JP2011513217A - 間葉系幹細胞粒子 - Google Patents

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Abstract

間葉系幹細胞によって分泌され、間葉系幹細胞の少なくとも1つの生物学的性質を含む粒子を述べる。生物学的性質は、心保護作用または梗塞の大きさの縮小などの間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)の生物活性を含み得る。前記粒子は、小胞またはエキソソームを含み得る。

Description

本発明は、発生、細胞生物学、分子生物学および遺伝学の分野に関する。より詳細には、本発明は、胚性幹細胞から間葉系幹細胞を誘導する方法に関する。
幹細胞は、分化した細胞と異なり、分裂して、自己複製するかまたは表現型的および機能的に異なる娘細胞へと分化する能力を有する(Keller,Genes Dev.2005;19:1129−1155;Wobus and Boheler,Physiol Rev.2005;85:635−678;Wiles,Methods in Enzymology.1993;225:900−918;Choi et al,Methods Mol Med.2005;105:359−368)。
間葉系幹細胞(MSC)は、筋骨格損傷を治療する、心臓血管疾患において心機能を改善すし、かつGVHDの重症度を改善するうえでの治療効果の実証された証拠を有する多能性幹細胞である(Le Blanc and Pittenger,2005)。系統制限的であるが、それらは間葉細胞型、たとえば脂肪細胞、軟骨細胞および骨細胞へと分化する、限られてはいるが強固な潜在能を備え、奇形腫形成の危険度はごくわずかである。移植されたMSCの宿主免疫拒絶反応は、自家移植または同種移植を通して常套的に回避される。MSCは、骨髄(BM)、脂肪組織(ad)、臍帯血を含むいくつかの成体組織から単離され、エクスビボで増幅され得る。
間葉系幹細胞は、筋骨格組織の生体工学3,4および心疾患5,6を含む広範囲の疾患を治療するために臨床および前臨床適用において使用されてきた1,2。広範囲の疾患[A1、A2]、たとえば筋骨格組織の生体工学[A3、A4]および心疾患[A5、A6]におけるGVHD[A1]を治療する臨床および前臨床適用において、広いスペクトルの疾患を治療するMSCの治療能力は、多くの異なる修復細胞型へと分化するそれらの潜在能に帰せられてきた。
しかし、それらの単離のための組織の入手可能性は依然として限られていて、危険を伴う侵襲的な手順を必要とし、MSCのエクスビボでの増幅は、かなり多大ではあるとはいえ、限界がある。しかし、移植されたMSCが損傷組織または器官において治療的に適切な数で機能的修復細胞へと分化する効率は、これまで十分に記録または実証されていなかった。
最近の報告は、これらの修復作用の一部がMSCによって分泌されるパラクリン因子によって仲介され得ることを示唆した。これらの因子は、パラクリン機構を介して動脈形成を促進し、腸における幹細胞陰窩を支持し、虚血性の腎10,11、心筋12〜15および四肢組織損傷16に対して防御し、造血を支持および維持し17、巨核球および胞体突起の形成を支持する18ものとして主張されている。
より良い品質管理と一貫性を備えた、手頃なコストの、「容易に入手可能な(off−the−shelf)」MSCベースの治療選択肢に対する満たされていない必要性が存在する。これは、急性MIを生じた患者における再灌流障害などの損傷に対する時間依存的防御のための必須条件である。
本発明の1番目の態様によれば、間葉系幹細胞により分泌される粒子であって、間葉系幹細胞の少なくとも1つの生物学的性質を含む粒子が提供される。
生物学的性質は、間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)の生物活性を含み得る。生物活性は心保護作用を含み得る。粒子は梗塞の大きさを縮小し得る。
梗塞の縮小は、心筋虚血および再灌流障害のマウスまたはブタモデルにおいて評価し得る。
粒子は酸化ストレスを低減し得る。酸化ストレスの低減は、過酸化水素(H)誘導性細胞死のインビトロアッセイにおいて評価し得る。
粒子は小胞を含む。粒子はエキソソームを含み得る。
粒子は、間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)中のタンパク質の少なくとも70%を含有し得る。タンパク質は、表D1に示すリストから選択され得るか、または表D2に示す遺伝子の遺伝子産物であり得る。
粒子は、分子量>100kDaの複合体を含有し得る。分子量>100kDaの複合体は、<100kDaのタンパク質を含有し得る。粒子は、分子量>300kDaの複合体を含有し得る。分子量>100kDaの複合体は、<300kDaのタンパク質を含有し得る。
粒子は、分子量>1000kDaの複合体を含有し得る。粒子は2nm〜200nmの大きさを有し得る。粒子は50nm〜150nmの大きさを有し得る。粒子は50nm〜100nmの大きさを有し得る。
粒子の大きさは、0.2μMフィルターでのろ過および10kDaの分子量カットオフ値を有する膜での濃縮によって測定し得る。粒子の大きさは電子顕微鏡検査によって測定し得る。
粒子は、100nm未満の流体力学的半径を含み得る。粒子は、約30nm〜約70nmの流体力学的半径を含み得る。粒子は、約40nm〜約60nm、たとえば約45nm〜約55nmであり得る。間葉系幹細胞粒子は約50nmの流体力学的半径を含み得る。流体力学的半径は、レーザー回折または動的光散乱によって測定し得る。
粒子は、リン脂質、ホスファチジルセリン、ホスファチジルイノシトール、ホスファチジルコリン、スフィンゴミエリン、セラミド類、糖脂質、セレブロシド、ステロイド類、コレステロールから成る群から選択される脂質を含有し得る。コレステロール−リン脂質比は0.3〜0.4(モル/モル)超であり得る。粒子は脂質ラフトを含有し得る。
粒子は、非イオン性界面活性剤、好ましくはTriton−X100に不溶性であり得る。粒子は、粒子を非イオン性界面活性剤で処理した場合、特定の分子量のタンパク質が特定の分子量の複合体中に実質的に残存するような粒子であり得る。
粒子は、シクロデキストリン、好ましくは20mMシクロデキストリンに対して感受性であり得る。粒子は、シクロデキストリンでの処理が特定の複合体の実質的な溶解を引き起こすような粒子であり得る。
粒子はリボ核酸(RNA)を含有し得る。粒子は1.9の吸光度比(260:280nm)を有し得る。粒子は、CD9、CD109およびthy−1から成る群から選択される表面抗原を含有し得る。
本発明の2番目の態様によれば、前記請求項のいずれかに記載の粒子を作製する方法であって、間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)から粒子を単離することを含む方法が提供される。
この方法は、分子量、大きさ、形状、組成物または生物活性に基づき粒子を他の成分から分離することを含み得る。
分子量は、前記に示す分子量から選択され得る。大きさは、上記に示す大きさから選択され得る。組成物は、上記に示す組成物から選択され得る。生物活性は、上記に示す生物活性から選択され得る。
本発明の3番目の態様によれば、前述したような粒子を作製する方法が提供される。この方法は、間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)を得ることを含み得る。この方法は、間葉系幹細胞馴化培地を濃縮することを含み得る。間葉系幹細胞馴化培地は、>1000kDa膜での限外ろ過によって濃縮し得る。この方法は、濃縮した間葉系幹細胞馴化培地をサイズ排除クロマトグラフィーに供することを含み得る。TSK GuardカラムSWXL、6×40mmまたはTSKゲルG4000 SWXL、7.8×300mmカラムを使用し得る。この方法は、たとえば220nmで、動的光散乱を示すUV吸収画分を選択することを含み得る。動的光散乱は、準弾性光散乱(QELS)検出器によって検出し得る。この方法は、11〜13分、たとえば12分の保持時間で溶出する画分を収集することを含み得る。
4番目の態様によれば、前述した粒子を医薬的に許容される賦形剤、希釈剤または担体と共に含有する医薬組成物が提供される。
本発明の4番目の態様として、疾患を治療する方法における使用のための上記粒子または上記医薬組成物が提供される。
本発明の5番目の態様によれば、疾患の治療のための医薬組成物の製造のための上記粒子の使用が提供される。
本発明は、6番目の態様において、個体における疾患の治療の方法における上記粒子の使用を提供する。
疾患は、心不全、骨髄疾患、皮膚疾患、熱傷、ならびに糖尿病、アルツハイマー病、パーキンソン病およびがんなどの変性疾患から成る群から選択され得る。
疾患は、心筋梗塞、皮膚創傷、皮膚障害、皮膚病変、皮膚炎、乾癬、コンジローム、疣贅、血管腫、ケロイド、皮膚がん、アトピー性皮膚炎、ベーチェット病、慢性肉芽腫症、皮膚T細胞リンパ腫、潰瘍形成、炎症を誘導する初期損傷によって特徴づけられる病的状態、ならびに線維症および機能喪失を含む慢性組織リモデリングを導く免疫機能不全、腎虚血障害、嚢胞性線維症、副鼻腔炎および鼻炎または整形外科的疾患から成る群から選択され得る。
粒子は、個体における創傷治癒、瘢痕減少、骨形成、骨移植または骨髄移植を助けるために使用され得る。
粒子は、(i)以下の1つもしくはそれ以上から選択される経路の調節:Rho GTPアーゼによる細胞骨格調節、細胞周期、インテグリンシグナル伝達経路、ケモカインおよびサイトカインシグナル伝達経路によって媒介される炎症、FGFシグナル伝達経路、EGF受容体シグナル伝達経路、血管新生、プラスミノーゲン活性化カスケード、血液凝固、解糖、ユビキチンプロテアソーム経路、de novoプリン生合成、TCA回路、フェニルアラニン生合成、ヘム生合成;(ii)以下の1つもしくはそれ以上を含む過程の調節:細胞の構造および運動性、細胞構造、細胞間情報伝達、細胞運動性、細胞接着、エンドサイトーシス、有糸分裂、エキソサイトーシス、細胞質分裂、細胞周期、免疫および防御、サイトカイン/ケモカイン媒介性免疫、マクロファージ媒介性免疫、顆粒球媒介性免疫、リガンド媒介性シグナル伝達、サイトカインおよびケモカイン媒介性シグナル伝達経路、シグナル伝達、細胞外マトリックスタンパク質媒介性シグナル伝達、増殖因子ホメオスタシス、受容体タンパク質チロシンキナーゼシグナル伝達経路、細胞接着媒介性シグナル伝達、細胞表面受容体媒介性シグナル伝達、JAK−STATカスケード、抗酸化およびフリーラジカル除去、ホメオスタシス、ストレス応答、血液凝固、発生過程、中胚葉発生、骨格発達、血管新生、筋形成、筋収縮、タンパク質の代謝と修飾、タンパク質分解、タンパク質の折りたたみ、タンパク質複合体構築、アミノ酸活性化、細胞内タンパク質輸送、他のタンパク質ターゲティングと局在化、アミノ酸代謝、タンパク質生合成、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ反応、炭水化物代謝、解糖、ペントースリン酸回路、他の多糖代謝、プリン代謝、リン酸代謝の調節、ビタミン代謝、アミノ酸生合成、プレmRNAプロセシング、翻訳調節、mRNAスプライシング;または(iii)以下の1つもしくはそれ以上を含む機能の供給:シグナル伝達分子、ケモカイン、増殖因子、サイトカイン、インターロイキン、他のサイトカイン、細胞外マトリックス、細胞外マトリックス構造タンパク質、他の細胞外マトリックス、細胞外マトリックス糖タンパク質、プロテアーゼ、メタロプロテアーゼ、他のプロテアーゼ、プロテアーゼ阻害因子、メタロプロテアーゼ阻害因子、セリンプロテアーゼ阻害因子、オキシドレダクターゼ、デヒドロゲナーゼ、ペルオキシダーゼ、シャペロン、シャペロニン、Hsp70ファミリーのシャペロン、他のシャペロン類、シンテターゼ、シンターゼおよびシンテターゼ、選択カルシウム結合タンパク質(select calcium binding protein)、アミノアシル−tRNAシンテターゼ、リアーゼ、イソメラーゼ、他のイソメラーゼ、ATPシンターゼ、ヒドラターゼ、トランスアミナーゼ、他のリアーゼ、他の酵素調節因子、セレクト調節分子、アクチン結合細胞骨格タンパク質、細胞骨格タンパク質、非モーターアクチン結合タンパク質、アクチンおよびアクチン関連タンパク質、アネキシン、チューブリン、細胞接着分子、アクチン結合モータータンパク質、中間径フィラメント、リボ核タンパク質、リボソームタンパク質、翻訳因子、他のRNA結合タンパク質、ヒストン、カルモジュリン関連タンパク質、小胞コートタンパク質、において使用され得る。
本発明の7番目の態様では、粒子を送達するための送達システムであって、粒子の供給源を、粒子を標的に送達するように作動し得るディスペンサーと共に含む送達システムが提供される。
本発明の8番目の態様によれば、粒子を標的に送達する方法におけるそのような送達システムの使用が提供される。
本発明の実施は、特に指定のない限り、当業者の能力の範囲内である、化学、分子生物学、微生物学、組換えDNAおよび免疫学の従来技術を使用する。そのような技術は文献において説明されている。たとえば、J.Sambrook,E.F.Fritsch,and T.Maniatis,1989,Molecular Cloning:A Laboratory Manual,Second Edition,Books 1−3,Cold Spring Harbor Laboratory Press;Ausubel,F.M.et al.(1995 and periodic supplements;Current Protocols in Molecular Biology,ch.9,13,and 16,John Wiley & Sons,New York,N.Y.);B.Roe,J.Crabtree,and A.Kahn,1996,DNA Isolation and Sequencing:Essential Techniques,John Wiley & Sons;J.M.Polak and James O’D.McGee,1990,Oligonucleotide Synthesis:A Practical Approach,Irl Press;D.M.J.Lilley and J.E.Dahlberg,1992,Methods of Enzymology:DNA Structure Part A:Synthesis and Physical Analysis of DNA Methods in Enzymology,Academic Press;Using Antibodies:A Laboratory Manual:Portable Protocol NO.I by Edward Harlow,David Lane,Ed Harlow(1999,Cold Spring Harbor Laboratory Press,ISBN 0−87969−544−7);Antibodies:A Laboratory Manual by Ed Harlow (Editor),David Lane (Editor)(1988,Cold Spring Harbor Laboratory Press,ISBN 0−87969−314−2),1855;and Lab Ref:A Handbook of Recipes,Reagents,and Other Reference Tools for Use at the Bench,Edited Jane Roskams and Linda Rodgers,2002,Cold Spring Harbor Laboratory,ISBN 0−87969−630−3参照。これらの一般的テキストの各々は、参照により本明細書に組み込まれる。
心筋梗塞の大きさ。非CM(A)、CM(B)または食塩水(C)で処置したブタ心臓に関するエバンスブルー(青色)およびTTC(赤色)染色の代表的画像。左心室(LV)および危険領域(AAR)のパーセンテージとしての心筋梗塞の大きさの数量化をそれぞれ図DおよびEに示す。非CM、n=9;CM、n=9;食塩水、n=8。 局所的および全体的収縮能。非CM、CMまたは食塩水で処置したブタにおける梗塞領域の心エコー検査で評価した場合の局所的収縮期壁肥厚率(A)。全体的収縮能である、心エコー法での面積収縮率(FAS)を図Bに示す。非CM、n=9;CM、n=9;食塩水、n=8。非CMおよび食塩水に対してp<0.05。 酸化ストレス。CMまたは非CM中の、Hで処理したCEM細胞の生存能(p<0.05、A)。馴化培地は、Hによって誘導される死から細胞を保護する。酸化ストレスをインビボで評価するため、非CM(B)、CM(C)または食塩水(D)で処置したブタからの梗塞領域切片を、核酸化ストレスの産物である8−OHdGについて染色した。8−OHdG陽性核の数量化を200×倍率で評価し、図Eに示している。インビボでも、CMは酸化ストレスを低減する。非CM、n=9;CM、n=9;食塩水、n=8。 TGF−βシグナル伝達およびアポトーシス。非CM、CMまたは食塩水で処置したブタにおけるリン酸化SMAD2(A、B)および活性カスパーゼ3(C、D)についてのウエスタンブロット。β−チューブリンを負荷対照として評価し、各群の間でβ−チューブリンの発現に差を認めなかった(E)。非CM、n=9;CM、n=9;食塩水、n=8。 CM画分の心保護特性。食塩水、CMの<1000kD画分または未分画CMで処置したマウスにおける心筋梗塞の大きさの数量化。未分画馴化培地は、食塩水で処置した動物と比較して心筋梗塞の大きさを有意に縮小する。しかし、<1000kD画分は、心筋梗塞サイズを縮小せず、心保護因子が1000kDaより大きいことを示唆する。食塩水、n=10;<1000kDa、n=8;未分画、n=12。食塩水に対してp<0.01。 3日間、hESC−MSC HuES9.E1細胞によって馴化した化学的に定義された培地を0.22μフィルターでろ過した。馴化培地(CM)を、10kDの分子量(MW)カットオフ値を有する膜でろ過することによって25倍に濃縮した。濃縮したCMを、次に、100kDまたは300kDのMWカットオフ値を有する膜を通して遠心分離し、4:1(v:v)のろ液対保持液比を生じた。未分画CM、ろ液および保持液の試料を5:4:1の容積比で負荷した。 100kDのMWカットオフ値を有する膜を通してろ過した後のろ液中の成分の同一性。a)ろ液中のタンパク質成分対非馴化培地(NCM)中のタンパク質成分の比較。馴化培地(CM)、CMを100kDのMWカットオフ値を有する膜でろ過した後のろ液(100kDろ液)およびNCMをSDS−PAGEで分離した。タンパク質バンドを視覚化するためにゲルを銀染色した;b)CMを100kD−MWカットオフ膜でろ過して、4:1の保持液対ろ液容積比を生じさせた。保持液、ろ液および化学的に定義された培地中の種々のタンパク質添加物、すなわちインスリン−トランスフェリン−セレノプロテイン、FGF2、EGFおよびPDGF ABをSDS−PAGEで分離した。保持液とろ液を4:1の容積比で負荷した。 膜における生物学的物質の相対的大きさおよび細孔径。Spectrum(登録商標)Laboratoryからの別刷。 虚血/再灌流後のマウスにおける相対的AAR。30分間の縫合結紮による左冠状動脈(LCA)閉塞によって心筋梗塞を誘導し、縫合を除去して再灌流を開始させた。再灌流の5分前に、マウスを未分画MSC−CM(10〜220nm)20μl、< 100または1,000kD画分20μl、>1000kD保持液または食塩水4μlの尾静脈注射で処置した。24時間後、心臓を切除した。切除前に、LCAを再結紮し、次に大動脈を通してエバンスブルーを灌流することによって危険領域(Area At Risk、AAR)を決定した。AARは、染料によって染色されない領域と定義し、左心壁領域のパーセンテージとして表した。 虚血/再灌流後のマウスにおける相対的梗塞サイズへの馴化培地および分画馴化培地の作用。心臓の切除後、TTCを使用して24時間後に梗塞の大きさを評価し、AARのパーセンテージとして表した。 電子顕微鏡検査を用いて直径50〜100nmの物理的実体を認めた。 Triton X−100による処置後のCMのサイズ分画。CMを最終濃度0.5または1.0%(v/v)のTriton X−100で30分間処理し、その後100kDのMWカットオフ値を有する膜でろ過して分画し、4:1のろ液:保持液容積比を生じさせた。 種々の細胞型からのエキソソームに共通する、MS/MS分析から認められたタンパク質44 CM画分の心臓保護特性。食塩水、HEK293馴化培地、未分画hESC−CM、100kDa、300kDa、500kDaおよび1000kDaのMWCOでろ過したCM、またはCMの画分を100kDaのMWCOを有する膜で50倍に濃縮したCMもしくは未分画CMで処置したマウスにおける心筋梗塞の大きさの数量化。 免疫沈降法。抗CD81または陰性対照としてマウスIgGで免疫沈降させたCM。免疫沈降物および上清を、CD9、Alix、Tsp−1、ピルビン酸キナーゼおよびSOD1に対する抗体を使用したウエスタンブロットハイブリダイゼーションによって分析した。 CMの超遠心分離。500kDaのMWCOを有する膜でろ過することによってCMを5倍に濃縮した。保持液およびろ過していないCMを200,000gで2時間超遠心分離した。上清とペレットをCD9の存在に関してウエスタンブロット法によって分析した。レーン1〜3:種々のタンパク質濃度のCM。レーン4および5:ろ過していないCMの超遠心分離後のペレット(P)および上清(S)。レーン6:500kDaのMWCOを有する膜でCMをろ過した後の保持液。レーン7〜8:保持液の超遠心分離後のペレット(P)および上清(S)。レーン9:500kDaのMWCOを有する膜でCMをろ過した後のろ液。 ショ糖勾配密度での分画。SW60Ti遠心分離管中で22.8〜60%(w/v)の濃度の14のショ糖溶液を、最も濃厚な溶液を超遠心分離管の底部にして積層することにより、ショ糖密度勾配を調製した。試料を勾配の上部に負荷し、SW60Tiローター(Beckman Coulter Inc.)において200,000×g、4℃で16時間半にわたって超遠心分離した。ショ糖勾配の上部から底部までで13の画分を収集した。各々の画分の密度を、各画分の固定容量を計量することによって算定した。次に、画分をウエスタンブロット法によって分析し、ピルビン酸キナーゼ、CD9、CD81およびSOD1に関してプローブした。タンパク質標準分子量マーカーを同様の勾配で分画し、ショ糖勾配の種々の画分におけるマーカーの分布を図の下部に示した。a)CMを分画した、b)CMを溶解緩衝液で処理した後、ショ糖勾配で分画した。 CMのトリプシン処理。CMを0、0.5、2、10および20分間トリプシンで消化した。部分消化したCMをCD9およびSOD1の存在に関して分析した。 CM中のRNAの分析。(a、b)MSCおよびMSC−CMからRNAを抽出した。精製RNAを変性させ、それぞれグリオキサールアガロースゲルおよび尿素−PAGEで分離した。(c)等容量のCMをPBS、シクロテキストリン、溶解緩衝液またはホスホリパーゼA2で処理した。未処理および処理CMをRNAに関して抽出した。RNAを尿素−PAGEで分離した。(d)CMからのRNAをRNアーゼIIIで処理し、処理したRNAを未処理RNAと並行して尿素−PAGEで分離した。臭化エチジウムで染色することによってゲル中のRNAを視覚化した。 CM中のRNAの密度。図4で述べたようにショ糖密度勾配平衡遠心分離でCM、溶解緩衝液で前処理したCMおよびRNA MW標準品を分画した後、各々の画分からRNAを抽出した。a)各々の試料中の各画分についての相対的RNA収率を画分番号に対してプロットした。相対的濃度を、恣意的に100%と設定した、各勾配における最高RNA濃度に対して基準化した。b)各画分から抽出したRNAを尿素−PAGEで分離した。 RNAはCD81+エキソソーム中には存在しなかった。CD9も同時に沈殿させるCD81免疫沈降法を図2で述べたように実施した。免疫沈降物と上清をRNAに関して抽出し、抽出物を尿素−PAGEで分離して、臭化エチジウム染色によって視覚化した。 CM中のmiRNAのマイクロアレイ分析。MSCおよびCMからのRNA試料を、Sanger miRBase Release 10.1に列挙されているmiRNA転写産物についてのプローブを含むマイクロアレイチップにハイブリダイズした。各々のRNA試料の2つの生物学的複製物を使用してハイブリダイゼーションを実施した。a)149のmiRNAをMSC中で検出し、63をCM中で検出した。これらのうちで、47はMSCとCMの両方において同様のレベルで発現された。16はCMにおいて検出可能なレベルで発現されたがMSCでは発現されず、一方47はMSCにおいて検出されたがCMでは検出されなかった。b)マイクロアレイチップ上のハイブリダイゼーションシグナルに基づくガイドmiRNA対そのアンチガイドmiRNAの相対的発現レベル。 CMおよびNCMのHPLC分画。CMおよびNCMを、BioSep S4000、7.8mm×30cmカラムを使用したHPLCで分画した。CMまたはNCM中の成分を、pH7.2の150mM NaClを含む20mMリン酸緩衝液で溶出した。溶出モードは無勾配であり、実行時間は40分であった。220nmに設定した紫外可視検出器で溶離液を観測した。各々のピーク下面積%を紫外可視検出器から積分した。
本発明は、ヒトESC由来の間葉系幹細胞(MSC)が、分泌された直径約50〜100nmの大型複合体を介して心保護作用を調整することの実証に基づく。そのような複合体または粒子は、それゆえ、細胞自体の代わりに、心保護作用を含む治療手段のために使用し得る。
実施例は、これらの複合体のプロテオーム解析を説明し、共免疫沈降するエキソソーム関連タンパク質、たとえばCD81、CD9およびAlixの存在、ならびにそれぞれ膜結合タンパク質および膜被包タンパク質と一致する、界面活性剤感受性タンパク質分解を示す膜および細胞質タンパク質の存在を明らかにする。
実施例はさらに、これらの粒子または複合体の他の性質を明らかにする。本発明者らは、そのような粒子または複合体が1.016〜1.215g/mlのMW非依存性沈降密度を有していて、この密度が膜溶解緩衝液での処理後にMW依存性密度に戻ることを示す。分泌物はまた、コレステロールに富む脂質小胞中のRNA(<300ヌクレオチド)を含有する。HPLC分画および動的光散乱試験はさらに、流体力学的半径(r)が1〜1000nmの範囲内の分泌中の唯一の検出可能な粒子が45〜55nmのrを有することを示す。
これらの所見は、膜脂質、たとえばコレステロール、スフィンゴミエリンおよびホスファチジルコリンの存在と共に、分泌物中の心保護性複合体がエキソソームまたは分泌された脂質小胞であることを明らかにする。
これらの間葉系幹細胞粒子、複合体またはエキソソームは、様々な目的、たとえば虚血、心炎症または心不全などの心疾患の治療または予防のために使用し得る。それらはまた、灌流障害後の修復のためにも使用し得る。
<粒子>
間葉系幹細胞(MSC)から誘導し得る粒子を説明する。
粒子はいくつかの手段のいずれかによって、たとえばMSCからの分泌、出芽または分散によってMSCから誘導し得ると考えられる。たとえば、粒子はMSCから産生、滲出、放射または放出され得る。MSCが細胞培養物中に存在する場合、粒子は細胞培養培地中に分泌され得る。
粒子は、特に小胞を含み得る。粒子はエキソソームを含み得る。本明細書で述べる粒子は、本明細書で述べるエキソソームの性質の1つまたはそれ以上を含み得る。
粒子は、小胞または脂質二重層によって制限された扁平な球体を含み得る。粒子は40〜100nmの直径を含み得る。粒子はエンドソーム膜の内向き出芽によって形成され得る。粒子は約1.13〜1.19g/mlの密度を有し得、ショ糖勾配上を浮遊し得る。粒子は、コレステロールおよびスフィンゴミエリン、ならびにGM1、GM3、フロチリンおよびsrcプロテインキナーゼLynなどの脂質ラフトマーカーに関して富化され得る。粒子は、MSCまたはMSC−CMに特徴的または特異的なタンパク質などの、間葉系幹細胞または間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)中に存在する1つまたはそれ以上のタンパク質を含有し得る。粒子は、RNA、たとえばmiRNAを含有し得る。
本発明者らは、MSC中またはMSCの培養によって馴化された培地中に認められる1つまたはそれ以上の遺伝子または遺伝子産物を含有する粒子を提供する。粒子は、MSCによって分泌される分子を含有し得る。そのような粒子、および特にタンパク質またはポリペプチドを含む、その中に含有される分子のいずれかの組み合わせは、たとえば疾患を治療するかまたは予防することを目的として、MSCまたはMSCによって馴化された培地の活性を補足するためにまたはそれらの代わりに使用し得る。
粒子は、細胞骨格中に認められる細胞質タンパク質、たとえばチューブリン、アクチンおよびアクチン結合タンパク質、細胞内膜融合物および輸送体、たとえばアネキシン類およびrabタンパク質、シグナル伝達タンパク質、たとえばプロテインキナーゼ、14−3−3およびヘテロ三量体Gタンパク質、代謝酵素、たとえばペルオキシダーゼ、ピルビン酸キナーゼ、脂質キナーゼおよびエノラーゼ−1、ならびにテトラスパニンのファミリー、たとえばCD9、CD63、CD81およびCD82を含有し得る。特に、粒子は1つまたはそれ以上のテトラスパニンを含有し得る。粒子はmRNAおよび/またはマイクロRNAを含有し得る。
本明細書で使用される「粒子」という用語は、個別の実体を意味すると解釈され得る。粒子は、間葉系幹細胞(MSC)または間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)から単離可能な何らかのものであり得る。粒子は、MSCまたはMSC−CMの少なくとも1つの活性に関与し得る。粒子は、実質的にMSCまたはMSC−CMの機能の大部分またはすべてに関与し、かつそれらを実行し得る。たとえば、粒子はMSCまたはMSC−CMの代替物(または生物学的代替物)であり得る。
粒子は、MSCまたはMSC−CMを使用し得る治療目的のいずれかのために使用し得る。
粒子は、好ましくは間葉系幹細胞の少なくとも1つの性質を有する。粒子は、生物活性などの生物学的性質を有し得る。粒子は、MSCの生物活性のいずれかを有し得る。粒子は、たとえば、MSCの治療活性または修復活性を有し得る。
実施例は、MSCによって馴化された培地(以下で述べるような、間葉系幹細胞馴化培地またはMSC−CMなど)がMSCの生物活性を含み、MSC自体の代わりになり得ることを示す。MSCの生物学的性質または生物活性は、それゆえ、間葉系幹細胞馴化培地の生物学的性質または生物活性に一致し得る。従って、粒子は間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)の1つまたはそれ以上の生物学的性質または生物活性を含み得る。
<間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)>
間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)などの馴化細胞培養培地は、間葉系幹細胞(MSC)、その子孫またはそれに由来する細胞株を細胞培養培地で培養することによって入手し得る。間葉系幹細胞は、胚幹(ES)細胞コロニーを分散させることによって細胞を得ることを含む工程によって生産し得る。細胞またはその子孫を、FGF2を含む無血清培地において共培養物なしで増殖させ得る。
<間葉系幹細胞粒子>
粒子は多くの方法で生成または単離し得る。そのような方法は、間葉系幹細胞(MSC)から粒子を単離することを含み得る。そのような方法は、間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)から粒子を単離することを含み得る。
粒子は、たとえば粒子の何らかの性質に基づき非関連成分から分離することによって単離し得る。たとえば、粒子は、分子量、大きさ、形状、組成物または生物活性に基づいて単離し得る。
馴化培地は、分離の間、分離の前または分離の後にろ過または濃縮し得るか、またはその両方を実施し得る。たとえば、馴化培地は膜を通して、たとえばサイズまたは分子量カットオフ値を有するものを通してろ過し得る。馴化培地は、接線分力ろ過または限外ろ過に供し得る。
たとえば、本明細書の別の部分の「分子量についてのアッセイ」で述べるように、適切な分子量またはサイズカットオフ値の膜によるろ過を使用し得る。
場合によりろ過または濃縮されたまたはその両方を実施された馴化培地は、カラムクロマトグラフィーなどのさらなる分離手段に供し得る。たとえば、様々なカラムによる高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を使用し得る。カラムは、サイズ排除カラムまたは結合カラムであり得る。
粒子の1つまたはそれ以上の性質または生物活性は、間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)の分画の間にその活性を追跡するために使用し得る。一例として、光散乱、屈折率、動的光散乱または紫外可視検出器を、粒子を追跡するために使用し得る。たとえば、心保護活性などの治療活性を、分画の間の活性を追跡するために利用し得る。
以下の段落は、エキソソームなどの間葉系幹細胞粒子を入手し得る方法の特定例を提供する。
間葉系幹細胞粒子は、間葉系幹細胞を、それを馴化するための培地中で培養することによって生成し得る。間葉系幹細胞はHuES9.E1細胞を含み得る。培地はDMEMを含み得る。DMEMは、フェノールレッドを含まないものであり得る。培地は、インスリン、トランスフェリンまたはセレノプロテイン(ITS)、またはそれらの何らかの組み合わせを添加し得る。培地はFGF2を含み得る。培地はPDGF−ABを含み得る。FGF2の濃度は約5ng/ml FGF2であり得る。PDGF−ABの濃度は約5ng/mlであり得る。培地は、グルタミン−ペニシリン−ストレプトマイシンまたはβ−メルカプトエタノール、またはそれらの何らかの組み合わせを含み得る。
細胞は、約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10日間またはそれ以上、たとえば3日間培養し得る。馴化培地は、培地から細胞を分離することによって入手し得る。馴化培地は、たとえば500gで遠心分離し得る。馴化培地は、膜を通してのろ過によって濃縮し得る。膜は、>1000kDaの膜を含み得る。馴化培地は約50倍またはそれ以上に濃縮し得る。
馴化培地は、HPLCなどの液体クロマトグラフィーに供し得る。馴化培地はサイズ排除によって分離し得る。Sepharoseなどの任意のサイズ排除マトリックスを使用し得る。一例として、TSK GuardカラムSWXL、6×40mmまたはTSKゲルG4000 SWXL、7.8×300mmを使用し得る。溶出緩衝液は、食塩水などの任意の生理的媒質を含み得る。溶出緩衝液は、pH7.2、150mMのNaClを含有する20mMリン酸緩衝液を含み得る。クロマトグラフィー系は0.5ml/分の流速で平衡させ得る。溶出モードは無勾配であり得る。溶出の進行を追跡するために220nmのUV吸光度を使用し得る。画分は、準弾性光散乱(QELS)検出器を使用して動的光散乱(DLS)に関して検査し得る。
動的光散乱を示すことが認められた画分を保持し得る。たとえば、前述したような一般的方法によって生成され、11〜13分、たとえば12分の保持時間で溶出する画分は、動的光散乱を示すことが認められる。このピークでの粒子のrは約45〜55nmである。そのような画分は、エキソソームなどの間葉系幹細胞粒子を含む。
<粒子の性質>
間葉系幹細胞の性質は、間葉系幹細胞によって馴化された培地(MSC−CM)の性質を含み得る。そのような間葉系幹細胞馴化培地を生成する方法は、本明細書の別の部分で述べられていて、たとえば以下の実施例1で説明される。
性質は、生物活性などの生物学的性質を含み得る。生物活性の例としては、心保護作用、酸化ストレスの低減および梗塞の大きさの縮小を含む。
<心保護作用>
粒子は、心保護作用を含む、間葉系幹細胞および/または間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)の性質を有し得る。心保護作用は、虚血および/または再灌流の間の心機能の修復または維持を含み得る。
心保護作用についてのアッセイ
心保護作用は、たとえば実施例5、10、14および20で述べる方法の1つまたはそれ以上を使用して検定し得る。
<酸化ストレス>
粒子は、酸化ストレスを低減する能力(または細胞保護作用)を含む、間葉系幹細胞および/または間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)の性質を有し得る。
酸化ストレスについてのアッセイ
酸化ストレスの低減は、たとえば過酸化水素(H)誘導性細胞死のインビトロアッセイを使用して検定し得る。要約すると、過酸化水素(H)媒介性酸化ストレスをヒト白血病CEM細胞において誘導し、細胞の生存能をトリパンブルー排除法によって観測する。ヒト白血病CEM細胞を粒子、馴化培地または間葉系幹細胞と共に(対照として食塩水と共に)インキュベートし、50μMのHで処理して、酸化ストレスを誘導する。H処理の12、24、36および48時間後にトリパンブルー排除法を使用して細胞生存能を評価する。
酸化ストレスの低減は、DNA酸化のインビボアッセイを用いてさらに検定し得る。インビボでの酸化ストレスも以下のようにして検定し得る。ブタを粒子、馴化培地または間葉系幹細胞で(対照として食塩水で)処置する。ブタ心臓の組織切片を得る。処置したブタと未処置ブタの組織切片における核酸化ストレスを、酸化DNAについての8−OHdG免疫染色によって定量する。DNA酸化および酸化ストレスを指示する強い核染色に関して組織切片を検定する。
<梗塞の大きさ>
粒子は、梗塞の大きさを縮小する能力を含む、間葉系幹細胞および/または間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)の性質を有し得る。
梗塞の大きさについてのアッセイ
梗塞の大きさは、たとえば実施例6および13で述べる方法の1つまたはそれ以上を使用して検定し得る。
<粒子の分子量>
粒子は100kDa超の分子量を有し得る。粒子は500kDa超の分子量を有し得る。たとえば、粒子は1000kDa超の分子量を有し得る。
分子量は様々な手段によって決定し得る。原則として、分子量は、サイズ分画および関連する分子量カットオフ値を有する膜を通してのろ過によって決定し得る。粒子の大きさは、その後、SDS−PAGEでの成分タンパク質の分離を追跡することによってまたは生物学的アッセイによって決定し得る。
SDS−PAGEによる分子量のアッセイ
粒子は100kDa超の分子量を有し得る。たとえば、粒子は、ろ過に供した場合、100kDa未満の分子量を有する粒子の大部分のタンパク質が100kDa超の分子量の保持液画分中に分離されるような粒子であり得る。同様に、500kDaのカットオフ値を有する膜でのろ過に供した場合、500kDa未満の分子量を有する粒子の大部分のタンパク質は、500kDa超の分子量の保持液画分中に分離され得る。これは、粒子が500kDa超の分子量を有し得ることを指示する。
生物活性による分子量のアッセイ
粒子は1000kDa以上の分子量を有し得る。たとえば、粒子は、1000kDaのカットオフ値を有する膜でのろ過に供した場合、関連する生物活性が実質的にまたは主として保持液画分中に残存するような粒子であり得る。あるいはまたは加えて、生物活性がろ液画分中に存在しなくてもよい。生物活性は、本明細書の別の部分で述べる粒子の生物活性のいずれかを含み得る。
梗塞の大きさによる分子量のアッセイ
たとえば、生物活性は、心筋虚血および再灌流障害の任意の適切なモデルにおいて検定される、梗塞の大きさの縮小を含み得る。たとえば、生物活性は、実施例で述べるようなマウスまたはブタモデルにおいて検定し得る。
要約すると、縫合結紮による30分間の左冠状動脈(LCA)閉塞によって心筋虚血を誘導し、縫合を除去して再灌流を開始させる。再灌流の5分前に、尾静脈を介した静脈内経路にて、粒子を含む液体(未分画MSC−CMなど)、ろ液(<100または1,000kDa画分など)、保持液(>1000kDa保持液など)または食塩水でマウスを処置する。24時間後、心臓を切除する。切除前に、LCAを再結紮し、次に大動脈を通してエバンスブルーを灌流することによって危険領域(AAR)を決定する。
AARは、染料によって染色されない領域と定義され、左心室壁領域のパーセンテージとして表される。エバンスブルーおよびTTCを使用して24時間後に梗塞の大きさを評価する。相対的な梗塞の大きさが、食塩水と比較して間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)および保持液(>1000kDaなど)画分で処置した動物において有意に縮小する場合、これは、粒子が膜の関連カットオフ値より高い分子量(たとえば1000kDa超)を有することを指示する。
<粒子の大きさ>
粒子は2nm超の大きさを有し得る。粒子は、5nm、10nm、20nm、30nm、40nmまたは50nm超の大きさを有し得る。粒子は、100nm超、たとえば150nm超の大きさを有し得る。粒子は、実質的に200nmまたはそれ以上の大きさを有し得る。
1または複数の粒子は、一連の大きさ、たとえば2nm〜20nm、2nm〜50nm、2nm〜100nm、2nm〜150nmまたは2nm〜200nmの大きさを有し得る。1または複数の粒子は、20nm〜50nm、20nm〜100nm、20nm〜150nmまたは20nm〜200nmの大きさを有し得る。1または複数の粒子は、50nm〜100nm、50nm〜150nmまたは50nm〜200nmの大きさを有し得る。1または複数の粒子は、100nm〜150nmまたは100nm〜200nmの大きさを有し得る。1または複数の粒子は、150nm〜200nmの大きさを有し得る。
大きさは様々な手段によって測定し得る。原則として、大きさは、サイズ分画および関連するサイズカットオフ値を有する膜を通してのろ過によって測定し得る。粒子の大きさは、その後、SDS−PAGEでの成分タンパク質の分離を追跡することによってまたは生物学的アッセイによって測定し得る。
大きさはまた、実施例21で述べるように、電子顕微鏡検査によっても測定し得る。
大きさは流体力学的半径を含み得る。粒子の流体力学的半径は100nm未満であり得る。粒子の流体力学的半径は、約30nm〜約70nmであり得る。流体力学的半径は、約40nm〜約60nm、たとえば約45nm〜約55nmであり得る。流体力学的半径は約50nmであり得る。
粒子の流体力学的半径は任意の適切な手段によって、たとえばレーザー回折または動的光散乱によって測定し得る。流体力学的半径を測定するための動的光散乱法の一例を以下の実施例33で述べる。
<組成物>
粒子は、間葉系幹細胞によって分泌される1つまたはそれ以上のタンパク質を含有し得る。粒子は、間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)中に存在する1つまたはそれ以上のタンパク質を含有し得る。
たとえば、粒子は、これらのタンパク質の10%もしくはそれ以上、20%もしくはそれ以上、30%もしくはそれ以上、40%もしくはそれ以上、50%もしくはそれ以上、60%もしくはそれ以上、または70%もしくはそれ以上を含有し得る。粒子は、実質的にこれらのタンパク質の約75%を含有し得る。タンパク質は、タンパク質のリストまたは遺伝子の遺伝子産物のリストを参照することによって定義され得る。
タンパク質
タンパク質は、以下の表D1に示すものから選択され得る。表D1は、1〜250の番号を付した以下のタンパク質、ならびに以下の段落中の「機能未同定のタンパク質」を含む:
1.IPI00021428 α骨格筋アクチン;2.IPI00414057 α1骨格筋アクチンタンパク質;3.IPI00008603 大動脈平滑筋アクチン;4.IPI00021439 細胞質アクチン1;5.IPI00023006 α心臓アクチン;6.IPI00021440 細胞質アクチン2;7.IPI00025416 γ腸平滑筋アクチン;8.IPI00479925 アグリン;9.IPI00015102 CD166抗原前駆体;10.IPI00007423 酸性ロイシンリッチ核ホスホプロテイン32ファミリー成員B;11.IPI00413331 36kDaタンパク質;12.IPI00412577 34kDaタンパク質;13.IPI00413506 33kDaタンパク質;14.IPI00418169 仮説タンパク質DKFZp686P03159;15.IPI00003815 Rho GDP解離阻害因子1;16.IPI00004656 β2−マイクログロブリン前駆体;17.IPI00218042 骨形成タンパク質1前駆体のスプライスアイソフォームBMP1−5;18.IPI00009054 骨形成タンパク質1前駆体のスプライスアイソフォームBMP1−3;19.IPI00014021 骨形成タンパク質1前駆体のスプライスアイソフォームBMP1−1;20.IPI00218040 骨形成タンパク質1前駆体のスプライスアイソフォームBMP1−4;21.IPI00006980 タンパク質C14orf166;22.IPI00296165 補体C1rサブコンポーネント前駆体;23.IPI00152540 OTTHUMP00000016748;24.IPI00305064 CD44抗原前駆体のスプライスアイソフォームCD44;25.IPI00297160 仮説タンパク質DKFZp451K1918;26.IPI00293539 カドヘリン−11前駆体のスプライスアイソフォーム2;27.IPI00304227 カドヘリン−11前駆体のスプライスアイソフォーム1;28.IPI00386476 カドヘリン11、2型、アイソフォーム1プレプロタンパク質;29.IPI00024046 カドヘリン−13前駆体;
30.IPI00290085 神経カドヘリン前駆体;31.IPI00029739 補体因子H前駆体のスプライスアイソフォーム1;32.IPI00012011 コフィリン、非筋型アイソフォーム;33.IPI00007257 カルシンテニン1アイソフォーム2;34.IPI00218539 コラーゲンα−1(XI)鎖前駆体のスプライスアイソフォームB;35.IPI00477350 XI型コラーゲンα1;36.IPI00329573 コラーゲンα−1(XII)鎖前駆体のロングスプライスアイソフォーム;37.IPI00221384 コラーゲンα−1(XII)鎖前駆体のショートスプライスアイソフォーム;38.IPI00400935 コラーゲンα−1(XVI)鎖前駆体;39.IPI00297646 コラーゲンα−1(I)鎖前駆体;40.IPI00164755 プレプロα2(I)コラーゲン前駆体;41.IPI00304962 コラーゲンα−2(I)鎖前駆体;42.IPI00021033 コラーゲンα−1(III)鎖前駆体;43.IPI00167087 COL3A1タンパク質;44.IPI00021034 コラーゲンα−1(IV)鎖前駆体;45.IPI00479324 α2、IV型コラーゲンプレプロタンパク質;46.IPI00306322 コラーゲンα−2(IV)鎖前駆体;47.IPI00303313 コラーゲンα−1(V)鎖前駆体;48.IPI00477611 184kDaタンパク質;49.IPI00293881 COL5A2タンパク質;50.IPI00018279 コラーゲンα−3(V)鎖前駆体;51.IPI00291136 コラーゲンα−1(VI)鎖前駆体;52.IPI00304840 コラーゲンα−2(VI)鎖前駆体のスプライスアイソフォーム2C2;53.IPI00220613 コラーゲンα−2(VI)鎖前駆体のスプライスアイソフォーム2C2A;54.IPI00022200 α3、VI型コラーゲンアイソフォーム1前駆体;55.IPI00072918 α3、VI型コラーゲンアイソフォーム4前駆体;56.IPI00220701 コラーゲンα−3(VI)鎖前駆体のスプライスアイソフォーム2;57.IPI00072917 α3、VI型コラーゲンアイソフォーム3前駆体;58.IPI00021828 シスタチンB;59.IPI00007778 ジ−N−アセチルキトビアーゼ前駆体;60.IPI00295741 カテプシンB前駆体;
61.IPI00299219 タンパク質CYR61前駆体;62.IPI00514900 42kDaタンパク質;63.IPI00333770 細胞質分裂のデディケイタータンパク質10(Dedicator of cytokinesis protein 10)に類似;64.IPI00478332 細胞質分裂のデディケイタータンパク質9に類似;65.IPI00000875 伸長因子1γ;66.IPI00465248 α−エノラーゼ;67.IPI00013769 肺特異的α−エノラーゼ;68.IPI00216171 γ−エノラーゼ;69.IPI00218803 フィブリン−1前駆体のスプライスアイソフォームB;70.IPI00296537 フィブリン−1前駆体のスプライスアイソフォームC;71.IPI00328113 フィブリリン−1前駆体;72.IPI00019439 フィブリリン−2前駆体;73.IPI00385645 線維芽細胞増殖因子17前駆体のスプライスアイソフォーム2;74.IPI00216602 線維芽細胞増殖因子受容体2前駆体のスプライスアイソフォーム5;75.IPI00216604 線維芽細胞増殖因子受容体2前駆体のスプライスアイソフォーム8;76.IPI00034099 仮説タンパク質FLJ21918;77.IPI00333541 フィラミンA;78.IPI00302592 フィラミンA、α;79.IPI00339227 仮説タンパク質DKFZp686O1166;80.IPI00414283 フィブロネクチン前駆体(FN)(寒冷不溶性グロブリン)(CIG)、スプライスアイソフォーム3;81.IPI00339225 フィブロネクチン前駆体のスプライスアイソフォーム5;82.IPI00339319 フィブロネクチン前駆体のスプライスアイソフォーム11;83.IPI00556632 フィブロネクチン前駆体のスプライスアイソフォーム12;84.IPI00411462 仮説タンパク質DKFZp686B18150;85.IPI00029723 フォリスタチン関連タンパク質1前駆体;86.IPI00005401 ポリペプチドN−アセチルガラクトサミニルトランスフェラーゼ5;87.IPI00219025 グルタレドキシン1;88.IPI00171411 ゴルジホスホプロテイン2;89.IPI00026314 ゲルゾリン前駆体;
90.IPI00219757 グルタチオンS−トランスフェラーゼP;91.IPI00027569 ヘテロ核リボ核タンパク質C様1;92.IPI00003881 HNRPFタンパク質;93.IPI00442294 ニューロトリミン前駆体のスプライスアイソフォーム1;94.IPI00003865 71kDaの熱ショックコグネイトタンパク質のスプライスアイソフォーム1;95.IPI00037070 71kDaの熱ショックコグネイトタンパク質のスプライスアイソフォーム2;96.IPI00220362 10kDaのミトコンドリア熱ショックタンパク質;97.IPI00024284 基底膜特異的へパラン硫酸プロテオグリカンコアタンパク質前駆体;98.IPI00297284 インスリン様増殖因子結合タンパク質2前駆体;99.IPI00297284 インスリン様増殖因子結合タンパク質2前駆体;100.IPI00029236 インスリン様増殖因子結合タンパク質5前駆体;101.IPI00029236 インスリン様増殖因子結合タンパク質5前駆体;102.IPI00029235 インスリン様増殖因子結合タンパク質6前駆体;103.IPI00029235 インスリン様増殖因子結合タンパク質6前駆体;104.IPI00016915 インスリン様増殖因子結合タンパク質7前駆体;105.IPI00016915 インスリン様増殖因子結合タンパク質7前駆体;106.IPI00328163 K−ALPHA−1タンパク質;107.IPI00021396 血管内皮増殖因子受容体2前駆体;108.IPI00298281 ラミニンγ1鎖前駆体;109.IPI00219219 ガレクチン−1;110.IPI00023673 ガレクチン−3結合タンパク質前駆体;111.IPI00021405 ラミンA/CのスプライスアイソフォームA;112.IPI00216953 ラミンA/CのスプライスアイソフォームAδ10;113.IPI00180173 予測:トロポミオシン4に類似;114.IPI00401614 予測:FKSG30に類似;115.IPI00374397 予測:トロポミオシン4に類似;116.IPI00374732 予測:PPIAタンパク質に類似;117.IPI00402104 予測:ペプチジルプロリルイソメラーゼAアイソフォーム1に類似;シクロフィリンA;ペプチジルプロ;118.IPI00455415 予測:ヘテロ核リボ核タンパク質C様dJ845O24.4に類似;119.IPI00454722 予測:ホスファチジルエタノールアミン結合タンパク質に類似;120.IPI00454852 予測:奇形がん由来増殖因子1に類似;
121.IPI00002802 タンパク質−リシン6−オキシダーゼ前駆体;122.IPI00410152 潜伏トランスフォーミング増殖因子β結合タンパク質1アイソフォームLTBP−1L;123.IPI00220249 潜伏トランスフォーミング増殖因子β結合タンパク質、アイソフォーム1L前駆体;124.IPI00220249 潜伏トランスフォーミング増殖因子β結合タンパク質、アイソフォーム1L前駆体;125.IPI00410152 潜伏トランスフォーミング増殖因子β結合タンパク質1アイソフォームLTBP−1L;126.IPI00020986 ルミカン前駆体;127.IPI00291006 ミトコンドリアリンゴ酸デヒドロゲナーゼ前駆体;128.IPI00005707 マクロファージマンノース受容体2前駆体;129.IPI00020501 ミオシン11;130.IPI00019502 ミオシン9;131.IPI00604620 ヌクレオリン;132.IPI00220740 ヌクレオフォスミンのスプライスアイソフォーム2;133.IPI00219446 ホスファチジルエタノールアミン結合タンパク質;134.IPI00299738 プロコラーゲンC−エンドペプチダーゼエンハンサー1前駆体;135.IPI00015902 β血小板由来増殖因子受容体前駆体;136.IPI00216691 プロフィリン1;137.IPI00169383 ホスホグリセリン酸キナーゼ1;138.IPI00219568 精巣特異的ホスホグリセリン酸キナーゼ;139.IPI00296180 ウロキナーゼ型プラスミノーゲン活性化因子前駆体;140.IPI00215943 プレクチン1のスプライスアイソフォーム3;141.IPI00215942 プレクチン1のスプライスアイソフォーム2;142.IPI00014898 プレクチン1のスプライスアイソフォーム1;143.IPI00398777 プレクチン1アイソフォーム8;144.IPI00398776 プレクチン1アイソフォーム7;145.IPI00186711 プレクチン1アイソフォーム6;146.IPI00420096 プレクチン1アイソフォーム3;147.IPI00398779 プレクチン1アイソフォーム11;148.IPI00398778 プレクチン1アイソフォーム10;149.IPI00398002 プレクチン1アイソフォーム1;150.IPI00419585 ペプチジル−プロリルシス−トランスイソメラーゼA;
151.IPI00472718 ペプチジルプロリルイソメラーゼAアイソフォーム2;152.IPI00000874 ペルオキシレドキシン1;153.IPI00024915 ミトコンドリアペルオキシレドキシン5前駆体;154.IPI00375306 ペルオキシレドキシン5前駆体、アイソフォームb;155.IPI00012503 プロアクチベーターポリペプチド前駆体のスプライスアイソフォームSap−mu−0;156.IPI00374179 プロテアソーム活性化因子サブユニット1アイソフォーム2;157.IPI00030154 プロテアソーム活性化因子複合体サブユニット1;158.IPI00168812 PTK7プロテインチロシンキナーゼ7アイソフォームd前駆体;159.IPI00419941 PTK7プロテインチロシンキナーゼ7アイソフォームa前駆体;160.IPI00003590 クイエシンQ6、アイソフォームa;161.IPI00015916 骨由来増殖因子(フラグメント);162.IPI00015916 骨由来増殖因子;163.IPI00298289 レチクロン4のスプライスアイソフォーム2;164.IPI00021766 レチクロン4のスプライスアイソフォーム1;165.IPI00013895 カルギザリン;166.IPI00010402 仮説タンパク質;167.IPI00218733 スーパーオキシドジスムターゼ;168.IPI00014572 SPARC前駆体;169.IPI00005614 脳スペクトリンβ鎖1のロングスプライスアイソフォーム;170 IPI00008780 スタニオカルシン2前駆体;171.IPI00301288 SEL−OBタンパク質;172.IPI00216138 トランスゲリン;173.IPI00018219 トランスフォーミング増殖因子β誘導性タンパク質ig−h3前駆体;174.IPI00304865 トランスフォーミング増殖因子β受容体III;175.IPI00296099 トロンボスポンジン1前駆体;176.IPI00032292 メタロプロテイナーゼ阻害因子1前駆体;177.IPI00027166 メタロプロテイナーゼ阻害因子2前駆体;178.IPI00220828 チモシンβ4;179.IPI00180240 チモシン様3;
180.IPI00299633 OTTHUMP00000031270(フラグメント);181.IPI00465028 トリオースリン酸イソメラーゼ1変異体(フラグメント);182.IPI00451401 トリオースリン酸イソメラーゼスプライスアイソフォーム2;183.IPI00010779 トロポミオシン4;184.IPI00216975 トロポミオシンα4鎖のスプライスアイソフォーム2;185.IPI00180675 チューブリンα3鎖;186.IPI00218343 チューブリンα6鎖;187.IPI00216298 チオレドキシン;188.IPI00472175 CDNA FLJ46672 fis、クローンTRACH3009008、チオレドキシンレダクターゼに極めて類似;189.IPI00450472 ユビキチン結合酵素E2I;190.IPI00018352 ユビキチンカルボキシル末端加水分解酵素イソ酵素L1;191.IPI00010207 ユビキチン折りたたみ修飾因子1前駆体;192.IPI00260630 URB;193.IPI00021263 14−3−3タンパク質ζ/δ;194.IPI00642991 仮説タンパク質DKFZp686F10164;195.IPI00470919 仮説タンパク質DKFZp686K08164;196.IPI00719088 VI型コラーゲンα1前駆体;197.IPI00654685 SPARC 前駆体に類似;198.IPI00641961 XII型コラーゲンα1;199.IPI00645849 細胞外マトリックスタンパク質1;200.IPI00554786 チオレドキシンレダクターゼ1;201.IPI00645018 ウロキナーゼプラスミノーゲン活性化因子;202.IPI00552339 メタロプロテイナーゼ1の組織阻害因子;203.IPI00642997 細胞質アクチン2;204.IPI00719778 アネキシンA2に類似;205.IPI00647915 トランスゲリン2;206.IPI00552815 V型コラーゲンα1;207.IPI00552981 CDNA PSEC0266 fis、クローンNT2RP3003649、ホモサピエンスフィブリン1D mRNAに極めて類似;208.IPI00180776 29kDaタンパク質;209.IPI00552416 フィラミンA、α;
210.IPI00640698 γ−腸平滑筋アクチン;211.IPI00514530 α1骨格筋アクチン;212.IPI00556442 インスリン様増殖因子結合タンパク質2変異体(フラグメント);213.IPI00513782 ゲルゾリン;214.IPI00478731 29kDaタンパク質;215.IPI00396479 24kDaタンパク質;216.IPI00334627 39kDaタンパク質;217.IPI00555762 PTK7プロテインチロシンキナーゼ7アイソフォーム変異体(フラグメント);218.IPI00658202 97kDaタンパク質;219.IPI00006273 CYR61タンパク質;220.IPI00719405 TMSL6タンパク質;221.IPI00658096 チモシンβ4;222.IPI00376163 5kDaタンパク質;223.IPI00556217 フィブリリン1変異体(フラグメント);224.IPI00514817 ラミンA/Cに類似;225.IPI00644087 プロゲリン;226.IPI00655812 横紋筋肉腫抗原MU−RMS−40.12;227.IPI00604517 ヌクレオリンに類似;228.IPI00444262 CDNA FLJ45706 fis、クローンFEBRA2028457、ヌクレオリンに極めて類似;229.IPI00412473 タンパク質;230.IPI00414489 タンパク質;231.IPI00411463 タンパク質;232.IPI00556415 トランスゲリン変異体(フラグメント);233.IPI00718825 カルモジュリン;234.IPI00478156 17kDaタンパク質;235.IPI00386621 CALM3タンパク質;236.IPI00647001 酸性;237.IPI00642650 スタニオカルシン2前駆体に類似;238.IPI00641471 コラーゲン様タンパク質;239.IPI00514669 SH3ドメイン結合グルタミン酸リッチタンパク質様3;240.IPI00719422 トリオースリン酸イソメラーゼ(フラグメント);241.IPI00003734 推定上のS100カルシウム結合タンパク質H_NH0456N16.1;242.IPI00029574 11kDaタンパク質;243.IPI00641047 ゲルゾリン;244.IPI00647556 ゲルゾリン;245.IPI00654821 仮説タンパク質LOC54845アイソフォーム1;246.IPI00647572 Dickkopf関連タンパク質3前駆体;247.IPI00639879 細胞質分裂タンパク質sepAに類似;248.IPI00657746 細胞質分裂のデディケイタータンパク質8に類似;249.IPI00555993 血管内皮増殖因子受容体3変異体;250.IPI00552545 細胞質分裂のデディケイタータンパク質8。
機能未同定のタンパク質:IPI00642991 仮説タンパク質DKFZp686F10164;IPI00470919 仮説タンパク質DKFZp686K08164;IPI00654685 SPARC前駆体に類似;IPI00719778 アネキシンA2に類似;IPI00552981 CDNA PSEC0266 fis、クローンNT2RP3003649、ホモサイエンスフィブリン1D mRNAに極めて類似;IPI00180776 29kDaタンパク質;IPI00478731 29kDaタンパク質;IPI00396479 24kDaタンパク質;IPI00334627 39kDaタンパク質;IPI00658202 97kDaタンパク質;IPI00376163 5kDaタンパク質;IPI00514817 ラミンA/Cに類似;IPI00644087 プロゲリン;IPI00655812 横紋筋肉腫抗原MU−RMS−40.12;IPI00604517 ヌクレオリンに類似;IPI00444262 CDNA FLJ45706 fis、クローンFEBRA2028457、ヌクレオリンに極めて類似;IPI00412473 タンパク質;IPI00414489 タンパク質;IPI00411463 タンパク質;IPI00478156 17kDa タンパク質;IPI00386621 CALM3タンパク質;IPI00647001 酸性;IPI00642650 スタニオカルシン2前駆体に類似;IPI00641471 コラーゲン様タンパク質;IPI00514669 SH3ドメイン結合グルタミン酸リッチタンパク質様3;IPI00003734 推定上のS100カルシウム結合タンパク質H_NH0456N16.1;IPI00029574 11kDaタンパク質;IPI00654821 仮説タンパク質LOC54845アイソフォーム1;IPI00647572 Dickkopf関連タンパク質3前駆体;IPI00639879 細胞質分裂タンパク質sepAに類似;IPI00657746 細胞質分裂のデディケイタータンパク質8に類似;IPI00555993 血管内皮増殖因子受容体3変異体。
遺伝子産物
タンパク質は、以下の表D2に示す遺伝子の遺伝子産物から選択され得る。表D2は、以下の段落中の以下の遺伝子を含む:
ACTA1;COL5A2;HSPA8;PSAP;ACTA2;COL5A3;HSPE1;PSME1;ACTB;COL6A1;HSPG2;PTK7;ACTC;COL6A2;IGFBP2;QSCN6;ACTG1;COL6A3;IGFBP5;RTN4;ACTG2;CSTB;IGFBP6;S100A11;AGRN;CTBS;IGFBP7;SH3BGRL3;ALCAM;CTSB;K−ALPHA−1;SOD1;ANP32B;CYR61;KDR;SPARC;ANXA2;DOCK10;LAMC1;SPTBN1;ARHGDIA;DOCK8;LGALS1;STC2;B2M;ECM1;LGALS3BP;SVEP1;BMP1;EEF1G;LMNA;TAGLN;C14orf166;ENO1;LOX;TAGLN2;C1R;ENO1B;LTBP1;TGFBI;CALM1;ENO2;LUM;TGFBR3;CD109;FBLN1;MDH2;THBS1;CD44;FBN1;MRC2;TIMP1;CDH11;FBN2;MYH11;TIMP2;CDH13;FGF17;MYH9;TMSB4X;CDH2;FGFR2;NCL;TMSL3;CFH/HF1;FLJ21918;NPM1;TMSL6;CFL1;FLNA;PBP;TPI1;CLSTN1;FN1;PCOLCE;TPM4;COL11A1;FSTL1;PDGFRB;TUBA3;COL12A1;GALNT5;PFN1;TUBA6;COL16A1;GLRX;PGK1;TXN;COL1A1;GOLPH2;PGK2;TXNRD1;COL1A2;GSN;PLAU;UBE2I;COL3A1;GSTP1;PLEC1;UCHL1;COL4A1;HNRPCL1;PPIA;UFM1;COL4A2;HNRPF;PRDX1;URB;COL5A1;HNT;PRDX5;YWHAZ。
58の生物学的過程における201個の遺伝子
粒子は、付加的にまたは代替的に、以下の表D3に列挙する201個の遺伝子の遺伝子産物のいずれかを含み得る。これらの遺伝子は、その遺伝子が関与する生物学的過程によって特徴づけられる。
従って、粒子は、これら58の生物学的過程のいずれかに影響を及ぼし、いずれかを制御し、調節するために使用し得る。
表D3.58の生物学的過程の各々における201個の遺伝子のリスト(間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)の遺伝子)
30の経路における201個の遺伝子
粒子は、付加的にまたは代替的に、以下の表D4に列挙する201個の遺伝子の遺伝子産物のいずれかを含み得る。これらの遺伝子は、その遺伝子が関与する経路によって特徴づけられる。
従って、粒子は、これら30の経路のいずれかに影響を及ぼす、いずれかを制御するかまたは調節するために使用し得る。
表D4.30の経路の各々における201個の遺伝子のリスト(間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)の遺伝子)
593個の遺伝子および794個の遺伝子産物
粒子は、付加的にまたは代替的に、以下の表D5に列挙する593個の遺伝子および/または794個の遺伝子産物のいずれかを含み得る。
従って、粒子は、遺伝子または遺伝子産物が関与する生物学的過程または経路のいずれかに影響を及ぼす、いずれかを制御するかまたは調節するために使用し得る。
表D5.間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)中の593個の付加的なタンパク質
<エキソソーム>
粒子は特に小胞を含み得る。粒子はエキソソームを含み得る。
実施例は、再灌流障害に対する心保護作用を付与する分泌物中の活性成分の単離を述べる。活性成分は、間葉系幹細胞(MSC)によって分泌されるエキソソームを含み得る。
エキソソームは、網状赤血球によって分泌されることが1983年に初めて記述され21、その後様々な造血細胞、造血系または非造血系起源の腫瘍および上皮細胞を含む多くの細胞型によって分泌されることが認められた22、後期エンドサイトーシス区画内で形成される小さな膜小胞(多小胞体)である。それらは、同じくエキソソームと命名された、ごく最近記述された「リボヌクレアーゼ複合体」23とは異なる実体である。
エキソソームは形態学的および生化学的パラメータによって定義され得る(総説参照22、24〜35)。従って、本明細書で述べる粒子は、これらの形態学的または生化学的パラメータの1つまたはそれ以上を含み得る。
エキソソームは、古典的には、40〜100nmの直径を有する、脂質二重層によって制限された「受け皿状(saucer−like)」小胞または扁平な球体と定義され、エンドソーム膜の内向き出芽によって形成される。すべての脂質小胞と同様に、そしてアポトーシス細胞によって放出されるタンパク質凝集体またはヌクレオソームフラグメントと異なり、エキソソームは約1.13〜1.19g/mlの密度を有し、ショ糖勾配上を浮遊する。エキソソームは、コレステロールおよびスフィンゴミエリン、ならびにGM1、GM3、フロチリンおよびsrcプロテインキナーゼLynなどの脂質ラフトマーカーに富み、それらの膜が脂質ラフトに富むことを示唆する。
種々の細胞型および様々な種からのエキソソームの分子組成物が検討されている。一般に、エキソソームは、すべてのエキソソームに共通であると思われる遍在性タンパク質と細胞型特異的なタンパク質を含有する。また、同じ細胞型に由来するが別の種のエキソソーム中のタンパク質は高度に保存されている。遍在性エキソソーム関連タンパク質としては、細胞骨格に認められる細胞質タンパク質、たとえばチューブリン、アクチンおよびアクチン結合タンパク質、細胞内膜融合物および輸送体、たとえばアネキシン類およびrabタンパク質、シグナル伝達タンパク質、たとえばプロテインキナーゼ、14−3−3およびヘテロ三量体Gタンパク質、代謝酵素、たとえばペルオキシダーゼ、ピルビン酸キナーゼ、脂質キナーゼおよびエノラーゼ1、ならびにテトラスパニンのファミリー、たとえばCD9、CD63、CD81およびCD82を含む。テトラスパニンはエキソソーム中で高度に富化されていて、大型分子複合体および膜サブドメインの組織化に関与することが公知である。
エキソソーム中の細胞型特異的タンパク質の例は、MHCクラスII発現細胞からのエキソソーム中のMHCクラスII分子、樹状細胞由来のエキソソーム中のCD86、T細胞由来エキソソーム上のT細胞受容体等である。特に、エキソソームは、核、ミトコンドリア、小胞体またはゴルジ装置起源のタンパク質を含まない。また、極めて豊富な形質膜タンパク質がエキソソーム中には存在せず、それらが単に形質膜の断片ではないことを示唆する。報告されている遍在性エキソソーム関連タンパク質の多くは、hESC−MSC分泌物のプロテオームプロフィールにおいても存在する。
エキソソームはまた、mRNAおよびマイクロRNAを含有することが公知であり、それらは別の細胞へと送達され得、その新しい位置で機能性であり得る36。エキソソームの生理的機能は十分には定義されないままである。エキソソームは、古くなったタンパク質を除去し、タンパク質を再利用し、プリオンおよびウイルスなどの感染性粒子の伝播を媒介し、補体抵抗性を誘導し、免疫細胞間情報伝達を促進し、ならびに細胞シグナルを伝達するのを助けるものと考えられる1、22、25〜28、37〜40。エキソソームはがんの治療のための免疫療法において使用されてきた34
<間葉系幹細胞からの粒子の使用>
粒子は、前述したようにMSCまたはMSC−CMの代替物として使用し得る。特に、粒子は、MSCまたはMSC−CMが現在使用されている、または将来使用され得る治療目的のいずれかのために使用し得る。
本明細書で述べる方法および組成物が間葉系幹細胞からの粒子の生産を可能にすることは明白である。それゆえ、間葉系幹細胞のいかなる用途も、間葉系幹細胞からの粒子に等しく当てはまる。
本明細書で述べる方法および組成物によって生産される間葉系幹細胞および分化細胞は、疾患の治療のためまたは疾患の治療のための医薬組成物の製造のために使用し得る。そのような疾患は、心不全、骨髄疾患、皮膚疾患、熱傷、糖尿病、アルツハイマー病、パーキンソン病等のような変性疾患およびがんを含む、再生療法によって治療可能な疾患を含み得る。従って、MSCからの粒子はそのような疾患を治療するために使用し得る。
本明細書で述べる方法および組成物によって作製されるもののような間葉系幹細胞からの粒子は、様々な商業的に重要な研究、診断および治療目的のために使用し得る。
間葉系幹細胞からの粒子は、特に、疾患の治療のための医薬組成物の製造のために使用し得る。そのような疾患は、心不全、骨髄疾患、皮膚疾患、熱傷、糖尿病、アルツハイマー病、パーキンソン病等のような変性疾患およびがんを含む、再生療法によって治療可能な疾患を含み得る。
本明細書で述べる方法および組成物によって作製される間葉系幹細胞は、骨髄由来の間葉系幹細胞(BM−MSC)と類似または同一の性質を有する。それゆえ、間葉系幹細胞およびそれらから生成される何らかの分化細胞、ならびにそれらから誘導される粒子は、BM−MSCが使用されることが公知である、またはBM−MSCを使用することが可能である適用のいずれにおいても使用し得る。
<間葉系幹細胞からの粒子によって治療可能な疾患>
MSCのプロテオームの解析は、発現されるタンパク質が3つの生物学的過程(代謝、防御応答、ならびに、脈管形成、造血および骨格発達を含む組織分化)に関与することを示す。従って、本明細書で述べるMSCからの粒子は、これらの機能が役割を果たし得る、またはその修復もしくは治療がこれらの生物学的過程の1つもしくはそれ以上を含む疾患を治療するために使用し得る。同様に、単独でまたは組み合わせとして、好ましくは本明細書で述べる粒子の形態で、MSCによって発現されるタンパク質は、たとえばそのような疾患を治療するかまたは予防することを目的として、MSCまたはMSCによって馴化された培地の活性を補足するためにまたはそれらの代わりに使用し得る。
MSCによって発現される201個の遺伝子産物は、Jak−STAT、MAPK、Toll様受容体、TGF−βシグナル伝達およびmTORシグナル伝達経路などの、心臓血管生物学、骨発生および造血における重要なシグナル伝達経路を活性化することが示されている。従って、MSC等からの粒子は、これらのシグナル伝達経路のいずれかが関与する、またはその病因がこれらのシグナル伝達経路の1つもしくはそれ以上における1つもしくはそれ以上の欠陥を含む疾患を予防するかまたは治療するために使用し得る。
従って、そのような粒子は、心不全、骨髄疾患、皮膚疾患、熱傷、および糖尿病、アルツハイマー病、パーキンソン病などの変性疾患、ならびにがんを治療するために使用し得る。
そのような粒子はまた、心筋梗塞、皮膚創傷、皮膚障害、皮膚病変、皮膚炎、乾癬、コンジローム、疣贅、血管腫、ケロイド、皮膚がん、アトピー性皮膚炎、ベーチェット病、慢性肉芽腫症、皮膚T細胞リンパ腫、潰瘍形成、炎症を誘導する初期損傷によって特徴づけられる病的状態、ならびに線維症および機能喪失を含む慢性組織リモデリングを導く免疫機能不全、腎虚血障害、嚢胞性線維症、副鼻腔炎および鼻炎または整形外科的疾患を治療するために使用し得る。
粒子は、個体における創傷治癒、瘢痕減少、骨形成、骨移植または骨髄移植を助けるために使用し得る。
文脈によって特に指示されない限り、「馴化培地」という用語は、MSCに暴露された細胞培養培地だけでなく、馴化培地中に存在する1つまたはそれ以上の、好ましくは実質的にすべてのポリペプチドを含む組成物を包含すると解釈されるべきである。
粒子はまた、MSCによって分泌または発現されるタンパク質のいずれかのための供給源として使用し得る。本発明者らはそれゆえ、表D1〜D5のいずれかに示すポリペプチドを生産する方法であって、前述したように粒子を得ることおよび粒子からポリペプチドを単離することを含む方法を提供する。
<心疾患>
本明細書で述べる間葉系幹細胞粒子の方法および組成物は、心疾患の治療または予防のために使用し得る。
心疾患は、心臓に影響を及ぼす種々の疾患の多様性についての包括的な用語である。2007年現在、心疾患は米国、英国、カナダおよびウェールズにおける死亡の主要原因であり、米国だけで34秒ごとに1人を死に至らせている。心疾患は以下のいずれかを含む。
冠状動脈心疾患
冠状動脈疾患は、心筋層に供給する動脈の壁内にじゅく状斑が蓄積することによって引き起こされる動脈の疾患である。狭心症(胸痛)および心筋梗塞(心臓発作)が冠状動脈心疾患の症状であり、冠状動脈心疾患によって引き起こされる病変である。459,000人超のアメリカ人が毎年冠状動脈心疾患のために死亡している。英国では、年間101,000例の死亡が冠状動脈心疾患によるものである。
心筋症
心筋症は、何らかの理由による心筋(すなわち実際の心臓の筋肉)の機能の低下である。心筋症を有する人々は、しばしば不整脈および/または心臓性突然死の危険性がある。外因性心筋症−主たる病因が心筋自体の外部にある心筋症−が心筋症の大部分を構成する。心筋症の群を抜いて最も一般的な原因は虚血である。
世界保健機関は、特定心筋症として:アルコール性心筋症、冠状動脈疾患、先天性心疾患、心臓に影響を及ぼす栄養性疾患、虚血性心筋症、高血圧性心筋症、弁膜性心筋症、炎症性心筋症を含めている。
また、
全身性代謝疾患に続発する心筋症
内因性心筋症(同定可能な外部原因によるものではない心臓の筋肉の脆弱性)
拡張型心筋症(DCM、最も一般的な形態であり、心臓移植のための主要な適応症の1つ。DCMでは、心臓(特に左室)が拡張し、ポンプ機能が低下する)
肥大型心筋症(HCMまたはHOCM、筋節タンパク質をコードする遺伝子の様々な突然変異によって引き起こされる遺伝的障害。HCMでは、心筋が肥厚し、それが血流を閉塞させ、心臓が正しく機能するのを妨げ得る)
不整脈原性右室心筋症(ARVC、心筋が線維性瘢痕組織によって置き換えられる、心臓の電気的障害から生じる。右室が一般に最も影響を受ける)
拘束型心筋症(RCM、最も少ない心筋症である。心室の壁が堅くなるが、肥厚していないこともあり、血液による心臓の正常な充満に抵抗する)
心筋緻密化障害(左室壁が生後から正しく成長することができず、心エコー検査図で観察した場合海綿状の外観を有する)
も含まれる。
心臓血管疾患
心臓血管疾患は、心臓自体および/または血管系、特に心臓に至り、かつ心臓から出ていく静脈と動脈を侵す多くの特定疾患のいずれかである。疾患の二形性に関する研究は、心臓血管疾患を有する女性は通常、血管を侵す形態に罹患しているが、男性は通常、心筋自体を侵す形態に罹患していることを示唆する。心臓血管疾患の公知のまたは関連する原因としては、糖尿病、高血圧、高ホモシステイン血症および高コレステロール血症を含む。
心臓血管疾患のタイプは、アテローム性動脈硬化症を含む。
虚血性心疾患
虚血性心不全は、器官への血液供給の低下によって特徴づけられる心臓自体の疾患である。これは、酸素と養分を供給する動脈が閉塞して、心臓が十分な酸素と養分を得られず、最終的に拍動を停止する場合に起こる。
心不全
うっ血性心不全(congestive heart failure(またはCHF)およびcongestive cardiac failure(CCF))とも呼ばれる心不全は、心臓が十分な量の血液で満たされ、身体全体に十分な量の血液を送り出す能力が損なわれる、何らかの構造的または機能的心障害から生じ得る状態である。肺性心は心臓の右側部分の不全である。
高血圧性心疾患
高血圧性心疾患は、高血圧、特に局所性高血圧によって引き起こされる心疾患である。高血圧性心疾患によって生じ得る状態は:左心室肥大、冠状動脈心疾患、(うっ血性)心不全、高血圧性心筋症、心律動異常、炎症性心疾患等を含む。
炎症性心疾患は、心筋および/またはその周囲の組織の炎症を含む。心内膜炎は、心臓の内層である心内膜の炎症を含む。関与する最も一般的な構造は心臓弁である。炎症性心臓肥大。心筋炎は、心臓の筋部分である心筋層の炎症を含む。
心臓弁膜症
心臓弁膜症は、心臓の1つまたはそれ以上の弁を侵す疾患過程である。心臓の右側部分の弁は三尖弁と肺動脈弁である。心臓の左側部分の弁は僧帽弁と大動脈弁である。大動脈弁閉塞、僧帽弁逸脱および弁膜性心筋症が含まれる。
[上記の文は、Heart disease.(2009,February 3)からの出典であり、無償百科事典であるウィキペディアにおいて、2009年2月20日午前6時33分にhttp://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Heart_disease&oldid=268290924より入手した。]
<粒子の送達>
本明細書で述べる粒子は、任意の適切な手段によってヒトまたは動物の身体に送達し得る。
本発明者らはそれゆえ、本明細書で述べる粒子を標的細胞、組織、器官、動物の身体またはヒトの身体に送達するための送達システム、および粒子を標的に送達する送達システムを使用するための方法を述べる。
送達システムは、粒子を含む容器などの、粒子の供給源を含み得る。送達システムは、粒子を標的に分配するためのディスペンサーを含み得る。
従って、本発明者らは、本明細書で述べる粒子の供給源を、粒子を標的に送達するために作動可能なディスペンサーと共に含む、粒子を送達するための送達システムを提供する。
本発明者らはさらに、粒子を標的に送達する方法におけるそのような送達システムの使用を提供する。
液体を身体に送達するための送達システムは当技術分野において公知であり、注射、外科的点滴注入(surgical drips)、米国特許第6,139,524号に述べられているようなカテーテル(灌流カテーテルを含む)、たとえば米国特許第7,122,019号に述べられているような薬剤送達カテーテルを含む。
鼻内送達を含む、肺または鼻腔への送達は、当技術分野で公知のように(たとえば米国意匠特許第D544,957号に示されているように)、たとえば鼻スプレー、パッファー、吸入器等を使用して達成し得る。
腎臓への送達は、米国特許第7,241,273号に記載されているような大動脈内腎送達カテーテルを使用して達成し得る。
特定の送達は、最適の治療を達成するために、必要量の粒子を適切な間隔で送達するように構成可能であるべきであることは明白である。
粒子は、たとえばアテローム性動脈硬化症の治療または予防のために使用し得る。この場合、粒子の灌流は、じゅく状斑を安定化するかまたは斑の炎症を低減するために静脈内経路で実施し得る。粒子は、静脈内灌流による敗血症性ショックの治療または予防のために使用し得る。
粒子は、心不全の治療または予防のために使用し得る。これは、リモデリングを遅延させるかまたは心不全を遅延させるための粒子の慢性冠状動脈内または心筋内灌流によって達成し得る。粒子は、鼻内送達による肺炎症の治療または予防のために使用し得る。
粒子は、皮膚病変、たとえば乾癬の治療または予防のために使用し得る。粒子の長期送達は、病変が消散するまで経皮マイクロインジェクション針を使用して実施し得る。
送達方法が、粒子を送達すべき特定器官に依存することは明白であり、当業者はそれに応じて使用する手段を決定することができる。
一例として、心炎症の治療では、粒子は、たとえば胸壁を通しての直接冠状動脈内注射によって心組織(すなわち心筋、心膜もしくは心内膜)に、または心筋などの組織内への直接注入または体腔に挿入されたステントまたはカテーテルからの阻害剤の持続注入のための、蛍光顕微鏡ガイダンス下での標準的な経皮カテーテルに基づく方法を使用して送達し得る。
どのような種類の冠状動脈カテーテルまたは灌流カテーテルも、化合物を投与するために使用し得る。あるいは、冠状血管に設置されるステント上に粒子を被覆または含浸させてもよい。
<組織再生>
本明細書で述べる方法および組成物によって生産される間葉系幹細胞および分化細胞、ならびにそれらから誘導される粒子はまた、その必要のあるヒト患者において組織再構築または再生のためにも使用し得る。細胞は、意図される組織部位にそれらを移植し、機能不全領域を再構築または再生することを可能にするように投与される。
たとえば、本明細書で述べる方法および組成物は、幹細胞の分化を調節するために使用し得る。間葉系幹細胞および分化細胞ならびにそれらから誘導される粒子は、皮膚移植片の成長のためなどの、組織構築のために使用し得る。幹細胞分化の調節は、人工器官もしくは組織の生体工学のため、またはステントなどのプロテーゼのために使用し得る。
<がん>
本明細書で述べる方法および組成物によって生産される間葉系幹細胞および分化細胞、ならびにそれらから誘導される粒子は、がんの治療のために使用し得る。
「がん」および「がん性」という用語は、典型的には調節されない細胞増殖によって特徴づけられる、哺乳動物における生理的病変を指すまたは表す。がんの例としては、癌腫、リンパ腫、芽細胞腫、肉腫および白血病を含むが、これらに限定されない。
そのようながんのより詳細な例としては、扁平上皮がん、小細胞肺がん、非小細胞肺がん、胃がん、膵がん、グリア芽細胞腫および神経線維腫症などのグリア細胞腫瘍、子宮頸がん、卵巣がん、肝がん、膀胱がん、ヘパトーム、乳がん、結腸がん、結腸直腸がん、子宮内膜がん、唾液腺がん、腎がん(kidney cancer,renal cancer)、前立腺がん、外陰部がん、甲状腺がん、肝がんおよび様々なタイプの頭頸部がんを含む。さらなる例は、結腸がん、乳がん、肺がんおよび前立腺がんを含む固形腫瘍がん、白血病およびリンパ種を含む造血器悪性腫瘍、ホジキン病、再生不良性貧血、皮膚がんおよび家族性腺腫性ポリポーシスである。さらなる例としては、脳腫瘍、結腸直腸腫瘍、乳房腫瘍、子宮頸部腫瘍、眼腫瘍、肝腫瘍、肺腫瘍、膵腫瘍、卵巣腫瘍、前立腺腫瘍、皮膚腫瘍、精巣腫瘍、心生物、骨腫瘍、栄養膜腫瘍、ファローピウス管腫瘍、直腸腫瘍、結腸腫瘍、腎腫瘍、胃腫瘍および副甲状腺腫瘍を含む。乳がん、前立腺がん、膵がん、結腸直腸がん、肺がん、悪性黒色腫、白血病、リンパ腫、卵巣がん、子宮頸がんおよび胆道がんも含まれる。
本明細書で述べる方法および組成物によって生産される間葉系幹細胞および分化細胞はまた、エンドスタチンおよびアンギオスタチンなどの抗がん薬または細胞傷害性薬剤または化学療法剤と組み合わせて使用し得る。たとえば、アドリアマイシン、ダウノマイシン、シスプラチナム、エトポシド、タキソール、タキソテール、およびビンクリスチンなどのアルカロイド類のような薬剤、ならびにメトトレキサートなどの代謝拮抗薬。本明細書で使用される「細胞傷害性薬剤」という用語は、細胞の機能を阻害するかまたは妨げるおよび/または細胞の破壊を引き起こす物質を指す。この用語は、放射性同位体(たとえばI、Y、Pr)、化学療法剤、および細菌、真菌、植物または動物起源の酵素的に活性な毒素などの毒素、またはそのフラグメントを包含することが意図されている。
また、用語は、国際公開第94/22867号に開示される二環式アンサマイシン類;欧州特許第600832号に開示される1,2−ビス(アリールアミノ)安息香酸誘導体;欧州特許第600831号に開示される6,7−ジアミノ−フタラジン−1−オン誘導体;欧州特許第516598号に開示される4,5−ビス(アリールアミノ)−フタルイミド誘導体;またはSH2含有基質タンパク質へのチロシンキナーゼの結合を阻害するペプチド(たとえば国際公開第94/07913号参照)などのがん遺伝子産物/チロシンキナーゼ阻害剤を含む。「化学療法剤」は、がんの治療において有用な化合物である。化学療法剤の例としては、アドリアマイシン、ドキソルビシン、5−フルオロウラシル(5−FU)、シトシンアラビノシド(Ara−C)、シクロホスファミド、チオテパ、ブスルファン、サイトキシン、タキソール、メトトレキサート、シスプラチン、メルファラン、ビンブラスチン、ブレオマイシン、エトポシド、イホスファミド、マイトマイシンC、ミトキサントロン、ビンクリスチン、VP−16、ビノレルビン、カルボプラチン、テニポシド、ダウノマイシン、カルミノマイシン、アミノプテリン、ダクチノマイシン、マイトマイシン類、ニコチンアミド、エスペラミシン類(米国特許第4,675,187号参照)、メルファランおよび他の関連するナイトロジェンマスタードおよび内分泌療薬(ジエチルスチルベストロール(DES)、タモキシフェン、LHRH拮抗薬、プロゲスチン、抗黄体ホルモン等)を含む。
<間葉系幹細胞(MSC)の入手>
本明細書で述べる粒子は、間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)から単離または生産し得る。馴化培地および粒子の生産における使用に適するMSCは、当技術分野で公知の任意の方法によって生産し得る。
特に、MSCは、胚性幹(ES)細胞コロニーまたはその子孫を、共培養物なしでFGF2を含む無血清培地に分散させることによって得られる細胞を増殖させることによって生産し得る。これは以下の章において詳細に説明する。
hESCから間葉系幹細胞(MSC)またはMSC様細胞を得る先行技術の方法は、分化中のhESCへのヒトテロメラーゼ逆転写酵素(hTERT)遺伝子のトランスフェクション(Xu et al.,2004)またはマウスOP9細胞株との共培養(Barberi et al.,2005)のいずれかを含む。これらの誘導プロトコールにおける外因性遺伝物質またはマウス細胞の使用は、腫瘍形成性または異種動物感染因子の感染の許容されない危険性を導入する。
粒子は、それゆえ、分化hESCから類似または同一の(たとえば相同な)MSC集団を単離するための臨床的に有用で再現可能なプロトコールの使用によって誘導されるMSCから生産し得る。一般に、その方法は、胚性幹(ES)細胞コロニーを細胞に分散させることを含む。次に細胞をプレートして増殖させる。間葉系幹細胞(MSC)を得るために、共培養物なしで線維芽細胞増殖因子2(FGF2)を含む無血清培地において細胞を増殖させる。
それゆえ、プロトコールは、血清、マウス細胞の使用または遺伝子操作を必要とせず、より少ない操作と時間しか必要とせず、それゆえ極めて拡大縮小可能である。プロトコールは、2つの異なるhESC株、HuES9およびH−1から、そして3番目の株、Hes−3からのMSCの単離のために使用し得る。本明細書で述べる方法および組成物によって得られるヒトES細胞由来のMSC(hESC−MSC)は、骨髄由来のMSC(BM−MSC)に著しく類似する。
胚性幹細胞培養物は、ヒト胚性幹細胞(hESC)培養物を含み得る。
1つの実施形態では、間葉系幹細胞(MSC)を生成する方法は、hESCをトリプシン処理し、FGF2および場合によりPDGF−ABを添加した培地において支持細胞なしで増殖させた後、CD105+CD24−細胞に関して選別することを含む。
FGF2および場合によりPDGF−ABを添加した培地における支持細胞なしでの増殖の1週間後に、トリプシン処理したhESCからCD105+、CD24−細胞を選別することを含み得るこの方法は、少なくとも一部、たとえば実質的にすべて、またはすべての細胞が相互に類似または同一(たとえば相同)であるhESC−MSC細胞培養物を生成する。
この方法によって生産されるMSCは、そこから粒子を単離し得る間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)を生産するために使用し得る。
胚性幹細胞コロニーの離解
間葉系幹細胞を生産する1つの方法は、胚性幹細胞コロニーを細胞に分散させるかまたは離解させることを含み得る。
胚性幹細胞コロニーは、huES9コロニー(Cowan CA,Klimanskaya I,McMahon J,Atienza J,Witmyer J,et al.(2004)Derivation of embryonic stem−cell lines from human blastocysts.N Engl J Med 350:1353−1356)またはH1 ESCコロニー(Thomson JA,Itskovitz−Eldor J,Shapiro SS,Waknitz MA,Swiergiel JJ,et al.(1998) Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human Blastocysts. Science 282:1145−1147.)を含み得る。
コロニー中の細胞は、実質的な程度に、すなわち少なくとも塊(clump)に離解または分散させ得る。コロニーは、コロニー中の細胞すべてが単一である、すなわちコロニーが完全に分解される程度まで離解または分散させ得る。
離解は分散剤によって達成され得る。
分散剤は、コロニー中の少なくとも一部の胚性幹細胞を相互から分離することができる任意のものであり得る。分散剤は、コロニー中の細胞間の接着または細胞と基質の間の接着またはその両方を分断する試薬を含み得る。分散剤はプロテアーゼを含み得る。
分散剤はトリプシンを含み得る。トリプシンによる処理は、たとえば37℃で約3分間程度持続し得る。次に細胞を中和し、遠心分離して、培地に再懸濁した後、プレートし得る。
この方法は、ヒト胚性幹細胞の集密なプレートをトリプシンで分散させ、細胞をプレートすることを含み得る。
離解は、以下の一連の工程:吸引、洗浄、トリプシン処理、インキュベーション、移動(dislodging)、クエンチング、再接種および分配の少なくとも一部を含み得る。以下のプロトコールはHedrick Lab,UC San Diego(http://hedricklab.ucsd.edu/Protocol/COSCell.html)からの出典である。
吸引工程では、培地をフラスコなどの容器から吸引するかまたは一般には取り出す。洗浄工程では、細胞を一定容量、たとえば5〜10mlの、Ca2+およびMg2+不含であり得る緩衝培地で洗浄する。たとえば、カルシウムおよびマグネシウム不含PBSで細胞を洗浄し得る。トリプシン処理工程では、緩衝液中の一定量の分散剤を容器に添加し、容器を回転させて、成長する表面を分散剤溶液で被覆する。たとえば、ハンクスBSS中のトリプシン1mlをフラスコに添加し得る。
インキュベーション工程では、細胞を維持温度である程度の時間放置する。たとえば、細胞を37℃で数分間(たとえば2〜5分間)放置し得る。移動工程では、細胞を機械的作用によって、たとえばこすり取ることによってまたは手で容器の側面を強く打つことによって移動させ得る。細胞はシート状にはがれ落ちて、表面をすべり落ちるはずである。
クエンチング工程では、一定容量の培地をフラスコに添加する。培地は、分散剤の作用を停止させる中和剤を含有し得る。たとえば、分散剤がトリプシンなどのプロテアーゼである場合、培地は、プロテアーゼの活性を取り除く血清タンパク質などのタンパク質を含み得る。特定例では、血清を含有する細胞培養培地3mlをフラスコに添加して、合計4mlにする。細胞をピペットで分注して、移動または分散させ得る。
再接種工程では、細胞を新鮮培養容器に再接種し、新鮮培地を添加する。多くの再接種を種々の分割比で実施し得る。たとえば、細胞を1/15希釈および1/5希釈で再接種し得る。特定例では、細胞1滴を25cmフラスコに添加し、培養物を再接種する別のフラスコに3滴を添加することによって細胞を再接種でき、次に培地7〜8mlを各々に添加して、たとえば75cmフラスコから1/15希釈および1/5希釈を提供する。分配工程では、どのような分割比を所望する場合も、細胞を新しい皿に分配し、培地を添加し得る。
特定実施形態では、この方法は以下の工程を含む:ヒトES細胞を最初に非接着的に懸濁増殖させて、胚様体(EB)を形成する。次に5〜10日齢のEBをトリプシン処理した後、ゼラチン被覆組織培養プレート上に接着細胞として塗布する。
細胞培養物としての維持
離解した細胞は、細胞培養物としてプレートし、維持し得る。
細胞は、培養容器またはゼラチン化プレートなどの基質上にプレートし得る。重要な点として、細胞を共培養物の存在なしで、たとえば支持細胞の不在下で成長させ、増殖させる。
細胞培養中の細胞は、線維芽細胞増殖因子2(GFG2)および場合により血小板由来増殖因子AB(PDGF AB)などの1つまたはそれ以上の増殖因子を、たとえば5ng/mlで添加した無血清培地で増殖させ得る。細胞培養下の細胞は、コンフルエントになった場合、トリプシンでの処理、洗浄および再プレーティングによって1:4で分割または継代培養し得る。
共培養物の不在
細胞は共培養物の不在下で培養し得る。「共培養物」という用語は、共に増殖させる2またはそれ以上の異なる種類の細胞の混合物、たとえば間質支持細胞を指す。
それゆえ、典型的なES細胞培養物では、培養皿の内表面は通常、分裂しないように処理されたマウス胚皮膚細胞の支持層で被覆される。支持層は、ES細胞が付着して増殖することを可能にする接着表面を提供する。加えて、支持細胞は、ES細胞の増殖のために必要な栄養素を培地中に放出する。本明細書で述べる方法および組成物では、ESおよびMSC細胞をそのような共培養物の不在下で培養し得る。
細胞は、単層としてまたは支持細胞の不在下で培養し得る。胚性幹細胞は、間葉系幹細胞(MSC)を樹立するために支持細胞の不在下で培養し得る。
解離または分離した胚性幹細胞は、培養基質上に直接プレートし得る。培養基質は、ペトリ皿のような組織培養容器を含み得る。容器は前処理し得る。細胞をゼラチン化組織培養プレートに塗布し、その上で増殖させ得る。
ディッシュのゼラチンコートのための例示的プロトコールは以下のとおりである。蒸留水中の0.1%ゼラチンの溶液を調製し、加圧滅菌する。これを室温で保存し得る。組織培養皿の底部をゼラチン溶液で被覆し、5〜15分間インキュベートする。ゼラチンを除去し、プレートはただちに使用可能となる。低張による溶解を防ぐため、細胞を添加する前に培地を添加すべきである。
無血清培地
解離または分離した胚性幹細胞は、無血清培地を含み得る培地中で培養し得る。
「無血清培地」という用語は、血清タンパク質、たとえば胎仔ウシ血清を含有しない細胞培養培地を含み得る。無血清培地は当技術分野において公知であり、たとえば米国特許第5,631,159号および同第5,661,034号に記載されている。無血清培地は、たとえばGibco−BRL(Invitrogen)より市販されている。
無血清培地は、それがタンパク質、加水分解物および未知の組成物の成分を欠如し得るという点において、タンパク質不含であり得る。無血清培地は、すべての成分が公知の化学構造を有する、化学的組成の明らかな培地を含み得る。化学的組成の明らかな無血清培地は、多様性を排除する完全合成系を提供し、改善された再現性とより一貫した成績を可能にし、外因性物質による汚染の可能性を低下させるので、好都合である。
無血清培地は、ノックアウトDMEM培地(Invitrogen−Gibco,Grand Island,New York)を含み得る。
無血清培地は、血清置換培地などの1つまたはそれ以上の成分を、たとえば5%、10%、15%等の濃度で添加し得る。無血清培地は、Invitrogen−Gibco(Grand Island,New York)からの10%血清置換培地を含み得るかまたは添加し得る。
増殖因子
解離または分離した胚性幹細胞を培養する無血清培地は、1つまたはそれ以上の増殖因子を含有し得る。多くの増殖因子が当技術分野において公知であり、たとえばPDGF、EGF、TGF−α、FGF、NGF、エリスロポエチン、TGF−β、IGF−IおよびIGF−IIを含む。
増殖因子は、線維芽細胞増殖因子2(FGF2)を含み得る。培地はまた、血小板由来増殖因子AB(PDGF−AB)などの他の増殖因子を含み得る。これらの増殖因子はどちらも当技術分野において公知である。この方法は、FGF2とPEGF−ABの両方を含有する培地で細胞を培養することを含み得る。
あるいはまたは加えて、培地は、表皮増殖因子(EGF)を含み得るかまたはさらに含み得る。EGFの使用はMSCの増殖を増強し得る。EGFは、任意の適切な濃度、たとえば5〜10ng/mlのEGFで使用し得る。EGFはPDGFの代わりに使用し得る。EGFは当技術分野で周知のタンパク質であり、シンボルEGF、Alt.Symbols URG、Entrez 1950、HUGO 3229、OMIM 131530、RefSeq NM_001963、UniProt P01133と称される。
それゆえ、本発明者らは、(i)FGF2、(ii)FGF2とPDGFおよび(iii)FGF2とEGFおよびその他の組み合わせを含有する培地の使用を開示する。
FGF2は、多くの組織および細胞型において低レベルで発現され、脳および下垂体において高濃度に達する、広域スペクトルの細胞分裂促進、血管新生および神経栄養因子である。FGF2は、四肢発生、血管新生、創傷治癒および腫瘍増殖を含む数多くの生理的および病的過程に関係づけられてきた。FGF2は、たとえばInvitrogen−Gibco(Grand Island,New York)から商業的に入手し得る。
血小板由来増殖因子(PDGF)は、線維芽細胞、平滑筋および結合組織を含む広範囲の細胞型に対する強力なマイトジェンである。A鎖およびB鎖と称される2本の鎖の二量体から成るPDGFは、AAまたはBBホモ二量体としてまたはABヘテロ二量体として存在し得る。ヒトPDGF−ABは、13.3kDaのA鎖と12.2kDaのB鎖から成る25.5kDaのホモ二量体タンパク質である。PDGF ABは、たとえばPeprotech(Rocky Hill,New Jersey)から商業的に入手し得る。
FGF2および場合によりPDGF−ABなどの増殖因子は、約100pg/ml、たとえば約500pg/ml、たとえば約1ng/ml、たとえば約2ng/ml、たとえば約3ng/ml、たとえば約4ng/ml、たとえば約5ng/mlの濃度で培地中に存在し得る。一部の実施形態では、培地は約5ng/mlのFGF2を含有する。培地はまた、たとえば約5ng/mlで、PDGF−ABを含有し得る。
細胞の分割
培養下の細胞は一般に、接触阻害が細胞の分裂および増殖の停止を生じさせる場合、集密まで増殖し続ける。そのような細胞を、次に、基質またはフラスコから解離し、「分割して(split)」、組織培養培地への希釈によって二次培養または継代し、再プレートし得る。
本明細書で述べる方法および組成物は、それゆえ、培養中の継代または分割を含み得る。細胞培養物中の細胞は、1:2またはそれ以上、たとえば1:3、たとえば1:4、1:5またはそれ以上の比率で分割し得る。「継代」という用語は、細胞株の集密培養物のアリコートを取り、新鮮培地に接種して、集密または飽和が得られるまで株を培養することから成る過程を表す。
選択、スクリーニングまたは選別工程
方法は、間葉系幹細胞をさらに単離するかまたは選択する、選択または選別工程をさらに含み得る。
選択または選別工程は、1つまたはそれ以上の表面抗原マーカーによって細胞培養物から間葉系幹細胞(MSC)を選択することを含み得る。選択または選別工程の使用は、MSCについての選別および選択特異性の厳密度をさらに高め、その上、出発物質からのhESCなどの胚性幹細胞および他のhESC誘導体による汚染の可能性を潜在的に低下させる。これは、その後、奇形腫形成の危険度をさらに低下させ、本発明者らが述べるプロトコールの臨床的意義をさらに高める。
抗原発現に基づく選択または選別のために多くの方法が公知であり、これらのいずれかを本明細書で述べる選択または選別工程において使用し得る。選択または選別は、蛍光活性化セルソーティング(FACS)によって達成し得る。すなわち、当技術分野で公知のように、FACSは、細胞によって発現される抗原に結合して標識する、標識抗体などのレポーターに細胞を暴露することを含む。レポーターを形成するための抗体の作製およびその標識化の方法は当技術分野において公知であり、たとえばHarlow and Laneに記載されている。次に細胞を、標識に基づいて細胞を相互から選別するFACS装置に通す。あるいはまたは加えて、磁気細胞分離法(MACS)も細胞を選別するために使用し得る。
本発明者らは、多くの候補表面抗原、たとえばCD105、CD73、ANPEP、ITGA4(CD49d)、PDGFRAがMSCに関連することは公知であるが、MSC関連表面抗原の一部、たとえばCD29およびCD49eは、hESCなどのES細胞においても高発現され、それらの発現がFACS分析によって確認されることを認識している。MSCと表面抗原の関連性は、表面抗原をhESCなどのES細胞からMSCを単離するためのマーカーとみなすには十分でないと考えられる。従って、選択または選別工程は、MSCとES細胞の間で区別的に発現される抗原を使用し得る。
本発明者らの方法の選択または選別工程は、抗原の発現に基づき間葉系幹細胞を陽性選択し得る。そのような抗原は、たとえば、hESCとhESCMSCの遺伝子発現プロフィールを比較することによって同定し得る。特定実施形態では、選択または選別は、特に以下の表E1AおよびE1Bに示す抗原のいずれかを使用し得る。
本発明者らの方法の選択または選別工程は、MSC上で発現されるが、hESCなどのES細胞上では発現されないと同定される抗原の発現に基づいて間葉系幹細胞を陽性選択し得る。
CD73はMSC上で高発現されるが、hESC上では高発現されない。CD73およびCD105はいずれも、MSCにおいて高発現される表面抗原であり、hESCに比べてhESC−MSCにおいて高発現される表面抗原の上位20に含まれ、推定上のMSCについての選択マーカーとしてのCD73またはCD105(または両方)の使用は、分化中のhESCによって生成される推定上のMSCに関する選別において等しく有効である。
あるいはまたは加えて、選択または選別工程は、hESCなどの胚性幹細胞(ES細胞)上で表面抗原として高発現されるが、間葉系幹細胞、たとえばhESC−MSCでは高発現されない表面抗原に基づいて抗原を陰性選択し得る。選択または選別は、MIBP、ITGB1BP3およびPODXL、ならびにCD24などの、公知のまたはこれまでに同定されたhESC特異的表面抗原に基づき得る。
FACS解析は、hESC上でのCD24の発現を確認するが、hESC−MSC上では発現を認めない。それゆえCD24は、それ自体で陰性選択もしくは選別マーカーとして、または分化中のhESC培養物から推定上のMSCを単離するための陽性選択マーカーとしてのCD105と組み合わせて使用し得る。
[実施例]
成体骨髄に由来する間葉系幹細胞は、心臓血管疾患を治療するための最も有望な幹細胞型の1つとして浮上した(Pittenger and Martin,2004)。自家MSCの治療作用は、心筋細胞、内皮細胞および血管平滑細胞などの多くの異なる修復または置換細胞型へと分化するそれらの潜在能に帰せられてきたが(Minguell and Erices,2006;Zimmet and Hare,2005)、移植したMSCが損傷組織において治療的に有用な数の機能的修復細胞へと分化する効率はまだ確立されていない。
最近の報告は、これらの修復作用の一部がMSCによって分泌されるパラクリン因子によって媒介され得ることを示唆する(Caplan and Dennis,2006a;Gnecchi et al.,2005;Gnecchi et al.,2006;Schafer and Northoff,2008)。このパラクリン仮説は、再生医療における幹細胞、特にMSCの使用に対して根本的に異なる側面を導入する。MSCパラクリン作用の潜在的機構は、内因性再生能力、血管および動脈新生、リモデリングの減弱、ならびにアポトーシスの低減を含む。MSCの治療作用が部分的にそれらの分泌物によって媒介される場合、幹細胞に基づく治療のレパートリーはそれらの分泌因子の適用によって拡大され得る。そのようなアプローチは、潜在的に、急性MIを生じた患者における再灌流障害に対する時間依存的防御のための必須条件である、「容易に入手可能な(off−the−shelf)」MSCベースの治療選択肢を、手頃なコストおよび卓越した品質管理と一貫性で提供し得る。
このパラクリン仮説の裏付けとして、多くの試験が、主として心臓および血管組織の成長と再生を通して、損傷した心組織を潜在的に修復し得るサイトカイン、ケモカインおよび増殖因子の存在を同定した(Caplan and Dennis,2006b;Liu and Hwang,2005)。本発明者らは、MSCパラクリン分泌の初めての徹底したプロテオーム解析を実施することによってこの仮説をさらに裏付けた(Sze et al.,2007)。これは、ヒトESCからの高度に増幅可能な同一MSC培養物の誘導(Lian et al.,2007)、および細胞を培養し、馴化培地(CM)を介して分泌物を採集するための化学的組成の明らかな培地の使用によって促進された。驚くべきことに、分泌タンパク質の多くが細胞内タンパク質であり、形質膜を越えて分泌または輸送されることは知られていない。セクレトームのコンピュータ解析は、集合的に、セクレトームが心筋虚血/再灌流(MI/R)障害などの損傷組織を修復する潜在的可能性を有することを予測した(Sze et al.,2007)。
コンピュータ予測を試験するため、CMの形態の分泌物をMI/R障害のブタモデルに投与した(Timmers et al.,2008)。冠状動脈の閉鎖によって引き起こされる心筋虚血において、再灌流療法は現在最も有効な治療法である。しかし、血流または再灌流を回復するための閉塞動脈の開放を含む再灌流もまた、新たに灌流された虚血組織への損傷を誘発する(Saraste et al.,1997)。それゆえ、再灌流の時点で直ちに再灌流障害を中和できれば、再灌流療法の有効性は大きく改善し得る。CMを再灌流の直後にMI/R障害のブタモデルに冠状動脈内経路で送達した場合、再灌流の4時間後に早くも心筋梗塞の60%の減少、心機能の保存および酸化ストレスの低減が存在した。これは、MSCのパラクリン分泌物が臨床的に有用な動物モデルにおいてMI/R障害を改善し得ることを確認した(Timmers et al.,2008)。
しかし、分泌物がMI/R障害へのこの即時作用を媒介する機構は明らかでない。この保護作用の即時性が、機構の一部として組織再生の比較的長い過程を排除することは明白である。また、分泌タンパク質の多くが細胞内タンパク質であり、容易に形質膜を横断することは知られていない。MSCのパラクリン作用をよりよく理解するため、本発明者らは、種々の分子量カットオフ値(MWCO)を有する膜を使用してCMを体系的に分画し、活性画分の組成物を同定して、プロファイリングした。本発明者らは以前に、0.2μM膜を通過するが1000kDaのMWCOの膜は通過しないCMが心保護性であることを示した(Timmers et al.,2008)。しかし、1000kDaのMWCOを有する膜で部分的に濃縮したCMは心保護性であった。これは、心保護作用が直径50〜100nmの大型複合体によって仲介されることを示唆した。
本明細書において本発明者らは、先に報告した分泌物中のタンパク質のリストを>700個のタンパク質に拡大した。これらのタンパク質は、エキソソームにおいて一般的に認められる多くのタンパク質を含む。本発明者らはまた、分泌物中のRNA(<300ヌクレオチド)の存在を同定した。さらに、タンパク質とRNAはリン脂質小胞に封入されていて、流体力学的半径(r)が1〜1000nmの範囲内の分泌中の唯一の検出可能な粒子は、r=45〜55nmであった。これらの粒子は、HPLC分画で単一ピークとして溶出した。合わせて考慮すると、これらの試験は、分泌物中の大きな心保護性複合体が、分泌物中の活性な心保護成分がエキソソームであるという本発明者らの仮説を導くエキソソームの独特の特徴の多くを担持することを明らかにする。
<試験材料および方法:MSC−CMの調製>
MSCの生成とCMの調製についてのプロトコールは以前に記述されている15、16
手短に述べると、化学的組成の明らかな無血清培地を、臨床的に適合するプロトコールを使用して、ヒト胚性幹細胞(hESC)に由来するMSCによって馴化する。多能性関連マーカーを発現しないがMSC様表面抗原(CD29+、CD44+、CD49a+/e+、CD105+、CD166+、CD34−、CD45−)および遺伝子発現プロフィールを示す3つのポリクローナルな、核型的に安定で表現型的にMSC様の培養物を、支持細胞不含の無血清選択培地においてHuES9−hESC株またはH1−hESC株のいずれかからのhESCのトリプシン処理および増殖によって生成する15
これらの培養物の1つ、HuES9.E1は、少なくとも80の集団倍加数にわたって安定に増殖し得る。MSC分泌物を採集するため、hESC由来のMSC培養物を化学的組成の明らかな無血清培地に移して3日間培地を馴化した後、MSC分泌物を含有する培地を収集し、遠心分離によって清澄化して、10kDaのMWカットオフ値の限外ろ過膜を使用して25倍に濃縮し、220nmフィルターでのろ過よって滅菌する。
分泌性プロテオームを多次元タンパク質同定技術(MuDPIT)およびサイトカイン抗体アレイ分析によって解析し、201個のユニークな遺伝子産物の存在を明らかにした。コンピュータ解析は、このCMが潜在的な細胞保護特性を保持することを開示した16
<試験材料および方法:動物>
すべての実験は、実験動物資源局(Laboratory Animal Resources)によって作成された「実験用ブタの管理と使用に関する指針(Guide for the Care and Use of Laboratory Pigs)」およびFaculty of Medicine,Utrecht University,the Netherlandsの動物実験委員会による事前の承認に従って実施する。
<試験材料および方法:試験計画>
すべてクロピドグレル75mg/日で3日間およびアミオダロン400mg/日で10日間前処置した、30頭の雌性Dalland Landraceブタ(60−70kg;IDDLO,Lelystad,The Netherlands)を、MSC−CM、非CMまたは食塩水処置に無作為に割り当てる。
食塩水群は、新鮮非馴化培地の潜在的作用を評価するために加える。すべてのブタにおいて、75分間の近位左回旋冠状動脈(LCxCA)結紮およびその後4時間の再灌流によってMIを誘導する。75分の虚血期間は、完全な経壁心筋梗塞を誘発せずに重篤な心筋障害を生じさせるために選択する。TTC染色を用いた梗塞の大きさの測定が再灌流の3時間後に最も信頼し得るので17、4時間の再灌流期間を用いる。より長い再灌流期間後には、酸化ストレス状態およびアポトーシス機構を評価することがより困難になる。
処置は、MSC−CM(1.0ml、2.0mgタンパク質)、非CMまたは食塩水の静脈内注入によって再灌流の開始の5分前に開始する。再灌流の直後に、追加の冠状動脈内ボーラスMSC−CM(4.0ml、8.0mgタンパク質)、非CMまたは食塩水を投与する。心筋梗塞の大きさと機能を再灌流の4時間後に評価する。
<試験材料および方法:MIおよび手術手順>
全手術期間中、ECG、全身動脈圧およびカプノグラムを継続的に観測する。先に記述されているような全身麻酔下で18、胸骨正中切開を実施し、6Frのガイディングカテーテルと8Frのコンダクタンスカテーテル(CD Leycom,Zoetermeer,the Netherlands)のために2枚の導入シートを頸動脈に挿入する。
スワン−ガンツカテーテルの遠位端を、内頸静脈を介して肺動脈に設置する。心拍出量および冠血流量を測定するためにTransonicフロープローブ(Transonic Systems Inc,Ithaca,NY)を近位大動脈およびLCxCAの周辺に設置し、PVループについての様々な負荷条件下での機能測定を可能にするためにワイヤを下大静脈の周辺に設置する。
機能測定後、10,000IUのヘパリンを静脈内投与し、近位LCxCAを閉塞させるために縫合をきつく締める。心室細動が起きた場合は50Jでの体内除細動を使用する。75分間の虚血後、縫合の除去によってLCxCAを再開放する。再灌流の直後に、ニトログリセリン(ノーリフロー現象を防ぐための0.1mg)を、ガイディングカテーテルを介してLCxCAに注入し、次いでMSC−CM、非CMまたは食塩水による冠状動脈内処置を実施する。4時間の再灌流後、最終機能測定を実施し、梗塞の大きさの分析のために心臓を外植する。
<試験材料および方法:機能測定>
左室(LV)圧および容積を、先に述べられているように18コンダクタンスカテーテル法を使用して測定する。コンダクタンスカテーテルに由来するLV圧および容積シグナルを、Leycom CFL−512(CD Leycom)を用いて250Hzのサンプリング周波数で表示し、取得する。
データは、すべて呼気終末期に、人工呼吸器を切った状態で、定常状態の間および側頭大静脈閉塞の間に取得する。圧−容積ループの分析を、先に述べられているように19カスタムソフトウエアを用いて実施する。加えて、短軸心外膜超音波像(Prosound SSD−5000、5−MHzプローブUST−5280−5、Aloka Holding Europe AG,Zug,Switzerland)を中乳頭筋レベルで得る。梗塞領域、遠隔領域(中隔)およびLV内部領域(LVia)の壁厚(WT)を拡張終期(ED)および収縮終期(ES)に測定する。収縮期壁圧(SWT)を[(WT(ES)−WT(ED))/WT(ED)]×100%として、面積縮小率(fractional area shortening)(FAS)を[(LVia(ES)−LVia(ED))/LVia(ED)]×100%として、および左室駆出率(LVEF)を[(EDV−ESV)/EDV]×100%として計算する。
拡張終期心室硬度を、拡張終期圧−容積関係の線形回帰によって定量する。心エコー検査およびPVループを、MIの前、虚血の1時間後および再灌流の4時間後に測定する。気絶心筋を誘発する(challenge)ため、静脈内ドブタミン注入(2.5μg/kg/分および5.0μg/kg/分)によって医薬的に誘導したストレスの間に付加的な測定を実施する。
<試験材料および方法:梗塞の大きさ>
心臓の切除の直前に、LCxCA(ブタ)またはLCA(マウス)をMIの誘導の場合と正確に同じ位置で再結紮する。危険領域(AAR)を描出するために冠状動脈系を通してエバンスブルー染料を注入する。
次に心臓を切除し、LVを単離して、心尖から心底まで5つの切片に切り分ける。生存可能心筋から梗塞組織を区別するために切片を37℃のセーレンセン緩衝液(13.6g/L KHPO+17.8g/L NaHPO・2HO、pH7.4)中の1%塩化トリフェニルテトラゾリウム(TTC,Sigma−Aldrich Chemicals,Zwijndrecht,the Netherlands)において15分間インキュベートする。
すべての切片を両側から走査し、各々のスライドにおいて、デジタル面積測定ソフトウエア(Image J)を使用して梗塞領域を危険領域および全領域と比較する。切片の重量についての補正後、梗塞の大きさをAARおよびLVのパーセンテージとして計算する。
<試験材料および方法:酸化誘導性細胞死アッセイ>
ヒト白血病CEM細胞をCMまたは非CM中でインキュベートし、50μMのH で処理して酸化ストレスを誘導する。H処理後12、24、36および48時間目にトリパンブルー排除を使用して細胞生存能を評価する。
<試験材料および方法:免疫染色>
虚血および再灌流領域における核酸化ストレスを、DNAに対する酸化ストレスの産物である、8−ヒドロキシ−2’−デオキシグアノシン(8−OHdG)を免疫染色することによって評価する。組織試料を4%ホルマリンに固定した後、パラフィンに包埋する。
10mMクエン酸中での抗原賦活化後、組織切片を10%正常ウマ血清と共に30分間、0.1%PBSA中のマウス抗8−OHdG(OXIS international,Foster City,CA,USA)1:20と共に4℃で一晩、ビオチン標識ウマ抗マウス(Vector laboratories,Burlingame,CA,USA)1:500と共に1時間、およびストレプトアビジン−HRPO=1:1000と共に1時間インキュベートする。
最後に、切片をH−ジアミノベンジジンと共に10分間インキュベートする。8−OHdG陽性核の量を、デジタル画像顕微鏡検査ソフトウエア分析(Olympus,Muenster,Germany)を用いて200×の倍率で、切片当たり4つの無作為に選んだ視野において定量する。
<試験材料および方法:ウエスタンブロット法>
製造者のプロトコールに従ってTripure Isolation Reagent(Boehringer,Mannheim,Germany)1mlを使用してブタの虚血/再灌流領域より収集した凍結組織試料からタンパク質を単離する。ウエスタンブロット法のために、全タンパク質8μgを10%SDS−PAGEゲル上で分離し、ニトロセルロースC膜(Amersham,Buckinghamshire,UK)に移して、リン酸緩衝食塩水(PBS)−0.1%Tween−5%Protifar(Nutricia,Netherlands)を用いてブロックする。
膜を、ホスホSMAD2については1:1000(Cell Signalling Technology)、カスパーゼ3については1:100(Chemicon,Germany)、またはβ−チューブリンについては1:5000(Abcam,Cambridge,UK)でウサギ抗体と共にインキュベートし、その後1:2000でヤギ抗ウサギHRPと共に(DAKO,Glostrup,Denmark)インキュベートする。化学発光基質(NENk Life Science Products)を検出のために使用する;バンドをGel−Doc1000システム(Biorad,Veenendaal,Netherlands)を使用して解析する。
<試験材料および方法:MSC−CMの分画>
MSC−CMを220nmフィルターでの滅菌ろ過によって調製し、10nmフィルターを通して濃縮し、それゆえMSC−CMは10〜220nmの成分を含有する。その後、100nmの公称細孔径を有する1000kDaのMWカットオフ膜(Pall Corporation,Singapore)を通してMSC−CMをろ過することによって<1000kDa画分を調製し、10〜100nmの生成物を含有する画分を生成する。
心保護作用を付与する培地中の因子を含有する画分(10〜100nmまたは100〜220nm)を同定するため、虚血および再灌流障害のマウスまたはブタモデルを使用する。30分間の左冠状動脈(LCA)閉塞によってMIを誘導し、その後再灌流する。再灌流の5分前に、尾静脈を介した静脈内経路により、マウスを20μlの未分画MSC−CM(10〜220nm)、<1000kDa画分(10〜100nm)、または食塩水で処置する。先に述べたようにエバンスブルーおよびTTCを使用して24時間後に梗塞の大きさを評価する。
<試験材料および方法:データの解析>
データを平均±SEMとして提示する。数値を盲検的に収集し、SPSS11.5においてポストホックボンフェローニ検定による一方向ANOVAを用いて比較する。P値<0.05を有意とみなす。
<結果:死亡率>
4匹のブタが処置前に虚血の間の抗療性心室細動のために死亡し、それゆえ試験から除外している。CM(n=9)、非CM(n=9)または食塩水(n=8)で処置したすべてのブタは、フォローアップ期間も生存した。
<結果:梗塞の大きさ>
危険領域(AAR)ならびにLVと比較した梗塞の大きさは、非CMおよび食塩水で処置したブタと比較して、MSC−CMで処置したブタにおいて著明に縮小した。MSC−CM処置は、梗塞の大きさの約60%の縮小を生じさせた。重要な点として、AARはすべてのブタにおいて同様であり、これは、初期虚血損傷がすべてのブタにおいて同様であることを指示する(以下の表E1)。
表E1.血行力学的および機能的パラメータ。心エコー検査およびコンダクタンスカテーテルに基づくLV圧および容積測定で決定した、非CM、CMまたは食塩水で処置したブタの基線値および心筋梗塞値。AARは危険領域を示す;IS、梗塞の大きさ;LV、左心室;HR、心拍数;QLCx、左回旋冠状動脈流量;CO、心拍出量;WT、壁厚;SWT、収縮期壁肥厚;FAS、面積縮小率;EDV、拡張終期容積;ESV、収縮終期容積;SV、一回拍出量;EF、駆出率;Ees、収縮終期弾性。非CM、n=9;CM、n=9;食塩水、n=8。基線に対してp<0.05;非CMに対して†p<0.05;‡食塩水に対してp<0.05。
<結果:心機能>
基線パラメータはすべての群において同様である(上記表E1)。虚血の間、心エコー検査での収縮期壁肥厚の負の値によって認められるように、すべての群において後外側壁が完全にジスキネジーとなった(SWT、図2A)。再灌流の4時間後、非CMおよび食塩水対照の両群の再灌流された後外側壁はまだジスキネジーのままである。しかし、MSC−CMで処置したブタでは、SWTは部分的に回復した(図2A)。
βアドレナリン受容体アゴニスト、ドブタミンの静脈内注入は、MCS−CM処置ブタにおいて収縮壁肥厚をさらに増大させたが、対照群では改善が見られない。また、全体的な左室収縮機能も虚血のために低下した(図2B)。CMで処置したブタでは、再灌流後に面積収縮率が上昇してほとんど基線レベルに戻り、ドブタミン注入の間に基線レベルを超えて上昇した。
対照ブタでは、全体的な収縮機能は低下したままであった。心機能の改善も、PVループに由来する指数から明らかになった(表E1)。左室EFおよび一回拍出量は、CM処置ブタにおいて有意に高い。これは、心拍出量、平均動脈圧および心拍数などの血行力学的パラメータの改善と言い換えられた。
拡張機能は、収縮終期心筋硬度の上昇によって認められるように、虚血および再灌流障害後に対照群において低下した。しかし、CM処置したブタでは、拡張機能は低下しない。
<結果:酸化ストレス>
梗塞の大きさの縮小および機能の改善が明らかになったので、本発明者らは、虚血再灌流障害の主要原因である酸化ストレスへのCMおよび非CMの作用を測定するために過酸化水素(H)誘導性細胞死のインビトロアッセイを使用した。
本発明者らは、CMまたは非CMのいずれかの存在下でヒト白血病CEM細胞において過酸化水素(H)媒介性酸化ストレスを誘導し、トリパンブルー排除によって細胞生存能を観測した。結果は、CMが、非CMと比較して(H)が誘導する細胞生存能の喪失に対して有意に保護することを示した(p<0.05)(図3A)。
CMがCM処置ブタの心臓においても酸化ストレスを低減するかどうかを調べるため、CM、非CMまたは食塩水で処置したブタの組織切片における核酸化ストレスを、酸化DNAについての8−OHdG免疫染色によって定量する。CM処置ブタと比較して、DNA酸化を指示する強い核染色が非CMまたは食塩水処置ブタの切片において認められる(図3B〜D)。加えて、非CMまたは食塩水処置ブタでは有意に多い陽性核も存在する(図3E)。
それゆえ、CMはインビトロおよびインビボで酸化ストレスに対する細胞保護作用を付与し得る。
<結果:TGF−βシグナル伝達>
MSCの分泌物は、TGF−βシグナル伝達に関与する多くのタンパク質を含有した16。TGF−βシグナル伝達へのCM処置の影響をインビボで評価するため、本発明者らは、CM処置ブタおよび対照ブタの心筋組織試料におけるリン酸化SMAD−2をウエスタンブロット法によって定量した。CM処置はpSMAD−2発現の低下を生じさせ、ALK−5を介したTGF−βシグナル伝達が低下することを指示した(図4A、B)。
<結果:アポトーシス>
再灌流障害は、壊死よりもアポトーシスを介した細胞死を生じさせる20〜22。CM処置が再灌流の間のアポトーシスを低減することを確認するため、本発明者らは、アポトーシスの鍵となるメディエイターである活性カスパーゼ3のレベルをウエスタンブロット法によって定量した。MSC−CMで処置したブタでは、活性カスパーゼ3レベルは非CM対照および食塩水対照の両方に比べて低く、CMがインビボでアポトーシスを阻害することを示唆する(図4C、D)。
<結果:MSC−CM分画>
未分画MSC−CMは10〜220nmの生成物を含有する。MSC−CM内の心保護因子を同定することに近づくため、10〜100nmにわたる大きさの生成物を含有する<1000kDa画分を生成する。未分画MSC−CMは心保護作用を付与するが、<1000kDa画分は心保護作用を付与せず(図5)、心保護因子が100〜220nmの範囲の大きさを有する>1000kDa画分中にあることを指示する。
<結果:サイズ分画は分泌タンパク質を分子量によって分離しなかった>
馴化培地中の活性成分を同定するため、本発明者らは、種々のMWカットオフ値を有する膜で馴化培地をろ過することにより、馴化培地を異なるMW画分にサイズ分画することを試みた。
馴化培地を100kDのMWカットオフ値の膜でろ過して、4:1の保持液対ろ液容量比を生じさせた場合、<100kDの大部分のタンパク質が>100kD画分に分離され、予想された<100kD画分には分離されなかった(図6)。未分画馴化培地と>100kD画分の両方における個々のタンパク質バンドの割合は同様である。
MW<300kDを有する大部分のタンパク質も、300kDのMWカットオフ値を有する膜を通過しなかった(図6)。ろ液中の主要タンパク質バンドの一部のMWサイズは、非馴化培地(NCM)におけるもの、および培地中に外来性に加えたタンパク質添加物:インスリン−トランスフェリン−セレノプロテイン添加物(ITS)、FGF2、EGFおよびPDGF−ABと同様である(図7)。
合わせて考慮するとこれらの所見は、細胞によって分泌されるタンパク質が複合体であり、これらの分泌複合体は、添加物として培地に外来性に加えた100kDタンパク質よりも大きく、100kD未満のものは100kDのMWカットオフ値を有する膜で容易にろ過されることを示唆する。
<結果:MW>1,000kDまたは直径50〜150nmを有するサイズ分画馴化培地における生物活性>
推定上の分泌複合体の大きさの上限または下限を調べるため、本発明者らは、馴化培地のサイズ分画を実施し、虚血再灌流障害のマウスにおいて生物活性を試験した。馴化培地を0.2μMフィルターでろ過し、10kDのMWカットオフ値を有する膜で濃縮した場合、これは、推定上の分泌複合体を2〜200nmのサイズ範囲に有効に位置づけた(図8)。
このサイズ範囲をさらに狭めるため、本発明者らは、100kDまたは1000kDのMWカットオフ値を有する膜で馴化培地を完全にろ過することによるろ液、1000kDのMWカットオフ値を有する膜で馴化培地をろ過することによる保持液において生物活性が存在するかどうかを測定する。保持液の容量は注入容量の1/5である。画分を、心筋虚血(MI)および再灌流障害のマウスまたはブタモデルで試験する。
このモデルにおいて、縫合結紮による30分間の左冠状動脈(LCA)閉塞によってMIを誘導し、縫合を除去して再灌流を開始させる。再灌流の5分前に、尾静脈を介して静脈内経路で、マウスを未分画MSC−CM(10〜220nm)20μl、<100または1,000kD画分20μl、>1000kD保持液または食塩水4μlで処置する。24時間後、心臓を切除する。切除前に、LCAを再結紮し、次に大動脈にエバンスブルーを灌流することによって危険領域(AAR)を決定する。AARは、染料によって染色されない領域と定義し、左室壁領域のパーセンテージとして表す。先に述べたようにエバンスブルーとTTCを使用して24時間後に梗塞の大きさを評価する。
すべての動物における相対的AARは有意に異ならない(図9)。しかし、相対的な梗塞の大きさは、食塩水と比較した場合、馴化培地および>1000kD画分で処置した動物において有意に縮小される(それぞれp=0.01および0.05)(図10)。<100および<1000kD画分は生物学的に活性ではなく、推定上の活性複合体が>1000kDであることを示唆する。しかし、複合体が<1000kDであること、および馴化培地をフィルターに通すことが複合体を不活性化する可能性がまだ存在する。
<結果:馴化培地の電子顕微鏡検査は50〜200nm粒子の存在を明らかにした>
標準的な方法を用いて馴化培地の電子顕微鏡分析を実施する。簡単に述べると、PBS中の馴化培地をフォルムバールカーボン被覆グリッド(Ted Pella Inc,Redding,CA,USA、カタログ番号01800N−F)に負荷し、2.5%グルタルアルデヒドに固定して、洗浄し、2%酢酸ウラニルでコントラスト強調し(contrasted)、酢酸ウラニル(0.8%)とメチルセルロース(0.13%)の混合物に包埋して、電子顕微鏡下で検査する。上記のサイズ分画試験と一致して、約50〜150nmの数多くの小胞の存在を認め、これらの小胞が分泌物中の推定上の活性複合体であることを示唆した(図11)。
仮説は、馴化培地を200,000×gで1時間超遠心し、先に述べられているように20LC/LC−MSによって検定した場合、ペレットは分泌物中に認められるタンパク質の少なくとも70%を含んだ。
<結果:馴化培地の脂質組成>
馴化培地の脂質組成を分析するため、馴化培地およびNCMの疎水性脂質/ステロイド成分をフォルチ法によって抽出する。簡単に述べると、馴化培地またはNCM(50ml)をクロロホルム5mlおよびメタノール2mlと強く混合する。有機相と水相を分離させる。底部クロロホルム層を取り出し、スピードバックによって蒸発乾固させる。
LC−MS/MS分析のために残留物をメタノールに再溶解する。次に、ジクロロメタン/メタノール/水/エチルアミンを移動相とする順相(シリカ相)HPLCカラムに試料を注入する。次に、溶出液をLTQ−FTMS/Orbitrapに対するナノスプレーによってオンラインでイオン化する。LTQ−FTMS/Orbitrapは、種々の化学的性質を有する脂質/ステロイドの検出のために交互にポジティブモードとネガティブモードで作動させる。各々のMSスキャンの上位5の前駆体イオンをMS/MSスキャンによってさらに分析する。
分子を、それゆえ、FTMSとLTQの組み合わせによって特徴づける。各々のタンデム質量スペクトルの前駆体質量を、最初に脂質および代謝データベースにおける候補物質に一致させる。その後、データベース中の何らかの分子に対して<5pmmの質量誤差を有するイオンのMS/MSスペクトルを、公知の標準的なスペクトルまたはMass−Frontierプログラムによって予測されるスペクトルと比較する。
馴化培地からのクロロホルム抽出物の質量分析は、形質膜において、およびエキソソームにおいても35、一般的に認められる脂質、すなわちリン脂質、糖脂質およびステロイド類の存在を明らかにした。リン脂質は、ホスファチジルセリンおよびホスファチジルイノシトール、ホスファチジルコリン、スフィンゴミエリン、セラミド類;セレブロシドなどの糖脂質ならびにコレステロールなどのステロイド類を含む。
エキソソームは、それらの脂質膜中に脂質ラフトとして知られるミクロドメインを有することが認められた22、24〜35、41、42。エキソソームはコレステロールに富み、それらのコレステロール−リン脂質比は一般に、形質膜で認められる0.3〜0.4(モル/モル)の比率を超える35。これらのラフトは、低温でのTritonX−100またはBrij−98などの非イオン性界面活性剤による溶解に対する抵抗性、およびコレステロールに結合するシクロデキストリンに対する感受性によって特徴づけられる。一般にTritonX−100などの界面活性剤に不溶性であり、この界面活性剤不溶性はしばしば脂質ラフトの存在を同定するために利用される。
馴化培地をTritonX−100で処理した場合、分泌されたタンパク質は、膜ろ過を使用したサイズ分画実験とは無関係に複合体として分離し続け(図12)、推定上の複合体が、脂質ラフトの存在と一致して、TritonX−100による溶解に対して抵抗性であることを示唆した43
本発明者らは、複合体が20mMシクロデキストリンの存在下で溶解に対して感受性であるかどうかを測定する。推定上の複合体が膜内に脂質ラフトを有する場合、シクロデキストリンによるコレステロールの抽出は溶解を生じさせ、その後それらの分子サイズによってサイズ分画できるタンパク質を放出する。推定上の複合体中の脂質の相対的な定量的組成は、先に概説されているように35クロマトグラフィーおよび質量分析法を用いて推定される。これは、脂質組成が脂質ラフトの存在を裏付け得るかどうかを決定する。
<結果:馴化培地のRNA組成>
細胞からのRNAの抽出において一般的に使用される、馴化培地のトリゾール抽出およびそれに続くイソプロパノール沈殿により、水中で1.9の260:280nm吸光度比を有するペレットが生成され、それがRNAであり得ることを示唆する。
これは、エキソソームがmRNAおよびマイクロRNAを含有するという先の報告と一致する36。このペレットをRNアーゼ活性に対する感受性に関して検定する。馴化培地も、トリゾールによる抽出の前にRNアーゼで処理する。これらのアッセイは、ペレットがRNAであるかどうか、およびRNAがエキソソームのような脂質小胞内に隔離されているのかどうかを測定する。
そうである場合は、RNAの組成と機能を決定するために、マイクロアレイ、配列決定、RT−PCRおよびインビトロ翻訳アッセイなどの一般的な遺伝子発現アッセイによってRNAを検定する。15N−ロイシンを含むおよび含まない標準的な市販の網状赤血球溶解産物系を使用してRNAをインビトロで翻訳する。翻訳されたタンパク質産物を質量分析法によって同定する。
<結果:プロテオームプロフィール>
分泌物中に存在すると記述されている約700個のタンパク質の中に(米国特許仮出願第60/878,222号および国際特許出願第PCT/SG2006/000232号、Mesenchymal Stem Cell Conditioned Medium)、他のエキソソームのプロテオームにおいて一般的に存在することが認められた多くのタンパク質がある(図13)44。また、エキソソーム内に存在することが記述されていなかった多くのタンパク質も約700個のタンパク質のリスト中に存在する。網羅的ではないが一部の顕著な例は、Thy1、Wnt 5a、Wnt 5b、インヒビンA(またはアクチビンA)である。
<結果:表面抗原プロフィール>
馴化培地のプロテオームプロフィールも、膜結合であることが公知のタンパク質の存在を示す。網羅的ではないが一部の顕著な例は、CD9、CD109、thy−1を含む20。エキソソームの他の公知の表面抗原、たとえば尿中に分泌されるエキソソームの表面で認められるCD24は45、MSC19またはその分泌物中20では発現されない。
加えて、これらの表面抗原の多くは細胞型特異的に発現される。合わせて考慮すると、これらの所見は、表面抗原プロフィールが異なる細胞源からのエキソソームを規定し、識別することを示唆する。これらの推定上の分泌複合体の表面抗原プロフィールを特徴づけるため、標準的な市販のビオチニル化キットを使用して馴化培地をビオチニル化する。タンパク質を標準的なSDS−PAGE上で分離し、ナイロンまたはニトロセルロースに移して、ウエスタンブロット分析における標準的なプロトコールを使用してアビジン−ペルオキシダーゼでプローブ化する。このプロトコールでは、複合体の表面に存在し、ビオチンに対して物理的にアクセス可能なタンパク質だけがビオチニル化される。複合体内に存在し、それゆえ物理的にアクセスできないタンパク質はすべてビオチニル化されない。ビオチニル化されたタンパク質はまた、アビジンアフィニティークロマトグラフィーを用いて単離され、LC/MSを使用して同定される。これらのタンパク質の同一性は、ウエスタンブロット分析、免疫電子顕微鏡検査およびMSCの遺伝子発現によって確認される。
<エキソソーム>
所見に基づき、本発明者らは、馴化培地中の最小活性心保護単位がエキソソームであると仮定する。
この仮説を証明するため、本発明者らは、100kDのMWカットオフ値の膜による膜ろ過技術を使用して馴化培地を濃縮する。次に、濃縮した馴化培地を約150〜200,000gで1〜2時間超遠心する。ペレットをPBSに再懸濁し、50〜150nmのサイズ範囲の粒子の存在を確認するために電子顕微鏡検査によって分析して、そのタンパク質、脂質およびRNA含量に関して検定する。
懸濁液を、馴化培地に関してコンピュータで予測される生物活性に関して検定し20、前記および以下でそれぞれ述べるようにマウスおよびブタモデルにおいて心保護作用を試験する。
<ブタ試験についての試験計画>
すべてクロピドグレル75mg/日で3日間およびアミオダロン400mg/日で10日間前処置した、30頭の雌性Dalland Landraceブタ(60−70kg;IDDLO,Lelystad,The Netherlands)を、MSC−CM、非CMまたは食塩水処置に無作為に割り当てる。
食塩水群は、新鮮非馴化培地の潜在的作用を評価するために加える。すべてのブタにおいて、75分間の近位左回旋冠状動脈(LCxCA)結紮およびその後4時間の再灌流によってMIを誘導する。75分の虚血期間は、完全な経壁心筋梗塞を誘発せずに重篤な心筋障害を生じさせるために選択する。TTC染色を用いた梗塞の大きさの測定が再灌流の3時間後に最も信頼し得るので46、4時間の再灌流期間を用いる。
より長い再灌流期間後には、酸化ストレス状態およびアポトーシス機構を評価することがより困難になる。処置は、MSC−CM(1.0ml、2.0mgタンパク質)、非CMまたは食塩水の静脈内注入によって再灌流の開始の5分前に開始する。再灌流の直後に、追加の冠状動脈内ボーラスMSC−CM(4.0ml、8.0mgタンパク質)、非CMまたは食塩水を投与する。心筋梗塞の大きさと機能を再灌流の4時間後に評価する。
心保護作用を付与する培地中の因子を同定するため、本発明者らは虚血および再灌流障害のマウスまたはブタモデルを使用した。30分間の左冠状動脈(LCA)閉塞によってMIを誘導し、その後再灌流する。再灌流の5分前に、尾静脈を介した静脈内経路により、マウスを未分画馴化培地、<1000kDa画分、<500kD画分、<300kD画分、<100kD画分、または食塩水で処置する。梗塞の大きさを翌日(再灌流の24時間後)に評価する。
<MIおよび手術手順>
全手術期間中、ECG、全身動脈圧およびカプノグラムを継続的に観測する。先に記述されているような全身麻酔下で47、胸骨正中切開を実施し、6Frのガイディングカテーテルと8Frのコンダクタンスカテーテル(CD Leycom,Zoetermeer,the Netherlands)のために2枚の導入シートを頸動脈に挿入する。
スワン−ガンツカテーテルの遠位端を、内頸静脈を介して肺動脈に設置する。心拍出量および冠血流量を測定するためにTransonicフロープローブ(Transonic Systems Inc,Ithaca,NY)を近位大動脈およびLCxCAの周辺に設置し、PVループについての様々な負荷条件下での機能測定を可能にするためにワイヤを下大静脈の周辺に設置する。機能測定後、10,000IUのヘパリンを静脈内投与し、近位LCxCAを閉塞させるために縫合をきつく締める。心室細動が起きた場合は50Jでの体内除細動を使用する。75分間の虚血後、縫合の除去によってLCxCAを再開放する。再灌流の直後に、ニトログリセリン(ノーリフロー現象を防ぐための0.1mg)を、ガイディングカテーテルを介してLCxCAに注入し、次いでMSC−CM、非CMまたは食塩水による冠状動脈内処置を実施する。4時間の再灌流後、最終機能測定を実施し、梗塞の大きさの分析のために心臓を外植する。
マウスをフェンタニル(0.05mg/kg)、ドルミカム(5mg/kg)およびドミトール(0.5mg/kg)で麻酔し、鈍端を有する24ゲージの静脈内カテーテルを使用して挿管する。げっ歯動物用人工呼吸器を使用して105拍動/分の速度で、イソフルラン(2.5〜3%v/v)を添加したOとNO(1:2 v/v)の混合物によりマウスを人工的に換気する。体温を37℃に維持するためにマウスを加熱パッド上に置く。第三肋間隙で開胸し、8−0プローレン縫合を使用して左冠状動脈(LCA)を30分間閉塞する。胸部を閉じ、翌日(24時間後)、梗塞の大きさの分析のために心臓を外植する。
<機能測定>
ECG、動脈圧および心拍出量を250Hzのサンプリング周波数でデジタル化し、オフライン解析のために保存する(Leycom CFL−512,CD Leycom)。左心室(LV)圧および容積を、先に述べられているように47コンダクタンスカテーテル法を使用して測定する。コンダクタンスカテーテルに由来するLV圧および容積シグナルを、Leycom CFL−512(CD Leycom)を用いて250Hzのサンプリング周波数で表示し、取得する。
データは、すべて呼気終末期に人工呼吸器を切って、定常状態の間および側頭大静脈閉塞の間に取得する。圧−容積ループの分析を、先に述べられているように48カスタムソフトウエアを用いて実施する。加えて、短軸心外膜超音波像(Prosound SSD−5000、5−MHzプローブUST−5280−5、Aloka Holding Europe AG,Zug,Switzerland)を中乳頭筋レベルで得る。梗塞領域、遠隔領域(中隔)およびLV内部領域(LVia)の壁厚(WT)を拡張終期(ED)および収縮終期(ES)に測定する。
収縮期壁圧(SWT)を[(WT(ES)−WT(ED))/WT(ED)]×100%として、面積縮小率(FAS)を[(LVia(ES)−LVia(ED))/LVia(ED)]×100%として、および左室駆出率(LVEF)を[(EDV−ESV)/EDV]×100%として計算する。拡張終期心室硬度を、拡張終期圧−容積関係の線形回帰によって定量する。心エコー検査およびPVループを、MIの前、虚血の1時間後および再灌流の4時間後に測定する。気絶心筋を誘発するため、静脈内ドブタミン注入(2.5μg/kg/分および5.0μg/kg/分)によって医薬的に誘導したストレスの間に付加的な測定を実施する。
<梗塞の大きさ>
心臓の切除の直前に、LCxCA(ブタ)またはLCA(マウス)をMIの誘導の場合と正確に同じ位置で再結紮する。危険領域(AAR)を描出するために冠状動脈系を通してエバンスブルー染料を注入する。次に心臓を切除し、LVを単離して、心尖から心底まで5つの切片に切り分ける。
生存可能心筋から梗塞組織を区別するために、切片を37℃のセーレンセン緩衝液(13.6g/L KHPO+17.8g/L NaHPO・2HO、pH7.4)中の1%塩化トリフェニルテトラゾリウム(TTC,Sigma−Aldrich Chemicals,Zwijndrecht,the Netherlands)において15分間インキュベートする。
すべての切片を両側から走査し、各々のスライドにおいて、デジタル面積測定ソフトウエア(Image J)を使用して梗塞領域を危険領域および全領域と比較する。切片の重量についての補正後、梗塞の大きさをAARおよびLVのパーセンテージとして計算する。
<試験材料および方法:馴化培地の調製>
HuES9.E1細胞を先に述べられているように培養する(Lian et al.,2007;Sze et al.,2007)。
簡単に述べると、80%集密なHuES9.E1細胞をPBSで3回洗浄し、インスリン、トランスフェリンおよびセレノプロテイン(ITS)(Invitrogen)を添加した、フェノールレッドを含まないDMEM(カタログ番号31053,Invitrogen)、5ng/mlのFGF2(Invitrogen)、5ng/mlのPDGF−AB(Peprotech,Rocky Hill,NJ)、グルタミン−ペニシリン−ストレプトマイシン、ならびにβ−メルカプトエタノールから成る化学的組成の明らかな培地中で一晩培養する。次に培養物をPBSで3回洗浄し、その後新鮮な合成培地を添加する。
3日後、培地を収集し、500×gで遠心分離して、濃縮する。>100kDaのCM試料を、100kDa MWCOのせん断力ろ過(TFF)を用いてCMを50倍に濃縮することによって調製する。他のすべての濃縮は限外ろ過膜を使用して実施する。すべてのCMおよび他の異なる処理をしたCMを、すべての手順後および保存または使用の前に0.2ミクロンでろ過する。
<試験材料および方法:LC MS/MS分析>
透析した馴化培地(CM)または非馴化培地(NCM)2ml中のタンパク質を、先に述べられているように(Sze et al.,2007)還元し、アルキル化して、トリプシン消化する。次に、消化した混合物を馴化SepPak−C18−SPEカートリッジ(Waters,Milford,MA,USA)に通すことによって試料を脱塩し、3%アセトニトリル(ACN)(JT Baker,Phillipsburg,NJ)および0.1%ギ酸(FA)緩衝液で2回洗浄して、70%ACNおよび0.1%FA緩衝液で溶出する。次に、溶出した試料を、真空遠心分離機において有機溶媒を除去することにより、それらの最初の容積の約10%に乾燥させる。
試料の複雑さを減じるため、ポリスルホエチルSCXカラム(200mm×4.6mm) (PolyLC,USA)を通すHPLCシステム(Shimadzu,Japan)でオフラインペプチド分画を実施する。1ml/分で移動相A(5mMのKHPO+30%アセトニトリル)および移動相B(5mMのKHPO+30%アセトニトリル+350mMのKCl)。8つの画分を収集し、真空遠心分離機で乾燥させる。分画した試料を、ナノスプレー源を取り付けたLTQ−FTウルトラ線形イオントラップ質量分析計(Thermo Electron,San Jose,CA)にオンラインで連結したShimadzu−DGU−20A3−C18逆相HPLCシステムのオートサンプラーに負荷する。注入したペプチドをZorvax300SB−C18富化カラム(5mm×03mm,Agilent Technologies,Germany)に捕捉し、ナノボアC18充填カラム(75μm×100Å、Michrom Bioresources,Auburn,CA)に溶出する。
200nl/分の流速で90分の勾配を使用してペプチドを質量分析計に溶出する。FTMSにおける各々のMSスキャンから8つの最も強いピークについてMS/MSスキャンを実施することにより、LTQをデータ依存モードで操作する。各々の実験について、8つのSCX画分のMS/MS(dta)スペクトルを、社内で作成した(home−written)プログラムによって単一Mascotジェネリックファイルに組み合わせる。組み合わせたデータを、インハウス版Mascotサーバー(バージョン2.2、Matrix Science,UK)を介してIPIヒトタンパク質データベース(バージョン3.34;67,758配列)に対して検索することによりタンパク質同定を達成する。検索パラメータは、トリプシンを使用して最大で2の開裂ミス;固定修飾はシステインのカルボアミノメチル化であり、可変修飾はメチオニンの酸化である。質量誤差範囲は、ペプチド前駆体およびフラグメントイオンについてそれぞれ20ppmおよび0.8Daに設定する。タンパク質同定は、2つの異なるペプチドがホモロジースコアより大きいスコアを有することが認められた場合、正識別として容認される。
<試験材料および方法:HPLC分画および準弾性光散乱(QELS)検出器を使用した動的光散乱>
装置の組立は、バイナリーポンプつき液体クロマトグラフィーシステム、自動注入器、サーモスタットカラムオーブン、Shimadzu Corporation(Kyoto,Japan)からのClass VPソフトウエアによって操作される紫外可視検出器から成る。使用するクロマトグラフィーカラムは、Tosoh Corporation(Tokyo,Japan)からのTSK−GuardカラムSWXL、6×40mmおよびTSKゲルG4000 SWXL、7.8×300mmである。以下の検出器、Dawn 8(光散乱)、Optilab(屈折率)およびQELS(動的光散乱)を紫外可視検出器の後に直列につなぐ。最後の3つの検出器はWyatt Technology Corporation(California,USA)からであり、ASTRAソフトウエアによって操作される。
試料の成分をサイズ排除によって分離する、すなわちより大きな分子はより小さな分子の前に溶出する。使用する溶出緩衝液は、pH7.2の150mMのNaClを含有する20mMリン酸緩衝液である。この緩衝液を、0.1μmの細孔径でろ過し、使用前に15分間脱ガスする。クロマトグラフィー系を、Dawn 8のシグナルが約0.3の検出器電圧単位で安定化するまで0.5ml/分の流速で平衡させる。紫外可視検出器は220nmに設定し、カラムを25℃にオーブン平衡させる。溶出モードは無勾配で、実行時間は40分である。注入する試料の容量は50〜100μlの範囲である。他のすべてのピークに対するエキソソームピークの面積%を紫外可視検出器から積分する。流動力学的半径、RをQELSおよびDawn8検出器によってコンピュータ算定する。ピーク頂点の最高計数率(Hz)をRとして採用する。
220nmで視覚化した分離成分のピークを、さらなる特徴づけ試験のための画分として収集する。
<試験材料および方法:ショ糖勾配密度平衡遠心分離>
ショ糖勾配密度平衡遠心分離のために、22.8〜60%(w/v)の濃度の14のショ糖溶液を調製する。最も濃厚な溶液をSW60Ti遠心分離管(Beckman Coulter Inc.,Fullerton CA,USA)の底部に積層し、続いてその次に高いショ糖濃度を積層する。CMを上部に慎重に負荷した後、SW60Tiローター(Beckman Coulter Inc.)において200,000×g、4℃で16時間半にわたって超遠心する。ショ糖勾配の上部から底部までで16の画分を収集する。微量天秤を使用してすべてのショ糖画分の密度を計算し、13の画分に集約する。一部のCMについては、CMを細胞溶解緩衝液(Cell Extraction Buffer,Biovision,www.BioVision.com)で前処理した後、ショ糖勾配密度平衡遠心分離機に負荷する。溶解緩衝液は、プロテアーゼ阻害剤のカクテル(Halt Protease Inhibitor Cocktail,EDTA−Free,Thermo Scientific,www.thermofisher.com)と共に1:1の容積でCMに添加する。混合物を静かに振とうしながら室温で30分間インキュベートする。
<試験材料および方法:タンパク質の定量>
CMのタンパク質濃度を、製造者の指示に従ってNanoOrange Protein Quantificationキット(Invitrogen)を使用して定量する。
<試験材料および方法:SDS−PAGEおよびウエスタンブロット分析>
CMの全タンパク質をポリアクリルアミドゲル上で分離した後、ニトロセルロース膜(Amersham Biosciences,Uppsala,Sweden)に移す。膜をブロックし、ヒトCD9、CD81、SOD−1、ピルビン酸キナーゼ、Alix、Tsp−1に対するマウス抗体と共にインキュベートして、続いてマウス一次抗体に対するホースラディッシュペルオキシダーゼ結合二次抗体と共にインキュベートする。その後、結合一次抗体を検出する、そしてそれゆえ抗原の存在を検出するための化学発光HRP基質と共にブロットをインキュベートする。
<試験材料および方法:スフィンゴミエリン、ホスファチジルコリンおよびコレステロールアッセイ>
CMの2つの独立した製剤および100,000×g、4℃で2時間のCMの超遠心からのペレット中のコレステロール、スフィンゴミエリンおよびホスファチジルコリン濃度を、市販のアッセイキットを使用して測定する。コレステロールはAmplex(登録商標) Red Cholesterol Assay Kit(Molecular Probes,USA)を使用して測定し、スフィンゴミエリンはSphingomyelin Assay Kit(Cayman Chemical Company,Ann Arbor,MI,USA)によって、およびホスファチジルコリンはPhosphatidylcholine Assay Kit(Cayman Chemical Company,Ann Arbor,MI,USA)を使用して測定する。
<試験材料および方法:馴化培地の限定的トリプシン処理>
CMを、TritonXもしくは溶解緩衝液によって、またはTritonXもしくは溶解緩衝液なしで、静かに振とうしながら4℃で30分間処理する。処理したCMに、静かに振とうしながら室温で3秒から20分間トリプシンを添加することによってタンパク質分解消化を実施させる。トリプシン阻害剤、PMSFを使用して消化を停止させる。
<試験材料および方法:miRNAマイクロアレイ分析>
MSCからの全細胞RNAの2つの生物学的複製物およびCMからの分泌RNAの2つの生物学的複製物をmiRNAマイクロアレイによって分析する。ハイブリダイゼーションおよびデータ解析はLLC(www.LCsciences.com)に委託する。チップは、Sanger miRBase Release 10.1(http://www.sanger.ac.uk/Software/Rfam/mirna/)に列挙されているmiRNA転写産物についてのプローブを含んだ。
<結果:心保護性分泌物は、多タンパク質複合体を形成するエキソソーム関連タンパク質を含有する>
活性成分を同定するため、本発明者らは先に、異なるMWCOを有する膜での限外ろ過によってCMを分画した。CMを1000kDaのMWCOを有する膜でろ過した場合、ろ液は保護性でないことが示されている。しかし、同様の膜で約125倍に濃縮したCMは、虚血/再灌流障害のマウスモデルにおいて心保護性である。要約すると、100kDa、300kDa、500kDaまたは1000kDaなどの0.2μmより小さいMWCOを有するフィルターでのろ過は心保護性ではない(図14)が、1000kDa膜(Timmers et al.,2008)または100kDa膜で濃縮したCMは心保護性である(図14)。これらの所見は、活性画分が、>1000kDaのまたは50〜100nmの直径を有する、大型複合体から成ることを示唆した。粒子のサイズ範囲に基づき、本発明者らはCM中の粒子がエキソソームであると仮定した。エキソソームは、形質膜と同じ配向を有する二重脂質膜と多小胞体から形成される(Fevrier and Raposo,2004;Keller et al.,2006)。それらは多くの細胞型によって産生されることが公知であり、細胞間情報伝達において重要であると考えられる。エキソソームは40〜100nmの直径を有する。エキソソームは多くの細胞型によって分泌されることが示されていて、これらのエキソソームのタンパク質組成は細胞特異的であると思われた。しかし、CD9、ピルビン酸キナーゼおよびAlixなどの一部のタンパク質は、エキソソームにおいて一般的に発現されると思われる(Sze et al.,2007)。本発明者らは以前に、分泌物中の約201個のタンパク質を同定した(Sze et al.,2007)。
本明細書において本発明者らは、試験材料および方法の中で詳述した本発明者らのプロテオーム解析において以前に述べた方法に修正を加えることにより、リストを793個のタンパク質(表E2)に拡大した。793個のタンパク質は、CD9、CD81、Alix、TSP−1、SOD−1およびピルビン酸キナーゼなどのエキソソーム関連タンパク質の多くを含んだ(Olver and Vidal,2007)。本発明者らは、ウエスタンブロット分析によって分泌物中のこれらのタンパク質の存在を確認した(レーン1、図15)。CD81、CD9およびAlixの共免疫沈降は、それらのエキソソームとの結び付きおよび分泌物中のエキソソームの存在を裏付けた。TSP−1、SOD−1およびピルビン酸キナーゼはCD81と共免疫沈降せず、これらのタンパク質がCD81+エキソソーム中に存在しないか、またはエキソソーム中には全く存在しないことを示唆した(図15)。
表2(以下)。LC−MS/MSおよび抗体アレイによって同定された739個のユニークな遺伝子産物のアルファベット順のリスト
表E2.LC−MS/MSおよび抗体アレイによって決定したCMのプロテオームプロフィール。4つの独立した試料を分析した。表中の各々のタンパク質は、4つの試料のうち少なくとも3つにおいて検出された。
表E2の上記タンパク質のうちで、TIMP1、TIMP2、TNFRSF11B、LGALS3、ALCAM、DCN、SFRP1、GDF15、PDGFC、PTX3、LTBP1、IGFBP2、GREM1、IGFBP7、MIF、MMP1、PLAU、INHBAおよびTHBS1は、LC MS/MSおよび抗体アレイによって同定された。PPIA、HIST1H4、PPIB、HIST1H4A、HIST1H4B、HIST1H4C、HIST1H4D、HIST1H4E、HIST1H4F、HIST1H4H、HIST1H4I、HIST1H4J、HIST1H4K、HIST1H4L、HIST2H2AA3、HIST2H2AA4、HIST2H4A、HIST2H4B、HIST4H4、HLA−A、HLA−B、SDCBP、TUBA1A、TUBA6、TUBA8、GAPDH、TUBB、TUBB2C、TUBB3、TUBB4、TUBB6、TUBB8、HSP90AB1、ANXA1、HSP90B1、ANXA2、ANXA5、ANXA6、PDCD6IP、CD9、CFL1、CLTC、ENO1、PKM2、MSNおよびYWHAGは、LC MS/MSおよび培養細胞によって分泌されたエキソソームに関する少なくとも4つの試験によって同定される。FGF16、FGFRL1、TNFRSF12A、TNFSF12、CXCL1、CCL18、CXCL12、CCL2、CXCL16、CCL7、CXCL2、CCN4、CXCL9、CCR4、CCR5、ANGPT4、GDF1、GDF11、SFRP4、GDF3、GDF5、GDF8、DKK1、LTA、PDGFA、LTB、MADH4、IFNG…、GPC5、IGF2R、CHRDL1、GRN、VEGFC、IL13、IL15、EML2、IL15RA、IL1RAP、MMP10、IL2、GZMA、IL21R、IL3、IL6、IL6ST、IL8、HGFおよびTHBSは、抗体アレイによって同定される。残りのタンパク質はLC MS/MSによって同定される。
<結果:エキソソーム関連タンパク質はリン脂質小胞に局在する>
CM中のエキソソームの存在を確認するため、CMを200,000gで2時間超遠心する。ペレット中にはエキソソーム関連タンパク質であるCD9の>200倍の富化が存在し、上清中には検出可能なレベルのCD9は存在しない(図16)。100,000gで1時間の超遠心は、すべてのCD9を沈降させるのに十分ではない(図16)。500kDaのMWCOを有するフィルターでのCMのろ過およびそれに続くろ液または保持液の200,000gで2時間の遠心分離は、保持液画分中にペレットを生成した(図16)。このペレット中では、それぞれ19kDaのMWを有するCD9が高度に富化されている。しかし、このペレットは虚血/再灌流障害のマウスモデルにおいて全く心保護作用を付与せず、本発明者らは、これが、強くボルテックス撹拌し、ピペットで分注してペレットを再懸濁する必要があるためであると推測した。本発明者らは、CD9の画分だけが100,000gおよび200,000gで1時間の遠心で沈降し、大部分は200,000gで2時間によって沈降することを認めた。小さな画分は200,000gで4時間によって沈降した。合わせて考慮すると、これらの所見は、活性成分が超遠心によって沈降し得る比較的大きな複合体であるという本発明者らの仮説を裏付ける。
エキソソーム関連タンパク質が実際にエキソソーム中、すなわちリン脂質小胞中に存在することを確認するため、CMを平衡超遠心によるショ糖密度勾配で分画する。脂質小胞と同様に、エキソソームの密度は1.13g/ml−1〜1.19g/ml−1の範囲にわたり、ショ糖勾配上を浮遊する。ショ糖勾配上での浮遊は、タンパク質凝集体またはヌクレオソームフラグメントなどの汚染物質からエキソソームを容易に分離する(Thery et al.,2002)。次に、ショ糖勾配からの画分を勾配に沿ってCD9、CD81、Tsp1、SOD−1およびピルビン酸キナーゼの存在に関して分析する(図17A)。著明な特徴は、タンパク質がそれらの分子量に相関するタンパク質の予想密度に沈降しなかったことである。これらの見かけ密度が脂質小胞に含有されるタンパク質によるものであるかどうかを測定するため、CMを細胞溶解緩衝液で処理した後(図17B)、ショ糖密度勾配で分画する。細胞膜可溶化試薬によるこの前処理は、見かけ密度の各々をそれらの分子量に相関するタンパク質の予想密度に回復させた。それゆえ、エキソソーム関連タンパク質は、本発明者らのエキソソーム仮説と一致して、脂質小胞内に局在する。
CM中に脂質小胞が存在することを確認するため、細胞膜の主要リン脂質であるスフィンゴミエリンおよびホスファチジルコリン、ならびにコレステロールの濃度を定量する(図17C)。予想されるように、タンパク質μg当たりのこれらの脂質の相対的濃度は、非馴化培地に比べてCM中でより高い。さらに、200,000gで2時間のCMの超遠心は脂質の濃度を有意に上昇させた(図17C)。
<結果:エキソソームタンパク質は膜に結合しているかまたは封入されている>
エキソソーム関連タンパク質は、CD9などの多くの公知の膜タンパク質およびSOD1などの細胞質タンパク質を含むので、本発明者らはそれゆえ、これらのタンパク質が同様に小胞の脂質膜および内腔に局在するかどうかを測定した。CMを経時的に限定的トリプシン処理に供する(図18A)。SOD1と類似のMWを有するCD9は、SOD1よりも比較的トリプシン消化を受けやすい。SOD1の消化は、CD9の50%超が消化された後でのみ認められる(図18A)。検出可能な中間体を生じなかったSOD1のトリプシン消化と異なり、CD9のトリプシン消化は3つのトリプシンペプチド中間体を生成し、CD9が異なるトリプシン感受性を備えたドメインを有することを示唆した。CD9のペプチド中間体および公知のトリプシン部位の長さに基づき、3つの感受性トリプシンペプチド中間体は膜貫通ドメインまたは細胞質ドメインにマッピングされる。これは、細胞CD9の公知の細胞質外ドメインは分泌されたCD9上でも同様に露出されていて、それゆえトリプシン感受性であるが、膜貫通ドメインおよび細胞質ドメインは露出されておらず、それゆえトリプシン消化に対して比較的抵抗性であることを示唆した。合わせて考慮すると、これらの所見は、公知の膜タンパク質であるCD9もエキソソームにおいて膜結合していて、細胞膜中のCD9と同じ方向に配向されているが、細胞質SOD−1は内腔に局在し、膜タンパク質の消化によって膜の完全性が損なわれた場合にのみ消化され得ることを示唆した。
<結果:MSCの分泌物中の、脂質小胞に封入されたRNAの存在>
RNAが細胞によってエキソソーム中に分泌されることは以前に報告されている(Smalheiser,2007;Taylor and Gercel−Taylor,2008;Valadi et al.,2007)。RNAが心保護性分泌物中に存在するか否かを測定するため、トリゾールによってCMからRNAを抽出し、タンパク質mg当たり5〜6μgのRNAを生成する。グリオキサール−アガロースゲル(図19A)または尿素−PAGE(図19B)上で分離した場合、RNAは検出不能レベルの18Sおよび28SリボソームRNAを含有し、大部分のRNAは<300ヌクレオチドであった。分泌物中のRNAの安定性が、タンパク質について認められたようなリン脂質小胞への封入のためであるのかどうかを測定するため、CMをRNアーゼで処理した後、RNAを抽出する。RNAの収率およびサイズ分布は未処置CMと同様であり(図19C)、分泌されたRNAがRNアーゼ分解から保護されることを示唆する。本発明者らは次に、SDSに基づく細胞溶解緩衝液、シクロデキストリンまたはホスホリパーゼA2でCMを処理することにより、RNAが、細胞膜に類似する、脂質膜によって保護されている可能性を試験した。4つの試薬の1つによる処理後、CMをRNアーゼに暴露し、次にRNAを抽出する。SDSに基づく細胞溶解緩衝液による前処理はRNAの完全な喪失を生じさせたが、シクロデキストリンまたはホスホリパーゼA2による処理はRNAの部分的な分解と喪失を導いた。これらの所見は、RNAが、コレステロールに富むリン脂質膜によってRNアーゼ活性から保護されていて、膜は、SDSに基づく細胞溶解緩衝液、脂質を溶解するTritonX−100などの界面活性剤、コレステロールをキレート化し、抽出するシクロデキストリンによって、またはホスホリパーゼDによる分解によって容易に溶解または損傷されることを示唆した。本発明者らはまた、約70〜100ヌクレオチドのRNAがより小さいMWのRNAよりもRNアーゼIII活性に対して感受性であることを認め、より大きなRNAが二本鎖であることが示唆された(図19D)。
<分泌RNAは小胞内に隔離されている>
RNAは脂質小胞であることが示されているので、本発明者らは次に、ショ糖勾配平衡超遠心法を使用してこれらの小胞の浮遊密度を測定した。CM、溶解緩衝液で前処理したCMまたはRNA MWマーカーのセットをショ糖密度勾配に負荷し、図4a、bに示されているように超遠心する。次に勾配を13の画分に取り、各々の画分をRNAについて抽出する。分泌RNAを1.074〜1.1170g/mlの密度で平衡させた(図20)。これに対し、RNA MWマーカーは1.115〜1.1170g/mlの浮遊密度を示し、溶解緩衝液によるCMの前処理とその後の遠心分離は、分泌RNAの密度をRNA MWマーカーの密度、すなわち1.115〜1.1145g/mlに上昇させた(図20C)。これらの所見は、それゆえ、RNAが脂質小胞に封入されていて、それゆえ可溶性RNAよりもはるかに低い見かけ密度を有することと一致する。溶解緩衝液によるCMの前処理はRNAを放出させ、RNAマーカーの密度で沈降するRNAを生じさせた。
<結果:RNA含有小胞はCD81含有エキソソーム内には存在しない>
上記に示すように、CD9、CD81およびAlixは抗CD81抗体によって共免疫沈降する。本明細書において本発明者らは、RNAもCD81と免疫沈降するか否かを試験した。免疫沈降後、RNAは沈殿物中には存在せず、上清中に残存した(図21)。それゆえ、分泌RNAはCD81+、CD81+CD9+またはCD81+CD9+Alix+小胞内に隔離されていない。
<結果:分泌RNAは、プレmiRNAを含むマイクロRNAを含有する>
エキソソームはマイクロRNAを含有することが報告されていて(Smalheiser,2007;Taylor and Gercel−Taylor,2008;Valadi et al.,2007)、CM中のRNAの大部分は300ヌクレオチド未満であるので、本発明者らは、マイクロアレイハイブリダイゼーションを実施することによってMSCおよびそれらのCMからのRNAをマイクロRNA(miRNA)の存在に関して試験した。149個のmiRNAがMSCにおいて検出され、63個がCMにおいて検出される(図22A、以下の表E3)。
表E3.マイクロアレイハイブリダイゼーションによって決定したMSCおよびCM中のmiRNAのリスト
47個のmiRNAはMSCとCMの両方に存在する。これらは、hsa−let−7a、hsa−miR−149、hsa−miR−214、hsa−let−7b、hsa−miR−221、hsa−let−7c、hsa−miR−26a、hsa−miR−151−5p、hsa−miR−222、hsa−let−7d、hsa−miR−100、hsa−miR−320、hsa−let−7e、hsa−miR−103、hsa−let−7f、hsa−miR−181a、hsa−miR−574−3p、hsa−miR−574−5p、hsa−let−7i、hsa−miR−107、hsa−miR−575、hsa−miR−125a−5p、hsa−miR−125b、hsa−miR−361−5p、hsa−miR−638、hsa−miR−663、hsa−miR−191、hsa−miR−671−5p、hsa−miR−132、hsa−miR−191、hsa−miR−193a−5p、hsa−miR−423−5p、hsa−miR−21、hsa−miR−31、hsa−miR−143、hsa−miR−22、hsa−miR−145、hsa−miR−23a、hsa−miR−146a、hsa−miR−425、hsa−miR−92a、hsa−miR−923、hsa−miR−23b、hsa−miR−940、hsa−miR−24、hsa−miR−149およびhsa−miR−483−5pである。
16個のmiRNAがCMにおいて検出可能であるが、MSC中では検出レベル以下で存在する。これらは、hsa−let−7b、hsa−miR−124、hsa−miR−296−5p、hsa−miR−765、hsa−miR−1228、hsa−miR−1238、hsa−let−7d、hsa−miR−150、hsa−miR−493、hsa−miR−933、hsa−miR−1234、hsa−miR−122、hsa−miR−198、hsa−miR−572、hsa−miR−1224−5pおよびdhsa−miR−1237である。
以下のmiRNAsはMSC中にのみ存在する:hsa−miR−24−2、hsa−miR−98、hsa−miR−484、hsa−miR−25、hsa−miR−99a、hsa−miR−151−3p、hsa−miR−491−5p、hsa−miR−99b、hsa−miR−503、hsa−miR−26b、hsa−miR−152、hsa−miR−505、hsa−miR−27a、hsa−miR−155、hsa−miR−324−5p、hsa−miR−532−5p、hsa−miR−27b、hsa−miR−106a、hsa−miR−328、hsa−let−7g、hsa−miR−27b、hsa−miR−106b、hsa−miR−181a、hsa−miR−330−3p、hsa−miR−28−3p、hsa−miR−181a−2、hsa−miR−331−3p、hsa−miR−10a、hsa−miR−28−5p、hsa−miR−125a−3p、hsa−miR−181b、hsa−miR−335、hsa−miR−584、hsa−miR−15a、hsa−miR−29a、hsa−miR−181c、hsa−miR−342−3p、hsa−miR−612、hsa−miR−15b、hsa−miR−29c、hsa−miR−181d、hsa−miR−345、hsa−miR−625、hsa−miR−16、hsa−miR−30a、hsa−miR−126、hsa−miR−185、hsa−miR−629、hsa−miR−17、hsa−miR−30a、hsa−miR−128、hsa−miR−186、hsa−miR−362−3p、hsa−miR−18a、hsa−miR−30b、hsa−miR−130a、hsa−miR−187、hsa−miR−362−5p、hsa−miR−18b、hsa−miR−30c、hsa−miR−130b、hsa−miR−365、hsa−miR−19b、hsa−miR−30d、hsa−miR−374b、hsa−miR−708、hsa−miR−20a、hsa−miR−30e、hsa−miR−137、hsa−miR−192、hsa−miR−421、hsa−miR−744、hsa−miR−20b、hsa−miR−30e、hsa−miR−140−3p、hsa−miR−766、hsa−miR−195、hsa−miR−424、hsa−miR−768−3p、hsa−miR−31、hsa−miR−197、hsa−miR−424、hsa−miR−768−5p、hsa−miR−22、hsa−miR−34a、hsa−miR−145、hsa−miR−199a−3p、hsa−miR−425、hsa−miR−769−5p、hsa−miR−34a、hsa−miR−199a−5p、hsa−miR−877、hsa−miR−23a、hsa−miR−146b−5p、hsa−miR−199b−5p、hsa−miR−454、hsa−miR−92b、hsa−miR−148b、hsa−miR−210、hsa−miR−455−3p、hsa−miR−93、hsa−miR−212。
マイクロアレイ分析はまた、CMが有意のレベルのアンチガイドmiRNA(星印で示す)を含有することを指示した。たとえば、CM中のlet7b対let7b、let7d対let7dおよびmiR−191対miR−191の相対的比率は、MSC中の比率と比べてはるかに低い(図22B)。細胞において、ステムループプレmiRNAの切断は成熟ガイドmiRNAおよびアンチガイドmiRNAを生成する。後者は通常、細胞内で分解される。ガイドmiRNA対アンチガイドmiRNAの低い比率についての1つの可能な説明は、分泌物中のマイクロRNAがプレmiRNAであり、成熟RNAではないことである。その可能性は、70〜100ヌクレオチドのRNAが二本鎖であるという本発明者らの所見と一致する(図19D)。この所見を確認するため、RNアーゼIIIによる事前処理を実施してまたは実施せずに、ガイドmiRNAおよびプレmiRNAに特異的なプライマーを使用して逆転写したRNAのリアルタイムPCR分析を実施する。RNアーゼIII処理は、プレmiRNAを分解し、それをRT−PCRによって検出不能にすることによってプレmiRNAの存在を確認する。
<心保護性分泌物は、1〜1000nmの検出可能範囲内で45〜55nmの流体力学的半径を有する粒子だけを含有する>
分泌物が大型複合体を含有することを確認するため、CMおよびNCMを最初にHPLCでのサイズ排除によって分離し(図13)、次に220nmの吸光度によって測定した場合の各々の溶出ピークを、準弾性光散乱(QELS)検出器を使用して動的光散乱(DLS)に関して検査する。
11〜13分の保持時間を有する1つの溶出ピークだけが動的光散乱を示し、このピークでの粒子のrは約45〜55nmである。13〜16分および17〜19分の保持時間を有するその他の溶出ピークは動的光散乱を示さなかった。DLSのr検出範囲は1〜1000nmであり、DNAαへリックスの直径は2nm、球状タンパク質は1〜10nm、核細孔(50nm)、大型ウイルス(100nm)およびミトコンドリアは3μMであるので、DLSは、それゆえ、大部分の生物学的粒子を検出することができる。
心保護作用が>1000kDaのMWを有する画分に関連するという本発明者らの所見に基づき、本発明者らは、12分の保持時間の溶出ピークが活性成分であると仮定する。
これを確認するため、この溶出ピークを採集し、上記および(Timmers et al.,2008)に述べられているように心筋虚血/再灌流障害のマウスモデルにおいて試験する。
参考文献(実施例1〜18を含む)
参考文献(実施例19〜30を含む)
参考文献(実施例31〜47を含む)
特許出願および特許の各々の審査の間を含む、本明細書の中で言及される特許出願および特許の各々、ならびに上記特許出願および特許の各々において引用または参照される各々の文書(「特許出願引用文書」)、ならびに特許出願および特許の各々においておよび特許出願引用文書において引用または言及される何らかの製品についての製造者の指示書またはカタログは、参照により本明細書に組み込まれる。さらに、本文中で引用されるすべての文書、および本文中で引用される文書において引用または参照されるすべての文書、および本文中で引用または言及される何らかの製品についての製造者の指示書またはカタログは、参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書で述べる方法および本発明のシステムの様々な修正および変更が、本発明の範囲および精神から逸脱することなく当業者には明白である。本発明を特定の好ましい実施形態に関連して説明したが、特許請求される本発明はそのような特定実施形態に不当に限定されるべきではなく、それらの多くの修正および追加が本発明の範囲内で行われ得ることが了解されるべきである。実際に、分子生物学または関連分野の当業者には明白である、本発明を実施するための前述した方法の様々な修正は、特許請求の範囲内であることが意図されている。さらに、以下の従属請求項の特徴と独立請求項の特徴との様々な組み合わせが、本発明の範囲から逸脱することなく行われ得る。

Claims (18)

  1. 間葉系幹細胞により分泌され、間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)の生物活性、たとえば心保護作用などの、間葉系幹細胞の少なくとも1つの生物学的性質を含む粒子。
  2. たとえば心筋虚血および再灌流障害のマウスもしくはブタモデルにおいて評価した場合、梗塞の大きさを縮小することができる、またはたとえば過酸化水素(H)誘導性細胞死のインビトロアッセイにおいて評価した場合、酸化ストレスを低減することができる、請求項1に記載の粒子。
  3. 前記粒子が、たとえば、表D1もしくはE2に示すリストから選択されるような間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)中のタンパク質の少なくとも70%を含有するエキソソームなどの小胞を含むか、または表D2に示す遺伝子もしくは表E3に示す1つもしくはそれ以上のmiRNAを含有する遺伝子の遺伝子産物である、請求項1または2に記載の粒子。
  4. 前記粒子が、(a)たとえば<100kDaのタンパク質を含有する、分子量>100kDaの複合体;(b)たとえば<300kDaのタンパク質を含有する、分子量>300kDaの複合体;または(c)分子量>1000kDaの複合体を含む、請求項1、2または3に記載の粒子。
  5. 前記粒子が、たとえば0.2μMフィルターでのろ過および10kDaの分子量カットオフ値を有する膜による濃縮によって測定した場合もしくは電子顕微鏡検査によって測定した場合、2nm〜200nmの大きさ、たとえば50nm〜150nmの大きさもしくは50nm〜100nmの大きさを有する、または、たとえばレーザー回折もしくは動的光散乱によって測定した場合、100nm未満、たとえば約30nm〜約70nm、約40nm〜約60nm、たとえば約45nm〜約55nm、たとえば約50nmの流体力学的半径を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の粒子。
  6. 前記粒子が、リン脂質、ホスファチジルセリン、ホスファチジルイノシトール、ホスファチジルコリン、スフィンゴミエリン、セラミド類、糖脂質、セレブロシド、ステロイド類、コレステロールから成る群から選択される脂質を含有し、たとえば前記コレステロール−リン脂質比が0.3〜0.4(モル/モル)超である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の粒子。
  7. 前記粒子が脂質ラフトを含有する、または前記粒子が非イオン性界面活性剤、好ましくはTriton−X100に不溶性である、または前記粒子が、前記粒子を非イオン性界面活性剤で処理した場合、請求項4で規定される前記分子量のタンパク質が前記請求項で規定される前記分子量の複合体中に実質的に残存する前記粒子である、または前記粒子が、たとえばシクロデキストリンでの処理が請求項4で規定される前記複合体の実質的な溶解を引き起こすように、シクロデキストリン、好ましくは20mMシクロデキストリンに対して感受性である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の粒子。
  8. 前記粒子がリボ核酸(RNA)を含有し、好ましくは前記粒子が1.9の吸光度比(260:280nm)を有する、または前記粒子がCD9、CD109およびthy−1から成る群から選択される表面抗原を含有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の粒子。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の粒子を作製する方法であって、間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)から前記粒子を単離することを含み、場合により、たとえば前記分子量が請求項4に記載される前記分子量から選択される、または前記大きさが請求項5に記載される前記大きさから選択される、または前記組成物が請求項6に記載される前記組成物から選択される、または前記生物活性が請求項1もしくは2のいずれか一項に記載される前記生物活性から選択されるような、分子量、大きさ、形状、組成物または生物活性に基づき前記粒子を他の成分から分離することを含む方法。
  10. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の粒子を作製する方法であって、
    (a)間葉系幹細胞馴化培地(MSC−CM)を得ること;
    (b)前記間葉系幹細胞馴化培地を、たとえば>1000kDa膜での限外ろ過によって、濃縮すること;
    (c)前記濃縮間葉系幹細胞馴化培地を、たとえばTSK GuardカラムSWXL、6×40mmまたはTSKゲルG4000 SWXL、7.8×300mmカラムを使用して、サイズ排除クロマトグラフィーに供すること;および
    (d)たとえば220nmで、準弾性光散乱(QELS)によって検出されるような動的光散乱を示すUV吸収画分を選択すること
    を含み、工程(d)が、たとえば、11〜13分、たとえば12分の保持時間で溶出する画分を収集することを含む方法。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の粒子を医薬的に許容される賦形剤、希釈剤または担体と共に含有する医薬組成物。
  12. 疾患を治療する方法における使用のための、請求項1〜10のいずれか一項に記載の粒子または請求項11に記載の医薬組成物。
  13. 疾患の治療のための医薬組成物の製造のための、または個体における疾患の治療の方法における、請求項1〜10のいずれか一項に記載の粒子の使用。
  14. 前記疾患が、心不全、骨髄疾患、皮膚疾患、熱傷、および糖尿病、アルツハイマー病、パーキンソン病などの変性疾患、がん、心筋梗塞、皮膚創傷、皮膚障害、皮膚病変、皮膚炎、乾癬、コンジローム、ゆうぜい、血管腫、ケロイド、皮膚がん、アトピー性皮膚炎、ベーチェット病、慢性肉芽腫症、皮膚T細胞リンパ腫、潰瘍形成、炎症を誘導する初期損傷によって特徴づけられる病的状態、ならびに線維症および機能喪失を含む慢性組織リモデリングを導く免疫機能不全、腎虚血障害、嚢胞性線維症、副鼻腔炎および鼻炎または整形外科的疾患から成る群から選択される、請求項12に記載の粒子または請求項13に記載の使用。
  15. 個体における創傷治癒、瘢痕減少、骨形成、骨移植もしくは骨髄移植を助けるため、または(i)以下の1つもしくはそれ以上から選択される経路の調節:Rho GTPアーゼによる細胞骨格調節、細胞周期、インテグリンシグナル伝達経路、ケモカインおよびサイトカインシグナル伝達経路によって媒介される炎症、FGFシグナル伝達経路、EGF受容体シグナル伝達経路、血管新生、プラスミノーゲン活性化カスケード、血液凝固、解糖、ユビキチンプロテアソーム経路、de novoプリン生合成、TCA回路、フェニルアラニン生合成、ヘム生合成;(ii)以下の1つもしくはそれ以上を含む過程の調節:細胞の構造および運動性、細胞構造、細胞間情報伝達、細胞運動性、細胞接着、エンドサイトーシス、有糸分裂、エキソサイトーシス、細胞質分裂、細胞周期、免疫および防御、サイトカイン/ケモカイン媒介性免疫、マクロファージ媒介性免疫、顆粒球媒介性免疫、リガンド媒介性シグナル伝達、サイトカインおよびケモカイン媒介性シグナル伝達経路、シグナル伝達、細胞外マトリックスタンパク質媒介性シグナル伝達、増殖因子ホメオスタシス、受容体タンパク質チロシンキナーゼシグナル伝達経路、細胞接着媒介性シグナル伝達、細胞表面受容体媒介性シグナル伝達、JAK−STATカスケード、抗酸化およびフリーラジカル除去、ホメオスタシス、ストレス応答、血液凝固、発生過程、中胚葉発生、骨格発達、血管新生、筋形成、筋収縮、タンパク質の代謝と修飾、タンパク質分解、タンパク質の折りたたみ、タンパク質複合体構築、アミノ酸活性化、細胞内タンパク質輸送、他のタンパク質ターゲティングと局在化、アミノ酸代謝、タンパク質生合成、タンパク質ジスルフィドイソメラーゼ反応、炭水化物代謝、解糖、ペントースリン酸回路、他の多糖代謝、プリン代謝、リン酸代謝の調節、ビタミン代謝、アミノ酸生合成、プレmRNAプロセシング、翻訳調節、mRNAスプライシング;または(iii)以下の1つもしくはそれ以上を含む機能の供給:シグナル伝達分子、ケモカイン、増殖因子、サイトカイン、インターロイキン、他のサイトカイン、細胞外マトリックス、細胞外マトリックス構造タンパク質、他の細胞外マトリックス、細胞外マトリックス糖タンパク質、プロテアーゼ、メタロプロテアーゼ、他のプロテアーゼ、プロテアーゼ阻害因子、メタロプロテアーゼ阻害因子、セリンプロテアーゼ阻害因子、オキシドレダクターゼ、デヒドロゲナーゼ、ペルオキシダーゼ、シャペロン、シャペロニン、Hsp 70ファミリーのシャペロン、他のシャペロン類、シンテターゼ、シンターゼおよびシンテターゼ、セレクトカルシウム結合タンパク質、アミノアシル−tRNAシンテターゼ、リアーゼ、イソメラーゼ、他のイソメラーゼ、ATPシンターゼ、ヒドラターゼ、トランスアミナーゼ、他のリアーゼ、他の酵素調節因子、セレクト調節分子、アクチン結合細胞骨格タンパク質、細胞骨格タンパク質、非モーターアクチン結合タンパク質、アクチンおよびアクチン関連タンパク質、アネキシン、チューブリン、細胞接着分子、アクチン結合モータータンパク質、中間径フィラメント、リボ核タンパク質、リボソームタンパク質、翻訳因子、他のRNA結合タンパク質、ヒストン、カルモジュリン関連タンパク質、小胞コートタンパク質における、請求項1〜10のいずれか一項に記載の粒子の使用。
  16. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の粒子を送達するための送達システムであって、粒子の供給源を、前記粒子を標的に送達するように作動し得るディスペンサーと共に含む送達システム。
  17. 粒子を標的に送達する方法における、請求項16に記載の送達システムの使用。
  18. 添付の図面に関連して実質的に前述した、添付の図面の図1〜23に示す粒子、粒子を製造する方法または使用。
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