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Die
vorliegende Erfindung betrifft Matrix-vermittelte Transfektionssysteme,
wobei die Matrix aus einem selbst-härtenden Biopolymer besteht.
Weiterhin betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung eines
Präparats,
enthaltend Plasmid-DNA, eine Komponente des selbst-härtenden
Materials und eine Zellsuspension der zu transfizierenden Zellen,
das Präparat
selbst und dessen Verwendung zur Behandlung von Gewebeverletzungen
und -veränderungen.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein Fibrin-vermitteltes Transfektionssystem
für Zellen
zur verbesserten Wundheilung, Geweberegeneration und Gewebereparatur.
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Hintergrund
der Erfindung
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Gewebeverletzungen
und deren Behandlungen stellen in der Medizin ein großes Problem
dar. Sowohl bei operativen Eingriffen als auch durch Verschleiß, externen
Einwirkungen wie Verletzungen durch Verbrennungen, Schlag usw.,
tritt ein entsprechendes Trauma des Gewebes auf, dessen Heilung und
Regeneration entscheidend ist. Auch bei vielen Erkrankungen tritt
eine Schädigung
des Gewebes auf, beispielhaft sei hier die Psoriasis oder Arthritis genannt.
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Es
ist daher eine Aufgabe, Verfahren und Möglichkeiten zu entwickeln,
die diese Heilungs- und Regenerationsprozesse verbessern und beschleunigen.
Insbesondere bei großflächigen Gewebeschädigungen,
wie Hautschädigungen,
Knochenschädigungen
und Knorpelschädigungen
oder bei prädisponierten
Personen, deren eigene Fähigkeiten
der Regeneration und Heilung eingeschränkt sind, ist es notwendig,
die sen natürlichen
Prozeß zu
unterstützen,
insbesondere natürlich
auch unter dem Gesichtspunkt, daß diese Regeneration so erfolgen
soll, daß sie
sich von der natürlichen
Umgebung nicht unterscheidet, d.h. nicht durch unnatürliches
Wachstum zu eingeschränktem
und verändertem
Gewebe führt,
z. B. Narbenbildung. Zu diesem Zweck werden u. a. Matrizes eingesetzt,
die den Heilungsprozeß unterstützen sollen.
Diese Matrizes sind häufig
so konstruiert, daß die
Faktoren freisetzen, die den Heilungsprozeß unterstützen.
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In
konventionellen Verfahren wird eine Transplantation von Keratinozyten
beispielsweise für großflächige Verbrennungen
angewendet. Diese werden als autologe oder allogene Transplantate
auf die Wunde aufgebracht. Diese Zellen werden als sogenannte „sheets", d.h. als mehrschichtige
Zellagen auf die Wunde gepfropft. Dazu ist es notwendig, von dem
Individuum vorher Keratinozyten zu gewinnen, diese zu isolieren
und in vitro zu kultivieren, um mit einer unterstützenden
Matrix mehrschichtige Zellagen auszubilden, damit diese dann auf
die Wunde gepfropft werden können.
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Eine
weitere Möglichkeit,
die Regeneration des geschädigten
Gewebes zu beschleunigen, ist die externe Gabe von fördernden
Faktoren. Diese Faktoren können
einerseits das Wachstum der Zellen, die in die Regeneration involviert
sind, fördern.
Andererseits können
diese Faktoren aber auch Prozesse hemmen, die der schnellen Regeneration
entgegenwirken. Diese Faktoren, bei denen es sich vor allem um Wachstumsfaktoren
handelt, wurden bisher auf verschiedene Art und Weise dem geschädigten Gewebe
zugeführt,
wie z. B. durch externe Applikation. Dieses hat aber den Nachteil,
daß hohe
Dosen zugeführt
werden mussten. Weiterhin weist der Großteil der Faktoren in vivo
nur eine kurze Halbwertszeit auf, so daß die Verabreichung mehrfach
erfolgen musste. Bei der externen Verabreichung von Faktoren besteht
auch die Gefahr, daß diese
Verunreinigungen aufweisen können.
Sowohl bei der Aufreinigung von natürlichen Quellen, als auch bei
der rekombinanten Herstellung der Faktoren besteht die Gefahr, daß Verunreinigungen
in den Präparationen
enthalten sind, die einen negativen Effekt auf den Verlauf der Regeneration
haben können.
Daher stellte sich die externe Gabe von Mediatoren, wie Wachstumsfaktoren,
als ein ineffizientes System heraus, vor allem auch unter dem Gesichtspunkt,
daß einige
Mediatoren überhaupt
nicht extern verabreicht werden können.
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Daher
wird seit kurzem versucht, durch Transfektion von Zellen (Gentransfer)
diese Wachstumsfaktoren in vivo zu erzeugen. Andree et al. (PNAS,
91, S. 12188–12192,
1994) konnten zeigen, daß der
in vivo Transfer eines Plasmids, das ein Gen enthält, das
für einen
Wachstumsfaktor für
die Epidermis kodiert, in Keratinozyten die Wundheilung im Tiermodell
verbessert. Der Gentransfer wurde mit einem herkömmlichen Verfahren mittels
einer so genannten „gene
gun" durchgeführt, wobei
die an einen Träger
gekoppelten Plasmide auf die Wunde und die darin vorkommenden Zellen
eingebracht werden. Die Zellen werden dann unspezifisch mit den
Plasmiden transfiziert. Trotz einem schnellen Verheilen der Wunde
wurde bei diesem Transfektionssytem beobachtet, daß der Faktor
nur von Zellen exprimiert wird, die am Rande der Wunde zu diesem
Zeitpunkt vorhanden waren. Auch ist mit diesem Verfahren keine spezifische
Transfektion möglich.
Eine systematische Verabreichung von Faktoren ist aber wünschenswert.
Hierfür
eignet sich die Transfektion von Zellen besonders gut.
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Bisher
sind allerdings im wesentlichen nur Transfektionsverfahren von Zellen
bekannt, bei denen durch externe Träger die DNA in die Zelle eingebracht
wird. Dabei gelangt aber auch der Träger in die Zelle, was negative
Folgen haben kann.
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Bekannte
Transfektionsverfahren schließen die
virale Transfektion mit Retroviren, Adenoviren oder anderen Viren
ein. Das größte Problem
bei der Transfektion von eukaryontischen Zellen ist die Effektivität der Transfektion.
Weiterhin besteht ein großes
Problem gerade bei den viralen Vektoren in deren Tropismus, d.h.
deren Affinität
gegenüber
bestimmten Zellarten. Daher werden bereits adenovirale Vektoren
verwendet, die einen breiten Tropismus aufweisen und auch Zellen
wie Muskelzellen, Hepatozyten, Synovialzellen, Epithelzellen und ähnliche transfizieren.
Weiterhin sind Adenoviren in der Lage, Zellen, die sich nicht teilen,
zu transfizieren.
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Die
Transfektion von Zellen durch virale Vektoren weist aber einige
Nachteile auf. Da die Position, wo die Integration des Vektors erfolgt,
zufällig
ist, können
diese Zellen transformiert werden und Gene, die für das Leben
der Zelle kritisch sein können
verändert
werden. Viren und virale Vektoren können eine hohe Polymorphismusrate aufweisen,
und dies kann zu inaktiven Vektoren oder Genen führen. Wie bereits angesprochen
stellt der Tropismus der viralen Vektoren ein weiteres Problem dar.
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Auch
Adenoviren weisen, obwohl sie in der Lage sind nicht-proliferierende
Zellen zu transfizieren, die oben genannten Nachteile der viralen
Vektoren auf, d. h. sie integrieren zufällig in das Genom der Zielzelle.
Dadurch können
andere wichtige Gene zerstört
werden. Die Polymorphismusraten in Viren sind hoch und letztendlich
müssen
diese erst rekombinant hergestellten Viren propagiert und zur Transfektion aufbereitet
werden.
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Andere
Transfektionssysteme mit nicht-viralen Zusammensetzungen sind z.
B. Liposomen-vermittelte Verfahren (z.B. Lipofektin®).
Ein Nachteil dieser Liposomen ist z. B. eine verbleibende Zytotoxizität des liposomalen
Transfektionsagens gegenüber den
Zielzellen. D. h. durch das Transfektionsagens selbst werden die
zu transfizierenden Zellen (Zielzellen) geschädigt, so daß sie sterben.
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Weiterhin
sind polykationische Systeme, Systeme unter Verwendung von Calcium
(Calciumphosphat-DNA Präzipitationen),
DEAE-Dextran-Transfektionen und andere beschrieben.
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Als
mechanische Verfahren zur Transfektion von Zellen sind die Elektroporation
von Zellen oder das bereits genannte „gene gun"-Verfahren bekannt.
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Mit
dem „gene
gun"-Verfahren kann
direkt die nackte DNA oder die mit Liposomen oder anderen Trägermolekülen assoziierte
DNA auf die zu transfizierenden Zellen geschossen werden. Dieses Verfahren
erlaubt zwar z. T. die Transfektion von Zellen ohne Träger, stellt
aber ein zufälliges
Transfizieren der Zelle dar, ohne daß die Menge an transfiziertem
Material bestimmt werden kann. Die Spezifizität des Systems ist ebenfalls
nicht gegeben, vor allem bei der transienten Transfektion von Zellen.
Bei der Transfektion mittels Elektroporation ist der Nachteil, daß die Transfektion
in vitro in einer speziellen Apparatur geschieht. Die Zellen müssen erst
propagiert werden. Dabei sind verschiedene Arbeitsschritte notwendig
und die Gefahr einer Kontamination der Zellsuspension ist groß. Auch
wurden schon Versuche unternommen, DNA direkt ohne Hilfsmittel in
Zellen zu transfizieren. Hier ist aber die Transfektionseffizienz
zu niedrig.
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Es
ist daher notwendig, andere Transfektionssysteme zu entwickeln,
die die oben genannten Nachteile überwinden.
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In
WO 97/38729 wurde beschrieben, daß eine verbesserte Transfektionseffizienz
von Zellen erzielt werden kann, wenn dem zu behandelnden Patienten
das Plasmid zusammen mit einer Matrix verabreicht wird. Zellen,
die in den geschädigten
Bereich wandern, wo diese Matrix zusammen mit dem Plasmid aufgebracht
wurde, weisen dann eine effektivere Transfektion auf. Bei diesem
Verfahren ist es notwendig, daß die
Zellen zu den Matrix wandern, um das Plasmid aufzunehmen. Weiterhin
bedeutet dies, daß keine
homogene Verteilung der Zellen bei der Regeneration des geschädigten Bereichs
vorliegt, sondern die Zellen vom Rand aus transfiziert werden. Eine gleichzeitige
Transfektion ist also nicht gegeben.
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In
DE 197 16 098 A1 wurde
beschrieben, daß mit
einem Fremdgen transfizierte Fibroblasten, wobei das Fremdgen für einen
die Wundheilung fördernden
Faktor kodiert, zur Behandlung von Wunden verwendet werden können. Diese
Fibroblasten stellen aber nur ein Medium dar, das die externe Gabe von
dem zur Wundheilung fördernden
Faktor vermeiden soll.
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Die
verabreichten Fibroblasten selbst sind so bestrahlt worden, daß sie sich
nicht mehr teilen können.
Sie nehmen somit nicht selbst als Zelle an der Wundheilung teil.
Des weiteren stellt die in
DE
197 16 098 beschriebene Fibroblastenzellinie eine immortalisierte
Zellinie dar, die permanent mit dem Plasmid transfiziert ist. Eine
permanente Transfektion der Zellen ist aber nicht in jedem Fall
wünschenswert,
sondern es ist eher bevorzugt, daß eine transiente Transfektion
der Zellen erfolgt, damit nur über
einen bestimmten Zeitraum die Expression des durch das Plasmid kodierenden
Faktors erfolgt. Nach Abschluß der
Wundheilung ist eine weitere Expression dieses Faktors nicht wünschenswert.
Im Gegenteil, dieses könnte
beispielsweise die Narbenbildung und eine anormale Ausbildung der
Gewebestruktur fördern, die
unerwünscht
ist.
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Vor
kurzem wurde von Horch et al. (Cell Transplantation, 7, 3, S. 309–317, 1998)
beschrieben, daß im
Nacktmaus-Tiermodell eine Einzelzellsuspension von kultivierten
Keratinozyten mit Hilfe eines Fibrinklebers auf die Wunde aufgebracht
wurde. Dadurch war es möglich,
eine Epidermis von guter Qualität
zu rekonstruieren. Durch dieses Verfahren ist es bereits möglich, die
Zeit zwischen Entnahme der Zellen und dem Transplantieren der expandierten
Zellen zu verkürzen.
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Daher
war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfaches,
sofort verfügbares
System bereitzustellen, mit dem mit minimalem Zeitaufwand und möglichst
kleinen operativen Eingriffen in Patienten, die unter größeren – akuten
oder chronischen – Gewebeverletzungen
leiden, Zellen, insbesondere autologe Zellen, bereitgestellt werden,
die mit Genen, die Substanzen kodieren, die einen positiven Effekt
auf die Wundheilung haben, transfiziert werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Zusammensetzung zur Wundheilung und zur Reparatur und Regeneration von
Gewebe. Erfindungsgemäß wird dieses
durch folgende Schritte erreicht:
- (a) Bereitstellung
einer Plasmid-DNA in im wesentlichen reiner Form, die ein Gen kodiert,
das einen positiven Effekt auf den Verlauf der Regeneration des
Gewebes ausübt,
- (b) Bereitstellung einer Komponente bzw. von Komponenten eines
selbsthärtenden
Biopolymers und
- (c) Bereitstellung einer Zellsuspension mit Zellen, welche die
Regeneration fördern,
dadurch
gekennzeichnet, daß die
Komponenten (a), (b) und (c) gleichzeitig oder nacheinander miteinander
inkubiert werden, so daß das
Plasmid und die Zellsuspension homogen verteilt in einer der Biopolymerkomponenten
erhalten werden.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Zusammensetzung
zur Wundheilung und zur Reparatur und Regeneration des geschädigten Gewebes
selbst. Diese Zusammensetzung umfaßt:
- (a)
eine Plasmid-DNA, die ein Gen kodiert, das einen positiven Effekt
auf den Verlauf der Wundheilung bzw. Reparatur und Regeneration
des Gewebes ausübt,
in im wesentlichen reiner Form;
- (b) Komponente(n) eines selbst-härtenden Biopolymers und
- (c) eine Zellsuspension von Zellen, die involviert sind in die
Wundheilung bzw. Reparatur und Regeneration des geschädigten Gewebes.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung kann diese Zubereitung zur Behandlung
von geschädigtem
Gewebe und zur Wundbehandlung eingesetzt werden. Des weiteren betrifft
die Erfindung ein Kit, enthaltend ein Plasmid, welches ein Gen umfaßt, das eine
Substanz, vorzugsweise ein Protein, kodiert, das einen positiven
Effekt auf den Wundheilungsprozeß und Regenerationsprozeß des geschädigten Gewebes
hat, eine Zellsuspension von Zellen, die in die Regeneration des
geschädigten
Gewebes involviert ist, und eine Komponente eines selbst-härtenden
Biopolymers, sowie gegebenenfalls eine zweite Komponente dieses
Biopolymers, welche für
die Aushärtung
oder Verfestigung des Polymers notwendig ist oder diese vereinfacht.
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Des
weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung eines
Medikaments zum Behandeln von Gewebedefekten unter Verwendung einer
Zusammensetzung, hergestellt gemäß der vorliegenden
Erfindung, eine hierin definierte pharmazeutische Zusammensetzung
oder ein Kit gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Beschreibung
der Figuren
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1:
In vitro-Transfektionen von kultivierten humanen Keratinozyten mit
dem EGF-Plasmid unter Verwendung des erfindungsgemäßen Tranfektionssystems.
Die Zellen wurden für
3 Stunden mit dem humanen EGF-Plasmid in der Thrombinkomponente
(Gruppe 1a) oder mit EGF-Plasmid ohne Thrombin (Gruppe 2a) oder
mit Zellen ohne Plasmid und ohne Thrombin (Gruppe 3a) inkubiert.
Die EGF- Proteiniveaus
wurden an den Tagen 1, 3, 5, 7, 10 und 14 gemessen.
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2:
In vitro-Transfektion von nicht-kultivierten humanen Keratinozyten
mit dem EGF-Plasmid unter Verwendung des erfindungsgemäßen Transfektionssystems.
Die Zellen wurden für
3 Stunden mit humanem EGF-Plasmid in der Thrombinkomponente (Gruppe
1b) oder mit EGF-Plasmid ohne Thrombin (Gruppe 2b) oder mit Zellen
ohne Plasmid und ohne Thrombin (Gruppe 3b) inkubiert. Die EGF-Proteinniveaus wurden
an den Tagen 1, 2, 3, 4 und 5 gemessen.
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3:
In vivo-Transfektion von kultivierten humanen Keratinozyten mit
hEGF-Plasmid unter Verwendung
des erfindungsgemäßen Transfektionssystems.
In Gruppe 1a wurden Zellen mit EGF inkubiert, anschließend in
der Thrombinkomponente des Fibrinklebers suspendiert und auf eine
großflächige Wunde
(engl.: full thickness wound) von Nacktmäusen transplantiert. Biopsien
wurden an den Tagen 1, 3, 5, und 7 genommen und die Proteinniveaus
in den homogenisierten Wunden mittels ELISA bestimmt. Kontrollwunden
(Gruppe 2a) wurden mit Zellen, die mit humanem b-Galactosidase-Plasmid
präinkubiert waren,
behandelt.
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4:
In vivo-Transfektion von nicht-kultivierten humanen Keratinozyten
mit humanem EGF-Plasmid. In Gruppe 1b wurden Zellen mit EGF inkubiert,
anschließend
in der Thrombinkomponente des Fibrinklebers suspendiert und auf
eine großflächige Wunde
von Nacktmäusen
transplantiert. Biopsien wurden an den Tagen 1, 3, 5, und 7 genommen und
die Proteinniveaus in den homogenisierten Wunden mittels ELISA bestimmt.
Kontrollwunden (Gruppe 2b) wurden mit Zellen, die mit humanem b-Galactosidase-Plasmid
präinkubiert
waren, behandelt
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5:
Bestimmung der optimalen Keratinozyten-Konzentration. Unterschiedliche
Anzahlen von Keratinozyten wurden mit 200 μg EGF-Plasmid in 5.7 μl PBS-Puffer
transfiziert und für
3 h präinkubiert. Das
Volumen des Koagulats betrug 333 μl,
die EGF-Expression wurde nach 1, 3, 5 und 7 Tagen gemessen.
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6–9:
Histologien der Re-Epithelisierung von großflächigen Wunden, wie beschrieben
in Beispiel 1, wurden nach unterschiedlichen Behandlungen (Gruppen 1–4) durchgeführt. Bei
all diesen Untersuchungen war die Menge des verwendeten Fibrins
333 μl,
die Menge an EGF-Plasmid war 200 μg und
Biopsien wurden an Tag 12 genommen. Die verwendete Vergrößerung betrug
2,5.
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6:
Behandlung großflächiger Wunden mit
Fibrin und EGF-Plasmid (Gruppe 1).
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7:
Behandlung großflächiger Wunden mit
Fibrin und Keratinozyten (Gruppe 2).
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8:
Behandlung großflächiger Wunden mit
Fibrin, EGF-Plasmid und Endothelzellen (Gruppe 3).
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9:
Behandlung großflächiger Wunden mit
Fibrin, EGF-Plasmid und Keratinozyten (Gruppe 4).
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10:
Wie 9, jedoch mit einer Vergrößerung von 10.
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11:
Transfektion verschiedener Zelltypen mit dem erfindungsgemäßen Transfektionssystem.
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Definitionen, der in der
vorliegenden Erfindung verwendeten Ausdrücke:
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"Gewebedefekte" schließen hier
sowohl großflächige Wunden
(engl.: full thickness wounds), wie sie z. B. bei großflächigen Verbrennungen
auftreten, als auch andere Schädigungen
der Haut, genauso wie Schädigungen
von Knochen, Knorpeln, Nerven und anderen Geweben ein.
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Das "selbst-härtende Biopolymer" ist ein biologisch
abbaubares, biokompatibles Biopolymer, das erfindungsgemäß durch
die Zugabe oder die Anwesenheit einer zweiten Komponente aushärtet oder sich
selbst verfestigt. Es umfaßt
sowohl natürliche Zusammensetzungen,
also auch synthetische Substanzen.
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Ein "Gen mit positivem
Effekt" auf die
Regeneration des geschädigten
bzw. defekten Gewebes schließt
alle DNA-Sequenzen ein, die einen fördernden Effekt auf die Re generation
aufweisen, wenn sie als ein Protein oder Polypeptid, aber auch als
Antisense-Molekül
oder als Ribozym translatiert werden.
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"Zellen, die in die
Wundheilung involviert sind" schließen sowohl
Zellen ein, die selbst Gewebe neu bilden, als auch Zellen, die in
der Lage sind, negative Faktoren zu inhibieren.
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"Reparaturzellen" sind Zellen, die
aktiv in den geeigneten Wundheilungs- und/oder Reparaturprozessen
involviert sind und die unter Verwendung eines Transfektionssystems
gemäß der vorliegenden Erfindung
stimuliert und/oder aktiviert werden können.
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"Stützzellen" sind nicht Zellen,
die direkt oder aktiv in den geeigneten Wundheilungs- und/oder Reparaturprozessen
involviert sind.
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Beispielsweise
wäre in
der Wundreparatur ein geeignetes Reparatur-/Stützzellen-Paar zum Beschleunigen des Prozesses
der Re-Epithelialisierung Keratinozyten/endotheliale Zellen. Andere
geeignete Paare von Reparatur-/Stützzellen-Paaren sind gemäß der/des
zu heilende(n), reparierende(n) und/oder regenerierende(n) Wunde/Gewebe
zu definieren.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine neues Verfahren zur Verfügung, die
keine Extrakomponenten zur Transfektion der Zellen in vitro benötigt, d.
h. es sind keine Hilfsmittel zur Transfektion, wie virale Vektoren,
Liposomen, usw. oder Verfahren wie z. B. Elektroporation, notwendig.
Weiterhin sind keine Transfektions-vermittelnde Substanzen notwendig, wie
z. B. Poly-Lysin. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Transfektion
von Zellen durch Plasmide wird durch eine selbst-härtende Biopolymermatrix
bewirkt. Diese Transfektion kann in vitro oder in vivo bewirkt werden,
bevorzugt findet die Transfektion ex vivo statt. Entscheidend dabei
ist, daß eine
Zusammensetzung enthaltend die oben genannten Komponenten, d. h.
die Zellen, das Plasmid und die selbst-härtende Biopolymermatrix bzw.
eine Komponente davon, gemeinsam auf die geschädigte Fläche appliziert wird. Dabei
sind die Zellen entweder bereits vor Pfropfen bzw. Transplantation
der Zusammensetzung auf den geschädigten Bereich transfiziert
oder die Transfektion erfolgt unmittelbar nach der Verabreichung
der Zusammensetzung auf das geschädigte Gewebe, bevorzugt findet
die Transfektion der Zelle ex vivo statt, so daß die gleichförmig verteilten
Zellen in einem transfizierten Zustand vorliegen. Das selbst-härtende Biopolymer
kann bereits bei der Verabreichung auf die geschädigte Gewebefläche bzw. den
Gewebedefekt ausgehärtet,
verfestigt oder geliert sein bzw. werden. Ebenso kann die Aushärtung aber
auch nach Verabreichung der Zusammensetzung auf den zu behandelnden
Bereich erfolgen. Die Zusammensetzung kann aber auch in zwei Komponenten
vorliegen, wobei eine Komponente das aushärtbare Biopolymer, die Zellen
und das Plasmid enthält,
während
die zweite Komponente eine weitere Verbindung zur Aushärtung des
Biopolymers enthält. Die
zweite Komponente kann aber auch durch das zu behandelnde Gewebe
selbst, sozusagen in vivo, zur Verfügung gestellt werden, z. B.
Thrombin bei einem Fibrinkleber, welche dann das Aushärten des
Biopolymers in vivo ermöglicht.
Die letztere Möglichkeit stellt
eine weitere bevorzugte Form dar.
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Des
weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein transientes Transfektionssystem
zur Verfügung, umfassend
eine Plasmid-DNA, die ein Gen kodiert, das einen positiven Effekt
auf den Verlauf der Regeneration des Gewebes ausübt, eine Zellsuspension von
Zellen, die zu transfizieren sind und ein selbst-härtendes
Biopolymer. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Transfektionssystem,
umfassend Zellen, die in der Wundheilung und in der Regeneration
und Reparatur von Gewebedefekten, insbesondere der Haut, involviert
sind, mit einem Plasmid, das ein Gen kodiert, welches eine zu exprimierende
Substanz kodiert, und ein selbsthärtendes Biopolymer, wie eine
Komponente/Komponenten eines Fibrinklebers.
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Die
Komponente des selbst-härtenden
Biopolymers ermöglicht
ein besseres Eindringen des Plasmids/Aufnehmen durch die Zellen.
Das nicht gebundene Plasmid wird leichter durch die Zellen aufgenommen,
die Transfektionsrate ist stark verbessert, ohne daß weitere
Transfektions-fördernde
oder -vermittelnde Substanzen verwendet werden
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Weiterhin
ist es mit Hilfe dieses Transfektionssystems möglich, transfizierte Zellen,
welche die Wundheilung und Regeneration des geschädigten Gewebes
beschleunigen, homogen auf den geschädigten Bereich aufzutragen.
Damit ist es möglich,
den geschädigten
Bereich, wie z. B. eine großflächige Wunde,
komplett abzudecken, so daß die
Wundheilung bzw. Regeneration des geschädigten bzw. defekten Gewebes
schnell geschieht. Dabei beschleunigt die durch die transfizierten
Zellen exprimierte Substanz die Heilung.
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Das
erfindungsgemäße Transfektionssystem
erlaubt auch die ex vivo Herstellung von lebenden Zellkonstrukten,
d. h. von transfizierten Zellen, ohne daß andere Transfektions-fördernde
oder -vermittelnde Substanzen als die Biopolymerkomponente verwendet
werden.
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Genauer
gesagt stellt die vorliegende Erfindung ein einfaches, sofort verfügbares System
bereit, mit dem mit minimalem Zeitaufwand und möglichst kleinen operativen
Eingriffen in Patienten, die unter großen Verbrennungswunden oder
chronischen Wunden leiden, autologe Zellen, bereitgestellt werden,
die mit Genen, die Proteine beziehungsweise Peptide kodieren, die
einen positiven Effekt auf die Wundheilung haben, transfiziert werden
oder worden sind.
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Der
Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der schnellen Verfügbarkeit
von transfizierten, autologen/allogenen Zellen, die in sich das
Potential tragen, Zelldefekte auszugleichen und gleichzeitig durch
Eigensynthese die notwendigen Stoffe in optimaler Form bereitstellen.
Weiterhin ist es durch die homogene Verteilung der transfizierten
Zellen möglich,
schnell einen therapeutischen Effekt zu erzielen. Dieses trifft
besonders auf die Wundheilung der Haut zu.
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Mit
Hilfe des Systems wird die sofortige Verfügbarkeit von transfizierten
Zellen gesteigert, ohne daß vorher
aufwendige labortechnische Schritte und langwierige Kultur- und
Selektionsverfahren notwendig sind, die des weiteren die Gefahr
von Kontamination bergen und einen hohen Zeitverlust bedeuten.
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Weiterhin
umfaßt
die vorliegende Erfindung ein Kit, enthaltend die Bestandteile des
Transfektionssystems, d. h. ein Plasmid, enthaltend ein Gen/Gene,
die eine Substanz, insbesondere ein Protein/Peptid, kodieren, die
einen positiven Effekt auf die Regeneration des Gewebes hat, Zielzellen,
die transfiziert sind sowie das selbst-härtende Polymer bzw. eine Komponente
davon.
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Die
durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene
Zubereitung kann zur Behandlung von geschädigtem bzw. defektem Gewebe,
insbesondere großflächigen Wunden,
wie der Haut, verwendet werden. Es erlaubt also die Behandlung von
Menschen und Tieren mit geschädigtem
bzw. defektem Gewebe und großflächigen Wunden,
insbesondere von Hautwunden. Beispiele für bevorzugt behandelte Krankheiten
oder Störungen
beinhalten Verbrennungswunden, Knochen-, Muskel-, Nerven- oder Knorpeldefekte,
chronische Wunden oder Gewebeaugmentationen, besonders bevorzugt
ist eine Methode zur Wundheilung in der Haut.
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Die
erfindungsgemäß erhaltene
Zusammensetzung erlaubt die schnelle therapeutische Behandlung von
geschädigtem
bzw. defektem Gewebe. Insbesondere ist es durch die homogene Verteilung
der transfizierten Zellen möglich,
großflächige Wunden schnell
und homogen zu behandeln. Insbesondere kann auch die unästhetische
Narbenbildung bei großflächigen Wunden
reduziert oder vermieden werden.
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Die
Zielzellen, die durch das erfindungsgemäße Transfektionssystem transfiziert
werden, liegen nach einer möglichen
Alternative bereits in der Matrix in transfizierter Form vor. Diese
Zellen sind homogen in der Matrix verteilt, so daß eine homogene Heilung
erfolgen kann. Erfindungemäß wird also
auf das geschädigte
Gewebe eine Matrix aufgebracht, welche die ex vivo transfizierten
Zielzellen enthält, die
wiederum Gene enthalten, die für
Substanzen kodieren, die einen positiven Effekt auf die Regeneration
des geschädigten
Gewebes haben. Die Transfektion der Zellen kann aber nach einer
weiteren Alternative auch erst nach dem Auftragen in der Matrix
erfolgen. Durch die homogene Verteilung des Plasmids und der Zellen
ist eine homogene Transfektion der Zellen möglich, die dann zu einer homogenen
Expression des Faktors führt,
der einen positiven Effekt auf den Fortgang bzw. Verlauf der Regeneration
ausübt.
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Zur
Transfektion von Zellen können
mehrere Parameter wie z. B. Puffer, Pufferkonzentration, Zeitabschnitt
oder Verhältnisse
von Puffer zu selbst-härtender
Polymerkomponente für
die unterschiedlichen Zelltypen optimiert werden. Im Besonderen
wurde gefunden, daß die
Anwesenheit von CaCl2, besonders in den
verwendeten geringen Mengen, keinen Effekt auf die Transfektionseffizienz
hat.
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Unter
selbst-härtendem
Polymer wird erfindungsgemäß insbesondere
eine solche Substanz verstanden, der nach dem sogenannten Aushärten geänderte physikalische
Eigenschaften aufweist, beispielsweise eine unterschiedliche Viskosität.
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So
liegt das selbst-härtende
Polymer beispielsweise nach dem Aushärten als ein Gel vor, während der
Stoff vor Aushärtung
eine unterschiedliche, insbesondere niedrigere Viskosität hatte.
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Als
Biopolymer, welches selbst-härtend
und biologisch abbaubar sein kann, können insbesondere folgende
Verbindungen genannt werden: Fibrinkleber oder Komponenten davon,
Collagene, Gelatine, Alginate, Hyaluronsäure, Polysaccharide, organische Polymere
(z B. PEG, PGA, PLA), Derivate davon bzw. verschiedene Kombinationen
dieser Substanzen.
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Gewebeklebstoffe
auf Basis von Fibrinogen sind z. B. aus AT-B-359 653, AT-B-359 652 und AT-B-369
990 bekannt. Sie enthalten neben Fibrinogen noch einen Faktor, der
das Fibrinogen in Fibrin umwandelt. Dieser kann z B. Thrombin sein.
Durch Einwirkung von Thrombin wird das enthaltene Fibrinogen in
Fibrin überführt. Der
im Gewebekleber gegebenenfalls enthaltene Faktor XIII wird zu Faktor
XIIIa aktiviert. Dieser vernetzt das gebildete Fibrin zu einem Hochpolymer.
Die benötigte
Thrombinaktivität wird
in Form einer Thrombin und Ca2+-Ionen enthaltenden
Lösung
dem Fibrinogen zugesetzt. Das Fibrinogen kann des weiteren noch
weitere Proteine, wie Fibronectin, Plasminogen und Albumin, enthalten.
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Der
Gewebeklebstoff kann z B. einer wie in
DE 195 21 324 oder in
EP 0 345 246 beschriebener sein; besonders
bevorzugt wird ein Fibrinkleber, wie er unter dem Handelsnamen Tissucol
® von
Baxter, Deutschland, erhältlich
ist, verwendet.
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Bevorzugt
wird die Plasmid-DNA in die Thrombinkomponente des Fibrinklebers
gemischt. Ebenso werden die Zellen bevorzugt in die Thrombinkomponente
gegeben und dort vermischt, da die Fibrinogenkomponente eine höhere Viskosität aufweist. Die
Plasmid-DNA und die Zellsuspension kann aber ebenso in die Fibrinogenkomponente
gemischt sein. Wenn die Plasmid-DNA und die Zellsuspension in die Fibrinogenkomponente
gemischt wird, kann das Thrombin durch das zu behandelnde Gewebe
selbst, d. h. in vivo, zur Verfügung
gestellt werden.
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Das
erfindungsgemäße Biopolymer
fördert die
Effizienz der Transfektion, wird aber gleichzeitig auch als Kultivierungsmatrix
für die
Zellen verwendet. Das heißt,
daß die
Transfektion und die Kultivierung in vivo in derselben Matrix erfolgen
und keine weiteren Aufreinigungs- und Isolierungsschritte und keine
weiteren Transfektionsfördernden
Mittel sind erforderlich. Insbesondere sind keine Transfektionsvermittelnde
Stoffe, wie z B. Poly-Lysin notwendig, die eine "Vermittlerrolle" zwischen der Matrix und den Plasmid
einnehmen. Anders gesagt, das Plasmid liegt nicht an die Matrix
gebunden vor, sondern als freies Plasmid.
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Die
Matrixkomponente kann in verschiedenen Formen vorliegen, sowohl
in lyophylisierter als auch in flüssiger Form, als trockenes
Pulver, Mikropartikel oder Nanopartikel. Es ist des weiteren möglich, daß das Biopolymer
als bereits ausgehärtete Matrix
in einer gelartigen Masse vorliegt, enthaltend die transfizierten
Zellen und das Plasmid in einer homogenen Verteilung.
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Plasmid-Biopolymer-Kombinationen
können auf
das entsprechende Gewebe entweder gemeinsam oder hintereinander
aufgebracht, insbesondere aufgesprüht, werden.
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Die
Zellen, die erfindungsgemäß bei dem Verfahren
zur Herstellung des Präparats
verwendet werden und damit in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ent halten
sind, umfassen alle Zellarten, die einen positiven Effekt auf die
Regeneration des Gewebes haben. Insbesondere handelt es sich um Keratinozyten,
Thrombozyten, Osteoblasten, Osteoklasten, Fibroblasten, Epithel-
und Endothelzellen, Muskelzellen, Adipozyten, Myoblasten, Schwann-Zellen,
andere Bindegewebszellen oder Vorläufer davon usw. Besonders bevorzugt
sind Zellen, die bei der Wundheilung der Haut eine wesentliche Rolle
spielen, wie Keratinozyten.
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Die
Zellen sind vorzugsweise autologe oder allogene Zellen. Die Zellen,
wie sie erfindungsgemäß verwendet
werden, können
vorher kultiviert worden sein oder frisch isoliert, d. h. nicht-kultiviert,
sein.
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Das
Plasmid enthaltend ein Gen/Gene, das (die) für eine Substanz kodiert, die
einen positiven Effekt auf die Regeneration des Gewebes hat, kann
ein Expressionsplasmid sein, wie es herkömmerlicherweise zur Expression
von Genen in eukaryontischen Zellen verwendet wird.
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Das
Gen/die Gene bzw. die DNA, das/die im Plasmid enthalten ist/sind,
kann für
Protein(e) bzw. Peptid(e) kodieren, die einen positiven Effekt auf
die Geweberegeneration haben. Insbesondere kodiert dieses Gen für Faktoren
wie Wachstumsfaktoren, Zytokine, therapeutische Proteine, Hormone
und Peptidfragmente von Hormonen, Zytokininhibitoren, peptidische
Wachstums- und Differenzierungsfaktoren. Beispielhaft sollen hier
genannt werden: Moleküle der
TGF-β-Superfamilie, wie
die verschiedenen TGF-β-Isoformen;
Keratinozyten-, Hepatozyten-, epidermaler Wachstumsfaktor, PDGF,
EGF, VEGF, NGF, Erythropoietin, TPA, FGF-1 und FGF-2. Weiterhin Hormone
wie Wachstumshormon, PTH, usw. Peptide, die agonistische oder antagonistische
Aktivitäten auf
Rezeptoren oder auf andere Moleküle
haben, die bei pathologischen Prozessen eine Rolle aufgrund einer
veränderten
Expression spielen.
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Diese
Faktoren können
alleine oder in Kombination eingesetzt werden.
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Das
Plasmid kann eine oder mehrere DNA-Sequenzen enthalten, die für ein oder
mehrere der oben genannten Faktoren kodieren.
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Erfindungsgemäß kann es
allerdings auch für
eine antisense-RNA oder Ribozym-RNA
kodieren, die dann Faktoren hemmen, die mit der Wundheilung interferieren.
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Das
erfindungsgemäße Präparat und
das erfindungsgemäße Kit können insbesondere
für therapeutische
Anwendungen verwendet werden. Sie sind geeignet zur Behandlung von
geschädigtem
bzw. defektem Gewebe, wie geschädigten
bzw. defekten Knochen, Knorpeln, Muskeln, Nerven oder Hautpartien,
insbesondere sind sie bei der Heilung von Hautwunden nützlich.
Somit ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung
einer pharmazeutischen Zusammensetzung zur Behandlung von defekten
Geweben, umfassend ein selbsthärtendes
Biopolymer, ein Plasmid mit den vorstehend genannten Eigenschaften
und Ziel- insbesondere Reparaturzellen, die in den Regenerationsprozeß des defekten
Gewebes, insbesondere der Heilung von Hautwunden, involviert sind.
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Diese
pharmazeutischen Zusammensetzungen können in mehreren Komponenten
vorliegen. Abgesehen von den Zielzellen, die kurz vor der Verwendung
des pharmazeutischen Präparates
zugegeben werden, kann die pharmazeutische Zusammensetzung in flüssiger,
lyophilisierter oder tiefgefrorener Form vorliegen.
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Die
Einsatzgebiete der pharmazeutischen Zusammensetzung umfassen insbesondere
Humanmedizin, Veterinärmedizin
und Zahnmedizin.
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Die
relativen Mengen von Plasmid, Biopolymerkomponente und Zeilen können abhängig von der
Art des zu behandelnden Gewebes gezielt eingestellt werden bzw.
variiert werden. Beispielsweise beträgt das Verhältnis von Plasmid zu Biopolymerkomponente
wenigstens 5 μg/ml
und liegt vorzugsweise zwischen 5 und 100 μg/ml. Besonders bevorzugte Bereiche
sind 5–25 μg/ml und
Werte um 50 μg/ml.
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Das
Verhältnis
von Zellen zu Plasmid liegt beispielsweise zwischen 25.000 und 2.500.000
Zellen/μg
Plasmid. Bevorzugte Bereiche sind 25.000–75.000 Zellen/μg Plasmid,
75.000–100.000 und
250.000–750.000.
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Auch
das Verhältnis
von Zellen zu Biopolymerkomponente kann entsprechend für jeden
zu behandelnden Zelltyp und/oder jede(s) Wunde/Gewebe eingestellt
und optimiert werden. Die Anzahl der Zellen pro ml des Biopolymers
kann in einem breiten Bereich variieren, z. B. zwischen 100 000
und 8 Millionen Zellen pro ml der Biopolymerkomponente(n).
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Für Keratinozyten
liegt ein bevorzugter Bereich zwischen 200 000 und 6 Millionen,
besonders bevorzugt ist eine Menge um 3 Millionen Zellen pro ml
einer Biopolymerkomponente (= 6 Millionen Zellen pro ml Koagulat,
welches aus einem 1:1 Gemisch von 2 Komponenten gebildet wird).
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Die
Verhältnisse
hängen
insbesondere auch davon ab, ob eine in vitro- oder eine in vivo-Transfektion
durchgeführt
wird. In vivo meint insbesondere die Transfektion der ex vivo zu
der Matrix zugegebenen Zellen, die homogen in der Matrix verteilt
sind, mit der ebenfalls homogen verteilten Plasmid-DNA. So liegt beispielsweise
das Verhältnis
von Zellen pro ml Biopolymerkomponente bei einer in vivo-Transfektion um einen
Faktor 3–10,
vorzugsweise 4–6,
höher als bei
einer in vitro-Transfektion.
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgend aufgeführten Beispiele
weiter erläutert.
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Beispiel 1
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Erhöhung der Transfektionsrate
durch die Anwesenheit eines selbst-härtenden Biopolymers
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Expressionsplasmid:
Als Expressionsplasmid wurden in diesem Beispiel pCMVβ-Gal und CMVhEGF verwendet,
welche bereits von Andree et al. (supra) beschrieben wurden. Das
EGF-Expressionsplasmid besteht aus dem sehr frühen Trans kriptionspromotor
des CMV und kodiert das sekretorische Signalpeptid des humanen Wachstumsfaktors
(hGF) und das reife EGF-Polypeptid in einer In-Leserahmen-Fusion.
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Als
Fibrinkleber wurde Tissucol® von Baxter, Heidelberg,
Deutschland, verwendet. Dieser Zweikomponenten Fibrinkleber besteht
aus heterologen humanen Plasmaprotein-Fraktionen, der Fibrinogen- und
der Thrombinkomponente. Die Fibrinogenkomponente enthält Fibrinogen,
Plasmafibronektin, Faktor VIII, Plasminogen, Aprotinin und humanes
Albumin. Die Thrombinkomponente besteht aus Thrombin und Calciumchlorid.
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Zellpräparationen
der Zellen wurden aus Hautproben nach plastischen Operationen erhalten. Die
Keratinozyten wurden von der Dermis unter Verwendung von 0,3% Dispase
(Boehringer, Mannheim, Deutschland) nach Inkubation für zwei Stunden
bei 40°C
abgetrennt. Epidermale Zellen wurden anschließend als Einzelzellsuspension
unter Verwendung von 0,05% Trypsin und 0,02% EDTA (GIBCO, Deutschland)
bei 37°,C
für 30
Minuten erhalten und in serumfreiem Medium resuspendiert. Die Zellen wurden
entweder direkt verwendet oder gemäß Standardprotokollen (Horch
et al., supra) kultiviert.
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Gruppe 1
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Kultivierte
(Gruppe 1a) und nicht-kultivierte (Gruppe 1b) humane Keratinozyten
wurden mit CMVhEGF-Plasmid für
3 Stunden vermischt und anschließend in der Thrombinkomponente
resuspendiert. Nach der Resuspension in Thrombin wurde der Fibrinkleber
in eine 24-Vertiefungs (well)-Platte gegeben und 2 ml serumfreies
Medium zugegeben.
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Das
Medium wurde alle 24 Stunden gewechselt und bei –70°C schockgefroren.
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Gruppe 2
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Kultivierte
und nicht-kultivierte Keratinozyten (Gruppe 2a bzw. Gruppe 2b) wurden
in 2 ml Medium, enthaltend das CMVhEGF-Plasmid, resuspendiert und
für 3 Stunden
inkubiert. Die Zellen wurden anschließend in 24-Vertiefungs-Platten
gegeben und das Medium wurde alle 24 Stunden gewechselt und bei –70°C schockgefroren.
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Gruppe 3
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Kultivierte
(3a) und nicht-kultivierte (3b) Keratinozyten wurden in 2 ml Medium
resuspendiert und dann in 24-Vertiefungs-Platten gegeben. Das Medium
wurde alle 24 Stunden gewechselt und entsprechend bei –70°C schockgefroren.
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Die
Plasmid-DNA-Konzentration belief sich auf 20 μg/ml Thrombin. Das exprimierte
Protein wurde in vitro mit Hilfe eines kommerziell erhältlichen ELISA-Kits
(Quantikin, R&D
Systems, Minneapolis, USA) nachgewiesen.
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Die
Ergebnisse der Messung des EGF-Proteins im Kulturüberstand
sind in der 1 dargestellt. Es hat sich gezeigt,
daß bei
der Gruppe 1 eine bis zu 100-fache Erhöhung der EGF-Proteinkonzentration im
Vergleich zu den Kontrollgruppen (Gruppe 2 und Gruppe 3) erzielt
werden konnte. Die maximale EGF-Konzentration wurde nach 24 Stunden
gemessen (Gruppe 1a: 102,14 μg/ml;
Gruppe 1b: 119,3 μg/ml;
Kontrolle 5,1 bzw. 2,26 μg/ml).
Nach 5 Tagen war eine Abnahme auf 23,3 bzw. 8,85 μg/ml zu sehen).
Die EGF-Konzentration, gemessen 14 Tage nach Inkubation, zeigte
für die
Gruppe 1a eine weitere Abnahme auf 2,24 μg/ml am Tag 14.
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In vivo-Untersuchung
der Transfektionsrate
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Als
Versuchstiere wurden 6 bis 8 Wochen alte Nacktmäuse verwendet.
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Wunden und
Pfropfverfahren
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2 × 2 cm große Vollhautwunden
(großflächige Wunden)
wurden auf die Rücken
von anästhesierten
Nacktmäusen
erzeugt. Diese Wunden wurden bis zum Panniculus carnosus Muskel
gesetzt und die Wundecken genäht,
um die Wundkontraktion zu verzögern.
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Die
humane Keratinozytensuspension, kultiviert oder nicht-kultiviert,
wurden in dem Thrombinteil des Fibrinklebers resuspendiert. Die
Thrombinkomponente enthielt entweder das pCMVβ-Gal oder das EGF-Expressionsplasmid.
Sieben Wunden von jeder Gruppe wurden entweder mit kultivierten
oder nicht-kultivierten Keratinozyten und den verschiedenen Plasmiden
(Tabelle 2) bedeckt. Die Wunden wurden mit einem semipermeablen
Klebefilm (Opsite, Smith & Nephew,
Largo, FL) abgedeckt, der dann an die Stelle angeheftet und mit
einer antimikrobiellen Salbe bedeckt wurde.
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Eine
tägliche
Kontrolle zur Sicherstellung der Integrität der Abdeckung wurden vorgenommen.
Die experimentellen Gruppen wurden entweder mit dem hEGF-Plasmid
(Gruppe 1a n = 7, Gruppe 1b n = 7) oder mit dem pCMVβ-Gal Plasmid
(Gruppe 2a n = 7, Gruppe 2b n = 7) transplantiert. Die Expression
des EGF-Transgens wurde am Tag 1, 3, 5 und 7 durch Messung der EGF-Konzentration
in dem Wundhomogenisat überwacht.
Am Tag 1, 3, 5 (jeweils zwei Mäuse
pro Gruppe) und am Tag 7 (eine Maus pro Gruppe) wurden Biopsien
genommen, welche die gesamte Wunde umfassen, um ein Homogenat der
Wunde zu erhalten und damit das EGF-Protein nachzuweisen. Andererseits
wurden immunhistochemische Untersuchungen mit herkömmlichen
Histologieverfahren durchgeführt.
Die Ergebnisse sind in der 2 dargestellt.
Wie zu erkennen ist, weisen die nicht-kultivierten humanen Keratinozyten
24 Stunden nach der Transformation mit dem EGF-Plasmid eine 181-fach
erhöhte
EGF-Konzentration verglichen mit Wunden, die mit den pCMVβ-Gal als
Kontrolle transfiziert wurden, auf (4). EGF-Konzentrationen wurden
für den
gesamten siebentägigen
Untersuchungszeitraum nachgewiesen. Sie nahmen aber innerhalb der
ersten drei Tage schnell ab, ausgehend von 180 μg/ml am Tag 1 nach Behandlung
bis ungefähr
20 μg/ml
am Tag 7 nach Behandlung.
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Nach
dem Transplantieren von kultivierten humanen Keratinozyten, enthaltend
das EGF-Plasmid, die mit der Fibrinmatrix, resuspendiert wurden, wurden ähnliche
Konzentrationsmuster für
das EGF-Protein erhalten (3), (200,5 μg/ml; Tag
7, 20 μg/ml)
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Beispiel 2
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Bestimmung
der optimalen Keratinozytenkonzentration für einen vorgegebenen Puffer. EGF-Plasmid,
Tissucol® und
Zellbereitungen wurden gemäß der Beschreibung
aus Beispiel 1 verwendet. Lediglich die Anzahl der Keratinozyten
wurde zwischen 100 000, 1 Millionen, 2 Millionen und 5 Millionen
variiert. Die höchste
EGF-Expressionsrate
wurde durch Verwenden einer Zellzahl von 2 Millionen Zellen/333 μl Fibrin-Koagulat,
was einer ungefähren Zellzahl
von 6 Millionen Zellen/ml Koagulat entspricht, erhalten (siehe 5).
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Beispiel 3
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Optimierung
einer Gen-aktivierten Matrix zur Behandlung von großflächigen Wunden
von Nacktmäusen.
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Großflächige Wunden
von Nacktmäusen
(12 Mäuse
pro Gruppe) wurden mit unterschiedlichen Kombinationen behandelt
(Gruppe 1–4).
Die Menge an Fibrin betrug in jedem Fall 333 μl, die Menge an Plasmid 200 μg. In jedem
Fall wurde eine Präinkubation
von geeigneten Zellen mit dem Plasmid in 5,7 μl PBS für 3 Stunden durchgeführt. Die
verwendete Anzahl an Keratinozyten betrug 2 Millionen. Biopsien wurden
an den Tagen 1, 3, 5, 7, 9 und 12 genommen und Histologien begannen
von Tag 5 an.
- Gruppe 1: Fibrin und EGF-Plasmid
- Gruppe 2: Fibrin und Keratinozyten
- Gruppe 3: Fibrin, EGF-Plasmid und Endothelzellen (= Stützzellen)
- Gruppe 4: Fibrin, EGF-Plasmid und Keratinozyten (= Reparaturzellen)
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Die
Ergebnisse der Histologien zeigen klar, daß nur Gruppe 4 zu einer vollständigen Re-Epithelisierung
von großflächigen Wunden
bei Nacktmäusen führt, mit
einem vollständig
regenerierten Epithelium, bestehend aus 9–11 Zellschichten (siehe 9 und 10).
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Bei
allen anderen Gruppen (1–3)
ist lediglich etwas Re-Epithelisierung am Rand der Wunden sichtbar,
wohingegen keine Re-Epithelisierung in der Mitte der Wunden stattfand
(siehe 6, 7 und 8).
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Beispiel 4
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Transfektion verschiedener
Zelltypen
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200
000 Zellen, nämlich
Muskelzellen, Schwann-Zellen, Endothelzellen, Prä-Adipozyten und Fibroblasten, wurden
mit je 10 μg
EGF-Plasmid transfiziert, die verwendete Menge an Fibrin betrug
333 μl. Die
EGF-Expression wurde nach Tag 1, 2, 3, 4 und 5 gemessen und wird
in 11 gezeigt.
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Beispiele für Zellisolation
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Schwann-Zellen
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Zellen
wurden mit Modifikationen präpariert gemäß des Verfahrens
von Shahar et al., (1989) bei dem Schwann-Zellen vom Ischias-Nerv
neugeborener Ratten geerntet wurden. Kurz beschrieben wurden die
Schwann-Zellen von 7 mm großen
Segmenten des Ischias-Nervs geerntet. Nerven wurden in HBSS gesammelt,
von ihrem Epineurium abgestreift und in 1 mm2 große Stücke gehackt.
Die Nervenstücke
wurden durch Inkubieren der Stücke
mit 0,3% Trypsin und 0,1% Kollagenase für 30 min. bei 37°C, dissoziiert.
Die Zellen wurden pulverisiert, gewaschen und in DMDM, enthaltend
10% FCS und Penicillin/Streptomycin, auf poly-D-Lysin beschichteten Flaschen
kultiviert. Am folgenden Tag wurde Ara-C für 48 Stunden zum Kulturmedium
zugegeben, bevor das Medium durch mitogenes Medium, enthaltend Forskolin,
ersetzt wurde. Das Medium wurde alle 3 Tage gewechselt, bis die
Schwann-Zellen Konfluenz erreichten.
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Humane mikrovaskuläre Endothelzellen
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Nach
der Entfernung von Fett und Epidermis wurde die Dermis in ca. 4
cm2 große
Stücke
gehackt. Die Endothelzellen wurden von der Dermis durch Trennung
der Dermis und Epidermis nach Inkubation mit Dispase (2,4 U/ml)
bei 4°C über Nacht
erhalten. Die dermalen Stücke
wurden wieder geschnitten und mit Trypsin für 30 Minuten bei 37°C inkubiert.
Um die Endothelzellen zu erhalten, wurde unter Verwendung eines
Skalpells Druck auf die dermalen Stücke ausgeübt. Die Petrischale wurde dann
mit EGM (5%) gespült.
Die Suspension wurde filtriert (70 μm). Nach der Zentrifugation
für 5 Minuten
bei 1300 U/min. wurde das Pellet in 5% EGM resuspensiert und auf
Gelatine-beschichtete Flaschen aufgetragen.