コーン過程

エドウィン・J・コーンが開発したコーン法は、血漿からアルブミンを抽出することを目的とした一連の精製工程である。この工程は、pH 、エタノール濃度、温度、イオン強度、タンパク質濃度に基づくアルブミンと他の血漿タンパク質の溶解度の差に基づいている。 ^{[1] [2]}アルブミンは、すべての主要な血漿タンパク質の中で最も溶解度が高く、等電点が最も低い。そのため、アルブミンは沈殿、つまり溶液から固体の形で分離される最終製品となる。アルブミンは、第二次世界大戦ではヒト血漿の優れた代替品であった。負傷した兵士や失血した患者に投与すると、血液量が増加し、回復が早まった。コーンの方法は穏やかであったため、分離されたアルブミンタンパク質はその生物学的活性を保持していた。^[3]

操作中、エタノール濃度は最初はゼロから40%に変化します。分画の過程でpHは中性の7から酸性の4.8に低下します。温度は室温から始まり、-5℃まで下がります。最初、血液は凍結されています。5つの主要な分画があります。各分画は特定の沈殿物で終わります。これらの沈殿物が個別の分画です。^[4]

画分 I、II、III は、初期段階で沈殿します。初期段階の条件は、画分 I の場合、8% エタノール、pH 7.2、-3 °C、および 5.1% タンパク質、画分 I の場合、25% エタノール、pH 6.9、-5 °C、および 3% タンパク質です。これらの条件下では、固体/液体分離中にアルブミンは上清画分に残ります。画分 IV には、除去する必要がある不要なタンパク質がいくつかあります。これを行うには、タンパク質を沈殿させるための条件を変更します。これらのタンパク質を沈殿させる条件は、エタノール濃度を 18% から 40% に上げ、pH を 5.2 から 5.8 に上げることです。最後に、アルブミンは画分 V にあります。アルブミンの沈殿は、タンパク質の pI に近い 4.8 に pH を下げ、エタノール濃度を 40% に維持し、タンパク質濃度を 1% にすることで行われます。したがって、第5分画には元の血漿のわずか1％しか残らない。^[4]

しかし、アルブミンは各工程段階で失われ、アルブミンの約 20% は分画 V の前の沈殿段階で失われます。アルブミンを精製するために、水で抽出し、10% エタノール、pH 4.5、-3 °C に調整します。ここで形成された沈殿物は濾過によって行われるため、不純物です。これらの沈殿物は廃棄されます。再沈殿、つまり純度を向上させるための沈殿ステップの繰り返しは、抽出段階からエタノール濃度を 40% に戻すことによって行われます。pH は 5.2 で、-5 °C で行われます。コストを下げ、収率を高めるために、いくつかの Cohn 分画のバリエーションが作成されました。一般に、収率が高い場合は、純度はおよそ 85～90% に低下します。^[4]

コーンは、政府機関と民間の製薬会社から多額の資金を与えられた後、血漿分画研究所を立ち上げることができました。これがヒト血漿の分​​画につながりました。ヒト血漿には、アルブミン以外にもいくつかの有用な成分があることが判明しました。ヒト血漿分画により、ヒト血清アルブミン、血清ガンマグロブリン、フィブリノーゲン、トロンビン、および血液型グロブリンが得られました。 ^[5] フィブリノーゲンとトロンビンの分画は、戦争中にさらに結合され、液体フィブリンシーラント、^[6]固体フィブリンフォーム、フィブリンフィルムなどの追加製品になりました。^[7] ガンマグロブリンは分画IIとIIIに含まれており、兵士の麻疹治療に不可欠であることが判明しました。ガンマグロブリンはポリオの治療にも有用でしたが、おたふく風邪や猩紅熱の治療にはあまり効果がありませんでした。最も重要なことは、ガンマグロブリンが第二次世界大戦中に感染性肝炎の抑制と予防に役立ったことです。最終的には、このタイプの肝炎にさらされた子供たちの治療薬となりました。^[5]

液体フィブリンシーラントは、真珠湾攻撃の被害者を含む火傷患者の治療に使用され、皮膚移植片を接着して成功率を高めました。^[6]また、切断された神経の再接続や吻合にも役立つことがわかりました。^[6] フィブリンフォームとトロンビンは、特に肝臓損傷や腫瘍の近くで血管の滲出を制御するために使用されました。また、大静脈からの出血を最小限に抑え、脳内の血管奇形にも対処しました。フィブリンフィルムは、脳神経外科を含むさまざまな外科用途で出血を止めるために使用されました。^[6]しかし、動脈出血の抑制には役立ちませんでした。^[5] 動脈出血を止めることができる最初のフィブリノーゲン/フィブリンベースの製品は、「フィブリンシーラント包帯」または「止血ドレッシング（HD）」であり、1990年代初頭にアメリカ赤十字のマーティンマクフィーによって発明され、米国陸軍と共同でテストされました。^{[8] [9]}

1955年に開発されたGerlough法は、エタノールの消費量を減らすことでプロセスの経済性を改善しました。Gerloughは、特定のステップで40％の代わりに、沈殿に20％のエタノールを使用しました。これは特に、フラクションIIとIIIに使用されます。さらに、Gerloughは、必要な分留回数を減らすために、2つのフラクションとIVを1つのステップに組み合わせました。この方法はより安価であることが証明されましたが、フラクションII、III、IVの組み合わせのため、混合と高不純物の恐れがあり、業界では採用されませんでした。^[10]

ヒンク法は1957年に開発された。この方法では、IV画分に廃棄された血漿タンパク質の一部を回収することで、より高い収量が得られる。しかし、収量の向上は、85%の範囲内で得られる純度の低下によって相殺された。^[10]

マルフォード法はヒンク法に似ており、仕上げと熱処理の前の最後のステップとして画分IIとIIIの上清を使用しました。この方法では画分IVとVを組み合わせましたが、この場合、アルブミンはそれほど純粋ではありませんが、収量は高くなる可能性があります。^[10]

キスラーとニッチュマンは、収率が低いとはいえ、より純粋なアルブミンを得るために別のバリエーションを開発した。ガーローと同様に、コーンの画分IIとIIIに相当する沈殿物Aは、19%という低いエタノール濃度で行われたが、この場合のpHも5.85と低かった。また、ガーローとマルフォードと同様に、画分IVは、40%エタノール、pH 5.85、温度-8℃の条件で混合され、沈殿された。画分Vで回収されるアルブミンは、pHを4.8に調整して沈殿物Cで回収される。コーン法と同様に、アルブミンは水に抽出し、続いて10%エタノール、pH 4.6、-3℃で不純物を沈殿させることによって精製される。コーン法と同様に、ここで形成された沈殿物は濾過されて廃棄される。その後、沈殿物C（画分V）をpH5.2で再沈殿させ、ペーストとして-40℃で保存します。^[10]このプロセスは、画分を分離し、各段階を互いに独立させるため、より広く受け入れられています。

もう一つのバリエーションは、加熱エタノール分画法です。これはもともと肝炎ウイルスを不活性化するために開発されました。このプロセスでは、高収率、高純度のアルブミンの回収が最も重要な目標であり、他の血漿タンパク質は無視されます。アルブミンが熱で変性しないようにするために、オクタン酸ナトリウムなどの安定剤があり、これによりアルブミンは高温に長時間耐えることができます。加熱エタノールでは、血漿は、pH 6.5 で 9% エタノールを含むオクタン酸ナトリウムを使用して 68 度 C で熱処理されます。これにより、アルブミンの回収率が向上し、収率は 90%、純度は 100% になります。これは、コーン法などの冷エタノール法ほど高価ではありません。欠点の 1 つは、アルブミンが熱変性する可能性があるため、新しい抗原が存在することです。さらに、他の血漿タンパク質には実用的な用途があり、それらを無視しても価値はありません。最後に、高価な熱処理容器は、それを必要としない冷エタノール方式に比べて低コストであるにもかかわらず、それを相殺します。これらの理由から、この方法が最も印象的な結果をもたらすにもかかわらず、いくつかの企業はこの方法を採用していません。しかし、この方法を採用している著名な組織の1つはドイツ赤十字です。^[10]

最新のバリエーションは、1979 年に Hao によって開発されました。この方法は、Cohn プロセスに比べて大幅に簡素化されています。その目的は、アルブミンが唯一の生成物である限り、高いアルブミン収率を生み出すことです。2 段階のプロセスにより、不純物は、エタノール 42%、pH 5.8、温度 -5 ℃、タンパク質 1.2%、イオン強度 0.09 で、フラクション II および III の上清から直接沈殿されます。フラクション V は、pH 4.8 で沈殿します。フラクション I、II、III、および IV は、エタノール 40%、pH 5.4 ～ 7.0、温度 -3 ～ -7 ℃ で共沈します。次に、フラクション V を pH 4.8、-10 ℃ で沈殿させます。高収率は、簡素化されたプロセス、共沈による損失の低減、およびろ過の使用の組み合わせによるものです。エタノール濃度が高かったため、98%というより高い純度も達成されましたが、高純度になるほど収率は低下しました。^[10]

より最近の方法ではクロマトグラフィーが使用される。^[11]

コーン法は血液分画の分野における大きな進歩でした。肝炎やポリオなどの病気の治療にいくつかの実用的な用途があります。第二次世界大戦中、アルブミンの輸血により兵士の回復が早まったため、最も役立ちました。コーン法は上記のように長年にわたって改良されてきました。さらに、血液分画業界の他のプロセスにも影響を与えました。これにより、イオン交換におけるクロマトグラフィー血漿分画やアルブミン仕上げプロセスなどの新しい分画形式が生まれました。一般的に、コーン法とそのバリエーションは、今日まで分画業界に大きな後押しを与え、その基礎となっています。^[12]

しかし、このプロセスは時代遅れであるため、十分に研究されていません。最も重要なことは、製造会社によって近代化されたことがないことです。冷エタノール形式は、熱不活化を必要とする特定のウイルスを殺すには穏やかすぎる可能性があります。このプロセスは長い間変更されていないため、いくつかの組み込みの非効率性と不一致が製薬会社と製造会社にとってプロセスの経済性に影響を与えています。^[12] 例外の1つは、スコットランドでバッチ処理の代わりに連続フロー処理を適用したことです。このプロセスは、スコットランド国立輸血サービス（SNBTS）の血漿分画施設であるタンパク質分画センター（PFC）で考案されました。このプロセスでは、pHと温度のインライン監視と制御、精密ギアポンプを使用した血漿とエタノールの流れのフロー制御がすべてコンピューターによるフィードバック制御下でした。その結果、コーン分画I + II + III、IV、およびVは、何日もかかるのではなく、数時間で生成されました。その後、クライオプレシピテートの連続フロー調製は、コーン分画の上流プロセスに統合されました。^[13]

それでも、このプロセスは今でも血液産業全般の大きな基盤として機能しており、新しい方法の開発に言及されていることからもその影響が見て取れます。バリエーションによっては欠点もありますが、コーンプロセスの主な利点は、その実用性と、製薬業界および医療業界での有用性です。^{[引用が必要]}