JP2016185962A - 細胞移植 - Google Patents

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Abstract

【課題】再建手術及び美容整形における脂肪組織又は脂肪組織由来の細胞を移植において、脂肪移植片中の細胞膜に対する損傷を防止するために用いることができるポリマーの提供。【解決手段】ポロキサマーP188などのトリブロック共重合体を、対象に移植する脂肪細胞または脂肪組織と混合することは、細胞膜を安定化させ、これにより軟部組織の再建または増大での脂肪移植の成功を高める。かかる方法はまた、成人幹細胞または脂肪組織由来の他の細胞の移植においても用いることができる。リポ酸などの他の剤も、細胞移植のためのポリマー/細胞組成物に加えることができる。【選択図】なし

Description

関連分野
本出願は、35U.S.C.§119(e)のもとで、2008年10月21日に出願された米国特許仮出願USSN 61/107,023に基づく優先権を主張し、それは参照により本明細書に組み込まれる。
発明の背景
外傷に続発する軟部組織損傷および形成異常、先天的欠陥、感染症、および腫瘍切除は、患者における重大な病的状態のソースである。現在、自己遊離皮弁再建または局所前進皮弁は、重大な軟部組織および骨の欠損に対する再建モダリティの中心である。有茎皮弁および遊離皮弁再建は、再建に対する強力なツールを提供する一方で、これらは潜在的に、重篤な副作用およびドナー部位の病的状態なしではあり得ない。
自己脂肪移植は軟部組織の再建に用いられてきたが、これは予測することができない。脂肪吸引した脂肪を用いる利点は2つある:1)最小のドナー部位病的状態により、安全で容易にアクセス可能な自己細胞(autologous cells)のソースを提供すること;および2)これらの手順が、虚血性合併症および血管新生遊離皮弁に関連する初期の移植失敗についての心配なしに、比較的容易に実施できること。しかし今日まで、遊離脂肪移植片は、予測不可能な高レベルの再吸収およびそれによる不規則性(異常)に悩まされてきた。遊離脂肪移植の失敗および容積の減少は、採取による膜損傷をもたらす機械的ストレス、初期の虚血変化、および移植片に対する栄養枯渇と不十分な血管供給に関連するようである。これらのストレッサーはアポトーシスおよび細胞死をもたらす。続いて移植片の再吸収が、血管再生後の死んだ細胞デブリの除去から生じる。これは、軟部組織再建のためには不整合で望ましくない結果をもたらす。脂肪移植が1893年にNeuberにより最初に記載されて以来、遊離脂肪移植の結果はほとんど改善されていない。これまで、十分な血管形成が確立できるまで初期の虚血傷害細胞を低減するための努力は、ささやかな成果しか得られていない。したがって、脂肪移植の血管供給を改善するのみでは、脂肪移植の結果の大幅な改善に十分ではない可能性がある。脂肪移植片の調達、取扱い、および/または移植の間の細胞に対する損傷を防止することもまた、重要である。
美容整形および再建手術における、脂肪組織または脂肪組織由来の細胞(たとえば脂肪細胞、幹細胞)の、より成功する移植の必要性が存在する。軟部組織再建のために大量の自己脂肪組織を移行できることは、潜在的に何百万もの患者に対して、関連するドナー部位病的状態のない新規な再建オプションを提供する。さらに、ドナー部位オプションが限られている患者に対して、および皮弁再建に必要な長い手術時間に耐えられない患者に対して、強力なツールを提供する。
本発明は、脂肪組織および脂肪細胞の、予測可能で成功する移植の必要性からもたらされる。本発明は少なくとも部分的に、脂肪移植片の損傷された細胞はアポトーシスとなり、最終的にレシピエントの身体に再吸収されてしまうとの発見からもたらされる。かかる移植片の細胞、特に細胞膜の損傷を防止すれば、より成功し予測可能な移植が可能となる。移植片の細胞の損傷を防止するために、本発明において細胞膜は、移植片の調達、移植片の取扱い(例えば洗浄、貯蔵)、および/または最終的に移植手順の間、損傷から保護される。種々の膜安定剤を試験して、脂肪移植片における経時的な細胞死を減少させる剤を同定した。2つの親水性部分が側面に配置された中心疎水性部分を有するトリブロックコポリマー(例えば図1に示すポロキサマーP188)は、細胞膜を安定化し、脂肪移植片における経時的な細胞死を減少させることが見出された。移植する脂肪組織または脂肪細胞と混合されたかかるポリマーは、予測可能で永久的な脂肪移植をもたらす。他のポリマー、例えばジブロックコポリマー、テトラブロックコポリマー、およびポリエチレングリコールなども試験したが、細胞を損傷から保護しないか、または細胞を溶解することが見出された。したがって本発明は、トリブロックコポリマー、特にP188を、軟部組織再建または増大のための脂肪移植において用いるための組成物、方法、およびキットを提供する。
細胞膜は、疎水性ドメインと親水性ドメインを有するリン脂質を含む。これらのリン脂質は、細胞を囲む連続した脂質二重層を形成する。この二重層の完全性は、細胞に対する損傷を防止するのに重要である。本発明は、細胞膜を封止および/または安定化し細胞の損傷を防止する、トリブロックコポリマーの組成物を提供する。典型的には、かかるポリマーは細胞のリン脂質二重層と相互作用し、外傷を受けた細胞膜の穴を埋める。さらに、かかるポリマーは、膜の粘性を低下させることが示された。細胞粘性の低下は、外傷を受けた細胞をより可溶性にし、これは損傷した膜に対する圧力を低下させる。本発明はまた、かかる組成物を脂肪組織および脂肪細胞、または他の組織および細胞(例えば幹細胞)の移植において用いる方法を提供する。
1つの側面において、本発明は、細胞の封止および/または安定化を促進するトリブロックコポリマーを提供する。好ましくは、本発明で用いるポリマーは、生体適合性および/または生分解性である。ポリマーは細胞の溶解を引き起こしてはならない。ある態様において、ポリマーは非イオン性ポリマーである。ある態様において、ポリマーはポリエーテルである。ある態様において、ポリマーはポリアルキルエーテルである。ある態様において、ポリマーはポリアルキルエーテルと他のポリマー(例えばポリアルキルエーテル)のコポリマーである。特に、ポロキシマー(poloxymer)(ポロキサマー(poloxamer)としても知られている)は、細胞膜を封止し安定化するのに有用であることが見出された。次の化学構造に示されるように、ポロキシマーは、ポリオキシエチレン(POE)(ポリエチレングリコール(PEG)としても知られている)の2つの親水性鎖が側面に配置されたポリオキシプロピレン(POP)(ポリプロピレングリコールとしても知られている)の中心疎水性鎖から構成される、非イオン性トリブロックコポリマーである。ある態様において、2つの親水性尾部が側面に配置された疎水性コアを有するトリブロックコポリマーは、脂肪移植に好ましい。
ある態様において、ポロキシマーP188を用いて、脂肪移植片の細胞膜を封止および/または安定化させる。ポロキシマーP188は、脂肪細胞の損傷した膜を修復すること、および損傷した脂肪細胞の生存度と生存の可能性を改善することに特に有効であることが見出された。特定の理論に拘束されることを意図せず、細胞膜のP188による修復の、提唱されたメカニズムを図2に説明する。損傷した細胞膜は、中心脂質層(すなわち膜の疎水性部分)の一部を周囲に暴露する。P188の中心疎水性部分は、膜のこの疎水性の層と相互作用し、P188の側面に配置された親水性端部は、細胞膜の外側親水性表面に沿って自らを位置させる。この封止/修復プロセスは、従来の自動車タイヤのプラグ修復と似ており、ここでは、柔軟なゴム製プラグの中心をタイヤの小さな穴に押し入れて、外側のトレッドに沿って位置するプラグの端部でこの穴を封止する。損傷膜の穴を封止するには、1つより多くのP188分子が必要となる場合もある。ある態様において、ポロキシマーP188は、脂肪移植片の細胞の損傷を防止する。ポロキサマーはBASFよりPLURONIC(登録商標)の商品名で販売されている。特に、ポロキサマー188(P188)は、PLURONIC(登録商標)F68である。ポリマーを形成するブロックの長さをカスタム化することができるため、異なる特性の多数の異なるポロキサマーが存在する。これらのコポリマーは、通常、室温でのポロキサマーの状態についての文字(「P」は粉末、「L」は液体、「F」はフレーク)と続く3桁の数字で名付けられる。最初の2桁×100は、疎水性ポリオキシプロピレンコアのおよその分子量を示し、最後の数字×10は、ポリオキシエチレン含量のパーセンテージを示す。ポロキサマー188は、ポリオキシプロピレンの分子量が1800g/モルで、80%のポリオキシエチレン含量のポロキシマーであり、ポロキサマー188は、平均分子量7680〜9510g/モルを有する。「Pxxy」名称を、商品名「Fzz」に変換するには、「Pxxy」のxxを約3倍する、すなわちP188はF68である。本発明で有用となり得るその他のポリキシマーとしては、ポロキサマー108(PLURONIC(登録商標)F38)、P184(PLURONIC(登録商標)L64)、P401、P402、P407(PLURONIC(登録商標)F127)、およびP408(PLURONIC(登録商標)F108)が挙げられる。より小さい分子量で、同程度または低いPEG含量の他のポロキサマーは、本発明に有用となり得る。典型的には、細胞がドナーから取り出されたら、ポリマーをできるだけ早く加えて、速やかに膜の損傷を防止および/または修復する。ポリマーは、移植片の細胞に、1mLの細胞当たり約1mg〜約20mgの濃度範囲で加える。ある態様において、ポリマーのミリモル濃度を、移植用のポリマー/細胞組成物に用いる。典型的には、所望の膜安定性をもたらすポリマーの最低濃度を用いる。当業者が理解するように、組成物中のポリマーの濃度は、移植する細胞を安定化するために用いるポリマーに依存する。
移植する細胞または組織を適切な濃度のポリマーと混合し、これを次にレシピエント(例えばヒト)の所望の移植部位(例えば顔、唇、乳房)に移植する。本発明の技術を用いて、任意の細胞または組織を移植することができる。ある態様において、組織は脂肪組織である。ある態様において、細胞は脂肪質組織に由来する。ある態様において、細胞は、異なる型の細胞を含む脂肪移植片(例えば脂肪組織)の一部であり、該異なる型の細胞としては、限定することなく、脂肪細胞、間質細胞、上皮細胞、内皮細胞、線維芽細胞、および血球を含む。ある態様において、細胞は間質細胞である。ある態様において、細胞は内皮細胞である。ある態様において、細胞は幹細胞である。ある態様において、細胞は脂肪組織由来の幹細胞である。細胞は、採取時にポリマーと混合してよい。ある態様においては、組織がドナーから取り出される前に、脂肪組織が取り出されるべき部位にポリマーを含む組成物を注入する。他の態様においては、ポリマーは、細胞がドナーから取り出された後に該細胞に加える。ポリマーは、加工または貯蔵時に細胞に加えてもよく、または細胞は、移植の直前にポリマーと混合してもよい。細胞または組織は、ポリマーを含む組成物で洗浄するか、またはその他で加工してもよい。ある態様において、ポリマーを、移植前に移植片から洗い流す。
細胞/ポリマー組成物はまた、その他の剤も含むことができる。例えば組成物は、移植する細胞をさらに保護するかまたは安定化する剤を含むことができ、または剤は、ポリマーを保護することができる。ある態様において、組成物は、ビタミン、ミネラル、抗酸化剤、浸透圧保護剤、粘性増強剤、コエンザイム、膜安定剤、脂質、炭水化物、ホルモン、増殖因子、抗炎症剤、ポリヌクレオチド、タンパク質、ペプチド、アルコール、有機酸、有機小分子などを含む。脂肪移植における特に有用な組合わせは、P188とリポ酸である(以下にその還元および酸化形態を示す)。ある態様において、リポ酸の還元形態を用いる。他の態様において、リポ酸の酸化形態を用いる。さらに他の態様において、2つの形態の混合物を用いる。
本発明は、脂肪移植に用いるための脂肪細胞とポリマー(例えばP188)の組成物を提供する。ある態様において、本発明は、幹細胞とポリマー(例えばP188)の組成物を提供する。幹細胞は、脂肪質組織由来の成人幹細胞であってよい。脂肪質組織由来の他の細胞(例えば幹細胞、線維芽細胞、内皮細胞、間質細胞)も、本発明に用いることができる。本発明の細胞/ポリマー組成物は、本明細書に記載されているような、膜破壊および/または遊離基形成を最小化する他の剤(例えば、抗酸化剤、ビタミン、脂質、タンパク質、ペプチド、ホルモン、増殖因子、炭水化物、医薬剤)を含むこともできる。
他の側面において、本発明は、本発明の組成物および方法を用いた、脂肪移植に有用なキットを提供する。キットは、対象に対して脂肪または脂肪由来細胞を移植するのに必要な全成分の全てまたはそのサブセットを含むことができる。キットは、例えば、ポリマー(例えばP188)、細胞洗浄のための1または2以上の緩衝液、細胞洗浄のための装置、細胞、シリンジ、針、カップ、容器、アルコール綿棒、麻酔薬、抗生物質、抗酸化剤、ビタミン、脂質、炭水化物、ホルモン、増殖因子などを含む。ある態様において、細胞の採取に用いる容器またはシリンジは、その中にポリマー(例えばP188)を有してもよく、こうして採取した細胞は直ちに膜安定剤と接触させられる。ある態様において、細胞は、細胞を受け取る患者自身から得られる(すなわち、自己移植片)。ある態様において、キットの成分は、外科医または他の医療従事者が便利に用いるために、滅菌して包装される。キットはまた、ポリマー(例えばP188)と他の剤を採取/移植手順において用いるための使用説明書も含むことができる。キットは、一回の使用に必要な成分を提供することができる。キットはまた、包装材および、医薬品および/または医療機器を規制する政府監督機関が要求する情報も含むことができる。
図1は、Aは、ポリマーP188のポリオキシエチレン(POE)親水性サブユニットを示す。Bは、2つのPOE親水性尾部にまたがる疎水性ポリオキリプロピレン(POP)サブユニットを有するトリブロックP188の構造を示す。
図2は、推定されるP188の膜挿入を示す。P188の疎水性領域は、その長い水和化された疎水性尾部を損傷された膜の孔に挿入し、膜を超えて伸ばして細胞の粘性を低下させ、膜のイオン性漏出を安定化させると考えられている。
図3は、Aは、1つの無傷の脂肪細胞の電子顕微鏡検査(EM)の図であり、無傷の脂質二重層を示す。Bは、膜の孔を有する脂肪細胞の細胞二重層の拡大EMの図であり、サイズは膜表面に沿ってナノメーター単位で示されている(矢印)。
図4は、細胞/ポロキシマーP188、細胞/デキストラン、または細胞/生理食塩水の組成物1mLの移植6週間後の再吸収を示す図である。
図5は、細胞/ポロキシマーP188、細胞/デキストラン、または細胞/生理食塩水の組成物0.6mLの移植6週間後の再吸収を示す図である。
図6は、6日目における、生理食塩水とP188で処置した脂肪移植片(1.0cc、1.0g)の共焦点顕微鏡画像である。細胞は、免疫化学FLIVO赤色ポリカスパーゼ活性化アポトーシス特異的染料を用いて標識した。生理食塩水で処置した対照も示す。(上図)は、大量の、赤色標識されたアポトーシス小胞を示す。一方、6日目に、P188で処置した試料は比較的少量の赤色標識されたアポトーシス液胞を示す(緑色の細胞質は、正常な自己蛍光の結果である)。
図7は、移植初期におけるアポトーシス事象を示す図である。移植初期の脂肪移植片におけるアポトーシスレベル。P188は、生理食塩水で処置した対照と比べて、6日目にアポトーシス事象における統計的に有意な減少を示す。
図8は、P188と比較した、種々の剤による移植前後の期間のアポトーシス事象の増加を示す図である。種々のポリマーおよび添加剤をP188と比較した。上図の系列は、剤がP188より劣っていた4つの10日間実験を示す。移植初期の期間にアポトーシスを増加させる剤は、脂肪細胞に毒性であり、移植片の増大には適さない。(注記:PEG8000、T1107実験(左下)は、MitoPTアポトーシス標識を使用し、一方、他の実験ではPromegaのApo-Oneアポトーシスアッセイを用いた。Apo-Oneアポトーシスアッセイは、平均して10倍高いシグナルを生成し、MitoPTシグナルは我々のアッセイ法では輝度が低い。これは純粋にアッセイの差であり、アポトーシスの程度における差を示すものではない。)
図9は、リポ酸が初期のアポトーシスを低減する相加効果を有することを示す。リポ酸で処置した脂肪移植片は、生理食塩水処置の対照と比べて、移植期間の間にアポトーシスの減少を示した。アポトーシスにおけるこれらの改善は、6週目での長期移植性能の改善をもたらす。
図10は、処置および移植後の時間の関数としての重量を示す図である。移植後の最初の10日間、脂肪移植片は毎日計量した。移植片が〜25%脱水した第1日目の後、無血管期間の間の重量は全群の間で安定であった;一方、同じ期間のアポトーシス活性には顕著な差があった。誤差のバーは標準偏差を示し、これは初期では〜0.05gであった;重量についての試験における全体の標準偏差は〜0.10gであった。デキストランを初期の対照として用いたが、これは、P188およびPEG8000と同様の分子量を有しているからである。デキストランでは差が示されなかった後で、生理食塩水のみをさらなる実験の対照群として用いた。
図11は、6週間の重量の累積値を示す(P188対生理食塩水)。P188で処置した脂肪移植片は、生理食塩水で処置した対照と比べて、6週目に統計的に有意な重量の増加を示す。
図12は、6週目における重量での再吸収を示す。脂肪移植片のP188による処置は、生理食塩水で処置した対照と比べて、6週目において移植片の再吸収の50%の減少をもたらす。
図13は、種々のポリマーと比較した、6週目における再吸収を示す。P188を、異なるサイズのプルロニックおよびPEGの種々のサイズおよび混合物に対して測定した。重量でのP188は、ポリマーの中で最も高性能であったが、重量のみでは、P188といくつかの他のプルロニックの間の差は小さかった。これらの小葉(lobule)の組織学的検体は、いくつかの試料では重大な炎症性浸潤物を、他の試料では重篤な線維形成を示す。このように、重量のみでは、脂肪移植片の性能改善の明確な指標になり得ない。
図14は、処置および移植の6週間後における、種々のポリマーを用いた場合の生細胞シグナルを示す(1.0cc/1.0g)。P188は、6週目におけるCell-Titer Blue生存度アッセイにより、その他のプルロニックより優れた生細胞シグナルを示す。F127およびL64は、生理食塩水と同等またはそれ以上の生存度レベルを示したが、統計的な有意性はない。
図15は、処置および移植2ヶ月後の生細胞シグナルを示す。P188は、処置および移植2ヶ月後に、種々のサイズと組み合わせのPEGより優れた細胞生存度を示す。注目すべきことには、PEGは、生理食塩水で処置された対照より低いレベルの細胞生存度を示した。
図16は、移植および処置の6週間後のDNA含量を示す(1.0cc/1.0g)。6週目におけるDNA含量を測定し比較した。高いDNA含量は、高い細胞計数およびより多くの脂肪細胞と関連する。6週目でのP188は、他のプルロニックと比べて最も高いDNAレベルを示した。6週目においていくつかの重量で観察される小さな差にもかかわらず、P188はDNA含量について、試験した全ての他のポリマーより優れていた。
図17は、生理食塩水処置の対照およびP188処置の脂肪移植片についての、6週目における組織学的検査の図である。
図18は、生理食塩水対照、P188、および他のプルロニックについての6週目における組織学的スコアを示す。試料は、正常脂肪、炎症性浸潤、および線維形成について4人の試験者によりブラインドの様式でスコア付けされた。左図では、P188を生理食塩水対照と比較する。正常脂肪含量の統計的に有意な増加、および線維形成の減少が示された。他のポリマーと比較すると、L64およびF127は統計的に有意な差なしで類似のスコアであり、残りは、生理食塩水からのいくらかの改善から、明白な毒性までを示した。
図19は、処置後6週目における重量での再吸収パーセントを示す。
定義
本明細書において「脂肪組織」とは、脂肪細胞からなる組織を指す。脂肪組織は典型的には、脂肪細胞からなる疎性結合組織である。身体での主要な役割は、脂肪の形態でエネルギーを貯蔵することである;しかし、脂肪組織はまた身体を隔離して保護し、さらに内分泌器官としても作用する。脂肪組織は、白色脂肪組織または褐色脂肪組織であることができる。用語「脂肪組織(adipose tissue)」は、「脂肪質組織(fat tissue)」と交換可能に用いられる。
本明細書において「抗炎症剤」とは、炎症の1または2以上の兆候または症状を阻害する任意の物質を指す。
用語「約」は数字に関する場合、一般に、該数字の両方向(該数字より大きいかまたは小さい)の5%以内の範囲の数字を含むが、ただし、別に記載されているか、文脈からその他が明らかな場合は除く(かかる数字が可能な値の100%を超える場合は除く)。
「生体適合性」とは、用いる場所および量においてレシピエントの細胞に実質的に非毒性の材料であって、用いる場所においてレシピエントの身体に顕著に有害または望ましくない効果、例えば許容し得ない免疫学的反応または炎症反応、許容し得ない瘢痕組織形成などを引き出したり引き起こしたりしない、前記材料を指す。
「生分解性」とは、材料が対象の細胞内または身体内で、物理的および/または化学的に、例えば生理学的条件下での加水分解により、および/または天然の生物学的プロセス、例えば細胞内もしくは身体内に存在する酵素の作用など、および/または溶解、分散などにより、分解され得ることを意味し、こうして典型的には代謝可能なより小さい化学種を形成し、そして任意に、身体により用いられ、および/または排出され、またはその他で処分されることを意味する。本発明の目的のために、時間とともにin vivoでモノマーの数の減少によりその分子量が減少するポリマーまたはヒドロゲルは、生分解性であると考えられる。
用語「ポリヌクレオチド」、「核酸」、または「オリゴヌクレオチド」は、ヌクレオチドのポリマーを指す。用語「ポリヌクレオチド」、「核酸」、および「オリゴヌクレオチド」は、交換可能に用いることができる。典型的には、ポリヌクレオチドは少なくとも2つのヌクレオチドを含む。DNAおよびRNAは、ポリヌクレオチドである。ポリマーは、天然のヌクレオチド(すなわち、アデノシン、チミジン、グアノシン、シチジン、ウリジン、デオキシアデノシン、デオキシチミジン、デオキシグアノシン、およびデオキシシチジン)、ヌクレオシド類似体(例えば、2−アミノアデノシン、2−チオチミジン、イノシン、ピロロ−ピリミジン、3−メチルアデノシン、C5−プロピニルシチジン、C5−プロピニルウリジン、C5−ブロモウリジン、C5−フルオロウリジン、C5−ヨードウリジン、C5−メチルシチジン、7−デアザアデノシン、7−デアザグアノシン、8−オキソアデノシン、8−オキソグアノシン、O(6)−メチルグアニン、および2−チオシチジン);化学修飾塩基;生物学的修飾塩基(例えばメチル化塩基);挿入塩基(intercalated base);修飾糖(例えば2’−フルオロリボース、2’−メトキシリボース、2’−アミノリボース、リボース、2’−デオキシリボース、アラビノース、およびヘキソース);または修飾リン酸基(例えばホスホロチオアートおよび5’−N−ホスホロアミダイト結合)を含むことができる。天然または修飾ヌクレオシドのエナンチオマーも用いることができる。核酸はまた、核酸ベースの治療剤、例えば、核酸リガンド、siRNA、低分子ヘアピンRNA、アンチセンスオリゴヌクレオチド、リボザイム、アプタマー、およびSPIEGELMERS(登録商標)、Wlotzka et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2002, 99(13): 8898(この全内容は参照により本明細書に組み込まれる)に記載のオリゴヌクレオチドリガンドも含む。
「ポリペプチド」、「ペプチド」、または「タンパク質」は、ペプチド結合により一緒に結合された少なくとも3つのアミノ酸のストリングを含む。用語「ポリペプチド」、「ペプチド」、および「タンパク質」は交換可能に用いてよい。ペプチドは、個々のペプチドまたはペプチドの集合を指すことができる。本発明のペプチドは、天然アミノ酸のみを含むのが好ましいが、非天然のアミノ酸(すなわち、天然には存在しないが、ポリペプチド鎖に組み込むことができる化合物)および/または当分野に知られたアミノ酸類似体も、代替的に用いることができる。さらに、ペプチド中の1または2以上のアミノ酸は修飾されてもよく、例えば炭水化物基、リン酸基、ファルネシル基、イソファルネシル基、脂肪酸基、抱合用のリンカーなどの化学的実体の付加により、機能化により、または他の修飾などにより修飾されることができる。1つの態様において、ペプチドの修飾はより安定なペプチドをもたらす(例えば、in vivoでのより長い半減期)。これらの修飾には、ペプチドの環化、Dアミノ酸の組み込み、または他の修飾を含むことができる。これらの修飾のいずれもが、ペプチドの所望の生物学的活性を実質的に妨害してはならない。
用語「多糖類」および「炭水化物」は交換可能に用いてよい。多くの炭水化物は、多数のヒドロキシル基を通常分子の各炭素原子に1つずつ有する、アルデヒドまたはケトンである。炭水化物は、一般に分子式C2nを有する。炭水化物は、単糖類、二糖類、三糖類、オリゴ糖、または多糖類であってよい。最も基本的な炭水化物は単糖類であり、例えばグルコース、スクロース、ガラクトース、マンノース、リボース、アラビノース、キシロース、およびフルクトースである。二糖類は、結合された2つの単糖類である。例示の二糖類には、スクロース、マルトース、セロビオース、およびラクトースが挙げられる。典型的には、オリゴ糖は3〜6個の単糖類単位(例えばラフィノース、スタキオース)を含み、多糖類は6または7以上の単糖類単位を含む。例示の多糖類としては、デンプン、グリコーゲン、およびセルロースが挙げられる。炭水化物は修飾糖類単位を含んでもよく、例えば、ヒドロキシル基が除去された2’−デオキシリボース、ヒドロキシル基がフッ素で置き換えられた2’−フルオロリボース、またはN−アセチルグルコサミン、グルコースの窒素含有形態(例えば2’−フルオロリボース、デオキシリボース、およびヘキソース)などである。炭水化物は多くの異なる形態で存在することができ、例えば、配座異性体、環式形態、非環式形態、立体異性体、互変異性体、アノマー、および異性体である。
「小分子」は、比較的低い分子量を有し、タンパク質、ポリペプチドまたは核酸ではない、天然または人工的に(例えば、化学的合成により)作製された有機化合物を指す。小分子は典型的には、繰り返し単位を有するポリマーではない。ある態様において、小分子は約1500g/mol未満の分子量を有する。ある態様において、ポリマーの分子量は約1000g/mol未満である。また、小分子は、典型的には複数の炭素−炭素結合を有し、複数の立体中心および官能基を有することができる。
本明細書において、「対象」は、例えば実験、診断、および/または治療目的のために剤を送達する個人を指す。好ましい対象は哺乳動物であり、特に家畜化された哺乳動物(例えばイヌ、ネコなど)、霊長類、またはヒトである。ある態様において、対象はヒトである。ある態様において、対象は実験動物、例えばマウスまたはラットである。内科医または他の医療事業者のケアのもとにある対象は、「患者」と呼ぶことができる。
「医薬剤」(「薬剤」とも呼ばれる)は本明細書において、対象に対して、疾患、障害、または対象に有害であるその他の臨床的に認識されている病態を処置するために、または予防目的のために投与され、疾患、障害、または病態を処置または予防するための臨床的に重大な身体への効果を有する剤を指すのに用いる。治療剤としては、限定することなく、United States Pharmacopeia (USP), Goodman and Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeutics, 10th Ed., McGraw Hill, 2001;Katzung, B. (ed.) Basic and Clinical Pharmacology, McGraw-Hill/Appleton & Lange; 8th edition (September 21, 2000);Physician's Desk Reference (Thomson Publishing)、および/またはThe Merck Manual of Diagnosis and Therapy, 17th ed. (1999)、またはこれに続く18th ed (2006)、Mark H. Beers and Robert Berkow (eds.), Merck Publishing Group、または動物の場合はThe Merck Veterinary Manual, 9th ed., Kahn, C.A. (ed.), Merck Publishing Group, 2005にリストされている剤が挙げられる。
発明のある態様の詳細な説明
本発明は、美容整形および再建手術における脂肪組織または脂肪細胞の移植を、細胞膜を安定化するポリマーを移植片に添加することにより改善できるとの認識からもたらされる。特定の理論により拘束されることを意図せず、ポリマーは細胞膜と相互作用し、膜の欠損を封止または防止して、これにより細胞の損傷(例えばイオン漏出)を防止または最小化すると考えられる。細胞の損傷の防止は、移植片におけるアポトーシスおよび細胞死の程度を低下させ、軟部組織の再建、再構築、または増大における脂肪移植片の成功と完全性の改善を促進する。本発明は、対象(例えばヒト)における脂肪移植を改善するための、ポリマー、組成物、方法、およびキットを提供する。
ポリマー
本発明は、脂肪移植における細胞、または脂肪組織由来の細胞(例えば幹細胞、間質細胞、線維芽細胞、内皮細胞、上皮細胞)の細胞膜を安定化する、一定のポリマーの発見に基づく。ポリマーを、細胞膜を安定化し損傷から保護しおよび/または既に損傷された膜を封止するのに十分な濃度で、細胞と混合する。かかるポリマーは、脂肪移植の成功を改善する他の方法と組み合わせて用いてよく、例えば、移植片の血管供給を改善すること、または移植する細胞に対する損傷の防止を支援する他の剤(例えばリポ酸)を加えることなどである。
細胞膜と相互作用し安定化する任意のポリマーを、脂肪移植に用いる細胞に加えることができる;しかし、2つの親水性尾部が側面に配置された疎水性中心部分を有するトリブロックコポリマーは、脂肪移植片の改善に特に有用であることが見出された。ある態様において、ポリマーは合成ポリマー(すなわち、天然に産生されないポリマー)である。他の態様において、ポリマーは天然のポリマー(例えばタンパク質、多糖類、ゴム)である。ある態様において、ポリマーは界面活性ポリマーである。ある態様において、ポリマーは非イオン性ポリマーである。ある態様において、ポリマーは非イオン性ブロックコポリマーである。
ある態様において、ポリマーはポリエーテル部分を含む。ある態様において、ポリマーはポリアルキルエーテル部分を含む。ある態様において、ポリマーはポリエチレングリコール尾部を含む。ある態様において、ポリマーはポリプロピレングリコール中心部分を含む。ある態様において、ポリマーはポリブチレングリコールを中心部分として含む。ある態様において、ポリマーはポリペンチレングリコールを中心部分として含む。ある態様において、ポリマーはポリヘキシレングリコールを中心部分として含む。ある態様において、ポリマーは、本明細書に記載のポリマーの1つのトリブロックコポリマーである。
ある態様において、ポリマーは、ポリアルキルエーテル(例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール)と他のポリマーのトリブロックコポリマーである。ある態様において、ポリマーは、ポリアルキルエーテルと他のポリアルキルエーテルのトリブロックコポリマーである。ある態様において、ポリマーは、ポリエチレングリコールと他のポリアルキルエーテルのトリブロックコポリマーである。ある態様において、ポリマーは、ポリプロピレングリコールと他のポリアルキルエーテルのトリブロックコポリマーである。ある態様において、ポリマーは、少なくとも1単位のポリアルキルエーテルを有するトリブロックコポリマーである。ある態様において、ポリマーは、2つの異なるポリアルキルエーテルのトリブロックコポリマーである。ある態様において、ポリマーは、ポリエチレングリコール単位を含むトリブロックコポリマーである。ある態様において、ポリマーは、ポリプロピレングリコール単位を含むトリブロックコポリマーである。ある態様において、ポリマーは、さらに2つの親水性単位が側面に配置されたさらなる疎水性単位のトリブロックコポリマーである。ある態様において、複数の親水性単位は同種のポリマーである。ある態様において、ポリマーは、さらに2つの親水性単位が側面に配置されたポリプロピレングリコール単位を含む。ある態様において、ポリマーは、さらなる疎水性単位を囲んでいる、2つのポリエチレングリコール単位を含む。ある態様において、ポリマーは、2つのポリエチレングリコール単位が側面に配置されたポリプロピレングリコール単位のトリブロックコポリマーである。ある態様において、ポリマーは、化学式:
で表され、式中、nは2〜200の整数(両端の数値を含む)であり;およびmは、2〜200の整数(両端の数値を含む)である。ある態様において、nは10〜100の整数(両端の数値を含む)である。ある態様において、mは、5〜50の整数(両端の数値を含む)である。ある態様において、nはmの約2倍である。ある態様において、nは約70であり、mは約35である。ある態様において、nは約50であり、mは約30である。ある態様において、ポリマーはポロキサマーP188であり、これはBASFからPLURONIC(登録商標)F68の商品名で市販されている。本発明で有用となり得る他のPLURONIC(登録商標)ポリマーとしては、限定することなく以下が挙げられる:PLURONIC(登録商標)F108、PLURONIC(登録商標)F127、PLURONIC(登録商標)F38、PLURONIC(登録商標)F68、PLURONIC(登録商標)F77、PLURONIC(登録商標)F87、PLURONIC(登録商標)F88、PLURONIC(登録商標)F98、PLURONIC(登録商標)L10、PLURONIC(登録商標)L101、PLURONIC(登録商標)L121、PLURONIC(登録商標)L31、PLURONIC(登録商標)L35、PLURONIC(登録商標)L43、PLURONIC(登録商標)L44、PLURONIC(登録商標)L61、PLURONIC(登録商標)L62、PLURONIC(登録商標)L64、PLURONIC(登録商標)L81、PLURONIC(登録商標)L92、PLURONIC(登録商標)N3、PLURONIC(登録商標)P103、PLURONIC(登録商標)P104、PLURONIC(登録商標)P105、PLURONIC(登録商標)P123、PLURONIC(登録商標)P65、PLURONIC(登録商標)P84、およびPLURONIC(登録商標)P85。ポロキサマーは一般に、最初に酸化プロピレンを、次に酸化エチレンを、順番にプロピレングリコールに加えることにより合成される。
以下の例で実証されるように、トリブロックコポリマーは、外傷を受けた脂肪細胞の膜に自身を挿入する能力を有し、膜の安定化を可能とする(図2参照)。さらに、かかるポリマーはその高度に水和化されたグリコール尾部により、膜の粘性を低下させることが知られている。細胞の粘性を低下させることで、これは外傷された細胞をより可溶性にし、こうして損傷された膜への圧力を低下させる。特に、市販のトリブロックコポリマーであるP188は、損傷された膜を修復するのに、および損傷された脂肪細胞の生存度と生存可能性を改善するのに、特に有効であることが示されている。P188の、移植前後の期間(採取から安定な移植までの時間)における損傷脂肪細胞の救助における有効性を以下の例で実証し、これは、組織学的検査、脂肪移植片の経時的重量、アポトーシス事象、細胞生存度、および生のDNA含量に注目する。P188は、試験された全ての他のポリマーよりも有効であることが示され、同じ順序のブロックを有するより小さなおよび大きなトリブロックコポリマーも機能しない。ジブロックおよびテトラブロックコポリマーは、移植片に対して毒性さえ示すようである。
P188は、脂肪組織にあまり溶解しないことが示されており、無傷の、損傷なしの膜には良好に吸収されない。P188は、採取プロセスからの機械的せん断損傷で傷ついた脂肪細胞が、その正常な膜の力学を維持することを可能とする。一旦これらの細胞が、二重層におけるリン脂質の量を増加することによりその膜を修復することができると、P188は機械的に排出される[Agarwal, J., A. Walsh, and R.C. Lee, Multimodal strategies for resuscitating injured cells. Ann N Y Acad Sci, 2005. 1066:295-309;本明細書に参照により組み込まれる]。P188の排出は、膜間表面圧力の増加により引き起こされる。移植された細胞から排出されると、P188は腎臓によって基本的に変換されることなく排泄され、同時に少量が胆汁腸内系を介して排泄される[Singh-Joy, S.D. and V.C. McLain, Safety assessment of poloxamers 101, 105, 108, 122, 123, 124, 181, 182, 183, 184, 185, 188, 212, 215, 217, 231, 234, 235, 237, 238, 282, 284, 288, 331, 333, 334, 335, 338, 401, 402, 403, and 407, poloxamer 105 benzoate, and poloxamer 182 dibenzoate as used in cosmetics. Int J Toxicol, 2008. 27 Suppl 2:93-128;本明細書に参照により組み込まれる]。脂肪移植において有用な濃度での、P188の副作用の証拠または安全性への懸念は存在しない。
本発明で用いるポリマーの分子量は、約500g/モル〜約50,000g/モルまでの範囲をとり得る。ある態様において、ポリマーの分子量は、約1,000g/モル〜約30,000g/モルの範囲である。ある態様において、ポリマーの分子量は、約2,000g/モル〜約15,000g/モルの範囲である。ある態様において、ポリマーの分子量は、約2,000g/モル〜約12,000g/モルの範囲である。ある態様において、ポリマーの分子量は、約1,000g/モル〜約5,000g/モルの範囲である。ある態様において、ポリマーの分子量は、約5,000g/モル〜約10,000g/モルの範囲である。ある態様において、ポリマーの分子量は、約7,500g/モル〜約10,000g/モルの範囲である。ある態様において、ポリマーの分子量は、約10,000g/モル〜約15,000g/モルの範囲である。ある態様において、ポリマーの分子量は、約15,000g/モル〜約20,000g/モルの範囲である。ある態様において、ポリマーの分子量は、約20,000g/モル〜約25,000g/モルの範囲である。ある態様において、ポリマーの平均分子量は約5,000g/モル、約5,500g/モル、約6,000g/モル、約6,500g/モル、7,000g/モル、約7,500g/モル、約8,000g/モル、約8,500g/モル、約9,000g/モル、約9,500g/モル、または約10,000g/モルである。ある態様において、P188の平均分子量は約8,400g/モルである。他の市販のポロキサマーの平均分子量は、当分野に知られている。
本発明で用いられるポリマーの組成物は、典型的にはヒトおよび/または他の動物において用いる医薬品グレードの材料である。ある態様において、ポリマーはヒトでの使用および獣医学的使用に承認されている。いくつかの態様において、ポリマーは米国食品医薬品局により承認されている。いくつかの態様において、ポリマーは医薬品グレード材料である。いくつかの態様において、ポリマーは、米国薬局方(USP)、ヨーロッパ薬局方(EP)、英国薬局方、および/または国際薬局方の基準を満たす。ある態様において、ポリマーは少なくとも90%の純度である。ある態様において、ポリマーは少なくとも95%の純度である。ある態様において、ポリマーは少なくとも98%の純度である。ある態様において、ポリマーは少なくとも99%の純度である。ある態様において、ポリマーは少なくとも99.5%の純度である。ある態様において、ポリマーは少なくとも99.9%の純度である。ある態様において、ポリマーは少なくとも99.99%の純度である。ある態様において、ポリマーは毒性材料または非生体適合性材料を含有しない。
本発明において有用なポリマーは、典型的に、in vivoで非毒性の分解産物に分解されるか、身体によって安全に排泄される。ポリマーは好ましくは生体適合性であり、実質的に望ましくないどのような副作用ももたらさない。ポリマーのin vivoでの半減期は、約1日〜約1ヶ月の範囲をとり得る。ある態様において、ポリマーのin vivoでの半減期は、約1日〜約1週間の範囲である。ある態様において、ポリマーのin vivoでの半減期は、約1週間〜約2週間の範囲である。ある態様において、ポリマーのin vivoでの半減期は、約3週間〜約4週間の範囲である。
ポリマーは脂肪移植での使用のために、試験ポリマーを移植する脂肪細胞と混合し、得られた組成物をマウスまたは他のげっ歯動物に移植することにより試験して、脂肪移植の成功を経時的に確認することができる(以下の例に記載のように)。脂肪移植片は、種々の生化学的および病理学的測定により評価することができ、例えば、移植片の重量、移植片の容積、組織学的検査、アポトーシスおよび/または細胞死のマーカーの評価、生細胞の数の計測、ミトコンドリアATPレベルの評価、DNAレベルの評価、またはレプチン、PPARγ2もしくはその他のマーカーのレベルを決定するためのリアルタイムPCRによる。ある態様において、試験はヌードマウスにおいて実施する。ポリマーはまた、in vitroで細胞を試験ポリマーと混合し、細胞をアポトーシスまたは細胞死のマーカーについてアッセイし、細胞を毒性についてアッセイすることなどによってもスクリーニングすることができる。ある態様において、試験ポリマーを用いた結果を、対照からの結果と比較する。ある態様において、対照ポリマーはP188である。ある態様において、対照ポリマーはデキストランである。ある態様において、対照脂肪移植片は、生理食塩水で処置する。
ポリマーは、他の生物学的活性剤および/または薬学的に許容し得る賦形剤と組み合わせて、移植する細胞への添加に有用な組成物を形成することができる。かかる生物学的活性剤はまた、脂肪移植片において細胞死を防止するように働くことができる。賦形剤は、ポリマーを移植する細胞との混合における、および/または得られたポリマー/細胞組成物の取扱いおよび貯蔵における支援に用いることができる。
移植する細胞にポリマーと共に加えることができる生物学的活性剤としては、限定することなく、抗酸化剤、ビタミン、膜安定剤、ミネラル、浸透圧保護剤、コエンザイム、粘性増強剤、および増殖因子を含む。移植細胞での細胞死の原因については多数のメカニズムの関与があるとされ、例えば膜の破壊および遊離基形成などである。抗酸化剤は、脂肪移植において、遊離基形成を低減するために用いることができる。抗酸化剤は、遊離基を取り除き、活性酸素種により引き起こされる損傷を防止する。ある態様において、ポリマー/細胞組成物は、さらに抗酸化剤を含む。ポリマーおよび抗酸化剤は、細胞の保護を改善し、これにより脂肪移植の結果を改善すると考えられている。抗酸化剤は、酵素または非酵素の抗酸化剤であってよい。酵素抗酸化剤としては、例えばスーパーオキシドジスムターゼ、グルタチオンペルオキシダーゼ、およびカタラーゼを含む。例示の非酵素抗酸化剤としては、アルファ−トコフェロール(ビタミンE)、ビタミンA、グルタチオン、カロテノイド(例えばリコペン、ルテイン、ポリフェノール、β−カロテン)、フラボノイド、フラボン、フラボノール、グルタチオン、N−アセチルシステイン、システイン、リポ酸、ユビキナール(ubiquinal)(コエンザイムQ)、ユビキノン(コエンザイムQ10)、メラトニン、リコペン、ブチル化ヒドロキシアニソール、ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)、安息香酸塩、メチルパラベン、プロピルパラベン、プロアントシアニジン、マンニトール、およびエチレンジアミン四酢酸(EDTA)が挙げられる。ある態様において、抗酸化剤は金属抗酸化剤である。ある態様において、抗酸化剤はセレニウムである。ある態様において、抗酸化剤は亜鉛である。ある態様において、抗酸化剤は銅である。ある態様において、抗酸化剤はゲルマニウムである。
ある態様において、ポリマー/細胞組成物はさらにビタミンを含む。ビタミンは抗酸化剤であってよい。ある態様において、ビタミンはアルファ−トコフェロール(ビタミンE)である。ある態様において、ビタミンはコエンザイムQ10である。ある態様において、ビタミンはベータ−カロテンである。本発明のポリマー/細胞組成物に添加できるその他のビタミンとしては、ビタミンA、ビタミンB(チアミン)、ビタミンB(リボフラビン)、ビタミンB(ナイアシン)、ビタミンB(アデニン)、ビタミンB(パントテン酸)、ビタミンB(ピリドキシン)、ビタミンB(ビオチン)、ビタミンB(葉酸)、ビタミンB12(シアノコバラミン)、ビタミンD(エルゴカルシフェロール)、およびビタミンKが挙げられる。
ある態様において、ポリマー/細胞組成物は、ホルモンまたは増殖因子をさらに含む。ある態様において、ホルモンまたは増殖因子は、インスリン、グリタゾン、コレステロール、VEGF、FGF、EGF、PDGFなどである。ある態様において、ポリマー/細胞組成物は、有機酸(例えばリポ酸)をさらに含む。ある態様において、ポリマー/細胞組成物は、チオール含有またはジスルフィド含有分子(例えばリポ酸、グルタチオン)をさらに含む。ある態様において、ポリマー/細胞組成物は、有機小分子(例えばアントシアニン、カプサイシン)をさらに含む。
ある態様において、脂肪細胞を、対象への移植のためにp188およびグルタチオンと組み合わせる。ある態様において、脂肪細胞を、対象への移植のためにp188およびリポ酸と組み合わせる。ある態様において、脂肪細胞を、対象への移植のためにp188およびビタミンEと組み合わせる。
本明細書に記載のポリマーの製剤は、製薬分野で知られているかまたは今後開発される任意の方法により、調製することができる。一般に、かかる調製方法は、ポリマーを1または2以上の賦形剤および/または1または2以上の他の生物学的活性剤と関連させるステップを含む。本発明の組成物中の、ポリマー、薬学的に許容し得る1または2以上の賦形剤、および/または任意の追加の剤の相対的な量は、ポリマーの素生、ポリマーのサイズ、移植部位、および/または対象に依存して変化する。例として、移植する細胞と混合する組成物は、1%〜99%(w/w)の間のポリマーを含むことができる。
ポリマーの製剤は、薬学的に許容し得る賦形剤を含むことができ、これには、本明細書において、所望の特定の製剤に適する任意の全ての溶媒、分散媒、希釈剤、またはその他の液体ベヒクル、分散または懸濁補助剤、界面活性剤、等張剤、増粘剤または乳化剤、保存剤、固体結合剤、潤滑剤などが含まれる。RemingtonのThe Science and Practice of Pharmacy, 21st Edition, A. R. Gennaro(Lippincott, Williams & Wilkins, Baltimore, MD, 2006;参照により本明細書に組み込まれる)には、医薬組成物を製剤化するのに用いられる種々の賦形剤および、その調製のための既知の技術が開示されている。任意の従来の賦形剤が物質またはその誘導体と、任意の望ましくない生物学的効果を生成するか、または医薬組成物の任意の他の成分(単数または複数)と有害な様式で相互作用することにより、不適合でない限り、その使用は本発明の範囲内であることが意図される。
いくつかの態様において、薬学的に許容し得る賦形剤は、少なくとも95%、96%、97%、98%、99%、または100%の純度である。いくつかの態様において、賦形剤は、ヒトでの使用および獣医学的使用に承認されている。いくつかの態様において、賦形剤は米国食品医薬品局により承認されている。いくつかの態様において、賦形剤は医薬品グレードである。いくつかの態様において、賦形剤は、米国薬局方(USP)、ヨーロッパ薬局方(EP)、英国薬局方、および/または国際薬局方の基準を満たす。
ポリマー組成物の製造に用いる薬学的に許容し得る賦形剤としては、限定することなく、不活性希釈剤、分散剤、界面活性剤および/または乳化剤、崩壊剤、保存剤、緩衝剤、潤滑剤、および/または油が挙げられる。かかる賦形剤は、任意に本発明の製剤に含むことができる。着色剤などの賦形剤は、配合者の判断により、組成物中に存在させることができる。
例示の希釈剤としては、限定することなく、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、リン酸カルシウム、リン酸二カルシウム、硫酸カルシウム、リン酸水素カルシウム、リン酸ナトリウム、ラクトース、スクロース、セルロース、微結晶性セルロース、カオリン、マンニトール、ソルビトール、イノシトール、塩化ナトリウム、乾燥デンプン、コーンスターチ、粉砂糖など、およびこれらの組み合わせが挙げられる。
例示の分散剤は、限定することなく、ジャガイモデンプン、コーンスターチ、タピオカデンプン、デンプングリコール酸ナトリウム、粘土、アルギン酸、グアーゴム、シトラスパルプ、寒天、ベントナイト、セルロースおよび木製品、天然スポンジ、陽イオン交換樹脂、炭酸カルシウム、ケイ酸塩、炭酸ナトリウム、架橋ポリ(ビニルピロリドン)(クロスポビドン)、カルボキシメチルデンプンナトリウム(デンプングリコール酸ナトリウム)、カルボキシメチルセルロース、架橋カルボキシメチルセルロースナトリウム(クロスカルメロース)、メチルセルロース、アルファ化デンプン(デンプン1500)、微結晶性デンプン、不水溶性デンプン、カルボキシメチルセルロースカルシウム、ケイ酸アルミニウム・マグネシウム(Veegum)、ラウリルリン酸ナトリウム、第四アンモニウム化合物など、およびこれらの組み合わせを含む。
例示の保存剤としては、抗酸化剤、キレート剤、抗菌保存剤、抗真菌保存剤、アルコール性保存剤、酸性保存剤、およびその他の保存剤を含んでよい。例示の抗酸化剤は、限定することなく、アルファトコフェロール、アスコルビン酸、パルミチン酸アスコルビル、ブチル化ヒドロキシアニソール、ブチル化ヒドロキシトルエン、モノチオグリセロール、メタ重亜硫酸カリウム、プロピオン酸、没食子酸プロピル、アスコルビン酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム、および亜硫酸ナトリウムを含む。例示のキレート剤としては、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、クエン酸一水和物、エデト酸二ナトリウム、エデト酸二カリウム、エデト酸、フマル酸、リンゴ酸、リン酸、エデト酸ナトリウム、酒石酸、およびエデト酸三ナトリウムを含む。例示の抗菌保存剤としては、限定することなく、塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、ベンジルアルコール、ブロノポール、セトリミド、塩化セチルピリジニウム、クロロヘキシジン、クロロブタノール、クロロクレゾール、クロロキシレノール、クレゾール、エチルアルコール、グリセリン、ヘキセチジン、イミドウレア、フェノール、フェノキシエタノール、フェニルエチルアルコール、硝酸フェニル水銀、プロピレングリコール、およびチメロサールを含む。例示の抗真菌保存剤としては、限定することなく、ブチルパラベン、メチルパラベン、エチルパラベン、プロピルパラベン、安息香酸、ヒドロキシ安息香酸、安息香酸カリウム、ソルベート酸カリウム、安息香酸ナトリウム、プロピオン酸ナトリウム、およびソルビン酸を含む。例示のアルコール性保存剤としては、限定することなく、エタノール、ポリエチレングリコール、フェノール、フェノール化合物、ビスフェノール、クロロブタノール、ヒドロキシ安息香酸塩、およびフェニルエチルアルコールを含む。例示の酸性保存剤としては、限定することなく、ビタミンA、ビタミンC、ビタミンE、ベータカロテン、クエン酸、酢酸、デヒドロ酢酸、アスコルビン酸、ソルビン酸、およびフィチン酸を含む。その他の保存剤としては、限定することなく、トコフェロール、酢酸トコフェロール、デテロキシムメシラート(deteroxime mesylate)、セトリミド、ブチル化ヒドロキシアニソール(BHA)、ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)、エチレンジアミン、ラウリル硫酸ナトリウム(SLS)、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム(SLES)、重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、メタ重亜硫酸カリウム、Glydant Plus(登録商標)、Phenonip(登録商標)、メチルパラベン、Germall 115、Germaben II、Neolone(商標)、Kathon(商標)、およびEuxyl(登録商標)を含む。ある態様において、保存剤は抗酸化剤である。他の態様において、保存剤はキレート剤である。
例示の緩衝剤としては、限定することなく、クエン酸緩衝液、酢酸緩衝液、リン酸緩衝液、塩化アンモニウム、炭酸カルシウム、塩化カルシウム、クエン酸カルシウム、グルビオン酸カルシウム、カルシウムグルセプテート、グルコン酸カルシウム、D−グルコン酸、グリセロリン酸カルシウム、乳酸カルシウム、プロパン酸、レブリン酸カルシウム、ペンタン酸、第二リン酸カルシウム、リン酸、第三リン酸カルシウム、水酸化リン酸カルシウム(calcium hydroxide phosphate)、酢酸カリウム、塩化カリウム、グルコン酸カリウム、カリウム混合物、第二リン酸カリウム、第一リン酸カリウム、リン酸カリウム混合物、酢酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、塩化ナトリウム、クエン酸ナトリウム、乳酸ナトリウム、第二リン酸ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸ナトリウム混合物、トロメタミン、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、アルギン酸、パイロジェン非含有水、等張食塩水、リンガー溶液、エチルアルコール等、およびこれらの組み合わせを含む。
本発明のポリマーは移植する細胞と組み合わせられる上に、1または2以上の生物学的活性剤と組み合わせることができる。ある態様において、ポリマーは抗酸化剤と組み合わせる。ある態様において、ポリマーはビタミンと組み合わせる。ある態様において、ポリマーは脂質と組み合わせる。ある態様において、ポリマーは膜安定剤と組み合わせる。ある態様において、ポリマーは医薬剤と組み合わせる。ある態様において、ポリマーは抗炎症剤と組み合わせる。ある態様において、ポリマーは抗生物質と組み合わせる。ある態様において、ポリマーはタンパク質またはペプチドと組み合わせる。ある態様において、ポリマーはホルモンと組み合わせる。ある態様において、ポリマーは増殖因子と組み合わせる。ある態様において、ポリマーは炭水化物と組み合わせる。ある態様において、ポリマーは、ポリマー/細胞組成物の投与のために液体賦形剤と組み合わせる。ある態様において、賦形剤は水溶液である。ある態様において、賦形剤は緩衝水溶液である。ある態様において、賦形剤はリン酸緩衝生理食塩水である。ある態様において、賦形剤は細胞外液と等張性である。
使用
本発明は、ポリマーまたはポリマー組成物を、移植の前に移植する細胞と関連させる方法を提供する。本発明のシステムは、移植の成功の改善に、または脂肪組織もしくは脂肪組織由来の細胞の移植の成功の改善に、特に有用である。移植する細胞は、細胞膜を安定化し移植の間の細胞の損傷を防止するのに十分な濃度で、ポリマーと混合する。ポリマーは、膜と関連することにより、細胞膜の損傷を調整または防止すると考えられる。細胞または細胞の組成物を、ポリマーまたはポリマーを含む組成物と、対象への移植の前に混合する。ポリマーは細胞と、細胞を調達するときに、細胞の貯蔵または取扱いの間に、または細胞を対象に移植する直前に、混合することができる。
ポリマーは、移植する組織または細胞と、調達、取扱い、加工、または移植片の移植の間の任意の時間に混合することができる。ある態様において、細胞または組織を取り出す部位に、細胞または組織をドナーの部位から採取する前に、ポリマーの組成物を注入する。例えば、ポリマーは、脂肪採取の間、tumescent注射液(すなわち、脂肪吸引の前にドナー部位に注入する液体)に含めることができる。ある態様において、移植する細胞または組織を、これらを採取した後できるだけ早くポリマーと接触させて、これらを損傷から保護する。例えば、脂肪質組織をドナーから採取した後(例えば脂肪吸引により、または針による吸引により)、組織を直ちにポリマーと接触させてよい。ある態様において、ポリマーを脂肪吸引容器中に含める。ある態様において、移植する細胞は、これを受ける同じ人から採取する(すなわち、自己ドネーション)。ある態様において、細胞はドナーの胃、大腿、または臀部から採取する。ある態様において、脂肪組織は、ポリマーまたはポリマー組成物を既に含んでいるシリンジまたは他の容器中に採取する。他の態様において、脂肪組織は採取して直ちにポリマーの組成物に加えるか、またはポリマーの組成物を脂肪質組織に加える。得られたポリマー/細胞組成物は、対象への移植の前に、さらに加工することができる。例えば、細胞は、対象への移植の前に、洗浄し、精製し、抽出し、またはその他で処置することができる。ある態様において、細胞または組織は、移植のための細胞の加工の間を通して、過剰なポリマーと接触させて保持される。ある態様において、過剰なポリマーまたはポリマー溶液は、移植する組織または細胞から、例えば遠心分離により除去する。ある態様において、ポリマーは、移植前に移植片から洗浄する。
ある態様において、移植する細胞を、移植の直前にポリマーと接触させる。例えば、細胞は、対象に移植する直前に、手術室またはクリニックでポリマーと混合することができる。無菌ポリマーまたはその組成物を、移植する細胞と混合する。
細胞は典型的には、1mLの細胞当たり約1〜20mgの濃度範囲のポリマーと混合する。当業者に理解されているように、移植する細胞の膜を十分安定化するのに必要なポリマーの濃度は、用いるポリマー、対象、移植部位などに応じて変化し得る。ある態様において、濃度は1mLの細胞当たり約1〜10mgのポリマーの範囲である。ある態様において、濃度は1mLの細胞当たり約1〜5mgのポリマーの範囲である。ある態様において、濃度は1mLの細胞当たり約5〜10mgのポリマーの範囲である。ある態様において、濃度は1mLの細胞当たり約10〜15mgのポリマーの範囲である。ある態様において、濃度は1mLの細胞当たり約15〜20mgのポリマーの範囲である。ある態様において、濃度は1mLの細胞当たり約5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、または15mgのポリマーである。ある態様において、ポロキシマーP188を用いる場合、濃度は1mLの細胞当たり約10mgのポリマーである。
細胞をポリマーと接触させた後、細胞/ポリマー組成物を、対象に投与するかまたは移植する。ある態様において、細胞はレシピエントに、採取の0.5〜6時間以内に移植する。ある態様において、対象はヒトである。ある態様において、対象は哺乳動物である。ある態様において、対象はマウス、ラット、ウサギまたはイヌなどの試験動物である。細胞/ポリマー組成物は典型的には、脂肪移植を必要とする患者に投与する。対象は、再建術または美容整形術を受けていてもよい。ある態様において、脂肪移植を用いてシワを取り除く。ある態様において、脂肪移植を軟部組織置換または増大に用いる。ある態様において、脂肪移植を用いて、唇、頬、乳房、顔、臀部、ふくらはぎ、胸筋、および陰茎を増大させる。典型的には、自己脂肪細胞をドナーに対して、細胞を採取したのとは異なる部位に移植して戻す。細胞または組織は、任意の方法または技術(例えば注入、外科的移植)を用いて、移植または投与することができる。
脂肪質組織は、脂肪細胞の他に幹細胞のソースであることが見出された(Gimble et al., “Adipose-Derived Stem Cells for Regenerative Medicine” Circulation Research 100:1249-1260, 2007;本明細書に参照により組み込まれる)。したがって、本発明のシステムは、幹細胞または脂肪組織由来の他の細胞の損傷を安定化し防止するのに有用でありえる。ある態様において、本発明のシステムは、成人幹細胞の移植に有用である。ある態様において、本発明のシステムは、線維芽細胞の移植に有用である。脂肪組織に見出されるその他の細胞としては、限定することなく、間質細胞、平滑筋細胞、血球(例えばマクロファージ)、上皮細胞、および内皮細胞を含む。本発明は、任意のかかる細胞の移植を提供する。
キット
本発明はまた、本明細書に記載の1または2以上のポリマーまたはポリマー成分を容器に含む、パッケージまたはキットも提供する。例えば、容器は、脂肪移植に使える状態のポリマーまたはポリマー組成物を含むことができる。パッケージはまた、容器に関連する通知書を、典型的には、医療機器および/または医薬品の製造、使用、または販売を規制する政府機関により規定された形態において含んでよく、これにより、通知書は、組織移植におけるヒトまたは獣医学的投与に対する、該機関による組成物の承認を反映する。ポリマーの使用についての使用説明書も含むことができる。かかる使用説明書は、ポリマーまたはポリマー/細胞組成物の患者への投与に関連する情報を含むことができる。特に、使用説明書は、ポリマーを細胞または組織と接触させること、および細胞/ポリマー組成物を患者に投与することについての情報を含んでよい。パッケージはまた、投与前にポリマー/細胞組成物に含まれるべき生物学的活性剤(1または2以上)を含む、1または2以上の容器も含むことができる。
パッケージは、ポリマー/細胞組成物の調製のための装置またはレセプタクルも含んでよい。装置は、例えば、測定または混合装置であってよい。
パッケージはまた任意に、本発明のポリマー/細胞組成物を投与するための装置を含むことができる。例示の装置としては、特別のシリンジ、針、および種々の咽頭鏡デザインに適合するカテーテルを含む。
キットの成分は、1つの大きな容器、例えばプラスチックまたはスチロフォームのボックス内に、比較的厳重に封止して提供することができる。典型的には、キットは、医療従事者の使用に便利であるように包装される。ある態様において、キットの成分は、手術室または診療所などの無菌環境において用いるために、無菌包装される。

例1:ポロキサマーP188の処置による脂肪移植における脂肪保護と生存の増強
緒言:自己脂肪移植は、軟部組織再建の重要なツールである。しかし、損傷された細胞およびアポトーシス細胞は、最終的には身体に再吸収され、軟部組織再建に不整合で望ましくない結果を提供する。ポロキサマーP188は、損傷細胞膜と相互作用し、自身を脂質単層に挿入する剤である。この非イオン性界面活性剤は、損傷細胞の膜を効果的に封止し、外傷とアポトーシスから保護することが示されている。脂質膜と相互作用するポロキサマーの能力から、我々は、脂肪採取の間に損傷された脂肪細胞の部分を封止することにより、損傷細胞の構造的完全性を再建し保護して、細胞の生存を改善できるとの仮説をたてた。この例では、P188が損傷組織を効果的に再建および保護し、細胞の生存を改善し、移植結果を改善する能力について調べる。
方法:脂肪は脂肪吸引により得て、手術室での採取の1時間以内にヌードマウスに移植した。0.6mLの脂肪を、各マウスの右の背の皮下に入れた。試験は次の3群を含む:(1)10mg/mL濃度のP188で処置した脂肪;(2))10mg/mL濃度のデキストランで処置した脂肪;および(3)生理食塩水で処置した脂肪。6週間後、マウスを安楽死させ、脂肪移植片を採取した。脂肪移植片は、移植の前と後に、重量、容積、生存/死亡アッセイ、ミトコンドリアATPレベル、およびレプチンとPPARγ2レベルのためのリアルタイムPCRにより評価した。
結果:移植された脂肪は、6週間後に各動物において、良好に限局性の区切られた小結節に発達した。生理食塩水対照は、重量および容積に基づき30%までの再吸収を示した。デキストラン処置の脂肪移植片は、同様の再吸収率を示した。P188で処置した脂肪移植片は、再吸収における67%の減少を示した。図5参照のこと。これは統計的に有意な減少である(p<0.001)。差はまた分子レベルおよび組織学的にも観察され、脂肪細胞の割合の顕著な増加と、空胞領域または線維形成の減少を示した。
結論:この例において、ヒト脂肪移植片の有効性および生存を、移植のヌードマウスモデルを用いて試験した。非イオン性界面活性剤であるポロキサマーP188は、脂肪移植片の再吸収を顕著に低減し、細胞の生存を改善した。対照的に、同等の分子量の対照であるデキストランによる処置は、生理食塩水と同様な結果を与えた。P188の使用は脂肪移植片を再建して保護し、細胞の生存を改善し、脂肪移植片の再吸収を低減させた。
例2:脂肪移植についてのP188と他の剤の比較
緒言
外傷に続発する軟部組織損傷および形成異常、先天的欠陥、感染症、および腫瘍切除は、患者における重要な病的状態のソースである。現在、自己遊離皮弁再建または局所前進皮弁は、重大な軟部組織および骨欠損に対する再建モダリティの中心である。有茎皮弁および遊離皮弁再建は、再建に対する強力なツールを提供する一方で、これらは潜在的に、重篤な副作用およびドナー部位の病的状態なしではあり得ない。これら欠陥を再建するために、大量の自己脂肪組織を移行できることは、潜在的に何百万もの患者に対して、関連するドナー部位病的状態なしで新規な再建オプションを提供する。さらに、ドナー部位オプションが限られている患者に対して、および皮弁再建に必要な長い手術時間に耐えられない患者に対して、強力なツールを提供する。
リポ吸収脂肪を用いる利点は2つある:1)最小のドナー部位病的状態により、安全で容易にアクセス可能な自己細胞のソースを提供すること;および2)これらの手順が、虚血性合併症および血管新生遊離皮弁に関連する初期の移植失敗についての心配なしに、比較的容易に実施できること。しかし今日まで、遊離脂肪移植片は、予測不可能な高レベルの再吸収およびそれによる不規則性(異常)に悩まされてきた。遊離脂肪移植の失敗および容積の減少は、採取からの機械的ストレス、初期の虚血変化、および栄養の欠乏に関連するようにみえる。これらのストレッサーはアポトーシスをもたらす。続いて、移植片の再吸収が、再血管新生後の死んだ細胞デブリの除去から生じる。
これまでのところ、十分な血管分布が確立されるまで初期の虚血性傷害を弱め、細胞を保護する努力は、ささやかな結果しか得られていない。再吸収は、長期の脂肪移植片の生存に重大な障害となり、軟部組織創傷再建に対してより大きな努力を生じさせる。そのため、我々はポリマーを含む膜安定剤を幅広く調査した。これらのポリマーのいくつかは、我々の研究室においてアポトーシス細胞死を減少させ、これにより経時的により大容量の脂肪移植片をもたらすことが示された。これらポリマーの混合物は、予測可能で永久的な遊離脂肪移植をもたらす、細胞蘇生の解法を提供することができる。
P188は、2つのより長いポリオキシエチレン親水性尾部(POE単位、図1A参照)にわたる中心ポリオキシプロピレン疎水性領域(POP単位、図1B参照)を有するトリブロックコポリマーである。我々は、機械的外傷および虚血ストレスが、正常な脂肪細胞の細胞膜の損傷をもたらすと考える。この損傷は最初に空隙率の増加として現れ、正常な膜イオン勾配の減少を引き起こす。膜の電気的完全性の損失は、アポトーシスカスケードの既知の強力なアクチベーターである。次にプログラムされた細胞死を受け、脂肪滴の集合として移植片中に残る細胞は、後に再吸収されて、移植片容積の損失をもたらす。このようにP188は、外傷を受けた脂肪細胞膜に入る能力を有し、膜の安定化を可能とする(図2参照)。さらに、P188は、その高度に水和化されたPOE尾部で膜の粘性を低下させることが知られている。細胞の粘性を低下させることにより、外傷を受けた細胞をより可溶性にすることができ、こうして損傷された膜に対する圧力を低下させる。
ポロキサマーP188は、損傷された膜の修復および損傷脂肪細胞の生存度および生存の可能性を改善するのに、特に有効であることが実証されている。この修復メカニズムについての可能性のある構成を図2に示す。損傷された細胞膜は、中心脂質層の一部を周囲に暴露し得る。近くにあるP188鎖の中心疎水性部分は、この疎水性脂質層と相互作用することができ、P188鎖は、鎖の親水性末端が細胞膜の外側親水性表面に沿って位置するように「折りたたまれる」ことができる。この封止/修復プロセスは、従来の自動車タイヤのプラグ修復と類似しており、ここで、柔軟なゴム製プラグの中心をタイヤの小さな穴に押し入れて封止し、この時プラグの端部は外側トレッドに沿って位置している。複数のP188鎖が集合して、異なる大きさの損傷領域を有する複数の損傷膜の封止を支援することができる。
我々独自の脂肪吸収アポトーシスモデルから離れても、研究により、この細胞膜サルベージプロセスは、エレクトロポレーションモデル[Lee et al., Surfactant-induced sealing of electropermeabilized skeletal muscle membranes in vivo. Proc Natl Acad Sci U S A, 1992. 89(10):4524-8;本明細書に参照により組み込まれる]およびイオン化放射モデル[Hannig et al., Surfactant sealing of membranes permeabilized by ionizing radiation. Radiat Res, 2000. 154(2):171-7;本明細書に参照により組み込まれる]の両方において実証されている。さらに、鈍い外傷(blunt trauma)後の神経損傷を調べる新しい研究により、P188による膜保護は、機械的な膜の安定性を提供することによって、せん断損傷の初期において細胞を蘇生させることが示された[Marks et al., Amphiphilic, tri-block copolymers provide potent membrane-targeted neuroprotection. FASEB J, 2001. 15(6):1107-9;Serbest, G., J. Horwitz, and K. Barbee, The effect of poloxamer-188 on neuronal cell recovery from mechanical injury. J Neurotrauma, 2005. 22(1):119-32;Serbest et al., Mechanisms of cell death and neuroprotection by poloxamer 188 after mechanical trauma. FASEB J, 2006. 20(2):308-10;これらの各々は、本明細書に参照により組み込まれる]。この研究は、我々のものと同様、損傷後のアポトーシスの減少と細胞生存度の増加を実証している。興味深いことには、ここでも、処置された細胞は処置なしの損傷細胞と比較して、損傷されない、すなわち元々の神経細胞と似ていたことである。
この例において我々は、P188の、移植前後の期間(採取から安定した移植までの時間)での損傷された脂肪細胞の救助における有効性を示す。さらに、我々は、サイズおよび構造がP188と近く関連するポリマーも、P188ほどではないが同様の効果を有することも実証する。
方法
アポトーシスの同定:免疫化学的アポトーシス特異的蛍光標識FLIVO(商標)およびMT Mito(商標)を用いて、脂肪細胞でのアポトーシスを同定した。脂肪移植片を外植し、Blendzyme(Roche Applied Science Liberase Blendzyme 3)を用いて38℃で20分間処置し、100ミクロンの細胞ストレーナを通過させた(消化後に残された細胞外間質成分を除去するため)。これらの細胞を次に38℃で1時間インキュベートし、標識化の後に1回洗浄した。次に細胞を96ウェル黒色プレートに入れ、プレートリーダー(Molecular Devices, SpectraMax M2))で染料特異的な発光および励起波長(FLIVO-red、励起565/発光>590、MITO-PT、励起488/発光:green530、red590)において読み取った。
PICO Green:InvitrogenからのQuant-iT PicoGreen(登録商標)dsDNAアッセイキットを、細胞数の代理としてのDNAの定量化に用いた。それぞれの外植した小葉を、1.0ccのBlendzyme中38℃で30分間消化した。次にBlendzyme反応を1.0ccのFBS含有細胞培養培地を用いて停止させた。定量化のために、75μLの消化脂肪を除去し、Qiagen Mini-prepスピンカラム単離キットを用いて処理した。抽出したDNA試料を次に、試薬A(PicoGreen(登録商標)蛍光体)、B(トリス緩衝液)、および標準用の成分C(LambdaのdsDNA標準、100μg/ml濃度)を用いて、キットのプロトコルに従ってインキュベートした。これらの試料を次に、プレートリーダーで黒色96ウェルプレートを用いて読み取った。
脂肪処理:脂肪吸引物は手術室で直接採取した。これを30ccのアリコートに分配し、等容量の生理食塩水で1回洗浄して、血液および細胞デブリを除去した。その後、試験管を200Gで遠心分離し、中間層を分離して、種々の剤で処置した。これらの剤を30ccの洗浄液中、30ccの脂肪を用いて37℃で30分間処置した。このインキュベーションは、虚血時間を最小にし、一方で処置剤との十分な混合を可能とするために選択された。インキュベーションと洗浄の後、脂肪を再度200Gで遠心分離した。中間脂肪層を再度分離し、ヌードマウス側腹部への注入用の1.0cc、1.0gのアリコートに入れた。これは非同定の廃棄組織の使用についてのIRB承認のもとで実施した。注意すべきことは、採取カニューレおよび採取圧力はケース毎、外科医毎に異なった。脂肪は、温虚血時間を最小化するために、手術室での採取後2時間以内に動物に移植した。
実験モデル:ヌードマウスに、1.0cc/1.0g(+/−0.01g)の脂肪移植片を1つの小葉として移植した。これらのマウスには、臨床的に関連する1cc注射を模すために、14ゲージの血管カテーテルで注射した。2つの小葉を、試験に用いたヌードマウスの各々の両方の側腹部に移植した。14ゲージの血管カテーテルを選択して、注射中の脂肪移植片の外傷を最小化した。多くの臨床医は、16および14ゲージカテーテルを脂肪移植に現在用いており、したがってこのサイズのカテーテルを、臨床診療を近似するために用いた。
初めに、小葉を毎日外植し、重量およびアポトーシス活性を測定した。初期の曲線を作成した後は、小葉は3日、6日、および9日目に、アポトーシスレベルの初期測定のために外植した。さらに、これらの試料を計量し、組織学的検査に送って、DNA含量を測定した。初めの10日間のエンドポイントを、6週目でのエンドポイントと比較して、移植片の性能が初期のアポトーシスおよび細胞死によって正確に予測できるかどうかを決定した。
各実験は、マウスの初期群および後期群からなる。各群に、一人の患者からの同一の脂肪を1日で注入した。初期時点について、各群2匹の動物を各サンプリングの日に安楽死させた(各時点毎にn=4の小葉)。さらに、これら同一群からの動物を6週目の時点で、後期エンドポイントの検討のために安楽死させた(8匹の動物からの16小葉を、後期時点の各群について用いた)。ひとたび動物を安楽死させた場合、両方の小葉を採取して分析し、この動物を検討から取り除いた。
試験する剤:この検討においては、一連の種々の剤を試験した。具体的には、種々のポリマーを選択して、異なるプルロニック(Pluronic)サブユニット鎖の長さおよび構造の効果を検討した。
プルロニック:プルロニックを、一定範囲の大きさ、異なるPEG組成(親水性)、およびブロック構造にわたり試験した。これらは、非産業的使用に対して最も広く市販されているポロキサマーである。これらは全て、25ccの生理食塩水中50μMの用量で試験した。試験した剤は、P188(〜8000KDa/80%のPEG含量)、F38(4,700KDa/80%のPEG含量)、F108(14,600KDa/80%のPEG含量)、F127(12,600KDa/70%のPEG含量)、L64(2,900KDa/40%のPEG含量)、T1107(70%のPEG、より大きいテトラブロックポロキサマー)、およびP31R1(3259KDa、逆のブロック順序)である。また、ジブロック(PEG−ブロック−ポリ−カプロラクトン−ブロック)も試験した。
非イオン性:長い疎水性尾部(オレイン酸)と親水性頭部(ポリエトキシル化ソルビタン)を有するポリマー、Polysorbate 80(Tween 80)を、P188と同じモル濃度(25ccの生理食塩水中50μM)で試験した。コレステロールも同じモル濃度で試験した。
カチオン性およびアニオン性:ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド(HCTA、カチオン性)およびセチルトリメチルアンモニウムクロリド(CTA、アニオン性)の非プルロニック荷電界面活性剤を、25ccの生理食塩水中50μMにて試験した。これらの分子は〜360KDaの大きさの範囲であり、荷電アンモニウム塩頭部の疎水性短鎖を有する。
両性イオン性:いくつかの正常細胞膜に存在する両性イオン界面活性剤であるホスファチジルコリン(PC、790kDa)を試験した。両性イオン界面活性剤は、pHに依存して荷電または非荷電特性を有することができる。
ポリエチレングリコール(PEG):PEG800を、これがP188と同じ分子量を有するため、10mg/mlで試験した。さらにPEG600およびPEG3350を別々に、および組み合わせて、それぞれ1.3%および1.5%で、冷凍保存用途での軟骨細胞膜保護について文献に公開されているようにして試験した。PEGの後の数字は、その分子量を表す。PEGはポロキサマーの成分であり、完全に親水性である。
添加剤:P188に対するいくつかの添加剤を試験した。ビタミンCを10%〜1%の濃度で試験し、リポ酸を500mMにて100mg/脂肪1kg(ラット虚血再灌流モデルで用いた用量)で試験し、レスベラトロール(25ccの生理食塩水中50μMで)、フルクタン(広い温度範囲を受ける植物膜を保護することが示された有機分子)を試験した。また、シクロスポリン(CsA)も試験した(強力な免疫抑制薬)。
統計:試料は、ANOVAまたはスチューデントt検定を用いて、群間の統計的有意性について解析した。有意性は95%信頼区間に設定し、P<0.05を統計的に有意とした。
結果
電子顕微鏡検査:新鮮な脂肪吸引物からの脂肪細胞を固定し、透過電子顕微鏡下で検討した。これらの試料は、脂肪吸引採取による膜損傷の存在について試験した。電子顕微鏡下で、我々は採取直後の無処置の脂肪細胞の膜における孔に気づいた。これらの孔は30〜600nmの範囲であった(図3参照)。また、これらの孔は脂肪細胞のミトコンドリアに近接していることにも気づいた。
アポトーシス
共焦点顕微鏡検査:初期の実験からの試料を、共焦点顕微鏡検査用に外植した。これらの小葉をBlendzyme中で消化し、アポトーシス特異的標識FLIVO-redで標識した;インキュベーション後、これらの細胞を4%のパラホルムアルデヒド中に固定し、共焦点顕微鏡下でアポトーシスレベルの定量的評価のために試験した。FLIVO-redSR(励起560nm、発光590nm)を用いて脂肪細胞を視覚化し、処置と未処置群の間に有意な差を見出した(図6参照)。生理食塩水処置試料は、細胞膜全体に大きな赤いアポトーシス小胞を示した。対照的に、P188で処置した試料は、6日目に比較的少数の赤いアポトーシス小胞を示した。
アポトーシスの定量化:初めに小葉を毎日外植し、Mito-PTを用いてアポトーシスレベルを測定した。毎日の試験の後、アポトーシスのピークレベルは5〜7日目の間に起こり、次にまた下がる傾向にあることがわかった。これらの値はほぼベルの形状の曲線で減少した。ひとたびこの曲線を決定したので、続く試料は0、3、6、および9日目に、初期のアポトーシスのサンプリングのために試験した(図7参照)。
P188を、アポトーシス特異的標識を用いて生理食塩水処置の対照と比較すると、アポトーシス事象における統計的に有意な減少が6日目に示された。試料間で差がないことを仮定してスチューデントt検定を用いたこの差は、p値0.03を示した。6日目に、生理食塩水(NS)は41,000RFUであり、対してP188は24,000RFU(平均値の標準誤差は、NS:+/−5,720RFU、P188:4485RFS)であった。これはP188処置の脂肪移植片において、生理食塩水処置の対照と比較した場合、アポトーシス事象における平均40%の減少を表す。
P188を、いくつかの他の処置剤と、そのアポトーシスレベルへの影響について比較した(図8参照)。P188をHCTAおよびCTAで表されるアニオン性およびカチオン性ポリマーと比較した場合、アポトーシスの顕著に低いレベルを示した(6日目、HCTA:41,037RFU、CTA:35,338RFU、およびP188:32,158RFU)。さらに、HCTAおよびCTAは、より早い時点において生理食塩水対照より高いレベルのアポトーシスを示した(3日目:NS:25,987RFUに対して、HCTA:31,076RFU、およびCTA:35,338RFU)。これらの結果は、アニオン性およびカチオン性ポリマーによる初期の細胞死の増加および全体的な脂肪移植片の毒性と整合する。
次に、P188を逆トリブロックコポリマーP31R1と比較した。このポリマーは、P188とほぼ同じサイズである;しかし、これは疎水性尾部と親水性コアからなる(P188と逆)。P31R1処置の脂肪におけるアポトーシスレベルをP188および生理食塩水処置の対照と比較した場合、P31R1でもまた、3、6および9日目にアポトーシス事象の増加が見られた(3日目、34,000RFU、6日目、44,000RFU、および47,000RFU、これに対してそれぞれ、NS:8000RFU、57,000RFU、および11,000RFU、P188:8,000RFU、16,000RFU、および10,000RFU)。この同じ実験において、ホスファチジルコリン(非イオン性界面活性リン脂質であり、多くの細胞膜の成分)を、そのアポトーシスへの効果について評価した。ホスファチジルコリンも、P188に比べてアポトーシスレベルの上昇を示した。ホスファチジルコリンは、生理食塩水と比べてアポトーシスの増加を示さなかった(PC、3日目、52,000RFU、6日目、29,000RFU、図8、右上参照)。注目すべきは、免疫抑制剤であるシクロスポリン(CsA)もアポトーシス活性について試験した。CsAも、脂肪移植片におけるアポトーシスレベルを減少させることができなかった。CsAは、1〜9日目に一定して生理食塩水処置対照より高いアポトーシスレベルを示した。P31R1およびCsAは脂肪移植片に対して毒性のようであり、PCは生理食塩水よりもいくらかアポトーシスレベルの減少を示す可能性があるが、P188より減少させるものではない。
P188をまた、ポリエチレングリコール8000(PEG8000)およびテトラブロックコポリマーT1107と比較した。この系列の実験においては、古いアポトーシスアッセイ法を用いた(Apo-Oneに対してMitoPT)。古いMitoPTアッセイ法は、Apo-Oneよりもおよそ10倍低いRFU値を示す。P188は再度、P188と比較して、アポトーシスの減少を示した(図8、左下参照)。P188を同様のサイズおよび構造のポリマーの組み合わせと比較した場合、これらもまた、アポトーシスレベルをさらに改善できなかった。P188とF127とL64の組み合わせは、P188のみおよび生理食塩水処置対照よりも高いアポトーシスレベルを示した。これらの所見は、PEG8000、T1107、およびポリマーの組み合わせ(P188、F127、L64)による初期の毒性を示す。
さらに、P188をリポ酸と、およびビタミンCと一緒に、それらのアポトーシスへの効果について試験した。P188をビタミンCと組み合わせると、アポトーシスの増加を示した;しかしビタミンCのみも、高レベルのアポトーシスを生み出した(図8、左下参照)。P188とビタミンCの組み合わせは、ビタミンCのみより低いアポトーシスを示した。P188とリポ酸の組み合わせは、生理食塩水処置対照と比べて、アポトーシスの減少を示した(これらの実験もまた、低い輝度のMito-PT標識を用いた、図9参照)。
重量
初期:実験の初めの10日間、脂肪小葉を、重量変化について試験した。この期間で注目されるのは、移植直後の、全群における20〜25%の重量減少である。我々の研究では、最初の24時間に全体で23.6重量%の再吸収をもたらし、平均重量は0.74g(+/−0.8g)であった。1日目のこの重量減少の後は有意な差を同定することはできず、初めの10日間、処置群の間で重量の変化はほとんどなかった(図10参照)。
P188:生理食塩水と比べてP188は、6週目において統計的に有意な重量の改善を示した。6週目に、1群当たり65個の小葉を分析し、P188で処置した移植片は平均重量0.70gであり、生理食塩水処置の移植片は0.64gであり、標準偏差はそれぞれ0.08gと0.12gであった(図11参照)。さらに、再吸収率を水和化移植片重量と比べた場合、初期のサンプル期間の終わりに、P188は対照と比べて再吸収における50%の減少を示した(図12参照)。
その他のプルロニックポリマー:他のプルロニックと比べた場合、6週目での重量は以下である:F127、0.74+/−0.07g;L64、0.68+/−0.06g;H38、0.61+/−0.22g;F108、0.76+/−0.10g;T1107、0.62+/−0.15g;P31R1、0.74+/−0.05g;ジブロック、0.44+/−0.16g;Tween 80、0.30+/−0.12g。再吸収率は図13に示す。
ポリエチレングリコール:P188は、PEG600、PEG3350、PEG8000、およびPEG600+3350と比べて、重量において統計的に有意な改善を示した。PEG600で処置した試料は6週目に平均で0.64+/−0.11gの重量であった(生理食塩水は0.64+/−0.12g)、PEG3350は0.58+/−0.21g、PEG8000は0.53+/−0.06g、およびPEG600+3350の混合物は0.58+/−0.22gであった。再吸収率を図13に示す。
リポ酸:この試験における平均の10日目の重量は、生理食塩水0.76g+/−0.09g;P188、0.76g+/−0.09g;およびリポ酸、0.72g+/−0.09gであった(最初に1.0g+/−0.10gを移植)。処置群を次に6週目に再度試験した;ここで重量に有意な差が見られた。6週目に、群当たりの平均重量は、生理食塩水0.58g+/−0.07g;P188、0.71g+/−0.06g;およびリポ酸、0.65g+/−0.09gであった;およびP188+LA、0.61g+/−0.16gであった。初期と後期の変化を比較するのに、初めの10日間の試料の水和化重量と6週目の最終重量を用いて、再吸収率を計算した。P188およびリポ酸は、生理食塩水と比べて、再吸収において統計的に有意な差を示した(p値<0.05)(図19参照)。
種々の添加剤:他の剤を、P188に対する潜在的添加効果について試験した場合、6週目における重量は以下であった:レスベラトール、0.73+/−0.03g;コレステロール、0.73+/−0.04g;イヌリン、0.47+/−0.21g;オリゴフルクトサッカリド、0.72+/−0.08g(この群の実験において、生理食塩水の性能は良好で平均重量は0.74+/−0.04gであった)。これらの剤は、実験において生理食塩水より良好に機能することができず、組織学的検査により多くは毒性であることが見出された(以下参照)。
細胞の生存度
6週目に採取した試料を、代謝的に活性な生細胞において濃縮され赤い蛍光を発する染料に変換される青色染料である、Cell−Titer Blueを用いてアッセイした。染料の変換は代謝活性を示し、試料中の細胞数に関連する。P188を種々の鎖長の他のプルロニックと6週間後に比較すると、シグナルにおける統計的に有意な増加を示した(図14参照)。P188は、12,971+/−2785RFUであり、一方生理食塩水対照は4727+/−768RFUであった。残りのポリマーは以下であった:F127、4301+/−2785RFU;F108、3529+/−373RFU;F38、3188+/−346RFU;L64、6137+/−1933RFU;T1107、5063+/−1496RFU;Tween 80、4346+/−1231RFU。ジブロックコポリマー(ポリエチレングリコールメチルエーテルブロックポリ−カプロラクトン)および逆トリブロックプルロニック(P31R1)もアッセイした。これらのポリマーも、P188より劣っていた:ジブロック、1,666+/−1283RFU;P31R1、1453+/−703RFU。
P188をさらに、種々のサイズのポリエチレングリコール(PEG)と比較した;これらは、我々のモデルにおける細胞生存度について、他の研究で軟骨細胞を保護することが示されていた。6週目において、P188は再度、優れた細胞生存度を示した(図15参照)。PEGは次の細胞生存度シグナルを示した:PEG600、2892+/−1110RFU;PEG3350、1109+/−301RFU;PEG600+3350、1291+/−289RFU(図15参照)。
DNA含量
外植試料を、細胞数の間接的測度としてのDNA含量についてアッセイした。消化した試料を、初期および後期時点の両方において試験した。重量測定と同様、DNA含量にも、最初の10日間の試料の間に有意な差はなかった。
P188対生理食塩水対照:P188をDNA含量について、生理食塩水対照と6週目に比較した場合、結果は以下であった:生理食塩水対照、0.129+/−0.052μgDNA;P188、0.320+/−0.060μgDNA。これらの結果はスチューデントt検定のP=0.03で統計的に有意であった。
プルロニック:次にP188を他のプルロニックと比較した場合、P188と他のポリマーの間に統計的に有意な差が認められた(ANOVA解析p=0.0004、Fcritical=2.299)。DNA含量は以下の通りである:F127、0.236+/−0.043μgDNA;F108、0.082+/−0.033μgDNA;F38、0.025+/−0.007μgDNA;L64、0.168+/−0.062mcgDNA;T1107、0.124+/−0.048μgDNA;Tween 80、0.134+/−0.023μgDNA。
PEG:PEGをDNA含量について試験した場合、PEG8000は0.280+/−0.024μgDNAを示した。PEG600、PEG3350、およびPEG600+3350も試験した。
組織学的検査
外植された脂肪小葉を固定し、脂肪構造についてのスコア付けのためにH&Eで染色した。正常な脂肪含量における統計的に有意な改善が、生理食塩水処置対照と比べてP188処置された試料において見られた。P188について、正常脂肪、炎症性浸潤物についてのスコア、および線維形成のスコアは以下であった:平均して、58%正常脂肪、30%浸潤物、および13%線維形成(10個の小葉、1小葉あたり2つのスライド)。生理食塩水対照のスコアは以下であった:平均して、41%正常脂肪、38%浸潤物、および21%線維形成(10個の小葉、1小葉あたり2つのスライド)。スチューデントt検定を行った場合P=0.04であった。
その他のプルロニック:他のポロキサマーのうち、L64およびF127は最良のスコアであった:L64、65%正常脂肪、31%浸潤物、および4%線維形成;F127、52%正常脂肪、38%浸潤物、および10%線維形成。これらの差は、P188と比較した場合、統計的な有意性には達しなかった。残りのポロキサマーのスコアは以下であった:F38、45%正常脂肪、44%浸潤物、および11%線維形成;F108、50%正常脂肪、42%浸潤物、および7%線維形成;T1107、15%正常脂肪、41%浸潤物、および43%線維形成;Tween 80、17%正常脂肪、67%浸潤物、および16%線維形成(図18、右側参照)。
ポリエチレングリコール:PEGで処置された脂肪移植片は、高レベルの炎症性浸潤物と、破壊された脂肪構造を示した。PEG8000のスコアは、42%正常脂肪、45%浸潤物、および14%線維形成であった。
リポ酸:P188にリポ酸(PLA)を加えたものも試験してスコアを得た。PLAは、90%正常脂肪、9%浸潤物、および1%線維形成(n=2)であった。
種々の添加剤:試験した残りの全ての添加剤は、重篤な線維形成および炎症性浸潤物とともに毒性を示した。
考察
P188は、2つのより長いポリオキシエチレン親水性尾部(POE単位)にわたる中心ポリオキシプロピレン疎水性領域(POP単位、図1参照)を有するトリブロックコポリマーである。我々は、機械的外傷および虚血ストレスが、正常な脂肪細胞の細胞膜の損傷をもたらすと考える。この損傷は最初に空隙率の増加として現れ、正常な膜イオン勾配の減少を引き起こす。膜の電気的完全性の損失は、アポトーシスカスケードの既知の強力なアクチベーターである。プログラムされた細胞死を受ける細胞は、脂肪滴の集合として移植片に残る。これらの滴は次に再吸収されて、移植片容積の減少をもたらす。トリブロックコポリマーは、自身を外傷を受けた脂肪細胞膜に挿入し、膜の安定化を可能にする能力を有する。さらにトリブロックコポリマーは、その水和化POE尾部で膜の粘性を低下させることが知られている。細胞粘性を低下させることにより、コポリマーは外傷を受けた細胞をより可溶性にし、こうして損傷された膜に対する圧力を低下させる。
P188は脂肪にあまり溶解せず、無傷で損傷のない膜に良好に吸収されないことが示されている。P188は、採取プロセスで機械的せん断損傷を受けた脂肪細胞が、その正常な膜力学を維持することを可能とする。これらの細胞が一旦その膜を修復することができれば、二重層でのリン脂質の量を増加することにより、P188は機械的に押し出される[Agarwal, J., A. Walsh, and R.C. Lee, Multimodal strategies for resuscitating injured cells. Ann N Y Acad Sci, 2005. 1066:295-309]。P188の押し出しは、膜貫通表面圧力の増加により引き起こされる。さらに、P188は次に、胆汁腸管系を介して少量が排出されると共に、実質的に無変化のままで腎臓により排泄されるらしいことも、指摘すべきである。我々は、これらの用量でのP188は、ヒトにおける使用について、副作用または安全性への懸念の証拠は存在しないと考えている[Singh-Joy, S.D. and V.C. McLain, Safety assessment of poloxamers 101, 105, 108, 122, 123, 124, 181, 182, 183, 184, 185, 188, 212, 215, 217, 231, 234, 235, 237, 238, 282, 284, 288, 331, 333, 334, 335, 338, 401, 402, 403, and 407, poloxamer 105 benzoate, and poloxamer 182 dibenzoate as used in cosmetics. Int. J. Toxicol., 2008. 27 Suppl 2:93-128]。
さらに、P188の安全性を評価するために実施された毒性学的分析において、50mg/kgまでの用量をIVにてイヌに投与し、その器官をP188について分析した[Singh-Joy, S.D. and V.C. McLain, Safety assessment of poloxamers 101, 105, 108, 122, 123, 124, 181, 182, 183, 184, 185, 188, 212, 215, 217, 231, 234, 235, 237, 238, 282, 284, 288, 331, 333, 334, 335, 338, 401, 402, 403, and 407, poloxamer 105 benzoate, and poloxamer 182 dibenzoate as used in cosmetics. Int J Toxicol, 2008. 27 Suppl 2:93-128]。これらの実験において、P188は脂肪組織に可溶性ではないようであり、脂肪組織において放射標識されたP188はほとんど見られなかった。これは提唱された作用メカニズムをさらに支持し、それによれば、P188は脂肪細胞内に入ることなく、損傷された脂肪細胞膜上に吸収される。さらに、細胞膜が自己封止して表面圧力が増加すると、P188が細胞膜から押し出されることを実証する多くの研究がある[Wu et al., Interaction between lipid monolayers and poloxamer 188: an X-ray reflectivity and diffraction study. Biophys J, 2005. 89(5):3159-73;Zhang, Z., M. al-Rubeai, and C.R. Thomas, Effect of Pluronic F-68 on the mechanical properties of mammalian cells. Enzyme Microb Technol, 1992. 14(12):980-3;Maskarinec et al., Direct observation of poloxamer 188 insertion into lipid monolayers. Biophys J, 2002. 82(3):1453-9;Agarwal, J., A. Walsh, and R.C. Lee, Multimodal strategies for resuscitating injured cells. Ann N Y Acad Sci, 2005. 1066:295-309;これらの各々は本明細書に参照により組み込まれる]。
イオン損失を防止し、損傷された細胞がアポトーシスに進むことを防ぐこの能力は、脂肪細胞に、軟部組織充填材として作用するその能力を保持することを許容する。細胞膜の安定化なしには、これらの細胞はイオンを漏出し、最終的には死亡する[Hannig et al., Surfactant sealing of membranes permeabilized by ionizing radiation. Radiat Res, 2000. 154(2):171-7;Serbest et al., Mechanisms of cell death and neuroprotection by poloxamer 188 after mechanical trauma. FASEB J, 2006. 20(2):308-10;Mina et al., Poloxamer 188 copolymer membrane sealant rescues toxicity of amyloid oligomers in vitro. J Mol Biol, 2009. 391(3):577-85;これらの各々は本明細書に参照により組み込まれる]。その結果、脂肪移植片は予測不可能な割合で再吸収される。この遊離脂肪移植に固有の予測不能性は、軟部組織再建および増大に対する脂肪移植片の効用を低下させる[Coleman, Structural fat grafts: the ideal filler? Clin Plast Surg, 2001. 28(1):111-9;Gutowski, Current applications and safety of autologous fat grafts: a report of the ASPS fat graft task force. Plast Reconstr Surg, 2009. 124(1):272-80;これらの各々は本明細書に参照により組み込まれる]。
P188処置された脂肪移植片は、他の脂肪移植片群と比べた場合、正常な移植されたものではない脂肪のように見える。これは、P188処置の脂肪組織がほぼ天然の脂肪のように見える、6週目での組織学的検査により最も良好に実証される(Cell-Titer Blueおよびチアゾリルブルーテトラゾリウムブロミド(MTT)による、高い細胞生存度の実証に加えて)。生理食塩水処置の脂肪組織は、多量の線維形成により実証されるように、損傷されているように見える。PEG(P188の成分であり、一定の細胞型の保護に効果的であることが別に示されている)およびテトラブロックコポリマー(P188に類似し、追加の親水性尾部を有する)は、高〜中程度の線維形成レベルの炎症性浸潤物をもたらす。
移植前後の期間の間に脂肪細胞を機械的に保存する能力は、組織学的および生化学的分析で正常脂肪のように見える脂肪移植片をもたらす。その反対に、対照の未処置の脂肪移植片は、線維性となりその正常な脂肪構造を失う(図17参照)。ニューロンについて実施された同様の研究において、細胞を機械的に損傷させた後に、P188処置の細胞は、損傷なしのニューロンに近い振舞いをすることが実証された[Marks et al., Amphiphilic, tri-block copolymers provide potent membrane-targeted neuroprotection. FASEB J, 2001. 15(6):1107-9;Serbest, G., J. Horwitz, and K. Barbee, The effect of poloxamer-188 on neuronal cell recovery from mechanical injury. J Neurotrauma, 2005. 22(1):119-32;これらの各々は本明細書に参照により組み込まれる]。基本的に、機械的な膜の安定化は、神経シグナリングとアキソン機能の保存をもたらしたが、細胞の正常な機能の生理学的変化はもたらさなかった。
我々のデータが証拠付けるように、P188処置の脂肪移植片は、その最初の重量、細胞機能(代謝活性、ATPレベルなどにより評価)、および正常な構造を、生理食塩水洗浄細胞よりも良好に保持している。これは、移植の間の細胞の保存を実証し、これらが新しい位置において正常な脂肪細胞として機能することを可能とする。具体的には、P188を生理食塩水処置の対照と比較した場合、6週目に統計的に有意な重量の増加を示し、これは再吸収における50%の減少と相関する(n=170、P=0.03)。さらにP188は、最初の10日間におけるアポトーシス事象の統計的に有意な減少、6週目における細胞生存度の有意な増加、6週目におけるDNA含量の有意な増加、および6週目における組織学的検査による正常細胞の統計的に有意な増加を示す。
P188を他のプルロニックと比較した場合も、優れた結果を示す。この研究で調査した2つの他のポリマーはP188と類似の性能であったが、全体的にはP188より劣っていた。これらのポリマーはL64とF127であった。L64は室温で液体であり、分子量は2900kDaで、40%PEGおよび60%POEである。F127はP407であり、F127は12600kDaで70%のPEG含量である。これら2つの剤は両方とも、P188と同様の再吸収プロファイルを示し(図13参照)、また細胞生存度の改善を示し(L64対生理食塩水、図14参照、F127は生理食塩水より高い傾向であったが、平均では対照と同様であった)、ただし生理食塩水対照と比較して統計的に有意ではなかった。さらに、L64とF127は、生理食塩水対照と比較してDNA含量におけるいくらかの改善を示したが(本n値においては、近いが有意ではなかった)、P188処置試料より劣っていた(図16参照)。これらの剤は、組織学的に試験した場合、正常脂肪、線維形成および浸潤物の存在についてのスコアでは、P188の性能に近づいていた。しかし、実証されたより低い細胞生存度およびより低いDNA含量により、これらの移植片はP188より劣っていた。これらの移植片は全体としてより低い脂肪細胞数を有するが、組織学的には比較的健康であり、P188と同様の重量を有する。
これらのポリマーは、異なるトリブロックコポリマーのサイズの範囲と、膜封止特性に対する効果を示す。L64は小さく(2900kDa)、より疎水性であり;F127は大きく(〜13,000kDa)、より親水性である。P188はこれら2つの剤の中間であり、〜8000kDaの重量および80%のPEG含量である。したがってP188は、F127より長い親水性尾部と、少し短い疎水性領域を有する。L64はより短いPEG鎖のより軽い分子である。疎水性領域は、膜の孔の暴露された疎水性領域における膜封止活性に必須である。しかし、一旦分子が暴露された孔に配置されると、親水性鎖が追加の保護を提供するようである。これらの鎖は、表面の可溶性を増加させることにより、膜に対する圧力の低下を促進する(図2参照)。
P188をポロキサマーF38およびF108(P98およびP308)と比較した場合、これらの剤はより高い再吸収性、低い細胞生存度、および低いDNA含量を示した。これらの剤は両方とも80%PEGであるが、そのサイズは大きく異なる。F38はP188の半分の重量であるが、同じPEG含量を維持している。これは疎水性と親水性の比率を維持し、すなわちF38はより小さいが、P188と同じPEG(親水性)含量を有する。F108は〜15,000kDaであり、したがってより大きいが、やはり同一の親水性組成を有する。このように、両方の鎖長における改変は、脂肪細胞における膜封止効果に影響する。組織学的検査により、これらの剤両方は、P188および生理食塩水対照よりも高いレベルの損傷を引き起こした。鎖長の増加は、膜の可溶性を高め、究極的にはF108による洗浄剤効果(細胞膜溶解)を引き起こし、一方F38は小さすぎるようである。L64はさらに小さいが、しかしその増加した疎水性含量は、開いた孔中に集積することを可能とするようである。
より高い親水性含量のポリキサマーに見られるこの膜溶解効果は、純粋なPEGで処置された脂肪移植片に見られる結果に翻訳される。PEG600、3350、および8000を試験した。これらのPEGは、PEG重量の範囲を示す(例えばPEG600=600kDaのポリエチレングリコール)。前の研究において、PEG600と3350の混合物は、冷凍軟骨細胞を保存することが示された。米国特許出願US2009/0017438。我々の研究においては、脂肪細胞は軟骨細胞より、洗浄剤効果の影響を受けやすいようである。PEG(およびPEGの組み合わせ)で処置された全ての群は、P188および生理食塩水対照と比較して劣った結果を示した。PEG3350およびPEG8000は、生理食塩水処置対照より高い再吸収率と(図13参照)、細胞生存度の減少を示した(図15参照)。さらに、組織学的検査により、この試料は多量の浸潤物と破壊された脂肪構造を示した。PEG600は最も毒性が低かった。これは、生理食塩水対照と同様の再吸収率(重量による)と、同様の細胞生存度(図13および15参照)を示した。結果として、PEG600は、軟骨細胞保護で記載された用量において毒性効果を有するには小さすぎるようである。より大きなPEG3350とPEG8000は、トリブロックコポリマーのような疎水性領域が欠如しており、細胞膜を溶解し、細胞溶解をもたらす可能性がある。
その他のコポリマー、ジブロックコポリマー、逆トリブロックコポリマー(例えばP31R1)、およびテトラブロックコポリマー(例えばT1107)を分析した場合、これらも細胞毒性(ジブロック、および逆トリブロック)を示すか、または効果がなかった(テトラブロック)。逆トリブロックコポリマーP31R1(3,300kDa)は、中心親水性ブロックおよび側面に配置された2つの疎水性尾部を有する。P188および生理食塩水と比較した場合、P31R1は移植前後のほぼ全期間を通してアポトーシスを誘発する(図8、右上参照)。さらに、重量での比較的低い再吸収率を有するにも関わらず(図13参照)、低い生存シグナル(生理食塩水対照の4,000RFUに対して1454RFU)および劣った組織学的結果を示した。組織学的分析による増加した重量は、正常な脂肪の欠乏と共に、線維形成および炎症性浸潤物を示した。このように、ポリマーの構造はその膜封止特性に重要である。ジブロックコポリマーは石鹸と同じ構造を有する;親水性頭部と疎水性尾部である。これらは洗浄剤として作用するようであり、重量での最も高い再吸収率を有した。非イオン性非プルロニック性Tween 80もまた、同様の結果であった(図13参照)。Tween 80は、組織学的スコアにおいて最高レベルの損傷をもたらし、脂肪移植片に対して明らかに毒性であった(図18B参照)。テトラブロックコポリマーT1107は、4つのPOE鎖に放射状に(車輪の周りのスポークのように)付着した4つのPEG鎖を有する。このポリマーは、重量、DNA含量、および細胞生存度について生理食塩水対照より劣っていた。しかしT1107を組織学検査によりスコア付けると、正常脂肪は最小である。このように、比較的正常に見える生存度およびDNA含量は、移植片内で正常脂肪を置き換えている炎症性細胞を反映するのみである。両親媒性ホスファチジルコリンは、臨床的に脂肪吸引における脂肪溶解剤として用いられてきた。我々の10日間の分析では、P188と同じ濃度において、これはいくらかの保護効果を有するようであるが、P188と同様の程度ではない(図8、右上参照)。
L64とF127はいくらかの保護効果を有するようなので、これらをP188と混合して、初期のアポトーシスモデルにおいて分析した。我々は、有効なポリマーの組み合わせは、脂肪移植片に対して相乗効果を有するのではないかと考えた。しかしそうではなく、このポリマーの混合物は毒性を示すようである。高レベルのアポトーシスが、10日間のサンプリング期間中を通して見られた(図8、右下参照)。したがって、ポリマーの混合物はさらなる試験から除外した。
P188への添加剤も検討した。フルクタンは、植物細胞膜を大きな温度変化から保護することが示された、植物由来のオリゴ糖である。しかし我々の研究においては、これらの剤は多量の脂肪細胞損傷(組織学的検査により)および高レベルの再吸収(重量ベース)を誘発した。ビタミンC(アスコルビン酸)も、ある用量範囲にわたり細胞毒性を示した。興味深いことには、10日間のモデルにおいて、P188はビタミンCで処置した細胞にいくらかの保護を提供したようであった(図6、右下参照)。ビタミンC処置試料とビタミンCプラスP188の間のアポトーシスの減少は、6日目に見られる。
最後に、リポ酸もP188の添加剤として試験した。リポ酸を加えた場合、アポトーシスの減少に相乗効果があるようである(図7参照)。この組み合わせは、P188のみよりも少ないアポトーシス事象を6日目にもたらした。リポ酸は強力な抗酸化剤であり、酸化ストレス(虚血再灌流損傷)のもとでミトコンドリア保護効果を有する。我々の電子顕微鏡検査により示されるように、脂肪細胞のミトコンドリアは脂肪膜の孔近くに存在する(図3参照)。したがって、膜がP188により安定化されると、リポ酸は損傷されたミトコンドリアに対して追加の保護を提供する。混合物はまた、顕著に改善された再吸収(重量ベース)とDNA含量の改善を、6週目にもたらした。
結論
この例において我々は、脂肪移植に対する、ポリマーに基づく膜保護の効果を試験した。我々は、ある範囲のポロキサマーのサイズ(〜2500kDaから14,000kDa)、ある範囲の疎水性(40%PEG〜80%PEG)、種々の他のコポリマー(ジブロック、トリブロック、逆トリブロック、およびテトラブロック)、アニオン性、カチオン性、および両親媒性ポリマー、加えてPEGのみ、組み合わせ、および種々の添加剤を試験した。初期のエンドポイントおよび後期のエンドポイントの両方で、P188は、アポトーシスにおける顕著な減少、改善された重量での再吸収、DNA含量の増加、および細胞構造の改善を、その他の全ての群および生理食塩水処置の対照との比較において示した。
P188のサイズは重要な因子のようである;F38(より小さい)およびF108(より大きい)は同じようには作用しない。疎水性の増加は、小さいポロキサマー(L64)およびより大きくやや疎水性のポロキサマー(F127)を援助する;しかし、P188はこれらより優れている。また、構造および順序も重要であり、逆トリブロックコポリマーP31R1およびジブロックコポリマー(PEG−ポリカプロラクトン)も、移植片に毒性である。さらに、テトラブロックコポリマーT1107は、毒性および重い炎症性浸潤物をもたらすようである。
ポリマーが全体が親水性で大きい場合(PEG3350、PEG8000)、これらは脂肪移植片に毒性である。小さなPEG(PEG600)は生理食塩水より劣る。非ブロック非イオン性界面活性剤(Tween 80)も脂肪に対して毒性である。PEGに見られる高い親水性は、洗浄剤効果により膜の溶解を引き起こすようである。Tween 80は長い疎水性尾部と小さな親水性頭部を有する。この分子もおそらく典型的な洗浄剤として作用し、細胞膜を溶解する。
種々の添加剤は全て、リポ酸を除き、毒性であるか、または効果がなかった。フルクタン、レスベラトール、コレステロール、およびビタミンCは全て、この試験において毒性であることが見出された。興味深いことには、P188はビタミンCによる損傷に対していくらかの保護を提供するようである。さらに、リポ酸はP188と組み合わせて用いられた場合に、潜在的な相乗効果を提供するようである。したがって、P188処置された脂肪移植片には、追加のミトコンドリア保護が有用であるらしい。
この研究は、脂肪細胞膜の損傷を封止するP188の有効性を実証する。サイズが大きく異なる分子は、その疎水性を増加させない限り、作用しないようである;しかし、これらがP188と同じようには作用しないために、サイズも重要であり続ける。リポ酸は完全に異なる機構のもとで作用するが、これはP188と組み合わせた場合に相乗効果を有し得る。
等価物および範囲
当業者は、ルーチンの実験を超えるものを用いることなく、本明細書に記載の特定の態様の多くの等価物を認識し、または確認することができる。本発明の範囲は上記の説明に限定されることを意図せず、むしろ付属のクレームに記載の通りである。
クレームにおいて、「1つの(a)」、「1つの(an)」および「その(the)」などの冠詞は、逆が示されているかまたは文脈から別であることが明らかでない限り、1または2以上を意味することができる。1つの群の1つまたは2つ以上のメンバーの間に「または」を含むクレームや記述は、逆が示されているかまたは文脈から別であることが明らかでない限り、該群の1つの、1つより多くの、または全てのメンバーが、与えられた産物または方法に存在するか、用いられるか、またはその他で関連する場合に、満たされていると考えられる。本発明は、群の正確に1つのメンバーが、与えられた産物または方法に存在するか、用いられるか、またはその他で関連する態様を含む。本発明は、群の1つより多くの、または全てのメンバーが、与えられた産物または方法に存在するか、用いられるか、またはその他で関連する態様も含む。さらに、本発明は、1または2以上のクレームからまたは記述の関連する部分からの1または2以上の限定、要素、条項、記述用語等が他のクレームに導入されている、全ての変形物、組み合わせ、および変更を包含することが理解される。例えば、他のクレームに従属する任意のクレームは、同じ基本クレームに従属する任意の別のクレームに見出される1または2以上の限定を含むように、修正することができる。さらに、クレームが組成物を挙げる場合、本明細書に開示された任意の目的のために該組成物を用いる方法も含まれること、本明細書に開示された任意の製造方法または当分野に知られている他の方法による、該組成物を作製する方法も含まれることが理解されるが、ただし、その他が示されているか、または矛盾もしくは不整合が生じることが当業者に明らかである場合を除く。例えば、本発明の任意の組成物は、軟部組織修復または増大のために使用可能であることが理解される。本明細書に開示された組成物調製方法により製造された任意の組成物は、軟部組織修復または増大のために使用可能であることも理解される。さらに、本発明は、本明細書に開示された組成物調製のための任意の方法によって製造された組成物を包含する。
要素がリストとして示されている場合、例えばマルクーシュグループ・フォーマットで示されている場合、要素の各サブグループもまた開示され、任意の1または2以上の要素を群から取り除けることが理解される。用語「含む」は、開かれていることを意図し、追加の要素またはステップの包含を許容することも指摘する。一般に、発明または発明の側面が、特定の要素、特徴、ステップなどを含むといわれる場合、発明のある態様または発明の側面は、かかる要素、特徴、ステップなどからなるか、または実質的にこれらからなることが理解される。簡単にするために、これらの態様は本明細書にこの通りの言葉で特定的に明記されてはいない。したがって、1または2以上の要素、特徴、ステップなどを含む本発明の各態様について、本発明はさらに、これらの要素、特徴、ステップなどからなるか、実質的にこれらかなる態様もまた提供する。
範囲が与えられている場合、両端点が含まれる。さらに、他に指定されていたり、文脈および当業者の理解からその他が明らかでない限り、範囲として表された値は、発明の異なる態様において、提示された前記範囲内の任意の特定の値を、前記範囲の下限の単位の十分の一までの単位でとり得ることが理解されるが、ただし文脈から明確にそれ以外が指示されている場合を除く。また、他に指定されていたり、文脈および当業者の理解からその他が明らかでない限り、範囲として表された値は、与えられた範囲内の任意の下部範囲をとることができ、ここで前記下部範囲の両端点は、前記範囲の下限の単位の十分の一と同程度の精度で表されることも理解される。
さらに、本発明の任意の特定の態様は、任意の1または2以上のクレームから明示的に除外されてよいことが理解される。本発明の組成物および/または方法の任意の態様、要素、特徴、用途、または側面は、任意の1または2以上のクレームから除外されることができる。簡潔さのために、1または2以上の要素、特徴、目的、または側面が除外された全ての態様は、本明細書に明示的に示されてはいない。

Claims (54)

  1. 脂肪由来細胞を移植するための方法であって、
    脂肪由来細胞とトリブロックコポリマーとの組成物を対象に投与することを含み、ここで該コポリマーは2つの親水性尾部が側面に配置された中心疎水性コアを含み、また該コポリマーは該細胞を損傷から保護し、細胞死を防止する、前記方法。
  2. ポリマーが細胞膜を封止する、請求項1に記載の方法。
  3. ポリマーが細胞膜を安定化する、請求項1に記載の方法。
  4. 脂肪由来細胞が脂肪細胞である、請求項1に記載の方法。
  5. 脂肪由来細胞が幹細胞である、請求項1に記載の方法。
  6. 脂肪由来細胞が自己細胞である、請求項1に記載の方法。
  7. ポリマーがポリエーテルである、請求項1に記載の方法。
  8. ポリマーがポリアルキルエーテルである、請求項1に記載の方法。
  9. ポリマーが、ポリアルキルエーテルと第2のポリアルキルエーテルのコポリマーである、請求項1に記載の方法。
  10. ポリマーが、ポリエチレングリコールと第2のポリマーのコポリマーである、請求項1に記載の方法。
  11. 第2のポリマーが、ポリエチレングリコールより疎水性である、請求項10に記載の方法。
  12. ポリマーが、ポリプロピレングリコールと第2のポリマーのコポリマーである、請求項1に記載の方法。
  13. 第2のポリマーが、ポリプロピレングリコールより親水性である、請求項12に記載の方法。
  14. ポリマーが、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリコールの形態のトリブロックコポリマーである、請求項1に記載の方法。
  15. ポリマーがポロキサマーP188である、請求項1に記載の方法。
  16. ポリマーがポロキサマーP108である、請求項1に記載の方法。
  17. ポリマーがポロキサマー1107である、請求項1に記載の方法。
  18. ポリマーの分子量が、約1,000g/モル〜約10,000g/モルの範囲である、請求項1に記載の方法。
  19. ポリマーの分子量が、約2,000g/モル〜約10,000g/モルの範囲である、請求項1に記載の方法。
  20. ポリマーの分子量が、約3,000g/モル〜約10,000g/モルの範囲である、請求項1に記載の方法。
  21. ポリマーの分子量が、約5,000g/モル〜約10,000g/モルの範囲である、請求項1に記載の方法。
  22. ポリマーが非イオン性である、請求項1に記載の方法。
  23. 細胞とポリマーの組成物が、リポ酸をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  24. 組成物が、細胞1mL当たり約1mg〜約20mgのポリマーを含む、請求項1に記載の方法。
  25. 組成物が、細胞1mL当たり約5mg〜約15mgのポリマーを含む、請求項1に記載の方法。
  26. 組成物が、細胞1mL当たり約15mgのポリマーを含む、請求項1に記載の方法。
  27. 組成物が、細胞1mL当たり約10mgのポリマーを含む、請求項1に記載の方法。
  28. ポリマーが、少なくとも95%の純度である、請求項1に記載の方法。
  29. ポリマーが、少なくとも98%の純度である、請求項1に記載の方法。
  30. ポリマーが、少なくとも99%の純度である、請求項1に記載の方法。
  31. 対象が哺乳動物である、請求項1に記載の方法。
  32. 対象がヒトである、請求項1に記載の方法。
  33. 脂肪細胞とポロキサマーP188の組成物を対象に投与することを含む、脂肪細胞を移植するための方法。
  34. 脂肪移植片の再吸収を防止するための方法であって、脂肪由来細胞とトリブロックコポリマーの組成物を対象に投与することを含み、ここで該コポリマーは、2つの親水性尾部が側面に配置された中心疎水性コアを含む、前記方法。
  35. 脂肪由来細胞の細胞膜を封止するための方法であって、脂肪由来細胞を、細胞膜を封止するのに十分な量のトリブロックコポリマーと接触させることを含み、ここで該コポリマーは、2つの親水性尾部が側面に配置された中心疎水性コアを含む、前記方法。
  36. 細胞が脂肪細胞である、請求項34または35に記載の方法。
  37. 細胞が幹細胞である、請求項34または35に記載の方法。
  38. ポリマーがポロキサマーP188である、請求項34または35に記載の方法。
  39. 脂肪組織を移植するための方法であって、
    脂肪組織とトリブロックコポリマーの組成物を対象に投与することを含み、ここで該コポリマーは2つの親水性尾部が側面に配置された中心疎水性コアを含み、また該コポリマーは該脂肪組織の細胞を損傷から保護し、細胞死を防止する、前記方法。
  40. ポリマーがポロキサマーP188である、請求項39に記載の方法。
  41. 脂肪由来細胞とポロキサマーP188を含む組成物。
  42. 脂肪由来細胞が脂肪細胞である、請求項41に記載の方法。
  43. 脂肪由来細胞が幹細胞である、請求項41に記載の方法。
  44. 脂肪由来細胞が脂肪細胞と幹細胞の組み合わせである、請求項41に記載の方法。
  45. ポロキサマーP188と脂肪細胞を含む組成物。
  46. 脂肪細胞が、組成物中の細胞の少なくとも80%である、請求項45に記載の方法。
  47. 脂肪細胞が、組成物中の細胞の少なくとも90%である、請求項45に記載の方法。
  48. 脂肪細胞が、組成物中の細胞の少なくとも95%である、請求項45に記載の方法。
  49. ポロキサマーP188と脂肪組織を含む組成物。
  50. 脂肪移植に有用なポリマーを同定するための方法であって、
    脂肪細胞を、細胞を安定化するのに十分な濃度の試験ポリマーと接触させること;および
    細胞死または毒性についてアッセイすること;
    を含む、前記方法。
  51. 脂肪移植に有用なポリマーを同定するための方法であって、
    脂肪細胞を、細胞を安定化するのに十分な濃度の試験ポリマーと接触させること;
    細胞/ポリマー組成物を試験動物中に移植すること;および
    移植の成功を評価すること;
    を含む、前記方法。
  52. 試験動物がげっ歯動物である、請求項51に記載の方法。
  53. 試験動物がヌードマウスである、請求項51に記載の方法。
  54. 評価のステップが、移植された細胞の評価を、重量、容積、細胞死の程度、ミトコンドリアレベル、アポトーシスのマーカー、DNA含量、またはレプチンもしくはPPARγ2のレベルにより行うことを含む、請求項51に記載の方法。
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