JP2008531695A - 糖尿病の治療の方法及び組成物 - Google Patents
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Abstract
本発明は、哺乳動物の血液血幹細胞、好ましくは、CD34+/CD38−細胞、TVEMF−増殖した細胞の結果としての組成物、及び、該組成物によって疾病を治療する方法又は組織を治療する方法に関する。
Description
本発明は、膵島細胞を含む膵臓組織を治療及び/又は再生する方法、及び、そのような治療及び/又は再生のための組成物に関する。
長い間、医学界において哺乳動物の、特にヒトの膵臓組織の再生が望まれていた。多くの組織において、ヒト組織の治療の多くは、ドナーからの同じ組織の移植によって行われてきた。元々は、ヘリック(Herrick)双子の一方から他方への生体腎臓の移植から始まり、その後、南アフリカのクリスチャン・バーナード(Christian Barnard)医師が1967年12月3日に行ったデニス・ダーバル氏(Denise Darval)からルイス・ワシュカンスキー(Louis Washkansky)氏への心臓移植により世界的に有名になり、組織移植は、末期患者の延命方法として広く受け入れられるようになった。
膵臓組織の移植には多くの問題があるが、膵臓移植は成功してきた。さらに、糖尿病は末期疾患と考えられていないため、ほとんどの糖尿病患者は、移植のリクスや後遺症に耐えるよりも、利用可能な薬剤で疾患を治療する。膵臓組織を含むヒト組織の移植には、多くの問題が含まれる。第一に身体の自然な免疫システムによる組織の拒絶反応である。
身体の免疫システムの問題を克服するために、免疫システムを抑制して、拒絶反応が発生するまでの組織の使用を長くすべく、多くの拒絶反応抑制剤(例えば、イムラン、シクロスポリン)が直ぐに開発された。しかしながら、拒絶反応の問題は解決せず、組織移植の代わりになるものが求められるようになった。
近年、研究者らは多能性胚幹細胞を脾臓を再生する方法として使用する実験を行っている。胚幹細胞の使用の理論としては、理論的には胚幹細胞は、事実上身体のいかなる組織の再生にも利用することができることであった。しかしながら、組織再生に胚幹細胞を使用することには、いくつかの問題もある。これらの問題の中でもより深刻なものは、移植された胚幹細胞の可制御性は限られ、時には成長して腫瘍になることがあり、研究に使用可能であるヒト胚幹細胞が患者の免疫システムに拒絶されることがある(ネイチャー(Nature)、6月17日、2002年、ピアソン(Pearson)著、「幹細胞は2つを望む(Stem Cell Hopes Double)」、news@nature.com、オンライン発行:2002年6月21日)。さらに、胚幹細胞使用の普及には、倫理的、道徳的、及び政治的問題という重荷があり、その広範な使用は疑問視されたままである。
幹細胞の多能性は、最初、骨髄中の成熟幹細胞から発見された。ヴェルフェイユ,CMら(Verfaille, CM. et al.)、「成人骨髄由来の間葉幹細胞の多能性(Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow)」。ネイチャー(Nature)417、オンライン発行6月20日;doi:10.1038/nature00900、(2002年)であって、ピアソン,H(Pearson, H)が、「幹細胞は2つを望む(Stem Cell Hopes Double)」、news@nature.com、オンライン発行:2003年6月21日、doi:10.1038/news020617-11において引用。
ボイズら(Boyse et al.)の米国特許第6,569,427号には、貧血症、悪性腫瘍、自己免疫疾患などの様々な疾病及び疾患、及び様々な免疫機能障害及び欠損症についての治療又は予防における、凍結保存、及び、凍結保存された胎児又は新生児の血液の実用性が開示されている。また、ボイズは、異種遺伝子配列を用いた遺伝子治療における造血再構成の使用を開示している。しかしながら、ボイズの開示は治療的使用のための細胞増殖にまでは至っていない。臍帯血バンクであるコルセル(CorCell)は、臍帯血幹細胞の増殖、凍結保存及び移植に関する統計を提供する。「臍帯血幹細胞の増殖(Expansion of Umbilical cord 血液幹細胞)」、情報シート 臍帯血、コールセル株式会社(2003年)。ある増殖工程は、バイオリアクター(生物反応器)を中央コラーゲンベースのマトリックスに利用することを開示する。ユーリッヒ研究所(Research Center Julich)、「バイオリアクターからの血液幹細胞(Blood Stem Cells from the Bioreactor)」、プレスリリース2001年5月17日。
幹細胞の増殖に関係する分子機構を解明するために研究が続けられた。例えば、コールセルの記事は、デルタ1というシグナル分子が臍帯血幹細胞の開発を助けることを開示している。オーイシ K.ら(Ohishi K. et al.)、「デルタ1はヒトCD34+/CD38−臍帯血細胞の骨髄及び胸線の複製能を促進する(Delta-1 enhances marrow and thymus repopulating ability of human CD34+/38- cord blood cells)」、クリン インベスト(Clin. Invest.)110、1165−1174(2002年)。
したがって、臓器移植又は胚幹細胞に基づかない、膵臓組織を治療する方法を提供することが求め得られている。膵島細胞の再生は、タイプI糖尿病、タイプII糖尿病、インスリン受容体の障害から誘導される糖尿病、膵臓の糖尿病及び他の糖尿病など糖尿病の症状の効果的な治療方法となりえる。
本発明は、膵臓組織を治療する方法、及び/又は、糖尿病の症状を治療するために、膵臓細胞、好ましくは膵島細胞を補充する方法に関し、特に、TVEMF増殖した血液に由来する成人の幹細胞及び身体の自己治癒能力を組み合わせて用いる方法に関する。本発明の糖尿病の症状を有する哺乳動物、好ましくはヒトを治療する方法は、治療有効量の、体積当たりの細胞数が由来する血液の体積当たりの細胞数の少なくとも7倍に増殖した血液由来の増殖した成熟幹細胞を、哺乳動物に導入する工程を含み、TVEMF増殖した幹細胞は、三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を維持する。前記方法において、ヒトの体組織が血球を、ダメージを受けた膵臓の効果的な治療に利用できる、充分な期間内においてそのような導入を行う。
本発明は、一つには、哺乳動物の、好ましくヒトの血液幹細胞であって、好ましくは、TVEMF増殖した幹細胞に関する。また、本発明は、哺乳動物の、好ましくはヒトの血液幹細胞であって、該幹細胞の体積当たりの数が、少なくとも原料物質(例えば、TVEMF増殖前の幹細胞の血液源)の7倍であり、該血液幹細胞が、天然(つまり供給源)の血液の幹細胞と実質的に同一の三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を有する血液幹細胞に関する。このような細胞は、好ましくは本明細書に説明するTVEMF−増殖プロセスによって作製される。また、本発明は、これらの細胞、及び、糖尿病を治療するために、必要であれば、医薬上許容しうる担体、凍結保存剤、及び細胞培養基など他の成分を含む組成物に関する。
また、本発明は、血液混合物をTVEMF−生物反応器の培養チャンバーに配置する工程、及び、該血液混合物をTVEMFさせ、TVEMF生物反応器中で該血液幹細胞をTVEMF−増殖させ、TVEMF−増殖した血液幹細胞及び幹細胞組成物を調製する工程を含むことを特徴とする、幹細胞を調製するプロセス及び糖尿病の治療に用いる幹細胞組成物に関する。前記細胞に適用されるTVEMFは、約0.05〜約6.0ガウスであることが好ましい。また、本発明は、1年間以上、細胞の温度を−120℃〜−196℃に低下し、その後、前記細胞の哺乳動物への導入に適する温度に昇温することによって、前記増殖した幹細胞を凍結保存する方法関する。
また、タイプI糖尿病、タイプII糖尿病、インスリン受容体の障害から誘導される糖尿病、及び膵臓の糖尿病など糖尿病の症状を治療するため、又は、治療するための薬剤を調製するため、又は、膵臓、好ましくは膵島細胞を治療又は再生するため、又は、そのような膵島細胞を補充するための本発明の組成物の使用が含まれる。
[図面の詳細な説明]
最も単純な表現において、回転TVEMF−生物反応器には、細胞培養チャンバー及び時間変動する電磁気力の供給源が含まれる。実施においては、血液混合物を細胞培養チャンバーに配置する。時間変動する電磁気力の供給源によって、チャンバー内で時間変動する電磁気力が発生するまで細胞培養チャンバーを回転させる。その期間が終了すると、TVEMF−増殖された血液混合物をチャンバーから取り出す。より複雑なTVEMF−生物反応器システムにおいては、図2〜5に示すように、時間変動する電磁気力の供給源をTVEMF−生物反応器と一体化することができるが、図6〜8のように、バイオリアクター(生物反応器)と隣接させてもよい。さらに、培養液又はバッファ(好ましくは、後述するように、血液混合物に添加される該培養液と似ているもの)など栄養を細胞にもたらす流動性キャリアは、定期的に新しくする及び除去することができる。好ましいTVEMF−生物反応器をここで説明する。
最も単純な表現において、回転TVEMF−生物反応器には、細胞培養チャンバー及び時間変動する電磁気力の供給源が含まれる。実施においては、血液混合物を細胞培養チャンバーに配置する。時間変動する電磁気力の供給源によって、チャンバー内で時間変動する電磁気力が発生するまで細胞培養チャンバーを回転させる。その期間が終了すると、TVEMF−増殖された血液混合物をチャンバーから取り出す。より複雑なTVEMF−生物反応器システムにおいては、図2〜5に示すように、時間変動する電磁気力の供給源をTVEMF−生物反応器と一体化することができるが、図6〜8のように、バイオリアクター(生物反応器)と隣接させてもよい。さらに、培養液又はバッファ(好ましくは、後述するように、血液混合物に添加される該培養液と似ているもの)など栄養を細胞にもたらす流動性キャリアは、定期的に新しくする及び除去することができる。好ましいTVEMF−生物反応器をここで説明する。
まず、図1を参照する。図1は、細胞培養チャンバー19、好ましくは回転細胞培養チャンバー、酸素供給器21、培養キャリアの方向性のある流れを助ける装置、好ましくは主ポンプ15を用いて、及び、これに限定されないが、栄養素3、バッファ5、新しい培地7、サイトカイン9、増殖因子11、及びホルモン13など培養キャリアの要求の選択的な入力のための供給マニホールド17を有する哺乳動物細胞を培養するための全体的なバイオリアクター培養系における培養キャリアフローループ1の好ましい実施形態を示す。この好ましい実施形態において、主ポンプ15は、新しい流動性キャリアを、流動性キャリアが酸素で処理され、細胞培養チャンバー19を通過する酸素供給器21へ供給する。細胞培養チャンバー19からの使用済みの流動性キャリア中の排出物は除去され、排出物18へ移送され、残りの細胞培養キャリアは、マニホールド17へ戻される。該マニホールド17は、必要であれば、再利用の前に、ポンプ15で酸素供給器21を経て細胞培養チャンバー19に、新しい供給を受ける。
培養キャリアフローループ1においては、図1に示すように、チャンバー19中の生きた細胞培養を通り、培養キャリアフローループ1を周って、培養キャリアは循環する。ループ1においては、細胞培養リアクターチャンバー19内を一定条件に維持する化学センサー(図示せず)に応じて調整が行われる。二酸化炭素の調整によって圧力を与え、酸又は塩基の導入によってpHを補正する。酸素、窒素及び二酸化炭素は、細胞呼吸をサポートするために、ガス交換システム(図示せず)に溶解されている。閉じたループ1には、循環ガスキャパシタンスから酸素が添加され、二酸化炭素を除去する。図1は、本発明で用いることができる培養キャリアフローループの1つの好ましい実施形態であるが、本発明はこれに限定されるものではない。バイオリアクターへの、これらに限定されないが、酸素、栄養素、バッファ、新しい培地、サイトカイン、増殖因子、及びホルモンなど培養キャリアの入力は、排出物及び二酸化炭素を制御及び除去することができるのであれば、手動、自動又は他の調整手段で行ってもよい。
図2及び図3に、一体の時間変動する電磁気力の供給源を有するTVEMF−生物反応器10の好ましい実施形態を示す。図4は、本発明で用いられる好ましい形態における回転可能なTVEMF−生物反応器10の断面図である。図4のTVEMF−生物反応器10は、一体の時間変動する電磁気力の供給源を有する状態で示されている。また、図5も一体の時間変動する電磁気力の供給源を有するTVEMF−生物反応器の好ましい実施形態を示す。図6〜8には、隣接する時間変動する電磁気力の供給源を有する回転バイオリアクターが示されている。
ここで図2を参照する。図2には、本発明のTVEMF−生物反応器10の好ましい実施形態の持ち上げた側面図が示されている。図2には、ベース112に支持されたモータハウジング111が含まれる。モータ113はモータハウジング111内に取り付けられ、第1ワイヤー114及び第2ワイヤー115によって、制御つまみ117を回転することによってモータ113の速度を増加的に制御することができる制御手段を有するコントロールボックス116へ接続されている。モータハウジング111は、モータシャフト118がハウジング111を通って延在するように、内部にモータ113を有し、該モータシャフト118は、縦のチャンバー119において、シャフト118の中心が地面と平行になるように、長手方向にあり、これに限定されないが、プラスチックなど透明の材料で形成されていることが好ましい。
この好ましい実施形態において、縦のチャンバー119は、チャンバー119が、縦軸が地面と平行の状態で、自身の縦軸の周りを回転するように、シャフト118と連結されている。チャンバー119には、ワイヤーコイル120が捲回されている。ワイヤーコイル120のサイズ及び捲回数は以下のとおりである。好ましくは0.1mA〜1000mAの方形波電流がワイヤーコイル120へ供給される時、チャンバー119で、好ましくは0.05ガウス〜6ガウスの時間変動する電磁気力が発生する。ワイヤーコイル120は、シャフト118の端部において、ワイヤー123及び124によって第1リング121及び第2リング122と連結されている。そして、これらのリング121及び122は、電流がコイル120に絶えず供給されながらチャンバー119が回転できるように、第1電磁気供給ワイヤー125及び第2電磁気供給ワイヤー128によって接続されている。電磁気発生装置126は、ワイヤー125及び128と連結されている。電磁気発生装置126は、電磁気発生装置ノブ127を回すことによって出力を調整することで、方形波をワイヤー125及び128、及びコイル120に供給する。
図3は、本発明において用いることができる図2に示すTVEMF−生物反応器10の側面斜視図である。
ここで、図4に示す回転TVEMF−生物反応器10を参照する。回転TVEMF−生物反応器10は、好ましくは透明の培養チャンバー230であって、血液混合物を含有するように構成されているものを有し、さらに内側円筒状ガラス部材293及び外側円筒状ガラス部材294を受け入れるように配置された、対向する第1及び第2端面228、229を有する第1及び第2円筒状横端キャップ部材290、291を含む外側ハウジング220を含む。適切な圧力シールが付与される。内側及び外側円筒状部材293、294の間は、細胞の成長に適切な培養温度の確保に用いられる環状ワイヤーヒーター296である。ワイヤーヒーター296は、時間変動する電場を培養チャンバー230に供給するための、時間変動する電磁気力装置として用いることもできる。または、図5に示すように、別のワイヤーコイル144を時間変動する電磁気力の供給に使用することができる。第1端キャップ部材290及び第2端キャップ部材291は、チャンバー230内でより円滑な混合液の流れを促進するために、端面228、229を隣接する内側曲面を有する。第1端キャップ部材290、及び第2端キャップ部材291は、それぞれ、入力軸223及び出力軸225に回転自在に受け入れられる第1中央液移送軸頸292及び第2中央液移送軸頸295を有する。各移送軸頸294、295は、フランジを有し、端キャップ部材290、291の埋め込み式対の孔に設けられ、シャフト223、225との相対的な長手方向の動きに対して第1ロックワッシャ及びリング297及び第2ロックワッシャ及びリング298で取り付けられる。各軸顎294、295は、長手方向に延在し、周辺に配置された流路と連結されている中間環状凹部を有する。軸顎292、295の各環状凹部はそれぞれ、端キャップ部材290及び291の第1放射状流路278及び第2放射状流路279によって、第1入力カップリング203及び第2入力カップリング204と対になっている。放射状流路278又は279中のキャリアは、軸顎294又は295の第1環状凹部及び縦流路を通って流れ、キャリアは軸顎292、295を通じて、シャフト223、225の周囲で各軸顎292、295の端に接近することができる。
端キャップ部材290及び291には、入力軸223及び出力軸225において外側ハウジング220を相対的に支持するボールベアリングを含む第1管状ベアリングハウジング205及び第2管状ベアリングハウジング206が取り付けられている。第1ベアリングハウジング205には、外側ハウジング220に入力軸223及び出力軸225及び縦軸221の周囲における回転方向で回転する動きを与えるための、第1スプロケットギア210が取り付けられている。第1ベアリングハウジング205及び第2ベアリングハウジング206は、ワイヤーヒーター296の電気的取り出し設備、及び他のセンサーも有する。
内部フィルターアッセンブリ235には、長さに沿って穿孔又は開口を有する内側及び外側円筒状部材215、216が含まれ、穿孔を有する第1及び第2内部フィルターアッセンブリ端キャップ部材217、218を有する。内側円筒状部材215は、互いに係合する中央に位置する対の部分を有する2つの部材として形成され、各部分は、端キャップ217又は218に取り付けられている。外側円筒状部材216は、第1及び第2内部フィルターアッセンブリ端キャップ217の間に設けられている。
端キャップ部材217、218は、それぞれ、入力軸223及び出力軸225において回転可能に支持されている。内側部材215はピン及び嵌合溝219によって、出力軸225に回転可能に取り付けられている。10ミクロ織のポリエステル布224が、外側部材216の外面の上に配置され、両端でOリングに取り付けられている。内側部材215は、連結ピンで出力駆動軸225のスロットに取り付けられているため、出力駆動軸225は内側部材215を回転させることができる。内側部材215は、外側部材216を支持する第1及び第2端キャップ217、218で連結されている。出力軸225は、第1固定ハウジング240のベアリングを通って延在し、第1スプロケットギア241に連結している。図示されているように、出力軸225は、シールの間に位置する第1固定ハウジング240の第1ポート又は流路289から内側部材215へ、流動性キャリアの流れが内側部材215から固定ハウジング240を通って延在できるように、延在する管状ボア222を有する。
内部部材235のための第1及び第2端キャップ217、218の間、及び外側ハウジング220中の軸頸292、295の間には、ブレード部材50a及び50bのための第1及び第2ハブ227、226がある。入力軸223の第2ハブ226は、第2ハブ226が入力軸223と回転するように、ピン231で、入力軸223に連結されている。各ハブ227、226は、軸方向に延在する、ハブを通じてキャリアを伝送するための流路を有する。
入力軸223は、入力軸223の回転可能な支持のために、第2固定ハウジング260のベアリングを通って延在する。第2縦流路267は、入力軸223を通って、面板とハウジング260の間の第2環状凹部232に設けられたリテーニングワッシャ及びリングの中間地点へと延在する。第2端キャップ部材291の第3放射状流路272によって、凹部の流動性キャリアは、第2端キャップ部材291から流出することができる。図示されていないが、第3流路272は、パイピング及びY分岐接続部を通じて各流路278及び279に接続している。
図4に、第1軸に沿って延在する第1ボア237がチャンバー230の隅部233と交差し、制限のある開口部234が形成されたサンプルポートを示す。ボア237は、逆のボア及びネジ式リングを一端に有し、ネジ廻して円筒状のバルブ部材236を受け入れる。バルブ部材236には、開口部234を係合し、チャンバー230の内部へ少し突出するための先端が補助的に形成される。バルブ部材236のOリング243は封をする。第2軸に沿った第2ボア244は、Oリング243と開口部234との間で、第1ボア237と交差する。エラストマー又はプラスチックのストッパー245によって、第2ボア244は閉じられ、サンプルを取り除く皮下注射器で入ることができる。サンプルを取り除くには、バルブ部材236を後へ引き、開口部234及びボア244に近づく。そして、注射器を用いてサンプルを抽出し、開口部234は再び封止することができる。外部の汚染物質は、TVEMF−生物反応器10の内部に届かない。
実施において、キャリアは第2ポート又は流路266、シャフト流路、第3放射状流路272を介して第1放射状流路278及び第2放射状流路279へ、投入される。キャリアが軸頸292、294の縦流路を介してチャンバー230に入ると、キャリアはハブ227、226の端面228、229に突きあたり、放射状及び軸方向に、ハブ227、226の流路を通って分散する。ハブ227、226を通るキャリアは、端キャップ部材217、218に突きあたり、放射状に分散する。そのため、流入される流動性キャリアの流れは、放射状に縦軸221から外へ向かい、ドーナツ状に各端部から流れ、ポリエステル布224及びフィルターアッセンブリ235の開口部を通って流れ、流路266及び289を介して流出する。外側ハウジング220、チャンバー230、及び内部フィルターアッセンブリ235の回転速度及び回転方向を制御することによって、いかなる要望のタイプのキャリアの動きも得ることができる。しかしながら、主として重要なのは、絶え間ない新しい流動性キャリアの供給と共に、植物回転器の運転を得ることができるという事実である。
一体の環状ワイヤーヒーター296を用いて時間変動する電磁気力が付与されていない場合には、他の好ましい時間変動する電磁気力の供給源で付与することができる。例えば、図6〜8に、バイオリアクターの細胞培養に電磁力を供給する時間変動する電磁気力装置140であって、一体の時間変動する電磁気力ではなく、隣接する時間変動する電磁気力装置を有するものを示す。具体的に、図6は、時間変動する電磁気力装置140の好ましい実施形態である。図6は、装置140の持ち上げた側面図斜視図であって支持基盤145、基盤145上に支持されたシリンダーコイル支持体146であって、支持体146の周囲に捲回されたワイヤーコイル147を有するものを含む。図7は、図6に示された時間変動する電磁気力装置140の正面斜視図である。図8は時間変動する電磁気力装置140の正面斜視図であって、実施において、支持基盤145に支持され、ワイヤーコイル147で捲回されたシリンダーコイル支持体146に、バイオリアクター148全体が挿入されたものが示されている。時間変動する電磁気力装置140がバイオリアクター148と隣接しているため、時間変動する電磁気力装置140は再利用することができ、さらに、時間変動する電磁気力装置140がバイオリアクター148に隣接しているため、装置140は、いかなる種類のバイオリアクター、好ましくは回転式においても、電磁力の発生に用いることができる。
実施において、TVEMF−増殖中、本発明のTVEMF−生物反応器10は、細胞培養チャンバーに血液混合物を含有する。TVEMF−増殖中、血液混合物含有チャンバーの回転速度を評価して調整することができ、これにより血液混合物は実質的に縦軸又はその周囲に残る。回転速度の増加は、壁の衝撃の予防に値する。例えば、血液混合物中の血液幹細胞が、回転円の下方側に、非常に内に向って且つ下に向って落下する場合、及び、回転円の上方側に、非常に外に向って且つ非効率的に上に向かって落下する場合には、回転の増加が好ましい。最適には、好ましくは操作者が、血液幹細胞の三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状が維持されるように、最小壁衝突回数及び強度を促進する回転速度を選択するとよい。本発明の好ましい速度は5〜120RPMであり、より好ましくは10〜30RPMである。
血液混合物は、好ましくは透明の培養チャンバーを通して目視で評価し、手動で調整されることが好ましい。また、血液混合物の評価及び調整は、TVEMF−生物反応器10における血液幹細胞の位置を監視するセンサー(例えば、レーザー)で自動に行われてもよい。多すぎる細胞の動きを示すセンサーの読み取りは、それに応じてメカニズムに回転速度を自動的に調整させる。
さらに、実施において、本発明は、電磁発生装置が作動され、方形波出力が血液混合物含有チャンバーに所望の電磁場を生じさせ、好ましくは0.05ガウス〜6ガウスの範囲となるように調整されることを意図する。
好ましくは、方形波の波長が約2〜約25サイクル/秒、より好ましくは約5〜約20サイクル/秒、例えば、約10サイクル/秒であり、コンダクターのRMS値が、約1〜1000mA、好ましくは1〜6mAである。しかしながら、これらのパラメータは、本発明の他の態様に基づいて変化するため、本発明のTVEMFを限定するものではない。TVEMFは、例えば、ENl 31 セルセンサーガオスメータ(Cell Sensor Gauss Meter)など一般的な装置によって測定することができる。
本発明で意図する時間変動する電磁気力に適用される回転バイオリアクターに対しては、本発明の範囲から逸脱しない範囲で、様々な変更を加えることができるため、上述した明細書に含まれる全ての事項は、限定としてではなく、説明として解釈される。
[発明を実施するための最良の形態]
本発明は、ヒトの膵臓組織を治療する方法、補充する方法及び再生する方法に関する。
本発明は、ヒトの膵臓組織を治療する方法、補充する方法及び再生する方法に関する。
本発明は、以下に記載するように、好ましい実施形態によってより十分に説明されるが、それに限定されるものではない。
本発明の好ましい実施形態において、組織、特に膵臓組織の治療、交換及び再生において身体を助けることができる成熟幹細胞を調製する方法が説明されている。血球は、患者から取り除かれる。これらの細胞の下位個体群は現在、成熟幹細胞と呼ばれている。血球は、本明細書で説明する生物反応器に配置される。生物反応器の容器は、血球の懸濁液が三次元形状及び細胞間支持及び形状を維持できる速度で回転される。反応器に細胞が置かれている間、栄養が供給され、ホルモン、サイトカイン又は増殖因子に曝され、及び/又は遺伝子の組み換えが行われ、有害物質は好ましくは除去される。通常除去される有害物質は、死にかけの細胞の有毒な顆粒物質、顆粒球の有毒物質、及びマクロファージを含む血球からくるものである。これらの細胞の下位個体群は、大量の細胞を生みながら増殖する。細胞の増殖は、充分な期間、好ましくは7日間で少なくとも7倍に細胞が増殖するように制御される。そして、細胞は静脈内に又は治療する膵臓組織に直接又は隣接して注射され、身体の自然なシステムが組織を治療及び再生するようにする。
以下の定義は、本発明の文脈において定義された用語の説明及び理解を助けるものである。定義はこれらの用語を本明細書を通じた記載以下に限定するものではない。さらに、いくつかの定義がTVEMFに関して含まれるが、これに関する全ての定義は、互いに補完するように考えられるべきであり、互いに反するように解釈すべきでない。
本願において、「成熟幹細胞」は、未分化で、より分化された細胞を生じさせる多能性細胞を意味する。本発明に関して、成熟幹細胞は、好ましくはCD34+/CD38−である。また、成熟幹細胞は、体性幹細胞としても知られており、胎児に直接由来する胚幹細胞ではない。
本願において、「血液」は、哺乳動物における2つの主要な血液幹細胞の供給源である末梢血又は臍帯血を意味する。「末梢血」は全身の血液である。すなわち、哺乳動物において全身的に循環する又は循環した血液である。哺乳動物は胎児を意味しない。本発明の目的において、同じ循環ループの異なる部分に位置する末梢血を区別する必要はない。本願において、「臍帯血」は、胎児又は乳児の臍帯及び/又は胎盤からの血液を意味する。臍帯血は、知られる限りでは幹細胞の最も豊富な供給源の1つである。「臍帯」は、本発明の「臍帯血」を臍帯からの血液に限定するものではない。本願において、胎児又は乳児の胎盤の血液は、臍帯の血液と合流する。本発明の目的において、同じ循環ループにある異なる部分に位置する血液を区別する必要はない。
本願において、「血球」は、血液からの細胞を意味する。「末梢血細胞」は、末梢血からの細胞を意味し、「臍帯血細胞」は、臍帯血からの細胞を意味する。複製可能な血球は、TVEMF−生物反応器でTVEMF−増殖を行い、本発明の組成物に存在することができる。
本願において、「血液幹細胞」は、血液からの成熟幹細胞を意味する。上述したように、血液幹細胞は成熟幹細胞であり、体性幹細胞としても知られ、胎児に直接由来する胚幹細胞ではない。好ましくは、本発明の血液幹細胞は、CD34+/CD38−細胞である。
本願において、「血液幹細胞組成物」又はその引用は、本発明の血液幹細胞であって、(1)体積当たりの数が、少なくとも天然に存在する血液源の7倍であり、天然に存在する血液幹細胞の幹細胞と同一又は極めて類似の三次元形状及び細胞間形状及び細胞間支持を有するもの、及び/又は、(2)TVEMF−増殖を行いながら上記三次元形状及び支持を維持しているものを意味する。本発明の血液幹細胞組成物の幹細胞には、医薬上許容しうる担体など種々の担体、血漿、血液、アルブミン、細胞培養液、増殖因子、銅キレート剤、ホルモン、バッファ、凍結保存剤又は他の物質が含まれる。本発明の血液幹細胞と元々の血液供給源(すなわち、末梢血、臍帯血、末梢血と臍帯血の混合又は他の血液)とを比較するために、天然に存在する血液を参照することが好ましい。しかしながら、そのような比較ができない場合には、天然に存在する血液において、本発明の血液幹細胞の情報源として、そのような血液、好ましくは同じ哺乳動物の種の血液の平均的な又は典型的な特徴を参照してもよい。
本発明の「薬学的な血液幹細胞組成物」は、哺乳動物、好ましくはヒトへの投与に好適な血液幹細胞組成物である。そのような組成物には、治療有効量の増殖した(好ましくはTVEMF−増殖した)血液幹細胞及び医薬上許容しうる担体が含まれる。増殖した血液幹細胞の治療有効量は(本明細書においても述べられている)、好ましくは少なくとも幹細胞1000個、より好ましくは少なくとも幹細胞104個、さらに好ましくは少なくとも幹細胞105個、よりさらに好ましくは少なくとも幹細胞107〜109、又は、幹細胞1012個など更に多くの幹細胞数である。そのような数の増殖した幹細胞の投与は、1回以上の投与であってもよい。本発明の増殖によって増殖した時に、本願に記載したように、患者に投与される幹細胞の数は、供給源の血液の元々ある幹細胞の数に制限される。理論に束縛されることはないが、投与後、身体に使用されなかった幹細胞は単に自然な身体システムによって除去されると考えられている。
本願において、「血液混合物」は、血液又は血球の、TVEMF−生物反応器(例えば、細胞培養チャンバー)に配置される細胞成長のための培地のような細胞増殖を可能とする物質との混合液を意味する。「血液混合物」血球は、単に血液全体を細胞培養液などの物質と混合することによって、血液混合物に存在させてもよい。また、血液混合物は、本明細書に記載されているように、「軟膜」など血液幹細胞を含有する血液からの細胞を調製することによって作製することができる。血液混合物は、CD34+/CD38−血液幹細胞及びダルベッコの培地(DMEM)を含むことが好ましい。少なくとも血液混合物の約半分がDMEMなどの細胞培養液であることが好ましい。
本願において、「TVEFM」は、「時間変動する電磁気力」を意味する。上述したように、本発明のTVEMFは、方形波(フーリエ曲線に従う)。好ましい方形波の振動数は、約10周期/秒であり、導体のRMS値が約1〜1000mA、好ましくは1〜6mAである。しかしながら、これらのパラメータは、本発明の他の形態に基づき変動するため、本発明のTVEMFを限定するものではない。TVEMFは例えば、EN131セルセンサーガウスメータ(Cell Sensor Gauss Meter)など一般的な装置で測定することができる。
本願において、「TVEMF−生物反応器」は、TVEMFが適用された回転バイオリアクターを意味し、上述した図面の詳細な説明により十分に説明されている。バイオリアクターに適用されるTVEMFは、好ましくは0.05〜6.0ガウス、好ましくは0.05〜0.5ガウスの範囲である。例えば、図2、3、4及び5のTVEMF−生物反応器の例(限定するわけではなく)を参照。単純な実施形態において、本発明のTVEMF−生物反応器は、含有する血液混合物を、適切なガウスレベルで回転させ(TVEMFを付与して)、その中の血球(幹細胞を含む)を増殖させる。好ましくは、TVEMF−生物反応器において成長培地(好ましくは添加剤と共に)を交換することができ、血液混合物に酸素を含ませることができる。TVEMF−生物反応器は、細胞を数日以上で成長させる機構を提供する。理論に束縛されることはないが、TVEMF−生物反応器では、TVEMFするために細胞をバイオリアクターに投入し、TVEMFが細胞を通過し、又は細胞に曝され、このようにしてTVEMF−増殖が行われる。TVEMF−増殖中のTVEMF−生物反応器の回転において、三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を維持するために、壁面衝突の回数及び強度を最小限にする好ましい回転速度は5〜120rpm、より好ましくは、10〜30rpmである。
本願において、「TVEMF−増殖した血球」は、TVEMF−生物反応器に配置され、約0.05〜6.0ガウスのTVEMFが適用された後の体積当たり数が増加した血球を意味する。体積当たりの細胞の数の増加は、TVEMF−生物反応器における細胞複製の結果であり、細胞の合計数は増加する。体積当たりの細胞の数の増加は、明確に、単なる流動体の体積の低減、例えば、血液の体積を70mlから10mlへ低減し、それによりml当たりの細胞の数を増加することによるものではない。
本願において、「TVEMF−増殖した血液幹細胞」は、TVEMF−生物反応器に配置され、約0.05〜6.0ガウスのTVEMFが適用された後の体積当たり数が増加した血液幹細胞を意味する。体積当たりの幹細胞の数の増加は、TVEMF−生物反応器における細胞複製の結果であり、バイオリアクター中の幹細胞の合計数は増加する。体積当たりの幹細胞の数の増加は、明確に、単なる流動体の体積の低減、例えば、血液の体積を70mlから10mlへ低減し、それによりml当たりの幹細胞の数を増加することによるものではない。
本願において、「TVEMF−増殖」は、TVEMF−(回転)バイオリアクターでTVEMFの存在下、複製(分裂及び成長)する、TVEMF−生物反応器における細胞の段階を意味する。血液幹細胞(好ましくはCD34+/CD38−幹細胞)は、好ましくは、生物反応器内で、さらなる分化を行わずに複製し、本発明の増殖した全ての又は実質的に全てのCD34+/CD38−幹細胞が複製するが、分化しない。「実質的に全て」とは、少なくとも70%、好ましくは少なくとも80%、より好ましくは少なくとも90%、更に好ましくは少なくとも95%、より更に好ましくは少なくとも97%、最も好ましくは少なくとも99%のCD34+CD38−細胞が、TVEMF−増殖中に分化してCD34+/CD38−ではなくならないことを意味する。
本願において、「TVEMF−増殖」は、細胞を約0.05〜約6.0ガウスのTVEMFにさらして、TVEMF−生物反応器中の血球、好ましくは血液幹細胞の数を増加するプロセスを意味する。血液幹細胞の数の増加は、少なくとも体積当たりの数が元の血液供給源の少なくとも7倍であることが好ましい。本発明のTVEMF−生物反応器における血液幹細胞の増殖は、TVEMF−増殖前の血液幹細胞と実質的に同一の三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を維持する又は有する血液幹細胞をもたらす。TVEMF−増殖の他の側面においては、本発明の血液幹細胞の優れた性質をもたらす。理論に束縛されることはないが、TVEMF−増殖は、三次元形状及び細胞間支持及び形状を維持する高濃度の血液幹細胞を提供するだけでない。理論に束縛されることはないが、TVEMFはTVEMF−増殖中のいくつかの幹細胞の性質に影響を与えることができる。例えば、遺伝子の成長促進する上向き調整、又は、遺伝子の成長を妨げる下向き調整である。全体として、TVEMF−増殖は、血液幹細胞の分化ではなく、成長を促進する結果となる。
本願において、「TVEMF−増殖した細胞」は、TVEMF−増殖のプロセスに提供された細胞を意味する。
本願において、「治療」、「補充」及び「再生」という用語が用いられている。これらの用語は、互いに排除するものではなく、むしろ細胞の治療全般に関係するものである。
本願において、膵臓組織の治療、膵臓の疾患又は症状の治療、糖尿病又は糖尿病の症状の治療への言及は、排除的ではなく、本明細書に記載した幹細胞の投与によって、組織を向上する組織の治療全般の目的に関係する。本発明は一つとして、症状として及び恐らく致命的である膵臓の疾患又は症状に関係するが、本発明は、小規模な修復の治療、さらに、哺乳動物(好ましくはヒト)の健康に症状又は問題が見つかる前における、増殖した幹細胞の早期の導入による膵臓の疾患又は症状の防止又は予防を含む。膵臓組織の治療が糖尿病の治療のためである場合には、治療を受ける膵臓組織は、ランゲルハンス島の細胞である。
本願において、「有害物質」又は関係用語は、細胞、好ましくは血液幹細胞、又は患者に有害な物質を意味する。特に、「有害物質」は、死細胞、マクロファージ、血液において他とは異なる又は通常ではない物質(例えば、末梢血の鎌状細胞、臍帯血の母体血又は母体の尿、又は他の組織又は排出物)を意味する。他の有害物質は、本明細書中で説明されている。血液からのこれらの有害物質の除去は、従来技術、特に患者に血液製剤の導入に関する技術において知られている。
本願において、「骨髄のアフェレーシス療法」は、骨に針を挿入し、骨髄を抽出することを意味する。そのようなアフェレーシス療法は従来技術において広く知られている。
本願において、「自己移植」は、ドナー(増殖前の血液幹細胞の供給源)及び臓器被提供者が同じ哺乳動物である状況を意味する。本発明には、自己移植の膵臓の治療及び補充が含まれる。
本願において、「同種異系移植」は、ドナー(増殖前の血液幹細胞の供給源)及び臓器被提供者が同じ哺乳動物ではない状況を意味する。本発明には、同種異系移植の膵臓の治療及び補充が含まれる。
本願において、「CD34+」は、血球の表面の表面抗原(CD34)の存在を意味する。CD34プロテインは、発展の全ての状態の造血幹細胞の表面に存在する。
本願において、「CD38−」は、血球の表面の表面抗原(CD38)の欠乏を意味する。CD38は、本発明の幹細胞の表面に存在しない。
本願において、「細胞間形状」は、他の細胞との関係における細胞の間隔、間の距離及び物理的な関係など細胞の形状を意味する。例えば、本発明のTVEMF−増殖した幹細胞は、体内において互いに関係をもって留まる。例えば、そのような間隔が維持されない二次元の増殖容器とは対照的に、増殖した細胞は、細胞間の自然な間隔において結合している。
本願において、「細胞間支持」とは、ある細胞が隣接する細胞に与える支持を意味する。例えば、身体の中で、健康な組織及び細胞は他の細胞と、化学的な、ホルモンの、神経の(当てはまる場合、又は適切な場合)相互作用を維持する。本発明において、これらの相互作用は、通常に機能するパラメータ内で維持される。例えば、これは他の細胞に有害な又は損害を与えるシグナルを送信し始めないこと(天然の血液環境でそのようなことが行われる限り)を意味する。
本願において、「三次元形状」は、三次元の状態(自然状態と同じ又は非常に似ている)における細胞の形状を意味し、例えば、細胞が平らになる及び/又は伸長するペトリ皿の細胞成長に見られる二次元形状とは対照的である。
上記3つの定義のそれぞれにおいて、本発明の幹細胞における細胞間支持及び形状及び三次元形状の維持に関して、「実質的に同一」は、本発明のTVEMF−増殖した細胞に通常の形状及び指示がもたらされることによって、例えば、細胞が機能しない、又は組織を治療することができない、又は他の細胞に有害な又は害を及ぼすような変化をしない。
上記用語に言及した他の記述又は本願において用いられている他の用語は上記定義を限定するものではなく、前記定義に寄与してもよい。本発明の様々な態様に関係する情報は本願を通して提供され、含まれる部分のみに限定されないが、本発明全体の理解に寄与する。
本発明は、膵臓組織の治療、補充及び再生のためのTVEMF−増殖した血液幹細胞を提供することに関する。本発明は、後述する好ましい実施形態によって、より充分に説明されるが、これに限定されない。
操作方法−TVEMF−増殖した血液幹細胞組成物の調製
本発明の好ましい実施形態において、膵臓組織の治療、交換及び再生及び/又は膵島細胞などの細胞の補充において身体を助けることができ、又は、糖尿病の研究又は治療に有用であるTVEMF−増殖した血液幹細胞を調製する方法が説明されている。
本発明の好ましい実施形態において、膵臓組織の治療、交換及び再生及び/又は膵島細胞などの細胞の補充において身体を助けることができ、又は、糖尿病の研究又は治療に有用であるTVEMF−増殖した血液幹細胞を調製する方法が説明されている。
この好ましい方法において、血液は、例えば、本願に記載のように、及び、従来技術として知られているように、好ましくは従来技術において知られる注射器によって、哺乳動物、好ましくは霊長類哺乳動物、より好ましくはヒトから採集される。血液は採集し、直ちに増殖及び用いてもよく、又は、使用のために増殖又は未増殖の形態で凍結保存してもよい。被験者を脅かさないと思われる量の血液のみをヒトから取り出す。好ましくは、約10〜約500mlの血液が採集されるが、より好ましくは100〜300ml、更に好ましくは150〜200mlである。本発明における血液の採集は、限定されないが、例えば、哺乳動物の血液を直接採集する、1又は複数の供給源から血液を溜める、例えば、「血液バンク」からの凍結保存した末梢血又は臍帯血、又は、さもなければ後の使用のために貯蔵された血液など商業的又は他の供給源から血液を取得するなど間接的に血液を収集するなど他の手段を含むことができる。
一般的に、哺乳動物から直接採集する時、1以上の注射器(好ましくは、抗凝血剤を含む)に採取する。血液は注射器に保存されても、他の容器に移送されてもよい。そして、血液はその成分ごと(白血球、赤血球及び血漿)に分離されてもよい。これは、遠心分離機(血液が分離するまで血液の容器を回転させる装置)又は沈澱(沈殿物を血液の容器に投入して血液を分離させる方法)によって行われる。第2に、血液が底部に赤血球(RBC)、中間部に白血球(WBC)、上部に血漿というように分離したら、白血球は保存のために取り除かれる。「軟膜」としても知られる中間層には、興味のある血液幹細胞が含まれる。血液の他の成分は不要である。いくつかの血液バンクにおいては、これが処理する範囲である。しかしながら、他のバンクは、続いて、WBCから単核球(この場合、白血球のサブセット)を除去することによって軟膜を処理する。皆がこの方法に賛成ではないが、保存する量を低減することができ、細胞を保存するため必要な低温窒素を低減することができる。
血球を分離する別の方法は、コベスペクトラ(Cobe Spectra)製細胞分離機などの分離機で、採集した血液の全てを1回以上(好ましくは3回)、連続的なフロー白血球搬出法で廻すことである。このような処理によって、1つの核を有する血球は他の血球から分離される。幹細胞は1つの核を有するグループの一部である。血球の分離の他の方法は従来技術において知られている。
血液サンプルからRBCを取り除くことが好ましい。人は同じHLA型を有するかもしれないが(幹細胞の移植に必要である)、同じ血液型ではないかもしれない。RBCを除去することによって、幹細胞移植に不都合な反応を最小限と留めることができる。したがって、RBCを除去することによって、幹細胞サンプルがより多くの人と適合する機会が多くなる。RBCは解凍された時に破裂することがあり、遊離ヘモグロビンを放出する。このタイプのヘモグロビンは、移植を受ける人の腎臓に深刻な影響を及ぼすことがある。さらに、幹細胞の生存能力は、RBCが破裂した時に低下する。
また、特に血液を低温保存する場合、又は他の哺乳動物に輸血する場合、HIV/AIDS、肝炎、白血病又は免疫障害など感染性又は遺伝的疾患を有していないか確認する検査が行われてもよい。血液にそのような疾患がある時は、廃棄されるか、将来の使用者が検討するようにリスクの記録を伴って血液が保存される。
また、本発明の別の実施形態においては、血球はドナーから得てもよい。採集の前に、ドナーはG−CSF(好ましい量は0.3ng〜5μg、より好ましくは1ng/kg〜100ng/kg、更に好ましくは5ng/kg〜20ng/kg、より更に好ましくは6ng/kg)を12時間ごとに3日間、続いて4日目に1度投与される。好ましい方法において、同量のGM−CSFも投与する。他の方法としてはGM−CSFのみの使用、又は、他の増殖因子分子、インターロイキンの使用である。それからドナーから血液を採集し、全て血液混合物に用いてもよいし、又は、最初に本願に記載のとおり細胞部分に分離して、幹細胞(CD34+/CD38−)を含む細胞部分は増殖される血液混合物の調製に用いる。細胞は、例えば、ドナーの血液全量を、3回コベスペクトラ(Cobe Spectra)製細胞分離機などの分離機で連続的なフロー白血球搬出法で廻すことによって分離することができる。増殖した幹細胞は、同じドナー(本明細書に記載の膵臓治療を必要とするドナー)に再導入することが好ましい。しかし、本明細書に示す同種異系の導入を用いてもよい。他の採集前の投与は、いわゆる当業者には明らかである。
血液から赤血球が除去され、血液幹細胞を含む残りの細胞を、本明細書で説明するTVEMF−生物反応器(「血液混合物」参照)の適切な培地に配置することが好ましい。本発明のより好ましい実施形態においては、上述した「軟膜」(本明細書で説明する血液幹細胞を含む)のみをTVEMF−生物反応器に細胞材料として配置する。他の実施形態には、他の非幹細胞及び血液の成分を除き、異なる血液調製液を調製することが含まれる。そのような血液調製液は、ただ1つの血液成分として、CD34+/CD38−血液幹細胞を有してもよい。血液細胞の非幹細胞タイプの除去は、これに限定されないが、沈殿及び遠心分離など消極的な分離技術で行うことができる。多くの消極的な分離技術は、従来技術として知られている。しかし、積極的な分離技術を用いてもよく、本発明においては好ましい。血液の様々な成分を除去する方法及びCD34+/CD38−のための積極的な分離は、従来技術として知られており、所望の血液幹細胞を溶解させる又は不可逆的に傷つけない限り使用してもよい。例えば、CD34+/CD38−を分離するアフィニティー法を用いてもよい。好ましくは、上記「軟膜」を血液から調製し、その中のCD34+/CD38−細胞は、TVEMF−増殖のために軟膜から分離される。
採集された血液、又は上述した所望の細胞部分は、TVEMF−増殖が起こるように、TVEMF−生物反応器に配置しなければならない。上述したように、「血液混合物」には、TVEMF−生物反応器に配置される、血液(又は所望の細胞部分、例えば赤血球のない血液、又は好ましくは血液から分離されたCD34+/CD38−血液幹細胞)と、細胞の成長のための培地など細胞を増殖させる物質との混合液が含まれる。細胞培養基、細胞を成長及び増殖させる培地は従来技術として知られている。好ましくは、細胞増殖させる物質は細胞培養基であり、より好ましくはダルベッコの培地である。細胞培地の成分は、当然幹細胞を殺したり、ダメージを与えないものでなくてはならない。他の成分を、TVEMF−増殖前又はその最中に、血液混合物に添加してもよい。例えば、血液はダルベッコの培地と共にバイオリアクターに配置され、さらに5%(また、他の所望の量、例えば約1%〜約10%の範囲で)のヒト血清アルブミンが補充される。バイオリアクターに配置される前に、バイオリアクターの外又は中で、これらに限定されないが、増殖因子、銅キレート剤、サイトカイン、ホルモン及び他の物質TVEMF−増殖を促進する他の物質など血液混合物への他の添加剤を血液に添加してもよい。好ましくは、一人の個体から採集した血液の全量(好ましくは約10ml〜約500mlの量のヒトの血液、より好ましくは100ml〜約300ml、更に好ましくは約150〜約200mlの血液)に、ダルベッコの培地(DMEM)など細胞培養基、及び補助される5%ヒト血清アルブミンが混合され、TVEMF−増殖用の血液混合物が調製される。例えば、50〜100mlの血液サンプルには、好ましくは、約25〜約100mlのDMEM/5%ヒト血清アルブミンが用いられ、血液混合物の全量は、バイオリアクターに配置された時に約75〜約200mlである。一般的な規則として、収集する血液は多いほどよい。一人の個体からの採集が100mlを超える場合には、その血液の全てを使用することが好ましい。例えば、血液を溜めることによって(同じ又は異なる供給源から)、より大きい体積を利用できる場合には、1ダースを超えることが好ましい。血液の採集を溜め、一緒にTVEMF−増殖を行う時に、かん流TVEMF−生物反応器の使用は特に有用である。
本発明の銅キレート剤は、いかなる無害の銅キレート剤であってもよく、好ましくはペニシラミン又は塩酸トリエンチン、より好ましくはペニシラミンとしては、DMSOに溶解したD(−)−2−アミノ−3−メルカプトル−3−ブタン酸メチル(シグマ−アルドリッチ(Sigma-Aldrich))であって、約10ppmの血液混合物に添加したものである。銅キレート剤を哺乳動物に投与してもよいが、その場合、血液は直接哺乳動物から採集されたものとする。そのような投与は、哺乳動物から採血する1日以上前、より好ましくは2日以上前であることが好ましい。銅キレート剤の目的は、血液混合物に添加される場合、又は、血液ドナーの哺乳動物に投与する場合、又は両方の場合、TVEMF−増殖の前に血液中の銅の量を低減することである。理論に束縛されることはないが、利用可能な銅の量を低減することによってTVEMF−増殖が促進する可能性があると考えられている。
「TVEMF−生物反応器に配置する」は、限定されるものではなく、血液混合物はバイオリアクターの全く外で作成され、そして該混合物がバイオリアクター内に配置されてもよい。また、血液混合物はバイオリアクター内で完全に混合されてもよい。例えば、血液(又はその細胞部分)はバイオリアクターに配置され、バイオリアクターの中で、バイオリアクターに同時に添加して、又は血液の後にバイオリアクターに添加するかのいずれかによって、ダルベッコの培地及び5%ヒト血清アルブミンが補充される。
本発明の好ましい血液混合物には、以下が含まれる。血液サンプルの軟膜から分離されたCD34+/CD38−幹細胞、及び、CD34+/CD38−細胞と共に、全量で約150〜250ml、好ましくは約200mlであるダルベッコの培地。さらに好ましくは、G−CSF(顆粒球コロニー刺激因子)が血液混合物に含まれる。好ましくは、G−CSFは、血液混合物のTVEMF−増殖を刺激するのに充分な量存在する。より好ましくは、TVEMF−増殖前の血液混合物のG−CSFの量は、約25〜約200ng/mlの血液混合物であり、より好ましくは約50〜約150ng/ml、さらにより好ましくは約100ng/mlである。
TVEMF−生物反応器の容器(血液幹細胞を含む血液混合物を含有する)は、三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を維持するために血液幹細胞が懸濁液となる速度で回転される。好ましくは、回転速度は5〜120rpm、より好ましくは、10〜30rpmである。これらの回転速度は、限定されるものではない。回転速度は、少なくとも生物反応器のタイプおよび細胞培養チャンバーのサイズ及び配置されるサンプルなどにも依存する。細胞がTVEMF−生物反応器中にある間、細胞には、栄養素及び新しい培地(例えば、DMEM及び5%ヒト血清アルブミン。流動キャリアについては上述の記載を参照)を与えること、ホルモン、サイトカイン、及び/又は増殖因子(好ましくはG−CSF)に触れさせること、有毒物質を除去することが好ましい。TVEMF−生物反応器中の血球から除去される有毒物質としては、死にかけの細胞の有毒な顆粒物質、顆粒球の有毒物質、及びマクロファージが含まれる。細胞のTVEMF−増殖は、好ましくは細胞が少なくとも7倍に増殖する(体積当たりの数の増加)ように制御されている。好ましくは、血液幹細胞(もし存在するのであれば、他の細胞も)は、少なくとも4日間、好ましくは約7〜約14日間、より好ましくは約7〜約10日間、さらに好ましくは約7日間、TVEMF−増殖を行う。TVEMF−増殖はTVEMF−生物反応器で160日間まで継続することができる。TVEMF−増殖は160日間よりも更に長く行われるかもしれないが、そのような長い増殖は、本発明の好ましい実施形態ではない。
好ましくは、TVEMF−増殖は、約26℃〜約41℃、より好ましくは約37℃のTVEMF−生物反応器で行われる。
TVEMF−増殖を行う細胞の増殖全体を監視する方法の1つとして、目視観察がある。血液幹細胞は、典型的には暗赤色である。血液混合物の作製に用いられた培地の色は、薄い又は透明であることが好ましい。バイオリアクターが回転し始め、TVEMFが印加されると、細胞は、好ましくはバイオリアクター容器の中央にクラスター化し、培地は着色した細胞のクラスターを取り囲む。酸素を含有させること及び他の栄養素を添加することによっては、バイオリアクターに設けられた視覚化する窓(典型的には透明なプラスチック)を通じて、しばしば細胞集合を視覚化する能力を弱めない。クラスターの形成は、幹細胞が三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を維持することを助けるのに重要である。クラスターが散乱しているようであったり、細胞がバイオリアクター容器の壁面に接触し始めた場合には、回転速度を上げ(手動で又は自動的に)、中央に細胞集合が再び形成されるようにする。形成直後に行われる、目に見えるようにできる細胞集合の直径の測定は、後の塊の直径と比較し、TVEMF−生物反応器の細胞のおよその増加数を示すことができる。また、TVEMF増殖中の細胞の増加数の測定は、従来技術に知られているように様々な方法で行うことができる。自動センサーをTVEMF−生物反応器に設け、監視及びクラスターのサイズの増大を測定することができる。
TVEMF−増殖のプロセスは、例えば、細胞がバイオリアクター中でクラスターのままであるように細胞クラスターの形成を確認し、細胞クラスターが散乱し始めたらバイオリアクターの回転を増やす検査の専門家によって、注意深く監視される。バイオリアクター中の細胞クラスター及び血液混合物の粘度を監視する自動システムによって、細胞クラスターが監視されてもよい。細胞集合の粘度の変化は、TVEMF−増殖プロセスを開始してから早くても2日後に見られ、TVEMF−生物反応器の回転速度は、その時期くらいに増大されてもよい。TVEMF−生物反応器の速度は、TVEMF−増殖を通じて様々であってよい。TVEMF−増殖中の細胞がTVEMF−生物反応器の容器の側面に接触しないように、回転速度は適時に調整されることが好ましい。
また、検査の専門家は、TVEMF−増殖において、例えば1日1回又は2日に1回、手動で(例えば注射器を用いて)新しい培地及び好ましくは上述したような栄養素及び増殖因子など他の所望の添加剤をバイオリアクターに投入し、細胞の排泄物及び毒素を含有する古い培地を取り除いてもよい。また、新しい培地及び他の添加剤は、TVEMF−増殖中、自動的にTVEMF−生物反応器に汲み上げ、排泄物は自動的に除去されてもよい。
血液幹細胞は、TVEMF−生物反応器に配置され、TVEMF−増殖してから約7〜約14日で、元の数より少なくとも7倍に増加してもよい。好ましくは、TVEMF−増殖は約7〜10日続き、より好ましくは約7日続く。したがって、幹細胞の数の測定は、TVEMF−増殖中に行われなくてもよい。上述及び本願を通して記載されているように、TVEMF−増殖した本発明の血液幹細胞は、天然のTVEMF−増殖していない血液幹細胞と実質的に同一の三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を有する。
TVEMF−増殖の完了において、TVEMF−生物反応器の細胞物質には、本発明の組成物に含まれる本発明の幹細胞が含有されている。更なる使用のために、組成物から様々な物質が除去されたり、添加される。本発明の別の実施形態は、組織、例えば、本願に記載したような組織を治療、補充及び再生するために、身体システム又は組織を助けるように機能する生体外の哺乳動物の血液幹細胞組成物に関する。組成物には、好ましくは、元々の血液の体積当たりの血液幹細胞の少なくとも7倍の体積当たりの量のTVEMF−増殖した血液幹細胞が含まれる。例えば、好ましくは、X個の血液幹細胞がTVEMF−生物反応器にある体積で配置された場合、TVEMF−増殖後、TVEMF−生物反応器の血液幹細胞の数は、少なくとも7X個である(増殖工程において細胞の除去がなければ)。少なくとも7倍であることは、本発明の実施に必要ではないが、この増殖は特に治療目的に好ましい。例えば、TVEMF−増殖した細胞は、必要に応じて、天然に存在する血液の血液幹細胞の数の2倍のみであってもよい。TVEMF−増殖した細胞は、天然に存在する血液中の血液幹細胞の数の体積当たり約4倍〜約25倍であることが好ましい。また、本発明は哺乳動物の血液幹細胞を含む組成物に関し、該血液幹細胞の体積当たりの数が哺乳動物の天然に存在する血液よりも少なくとも7倍であり、血液幹細胞が天然に存在する血液の幹細胞と基本的な同一の三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を有する。
本発明の組成物には、医薬上許容しうる担体、例えば、これに限定されないが、血漿、血液、アルブミン、細胞培養液、増殖因子、銅キレート剤、ホルモン、バッファ又は凍結保存剤が含まれる。「医薬上許容しうる担体」は、哺乳動物、好ましくはヒトに幹細胞を導入することができる薬剤である。そのような担体(キャリア)には、ここで記載した物質、特に輸血に用いられるいかなる物質、例えば血液、血漿、アルブミン、また生理食塩水又はバッファ(好ましくはアルブミンに補充されるバッファ)、好ましくは組成物が導入される哺乳動物からのものが含まれる。哺乳動物に組成物を「導入」することは、動物に組成物を「投与」することを意味する。本発明の幹細胞を哺乳動物に静脈内投与することが好ましい。しかし、従来において知られている他の投与方法を用いてもよい。特に、例えば、膵臓(緊急の場合、生命にかかわる事態、又は、膵臓への高濃度の幹細胞の導入が最も役立つ状況の場合)に直接注射すること、又は、膵臓の近くの組織に注射することが行われる。さらに、許容できるG−CSF量でそのような導入を行うことが好ましく、量としては、0.3ng〜5μg、より好ましくは1ng/kg〜100ng/kg、更に好ましくは5ng/kg〜20ng/kg、より更に好ましくは6ng/kgである。
幹細胞の投与は一般的な技術として記載されている薬剤担体と共に行ってもよい。本発明の増殖する幹細胞の投与量は、治療有効量(後述)であって、好ましくは少なくとも幹細胞1000個、より好ましくは少なくとも幹細胞104個、更に好ましくは少なくとも幹細胞105個、更により好ましくは少なくとも幹細胞107〜109個、更により多くの幹細胞、例えば1012個である。このような数の増殖した幹細胞の投与は、1以上の回数に分けて行うことができる。本願に記載されたように、患者に投与される幹細胞の数は、本発明に従って増殖によって増加するため、供給源の血液で元々利用可能な幹細胞の数に制限される可能性がある。理論に束縛されることはないが、投与後身体に使用されなかった幹細胞は、単に自然な身体システムによって除去されると考えられている。「許容しうる担体」は、通常、TVEMF−増殖後、凍結保存前又は後、又は哺乳動物への導入(投与)前の、本発明の血液幹細胞が生存できる物質、すなわち細胞に有毒ではない物質を意味する。そのようなキャリアは従来技術において知られており、本願でそのような目的のために記載された物質など様々な物質を含んでよい。例えば、血漿、血液、アルブミン、細胞培養液、バッファ及び凍結保存剤は全て、本発明の許容しうる担体である。所望のキャリアは、ある程度所望の利用方法に依存する。
従来の他の増殖方法(いずれもTVEMFを使用しない)は、血液幹細胞の三次元形状及び細胞間支持を維持しながら、天然に存在する血液の血液幹細胞の量の少なくとも7倍となる血液幹細胞の増殖は提供しない。TVEMF−増殖した血液幹細胞は、元の臍帯血と実質的に同一の三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を有する又は維持する。前記組成物には、TVEMF−増殖した血液幹細胞、好ましくはダルベッコの培地又は直ぐに凍結保存できる溶液の懸濁液の状態のTVEMF−増殖した血液幹細胞が含まれる。前記組成物には、例えば、死にかけの細胞及び有毒物質、顆粒球の中身及びマクロファージなど有毒な顆粒物質が含まれないことが好ましい。前記組成物は、−120℃〜−196℃に組成物の温度を低減し、治療又は他の用途に必要となるまで凍結保存組成物をその温度に維持することによって、TVEMF−増殖した血液幹細胞を含む凍結保存組成物としてもよい。後述するように、凍結保存前に組成物から有毒物質をできる限り除去することが好ましい。
本発明の別の実施形態は、凍結保存を行った又はTVEMF−増殖完了直後のTVEMF−血液幹細胞の薬剤組成物で、膵臓組織を再生する及び/又は糖尿病の症状を治療する方法に関する。前記細胞は、哺乳動物の身体、好ましくはヒトの身体に導入され、例えば静脈内に又は直接治療される組織へ注射され、身体の自然システムに膵臓を治療及び再生させる。哺乳動物の身体に導入される前記組成物には有毒物質、及び、投与されたTVEMF−増殖した血液幹細胞に対して不利な反応をする可能性がある他の材料が含まれないことが好ましい。前記細胞は、特に、疾病が発生し、疾病にかかっていない細胞が必要である場合に、個人の血球が必要である治療又は研究において、治療又は研究に直ぐに利用可能である。後年タイプII糖尿病が発症した人にとって、保存された増殖された末梢血又は臍帯血は有用である。子供がタイプI糖尿病を発現した場合には、臍帯血が特に望ましい。
実施例I−TVEMF生物反応器における実際の細胞のTVEMF−増殖
末梢血を採集し、末梢血細胞を表1及び以下に示すとおり増殖した。
末梢血を採集し、末梢血細胞を表1及び以下に示すとおり増殖した。
A)細胞の採集及び維持
ヒトの末梢血(75ml;約0.75×106細胞/ml)を、上述した注射器によって、タイプI糖尿病を有する10人のヒトドナーから採集し、75mlのイスコブ(Iscove)変形ダルベッコ(Dulbecco)培地(IMDM)(ギブコ社、グランドアイランド、ニューヨーク州(GIBCO, Grand Island, NY))に20%の5%ヒトアルブミン(HA)、100ng/mlの組み換えヒトG−CSF(アムゲン社、サウザンドオークス、カリフォルニア州(Amgen Inc., Thousand Oaks, CA))、及び100ng/mlの組み換えヒト幹細胞因子(SCF)(アムゲン社(Amgen))を追加したもので懸濁し、血液混合物を調製した。血液サンプル10個を参照サンプルとして取っておいた。末梢血液混合物を本明細書の図2及び図3に示すTVEMF−生物反応器に配置した。TVEMF−増殖は37℃、6%のCO2、通常の空気比O2/Nにおいて行った。TVEMF−生物反応器は1分当たり10回転(rpm)の速度で最初回転させ、その後必要に応じて本願に記載のとおり調整し、末梢血細胞の生物反応器における懸濁を維持した。生物反応器に6mAの時間変動する電流を印加した。末梢血液混合物に印加した方形波TVEMFは約0.5ガウスであった(約10回転/秒)。TVEMF−生物反応器の末梢血液混合物の培養基は、1〜2日に一度、変更又は新しくされた。15日目には、細胞をTVEMF−生物反応器から移動し、洗浄及び分析した。結果を表1に示す。参照データは、増殖しなかったヒト末梢血のサンプルを意味する。増殖サンプルは、TVEMF−増殖後のそれぞれの参照サンプルを意味する。
ヒトの末梢血(75ml;約0.75×106細胞/ml)を、上述した注射器によって、タイプI糖尿病を有する10人のヒトドナーから採集し、75mlのイスコブ(Iscove)変形ダルベッコ(Dulbecco)培地(IMDM)(ギブコ社、グランドアイランド、ニューヨーク州(GIBCO, Grand Island, NY))に20%の5%ヒトアルブミン(HA)、100ng/mlの組み換えヒトG−CSF(アムゲン社、サウザンドオークス、カリフォルニア州(Amgen Inc., Thousand Oaks, CA))、及び100ng/mlの組み換えヒト幹細胞因子(SCF)(アムゲン社(Amgen))を追加したもので懸濁し、血液混合物を調製した。血液サンプル10個を参照サンプルとして取っておいた。末梢血液混合物を本明細書の図2及び図3に示すTVEMF−生物反応器に配置した。TVEMF−増殖は37℃、6%のCO2、通常の空気比O2/Nにおいて行った。TVEMF−生物反応器は1分当たり10回転(rpm)の速度で最初回転させ、その後必要に応じて本願に記載のとおり調整し、末梢血細胞の生物反応器における懸濁を維持した。生物反応器に6mAの時間変動する電流を印加した。末梢血液混合物に印加した方形波TVEMFは約0.5ガウスであった(約10回転/秒)。TVEMF−生物反応器の末梢血液混合物の培養基は、1〜2日に一度、変更又は新しくされた。15日目には、細胞をTVEMF−生物反応器から移動し、洗浄及び分析した。結果を表1に示す。参照データは、増殖しなかったヒト末梢血のサンプルを意味する。増殖サンプルは、TVEMF−増殖後のそれぞれの参照サンプルを意味する。
表1に見られるように、末梢血細胞のTVEMF−増殖においては、増殖しない参照サンプルと比較して、15日目過ぎに細胞数が29〜71倍(平均約48倍)に増加し、CD34+細胞においても対応するように増加したという結果であった。細胞が成長する培養基は1〜2日に一度変更又は新しくされた。
B)TVEMF−増殖した細胞の分析
血球計算板(ある量の参照サンプルの細胞懸濁液又は増殖サンプルを、マイクロ格子(micro grid)を有する特製顕微鏡用スライドに配置し、サンプル中の細胞数を数えることによって用いられる血球計などの装置)によって、参照サンプル及び増殖サンプルの細胞の総数を得た。TVEMF−増殖から15日後の参照サンプル及び増殖サンプルにおける細胞の合計数の結果を表1に示す。
血球計算板(ある量の参照サンプルの細胞懸濁液又は増殖サンプルを、マイクロ格子(micro grid)を有する特製顕微鏡用スライドに配置し、サンプル中の細胞数を数えることによって用いられる血球計などの装置)によって、参照サンプル及び増殖サンプルの細胞の総数を得た。TVEMF−増殖から15日後の参照サンプル及び増殖サンプルにおける細胞の合計数の結果を表1に示す。
表1における対応CD34+の増加の表示は、以下のように測定された。ヒューマンCD34セレクションキット(Human CD34 Selection Kit)(EasySep positive selection、ステムセルテクノロジーズ社(StemCell Technologies))によって、他の細胞から増殖サンプルのCD34+細胞を分離し、上述した血球計算板を用いて数え、FACScanフロー血球計算器(ベクトン−ディキンソン社(Becton-Dickinson))で確認した。クローン形成法でCFU−GEMM及びCFU−GMを数えた。トリパン青排除試験によって細胞の生存率(生存能力のある細胞が生存し、生存能力のない細胞が死亡している)を決定した。増殖サンプルにおける「有り」は、CD34+細胞の数が細胞の合計数に対応する量だけ増加したことを示す。
操作方法−糖尿病の治療
少なくとも20人のタイプI糖尿病のヒトの患者から末梢血を回収し、例えば上述した実施例のようにTVEMF−増殖する。各ドナーの血漿も調製する。TVEMF増殖から15日後、TVEMF−増殖した細胞を生物反応器から移動し、5%ヒト血清アルブミンを含むヘパリン化生理食塩水で洗浄し、例えば、100ミクロンのナイロン網又は他の適当な濾過システムで濾過して細胞の凝集体を除去する。有害物質も除去する。続いて、前記細胞を約20mlの各ドナーの血漿、又は、必要であればより少ない量の血漿と混合し、全てのTVEMF−増殖した細胞をドナーの身体に自己移植導入するための薬学的な血液幹細胞組成物を調製する(同種異系の導入を用いてもよい)。好ましい導入する幹細胞の数は、本願に記載されているが、最も好ましくは約20mlの107〜109の幹細胞である。
少なくとも20人のタイプI糖尿病のヒトの患者から末梢血を回収し、例えば上述した実施例のようにTVEMF−増殖する。各ドナーの血漿も調製する。TVEMF増殖から15日後、TVEMF−増殖した細胞を生物反応器から移動し、5%ヒト血清アルブミンを含むヘパリン化生理食塩水で洗浄し、例えば、100ミクロンのナイロン網又は他の適当な濾過システムで濾過して細胞の凝集体を除去する。有害物質も除去する。続いて、前記細胞を約20mlの各ドナーの血漿、又は、必要であればより少ない量の血漿と混合し、全てのTVEMF−増殖した細胞をドナーの身体に自己移植導入するための薬学的な血液幹細胞組成物を調製する(同種異系の導入を用いてもよい)。好ましい導入する幹細胞の数は、本願に記載されているが、最も好ましくは約20mlの107〜109の幹細胞である。
少なくとも5人のドナーにおいて、ドナーの膵臓に、20mlの血漿及びTVEMF−増殖した血球を含む血液幹細胞組成物を直接注射する。少なくとも他の5人のドナーにおいては、胃腸動脈に血液幹細胞組成物を注射する。少なくとも他の5人のドナーにおいては、静脈内に血液幹細胞組成物を注射する。少なくとも他の5人のドナーにおいては、ドナー自身の血漿のみをドナーの身体に導入する。
TVEMF−増殖した血液幹細胞組成物又は血漿をドナーの身体に導入してから20日後、20日間インスリン注射を5%づつ減らす(すなわち、元々の100%に対して1日5%であって、19日目には、0日目のドナーへの注射の5%(通常のタイプI糖尿病患者の投与量)を注射し、20日目には、インスリンを注射しない)。血糖を毎日観察し、少なくとも安全なレベルを保証する。また、C−ペプチドのレベルを5日に一度確認する。20日の終わりにはIIRIVIAシステム(イゾチップ社、ブダペスト、ハンガリー(Izotip Co., Ltd., Budapest, Hungary))を用いてC−ペプチドのレベルを確認する。
これらの実験から予測される結果は、ベータ細胞が再生及び機能していることを示す、ドナーの血糖及びC−ペプチドのレベルを規格化すること(例えば、従来から糖尿病でない人において知られている)である。更には、インスリン注射は必要なくなる。結果として、糖尿病の症状は低減される。
動物モデル又は膵臓の治療又は糖尿病の治療が望まれる他の状況における実験が、組織学的又は病理学的分析、又は必要に応じて他の分析において、本発明を用いた膵臓組織の治療によって、本発明の組成物の投与後に関連する症状、疾患又は治療の目的が向上する旨を示すことが予測される。
操作方法−凍結保存
上述したように、哺乳動物、好ましくはヒトから血液を採集する。少なくとも赤血球を血液から除去することが好ましい。血液幹細胞(必要であれば、他の細胞及び培地と共に)は、TVEMF−生物反応器に配置され、TVEMFされ、増殖する。RBCがTVEMF−増殖前に除去されない場合には、TVEMF−増殖後に除去されることが好ましい。TVEMF−増殖した細胞は、低温で保存される。TVEMF−増殖した血液幹細胞の凍結保存の方法及びそのような細胞を含む組成物に関する更なる詳細は、本明細書に記載されており、特に以下に記載する。
上述したように、哺乳動物、好ましくはヒトから血液を採集する。少なくとも赤血球を血液から除去することが好ましい。血液幹細胞(必要であれば、他の細胞及び培地と共に)は、TVEMF−生物反応器に配置され、TVEMFされ、増殖する。RBCがTVEMF−増殖前に除去されない場合には、TVEMF−増殖後に除去されることが好ましい。TVEMF−増殖した細胞は、低温で保存される。TVEMF−増殖した血液幹細胞の凍結保存の方法及びそのような細胞を含む組成物に関する更なる詳細は、本明細書に記載されており、特に以下に記載する。
TVEMF−増殖後、TVEMF−増殖した血液幹細胞を含むTVEMF−増殖した細胞は、少なくとも1つの凍結保護剤を含有する少なくとも1つの凍結保存容器に移送されることが好ましい。TVEMF−増殖した血液幹細胞は、まず好ましくは溶液(例えば、バッファ溶液又は所望の凍結保存剤の溶液)で洗浄してTVEMF−増殖中に存在した培地及び他の成分を除去し、好ましくは細胞を凍結保存可能な溶液に混合する。このような溶液は、一般的に、凍結保存剤、凍結保存溶液又は凍結保護剤と呼ばれる。前記細胞は適切な低温容器に移され、該容器の温度は通常−120℃〜−196℃、好ましくは約−130〜約−150℃に低減され、その温度が維持される。凍結工程において幹細胞にダメージを与えない、又はダメージを最小限にするように、温度の低減はゆっくりと慎重に行われることが好ましい。必要であれば、細胞の温度(およそ低温容器の温度)は、ヒトの身体への導入に適合する温度(通常およそ室温からおよそ体温)に上昇され、TVEMF−増殖した細胞は、例えば上述したように哺乳動物の身体、好ましくはヒトの身体に導入される。
凍結した細胞は通常有害である。理論に束縛されることはないが、冷却において、細胞中の水が凍る。この時、細胞膜における浸透圧効果、細胞内脱水、溶質濃度、及び氷晶生成によって損傷が生じことがある。細胞の外側が結氷するため、やがて細胞の破壊に至る浸透脱水及び溶質濃度の上昇を引き起こす水を溶液から除去及び細胞から取り出す(内容の詳細はマズールP.(Mazur, P.)、1977年、クリオバイオロジー(Cryobiology)14、251〜272参照)。
異なる材料は異なる氷点を有する。結晶化及び凍結工程における細胞壁のダメージを最小限に抑えるために、直ちに凍結保存できる血液幹細胞組成物には、可能な限り汚染物質が含まれていないことが好ましい。
これらの有害な影響は、次の方法で低減又は回避することができる。(a)凍結保護剤の使用、(b)凍結速度の制御、及び(c)分解反応を最小限に留める十分に低い温度での保存。
本発明においては、凍結保存剤を含有させることが好ましい。使用可能な凍結保護剤には、これに限定されないが、十分な量ジメチルスルホキシド(DMSO)(ラブロックJ.E.(Lovelock, J. E.)及びビショップM.W.H(Bishop, M. W. H.)、1959、ネイチャー(Nature)183、1394〜1395;アッシュウッド−スミスM.J.(Ashwood-Smith, M. J.)、1961、ネイチャー(Nature)190、1204〜1205)、グリセロール、ポリビニルピロリジン(フィンフレットA.P.(Rinfret, A. P.)、1960、Ann.N.Y.Acad.Sci.85、576)、ポリエチレングリコール(スロビターH.A.(Sloviter, H. A.)及びラドビンR.G.(Ravdin, R. G.)、1962、ネイチャー(Nature)196、548)、アルブミン、デキストラン、スクロース、エチレングリコール、i−エリスリトール、D−リビトール、D−マニトール(ロウェA.W.ら(Rowe, A. W. et al.)、1962、Fed.Proc.21、157)、D−ソルビトール、i−イノシトール、D−ラクトース、塩化コリン(ベンダーM.A.ら(Bender, M. A., et al.)、1960、J.Appl.Physiol.15、520)、アミノ酸−グルコース溶液又はアミノ酸(Phan The Tran and Bender、M.A.、1960、Exp.Cell Res.20、651)、メタノール、アセトアミド、グリセリンモノアセタート(ラブロックJ.E.(Lovelock, J. E.)、1954、バイオケミ.J.(Biochem. J.)56、265)、及び無機塩(Phan The Tran and Bender、M.A.、1960、Proc.Soc.Exp.Biol.Med.104、388;Phan The Tran and Bender、M.A.、1961、放射線生物学、放射線生学に関する第3回オーストラリア会議の手続き(Proceedings of the Third Australian Conference on Radiobiology)、イルベリーP.L.T.(Ilbery, P. L. T.)編、バッターウォルス(Butterworth)、ロンドン、p.59)。好ましい実施形態においては、DMSOが用いられている。液体のDMSOは低濃度では細胞に害はない。小さい分子であるため、DMSOは自由に細胞を通り抜け、凍結性を緩和するために水と結合して細胞内の細胞小器官を保護し、結氷からのダメージを防止する。血漿の添加(例えば、20〜25%の濃度まで)によって、DMSOの保護効果を増大させることができる。4℃を超えるとDMSO濃度が約1%であると有害であるため、DMSOの添加後、細胞は0℃に保たれていなければならない。好ましい凍結保護剤は、全組成物において、TVEMF−増殖した血液幹細胞との組み合わせで、60〜80%アミノ酸−グルコース溶液中の20〜40%ジメチルスルホキシド溶液、15〜25%ヒドロキシエチルでんぷん溶液、4〜6%グリセロール、3〜5%グルコース、6〜10%デキストランT10、15〜25%ポリエチレングリコール、又は75〜85%アミノ酸−グルコース溶液である。上記凍結保護剤の量は、組成物における凍結保護剤の総量(単に組成物に添加した物質の量ではなく)であることが好ましい。
本発明の凍結保存する組成物には、血球及び凍結保護剤以外の他の物質が含まれてもよいが、例えば上述した凍結のメカニズムにおいて述べた理由により、本発明のTVEMF−増殖した血液幹細胞組成物の凍結保存においては、可能な限り他の物質が少ないことが好ましい。
本発明のTVEMF−増殖した血液幹細胞組成物は、約−120℃〜約−196℃、好ましくは約−130℃〜約−196℃、より好ましくは約−130℃〜約−150℃の範囲の温度に冷却することが好ましい。
ゆっくりとした冷却速度に制御することは重要である。異なる凍結保護剤(ラパズG.ら(Rapatz, G., et al.)、1968、低温生物学(Cryobiology)5(1)、18〜25)及び異なる細胞タイプは、最適な冷却速度が異なる(例えば、冷却速度の体皮細胞の生存に対する影響(及びそれらの移植の可能性)について、ロウA.W.(Rowe, A. W.)及びリンフレットA.P.(Rinfret,A. P.)、1962、血液20、636;ロウA.W.(Rowe, A. W.)、1966、低温生物学(Cryobiology)3(1)、12〜18;ルイスJ.P.ら(Lewis, J. P., et al.)、1967、輸血(Transfusion)7(1)、17〜32;及びマズールP.(Mazur, P.)、1970、サイエンス(Science)168、939〜949を参照)。水が氷に変る融解熱は最小限にすべきである。冷却工程は、例えば、プログラムで制御できる凍結装置又はメタノールバス手法を用いて行うことができる。
プログラムで制御できる凍結装置によって、最適な冷却速度を決定することができ、再現可能な標準的な冷却を促進することができる。クリオメッド(Cryomed)又はプラナー(Planar)などのプログラムで制御された速度の冷蔵庫は、凍結管理を、望ましい冷却速度曲線に調整することができる。その他の条件を満たした冷凍庫は、例えば、サンヨー製Modl MDF−1155ATN−152C及びModel MDF−2136ATN−135C、プリンストン(Princeton)製CryoTech TEC 2000が挙げられる。例えば、血球、又は、10%DMSO及び20%血漿のCD34+/CD38−細胞において、最適な速度は1〜3℃/分で0℃〜−200℃である。
好ましい実施形態においては、この冷却速度は本発明の細胞に用いることができる。細胞を有する低温容器は、低温で安定していなければならず、冷却及び解凍の効果的な制御のために速い熱伝導が可能である。複数の少量(1〜2ml)に、封止されたプラスチックの小瓶(例えば、ヌンク(Nunc)、ウィートン クリウレ(Wheaton cryules))又はガラスアンプルを用いることができる。一方、より大きい容量(100〜200ml)は、冷却時のよりよい熱交換のために金属板で挟まれたポリオレフィンバッグの中で(例えば、デルメッド(Delmed))凍結することができる(骨髄細胞のバッグは、骨髄細胞のバッグを、冷却速度約3℃/分である−80℃の冷凍庫に置くことによって思いがけずうまく凍結することができる)。
別の実施形態においては、メタノールバスの冷却手法を用いることができる。メタノールバス手法は、大規模に複数の少量を繰り返し凍結保存する場合に非常に適している。この方法には、凍結速度の手動制御も速度を監視するレコーダーも必要ない。好ましい形態においては、DMSO-治療された細胞は、予め氷で冷却され、冷却したメタノールを含むトレーに、次に、メタノールバスの−130℃の機械冷蔵庫(例えば、ハリス(Harris)又はレボコ(Revco))に移送される。メタノールバス及びサンプルの熱電対測定は、望ましい冷却速度1〜3℃/分を示す。少なくとも2時間後、検査サンプルの温度は−80℃に達し、永久保存のために液体窒素(−196℃)に直接配置してもよい。
完全な凍結後、TVEMF−増殖した幹細胞は、直ぐに長期凍結保存容器(例えば冷凍庫)に移される。好ましい実施形態において、細胞は、液体窒素(−196℃)又はその気体(−165℃)の中に低温で保存することができる。保存温度は、−120℃未満、好ましくは−130℃未満とすべきである。このような保存は、高効率な液体窒素冷蔵庫の利用によってより促進される。該液体窒素冷蔵庫は、大きな魔法瓶容器のようであり、熱もれ及び窒素のもれが極めて最小限に維持されるように、非常に低い真空で、優れた内部断熱材を有する。
細胞の凍結保存のための好ましい装置及び手順は、テルモジェネシス(Thermogenesis Corp.)(ランチョ コルドボ(Rancho Cordovo、カリフォルニア州)で製造されているものであり、彼らの細胞の温度を−130℃未満に低減する手順を利用する。細胞は、凍結及び保存中、テルモジェネシス社の血漿バッグに保持される。
他の冷蔵庫が商業的に入手可能である。例えば、「バイオアーカイブ(BioArchive)」冷凍庫は、凍結するだけでなく、本発明の血液や細胞などの低温サンプルの目録を作成し、例えば、凍結した血液の3,626個のバッグを一度に管理することができる。この冷凍庫は、指示に応じて特定のサンプルを取り出すロボットアームを有し、他のサンプルが温かい温度に阻害される又は曝されないようにする。その他の商業的に入手可能な冷凍庫としては、限定されないが、サンヨー製Modl MDF−1155ATN−152C及びModel MDF−2136ATN−135C、プリンストン(Princeton)製CryoTech TEC 2000が挙げられる。
TVEMF−増殖した血液幹細胞組成物の温度が−120℃未満、好ましくは−130℃未満に降下された後、テルモジェネシス社の冷凍庫などの装置に保持される。温度は約−120℃〜−196℃、好ましくは−130℃〜−150℃に維持される。本発明の凍結保存TVEMF−増殖した血液幹細胞組成物の温度は、長期間約−120℃を超えるべきではない。
本発明の凍結保存したTVEMF−増殖した血液幹細胞又はその組成物は、不定期間、凍結することができ、必要な時に解凍することができる。例えば、組成物は18年まで凍結することができる。さらに長い期間は可能であり、おそらく血液ドナーの一生と同じくらいの期間が可能である。
必要である時には、テルモジェネシス社(Thermogenesis)の血漿解凍器、又は、テルモリン社(Thermoline)の解凍器シリーズなど他の装置などの解凍システムに、細胞の入ったバッグを置いてもよい。凍結保存組成物の温度は、室温に上昇される。凍結保護剤と混合した細胞の解凍の他の好ましい方法において、液体窒素中で凍結保存した本発明のTVEMF−増殖した血液幹細胞組成物を有するバッグを、15分間液体窒素の気相に放置し、5分間外気室温にさらし、最後に37℃のウォーターバスで可能な限り素早く解凍してもよい。解凍されたバッグの中身は、直ちに同量の2.5%(重量/体積)ヒト血清アルブミン及び5%(重量/体積)デキストラン40(ソルプレックス40(Solplex 40)、シフラ(Sifra)、ヴェロナ(Verona)、イタリア)を含むアイソトニック塩溶液を含有する溶液で希釈され、続いて400gで10分間、遠心分離機にかけられる。浮遊物は除去され、沈殿した細胞は、アルブミン/デキストラン溶液で再度沈澱される。高圧力の抗凍結剤の除去については、ルビンスタインP.ら(Rubinstein, P. et al.)、「無関係な骨髄の再構成のための胎盤/臍帯血の処理及び凍結保存」(Processing and cryopreservation of placental/umbilical cord blood for unrelated bone marrow reconstitution)、Proc.Natl.Acad.ScL92、10119〜1012(1995)を参照。細胞の解凍の好ましい方法のバリエーションについては、ラザッリLら(Lazzari, L. et al.)、「臍帯血からの造血系幹細胞の生体外増殖における凍結保存の効果の向上(Evaluation of the effect of cryopreservation on ex vivo expansion of hematopoetic progenitors from cord blood)。骨髄移植28、693〜698(2001)を参照。
細胞の温度が室温に上げられた後は、細胞は研究又は再生治療に利用可能である。解凍されたTVEMF−増殖した血液幹細胞組成物は、直接哺乳動物、好ましくはヒトに導入することができ、又は、解凍された状態で所望の研究に用いることができる。解凍した細胞を含む溶液は、必要であれば、完全に洗浄して、他と交換してもよく、又は、操作してもよい。哺乳動物の身体に導入する前に、好ましくはそのような導入の直前に、種々の添加剤を解凍された組成物に添加することができる(又は、非凍結保存のTVEMF−増殖した血液幹細胞組成物に)。そのような添加剤としては、これらに限られないが、増殖因子、銅キレート剤、サイトカイン、ホルモン、好適なバッファ又は希釈剤が含まれる。好ましくは、G−CSFが添加される。より好ましくは、ヒトにおいて、約20〜約40μg/kg体重の量、より好ましくは約30μg/kg体重の量のG−CSFが添加される。また、導入の前に、TVEMF−増殖した血液幹細胞組成物は、哺乳動物自身の又は適合するドナーの血漿、血液又はアルブミン、又は輸血に付随する他の材料と混合してもよい。解凍された血液幹細胞は、例えば、治療に用いることが望ましい又は治療に用いることができる薬剤に不利な反応がないか確認する試験に用いることができる。
アメリカ合衆国ではFDAが増殖した血液幹細胞の組織の再生への使用を認めていないが、そのような認可は間近であると思われる。増殖された血液幹細胞の十分な量の直接注射は、本願に記載した膵臓などの重要臓器の再生に用いることができる。
本発明のTVEMF−増殖した血液幹細胞組成物は、哺乳動物、好ましくはヒトに、組織の治療又は再生の達成、又は、所望の疾病又は状態の治療に十分な量を導入すべきである。好ましくは、少なくとも20mlの、ml当たり107〜109の幹細胞を有するTVEMF−増殖した血液幹細胞組成物が様々な治療に用いられ、特に外傷が発生し早急な組織の治療が必要である場合に、一度に用いることが好ましい。この量は特に75〜80kgの人間において好ましい。哺乳動物に導入される組成物におけるTVEMF−増殖した血液幹細胞の量は、本質的に供給源の血液材料に存在する細胞の数(特に、極めて限られた量しか利用可能でない場合)に関係する。患者に導入されるTVEMF−増殖した血液幹細胞の好ましい範囲は、例えば、ml当たり107〜109の幹細胞を有するTVEMF−増殖した血液幹細胞組成物を約10ml〜約50ml、又は潜在的にそれ以上である。哺乳動物に投与されるいかなる物質が高濃度であることは、有害又は致命的であると理解されているが、TVEMF−増殖した血液幹細胞の全てを導入することが、例えばTVEMF−増殖後に少なくとも7倍、TVEMF−増殖した血液幹細胞の投与のし過ぎとはなりにくい。数人のドナーの血液、又は同じドナーの複数の採集が用いられる場合には、哺乳動物に導入される血液幹細胞の数は増加してもよい。また、患者に導入してもよいTVEMF−細胞の量は、1人の個体から採集した血液の量に限定されない。複数の投与、例えば1日1回、1日2回、1週間に1回、又はその他の回数の投与は、より容易に用いることができる。また、組織が治療される時には、組織の種が、利用可能なTVEMF−増殖した血液幹細胞の使用、又はより少ない投与量の使用を保証する。例えば、肝臓が最も治療しやすく、他の組織よりも必要とする幹細胞が少ないことが多い。
当然ながら、上記実施形態は、広くTVEMF−増殖した血液幹細胞の凍結保存に関し、凍結保存された、又は、増殖されていない、又は、非TVEMF−増殖の血液幹細胞の解凍後に、TVEMF−増殖を行ってもよい。また、凍結保存が望まれるのであれば、TVEMF−増殖は細胞の凍結前及び後に行われてもよい。例えば、血液バンクは、必要な時に備えて、凍結保存された血液幹細胞を含む凍結保存組成物を有する。そのような組成物は従来の方法で解凍され、その後、本明細書に記載のようにTVEMF−増殖されてもよく、本明細書に記載のTVEMF処理のバリエーションを含む。その後、そのようなTVEMF−増殖した血液幹細胞は、上述したように、本発明の組成物と考えられる。例えば外傷が生じた時に、患者の血液幹細胞が既に増殖され、調製にさらに貴重な日を要しないために、凍結保存前のTVEMF−増殖が好ましい。
また、好ましくはないが、注目すべきは、TVEMF−増殖した本発明の血液幹細胞は、凍結保存、及びその後解凍され、その後使用しなければ、再度凍結保存してもよい。凍結する前に細胞をTVEMF−増殖する(すなわち数の増加であってサイズではない)ことが好ましい。たとえ凍結前に増殖されたとしても、凍結し、その後解凍された後、細胞を増殖してもよい。
血液幹細胞の増殖には数日かかることがある。生死に関わる状況又は外傷の場合など血液幹細胞の早急な供給が重要である状況において、特に、細胞の再導入の前に検査を完了する必要がある場合には血液幹細胞の増殖に数日も待てないかもしれない。したがって、毎分の治療の遅れが生死を違える緊急事態に備えて出生からそのような増殖した血液幹細胞を用意することが特に望ましい。
また、当然ながら、本願のTVEMF−増殖した血液幹細胞は、TVEMF−増殖後、凍結保存して又は凍結保存せずに、哺乳動物、好ましくは哺乳動物の供給源(血液の供給源である哺乳動物)に導入してもよい。しかしながら、そのような導入は、元々の哺乳動物(自己移植)に限られる必要はない。TVEMF−増殖した細胞は、異なる哺乳動物(同種移植)に移転してもよい。
また、当然のことながら、血液は本発明の成熟幹細胞の好ましい供給源であるが、骨髄からの成熟幹細胞をTVEMF−増殖し、本発明の血液幹細胞と同様に用いてもよい。骨髄は幹細胞の直ちに利用可能な供給源ではないが、アフェレーシス療法、又は他の高価で苦痛を伴う方法で収集しなければならない。
また、本発明には、糖尿病の症状又は他の膵臓の病状、病状を研究する方法であって、病状の試験系にTVEMF−増殖した幹細胞を導入する工程を含むものが含まれる。そのような系としては、限定されないが、例えば、疾患を有する哺乳動物、疾患を研究するための適切な動物モデル、又は疾患を研究するための体外試験系が含まれる。TVEMF−増殖した血液幹細胞を、次の疾患の治療可能性の研究に用いてもよい:タイプI糖尿病、タイプII糖尿病、インスリン受容体の障害から誘導される糖尿病、及び膵臓の糖尿病。
増殖、保存、及び解凍の全ての工程の間、本発明の血液幹細胞は、三次元形状、細胞間支持、及び細胞間形状を維持する。
本願において好ましい実施形態を説明したが、いわゆる当業者は、種々の変更及び改良が含まれることを理解するであろう。本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない。
Claims (24)
- 体積当たりの数が、少なくとも天然に存在する血液の7倍である増殖した血液幹細胞であって、天然に存在する血液の幹細胞と実質的に同一の三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を有するものを含む、治療有効量の薬学的な血液幹細胞組成物を、哺乳動物に投与する工程を含むことを特徴とする糖尿病の症状を治療する方法。
- 体積当たりの数が、少なくとも天然に存在する血液の2倍であるTVEMF−増殖した血液幹細胞であって、天然に存在する血液の幹細胞と実質的に同一の三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を有するものを含む、治療有効量の薬学的な血液幹細胞組成物を、哺乳動物に投与する工程を含むことを特徴とする糖尿病の症状を治療する方法。
- 前記体積当たりのTVEMF−増殖した血液幹細胞の数が、少なくとも7倍であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記糖尿病の症状が、タイプI糖尿病、タイプII糖尿病、インスリン受容体の障害から誘導される糖尿病、及び膵臓の糖尿病からなる群より選択されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記投与する工程が、哺乳動物の末梢血流、膵臓、膵臓に隣接する組織又は胃十二指腸動脈の少なくとも1つに、前記細胞を導入することを含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記薬学的な血液幹細胞組成物が、更に少なくともヒトGM−CSF及びヒトG−CSFの1つを含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記哺乳動物がヒトであることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 更に、投与する工程の前に次の工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
a.血液混合物をTVEMF−生物反応器の培養チャンバーに配置する工程、
b.該血液混合物をTVEMFさせ、TVEMF−増殖した血液幹細胞の体積当たりの数が、該TVEMF−生物反応器に配置した血液幹細胞の体積当たりの数の7倍以上になるまで、該TVEMF−生物反応器中で該血液幹細胞をTVEMF−増殖させる工程、及び
c.TVEMF−増殖した細胞を許容しうる医薬用担体と混合して薬学的な血液幹細胞組成物を形成する工程。 - 前記TVEMFが、約0.05〜約6.0ガウスであることを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 更に、前記血液混合物をTVEMF−生物反応器に配置する工程の前に、自己移植源から血液を採集する工程を含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 更に、前記血液混合物をTVEMF−生物反応器に配置する工程の前に、同種異系移植源から血液を採集する工程を含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記同種異系移植源が、哺乳動物、血液バンク、病院及び凍結保存された血液サンプルの少なくとも1つであることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記血液混合物が、他の血液成分から分離されたCD34+/CD38−血液幹細胞を含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記血液混合物が、他の血液成分から分離された軟膜を含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記血液混合物が、赤血球を含まないことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 哺乳動物に投与する、TVEMF−増殖した血液幹細胞の治療有効量が、約20mlの約107〜約109幹細胞/mlであることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 更に、前記TVEMF−増殖した細胞から有毒物質を除去する工程を含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 体積当たりの数が、少なくとも天然に存在する血液の2倍であるTVEMF−増殖した血液幹細胞であって、天然に存在する血液の幹細胞と実質的に同一の三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を有するものを含む、治療有効量の薬学的な血液幹細胞組成物を、哺乳動物に投与する工程を含む膵臓組織を治療する方法。
- 体積当たりの数が、少なくとも天然臍帯血の7倍である増殖した血液幹細胞であって、天然臍帯血の幹細胞と実質的に同一の三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を有するものを含む薬学的な血液幹細胞組成物であって、該組成物が、糖尿病の症状の治療用であることを特徴とする薬学的な血液幹細胞組成物。
- 体積当たりの数が、少なくとも天然臍帯血の2倍である増殖した血液幹細胞であって、天然臍帯血の幹細胞と実質的に同一の三次元形状及び細胞間支持及び細胞間形状を有するものを含む薬学的な血液幹細胞組成物であって、該組成物が、糖尿病の症状の治療用であることを特徴とする薬学的な血液幹細胞組成物。
- 体積当たりのTVEMF−増殖した血液幹細胞の数が、少なくとも7倍であることを特徴とする請求項20に記載の薬学的な血液幹細胞組成物。
- 更に、血漿、血液、アルブミン及びバッファからなる群より選択される少なくとも1つの医薬上許容しうる担体を含むことを特徴とする請求項21に記載の組成物。
- 糖尿病の症状を治療するための薬剤の調製における請求項19〜22に記載の組成物の使用。
- 前記糖尿病の症状が、タイプI糖尿病、タイプII糖尿病、インスリン受容体の障害から誘導される糖尿病、及び膵臓の糖尿病からなる群より選択されることを特徴とする請求項23に記載の使用。
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