Untersuchungen zur Biokompatibilität/Toxizität von Hämoglobin-basierten Mikropartikeln (HbMP-700) als Sauerstoffträger

Abstract

Moderne Arzneiformen als parenterale Zubereitung zur Gewährleistung der Sauerstoffversorgung können erhebliche Vorteile gegenüber den gegenwärtig eingesetzten Erythrozytenkonzentraten (EK) bieten. Hämoglobin-basierte Mikropartikel (HbMP) können in effizienten Mengen hergestellt werden, bergen nicht die Gefahr der Kontamination und können deutlich länger als EK gelagert werden. Bei HbMP zur parenteralen Applikation handelt es sich um eine Neuentwicklung, weshalb noch nicht genügend Biokompatibilitäts- bzw. Toxizitätsuntersuchungen vorliegen. Präklinische In-vitro Untersuchungen wurden durchgeführt um Sicherheitsaspekte der HbMP-700 zu untersuchen. Morphologie und Verformbarkeit der Partikel wurden mittels Atomkraftmikroskopie (AFM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) bestimmt. Die Suspensionsstabilität wurde mittels Konfokaler Laserscanning-mikroskopie und dynamischer Lichtstreuung ermittelt. HbMP weisen eine gute Verformbarkeit und homogene Größenverteilung auf. Die Analyse der HbMP mittels Rheometer zeigte ein rheologisch ähnliches Fließverhalten wie humanes Blut sowie keine Aggregation im Ruhezustand. Die Sauerstoffaffinität wurde mittels Sauerstoffmeter und einem HEMOX Analysegeräts untersucht. Die HbMP besitzen eine hohe Sauerstoffaffinität, so dass der Sauerstoff nur im hypoxischen Gewebe abgeben wird. Um die Erkennung der HbMP durch das Immunsystem zu minimieren, wurden die Partikel zusätzlich mit Albumin abgedeckt, was mittels Durchflusszytometrie nachgewiesen wurde. Die Quantifizierung der Reaktiven-Sauerstoffspezies (ROS) zeigte keine Toxizität der HbMP. Ebenso konnte keine Gentoxizität im Ames Test, im Säugetierzellen-Genmutationstest und im In-vivo Mikronukleus Test nachgewiesen werden. Die neuartige Hämoglobin-basierten Sauerstoffträger, HbMP-700, sind vielversprechend bei der Erfüllung der anspruchsvollen Voraussetzungen für die Entwicklung eines universellen Blutersatzes und zeigten in den In-vitro Untersuchungen keine Biotoxizitäten. Die Ergebnisse in den präklinischen Untersuchungen bestätigen die Biokompatibilität. Es ist daher von großem medizinischem Interesse, präklinische In-vivo Experimente durchzuführen, um weitere Daten zu erfassen.

Modern drug forms such as micro- / nanoparticles as a parenteral application to ensure the oxygen supply, may offer a substantial advantage over the currently used erythrocyte concentrates (EC). Hemoglobin-based microparticles (HbMP) can be produced in effective quantities, do not possess the uncertainty of contamination and are able to be stored distinctly longer than EC. HbMP for parenteral administration is a new development for which reason there are not sufficient biocompatibility or toxicity studies available. Preclinical In-vitro safety investigations were performed to determine the safety aspects of HbMP‐700. The morphology and deformability of the particles were investigated with the use of Atomic Force Microscopy (AFM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). The suspension stability was determined with Confocal Laser-Scanning-Microscopy (CLSM) and the dynamic light scattering. HbMP show a good deformability and homogeneous size distribution. The analysis of the HbMP with the use of a Rheometer demonstrated a rheologically similar flow behavior to human blood with no aggregation of the suspension in a state of rest. The oxygen affinity was investigated with an oxygen meter and HEMOX analyzer. The HbMP have a high affinity for oxygen so that the oxygen is only released in the hypoxic tissue. In order to minimize the detection of HbMP by the immune system, the particles were also covered with albumin, which was demonstrated by flow cytometry. The quantification of the reactive oxygen species (ROS) showed no toxicity of the HbMP. Likewise, no genotoxicity could be detected in the Ames test, in the mammalian cell gene mutation test or in the in-vivo micronucleus test. The novel hemoglobin-based oxygen carriers, HbMP-700, are promising in meeting the demanding requirements for the development of a universal blood substitute and showed no biotoxicity in the In-vitro investigations. The results in the preclinical studies confirm the biocompatibility. It is therefore of great medical interest to carry out preclinical In-vivo experiments in order to obtain further Data.