JP2008520748A - うっ血性心不全の治療のための培養三次元組織の使用 - Google Patents

Abstract

培養三次元組織を用いてうっ血性心不全を治療するための方法が提供される。

Description

1. 関連出願に対する相互参照
本出願は、2004年11月22日に出願された米国特許出願第60/630,243号および2005年6月17日に出願された米国特許出願第60/692,054号に対して35 U.S.C.§119(e)の元での利益を請求するものであり、それらの内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする。

2. 発明の背景
うっ血性心不全(CHF)は、心臓機能の異常により、心拍出量が末梢組織の代謝的要求を満たすのに十分なレベル以下に落ちる臨床的症候群である。冠動脈疾患などの他の心臓病状は心筋梗塞および心筋の死を誘導するため、うっ血性心不全は頻繁に発生する。うっ血性心不全を誘導し得るさらなる病因としては、虚血、心筋症、心筋炎、弁機能不全、代謝異常および内分泌異常(例えば、甲状腺機能低下、アルコール、マグネシウム欠損など)、心膜異常、先天性心臓欠陥、心臓不整脈、ならびにウイルス感染症が挙げられる。

典型的には、治療はアンジオテンシン変換酵素(ACE)阻害剤、利尿剤、β遮断剤などのいくつかの異なる薬剤、外科的手順、またはその両方の使用を含む。これらの治療はうっ血性心不全に関連する症状を改善し得るが、これらは不完全である。例えば、これらは心臓に対して与えられた損傷を回復させることはできない。CHFのための唯一の永久的な治療は、心臓移植である。結果として、さらなる治療、特に、CHFを有すると診断された患者の心臓に対する損傷を改善および／または回復させることができる治療の必要性が存在する。

3. 発明の概要
本明細書に記載の組成物および方法を用いて、うっ血性心不全に関連する少なくとも1種の臨床症状を治療することができる。典型的には、うっ血性心不全は心筋の弱体化により引き起こされ、末梢器官に十分な血液をポンプで送ることができなくなる。時間と共に、弱体化された心筋は、心臓が十分に血液を供給できないほど拡張するようになるまで徐々に拡張する。一般的には、前記方法は注入、埋め込みおよび／または付着により投与することができる培養三次元組織の投与を含む。例えば、外科的手順を用いる実施形態においては、三次元組織を、接着剤、ホッチキス、縫合糸、または当業者には公知の他の手段を用いて付着させる。

いくつかの実施形態においては、三次元組織の適用を用いて、ポンプ効率の顕著な増加が存在するように、弱体化された心筋を強化する。心臓のポンプ効率の変化を、心エコー検査および核スキャンなどの様々な方法を用いて測定することができる。

いくつかの実施形態においては、三次元組織の適用は、治療された心臓組織の再モデリングを容易にすることにより、例えば、治療された心臓組織における内皮化、組織増殖、血管形成および／または血管新生を促進することにより、心臓の大きさを減少させる。X線およびレーザードップラー画像化などの様々な方法を用いて、三次元組織の適用後の心臓組織における変化を可視化することができる。

他の実施形態においては、三次元組織の適用は、心臓の収縮性を改善する。心臓の収縮性の改善を、どのぐらいの血液を心臓が各拍動でポンピングするかを決定するための核医学的心室造影または複数ゲート獲得スキャニングなどの、いくつかの異なる方法により測定することができる。

様々な細胞型を用いて三次元組織を形成させることができる。この三次元組織は1つの細胞型から形成させてもよく、または様々な組合せの細胞型を用いて三次元組織を形成させてもよい。好適な細胞型の例としては、限定されるものではないが、間質細胞、線維芽細胞、心筋細胞、幹細胞、および／または組織特異的起源の他の細胞が挙げられる。一般的には、遺伝子操作された細胞を用いて、本明細書に記載の三次元組織を形成させることもできる。

いくつかの実施形態においては、前記三次元組織を、VEGFおよびWntタンパク質などの、該三次元組織により産生される様々な増殖因子の起源として、またはそれを送達するために用いる。

投与される培養三次元組織の量は、部分的には、うっ血性心不全に関して治療される個体に現れる臨床症状の重篤度に依存して様々であってよい。例えば、1、2、3つ以上の凝集片の培養三次元組織を用いて、治療可能な心臓組織の領域を増加させ、存在する様々な増殖因子および／もしくはWntタンパク質の濃度を増加させ、ならびに／または本明細書に記載の組成物および方法により送達される生細胞数を増加させることができる。

いくつかの実施形態においては、本明細書に記載の組成物および方法を、うっ血性心不全を有すると診断された個体を治療するための様々な薬剤および外科的手順の投与などの、従来の治療と組合わせる。例えば、いくつかの実施形態においては、三次元組織の適用を、心臓ポンプ、両心室心臓ペースメーカーおよび心臓ラップ手術などの、重篤な心不全を治療するための他のオプションと共に用いる。

4. 図面の簡単な説明
図面の簡単な説明については別節参照。

5. 詳細な説明
本明細書においては、患者の心臓の一領域を、うっ血性心不全に関連する少なくとも1つの臨床症状を治療するのに有効な量の生細胞を含む培養三次元組織と接触させることを含む、うっ血性心不全に罹患している患者を治療する方法が開示される。

臨床的には、うっ血性心不全は、左心室および／または右心室機能ならびに神経ホルモン調節の異常を主な特徴とする心臓障害により引き起こされる循環性うっ血を含む。うっ血性心不全は、これらの異常により、心臓が代謝組織により必要とされる速度で血液をポンピングできなくなる場合に発生する。うっ血性心不全は、心臓の左側、右側または両側を含み得る。典型的には、心不全は左側、特に、左心室から始まる。左心室不全においては、体液の蓄積が肺において発生し、肺浮腫によりその徴候が現れる。左心不全は、その相対的な大きさおよび重要な器官に対する全身的循環を提供する生理学的機能のため、より一般的かつ重要である。以下の3つの医学的症状が左心室において始まる心不全に関連し得る：収縮期心不全、拡張期心不全、または両方の組合せ。

右側心不全は、独立に発生するか、または左心室心不全の結果であり得る。右心室不全の場合、その結果は末梢部位(例えば、足首)での症候依存性浮腫により最初に現れることが多い全身性浮腫である。

5.2 三次元組織および足場
種々の実施形態においては、うっ血性心不全を有すると診断された個体における心臓組織の治癒を促進することができる三次元組織を、以下により詳細に考察されるような様々な型の細胞から取得することができる。この三次元組織を商業的に取得するか、または米国特許第6,372,494号；第6,291,240号；第6,121,042号；第6,022,743号；第5,962,325号；第5,858,721号；第5,830,708号；第5,785,964号；第5,624,840号；第5,512,475号；第5,510,254号；第5,478,739号；第5,443,950号；および第5,266,480号(それらの内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする)に記載の手順を用いてde novoで作製することができる。

いくつかの実施形態においては、培養三次元組織を、Smith & Nephew, London, United Kingdomから商業的に取得する。特に、Dermagraft(商標)と呼ばれる、本明細書ではAnginera(商標)とも呼ばれる製品を、Smith & Nephewから取得することができる。

一般的には、培養細胞を、生体適合性の非生物材料からなる、本明細書においては三次元フレームワークとも呼ばれる、足場により支持する。この足場は、(a)細胞をそれに付着させることができ(もしくは細胞をそれに付着させるように改変することができ)；かつ(b)細胞を2層以上の層で増殖させることができる(すなわち、三次元組織を形成する)任意の材料および／または形状のものであってよい。

いくつかの実施形態においては、生体適合性材料を、三次元組織への細胞の付着および増殖のための間質空間を含む三次元足場へと形成する。この足場の開口部および／または間質空間は、該開口部または空間を横切って細胞が伸長することができるような好適な大きさのものである。該足場を横切って伸長した活発に増殖する細胞を維持することにより、本明細書に記載の活性を担う増殖因子のレパートリーの産生が増強されるようである。開口部が小さすぎる場合、細胞は迅速に集密に達するが、メッシュから容易に出ることができない。これらの捕捉された細胞は接触阻害を示し、本明細書に記載の増殖因子の産生を止めてしまう。開口部が大きすぎる場合、細胞は該開口部を横切って伸長することができず、本明細書に記載の増殖因子の産生を減少させる。本明細書に例示されるような、メッシュ型の足場を用いる場合、少なくとも約140μm、少なくとも約150μm、少なくとも約160μm、少なくとも約175μm、または少なくとも約185μm、少なくとも約200μm、少なくとも約210μm、および少なくとも約220μmの開口部が満足に機能することが見出された。しかしながら、足場の三次元構造および複雑さによっては、他の大きさも同等に良好に機能し得る。実際、本明細書に記載の増殖因子を合成するための好適な長さの時間、細胞を伸長、複製、および増殖させることができる任意の形状または構造を用いることができる。

いくつかの実施形態においては、三次元足場を、ポリマーから、または編んだ、織った、ニット編み(knit)した糸、もしくはメッシュもしくは織物などの足場を形成するように配置した糸から、形成させる。材料を投入するか、または気泡、マトリックス、もしくはスポンジ様足場へと製造することにより、該材料を形成させることができる。他の実施形態においては、三次元足場は、ポリマーまたは他の繊維を一緒に圧縮して間質空間を有する材料を生成させることにより作製された、マット繊維の形態である。三次元足場は、得られる組織が本明細書に記載の1種以上の組織治癒活性を発現する限り、培養中の細胞の増殖に対して任意の形態または幾何学的形状を取ってもよい。三次元足場を用いる細胞培養物の説明は、米国特許第6,372,494号；第6,291,240号；第6,121,042号；第6,022,743号；第5,962,325号；第5,858,721号；第5,830,708号；第5,785,964号；第5,624,840号；第5,512,475号；第5,510,254号；第5,478,739号；第5,443,950号；および第5,266,480号(それらの内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする)に記載されている。

いくつかの異なる材料を用いて、前記足場を形成させることができる。これらの材料は非ポリマー材料および／またはポリマー材料であってよい。ポリマーを用いる場合、架橋された、もしくは架橋されていない、任意のタイプのブロックポリマー、コブロックポリマー(例えば、ジ、トリなど)、線状もしくは分枝状ポリマーであってよい。足場またはフレームワークとしての使用のための材料の非限定例としては、特に、グラスファイバー、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド(例えば、ナイロン)、ポリエステル(例えば、Dacron)、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリビニル化合物(例えば、ポリビニルクロリド；PVC)、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE; TEFLON)、延伸PTFE(ePTFE)、サーマノックス(TPX)、ニトロセルロース、ポリサッカリド(例えば、セルロース、キトサン、アガロース)、ポリペプチド(例えば、シルク、ゼラチン、コラーゲン)、ポリグリコール酸(PGA)、およびデキストランが挙げられる。

いくつかの実施形態においては、前記足場は使用条件下で経時的に分解する材料から構成される。本明細書で用いられる「分解性材料」とは、分解する(degrade)か、または分解する(decompose)材料を指す。いくつかの実施形態においては、分解性材料は生分解性であり、すなわち、直接的または間接的に、生物学的薬剤の作用により分解する。分解性材料の非限定例としては、特に、ポリ(乳酸-コ-グリコール酸)(すなわち、PLGA)、トリメチレンカーボネート(TMC)、TMC、PGA、および／もしくはPLAのコポリマー、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカプロラクトン、腸線縫合糸材料、コラーゲン(例えば、ウマコラーゲン気泡)、ポリ乳酸(PLA)、フィブロネクチンマトリックス、またはヒアルロン酸が挙げられる。

他の実施形態においては、三次元足場は分解性材料と非分解性材料の組合せである。非分解性材料は、培養中の足場に安定性をもたらすが、分解性材料では、うっ血性心不全を治療するのに有用な因子を産生する三次元組織の形成にとって十分な間質空間が形成される。分解性材料は、非分解性材料上にコーティングしてもよいし、織っても、編んでも、またはメッシュに形成してもよい。様々な組合せの分解性材料および非分解性材料を用いることができる。組合せの例は、薄い分解性ポリマーフィルム(ポリ[D-L-乳酸-コ-グリコール酸]PLGA)でコーティングされたポリ(エチレンテレフタレート)(PET)織物である。

種々の実施形態においては、足場材料を予備処理した後、細胞を接種して、該足場への細胞の付着を増強させる。例えば、細胞を接種する前に、ナイロンスクリーンを0.1M酢酸で処理し、ポリリジン、ウシ胎仔血清、および／またはコラーゲン中でインキュベートして該ナイロンをコーティングする。いくつかの実施形態においては、ポリスチレンを、硫酸を用いて同様に処理することができる。他の実施形態においては、三次元足場の存在下での細胞の増殖を、タンパク質(例えば、コラーゲン、エラスチン繊維、細網繊維)、糖タンパク質、グリコサミノグリカン(例えば、硫酸ヘパリン、コンドロイチン-4-硫酸、コンドロイチン-6-硫酸、硫酸デルマタン、硫酸ケラタンなど)、フィブロネクチン、細胞マトリックス、グリコポリマー(ポリ[N-p-ビニルベンジル-D-ラクトアミド]、PVLA)および／もしくは細胞の付着を改善するための他の材料を該足場に添加するか、またはこれらを用いてコーティングすることにより、さらに増強する。

他の実施形態においては、前記足場は、粒子の存在下で培養された細胞が、うっ血性心不全を有すると診断された個体における弱体化された心臓組織の治癒を促進する因子を生産するように、寸法化された粒子を含む。いくつかの実施形態においては、前記粒子は、分解性であっても非分解性であってもよい、マイクロ粒子、またはマイクロカプセルおよびナノ粒子などの他の好適な粒子を含む(例えば、「マイクロカプセル化：方法および工業的適用(Microencapsulates: Methods and Industrial Applications)」、Drugs and Pharmaceutical Sciences, 1996, Vol 73, Benita, S(編), Marcel Dekker Inc., New Yorkを参照)。一般的には、マイクロ粒子は少なくとも約1μm、少なくとも約10μm、少なくとも約25μm、少なくとも約50μm、少なくとも約100μm、少なくとも約200μm、少なくとも約300μm、少なくとも約400μm、少なくとも約500μm、少なくとも約600μm、少なくとも約700μm、少なくとも約800μm、少なくとも約900μm、少なくとも約1000μmの範囲の粒子径を有する。ナノ粒子は、少なくとも約10 nm、少なくとも約25 nm、少なくとも約50 nm、少なくとも約100 nm、少なくとも約200 nm、少なくとも約300 nm、少なくとも約400 nm、少なくとも約500 nm、少なくとも約600 nm、少なくとも約700 nm、少なくとも約800 nm、少なくとも約900 nm、少なくとも約1000 nmの範囲の粒子径を有する。マイクロ粒子は多孔性または非多孔性であってもよい。上記のメッシュまたは織られたポリマーを形成するのに用いられる分解性材料または非分解性材料から作製されたマイクロ粒子などの、様々なマイクロ粒子製剤を用いて三次元足場を調製することができる。

非分解性マイクロ粒子の例としては、限定されるものではないが、ポリスルホン、ポリ(アクリロニトリル-コ-塩化ビニル)、エチレン酢酸ビニル、ヒドロキシエチルメタクリレート-メチル-メタクリレートコポリマーが挙げられる。分解性マイクロ粒子としては、フィブリン、カゼイン、血清アルブミン、コラーゲン、ゼラチン、レシチン、キトサン、アルギン酸、またはポリリジンなどのポリアミノ酸から作製されたものが挙げられる。分解性合成ポリマーとしては、ポリラクチド(PLA)、ポリグリコリド(PGA)、ポリ(ラクチド-コ-グリコリド)(PLGA)、ポリ(カプロラクトン)、ポリジオキサノントリメチレンカーボネート、ポリヒドロキシアルコナート(例えば、ポリ(y-ヒドロキシブチレート))、ポリ(Y-エチルグルタメート)、ポリ(DTHイミノカルボニル(ビスフェノールAイミノカーボネート)、ポリ(オルトエステル)、およびポリシアノアクリレートなどのポリマーが挙げられる。

ヒドロゲルを用いて、三次元足場を提供することもできる。一般的には、ヒドロゲルは架橋された親水性のポリマーネットワークである。ヒドロゲル組成物において有用なポリマーの非限定例としては、特に、ポリ(ラクチド-コ-グリコリド)、ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド、ポリ(メタクリン酸-γ-ポリエチレングリコール)、ポリアクリル酸およびポリ(オキシプロピレン-コ-オキシエチレン)グリコールのポリマーから形成されたもの、ならびに硫酸コンドロイタン、キトサン、ゼラチン、フィブリノーゲンなどの天然化合物、または、例えば、キトサン-ポリ(エチレンオキシド)などの合成ポリマーおよび天然ポリマーの混合物が挙げられる。前記ポリマーを可逆的または不可逆的に架橋して、細胞が付着し三次元組織を形成するのに十分なゲルを形成させることができる。

溶媒除去プロセス(例えば、米国特許第4,389,330号)；乳化および蒸発(Maysingerら、1996, Exp. Neuro. 141:47-56; Jeffreyら、1993, Pharm. Res. 10: 362-68)、噴霧乾燥、ならびに押出し法などの、マイクロ粒子を作製する様々な方法が当業界でよく知られている。三次元足場を調製するためのマイクロ粒子の例は、米国特許公開第2003/0211083号および米国特許第5,271,961号；第5,413,797号；第5,650,173号；第5,654,008号；第5,656,297号；第5,114,855号；第6,425,918号；および第6,482,231号、ならびに2005年8月30日に提出された「培養三次元組織およびその使用(Cultured Three Dimensional Tissues and Uses Thereof)」という発明の名称の米国特許出願第11/216,574号(これらの内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする)に記載されている。

上記のもの以外の様々な幾何学的形状の他の材料を用いて、本明細書に記載の組織治癒特性を有する三次元組織を作製することができ、かくして、該材料は本明細書に開示される特定の実施形態に限定されるものではないことが理解されるべきである。

5.3 細胞および培養条件
いくつかの実施形態においては、培養三次元組織を、三次元足場を含む生体適合材料を好適な細胞とともに接種し、この細胞を好適な条件下で増殖させて、１以上の組織治癒特性を有する培養三次元組織の産生を促進することにより作製する。細胞は、ドナーから直接、ドナーから作製された細胞培養物から、または確立された細胞培養系から取得することができる。いくつかの例においては、多量の細胞を、任意の好適な死体の器官または胎児起源から取得することができる。いくつかの実施形態においては、好ましくは１個以上のMHC座が一致した同じ種の細胞を、被験体またはその近親体から、生検により取得し、それを標準的な条件を用いて培養中で集密まで増殖させ、必要に応じて使用する。ドナー細胞の特性評価を、三次元組織を用いて治療しようとする被験体を参照して行う。

いくつかの実施形態においては、前記細胞は自己由来のものであり、すなわち、該細胞はレシピエントから誘導されたものである。三次元組織はレシピエント自身の細胞から誘導されたものであるので、三次元組織の活性を中和する免疫学的反応の可能性が減少する。これらの実施形態においては、典型的には、細胞を培養して三次元組織を作製するのに十分な数を取得する。

他の実施形態においては、前記細胞を、三次元組織の意図されたレシピエントではないドナーから取得する。これらの実施形態のいくつかにおいては、前記細胞は同系であり、全てのMHC座で遺伝的に同一であるドナーから誘導されたものである。他の実施形態においては、前記細胞は同種異系であり、意図されたレシピエントに由来する少なくとも１個のMHC座が異なるドナーから誘導されたものである。前記細胞が同種異系である場合、前記細胞は単一のドナーに由来するものであってよく、またはそれら自身、互いに同種異系である異なるドナーに由来する細胞の混合物を含んでもよい。さらなる実施形態においては、前記細胞は異種性のものを含んでもよく、すなわち、それらは意図されたレシピエントとは異なる種から誘導されたものである。

本明細書に記載の種々の実施形態においては、足場上に接種された細胞は、以下にさらに記載されるように、他の細胞を含むかまたは含まない、線維芽細胞を含む間質細胞であってよい。いくつかの実施形態においては、前記細胞は、典型的には、結合組織から、例えば、限定されるものではないが、(1)骨；(2)コラーゲンおよびエラスチンなどの疎性結合組織；(3)靭帯および腱を形成する線維性結合組織；(4)軟骨；(5)血液の細胞外マトリックス；(6)脂肪細胞を含む脂肪組織；ならびに(7)線維芽細胞から誘導される間質細胞である。

間質細胞は、皮膚、心臓、血管、骨格筋、肝臓、膵臓、脳、包皮などの様々な組織または器官から誘導されたものであってよく、これらを生検(好適な場合)または検視解剖により取得することができる。

線維芽細胞は、胎児、新生児、成体起源、またはその組合せに由来するものであってよい。いくつかの実施形態においては、間質細胞は胎児線維芽細胞を含む。本明細書で用いられる「胎児線維芽細胞」は、胎児起源から誘導された線維芽細胞を指す。本明細書で用いられる「新生児線維芽細胞」は、新生児起源から誘導された線維芽細胞を指す。好適な条件下では、線維芽細胞は、骨細胞、脂肪細胞、および平滑筋細胞などの他の細胞ならびに中胚葉起源の他の細胞を生じ得る。いくつかの実施形態においては、線維芽細胞は皮膚線維芽細胞を含む。本明細書で用いられる皮膚線維芽細胞は、皮膚から誘導された線維芽細胞を指す。正常なヒト皮膚線維芽細胞を、新生児の包皮から単離することができる。典型的には、これらの細胞を、初代培養の終わりに凍結保存する。

他の実施形態においては、三次元組織を、単独で、または本明細書で考察される任意の細胞型と組合わせて、幹細胞および／または前駆細胞を用いて作製する。用語「幹細胞」は、限定されるものではないが、胚性幹細胞、造血幹細胞、神経幹細胞、および間葉幹細胞を含む。

いくつかの実施形態においては、「特異的な」三次元組織を、特定の器官、すなわち、皮膚、心臓から誘導された細胞、ならびに／または本明細書に記載の方法に従って増殖させた細胞および／もしくは組織を後に受容することとなる特定の個体から誘導された細胞を、前記三次元足場に接種することにより調製する。

上記で考察されるように、さらなる細胞が間質細胞を含む培養物中に存在してもよい。さらなる細胞型としては、限定されるものではないが、平滑筋細胞、心筋細胞、内皮細胞および／または骨格筋細胞が挙げられる。いくつかの実施形態においては、線維芽細胞を、1種以上の他の細胞型と共に、前記三次元足場上に接種する。他の細胞型の例としては、限定されるものではないが、疎性結合組織中に認められる細胞、内皮細胞、周皮細胞、マクロファージ、単球、脂肪細胞、骨格筋細胞、平滑筋細胞、および心筋細胞が挙げられる。これらの他の細胞型を、以下に考察されるものなどの当業界で公知の方法を用いて、皮膚、心臓、および血管などの好適な組織または器官から容易に誘導することができる。他の実施形態においては、線維芽細胞以外の1種以上の他の細胞型を、三次元足場上に接種する。さらに他の実施形態においては、三次元足場に、線維芽細胞のみを接種する。

本明細書に記載の方法および組成物において有用な細胞を、好適な器官または組織をバラバラにすることにより単離することができる。これを、当業者には公知の技術を用いて達成することができる。例えば、組織もしくは器官を、機械的にバラバラにするか、ならびに／または隣接する細胞間の結合を弱めてそれにより感知できるほどの細胞破壊をもたらすことなく個々の細胞の懸濁液へと該組織を分散させることができる消化酵素および／もしくはキレート化剤で、処理することができる。酵素的解離は、前記組織を細かく刻み、この細分化された組織を、多数の消化酵素のうち任意のものを単独でまたは組合せて用いて処理することにより、達成することができる。これらのものとしては、限定されるものではないが、トリプシン、キモトリプシン、コラゲナーゼ、エラスターゼ、および／またはヒアルロニダーゼ、DNase、プロナーゼ、およびディスパーゼが挙げられる。機械的破壊は、限定されるものではないが、いくつかを挙げると、グラインダー、ブレンダー、篩、ホモジェナイザー、圧力セル、またはインソネーターの使用などの多数の方法により達成することができる。組織分散技術の総論については、Freshney, Culture of Animal Cells. A Manual of Basic Technique(第2版), A.R. Liss, Inc., New York, 1987, Ch. 9, pp. 107-126を参照されたい。

一度、組織を個々の細胞の懸濁液へと還元したら、この懸濁液を、線維芽細胞および／または他の間質細胞および／または他の細胞型を取得可能な由来となるサブ集団へと分画することができる。これを、限定されるものではないが、特定の細胞型のクローニングおよび選択、望ましくない細胞の選択的破壊(陰性選択)、混合集団中の示差的細胞凝集性に基づく分離、凍結解凍法、混合集団中の細胞の示差的接着特性、濾過、従来の遠心分離およびゾーン遠心分離、遠心分離水簸(対抗流遠心分離)、単位重力分離、向流分配、電気泳動ならびに蛍光活性化セルソーティングなどの細胞分離のための標準的な技術を用いて達成することができる。クローン選択および細胞分離技術の総論については、Freshney, Culture of Animal Cells. A Manual of Basic Techniques(第2版), A.R. Liss, Inc., New York, 1987, Ch. 11 and 12, pp. 137-168を参照されたい。

本明細書に記載の方法および組成物における使用にとって好適な細胞を、例えば、以下のようにして単離することができる。すなわち、新鮮な組織サンプルを完全に洗浄し、Hanksの平衡化塩溶液(HBSS)中で細分化して、血清を除去する。細分化された組織を、トリプシンなどの解離酵素の新鮮に調製された溶液中で1〜12時間インキュベートする。そのようなインキュベーションの後、解離した細胞を懸濁化し、遠心分離により沈降させ、培養皿上にプレーティングする。他の細胞の前に間質細胞が付着するので、好適な間質細胞を選択的に単離し、増殖させることができる。単離された間質細胞を集密まで増殖させ、集密培養物から引き上げ、三次元足場上に接種することができる(米国特許第4,963,489号; Naughtonら、1987, J. Med. 18(3&4):219-250)。高濃度の細胞、例えば、約1 x 10⁶〜5 x 10⁷個の間質細胞/mlを用いる三次元足場の接種は、より短い時間での三次元組織の確立をもたらすことができる。

他の実施形態においては、三次元足場上で調製された操作された三次元組織は組織特異的細胞を含み、特定の細胞型もしくは組織への幹細胞もしくは前駆細胞の増殖または分化を刺激する天然に分泌される増殖因子およびWntタンパク質を産生する。さらに、操作された三次元組織を、幹細胞および／または前駆細胞を含むように操作することができる。操作された三次元組織により刺激されるか、および／もしくはその中に含有させることができる幹細胞および／または前駆細胞の例としては、限定されるものではないが、間質細胞、実質細胞、間葉幹細胞、肝臓貯蔵細胞、神経幹細胞、膵臓幹細胞および／または胚性幹細胞が挙げられる。

所望の細胞型を前記足場に接種した後、該足場を、三次元組織への該細胞の増殖を支援する好適な栄養培地中でインキュベートすることができる。ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、RPMI 1640、Fisher培地、およびIscove培地、McCoy培地などの多くの市販の培地が使用に好適である。この培地に、追加の塩、炭素源、アミノ酸、血清および血清成分、ビタミン、ミネラル、還元剤、緩衝剤、脂質、ヌクレオシド、抗生物質、接着因子、ならびに増殖因子を補給してもよい。異なる種類の培養培地のための製剤は、当業者には利用可能な参考文献に記載されている(例えば、「無血清動物細胞培養のための培地、補給物質および基質の調製方法(Methods for Preparation of Media, Supplements and Substrates for Serum Free Animal Cell Cultures)」、Alan R. Liss, New York (1984);「組織培養：実験室手順(Tissue Culture: Laboratory Procedures)」、John Wiley & Sons, Chichester, England (1996);「動物細胞の培養、基本技術のマニュアル(Culture of Animal Cells, A Manual of Basic Techniques)」(第4版), Wiley-Liss (2000))。典型的には、三次元組織を、インキュベーション期間中に前記培地中に懸濁して、組織治癒活性、増殖因子および／またはWntタンパク質の分泌を増強する。いくつかの実施形態においては、培養液を定期的に「供給」して、使用済みの培地を除去し、遊離した細胞を排除し、新鮮な培地を添加することができる。インキュベーション期間中に、培養された細胞は直線的に増殖し、三次元足場のフィラメントを包みこんだ後、該足場の開口部内で増殖し始める。

前記足場上に沈着した種々の割合の様々な型のコラーゲンは、三次元組織と接触するようになる細胞の増殖に影響し得る。沈着した細胞外マトリックス(ECM)タンパク質の割合を、好適なコラーゲン型を生産する線維芽細胞を選択することにより操作するか、または増強することができる。これを、補体を活性化することができ、特定のコラーゲン型を規定する好適なアイソタイプもしくはサブクラスのモノクローナル抗体を用いて達成することができる。これらの抗体および補体を用いて、所望のコラーゲン型を発現する線維芽細胞を陰性選択することができる。あるいは、フレームワークに接種するのに用いられる細胞は、所望のコラーゲン型を合成する細胞の混合物であってもよい。種々のコラーゲン型の分布および起源を表1に示す。

様々な実施形態において、培養三次元組織は、増殖因子などの、前記細胞により産生される細胞生産物の特徴的なレパートリーを有する。いくつかの実施形態においては、培養三次元組織は、表2に示される増殖因子の発現および／または分泌を特徴とする。

いくつかの実施形態においては、培養三次元組織は、結合組織増殖因子(CTGF)の発現および／または分泌を特徴とする。CTGFは、骨形成、創傷治癒、および血管新生において重要な役割を果たすよく知られた線維芽細胞マイトジェンおよび血管新生因子である。例えば、Luo, Q.ら、2004, J. Biol. Chem., 279:55958-68; LeaskおよびAbraham, 2003, Biochem Cell Biol, 81:355-63; Mecurio, S.B.ら、2004, Development, 131:2137-47;ならびにTakigawa, M., 2003, Drug News Perspect, 16:11-21を参照されたい。

増殖因子の上記リストに加えて、三次元組織はまた、Wntタンパク質の発現を特徴とする。本明細書で用いられる「Wnt」または「Wntタンパク質」とは、1種以上の以下の機能的活性：(1)Frizzledタンパク質とも呼ばれるWnt受容体への結合；(2)Dishevelledタンパク質のリン酸化およびAxinの細胞局在化の調節；(3)細胞β-カテニンレベルおよび対応するシグナル伝達経路の調節；(4)TCF/LEF転写因子の調節；ならびに(5)細胞内カルシウムの増加およびCa²⁺感受性タンパク質(例えば、カルモジュリン依存性キナーゼ)の活性化、を有するタンパク質を指す。Wntタンパク質の文脈で用いられる「調節（modulation）」とは、細胞レベルにおける増加もしくは減少、細胞内分布の変化および／またはWntにより調節される分子の機能的(例えば、酵素的)活性の変化を指す。

本発明の開示と関連するのは、げっ歯類、ネコ科動物、イヌ科動物、有蹄類、および霊長類などの哺乳動物において発現されるWntタンパク質である。例えば、同定されたヒトWntタンパク質は27％〜83％のアミノ酸配列同一性を有する。Wntタンパク質のさらなる構造的特徴は、約23個もしくは24個のシステイン残基の保存されたパターン、疎水性シグナル配列、および保存されたアスパラギン結合オリゴサッカリド修飾配列である。また、いくつかのWntタンパク質は、パルミトイル基などにより脂質修飾されたものである(Wilkertら、2003, Nature 423(6938):448-52)。哺乳動物中で発現されるWntタンパク質および対応する遺伝子の例としては、特に、Wnt1、Wnt2、Wnt2B、Wnt3、Wnt3A、Wnt4、Wnt4B、Wnt5A、Wnt5B、Wnt6、Wnt7A、Wnt7B、Wnt8A、Wnt8B、Wnt9A、Wnt9B、Wnt10A、Wnt11、およびWnt16が挙げられる。Wnt12、Wnt13、Wnt14、およびWnt15などの他の同定された形態のWntは、Wnt1-11および16について記載されたタンパク質の範囲内にあるようである。哺乳動物のWntタンパク質のそれぞれのタンパク質およびアミノ酸配列は、SwissProおよびGenbank (NCBI)などのデータベースにおいて利用可能である。また、米国特許公開第2004/0248803号および2005年8月30日に出願された「損傷組織の修復を促進するためのWntタンパク質を含む組成物および方法(Compositions and Methods Comprising Wnt Proteins to Promote Repair of Damaged Tissue)」という発明の名称の米国特許出願第11/216,580号、ならびに2005年8月30日に出願された「髪の成長を促進するための組成物および方法(Compositions and Methods for Promoting Hair Growth)という発明の名称の米国特許出願第11/217,121号も参照されたい。それらの内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする。

Wntタンパク質の単離および同定のための様々な技術が当業界で公知である。例えば、米国特許公開第2004/0248803号を参照されたい。その内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする。

いくつかの実施形態においては、Wntタンパク質は少なくともWnt5a、Wnt7a、およびWnt11を含む。本明細書で用いられるWnt5aとは、上記の機能的活性を有し、かつNCBIアクセッション番号AAH74783(gI:50959709)またはAAA16842(gI:348918)中のアミノ酸配列を有するヒトWntタンパク質に対する配列類似性を有するWntタンパク質を指す(Danielsonら、1995, J. Biol. Chem. 270(52):31225-34も参照されたい)。Wnt7aとは、上記のWntタンパク質の機能的特性を有し、かつNCBIアクセッション番号BAA82509 (gI:5509901); AAC51319.1 (GI:2105100);およびO00755 (gI:2501663)中のアミノ酸配列を有するヒトWntタンパク質に対する配列類似性を有するWntタンパク質を指す(Ikegawaら、1996, Cytogenet Cell Genet. 74(1-2):149-52; Buiら、1997, Gene 189(1):25-9も参照されたい)。Wnt11とは、上記の機能的活性を有し、かつNCBIアクセッション番号BAB72099 (gI:17026012); CAA74159 (gI:3850708);およびCAA73223.1 (gI:3850706)中のアミノ酸配列を有するヒトWntタンパク質に対する配列類似性を有するWntタンパク質を指す(Kirikoshiら、2001, Int. J. Mol. Med. 8(6):651-6; Lakoら、1998, Gene 219(1-2):101-10も参照されたい)。特定のWntタンパク質の文脈において、本明細書で用いられる「配列類似性」とは、参照配列と比較した場合の、少なくとも約80％以上、少なくとも約90％以上、少なくとも約95％以上、または少なくとも約97％以上、または少なくとも約98％以上のアミノ酸配列同一性を指す。例えば、ヒトWnt7aは、マウスWnt7aに対して約97％のアミノ酸配列同一性を示すが、ヒトWnt7aのアミノ酸配列はヒトWnt5aに対して約64％のアミノ酸同一性を示す(Buiら、上掲)。

三次元組織による種々の増殖因子および／もしくはWntタンパク質の発現ならびに／または分泌を、異なるレベルの目的の因子を放出する細胞を組み込むことにより調節（modulate）することができる。例えば、血管平滑筋細胞は、ヒト皮膚線維芽細胞よりもかなり多いVEGFを産生することが知られている。線維芽細胞の代わりに、またはそれに加えて、血管平滑筋細胞を用いることにより、三次元組織によるVEGFの発現および／または分泌を調節することができる。

5.4 遺伝子操作された細胞
遺伝子操作された三次元組織を、米国特許第5,785,964号(その開示はその全体が参照により本明細書に組み入れられるものとする)に記載のように調製することができる。遺伝子操作された組織は、in vivoでの増殖因子および／またはWntタンパク質の持続的放出のための遺伝子送達ビヒクルとして役立ち得る。例えば、特定の実施形態においては、間質細胞などの細胞を遺伝子操作して、該遺伝子操作された細胞にとって外因性であるか、または内因性である遺伝子産物を発現させることができる。遺伝子操作することができる間質細胞としては、限定されるものではないが、線維芽細胞(胎児、新生児、もしくは成体起源のもの)、平滑筋細胞、心筋細胞、幹細胞または前駆細胞、ならびに骨髄中に認められる内皮細胞、マクロファージ、単球、脂肪細胞、周皮細胞、および細網細胞などの疎性結合組織中に認められる他の細胞が挙げられる。種々の実施形態においては、幹細胞または前駆細胞を遺伝子操作して、外因性もしくは内因性の遺伝子産物を発現させ、そしてそれを、単独で、または間質細胞と組合わせて、三次元足場上で培養することができる。

細胞および組織を遺伝子操作して、限定されるものではないが、in vivoで埋め込まれた場合に、組織治癒を促進する遺伝子操作された細胞および組織の増強された機能などの様々な機能を付与することができる所望の遺伝子産物を発現させることができる。所望の遺伝子産物は、ペプチドまたはタンパク質、例えば酵素、ホルモン、サイトカイン、転写因子もしくはDNA結合タンパク質などの調節タンパク質、細胞表面タンパク質などの構造タンパク質などであってよく、または所望の遺伝子産物はリボソームもしくはアンチセンス分子などの核酸であってよい。いくつかの実施形態においては、所望の遺伝子産物は、上記の様々な細胞の分化および増殖において役割を果たす1種以上のWntタンパク質である(例えば、Miller, J.R., 2001, Genome Biology 3:3001.1-3001.15を参照されたい)。例えば、組換え的に操作された細胞を作製して、限定されるものではないが、Wnt5a、Wnt7a、およびWnt11などの特定のWnt因子を発現させることができる。

いくつかの実施形態においては、所望の遺伝子産物、例えば限定されるものではないが、細胞増殖を増強する遺伝子産物、例えば、血管内皮増殖因子(VEGF)、肝細胞増殖因子(HGF)、線維芽細胞増殖因子(FGF)、血小板由来増殖因子(PDGF)、表皮増殖因子(EGF)、トランスフォーミング増殖因子(TGF)、結合組織増殖因子(CTGF)およびWnt因子などは、遺伝子操作された細胞に対して増強された特性を提供する。他の実施形態においては、細胞および組織を遺伝子操作して、細胞の不死化をもたらす所望の遺伝子産物、例えば、癌遺伝子またはテロメラーゼを発現させる。

他の実施形態においては、細胞および組織を遺伝子操作して、凍結保存および抗乾燥特性などのin vitroでの保護的機能を提供する遺伝子産物、例えば、トレハロースを発現させる(米国特許第4,891,319号、第5,290,765号、および第5,693,788号)。また、細胞および組織を操作して、炎症応答から細胞を保護し、また宿主の免疫系による拒絶から保護するものなど、例えば、HLAエピトープ、MHC対立遺伝子、免疫グロブリンおよび受容体エピトープ、そして細胞接着分子、サイトカインおよびケモカインのエピトープなどの、in vivoで保護的機能を提供する遺伝子産物を発現させることもできる。

所望の遺伝子産物を本発明の細胞および組織により発現させることができるように操作する、いくつかの方法が存在する。所望の遺伝子産物を操作して、構成的に、または組織特異的もしくは刺激特異的な様式で、発現させることができる。所望の遺伝子産物をコードするヌクレオチド配列を、例えば、構成的に活性であるか、組織特異的であるか、または1種以上の特異的刺激の存在下で誘導されるプロモーターエレメントに、機能し得る形で連結することができる。

いくつかの実施形態においては、操作された遺伝子産物をコードするヌクレオチド配列を、せん断応力または半径応力に応答する調節性プロモーターエレメントに機能し得る形で連結する。これらの実施形態においては、血流を通過させること(せん断)により、ならびに心臓または血管を通過する血液の拍動流の結果として誘導される半径応力により、プロモーターエレメントを活性化する。

好適な調節性プロモーターエレメントの例としては、限定されるものではないが、テトラサイクリン応答エレメント、ニコチン応答エレメント、インスリン応答エレメント、グルコース応答エレメント、インターフェロン応答エレメント、糖質コルチコイド応答エレメント、エストロゲン／プロゲステロン応答エレメント、レチノイド酸応答エレメント、ウイルス転写活性化因子、SV40アデノウイルスの初期もしくは後期プロモーター、lac系、trp系、TAC系、TRC系、3-ホスホグリセリン酸のプロモーターおよび酸ホスファターゼのプロモーターが挙げられる。さらに、転写因子結合部位、ならびに天然のプロモーターおよびエンハンサーの分子構造と類似するホルモン応答エレメントおよび転写因子結合部位のマルチマーを含む、人工応答エレメントを構築することができる(例えば、HerrおよびClarke, 1986, J Cell 45(3): 461-70を参照)。そのような人工合成調節領域を、任意の望ましいシグナルに応答するように設計し、選択したプロモーター／エンハンサー結合部位に応じて特定の細胞型において発現させることができる。

いくつかの実施形態においては、操作された三次元組織は遺伝子操作された細胞を含み、弱体化された心臓組織の再血管形成および治癒に関与する幹細胞および／または前駆細胞の増殖および分化を刺激する天然に分泌される因子を産生する。

5.5 うっ血性心不全を治療するための培養三次元組織の使用
本明細書に記載の三次元組織は、うっ血性心不全の治療において有用である。うっ血性心不全の作用は、身体運動中の機能障害から任意のレベルの活動における心臓ポンプ機能の完全な不全にまで及ぶ。うっ血性心不全の臨床症状としては、息切れおよび疲労などの呼吸困難、ならびに運動能力もしくは耐性の低下が挙げられる。臨床的には、特定の個体により示される徴候および症状は、典型的には、4つの群、クラス1〜クラス4のうちの1つに分類される。クラス1心不全は最も軽度であり、一方クラス4の心不全は最も重篤である。

従って、本明細書に記載の組成物および方法を、単独で、または従来の処置投与計画と組合わせて投与して、4つの心不全のクラスのうちの1つに分類された個体を治療することができる。三次元組織が、うっ血性心不全と関連する少なくとも1つの症状を臨床的に示す個体における心臓の治癒を促進できるかどうかは、部分的には、心不全の重篤度、例えば、クラスI、II、III、またはIVに依存する。

理論により束縛されるものではないが、損傷心臓または罹患心臓への三次元組織の適用は、心臓の治癒に関与する様々な生物学的活性を促進する。例えば、限定されるものではないが、損傷心臓または罹患心臓への本明細書に記載の組成物の付着を用いて、心臓のポンプ効率を改善することができる。

実施例1は、虚血の領域中の心筋の表面上に縫合された培養三次元組織は、罹患心臓における創傷治癒の事象に正の影響を及ぼし、それは好ましい心室再モデリング、心室性能の改善、および心室壁運動の改善をもたらす。

本明細書に記載の方法および組成物を、種々の薬剤の投与および外科的手順などの従来の治療と組合わせて用いることができる。例えば、いくつかの実施形態においては、培養三次元組織を、心不全を治療するのに用いられる1種以上の医薬と共に投与する。本明細書に記載の方法における使用にとって好適な医薬としては、アンジオテンシン変換酵素(ACE)阻害剤(例えば、エナラプリル(Vasotec)、リシノプリル(Prinivil, Zestril)およびカプトプリル(Capoten))、アンジオテンシンII(A-II)受容体遮断剤(例えば、ロサルタン(Cozaar)およびバルサルタン(Diovan))、利尿剤(例えば、ブメタニド(Bumex)、フロセミド(Lasix, Fumide)、およびスピロノラクトン(Aldactone))、ジゴキシン(Lanoxin)、β遮断剤、ならびにネシリチド(Natrecor)を用いることができる。

さらに、培養三次元組織を、左心補助装置(LVAD)とも呼ばれる心臓ポンプ、両心室心臓ペースメーカー、心臓ラップ手術、人工心臓、および強化体外カウンターパルゼーション法(EECP)、ならびに心臓ラップ手術(例えば、米国特許第6,425,856号、第6,085,754号、第6,572,533号、および第6,730,016号(その内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする)を参照されたい)などの重篤な心不全を治療するのに用いられる他の選択肢と共に用いることができる。

いくつかの実施形態においては、培養三次元組織を、心臓ラップ手術と組合わせて用いる。これらの実施形態においては、可撓性のポーチまたはジャケットを用いて、三次元組織を含む三次元足場を送達および／または付着させる。この三次元組織を、ポーチの内側に置くか、またはその中に埋め込んだ後、損傷もしくは弱体化された心臓組織の上に留置することができる。他の実施形態においては、ポーチと三次元フレームワークとを１つに結合することができる。例えば、ポーチと三次元フレームワークとを、伸縮性のステッチ集合体を用いて１つに結合することができる。他の実施形態においては、三次元フレームワークを、ポーチに該フレームワークを結合させるのに有用な糸を含むように留置することができる。その内容が参照により本明細書に組み入れられるものとする米国特許第6,416,459号、第5,702,343号、第6,077,218号、第6,126,590号、第6,155,972号、第6,241,654号、第6,425,856号、第6,230,714号、第6,241,654号、第6,155,972号、第6,293,906号、第6,425,856号、第6,085,754号、第6,572,533号、および第6,730,016号ならびに米国特許公開第2003/0229265号、および第2003/0229261号は、三次元間質組織を送達するか、および／または付着させるのに用いることができる様々な実施形態のポーチおよびジャケット、例えば、心臓拘束デバイス、を記載している。

いくつかの実施形態においては、三次元組織に加えて、他のデバイス、例えば、ジャケットを心臓上で望ましい程度の張力に調整するときを示すための張力指標である、除細動用の電極、を前記ポーチに付着させ、本明細書に記載の方法および組成物において用いる。例えば、その内容が参照により本明細書に組み入れられるものとする米国特許第6,169,922号および第6,174,279号を参照されたい。

以下により詳細に説明するように、上記の疾患状態の1つを有すると診断された個体の心臓壁を含む1種以上の組織、例えば、心外膜、心筋および心内膜を、培養三次元組織と接触させることができる。

5.6 三次元組織を用いるCHF治療の有効性を判定するのに有用なアッセイ
いくつかの方法を用いて、培養三次元組織の付着の前後で、うっ血性心不全を有すると診断された個体における心臓の機能の変化を測定することができる。例えば、心エコー図を用いて、心臓がポンプ送達する最大量を決定することができる。各拍動につき左心室からポンプで汲み出される血液の割合を、駆出率と呼ぶ。健康な心臓においては、駆出率は約60％である。左心室が活発に収縮できないことにより引き起こされるうっ血性心不全、すなわち、収縮型心不全を有する個体においては、駆出率は通常40％未満である。心不全の重篤度および原因に応じて、駆出率は典型的には40％未満から15％以下の範囲である。また、心エコー図を用いて、収縮型心不全と、ポンプ送達機能は正常であるが、心臓が硬直している拡張型心不全との間を区別することもできる。

いくつかの実施形態においては、心エコー図を用いて、培養三次元組織を用いる治療の前後での駆出率を比較する。特定の実施形態においては、培養三次元組織を用いる治療は、3〜5％の駆出率の改善をもたらす。他の実施形態においては、培養三次元組織を用いる治療は、5〜10％の駆出率の改善をもたらす。さらに他の実施形態においては、培養三次元組織を用いる治療は、10％を超える駆出率の改善をもたらす。

核医学的心室造影(RNV)または複数ゲート獲得(MUGA)スキャニングなどの核スキャンを用いて、心臓が各拍動についてポンプ送達する血液の量を決定することができる。これらの試験を、個体の静脈中に注入された少量の染料を用いて行う。特殊なカメラを用いて、放射活性物質が心臓を通過して流れる時にその放射活性物質を検出する。他の試験としては、X線および血液試験が挙げられる。胸部X線を用いて、心臓の大きさおよび液体が肺の中に蓄積したかどうかを決定することができる。血液試験を用いて、うっ血性心不全の特定の指標である、脳のナトリウム利尿ペプチド(BNP)を調べることができる。BNPは、心臓が過剰に働く場合に高レベルで心臓により分泌される。かくして、血液中のBNPのレベルの変化を用いて、処置投与計画の効果をモニターすることができる。

5.7 培養三次元組織の投与および用量
様々な方法を用いて、培養三次元組織を、うっ血性心不全を有すると診断された個体の心臓に付着および／または接触させることができる。付着のための好適な手段としては、限定されるものではないが、三次元組織と心臓組織との間の直接的接着、生物学的接着剤、合成接着剤、レーザー、およびヒドロゲルが挙げられる。多数の止血剤およびシーリング材が商業的に入手可能であり、限定されるものではないが、「SURGICAL」(酸化セルロース)、「ACTIFOAM」(コラーゲン)、「FIBRX」(光活性化フィブリンシーリング材)、「BOREAL」(フィブリンシーラント)、「FIBROCAPS」(乾燥粉末フィブリンシーリング材)、ポリサッカリドポリマーp-G1 cNAc(「SYVEC」パッチ；Marine Polymer Technologies)、Polymer 27CK (Protein Polymer Tech.)が挙げられる。1.5時間以内に手術室で120 mlの患者の血液から自己由来のフィブリンシーリング材を調製するための医学的デバイスおよび器具も公知である(例えば、Vivostat System)。

いくつかの実施形態においては、培養三次元組織を、細胞接着により直接的に心臓組織に付着させる。例えば、いくつかの実施形態においては、三次元組織を、心外膜、心筋および心内膜などの1種以上の心臓の組織に付着させる。三次元組織を心臓の心外膜または心筋に付着させる場合、典型的には心膜(pericardium)(すなわち、心膜(heart sac))を開口させるか、またはこれに穴を開けた後、三次元組織を付着させる。他の実施形態においては、例えば、三次元組織を心内膜に付着させる場合、カテーテルまたは同様のデバイスを、心臓の心室に挿入し、三次元組織を該心室の壁に付着させる。

いくつかの実施形態においては、三次元組織を、外科用接着剤を用いて心臓組織に付着させる。本明細書に記載の方法および組成物における使用にとって好適な外科用接着剤としては、フィブリン接着剤などの生物学的接着剤が挙げられる。フィブリン接着剤組成物を用いる用途の考察については、例えば、米国特許出願第10/851,938号およびそこに開示された様々な参考文献(その内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする)を参照されたい。

いくつかの実施形態においては、レーザーを用いて、三次元組織を心臓組織に付着させる。例えば、レーザー染料を心臓、三次元組織、またはその両方に適用し、好適な波長のレーザーを用いて活性化して、培養三次元組織を心臓に接着させる。レーザーを用いる様々な用途の考察については、例えば、米国特許出願第10/851,938号(その内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする)を参照されたい。

いくつかの実施形態においては、ヒドロゲルを用いて、培養三次元組織を心臓組織に付着させる。多数の天然および合成のポリマー材料を用いて、ヒドロゲル組成物を形成させることができる。例えば、ポリサッカリド、例えば、アルギナートを、二価の陽イオン、ポリホスファゼンおよびポリアクリレートを用いてイオン的に架橋するか、または紫外線ポリマー化により架橋することができる(例えば、米国特許第5,709,854号を参照)。あるいは、2-オクチルシアノアクリレート(「DERMABOND」、Ethicon, Inc., Somerville, NJ)などの合成外科用接着剤を用いて、三次元組織を心臓組織に付着させることができる。

いくつかの実施形態においては、培養三次元組織を、米国特許出願第10/851,938号(その内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする)に記載のような1種以上の縫合糸を用いて心臓組織に付着させる。他の実施形態においては、この縫合糸は、2005年8月30日に出願された、「三次元組織およびその使用(Three Dimensional Tissues and Uses Thereof)」という発明の名称の米国特許出願第11/216,574号(その内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする)に記載のような培養三次元組織を含む。

培養三次元組織を、うっ血性心不全を有すると診断された個体において、弱体化された、もしくは損傷された心臓組織の組織治癒および／または再血管形成を促進するのに有効な量で用いる。投与する培養三次元組織の量は、部分的には、うっ血性心不全の重篤度、培養三次元組織を注入可能な組成物として用いるかどうか(例えば、2005年8月30日に出願された「培養三次元組織およびその使用(Cultured Three Dimensional Tissues and Uses Thereof)」という発明の名称の米国特許出願第11/216,574号(その内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする)を参照)、存在する種々の増殖因子および／もしくはWntタンパク質の濃度、培養三次元組織を含む生細胞の数、ならびに／または治療しようとする心臓組織へのアクセスの容易さに依存する。有効用量の決定は、当業者の能力の範囲内にある。実施例1に記載のイヌモデルなどの好適な動物モデルを、心臓の特定の組織に対する前記用量の効果を試験するために用いることができる。

本明細書で用いられる「用量」とは、うっ血性心不全を有すると診断された個体の心臓に適用される培養三次元組織の付着片の数を指す。典型的な培養三次元組織の付着片は約35 cm²である。当業者には明らかであるように、付着片の絶対的面積は、それがうっ血性心不全を有すると診断された個体において弱体化された、もしくは損傷された心臓組織の血管新生を刺激するか、および／または治癒を促進するのに十分な細胞数を含む限り様々であってもよい。かくして、本明細書に記載の方法における使用にとって好適な付着片は、15 cm²〜50 cm²の範囲の大きさであってよい。

2個以上の三次元組織の付着片の適用を用いて、本明細書に記載の方法により治療可能な心臓の領域を増加させることができる。例えば、2個の付着組織片を用いる実施形態においては、治療可能な領域は約2倍の大きさである。3個の培養三次元組織の付着片を用いる実施形態においては、治療可能な領域は約3倍の大きさである。4個の培養三次元組織の付着片を用いる実施形態においては、治療可能な領域は約4倍の大きさである。5個の培養三次元組織の付着片を用いる実施形態においては、治療可能な領域は約5倍の大きさ、すなわち、35 cm²〜175 cm²である。

いくつかの実施形態においては、1個の培養三次元組織の付着片を、うっ血性心不全を有すると診断された個体中の心臓の領域に付着させる。

他の実施形態においては、2個の培養三次元組織の付着片を、うっ血性心不全を有すると診断された個体中の心臓の領域に付着させる。

他の実施形態においては、3個の培養三次元組織の付着片を、うっ血性心不全を有すると診断された個体中の心臓の領域に付着させる。

他の実施形態においては、4、5個、またはそれ以上の培養三次元組織の付着片を、うっ血性心不全を有すると診断された個体中の心臓の領域に付着させる。

2個以上の培養三次元組織の付着片を投与する実施形態においては、部分的には、うっ血性心不全の重篤度、治療しようとする領域の範囲、および／または治療しようとする心臓組織へのアクセスの容易さに依存して、1個の付着片の別の付着片への近接性を調整することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、三次元組織の培養片を、一方の培養片の1個以上の端部が第2の培養片の1個以上の端部と接触するように、互いにすぐ近くに留置することができる。他の実施形態においては、一方の組織片の端部が他方の組織片の端部と接触しないように、前記組織片を心臓組織に付着させることができる。これらの実施形態においては、前記組織片を、患者により呈される解剖学的症状および／または疾患症状に基づく好適な距離により、互いに分離させることができる。一方の組織片の他方への近接性の決定は、当業者の能力の範囲内にあり、必要に応じて、実施例1に記載のイヌモデルなどの好適な動物モデルを用いて試験することができる。

複数の培養三次元組織片を含む実施形態においては、いくつか、または全ての組織片を、同じか、または異なる心臓の領域に付着させることができる。

複数の培養三次元組織片を含む実施形態においては、組織片を、心臓に同時に付着させるか、または一斉に付着させる。

いくつかの実施形態においては、前記組織片を長時間に渡って投与する。投与の頻度および間隔は、部分的には、うっ血性心不全の重篤度、培養三次元組織を注入可能な組成物として用いるかどうか(例えば、2005年8月30日に出願された「培養三次元組織およびその使用(Cultured Three Dimensional Tissues and Uses Thereof)」という発明の名称の米国特許出願第11/216,574号(その内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする)を参照)、存在する種々の増殖因子および／もしくはWntタンパク質の濃度、培養三次元組織を含む生細胞の数、ならびに／または治療しようとする心臓組織へのアクセスの容易さに依存する。投与の頻度および連続的適用の間の期間の決定は、当業者の能力の範囲内にあり、必要に応じて、実施例1に記載のイヌモデルなどの好適な動物モデルを用いて試験することができる。

いくつかの実施形態においては、培養三次元組織を、2005年8月30日に出願された「培養三次元組織およびその使用(Cultured Three Dimensional Tissues and Uses Thereof)」という発明の名称の米国特許出願第11/216,574号(その内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする)に記載のような注入可能な組成物として投与する。虚血組織の治療のための注入可能な組成物の投与および有効用量に関する案内は、2005年8月30日に出願された「培養三次元組織およびその使用(Cultured Three Dimensional Tissues and Uses Thereof)」という発明の名称の米国特許出願第11/216,574号(その内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする)に提供されている。

6. 実施例
実施例1：イヌ心臓試験における慢性虚血組織の治療
三次元培養組織、すなわち、Anginera(商標)(本明細書においてはDermagraft(商標)とも呼ぶ)は、Smith & Nephewにより製造されたものである。Anginera(商標)は生体吸収性ポリグラクチンメッシュ足場(Vicryl(商標))上でのヒト新生児皮膚線維芽細胞の培養により作製された、無菌の凍結保存されたヒト線維芽細胞に基づく組織である。このプロセスを、専用の増殖容器またはバイオリアクター内で実行する。組織増殖は、細胞増殖のための必要な栄養を提供する細胞培地を用いて支援する。Anginera(商標)を製造するのに用いられる密閉されたバイオリアクター系は、無菌で均一かつ再現性のある生きたヒト組織の増殖のための制御された環境を維持する。

Anginera(商標)の製造において用いられる皮膚線維芽細胞を、通常の割礼法から得られたヒト新生児の包皮組織から取得した。Anginera(商標)の全てのロットは、使用のために発売される前にUSP無菌テストを通過している。貯蔵寿命の延長をもたらすために、それを回収後に-75℃で凍結保存する。解凍後、約60％の細胞が生存能力を保持し、増殖因子、マトリックスタンパク質、およびグリコサミノグリカンを分泌することができる。

イヌ試験を用いて、慢性虚血心臓組織を治療するためのAnginera(商標)の安全性および有効性を評価した。イヌ試験から得られたデータの評価により、Anginera(商標)が全ての用量レベルで安全であることが示された。このイヌ試験は米国連邦規則集第58部のタイトル21に記載されるような米国食品医薬品局の医薬品安全性試験実施基準規則(GLP)を順守したものであった。

最初に、慢性心筋虚血を、左冠動脈前下行枝(LAD)の腹部心室間分枝上でのアメロイドコンストリクターの外科的留置により40匹の動物(5匹のオスおよび5匹のメスの雑種犬の4群)において誘導した。アメロイドコンストリクターの外科的留置の約30日後(±2日)、動物は以下の4つの処置のうちの1つを受けた：第1群、偽手術処置；第2群、1単位の生存能力のないAnginera(商標)の外科的適用；第3群、1単位の生存能力のあるAnginera(商標)の外科的適用；および、第4群、3単位の生存能力のあるAnginera(商標)の外科的適用。この試験において用いられたAnginera(商標)は、臨床用途のためにSmith & Nephewにより発売されたDermagraft(商標)であった。試験を行うか、またはデータを分析する全ての調査者は、動物の処置の内容に関して最大限可能な程度まで盲検状態に置かれた。性別あたり2匹の動物を30日目(±1日)に剖検し、各処置群から性別あたり3匹の動物を90日目(±1日)に剖検した(表IIIを参照)。

心電図および直接動脈圧を、外科的手順の間に連続的にモニターした。左側部開胸術を第4および第5肋骨の間で実施した。心臓の単離の前に、リドカインを、不整脈の制御を助ける必要に応じて、静脈内(2 mg/kg)および局所的に与えた。心臓を単離し、心膜ウェルを構築した。左冠動脈前下行枝(LAD)の腹部心室間分枝を特定し、アメロイドコンストリクターの留置のために単離した。好適な大きさのアメロイドコンストリクター(Cardovascular Equipment Corporation, Wakefiled, Massahusetts, 2.0〜3.0 mm)をLADの近接部分の周囲に留置した。任意の心室不整脈を、必要に応じて、かつ指示された通り、薬剤、すなわち、リドカイン、デキサメタゾン、ブレチリウムを用いて治療した。試験の設計を表3に例示する。

臨床観察、身体検査および眼科検査、体重、体温、心臓モニタリング(心電図(ECG)、動脈血圧、心拍数、および左心室機能の心エコー測定など)、臨床病理(血液学、凝固、血清化学、トロポニンT、および尿検査など)、選択された器官および組織の解剖学的病理および組織病理を評価することにより、安全性を評価した。30日および90日の時点での全ての処置群から得られた心エコー検査データのさらなる評価を実施した。最後に、心臓組織の別個の分析を実施した。

心エコー図を、-30日目(すなわち、手術の30日前、手術は0日目に行った)の前の4週間以内、1日目の前の約8日以内、および犠牲／剖検(30日目または90日目)の前の約8日以内に収集した。経胸腔的な安静時およびストレス時の心エコー検査を、心エコー図ウインドウおよび視野を標準化するための方法を用いて実施した。動物を、できるだけ手で拘束し、右側臥位に置いた(右側が下になるように)。心エコー評価を、動物が安定な心拍数に達した後に実施し、その後、ドブタミンにより誘導された増加した心拍数の下で2回目の心エコー検査を実施した。ドブタミンを5マイクログラム／kg／分から開始して静脈内投与し、50マイクログラム／kg／分の最大注入速度まで漸増して、心拍数の50％の増加(±10％)を達成した。動物のID番号、試験日、および視野を、各試験のビデオ録画上に注釈付けした。全てのエコー試験をビデオテープ上に記録し、画像およびループをデジタル的に捕捉し、光ディスク上に保存した。短軸画像をビデオテープ上およびデジタルで光ディスク上の両方に記録し、少なくとも2つの心臓周期を含ませた。壁の肥厚(センチメートル)として測定されたセグメントの収縮性を、左心室の虚血領域および対照領域中で定量した。これらの測定を、基底面、中間乳頭面および低乳頭面を含むように3つの断面において行った。左心室面積測定値を、2次元画像から取得した。2室および4室長軸画像を、左心室容積、駆出率、および心拍出量の決定のために記録した。この決定のための数学モデルは、2平面の改変されたSimpsonsの近似式であった。心電図を、心エコー図と合わせて記録した。

光ディスクに保存した画像を、サンプルの内容に関して盲検状態に置かれた少なくとも1人の有資格の獣医心臓内科医(VetMed)による齢数順の試験における再検討のために、DICOM画像形式でCD上に保存した。

3つの測定を、全ての心エコー図データに対して実施し、3つの測定値の平均として報告した。

心エコー検査を、アメロイドの留置前の4週間以内に全ての動物に対して実施した。心エコー検査によりうっ血性心疾患または異常な左心室機能を有すると同定された動物を全て試験から除外した。ドブタミンストレス心エコー検査を実施して、基線比較を確立した。

心エコー検査を、手術およびLAD上へのアメロイドコンストリクターの留置後、ならびに処置適用の前の約8日以内に、全ての動物に対して実施した。安静時およびドブタミンストレス条件下での局所的な左心室壁運動を評価した。貫壁性梗塞を有すると同定された全ての動物を試験から除外した。

心エコー検査を、剖検の約8日以内に全ての動物に対して実施した。安静時およびドブタミンストレス条件下での局所的な左心室壁運動を評価した。左心室面積測定値、左心室容積決定値、駆出率、および心拍出量決定値の組合せを用いて、全体的な左心室機能を評価した。

別の非GLP心エコー分析を、元の心エコーデータに対して実施して、選択されたパラメーターの統計学的比較を提供した。一方向分散分析(ANOVA)を用いて、処置群間の有意差(p<0.05)を決定した。30および90日の両方の時点で、安静条件 対 ドブタミンストレス条件下でのパラメーター変化に対して特定の焦点を当てた比較を、群間および群内で行った。比較のために同定されたパラメーターは以下の通りであった：
1. 心拍出量(CO)：COは安静条件からストレス条件へと増加すると予想された。罹患心臓は、ドブタミンストレス条件下でCOを増加させる能力の減弱を示すと予想される。
2. 左心室駆出率(LVEF)：LVEFも、安静条件からストレス条件へと増加すると予想された。罹患心臓は、ドブタミンストレス条件下でLVEFを増加させる能力の減弱を示すと予想される。
3. 左心室拡張末期容積指数(LVEDVI)：LVEDVIは安静条件からストレス条件へと増加すると予想された。罹患心臓は、ドブタミンストレス条件下でLVEDVIのより多い増加を示すと予想される。
4. 左心室収縮末期容積指数(LVESVI)：LVESVIは安静条件からストレス条件へと減少すると予想された。罹患心臓は、ドブタミンストレス条件下でLVESVIを減少させる能力の減弱を示すと予想される。
5. 収縮期壁肥厚(SWT)：SWT値は安静条件からストレス条件へと増加すると予想された。罹患心臓は、ドブタミンストレス条件下でSWT値を増加させる能力の減弱を示すと予想される。

基線となるアメロイド前のエコー評価の間に観察された動物は、有意な左心室機能障害もうっ血性心疾患も示さなかった。基線安静条件で、全ての動物が血行値および壁径に関して種の正常な範囲内にあると評価された。これらのデータは、全ての群に由来する動物が正常範囲値の左心室機能を有して試験を開始したことを示している。さらに、処置前、アメロイド後の左心室壁径は、アメロイド前の基線評価と比較して、基部(僧帽弁)、高乳頭、および低乳頭レベルでのドブタミンストレスに対して盲検化された応答を示したが、これは左心室の前壁および側壁における壁機能の低下を示している。これらの処置前、アメロイド後のエコー観察値は、心室虚血に対して二次的な軽度の左心室拡張をもたらしたアメロイド実験モデルと一致しており、本試験において用いたアメロイドイヌモデルが心エコー検査により測定可能な心室虚血を作製するのに成功したことを示している。

試験の生存中の段階の間には動物の死亡は観察されなかった。

開胸術(アメロイドの留置)または胸骨切開(被験物の留置)による心臓の露出を伴う外科的手順に共通な臨床観察を観察した(例えば、腫れ、紅斑、開いた切開部、表皮剥離など)。1日目の前のこれらの臨床観察の分布および頻度は、最終的な処置群間で類似していた。1日目の処置の外科的投与の後、臨床観察は、第3群(1個のAnginera(商標))と比較して、第1、2および4群(それぞれ、虚血のみ、生存能力のないAnginera(商標)および3片のAnginera(商標))ではより多くの動物について、開いた外科切開部が観察されたこと以外は、4つの処置群間で類似していた。開いた切開部のほとんどは、胸骨切開手順(処置の適用)後に観察されたが、1群あたり1〜2匹の動物は開胸手順(アメロイド閉塞器の適用)後に観察される開いた切開部を有していた。開いた切開部を有する全ての動物を、切開部が閉じるか、または肉芽組織が形成され、乾燥するまで、抗生物質で処置した。

眼科検査、身体検査、体重、体温、血液学、凝固、血清化学、トロポニンT、尿検査、外科的血行／心血管モニタリング、および毎週の心血管モニタリングは全て、正常な種の範囲内であると評価され、これは4群の動物間で異なっていなかった。まとめると、これらのデータは、評価したパラメーター内で、全ての用量レベルでAnginera(商標)が安全であることを示している。ECGの定性評価により、3匹ではあるがその全ての動物(2匹の第2群の動物および1匹の第3群の動物)について、心調律が正常であることが示された。これらの3匹の動物において観察された不整脈または伝導障害は、イヌにおける正常な変動域であるか、または心筋表面上への被験物の外科的留置の一時的残存効果であると評価された。

全体の肉眼で見える病理の観察は、多数の心筋接着(心臓と心膜の間および心膜と肺もしくは胸壁の間)ならびにアメロイドの周囲の心筋組織における結節性病変または変色に限定されていた。4つの処置群の動物間で、これらの観察の頻度または強度には差異が検出されなかった。これらの型の全体観察は、この実験プロトコル(すなわち、胸骨切開術および開胸術)において用いられた外科的手順と一致している。試験物質の外科的留置に関連する顕微鏡的病理観察は、心臓の心外膜表面と心膜もしくは肺の間の接着、および限定された漿液血液状の浸出液と相関する、心外膜の広範囲に及ぶ線維性肥厚化を含んでいた。これらの観察は、4つの処置群の各々における全ての動物において注目され、外科的手順と関連し、被験物を用いる特定の処置とは関連しないと思われた。従って、組織学的結果からは安全性の関係は明らかにならず、観察された組織応答は外科的手順に起因する組織損傷と一致していた。冠動脈上へのアメロイド閉塞器の外科的留置の結果であると注記された顕微鏡的変化は、アメロイド化された血管における動脈内膜過形成の程度、および心筋梗塞の領域を変化させる、低級のリンパ形質細胞浸潤および組織球性浸潤から及んでいた。試験した組織サンプルのいずれにおいても、貫壁性梗塞は観察されなかった。全体として、梗塞の発生率または重篤度における傾向を、30日目または90日目の評価時点での特定の処置と関連付けることはできなかった。

まとめると、主要安全性評価項目(血行力学、心電図、心エコー検査、ならびに臨床的および全体的病理観察)の評価により、全ての用量レベルかつ両方の時点でのAnginera(商標)の安全性が示された。

心臓組織学のさらなる評価を実施して、新しい微小血管形成の証拠を同定した。これらの知見は、成熟した微小血管系(細動脈、小静脈、および毛細血管)の存在に関する新しい微小血管形成についての、以前に報告され、公開された知見を確認するものである(図1を参照)。

イヌ試験に由来するヘマトキシリンおよびエオシン染色された切片をさらに分析して、Anginera(商標)および心外膜組織と関連する細胞浸潤物を評価した。この分析を、Anginera(商標)材料と直接接触させた組織に対して実施した。以下の観察を行った：
1. 心内膜下虚血損傷を示す傷が、全ての群において認められた。
2. 第1群(虚血のみ)の標本は、炎症を示さずに最小限の局所心膜肥厚を示した。
3. 第2群(生存能力のないAnginera(商標))埋め込み物は、最小限の炎症および局所中皮増殖を示し、広範性の軽度で局所的に増加した心膜肥厚を有していた。
4. 第3群(単一用量のAnginera(商標))および第4群(3片のAnginera(商標))は、パッチと心外膜の間の様々な量の中程度の、局所性の、多発局所性の、またはバンド様の炎症、および局所異物反応(多くは縫合糸に関連する)を示す線維性心膜肥厚を有していた。
5. 30日目よりも90日目の方が認められた炎症が少なかった。
6. 免疫学的反応の明確な証拠は認められなかった。
7. 全ての事例において心筋に関する炎症は存在しなかった。
8. 心膜炎症の領域において局所的に血管系の増加が認められた。

これらの組織病理学的評価により、Anginera(商標)に対する免疫反応の証拠は存在しないことが示された。実験条件に関連する4つ全ての処置群において観察された一過性の炎症応答が存在した。生存能力のあるAnginera(商標)群においては、細胞性応答の証拠が存在したが、これは心外膜および心膜に特異的な微小血管系の増加を含んでいた。不整脈をもたらし得る心外膜または心筋における処置と関連した局在化された線維症の証拠は存在しなかった。浸潤物は、リンパ球の細胞型よりもむしろ、マクロファージの形態学的外見を有していた。

GLP試験の一部として実施した剖検前心エコー評価により、左心室容積の用量依存的減少が示された。安静時の1回拍出量および心拍出量指数は第3群においては減少したが、これらの軽度な減少はドブタミン注入に応答して正常化した。安静時の1回拍出量および心拍出量指数は第4群においては減少したが、左心室容積の減少は処置前の値と比較して顕著であり、基線値を超えて減少した。これらの変化は、第3群と比較して、第4群においてより劇的であった。第4群における差異(％)の点で、ドブタミン注入に対する応答は、実際には基線値において認められたものよりも良好であった。1回拍出量および心拍出量指数は正常な基線値に戻らなかったが、非常に近いものではあった。

30日目の剖検前の時点での第3群の動物(1回の単位用量のAnginera(商標))は、90日目の剖検前の時点での第3群の動物、または30もしくは90日目の剖検前の時点での第4群の動物(3回の単位用量のAnginera(商標))よりも、大きい左心室を有していた。第4群の動物は、第1、2または3群の動物よりも小さい左心室を有していた。それら自身における、およびそれら自身の代償機構は、第1群の未処置の動物および第2群の非活性Anginera(商標)により処置された動物において認められたような左心室の大きさ(容積)の減少を引き起こす。しかしながら、左心室容積が、実際には第1、2または3群の動物よりも第4群の動物においてより小さいという事実は、正の治療効果を示唆している。左心室の大きさ／容積の減少は、少なくとも部分的には、1回拍出量指数(SVI)および心拍出量指数(COI)の減少に関与する。これらの減少は、心拍出量指数および1回拍出量指数を、処置前の値と比較しても改善された正常な基線値と同等またはそれよりも良好な値に戻した。処置前の値と比較して最も改善された機能は、90日目の剖検前の時点での第4群の動物に認められた。

GLP試験の一部として、セグメントの壁径およびセグメントの機能データは、第2、3および4群での処置の適用が、適用した場合の壁径を増加させたことを示唆していた。また、それは、これらの領域において、軽度の心筋硬直作用が存在する(非活性被験物のみを受けた第2群のイヌにおいて明らかである)ことを示唆していた。この群からのデータはまた、単独の非活性被験物が、隣接するセグメントにおける全体のセグメント機能の改善を引き起こし得ることも示唆している。これは単に、他のセグメントにおける代償性応答の徴候であるかもしれない。第3群の動物は、セグメント機能の軽度の増加を示すか、または処置前の値を超える変化を示さなかったが、これはAnginera(商標)は安全であり、この用量で虚血セグメントの機能を軽度に改善するが、セグメント機能を基線の正常値までは戻さなかったという事実を支持している。基底レベルでの第4群の測定により、基線に近い値まで戻り、処置前の値を超えた顕著な改善を含むセグメント機能の増加が示された。これは、高い乳頭筋レベルの場合でも、セグメントの壁の肥厚化が多くのセグメントにおいてドブタミン注入に応答して軽度に抑制される頂点(apical)レベルの場合でもなかった。軽度に抑制されたセグメント機能を示したセグメントは、処置前のいずれかの値を超えて有意に増加したかまたは処置に応答して正常化された収縮壁径を有していた。

2つの理由から、左心室EDVI値の個別の非GLP評価を実施した。第1に、処置後のEDVI値の変化を特に理解するため、および第2に、イヌモデルに関して30日のアメロイド期間を評価するためである。公開された文献中で報告された試験は、イヌは冠循環を有意にコラテライゼーション(collaterization)することができることを示唆していた。これは、治療の利益を評価するために提唱された機能的データの解釈に対する制限を提供し得る。しかしながら、イヌモデルは依然として、公開された文献内ではよく確立されたモデルである。

イヌモデルのこれらの理解に照らして、EDVIパラメーターをより詳細に評価した。30日のアメロイド期間中のEDVIのパラメーターは、1片のAnginera(商標)で処置した動物(第3群)および3片のAnginera(商標)で処置した動物(第4群)は、ドブタミンストレス下の処置前の時点でのEDVI値により示唆されるような、より重篤な疾患状態を有していたかもしれないことを示唆しているようである(図2)。しかしながら、これらの基線EDVI値の間の比較においては統計学的な有意差は認められなかったが、これはおそらく、大きい標準偏差および小さなサンプルサイズに起因するものであろう。重要なX軸の凡例：正常＝アメロイド前閉塞時点(-30日)；PreTx＝アメロイド閉塞、処置前の時点(0日)；30d PreNx＝30日後の処置、剖検前(30日)、および90d PreNx＝90日後の処置、剖検前(90日)。

以前に記載されたように、別々の二次評価を、一次心エコー評価において収集された元の生データに対して実施した。この二次評価は、臨床的に関連する心エコーパラメーターの特定の統計学的比較に焦点を当てたものである。一次エコー評価の一般的な知見および二次心エコー評価の特定の知見は互いに支持しあう。さらに、二次心エコー評価においては、心拍出量(CO)、左心室駆出率(LVEF)、左心室収縮末期容積指数(LVESVI)、および収縮壁肥厚(SWT)のパラメーターは、Anginera(商標)が慢性的に虚血したイヌの心臓に対して正の生物作用を刺激するという結論を支持している。さらに、これらのデータは、生存能力のあるAnginera(商標)を用いる処置により、処置の30日後には慢性的に虚血したイヌの心臓における心室能力および心室壁運動が改善されるという結論を支持している。

処置の30日後には、生存能力のないもの、ならびに単一のおよび複数のAnginera(商標)パッチ群のイヌは、その基線となる安静時の心拍出量と比較して、ドブタミンを用いた場合に心拍出量の有意な(P<0.05)改善を示した(それぞれ、4273±450、4238±268、および4144±236 ml/分)。偽手術群は、ドブタミン注入を用いてもそのCOを有意に改善しなかった。しかしながら、90日目に、偽手術を施された動物を含む全てのイヌが、ドブタミンを用いる場合にそのCOを改善した(図3および4)。COは安静時からストレス条件へと増加することが予想された。罹患心臓はドブタミンストレス条件下でCOを増加させる能力の減弱を示すと予想される。これらのデータは、生存能力のないもの、ならびに単一片のおよび複数片のAntinera(商標)で処置したイヌが、30日目に対照偽手術群よりも良好なドブタミンに対するCO応答を示すことを示唆している。90日目までに、全ての群は互いに統計学的に等価に機能した。

LVEFは、30および90日目でCOと類似するドブタミンへのストレス応答を示した(図5および6)。特に処置の数日後、生存能力のないもの、ならびに単一のおよび複数のAnginera(商標)パッチ群のイヌは、その基線である安静時のLVEFと比較して、ドブタミンを用いる場合にLVEFの有意な(P<0.05)改善を示した。偽手術群は、ドブタミン注入を用いてもそのLVEFを有意に改善しなかった。しかしながら、90日目に、偽手術を施した動物を含む全てのイヌが、ドブタミンを用いる場合にそのLVEFを改善した。LVEFは安静時からストレス条件へと増加することが予想された。罹患心臓はドブタミンストレス条件下でLVEFを増加させる能力の減弱を示すと予想される。これらのデータは、生存能力のないもの、ならびに単一片のおよび複数片のAntinera(商標)で処置したイヌが、30日目に対照偽手術群よりも良好なドブタミンに対するLVEF応答を有することを示唆している。90日目までに、全ての群は互いに統計学的に等価に機能した。

LVEDV指数を、30日目および90日目に、全ての群において安静時およびストレス中に測定した。安静時のLVEDV指数は30および90日目に全ての群において類似していた。しかしながら、90日目のストレス中に、最も高いAnginera(商標)用量(第4群)でLVEDV指数の有意な(P<0.05)減少が存在する(図7および8)。LVEDVIは安静時からストレス条件へと増加すると予想された。罹患心臓は、ドブタミンストレス条件下でLVEDVIのより大きい増加を示すと予想される。従って、有意により低いLVEDV指数値を有する、ドブタミンストレス下の90日目での第4群の動物の結果は、最大処置群(3片のAnginera(商標))が虚血心臓に対してさらなる利益を提供することを示唆している。

LVEFおよびCOからのデータと一致して、LVSV指数値も、30日目の基線と比較して、ストレス下で生存能力のあるか、または生存能力のないAnginera(商標)を用いる場合に有意に減少した。90日目に、偽手術動物についてもLVSV指数の改善が認められた(図9および10)。LVESVは安静時からストレス条件へと減少することが予想された。罹患心臓はドブタミンストレス条件下でLVESVIを減少させる能力の減弱を示すと予想される。これらのデータは、生存能力のないもの、ならびに単一片のおよび複数片のAntinera(商標)で処置したイヌが、30日目に対照偽手術群よりもドブタミンに対して良好なLVESV指数応答を有することを示唆している。90日目までに、全ての群は互いに統計学的に等価に機能した。

初期の虚血期間の間に、ドブタミンは4つの無作為化群の全てにおいてSWTを増加させた(P<0.05)が、しかしながら、SWTの最も大幅な増加は3個のパッチのAnginera(商標)を埋め込んだイヌにおいて生じたので、用量依存的な関係が存在するようである(図11)。処置の30および90日後、慢性虚血期間内に、全てのデータ点の線形回帰分析によりプロットされたように、経時的にドブタミンに応答したSWTの増加を示す段階的な傾向が存在する(図12)。これは、未処置の虚血動物ならびにAnginera(商標)パッチで処置した動物の両方において生じるようである。SWT値は安静時からストレス条件へと増加することが予想された。罹患心臓はドブタミンストレス条件下でSWT値を増加させる能力の減弱を示すと予想される。これらのデータは、初期の虚血期間中(処置後の30日)に、ドブタミンは4つ全ての処置群においてSWTを増加させる(P<0.05)が、しかしながら、SWTの最も大幅な増加は3個のパッチのAnginera(商標)を埋め込んだイヌにおいて生じたので、用量依存的な関係が存在するようである。

埋め込んだパッチの数に関係なく、生存能力のないか、または生存能力のあるAnginera(商標)パッチの留置は、虚血の誘導後30日目のドブタミンを用いるストレス中に、LV駆出率の改善、心拍出量の増加およびLV収縮期容積の減少をもたらした。慢性虚血動物(第1群)においては、この応答は90日目にのみ認められた；この時点で、慢性虚血動物は、それらがAnginera(商標)処置を受けなかったにも拘らず、ドブタミンに対する応答を増加させることができた。この知見は、イヌモデルを、冠動脈をコラテライゼーションする本来の能力を有するモデルとして記載している公開された文献と一致している。

結論として、GLP試験の一部としての一次エコー評価の一般的知見および別個の非GLP心エコー分析の特定の知見は互いに支持しあうものである。さらに、別個の非GLP心エコー分析において、CO、LVEF、LVESVI、およびSWTの変化は、Anginera(商標)を用いる処置により、処置の30日後には慢性的に虚血したイヌの心臓における心室能力および心室壁運動が改善されるという結論を支持している。

実施例2：虚血マウス後肢モデルにおける三次元間質組織の注射
マウス後肢虚血モデルを、2つの異なる系統であるC57BL/6およびBalb/Cにおいて作製した。このモデルは、大腿深動脈の分岐点に近接した動脈と静脈、およびさらに5〜7 mm末梢側の部位を結紮することからなる。両方の系統が文献中では用いられてきたが、Balb/Cマウスが他の系統よりもコラテライゼーションすることが少ないことが判明している。従って、Balb/Cマウス系統をさらなる試験のために選択した。

マウス後肢虚血モデルを用いて、侵襲性が最小である構築物の、虚血末梢組織中に埋め込まれた場合にin vivoで血管新生を誘導する能力について評価した。虚血を、2匹の動物において誘導し、その動物に、Alkermes(登録商標)ビーズ上で培養した平滑筋細胞の組成物を注射した。対照として、虚血を誘導した動物において処置せずに放置した。ビーズ上で培養された細胞を、24ゲージのHamiltonシリンジを通して注射することができたが、約50％のビーズ量がシリンジ中に残った(図*Aおよび*B)。20μlの培地を全て、20μlのビーズ容量のうちの約10μlとともに注射し、虚血筋肉に送達させた。完全な送達を確実にするため、PEGヒドロゲルなどの製薬上好適な送達薬剤を用いて、ビヒクルの粘度を増加させ、より多いビーズ送達を提供することができる。

埋め込み後2週間の観察により、虚血のみの肢を有する対照動物(図*Aおよび*B)と比較して、Alkermesビーズ上の平滑筋細胞で処置された虚血肢中での限定された新しい微小血管形成(黒い矢印)の証拠(図*Aおよび*B)が示された。

また、マウス後肢虚血モデルを用いる試験を、編んだ糸を用いて調製された三次元組織を用いて行った。結果は、埋め込みの14日後に埋め込み物を取り囲む新しい微小血管形成の存在を示唆している(図*Aおよび*B)。

本発明の開示の特定の実施形態の上記の記載は、例示および説明の目的で提供されたものである。これらは、本開示の範囲を網羅することやそれを開示されたそのものの形態に限定することを意図するものではなく、多くの改変および変更が上記の教示に照らして可能である。

本明細書に記載の全ての特許、特許出願、刊行物、および参考文献は、それぞれの刊行物または特許出願が、参照により組み入れられるものと特定的かつ個別に指示されるのと同じ程度に、明確に本明細書により組み入れられるものとする。

図1は、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従ってAnginera(商標)と接触させたイヌの心臓における新しい微小血管形成の組織学的証拠を示す。 図2Aおよび2Bは、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従う30日のアメロイド期間中の拡張末期容積指数(EDVI)パラメーターを示す。 図2Aおよび2Bは、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従う30日のアメロイド期間中の拡張末期容積指数(EDVI)パラメーターを示す。 図3は、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従うAnginera(商標)の留置の30日後の4つの処置群における心拍出量を示す。 図4は、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従うAnginera(商標)の留置の90日後の4つの処置群における心拍出量を示す。 図5は、Anginera(商標)の留置の30日後の4つの処置群における左心室(LV)駆出率を示す。 図6は、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従うAnginera(商標)の留置の90日後の4つの処置群におけるLV駆出率を示す。 図7は、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従うAngineraの留置の30および90日後のストレス時の4つの処置群におけるLV拡張末期容積を示す。 図8は、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従うAnginera(商標)の留置の30および90日後の安静時の4つの処置群におけるLV拡張末期容積を示す。 図9は、Anginera(商標)の留置の30日後の安静時／ストレス時の4つの処置群におけるLV収縮期容積を示す。 図10は、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従うAnginera(商標)の留置の90日後の安静時／ストレス時の4つの処置群におけるLV収縮期容積を示す。 図11は、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従うAnginera(商標)の留置の30日後の4つの処置群における初期虚血における収縮壁肥厚を示す。 図12は、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従うAnginera(商標)の留置の30日後の4つの処置群における慢性虚血における収縮壁肥厚を示す。 図13Aおよび13Bは、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従う虚血後肢組織への24ゲージ針を備えたHamiltonシリンジからの培養ビーズの注射を示す。 図14Aおよび14Bは、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従って虚血を誘導した2週間後の虚血のみで処置した動物の写真である。 図15Aおよび15Bは、マイクロ粒子上に形成された三次元組織の2週間の外植片の写真であり、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従ってAlkermes(登録商標)上で増殖させたSMCで処理した虚血肢における限定された新しい微小血管形成(黒い矢印)の証拠を示すものである。 図16Aおよび16Bは、本明細書に記載のいくつかの実施形態に従う埋め込みの14日後の編んだ糸の周囲の新しい微小血管形成(黒い矢印)を示す。

Claims (33)

1. うっ血性心不全に罹患している患者を治療する方法であって、該患者の心臓の一領域と、心不全に関連する少なくとも1つの臨床症状を治療するのに有効な、生細胞を含む培養三次元組織の量とを接触させることを含む、前記方法。
2. 培養三次元組織の量が心臓のポンプ効率を改善するのに十分なものである、請求項１に記載の方法。
3. 心臓のポンプ効率を駆出率により測定する、請求項２に記載の方法。
4. 培養三次元組織の量が心臓の収縮性を改善するのに十分なものである、請求項１に記載の方法。
5. 培養三次元組織の量が心臓の大きさを減少させるのに十分なものである、請求項１に記載の方法。
6. 損傷された心臓組織を、第1のおよび少なくとも第2の培養三次元組織と接触させる、請求項１に記載の方法。
7. 損傷された心臓組織を、第1のおよび少なくとも第2の培養三次元組織と同時に接触させる、請求項１に記載の方法。
8. 生細胞が線維芽細胞を含む、請求項１に記載の方法。
9. 生細胞が平滑筋細胞を含む、請求項１に記載の方法。
10. 平滑筋細胞が血管平滑筋細胞である、請求項９に記載の方法。
11. 血管平滑筋細胞が大動脈平滑筋細胞である、請求項１０に記載の方法。
12. 生細胞が心筋細胞を含む、請求項１に記載の方法。
13. 生細胞が幹細胞を含む、請求項１に記載の方法。
14. 生細胞が複数の細胞型を含み、該複数の細胞型が線維芽細胞、平滑筋細胞、心筋細胞、内皮細胞、幹細胞、周皮細胞、マクロファージ、単球、白血球、形質細胞、肥満細胞および脂肪細胞からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
15. 患者の心臓の一領域が心外膜である、請求項１に記載の方法。
16. 患者の心臓の一領域が心筋である、請求項１に記載の方法。
17. 患者の心臓の一領域が心内膜である、請求項１に記載の方法。
18. 生細胞が1種以上のWNTタンパク質を分泌する、請求項１に記載の方法。
19. 1種以上のWNTタンパク質がWNT5a、WNT7a、およびWNT11からなる群より選択される、請求項１８に記載の方法。
20. 治療上有効量の1種以上のアンジオテンシン変換酵素(ACE)阻害剤を投与することをさらに含む、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 治療上有効量の1種以上のアンジオテンシンII(A-II)受容体遮断剤を投与することをさらに含む、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
22. 治療上有効量の利尿剤を投与することをさらに含む、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 治療上有効量のジゴキシンを投与することをさらに含む、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
24. 治療上有効量のβ遮断剤を投与することをさらに含む、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
25. 治療上有効量のネシリチドを投与することをさらに含む、請求項１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
26. 前記患者に機械的デバイスを埋め込むことをさらに含む、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の方法。
27. 患者の心臓をメッシュ袋を用いて包むことをさらに含む、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の方法。
28. 培養三次元組織の細胞を、生分解性材料を含む基材に付着させる、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の方法。
29. 生分解性材料がポリグリコール酸、ポリラクチド、ポリラクチド-コ-グリコール酸、腸線縫合糸、セルロース、ゼラチン、コラーゲン、および／またはデキストランを含む、請求項２８に記載の方法。
30. 培養三次元組織の細胞を、非生分解性材料を含む基材に付着させる、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の方法。
31. 非生分解性材料がポリアミド、ポリエステル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリアクリレート、ポリビニル、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、ニトロセルロース化合物および／または綿を含む、請求項３０に記載の方法。
32. 培養三次元組織の細胞をマイクロ粒子に付着させる、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の方法。
33. 機械的および／または生物学的手段を用いて、前記の心臓の一領域に培養三次元細胞を付着させることを含む、請求項１〜２７のいずれか１項に記載の方法。

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