EP1303183A1 - Somatic cloning gene transfer for the production of recombinant proteins, cells and organs - Google Patents

Somatic cloning gene transfer for the production of recombinant proteins, cells and organs

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EP1303183A1
EP1303183A1 EP00953104A EP00953104A EP1303183A1 EP 1303183 A1 EP1303183 A1 EP 1303183A1 EP 00953104 A EP00953104 A EP 00953104A EP 00953104 A EP00953104 A EP 00953104A EP 1303183 A1 EP1303183 A1 EP 1303183A1
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Abstract

The invention relates to a method for recombinant production of substances, wherein cells are transformed with a nucleotide sequence coding said substance, the transformed cells are cloned and the cells thus obtained are inserted into a receiving organism. More particularly, the invention relates to the use of said method in the production of recombinant proteins, cells and tissues. The invention further relates to a method wherein cells of an individual are isolated, said cells are inserted into an immune-incompetent animal for further growth and the cells, tissue and/or organs which have grown in the animal are re-isolated and inserted into an individual.

Description

Somatischer Klonierungs-Gentransfer zur Produktion von rekombinanten Proteinen, Zellen und Organen Somatic cloning gene transfer for the production of recombinant proteins, cells and organs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur rekombinanten Herstellung von Stoffen, bei dem Zellen mit einer den Stoff codierenden Nukleotidsequenz transformiert werden, die transformierten Zellen einem Klonierungsprozess unterworfen werden, und die so erhaltenen Zellen in einen Empfängerorganismus eingebracht werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Nutzung des Verfahrens bei der Produktion rekombinanter Proteine, Zellen und Geweben. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem Zellen eines Individuums isoliert werden, diese Zellen zum weiteren Wachstum in ein immuninkompetentes Tier eingebracht werden und die in dem Tier gewachsenen Zellen, Gewebe und/oder Organe wieder isoliert und in ein Individuum eingebracht werden.The present invention relates to a method for the recombinant production of substances, in which cells with a nucleotide sequence coding for the substance are transformed, the transformed cells are subjected to a cloning process, and the cells thus obtained are introduced into a recipient organism. The present invention relates in particular to the use of the method in the production of recombinant proteins, cells and tissues. According to a further aspect, the invention relates to a method in which cells of an individual are isolated, these cells are introduced into an immunocompetent animal for further growth and the cells, tissues and / or organs grown in the animal are isolated again and introduced into an individual ,
Mit dem Aufkommen der rekombinanten Gentechnologie wurden zur Herstellung nützlicher Stoffe vermehrt biologische Systeme einbezogen. So werden gegenwärtig eine Vielzahl von Proteinen in in vitro Zellkultursystemen hergestellt. Aufgrund der Aufklärung der Nukleotid- sequenz des menschlichen Genoms ist zu erwarten, daß die Ermittlung neuer Proteme und deren Rolle im menschlichen Körper gefördert und beschleunigt wird, so daß in naher Zukunft eine Vielzahl neuer Stoffe für medizinische oder sonstige Zwecke zur Verfügung stehen werden, deren Herstellung gewünscht ist. Die Verwendung bestehender in vitro Zellkultursysteme zu diesem Zweck beinhaltet jedoch den Nachteil, daß bis zur optimalen Produktion der entsprechen- den Stoffe mindestens 1 bis 2 Jahre vergehen. Darüber hinaus sind derartige Systeme kompliziert zu handhaben, störanfällig und kostenintensiv. So ist beispielsweise eines der größten Schwierigkeiten im großen Maßstab betriebener Zellkultursysteme die Gefahr der Verunreinigung der Kulturlösung.With the advent of recombinant genetic engineering, biological systems were increasingly incorporated into the production of useful substances. A large number of proteins are currently produced in in vitro cell culture systems. Based on the elucidation of the nucleotide sequence of the human genome, it is to be expected that the determination of new proteins and their role in the human body will be promoted and accelerated, so that in the near future a large number of new substances will be available for medical or other purposes, the Manufacturing is desired. However, the use of existing in vitro cell culture systems for this purpose has the disadvantage that it takes at least 1 to 2 years for the corresponding substances to be optimally produced. In addition, such systems are complicated to use, prone to failure and cost-intensive. For example, one of the greatest difficulties of large-scale cell culture systems is the risk of contamination of the culture solution.
h den letzten Jahren wurden zur Produktion von industriell und pharmazeutisch interessanten Stoffen vermehrt Tiere einbezogen. Dazu wird neben der Erstellung sogenannter Keimbahn- transgener Tiere der somatische Gentransfer eingesetzt, bei dem eine einen bestimmten Stoff codierende DNA in somatische Zellen des Zielindividuums eingebracht wird. Dies kann entweder in vivo, d.h. im Gesamtorganismus erfolgen, oder in vitro, d.h. im Labor in Zellen, die aus dem Organismus gewonnen wurden und nach Einbringen des Konstrukts in diese Zellen wieder in diesen zurückgeführt werden. Das Konstrukt wird dann im Tier zur Expression gebracht, so daß der Stoff von Interesse in dem Tier seine Wirkung entfalten kann.h In recent years, animals have been increasingly included in the production of industrially and pharmaceutically interesting substances. In addition to the creation of so-called germline transgenic animals used somatic gene transfer, in which a DNA encoding a certain substance is introduced into somatic cells of the target individual. This can take place either in vivo, ie in the whole organism, or in vitro, ie in the laboratory in cells which have been obtained from the organism and are returned to these cells after the construct has been introduced into these cells. The construct is then expressed in the animal so that the substance of interest can develop its effect in the animal.
Ein dem Transfer von Genkonstrukten in somatische Zellen inhärenter Nachteil liegt jedoch darin, daß das eingebrachte Gen nur in dem behandelten Individuum zur Expression bzw. Wirkung kommt und auf die Lebensdauer der transformierten Zellen beschränkt ist. Eine Übertragung auf Folgegenerationen ist ausgeschlossen.A disadvantage inherent in the transfer of gene constructs into somatic cells is, however, that the gene introduced is only expressed or acts in the treated individual and is limited to the life of the transformed cells. A transfer to subsequent generations is excluded.
Beim somatischen Gentransfer zusätzlich auftretende Probleme sind insbesondere eine oft nur unter großen Mühen erreichbare ausreichend große Zahl an spezifischen Zielzellen mit stabiler Transfektion, sowie die Zufälligkeit der Integration des eingebrachten Konstrukts, die die Eigenschaften und/oder das Verhalten der Zielzellen negativ beeinflussen kann. Weiterhin treten häufig Probleme hinsichtlich einer ungenügenden Expression des durch das eingebrachte Konstrukt codierten Polypeptids auf, was neben den auf der DNA-Ebene liegenden Schwierigkeiten auch auf bestimmte intra- und extrazelluläre Barrieren zurückzuführen sein kann und jeweils aus- getestet werden muß. Die vorstehend beschriebenen Probleme schränken daher die Nutzung der Anwendungsmöglichkeiten des somatischen Gentransfers in der Biotechnologie im weitesten Sinne und in der Nutztierproduktion im speziellen erheblich ein.Additional problems encountered with somatic gene transfer are, in particular, a sufficiently large number of specific target cells with stable transfection, which can often only be achieved with great difficulty, and the randomness of the integration of the introduced construct, which can negatively influence the properties and / or the behavior of the target cells. Furthermore, problems often arise with regard to inadequate expression of the polypeptide encoded by the introduced construct, which in addition to the difficulties lying at the DNA level can also be attributed to certain intra- and extracellular barriers and must be tested in each case. The problems described above therefore considerably restrict the use of the possible uses of somatic gene transfer in biotechnology in the broadest sense and in livestock production in particular.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein neues Verfahren zur Herstellung von bestimmten interessanten Stoffen zur Verfügung zu stellen.It is therefore an object of the present invention to avoid the disadvantages of the prior art and to provide a new process for the production of certain interesting substances.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur rekombinanten Herstellung von Stoffen, bei dem in einem ersten Schritt Zellen mit einer den Stoff codierenden Nukleotidsequenz transformiert werden, die transformierten Zellen einem Klonierungsprozess unterworfen werden, und die in dem Klonierungsschritt erhaltenen Zellen in einen Empfängerorganismus eingebracht werden. Die in dem ersten Verfahrensschritt eingesetzten Zellen können jedwede, aus einem Individuum isolierte Zellen sein, die einem Klonierungsprozess unterworfen werden können. Beispiele hierfür sind insbesondere fetale oder adulte Fibroblasten, primordiale Keimzellen, Granulosazellen, Thymozyten, Milzzellen, Leberzellen, Makrophagen, Hoden oder Ovarzellen etc.. Die Zellen können als solche, wie isoliert, oder in Kultur gehalten eingesetzt werden, wobei diese auch vor der Transformation einem Klonierungsverfahren unterworfen worden sein können.This object is achieved by a method for the recombinant production of substances, in which, in a first step, cells with a nucleotide sequence coding for the substance are transformed, the transformed cells are subjected to a cloning process, and the cells obtained in the cloning step are introduced into a recipient organism. The cells used in the first method step can be any cells isolated from an individual that can be subjected to a cloning process. Examples of these are, in particular, fetal or adult fibroblasts, primordial germ cells, granulosa cells, thymocytes, spleen cells, liver cells, macrophages, testes or ovary cells etc. The cells can be used as such, as isolated, or kept in culture, even before transformation may have been subjected to a cloning process.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die zur Transformation eingesetzten Zellen aus einem bereits vorhandenen Zeilklon, einer Zellkultur oder einem Organismus isoliert. Als Zellklon sollen im Sinne der Erfindung in vitro kultivierte, klonierte Zellen, Feten aus Klonierung oder Klontiere verstanden werden.According to a preferred embodiment, the cells used for the transformation are isolated from an existing cell clone, a cell culture or an organism. For the purposes of the invention, cell clones are to be understood as meaning in vitro cultured, cloned cells, fetuses from cloning or cloned animals.
Die Zellen werden anschließend mit einer Nukleotidsequenz transformiert, die für den Stoff von Interesse codiert. Als Stoff werden dabei alle im Körper synthetisierbaren Stoffe verstanden, wie Proteine, Polysaccharide, Lipide etc., aber auch die Zellen, Gewebe und Organe, die die eingebrachte Nukleotidsequenz aufweisen. Die für den Stoff codierende Nukleotidsequenz ist daher nicht nur eine den Stoff direkt codierende Sequenz, sondernd auch eine Sequenz, die verschiedenen Polypeptide/Εnzyme codiert, die den Stoff von Interesse in den bzw. außerhalb der Zellen bilden. Als rekombinant werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Gene bezeichnet, die für das Tier entweder exogen sind oder auch endogen, jedoch mittels rekombinanter Gentechnologie in ihrem Expressionsmuster verändert wurden, wie beispielsweise in ihrem Differenzierungs-spezifϊschen Expressionsmuster oder der exprimierten Menge.The cells are then transformed with a nucleotide sequence that encodes the substance of interest. All substances that can be synthesized in the body are understood as substances, such as proteins, polysaccharides, lipids etc., but also the cells, tissues and organs that have the nucleotide sequence introduced. The nucleotide sequence coding for the substance is therefore not only a sequence which codes the substance directly, but also a sequence which codes the various polypeptides / enzymes which form the substance of interest in or outside the cells. For the purposes of the present invention, recombinant refers to genes which are either exogenous to the animal or also endogenous, but which have been modified in their expression pattern by means of recombinant genetic engineering, such as, for example, in their differentiation-specific expression pattern or the amount expressed.
Zur Transformation können alle derzeit bekannten Techniken eingesetzt werden, wie physikalische, chemische oder virale Techniken. Im Hinblick auf eine gerichtete Integration des Konstrukts an bestimmten Stellen im Genom ist der Einsatz homologer Rekombination bevorzugt. Sollen große Gencluster in die Empfängerzelle eingebracht werden, so ist auch die Verwen- düng artifizieller Chromosomen möglich. Auch Zellhybride, wie sie für die Kartierung eingesetzt werden, können erstellt und darauf selektioniert werden, daß sie neben dem Nutztiergenom auch spezifische chromosomale Fragmente aus dem Zielgenom enthalten. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein gesamtes System des Zielgenoms, wie beispielsweise das Immunglobu- lingensystem, transferiert werden soll.All currently known techniques can be used for the transformation, such as physical, chemical or viral techniques. The use of homologous recombination is preferred with regard to the directional integration of the construct at specific locations in the genome. If large gene clusters are to be introduced into the recipient cell, it is also possible to use artificial chromosomes. Cell hybrids, such as those used for mapping, can also be created and selected so that they also contain specific chromosomal fragments from the target genome in addition to the farm animal genome. This is especially so advantageous if an entire system of the target genome, such as the immunoglobulin system, is to be transferred.
Die Zellen werden anschließend einem Klonierungsprozess unterworfen. Klonierungsverfahren sind mittlerweile bekannt und beispielsweise in der PCT/EP98/00230 (WO 99/36510), sowie der PCT/EP/00229 (WO ) beschrieben, die hier unter Bezugnahme mit aufgenommen wird. Die Monierten Zellen werden dann bis zu einem bestimmtn Entwicklungsstadium in vivo und/oder in vitro wachsen gelassen, beispielsweise bis zum Fetus, und dann in den Empfängerorganismus eingebracht (Schritt c) von Anspruch 1). Gleichermaßen können die klonierten Zellen soweit wachsen gelassen werden, daß eine bestimmte Ausdifferenzierung vorliegt, wobei bereits bestimmte, ausdifferenzierte Zellen in den Empfängerorganismus eingebracht werden.The cells are then subjected to a cloning process. Cloning methods are now known and are described, for example, in PCT / EP98 / 00230 (WO 99/36510) and PCT / EP / 00229 (WO), which is incorporated by reference here. The cloned cells are then grown to a certain stage of development in vivo and / or in vitro, for example to the fetus, and then introduced into the recipient organism (step c) of claim 1). Likewise, the cloned cells can be grown to such an extent that a certain differentiation is present, with certain, differentiated cells already being introduced into the recipient organism.
Die klonierten Zellen werden anschließend in einen Empfängerorganismus eingebracht, der ein Tier, ein tierischer Fetus, ein tierisches Embryo bzw. ein tierisches Zellaggregat, sowie auch Monierte Tiere, klonierte tierische Feten, klonierte tierische Embryonen und Zellagregate sein kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ausgangszellen, die transformiert und einem Klonierungsprozess unterworfen werden, vom gleichen Genotyp wie der Empfänger- organismuns.The cloned cells are then introduced into a recipient organism, which can be an animal, an animal fetus, an animal embryo or an animal cell aggregate, and also cloned animals, cloned animal fetuses, cloned animal embryos and cell aggregates. In a preferred embodiment, the parent cells that are transformed and subjected to a cloning process are of the same genotype as the recipient organism.
Ein Vorteil einer derartigen Vorgehensweise ist darin zu sehen, daß ein bereits vorhandener, d.h. auf Vorrat hergestellter Empfängerorganismus in sehr kurzer Zeit mit Zellen, vorzugsweise vom gleichen Genotyp, versehen werden kann, die neu zu exprimierende Gene enthalten, und rekom- binante Stoffe produzieren. Die dabei im Vergleich zum konventionellen Keimbahngentransfer zu erzielende Zeitersparnis bis zum Erhalt produktionsreifer Tiere kann bis zu 5 Jahre betragen. Darüber hinaus ist das vorliegende Verfahren unabhängig von der Zeitersparnis und dem schneller zu erhaltenden Produktionssystem mit der einhergehenden Kostenersparnis auch effizienter, da die produzierenden Organismen kostengünstiger generiert werden können. So ist es möglich in vitro vorhandene Zellen eines Klons, zu dem auch bereits lebende Tiere vorhanden sind, als Ausgangszellen für die Transformation einzusetzen und diese nach Transformation und Klonierung in den Empfängerorganismus, welcher, da zum Klon gehörig, inhärent den gleichen Genotyp aufweist, einzubringen. Ein weiterer Vorteil des hier beschriebenen, als somatischer Klonierungs-Gentransfer bezeichneten Verfahrens ist auch darin zu sehen, daß auf neue Anforderungen bzw. Bedürfnisse bei der Expression rekombinanter Proteine schnell reagiert" werden kann. Im Normalfall dauert es selbst bei Verwendung einer Nutztierspezies mit kurzem Generationsintervall, wie beispiels- weise bei einem Kaninchen, mindestens 7 Monate, bis nach Erstellung der Konstrukte ausreichend Material für die ersten Untersuchungen der exprimierten Gene vorhanden ist. Bis zur Produktion des gewünschten Polypeptids ist zusätzlich ein weiteres Jahr erforderlich. Beim Rind dauert der Vorgang, bis mittels transgener Tiere das Polypeptid von Interesse erhalten werden kann, mindestens 3 bis 4 Jahre. Demgegenüber ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine erhebliche Verkürzung der Zeit bis bei einem bereits vorhandenem Empfängerorganismus mit einem neuen Konstrukt Zellen transformiert und Expressionsklone geschaffen werden können (Dauer lediglich ein paar Monate).An advantage of such a procedure can be seen in the fact that an already existing, ie prepared recipient organism can be provided in a very short time with cells, preferably of the same genotype, which contain genes to be newly expressed, and produce recombinant substances. The time saved compared to conventional germline gene transfer can be up to 5 years until animals are ready for production. In addition, regardless of the time saved and the production system that can be obtained more quickly, with the associated cost savings, the present method is also more efficient since the producing organisms can be generated more economically. Thus it is possible to use in vitro existing cells of a clone, for which living animals are also present, as starting cells for the transformation and, after transformation and cloning, to introduce these into the recipient organism, which, since it belongs to the clone, inherently has the same genotype , Another advantage of, the process known as somatic cloning gene transfer described here can also be seen in the fact that can "respond quickly to new demands and needs in the expression of recombinant proteins. Normally, it takes a farm animal species with short generation interval, even when using , for example in a rabbit, at least 7 months until sufficient material is available for the first tests of the expressed genes after the constructs have been created. An additional year is required to produce the desired polypeptide the polypeptide of interest can be obtained by means of transgenic animals, at least 3 to 4. In contrast, the method according to the invention enables a considerable reduction in the time until an existing recipient organism is transformed with a new construct using cells and expression clones are created can be opened (only takes a few months).
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher in einer zu der in vitro Zellkultur vergleich- baren Zeitspanne zu ersten Proteinmengen für die Analyse zu kommen, wobei erfindungsgemäß zusätzlich bereits ein Produktionssystem zur Verfügung steht, mit dem die gewünschte Substanz produziert werden kann. Die Empfängerorganismen bzw. Tiere können daher schnell zur Herstellung der gewünschten Stoffe verwendet werden.The method according to the invention therefore makes it possible to arrive at the first protein amounts for the analysis in a time period comparable to the in vitro cell culture, whereby according to the invention a production system is already available with which the desired substance can be produced. The recipient organisms or animals can therefore be used quickly to produce the desired substances.
In bestimmten Fällen ist es vorteilhaft, den vorzugsweise auf Vorrat produzierten oder zu produzierenden Empfängerorganismus spezifisch auf den späteren somatischen Zell-Gentransfer vorzubereiten. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn den applizierten transgenen oder anders aufbereiteten Zellen gegenüber den im Empfängerorgamsmus vorhandenen Zellen oder Strukturen einen Vorteil verschafft werden soll, um zu einer besseren Expression oder Ausprä- gung zu kommen.In certain cases, it is advantageous to prepare the recipient organism, which is preferably produced or to be produced in stock, specifically for the subsequent somatic cell gene transfer. This is particularly necessary if the applied transgenic or differently prepared cells are to be given an advantage over the cells or structures present in the recipient organism in order to achieve better expression or expression.
Dazu können beispielsweise im Empfängerorganismus bestimmte Zellen, Gewebe oder Organe entfernt werden, was durch physikalische, chemische, immunologische, molekulargenetische oder chirurgische Verfahren erreicht werden kann. Darüber hinaus können Tiere bzw. Feten, die an entscheidenden Genorten homozygot negativ sind (Screen-out Konzept) gezüchtet bzw. auf Vorrat gehalten und nach Bedarf eingesetzt werden. Eine Möglichkeit zur Depletion von bestimmten Zellen, Geweben oder Organen im Empfängerorganismus besteht darin, bereits transgene Organismen einzusetzen, die ein Konstrukt enthalten, welches unter der Kontrolle eines Entwicklungsstadiums-spezifischen oder eines induzierbaren Promoters liegen. Im ersten Fall wird bei Aktivierung des Promoters während des bestimmten Entwicklungsstadiums automatisch und gewebespezifisch ein Protein gebildet, das zum Absterben/ Apoptose der entsprechenden Zellen führt, beispielsweise das Diphterie-Toxin. Im zweiten Fall wird ein "Suizid"-Genkonstrukt, das einen geeigneten Gewebe-spezifischen Promoter vorgeschaltet hat, durch Applikation eines spezifischen Agens, wie beispielsweise Tetrazyklin oder Ecdyson aktiviert, was zur zeitlich frei bestimmbaren, spezifischen Depletion der Zellen, Geweben oder Organen in dem Empfangerorganismus führt.For this purpose, for example, certain cells, tissues or organs can be removed in the recipient organism, which can be achieved by physical, chemical, immunological, molecular genetic or surgical methods. In addition, animals or fetuses that are homozygous negative at crucial gene locations (screen-out concept) can be bred or kept in stock and used as required. One way of depleting certain cells, tissues or organs in the recipient organism is to use transgenic organisms which contain a construct which is under the control of a stage of development-specific or an inducible promoter. In the first case, when the promoter is activated during the specific development stage, a protein is formed automatically and tissue-specifically, which leads to the death / apoptosis of the corresponding cells, for example the diphtheria toxin. In the second case, a "suicide" gene construct, which has been preceded by a suitable tissue-specific promoter, is activated by application of a specific agent, such as, for example, tetracycline or ecdysone, which leads to the freely definable, specific depletion of the cells, tissues or organs in the Recipient organism leads.
Eine einfache Möglichkeit zur Bereitstellung und Propagation derartiger Organismen stellt deren Klonierung dar, mit der das einmal in den Organismus eingebrachte Konstrukt stabil auf Nachkommen weitergegeben werden kann. Es ist klar, daß dadurch jedwede Zellen, Gewebe bzw. Organe in dem Organismus nach Bedarf in deren Proliferation bzw. Entwicklung beeinflusst werden kann.A simple possibility for the provision and propagation of such organisms is their cloning, with which the construct once introduced into the organism can be passed on stably to offspring. It is clear that any cells, tissues or organs in the organism can be influenced in their proliferation or development as required.
Als Beispiel einer Depletion bestimmter Zellen kann die Entfernung von Zellen/Gewebe angeführt werden, aus denen normalerweise die Milchdrüse entsteht. Bei der Geburt eines Tieres sind relativ wenige dieser Zellen vorhanden. Diese bilden sich erst im Verlaufe der ersten Trächtigkeit und kurz vor der Geburt kommt es zu einer starken Proliferation und zur Bildung der funktioneilen Milchdrüse. Werden daher diese, im frühen Entwicklungsstadium des Empfängerorganismus nur in geringer Anzahl vorhandenen Stammzellen der Mammadrüse in einem tierischen Organismus entfernt und diese entfernten Zellen durch rekombinante (transformierte) Zellen dieses Typs, die eine zusätzliche Expressionskassette zur Synthese eines bestimmten rekombinanten Stoffes von Interesse tragen, ersetzt, so wird erreicht, dass in dem so erhaltenen tierischen Organismus die sich bildende Milchdrüse aus den applizierten transformierten Zellen gebildet wird. Als Folge wird in dem Nutztier auch der rekombinante Stoff in der eingebrachten Mamma- Anlage exprimiert. Die Zeitersparnis bei einem derartigen Vorgehen beträgt ca. 3 Jahre.The removal of cells / tissues from which the mammary gland normally arises can be cited as an example of a depletion of certain cells. When an animal is born, relatively few of these cells are present. These only develop in the course of the first pregnancy and shortly before birth there is a strong proliferation and the formation of the functional mammary gland. If these stem cells of the mammary gland, which are only present in a small number in the early development stage of the recipient organism, are removed in an animal organism and these removed cells are replaced by recombinant (transformed) cells of this type which carry an additional expression cassette for the synthesis of a specific recombinant substance of interest , it is achieved that in the animal organism thus obtained, the mammary gland that forms is formed from the applied transformed cells. As a result, the recombinant substance is also expressed in the introduced mammal system in the farm animal. The time saved with such a procedure is approximately 3 years.
Ein weiteres Beispiel ist die totale oder teilweise Entfernung der Blutstammzellen oder der Stammzellen des immunologischen Systems aus dem Empfängerorganismus durch beispiels- weise Bestrahlung oder andere Verfahren und deren Ersatz durch transformierte Stammzellen, die erfindungsgemäß tranformiert und einem Klonierungsprozeß unterworfen wurden, und die beispielsweise die Expression humanisierter Antikörpern (AK) oder AK-Fragmente (beispielsweise bispezifische AK) oder anderen tierischen oder menschlichen Blutfaktoren ermöglichen. Werden bei den klonierten Stammzellen in-vitro die hnmunglobulingene des Tieres gegen diejenigen des Menschen ausgetauscht und werden diese Zellen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Empfängerorganismus eingebracht, dann bilden diese Empfängerorganismen polyklonale humanidente Antikörper, die für die Therapie von menschlichen Erkrankungen von großem Wert sind.Another example is the total or partial removal of the blood stem cells or the stem cells of the immunological system from the recipient organism by, for example, wise radiation or other methods and their replacement by transformed stem cells, which were transformed according to the invention and subjected to a cloning process and which, for example, enable the expression of humanized antibodies (AK) or AK fragments (for example bispecific AK) or other animal or human blood factors. If the animal's immunoglobulin genes are exchanged for those of humans in vitro with the cloned stem cells and if these cells are introduced into the recipient organism using the method according to the invention, these recipient organisms form polyclonal human-identical antibodies which are of great value for the therapy of human diseases.
Darüber hinaus kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens für Faktoren, die in den Tieren zwar vorhanden sind, für eine wirtschaftlich interessante Gewinnung jedoch in zu geringer Konzentration vorliegen, ein besonders effizientes und unproblematisches Produktionssystem erstellt werden. Ein Beispiel hierfür ist die Expression mehrerer Gene der Heparin- synthese unter sehr starken Promotoren. Da das Heparin natürlicherweise im Organismus vorhanden ist, würden weder gegen die Zellen, die vorzugsweise dem gleichen Genotyp angehören, noch gegen das Produkt irgendwelche immunologischen Reaktionen hervorgerufen werden.In addition, with the aid of the method according to the invention, a particularly efficient and unproblematic production system can be created for factors which are present in the animals but are present in too low a concentration for economically interesting extraction. An example of this is the expression of several genes of heparin synthesis under very strong promoters. Since the heparin is naturally present in the organism, no immunological reactions would be elicited either against the cells, which preferably belong to the same genotype, or against the product.
Die Reklonierung von Zellen kann mindestens dreimal wiederholt werden. Es wurde diesseits gefunden, daß Zellen bis zu 150 Teilungen absolvieren können, d.h. die Zellen aus dem Klonierungsprozeß überleben wesentlich länger als normale Zellen und können deshalb auch nach mehreren Klonierungsvorgängen im Tier mindestens so lange überleben und Gene exprimieren, wie die Lebensspanne des Tieres ist.The recloning of cells can be repeated at least three times. It has been found on this side that cells can complete up to 150 divisions, i.e. the cells from the cloning process survive much longer than normal cells and can therefore survive and express genes at least as long after several cloning processes in the animal and express the life span of the animal.
In analoger Weise und Weiterentwicklung zu den vorstehenden Einsatzgebieten können von einem vorhandenen Tier Zellen gewonnen, und Embryonen, Feten und in vitro kultivierte Zelllinien erstellt werden. Diese Zelllinien werden mit bekannten Methoden genetisch modifiziert. Die Zellen werden dann direkt in der in-vitro-Kultur differenziert oder nach nochmaliger Klonierung aus Feten-Organen isoliert und als "transgene" aber sonst genotypisch herkunfts- gleiche Zellen in den adulten Ausgangsorganismus eingebracht. Da diese sich mit Ausnahme des Transgens immunologisch von diesem nicht unterscheiden, sind die Zellen in der Lage, sich im Tier zu etablieren und werden gemäß der genetischen Transformation beispielsweise rekombinante Stoffe produzieren.In an analogous manner and further development to the above fields of application, cells can be obtained from an existing animal, and embryos, fetuses and cell lines cultivated in vitro can be created. These cell lines are genetically modified using known methods. The cells are then differentiated directly in the in vitro culture or isolated after repeated cloning from fetal organs and introduced into the adult parent organism as "transgenic" but otherwise genotypically originating cells. Since these, with the exception of the transgene, do not differ immunologically from this, the cells are able to Establish animal and will produce, for example, recombinant substances according to the genetic transformation.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung von Zellen, Geweben oder Organen in tierischen Organismen, bei dem in einem ersten Schritt Zellen eines Individuums isoliert werden, die Zellen in einen immun-inkompetent tierischen Organismus eingebracht werden, der tierische Organismus gezüchtet wird, die in dem Organismus gewachsenen, Zellen des Individuums isoliert werden, und die isolierten Zellen in ein Individuum eingebracht werden.According to a further aspect, the invention also relates to a method for producing cells, tissues or organs in animal organisms, in which cells of an individual are isolated in a first step, the cells are introduced into an immune-incompetent animal organism, the animal organism is grown the cells of the individual grown in the organism are isolated, and the isolated cells are introduced into an individual.
Dieses Verfahren eignet sich insbesondere zum Züchten von Zellen, Geweben und Organen, vorzugsweise menschlichen Ursprungs, in tierischen Organismen, da die Zellen in dem tierischen Empfängerorganismus vermehrt werden bzw. auch zu Geweben und Organen wachsen.This method is particularly suitable for culturing cells, tissues and organs, preferably of human origin, in animal organisms, since the cells in the recipient animal organism are replicated or also grow into tissues and organs.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Zellen des Ausgangsindividuums, bzw. die daraus gewachsenen Gewebe oder Organe wieder in das gleiche Individuum zurückgebracht, aus dem sie entnommen wurden, wobei Gewebe bzw. Organe zur Verfügung gestellt werden können, die bei einer Rückführung (Transplantation) in das Individuum nicht abgestoßen werden.According to a preferred embodiment, the cells of the starting individual, or the tissues or organs grown therefrom, are returned to the same individual from which they were removed, whereby tissues or organs can be made available which are used in a return (transplantation) the individual cannot be repelled.
Als immun-inkompetenter tierischer Organismus wird jedes Tier, bzw. Fetus bzw. tierischer Embryo/Zellaggregat verstanden, das die von dem Ausgangsindividuum abgeleiteten Zellen nicht abstößt. Dazu eignen sich neben immun-defizient gemachten tierischen Organismen insbesondere Organismen, die sich in einer derart frühen Entwicklungsstufe befinden, während der das sich entwickelnde Immunsystem noch nicht gelernt hat zwischen eigen und fremd zu unterscheiden. Werden daher Zellen des Ausgangsindividuums in einen derartigen Empfängerorganismus eingebracht, dann werden diese Zellen nicht abgestoßen sondern im wesentlichen als eigen erkannt und entsprechend weiterentwickelt.Any animal or fetus or animal embryo / cell aggregate that does not reject the cells derived from the starting individual is understood as an immune-incompetent animal organism. In addition to animal organisms made immune deficient, organisms that are at such an early stage of development are suitable for this, during which the developing immune system has not yet learned to distinguish between its own and a foreign one. If cells of the starting individual are therefore introduced into such a recipient organism, then these cells are not rejected but essentially recognized as being their own and further developed accordingly.
Als tierischer Empfangerorganismus eignen sich daher vorzugsweise tierische Organismen, die durch Klonierung erhalten wurden. So ist es möglich mehrere Feten bzw. Embryos oderAnimal organisms obtained by cloning are therefore preferably suitable as the recipient animal organism. So it is possible to have multiple fetuses or embryos
Zellaggregate auf Vorrat zu halten und nach Bedarf mit den Zellen des Ausgangsindividuums zu behandeln. Die Feten/Embryos/Zellaggregate werden anschließend bis zu einem Stadium wachsen gelassen, in dem sie die gewünschte Wirkung erbracht haben, beispielsweise bis zur Entwicklung des reifen Organs oder Gewebes oder auch bis zur Entwicklung einer ausreichenden Menge an Zellen des Ausgangsindividuums. Dieses Gewebe/Organ bzw. diese Zellen werden anschließend gewonnen, beispielsweise indem dem Tier das Organ entnommen wird, und in das Ausgangsindividuums überführt. Je nach Entfernung eines bestimmten Organs wird dies natürlich die Tötung des Tiers beinhalten.To keep cell aggregates in stock and to treat them with the cells of the starting individual as required. The fetuses / embryos / cell aggregates are then up to one stage grown in which they have produced the desired effect, for example until the development of the mature organ or tissue or also until the development of a sufficient amount of cells of the starting individual. This tissue / organ or these cells are then obtained, for example by removing the organ from the animal, and transferring it to the starting individual. Depending on the distance of a particular organ, this will of course involve killing the animal.
Die Zellen des Ausgangsindividuums können in einen herkömmlichen Empfängerorganismus eingebracht werden. In diesem Fall ist zu erwarten, daß das Tier die Zellen/das Gewebe/das Organ chimär mit seinen eigenen Zellen/Gewebe/Organ ausbildet. Um sicherzustellen, daß in das Ausgangsindividuum nur seine "eigenen" Zellen zurückgeführt werden kann das entsprechende Gewebe/Organ/die Zellen insgesamt isoliert und die tierischen Zellen abgetrennt werden, was beispielsweise mittels Markierung unter Verwendung von gegen die tierischen Zellen gerichteter Antikörper sowie Auftrennung mittels FACS (Fluorescence Activated Cell Sorting) erreicht werden kann.The cells of the starting individual can be introduced into a conventional recipient organism. In this case, the animal is expected to chimerize the cells / tissue / organ with its own cells / tissue / organ. In order to ensure that only its "own" cells can be returned to the starting individual, the corresponding tissue / organ / the cells as a whole can be isolated and the animal cells separated, for example by means of labeling using antibodies directed against the animal cells and separation by means of FACS (Fluorescence Activated Cell Sorting) can be achieved.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden jedoch die betreffenden Zellen/Gewebe/Organe aus dem Empfängerorganismus vorab entfernt, was wie vorstehend beschrieben erfolgen kann.According to a preferred embodiment, however, the cells / tissues / organs in question are removed from the recipient organism beforehand, which can be done as described above.
So werden beispielsweise bei einem fetalen Empfangerorganismus, bei dem die Organanlage entfernt wurde, die entsprechenden organspezifischen Stammzellen des Ausgangsindividuums, wie beispielsweise adulte humane Stammzellen, die direkt aus dem betroffenen Organ gewonnen werden, in den Fetus eingebracht und werden dann im Fetus die deputierten Zellen ersetzen und das entsprechende Organ bilden. Dadurch entsteht ein chimärer Organismus, der ein Xenoorgan enthält, das zur Transplantation geeignet ist. Das betreffende Organ stellt im tierischen Organismus ein Xenoorgan dar, das jedoch wegen der fehlenden Immunkompetenz des Fetus nicht abgestossen wird. Nach erfolgter Transplantation auf das Ausgangsindividuum, beispielsweise einen menschlichen Patienten, wird, wenn menschliche Stammzellen verwendet wurden, kein xeno genes sondern ein allo genes Transplantat vorliegen, oder ggf. sogar ein autologes Transplantat, wenn das Organ aus adulten Stammzellen eben dieses Individuums/Patienten entstanden ist, was bei bestimmten Organen und Krankheiten trotz des Zeitbedarfs von etwa einem Jahr möglich ist (z.B. Niere oder Leber).For example, in the case of a fetal recipient organism in which the organ system has been removed, the corresponding organ-specific stem cells of the starting individual, such as adult human stem cells which are obtained directly from the affected organ, are introduced into the fetus and will then replace the deputated cells in the fetus and form the appropriate organ. This creates a chimeric organism that contains a xenoorgan that is suitable for transplantation. The organ in question represents a xenoorgan in the animal organism, which, however, is not rejected due to the lack of immune competence of the fetus. After the transplantation to the original individual, for example a human patient, if an human stem cell has been used, there will be an xenogenous graft instead of an allogeneic one, or possibly even an autologous graft if the organ consists of adult stem cells from this individual / patient emerged, which is possible with certain organs and diseases despite the time requirement of about one year (e.g. kidney or liver).
Die Nutzung des vorliegenden Verfahrens erlaubt somit die Generierung von Zellen, Geweben bzw. Organen innerhalb einer kurzen Zeitspanne, so daß sogar bestimmte Patienten selbst schnell mit Organen mit einem im wesentlichen oder absolut gleichen MHC-Typ versorgt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren löst daher die gegenwärtig bestehenden Probleme der Knappheit an verfügbaren Organen/Geweben für die Transplantation.The use of the present method thus allows the generation of cells, tissues or organs within a short period of time, so that even certain patients themselves can be quickly supplied with organs with an essentially or absolutely identical MHC type. The method according to the invention therefore solves the currently existing problems of the scarcity of available organs / tissues for the transplantation.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne sie einzuschränken. In den Beispielen wird die Gewinnung von bispezifischen Antikörpern aus dem Serum von nicht transgenen Klonkälbern mit transgenen Blutstammzellen beschrieben. Zur Generierung von Kälbern mit transgenen Knochenmarkszellen werden folgende Schritte durchgeführt, wobei für die Details auf die PCT/EP98/00230 bzw. PCT/EP98/0029 verwiesen wird, die hier unter Bezugnahme mit aufge- nommen werden.The following examples illustrate the invention without restricting it. The examples describe the production of bispecific antibodies from the serum of non-transgenic clone calves with transgenic blood stem cells. The following steps are carried out for the generation of calves with transgenic bone marrow cells, reference being made to PCT / EP98 / 00230 or PCT / EP98 / 0029 for the details, which are incorporated here by reference.
1. Gewinnung und genetische Transformation von primären bovinen fetalen Fibroblasten1. Extraction and genetic transformation of primary bovine fetal fibroblasts
2. Klonierung durch Nukleustransfer und Transfer transgener Embryonen auf Empfängertiere2. Cloning by nucleus transfer and transfer of transgenic embryos to recipient animals
3. Gewinnung der Feten und Isolation transgener Knochenmarkstammzellen aus der fetalen Leber3. Obtaining the fetuses and isolating transgenic bone marrow stem cells from the fetal liver
4. Transfusion dieser transgenen Zellen in vorhandenen Klonkälber des gleichen chromosomalen Genotyps4. Transfusion of these transgenic cells into existing clone calves of the same chromosomal genotype
5. Gewinnung von Serum durch Blutentnahme5. Collection of serum by taking blood
6. Lyse von Tumorzellen mittels bispezifischer Antikörper6. Lysis of tumor cells using bispecific antibodies
Beispiel 1example 1
1. Gewinnung/genetische Transformation von primären bovinen fetalen Fibroblasten (BOFFs) a) Untersuchung der Sensivität von bovinen fetalen Fibroblasten (BOFFs) gegenüber verschie denen Antibiotika (Selektionsmarker)1. Obtaining / genetic transformation of primary bovine fetal fibroblasts (BOFFs) a) Investigation of the sensitivity of bovine fetal fibroblasts (BOFFs) to various antibiotics (selection markers)
BOFFs wurden semikonfluent ausplattiert und die Sensitivität gegenüber Neomycin (G418), Hygromycin und Puromycin in bezug auf Konzentration und Wirkung/Zeit untersucht. Verschie- dene Präparationen von BOFFs zeigten in Bezug auf die notwendigen Antibiotikakonzentrationen deutliche Unterschiede (bis 2-100x), um die LDι00 zu erreichen. Die Zeit/Wirkungsfenster zwischen und innerhalb der Präparationen waren teilweise stark verschoben. Die besten Ergebnisse wurden mit Puromycin in einer Konzentration von 1,5 μg/ml erzielt (3 - 5 fache Konzentra- tion gegenüber Selektion von stabilen humanen oder murinen Fibroblastenzelllinien).BOFFs were plated semi-confluently and the sensitivity to neomycin (G418), hygromycin and puromycin was examined in terms of concentration and effect / time. different Preparations from BOFFs showed clear differences (up to 2-100x) in relation to the necessary antibiotic concentrations in order to achieve the LDι 00 . The time / effect windows between and within the preparations were sometimes greatly shifted. The best results were achieved with puromycin at a concentration of 1.5 μg / ml (3-5 times the concentration compared to the selection of stable human or murine fibroblast cell lines).
Verschiedene Transfektionsmethoden, die üblicherweise zur Transfektion von etabliertenDifferent transfection methods that are commonly used to transfect established
Zelllinien verwendet werden, wurden auf ihre Effizienz (Antibiotika-resistente Klone/Trans- fektionsansatz) bei BOFFs getestet. Getestet wurden:Cell lines used were tested for their efficiency (antibiotic-resistant clones / transfection approach) in BOFFs. The following were tested:
DOSPER (Röche, Lipofectin, polycationische Lipide);DOSPER (Röche, Lipofectin, polycationic lipids);
LIPOFECTAMINETM (GBCOBRL Life Technologies, Lipofection, polycationische Lipide);LIPOFECTAMINETM (GBCOBRL Life Technologies, Lipofection, polycationic lipids);
CLONfectinTM (Clontech, Lipofection, cationische und amophile Lipide);CLONfectinTM (Clontech, Lipofection, cationic and amophilic lipids);
TransFastTM (Promega, Lipofection, cationische und amphophile Lipide); Ca3(PO4)2-DNA-Präzipitation.TransFastTM (Promega, Lipofection, cationic and amphophilic lipids); Ca 3 (PO 4 ) 2 DNA precipitation.
Die besten Ergebnisse wurden mit Lipofectin mittels TransFastTM und Transfektion von Ca3(PO4)2-DNA-Präzipitaten in Anwesenheit von 12% DMSO erzielt.The best results were achieved with Lipofectin using TransFastTM and transfection of Ca 3 (PO 4 ) 2 DNA precipitates in the presence of 12% DMSO.
n Gegensatz zu etablierten Fibroblasten-Linien, die ohne Probleme in starker Verdünnung selektiert werden können, so dass Antibiotika-resistente Klone entstehen, können BOFFs nicht unter einer bestimmten kritischen Dichte plattiert werden. Bei der Selektion auf Einzelzell-Klone bzw. bei dem Wachstum aus extremer Verdünnung, um Einzelzell-Klone zu isolieren, sterben BOFFs entweder ab, oder durchlaufen eine oder mehrere Krisen, die zu Veränderungen der Moφhologie und/oder des Prohferationsverhaltens führen. Die Plattierungsdichte der BOFFs wurde daher derart gewählt, dass ein optimales Wachstum gewährleistet war. Daraus resultiert jedoch, dass die Antibiotika-resistenten Zellen eine Population darstellen und nicht klonalen Ursprungs sind. Durch anschließende Vereinzelung und Subklonierung werden transgene klonale Zelllinien generiert b) Transfektion mit ScFv und pJWόpuro in BOFFsn In contrast to established fibroblast lines, which can be selected without problems in high dilution, so that antibiotic-resistant clones are formed, BOFFs cannot be plated below a certain critical density. When selecting for single cell clones or growing from extreme dilution to isolate single cell clones, BOFFs either die or go through one or more crises, which lead to changes in morphology and / or prophylactic behavior. The plating density of the BOFFs was therefore chosen in such a way that optimal growth was ensured. However, this means that the antibiotic-resistant cells represent a population and are not of clonal origin. Subsequent isolation and subcloning generate transgenic clonal cell lines b) Transfection with ScFv and pJWόpuro in BOFFs
Verwendete Plasmide:Plasmids used:
MAR::ScFv: die MAR Sequenzen (chicken lysozyme gene matrix attachment regions; Castilla et al., Nat. Biotechnol. 16 (1998), 349) wurden mit ScFv in BlueScript (Stratagene) kloniert. p77 (Brem et al., Theriogenology 43 (1995), 175) in ρUC18 (Norrander et al., Gene 26 (1983), 101).MAR :: ScFv: the MAR sequences (chicken lysozyme gene matrix attachment regions; Castilla et al., Nat. Biotechnol. 16 (1998), 349) were cloned with ScFv in BlueScript (Stratagene). p77 (Brem et al., Theriogenology 43 (1995), 175) in ρUC18 (Norrander et al., Gene 26 (1983), 101).
pJWόpuro (Morgenstern & Land, Nucleic Acids Res. 18, 1068) p77 und MAR:: ScFv wurden linearisiert, um eine funktionelle Integration der Konstrukte zu garantieren. Aufgrund der zur Verfügung stehenden Restriktionsenzymschnittstellen konnten dabei die Vektorsequenzen nicht von den Genkonstruktsequenzen getrennt werden. pJWόpuro wurde zirkulär/supercoiled transfiziert. Die verwendeten DNA-Mengen bzw. das Mischungsverhältnis ScFv : Selektions- marker betrug 8:1 (2,5 μg p77 + 2,5 μgMAR::ScFv + 0,6μgpJW6puro = 5,6 μg Gesamt-DNA) bzw. 3:1 (0,7 μg p77 + 0,9 μgMAR::ScFv + 0,6μg pJWόpuro = 2,2 μg Gesamt-DNA).pJWόpuro (Morgenstern & Land, Nucleic Acids Res. 18, 1068) p77 and MAR :: ScFv were linearized to guarantee a functional integration of the constructs. Due to the restriction enzyme interfaces available, the vector sequences could not be separated from the gene construct sequences. pJWόpuro was transfected circularly / supercoiled. The amounts of DNA used or the mixing ratio ScFv: selection marker was 8: 1 (2.5 μg p77 + 2.5 μgMAR :: ScFv + 0.6 μgpJW6puro = 5.6 μg total DNA) or 3: 1 (0.7 μg p77 + 0.9 μgMAR :: ScFv + 0.6 μg pJWόpuro = 2.2 μg total DNA).
Dabei wurden BOFF #32330201 pl Zellen verwendet, aus denen mehr als ein Jahr vor der Transefektion bereits durch Klonierung Embryonen und nach Transfer auch Klonkälber (10 Kälber geboren) erstellt wurden. Nach der Trypsinbehandlung wurde die Zellsuspension in 10 mm Kulturschalen überführt und mit Dulbecco's modifiziertem Eagle's Medium (Gibco, Grand Island, NY), ergänzt mit 10% fetalem Kälberserum (Biochrom, Berlin), 2mM L-Glutamin, 10-4 mM 2-Mercaptoethanol, 2 mM nicht-essentielle Aminosäuren (Sigma, St. Louis, MO), 100 IU/ml Penicillin und lOOμg/ml Streptomycin, kultiviert. Die Zellen werden bei 37°C, in 5% CO2 in Luft kultiviert, bis der Zellrasen subkonfluent war (2 bis 3 Tage) worauf ein Teil dieser "Passage 0" eingefroren (10% Dimethylsulfoxid, Sigma) und in flüssigem Stickstoff gelagert wurde.BOFF # 32330201 pl cells were used, from which embryos had already been created more than a year before the transefection by cloning and after transfer also clone calves (10 calves born). After the trypsin treatment, the cell suspension was transferred to 10 mm culture dishes and with Dulbecco's modified Eagle's Medium (Gibco, Grand Island, NY), supplemented with 10% fetal calf serum (Biochrom, Berlin), 2mM L-glutamine, 10-4mM 2-mercaptoethanol , 2 mM non-essential amino acids (Sigma, St. Louis, MO), 100 IU / ml penicillin and 100 μg / ml streptomycin. The cells are cultured at 37 ° C in 5% CO 2 in air until the cell lawn is subconfluent (2 to 3 days) after which part of this "passage 0" is frozen (10% dimethyl sulfoxide, Sigma) and stored in liquid nitrogen ,
Transfektionsansätze: BOFFs wurden vor der Transfektion sub-semi-konfluent (ca 5x10 - 10 Zellen) in 6-well Kultlirschalen (0 35 mm) plattiert (MEM, 15% FCS, lx Glutamin/Penicillin/Streptamycin). Die Transfektion erfolgte nach dem Absetzen und der Ausprägung der Fibroblasten-Moφhologie der Zellen. Pro 0 35 mm-Schale wurde ein Trans- fektionsexperiment durchgeführt. Transfast® Lipofection: Verhältnis DNA : Liposom = 1 : 2, Inkubationszeit 1,5 Std.Transfection approaches: Before the transfection, BOFFs were sub-semi-confluent (approx. 5x10 - 10 cells) in 6-well culture dishes (0 35 mm) (MEM, 15% FCS, 1 x glutamine / penicillin / streptamycin). The transfection took place after the weaning and the expression of the fibroblast morphology of the cells. A transfection experiment was carried out for each 0 35 mm dish. Transfast® Lipofection: ratio DNA: liposome = 1: 2, Incubation time 1.5 hours
Ca3(PO4)2-DNA-Präzipitat Transfektion:Ca 3 (PO 4 ) 2 DNA precipitate transfection:
Nach einer Inkubationszeit von 4 Std. wurde die Transfektionseffizienz durch Zugabe von 12% DMSO für 2 min erhöht (Müller et al., EMBO J. 12 (1993), 4221).After an incubation period of 4 hours, the transfection efficiency was increased by adding 12% DMSO for 2 min (Müller et al., EMBO J. 12 (1993), 4221).
Selektion, Erstellung und Analyse von Transfektanten-Pools:Selection, creation and analysis of transfectant pools:
Das Selektionsmedium wurde 24 Std. nach der Transfektion zugegeben. Nach 2 Tagen Selektion in 6-well Kulturschalen wurden die Zellen eines 0 35 mm-wells 1 : 150 auf eine 24-well Schale aufgeteilt (Konzentration 2-8 x 102 Zellen/Schale). Die Selektion wurde fortgesetzt bis die Schale subkonfluent mit puro®-BOFFs bewachsen war (4-9 Tage). Die Pools wurden expandiert, kryo-konserviert und auf erfolgreiche Tranfektion mit p77 und MAR::ScFv mittels PCR getestet.The selection medium was added 24 hours after the transfection. After 2 days of selection in 6-well culture dishes, the cells of a 0 35 mm well were divided 1: 150 into a 24-well dish (concentration 2-8 x 10 2 cells / dish). The selection was continued until the shell was subconfluently covered with puro®-BOFFs (4-9 days). The pools were expanded, cryopreserved and tested for successful transfection with p77 and MAR :: ScFv using PCR.
Screening nach ScFv Transfektanten: Primer 377L2/f 5'-CAGGTGTCCTCTCTGACATCG-3', und 377R2 S'CGCAGAGTCCACAGAGG-S'Screening for ScFv transfectants: primer 377L2 / f 5'-CAGGTGTCCTCTCTGACATCG-3 ', and 377R2 S'CGCAGAGTCCACAGAGG-S'
(Annealing Temperatur, 66°C; 1 kb Amplifikat).(Annealing temperature, 66 ° C; 1 kb amplificate).
Screening nach p77 Transfektanten: Primer: 246 5'-GAAGACCCCATTTTGTCCCAAG-3', undScreening for p77 transfectants: primers: 246 5'-GAAGACCCCATTTTGTCCCAAG-3 ', and
251 5'-GTCCCGAGGTAGATCTTCCC-3' (Annealing Temperatur, 62°C; 2,5 kb Amplifikat) bzw. Primer 248 5'-GATGCTTCTCTATTCCTCTG-3', und251 5'-GTCCCGAGGTAGATCTTCCC-3 '(annealing temperature, 62 ° C; 2.5 kb amplificate) or primer 248 5'-GATGCTTCTCTATTCCTCTG-3', and
251 5'-GTCCCGAGGTAGATCTTCCC-3* (Annealing Temperatur, 60°C; 1,2 kb Amplifikat)251 5'-GTCCCGAGGTAGATCTTCCC-3 * (annealing temperature, 60 ° C; 1.2 kb amplificate)
PCR Ergebnisse:PCR results:
Transfast® Lipofection: bei beiden getesteten DNA- Verhältnissen keine p77/MAR::ScFv positiven Pools. Ca3(PO4)2-DNA-Präzipitat Transfektion: DNA-of-Interest : Selektionsmarker = 3:1: keine p77/MAR::ScFv positiven Pools. Ca3(PO4)2-DNA-Präzipitat Transfektion: DNA-of-Interest : Selektionsmarker = 8:1 (Pool 3): 6 von 24 Pools positiv für p77 und MAR::ScFv Bezeichnung der positiven Klone/Pools: A3, B2, B3, C2, C3, C6 (stärkstes Signal)Transfast® Lipofection: no p77 / MAR :: ScFv positive pools in both DNA ratios tested. Ca 3 (PO4) 2 DNA precipitate transfection: DNA-of-interest: selection marker = 3: 1: no p77 / MAR :: ScFv positive pools. Ca 3 (PO 4 ) 2 DNA precipitate transfection: DNA of interest: selection marker = 8: 1 (pool 3): 6 of 24 pools positive for p77 and MAR :: ScFv Name of the positive clones / pools: A3, B2, B3, C2, C3, C6 (strongest signal)
Beispiel 2 Die Tiere wurden gemäß dem in der PCT/EP98/00229 beschrieben Verfahren kloniert und die transgenen Embryonen auf die Empfängertiere tansferiert.Example 2 The animals were cloned according to the procedure described in PCT / EP98 / 00229 and the transgenic embryos were transferred to the recipient animals.
Beispiel 3Example 3
Gewinnung der Feten und Isolation transgener Knochenmarkstammzellen aus der fetalen LeberExtraction of fetuses and isolation of transgenic bone marrow stem cells from the fetal liver
Transgene Rinderfeten werden im zweiten Trimester der Gravidität gewonnen. In dieser Zeit, der hepato-linealen Periode der Fetalentwicklung, ist die Leber der Hauptort der Blutbildung und derTransgenic cattle fetuses are obtained in the second trimester of pregnancy. During this period, the hepato-linear period of fetal development, the liver is the main site of blood formation and the
Sitz der Stammzellen aller Blutzellen, der Hämozytoblasten. Aus diesen Hämozytoblasten entwickeln sich nach Einwanderung in die Markhöhle der Knochen im Rahmen der Lymphocyto- poese auch die B-Lymphozyten. Die fetale Leber wird aseptisch gewonnen und in RPMI Medium mit 4 μg Gentamycinsulfat und 200 IU/ml Heparin als Antikoagulans aufgenommen. EineSeat of the stem cells of all blood cells, the hemocytoblasts. After immigration into the bone marrow cavity, the B lymphocytes also develop from these hemocytoblasts. The fetal liver is obtained aseptically and taken up in RPMI medium with 4 μg gentamycin sulfate and 200 IU / ml heparin as an anticoagulant. A
Separation in Einzelzellen erfolgt unter streng sterilen Kautelen.Separation into individual cells is carried out under strictly sterile conditions.
Beispiel 4 Transfusion der transgenen Zellen in Klonkälber des gleichen chromosomalen GenotypsExample 4 Transfusion of the transgenic cells into clone calves of the same chromosomal genotype
Die Transplantation der fetalen Blutbildungszellen erfolgt in einer Suspension in physiologischer Kochsalzlösung oder Medium durch intravenöse Infusion mittels Katheter (14 Gauge, 1.7mm x 64 mm, Teruno Co. Ltd).The transplantation of the fetal blood cells takes place in a suspension in physiological saline or medium by intravenous infusion using a catheter (14 gauge, 1.7mm x 64mm, Teruno Co. Ltd).
Beispiel 5Example 5
Gewinnung und Reinigung von Serum durch BlutentnahmeCollection and purification of serum by taking blood
In regelmässigen Abständen nach Transfusion der transgenen Blutbildungszellen wird durch Punktion der Vena jugularis Blut gewonnen. Durch Zentrifugation des Blutes (lOOOxg, 30 min.) wird das Serum von den Blutzellen getrennt. Das Serum wird mit Natriumazid (Endkonzentration 0,02%) versetzt und durch Celluloseacetatfilter (0,22 μm) filtriert. Der Überstand wird mit 1 M NaOH auf pH 7,2 eingestellt. Zur bi-scFv-Molekülaufreinigung wird der Kulturüberstand über eine mit 0,1M Natriumposphatpuffer equilibrierte Protein L-Agarose Säule (# 20520 Pierce, Rockford II, USA) gegeben (Protein L bindet humanes IgG insbesondere auch Single chain variable elements (ScFv) aber nicht bovines IgGl und IgG2). Das Säulen-Bett wird nach dem Auftrag des Kulturüberstandes mit 0,1 M Phosphatpuffer gewaschen. Die gebundenen Proteine werden durch einen 0,1 M Glycin-Puffer stufenweise bei pH- Werten von 3,0 und 2,0 eluiert. Das aufgefangene Eluat wird über Nacht gegen PBS dialysiert, 0,22 μm sterilfiltriert und bei 4°C gelagert.Blood is obtained by puncturing the jugular vein at regular intervals after transfusion of the transgenic blood cells. The serum is separated from the blood cells by centrifugation of the blood (100 g, 30 min.). The serum is mixed with sodium azide (final concentration 0.02%) and filtered through cellulose acetate filters (0.22 μm). The supernatant is adjusted to pH 7.2 with 1 M NaOH. For bi-scFv molecular purification, the Culture supernatant was added to a protein L-agarose column (# 20520 Pierce, Rockford II, USA) equilibrated with 0.1M sodium phosphate buffer (protein L binds human IgG in particular also single chain variable elements (ScFv) but not bovine IgGl and IgG2). After the culture supernatant has been applied, the column bed is washed with 0.1 M phosphate buffer. The bound proteins are eluted step by step through a 0.1 M glycine buffer at pH values of 3.0 and 2.0. The eluate collected is dialyzed overnight against PBS, filtered 0.22 μm sterile and stored at 4 ° C.
Beispiel 6 Lyse von Tumorzellen mittels bispezifischer AntiköφerExample 6 Lysis of Tumor Cells Using Bispecific Antibodies
Die biologische Aktivität der bispezifischen Antiköφer wird im Zytotoxizitätstest mit 5000 SK- Mel63 oder M21 Tumozellen getestet. Diese beiden Melanom-Zellinien sind für das Target Antigen HMWG (high molecular weight glycoprotein), welches durch den monoklonalen Antiköφer (nur scFv- Anteil) 9.2.27 erkannt wird, stark positiv. Periphere Blut-Lymphozyten (PBLs frisch von gesundem humanem Spender gewonnen und durch Ficoll-Gradient isoliert) werden im Verhältnis 10:1 zu den Targetzellen zugegeben. Dann erfolgt eine Zugabe von 150 μg/ml chemisch konjugierten bs-F(ab')2 der Spezifität 9.2.27 x CD3 (Melanom x T-Lymphozyt in alle Zellkulturschalen zur panklonalen Stimulation aller T-Lymphozyten, zeigt bei dieser Konzentration allein keine mitogene Eigenschaft). Anschliessend werden die aus dem Serum gereinigten rekombinanten bi-scFv-Moleküle direkt zugegeben. Das Gesamtvolumen des Versuchsansatzes pro Zellkulturschale in der Mikrotiteφlatte ist 150 μl. Die Inkubation der Platte erfolgt für 5 Tage im Brutschrank bei 37°C/5% CO2. Die nicht adhärenten Blut-Lymphozyten werden durch mehrfaches Waschen mit PBS entfernt, so dass nur noch die restlichen adhärenten Tumorzellen in den Zellkulturschalen verbleiben (visuelle Kontrolle), hl die Zellkulturschalen werden 100 μl frischen Medium und 10 μl des Cell Proliferation Reagent Farbstoffes WST (Boehringer Mannheim, Cat. No. 1644 807) zugegeben. Anschließend erfolgt eine erneute Inkubation (37°C/5% CO2) im Brutschrank für 1 bis 4 Stunden und dann eine Auswertung per ELISA-Reader (480 nm). Die visuelle Auswertung und die niedrige optische Dichte zeigen ein Tumorzell-Killing von 100%. Damit ist gezeigt, dass rekombinante bispezifische Antiköφer, die in transgenen Blutzellen produziert werden, hocheffizient sind. The biological activity of the bispecific antibodies is tested in the cytotoxicity test with 5000 SK-Mel63 or M21 tumor cells. These two melanoma cell lines are very positive for the target antigen HMWG (high molecular weight glycoprotein), which is recognized by the monoclonal antibody (only scFv portion) 9.2.27. Peripheral blood lymphocytes (PBLs freshly obtained from healthy human donor and isolated by Ficoll gradient) are added in a ratio of 10: 1 to the target cells. Then 150 μg / ml of chemically conjugated bs-F (ab ') 2 with the specificity 9.2.27 x CD3 (melanoma x T-lymphocyte) is added to all cell culture dishes for panclonal stimulation of all T-lymphocytes, shows no mitogens at this concentration alone Property). The recombinant bi-scFv molecules purified from the serum are then added directly. The total volume of the test batch per cell culture dish in the microtiter plate is 150 μl. The plate is incubated for 5 days in an incubator at 37 ° C / 5% CO 2 . The non-adherent blood lymphocytes are removed by washing them several times with PBS, so that only the remaining adherent tumor cells remain in the cell culture dishes (visual control), the cell culture dishes become 100 μl fresh medium and 10 μl of the Cell Proliferation Reagent dye WST (Boehringer Mannheim, Cat. No. 1644 807) was added. This is followed by another incubation (37 ° C / 5% CO 2 ) in the incubator for 1 to 4 hours and then an evaluation using an ELISA reader (480 nm). The visual evaluation and the low optical density show a tumor cell killing of 100%. This shows that recombinant bispecific antibodies that are produced in transgenic blood cells are highly efficient.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur rekombinanten Herstellung von Stoffen, bei dem a) Zellen mit einer den Stoff codierenden Nukleotid-Sequenz transformiert werden, b) die transformierten Zellen einem Klonierungsprozess unterworfen werden, und c) die in Schritt b) erhaltenen Zellen in einen Empfängerorganismus eingebracht werden.1. A process for the recombinant production of substances, in which a) cells with a nucleotide sequence coding for the substance are transformed, b) the transformed cells are subjected to a cloning process, and c) the cells obtained in step b) are introduced into a recipient organism ,
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die in Schritt a) zu transformierenden Zellen vor der Transformation einem Klonierungsprozess unterworfen werden.2. The method according to claim 1, wherein the cells to be transformed in step a) are subjected to a cloning process before the transformation.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die in Schritt a) zu transformierenden Zellen aus einem vorhandenen Zellklon oder einem vorhandenen Organismus isoliert werden.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the cells to be transformed in step a) are isolated from an existing cell clone or an existing organism.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Empfängerorganismus ein Tier, ein Fetus, ein Embryonen bzw. Zellaggregat ist.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the recipient organism is an animal, a fetus, an embryo or cell aggregate.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Empfängerklon be- stimmte Zelltypen entfernt werden und diese durch rekombinante Zellen des gleichen5. The method according to any one of the preceding claims, in which certain cell types are removed in the recipient clone and these by recombinant cells of the same
Typs ersetzt werden.Type to be replaced.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Empfängerorganismus den gleichen Genotyp aufweist, wie die zu transformierenden Zellen.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the recipient organism has the same genotype as the cells to be transformed.
7. Verwendung von transgenen Tieren, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von rekombinanten Stoffen. 7. Use of transgenic animals, produced according to one of claims 1 to 6 for the production of recombinant substances.
8. Verfahren zur Herstellung von Zellen, Geweben oder Organen in tierischen Organismen, bei dem a) Zellen aus einem Individuum isoliert werden, b) die Zellen in einen immun-inkompetent tierischen Organismus eingebracht werden, c) der Organismus gezüchtet wird, d) die in dem Organismus gewachsenen, Zellen des Individuums isoliert werden, und e) die isolierten Zellen in ein Individuum eingebracht werden.8. A process for the production of cells, tissues or organs in animal organisms, in which a) cells are isolated from an individual, b) the cells are introduced into an immune-incompetent animal organism, c) the organism is cultivated, d) the cells of the individual grown in the organism are isolated, and e) the isolated cells are introduced into an individual.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Zellen zu Geweben und/oder Organen wachsen und die gewachsenen Gewebe/Organe in das Individuum eingebracht werden.9. The method of claim 8, wherein the cells grow into tissues and / or organs and the grown tissues / organs are introduced into the individual.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die Zellen von dem Individuum abgeleitet sind, in das sie zurückgebracht werden.10. The method according to any one of claims 8 or 9, wherein the cells are derived from the individual to whom they are returned.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem der tierische Organismus durch Klonierung erhalten wurde.11. The method according to any one of claims 6 to 8, wherein the animal organism was obtained by cloning.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, bei dem in dem tierischen Organismus endogene Zellen eines bestimmten Typs entfernt wurden.12. The method according to any one of claims 8 to 9, in which endogenous cells of a certain type have been removed in the animal organism.
13. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 12 zur Herstellung von Transplantaten.13. Use of the method according to one of claims 8 to 12 for the production of grafts.
14. Verwendung nach Anspruch 13, wobei menschliche Transplantate, insbesondere autologe menschliche Transplantate hergestellt werden. 14. Use according to claim 13, wherein human grafts, in particular autologous human grafts are produced.
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