JP2017165756A - 骨再生のための治療補助薬としてのインスリン−疑似剤 - Google Patents

骨再生のための治療補助薬としてのインスリン−疑似剤 Download PDF

Info

Publication number
JP2017165756A
JP2017165756A JP2017088662A JP2017088662A JP2017165756A JP 2017165756 A JP2017165756 A JP 2017165756A JP 2017088662 A JP2017088662 A JP 2017088662A JP 2017088662 A JP2017088662 A JP 2017088662A JP 2017165756 A JP2017165756 A JP 2017165756A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bone
insulin
mimetic
vanadium
zinc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017088662A
Other languages
English (en)
Inventor
リン,シェルドン,サトン
Suton Lin Sheldon
パグリア,デビッド,ネスビー
Naisby Paglia David
オコーナー,ジェイムズ,パトリック
Patrick O'connor James
ベネヴェニア,ジョセフ
Benevenia Joseph
ウェイ,アーロン
Aaron Wey
サブラマニアン,サンゲータ
Subramanian Sangeeta
チリセラ,ポール
Chirichella Paul
ヴィヴェス,マイケル,ジェイ.
J Vives Michael
ディー. コーナー,ジョン
D Koerner John
ディー. コーナー,ジョン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rutgers State University of New Jersey
Original Assignee
Rutgers State University of New Jersey
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/US2011/064240 external-priority patent/WO2012079024A2/en
Application filed by Rutgers State University of New Jersey filed Critical Rutgers State University of New Jersey
Publication of JP2017165756A publication Critical patent/JP2017165756A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K33/00Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
    • A61K33/24Heavy metals; Compounds thereof
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K33/00Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
    • A61K33/04Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K33/00Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
    • A61K33/24Heavy metals; Compounds thereof
    • A61K33/30Zinc; Compounds thereof
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K33/00Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
    • A61K33/24Heavy metals; Compounds thereof
    • A61K33/32Manganese; Compounds thereof
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K35/00Medicinal preparations containing materials or reaction products thereof with undetermined constitution
    • A61K35/12Materials from mammals; Compositions comprising non-specified tissues or cells; Compositions comprising non-embryonic stem cells; Genetically modified cells
    • A61K35/32Bones; Osteocytes; Osteoblasts; Tendons; Tenocytes; Teeth; Odontoblasts; Cartilage; Chondrocytes; Synovial membrane
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/177Receptors; Cell surface antigens; Cell surface determinants
    • A61K38/179Receptors; Cell surface antigens; Cell surface determinants for growth factors; for growth regulators
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/177Receptors; Cell surface antigens; Cell surface determinants
    • A61K38/1793Receptors; Cell surface antigens; Cell surface determinants for cytokines; for lymphokines; for interferons
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/18Growth factors; Growth regulators
    • A61K38/1808Epidermal growth factor [EGF] urogastrone
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/18Growth factors; Growth regulators
    • A61K38/1825Fibroblast growth factor [FGF]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/18Growth factors; Growth regulators
    • A61K38/1841Transforming growth factor [TGF]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/18Growth factors; Growth regulators
    • A61K38/1858Platelet-derived growth factor [PDGF]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/18Growth factors; Growth regulators
    • A61K38/1858Platelet-derived growth factor [PDGF]
    • A61K38/1866Vascular endothelial growth factor [VEGF]
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/18Growth factors; Growth regulators
    • A61K38/1875Bone morphogenic factor; Osteogenins; Osteogenic factor; Bone-inducing factor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/19Cytokines; Lymphokines; Interferons
    • A61K38/20Interleukins [IL]
    • A61K38/2026IL-4
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/19Cytokines; Lymphokines; Interferons
    • A61K38/20Interleukins [IL]
    • A61K38/2066IL-10
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/19Cytokines; Lymphokines; Interferons
    • A61K38/20Interleukins [IL]
    • A61K38/2086IL-13 to IL-16
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K38/00Medicinal preparations containing peptides
    • A61K38/16Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • A61K38/17Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
    • A61K38/22Hormones
    • A61K38/29Parathyroid hormone, i.e. parathormone; Parathyroid hormone-related peptides
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K45/00Medicinal preparations containing active ingredients not provided for in groups A61K31/00 - A61K41/00
    • A61K45/06Mixtures of active ingredients without chemical characterisation, e.g. antiphlogistics and cardiaca
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/0012Galenical forms characterised by the site of application
    • A61K9/0019Injectable compositions; Intramuscular, intravenous, arterial, subcutaneous administration; Compositions to be administered through the skin in an invasive manner
    • A61K9/0024Solid, semi-solid or solidifying implants, which are implanted or injected in body tissue
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/54Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P19/00Drugs for skeletal disorders
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P19/00Drugs for skeletal disorders
    • A61P19/02Drugs for skeletal disorders for joint disorders, e.g. arthritis, arthrosis
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P19/00Drugs for skeletal disorders
    • A61P19/08Drugs for skeletal disorders for bone diseases, e.g. rachitism, Paget's disease
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P43/00Drugs for specific purposes, not provided for in groups A61P1/00-A61P41/00
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/38Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of the spine, vertebrae or intervertebral discs

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Rheumatology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Endocrinology (AREA)
  • Developmental Biology & Embryology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

【課題】骨折、骨の欠陥、骨欠損、癒合遷延、又は癒合不全等の骨疾患を患った患者の、骨の治癒または再生を促進する方法の提供。
【解決手段】骨疾患を患った患者の骨の損傷部位に、インスリン経路−刺激亜鉛、バナジウム、タングステン、又はマンガン化合物等より選択される、好ましくは亜鉛、バナジウム又はマンガン化合物であるインスリン疑似剤を局所投与する方法。
【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2011年11月29日付で提出の、米国仮特許出願第61/564,82
2号、2012年10月25日付で提出の、米国仮特許出願第61/718,646号、
2011年12月9日付で提出の国際特許出願第PCT/US11/64240号、20
10年12月10日付で提出の、米国仮特許出願第61/421,921号、2010年
12月30日付で提出の、米国仮特許出願第61/428,342号、および2011年
3月18日で提出の、米国仮特許出願第61/454,061号に対して35 U.S.
C. §119(e)に基づく優先権を主張し、これらはすべて参考で本明細書中に引用
される。
発明の分野
本発明は、骨再生のための治療補助薬としてのインスリン−疑似剤(insulin−
mimetic agents)の使用、さらにインスリン−疑似剤の局所投与による患
者の骨の治癒または再生の方法に関する。
発明の背景
約600,000件の癒着不能を含む、約600万件の骨折が毎年米国であり、そのう
ち約10%が治癒に至らない。骨折治癒は、細胞の連続的な採用および骨の修復に不可欠
な要素の具体的な時間的発現を伴う複雑なプロセスである。骨折治癒のプロセスは、骨折
部位における血塊の初期形成から始まる。血栓内の血小板および炎症細胞は、走化性、増
殖、血管新生および骨芽細胞や軟骨芽細胞への間葉系細胞の分化のために重要ないくつか
の因子を放出する。
実施される整形外科手術において、毎年約100万件で同種移植または自家移植が必要
である。骨の治癒を促進する一つの解決法として、骨芽細胞、線維芽細胞、軟骨芽細胞等
の、細胞を、適当な環境で、生物活性のあるシグナル伝達分子、例えば、インスリンまた
はインスリン−疑似剤(insulin−mimetic)、またはβ−TCP(CaP
)等の担体ありもしくはなしで、およびコーラーゲンで処理する、組織工学(tis
sue engineering)によるものがある。骨折の現状の治療方法としては、
(a)電気刺激装置(PEMF、エキソゲン(Exogen)など)および(b)骨形成
タンパク質(bone morphogenic protein)(BMP)、例えば
、rhBMP−2/ACS(INFUSE(登録商標) Bone Graft)等の、
生物剤(biologics)がある。後者は、特定の体間ケイジ(interbody
cages)による脊椎固定時の自家移植片置換(autograft replac
ement in spine fusion)(ALIF)(2002)として、IM
釘による脛骨骨折の修復(2004)ための、および頭蓋上顎骨手術(craniofa
cial maxillary surgery)(2006)のためのアジュバント(
adjuvant)として、FDAによって認可されたが、この方法は、高価であり、1
申請あたり約5,000ドルかかる(Lieberman, J.R., et al.
, J. Bone Joint Surg. Am., 2002, 84: 103
2-1044; Trippel, S.B., et al., J. Bone J
oint Surg. Am., 1996, 78: 1272−86)。
初期の血腫形成に続いて起こる骨折治癒プロセスは、第一次または第二次骨折治癒とし
て分類されうる。第一次骨折治癒は、骨フラグメント間の歪(interfragmen
tary strain)がほとんどないまたは全くない堅固な骨内固定(rigid
internal fixation)の存在下で生じ、これにより骨折ギャップにわた
って直接骨が形成する。第二次骨折治癒は、固定せずにまたは堅くない固定(non−r
igid fixation)により骨フラグメント間の歪に応答して生じ、これにより
骨膜及び外軟組織(external soft tissue)からの応答による特徴
を有する膜内及び軟骨内骨化により骨が形成する。
膜内骨形成は骨膜で始まる。この領域内に位置する骨芽細胞は、骨マトリックスを生成
し、成長因子を合成し、この部位にさらに細胞を補充する。膜内骨化が開始してからすぐ
に、骨折部位に直接隣接する肉芽組織が軟骨に置換されて、軟骨内骨形成を引き起こす。
骨折ギャップを一時的に橋渡しする軟骨は、間葉細胞の軟骨細胞への分化によって生成す
る。軟骨性仮骨は、増殖性軟骨細胞から始まり、最終的には肥大軟骨細胞で支配される。
肥大軟骨細胞は、血管形成を開始し、得られた血管系は骨芽前駆細胞(osteobla
stic progenitor)さらには軟骨吸収細胞及び破骨細胞の補充(recr
uitment)のためのルートを提供し、石灰化組織を再吸収する。この骨芽前駆細胞
は骨芽細胞に分化して、線維性骨を生成し、これにより骨折を癒合させる(formin
g a united fracture)。骨折治癒の最終段階は、線維性骨の再構成
による構造体の形成という特徴があり、この構造体は元の組織と似ており、骨折前の骨の
機械的完全性を有する。
しかしながら、骨代謝のプロセスは、骨修復とはかなり異なる。骨の代謝は、骨形成と
骨吸収との相互作用である。前記したような、骨修復は、連続的な補充(sequent
ial recruitment)および間葉細胞の適当な骨芽細胞/軟骨形成細胞系へ
の分化による骨折/欠損部位の修復を含む複雑なプロセスである。
脊椎融合は、脊椎症、ディスク障害、および脊柱管狭窄症を含む種々の条件のために実
行される共通の手順である。単独レベルの脊椎融合後の偽関節(pseudoarthr
osis)率は、35%までと報告されていた。脊椎関節固定後の骨形成の過程は、骨折
治癒および異所性骨化の間に起こるものと同様であり、融合速度を増大させるための薬剤
は、以下の脊椎融合後の偽関節を減少させるのに重要な役割を担っている。我々の知る限
りでは、本発明より前に、例えば亜鉛またはバナジウム化合物のようなインスリン−疑似
剤の局所当初による脊椎融合における治療のin vivo評価は、実行されていない。
脊椎融合を増進するための新方法と共に、骨再生を増進することによって骨折を修復す
るための新方法を開発する必要性は明確に存在する。
発明の要約
本発明は、インスリン経路−刺激亜鉛、バナジウム、タングステン、モリブデン、ニオ
ブ、セレン、またはマンガン化合物を含むがこれらに限定されないインスリン−疑似剤の
局所投与による、骨再生のための独特なストラテジーを提供する。
本発明の一態様では、治療上有効量のインスリン−疑似剤(insulin−mime
tic agent)を患者に局所投与することを有する、骨再生の必要のある患者の骨
の疾患の治療方法が提供される。
本発明の他の態様では、局所投与の骨の治癒または再生を必要とする患者における骨の
治癒または再生を促進するための薬剤の製造のためのインスリン疑似剤化合物の使用が提
供される。
本発明の他の態様では、適用の必要のある患者にインスリン−疑似剤化合物および制約
上許容できる単体を含む、薬剤デリバリー装置またはキットが提供される。
本発明の他の態様は、骨自家移植法は、骨同種移植法、自己幹細胞治療法、自家成長因
子濃縮物を利用する方法、同種幹細胞治療法、化学的刺激法、電気刺激法、低強度パルス
超音波(LIPUS)法、内固定法、および外部の固定から選択される骨再生を促進する
ための第二の方法、またはインスリン−疑似剤またはその組成物の局所投与することを含
む。
本発明はまた、脊椎融合(spinal fusion)手法における脊椎融合を促進
する独特なストラテジーを提供する。
本発明の一態様は、骨誘導担体(osteoconductive carrier)
およびインスリン−疑似剤を含む骨癒着(bone fusion)または空隙充填(v
oid filling)のための骨再生材料を提供する。一実施形態では、前記骨再生
材料は、自家骨組織(allograft bone tissue)を含む。他の実施
形態では、前記骨再生材料は、異種移植骨組織(xenograft bone tis
sue)を含む。
本発明の他の態様では、以下の工程を含む脊椎骨(spine)における脊椎(ver
tebrae)を安定化するための外科手技(surgical procedure)
が提供される:
隣接する脊椎のそれぞれの一部を露出させること;および
前記隣接する脊椎の前記露出部分の間および両方の脊椎の前記露出部分と接触している
領域内に、補助的な骨組織材料およびインスリン−疑似剤を配置すること;
この際、前記インスリン−疑似剤は、骨組織材料とともに前記二つの脊椎の融合(fu
sion)速度を増加させるための有効量で提供される。
一実施形態では、前記脊椎は、腰椎(lumbar vertebrae)である。他
の実施形態では、前記脊椎は、頚椎(cervical vertebrae)である。
一実施形態では、前記骨組織材料は、自家移植骨組織を含む。他の実施態様では、前記骨
組織材料は、同種移植骨材料である。一実施態様では、前記インスリン−疑似剤は、骨組
織材料と混合される。特別な実施態様では、前記骨組織材料は、自家移植骨組織であり、
前記インスリン−疑似剤は、前記二つの脊椎の前記露出部分の間に配置される前に、採取
後の前記骨組織材料と混合される。
他の実施形態では、当該方法は、当該二つの脊椎を安定させ、当該骨組織材料と前記二
つの脊椎との融合を促進するように構成された補綴インプラント(prosthetic
implant)で当該2つの脊椎をサポートする工程をさらに含む。
一実施形態では、当該補綴インプラントの骨組織接触面は、当該インスリン−疑似剤で
被覆されている。
他の態様では、本発明は、脊椎融合外科手技における脊椎の融合速度を増進するための
骨組織キットを提供し、当該骨組織キットは、インスリン−疑似剤および製薬上許容可能
な担体を含む組成物を含む。一実施形態では、当該キットはまた同種移植骨組織材料を含
む。一実施形態では、当該インスリン−疑似剤および当該同種移植骨組織材料は、混合物
として提供される。他の実施形態では、当該インスリン−疑似剤および同種移植骨組織材
料は、その後の混合のために提供される。他の態様では、本発明は、脊椎融合外科手技に
おける脊椎の融合の速度を増進するための組成物を提供し、当該組成物は、インスリン−
疑似剤および製薬上許容可能な担体を含む。一実施形態では、当該組成物は、同種移植骨
材料を含む。
他の態様では、本発明は、脊椎融合を増進するための埋め込み型装置をお提供する。こ
の際、補綴インプラントは、二つの隣接する脊椎の融合を安定させ促進するように構成さ
れ、前記補綴インプラントの表面に接触する骨組織は、インスリン−疑似剤を含む組成物
で被覆される。
本発明に用いられるインスリン疑似剤の例として、インスリン経路−刺激(insul
in pathway−stimulating)亜鉛、バナジウム、タングステン、モ
リブデン、ニオブ、セレン、およびマンガン化合物が挙げられるが、これらに限定されな
い。
ゆえに、本発明は、糖尿病であるまたは糖尿病ではない、患者、好ましくは哺乳動物、
より好ましくはヒトでの骨の治癒の促進および脊椎融合の増進のための特有な方法を提供
する。本発明のインスリン−疑似剤による治療の開発によって、成長因子(例えばインス
リン)などの複合分子をデリバリーする特殊な方法の開発の必要性を取り除き、これによ
り、治療に関連するコストを低減し、特殊な貯蔵を排除し、使用しやすさを促進するであ
ろう。本発明の上記および他の形態は、下記図面および詳細な説明を参照してより良好に
理解できるであろう。
図1は、術後のX線写真を示す。(A)アインホルン(Einhorn)モデル、(B)本研究で使用したモデルの、術後すぐに撮影した代表的なX線写真である。((B)では、キルシュナー鋼線が転子を通り抜けており、これにより骨折部位が安定化され、キルシュナー鋼線の移動を防止する)。 図2は、機械的試験セットアップ(Mechanical Testing Setup):フィールド金属(Field’s metal)で3/4平方インチナットに埋め込まれる前の無傷の大腿骨を示し、この際、(A)ZINC 10(3.0mg/kg ZnCl)および(B)ZINC 8(1.0mg/kg ZnCl)は、2セットの亜鉛で処理した4週間整形後に採取された大腿骨であり、らせん骨折の治癒を示し、(C)ZINC 3(コントロール)は、癒合不全(Non−unions)の非らせん骨折を示す(左:無傷の大腿骨、右:骨折した大腿骨)。 図3は、生理食塩水コントロールと比較して、局所ZnCl(1.0および3.0mg/Kg)で処理した骨折の大腿骨の代表的サンプルの4週間レントゲン写真(APおよび内側面図(Medial−Lateral views))を示す図である。 図4は、生理食塩水コントロールと比較して、ZnClで処理した骨折の組織形態計測を示す図である。 図5は、CaSOコントロールと比較して、1.0mg/Kg ZnCl+CaSO担体で処理した各群の骨折した大腿骨の代表的サンプルの4週間レントゲン写真(APおよび内側面図(Medial−Lateral views))を示す図である。 図6は、既存療法(BMP2)でのZnClの使用の比較を示す図である:(1)硫酸カルシウム(CaSO)ビヒクルに伴うZnClの単独髄内投与(1mg/kg)(紫色);(2)ビヒクルなしのZnClの単独髄内投与(3mg/kg)(緑色);(3)バッファビヒクルに伴うBMP−2の単独経皮投与(80g)を用いたBMP−2研究(赤色);および(4)超音波処理の毎日露出期間(20分/日)を用いたエクソジェン(Exogen)研究。当該平均値(25日間の継続)が、青色で示される。 図7は、生理食塩水コントロールと比較して、局所塩化マンガン(MnCl)の4週間骨折後のレントゲン写真を示す図である。 図8は、局所VACレベルの定量化を示す図である。骨折したおよび反対側の(無傷の)大腿骨のための手術後の1、4、7、および14日間における大腿骨のバナジウム濃度(μgバナジウム/骨質量のグラム)。 図9は、VACおよび生理食塩水コントロールで処理したラットにおける組織学の比較を示す図である:生理食塩水の代表的な部分、1.5mg/kg VACおよび3mg/kg VAC群が立体顕微鏡で可視化された1.67Xの10〜21日間からの治癒の進行を示す。 図10は、骨折した大腿骨の各群における3つ代表的なサンプルの4週間レントゲン写真:(A)生理食塩水コントロール、(B)1.5mg/kg VAC、(C)3.0mg/kg VACを示す図である。 図11は、VAC処理または未滅菌(無傷の大腿骨に対して正規化)処理の4週間機械的試験を示す図である。データは、平均値±標準偏差を示す。*は、コントロールよりも統計学的に高い値を示し、p<0.05対生理食塩水コントロール。 図12は、放射線分析により測定し、正常(非糖尿病)ラットにおける大腿骨骨折の長期治癒に対する局所バナジウム治療の効果を示す図である。 図13は、進行中のBMP2およびエクソジェンの治療法の局所VAC処理の比較を示す図である。 図14は、L4−L5の横突起が軟らかい組織を除去し、高速バリで剥皮されたことを示している図である。 図15は、破砕された自家移植が、適切なレベル(L4−L5)で何度横突起の間で広がっていたことを示す図である。インプラントまたはブランクの相当額は、自家移植床に組み込んだ。 図16は、コントロール群と比較してラットモデルにおけるバナジウム処理した脊椎のX線写真を示す図である。
発明の詳細な説明
本発明は、インスリン−疑似剤が、骨折部位でのインスリンシグナル伝達経路を刺激す
ることにより、骨再生を促進するために使用することができるという発見に基づいている
。特に、本発明は、骨に対するインスリン−疑似剤の生物学的影響として、骨の治癒にお
いて重要な役割を果たすために利用できるという発見に基づくものである。担当ありまた
は担体なしで局所的にデリバリーされる、例えばインスリン経路−刺激亜鉛、バナジウム
−疑似剤は、ねじり強度及び再生骨の骨密度を改善することができる。骨の再生を促進す
るための、バナジウム、亜鉛、または類似の金属塩療法の開発は、治療的に有益であり、
プロテイン成長因子(例えばインスリン)などの複合分子をデリバリーする特殊な方法の
開発の必要性を取り除き、特殊な貯蔵を排除し、使用しやすさを促進し、対費用効果が高
い。
従って、本発明は、骨折のような種々の骨疾患を治療するために、及び脊椎融合を増進
するために、例えば脊椎関節固定の治療において、インスリン−疑似剤を用いる。本発明
に好適に用いられるインスリン−疑似剤は、インスリン経路−刺激亜鉛、バナジウム、タ
ングステン、モリブデン、ニオブ、セレン、マンガン金属または化合物を含むが、これら
に限定されない。例えば、我々は、ZnClを単独でまたは整形外科用担体(例えばC
aSO)付の製剤の一部として使用し、手術後の骨折部位に直接適用するときに、骨折
治癒の加速を示した。
好ましくは、前記骨の治癒の必要のある患者は、骨折、骨の外傷、脊椎固定術、四肢の
関節固定術などを含む関節固定、および外傷後の骨の手術(post−traumati
c bone surgery)、補綴後の関節の手術(post−prostheti
c joint surgery)、整形後の骨の手術(post−plastic b
one surgery)、ポストデンタル手術(post−dental surge
ry)、骨の化学療法処置(bone chemotherapy treatment
)、先天性骨欠損、外傷後の骨欠損(post traumatic bone los
s)、手術後の骨欠損(post surgical bone loss)、感染後の
骨欠損(post infectious bone loss)、同種移植片の埋め込
み(allograft incorporation)または骨の放射線療法処置(b
one radiotherapy treatment)に関連する骨欠損疾患(bo
ne deficit condition)から選択される骨の疾患に苦しむ。
上記態様の他の実施形態では、前記骨の疾患は、骨折、骨欠損、ならびに癒合遷延(d
elayed union)および癒合不全(non−union)から選択される。
したがって、一態様では、本発明は、治療上有効量のインスリン経路−刺激インスリン
−疑似剤を、骨疾患を患った患者に局所投与することを有する、骨疾患を患った患者にお
ける骨の治癒または再生を促進する方法を提供する。
上記態様の一実施形態では、前記インスリン−疑似剤は、インスリン経路−刺激(in
sulin pathway−stimulating)亜鉛、バナジウム、タングステ
ン、モリブデン、ニオブ、セレン、またはマンガン化合物である。
上記態様の他の実施形態では、前記インスリン−疑似剤は、亜鉛、バナジウムまたはマ
ンガン化合物である。
上記態様の他の実施形態では、前記インスリン−疑似剤は、骨の損傷部位に投与される
上記態様の他の実施形態では、本発明の方法は、同種移植片法、自家移植片法、異種移
植片法、人工移植法または整形外科バイオ複合材料法と組み合わせて使用される。
上記態様の他の実施形態では、前記方法は、細胞毒性薬、サイトカインまたは成長阻害
剤を前記インスリン−疑似剤と一緒に投与することを有する。
上記態様の他の実施形態では、前記方法は、外来骨成長刺激剤(external b
one growth stimulator)と組み合わせて使用される。
上記態様の他の実施形態では、前記方法は、生物活性骨剤(bioactive bo
ne agent)を前記インスリン−疑似剤と一緒に投与することを有する。
上記態様の他の実施形態では、前記生物活性骨剤は、ペプチド成長因子、抗炎症因子、
炎症促進因子、アポトーシスの阻害剤、MMP阻害剤、および骨異化アンタゴニストから
なる群より選択される。
上記態様の他の実施形態では、前記ペプチド成長因子は、IGF(1,2)、PDGF
(AA、AB、BB)、BMPs、FGF(1−20)、TGF−β(1−3)、aFG
F、bFGF、EGF、VEGF、副甲状腺ホルモン(PTH)、および副甲状腺ホルモ
ン関連ペプチド(PTHrP)からなる群より選択される。
上記態様の他の実施形態では、前記抗炎症因子は、抗TNFα、可溶性TNFレセプタ
ー、ILlra、可溶性IL1レセプター、IL4、IL−10、およびIL−13から
なる群より選択される。
上記態様の他の実施形態では、前記骨異化アンタゴニストは、ビスホスホネート、オス
テオプロテゲリン、およびスタチンからなる群より選択される。
上記態様の他の実施形態では、前記患者は、哺乳動物である。
上記態様の他の実施形態では、前記患者は、ヒトである。
上記態様の他の実施形態では、前記患者は、非糖尿病のヒトである。
他の態様では、本発明は、局所投与を特徴とする骨の治癒または再生を加速する必要の
ある患者における骨の治癒または再生を加速するための薬剤の製造のためのインスリン−
疑似剤の使用を提供する。
他の態様では、本発明は、本発明のインスリン−疑似剤化合物またはその組成物を包含
する、少なくとも一つの骨接触表面(bone−contacting surface
)を含む、整形外科または脊椎のインプラントを提供する。
整形外科装置の例として、スクリュー、プレート、ロッド、K−ワイヤ、ピン、フック
、いかり、髄内装置、椎弓根スクリュー(pedicle screws)、椎弓根フッ
ク、脊椎固定ケージ(spinal fusion cages)、脊椎固定プレート、
プロテーゼ、および多孔質金属インプラント(例えば、柱金属インプラント)などを含む
。本発明に用いられるインプラントとしては、チタン、チタンの合金、タンタル、タンタ
ルの合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼などの合金などから形成される金属インプ
ラントを含む。本発明に用いられるポリマーインプラントとしては、ポリグリコール酸(
PGA)、ポリ(乳酸−グリコール酸共重合体)(PLGA)、ポリ乳酸(PLA)、ポ
リカプロラクトン(PCL)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエチレン
テレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート(PC)、ポリ
(オルトエステル)(POEs)などを含む。
前記インスリン疑似剤は、従来の手段により、インプラントの骨接触表面に被覆されう
る。代替用のインプラントは、製剤化することができ、インスリン−疑似剤がインプラン
トの骨接触面に組み込まれるように製造することができる。これの達成できる手段は、当
業者にとって容易で明らかである。
他の態様では、本発明は、治癒または骨再生を必要とする骨疾患を患った患者へ局所投
与するための製剤化されたインスリン−疑似剤の治療有効量を含む骨損傷治療キットを提
供する。かようなキットは、例えば皮下注射器(hypodermic syringe
)のような局所投与のための装置を含みうる。
他の態様では、本発明は、骨再生または骨融合を促進するために、骨組織材料、セラミ
ック骨移植代用品、またはこれらの組み合わせを提供する。本発明に好適に用いられる骨
組織材料は、自家移植、同種移植、および異種移植材料を含む。
上記態様の一実施形態では、前記骨組織材料は、インスリン経路−刺激亜鉛、バナジウ
ム、タングステン、モリブデン、ニオブ、セレン、およびマンガン化合物から選択される
インスリン−疑似剤を含む。
上記態様の他の実施形態では、前記骨組織材料は、バナジウム、マンガン、および亜鉛
化合物から選択されるインスリン−疑似剤を含む。
上記態様の他の実施形態では、前記骨組織材料は、製薬上許容可能な担体をさらに含む
上記態様の他の実施形態では、前記製薬上許容可能な担体は、無機塩である。
上記態様の他の実施形態では、前記製薬上許容可能な担体は、硫酸塩またはリン酸塩か
ら選択される無機塩である。
上記態様の他の実施形態では、前記製薬上許容可能な担体は、カルシウム塩である。
他の態様では、本発明は、脊椎融合を増進するためのインスリン疑似剤を利用する脊椎
融合手技(手法)を提供する。一実施態様では、脊椎骨(spine)における脊椎(v
ertebrae)を安定化するための外科手技は、提供され、隣接する脊椎のそれぞれ
の一部分を露出させ;ならびに前記隣接する脊椎の前記露出部分の間および両方の脊椎の
前記露出部分と接触している領域内に、補助的な骨組織材料、セラミック骨移植代用品(
ceramic bone−graft substitute)またはこれらの組み合
わせ、およびインスリン−疑似剤化合物を配置する、ステップを含み、この際前記インス
リン−疑似剤化合物が、骨組織材料と共に前記二つの脊椎の融合(fusion)速度を
増加させるための有効量で提供される。
上記態様の他の実施形態では、前記インスリン−疑似剤は、亜鉛、バナジウム、タング
ステン、モリブデン、ニオブ、セレン、またはマンガン化合物をである。
上記態様の他の実施形態では、前記インスリン−疑似剤は、亜鉛またはバナジウム化合
物である。
上記態様の他の実施形態では、前記インスリン−疑似剤は、補助的な骨組織材料および
/またはセラミック骨移植代用品に添加され、インスリン−疑似剤を含む補助的な骨組織
材料を提供する。
上記態様の他の実施形態では、前記インスリン−疑似剤は、製薬上許容可能な担体をさ
らに含む組成物として、前記補助的な骨組織材料および/またはセラミック骨移植代用品
とは別に添加される。一実施形態によれば、前記組成物は、インスリン−疑似剤硫酸カル
シウムペレットである。
上記態様の他の実施形態では、前記方法は、自家骨移植、同種骨移植、異種骨移植、セ
ラミック骨移植代用品、整形外科バイオ複合材料などの移植方法との組み合わせである。
一実施形態よれば、インスリン−疑似剤は、自家移植、同種移植、異種移植、セラミック
骨移植代用品、整形外科バイオ複合材料などと混合されている。
患者の関心好適部位は、骨治癒を必要とする部位およびこれらの部位に隣接および/ま
たは連結する領域を含む。また、本発明の治療方法は、骨自家移植片法、骨同種移植片法
、自家移植成長因子濃縮法、自家幹細胞治療法、同種幹細胞治療法、化学的刺激法、電気
的刺激法、低強度パルス超音波(LIPUS)法、内固定法および外固定法から選択され
る少なくとも一つの手順との任意の組み合わせであり、この際、脊椎融合の場合には、融
合された脊椎を安定化し、または二つの隣接する脊椎融合における速度を増加させるであ
ろう。
本発明に用いられるインスリン−疑似剤亜鉛化合物は、例えば鉱酸亜鉛塩などの無機亜
鉛化合物を含む。無機亜鉛化合物の例として、塩化亜鉛、硫酸亜鉛、リン酸亜鉛、炭酸亜
鉛、および硝酸亜鉛、またはこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない
インスリン−疑似剤亜鉛化合物はまた、有機酸の亜鉛塩を含める。有機酸亜鉛塩の例と
しては、酢酸亜鉛、ギ酸亜鉛、プロピオン酸亜鉛、グルコン酸亜鉛、ビス(マルトラト)
亜鉛、アセキサム酸亜鉛、アスパラギン酸亜鉛、ビス(マルトラト)亜鉛(II)[Zn
(ma)2]、ビス(2−ヒドロキシピリジン−N−オキシド)亜鉛(II)[Zn(h
po)2]、ビス(アリキシナト)Zn(II)[Zn(alx)2]、ビス(6−メチ
ルピコリナト)Zn(II)[Zn(6mpa)2]、ビス(アスピリナト)亜鉛(II
)、ビス(ピロール−2−カルボキシラト)亜鉛[Zn(pc)2]、ビス(アルファ−
フロン酸)亜鉛[Zn(fa)2]、ビス(チオフェン−2−カルボキシラト)亜鉛[Z
n(tc)2]、ビス(チオフェン−2−アセタト)亜鉛[Zn(ta)2]、(N−ア
セチル−L−システイナト)Zn(II)[Zn(nac)]、亜鉛(II)/ポリ(γ
−グルタミン酸)[Zn(γ−pga)]、ビス(ピロリジン−N−ジチオカルバメート
)亜鉛(II)[Zn(pdc)]、亜鉛(II)L−ラクテート[Zn(lac)
]、亜鉛(II)D−(2)−キナ酸[Zn(qui)]、ビス(1,6−ジメチル−
3−ヒドロキシ−5−メトキシ−2−ペンチル−1,4−ジヒドロピリジン−4−チオナ
ト)亜鉛(II)[Zn(tanm)2]、β−アラニル−L−ヒスチジナト亜鉛(II
)(AHZ)など、またはこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
他の実施形態において、亜鉛塩の有機酸は、天然に存在する脂肪酸である。
適切な有機バナジウム系インスリン−疑似剤は、バナジウムアセチルアセトネート(V
AC)、バナジウムスルフェート(VS)、バナジウム3−エチル−アセチルアセトネー
ト(VET),及びビス(マルトラト)オキソバナジウム(BMOV)などを含むが、こ
れらに限定されない。好ましい態様において、前記有機バナジウム化合物は、バナジウム
アセチルアセトネート(VAC)である。有機バナジウム化合物であるバナジウムアセチ
ルアセトネート(VAC)は、1型および2型糖尿病の動物と人間の研究ではインスリン
−疑似効果を示し、および動物実験で糖尿病のいくつか合併症を妨げてきた。研究されて
いるVACの追加の薬理活性は、糖新生の阻害、グルタミン酸脱水素酵素活性の低下、お
よび抗脂肪分解を含む。骨治癒または再生を加速するための、または軟骨損傷および修復
の治療補助剤としてのこれらのバナジウム系インスリン−疑似剤は、本発明者らによって
、関連する米国仮出願第61/295,234及び61/504,777、並びにPCT
出願番号PCT/US11/21296およびPCT/US12/45771に開示され
、その全体が本明細書中で参考として採用されうる。本発明に好適に用いられるインスリ
ン−疑似バナジウム化合物は、米国特許第5,300,496;5,527,790;5
,688,784;5,866,563;5,888,893;6,268,357およ
び6,287,586号を含み、その全体が本明細書中で参考として採用されうる。
本発明により、骨治癒または再生のためのインスリン疑似剤としての好適なタングステ
ン、セレン、モリブデン、ニオブ、またはマンガン化合物も提供され、そしてそれらの形
態および投与様式は、当業者の把握内である。
タングステン化合物の例として、タングステン酸ナトリウム[NaWO・xH
]、タングストリン酸[H[P(W10]・xHO]、タングストリン酸の
アラニン錯体(WPA−A)[H[P(W10][CHCH(NH)CO
OH]・xHO]、ホモ−ポリオキソタングステン酸塩およびバナジウムポリオキソタ
ングステン酸塩、タングステン(VI)過酸化錯体(例えば(gu)[WO(O
]および(gu)[WO(O(quin−2−c)]、この際、「gu」はグア
ニジウムであり、「quin−2−c」はキンリン2−カルボキシレートである)、およ
びタングステンの過金属酸化物(pW)が挙げられるが、これらに限定されない。モリブ
デン化合物は、例えばモリブデンの過金属酸化物を含む。
ニオブ化合物は、例えばの(gu)[Nb(O]および(gu)[Nb(O
(quin−2−c)(この際、「gu」はグアニジウムであり、「quin−2
−c」はキンリン2−カルボキシレートである)ような過酸化錯体を含むが、これらに限
定されない。
セレン化合物は、セレン酸ナトリウム[NaSeO・xHO]および亜セレン酸
ナトリウム[NaSeO・xHO]を含むが、これらに限定されない。
マンガン化合物は、3−O−メチル−D−キロ−イノシトール+塩化マンガン(MnC
)、D−キロ−イノシトール+塩化マンガン(MnCl)、硫酸マンガン[MnS
]、D−キロ−イノシトール2a(ピニトールとして)およびガラクトサミンを含む
イノシトールグリカンシュード−ジサッカライドMn(2+)キレート、経口マンガン(
oral manganese)、例えばMnO、MnOAl、およびMn
などのマンガン酸化物を含むが、これらに限定されない。
本発明に用いられる、特にバナジウム、亜鉛、マンガン、およびタングステン化合物な
どの他のインスリン−疑似金属化合物は、例えば、Wong,V.V.,et al.,
Cytotechnology,2004,45(3):107−15;およびNomi
va,K.,et al.,J.Inorg.Biochem.,2001,86(4)
: 657−667などに開示され、その全体が本明細書中で参考として採用されうる。
低分子(例えば、亜鉛、バナジウム、タングステン、モリブデン、ニオブ、セレン、ま
たはマンガン)インスリン−疑似剤の利点として以下を含むが、これらに限定されない:
(a)低分子インスリン疑似剤の開発は、骨折患者にとって非常に重要となり得る;(b
)担体を必要とインスリン複合体は、デュアル剤(dual agent)製品としてF
DAの要件を満たすことは困難であり得る;および(c)小分子インスリン疑似剤は、長
い半減期を有し、一般にタンパク質と見られるストレージの問題を回避することができる
具体的な治癒メカニズムとしては、以下に制限されないが、(a)骨内の石化成分を保
持する、(b)骨からの石化成分の放出を阻害する、(c)骨芽細胞活性を刺激する、(
d)破骨細胞活性を低減する、または(e)骨の再構築(remodeling)を刺激
することが挙げられる。
本明細書中で使用される、「治療上有効な量」ということばは、剤の投与が生理学的に
有意である量を意味する。その存在によって患者の骨の治癒プロセスに検出可能な変化が
ある場合には、その剤の投与は生理学的に有意である。
本明細書中で使用される、「骨損傷(bone injury)」、「損傷を受けた骨
(injured bone)」などのことばは、骨折、骨の外傷、関節固定、および外
傷後の骨の手術(post−traumatic bone surgery)、補綴後
の関節の手術(post−prosthetic joint surgery)、整形
後の骨の手術(post−plastic bone surgery)、ポストデンタ
ル手術(post−dental surgery)、骨の化学療法処置(bone c
hemotherapy treatment)、先天性骨欠損、外傷後の骨欠損(po
st traumatic bone loss)、手術後骨欠損(post surg
ical bone loss)、感染後骨欠損(post infectious b
one loss)、同種移植片の埋め込み(allograft incorpora
tion)または骨の放射線療法処置(bone radiotherapy trea
tment)に関連する骨欠損疾患(bone deficit condition)
からなる群より選択される骨の疾患を意味する。
上記態様の他の実施形態では、前記方法は、脊椎融合手技に使用される。本発明のイン
スリン−疑似剤組成物は、脊椎融合手技のための特に有用な補助剤である。前記組成物は
、脊椎融合および脊椎骨安定化を促進し、また脊椎安定化装置の機能を改善するために使
用することができる。
一実施形態によれば、二つの隣接する脊椎を安定化し、前記二つの脊椎の融合を促進す
るように構成された補綴インプラントである椎体間装置(interbody devi
ce)が提供され、この際、前記補綴インプラントの表面に接触する骨組織は、インスリ
ン−疑似剤を含む組成物で被覆されている。前記装置はまた、自家移植骨、同種移植骨、
異種移植骨、セラミック骨移植代用品、整形外科バイオ複合材料などを、前記二つの隣接
する脊椎の露出表面に供給するように構成されてもよく、この際、骨または骨移植代用品
は、インスリン−疑似剤と混合されてもよく、混合されなくてもよい。
他の態様では、本発明は、脊椎融合外科手技における脊椎の融合速度を増進するための
骨組織キットを提供し、当該骨組織キットは、インスリン−疑似剤および製薬上許容可能
な担体を含む組成物を含む。一実施形態では、当該キットはまた、同種移植骨組織材料、
異種移植骨組織材料、および/またはセラミック骨移植代用品を含む。一実施形態では、
前記インスリン−疑似剤と同種移植骨組織材料、異種移植骨組織材料、および/またはセ
ラミック骨移植代用品とは、混合物として提供される。他の実施形態では、前記インスリ
ン−疑似剤と同種移植骨組織材料、異種移植骨組織材料、および/またはセラミック骨移
植代用品とは、その後の混合のために提供される。
上記態様の他の実施形態では、前記インスリン−疑似剤は、インスリン経路−刺激亜鉛
、バナジウム、タングステン、モリブデン、ニオブ、セレン、およびマンガン化合物、な
らびにこれらの混合物から選択される。前記インスリン−疑似剤は、、脊椎融合手技にお
いて使用するのに適した当技術分野で公知の任意の形態であってもよい。
他の態様では、本発明は、脊椎融合外科手技における脊椎融合を増進するためのインス
リン−疑似剤を含む組成物を提供し、当該組成物は、インスリン−疑似剤および製薬上許
容可能な担体を含む。
一実施形態では、前記組成物は、自家移植骨材料および/またはセラミック骨移植代用
品を含む。
上記態様の他の実施形態では、前記インスリン−疑似剤は、インスリン経路−刺激亜鉛
、バナジウム、タングステン、モリブデン、ニオブ、セレン、およびマンガン化合物、並
びにこれらの組み合わせから選択される。
上記態様の他の実施形態では、前記埋め込み型装置(implantable dev
ice)は、頸椎、胸椎、または腰椎の後部または後外側の融合を増進するために自家移
植、同種移植、または合成的骨空隙充填剤(例えば、セラミック)と組み合わせられる。
これは、ラミナまたは外側塊(lateral masses)(後方融合)もしくは椎
間関節および横突起の側(後側方融合(posterolateral fusion)
)の天然ホスト骨の剥皮(decortication)を伴う。前記骨移植混合物(イ
ンスリン−疑似剤を含む)は、その後、部分的融合を誘導するために、これらの準備領域
に充填された(packed over)。
上記態様の他の実施形態では、前記埋め込み型装置は、脊椎の前柱の椎体間の融合(椎
体前方融合)を増進するために、椎体間装置(interbody device)の中
央チャンバ内における、自家移植、同種移植、または合成的骨空隙充填剤(例えば、セラ
ミック)と組み合わせられる。これは、椎体が減圧のために除去される場合または椎体に
干渉する外傷、腫瘍または感染を処理する場合に、前方椎体切除と同様に前方椎間板切除
術および圧迫解除後に実行される。
上記態様の他の実施形態では、インスリン−疑似剤は、前方椎体間融合を果たすために
、脊椎骨の前柱の椎体間に挿入された椎体間装置(ケージ)の表面修飾として使用される
。かようなケージは、椎間板切除又は椎体切除後の脊椎の前柱を再構築するために使用さ
れる(上記参照)。前記表面修飾必要の領域は、頭側(上)および尾側(下)部分の対応
する脊椎端板(vertebral endplates)と同格の表面でありうる。
上記態様の他の実施形態では、インスリン−疑似剤は、開放または経皮の後方アプロー
チによって挿入され、椎弓根スクリューのような脊椎固定装置への表面修飾として使用さ
れる。かようなスクリューは、椎弓根を通って後方への前方方向の椎体内に下方に延びる
パイロットホールを穿孔することにより配置される。各椎体の前記スクリューは、その後
、スパン運動部分を安定化させるためにロッドによって相互に接続されている。
上記態様の他の実施形態では、インスリン−疑似剤は、開放または最小限侵入する前方
(minimally invasive anterior)もしくは前外側のアプロ
ーチによって挿入され、プレートと組み合わせて使用する椎弓根スクリューのような脊椎
固定装置への表面修飾として使用される。かような前方椎体スクリューは、通常、頸部と
下位腰椎での前方から後方方向に配置される。上側の腰椎と胸椎では、それらは多くの場
合、前外側の出発点から椎体に配置される。
上記態様の任意の実施形態では、前記インスリン−疑似剤は、亜鉛、バナジウム、タン
グステン、モリブデン、ニオブ、セレン、またはマンガン化合物、およびこれらの組み合
わせから選択され、好ましくは、例えば、VAC、塩化マンガン、または塩化亜鉛などの
、バナジウム、マンガン、または亜鉛化合物である。
脊椎融合を必要とする患者を作る病気または疾患は、関節固定術、椎間板変性症、椎間
板ヘルニア、椎間板の痛み、脊髄腫瘍、脊椎骨折、脊柱側弯症、脊柱後(すなわち、ショ
イエルマン病)、脊椎すべり症、脊椎症、後室ラミ症候群、他の変性脊椎条件、および脊
椎の不安定を引き起こす他の任意疾患を含むが、これらに限定されない。
所定の治療に使用される薬剤組成物の実際の好ましい量は、使用される特定の形態、処
方される特定の組成、用法、投与される特定の部位、および主治医または獣医などの当業
者によって認識される他の飲位によってとこなるであろう。所定の投与プロトコルでの最
適な投与速度は、公知の投与量決定試験を用いて、当業者によって容易に決定できる。
本発明で使用されうるインスリン−疑似剤の投与量は、想定される特定の用途によって
異なりうる。適当な投与量または投与経路の決定は、通常の医師の技量内によく含まれる
。本発明のインスリン疑似剤のための投与計画は、例えば、特定の薬剤の薬力学的特性な
らびにその投与様式および投与経路;受容者の、種、年齢、性別、健康、医学的状態、お
よび体重;症状の性質および程度;などの既知の因子に依存する。例えば、例えば亜鉛、
バナジウム、またはマンガン化合物のような特殊なインスリン−疑似剤の局所投与量は、
患者の体重によりも骨の状態の詳細に依存することができる。局所投与の投与量は、全身
投与の投与量とは異なる場合があり、溶液中での投与の投与量は、埋め込み型装置上に表
面の被覆を介する投与の場合の投与量とも異なりうる。いかなる特定の理論に縛られるこ
となく、本発明に係るインスリン−疑似剤の投与量は、患者におけるインスリン経路が骨
の治癒または再生プロセスを促進するために刺激されるようなレベルであるべきである。
示された効果のために使用される場合、一般的な方針として、各活性成分の投与量は、
患者の体重に基づいて、0.001から約200mg/kgの間の範囲であることができ
、好ましくは、0.01から約100mg/kgの間の範囲であり、特に好ましくは、0
.1から約50mg/kgの間の範囲である。投与量は、必要なときにいつでも繰り返さ
れることができ、または医師によって決定されるように骨の治癒および再生プロセスに有
益であると考えることができ、例えば、一日一回、週一回、一回隔週、毎月一回、または
特定の患者にほとんど利益を提供できる任意の他の期間であってもよい。
「インスリン疑似デリバリーシステム」を介する「局所亜鉛」の投与経路は、例えば即
時放出(immediate−release)、制御放出(controlled−r
elease)、持続放出(sustained−release)、および徐放(ex
tended−release)方法などの公知の方法に準拠する。インスリン−疑似デ
リバリーシステムのための好ましい投与方式は、損傷骨または融合部位およびこれらの部
位に隣接および/または連結する領域への直接注射、または融合部位およびこれらの部位
に隣接および/または連結する領域へのインスリン−疑似剤の外科的移植を含む。このタ
イプのシステムは、上述した放出場所と同様に放出の時間的制御をすることができる。
本明細書で使用される製剤はまた、治療される特定の兆候に必要な一以上の活性化合物
を含み、好ましくは互いに悪影響を及ぼさない相補進活性を有する活性化合物を含む。代
わりに、またはそれに加えて、前記製剤は、細胞毒性薬、サイトカイン又は成長阻害剤を
含んでもよい。このような分子は、意図する目的に有効な組み合わせと量で存在する。
生体内に+4(バナジル)および+5(バナデート)として存在するバナジウムは、胃
腸(GI)管および、下痢または嘔吐などの胃腸の副作用において、乏しい吸収率を示し
ている。結果として、追加の有機バナジウム化合物、すなわち、バナジル3−エチルアセ
チルアセトネート(VET)、ビス(マルトラート)オキソバナジウム(BMOV)、及
びVACは、吸収および安全性を改善するために合成されている。有機配位子を有するV
ACは、BMOV、VS、およびVETを含む他のバナジウム化合物と比較して、抗糖尿
病関数においてより効果的であることが証明されている。
本発明の方法で使用できるバナジウムデリバリーシステムにおけるバナジウム化合物の
治療用製剤は、所望の純度を有するバナジウム化合物を、必要であれば製薬上許容できる
担体、賦形剤または安定化剤と混合することによって、貯蔵を目的として調製される(R
emington’s Pharmaceutical Sciences 16th
edition,Osol,A.Ed.(1980))。このような治療用製剤は、凍結
乾燥製剤または水溶液の形態でありうる。許容できる生体適合性担体、賦形剤または安定
化剤は、使用される投与量及び濃度で受容者にとって無毒であり、バッファー、例えば、
リン酸塩、クエン酸塩、及び他の有機酸;アスコルビン酸やメチオニン等の抗酸化剤;防
腐剤(例えば、塩化オクタデシルジメチルベンジルアンモニウム;塩化ヘキサメトニウム
;塩化ベンズアルコニウム、塩化ベンズトニウム;フェノール、ブチルアルコールまたは
ベンジルアルコール;アルキルパラベン、例えば、メチルパラベンまたはプロピルパラベ
ン;カテコール;レゾルシノール;シクロヘキサノール:3−ペンタノール;およびm−
クレゾール);低分子量(約10残基未満の)ポリペプチド;タンパク質、例えば、血清
アルブミン、ゼラチン、または免疫グロブリン;親水性ポリマー、例えば、ポリビニルピ
ロリドン;アミノ酸、例えば、グリシン、グルタミン、アスパラギン、ヒスチジン、アル
ギニン、またはリジン;グルコース、マンノース、デキストリン、またはヒアルロン等の
、単糖類、二糖類、および他の炭水化物;キレート化剤、例えば、EDTA;糖類、例え
ば、スクロース、マンニトール、トレハロースまたはソルビトール;塩を形成する対イオ
ン、例えば、ナトリウム;金属錯体(例えば、Zn−タンパク質複合体):ならびに/あ
るいは、非イオン性界面活性剤、例えば、TWEEN(商標)、PLURONICS(商
標)またはポリエチレングリコール(PEG))を包含しうる。
製剤をin vivoでの投与に使用するためには、滅菌済である必要がある。このよ
うな製剤は、凍結乾燥または再構成(reconstitution)の前または後に、
滅菌用濾過膜で濾過することによって容易に滅菌されうる。本明細書における治療用製剤
は、好ましくは、滅菌アクセスポートを有する容器、例えば、静脈注射用の溶液バックま
たは皮下注射針で穿刺可能なストッパーを有するバイアル瓶に入れられる。
また、バナジウムは、例えば、コアセルベーション技術によってまたは界面重合によっ
て、例えば、それぞれ、ヒドロキシメチルセルロースまたはゼラチン−マイクロカプセル
及びポリ(メチルメタクリレート)マイクロカプセルによって調製された、マイクロカプ
セルに封入されてもよい。このような調製物は、コロイド状薬剤デリバリーシステム(例
えば、リポソーム、アルブミンマイクロスフェア、マイクロエマルジョン、ナノ粒子及び
ナノカプセル)でまたはマクロエマルジョンで投与されてもよい。このような技術は、R
emington’s Pharmaceutical Sciences,16th
Edition(または17版以降),Osol A.Ed.(1980)に開示される
必要であれば、バナジウムデリバリーシステムにおける有機バナジウム試薬は、多孔質
リン酸カルシウム、非多孔質リン酸カルシウム、ヒドロキシアパタイト、リン酸3カルシ
ウム、リン酸4カルシウム、硫酸カルシウム、自然骨、無機骨、有機骨から得られるカル
シウム鉱物、またはこれらの組み合わせを含む。
バナジウムデリバリーシステムにおけるバナジウムの徐放(sustained re
lease)または持続徐放(extended release)投与が望ましい場合
には、マイクロカプセル化が包含される。徐放用の組換タンパク質のマイクロカプセル化
は、ヒト成長ホルモン(rhGH)、インターフェロン−α、−β、−γ(rhIFN−
α、−β、−γ)、インターロイキン−2、およびMN rgp120で、実施に成功し
ている。(Johnson et al.,Nat.Med.,1996,2:795−
799;Yasuda,Biomed.Ther.,1993,27:1221−122
3;Hora et al.,Bio/Technology,1990,8:755−
758;Cleland,「Design and Production of Si
ngle Immunization Vaccines Using Polylac
tide Polyglycolide Microsphere Systems」i
n Vaccine Design: The Subunit and Adjuva
nt Approach, Powell and Newman, eds., Pl
enum Press:New York,1995,pp.439−462;WO97
/03692、WO96/40072、WO96/07399及び米国特許第5,654
,010号)。
徐放製剤の適当な例としては、バナジウムデリバリーシステムにおけるバナジウムを含
む固体疎水性ポリマーの半透マトリックスがあり、このマトリックスは、成形物、例えば
、フィルム、またはマイクロカプセルの形態である。徐放マトリックスの例としては、1
以上のポリアンヒドライド(例えば、米国特許第4,891,225号及び同第4,76
7,628号)、ポリエステル、例えば、ポリグリコリド、ポリラクチド及びポリラクチ
ド−co−グリコリド(例えば、米国特許第3,773,919号;同第4,767,6
28号;および同第4,530,840号;Kulkarni et al.,Arch
.Surg.,1996,93:839)、ポリアミノ酸、例えば、ポリリシン、ポリエ
チレンオキシドの重合体及び共重合体、ポリエチレンオキシドアクリレート、ポリアクリ
レート、エチレン−酢酸ビニル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリオルトエステル、ポリ
アセチルニトリル、ポリホスファゼン、ならびにポリエステルヒドロゲル(例えば、ポリ
(2−ヒドロキシエチル−メタクリレート)、またはポリ(ビニルアルコール))、セル
ロース、アシル置換セルロースアセテート、非分解性ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ
塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリ(ビニルイミダゾール)、クロロスルホネート化ポ
リオレフィン、ポリエチレンオキシド、L−グルタミン酸及びγ−エチル−L−グルタメ
ートの共重合体、非分解性エチレン−酢酸ビニル、分解性乳酸−グリコール酸共重合体、
例えば、LUPRON DEPOT(商標)(乳酸−グリコール酸共重合体及び酢酸ロイ
プロリドから構成される注射用マイクロスフェア)、ならびにポリ−D−(−)−3−ヒ
ドロキシ酪酸が挙げられる。エチレン−酢酸ビニル及び乳酸−グリコール酸等の重合体は
100日にわたって放出が可能であるが、特定のヒドロゲルはより短期間でタンパク質を
放出する。使用されてもよい追加の非生分解性ポリマーとしては、ポリエチレン、ポリビ
ニルピロリドン、エチレン酢酸ビニル、ポリエチレングリコール、セルロースアセテート
ブチレート及びセルロースアセテートプロピオネートがある。
または、徐放製剤は、分解性生物材料、例えば、コラーゲンおよびその誘導体、生体内
分解性脂肪酸(例えば、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸など)から構成されて
もよい。生分解性重合体は、生体適合性、特定の分解に対する高い応答性、及び生物学的
マトリックスへの活性薬剤の取り込み易さにより、魅力的な製剤である。例えば、ヒアル
ロン酸(HA)は、架橋されてもよく、生物学的材料用の膨潤性ポリマーデリバリーベヒ
クルとして使用されうる。(米国特許第4,957,744号;Valle et al
.,Polym.Mater.Sci.Eng.,1991,62:731−735)。
また、ポリエチレングリコールでグラフトされたHAポリマーは、望ましくない薬剤漏れ
および生理学的条件での長期間貯蔵に関連する変性を低減する改善されたデリバリーマト
リックスとして調製された。(Kazuteru,M.,J.Controlled R
elease,1999,59:77−86)。使用されてもよいさらなる生分解性ポリ
マーとしては、ポリ(カプロラクトン)、ポリアンヒドライド、ポリアミノ酸、ポリオル
トエステル、ポリシアノアクリレート、ポリ(ホスファジン)、ポリ(ホスホジエステル
)、ポリエステルアミド、ポリジオキサノン、ポリアセタール、ポリケタール、ポリカー
ボネート、ポリオルトカーボネート、分解性無毒性ポリウレタン、ポリヒドロキシブチレ
ート、ポリヒドロキシバレレート、ポリアルキレンオキザレート、ポリアルキレンスクシ
ネート、ポリ(リンゴ酸)、キチン及びキトサンがある。
または、生分解性ヒドロゲルを、バナジウムデリバリーシステムにおけるバナジウム化
合物の放出制御材料(controlled−release material)とし
て使用してもよい。マクロマーの適切な選択により、バナジウムデリバリーシステムにお
ける様々なタイプのバナジウム化合物に適した透過性、細孔径及び分解速度の範囲を有す
る膜を製造してもよい。
または、バナジウムデリバリーシステムにおけるバナジウム用の徐放デリバリーシステ
ムは分散液から構成されてもよい。分散液は、さらに懸濁液またはエマルジョンのいずれ
かとして分類されうる。バナジウム化合物用のデリバリーベヒクルにおいて、懸濁液は、
液体媒質に(より均一にまたはより低い均一性で)分散する非常に小さい固体粒子の混合
物である。懸濁液の固体粒子は、数ナノメートル〜数百ミクロンのサイズであってもよく
、マイクロスフェア、マイクロカプセル及びナノスフェアがありうる。これに対して、エ
マルジョンは、少量の乳化剤によって懸濁液中に保持される2以上の非混合液体の混合物
である。乳化剤は、非混合液体間で界面膜を形成し、界面活性剤または洗浄剤としても知
られている。エマルジョン製剤は、油または脂肪を分散させながら水が連続相中にある水
中油型(o/w)、さらには水をさせながら油が連続相中にある油中水型(w/o)双方
でありうる。適当な徐放製剤の一例は、WO 97/25563に開示される。さらに、
本発明においてバナジウム化合物と共に使用されるエマルジョンとしては、多重エマルジ
ョン、マイクロエマルジョン、微液滴及びリポソームがある。微液滴は、内部に油相があ
る球状液層から構成される単層のリン脂質ベヒクルである(例えば、米国特許第4,62
2,219号及び米国特許第4,725,442号)。リポソームは、水不溶性極性液体
を水溶液と混合することによって調製されるリン脂質ベヒクルである。
または、バナジウムデリバリーシステムにおけるバナジウムの徐放製剤は、強い生体適
合性及び広範な生分解特性を発揮するポリマーである、ポリ−乳酸−co−グリコール酸
(PLGA)を用いて開発してもよい。PLGAの分解産物である、乳酸及びグリコール
酸は、ヒトの体から素早く取り除かれる。さらに、このポリマーの分解性は、分子量及び
組成に応じて数か月から数年まで調節できる。さらなる情報については、Lewis,「
Controlled Release of Bioactive Agents f
rom Lactide/Glycolide polymer,」in Biodeg
radable Polymers as Drug Delivery System
s,M.Chasin and R.Langeer,eds.(Marcel Dek
ker:New York,1990), pp. 1−41を参照。
具体的な例として、インスリン−疑似剤は、デリバリーポンプを介してある部位に連続
的に局所投与されてもよい。一実施形態においては、ポンプを、外側で(ポケットの中ま
たはベルトの上に)装着し、針または柔らかいカニューレ(薄いプラスチックチューブ)
を有する長い、薄い、柔軟なプラスチック管類を用いて体に取り付け、カニューレまたは
針を挿入した後、皮膚の下の適所に留置する。この針またはカニューレ及び管類は、例え
ば、48〜72時間毎に交換してもよい。ポンプは、カートリッジ内にインスリン−疑似
剤を溜め、最適なデリバリー速度に基づいてインスリン−疑似剤を放出しうる。必要であ
れば、ポンプのプログラムを作成して、四六時中連続して少量の薬剤を投与してもよく、
これは特定の場合に好ましい。
本発明の様々な応用は表1に示される。
本発明の化合物および組成物は、インスリンなどの生物製剤に関連する問題のない効果
的なインスリン疑似剤である。彼らは生物製剤上の様々な注目すべき利点は、例えば、製
造工程に、彼らの高い耐性と条件(例えば、上昇した温度)を有している。ZnCl
場合には、一般的な医療製品に使用される既知の、安定性の高い化合物であり、長い貯蔵
寿命を有していて、ストレージおよび汚染/殺菌に関連する問題はない。
本発明の化合物および組成物はまた多用途であり、それらは、直接的にまたは担体付の
製剤の一部として骨折部位に適用し、骨折治癒を加速するのに用いられる。記載された発
明を使用するために特別な技術を開発する必要はない。例えば、亜鉛化合物は、手術や骨
髄内の一部として直接的に骨折部位に適用されうる。
同様に、バナジウム系インスリン疑似剤は、骨折の治癒過程を加速させることができ(
4〜5週で解決された骨折治癒)、回復する時間を短縮することができ(正常および糖尿
病患者の両方において)、非治癒骨折を解決することができ(年間全体で10%)、糖尿
病(障害のホストモデル)骨折を解決することができ、加えて整形外科用装置のいくつか
の分野における幅広い適用に用いることができる。バナジウム表面修飾アプローチの場合
、バナジウムは、バナジウムは、骨治癒を増強するために、既存のインプラント(プレー
ト、釘、スクリュー、Kワイヤなど)を修飾するために使用することができる。
亜鉛化合物においても同様であり、バナジウム化合物はまた、例えばインスリンなどの
生物製剤に関連する問題を伴わない効果的なインスリン疑似剤である。それらは、生物製
剤に対して以下の利点を有し、例えば、製造プロセス(例えば、高温)を耐える機能、高
い安定性および長い貯蔵寿命を有し、貯蔵、および汚染/滅菌の問題を有さない。更に、
開示されたバナジウムの化合物は多用途であり、それらは、直接的にまたは担体付の製剤
の一部として骨折部位に適用し、骨折治癒を加速するのに用いられる。一般的に整形外科
用インプラントに用いられる材料の表面は、バナジウムで修飾することができ、かような
修飾された材料はまた、骨折治癒を促進するのに有効であることが示された。記載された
発明を使用するために特別な技術を開発する必要はない。バナジウム化合物の場合、当該
材料は外科手術の一部として直接的に骨折部位に適用することができまたは経皮的に注射
することができる。表面修飾されたインプラントの場合、インプラントに関連付けられて
いる標準的な外科技術を使用することができる。開示された本研究では、骨形成の質は、
トルク、剛性、剪断弾性率及び剪断応力のような機械的パラメータを測定することと共に
、X−線、マイクロ−CTスキャンを用いて特徴付けられ、すべての場合において、骨治
癒の質は、同じ動物における正常な骨と比較した。
本発明のインスリン疑似剤化合物を含む表面被覆組成物によって被覆された埋め込め型
装置が使用される場合、前記被覆は、例えば関連技術分野で公知の任意の方法(例えば、
Petrova,R.およびSuwattananont,N.,J.Electr.M
at.,34(5):8 (2005)に開示された方法が挙げられるが、これに限定さ
れない)によって達成することができる。例えば、適当な方法は、化学蒸着(CVD)、
物理蒸着(PVD)、熱化学処理、酸化、およびプラズマ溶射(Fischer,R.C
.,Met.Progr.(1986);Habig,K.H.,Tribol.Int
.,22:65 (1989))等を含む。本発明の適切な被覆はまた、CVDによって
第一ボロン拡散被覆を形成すること(Z.Zakhariev,Z.,et al.,S
urf.Coating Technol.,31:265 (1987))によって得
られた複数、好ましくは2または3の層の組み合わせを含むことができる。熱化学的処理
技術は、よく研究され産業界で広く用いられている。これは、非金属または金属が化学反
応に続き熱拡散によって当該表面に浸透される方法である。熱化学処理によって、表面層
の組成、構造、および性質が変更される。
その他の適当な被覆技術は、浸炭、窒化、浸炭窒化、クロマイジング、およびアルミナ
イジングを含むことができるが、これらに限定されない。これらの被覆技術において、ホ
ウ素化(boronizing)は、熱化学プロセスであり、表面を硬く耐摩耗性に生産
するのに使用される。当業者は理解できるように、異なるコーティング技術は、特定の目
的に適した所望の特性を有するためにバナジウム系コーティングおよび本発明の被覆され
たデバイスを作製するために使用されてもよい。
本発明は、以下に制限されないが、ウマ、イヌ、ネコ、または他の家畜若しくは野生の
哺乳動物等の、哺乳動物での様々な骨折を治療するためまたは脊椎融合を増進するための
獣医薬において広範な用途がある可能性がある。特定の有用な用途は、例えば、傷ついた
競走馬の治療で見出されうる。
本発明を限定するものではないが、下記実施例によって、本発明の特定の態様を詳細に
説明する。
実施例1
骨折治癒のための亜鉛化合物の使用
材料および方法
BBウィスターラットモデル
動物源および由来
本研究で使用した糖尿病耐性(DR)BBウィスターラットは、UMDNJ−New
Jersey Medical School(NJMS)の繁殖コロニーから得た。こ
れらのラットは、制御された環境条件で飼育され、不断給餌された。全ての研究プロトコ
ールは、ユニバーシティ オブ メディスン アンド デンティストリー オブ ニュー
ジャージーの施設内にある動物実験委員会によって承認された。
糖尿病耐性(DR)BBウィスターラット
全24匹のDR BBウィスターラットを本研究に使用した。機械的試験の間の不安定
な固着により、3つのサンプルを除去した。別のサンプルは手術後の伝染に関連した伏在
な要因により削除されました。残りの17匹の動物は、機械的試験に使用され、コントロ
ール食塩水(n=6)、0.1mg/kgの塩化亜鉛(n=2)、1.0mg/kgの塩
化亜鉛(n=3)、3.0mg/kgの塩化亜鉛(n=3)、6.0mg/kgの塩化亜
鉛(n=4)および10.0mg/kgの塩化亜鉛(n=3)の群に分けた。
閉鎖大腿骨骨折モデル
前記したのと同様にして右大腿骨に、閉鎖中−骨幹骨折モデル(closed mid
−diaphyseal fracture model)を用いて、93〜99日齢の
DR動物で、外科手術を行った。
ケタミン(60mg/kg)及びキシラジン(8mg/kg)を腹腔内(IP)注射す
ることにより、通常の麻酔を投与した。各ラットの右脚を毛を剃り、ベタジン(Beta
dine)及び70%アルコールで切開部位を洗浄した。膝蓋骨に、約1cmの内側傍膝
蓋骨皮膚切開(medial, parapatellar skin incisio
n)を行った。膝蓋骨の位置を横に変え、大腿遠位の顆間窩(interchondyl
ar notch)を露出させた。18ゲージの針で侵入孔を作り、18ゲージの針を用
いて大腿骨の穴を広げた。キルシュナー鋼線(Kirschner wire)(316
LVM ステンレス鋼、0.04インチ直径、Small Parts, Inc.,
Miami Lakes, FL)を髄腔(medullary canal)の長さ分
挿入し、大腿骨の転子に穴を開けた(drill)。キルシュナー鋼線を大腿顆と同一平
面で切断した。洗浄後、4−0のバイクリル吸収性縫合糸で傷を閉じた。次に、中軸閉鎖
骨折(closed midshaft fracture)を、3点屈折骨折機(th
ree−point bending fracture machine)を用いて一
方向に(unilaterally)作製した。X線で撮影して、骨折が許容できる形状
かどうかを決定した。適切な骨折は、だいたい中−骨幹の、低エネルギーの、横骨折(a
pproximately mid−diaphyseal, low energy,
transverse fracture)である(図1)。ラットは、骨折後すぐに
自由に歩きまわらせた。この閉鎖骨折モデルは、骨の外傷治癒(osseous wou
nd healing)装置及び薬剤の有効性を評価するのに一般的に使用される。
局所的な亜鉛デリバリー
バッファと混合した塩化亜鉛[(ZnCl)、Sigma Aldrich,St.
Louis,MO]を、骨折させる前に、髄腔内(intramedullary ca
nal)に注射した。前記バッファは、酢酸ナトリウム、塩化ナトリウムヒドロキシ安息
香酸メチル、及び塩化亜鉛からなる。1.0mg/kgで、および3.0mg/kgの塩
化亜鉛の用量を0.1mLの体積で試験し、投与した。
機械的試験
骨折した外側大腿骨(fractured and contralateral f
emora)を骨折してから3〜4週間後に切除した。大腿骨から軟組織を除去して、髄
腔内の髄内釘を除去した。サンプルを生理食塩水(0.9% NaCl)を浸したガーゼ
に包み、−20℃で貯蔵した。試験前に、すべての大腿骨を冷凍庫から取り出し、3〜4
時間かけて室温にまで解凍した。骨折した外側大腿骨の近位端及び遠位端を、フィールド
金属(Field’s metal)で3/4平方インチ ナットに埋め込み、約18m
mのガーゼ長さを残した(図2)。仮骨、ゲージ長及び大腿骨の寸法を測定した後、20
Nmmの反応トルクセル(reaction torque cell)(Interf
ace, Scottsdale, AZ)を有するサーボ油圧機(servohydr
aulics machine)(MTS Systems Corp., Eden
Prairie, MN)を用いてねじり試験を行い、2.0deg/秒の速度で破損(
failure)を試験した。破損に対する最大トルク及び破損に対する角度を、角変位
データから測定した。
破損に対する最大トルク、最大ねじれ剛性、剛性率、及び最大剪断応力を標準式から算
出した(Ekeland,A.,et al.,Acta Orthop.Scand.
,1981,52(6):605−13;Engesaeter,L.B.,et al
.,Acta Orthop.Scand.,1978,49(6):512−8)。最
大トルク及び最大ねじれ剛性はエクソジェンの特性であると考えられ、その一方、剛性立
及び最大剪断応力は内因性の特性であると考えられる。破損に対する最大トルクは、角変
位の増加がトルクのさらなる増加をもたらさなくなった時点として規定される。最大ねじ
れ剛性は、破損に対するトルク、ガーゼ長さ(埋め込まれた近位端及び遠位端間の露出さ
れた大腿骨の距離)および角変位の関数である。最大剪断応力は、破損に対する最大トル
ク、中−骨幹領域内の最大半径及び極慣性モーメントの関数である。極慣性モーメントは
、大腿骨を中空楕円(hollow ellipse)として形作ることによって算出し
た。Engesaeter et al.(1978)は、中空楕円モデルを用いて算出
された極慣性モーメントはわずか2%しか実測の極慣性モーメントと相違しないことを示
した(Engesaeter,L.B.,et al.,Acta Orthop.Sc
and.,1978,49(6):512−8)。
異なる処理群間の生体力学的パラメーターを比較するために、相当する無傷の(int
act)反対側大腿骨(contralateral femur)値で各骨折した大腿
骨値を割ることによって標準化した(図2)。標準化を用いて、ラット間の年齢及び体重
の相違による生物学的な変動を最小限にした。
ねじり試験によって測定される生体力学的パラメーターに加えて、破損(failur
e)の様式によって、多くの情報が提供されうる。肉眼による試験によって測定される際
のねじりによる破損(torsional failure)の様式により、治癒の範囲
に関する指標が提供された。中−骨幹領域でのねじれ破損は完全な癒合(complet
e union)を示し、その一方、骨折部位での横方向の破損は癒合不全を示した。ね
じれ/横方向破損の組み合わせは一部癒合を示した(図2)。
データおよび統計学的分析
分散分析(ANOVA)をHolm−Sidak post−hoc試験に従って行い
、2よりグループサイズ大きいZnCl群での処理の差異を測定した(SigmaSt
at 3.0,SPSS Inc.,Chicago,Illinois)。ZnCl
研究における2つの処理群の間の差異を確認するために、スチューデントのt−テスト(
Student’s t−test)が行われた。P値が0.05未満であると、統計学
的に有意差があると考えた。
動物手術の一般的な説明
閉鎖中間骨幹骨折手術は、前述のように各ラットの右大腿骨上で行った。(Beam,
H.A.,et al.,J. Orthop.Res.2002,20(6):12
10−1216;Gandhi,A.,et al.,Bone 2006,38(4)
:540−546.)全身麻酔はケタミン(60mg/kg)およびキシラジン(8mg
/kg)を腹腔内注射によって投与した。その後、閉鎖の中軸骨折は、3−ポイント曲げ
破壊器具(BCC Specialty Automotive、Linden NJ)
を用いることによって作製され、骨折後直ちにX−線によって確認した。
ZnCl溶液の準備
硫酸カルシウム担体の有無にかかわらず、様々な用量で、滅菌水に混合された塩化亜鉛
(ZnCl)、Sigma Aldrich,St.Louis,MOを、骨折させる
前に、髄腔内(intramedullary canal)に注射した。塩化亜鉛の投
与量は、各動物の体重に基づかないで、290グラムのBBウィスターラットのためのよ
り低い理論的に許容用量に基づき、重金属中毒または行動の変化を引き起こさない。この
重量は、50グラム以上であり、約90日齢(本研究における調査の年齢)の非糖尿病B
Bウィスターラットの平均体重より低い。0.1ml体積の塩化亜鉛溶液を検討された各
投与量で骨髄空間に一回の注射によって局所投与した。
ZnCl/CaSO製剤の準備
ZnCl/CaSO混合物を準備するために、CaSO(2g)をガラスバイア
ルに入れた。当該バイアルをオートクレーブに置き、ドライサイクル中で2時間滅菌した
。CaSOパウダー(0.8g)を、400μlの生理食塩水または400μlのZn
Cl溶液(1.0mg/kg)と室温で1分間混合した。得られた混合物を、1ccの
滅菌シリンジのバレルに充填し、シリンジプランジャーの挿入によってシリンジバレルの
オープン口に押し下げた。シリンジバレルに18−ゲージの滅菌針を取り付けた後、0.
1ml体積の該混合物を、キルシュナー鋼線の挿入および骨折の前に、直接ラット大腿管
(非糖尿病BBウィスターラット)に注入した。
マイクロラジオグラフィー評価
連続したマイクロレントゲン写真を、外科手術してから2週毎にすべての動物から得た
。前記したのと同様の麻酔下で、ラットを側腹臥位にし(position prone
so lateral)、大腿骨の前後(AP)像を得た。Packard Faxi
tron (MX20−Radiographic Inspection Syste
m)及びKodak MinR−2000マンモグラフィーフィルムを用いて、レントゲ
ン写真を撮影した。55kVpで30秒間、暴露した。さらに、剖検後の動物から大腿骨
を除いた後、拡大レントゲン写真を得た。すべてのレントゲン写真サンプルについて、骨
折後4週で、定性分析を行った。2人の別の観察者が、それぞれ、大腿骨の側面及びAP
方向双方の骨内及び皮質架橋(endosteal and cortical bri
dging)に基づいてレントゲン写真を評価した。同じ群のサンプルでの平均値を算出
して、4週での骨内及び皮質治癒の全体割合(%)を測定した。全ての分析を、以下の5
点のレントゲン写真による評価システムを用いて盲検で行った:0=明白な骨ブリッジ(
bony bridging)はかった、1=1つ皮質の骨ブリッジ、2=2つ皮質の骨
ブリッジ、3=3つ皮質の骨ブリッジ、および4=4つ全ての皮質の骨ブリッジ(Ber
genstock,M.W.,et al.,J.Orthop.Trauma 200
5,19(10):717−723参照)。
ねじれ機械的試験
ねじり試験は、20Nmの反応トルク細胞(インターフェース、スコッツデール、AZ
)と共に油圧サーボ(servohydraulics)機(MTS Sys.Corp
.,Eden Prairie,MN)を用いて、4週間実施した。大腿骨は、骨折後4
〜6週の時点に2.0deg/secの速度で破断する試験した。トルクピーク、ねじれ
剛性、有効バルク率、および有効最大剪断応力(σ)は、中空の楕円として、各大腿骨を
モデルにするための標準式を用いて決定した(Ekeland,A.,et al.,A
cta Orthop.Scand.1981,52(6):605−613;Enge
saeter,L.B.,et al., Acta Orthop.Scand.19
78,49(6):512−518)。異なる群間の生体力学的パラメータを比較するた
めに、データは、対応する無傷の反対側大腿骨の値で各大腿骨骨折の値を割ることによっ
て正規化した。ねじれ機械的試験は、フィールド金属の骨ポッティング時のゲージの長さ
の違いによって制限される。骨折間隙の配置および寸法は、標準偏差に寄与できる。最後
に、大腿骨の自然な構造と対称的に、大腿骨が中空の楕円であると仮定する数学的モデル
に依存するため、当該試験は制限される。(Levenston,M.E.,et al
.,J.Bone Miner.Res.1994,9(9):1459−1465.)
組織形態計測による早期治癒分析
骨折した大腿骨を、骨折後7日に切除し、脱灰し、脱水し、パラフィン包埋し、および
標準的な組織学の技術を用いて切開した。切片は、オリンパスBH2−RFCA顕微鏡(
オリンパス光学工業株式会社、新宿区、東京、日本)を用いて、マッソントリクローム(
Accustain(商標)トリクローム染色キット、Sigma Diagnosti
cs, St. Louis, MO)で染色した。デジタル画像は、ニコンのデジタル
カメラDXM1200F(ニコン、東京、日本)を用いて収集した。軟骨、新骨、および
総仮骨面積は、イメージ・プロプラスソフトウェア(バージョン5、Media Cyb
ernetics,Inc.,Silver Spring,MD)を用いてデジタル画
像から測定した。総軟骨および新骨の面積は、総仮骨面積に対して標準化され、面積百分
率として表した。二つの独立したレビューは、不整合を最小化するために使用された。
組織形態計測による後期治癒分析
骨折治癒の後期段階におけるVACの効果を調べるために、大腿骨は、上述した群にお
いて、21日で、動物から切除し、標準的な組織学技術を用いて、包埋および切断した。
これは、キシレンに浸漬し、最後にポリメチルメタクリレート(PMMA)の層に予め埋
め込む脱水を含む。純PMMAに埋め込み、ホット水浴中で凝固させた後、スライドをP
MMAブロックから切断し、磨き、そしてStevenelの青とワンギーソンピクロフ
クシン(SVG)の組み合わせで染色した。骨折カルスの組織学的画像は、パーソナルコ
ンピュータにCCDカメラ(Optronics、Goleta、カリフォルニア)を介
して接続されたオリンパスSZX12正立顕微鏡(Olympus Optical C
o,LTD、日本)を用いて入手し、バイオカントソフトウェアパッケージ(Biome
trics,Inc,Nashville,TN)を用いて分析した。比較されたパラメ
ータは、a)カルス領域、b)パーセント石灰化組織領域、およびc)パーセント軟骨領
域を含む。この手順の限界は、PMMAの区画に関連した困難性のため、高い厚さでのス
ライドの生産を含む。これは、細胞の重なり合う層に起因して、細胞形態学の分析に加え
て、染色のために切断することができるセクションの数を制限する。
動物の一般的な健康状態
骨折手術時にBBウィスターラットの日齢を75〜137日の間で変化させた。但し、
治療群中の動物の日齢および雌雄の別は、それぞれの実験と一致させた。屠殺の日に、手
術後のパーセント重量変化は、治療群間で同様であった。
結果
一般的な健康状態
本実験では、ラットは、骨折時において、93〜117日齢であった。骨折時から安楽
死するまでの処理群の間に、パーセント体重増加における有意差はなかった(表2)。血
中グルコースレベルは、塩化亜鉛で処理したラットにおいて高かったが、血糖値は、すべ
ての処理群において、正常範囲内であった(表2)。
マイクロラジオグラフィー評価
骨折後4週間において、塩化亜鉛で処理したラットからの大腿骨は、コントロール大腿
骨に比べて有意に高いレントゲン写真のスコアを示した。
機械的試験結果
局所ZnCl(担体なし)
大腿骨骨折の治癒に対する局所亜鉛療法の効果は、ねじり機械的試験によって測定した
。骨折後4週間において、局所ZnClで処理したラットは、未処置群と比較して、骨
折した大腿骨の改良された機械的特性を示した。骨折後4週間のレントゲン写真は、当該
知見を支持する(図3)。表3は、2つの異なる用量でのレントゲン写真スコア値を示す
表4は、治癒4週間後、骨折した骨のための骨の機械的試験の結果をまとめたものであ
る。有効剪断応力は、それぞれ1.0mg/kgおよび3.0mg/kgの投与量におい
て、ZnClで処理した動物からの治癒の大腿骨に対して骨折後4週間で1.6倍およ
び2.2倍高かった。これらの無傷の反対側の大腿骨に対して標準化したら、コントロー
ル群(p<0.05)に対して、3mg/kgZnClの投与量において、骨折した大
腿骨の、破損に対するパーセント最大トルク、パーセントねじれ剛性、およびパーセント
有効剛性率は、それぞれ2.0倍、3.8倍、および8.0倍高かった。
正常(非糖尿病)ラットにおける大腿骨骨折の治癒に対する局所亜鉛療法の効果は、ね
じり機械的試験によって測定した。骨折後4週間において、塩化亜鉛で処理してラットか
らの骨折した大腿骨は、コントロール群からの骨折した大腿骨に比べて、より向上された
機械的な特性を示した。10mg/kgZnClの場合、最大ねじれ剛性は、未処理群
より有意に高かった(表4)。無傷のものに対して骨折した大腿骨の機械的パラメータを
標準化したら、局所亜鉛処理で処理群における、パーセント破損に対する最大トルク(生
理食塩水群対3mg/kgZnCl群、p<0.05)、ねじれ剛性(生理食塩水群対
3mg/kgZnCl群、p<0.05)、および剛性率(生理食塩水群対3mg/k
gZnCl群、p<0.05;生理食塩水群対10mg/kgZnCl群、p<0.
05、)は、生理食塩水群に比べて、有意的高かった(表4)。
治癒は放射線検査により評価し、機械的試験により定量した。局所ZnCl処理は、
放射線の外観を改善し、有意に骨折した大腿骨の機械的強度を増加させた。骨折後4週間
において、3.0mg/kgZnClの場合の骨折した大腿骨の平均のパーセント破損
に対する最大トルクは、未処理の生理食塩水群に比べて、有意的(2.04倍)高かった
(82.0%の反対側のもの対27.0%)。3.0mg/kgZnClの場合のパー
セント最大ねじれ剛性値は、未処理の生理食塩水群に比べて、有意的(3.85倍)高か
った(97.0%の反対側のもの対20.0%)。低い(3.0mg/kgZnCl
および高い(10.0mg/kgZnCl)投与量の両方の場合のパーセント剛性率は
、有意に向上し、未処理の生理食塩水群に比べて、高い投与量が8.8倍(36.0%の
反対側のもの対4.0%)向上し、および低い投与量が9.0倍(39.0%の反対側の
もの対4.0%)向上した。このデータは、局所ZnCl処理は骨折治癒中の骨再生を
増進し、亜鉛および潜在的に類似した金属は骨形成薬剤として治療的に使用できることを
示す。
塩化亜鉛処理した骨折の組織形態計測(Histomorphometry)
7、10、および21日間後の塩化亜鉛処理した骨折の組織形態計測は、表5にリスト
され、図4に示される。
局所ZnCl/CaSO製剤
我々は、ZnCl/CaSO製剤を当該骨折部位に適用し、上記実験を繰り返した
。骨折後4週間のレントゲン写真は、有意に骨が形成される知見を支持する(図5)。
図6は、当該製剤を使用して4週間の治癒後、骨折した骨のための骨の機械的試験の結
果をまとめたものである。有効剪断応力は、1.0mg/kgの投与量において生理食塩
水およびCaSOコントロールに対して、ZnCl/CaSOで処理した動物から
の治癒の大腿骨に対して、それぞれ4週間後で2.7倍および1.7倍高かった。これら
の無傷の反対側の大腿骨に対して標準化したら、生理食塩水コントロール群(p<0.0
5)に対して、1mg/kgZnCl CaSOの投与量において、骨折した大腿骨
の、破損に対するパーセント最大トルク、パーセントねじれ剛性、およびパーセント有効
剛性率は、それぞれ2.8倍、4.0倍、および4.5倍高かった。
既存療法でのZnClの使用の比較(BMP2)
インスリン−疑似補助剤(insulin−mimetic adjunct)として
、亜鉛化合物は、骨折部位でのインスリンシグナル伝達を刺激することにより、骨再生を
促進するために使用することができる。骨折部位に直接適用されたZnClの処理は、
コントロールと比較して、4週間後に処置した動物において、骨の機械的パラメータを有
意に増加させた。それは、骨折治癒過程を加速させた(標準ラット大腿骨骨折モデルにお
ける平均8から10週間の代わりに、4から5週間で骨折治癒できた)。
現在、米国ではFDAの使用が承認された他の治癒補助剤は、骨形成タンパク質(BM
Pの)およびエクソジェン/パルス電磁フィールド(PEMF)などを含む。しかし、B
MPは、異所性骨の成長を引き起こし、および毎回塗布するのにコストが高いなどの欠点
に関連し得る;また、エクソジェン/PEMF療法は、骨折治癒における唯一の限定され
た実績の有用性を示し、患者が毎日の使用に守ることが必要である。
図6のチャートは、骨折治癒のために現在承認されている製品(BMP−2およびエク
ソジェン)と塩化亜鉛(単独で、またはCaSOと組み合わせて)の使用を比較するも
のである。これらの研究はそれぞれ、4週間の時点での破損に対する最大トルクを測定す
ることによって、大腿骨骨折治癒に対する治療補助剤の有効性を調べた。具体的には、以
下のものがそれらのそれぞれの未処理のコントロール群と比較した:
(1)硫酸カルシウム(CaSO)ビヒクルに伴うZnClの単独髄内投与(1mg
/kg)(紫色);(2)ビヒクルなしのZnClの単独髄内投与(3mg/kg)(
緑色);(3)バッファビヒクルに伴うBMP−2の単独経皮投与(80g)を用いたB
MP−2研究(赤色)(Einhorn,T.A.,et al.,J.Bone Jo
int Surg.Am.2003,85−A(8):1425−1435を参照);お
よび(4)超音波処理の毎日露出期間(20分/日)を用いたエクソジェン研究。当該平
均値(25日間の継続)が、青色で示される(Azuma,Y.,et al.,J.B
one Miner.Res.2001,16(4):671−680を参照)。
図で示されるように、塩化亜鉛のようなインスリン−疑似剤の単独使用は、結果として
、BonnarrensとEinhornのラット大腿骨骨折モデルのねじり機械的試験
を用いて、LIPUSおよびBMP2の既存のゴールドスタンダードに比べて、破損に対
するトルクおよび骨折仮骨のその他の機械的性質の改善を有意に増加させたにつながる。
要するに、我々は、人工骨折に先立って直ちに投与された局所ZnCl処理は、(単
独で、または担体を含む製剤として)、非糖尿病ラットにおける治癒を促進することを見
出した。4週間の時点で、治癒した骨の機械的パラメータは、コントロール群の場合より
も実質的に高かった。これは、骨折部位に適用する場合、骨の成長を促進するインスリン
の能力に関する我々の以前の知見と一致する。これはまた、バナジルアセチルアセトネー
ト(VAC)のようなインスリン−疑似化合物がインスリンのように骨折治癒を促進する
という我々の知見と一致する。しかし、インスリン−疑似剤、ZnClは、VACとは
違って、多くの市販の医療製品に使用される化合物であり、したがって潜在的な規制障壁
は最小限となる。これは、骨折に局所的に適用したインスリン−疑似剤は、骨折治癒の補
助剤として治療上に使用することができ、局所ZnCl処理は、費用対効果の良い骨折
治癒の補助剤であり、他の可能な整形外科用途における可能性を有することを示唆してい
る。
上記の準備データは、亜鉛などのインスリン−疑似剤を用いた局所治療は、骨の再生を
向上させる有効な方法であることを示している。機械的パラメータおよびX線検査から、
骨は、生理食塩水処理したコントロールと比較して、亜鉛で処理したラットでは骨折後4
週で骨がブリッジされたことが明らかになった。機械的試験中に発生したらせん骨折は、
放射線の観察を支持し、試験された用量で局所ZnClの塗布は、未処理のコントロー
ルと比較して、骨折治癒を促進することを示唆している。これらのデータは、骨再生を加
速または増進する治療薬として、塩化亜鉛の追加的試験を支持している。
実施例2
骨折治癒のためのマンガン化合物の使用
材料および方法
ラットモデル
本研究で使用した動物モデルは、糖尿病耐性(DR)BBウィスターラットである。こ
れは、制御された環境条件および不断給餌下で維持されている、UMDNJ−New J
ersey Medical School(NJMS)の繁殖コロニーから得られる。
前記BBウィスターコロニーは、元々バイオブリーディング(トロント、カナダ)から
入手した糖尿病を起こしやすいBBウィスターラットから作られた。人間のI型糖尿病と
同様に、自然発症糖尿病のBBウィスターラットは、膵臓β細胞の選択的かつ完全な破壊
を受けた後の血漿インスリンの減少と関連して、発症日内に著しい高血糖、糖尿、および
体重減少を示す。放置すれば、糖尿病のBBウィスターラットは、数日以内にケトアシド
ーシスになり、結果として死に至る。BBウィスターラットラットの遺伝子解析は、糖尿
病が、さらなる感受性およびリンパ球減少の進行に関連した少なくとも4つの他の遺伝子
座と共に、第4染色体の座位におけるiddm4糖尿病誘発感受性の存在と強く関連する
ことの進行を示す(Martin,A.M.,et al.,Diabetes 199
9,48(11):2138−44)。
DR−BBウィスターコロニーはまた、元々バイオブリーディング(BioBreed
ing)から購入し、糖尿病のBBウィスターラットに関連する研究のための効果的なコ
ントロール群として作られている。制御された環境条件下で、DR−BBウィスターラッ
トは、自発的I型糖尿病を発症することなく、非リンパ球減少であり、かつかつ免疫応答
性でありうる。それ以来「通常の」ラットモデルのモデルとして、我々の研究室で使用さ
れている。我々の研究において、市販のラットを購入するよりも、BBウィスターラット
を利用することが選択された。なぜなら、同様のプロトコルで何年間で利用されたラット
との親しみやすさだけではなく、どんな時にも必要に応じて様々なプロトコルでの飼育に
よってコロニーを拡大する能力があるからである。我々の様々なプロトコル間でデータを
比較する際に、BBウィスターとDR−BBウィスターラットモデルの一貫性のある使用
は、信頼性の向上を可能にさせうる。
動物の一般的な健康状態
骨折手術時にBBウィスターラットの日齢を95〜137日の間で変化させた。但し、
治療群中の動物の日齢および雌雄の別は、それぞれの実験と一致させた。屠殺の日に、手
術後のパーセント重量変化は、治療群間で同様であった。
外科テクニック
手術は、右大腿骨内の閉鎖中−骨幹骨折モデルを生成するために実行される。ケタミン
(60mg/kg)およびキシラジン(8mg/kg)の腹腔内(IP)注射によって手
術前に全身麻酔を投与する。各ラットの右脚を剃毛し、ベタジンおよび70%アルコール
で切開部位を準備する。1センチメートルの内側パラ膝蓋骨(parapatellar
)皮膚切開を行い、次いで大腿四頭筋腱のすぐ近く大腿四頭筋を通って小さい縦切開を行
う。膝蓋骨の位置を横に変え、大腿遠位の顆間窩(interchondylar no
tch)を露出させる。18ゲージの針で侵入孔を作り、続いて大腿骨髄内の穴を広げる
。実験群に対して、(異なる投与量の)0.1mLのMnCl溶液を、大腿骨の髄腔に
注入する。コントロール群に対して、0.1mLの生理食塩水を注入する。キルシュナー
鋼線(Kirschner wire)(316LVM ステンレス鋼、0.04インチ
直径、Small Parts,Inc.,Miami Lakes,FL)を髄腔内に
挿入する。キルシュナー鋼線を大腿顆と同一平面で切断する。洗浄後、4〜0のバイクリ
ル吸収性縫合糸で傷を閉じる。次に、中軸閉鎖骨折(closed midshaft
fracture)を、3点屈折骨折機(three−point bending f
racture machine)を用いて一方向に(unilaterally)作製
する。X線で撮影して、骨折が許容できる形状かどうかを決定する。横のみの、中−骨幹
骨折を容認する。ラットは、骨折後すぐに自由に歩きまわらせる。
手術後手順
X線は、安楽死の日まで2週間間隔で撮る。安楽死後、X線も同様に撮る。X線写真を
撮るために、動物に麻酔の半分の用量を与える。すべての群は、感染症の手術後および自
由に歩き回る能力後4日間、厳密に監視される。
ねじれ機械的試験
ねじり試験は、20Nmの反応トルク細胞(インターフェース、スコッツデール、AZ
)と共に油圧サーボ(servohydraulics)機(MTS Sys.Corp
.,Eden Prairie,MN)を用いて、骨折後4週間に実施した。大腿骨は、
骨折後4週に2.0deg/secの速度で破断する試験した。トルクピーク、ねじれ剛
性、有効バルク率、および有効最大剪断応力(σ)は、中空の楕円として、各大腿骨をモ
デルにするための標準式を用いて決定した(Ekeland,A.,et al.,Ac
ta Orthop.Scand.1981,52(6):605−613;Enges
aeter,L.B.,et al., Acta Orthop.Scand.197
8,49(6):512−518)。異なる群間の生体力学的パラメータを比較するため
に、データは、対応する無傷の反対側大腿骨の値で各大腿骨骨折の値を割ることによって
正規化した。ねじれ機械的試験は、フィールド金属の骨ポッティング時のゲージの長さの
違いによって制限される。骨折間隙の配置および寸法は、標準偏差に寄与できる。最後に
、大腿骨の自然な構造と対称的に、大腿骨が中空の楕円であると仮定する数学的モデルに
依存するため、当該試験は制限される(Levenston,M.E.,et al.,
J.Bone Miner.Res.1994,9(9):1459−1465.)。
組織形態計測による早期治癒分析
骨折した大腿骨を、骨折後7日および10日に切除し、脱灰し、脱水し、パラフィン包
埋し、および標準的な組織学の技術を用いて切開した。切片は、オリンパスBH2−RF
CA顕微鏡(オリンパス光学工業株式会社、新宿区、東京、日本)を用いて、マッソント
リクローム(Accustain(商標)トリクローム染色キット、Sigma Dia
gnostics, St. Louis, MO)で染色した。デジタル画像は、ニコ
ンのデジタルカメラDXM1200F(ニコン、東京、日本)を用いて収集した。軟骨、
新骨、および総仮骨面積は、イメージ・プロプラスソフトウェア(バージョン5、Med
ia Cybernetics,Inc.,Silver Spring,MD)を用い
てデジタル画像から測定した。総軟骨および新骨の面積は、総仮骨面積に対して標準化さ
れ、面積百分率として表した。二つの独立したレビューは、不整合を最小化するために使
用された。
データおよび統計学分析
分散分析(ANOVA)をHolm−Sidak post−hoc試験に従って行い
、2より大きいグループサイズMnCl群での処理の差異を決定した。MnCl研究
における2つの処理群の間の差異を確認するために、学生のt−テストが行われた。P値
が0.05未満であると、統計学的に有意差があると考えた。
結果
機械的試験
担体なしの局所MnCl
大腿骨骨折の治癒に対する局所MnCl療法の効果は、ねじり機械的試験によって測
定した。骨折後4週間において、局所MnClで処理したラットは、生理食塩水コント
ロール群と比較して、骨折した大腿骨の改良された機械的特性を示した。破損に対する最
大トルクは、生理食塩水コントロール群に比べて有意に向上した(p<0.05:0.1
25mg/kg MnCl、p<0.05:0.25mg/kg MnCl、p<0
.05:0.3mg/kg MnCl)(表7)。無傷の反対側の大腿骨に他強いて標
準化したら、パーセントねじれ剛性は、生理食塩水コントロール群に比べて有意に向上し
た(p<0.05:0.125mg/kg MnCl、p<0.05:0.25mg/
kg MnCl)(表7)。
レントゲン写真分析
骨折後4週間に撮影されたレントゲン写真は、これらの機械的試験の結果を支持してい
る(図7)。4週間で、投与量0.25mg/kgのMnClで処理した骨折は、生理
食塩水コントロールよりも増加した石灰化した組織を示した。また、レントゲン写真の分
析は、MnCl群が骨膜下骨部位(subperiosteal bony area
)およびカルスにおいて融合体を示した、これに対して生理食塩水コントロールのレント
ゲン写真は、融合体の証拠を示さなかった。
組織形態計測分析
MnClで処理した動物において、組織形態計測分析は、7日で、コントロールに比
べて、0.3mg/kgのMnClで処理した大腿骨において、統計学的により低い(
p<0.05)パーセント軟骨を示した(表8)。10日で、生理食塩水コントロールに
比べて、0.3mg/kgのMnClで処理した大腿骨において、パーセント石灰化組
織は、統計学的に増加した(p<0.05:0.3mg/kg MnCl)(表8)。
実施例3
骨折治癒のためのバナジウム化合物の使用
方法
動物手術の一般的な説明
閉鎖中間骨幹骨折手術は、前述のように各ラットの右大腿骨上で行った。全身麻酔はケ
タミン(60mg/kg)およびキシラジン(8mg/kg)を腹腔内注射によって投与
した。その後、閉鎖の中軸骨折は、3−ポイント曲げ破壊器具(BCC Special
ty Automotive、Linden NJ)を用いることによって作製され、骨
折後直ちにX−線によって確認した。
VAC溶液の準備
硫酸カルシウム担体の有無にかかわらず、様々用量で、滅菌水滅菌水に混合されたバナ
ジルアセチルアセトナート(VAC)、Sigma Aldrich, St. Lou
is,MOは、骨折させる前に、髄腔内(intramedullary canal)
に注射した。BMOVおよびVSなどの他の有機バナジウム化合物よりVACが選択され
、これは、VACの、プロテインキナーゼB(PKB)、グリコーゲン合成酵素キナーゼ
3ベータ(GSK−3β)、およびプロテインチロシンリン酸化(PTP)の刺激におけ
る優れた有効性が認められているからである。また、Mehdiらは、BMOVおよびV
Sに比べて、VACに対してより多くのプロテインインスリンレセプターベータサブユニ
ット(IRβ)、およびインスリンレセプター基質1(IRS−1)チロシンリン酸化を
報告した。VACの投与量は、各動物の体重に基づかないで、290グラムのBBウィス
ターラットのためのより低い理論的に許容用量に基づき、重金属中毒または行動の変化を
引き起こさない。この重量は、50グラム以上であり、約90日齢(本研究における調査
の年齢)の非糖尿病BBウィスターラットの平均体重より低い。Zhangらによって注
入された毎日皮下投与量は、0.29kgのこの平均重量で乗じた。0.1ml体積のV
AC溶液を検討された各投与量で骨髄空間に一回の注射によって局所投与した。1.5m
g/kg投与量は、Zhangによって投与された用量の50%であって、これは、Zh
angらと同じ濃度の高用量の投与されたVACの絶対的濃度を低減した。その後、0.
5mg/kgの投与量(低用量の33.3%)および0.25mg/kgの投与量(低用
量の16.6%)で、VACの最適投与量を決定し、VACの有効性の範囲を調べるため
に評価した。
VAC/CaSO製剤の準備
VAC/CaSO混合物を準備するために、2gのCaSOをガラスバイアルに入
れた。当該バイアルをオートクレーブに置き、ドライサイクル中で2時間滅菌した。Ca
SOパウダー(0.8g)を、400μlの生理食塩水または400μlのVAC溶液
(0.25mg/kgおよび1.5mg/kg)と室温で1分間混合した。得られた混合
物を、1ccの滅菌シリンジのバレルに充填し、シリンジプランジャーの挿入によってシ
リンジバレルのオープン口に押し下げた。シリンジバレルに18−ゲージの滅菌針を取り
付けた後、0.1ml体積の該混合物を、キルシュナー鋼線の挿入および骨折の前に、直
接ラット大腿管(非糖尿病BBウィスターラット)に注入した。
パックホウ素化(バナジウム−ボロン及びボロンコントロール)ステンレス鋼ロッド製
造:
スチール鋼ならびに他の金属及び合金表面のホウ素化中、ホウ素原子は、材料中に拡散
して、様々なタイプの金属ホウ素化物を形成する。
1.6mmのキルシュナー鋼線を、アニールし、洗浄し、5mm厚の耐熱性スチールボ
ックス内に含まれるホウ素化粉末混合物中に充填した。これにより、表面が10〜20μ
mの厚みの層でホウ素化されうる。炭化ホウ素、VAC、炭化ケイ素、及びホウ素化活性
化剤からなる混合物を調製した。内容物をこれらが充填された容器になじませた後、蓋で
カバーし、容器内で放置した。この容器を鉄の小塊で秤量し、製造中にホウ素化剤を均一
に含浸させた。この容器を被覆した加熱コイルによる電気加熱されたボックス中で記載さ
れるようにホウ素化温度にまで加熱した。被覆されたロッドを室温まで冷却し、外科手術
前に滅菌のために95%エチルアルールで拭いた。
動物モデルにおけるバナジウムの定量
BBウィスターラットを麻酔し、外科的処置を開始する前に、外部刺激に対する非応答
性であることが確認した。麻酔したラットは、胸骨のすぐ横の浅い穿刺後に肋間を通して
22ゲージの針付の10mlのシリンジを用いて、心臓穿刺により放血した。真皮と心臓
壁を穿刺した後、わずかな背圧をプランジャーの上に置き、心室から血液を撤回した。採
取した血液は、血漿(ヘパリン処理)または血清(非ヘパリン処理した)のコレクション
のために使用される適切な容器に移した。心臓穿刺後、ラットを頸椎脱臼を経由して安楽
死させた。
切除した大腿骨は、脱イオン水で骨を3回リンスした後、付着した筋肉、腱および他の
組織を取り除き、その後乾燥グラシン紙に置き、空気乾燥した。ピンは、一度すすぎ、清
浄なコニカルチューブに保存した。収集した肝臓、腎臓、脳、および左上腕骨(hume
rous)は3回すすぎ、空気乾燥させた。「乾燥」の目的は、水すすぎ後の水滴を付着
除去し、真の組織重量はできる限り正確に記録されることを可能にすることであった。グ
ラシン紙上の組織の位置は、空気曝露の1または2分後に変更した。空気乾燥は、5分以
上持続しない。乾燥骨は、乾燥の、酸浸漬/脱イオン水リンスする前に、プレ秤量した7
mlのプラスチックライナーキャップ付きの密閉可能なシンチレーションバイアルに置い
た。他の臓器も、それぞれに適切なサイズのプレすすぎ、乾燥前の重量を測定プラスチッ
クバイアル中に保存した。バイアルは、採取日、右または左大腿骨、ラットIDコード、
調査官および研究IDを示すように消えないマーカーでラベルした。臓器は、その後、将
来の分析(定量化が現在計画されていない)まで、低温(−80℃)保存用の冷凍庫に入
れた。
骨は、慎重に空気乾燥し、骨重量の異常性を避けるために、骨内膜空間に任意の混入さ
れた水分を取り出し、または振って落とした。その後、コレクションのビーカーを再度洗
浄し、大腿骨を、試験片の二次汚染を避けるために、慎重に取り扱った。骨は、正常ラッ
ト大腿骨における標準レベルと比較し、骨中のバナジウムのレベルを決定するために原子
吸光分析法により分析した。分析は、組織中のバナジウム濃度を定量するために、標準の
公開したテクニック14に基づいた。
組織形態計測による早期治癒分析
骨折した大腿骨を、骨折後2、4、7、および10日に切除し、脱灰し、脱水し、パラ
フィン包埋し、および標準的な組織学の技術を用いて切開した。切片は、オリンパスBH
2−RFCA顕微鏡(オリンパス光学工業株式会社、新宿区、東京、日本)を用いて、マ
ッソントリクローム(Accustain(商標)トリクローム染色キット、Sigma
Diagnostics, St. Louis, MO)で染色した。デジタル画像
は、ニコンのデジタルカメラDXM1200F(ニコン、東京、日本)を用いて収集した
。軟骨、新骨、および総仮骨面積は、イメージ・プロプラスソフトウェア(バージョン5
、Media Cybernetics,Inc.,Silver Spring,MD
)を用いてデジタル画像から測定した。総軟骨および新骨の面積は、総仮骨面積に対して
標準化され、面積百分率として表した。二つの独立したレビューは、不整合を最小化する
ために使用された。
組織形態計測による後期治癒分析
骨折治癒の後期段階におけるVACの効果を調べるために、大腿骨は、上述した群にお
いて、10、14、および21日で、動物から切除し、標準的な組織学技術を用いて、包
埋および切断した。これは、キシレンに浸漬し、最後にポリメチルメタクリレート(PM
MA)の層に予め埋め込む脱水を含む。純PMMAに埋め込み、ホット水浴中で凝固させ
た後、スライドをPMMAブロックから切断し、磨き、そしてStevenelの青とワ
ンギーソンピクロフクシン(SVG)の組み合わせで染色した。骨折カルスの組織学的画
像は、パーソナルコンピュータにCCDカメラ(Optronics、Goleta、カ
リフォルニア)を介して接続されたオリンパスSZX12正立顕微鏡(Olympus
Optical Co,LTD、日本)を用いて入手し、バイオカントソフトウェアパッ
ケージ(Biometrics,Inc,Nashville,TN)を用いて分析した
。比較されたパラメータは、a)カルス領域、b)パーセント石灰化組織領域、およびc
)パーセント軟骨領域を含む。この手順の限界は、PMMAの区画に関連した困難性のた
め、高い厚さでのスライドの生産を含む。これは、細胞の重なり合う層に起因して、細胞
形態学の分析に加えて、染色のために切断することができるセクションの数を制限する。
早期免疫組織化学
2、4、7、および10日で、細胞増殖の指標として、細胞を複製するラベルのための
1時間前に5−2’ブロモデオキシウリジン(BrdU、、Sigma Chemica
l Co.,St.Louis,MO)と共に動物の腹腔内に注入した。骨折した大腿骨
を切除し、ホルマリン中で固定し、脱灰し(Immunocal,Decal Corp
.,Tallman,NY)、パラフィンに埋め込み、そして縦方向に切断した(厚さ5
μm)。BrdU取り込むための陽性の細胞は、市販の試薬(DAKO社、カーペンタリ
ア、カリフォルニア州)を用いて、免疫組織化学によって検出した。各骨折のデジタル画
像は、ニコンDXM1200fカメラを備えたOlympus BH2−RFCA顕微鏡
を用いて収集した。各試料について、カルス面積を測定し、骨膜カルス領域におけるBr
dU陽性細胞は、イメージプロプラスソフトウェアを用いて計数した。
骨折部位の近位および遠位の最大1cmに対する外仮骨並びに大腿骨の外表面から3mm
における全てのBrdU陽性細胞を計数した。BrdU陽性細胞の数は、カルスの単位面
積あたりに標準化し、ラットあたり1つのデータム(mmあたりのBrdU陽性細胞)
を、統計分析のために使用した。
ねじれ機械的試験
ねじり試験は、20Nmの反応トルク細胞(インターフェース、スコッツデール、AZ
)と共に油圧サーボ(servohydraulics)機(MTS Sys.Corp
.,Eden Prairie,MN)を用いて、4週および5週で実施した。大腿骨は
、骨折後4〜6週の時点に2.0deg/secの速度で破断する試験した。トルクピー
ク、ねじれ剛性、有効バルク率、および有効最大剪断応力(σ)は、中空の楕円として、
各大腿骨をモデルにするための標準式を用いて決定した。異なる群間の生体力学的パラメ
ータを比較するために、データは、対応する無傷の反対側大腿骨の値で各大腿骨骨折の値
を割ることによって正規化した。ねじれ機械的試験は、フィールド金属の骨ポッティング
時のゲージの長さの違いによって制限される。骨折間隙の配置および寸法は、標準偏差に
寄与できる。最後に、大腿骨の自然な構造と対称的に、大腿骨が中空の楕円であると仮定
する数学的モデルに依存するため、当該試験は制限される。
データおよび統計学分析
分散分析(ANOVA)をHolm−Sidak post−hoc試験に従って行い
、2よりグループサイズ大きいVAC群での処理の差異を測定した(SigmaStat
3.0,SPSS Inc.,Chicago,Illinois)。VAC研究にお
ける2つの処理群の間の差異を確認するために、スチューデントのt−テスト(Stud
ent’s t−test)が行われた。P値が0.05未満であると、統計学的に有意
差があると考えた。
動物の一般的な健康状態
骨折手術時にBBウィスターラットの日齢を75〜137日の間で変化させた。但し、
治療群中の動物の日齢および雌雄の別は、それぞれの実験と一致させた。屠殺の日に、手
術後のパーセント重量変化は、治療群間で同様であった。
結果
動物モデルにおけるバナジウムの定量
局部的に注入されたVACは、約2週間の局所注射の後、骨折した大腿骨内において引
き続き結合される。これらの結果は、以下の実験から決定した。骨折直前に、0.1mL
の生理食塩水または4.35mg/mLのVAC溶液(4.35mg/mLのVAC溶液
;約1.5mgVAC/ラットの体重kg;約435μmのVAC粉末;約84μmのバ
ナジウム)を各ラットの大腿骨管に注入した。骨折部位から如何に迅速にバナジウムが分
散するのを評価するために、ラットを手術後1、4、4および14日で屠殺し、骨折カル
ス中におけるバナジウムレベルを測定した。原子吸光光度法は、局所バナジウムレベルを
定量するために使用し、通常のラット大腿骨におけるレベルと比較して標準化した。局所
バナジウムレベルの有意差(P<0.05)は、全ての時点で調べた際に、局所バナジウ
ム処理されたラットの、右の骨折大腿骨および左の非破断試験の大腿骨の間で検出された
(図8)。VACの半減期は、Zhangらによれば比較的に短く(6日)、骨折大腿骨
においてその量は、反対側の大腿骨に比べて、4、7、および14日で有意に減少した。
14日では、バナジウムの局所レベルは、1、4、および7日に比べて有意に減少した(
p<0.05)。
組織形態計測分析
VACで処理した動物において、組織形態計測分析は、7および10日の両方で、コン
トロールに比べて、1.5mg/kgのVACで処理した大腿骨において、統計学的によ
り高い(p<0.05)パーセント軟骨を示した(表9)。14日で、生理食塩水コント
ロールに比べて、1.5mg/kgおよび3mg/kg両方のVACで処理した大腿骨に
おけるパーセント石灰化組織は、有意に増加した(p<0.05:1.5mg/kg V
AC、p<0.05:3mg/kg VAC)。21日後、パーセント石灰化組織は、1
.5mg/kgのVACで処理した大腿骨において、有意に増加した(p<0.05)。
このVAC−介在した治癒の加速は、10〜21日で、組織切片を経由して観察できる(
表9;図9)。
早期免疫組織化学
VACで処理した動物において、骨折後2または4日で細胞増殖における有意差はなか
ったが、骨折後7および10日で、骨膜において、単位面積あたり(p<0.05)より
多くの増殖細胞が有意に観察された。
機械的試験
担体なしの局所VAC
大腿骨骨折の治癒に対する局所バナジウム療法の効果は、ねじり機械的試験によって測
定した。骨折後4週間において、バナジウムで処理したラットは、未処理群と比較して、
骨折した大腿骨の改良された機械的特性を示した。破損に対する最大トルク、ねじれ剛性
、最大有効剪断応力、および有効剛性率は、すべて未処理群に比べて有意に増加した(p
<0.05:1.5mg/kg VAC、p<0.05:3mg/kg VAC)(表1
0)。
骨折後4週に撮ったレントゲン写真は、これらの機械的試験の結果を支持する(図10
)。無傷の反対側の大腿骨に対して骨折した大腿骨の機械的パラメータを標準化したら、
局所バナジウムで処理した群におけるパーセント破損に対する最大トルク、パーセントね
じれ剛性、およびパーセント有効剛性率は、依然として、生理食塩水コントロール群に比
べて、有意に向上した(p<0.05:1.5mg/kgVAC、p<0.05:3mg
/kg VAC)。骨折後5週で、1.5mg/kgVACで処理した群における破損に
対する最大トルクおよびねじれ剛性は、コントロールおよび3mg/kgVACで処理し
た群の両方に比べて、有意に向上した(p<0.05)(表11)。
糖尿病モデルにおける担体なしの局所VAC
糖尿病の大腿骨骨折の治癒に対する局所バナジウム療法の効果は、ねじり機械的試験に
よって測定した。I型糖尿病のBBウィスターラットに対して、血中グルコースは、隔週
でモニターし、全身グルコースレベルを維持するために、全ての糖尿病動物に対して、お
およそ2週間毎に皮下Linplants TM(Linshin、Canada)を投
与した。骨折後6週で、バナジウムで処理した糖尿病ラットは、未処理の糖尿病群に比べ
て、骨折した大腿骨の改良された機械的特性を示した。破損に対する最大トルク、ねじれ
剛性、最大有効剪断応力、および有効剛性率は、すべて未処理の糖尿病群に比べて有意に
増加した(p<0.05:1.5mg/kg VAC)(表12)。無傷の反対側の大腿
骨に対して骨折した大腿骨の機械的パラメータを標準化したら、局所バナジウムで処理し
た糖尿病群におけるパーセント破損に対する最大トルク、パーセントねじれ剛性、パーセ
ント有効剛性率、およびパーセント有効有効剛性率は、依然として、処理の糖尿病群に比
べて、有意に向上した(p<0.05:1.5mg/kg VAC)。6週で、VACで
処理した糖尿病動物のねじれ機械的試験は、非糖尿病動物の場合と比較した。
局所VAC/CaSO製剤
硫酸カルシウム担体付の局所バナジウムねじり試験をしたときに、結果は、硫酸カルシ
ウムバッファおよび硫酸カルシウム担体付の1.5mg/kgVACの両方の群に比べて
、硫酸カルシウム担体付の0.25mg/kgVACの場合の有効剪断応力(p<0.0
5)は、有意に高いことを示した。無傷の反対側の大腿骨に対して骨折した大腿骨の機械
的パラメータを標準化したら、硫酸カルシウム担体付の0.25mg/kgVACにおけ
る破損に対する最大トルクおよびパーセント有効ねじれ剛性は、硫酸カルシウムバッファ
群に比べて有意に向上した(p<0.05)(表13)。
表面修飾VAC被覆したインプラント
骨折後4週での表面修飾されたロッドのねじり機械的試験では、未処理の316Lステ
ンレス鋼(SS)コントロールロッドに比べて、バナジウム−ボロン表面修飾したロッド
の動物の破損に対する最大トルクが有意に向上したことを示した(P<0.05)。無傷
の反対側の大腿骨に対して骨折した大腿骨の機械的パラメータを標準化したら、未処理の
316Lステンレス鋼(SS)コントロールロッドに比べて、バナジウム−ボロン表面修
飾したロッドの動物のパーセント破損に対する最大トルクが有意に向上した(P<0.0
5)。ボロン表面修飾したコントロールロッドに比べてバナジウム−ボロン表面修飾した
ロッドにおけるねじり機械的パラメータは高かったが、これらの群の間では、有意差は見
られなかった(表14および15)。
高齢ラットに対するVACの影響
正常(非糖尿病)ラットにおける大腿骨骨折の治癒に対する局所バナジウム療法の効果
は、ねじり機械的試験によって測定した。骨折後4週で、VACで処理した高齢のラット
(生後190〜195日)からの骨折した大腿骨は、コントロール群からの骨折した大腿
骨よりも高い高い機械的特性を示した。無傷の反対側の大腿骨に対して骨折した大腿骨の
機械的パラメータを標準化したら、局所バナジウムで処理した群におけるパーセント破損
に対する最大トルク(生理食塩水群対1.5mg/kg VAC群p<0.05)は、生
理食塩水群に比べると、有意に向上した(表16)。
治癒は放射線検査により評価し、機械的試験により定量した。局所VAC治療は、レン
トゲンの外観を改善し、骨折した大腿骨の機械的強度を有意に増加させた。骨折後4週で
、1.5mg/kgのVACで処理した骨折した大腿骨の平均パーセント破損に対する最
大トルクは、未処理の生理食塩水群に比べて、有意に76%向上した(表16)。このデ
ータは、局所VAC治療は、高齢の骨折治癒において、骨再生を増進したことを示してい
る。
正常(非糖尿病)ラットにおける大腿骨骨折の治癒に対する局所バナジウム療法の効果
は、ねじり機械的試験によって測定した。骨折後4週で、VACで処理したラットからの
骨折した大腿骨の機械的強度は、投与前にVAC溶液はオートクレーブ処理やガンマ照射
を行った場合であっても、コントロール群からの骨折した大腿骨の場合より向上した(図
11、表17)。滅菌せずの1.5mg/kgVAC群において、破損に対する最大トル
ク(生理食塩水群対滅菌せずの1.5mg/kgVAC群、p<0.05)およびねじれ
剛性(生理食塩水群対滅菌せずの1.5mg/kgVAC群、p<0.05)は、生理食
塩水コントロール群より有意に向上した。1.5mg/kgVACのオートクレーブした
VAC群において、ねじれ剛性(生理食塩水群対1.5mg/kgオートクレーブしたV
AC群、p<0.05)は、生理食塩水コントロール群より有意に向上した(表17)。
無傷の反対側の大腿骨に対して骨折した大腿骨の機械的パラメータを標準化したら、局所
バナジウム処理した群におけるパーセントねじれ剛性(生理食塩水群対滅菌せずの1.5
mg/kgVAC群、p<0.05、生理食塩水群対1.5mg/kgオートクレーブし
たVAC群、p<0.05)、および剛性率(生理食塩水群対滅菌せずの1.5mg/k
gVAC群、p<0.05)は、生理食塩水群と比べると、有意に向上した(表17)。
治癒は放射線検査により評価し、機械的試験により定量した。局所VAC治療は、放射
線の外観を改善し、有意に骨折した大腿骨の機械的強度を増加させた。骨折後4週で、滅
菌せずの1.5mg/kgVACおよび後述のオートクレーブプロセスにおける平均パー
セント最大ねじれ剛性は、有意に向上し、生理食塩水コントロール群に比べて、滅菌せず
のVACでは、2.8倍向上し(反対側の76.0%対20.0%)、およびオートクレ
ーブしたVACでは、2.5倍向上した(反対側の70.0%対20.0%)。滅菌せず
の1.5mg/kgVACにおけるパーセント剛性率の値は、有意に向上し、生理食塩水
コントロール群に比べて、4.8倍向上した(反対側の23.0%対4.0%)。このデ
ータは、局所VAC治療は、骨折治癒中の骨再生を増進し、タンパク質の安定性および生
物活性に影響を及ぼし得る効果的な滅菌技術はVACの生物活性を有意に変化させないこ
とを示している。
正常(非糖尿病)ラットにおける大腿骨骨折の治癒に対する局所バナジウム療法の効果
は、放射線分析によって測定した。骨折後12週で、低(1.5mg/kg)および高(
3.0mg/kg)のVACの両方で処理したラットからの骨折大腿骨は、誘導された骨
折の解明(図12)を受けて、異所性骨形成の証拠を示さなかった。局所VACで処理大
腿骨は、骨折治癒を通して、VACの毒性/発がん性の証拠を示唆していない正常なリモ
デリングを実証した。上記のデータは、効果的なVAC治療用量範囲0.5〜3.0mg
/kgを証明し、これは、ねじれの機械的パラメータにおいて2から3倍増加する結果に
繋ぐ。
既存療法との比較
図13のチャートは、バナジウム技術と骨折治癒のための現在承認された製品(BMP
−2およびエクソジェン)とを比較する。これらの研究のそれぞれは、同じ時点(4週)
での破損に対する最大トルクを測定することにより、大腿骨の骨折治癒に対する治療補助
剤の有効性を検討した。具体的には、以下を比較した:(1)硫酸カルシウム(CaSO
)ビヒクルに伴うVACの単独経皮投与(0.25mg/kg)(赤色);(2)ビヒ
クルなしのVAC単独経皮投与(1.5mg/kg)(青色);(3)大腿骨の髄腔内に
埋め込まれた、バナジウムで表面修飾された(バナジウムパック−ホウ素化と呼ばれるプ
ロセス)316Lステンレス鋼k−ワイヤ(緑色);(4)バッファビヒクルに伴うBM
P−2の単独経皮投与(80g)を用いたBMP−2研究(オレンジ色);および(5)
超音波処理の毎日露出期間(20分/日)を用いたエクソジェン(Exogen)研究。
当該平均値(25日間の継続)は、ダークブルーで示される。
従って、これらの結果は以下のことを証明した、中でも、(a)バナジウム化合物(例
えば、VAC)単独でまたは整形外科用担体(例えば、CaSO)付の製剤の一部とし
ての使用は、骨折部位へ直接に適用すること;および(b)表面に既知の熱加工技術によ
ってバナジウムで修飾された整形外科インプラント(椎弓根スクリュー、皿、ロッド、ワ
イヤ、等)の使用。インスリン−疑似剤として、バナジウム化合物は、骨折部位でのイン
スリンシグナル伝達を刺激することにより、骨再生を促進するために使用することができ
る。局所VACは、インスリンシグナル伝達受容体のベータサブユニットを標的とする。
インスリン−疑似剤存在はまた、軟骨および石灰化した組織形成を強化します。我々の研
究室のデータは、VAC治療が骨折カルス(骨折後7および10日)の骨膜下領域内の細
胞増殖を有意に増加させることを証明した。これは、骨折カルス内において、有意に高い
パーセント軟骨に変換される(骨折後7および10日)。局所VACで処理したラット動
物モデルのパーセント石灰化組織は、21日後、コントロールより有意に高かった。これ
は骨治癒プロセスの進行を加速し、4および5週後のVAC処理した動物における機械的
試験パラメータをコントロールに比べて、有意に強化した。
実施例4
インスリン−疑似剤は脊椎融合(Spinal Fusion)を増進すること
コントロールに比べて、増加した融合速度は、持続放出型のインスリンインプラントで
処理したとき、ラットの後側部の腰部脊椎融合モデル中で観察された。インスリン−疑似
剤の効果は、ラットの後外側腰椎融合モデルにおける脊椎融合術の補助として分析された
。バナジルアセチルアセトナート(VAC)又は亜鉛を、硫酸カルシウムでペレット化し
、ラット後外側腰椎融合において、自家移植片付の融合床に適用した。これらの結果は、
自家移植片およびパルミチン酸ペレットで処理したコントロール群と比較した。
研究デザイン
プロトコルは、UMDNJ−ニュージャージー医科大学の動物施設ケア使用委員会によ
って承認された。重さ約500グラム毎の50匹骨格的に成熟したSDラットは、ウィル
ツ型(Wiltse−type)のアプローチを利用して、L4−L5からの腸骨稜自家
移植片と共に後外側横突間の腰椎融合を受けた。横突起および高速バリ剥皮の曝露後、低
用量バナジウム硫酸カルシウムペレット(0.75mg/kg)、高用量バナジウム硫酸
カルシウムペレット(1.5mg/kg)、低用量亜鉛硫酸カルシウムペレット(0.5
mg/kg)、高用量亜鉛硫酸カルシウムペレット(1.0mg/kg)、およびマイク
ロ再結晶パルミチン酸ペレットのコントロールの5つのペレットの中のいずれかを融合サ
イトに加えた。腸骨稜の自家移植(片側約0.3グラム)を同量を採取し、各ペレットを
移植した。ラットは8週間で屠殺し、脊椎を採取し、軟組織を除去し、マニュアル触診、
レントゲン写真およびマイクロCTにより試験した。すべての評価項目のパラメータは、
盲検で二人の別々の個人によって独立して審査され、不一致があった時により低いグレー
ドの融合を採用した。
外科手技
腹腔内のケタミン(40mg/kg)およびキシラジン(5mg/kg)で全身麻酔を
得た後、ラットの腰部を剃毛し、ポビドンヨード浸したガーゼで消毒した。背側正中切開
は、L3から仙骨までで行った。二つの正中切開を正中線から腰部筋膜5mmを介して実
施した。解剖は、腸骨稜まで行い、約0.3グラムの骨は、小さな骨鉗子を用いて採取し
た。採取された自家移植片は、片面あたり0.3グラムを得るために、無菌のスケールで
秤量した。鈍的切開は、各側の面関節に側面の背髄近傍の筋肉を反映して、後外側方に実
施した。反射した傍脊柱筋は開創器で固定された。L4−L5の横突起は、軟組織を除去
し、高速バリで剥皮した(図14)。破砕された自家移植は、適切なレベル(L4−L5
)で横突起の間で広げた。インプラント、またはブランクの当量は、自家移植床に組み込
んだ(図15)。開創器を除去し、傍脊柱筋を融合床を覆うようにさせた。背側腰筋膜を
連続の4〜0再吸収可能な縫合糸を用いて閉じ、そして皮膚を結節の4〜0再吸収可能な
縫合糸を用いて閉じた。手術部位を抗生物質軟膏で処理し、ラットにエンロフロキサシン
の抗生物質(10mg/kg)の用量を与えた。レントゲン写真は、手術直後に撮影した
。血中グルコースレベルは、手術前、並びに手術後12および24時間で採取した。表1
8参照。
ペレットの準備
ペレットを準備するために、1mLのシリンジ内に0.2mLの各貯蔵液0.4gのC
aSOと混合し、担体の適切な整合性を得る。その後、直径2mmの透明なTygon
実験室用チュービングに注入し、一晩硬化させる。
一度、ペレットは、移植前に、7mmの部分に区分され、オートクレーブされる(滅菌
するため)。
貯蔵液を準備するために、各ペレット中の溶液の体積は、混合物に対する溶液の体積の
割合で算出される。
レントゲン写真分析
90秒間35kVでの後前方向(Posteroanterior)のレントゲン写真
は、屠殺および採取後8週目で撮った。レントゲン試験前に全ての軟組織を除去した。二
人の独立した盲検観察者は、従来公表された放射線のスケールに基づき、両側での固体融
合塊(fusion mass)(A)、片側だけの融合塊(B)、両側での小さい融合
塊(C)、および移植片吸収(D)で、レントゲン写真を等級付けた。表19参照。
レントゲン写真(図16)に基づき、高用量のバナジウム群において、5/10は両側
での固体融合塊を有し、3/10は片側だけの融合塊を有し、1/10は両側での小さい
融合塊を有し、および1/10は移植片吸収を有していた。低用量のバナジウム群におい
て、3/10は両側での固体融合塊を有し、3/10は片側だけの融合塊を有し、0/1
0は両側での小さい融合塊を有し、および4/10は移植片吸収を有していた。高用量の
亜鉛群において、7/10は両側での固体融合塊を有し、3/10は片側だけの融合塊を
有し、0/10は両側での小さい融合塊を有し、および0/10は移植片吸収を有してい
た。低用量の亜鉛群において、7/10は両側での固体融合塊を有し、1/10は片側だ
けの融合塊を有し、2/10は両側での小さい融合塊を有し、および0/10は移植片吸
収を有していた。コントロール群において、2/9は両側での固体融合塊を有し、3/9
は片側だけの融合塊を有し、1は両側での小さい融合塊を有し、および3/9は移植片吸
収を有していた。
マニュアル触診
すべての軟組織を除去した後、二人の独立した盲検観察者は、マニュアル触診を行い、
融合部位(L4−L5)を強調した。融合した(A)、部分的に融合した(B)、および
融合しなかった(C)で試料を分級した。表20参照。
マニュアル触診に基づき、高用量のバナジウム群において、6/10は固体融合を有し
、2/10は部分的に融合され、および2/10は融合されなかった。低用量のバナジウ
ム群において、1/10は固体融合を有し、4/10は部分的に融合され、および5/1
0は融合されなかった。高用量の亜鉛群において、4/10は固体融合を有し、1/10
は部分的に融合され、および5/10は融合されなかった。低用量の亜鉛群において、3
/10は固体融合を有し、4/10は部分的に融合され、および3/10は融合されなか
った。コントロール群において、0/9は固体融合を有し、1/9は部分的に融合され、
および8/9は融合されなかった。
マイクロCT分析
マイクロCT分析に基づき、L4/L4横突起および融合塊の平均骨体積(mean
bone volume)は、コントロールにおいて126.7mmであった。高用量
バナジウム群において170.8mmであり、低用量バナジウム群において167.4
mmであった。高用量亜鉛群において172.7mmであり、低用量亜鉛群において
172.9mmであった。コントロールに対する各実験群間の差は、有意であった(表
21を参照)。
統計分析
マンホイットニーランクテスト(Mann−Whitney Rank Test)は
、レントゲン写真およびマニュアル触診の分析のために実施した。カッパ(Kappa)
値は、評価者間の合意のために計算した。ANOVAはHolm Sidak試験を用い
て二次試験でマイクロCTに従って、新しい骨形成のatmを行った。統計分析は、Si
gmaStatを用いて行った。
50匹の動物の内、1匹のコントロールラットは、おそらく麻酔の原因で、術後初日に
死亡した。残りの49匹のラットには合併症がなく、計画通りに屠殺した(0.02%の
周術期死亡率)。
前記実施例および好ましい実施形態の説明は詳細な説明であり、本発明を限定するもの
でなく、本発明は特許請求の範囲によって規定されると受け止められるべきである。容易
に認識されるように、上記の態様の多くの変更および組み合わせが、特許請求の範囲に記
載される本発明から逸脱しない限り利用できる。このような変更は本発明の範囲および概
念から逸脱しないものとみなされ、すべてのこのような変更は下記特許請求の範囲の範囲
に含まれると解される。引用されるすべての参考文献は、その全体が本明細書中に参考と
して援用される。

Claims (53)

  1. 治療上有効量のインスリン−疑似剤(insulin−mimetic agent)
    を骨疾患を患った患者に局所投与することを有する、骨疾患を患った患者における骨の治
    癒または再生を促進する方法。
  2. 前記インスリン−疑似剤が、インスリン経路−刺激(insulin pathway
    −stimulating)亜鉛、バナジウム、タングステン、モリブデン、ニオブ、セ
    レン、またはマンガン化合物である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記インスリン−疑似剤が、亜鉛、バナジウムまたはマンガン化合物である、請求項2
    に記載の方法。
  4. 前記インスリン−疑似剤が、骨の損傷部位に投与される、請求項1〜3のいずれか1項
    に記載の方法。
  5. 前記骨疾患が、骨折、骨の外傷、脊椎の関節固定および四肢の関節固定などの関節固定
    、ならびに外傷後の骨の手術(post−traumatic bone surger
    y)、補綴後の関節の手術(post−prosthetic joint surge
    ry)、整形後の骨の手術(post−plastic bone surgery)、
    ポストデンタル手術(post−dental surgery)、骨の化学療法処置(
    bone chemotherapy treatment)、先天性骨欠損、外傷後の
    骨欠損(post traumatic bone loss)、手術後の骨欠損(po
    st surgical bone loss)、感染後の骨欠損(post infe
    ctious bone loss)、同種移植片の埋め込み(allograft i
    ncorporation)または骨の放射線療法処置(bone radiother
    apy treatment)からなる群より選択される、請求項1〜4のいずれか1項
    に記載の方法。
  6. 前記骨疾患が、骨折、骨の欠陥、ならびに骨欠損(osseous defects)
    、ならびに癒合遷延(delayed unions)および癒合不全(non−uni
    ons)から選択される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記方法が、骨自家移植片法、骨同種移植片法、自家幹細胞治療法、自家移植成長因子
    濃縮法、同種幹細胞治療法、化学的刺激法、電気的刺激法、低強度パルス超音波(LIP
    US)法、内固定法および外固定法から選択される骨の再生を促進する第二の方法と組み
    合わせて使用される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記方法が、同種移植片法、自家移植片法、異種移植片法、人工移植法または整形外科
    バイオ複合材料法と組み合わせて使用される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法
  9. 前記方法が、細胞毒性薬、サイトカインまたは成長阻害剤を前記インスリン−疑似剤と
    一緒に投与することを有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記方法が、外来骨成長刺激剤(external bone growth sti
    mulator)と組み合わせて使用される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法
  11. 前記方法が、生物活性骨剤(bioactive bone agent)を前記イン
    スリン−疑似剤と一緒に投与することを有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方
    法。
  12. 前記生物活性骨剤が、ペプチド成長因子、抗炎症因子、炎症促進因子、アポトーシスの
    阻害剤、MMP阻害剤、および骨異化アンタゴニストからなる群より選択される、請求項
    11に記載の方法。
  13. 前記ペプチド成長因子が、IGF(1,2)、PDGF(AA、AB、BB)、BMP
    s、FGF(1−20)、TGF−β(1−3)、aFGF、bFGF、EGF、VEG
    F、副甲状腺ホルモン(PTH)、および副甲状腺ホルモン関連ペプチド(PTHrP)
    からなる群より選択される、請求項12に記載の方法。
  14. 前記抗炎症因子が、抗TNFα、可溶性TNFレセプター、ILlra、可溶性IL1
    レセプター、IL4、IL−10、およびIL−13からなる群より選択される、請求項
    12に記載の方法。
  15. 前記骨異化アンタゴニストが、ビスホスホネート、オステオプロテゲリン、およびスタ
    チンからなる群より選択される、請求項12に記載の方法。
  16. 局所投与を特徴とする骨の治癒または再生を加速する必要のある患者における骨の治癒
    または再生を加速するための薬剤の製造のためのインスリン−疑似剤の使用。
  17. 治療上有効量の、治癒または骨の再生を必要とする骨状態に苦しめられている患者への
    インスリン−疑似剤の局所投与用に処方されるインスリン−疑似剤を含む骨損傷治療キッ
    ト。
  18. 骨誘導担体(osteoconductive carrier)およびインスリン−
    疑似剤を含む、骨の癒着または空隙充填のための骨再生材料。
  19. 前記インスリン−疑似剤が、インスリン経路−刺激亜鉛、バナジウム、タングステン、
    モリブデン、ニオブ、セレン、またはマンガン化合物である、請求項18に記載の材料。
  20. 前記インスリン−疑似剤が、バナジウムまたは亜鉛化合物である、請求項19に記載の
    材料。
  21. 前記骨誘導担体が、自家移植片物質、同種移植片物質、リン酸カルシウム、硫酸カルシ
    ウム、異種移植片物質、人工移植生体材料、および整形外科バイオ複合材料からなる群よ
    り選択される、請求項18〜20のいずれか1項に記載の材料。
  22. インスリン−疑似剤化合物またはその組成物を包含する、少なくとも一つの骨接触表面
    (bone−contacting surface)を含む、整形外科または脊椎のイ
    ンプラント。
  23. 前記整形外科インプラントが、スクリュー、プレート、ロッド、K−ワイヤ、ピン、フ
    ック、いかり、髄内装置、椎弓根スクリュー(pedicle screws)、椎弓根
    フック、脊椎固定ケージ(spinal fusion cages)、脊椎固定プレー
    ト、プロテーゼ、および多孔質金属インプラント(例えば、柱金属インプラント)からな
    る群より選択される、請求項22に記載の整形外科または脊椎のインプラント。
  24. チタン、チタンの合金、タンタル、タンタルの合金、コバルトクロム合金、合金鋼、お
    よびそれらの組み合わせからなる群より選択される金属から形成される、請求項22また
    は23に記載の整形外科または脊椎のインプラント。
  25. 前記合金鋼が、ステンレス鋼である、請求項24に記載の整形外科または脊椎のインプ
    ラント。
  26. ポリマー材料から形成される、請求項22または23に記載の整形外科または脊椎のイ
    ンプラント。
  27. 前記ポリマー材料が、ポリグリコール酸(PGA)、ポリ(乳酸−グリコール酸共重合
    体)(PLGA)、ポリ乳酸(PLA)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリエーテル
    エーテルケトン(PEEK)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン
    (PP)、ポリカーボネート(PC)、ポリ(オルトエステル)(POEs)、およびこ
    れらの組み合わせから選択されるポリマーを含む、請求項26に記載の整形外科または脊
    椎のインプラント。
  28. 前記インスリン−疑似剤化合物が、インスリン経路−刺激亜鉛、バナジウム、タングス
    テン、モリブデン、ニオブ、セレン、およびマンガン化合物、ならびにこれらの組み合わ
    せからなる群より選択される、請求項22〜27のいずれか1項に記載の整形外科または
    脊椎のインプラント。
  29. 前記インスリン−疑似剤化合物が、亜鉛、バナジウム、またはマンガン化合物である、
    請求項28に記載の整形外科または脊椎のインプラント。
  30. 脊椎融合外科手技(surgical procedure)における脊椎融合を増進
    する方法であって、
    隣接する脊椎のそれぞれの一部分を露出させ;ならびに
    前記隣接する脊椎の前記露出部分の間および両方の脊椎の前記露出部分と接触している
    領域内に、補助的な骨組織材料およびインスリン−疑似剤化合物を配置する、
    ステップを含み、
    前記インスリン−疑似剤化合物が、骨組織材料と共に前記二つの脊椎の融合(fusi
    on)速度を増加させるための有効量で提供される、方法。
  31. 前記インスリン−疑似剤化合物が、インスリン経路−刺激亜鉛、バナジウム、タングス
    テン、モリブデン、ニオブ、セレン、またはマンガン化合物である、請求項30に記載の
    方法。
  32. 前記インスリン−疑似剤化合物が、亜鉛またはバナジウムである、請求項31に記載の
    方法。
  33. 前記インスリン−疑似剤化合物を、前記融合部位(fusion site)に添加す
    る、請求項30〜32のいずれか1項に記載の方法。
  34. 前記インスリン−疑似剤化合物を、移植に適するために処方骨組織材料形態で添加する
    、請求項30〜32のいずれか1項に記載の方法。
  35. 前記インスリン−疑似剤化合物を、外科的に許容可能な担体をさらに含む組成物として
    添加する、請求項30〜32のいずれか1項に記載の方法。
  36. 前記組成物が、前記インスリン−疑似剤化合物を含む硫酸カルシウムペレットである、
    請求項35に記載の方法。
  37. 自家骨移植、同種骨移植、異種骨移植、整形外科バイオ複合材料、または合成骨空隙フ
    ィラーの移植方法との組み合わせである、請求項30〜32のいずれか1項に記載の方法
  38. 前記合成骨空隙フィラーが、セラミック骨移植代用品である、請求項37に記載の方法
  39. 前記方法が、準備領域を形成するためのラミナまたは外側塊の天然ホスト骨の剥皮、お
    よび部分的融合(segmental fusion)を誘導するための前記準備領域へ
    のインスリン−疑似剤化合物を含む骨移植混合物のパーキングを含む後方融合(post
    erior fusion)である、請求項37に記載の方法。
  40. 前記方法が、面関節の側面の剥皮、準備領域を形成するための一以上の横突起、および
    部分的融合を誘導するための前記準備領域へのインスリン−疑似剤化合物を含む骨移植混
    合物のパーキングを含む後側方融合(posterolateral fusion)で
    ある、請求項37に記載の方法。
  41. 椎体間装置の移植との組み合わせである、請求項30〜32のいずれか1項に記載の方
    法。
  42. 脊椎の前柱の椎体間の融合(椎体前方融合)を高めるための、椎体間装置(inter
    body device)の中央チャンバ内における、自家移植、同種移植、または合成
    的な(例えばセラミック)骨空隙充填剤との組み合わせである、請求項30〜32のいず
    れか1項に記載の方法。
  43. 椎体が減圧のために除去される場合または椎体に干渉する外傷、腫瘍または感染を処理
    する場合に、前方椎体切除と同様に前方椎間板切除術および圧迫解除後に実行される、請
    求項42に記載の方法。
  44. 脊椎融合外科手技における脊椎の増増進のためのキットであって、
    インスリン−疑似剤および製薬上許容可能な担体を含む組成物を含む脊椎融合手技にお
    いて、容易な適用のための製剤組成物を含む、キット。
  45. 同種移植骨組織材料および/またはセラミック骨移植代用品をさらに含む、請求項44
    に記載の骨組織キット。
  46. 前記インスリン−疑似剤および前記同種移植骨組織材料またはセラミック骨移植代用品
    が、混合物として提供される、請求項45に記載の骨組織キット。
  47. 前記インスリン−疑似剤および前記同種移植骨組織材料またはセラミック骨移植代用品
    が、その後の混合のために提供される、請求項45に記載の骨組織キット。
  48. 前記インスリン−疑似剤が、インスリン経路−刺激亜鉛、バナジウム、タングステン、
    モリブデン、ニオブ、セレン、およびマンガン化合物、ならびにそれらの組み合わせから
    なる群より選択される、請求項44に記載の骨組織キット。
  49. インスリン−疑似剤および製薬上許容可能な担体を含む、脊椎融合外科手技における脊
    椎の融合の速度を増進するための組成物。
  50. 前記インスリン−疑似剤は、インスリン経路刺激亜鉛、バナジウム、タングステン、モ
    リブデン、ニオブ、セレン、およびマンガン化合物、並びにこれらの組み合わせからなる
    群より選択される、請求項1に記載の組成物。
  51. 二つの隣接する脊椎の融合を安定させ、促進するように構成された補綴インプラントを
    含み、前記補綴インプラントの表面に接触する骨組織がインスリン−疑似剤を含む組成物
    で被覆される、脊椎融合を増進するための埋め込み型装置。
  52. 前記インスリン−疑似剤が、インスリン経路−刺激亜鉛、バナジウム、タングステン、
    モリブデン、ニオブ、セレン、およびマンガン化合物、ならびにそれらの組み合わせから
    なる群より選択される、請求項51に記載の埋め込み型装置。
  53. 前記インスリン−疑似剤が、亜鉛、バナジウム、またはマンガン化合物である、請求項
    52に記載の埋め込み型装置。
JP2017088662A 2011-11-29 2017-04-27 骨再生のための治療補助薬としてのインスリン−疑似剤 Pending JP2017165756A (ja)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161564822P 2011-11-29 2011-11-29
US61/564,822 2011-11-29
PCT/US2011/064240 WO2012079024A2 (en) 2010-12-10 2011-12-09 Implantable devices coated with insulin-mimetic agent composites and methods thereof
USPCT/US2011/064240 2011-12-09
US201261718646P 2012-10-25 2012-10-25
US61/718,646 2012-10-25

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014543636A Division JP6214548B2 (ja) 2011-11-29 2012-11-29 骨再生のための治療補助薬としてのインスリン−疑似剤

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017165756A true JP2017165756A (ja) 2017-09-21

Family

ID=48536060

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014543636A Active JP6214548B2 (ja) 2011-11-29 2012-11-29 骨再生のための治療補助薬としてのインスリン−疑似剤
JP2017088662A Pending JP2017165756A (ja) 2011-11-29 2017-04-27 骨再生のための治療補助薬としてのインスリン−疑似剤

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014543636A Active JP6214548B2 (ja) 2011-11-29 2012-11-29 骨再生のための治療補助薬としてのインスリン−疑似剤

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2785358B1 (ja)
JP (2) JP6214548B2 (ja)
CA (2) CA2857487C (ja)
WO (1) WO2013082295A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8936804B2 (en) 2010-01-15 2015-01-20 Rutgers, The State University Of New Jersey Use of vanadium compounds to accelerate bone healing
EP2648718B1 (en) 2010-12-10 2019-05-08 Rutgers, the State University of New Jersey Implantable devices coated with insulin-mimetic agent composites and methods thereof
US20140322292A1 (en) 2010-12-10 2014-10-30 Rutgers, The State University Of New Jersey Insulin-mimetics as therapeutic adjuncts for bone regeneration
WO2014066808A1 (en) * 2012-10-25 2014-05-01 Rutgers, The State University Of New Jersey Insulin-mimetic local therapeutic adjuncts for enhancing spinal fusion
US9931348B2 (en) 2011-07-06 2018-04-03 Rutgers, The State University Of New Jersey Vanadium compounds as therapeutic adjuncts for cartilage injury and repair

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008048647A1 (en) * 2006-10-17 2008-04-24 Cythera, Inc. Modulation of the phosphatidylinositol-3-kinase pathway in the differentiation of human embryonic stem cells
WO2011088318A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 University Of Medicine And Dentistry Of New Jersey Use of vanadium compounds to accelerate bone healing

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1156255C (zh) * 1993-10-01 2004-07-07 美商-艾克罗米德公司 脊椎植入物
DE60035107T2 (de) * 1999-04-30 2007-09-27 Emory University Spleiss-varianten des lim mineralisierungsproteins
US6630153B2 (en) * 2001-02-23 2003-10-07 Smith & Nephew, Inc. Manufacture of bone graft substitutes
JP4161031B2 (ja) * 2000-10-31 2008-10-08 独立行政法人産業技術総合研究所 亜鉛含有リン酸カルシウム微粒子含有懸濁液または粒子溶媒混合系及び亜鉛欠乏症治療剤
US9199005B2 (en) * 2003-10-01 2015-12-01 New York University Calcium phosphate-based materials containing zinc, magnesium, fluoride and carbonate
US7419680B2 (en) * 2003-10-01 2008-09-02 New York University Calcium phosphate-based materials containing zinc, magnesium, fluoride and carbonate
AU2004318008A1 (en) * 2004-03-19 2005-10-13 Cytori Therapeutics, Inc. Cell carrier and cell carrier containment devices containing regenerative cells
AU2005302484A1 (en) * 2004-10-28 2006-05-11 Microchips, Inc. Orthopedic and dental implant devices providing controlled drug delivery
US20070027543A1 (en) * 2005-08-01 2007-02-01 Gimble Jeffrey M Use of adipose tissue-derived stromal cells in spinal fusion
WO2007087718A1 (en) * 2006-02-01 2007-08-09 Bonegrafix Inc. Bioimplants for use in tissue growth
US7763582B2 (en) * 2006-02-21 2010-07-27 University Of Medicine And Dentistry Of New Jersey Localized insulin delivery for bone healing
US9089437B2 (en) * 2006-10-16 2015-07-28 Pioneer Surgical Technology, Inc. Fusion device, systems and methods thereof
EP3159018B1 (en) * 2008-02-29 2022-04-20 Smith & Nephew, Inc Gradient coating for biomedical applications
EP2257163A4 (en) * 2008-03-10 2012-01-18 Marfly 2 Lp BONE PASTE COMPOSITION
US20120141599A1 (en) * 2009-04-01 2012-06-07 Difusion Technologies, Inc. Regulation Of Bone Growth Using Zeolite In Combination With Bone Graft Substitutes

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008048647A1 (en) * 2006-10-17 2008-04-24 Cythera, Inc. Modulation of the phosphatidylinositol-3-kinase pathway in the differentiation of human embryonic stem cells
WO2011088318A1 (en) * 2010-01-15 2011-07-21 University Of Medicine And Dentistry Of New Jersey Use of vanadium compounds to accelerate bone healing

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ADACHI, Y., ET AL., BIOMED RES TRACE ELEMENTS, vol. Vol.15, No,4, JPN6016032922, 2004, pages 351 - 4 *
BAQUER, N.Z., ET AL., J BIOSCI, vol. 28, no. 2, JPN6016032926, 2003, pages 215 - 21 *
BAQUER, N.Z., ET AL., J BIOSCI, vol. 36, no. 2, JPN6016032928, June 2011 (2011-06-01), pages 383 - 96 *
SUBASINGHE, S., ET AL., BIOCHEM MED, vol. 34, no. 1, JPN6016032927, 1985, pages 83 - 92 *
YOSHIKAWA, Y., ET AL., METALLOMICS, vol. 3, no. 7, JPN6016032924, July 2011 (2011-07-01), pages 686 - 92 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2785358A1 (en) 2014-10-08
EP2785358B1 (en) 2022-06-01
JP2015502938A (ja) 2015-01-29
EP2785358A4 (en) 2015-10-21
CA2857487A1 (en) 2013-06-06
WO2013082295A1 (en) 2013-06-06
CA3127015A1 (en) 2013-06-06
CA2857487C (en) 2021-09-21
JP6214548B2 (ja) 2017-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2017165756A (ja) 骨再生のための治療補助薬としてのインスリン−疑似剤
JP5878477B2 (ja) 骨の治癒を加速するためのバナジウム化合物の使用
US9999636B2 (en) Insulin-mimetics as therapeutic adjuncts for bone regeneration
EP3697459B1 (en) Autologous bone graft substitute
JP2018517527A (ja) オキシステロールを含有するインプラントおよびその使用方法
US11596712B2 (en) Autologous bone graft substitute composition
US20220016312A1 (en) Methods and compositions to graft bone using iron excipients
US20150004249A1 (en) Insulin-mimetic local therapeutic adjuncts for enhancing spinal fusion
US20180318344A1 (en) Zinc or manganese compounds as therapeutic adjuncts for cartilage regeneration and repair
US20170035803A1 (en) Insulin-mimetic local therapeutic adjuncts for enhancing spinal fusion
AU2011205741B2 (en) Use of vanadium compounds to accelerate bone healing
Haig Development of Injectable Bioceramic Drug Delivery System for Solid Tumor Treatment

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180123

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20181204