パーフルオロカーボンエマルジョン

パーフルオロカーボンエマルジョンとは、内部にパーフルオロカーボンを含む気泡または液滴からなるエマルジョンのことである。その一部は超音波造影剤として医療分野で広く用いられており、その他は酸素療法への応用が研究されている。

パーフルオロカーボン乳剤の最も一般的な用途は、超音波造影剤としてです。この用途では、パーフルオロカーボンガスを含む微細な気泡が静脈注射され、血流に乗って流れます。^{[ 1 ]}次に、超音波装置が対象組織に音波を送り、気泡は周囲の組織よりも音波をより強く反射するため、超音波ビューア上で血液のコントラストが高くなります。これにより、対象臓器の構造がより鮮明に見えたり、対象領域の血流灌流レベルや血液量がより正確に示されたりします。 ^{[ 2 ]}気泡は血流中に数分間留まり、その後パーフルオロカーボン分子が気泡から離れて周囲の体液に入り、最終的に肺を通過して呼気として排出されます。^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} 注目すべき超音波造影剤には、FDA 承認済みの Definity と Optison、日本で承認されている Sonazoid、以前はヨーロッパで承認されていたが販売されなかった EchoGen がある。^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

他のパーフルオロカーボンエマルジョンも酸素治療薬として試験されている。パーフルオロカーボンが高濃度の酸素にさらされると、大量の酸素がパーフルオロカーボンに溶解する。その後、パーフルオロカーボン/酸素溶液を低酸素環境に置くと、酸素が溶液から拡散する。^{[ 13 ]}この特性を利用して組織への酸素供給を改善しようとする3つの異なるアプローチが試みられた。

酸素供給用の初期のパーフルオロカーボン乳剤は、血液代替物として開発されました。体温よりも高い沸点を持つ高分子パーフルオロカーボンが液体乳剤の液滴に形成されました。乳剤は静脈注射され、血流中を循環し、液滴は肺を通過する際に酸素を取り込み、他の組織の毛細血管を通過する際に酸素を放出しました。^{[ 13 ]}パーフルオロカーボンの主な排泄方法は網内系によるものでした。液滴は免疫系に認識され、食細胞に取り込まれ、分解され、最終的に肺から呼出されるまで血流中に留まります。^{[ 14 ]}これらの高沸点パーフルオロカーボンの半減期は通常数時間から数日でした。^{[ 13 ] [ 15 ]}比較的大きな投与量が必要でしたが、そのような投与量には肺炎などの副作用がありました。^{[ 13 ]}これらの課題にもかかわらず、Fluosol-DA は FDA によって承認され、1989 年に米国で血液代替品として販売されましたが、1994 年に販売不振のため市場から撤退しました。^{[ 16 ]} Perftoran は 1994 年にソビエト連邦で承認され、少なくとも 2019 年までロシアで限定的に使用され続けました。^{[ 17 ]}

酸素供給の2番目のアプローチでは、パーフルオロカーボン乳剤を血液代替物としてではなく、脳脊髄液（CSF）代替物として試験した。急性虚血性脳卒中により血流が低下した患者の脳への酸素供給を増やすために、人工CSFと酸素化パーフルオロカーボン乳剤を混合したものを脳室カテーテルで頭蓋内に連続的に注入し、同時に腰椎カテーテルでCSFを連続的に除去した。急性虚血性脳卒中を起こしたネコを用いた動物実験で非常に良好な結果が得られたため、 4人のヒトを対象とした臨床試験を実施した。4人の患者全員が30日から2年間生存し、その後他の原因で死亡した。しかし、試験への登録は遅々として進まず、プロジェクトへの資金提供が打ち切られた。^{[ 18 ]}

酸素供給の 3 番目のアプローチは、パーフルオロカーボン分子を酸素カスケードの下部を通る酸素の流れを促進できる位置に移動させることです。パーフルオロカーボン分子の位置を直接観察することは困難ですが、赤血球とミトコンドリアの間の適切な位置に配置された分子は、酸素の流れに対する抵抗を減らす可能性があります。^{[ 19 ] [ 20 ]}ミトコンドリアの酸素分圧が非常に低い場合、これにより近くの赤血球がより低い酸素分圧にさらされ、酸素-ヘモグロビン解離曲線で説明されているように、より多くの酸素を放出することになります。最も注目すべき例は、ドデカフルオロペンタンエマルジョン (DDFPe、旧 EchoGen、現在は NanO ₂ ) です。この薬剤は静脈内注射され、パーフルオロカーボン分子は広範囲に拡散し、最終的に蒸発して呼気として肺を通過します。^{[ 21 ] [ 5 ]}この薬剤は、急性虚血性脳卒中、心臓発作、その他の適応症の動物実験で非常に強力な結果を示しました。^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}この薬剤は、急性虚血性脳卒中により脳への血流が減少した24人の患者を対象とした第Ib/II相臨床試験で試験され、血流が正常化するまで脳組織を生かし続けるために脳への酸素供給を増加させることを目的としていました。臨床試験の高用量群の患者はプラセボと比較して機能的自立性が向上しましたが、試験された患者数は少なく、脳卒中の重症度の違いなどの交絡因子があったため、効果を確認するにはより大規模な臨床試験が必要です。^{[ 26 ]}別のパーフルオロカーボンであるパー​​フルオロオクチルブロミドは、動物実験で腫瘍組織に蓄積し、赤血球からの酸素の流れを改善することによって腫瘍の酸素化を増加させることが示されています。^{[ 27 ]}