Design of Heme Protein-Based Blood Substitutes
基于血红素蛋白的血液替代品的设计
基本信息
- 批准号:7489686
- 负责人:
- 金额:$ 4.32万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:1991
- 资助国家:美国
- 起止时间:1991-08-01 至 2011-05-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Adverse effectsAffinityAmino AcidsAnimal ModelAnimalsApoproteinsBacteriaBasic ScienceBindingBiochemicalBiological ModelsBioreactorsBloodBlood BanksBlood PressureBlood SubstitutesBlood capillariesChromosomesChronicCollaborationsComplement component C1sCustomDependenceDeveloped CountriesDeveloping CountriesDevelopmentDisastersDissociationDistalDrug FormulationsEmergency treatmentEngineeringErythroidEscherichia coliFigs - dietaryGenerationsGenesGlobinGoalsHealth PrioritiesHemeHemeproteinsHemoglobinHemorrhageHumanIn VitroInvestmentsLifeManufactured MaterialsMeasuresMilitary PersonnelModelingModificationMolecular ChaperonesMutagenesisMutationMyoglobinOperonOxidative StressOxygenParentsPennsylvaniaPharmacologic SubstancePlesiomonas shigelloidesProblem SolvingProductionPropertyProtein DenaturationProtein EngineeringProteinsProtocols documentationPublic HealthRangeRateRattusReactionRecombinantsRelative (related person)Research PersonnelResistanceRiceSeriesShigella dysenteriaeSourceSystemTechnologyTexasTherapeuticTransfusionUniversitiesWhole BloodWisconsinapohemoglobinbasecapillarycellular engineeringcommercializationcomparativecostcrosslinkdesignextracellularimprovedin vivomutantoxidationpathogenpre-clinicalpreventprogramsprototyperesearch clinical testinguptakevector
项目摘要
Our long-range goal is to develop recombinant human hemoglobin (rHb) as the starting material for
manufacturing all globin-based O2 delivery Pharmaceuticals. We have established the key requirements for
a rHb-based blood substitute: (a) moderate O2 affinity and large O2 dissociation rate constants for efficient
transport in capillaries; (b) significantly reduced rates of NO scavenging to prevent hypertensive side
effects; (c) resistance to auto- and chemically-induced oxidation to inhibit oxidative stress; and (d) low rates
of heme dissociation to increase shelf-life. We have used the mechanisms governing these properties to
design second-generation extracellular rHb-based blood substitutes with more efficient O2 transport and
little or no hypertensive side effect in pre-clinical animal studies. However, there is a clear need to engineer
third-generation, non-vasoactive rHbs with increased resistance to denaturation, enhanced expression
yields, and reduced production costs. We propose to solve these problems by: (1) optimizing O2 binding to
and NO scavenging by human rHb without compromising globin stability and resistance to degradative
reactions; (2) improving the stability and enhancing production of recombinant hemoglobin in E. coli by (a)
rational and comparative mutagenesis to increase the resistance of the apoprotein to unfolding and (b) co-
expression of the a and (3 rHb chains with the newly discovered erythroid chaperone, alpha hemoglobin
stabilizing protein (AHSP); and (3) facilitating rapid incorporation of exogeneously added heme into newly
synthesized globins by co-expression of rHb with the heme utilization genes (hug) from Plesiomonas
shigelloides and related pathogens.
PUBLIC HEALTH: We are developing recombinant human hemoglobin to replace donated blood as the
source material for all protein-based oxygen carriers that are being developed for the treatment of severe
blood loss and believe that this effort should be a national public health priority. An effective hemoglobin-
based blood substitute will alleviate chronic shortages of whole blood, provide emergency treatment
following military and civilian disasters, and allow the use of transfusions in developing countries lacking a
safe blood banking system.
我们的长期目标是开发重组人血红蛋白 (rHb) 作为起始材料
制造所有基于球蛋白的 O2 输送药品。我们制定了关键要求
基于 rHb 的血液替代品:(a) 中等 O2 亲和力和大 O2 解离速率常数,可实现高效
毛细血管中的运输; (b) 显着降低 NO 清除率,预防高血压副作用
影响; (c) 抵抗自身和化学诱导的氧化以抑制氧化应激; (d) 低利率
血红素解离以延长保质期。我们已经使用控制这些属性的机制来
设计第二代基于 rHb 的细胞外血液替代品,具有更有效的 O2 运输和
临床前动物研究中很少或没有高血压副作用。然而,显然需要设计
第三代非血管活性 rHb,具有增强的抗变性能力和增强的表达能力
产量,并降低生产成本。我们建议通过以下方式解决这些问题:(1)优化O2结合
和 NO 被人 rhb 清除,而不影响珠蛋白稳定性和抗降解性
反应; (2)通过(a)提高大肠杆菌中重组血红蛋白的稳定性并提高重组血红蛋白的产量
合理和比较诱变以增加脱辅基蛋白对解折叠的抗性和(b)共-
表达 a 和 (3 rHb 链以及新发现的红细胞伴侣,α 血红蛋白
稳定蛋白(AHSP); (3)促进外源添加的血红素快速掺入新的血红素中。
通过 rHb 与来自邻单胞菌的血红素利用基因 (hug) 共表达合成球蛋白
志贺氏菌及相关病原体。
公共卫生:我们正在开发重组人血红蛋白,以替代捐赠的血液作为
正在开发用于治疗严重疾病的所有蛋白质氧载体的源材料
失血,并认为这项努力应该成为国家公共卫生的优先事项。有效的血红蛋白——
基于血液替代品将缓解全血的长期短缺,提供紧急治疗
军事和民事灾难发生后,并允许在缺乏输血的发展中国家使用输血
安全的血库系统。
项目成果
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