血液バンク

第一次世界大戦は、血液バンクと輸血技術の急速な発展の触媒となった。ドナーがいない状況で負傷兵に血液を与える必要性に触発され、ロックフェラー大学（当時はロックフェラー医学研究所）のフランシス・ペイトン・ラウスは輸血の問題を解決しようとした。 ^{[ 2 ]} 同僚のジョセフ・R・ターナーと共に、彼は2つの重要な発見をした。血液の凝集（凝固）を防ぐには血液型判定が必要であり、血液サンプルは化学処理によって保存できるということである。^{[ 3 ] 1915年3}月に発表された、血液保存剤の候補を特定するための彼らの報告は失敗に終わった。ゼラチン、寒天、血清抽出物、デンプン、牛アルブミンを用いた実験は役に立たなかった。^{[ 4 ]}

1915年6月、彼らは米国医師会誌に、ドナーとレシピエントの血液サンプルを事前に検査すれば凝集を回避できるという 最初の重要な報告を発表した。彼らは、血液の凝固と輸血への適性を容易に判定できる、迅速かつ簡便な血液適合性検査法を開発した。彼らはクエン酸ナトリウムを用いて血液サンプルを希釈し、レシピエントとドナーの血液を9:1と1:1の割合で混合した後、15分後に血液が凝集するか、水っぽいままになるかを確認した。彼らの結果と医学的助言は明確だった。

9:1 混合液に凝集が見られ、1:1 混合液では凝集が少ないか全く見られない場合、患者の血液がドナーの血液を凝集させ、溶血させる可能性があることは確実です。このような場合の輸血は危険です。1:1 混合液に凝集が見られ、9:1 混合液に凝集がほとんどまたは全く見られない場合は、ドナーの血漿が受血者の細胞を凝集させることを示しています。このような状況下では輸血のリスクははるかに低くなりますが、凝集しない血液と同等に有用かどうかは疑問です。可能であれば、常に後者の血液を選択すべきです。^{[ 5 ]}

ラウスは、オーストリアの医師カール・ラントシュタイナーが10年前に血液型を発見していたことをよく知っていたが、その実用化はまだ進んでいなかった。彼は次のように述べている。「ラントシュタイナーが人間の血液のグループの違いの実用的意義に注目を集めようとした試みの運命は、知識が技術に遅れをとった好例である。輸血は、（少なくとも1915年までは）凝固のリスクが大きすぎたため、まだ行われていなかった。」^{[ 6 ]} 1916年2月、彼らは実験医学ジャーナルで血液保存の重要な方法を報告した。彼らは添加物であるゼラチンをクエン酸ナトリウムとブドウ糖（デキストロース）溶液の混合物に置き換え、次のように発見した。「人間の血液3部、等張クエン酸溶液（水中の3.8％クエン酸ナトリウム）2部、等張デキストロース溶液（水中の5.4％デキストロース）5部の混合物では、細胞は約4週間無傷のままである。」^{[ 7 ]}別の報告によると、クエン酸-ショ糖（スクロース）を使用すると、血液細胞を 2 週間維持できることが示されています。^{[ 8 ]}保存された血液は新鮮な血液とまったく同じであり、「体内に戻されたときに優れた機能を発揮する」ことが確認されました。^{[ 7 ]}クエン酸ナトリウムと砂糖の使用（ラウス・ターナー溶液とも呼ばれる）は、さまざまな血液保存方法と血液バンクの開発への道を開いた主な発見でした。^{[ 9 ] [ 10 ]}

カナダ軍のローレンス・ブルース・ロバートソン中尉は、英国陸軍医療隊（RAMC）に対し、負傷兵のための救護所で輸血を行うよう説得する上で重要な役割を果たした。1915年10月、ロバートソンは複数の榴散弾による傷を負った患者に、注射器を用いて戦時中初の輸血を行った。その後数ヶ月にわたり、彼はさらに4回の輸血を行い、その成功は医学研究委員会の委員長であるウォルター・モーリー・フレッチャー卿に報告された。

ロバートソンは1916年に英国医学雑誌に研究結果を発表し、数人の志を同じくする人々（著名な医師エドワード・ウィリアム・アーチボルドを含む）の助けを借りて、輸血の利点を英国当局に納得させることができた。ロバートソンはその後、1917年の春に西部戦線の野戦病院に最初の輸血装置を設置した。^{[ 11 ]}

医学研究者でアメリカ陸軍将校のオズワルド・ホープ・ロバートソンは、1915年から1917年にかけてロックフェラーでラウスと共に働き、血液の適合と保存方法を学んだ。^{[ 12 ]}彼は1917年に陸軍医療隊に配属され、そこで兵士を献血者として最初の血液バンクを設立し、予想される第三次イープル会戦に備えた。^{[ 13 ]}彼は抗凝固剤としてクエン酸ナトリウムを使用し、静脈穿刺から血液を採取し、前線沿いのイギリス軍とアメリカ軍の負傷者後送所でボトルに保存した。彼はまた、分離した赤血球を氷で冷やしたボトルに保存する実験も行った。^{[ 11 ]}イギリスの外科医ジェフリー・ケインズは、輸血をより容易に行えるように血液を保存できる携帯型機械を開発した。

世界初の献血サービスは、1921年に英国赤十字社の事務局長パーシー・レーン・オリバーによって設立されました。^{[ 14 ]}ボランティアは、血液型を判定するための一連の身体検査を受けました。ロンドン輸血サービスは無料で、急速に拡大しました。1925年までに、約500人の患者にサービスを提供し、1926年に英国赤十字社の組織に組み込まれました。シェフィールド、マンチェスター、ノーウィッチなどの他の都市にも同様のシステムが設立され、サービスの活動は国際的な注目を集めるようになりました。フランス、ドイツ、オーストリア、ベルギー、オーストラリア、日本にも同様のサービスが設立されました。^{[ 15 ]}

ソビエト連邦のウラジーミル・シャモフとセルゲイ・ユージンは、最近亡くなったドナーからの死体血液輸血の先駆者であった。ユージンは1930年3月23日に初めて死体血液輸血を成功させ、同年9月にハリコフで開催された第4回ウクライナ外科医会議で、死体血液を用いた最初の7回の臨床輸血について報告した。また、1930年には、ユージンはニコライ・スクリフォソフスキー研究所に世界初の血液バンクを設立し、これがソビエト連邦の各地や他国における血液バンク設立の先例となった。1930年代半ばまでに、ソビエト連邦は少なくとも65の大規模血液センターと500以上の支所からなるシステムを構築し、すべてのセンターで「缶詰」血液を保管し、国内のあらゆる場所に輸送していた。

最も初期の血液バンクの1つは、1936年のスペイン内戦中にフレデリック・デュラン＝ジョルダによって設立されました。デュランは紛争の開始時にバルセロナ病院の輸血サービスに参加しましたが、病院はすぐに血液の需要と利用可能なドナーの不足に圧倒されました。スペイン共和国軍の保健局の支援を受けて、デュランは負傷した兵士と民間人のために血液バンクを設立しました。抽出された300～400mlの血液は、改良されたデュラン三角フラスコで10%クエン酸溶液と混合されました。血液は2 ℃で加圧された滅菌ガラス容器に保存されました。30か月の活動中に、バルセロナ輸血サービスは3万人近くのドナーを登録し、9,000リットルの血液を処理しました。^{[ 16 ]} 

1937年、シカゴのクック郡病院の治療部長であったバーナード・ファンタスは、米国で最初の病院血液バンクの1つを設立した。^{[ 17 ]}献血者の血液を保存、冷蔵、保管する病院検査室を創設したことにより、ファンタスは「血液バンク」という用語を生み出した。数年のうちに、病院や地域の血液バンクが全米に設立された。^{[ 18 ]}

フレデリック・デュラン＝ジョルダは1938年にイギリスに逃れ、ハマースミス病院の王立大学院医学部でジャネット・ヴォーンと共にロンドンに国立血液バンクのシステムを構築した。^{[ 19 ]} 1938年に戦争勃発が差し迫っているように見えたため、陸軍省はブリストルに陸軍血液供給基地（ABSD）を設立し、ライオネル・ウィットビーが指揮を執り、国内の4つの大規模な血液貯蔵所を管理した。戦争中のイギリスの方針は、前線の兵士から必要な血液を採取するアメリカやドイツのアプローチとは対照的に、中央の貯蔵所から軍人に血液を供給することであった。イギリスの方法はすべての要件を十分に満たす上でより成功しており、戦争中に70万人以上の献血者が採血された。このシステムは1946年に設立された国立輸血サービスへと発展し、実施された最初の国家サービスとなった。^{[ 20 ]}

米国では1940年に献血プログラムが開始され、エドウィン・コーンは血液分画法の先駆者となった。彼は、血管内の浸透圧を維持し、血管の虚脱を防ぐために不可欠な、血漿中の血清アルブミン分画を分離する技術を開発した。

全血の代替として、また輸血目的で血漿を使用することは、1918年にはすでにゴードン・R・ウォードによってブリティッシュ・メディカル・ジャーナルの通信欄で提案されていた。第二次世界大戦の勃発時には、イギリスでは液体血漿が使用されていた。1940年8月には、ニューヨーク市の病院で血液を収集し、血漿をイギリスに輸出するための「ブラッド・フォー・ブリテン」と呼ばれる大規模プロジェクトが開始された。乾燥血漿パッケージが開発され、破損が減り、輸送、包装、保管がはるかに簡単になった。^{[ 21 ]}

出来上がった乾燥血漿のパッケージは、400cc のボトルが入った2つのブリキ缶に入っていた。一方のボトルには、もう一方のボトルに入っている乾燥血漿を再構成するのに十分な量の蒸留水が入っていた。約3分で血漿は使用できる状態になり、約4時間新鮮な状態を保つことができた。^{[ 22 ]}チャールズ・R・ドリューが医療監督者に任命され、試験管法を最初の成功した大量生産技術へと変えることができた。

もう一つの重要なブレークスルーは1939年から1940年にかけて、カール・ラントシュタイナー、アレックス・ウィーナー、フィリップ・レヴィン、そしてR.E.ステットソンがRh血液型システムを発見したことで実現した。このシステムは、それまでの輸血反応の大部分の原因であることが判明した。その3年後、 J.F.ロウティットとパトリック・L.モリソンが抗凝固剤の量を減らす酸性クエン酸デキストロース（ACD）溶液を導入したことで、より多くの血液を輸血できるようになり、長期保存も可能になった。

カール・ウォルターとWP・マーフィー・ジュニアは、1950年に採血用のプラスチックバッグを導入した。割れやすいガラス瓶を丈夫なプラスチックバッグに置き換えることで、1単位の全血から複数の血液成分を安全かつ容易に調製できる採血システムが開発された。

保存血液の保存期間を最大42日間まで延長したのが、1979年に導入された抗凝固剤保存剤CPDA-1であり、これにより血液供給量が増加し、血液バンク間の資源共有が容易になった。^{[ 23 ] [ 24 ]}

輸血効果が不十分になる原因としては、保存中に発生する生化学的および生体力学的変化の集合体である、いわゆる保存障害によって損傷を受けた赤血球（RBC）血液製剤ユニットが挙げられます。赤血球の場合、これにより生存率と組織酸素化能力が低下する可能性があります。 ^{[ 33 ]} 生化学的変化の一部は輸血後に可逆的ですが、^{[ 34 ]}生体力学的変化はそれほど可逆的ではなく、^{[ 35 ]}再生製剤でもこの現象を十分に逆転させることはできません。^{[ 36 ]}

現在の規制措置は、赤血球の保存障害を最小限に抑えるために実施されており、これには最大保存期間（現在42日間）、最大自己溶血閾値（現在米国では1%）、および輸血後の赤血球の生体内生存率の最小レベル（現在24時間後75%）が含まれます。^{[ 37 ]}しかし、これらの基準はすべて、製品ユニット間の違いを考慮しない普遍的な方法で適用されています。^{[ 31 ]}例えば、輸血後の赤血球の生体内生存率のテストは、健康なボランティアのサンプルで行われ、普遍的な（GMP）処理基準に基づいてすべての赤血球ユニットが適合しているとみなされます。赤血球の生存率は有効性を保証するものではありませんが、細胞機能の必要条件であり、したがって規制の代理指標として機能します。患者の生体内で輸血の有効性を判断する最良の方法については意見が分かれています。^{[ 38 ]}一般的に、輸血前に特定の赤血球製剤の品質劣化や保存状態を評価するためのin vitro試験はまだ存在しないが、赤血球変形能^{[ 39 ]}や赤血球脆弱性（機械的）^{[ 40 ]}などの赤血球膜特性に基づく関連性の高い試験が検討されている。

多くの医師は、輸血の直接的および間接的なコストが非常に高いことに加えて、保存障害に関する不確実性が指摘されていること^{[ 26 ] 、そして多くの輸血が不適切であるか、赤血球単位を使いすぎているという見方が高まっていること[ 41 ] [ 42 ]}を理由に、いわゆる「制限的プロトコル」を採用している。

血小板の保存障害は、赤血球の保存障害とは全く異なる現象であり、これは主に製品の機能や輸血の目的の違い、処理上の問題や在庫管理上の考慮事項の違いによるものです。^{[ 43 ]}

前述のとおり、主な在庫管理方法は先入れ先出し（FIFO）で製品の有効期限を最小限に抑えることですが、現在の実務と研究の両方において、この方針からの逸脱がいくつか見られます。たとえば、新生児の赤血球交換輸血では、最適な細胞機能を「確保」するために、5日以内の血液製剤の使用が求められます。^{[ 44 ]} また、一部の病院の血液バンクでは、特定の種類の患者（心臓手術など）のために、医師の要望に応じて、使用期限の短い赤血球製剤を提供しようとします。^{[ 45 ]}

最近では、FIFOを補完または代替する新しいアプローチが検討されている。その一つは、平均製品経過時間（輸血時）を短縮したいという要望と、期限切れでない製品の十分な供給を維持する必要性とのバランスを取ることであり、FIFOと後入れ先出し（LIFO）の戦略的な組み合わせにつながる。^{[ 46 ]}

すべての血液製剤の「長期」保存は、通常の短期保存に比べて比較的まれです。赤血球の凍結保存は、希少な製剤を最長10年間保存するために行われます。 ^{[ 47 ]}細胞は、細胞内で凍結保護剤（「不凍液」）として機能するグリセロール溶液中で培養されます。その後、製剤は特別な滅菌容器に入れられ、非常に低い温度の冷凍庫に保管されます。正確な温度はグリセロール濃度によって異なります。