ネコ用人工血液を開発――ペットの輸血液不足解消に貢献 中央大とJAXA

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X線結晶構造解析により明らかにした遺伝子組換えネコ血清アルブミンの立体構造

中央大学と宇宙航空研究開発機構(JAXA)は2018年3月20日、同大学の小松晃之教授の研究チームが、ネコ用人工血液の開発に成功したと発表した。JAXAは国際宇宙ステーション「きぼう」日本実験棟で行われているタンパク質結晶化実験機会の提供と結晶化、構造解析を担当した。

近年、ペットの高齢化や肥満化が進み、動物医療に対する需要も増えている。大量出血した動物への輸血の頻度も増加傾向にあるが、我が国には動物用血液の備蓄システムが存在せず、獣医自身が自らドナーを探して、血液を準備している。こうした獣医療の現場では深刻な輸血液不足の問題を抱えており、人工血液、特に「赤血球の代替物となる人工酸素運搬体」の開発が望まれていた。

一方、ヒト用の人工酸素運搬体の開発も、安全性や有効性の面から実用化には至っていない。小松教授の研究グループでは、2013年にヘモグロビンにヒト血清アルブミンを結合したコア-シェル型の(ヘモグロビン-アルブミン)クラスターを合成し、ヒト用人工酸素運搬体として機能することを見出した。これは生体適合性が高く、血圧亢進がない安全性の高い赤血球代替物となることが実証されている。

今回、小松教授のグループでは、(ヘモグロビン-アルブミン)クラスターをネコ用として使用するため、ヘモグロビンに結合しているヒト血清アルブミンをネコ血清アルブミンに置き換えることを検討した。ヒトアルブミンを含む製剤をネコに投与すると抗体が産生され、再投与の際に副作用を起こす危険性があるためだ。しかし、ネコ血清アルブミンはネコの血液から採取しなければならず、製造に充分な量の確保が難しい。そこで同グループではまず、遺伝子組換え技術を用いてネコ血清アルブミンを人工的につくり出した。

さらに、微小重力環境で作成された良質な結晶が高分解能解析に適していることから、同大学とJAXAとの共同研究により、国際宇宙ステーション「きぼう」日本実験棟においてネコ血清アルブミンを結晶化。X線結晶構造解析によってその立体構造を解明し、詳細な物理化学的特性の理解を可能にした。

ウシ赤血球から精製したヘモグロビンを遺伝子組換えネコ血清アルブミンで包み込んだ形のヘモアクト-F

続いて、ウシヘモグロビンの分子表面に3個の遺伝子組換えネコ血清アルブミンを共有結合した(ヘモグロビン-組換えネコ血清アルブミン)クラスター(製剤名「ヘモアクト-F」)を合成。その構造、物性、酸素結合能を解明し、血液型がなく長期保存できる安全なネコ用人工酸素運搬体(赤血球代替物)として機能することを明らかにした。ヘモアクト-Fの表面電荷はマイナスに帯電しているため、血管内皮細胞からの漏出はなく、血圧上昇の副作用もなく、血中半減期はアルブミンよりも長いと考えられる。また製造工程は2ステップと少なく、簡単に合成することができる。

ヘモアクト-Fは、緊急時の大量需要にも対応でき、血液型がなく、ウイルス感染の心配もなく、どのネコにも使用できるため、市場範囲は全世界に及ぶ。また赤血球代替物としての利用以外にも、虚血部位への酸素供給液、体外循環回路の補填液、癌治療用増感剤などへの応用が考えられる。

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