их хранении), используемых в тест-системах для определения специфических антител к вирусам и микроорганизмам, и обеспечивает сохранение сигнала в ИФА.
Известно применение в качестве стабилизатора среды, состоящей из человеческого сывороточного альбумина, хлорида натрия, N-ацетил триптофаната, натрия каприлата, азида натрия и фосфатного буферного раствора с рН 8,0-10,0 [14], и среды, включающей бычий сывороточный альбумин, ЭДТА, пептон, сахарозу, аскорбиновую кислоту, хлористый калий и бактериостатик [15]. Данные стабилизаторы предназначены для лиофилизации инъекционных препаратов, содержащих IgM-антитела в количестве около 5 мг/мл, а также референс-сывороток, содержащих IgM-антитела к вирусным антигенам.
Все указанные выше стабилизаторы непригодны для использования при лиофилизации крови гемолизированной, так как будут изменять состав целевого препарата и могут повлиять на его стимулирующие свойства.
Известен способ лиофильной сушки биопрепарата [16], например раствора конъюгата иммуноглобулина G с пероксидазой хрена в 0,02 М фосфатном буфере, который включает введение в раствор биопрепарата перед сушкой защитной среды. В состав этой защитной среды дополнительно вводят вещество-наполнитель, разбавленный водный раствор которого кристаллизуется при замораживании в концентрации, достаточной для формирования аморфно-кристаллической структуры в объеме жидкой фазы биопрепарата, остающейся после кристаллизации воды. В качестве вещества-наполнителя используют натрия хлорид, калия хлорид или глицин. Этим создаются условия, обеспечивающие возможность проведения лиофилизации материалов с низкой температурой коллапса (-30°С и ниже) при более высоких температурах. Однако в описанном способе в биопрепарат кроме вещества-наполнителя вводят защитную среду (стабилизатор), что не может быть использовано в препарате кровь гемолизированная.
Следует отметить, что применяемые в известных источниках научно-технической и патентной информации технологические приемы получения, стабилизирующие составы и режимы замораживания и высушивания не могут быть использованы при изготовлении лиофилизированного препарата кровь гемолизированная, характеризующегося другими параметрами устойчивости в отношении воздействия температуры, рН, физических стрессов и химических агентов, вследствие чего требуется разработка как стабилизирующего состава, так и условий лиофилизации крови гемолизированной для получения сухого препарата со специфическими характеристиками, остающимися неизменными в течение длительного времени.
В связи с тем что присутствие стабилизирующих веществ в крови гемолизированной может повлиять на ее стимулирующие свойства, одной из задач изобретения является подбор такого вещества-наполнителя, который обеспечивал бы сохранение стимулирующей активности и исключал бы качественное изменение состава препарата.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение лиофилизированного препарата кровь гемолизированная.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в разработке технологии получения в лиофилизированной форме препарата кровь гемолизированная, стабильно сохраняющего свойства при хранении с более длительным сроком годности.
Технический результат достигается тем, что в дефибринированную кровь добавляют дистиллированную воду в соотношении 1:9 (одна часть крови+восемь частей дистиллированной воды) с последующим введением в качестве вещества-наполнителя раствора натрия хлорида в объеме, равном объему дефибринированной крови, до конечной концентрации 0,15 моль/л. Полученный полуфабрикат крови гемолизированной центрифугируют при 4000 g в центрифуге с бакет-ротором с охлаждением до 4-8°С в течение 30 мин и стерилизуют фильтрацией через мембранные или керамические фильтры с размером пор 0,2 мкм. Полученный фильтрат крови гемолизированной разливают по 2 мл в стерильные ампулы, охлаждают до температуры -(45+5)°С и промораживают. Затем препарат подвергают лиофилизации в течение 24 часов до конечной температуры материала 25°С, при этом стадия сублимации в среднем составляет - 14 часов, десорбции - 10 часов. Охлаждение возможно осуществлять в быстром или медленном режиме. При быстром режиме препарат охлаждают до -(45±5)°С в течение 3-4 часов, при медленном режиме - в течение 12 часов. Общее время криостабилизации крови гемолизированной, включающее охлаждение и промораживание, для обоих режимов составляет 18-20 часов.
В заявляемом способе принятое соотношение дефибринированная кровь и дистиллированная вода 1:9 обусловлено необходимостью сохранения концентрации крови, принятой в жидком препарате (1:10), а одна часть воды заменена на раствор натрия хлорида.
Использование в качестве вещества-наполнителя натрия хлорида позволяет, не изменяя практически состав крови гемолизированной, получить после лиофильной сушки хорошо сформированную таблетку, растворяющуюся в 2 мл дистиллированной воды в течение 1-2 мин. Стимулирующая активность лиофилизированного препарата на момент его получения составляет 96,4-98,1% от активности исходного жидкого препарата. Заявленная последовательность добавления хлористого натрия в препарат определена экспериментально и обеспечивает сохранение его стимулирующих свойств.
Подобранные режимы замораживания и высушивания обусловлены уровнем содержания белка в препарате - 32,0-35,0 г/л, определение которого проводили спектрофотометрически при двух длинах волн - 280 и 495 нм в соответствии с ФС 42-3874-99 [17], и отсутствием стабилизатора.
На фигуре 1 представлены графики, отражающие заявляемые режимы охлаждения препарата кровь гемолизированная. Были отработаны два режима охлаждения - быстрый, характеризующийся образованием мелкокристаллической структуры воды, и медленный, характеризующийся образованием крупных кристаллов. Рабочая температура охлаждения -(45±5)°С при быстром способе достигается в течение 3-4 часов. При медленном режиме охлаждения необходимая температура -(45±5)°С достигается в течение - 12 часов. По достижении рабочей температуры ампулы промораживаются в низкотемпературном холодильнике в течение 8-14 часов. Общее время криостабилизации крови гемолизированной до начала сублимации составляет 18-20 часов.
На фигуре 2 представлен график высушивания трех серий препарата кровь гемолизированная, отражающий заявляемый режим лиофилизации. Начальные параметры температуры конденсатора сублимационной установки -60°С, исходная температура греющей плиты -30°С, температура материала от -42 до -45°С, глубина вакуума 5,3-5,9 Па. Подогрев полок включали при температуре материала -47--50°С и достижении вакуума не ниже 0,1-0,2 Па. Продолжительность процесса сублимации составила в среднем 14 часов (от 13 до 15 часов), десорбции - 10 часов (от 9 до 11 часов). Максимальная температура нагрева материала на стадии десорбции (26±1)°С.
Заявленный способ позволяет получить в лиофилизированной форме препарат кровь гемолизированная со следующими характеристиками:
1. Внешний вид. Сухой препарат крови гемолизированной представляет собой аморфную массу красно-коричневого цвета.
2. Растворимость. Содержимое ампулы крови гемолизированной сухой полностью растворяется в 2 мл дистиллированной воды, время растворения 1-2 минуты. После растворения - прозрачная жидкость насыщенно-красного цвета без посторонних включений.
3. рН. От 7.5 до 8.0.
4. Потеря в массе при высушивании. Не более 2%.
5. Содержание аминного азота 360±5 мг/л.
6. Стерильность. Препарат должен быть стерильным.
7. Специфическая активность. При добавлении 1% (об./об.) крови гемолизированной к питательным средам должно вырасти более 30 колоний из 100 посеянных микробных клеток вакцинного штамма Y. pestis EV линии НИИЭГ.
Осуществление изобретения подтверждено следующим примером.
Кровь лошади или барана забирают стерильно из яремной вены в дефибринатор (бутыль со стеклянными бусами). После окончания процедуры кровопускания бутыль шюттелируют (встряхивают) в течение 30-40 минут. После формирования фибринового сгустка дефибринированную кровь отделяют, фильтруя ее в стерильную бутыль через стерильный ватно-марлевый фильтр. В дефибринированную кровь добавляют стерильную дистиллированную воду в соотношении 1:9 (одна часть крови + восемь частей дистиллированной воды) с последующим механическим перемешиванием в течение 15-20 минут при температуре 18-20°С и экспозицией 18-20 часов при температуре 2-4°С. Затем в полученную гемолизированную кровь при постоянном перемешивании добавляют раствор натрия хлорида в объеме, равном объему дефибринированной крови. Концентрация натрия хлорида в добавляемом растворе должна быть таковой, чтобы в конечном разведении получалась концентрация 0,15 моль/л. Например, для приготовления 10 л крови гемолизированной необходимо взять 1 л дефибринированной крови, добавить 8 л дистиллированной воды и 1 л 1,5 М раствора натрия хлорида (из расчета 90 г на 1000 мл воды).
Экспериментально доказано, что натрия хлорид в качестве вещества-наполнителя позволяет, не изменяя практически состав крови гемолизированной, получить после лиофильной сушки хорошо сформированную таблетку, растворяющуюся в 2 мл дистиллированной воды в течение 1-2 мин. Стимулирующая активность лиофилизированного препарата на момент его получения составляет 96,4-98,1% от активности исходного жидкого препарата. Заявленная последовательность добавления натрия хлорида определена экспериментально.
Полученный полуфабрикат крови гемолизированной центрифугируют при 4000 g в центрифуге с бакет-ротором при охлаждении до 4-8°С в течение 30 мин с целью освобождения от взвешенных частиц, образующихся после разрушения эритроцитов или прошедших через ватно-марлевый фильтр на предыдущем этапе, и стерилизуют через мембранные фильтры с размером пор 0,2 мкм.
Фильтрат крови гемолизированной разливают в стерильные ампулы ШП-5 НС-1А (ОСТ 64-2-485-85) по 2 мл и подвергают лиофилизации. Замораживание осуществляют в низкотемпературном холодильнике в режиме быстрого или медленного охлаждения (Фиг.1).
Лиофилизацию проводят в сублимационных камерных аппаратах типа KС-30, LZ-9 и др. Продолжительности режима лиофилизации - (25±1) часов (Фиг.2). Начальные параметры температуры конденсатора сублимационной установки составляют -(60±2)°С, температура греющих полок - -(42±2)°С, температура материала - -(50±1)°С, глубина вакуума - 5,3-5,9 Па. Подогрев полок включают спустя 1-3 часа при достижении вакуума не ниже 0,1-0,2 Па и температуре материала от -47 до -50°С°С. Скорость нагревания материала на этапе сублимации составляет 0,93°С/мин, на этапе десорбции - 0,083°С/мин. Продолжительность стадии сублимации составляет (14±1) часов, десорбции - (10±1) ч. Конечная температура материала (26±1)°С.
Герметизацию ампул после лиофилизации осуществляют в атмосфере осушенного очищенного воздуха при нормальном атмосферном давлении.
Минимальный срок годности полученного препарата составляет 3 года (срок наблюдения) и может быть увеличен при накоплении экспериментальных данных, в то время как срок годности жидкого препарата кровь гемолизированная составляет 2 года [18]. Лиофилизированный препарат кровь гемолизированная, полученный заявляемым способом, при хранении стабильно сохраняет физико-химические и биологические свойства (показатели стабильности лиофилизированного препарата крови гемолизированной представлены в таблице 1), в то время как у жидкого препарата отмечается изменение значений рН, а также некоторое снижение степени стимуляции, составившее для серии 15 и серии 20 соответственно 4,6 и 8,2% (показатели стабильности жидкого препарата крови гемолизированной представлены в таблице 2). В соответствии с нормативной документацией жидкий препарат кровь гемолизированная должен храниться и транспортироваться при температуре от 0 до 8°С в соответствии с СП 3.3.2.1248-03. Допускается транспортирование при температуре до 20°С не более 5 суток. Не допускается замораживание [18]. Изучение стабильности жидких и лиофилизированных препаратов крови гемолизированной в условиях повышенной (37°С) температуры (тест "ускоренного старения") подтвердило стабильность сухих форм, изменение стимулирующей активности которых находилось в пределах 1,9 - 8,7%, в то время как аналогичный параметр жидких препаратов изменялся в пределах от 31,8 до 38,8%. Изменение значений рН составило для сухих и жидких препаратов 0,03-0,06 и 1,0-1,3, соответственно. Сравнительная оценка стабильности жидких и лиофилизированных препаратов крови гемолизированной при хранении в условиях повышенной (37°С) температуры представлена в таблице 3.
Таким образом, заявляемый способ позволяет без применения стабилизаторов получить препарат кровь гемолизированная в лиофилизированной форме, характеризующийся стабильностью свойств при хранении и более длительным сроком годности по сравнению с жидким аналогом.
Литература
1. Промышленный регламент №01898109-13-07 на производство "Кровь гемолизированная, раствор для диагностических целей". Утвержден 13.02.2007 г.
2. МУК 4.1/4.2.588-96. Методические указания. Методы контроля медицинских иммунобиологических препаратов, вводимых людям. Минздрав России. Москва, 1998 г.
3. Белоус A.M., Цветкова Ц.Д. Научные основы технологии сублимационного консервирования. - Киев: Наукова думка, 1985. - 208 с.
4. Подольский М.В. Высушивание препаратов крови и кровезаменителей. - М.: Медицина, 1973. - 198 с.
5. Подольский М.В., Рыболовлев Ю.Р. О лиофилизации эритроцитов человека // Криобиология и медицина. - 1980. - Вып.6. - С.54-56.
6. Жвания Т., Камалова М., Чичуа Ю., Толорая Г. Лиофилизация тромбоцитной массы для длительного хранения и применения ее в клинике // Сборник трудов НИИ гематологии и переливания крови. - 1974. - т.14. - Стр.188-191.
7. Патент РФ №2301068 Способ получения гематогенного порошка. - Опубл. 20.06.2007. Бюл. №17.
8. Патент РФ №2080865 Способ получения гемоглобина. - Опубл. 10.06.1997.
9. Патент РФ №2017493 Способ получения средства, влияющего на гемопоэз, из крови животных. - Опубл. 15.08.1994.
10. Henderson L.O., Hazlehurst J.S., Taylor L., Hannon W.H. Preparation of lyophillzed human serum based reference materials with graded levels of apolipoproteins A-I and В. - Clin.Biochem. - 1988. - v.21. - p.219-223.
11. Matsuda Y. Factors affecting the biological activity of lyophilized myofibrils - protective substances and collapse temperatures, in: Fundamentals and applications of freeze-drying to biological materials, drugs and foodstuffs. - Proceeding of meeting of Commiss. Ci, Tokyo, May 20-22, 1985, - Intern. Inst. Refrigeration, 1985, p.103.
12. Chang B.S., C.S.Randall, Cryobiology, 1992, v.29, p.632.
13. Патент РФ №2011202 Стабилизирующий состав для получения лиофилизированных положительных контрольных сывороток, используемых в тест-системах для определения специальных антител к вирусам и микроорганизмам. - Опубл. 15.04.1994.
14. Международная заявка (WO) N 90/11091, кл. А61K 39/395, опубл. 04.10.1990.
15. Патент РФ №2136313 Стабилизирующий состав для получения референс-сывороток, содержащих IgM-антитела. - Опубл. 10.09.1999.
16. Патент РФ №2111426 Способ лиофильной сушки биопрепарата. - Опубл. 20.05.1998.
17. Физико-химические, химические, физические и иммунохимические методы контроля медицинских иммунобиологических препаратов. ФС 42-3874-99. - Москва, 1999. - С.71.
18. Инструкция по применению крови гемолизированной, раствора для диагностических целей. Утв. 04.07.2002.