JP2005525914A - デリバリー系における細胞沈殿の妨害のための細胞デリバリー流体 - Google Patents
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Abstract
Description
発明は、医療用装置に関連する細胞デリバリーキャリアー媒質、及び組織の成長を生じさせるために細胞デリバリーする方法に関する。
発明の背景
以前、組織の新規な成長をもたらすために哺乳類の体内の位置へ細胞をデリバリーすることに興味があった。この技術は、移植された細胞からの新規な組織の成長を促進するためにデザインされ、しばしば細胞を受取る同じ哺乳類に由来し、そして移植の領域内で新規な組織を生成するようにデザインされる。様々な種類の組織を移植して良く、例えば、骨、軟骨、筋肉及び他の種類を含む。
発明の簡単な概要
発明は、デザインされた部位への細胞の意図されたデリバリーの間の細胞沈殿(settling)の問題の認識を含み、即ち意図された濃度の細胞がデリバリーされることを妨害する。この問題を克服する方法、及び続くデリバリーの不正確さは、細胞沈殿を防ぐ、哺乳類への移植のための細胞キャリアー流体懸濁液を製造する方法を提供することである。上記の方法は、哺乳類への移植のために細胞の種類を選択し、そして細胞の種類の特定の重量を同定することを含む。次に、特定の重量の範囲内で特定の重量を有するキャリアー流体が選択される。これにより、細胞が浮遊又は沈殿する傾向がないように、しかし懸濁液中でとどまることにより哺乳類において一つ又は複数のデリバリーの行き先において受容可能な率の細胞のデリバリーを可能にさせるように、選択された細胞種による特定重量の適切な適合が可能になる。デリバリーの行き先において受容可能な生存率の細胞を補償するように、同定された流体が適切な浸透圧及びpHを有することを補償することがさらに望まれる。キャリアー流体及び細胞を適当な流体懸濁液中へ混合させることにより、経皮又は外科手術により、特定の部位への意図された量の特定の細胞の、より正確且つ堅実なデリバリーを達成することが可能である。
発明の詳細な説明
発明は、哺乳類内部の標的とされたデリバリー部位への、懸濁液中の細胞の正確且つ予測可能なデリバリーのための新規な方法及び組成物を提供する。当該方法及び組成物は、標的の位置において新規な組織を成長させるための、より正確且つ精密な量の細胞及び懸濁流体のデリバリーを意図する。そのような細胞は、成熟した筋原性細胞(例えば、骨格筋細胞、心筋細胞、プルキニエ細胞、繊維芽細胞)、前駆(progenitor)筋原性細胞(例えば、筋原細胞(myoblast))、成熟非筋原性細胞(例えば、内皮及び上皮細胞)、造血細胞(単球、マクロファージ、繊維芽細胞、アルファ島細胞、ベータ島細胞、臍帯血細胞、赤血球、血小板等)又は幹細胞(多能性幹細胞、間充織細胞、内胚葉幹細胞、外胚葉幹細胞、成人又は胎児、又は自己(autologous)、同種(allogenic)又は異種(xenogenic))を含んでよい。より特定すれば、この発明に従いデリバリーしてよい細胞は、さらに、島細胞、肝細胞、軟骨細胞、骨芽細胞、神経細胞、グリア細胞、平滑筋細胞、内皮細胞、骨格筋原細胞、髄核細胞及び上皮細胞を含む。上記の細胞種の何れも、組換え技術により細胞内へ導入されたDNA又はRNAを含むように遺伝子操作することができる。細胞に導入されたDNA又はRNAは、限定ではないが、新規の遺伝子、プロモーター、干渉RNA等を含む。従って、組織は、軟骨、皮膚、上皮層、新規器官、中枢神経系組織及び筋肉の新規な成長をもたらすように形成してよく、特定の心筋機能の再生に適切な組織を含む。本発明の本質的な側面に沿った方法及び組成物は、例えば上に掲載されたものであろうとなかろうと莫大な種類の細胞のデリバリーを、はるかに改善された様式にて増加した効率を伴って可能にさせるかもしれないことが認識される。細胞密度適合したキャリアー流体と共に使用された上記細胞の何れもが、放射性同位体標識、蛍光タグ、控訴によるタグにより標識されるか又はタグを付加されるか、あるいは特定の細胞蛋白質抗体マーカーと混合してさらに使用されてよいことが認識される。
細胞比重
赤血球細胞: 1.10
幹細胞(CD34細胞): 1.065
血小板: 1.063
単球: 1.068
リンパ球: 1.077
肝細胞: 1.07−1.10
顆粒球: 1.08−1.09
掲載された値は例示であって限定ではなく、関連した細胞集団に関して実験的に決定することができる。例えば、Percoll(Pharmaciaの製品)は細胞の密度勾配遠心分離のための満足に表示された媒質である。Percollは遠心分離の間に自己生成された勾配を形成して、遠心分離前にPercollと混合された細胞は、勾配がインサイチュにて形成されるにつれて、密度差によりバンドを形成する。Percollは細胞密度を見いだすのに使用可能な密度マーカービーズ(Sigma製品番号#DMB−10)と共に使用することができる。
実施例I
繊維芽細胞を100分にわたり50mLの遠心分離管内で、氷上及び室温(RT)の両方で保存した。氷及びRT懸濁液の両方の上部及び底部から20分ごとにピペットによりサンプルを取り出した。最初の60分間は混合をしなかった。80分の時間点において、穏やかな混合(手で渦を巻かせる)をサンプリング直前に行った。100分の時間点において、激しい混合(手で激しく混合)をサンプリングの直前に行った。
実施例II
Isovue−300イメージ増強媒質(Bracco Diagnosticsから販売)及びヒトの皮膚の繊維芽細胞の希釈液として、細胞デリバリー媒質の密度を細胞と適合させた。Isovueはイオパミドールの活性剤を伴う非イオン性イメージ増強媒質である。Isovue−300のパッケージ挿入物は、300mg/mL(61%)としての濃度、616mOsm/kg水のオスモル濃度、20Cにおける8.8cPの粘度、及び1.339の比重を記載する。1:2に希釈されたIsovueのオスモル濃度は約300mOsm/kgであり、そして計算された比重は1.170である。ハンクスバランスド塩溶液(HBSS)に懸濁された繊維芽細胞を、次に、希釈されたIsovue媒質により希釈することにより、比重1.060を達成した。HBSS及び希釈されたIsovue媒質の両方のオスモル濃度は約300mOsm/kgであるから、希釈により、希釈された細胞懸濁液のオスモル濃度は変化しない。
実施例III
この実験は実施例IIにおいて実施されたのとほとんど一緒であるが、筋原細胞を繊維芽細胞の代わりに用いた点が異なる。通常の塩溶液より高く細胞媒質の比重を増加させるために、Isovueイメージ増強媒質の等張希釈溶液を用いて、筋原細胞の沈殿の阻止を調査した。試験された溶液の比重は1.060(媒質A)、1.080(媒質B)、及び1.005(対照−媒質C)であった。3つの溶液の上部及び底部の細胞濃度を、沈殿時間の前と4時間後に計数した。
実施例IV
3つの異なるデリバリー溶液を調製した。細胞濃度は全3mlに関しての比(2mL細胞懸濁液/1mLキャリアー溶液)を使用することにより一定に保った。細胞懸濁液は3つの溶液全てにおいて同じであった。3つのキャリアー溶液各々の組成は以下のとおりであった:
溶液1及び2:以前の実験で使用されたとおりハンクスバランスド塩溶液(HBSS);
溶液3:Isovue370/脱イオン(DI)H2Oミックス、1.060の比重及び300mOsm/kgのオスモル濃度に調節。
・3つの最初の50mL遠心分離管の各々からの筋原細胞に対する、血球計計数、及びトリパンブルー生存性計数;
・それら各々のカテーテルを通したデリバリー直後(t=0)の各溶液からの筋原細胞に対する、血球計計数、及びトリパンブルー生存性計数;
・それら各々のカテーテルを通したデリバリー直後(t=40)の各溶液からの筋原細胞に対する、血球計計数、及びトリパンブルー生存性計数。
実施例V
ヒトの皮膚の繊維芽細胞を回収し、計数し、そして等しく2つの別々の管に分割した。各管内の細胞の数は約3億7500万細胞であった。各管の組成は次の通りであった:
溶液−:ハンクスバランスド塩溶液(HBSS)と、細胞;
溶液+:ハンクスバランスド塩溶液(HBSS)と、Isovue370と混合された細胞、1.060の比重及び300mOsm/kgのオスモル濃度に調節。管を室温に放置し、0、40分及び3時間目に写真を撮った(図5)。図5は、標準のハンクスバランスド塩溶液に比しての、細胞沈殿に対して、Isovue370を含む比重適合溶液が有する効果を示す。
実施例VI
細胞デリバリー流体の性能を、材料、長さ、及びデリバリー圧力を変えながら異なるカテーテルを横切って(以下の一般的カテーテルアッセンブリーも参照)、異なる細胞種に関して(例えば、繊維芽細胞及び筋原細胞−以下の細胞調製も参照)評価するために、幾つかの試験を実施した(図6)。様々なデリバリーパラメーター、例えば、剪断応力、剪断圧力、剪断時間に基づいて(以下の流体流れパラメーターも参照)、デリバリーによりもたらされる生存細胞のパーセンテージを測定した。
一般的な細胞と調製
ヒト皮膚繊維芽細胞(Clontech社)又は後の実験ではイヌの骨格筋原細胞を組織培養用フラスコ中で、特別生育培地(Clontech社)を用いて培養した。培地は3日ごとに交換してコンフルエントになったとき、細胞を継代して培養物を増殖させた。十分な細胞が利用可能であることを測定したのちに、細胞を一度ハンクスバランスド塩溶液(HBSS)で洗浄し、そして次に5分間の酵素洗浄(0.25%トリプシン)を37℃にて行って、細胞を解離させた。結果の細胞懸濁液を血清含有生育培地で中和して、次に遠心分離(800g)を10分間行って細胞沈殿させた。上清を捨てて、沈殿をHBSS溶液に懸濁した。この点において、おおよその細胞濃度を血球計細胞計数により測定した。所望の細胞濃度を得るために、HBSSの容量を調整した。初期細胞濃度は、血球計細胞計数及びHBSS希釈により計算した。最終細胞懸濁液は、実験の継続のために氷の下で保存した。
一般的試験カテーテルアッセンブリー
試験カテーテルアッセンブリーは、様々な長さ及び直径の、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン),PI(ポリイミド),[又は後の実験では、ステンレス鋼(SS)]のセグメントを、Loctite7701によりプライミングした後に、Loctite401接着剤によりルアーロック(Luer−lock)突出部アダプターへ結合させることにより、作成した。
一般的流体流れのセットアップ
流体流れのセットアップは、3ccシリンジを適合させた圧縮空気(最大85psi)により運転される流体ディスペンサー(EFD,モデル1500XL)からなった。投入される流体(興味のある細胞懸濁液又はDI水)をシリンジに負荷した。シリンジチップを前のセクションで記載された試験カテーテルアッセンブリーに適合させた。デリバリー時間(もっとも近い0.1秒まで)及び圧力(80psiまで)をこの系に適合することができる。適当な容量の細胞懸濁液をデリバリーすることを保証するため、準備段階の流速の測定はDI水を用いて行った。
Claims (42)
- 哺乳類への移植のための細胞キャリアー流体懸濁液を調製する方法であって、
a.哺乳類への移植のための細胞の種類を選択し、そして細胞種の比重を明らかにし;
b.選択された細胞種の比重に適切に適合させるようにデザインされた比重の範囲内で比重を有するキャリアー流体を選択することにより哺乳類内のデリバリー目的地において細胞の受容可能なデリバリー比を生じさせ;
c.同定された流体が適切なオスモル濃度及びpHを有することによりデリバリー目的地において細胞の受容可能な生存性を保証することを確実にし;そして
d.キャリアー流体と細胞を流体懸濁液内で混合すること
を含む方法。 - 細胞選択工程が繊維芽細胞又は筋芽細胞を含む細胞種から選択される、請求項1記載の方法。
- 細胞選択工程が、島細胞、多能性幹細胞、間充織細胞、内胚葉幹細胞、外胚葉幹細胞、肝細胞、軟骨細胞、骨芽細胞、神経細胞、グリア細胞、平滑筋細胞、内皮細胞、骨格筋原細胞、髄核細胞、上皮細胞、筋原性細胞、アルファ島細胞、ベータ島細胞、マクロファージ、心筋細胞、プルキニエ細胞、赤血球、血小板及び繊維芽細胞からなる群から選択される、請求項1記載の方法。
- キャリアー流体選択工程が、細胞種の比重の約10%、約5%、約2%、約1%、約0.1%及び約0.01%からなる群以内の比重を有する流体を選択することを含む、請求項1記載の方法。
- 細胞種選択工程が、さらに、選択された細胞種を溶液中に入れることを含む、請求項1記載の方法。
- 混合工程が実質上等張の流体懸濁液をもたらす、請求項1記載の方法。
- 混合工程が約+300/−50mOsm/kgの等張の範囲内である流体懸濁液をもたらす、請求項1記載の方法。
- 同定された流体が適切なオスモル濃度及びpHを有することを確実にする工程が、デリバリーされた細胞は少なくとも約4時間の時間少なくとも約80%生存可能であることを確実にする、請求項1記載の方法。
- 同定された流体が適切なpHを有することを確実にする工程が、約6.0から約8.0の範囲のpHを有する流体の選択を含む、請求項1記載の方法。
- 混合工程がバイオリアクター中でキャリアー流体と細胞を混合することを含む、請求項1記載の方法。
- 細胞が標識されているか又は細胞同定マーカーによりタグを付加されている、請求項1記載の方法。
- 細胞キャリアー流体がイメージ増強剤も含む、請求項1記載の方法。
- 細胞キャリアー流体がイメージ増強剤でもある、請求項1記載の方法。
- 細胞キャリアー流体が放射性要素でもある、請求項1記載の方法。
- 哺乳類の組織へ細胞をデリバリーするための細胞デリバリーキャリアー流体懸濁液であって、
a.新規な組織の生育を生じさせるための、哺乳類内の目的部位へのデリバリーのための大量の細胞;
b.溶液中で混合されたときに細胞の密度を実質上適合させる密度を有するキャリアー流体、及び約6.0から8.0の範囲のpHを有する実質上等張な溶液;及び
c.細胞がキャリアー流体溶液中で実質上分散したままであることにより、目的部位へ首尾一貫したデリバリー濃度の細胞を提供すること
を含む懸濁液。 - 細胞が、軟骨を形成する細胞、骨を形成する細胞、筋肉細胞、繊維芽細胞、及び器官の細胞からなる群から選択される、請求項15記載の懸濁液。
- 懸濁液の等張性が約300mOsm/kgから約50mOsm/kgの間である、請求項15記載の懸濁液。
- 細胞が、島細胞、多能性幹細胞、間充織細胞、内胚葉幹細胞、外胚葉幹細胞、肝細胞、軟骨細胞、骨芽細胞、神経細胞、グリア細胞、平滑筋細胞、内皮細胞、骨格筋原細胞、髄核細胞、上皮細胞、筋原性細胞、アルファ島細胞、ベータ島細胞、マクロファージ、心筋細胞、プルキニエ細胞、赤血球、血小板及び繊維芽細胞からなる群から選択される、請求項15記載の懸濁液。
- キャリアー流体が、イオパミドール、パーフルオロオクチルブロミド、ガドジアミド、及び鉄デキストランからなる群から選択される、請求項15記載の懸濁液。
- 細胞が標識されているか又は細胞同定マーカーによりタグを付加されている、請求項15記載の懸濁液。
- 細胞キャリアー流体がイメージ増強剤も含む、請求項15記載の懸濁液。
- 細胞キャリアー流体がイメージ増強剤でもある、請求項15記載の懸濁液。
- 細胞キャリアー流体が放射性要素でもある、請求項15記載の懸濁液。
- 患者への細胞デリバリーの効率を増加させる方法であって、
a.正確な濃度の細胞を患者へデリバリーするためのキャリアー流体を用意し、キャリアー流体は溶液と混合したときに患者へデリバリーされる細胞の密度と実質上適合した密度を有し、そして溶液は約6.0から8.0の範囲のpHを有し且つ実質上等張であり;そして
b.キャリアー流体と細胞の密度適合溶液の細胞デリバリーを別の医学手法と組み合わせること
を含む方法。 - 別の医学手法が、心臓ペーシング、心臓刺激、心臓電気治療、心臓薬理学治療、心臓モニタリング、心臓イメージング、心臓感作、心臓マッピング、椎間手法、外科手法、診断手法、及び治療手法のリストから選択される、請求項24記載の方法。
- 別の医学手法が、神経学的刺激、神経学的電気治療、神経薬理学的治療、神経学上のモニタリング、神経学上のイメージング、神経学上の感作、神経学上のマッピング、椎間手法、外科手法、注入(infusion)手法、診断手法、及び治療手法のリストから選択される、請求項24記載の方法。
- 別の医学手法が、骨格、内皮、平滑筋、器官、軟骨、中枢神経系、末梢神経系、リンパ系、及び心臓血管系のリストから選択される、請求項24記載の方法。
- 細胞デリバリーがポンプを用いてなされる、請求項24記載の方法。
- 細胞デリバリーがカテーテルを用いてなされる、請求項24記載の方法。
- 細胞デリバリーがシリンジを用いてなされる、請求項24記載の方法。
- 細胞デリバリーが薬剤点滴機構においてなされる、請求項24記載の方法。
- 細胞キャリアー流体がイメージ増強剤でもある、請求項24記載の方法。
- 細胞キャリアー流体が放射性要素も含む、請求項24記載の方法。
- 細胞が、島細胞、多能性幹細胞、間充織細胞、内胚葉幹細胞、外胚葉幹細胞、肝細胞、軟骨細胞、骨芽細胞、神経細胞、グリア細胞、平滑筋細胞、内皮細胞、骨格筋原細胞、髄核細胞、上皮細胞、筋原性細胞、アルファ島細胞、ベータ島細胞、マクロファージ、心筋細胞、プルキニエ細胞、赤血球、血小板及び繊維芽細胞からなる群から選択される、請求項24記載の方法。
- 細胞が標識されているか又は細胞同定マーカーによりタグを付加されている、請求項24記載の方法。
- 細胞キャリアー流体がイメージ増強剤も含む、請求項24記載の方法。
- 使用又は調節のために適した特定の特徴を有する流体に関する使用であって、細胞デリバリーキャリアー媒質としての使用であり、
a.哺乳類の組織生育部位へデリバリーされる細胞密度に実質上適合した密度を有するキャリアー流体として流体を作成し、流体が作成されることにより、それを溶液として細胞と混合したときに溶液が約6.0から8.0の範囲のpHを有して実質上等張であり;
b.但し、細胞は首尾一貫したデリバリー濃度の細胞を目的部位へ提供するためにキャリアー流体溶液内に実質上分散したままである、
使用。 - 流体が非イオン性イメージ増強剤からなる群から選択される製剤を含む、請求項37記載の流体。
- 流体が、イオパミドール及びパーフルオロオクチルブロミドからなる群から選択される製剤を含む、請求項37記載の流体。
- 細胞が標識されているか又は細胞同定マーカーによりタグを付加されている、請求項37記載の流体。
- 細胞キャリアー流体がイメージ増強剤でもある、請求項37記載の流体。
- 細胞キャリアー流体が放射性要素でもある、請求項37記載の流体。
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