Herstellung und Konservierung von zellulären Blutkomponenten · intrazellulärem Kalium,...

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DGTI 11.05.2012, Herstellung u. Konservierung von zellulären Blutkomponenten

Herstellung und Konservierung von zellulären Blutkomponenten

Prof. Dr. med. Hermann Eichler

Institut für Klinische Hämostaseologie und Transfusionsmedizin Medizinische Fakultät der Universität und

Universitätsklinikum des Saarlandes


1.  Herstellung von Blutkomponenten:

-  Gewinnung von Vollblutspenden

-  Präparation zellulärer Blutkomponenten aus Vollblutspenden (Fraktionierung von Vollblut, Präparation von EKs / TKs)

2.  Konservierung von zellulären Blutkomponenten

-  Medien zur Flüssiglagerung von EKs / TKs

-  Einfluss auf die Qualität der Präparationen

-  (Kryokonservierung von Blutkomponenten)

Inhaltsübersicht


Technische Entwicklung

1950er Entnahme in sterilisierten Glasflaschen

ab 1971 Vollblut-Kunststoffbeutel

ab 1985 Additivlösungen

2002 Leukozyten-Depletion

2007 Pathogeninaktivierung (TK, FFP)

2006 „Chair Side Production“ (mobile Erythrozytapherese)

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Blutversorgung in Deutschland

Daten des Paul-Ehrlich-Instituts aus 2008 :

•  4,81 Mio. Vollblut-Spenden

•  4,71 Mio. Erythrozyten-Konzentrate (freigegeben):

-  DRK-BSD: ca. 75%

-  Staatlich-komm. BSD: ca. 21%

-  Private BSD: ca. 4%

•  506,5 Tsd. Thrombozyten-Konzentrate (59,1% aus Apherese)

PEI, Meldungen nach § 21 TFG


1.

Fraktionierung von Vollblutspenden


Bedingungen Vollblut-Zentrifugation (Beispiel Roto Silenta RS, Fa. Hettich)

i  22°C (Buffy coats für TK-Produktion)

i  Anlauf-Phase 4 min

i  Plateau-Phase 12 min (UpM 3.500, 3.900 x g)

i  Auslauf-Phase 14 min

i  Bremse schwach

i  Gesamtdauer 30 min

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Blutkomponenten nach Zentrifugation

Plasma

Thrombozyten, Leukozyten

Erythrozyten


2.

Präparation leukozytendepletierter Erythrozytenkonzentrate


Beispiel Spezifikation Erthrozytenkonzentrat leukozytendepletiert, SAG-M

i  Packungsgröße Standard: 250 ml +- 20% (200-300)

i  Packungsgröße Babyportion: 60 ml +- 20% (45-70)

i  Hämoglobin-Gehalt: 50 g (40-65)

i  Hämatokrit: 60 % (50-70)

i  Leukozyten-Gehalt: < 1 x 106

i  Plasma-Gehalt: < 25 ml

i  SAG-M-Gehalt: 100 ml

i  Glucose: ~ 1 g

i  Adenin: ~ 15 g

i  Mannitol: ~ 0,5 g

i  Haltbarkeit: 42 Tage bei 4°C (2-6°C)

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Qualitätskriterien von EK mit SAG-M-Additivlösung

i  Maximale Lagerzeit (4+-2°C): 42 d (PAGGS-M 49d)

i  Hämolyserate nach Laufzeit-Ende: < 0,8 % der Ery-Masse

i  Recovery 24h nach Transfusion: > 75 % (35d: 83,5%)

i  Mittlere Überlebenszeit: ~ 60 Tage

i  Hb-Anstieg nach Transfusion: ~ 1-1,5 g/dl

i  HCT-Anstieg nach Transfusion: ~ 3-4 %

i  Substitution bei Aplasie (2 x 12 ml pro Tag): ~ 1 EK pro Woche


Spezial-Präparationen: Bestrahltes EK

i  Behandlung eines frischen EKs mit ionisierenden Strahlen (30 Gy, γ-Stahlung, Kalium im zellfreien Überstand < 80 mmol/l ).

i  Ziel: Inhibierung der Proliferationsfähigkeit von Lymphozyten

i  Indikation: Patienten mit ausgeprägten angeborenen oder erworbenen Immundefekten

Beispiele: SCID, intrauterine Transfusion, ausgeprägte Frühgeburtlichkeit, allogene und autologe Stammzell-Transplantation, M. Hodgkin, Fludarabin-Therapie, gerichtete Blutspende von Blutsverwandten


i  Wiederholtes Auffüllen der Zellsuspension mit isotoner Waschlösung (SAG-M, NaCl 0,9%) im geschlossenen System, Zentrifugation, Abpressen der Waschlösung

i  Ziel: Weitgehende Entfernung des Restplasmas aus dem EK

i  Indikation: Nur bei nachgewiesener oder dringlich vermuteter Protein-Unverträglichkeit des Patienten (z.B. bei Anti-IgA Antikörpern bei hereditärem IgA-Mangel)

Spezial-Präparationen: Gewaschenes EK

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i  Tieftemperatur-Konservierung von Erythrozyten mit speziellen Kälteschutz-Lösungen (HAES, Glycerin)

i  Ziel: Langzeit-Lagerung von Erythrozyten bei z.B. seltenen Konstellationen von Blutgruppen-Antigenen, jedoch keine unbegrenzte Lagerung.

i  Indikation: Patienten mit seltenen Blutgruppen-Antikörpern (z.B. Anti-Vel, Anti-Lan oder immunes Anti-H -> „Bombay-Blut“)

Spezial-Präparationen: Kryokonserviertes EK


3.

Herstellung gefrorenes Frischplasma


Beispiel Spezifikation GFP (Quarantänelagerung)

i  Packungsgröße Standard: 300 ml (180-400)

i  Packungsgröße Babyportion: 40 ml +- 10% (36-44)

i  Thrombozyten-Gehalt: < 20 x 106 / ml

i  Leukozyten-Gehalt: < 0,5 x 106 / ml

i  Erythrozyten-Gehalt: < 6 x 106 / ml

i  Faktor VIII:C-Gehalt: ~ 0,9 U/ml (> 0,7 U/ml)

i  Haltbarkeit: 24 Monate bei unter -30°C

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4. Herstellung von leukozytendepletierten

Thrombozytenkonzentraten aus gepoolten Buffy coats


Beispiel Spezifikation Thrombozytenkonzentrat (Additivlösung T-Sol, 4er-Pool)

i  Packungsgröße: 250 ml (210-320)

i  Plasma-Gehalt: ~ 32 % (67-100)

i  Thrombozyten-Gehalt: 3 x 1011 (>2,4-5)

i  Leukozyten-Gehalt: < 1 x 106

i  Erythrozyten-Gehalt: < 2 x 109

i  pH nach 5 d Lagerung: 7,0 (6,5-7,4)

i  Haltbarkeit: 5 Tage bei 22 (+- 2)°C

i  Abhängig von Additivlösung (PAS III M) kann die Notwendigkeit zur ständigen Agitation stark abnehmen

van der Meer PF, et al. Vox Sang 2005;88:227-234


4 a. Teilautomatisierte Herstellung von

Thrombozytenkonzentraten aus gepoolten Buffy coats

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BC-PC preparations due to routine procedure (n=20)

•  4 BCs pooled in 300 ml T-sol

•  Centrifugation, filtration (Pall Autostop™)

•  Storage over 7 days in a Pall CLX™ bag

BC-PC preparations using ORBISAC (n=20)

•  4 BCs pooled in 300 ml T-sol

•  Centrifugation, inline-filtration (Pall LRP6™)

•  Storage over 7 days in a Gambro ELP™ bag

Janetzko K, et al. Transfusion 2004;44:1052-1058


Day 1 after PC processing

%

0

20

40

60

80

100 Orbisac PCsStandard PCs

*< 0.001

Platelet recovery

* t-test

56 ± 14%

(27 - 79%)

74 ± 4%

(63 - 81%)


6. Hämaphereseverfahren

zur Herstellung zellulärer Blutkomponenten

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Übertragung von Bakterien durch Thrombozytenkonzentrate

•  Risiko für bakterielle Kontamination Pool- und Apherese-TK: 1:1.000 bis 1:2.000*

•  Risiko für bakterielle Kontamination Apherese-TK: 0,019% 1:5.157***

•  Risiko der bakteriellen Sepsis: 1:2.000 bis 1:10.000**

* Blajchman MA, in: The safety of the blood supply, Hillyer CD ed. (1999) ** CHIU, Transfusion 34:950 (1994); Dodd RY, Vox Sang 78 (suppl2), 239-242 (2000) *** Fang CT, et al. Transfusion 2005;45:1845-52


Schrezenmeier H, Walther-Wenke G, et al. Bacterial contamination of platelet concentrates: results of a prospective multicenter study comparing pooled whole blood-derived platelets and apheresis platelets. Transfusion 2007;47:644-52

•  German Evaluation of Regular Monitoring Study

•  9 Institute von DRK-Blutspendediensten (Breitscheid, Dresden, Frankfurt/M., Ulm, München, Münster, Nürnberg, Oldenburg, Springe)

GERMS Studie


Schrezenmeier H, Walther-Wenke G, et al. Transfusion 2007;47:644-52

GERMS Studie – Ergebnisse

Anzahl Falsch positiv

Fraglich positiv

Bestätigt positiv

A-TKs 15.198 54 (0.36%) *48 (0,32%) 13 (0,09%)

Plasma-P-TKs

22.044 54 (0,24%) 26 (0,12%) 16 (0,07%)

T-Sol-P-TKs

15.001 39 (0,26%) 24 (0,16%) 8 (0,05%)

Gesamt 52.243 147 (0,28%) 98 (0,19%) 37 (0,07%)

* p<0.001

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Medien zur Flüssiglagerung von Erythrozyten


i  Erste Lagerungsversuche von Kaninchen-RBCs in Zitrat-Glukose-Lösung über 4 Wochen im Kühlschrank.

i  Kein Auftreten von in vitro-Hämolyse, nach Retransfusion Anstieg von HCT ohne Hämoglobinurie.

i  Einsatz im 1. Weltkrieg von über 26 Tage gelagerten Vollblut-Konserven in Zitrat-Glukose-Lösung.

i  Später Einführung von ausschließlich Zitrat-gelagertem Vollblut über 5 Tage.

Flüssiglagerung von Erythrozyten

Robertson OH. Br Med J 1918;1:691-5 Rous P, Turner JR. J Exp Med 1916;23:219-47


i  Anlage eines Reservoirs von Präparaten („Blut-Bank“, „Blut-Konserve“).

i  Jederzeitige Verfügbarkeit in ausreichender Menge.

i  Veränderung des Ablaufs von Vollblut-Spenden, Möglichkeit der Verarbeitung.

i  Möglichkeit der Etablierung von Qualitätskontrollen und Freigabe-Testen.

Vorteile der Konservierung von Erythrozyten

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i  Verlangsamter Stoffwechsel mit Abfall von ATP.

i  Glykolyse und Entwicklung von Laktat-Azidose.

i  begleitender Abfall von 2,3-DPG, nahezu kompletter Verlust nach ca. 10 d.

i  Reduzierte Ionenpumpen-Aktivität mit Verlust von intrazellulärem Kalium, Verschiebung der Elektrolyt-Konzentrationen.

i  Bakterielle Kontamination (1 : 30.000).

Veränderungen von Erythrozyten bei Flüssiglagerung

Zimrin AB et al, Vox Sang 2009;96:93-103


i  Azidose und abfallendes ATP induzieren Formveränderungen („Stachelzellen“) und verschlechterte Fließeigenschaften.

i  Zunächst reversibel („Rejuvination“), später irreversibel.

i  Anstieg der Rate von Endothel-adhärenten Erythrozyten um ca. 50% bis 4 Wochen nach Herstellung (HUVEC-Modell).

i  Bindungsstärke an Endothel nimmt mit Ausmaß der RBC-Schädigung zu (BC-Lagerung vs. Leukozyten-Reduktion).

Veränderungen von Erythrozyten bei Flüssiglagerung

Anniss AM, et al. Transfusion 2006;46:1561-7 Relevy H, et al. Transfusion 2008;48:136-46


i  Verursacht u.a. durch ansteigende intrazell. Ca2+-Konzentration.

i  Restleukozyten werden durch Azidose aktiviert; Freisetzung von Phospholipasen und Zytokinen.

i  Bildung von O2-Radikalen mit Veränderung von Membran-Proteinen und –Lipiden.

i  Veränderung von Membran-Phospholipiden, Membran-Verlust durch Bildung von Mikrovesikeln.

i  Reduzierte Fließeigenschaften und erhöhte Endothel-Bindung gelagerter RBCs könnte Einfluss auf kapillären Blutfluss und O2-Versorgung der Gewebe haben.

Irreversible Veränderungen von Erythrozyten bei Flüssiglagerung

Anniss AM, et al. Transfusion 2006;46:1561-7 Relevy H, et al. Transfusion 2008;48:136-46

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i Ausbleiben von Hämolyse in vitro.

i Bestimmung von Stoffwelchsel-Parametern (ATP).

i  In vivo-Überleben nach Retransfusion: Messung der 24-h in vivo-Recovery von Cr51-markierten Erys.

Qualitätskriterien für gelagerte Erythrozyten

Dumont LJ, et al. Transfusion 2008;48:1053-60


Probleme von Lagerversuchen mit EKs

•  Große interindividuelle Unterschiede bzgl. der Lagerungsstabilität von Erythrozyten (Unterschiede von 300-500 %).

•  Messverfahren zur Bestimmung von ATP-Gehalt von Erys sowie in vivo Recovery sind nicht sehr präzise.

•  Schlechte Korrelation von in vitro und in vivo Daten zur Ery-Viabilität.


50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5

RBC ATP Concentration µmol/g Hgb

% 2

4 H

r RB

C R

ecov

ery

r2=0.396

Korrelation zwischen ATP und Viabilität

Repeat assays of ATP concentration differ by 5%. Repeat measures of RBC recovery also differ with a SD of 5%.

Hess JR, privat communication

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Qualitätskriterien für gelagerte Erythrozyten

24-h Recovery, in %

Vollblut, ACD, 21 d 75

Vollblut, CPD, 21 d 79

Vollblut, CPDA-1, 35 d 81

Ery-Konzentrat, CPDA-1, 35 d

72

Erys in Additivlösungen (AS-1, -3, -5)

82

nach Leukodepletion 84

Zimrin AB et al, Vox Sang 2009;96:93-103



0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 5 10 15 20 25 30 35

Time (Days)

Glu

cose

(mg/

dL)

180 ml Erythrozyten in CPDA-1 bei 4°C verbrauchen 3 mMol Glukose über 35 Tage. Erwärmung auf 25°C für 24h an Tag 6 oder 20 erhöht den Glukoseverbrauch um den Faktor 10.

4°C über gesamte Lagerung l 25°C an Tag 6 n 25°C an Tag 20

Hess JR, Transfusion 1998

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6.3

6.4

6.5

6.6

6.7

6.8

6.9

7.0

0 5 10 15 20 25 30 35

Time (Days)

pH


4°C über ges. Lagerung l 25°C an Tag 6 n 25°C an Tag 20

180 ml Erythrozyten in CPDA-1 bei 4°C produzieren 6 mMol H+-Ionen über 35 Tage und erniedrigen den pH um 0,5. Der Ery-Metabolismus stoppt bei pH = 6,4.


0

1

2

3

4

5

0 5 10 15 20 25 30 35

Tage

ATP

(mm

ol/g

hb)




Morphologische Veränderungen von Erys während Lagerung, Morphology Scoring

1.0 0.8 0.6

0.4 0.2 0.0

Usry RT, et al. Vox Sang 1975; 28:176-183

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50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30 35

Time (Days)

Mor

phol

ogic

Inde

x




0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30 35

Time (Days)

free

Hem

oglo

bin

(mg/

dL)

Transfusion 1998 Hess JR, Transfusion 1998



Hess JR, et al. Transfusion 2006; 46:50-54

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Hess JR, et al. Transfusion 2006; 46:50-54


Hess JR, et al. Transfusion 2003;43:867-872


i  Veränderungen während der Lagerung von Erythrozyten nachweisbar, aber klinische Relevanz bzgl. klinischem Effekt bislang nicht sicher nachgewiesen.

i  Keine gesicherten Daten aus prospektiven, kontrollierten Studien.

i  Bislang keine wissenschaftlich gesicherte Basis, um eine maximal zulässige EK-Lagerungszeit für z.B. kardiochirurgische Patienten zu postulieren.

i  Prospektive Studien laufen (Age of RBC in Premature Infants; Age of Blood Evaluation (ABLE) Study; Red Cell Storage Duration Study (RECESS)).

Sind gelagerte EKs schlechte EKs?

Tinmouth A, et al. Transfusion 2006;46:2014-27

Koch CG, et al. NEJM 2008;358:1229-39

Leal-Noval SR, et al, Crit Care Med 2008;36:1290-6

Weinberg JA, et al. J Trauma 2008;65:279-82

Steiner ME, et al. Trans Apher Sci 2010;43:107-16

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i  Design: double-blind, multicenter. Hypothesis: transfusion of prestorage leukoreduced RBCs stored for 7 days or less (fresh arm) as compared with standard-issue RBCs stored, on average, 15 to 20 days (control arm) will lead to lower 90-day all-cause mortality and reduced morbidity in critically ill adults.

i  Population: >2,500 adult patients in ICUs who

i  (1) have had a request for a first RBC unit transfusion during the first 7 days of ICU admission

i  And (2) have an anticipated requirement for ongoing invasive and noninvasive mechanical ventilation exceeding 48 hours.

i  primary outcome: 90-day all-cause mortality.

i  Secondary outcomes: ICU and hospital mortality, organ failure, and serious nosocomial infections.

The Age of Blood Evaluation (ABLE) Randomized Controlled Trial

Lacroix J, et al; for the ABLE study group. Transfusion Med Rev 2011;25:197-205


i  Study able to detect 5% absolute risk reduction (from 25% to 20%).

i  currently enrolling patients in 23 university-affiliated and community-hospital ICUs across Canada; sites in France and United Kingdom are expected to start recruitment in 2011.

i  A negative trial will reassure clinicians and blood bankers regarding the effectiveness and safety of standard-issue RBCs.

i  A positive trial will have significant implications with respect to inventory management of RBCs given to critically ill adults with a high risk of mortality.

i  Will prompt research to better understand the RBC storage lesion in the hopes of minimizing its clinical consequences through the development of better storage methods.

The Age of Blood Evaluation (ABLE) Randomized Controlled Trial


Medien zur Flüssiglagerung von Thrombozyten

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i  Autologes Plasma ACD-A (Apherese-/Pool-TKs):

Immer noch optimales Lagerungsmedium für Plättchen.

Nachteile: nur die Plättchen, nicht aber der Patient benötigen Plasma; Minor-Inkompatibilität möglich

Lagerungsdaten:

i  5 Tage (Recovery 63%, Überlebenszeit 6,7 d)

i  7 Tage (Recovery 54%, Überlebenszeit 5,5 d)




i  Plättchen-Additivlösung (Apherese-/Pool-TKs):

Restplasma-Gehalt ca. 30%, 70% PAS

Verschiedene Modifikationen einer phosphatreichen Citrat-Pufferlösung, u.U. mit Zusatz von Kalium und Magnesium, gute in vitro-Qualitätsdaten

Vorteil: AB0-Minor-Inkompatibilität i.d.R. kein Problem

Plasma steht für Komponententherapie zur Verfügung.

PAS notwendig für Pathogen-Inaktivierungsverfahren

Gulliksson H, et al. Vox Sang 2003;85:199-205


Gulliksson H, et al. Vox Sang 2003;85:199-205

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Einfluss des in vitro pH von TKs auf Recovery und Überlebenszeit

i  The pH environment of stored plateles is recognized as a key surrogate measure of PLT viability; translated into regulatory rules or specifications for storage of PLT products.

i  Data from individual autologous radiolabeled PLT kinetic studies from independent laboratories were analyzed retrospectively.

i  PLTs stored for at least 5 days in 100 percent autologous plasma with a pH of at least 6.2 were analyzed.



Einfluss des in vitro pH von TKs auf Recovery und Überlebenszeit

i  476 individual recovery and survival results with associated pH before labeling from a variety of autologous, radiolabeled PLT kinetic studies from Sep 1999 to March 2005.

i  The effect of pH on either PLT recovery (p = 0.86) or survival (p = 0.55) was not significant.

i  Time of storage had significant effects on recovery and survival (p < 0.0001).

i  There is no relationship between in vitro pH and in vivo PLT viability as measured by radiolabeled recovery and survival of autologous PLTs (at pH of ≥6.2 ).


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Paired in vitro and in vivo comparison of apheresis platelet concentrates stored in PAS

i  quality of PLTs stored for 1 vs. 7 days compared by in vitro analyses, in vivo recovery, and survival in blood donors.

i  Apheresis PCs from 10 donors were divided and stored in PAS (T-Sol / plasma: 60/40) in 2 equal units for a paired comparison.

i  PLTs in one unit were In111 labeled at 1 day of storage, and PLTs in the other unit were labeled after 7 days of storage.

i  PLTs were injected into the autologous donors.

i  Measurements for PLT recovery and survival.

Shanwell A, et al. Transfusion 2006;46:973-979


In vitro analysis of apheresis PCs after 1 and 7 days of storage


Variable Day 1 Day 7 p Value MPV (fL) 7.0 ± 0.8 7.3 ± 0.8 NS pH 7.09 ± 0.11 7.11 ± 0.08 NS Lactate (mmol/L) 1.3 ± 0.5 6.6 ± 1.2 <0.0001 pCO2 (kPa at 37°C) 3.41 ± 0.52 2.91 ± 0.69 NS pO2 (kPa at 37°C) 18.9 ± 2.2 19.3 ± 3.4 NS Bicarbonate (mmol/L) 7.5 ± 1.2 6.7 ± 1.6 NS Glucose (mmol/L) 6.4 ± 0.7 3.5 ± 1.1 <0.0001 LDH (%) 4.7 ± 1.4 6.2 ± 1.9 <0.01 ATP (µmol/1011 PLTs)

(threshold: >4.0) 5.64 ± 0.56 4.41 ± 0.46 <0.0001

HSR (%) 57.1 ± 7.2 64.1 ± 10.9 NS RANTES (pg/106 PLTs) 110.7 ± 76.6 277.6 ± 50.8 <0.005 PF4 (IU/106 PLTs) 19.9 ± 9.6 59.8 ± 7.5 <0.0001

Data are expressed as means ± SD (n = 10). NS = nonsignificant.


PLT recovery and survival time of autologous PLTs after storage for 1 and 7 days

Recovery Survival Day 1 69 ± 12% 8.2 ± 1.7 days

Day 7 53 ± 13% 5.1 ± 1.7 days

p Value <0.05 <0.005

Day 7 compared with Day 1 80 ± 32% 65 ± 26%


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i Keine Daten aus prospektiven, kontrollierten Studien.

i Retrospektive Analysen widersprüchlich.

Hat TK-Lagerung Einfluss auf Outcome?

Abani U, et al. Transfus Med Hemother 2011;38:272-6

Welsby IJ, et al. Transfusion 2010;50:2311-7


Kryokonservierung

von Erythrozyten und Thrombozyten

Hess JR. Transfus Med 2004;14:1-8 (Review)

Valeri CR, et al. Transfusion 2005;45:1890-1898

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