ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ СМОЛ ДЛЯ АДСОРБЦИОННОГО ЭКСТРАКОРПОРАЛЬНОГО УДАЛЕНИЯ ВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ МЕДИАТОРОВ ПРИ ЛЕЧЕНИИ СИСТЕМНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ, СВЯЗАННЫХ С ВОСПАЛЕНИЕМ
USING POLYMER RESINS FOR EXTRACORPOREAL INFLAMMATORY MEDIATOR ABSORPTION WHEN TREATING INFLAMMATION-RELATED SYSTEMIC DISEASES

Область техники
Настоящее изобретение относится к высокоэффективному применению фильтров и сорбентов для очистки крови у пациентов, пораженных системными заболеваниями, связанными с воспалением.
Предшествующий уровень техники
Воспаление возникает как в виде физиологической, так и патофизиологической реакции на стресс, такой как травма, инфекция, или связанное с ними специфическое заболевание, и приводит к местным и общим реакциям организма. Местная реакция важна для заживления и в качестве защиты против инфекции. Это происходит посредством местной продукции специфических и не специфических воспалительных медиаторов, таких как ангиопоэтины и цитокины. Они часто участвуют в системной воспалительной реакции и синдроме системной воспалительной реакции (SIRS, ССВР).
Общая реакция происходит в форме эндокринных, метаболических и биохимических реакций при степени реакции, зависящей от тяжести, интенсивности и длительности стимула. Общая реакция регулируется сигналами между гипоталамо-гипофизарной осью, нейроэндокринной гормональной системой и вегетативной нервной системой. Это координированное действие именуется «стрессовой реакцией». Чистый эффект стрессовой реакции включает увеличение сердечного выброса, частоты сердечных сокращений и артериального давления, сужение периферических сосудов и сосудов внутренних органов и расширение коронарных и церебральных сосудов, увеличение частоты дыхания, задержку натрия и воды, увеличение свертываемости крови, метаболические изменения с гипергликемией и сниженное выделение мочи.
Хотя стрессовая реакция может быть благоприятной в содействии восстановлению организма, она также является обычным звеном при многих разнообразных тяжелых заболеваниях. Например, у пациентов, страдающих острым респираторным дистресс синдромом, острой легочной травмой или острой дыхательной недостаточностью, которые находятся на искусственной вентиляции легких, может произойти травма, вызванная механическим растяжением альвеол под действием аппарата искусственной вентиляции легких. Эта травма может вызвать последующее высвобождение воспалительных медиаторов, в частности сосудистого эпителиального фактора роста (VEGF), вызывающего повышение проницаемости эндотелия, отек и увеличивающего системное воспаление и, в конечном счете, дисфункцию/недостаточность органа. У пациентов с конечной стадией почечных заболеваний и сахарным диабетом также развивается хроническое воспаление и повышенная частота связанных с ней сопутствующих заболевай, таких как сердечно-сосудистые заболевания. Васкулит, заболевание, включающее воспаление кровеносных сосудов, может привести к повреждению органов тела и даже к разрыву аневризмы. У пациентов, страдающих сепсисом и панкреатитом, в ходе прогрессирования заболевания также может развиться местное и системное воспаление.
VEGF играет роль при множестве патологических процессов, включая солидные опухоли и гематологические злокачественные заболевания, внутриглазные неоваскулярные синдромы, воспаление и отек головного мозга и патологию женских репродуктивных путей (Ferrara et al., Nature Medicine, vol. 9, No. 6, June 2003: 673-674). Современными средствами медикаментозного лечения для снижения продукции VEGF являются ранибизумаб (LucentisTM, GenetechNovartis), пегаптаниб (MacugenTM Pfizer/Eyetech) и ивертепорфин PDT (Visudyne, Novartis), применяемые по поводу возрастной дегенерации желтого пятна, и бевацизубаб (Genetech), применяемый по поводу запущенного рака ободочной и прямой кишки.
У пациентов, страдающих указанными выше заболеваниями, кровь постепенно задерживает возрастающие количества токсинов и воспалительных медиаторов. У здоровых лиц воспалительные медиаторы, цитокины или токсины в норме продуцируются «по необходимости» и выводятся из потока крови. Однако когда уровень местно продуцируемых токсинов неконтролируемо возрастает, они могут попасть в плазму циркулирующей крови, вызывая глубокое нарушение функции эндотелия и активацию многих различных типов воспалительных клеток. Это системное воспаление и эндотелиальная дисфункция могут потенциально привести к повышению сосудистой проницаемости, недостаточной перфузии органов и, в конечном счете, к перемещению в кишечник бактериальных продуктов, таких как эндотоксин, который может дополнительно усилить воспалительную реакцию.
Процесс, ведущий к дисфункции многих органов, очень сложный и включает много перекрывающих друг друга путей, включая пути воспаления, свертывания, а также метаболические пути. Фармацевтическая инактивация или иммуномодуляция воспалительных медиаторов и цитокинов представляет собой общеизвестный способ снижения уровня токсинов в крови. Однако он был в значительной степени безуспешным ввиду того, что воспаление вовлекает многочисленные пути. Кроме того, инактивация одиночных медиаторов часто неэффективна, поскольку другие одновременно продуцируемые медиаторы могут все же усилить воспалительную реакцию. Кроме того, многие медиаторы продуцируются после стимуляции важных путей (такие как NFkB, натуральный фактор каппа-легкой цепи усилителя активированных В клеток).
Инактивация таких путей может оказывать повреждающее воздействие, если тот же путь также продуцирует благоприятные молекулы. Наконец, повреждающие воздействия воспалительных медиаторов часто имеет временную зависимость. Инактивация или удаление воспалительных медиаторов может быть благоприятна во время избыточного выделения медиаторов, но может оказывать повреждающее воздействие, если медиатор играет роль в регенерации или заживлении клеток. К сожалению, многие фармацевтические средства нельзя с легкостью отменить или регулировать.
Другие обычно используемые способы очистки крови включают абсорбцию токсинов на твердых средах (гемо- и плазмаперфузия) или путем ультрафильтрации крови или плазмы через соответствующие полупроницаемые мембраны, или путем конвекции с помощью градиента давления (ТРМ) через мембрану (гемо- и плазмафильтрация), или путем диффузии путем обеспечения контакта подлежащей очистке крови или плазмы с одной стороной мембраны и соответствующим образом составленного промывного раствора - с противоположной стороной мембраны (гемодиализ).
Однако все из описанных выше систем имеют недостатки. Гемоперфузия состоит из процеживания крови непосредственно через фильтр из адсорбирующего материала, который поэтому должен быть изготовлен из высокобиологически совместимого материала. Это обычно достигается покрытием частиц адсорбента соответствующим материалом, который, однако, серьезно нарушает удерживающую токсины способность частиц. В случае плазмаперфузии, кровь сначала фильтруется для отделения плазмы, которая затем процеживается через адсорбирующий материал. Хотя это в некоторой степени решает проблему биологической совместимости во время перфузии. Увеличение вязкости крови во время фильтрации может привести к обширному образованию сгустков по мембране, так что в любом случае кровь необходимо обрабатывать антикоагулянтами (гепарином).
TM
С другой стороны, гемо- и плазмафильтрация обеспечивает только удаление токсинов с высокой молекулярной массой и дают значительную потерю массы, которую необходимо компенсировать подачей инфузионного раствора в кровь пациента. В соответствии с документом ЕР 0958839В1 указанную выше проблему можно частично решить регенерацией ультрафильтрата путем адсорбции токсинов со средней молекулярной массой в нем процеживанием его через гемоперфузионные кассеты на основе непокрытого активированного угля, такие как DETOXIL2 (SORIN BIOMEDICA, Italy), с тем, чтобы можно было использовать регенерированный ультрафильтрат в том виде как он есть или с добавками в качестве инфузионного раствора.
Гемодиализ, в частности, при комбинации с одни или несколькими из указанных выше способов, очень эффективен при удалении мелких растворимых в воде токсинов, но сам по себе в значительной степени неэффективен для удаления более крупных воспалительных медиаторов или токсинов, поскольку они эффективно не удаляются диффузией. В частности, удаление цитокинов достаточно слабое, так что в настоящее время, органические нарушения функции, вызванные острой органной недостаточностью, можно не более чем отсрочить, а не полностью предотвратить.
Этому был посвящен документ ЕР 0958839В1, по меньшей мере, в связи с определенной патологической ситуацией, состоящей в острой органной недостаточности.
Описание изобретения
Целью настоящего изобретения является предоставление альтернативного средства для лечения системного воспаления и, по меньшей мере, ряда связанных с ним заболеваний, которое более эффективно, чем известные решения, и обеспечивает возможность удаления различных видов токсинов, особенно токсинов с низкой и средней молекулярной массой, из крови в относительно короткое время вмешательства, и которое можно легко регулировать для его адаптации к состояниям отдельных пациентов.
Соответственно, настоящее изобретение по п. 1 относится к набору для лечения заболевания, связанного с системным воспалением.
В соответствии со вторым аспектом изобретения по п. 12 предоставляется также применение такого набора.
Целью экстракорпоральной адсорбции в соответствии с настоящим изобретением является применение высокопроницаемого фильтра, который обеспечивает возможность прохождения воспалительных медиаторов с высокой молекулярной массой (обычно не удаляемых обычными фильтрами для гемодиализа или гемофильтрации, которые имеют меньшие размеры пор), таких как сосудистый эпителиальный фактор роста (VEGF) и ангиопоэтины, а также сывороточный альбумин. Таким образом, высокопроницаемый фильтр связан со средствами для задержки таких воспалительных медиаторов путем последующей адсорбции с использованием адсорбирующей кассеты с высоким сродством к ним. В отличие от ранее известных способов средства для задержки воспалительных медиаторов выбраны для задержки сывороточного альбумина, который может быть соответственно реинфузирован пациенту, избегая потери одного из самых важных физиологических белков, необходимых для поддержания онкотического давления, его антиоксидантной способности и его функции в качестве транспортного белка для жирных кислот, билирубина, триптофана, кальция, стероидных гормонов и многих других физиологических соединений.
Другое преимущество применения фильтра высокой проницаемости состоит в возможности увеличения кровотока, подлежащего очистке, по сравнению с обычными плазменными фильтрами, известными в данной области.
Предпочтительно, фильтр высокой проницаемости имеет размер пор, который находится в диапазоне от 0,4 до 0,6 мкм, и в любом случае такой размер, чтобы обеспечить коэффициент просеивания для фильтра менее чем 0,4 для IgM и более чем 0,6 для альбумина.
TM
TM
Средство для задержки воспалительных медиаторов включает, по меньшей мере, одну кассету, содержащую адсорбирующий материал, выбранный из группы, состоящей из гидрофобной полистирольной смолы, ионообменной полистирольной смолы, сверхчистой смолы из связанного диоксида кремния или их смесей. Предпочтительно, гидрофобные полистирольные смолы выбраны из стиролметилакрилата и группы смол сополимеров дивинилбензола-полистирола, примером которых является серия смол AMBERCHROM (Rohm Haas). Сверхчистые смолы диоксида кремния с функциональными группами связанной фазы, примером которых является смола обращенной фазы TSK Gel (Tosoh Bioscience), такая как ToyaPearl Phenyl-650. Ионообменная смола выбрана из группы, состоящей из DEAE Sepharose (Tosoh Bioscience) или серия смол Amberlite (Rohm Haas).
TM
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения адсорбирующий материал имеет размер гранул в пределах от 35 до 200 мкм, а размер пор в пределах от 50 до 3000 Ǻ. Предпочтительно, кассета содержит полистирол/дивинилбензольную смолу, имеющую размер пор 300 Ǻ и размер гранул от 35 до 120 мкм (например, смола Rohm & Haas CG300 соответственно сорта S, M и C). Наиболее предпочтительной является смола CG300M, имеющая средний диаметр гранул от 75 до 120 мкм.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения средство для задержки воспалительных медиаторов содержит более одной кассеты, причем каждая кассета содержит другой адсорбирующий материал, предназначенный для задержки одного или нескольких различных воспалительных медиаторов, причем воспалительные медиаторы, задерживаемые каждой кассетой, отличаются друг от друга.
Воспалительные медиаторы, которые могут быть удалены набором по изобретению, выбраны в группе VEGF, калликреина, миоглобина, С-реактивного белка, цитокинов и хемокинов (в частности, IL1, IL6, IL8, IL12, IL18, фактора опухолевого некроза, воспалительного белка-1 макрофагов, хемотаксического белка моноцитов).
Неожиданно было обнаружено, что сочетание фильтра с высокой проницаемостью и смол, подобных тем, которые описаны в документе ЕР 0958839В1, обеспечивает возможность задержки воспалительных медиаторов, отличных от цитокинов, т.е. медиаторы с низкой и средней молекулярной массой, без значительной потери сывороточного альбумина, который, таким образом, может быть реинфузирован пациенту. Кроме того, в качестве дополнительного следствия этого удивительного открытия, сочетание описанных выше абсорбирующих смол и фильтра с высокой проницаемостью позволяет использовать их для лечения достаточно большого числа заболеваний, прямо не связанных с острой органной недостаточностью.
Предпочтительно, воспалительные медиаторы, задерживаемые (и, таким образом, удаленные из кровотока пациента) в соответствии с настоящим изобретением, связаны в целом с любым системным воспалительным состоянием, а конкретнее - с респираторным дистресс-синдромом, острым повреждением легких, острой дыхательной недостаточностью, тяжелым панкреатитом, синдромом лизиса опухоли, миеломой, генерализованной миастенией, васкулитом, рабдомиолизом, системной воспалительной реакцией в результате аортокоронарного шунтирования в условиях искусственного кровообращения, склеродермии, конечной стадии почечных заболеваний, возрастной мышечной дегенерации, диабетической нефропатии.
В отличие от более традиционных способов лечения указанных выше заболеваний, которые включают прием внутрь или воздействие лекарственных средств или облучения, которые являются по существу токсичными для живых систем, экстракорпоральная фильтрация имеет преимущество удаления токсинов из крови пациента с минимальной инвазивностью. Кроме того, удаление может производиться быстрее и в течение определенного периода времени (длительности) для удаления медиаторов и затем прекращено, когда в нем больше нет потребности. Это имеет преимущество перед фармакологическим ингибированием, которое часто является необратимым и может потребовать более длительной продолжительности лечения.
Дополнительное преимущество имеет возможность адаптации экстракорпоральной адсорбции, посредством чего, в соответствии с индивидуальными потребностями пациента, может быть подобран широкий диапазон неспецифических воспалительных медиаторов/цитокинов (т.е., добавлением на кассеты). Кроме того, в отношении других методик очистки (таких как высокообъемная гемофильтрация или обменное переливание плазмы), может производиться селективное удаление токсинов или медиаторов, но также реинфузия физиологически важных веществ, таких как альбумин, аминокислоты и гормоны.
Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания нескольких практических вариантов его осуществления, приведенных в качестве не ограничивающих примеров.
Пример 1
Используется фильтр с высокой проницаемостью, который изготовлен из биологически совместимого материала полиэфирсульфона. Кроме того, используется обычный, промышленно выпускаемый, гемофильтр. Используется кассета, содержащая 140 мл дивинилбензолстерольной смолы (смола CG 300 Rohm Haas Amberchrom) с размером пор 300 Ǻ).
В таблице 1 показаны результаты задержки, полученные с различными белками и медиаторами в образцах плазмы человека от трех пациентов с сепсисом.
Таблица 1
Моноцитарный хемотаксический белок
Воспалительный белок 1β макрофагов
Металлопро-теиназа-3
Интерлейкин 6 IL-6
Интерлейкин 8 IL8
Интерлейкин 10 IL10
пкг/мл
пкг/мл
нг/мл
пкг/мл
пкг/мл
пкг/мл
Пациент 1
Перед кассетой
1330
408
28
270
437
269
post cartridge
n.d.
n.d.
n.d.
n.d.
5
11
Пациент 2
Перед кассетой
196
345
5.3
55
60
14
После кассеты
14
153
n.d.
9,5
54
0,8
Пациент 3
Перед кассетой
71
100
50
7,3
25
13
После кассеты
n.d.
4
3
n.d.
10
1.8
n.d.= ниже уровня выявления
Пример 2
in vitro
Исследования  проводили с плазмой человека, содержащей добавленные цитокины и медиаторы, для определения сродства к различным типам смол. Плазму использовали для стимуляции оттока крови из плазменного фильтра, имеющего коэффициент просеивания выше 0,8, для человеческого альбумина. Поток крови составлял от 100 до 200 мл/мин, в то время как поток плазмы определялся в виде фракционной фильтрации от 10 до 20% кровотока. Плазменный фильтр использовали последовательно со вторым фильтром для гемофильтрации, имеющим коэффициент просеивания ниже 0,1, для альбумина (для удаления мелких молекул, не адсорбированных смолой, или для поддержания регулирования объема плазмы у пациента). Кассету, содержащую 140 мл дивинилбензолстерольной смолы (смола CG 300 Rohm Haas Amberchrom) с размером пор 300 Ǻ можно было комбинировать с другими кассетами (перечисленными в таблице 2) последовательно для специфического или неспецифического удаления воспалительных медиаторов, в частности интерлейкина 6 (IL-6), C-реактивного белка (PCR) и калликреина (КК).
Таблица 2
Смола №
Смола
Размер частиц (мкм)
Размер пор (нм)
1
Toyopearl CM-650C
100
100
2
Toyopearl HW-40C
75
5
3
Toyopearl Mega CAP™ SP-550EC
200
50
4
Toyopearl SP-550-C
100
50
5
Toyopearl35 Super SP
40-90
6
CG71S
35
250
7
CG161M
75
150
8
CG300M
75
300
5 мл человеческой плазмы, содержащей IL-6 (100 пкг/мл), PCR (0,5 мг/дкл) и КК (0,5 мг/л), в течение 4 часов инкубировали с 1 мл смолы. Образцы брали через 0, 60, 120, 180 и 240 минут.
Полученные результаты показы соответственно на Фиг. 1, 2 и 3.
В частности, из Фиг.1 очевидно, что смолы 6, 7 и 8 имеют хорошее сродство с IL-6. Такое же поведение наблюдается для PCR (Фиг.2). Напротив, видно, что КК задерживается смолами 2, 3, 7 и 8 (Фиг.3).
Пример 3
Используются плазмофильтр, гемофильтр и кассета как в примере 1.
Содержание VEGF в крови и плазме измеряют у 3 пациентов с сепсисом (нормальные диапазоны VEGF до 65 пкг/мл). Образцы для определения количеств VEGF берут через различные интервалы времени; т.е., цельную кровь через время 0, плазмы - через 15 минут перед воздействием фильтрационной кассеты и плазмы через 15 минут после воздействия фильтрационной кассеты. Результаты выражены в виде пкг/мл VEGF и показаны в таблице 3.
Таблица 3
Концентрация VEGF (пкг/мл)
Пациент 1
Пациент 2
Пациент 3
Кровь (время 0)
1490
1060
239
Плазма через 15 мин перед кассетой
1720
708
233
Плазма через 15 мин после кассеты
80
16
31