JP2017520517A - Sustained release angiogenesis modulating compositions and methods for inducing and modulating angiogenesis - Google Patents

Sustained release angiogenesis modulating compositions and methods for inducing and modulating angiogenesis Download PDF

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Abstract

本開示は、ヒト胎盤抽出物と生分解性微小粒子とを含む組成物、持続放出性血管新生調節組成物、ならびに標的に対してある期間にわたって胎盤抽出物を放出する組成物および方法、ならびに血管新生を誘導および/または調節する方法、ならびに血管新生の調節物質を同定する方法を提供する。本開示は、血管新生を誘導および/または調節できる胎盤抽出物を含む組成物を作製する方法も提供する。The present disclosure relates to compositions comprising human placental extract and biodegradable microparticles, sustained release angiogenesis modulating compositions, and compositions and methods for releasing placental extract over a period of time to a target, and blood vessels Methods are provided for inducing and / or modulating neoplasia and for identifying modulators of angiogenesis. The present disclosure also provides a method of making a composition comprising a placental extract capable of inducing and / or modulating angiogenesis.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、出願番号61/990,256で2014年5月8日に出願された「血管新生を誘導および調節する組成物および方法、ならびに血管新生調節物質を同定する方法およびアッセイ」との表題の米国仮出願の優先権を主張し、該仮出願は本明細書に参照により全体が組み込まれている。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is filed on May 8, 2014 in application number 61 / 990,256, “Compositions and methods for inducing and modulating angiogenesis, and methods for identifying angiogenesis modulators and Priority is claimed on the US provisional application entitled "Assay", which is incorporated herein by reference in its entirety.

政府支援研究または開発に関する記述
本発明は、国立衛生研究所により与えられた認可番号HL088207の下での政府支援により発明された。政府は、本発明においてある種の権利を有する。
DESCRIPTION OF GOVERNMENT SUPPORTED RESEARCH OR DEVELOPMENT This invention was invented with government support under grant number HL088207 awarded by the National Institutes of Health. The government has certain rights in this invention.

血管新生は、創傷治癒からがんまでの範囲の生理的および病理学的状態において血管の形成を可能にする。血管新生調節は、場所および刺激の両方に依存し、それぞれの状況は独特の組み合わせの調節分子が関与し得る。   Angiogenesis allows the formation of blood vessels in physiological and pathological conditions ranging from wound healing to cancer. Angiogenesis regulation depends on both location and stimulation, and each situation may involve a unique combination of regulatory molecules.

工学的に操作された器官に血管形成できず、梗塞の領域に再血管形成できないことは、再生医療による治療をうまく臨床まで持って行くための大きな難題になっている。決定的な様式で血管新生を調節する能力は、正常および病理学的な血管生理を規定することから組織/器官の再生、創傷治癒、梗塞組織修復ならびにがんの阻害に至るまでの広い範囲の臨床的用途において、著しい影響を有すると考えられる。血管新生を開始させ、より大型の血管形成を駆動するために、直接細胞播種(単独および共培養)、幹細胞の使用およびヒト由来調節物質/増殖因子の組み合わせを含む様々な異なるアプローチがとられている。現在までに、非ヒト動物化合物を典型的に用いるこれらのin vitroアプローチは、それらのばらばらのタンパク質の構成、非ヒトの由来、腫瘍由来、または遺伝子発現を制御する方法の場合においては遺伝子調節の欠如のために、臨床まで持って行くことがほとんどできていない。   The inability to revascularize engineered organs and inability to revascularize infarcted areas is a major challenge for successfully bringing regenerative medicine treatment to the clinic. The ability to regulate angiogenesis in a definitive manner ranges from defining normal and pathological vascular physiology to tissue / organ regeneration, wound healing, infarct tissue repair and cancer inhibition. It is believed to have a significant impact in clinical use. A variety of different approaches have been taken to initiate angiogenesis and drive larger angiogenesis, including direct cell seeding (alone and co-culture), the use of stem cells and human-derived modulator / growth factor combinations Yes. To date, these in vitro approaches that typically use non-human animal compounds have been genetically regulated in the case of methods that control their discrete protein composition, non-human origin, tumor origin, or gene expression. Due to the lack, it has hardly been brought to the clinic.

in vitro血管新生を誘導するための現在の方法は、ヒト由来調節物質の単純な組み合わせによるものであるか、動物由来刺激因子を用いるか、または評価のために生存動物の使用に完全に頼っている。有効な血管新生阻害薬を試験するためにヒト由来および/または動物由来調節物質の単純な組み合わせからなるこれらの現在のin vitroモデルを用いる場合、スクリーニングプロセスは限定されてしまう。なぜなら、これらは、一連の広範なヒトin vivo分子相互作用に相当するものではないからである。選択された分子経路だけを調節することは、工学的に操作された器官に予め血管形成する試みも制限する。なぜなら、血管新生を調節することは、多くの代謝経路の誘導を必要とするからである。また、現在では、最も人気があり成功しているアプローチは、エンジェルブレス−ホーム−スワーンマウス肉腫細胞に由来する物質であるMatrigel(商標)を用いており、これは、ヒト治療のために不適切であると考えられている。   Current methods for inducing angiogenesis in vitro are by simple combinations of human-derived modulators, use animal-derived stimulators, or rely entirely on the use of live animals for evaluation Yes. When using these current in vitro models consisting of simple combinations of human and / or animal-derived modulators to test for effective angiogenesis inhibitors, the screening process is limited. This is because they do not represent a series of broad human in vivo molecular interactions. Modulating only selected molecular pathways also limits attempts to prevascularize engineered organs. This is because regulating angiogenesis requires induction of many metabolic pathways. Also, at present, the most popular and successful approach uses Matrigel ™, a substance derived from Angel Breath-Home-Swan mouse sarcoma cells, which is inappropriate for human therapy. It is thought that there is.

よって、血管新生を誘導および調節するための改良されたヒトベースの方法は、医薬開発および再生医療の両方に拍車をかけることができると考えられる。   Thus, it is believed that improved human-based methods for inducing and regulating angiogenesis can spur both drug development and regenerative medicine.

簡単に記載すると、本開示の実施形態は、ヒト胎盤抽出物を含むヒト胎盤抽出物組成物、持続放出性血管新生調節組成物、血管新生の誘導方法ならびに抗炎症性組成物および方法を提供する。   Briefly described, embodiments of the present disclosure provide human placenta extract compositions comprising human placenta extracts, sustained release angiogenesis modulating compositions, methods of inducing angiogenesis and anti-inflammatory compositions and methods. .

本開示は、in vivoまたはin vitroで細胞に曝露された後にヒト胎盤抽出物が生分解性微小粒子から放出されるように該微小粒子と結合しているヒト胎盤抽出物を含む組成物を提供する。ヒト胎盤抽出物は、ヒト胎盤試料から得られ、血液および固形物が、抽出物から実質的に取り除かれており、抽出物は、胎盤試料に存在していたサイトカインおよび増殖因子を含む胎盤タンパク質を含む。   The present disclosure provides a composition comprising a human placenta extract associated with the microparticle so that the human placenta extract is released from the biodegradable microparticle after exposure to the cell in vivo or in vitro. To do. The human placenta extract is obtained from a human placenta sample, blood and solids are substantially removed from the extract, and the extract contains placental proteins including cytokines and growth factors that were present in the placenta sample. Including.

本開示の血管新生を誘導する方法の実施形態は、持続放出性血管新生調節組成物を細胞と接触させることを含み、持続放出性血管新生調節組成物は、in vitroまたはin vivoで細胞に生分解性微小粒子を曝露した後のある期間にわたってヒト胎盤抽出物が該微小粒子から放出されるように本開示のヒト胎盤抽出物と結合している生分解性微小粒子を含む。実施形態では、該方法は、持続放出性血管新生調節組成物を生体材料と結合させて、生体材料への血管形成を誘導することをさらに含む。   An embodiment of the method of inducing angiogenesis of the present disclosure comprises contacting a sustained release angiogenesis modulating composition with a cell, wherein the sustained release angiogenesis modulating composition is live in a cell in vitro or in vivo. The biodegradable microparticles are associated with the human placenta extract of the present disclosure such that the human placenta extract is released from the microparticles over a period of time after exposure to the degradable microparticles. In embodiments, the method further comprises combining a sustained release angiogenesis modulating composition with the biomaterial to induce angiogenesis in the biomaterial.

本開示は、本開示のヒト胎盤抽出物または本開示の持続放出性/ヒト胎盤抽出物組成物を炎症の処置を必要とする対象に投与することにより、対象における炎症を低減する方法も提供する。   The present disclosure also provides a method of reducing inflammation in a subject by administering a human placenta extract of the present disclosure or a sustained release / human placenta extract composition of the present disclosure to a subject in need of treatment for inflammation. .

本開示の他の方法、組成物、特徴および利点は、以下の図面および詳細な記載を吟味することにより当業者に明らかになる。全てのこのような追加の組成物、方法、特徴および利点は本記載に含まれ、本開示の範囲内であることを意図する。   Other methods, compositions, features and advantages of the present disclosure will become apparent to those skilled in the art upon review of the following drawings and detailed description. All such additional compositions, methods, features and advantages are included in the present description and are intended to be within the scope of this disclosure.

本開示のさらなる態様は、添付の図面と一緒に考慮した場合、以下に記載する本開示の様々な実施形態の詳細な記載を調査することにより、より容易に認識される。   Further aspects of the present disclosure will be more readily appreciated upon review of the detailed description of various embodiments of the present disclosure described below when considered in conjunction with the accompanying drawings.

図1A〜1Kは、ヒト胎盤抽出物(hPE:human placental extract)(本明細書において、ヒト胎盤マトリクスまたはhPMともいう)の形成、hPE薄膜の特徴付け、およびhPE薄膜上に形成した血管新生ネットワークの特徴付けを示す図である。図1Aは、胎盤ECMの均質化と、その後の尿素可溶化および透析によりhPMを得るステップの実施形態を示す。図1B〜1Cは、hPEの表面形態を示すSEM画像であり、図1D〜1Eは、HUVECを4×10細胞/cmでhPm薄膜に播種し、3日間培養した場合の血管原性ネットワーク形成のSEM画像である。図1Fは、胎盤抽出物上で1日後の血管新生出芽中の分岐細胞糸状仮足を示す、ローダミンファロイジン(「赤」−灰色の分岐した経路として示す)およびDAPI(「青」−分岐した経路内の薄い灰色の点として示す)を示す。図1Gは、3日後の広範な細胞索条形成をしている成熟血管新生ネットワークを示す、ローダミンファロイジン(「赤」−灰色の分岐した経路として示す)およびDAPI(「青」−分岐した経路内の薄い灰色の点として示す)を示す。図1Hは、胎盤抽出物上で1日後の初期段階細胞索条形成および血管新生ネットワーク形成中の、カルセイン(「緑」−灰色の分岐として示す)およびDAPI(「青」−分岐内の薄い灰色の点として示す)で染色したHUVECを示す。図1Iは、胎盤抽出物上で3日後のHUVECの細胞索条形成を示す、DAPI(「青」−灰色の点線経路で示す)染色を示す。図1Jは、4×10細胞/cmで組織培養プレートに播種し、内皮細胞培地で3日間培養したHUVECを示す。図1Kは、100μL PE/cmで組織培養プレートの表面に接着し、次いで内皮細胞培地で3日間培養した胎盤抽出物上で4×10細胞/cmにて播種したHUVECによる血管新生ネットワークの形成を示す。1A-1K show the formation of human placental extract (hPE) (also referred to herein as human placental matrix or hPM), characterization of hPE film, and angiogenic network formed on hPE film. FIG. FIG. 1A shows an embodiment of obtaining hPM by homogenization of placental ECM followed by urea solubilization and dialysis. 1B to 1C are SEM images showing the surface morphology of hPE, and FIGS. 1D to 1E are angiogenic networks when HUVECs are seeded on hPm thin film at 4 × 10 4 cells / cm 2 and cultured for 3 days. It is a SEM image of formation. FIG. 1F shows rhodamine phalloidin (shown as “red” -gray branched pathway) and DAPI (“blue” —bifurcated pathway), showing branched cellular filamentous pseudopods during angiogenic sprouting 1 day later on placental extract. (Shown as light gray dots inside). FIG. 1G shows rhodamine phalloidin (shown as “red” —gray branched pathway) and DAPI (“blue” —within branched pathway) showing a mature angiogenic network undergoing extensive cell streaking after 3 days. (Shown as light gray dots). FIG. 1H shows calcein (“green” —shown as gray branch) and DAPI (“blue” —light gray in branch) during early stage cell streaking and angiogenic network formation after 1 day on placental extract. HUVEC stained with (shown as dots). FIG. 1I shows DAPI (indicated by “blue” -grey dotted path) staining showing cell line formation of HUVEC after 3 days on placental extract. FIG. 1J shows HUVEC seeded in tissue culture plates at 4 × 10 4 cells / cm 2 and cultured in endothelial cell medium for 3 days. FIG. 1K shows an angiogenic network by HUVECs adhered at 4 × 10 4 cells / cm 2 on a placenta extract adhered to the surface of a tissue culture plate with 100 μL PE / cm 2 and then cultured in endothelial cell medium for 3 days. Shows the formation of.

図2A〜2Cは、hPEの生化学的分析およびhPE上に播種したHUVECの遺伝子分析を示す図である。図2Aは、サンドイッチベースのヒト血管新生抗体アレイを用いて行ったサイトカイン分析を示す棒グラフである。データは、陰性対照の値(0%)から陽性対照の値(100%)までの範囲の尺度で標準化した(データは、3つの生物学的反復を表す)。図2Bおよび2Cは、LC−MS/MSを用いて決定した、免疫関連(2B)および血管新生関連(2C)BM関連タンパク質の標準化したスペクトル存在量係数(%)を示す棒グラフである。フィブリノゲンの標準化したスペクトル存在量係数の値は、FGA値とFGG値との合計として示し、ラミニンは、LAMA2、LAMA4、LAMA5、LAMB1、LAMB2、LAMB3およびLAMC1の値の合計として示す。図2Dは、100μL PE/cm上に80,000細胞/cmの密度で3日間播種したHUVECに対して行った遺伝子分析を示す。VEGFAを含む、溶解液中に存在しないいくらかの血管新生関連タンパク質は、hPE上に播種した場合にHUVECにより上方制御された。データは、4つの生物学的反復を表す。P値は、対照群および処置群の各遺伝子について反復2^(−デルタCt)値のスチューデントのt検定を用いて算出する。Figures 2A-2C show biochemical analysis of hPE and genetic analysis of HUVEC seeded on hPE. FIG. 2A is a bar graph showing cytokine analysis performed using a sandwich-based human angiogenic antibody array. Data were normalized on a scale ranging from negative control values (0%) to positive control values (100%) (data represent 3 biological replicates). 2B and 2C are bar graphs showing normalized spectral abundance factors (%) for immune-related (2B) and angiogenesis-related (2C) BM-related proteins, determined using LC-MS / MS. The value of the normalized spectral abundance coefficient of fibrinogen is shown as the sum of the FGA value and the FGG value, and laminin is shown as the sum of the values of LAMA2, LAMA4, LAMA5, LAMB1, LAMB2, LAMB3 and LAMC1. Figure 2D shows gene analysis was performed on 100 [mu] L PE / cm 2 on a 80,000 HUVEC seeded 3 days at a density of cells / cm 2. Some angiogenesis-related proteins not present in the lysate, including VEGFA, were upregulated by HUVEC when seeded on hPE. Data represent 4 biological replicates. P values are calculated using Student's t-test with repeated 2 ^ (-delta Ct) values for each gene in the control and treatment groups.

図3A〜3Dは、hPEおよびMatrigelをコーティングした組織培養フラスコ上に形成されたin vitro血管新生ネットワークを示す図である。図3Aは、1d(日)、3dおよび5d後の様々な細胞播種密度でのhPEおよびMatrigel上のカルセイン染色HUVECを示す。最大の細管数/mmまでの時間として定義される血管新生ネットワーク成熟速度は、細胞播種密度を変動させることにより、hPE試料において調節された。定量的分析により、40,000細胞/cm血管新生ネットワークはその最大細管密度(細管/mm)に達するまで第3日までかかったが、80,000細胞/cmネットワークは、その最大細管密度に1日で達することが明らかになった(データは示さず)。Matrigel試料では、血管新生ネットワークは、第1日の後にあまり明確でなかった。尺度バー、200ミクロン。図3Bは、WPMY−1筋線維芽細胞が胎盤抽出物(図3B.i)上に播種された場合に血管新生を形成しないが、Matrigel(図3B.ii)上に播種した場合に形成したことを示す。図3Cは、平均細管長(mm)、細管密度、分岐点の数、メッシュの数および細管幅を含む血管新生ネットワークパラメータを決定するための定量的画像分析(マスキング)を示す。図3Cは、hPEおよびMatrigel(登録商標)により誘導された血管原性ネットワークパラメータの比較を示す一連の棒グラフであり、第1日までに、80,000細胞/cmで播種した試料では、Matrigel試料はその最大の平均細管長、細管密度、分岐点およびメッシュの数に達し、第3日までにアポトーシスボールが形成されたが、hPMネットワークパラメータは培養5日間にわたってより安定していたことを示す。Figures 3A-3D show in vitro angiogenic networks formed on tissue culture flasks coated with hPE and Matrigel. FIG. 3A shows calcein stained HUVECs on hPE and Matrigel at various cell seeding densities after 1d (day), 3d and 5d. The angiogenic network maturation rate, defined as the time to maximum tubule number / mm 2, was adjusted in hPE samples by varying the cell seeding density. By quantitative analysis, the 40,000 cell / cm 2 angiogenic network took up to day 3 to reach its maximum capillary density (tubule / mm 2 ), whereas the 80,000 cell / cm 2 network had its maximum capillary It was found that the density was reached in 1 day (data not shown). In Matrigel samples, the angiogenic network was less clear after the first day. Scale bar, 200 microns. FIG. 3B does not form angiogenesis when WPMY-1 myofibroblasts are seeded on placental extract (FIG. 3B.i) but formed when seeded on Matrigel (FIG. 3B.ii). It shows that. FIG. 3C shows quantitative image analysis (masking) to determine angiogenic network parameters including average tubule length (mm), tubule density, number of bifurcations, number of meshes and tubule width. FIG. 3C is a series of bar graphs showing a comparison of angiogenic network parameters induced by hPE and Matrigel®, for samples seeded at 80,000 cells / cm 2 by day 1, Matrigel The sample reached its maximum average tubule length, tubule density, branching point and number of meshes, indicating that apoptotic balls were formed by day 3, but hPM network parameters were more stable over 5 days of culture. .

図4A〜4Cは、hPEベースの血管新生スクリーニングアッセイを用いる抗血管新生阻害腫瘍抑制タンパク質トロンボスポンジン−1のスクリーニングを示す図である。図4Aは、TSP−1を培養培地に加えてhPE、Matrigelおよび対照培養フラスコ(コーティングせず)上に1日間播種し、次いでカルセインAMを用いて染色したHUVECを示す。尺度バー、200μm。図4Bのグラフは、hPEをコーティングしたフラスコにおいて、TSP−1濃度の増加とともに直線的にどちらも減少する平均全細管長[mm]および分岐点の平均数を示す。図4Cのグラフは、血管新生ネットワークカバー面積の標準化パーセント減少の比較を示す。hPEをコーティングした培養プレートは、TSP−1濃度に対して、Matrigelをコーティングした培養プレートよりも著しく高い感度を有し、R値はそれぞれ0.97および0.36であった。Figures 4A-4C show screening of the anti-angiogenesis-inhibiting tumor suppressor protein thrombospondin-1 using an hPE-based angiogenesis screening assay. FIG. 4A shows HUVECs in which TSP-1 was added to the culture medium and seeded on hPE, Matrigel and control culture flasks (uncoated) for 1 day and then stained with calcein AM. Scale bar, 200 μm. The graph of FIG. 4B shows the average total capillary length [mm] and the average number of branch points that both decrease linearly with increasing TSP-1 concentration in hPE coated flasks. The graph in FIG. 4C shows a comparison of the normalized percent reduction in angiogenic network coverage. The culture plates coated with hPE had significantly higher sensitivity to TSP-1 concentrations than the culture plates coated with Matrigel, with R 2 values of 0.97 and 0.36, respectively.

図5A〜5Cは、3D組織構築物上でのin vitro血管新生を示す図である。図5Aは、3日間の播種および培養後にhPEに浸漬した(ヒト臍帯静脈)生体スキャフォールドにおけるin vitroでの血管新生を誘導するための、胎盤由来細胞、スキャフォールドおよびサイトカインを示す模式図である。図5Bは、hPE浸漬なしでのHUVEC播種組織スキャフォールドが血管新生ネットワークを形成しなかったことを示す。図5Cは、培養3日後の血管新生の出芽および陥入の両方の機序の出現を示す、hPEに浸漬した生体スキャフォールドの一連の代表的画像を示す。20,000細胞/cmのHUVEC細胞播種密度では、出芽血管新生が最も優勢であった(図5C.i.〜5C.ii.)。40,000細胞/cmの播種密度では、出芽および陥入の両方の血管新生の出現が観察された(図5C.iii.〜5C.iv.)が、60,000細胞/cmの密度では(図5C.v.〜5C.vi.)、血管新生細管は陥入により形成された。Figures 5A-5C show in vitro angiogenesis on 3D tissue constructs. FIG. 5A is a schematic diagram showing placenta-derived cells, scaffolds and cytokines to induce in vitro angiogenesis in living scaffolds immersed in hPE (human umbilical vein) after 3 days of seeding and culture. . FIG. 5B shows that the HUVEC seeded tissue scaffold without hPE soaking did not form an angiogenic network. FIG. 5C shows a series of representative images of a bioscaffold immersed in hPE, showing the appearance of both angiogenic budding and invagination mechanisms after 3 days in culture. Budding angiogenesis was most prevalent at HUVEC cell seeding density of 20,000 cells / cm 2 (FIGS. 5Ci-5Ciii). At a seeding density of 40,000 cells / cm 2 , the appearance of both budding and invagination angiogenesis was observed (FIGS. 5C.iii.-5C.iv.), but a density of 60,000 cells / cm 2 . In (FIG. 5Cv-5C.vi.), Angiogenic tubules were formed by invagination.

図6A〜6Bは、hPEとインキュベートした生体スキャフォールドにおけるin vivo血管新生の図を示す図である。図6Aは、PE、Matrigelまたはリン酸緩衝生理食塩水(対照)中で2時間インキュベートした後に筋膜と筋層との間でラットモデルに移植した、脱細胞化HUVスキャフォールドを示す模式図である。図6Bは、移植5d後に分析のために取り除いたスキャフォールドを示す、一連の画像を示す。hPEとインキュベートしたスキャフォールドと比較して、対照およびMatrigelとインキュベートした生体スキャフォールドにおいて、著しくより多くの線維化莢膜形成が生じた(図6B.i.〜6B.iii.)。半透明生体スキャフォールドシートの前面を通して撮影した明視野画像は、対照と比較して、MatrigelおよびhPEとインキュベートしたスキャフォールド(図6B.iv.〜6B.vi.)で毛細血管ネットワーク形成が著しく改善され、hPEスキャフォールドにおいて最も成熟した毛細血管床があることを示し、このことは、細動脈から毛細血管から細静脈への連結された血液流を有する血管構造の形成を示す(図6B.vi.(点線で丸く囲む))。ヘマトキシリンおよびエオシン染色により、hPEとインキュベートしたスキャフォールド(図6B.vii.〜6B.vi.)は、対照およびMatrigelスキャフォールドと比較して、最も多くのスキャフォールドリモデリングを有していたことが明らかになった。対照スキャフォールド(図6B.vi.)は、元の線維配向のリモデリングがほとんどなく、HUV生体スキャフォールドの反管腔側(ablumenal)表面(斜体の「l」で示す)からスキャフォールドへの細胞遊走(移動)も最も少なかった。Matrigelとインキュベートしたスキャフォールドは、HUVの反管腔側(ablumen)表面からの細胞遊走が、hPEスキャフォールドと比較してわずかにより少なかった(図6B.vii.〜6B.ix.)。対照と比較した場合、Matrigelとインキュベートしたスキャフォールドはまた、hPEとインキュベートしたスキャフォールドよりも細胞分布が不均一で、スキャフォールドリモデリングが少なく、hPEとインキュベートしたスキャフォールドは、新しいコラーゲン線維配向を有し、細胞分布がより均一であった。Figures 6A-6B show diagrams of in vivo angiogenesis in living scaffolds incubated with hPE. FIG. 6A is a schematic showing a decellularized HUV scaffold implanted in a rat model between fascia and muscle layer after 2 hours incubation in PE, Matrigel or phosphate buffered saline (control). is there. FIG. 6B shows a series of images showing the scaffold removed for analysis after 5d implantation. Significantly more fibrotic capsule formation occurred in the control and the biological scaffold incubated with Matrigel compared to the scaffold incubated with hPE (FIGS. 6Bi-6B.iii.). Bright field images taken through the front of a translucent bioscaffold sheet show significantly improved capillary network formation with scaffolds incubated with Matrigel and hPE (Figures 6B.iv.-6B.vi.) compared to controls And shows that there is the most mature capillary bed in the hPE scaffold, which indicates the formation of a vascular structure with a connected blood flow from arterioles to capillaries to venules (FIG. 6B.vi). (Circled with a dotted line)). Scaffolds incubated with hPE by hematoxylin and eosin staining (FIGS. 6B.vii.-6B.vi.) had the most scaffold modeling compared to control and Matrigel scaffolds. It was revealed. The control scaffold (FIG. 6B.vi.) has little remodeling of the original fiber orientation and is from the ablumenal surface of the HUV bioscaffold (shown in italic “l”) to the scaffold. Cell migration (migration) was also minimal. Scaffolds incubated with Matrigel had slightly less cell migration from the ablumen surface of the HUV compared to the hPE scaffold (FIGS. 6B.vii.-6B.ix.). When compared to the control, the scaffold incubated with Matrigel also has a heterogeneous cell distribution, less scaffold modeling than the scaffold incubated with hPE, and the scaffold incubated with hPE exhibits a new collagen fiber orientation. And cell distribution was more uniform.

図7A〜7Eは、動的細胞培養条件を用いて培養したヒト臍帯静脈スキャフォールド(HUV)上での血管新生ネットワークの形成についての実施形態を示す図である。図7Aおよび7Bの模式図により示すように、管状HUVスキャフォールドを胎盤抽出物中で2時間インキュベートした後に細胞を播種し、標準的細胞培養条件下で、二重灌流バイオリアクタ中で5日間構築物を培養した。細胞はスキャフォールドの管腔に残り、遊走しなかった(図7C)。細管形成の最初の段階である細胞索条形成は、散発的であった(図7Dおよび7E)。7A-7E show an embodiment for the formation of an angiogenic network on a human umbilical vein scaffold (HUV) cultured using dynamic cell culture conditions. As shown by the schematics in FIGS. 7A and 7B, the cells were seeded after incubating the tubular HUV scaffold in placental extract for 2 hours and constructed in a double perfusion bioreactor under standard cell culture conditions for 5 days. Was cultured. Cells remained in the lumen of the scaffold and did not migrate (FIG. 7C). Cell streaking, the first stage of tubule formation, was sporadic (FIGS. 7D and 7E).

図8は、PE上で成長する管および細胞ネットワークの元の画像(左)およびその領域のズーム(右)を示す図である。ズームした画像は、各細管(点線)をどのようにして同定および測定したかを示す。右の画像の小さい円は、矢印で指し示す画像上の数字を付けた小点により同定される分岐点を示す。細管のそれぞれの六角形の配置は、メッシュ(点線の円)を同定する。FIG. 8 shows an original image (left) of a tube and cell network growing on the PE and a zoom (right) of that region. The zoomed image shows how each capillary (dotted line) was identified and measured. The small circle on the right image indicates a branch point identified by a small dot with a number on the image pointed to by an arrow. Each hexagonal arrangement of capillaries identifies a mesh (dotted circle).

図9A〜Bは、PEの血管新生能力を示す一連の画像(図9A)および棒グラフ(図9B)である。図9A中のパネルは、組織培養プレート上に播種したHUVECと比較した、PE上に播種し、1、3および5日間培養したHUVECにより形成される微小血管の細管の細胞形態を示す。毛細血管ネットワークは第1日から形成し始め、第3日にはより成熟した構成に達した(右下の拡大図を参照)。第5日には、ネットワークは退行した。メッシュの数は減少し、いくつかの孤立細胞(白い小点)が存在した。図9Bのグラフは、培養1、3および5日後にPE上に形成された細管様ネットワークの形態学的および組織分布的特徴を示す。細管長、BPの数およびメッシュの数を1、3および5日の間で比較した。3つ全てのパラメータにおける統計学的な差(アステリスクで示す)が、第1日の細胞と第5日の細胞との間で見出された。統計分析は、p<0.05での不等分散の両側t検定を用いて行った。9A-B are a series of images (FIG. 9A) and bar graphs (FIG. 9B) showing the angiogenic ability of PE. The panel in FIG. 9A shows the cell morphology of microvessel tubules formed by HUVEC seeded on PE and cultured for 1, 3 and 5 days compared to HUVEC seeded on tissue culture plates. The capillary network began to form on day 1 and reached a more mature configuration on day 3 (see lower right enlarged view). On the fifth day, the network regressed. The number of meshes decreased and there were some isolated cells (white dots). The graph in FIG. 9B shows the morphological and tissue distribution characteristics of tubule-like networks formed on PE after 1, 3 and 5 days in culture. Capillary length, number of BPs and number of meshes were compared between 1, 3 and 5 days. Statistical differences (indicated by asterisks) in all three parameters were found between day 1 and day 5 cells. Statistical analysis was performed using a two-sided t-test with unequal variance at p <0.05.

図10A〜9Bは、組織培養プレート上に播種したHUVEC(対照)と比較した、PE上に播種し、5日間培養したHUVECにより形成される微小血管ネットワークの細胞形態を示す図である。対照は、図10Aの画像の右上の隅の挿入図に示す。左上から、第1日に1回のみのPEの接種、第1日および第3日に2回の接種、ならびに第1、3および4日に3回の接種。接種の回数を(1回から3回に)増やすことにより、毛細血管ネットワークは、より成熟した長持ちする構成に進化したことに気付くことが可能である。図10B中のヒストグラムにおいて、細管長、BPおよびメッシュの数を第1日と第5日との間で比較する。3つ全てのパラメータにおける統計学的な差(アステリスクで示す)が、1回の接種を受けた細胞(1 INOC)と3回の接種を受けた細胞(3 INOC)との間で見出された。統計分析は、p<0.05での不等分散の両側t検定を用いて行った。FIGS. 10A-9B show the cellular morphology of the microvascular network formed by HUVEC seeded on PE and cultured for 5 days compared to HUVEC seeded on tissue culture plates (control). The control is shown in the inset in the upper right corner of the image of FIG. 10A. From top left, inoculation of PE only once on day 1, twice on days 1 and 3, and 3 times on days 1, 3 and 4. By increasing the number of inoculations (from 1 to 3), it is possible to notice that the capillary network has evolved to a more mature and long-lasting configuration. In the histogram in FIG. 10B, the capillary length, BP, and number of meshes are compared between day 1 and day 5. Statistical differences (indicated by asterisks) in all three parameters were found between cells that received one inoculation (1 INOC) and cells that received three inoculations (3 INOC). It was. Statistical analysis was performed using a two-sided t-test with unequal variance at p <0.05.

図11は、1日から20日まで37℃にて湿潤6%COインキュベータで保存した、PEと3日間培養したHUVECを示す一連の画像を示す図である。各画像上の数字は、インキュベーション時間(日数)を示す。PEは、15日間のインキュベーションの後でさえ、血管新生を誘導する能力を維持した。FIG. 11 shows a series of images showing HUVECs cultured for 3 days with PE stored in a humidified 6% CO 2 incubator at 37 ° C. from day 1 to day 20. The numbers on each image indicate the incubation time (days). PE maintained its ability to induce angiogenesis even after 15 days of incubation.

図12A〜12Bは、ゼラチン微小粒子の特徴を示す図である。図12Aでは、上の列は、およそ40μmのサイズの空の粒子のSEM画像を示す。粒子は、規則的な形状および平滑な表面を有する。図12Aの下の列は、PE添加粒子のSEM画像を示す。表面形態の変化およびサイズの増加は、おそらくPE収着のためである。図12Bのグラフは、光学顕微鏡検査によるゼラチン微小粒子のサイズ分布分析を示す。12A to 12B are diagrams showing characteristics of gelatin microparticles. In FIG. 12A, the top row shows an SEM image of empty particles approximately 40 μm in size. The particles have a regular shape and a smooth surface. The lower row of FIG. 12A shows an SEM image of PE-added particles. The change in surface morphology and increase in size is probably due to PE sorption. The graph in FIG. 12B shows a size distribution analysis of gelatin microparticles by optical microscopy.

図13は、非架橋微小粒子の分解プロファイルを示す図である。非架橋微小粒子のin vitro累積パーセント分解を、それらの乾燥重量の関数として示す。パーセント累積分解の合計は、20日後に18.65%±0.09であった。挿入グラフは、6時間のインキュベーションの後の分解を示す(6.45%±0.12)。誤差バーは、n=3での平均±標準偏差を表す。FIG. 13 is a diagram showing a decomposition profile of non-crosslinked microparticles. In vitro cumulative percent degradation of uncrosslinked microparticles is shown as a function of their dry weight. The total percent cumulative degradation was 18.65% ± 0.09 after 20 days. The inset graph shows degradation after 6 hours of incubation (6.45% ± 0.12). Error bars represent the mean ± standard deviation at n = 3.

図14A〜14Bは、空のおよび添加済みの微小粒子のタンパク質放出動態を示す図である。図14Aは、空(PEなし)および添加済み(PE)微小粒子からのin vitro累積パーセント放出を、それぞれそれらの乾燥および添加済み重量の関数として示す。パーセント累積放出の合計は、22日後にそれぞれ4.65%±0.11および4.65%±0.07であった。誤差バーは、n=3での平均±標準偏差を表す。図14Bは、添加済み微小粒子と空の微小粒子との間の放出のパーセントでのin vitroの差を示す。最初のピークは、粒子の表面からのPEの放出を示し、2つ目のピークは、おそらく大量浸食によるものである。Figures 14A-14B show protein release kinetics of empty and added microparticles. FIG. 14A shows the in vitro cumulative percent release from empty (no PE) and added (PE) microparticles as a function of their dry and added weight, respectively. The total percent cumulative release was 4.65% ± 0.11 and 4.65% ± 0.07, respectively, after 22 days. Error bars represent the mean ± standard deviation at n = 3. FIG. 14B shows the in vitro difference in percent release between added microparticles and empty microparticles. The first peak shows the release of PE from the surface of the particle and the second peak is probably due to massive erosion.

図15は、ゼラチン微小粒子を用いるPEの送達を示す図である。画像は、空の微小粒子を播種したHUVEC(対照)と比較した、培養5日後(D5)のPE添加微小粒子に対する20,000細胞/cmの密度で播種したHUVECの応答を示す。矢印は、異なる条件の細胞を指し示し、形状の差を示す。PE添加粒子との5日間の培養後に、いくつかの出芽が存在するが、ネットワーク形成は観察されなかった。より大きい球体は微小粒子である。FIG. 15 shows PE delivery using gelatin microparticles. The image shows the response of HUVEC seeded at a density of 20,000 cells / cm 2 to PE-added microparticles after 5 days in culture (D5) compared to HUVEC seeded with empty microparticles (control). Arrows point to cells under different conditions, indicating differences in shape. Some budding was present after 5 days of culture with PE-added particles, but no network formation was observed. Larger spheres are microparticles.

図16A〜16Gは、HUVECへのhPEの連続送達の影響を示す図である。図16Aは、血管新生培地中で20,000細胞/cmにて培養したHUVECでの対照を示す。図16B〜16Dは、それぞれ、第1日にhPMの単回接種(図16B)、第1および3日の2回の接種(図16C)および第1、3および5日の3回の接種(図16D)でのHUVECを示す。図16E〜16Gは、染色後に図16B〜16Dの画像に対して行った血管新生の定量を示す棒グラフである。結果は、各条件について1点につき3つの試料に対する測定間の平均プラスまたはマイナス平均標準誤差として示す。16A-16G show the effect of continuous delivery of hPE to HUVEC. FIG. 16A shows a control with HUVEC cultured at 20,000 cells / cm 2 in angiogenic medium. Figures 16B-16D show a single inoculation of hPM on day 1 (Figure 16B), two inoculations on days 1 and 3 (Figure 16C) and three inoculations on days 1, 3 and 5 ( FIG. 16D) shows the HUVEC. 16E-16G are bar graphs showing angiogenesis quantification performed on the images of FIGS. 16B-16D after staining. Results are presented as the mean plus or minus mean standard error between measurements on 3 samples per point for each condition.

図17A〜17Fは、微小粒子の評価を示す図である。図17A〜17Cは、評価した3つのプロトコール、単一(2分間)均質化(図17A)、二重(2分間/1分間)均質化(図17B)および二重(2分間/20秒間)均質化(図17C)についての光学顕微鏡画像を示す。図17D〜17Fのヒストグラムは、3つのプロトコールそれぞれにおいて形成される粒子についてのミクロンでのサイズの分布を示す(各バッチは1点につき3つの試料で調製した)。17A to 17F are diagrams showing evaluation of microparticles. Figures 17A-17C show the three protocols evaluated: single (2 minutes) homogenization (Figure 17A), double (2 minutes / 1 minute) homogenization (Figure 17B) and double (2 minutes / 20 seconds). FIG. 17 shows an optical microscope image for homogenization (FIG. 17C). The histograms of FIGS. 17D-17F show the size distribution in microns for particles formed in each of the three protocols (each batch prepared with 3 samples per point).

図18A〜18Fは、3つのプロトコール、単一(図18A、18D)、2/1二重(図18B、18E)および2/20二重(図18C、18F)のそれぞれについて、hPMを添加したPLGA微小粒子の走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。図18A〜18Cは、微小粒子形状を示し、図18D〜18Fは、表面多孔性を示す。18A-18F added hPM for each of the three protocols, single (FIGS. 18A, 18D), 2/1 duplex (FIGS. 18B, 18E) and 2/20 duplex (FIGS. 18C, 18F). It is a scanning electron microscope (SEM) image of PLGA microparticles. 18A-18C show the microparticle shape and FIGS. 18D-18F show the surface porosity.

図19Aと図19Fは、各プロトコール(P2:単一、P3:2/1二重およびP4 2/20二重)について、添加効率の表(図19A)および粒子からの放出速度の評価のグラフ(図19B)を示す図である。曲線は、各プロトコールについて21日までの累積放出速度を表す。19A and 19F show a table of addition efficiency (FIG. 19A) and an assessment of release rate from the particles for each protocol (P2: single, P3: 2/1 duplex and P4 2/20 duplex). It is a figure which shows (FIG. 19B). The curve represents the cumulative release rate up to 21 days for each protocol.

図20は、微小粒子の上清のSDSpage分析を示す図である。画像は、BSA添加およびhPM添加微小粒子の上清における定性的タンパク質含量を示す染色後のゲルのもの、ならびに微小粒子調製中に添加された相対的初期含量のものである。FIG. 20 is a diagram showing SDS page analysis of the supernatant of microparticles. The images are of the gel after staining showing qualitative protein content in the supernatant of BSA and hPM-added microparticles, and the relative initial content added during microparticle preparation.

図21は、純粋hPMをアルギン酸塩マトリクスに加えた場合(最上列)と、マトリクスに包埋したPLGA微小粒子(microparticle)からのhPMの持続放出(第2列)との間の血管新生ネットワーク安定性の差を評価するための、培養7、14、21および28日後のカルセインAMで染色した内皮細胞を示す一連の画像である。最下列は、2つの対照、1つはアルギン酸塩マトリクス中に包埋した空のPLGA微小粒子、2つ目は微小粒子なしを示す。HUVECは、両方の対照について全ての時点を通して全般的に円形を維持した。FIG. 21 shows angiogenic network stability between pure hPM added to the alginate matrix (top row) and sustained release of hPM from PLGA microparticles embedded in the matrix (second row). FIG. 2 is a series of images showing endothelial cells stained with calcein AM after 7, 14, 21 and 28 days in culture to assess gender differences. The bottom row shows two controls, one empty PLGA microparticle embedded in an alginate matrix and the second no microparticle. HUVEC remained generally circular throughout all time points for both controls.

本開示をより詳細に記載する前に、本開示は、記載される特定の実施形態に限定されず、よって、もちろん変動し得ることが理解されよう。本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明する目的のみのためであり、限定することを意図しないことも理解されよう。   Before describing the present disclosure in greater detail, it will be understood that the present disclosure is not limited to the particular embodiments described and, of course, may vary. It will also be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting.

値の範囲を示す場合、その範囲の上限と下限の間の、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り下限の単位の10分の1までのそれぞれの介在する値、およびその言及された範囲の他のあらゆる値または介在する値が、本開示に包含されることが理解されよう。これらのより小さい範囲の上限および下限は、言及された範囲において具体的に除外された限界は別として、そのより小さい範囲に独立して含まれ得、本開示に包含もされる。言及された範囲が一方または両方の限界を含む場合、これらの含まれる限界の一方または両方を除く範囲も本開示に含まれる。   When indicating a range of values, each intervening value between the upper and lower limits of the range, up to one-tenth of the lower limit unit, unless the context clearly indicates otherwise, and the stated range It will be understood that any other value or intervening value is encompassed by the present disclosure. The upper and lower limits for these smaller ranges, apart from the limits specifically excluded in the stated ranges, can be included independently in the smaller ranges and are also included in the present disclosure. Where the stated range includes one or both of the limits, ranges excluding either or both of those included limits are also included in the disclosure.

そうでないと規定しない限り、本明細書で用いる全ての技術的および科学的用語は、本開示が属する当該技術分野における当業者が一般的に理解するのと同じ意味を有する。本明細書に記載するものと同様または等価な任意の方法および材料は本開示の実施または試験においても用いることができるが、好ましい方法および材料は、ここで記載する。   Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. Although any methods and materials similar or equivalent to those described herein can also be used in the practice or testing of the present disclosure, the preferred methods and materials are now described.

参照により組み込まれる、本明細書で引用する任意の刊行物および特許は、引用される刊行物が関連する方法および/または材料を開示および記載するために参照により本明細書に組み込まれている。任意の刊行物の引用は、出願日前の開示のためであり、本開示が、事前開示によるこのような刊行物に先立たないことを認めると解釈されるべきでない。さらに、記載する出版の日は、独立して確認する必要がある実際の出版日と異なることがある。   Any publications and patents cited herein, which are incorporated by reference, are hereby incorporated by reference to disclose and describe the methods and / or materials to which the cited publications relate. The citation of any publication is for disclosure prior to the filing date and should not be construed as an admission that the disclosure is not prior to such publication by prior disclosure. In addition, the publication dates listed may differ from the actual publication dates that need to be independently confirmed.

本開示を読むことにより当業者に明らかになるように、本明細書に記載し示す個別の実施形態のそれぞれは、別個の成分および特徴を有し、これらは、本開示の範囲または趣旨から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のいずれの特徴からも容易に分けることができるか、またはそのような特徴と組み合わせることができる。任意の記載する方法は、言及された事象の順序または論理的に可能な任意の他の順序で行うことができる。   As will become apparent to those skilled in the art upon reading this disclosure, each individual embodiment described and shown herein has distinct components and characteristics, which depart from the scope or spirit of this disclosure. Without, it can be easily separated from any of the features of some other embodiments, or can be combined with such features. Any described method can be performed in the order of events recited or in any other order which is logically possible.

本開示の実施形態は、そうでないと示さない限り、当該技術分野における技量の範囲内である医療、生化学、分子生物学、生物学、薬理学などの技術を採用する。このような技術は、文献において完全に説明されている。   Embodiments of the present disclosure employ techniques such as medical, biochemistry, molecular biology, biology, pharmacology, etc. that are within the skill of the art unless otherwise indicated. Such techniques are explained fully in the literature.

明細書および添付の実施形態において用いるように、単数形「a」、「an」および「the」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形を含むことに注意されたい。よって、例えば、「細胞(a cell)」についての言及は、複数の細胞を包含する。本明細書およびそれに続く実施形態では、反対の意図が明らかでない限り、以下の意味を有すると定義されるいくつかの用語に言及する。   It should be noted that as used in the specification and the appended embodiments, the singular forms “a”, “an”, and “the” include the plural unless the context clearly dictates otherwise. Thus, for example, reference to “a cell” includes a plurality of cells. In this specification and in the embodiments that follow, reference will be made to a number of terms that are defined to have the following meanings unless a contrary intention is apparent.

様々な実施形態を記載する前に、以下の定義が提供され、そうでないと示さない限り以下の定義が使用される。   Prior to describing the various embodiments, the following definitions are provided, and the following definitions are used unless otherwise indicated.

(定義)
開示する主題を記載する際に、以下の用語を以下に示す定義に従って用いる。
(Definition)
In describing the disclosed subject matter, the following terms are used in accordance with the definitions set forth below.

用語「ポリペプチド」および「タンパク質」は、本明細書で用いる場合、ペプチド結合で連結された連続する3つ以上のアミノ酸のアミノ酸重合体のことをいう。用語「ポリペプチド」は、タンパク質、タンパク質断片、タンパク質類似体、オリゴペプチドなどを含む。用語「ポリペプチド」は、核酸によりコードされるか、組換え技術により生成されるか(鳥類のような適当な供給源から単離される)、または合成される、上記で定義するようなポリペプチドを企図する。用語「ポリペプチド」は、化学修飾アミノ酸または標識リガンドと共有結合もしくは非共有結合で連結したアミノ酸を含む上記で定義するようなポリペプチドをさらに企図する。   The terms “polypeptide” and “protein” as used herein refer to an amino acid polymer of three or more consecutive amino acids linked by peptide bonds. The term “polypeptide” includes proteins, protein fragments, protein analogs, oligopeptides and the like. The term “polypeptide” is a polypeptide as defined above, encoded by a nucleic acid, produced by recombinant techniques (isolated from a suitable source such as birds), or synthesized. Contemplate. The term “polypeptide” further contemplates a polypeptide as defined above comprising a chemically modified amino acid or an amino acid covalently or non-covalently linked to a labeled ligand.

用語「ポリヌクレオチド」、「オリゴヌクレオチド」および「核酸配列」は、本明細書において交換可能に用いられ、コード配列(適当な調節または制御配列の制御下に置かれた場合にin vitroまたはin vivoでポリペプチドに転写および翻訳されるポリヌクレオチドまたは核酸配列)、制御配列(例えば翻訳開始および終結コドン、プロモーター配列、リボソーム結合部位、ポリアデニル化シグナル、転写因子結合部位、転写終結配列、上流および下流の調節ドメイン、エンハンサー、サイレンサーなど)、および調節配列(転写因子が結合して、遺伝子のプロモーターの活性を正(誘導)または負(抑制)に変えるDNA配列)を含むが、それらに限定されない。本明細書に記載する用語により、長さまたは合成起源の限定は示唆されない。   The terms “polynucleotide”, “oligonucleotide” and “nucleic acid sequence” are used interchangeably herein and refer to a coding sequence (in vitro or in vivo when placed under the control of appropriate regulatory or regulatory sequences). Polynucleotides or nucleic acid sequences that are transcribed and translated into polypeptides in), regulatory sequences (eg, translation initiation and termination codons, promoter sequences, ribosome binding sites, polyadenylation signals, transcription factor binding sites, transcription termination sequences, upstream and downstream Including, but not limited to, regulatory domains, enhancers, silencers, and regulatory sequences (DNA sequences to which transcription factors bind to alter the activity of the promoter of the gene to positive (induction) or negative (repression)). The terms described herein do not suggest a limitation on length or synthetic origin.

用語「遺伝子」は、本明細書で用いる場合、RNA全体、タンパク質全体またはそのようなRNA全体もしくはタンパク質全体の任意の部分の合成のための遺伝情報をコードする核酸配列(RNAまたはDNAの両方を含む)のことをいう。「遺伝子」は、典型的に、染色体上の特定の場所を占めるDNAの配列に相当する遺伝性単位のことをいい、生物における特徴または形質についての遺伝的指示を含む。用語「遺伝子産物」は、遺伝子によりコードされるRNAまたはタンパク質のことをいう。   The term “gene” as used herein refers to a nucleic acid sequence (both RNA or DNA) that encodes genetic information for the synthesis of whole RNA, whole protein, or any part of such whole RNA or whole protein. Including). A “gene” refers to a heritable unit that typically corresponds to a sequence of DNA that occupies a particular location on a chromosome, and includes genetic instructions for characteristics or traits in an organism. The term “gene product” refers to the RNA or protein encoded by a gene.

用語「処置する」、「処置し」および「処置」は、有益なまたは所望の臨床結果を得るためのアプローチである。具体的に、有益なまたは所望の臨床結果は、検出可能または検出不可能な、症状の緩和、疾患の程度の縮小、疾患の安定化(例えば悪化しない)、疾患進行の遅延または減速、疾患の広がりの実質的な防止、疾患状況の改善または一時的緩和および軽減(部分的または完全)を含むが、それらに限定されない。さらに、「処置する」、「処置し」および「処置」は、疾患および/または疾患に起因する有害な影響についての部分的または完全な治癒の点で治療的でもあり得る。本明細書で用いる場合、用語「予防的に処置する」または「予防的に処置し」は、ホストにおける疾患/状態または1もしくは複数のその症状を完全、実質的または部分的に防止することをいう。同様に、「状態の開始を遅延し」も「予防的に処置し」に含まれることがあり、状態にかかりやすくなっている患者における状態の実際の開始までの時間を増加する作用のことをいう。   The terms “treat”, “treat” and “treatment” are approaches for obtaining beneficial or desired clinical results. Specifically, beneficial or desired clinical outcomes include detectable or undetectable symptoms relief, disease severity reduction, disease stabilization (eg, no worsening), disease progression delay or slowdown, disease progression Including but not limited to substantial prevention of spread, improvement of disease status or temporary alleviation and mitigation (partial or complete). In addition, “treat”, “treat” and “treatment” may also be therapeutic in terms of partial or complete cure for the disease and / or adverse effects resulting from the disease. As used herein, the term “prophylactically treat” or “prophylactically treat” refers to completely, substantially or partially preventing a disease / condition or one or more of its symptoms in a host. Say. Similarly, “delaying the start of a condition” can also be included in “preventive treatment” and refers to the effect of increasing the time to the actual start of a condition in patients who are prone to the condition. Say.

「投与」は、本開示の化合物を対象に導入することを意味する。「投与」は、本開示の組成物を対象に(例えば処方することにより)提供する行為のこともいうことがある。   “Administering” means introducing a compound of the present disclosure into a subject. “Administration” can also refer to the act of providing (eg, by prescribing) a composition of the present disclosure to a subject.

用語「生物」、「対象」または「ホスト」は、処置を必要とするヒト、哺乳動物(例えばネコ、イヌ、ウマ、マウス、ラット、ブタ(pigs)、ブタ(hogs)、ウシおよびその他の畜牛、鳥類(例えばニワトリ)およびその他の生存種を含む、処置を必要とする任意の生体のことをいう。特に、用語「ホスト」は、ヒトを含む。本明細書で用いる場合、用語「ヒトホスト」または「ヒト対象」は、ヒトホストのことをいうために全般的に用いられる。本開示では、用語「ホスト」は、ヒトホストのことを典型的にいうので、本開示において単独で用いる場合、「ホスト」という語は、非ヒトホストを示すことを意図することを文脈が明らかに示さない限り、ヒトホストのことをいう。状態に「かかりやすくなっている」ホストは、これらの状態の1または複数の顕性の症状を示さないが、これらの状態の1または複数を発生する危険性を遺伝的に、生理的に、またはその他のかたちで有しているホストと定義できる。   The terms “organism”, “subject” or “host” refer to humans, mammals (eg, cats, dogs, horses, mice, rats, pigs, hogs, cows and other cattle in need of treatment. , Refers to any organism in need of treatment, including birds (eg, chickens) and other living species, in particular, the term “host” includes humans, and as used herein, the term “human host”. Or “human subject” is used generically to refer to a human host, and in this disclosure the term “host” typically refers to a human host, so when used alone in this disclosure, “host The term "" refers to a human host, unless the context clearly indicates that it is intended to represent a non-human host. Or do not show symptoms of multiple overt, it inherited a risk of developing one or more of these conditions can be defined as hosts that have physiologically or other in the form.

用語「発現」は、本明細書で用いる場合、ポリペプチドを生成するために構成遺伝子が経るプロセスを表す。これは、転写と翻訳の組み合わせである。発現は、ポリペプチドを生成するための核酸の「発現」のことを一般的にいうが、対応する核酸の発現を介してポリペプチドが生成されることを示す、ポリペプチドの「発現」を表すことも一般的に許容される。   The term “expression”, as used herein, refers to the process that a constitutive gene undergoes to produce a polypeptide. This is a combination of transcription and translation. Expression generally refers to “expression” of a nucleic acid to produce a polypeptide, but refers to “expression” of a polypeptide, which indicates that the polypeptide is produced through expression of the corresponding nucleic acid. It is generally acceptable.

「血管新生」は、新しい血管の成長が関わる生理的プロセスである。血管新生は、成長および発達、創傷治癒、胚形成などのような生物学的プロセスの重要な一部である。過剰の血管新生は、疾患細胞が異常な量の血管新生増殖因子を生成して、自然の血管新生阻害物質の効果を圧倒する場合に生じることがある。血管新生増殖因子と血管新生阻害物質の生成の間の不均衡は、血管の不適当に調節された成長または抑制を引き起こすことがある。新しい血管が過剰または不十分に成長する場合に、血管新生依存性疾患または血管新生関連疾患になる。血管新生関連疾患は、例えば、それらに限定されないが、がん、前がん組織、腫瘍、心梗塞および脳卒中を含み得る。過剰の血管新生は、がん、糖尿病性失明、加齢黄斑変性、関節リウマチ、乾癬、および70を超えるその他の状態を含み得る。不十分な血管新生は、冠動脈疾患、脳卒中および創傷治癒の遅延を含み得、本開示においてより詳細に論じるように組織工学におけるファクターにもなる。   “Angiogenesis” is a physiological process involving the growth of new blood vessels. Angiogenesis is an important part of biological processes such as growth and development, wound healing, embryogenesis and the like. Excessive angiogenesis can occur when diseased cells produce abnormal amounts of angiogenic growth factors that overwhelm the effects of natural angiogenesis inhibitors. An imbalance between the production of angiogenic growth factors and angiogenesis inhibitors can cause inappropriately regulated growth or inhibition of blood vessels. When new blood vessels grow excessively or insufficiently, they become angiogenesis-dependent diseases or angiogenesis-related diseases. Angiogenesis-related diseases can include, for example, but are not limited to, cancer, precancerous tissue, tumors, heart infarction and stroke. Excessive angiogenesis can include cancer, diabetic blindness, age-related macular degeneration, rheumatoid arthritis, psoriasis, and more than 70 other conditions. Insufficient angiogenesis can include coronary artery disease, stroke and delayed wound healing, and is also a factor in tissue engineering as discussed in more detail in this disclosure.

本明細書で用いる場合、用語「調節する」および/または「調節物質」は、細胞/生物における特定の機能および/または形質を直接的または間接的に促進/活性化/誘導/増加するかあるいは干渉/阻害/減少する作用のことを全般的にいう。いくつかの例では、調節物質は、その自然の状況と比べて、または通常期待される平均的なレベルの活性と比べて、ある活性または機能を増加または減少することがある。調節は、ペプチドの過剰発現または過少発現を(例えばペプチドの発現を上方制御または下方制御するように作用することにより)引き起こすことを含み得、あるいは、対象ペプチドと直接的に相互作用して、活性を増加および/または減少し得る。調節は、血管新生または血管新生に関連する生物学的事象のような特定の生物学的活性または生物学的事象の増加または減少を引き起こすことも含む。   As used herein, the term “modulate” and / or “modulator” directly or indirectly promotes / activates / induces / increases a specific function and / or trait in a cell / organism or This generally refers to interference / inhibition / reducing action. In some examples, a modulator may increase or decrease an activity or function relative to its natural state or compared to the average level of activity normally expected. Modulation can include causing overexpression or underexpression of the peptide (eg, by acting to upregulate or downregulate the expression of the peptide), or interact directly with the peptide of interest to activate Can be increased and / or decreased. Modulation also includes causing an increase or decrease in a specific biological activity or biological event, such as angiogenesis or a biological event associated with angiogenesis.

本明細書で用いる場合、「上方制御する」は、タンパク質またはその他の遺伝子産物の発現および/または活性を増加する作用のことをいう。「下方制御」は、タンパク質またはその他の遺伝子産物の発現および/または活性を減少することをいう。   As used herein, “upregulate” refers to the effect of increasing the expression and / or activity of a protein or other gene product. “Down-regulation” refers to reducing the expression and / or activity of a protein or other gene product.

用語「単離細胞または細胞の集団」は、本明細書で用いる場合、組織から切り出したかまたは組織培養技術によりin vitroで増殖した単離細胞または複数の細胞のことをいう。用語「細胞または細胞の集団」は、上記の単離細胞のことをいうか、または動物もしくはヒトの組織中のin vivoの細胞のことをいうこともある。   The term “isolated cell or population of cells” as used herein refers to an isolated cell or cells that have been excised from a tissue or grown in vitro by tissue culture techniques. The term “cell or population of cells” refers to the isolated cells described above or may refer to cells in vivo in animal or human tissue.

用語「組織」は、生物において器官の全体または一部を形成するような(例えば結合組織、内皮組織)、生物学的機能を協同的に行い、かつ/または生物学的目的を行うように組織化された細胞の群のことを全般的にいう。「組織」は、同様の細胞の群、または全て同じ種類の細胞を一般的に含むが、組織は、細胞の群が全体として共通の目的を行う場合、1種より多い細胞も含むこともある。   The term “tissue” refers to a tissue that cooperatively performs a biological function and / or performs a biological purpose, such as forming all or part of an organ in an organism (eg, connective tissue, endothelial tissue). A generalized group of cells. A “tissue” generally includes a group of similar cells, or all cells of the same type, but a tissue may also include more than one type of cell when the group of cells serves a common purpose as a whole. .

本明細書で用いる場合、用語「生体適合性」は、過度のストレス、毒性または有害な影響を生物学的物質または系に与えることなく、生きた生物学的物質および/または生物学的系(例えば細胞、細胞成分、生存組織、器官など)と共存する能力のことをいう。   As used herein, the term “biocompatibility” refers to a living biological material and / or biological system (without any undue stress, toxicity or harmful effects on the biological material or system). For example, the ability to coexist with cells, cell components, living tissues, organs, etc.).

用語「生体スキャフォールド」は、生きた生物学的物質(例えば生存細胞)の成長を支持するために十分な構造的安定性を有する、任意の生体適合性基質(自然由来または合成)のことをいう。本開示の実施形態では、生体適合性スキャフォールド物質は、それらに限定されないが、脱細胞化したヒト臍帯静脈スキャフォールドのような、自然由来基質(例えば生存生物から調達されるが、さらなる加工および処理を受け得るもの、または自然の供給源に由来する物質から生成される)である。実施形態では、本開示の生体スキャフォールドは、生存細胞の3次元成長を支持するために(平面、2次元構造ではなく)3次元構造を有する。   The term “biological scaffold” refers to any biocompatible substrate (naturally occurring or synthetic) that has sufficient structural stability to support the growth of living biological material (eg, living cells). Say. In embodiments of the present disclosure, the biocompatible scaffold material is derived from a naturally occurring substrate such as, but not limited to, a decellularized human umbilical vein scaffold, eg, from a living organism, but further processed and That can be treated or produced from a natural source). In embodiments, the biological scaffold of the present disclosure has a three-dimensional structure (rather than a planar, two-dimensional structure) to support three-dimensional growth of viable cells.

本明細書で用いる場合、用語「生分解性」は、自然環境中で(例えば生存生物または生存培養物内で)経時的に溶解、変質、またはその他の態様で分解し、その構造完全性を失い、その元の構造形で存在しなくなる物質のことをいう。本開示の実施形態では、生分解性物質は、ホスト生物中である期間にわたって溶解/分解する。   As used herein, the term “biodegradable” refers to dissolution, alteration, or other degradation over time in a natural environment (eg, in a living organism or living culture) that degrades its structural integrity. A substance that is lost and no longer exists in its original structural form. In an embodiment of the present disclosure, the biodegradable material dissolves / degrades over a period of time in the host organism.

本明細書で用いる場合、用語「工学的に操作された」は、その工学的に操作された物体が人間により創出および/または変更されることを示す。工学的に操作された物体は、自然に由来する物質を含むことがあるが、物体自体はヒトの介入および設計によりいくらか変更されている。   As used herein, the term “engineered” indicates that the engineered object is created and / or modified by a human. Although engineered objects may contain naturally derived materials, the objects themselves have been modified somewhat by human intervention and design.

本明細書で用いる場合、用語「試験化合物」は、ペプチド、ペプチド模倣物、小分子、核酸配列、または生存細胞もしくは生物に影響を与え得るその他の化合物を含み得る。一部の実施形態では、「試験化合物」は、生物学的活性、機能、または別の化合物に対する応答に対して調節効果を有すると疑われる、化学物質またはペプチドのような化合物であり得る。例えば、本開示では、「試験化合物」は、血管新生活性の増加、血管新生活性の減少および/または異なる血管新生調節物質の効果の調節のような、血管新生に対する調節効果を有することが疑われる化合物であり得る。   As used herein, the term “test compound” can include peptides, peptidomimetics, small molecules, nucleic acid sequences, or other compounds that can affect living cells or organisms. In some embodiments, a “test compound” can be a compound such as a chemical or peptide suspected of having a modulating effect on biological activity, function, or response to another compound. For example, in the present disclosure, a “test compound” may have a modulating effect on angiogenesis, such as increasing angiogenic activity, decreasing angiogenic activity, and / or modulating the effects of different angiogenic modulators. Can be a suspected compound.

本明細書で用いる場合、用語「取り除かれ」または「実質的に取り除かれ」は、ある量の物質または化合物が別の組成物から分けられたことを示すが、取り除かれた物質が完全に検出不能となるようにその取り除かれた物質の全ての痕跡が残りの組成物に絶対的に存在しないことは、必要としない。例えば、血液が組成物から「取り除かれた」かまたは「実質的に取り除かれた」ならば、このことは、組成物中の血液の実質的な部分が取り除かれたことを示すが、いくらかの血液または血液成分は精密なスクリーニングにより痕跡量でまだ検出される可能性がある(例えば「実質的に取り除かれた」は、組成物がその「取り除かれた」成分を100%含まないことは必要とせず、代わりに、組成物または物質は、その「取り除かれた」成分が約99%除去されているか、約95%除去されているか、もしくは約90%除去されているか、または上記の例示したパーセンテージの範囲内の任意のパーセンテージもしくは範囲で除去されていてもよい)。   As used herein, the term “removed” or “substantially removed” indicates that an amount of a substance or compound has been separated from another composition, but the removed substance is fully detected. It is not necessary that all traces of the material removed so as to be impossible are absolutely present in the remaining composition. For example, if blood is “removed” or “substantially removed” from the composition, this indicates that a substantial portion of the blood in the composition has been removed, but some Blood or blood components may still be detected in trace amounts by precise screening (eg “substantially removed” requires that the composition does not contain 100% of the “removed” component Instead, the composition or substance is about 99% removed, about 95% removed, or about 90% removed, or the above exemplified components removed. Any percentage or range within the percentage range may be removed).

(考察)
本開示の実施形態は、血管新生を誘導する方法および組成物、ならびに血管新生を調節する方法および組成物、ならびに血管新生を調節するための組成物を作製する方法を包含する。本開示は、血管新生の調節物質を同定する方法、および血管新生の調節物質を同定するアッセイも含む。本開示の実施形態は、血管新生を調節するための組成物を送達する方法および組成物をさらに含む。実施形態では、本開示は、組織構築物および/または自然の組織においてin vitroおよび/またはin vivoで血管新生を誘導および/または調節することができる胎盤抽出物、ならびに組織構築物および/または自然の組織中の細胞に胎盤抽出物を送達する方法および組成物を含む。本開示は、血管新生を調節する化合物を同定するためのアッセイにおいて用いることができる胎盤抽出物も含む。さらに、本開示は、血管新生を誘導するためにin vivoまたはin vitro細胞集団に対して抽出物を制御放出するための、胎盤抽出物を添加した送達媒介物の組成物を含む。
(Discussion)
Embodiments of the present disclosure include methods and compositions for inducing angiogenesis, as well as methods and compositions for modulating angiogenesis, and methods for making compositions for modulating angiogenesis. The disclosure also includes methods for identifying angiogenesis modulators and assays for identifying angiogenesis modulators. Embodiments of the present disclosure further include methods and compositions for delivering compositions for modulating angiogenesis. In embodiments, the present disclosure provides a placental extract capable of inducing and / or modulating angiogenesis in vitro and / or in vivo in tissue constructs and / or natural tissues, and tissue constructs and / or natural tissues Methods and compositions for delivering placental extract to cells therein. The disclosure also includes placental extracts that can be used in assays to identify compounds that modulate angiogenesis. Furthermore, the present disclosure includes a composition of a delivery vehicle supplemented with placental extract for the controlled release of the extract to an in vivo or in vitro cell population to induce angiogenesis.

血管新生は、場所および刺激の両方に依存する複雑なプロセスであり、それぞれの場合において、これらのプロセスを調節する能力には、制御分子の複雑な組み合わせが関与し得る。血管形成の制御は、異なる形成機序によりさらに複雑にされ、これらの機序のうち最も理解されている2つは、陥入(intussusception)および出芽(sprouting)である。陥入は、現存する血管の管腔内への間質細胞柱の挿入を特徴とし、出芽は、以前は微小血管がなかった組織での血管新生刺激に向かう内皮細胞出芽を特徴とする。多くの分子が血管新生を調節すると見出されており、より多くのものがこれから発見される可能性がある。血管新生誘導物質のこの多様性が、血管発達、薬物スクリーニング、および再生医療による治療の研究に用いるための血管新生調節物質の継続した探索および開発を駆動してきた。   Angiogenesis is a complex process that depends on both location and stimulation, and in each case the ability to modulate these processes can involve complex combinations of regulatory molecules. The control of angiogenesis is further complicated by different formation mechanisms, two of which are best understood are intussusception and sprouting. Invagination is characterized by the insertion of stromal cell columns into the lumen of existing blood vessels, and budding is characterized by endothelial cell sprouting towards angiogenic stimulation in tissues that previously had no microvessels. Many molecules have been found to regulate angiogenesis, and more may be discovered in the future. This diversity of angiogenesis inducers has driven the continued search and development of angiogenesis regulators for use in the study of angiogenesis, drug screening, and treatment with regenerative medicine.

血管新生を研究するための従来のモデルは、動物由来刺激物質を用いるか、または評価のために生存動物の使用に完全に依存している。in vivo動物研究は、ヒト血管形成中に生じる生体分子経路および機序の複雑さを比較するためのより正確なモデルを提供する。標準的なin vivo血管新生モデルは、ウサギ角膜新血管形成アッセイ、in vivo/in vitroヒヨコ絨毛尿膜アッセイおよびラット腸間膜開窓アッセイを含む。可能であれば、複雑な生物学的現象をよりよくコントロールするために、in vitro血管新生モデルが選択される。しかし、このことにより、研究は限定された数の分子種、例えばVEGFに制限される。この複雑なカスケードでは、より複雑なまたは多因子の「ミックス」が、十分な血管形成を促進するために必要であり得、単一分子(またはいくつか)を用いても得られるものはそれ自体限定的であることがある。   Conventional models for studying angiogenesis rely entirely on the use of animal derived stimulants or the use of live animals for evaluation. In vivo animal studies provide a more accurate model for comparing the complexity of biomolecular pathways and mechanisms that occur during human angiogenesis. Standard in vivo angiogenesis models include the rabbit corneal neovascularization assay, the in vivo / in vitro chick chorioallantoic membrane assay and the rat mesenteric fenestration assay. If possible, in vitro angiogenesis models are selected to better control complex biological phenomena. However, this limits the study to a limited number of molecular species, such as VEGF. In this complex cascade, a more complex or multi-factor “mix” may be necessary to promote sufficient angiogenesis, and what can be obtained using a single molecule (or several) is itself May be limited.

in vitro血管新生モデルについて、マウス由来基底膜マトリクス(BMM)または「Matrigel」アッセイが好ましいモデルであるが、これは、このアッセイがin vivo複雑さの程度をin vitroモデルに持ち込み、結果がin vivoの結果により匹敵するように見受けられるからである。しかし、このアッセイは、エンジェルブレス−ホーム−スワーン(EHS)マウス肉腫細胞に由来し、多数の動物を犠牲にする必要があるので11、臨床使用には適切でない。いくつかのin vitroヒト由来調節物質が、血管新生をモデル化するために用いられている。歴史的に、これらは、単一調節物質(FGF、TGF−β、VEGF)に基づき、in vivoで本来的に見られるサイトカインおよび化学的勾配の多様性を欠く12。動物由来モデルに伴う種間の差13、14、およびヒト組換えタンパク質から複数タンパク質配合を得ることの複雑さに鑑みて、堅固なヒト由来アプローチ(ほぼ生理的な比率での複数タンパク質のより複雑なミックスを含む)は、機械論的な研究、血管新生薬物のスクリーニング、および再生医学療法の臨床的転換を増強する能力に対して著しい影響を有するであろう。さらに、血管新生プロセスを調節して、形成の異なる機序および段階に相当するもの得ることができることから、血管形成中の鍵となる分子および分子経路を特徴付ける改良されたプラットフォームが提供されるであろう。 For an in vitro angiogenesis model, the mouse-derived basement membrane matrix (BMM) or “Matrigel” assay is the preferred model, but this assay introduces a degree of in vivo complexity into the in vitro model, and the results are in vivo. This seems to be comparable to the result of. However, this assay is not suitable for clinical use because it is derived from Angel Breath-Home-Swan (EHS) mouse sarcoma cells and requires the sacrifice of a large number of animals 11 . Several in vitro human-derived modulators have been used to model angiogenesis. Historically, they are based on single regulators (FGF, TGF-β, VEGF) and lack the diversity of cytokines and chemical gradients inherently found in vivo 12 . In view of the interspecies differences 13,14 associated with animal-derived models and the complexity of obtaining multiple protein formulations from human recombinant proteins, a robust human-derived approach (more complex of multiple proteins at near physiological ratios) Will have a significant impact on mechanistic studies, angiogenic drug screening, and the ability to enhance the clinical transformation of regenerative medicine therapy. Furthermore, the ability to modulate the angiogenesis process to represent different mechanisms and stages of formation provides an improved platform that characterizes key molecules and molecular pathways during angiogenesis. Let's go.

本開示は、in vitroおよびin vivoで血管新生を誘導および調節するための方法を提供する。in vitroおよびin vivo血管新生を誘導することに加えて、このモデルは、微小血管ネットワーク成熟の速度の調節ならびに出芽および陥入血管新生を選択的にモデル化することを可能にする。in vivoにおいて、成分添加したコラーゲンベースの生体スキャフォールドを用いて、ヒト胎盤抽出物(PE)が毛細血管形成を著しく増強し、線維化を排除することが示された。   The present disclosure provides methods for inducing and modulating angiogenesis in vitro and in vivo. In addition to inducing in vitro and in vivo angiogenesis, this model allows for the regulation of the rate of microvascular network maturation and the selective modeling of budding and invading angiogenesis. In vivo, it has been shown that human placenta extract (PE) significantly enhances capillary formation and eliminates fibrosis using a collagen-based bioscaffold with components added.

本開示は、ヒト胎盤に由来する調整可能な完全ヒト生体分子の複雑なセットを用いて、in vitroおよびin vivoで血管新生を誘導および調節するためのこのような方法について記載する。このアプローチは、ヒト胎盤から単離された活性ヒト生体分子の複合体を得るための、制御された分画および分離の技術を用いる。in vitro血管新生およびin vivo血管新生を誘導および調節することに加えて、本開示の方法および組成物は、微小血管ネットワーク成熟の速度の調節し、ならびに出芽および陥入血管新生を選択的にモデル化することを可能にする。実施形態では、本開示の方法および化合物は、重合体のおよびex vivo由来の組織スキャフォールドの両方においても血管新生を誘導および調節する。これらの方法は、微小血管ネットワーク成熟の速度を調節することを可能にする。in vivoにおいて、成分添加したコラーゲンベースの生体スキャフォールドを用いて、本開示のヒト胎盤抽出物が毛細血管の形成を著しく増強し、線維化を排除することが示された。   The present disclosure describes such methods for inducing and modulating angiogenesis in vitro and in vivo using a complex set of tunable fully human biomolecules derived from human placenta. This approach uses controlled fractionation and separation techniques to obtain complexes of active human biomolecules isolated from human placenta. In addition to inducing and modulating in vitro angiogenesis and in vivo angiogenesis, the disclosed methods and compositions modulate the rate of microvascular network maturation and selectively model budding and invading angiogenesis. To make it possible. In embodiments, the methods and compounds of the present disclosure induce and modulate angiogenesis both in polymeric and ex vivo derived tissue scaffolds. These methods make it possible to regulate the rate of microvascular network maturation. In vivo, using a collagen-based bioscaffold with components added, it has been shown that the human placenta extract of the present disclosure significantly enhances capillary formation and eliminates fibrosis.

血管新生をもたらす増殖因子の持続的送達も、組織工学的アプローチに関して血管形成を促進するための血管新生の調節の成功が直面する課題である。本開示は、in vitroおよびin vivoの両方で血管新生を調節するための、本開示の組成物の制御放出のための方法および組成物も提供する。   Sustained delivery of growth factors that lead to angiogenesis is also a challenge faced by successful modulation of angiogenesis to promote angiogenesis with respect to tissue engineering approaches. The present disclosure also provides methods and compositions for controlled release of the disclosed compositions for modulating angiogenesis both in vitro and in vivo.

(ヒト胎盤抽出物)
本開示は、ヒト胎盤抽出物(PEまたはhPE)を含む、血管新生を誘導および/または調節する組成物および方法を提供する。本開示の実施形態では、PEは、ヒト胎盤から試料を得て、胎盤試料から血液を取り除いて粗胎盤抽出物(粗PE)を生成し、粗PEを尿素またはその他のタンパク質可溶化剤と混合して抽出物中に存在するタンパク質を可溶化し、粗抽出物から残存固形物を取り除き、尿素−胎盤抽出物混合物を透析して混合物から実質的な量の尿素を取り除いてヒトPEを生成することにより作製される。ヒトPEは、マトリクス様化合物であり、本明細書において時としてヒト胎盤マトリクス(hPM)ということがある。
(Human placenta extract)
The present disclosure provides compositions and methods for inducing and / or modulating angiogenesis, including human placenta extract (PE or hPE). In embodiments of the present disclosure, PE obtains a sample from human placenta, removes blood from the placenta sample to produce a crude placenta extract (crude PE), and mixes the crude PE with urea or other protein solubilizers Solubilize proteins present in the extract, remove residual solids from the crude extract, and dialyze the urea-placenta extract mixture to remove substantial amounts of urea from the mixture to produce human PE It is produced by this. Human PE is a matrix-like compound, sometimes referred to herein as human placenta matrix (hPM).

実施形態では、ヒトPEを作製するためのプロセスは、約−86℃から約5℃の間の温度で行われる。実施形態では、ヒト胎盤抽出物は、約4℃以下の温度で作製される。   In embodiments, the process for making human PE is performed at a temperature between about −86 ° C. and about 5 ° C. In embodiments, the human placenta extract is made at a temperature of about 4 ° C. or less.

実施形態では、胎盤試料から血液を取り除いて粗胎盤抽出物を作製するプロセスは、ヒト胎盤試料を緩衝液で均質化(ホモジェナイズ)することと、均質化された試料を遠心分離することと、血液を含む上清を捨てることとを含む。このプロセスは、実質的に全ての血液が試料から取り除かれて(例えば試料は、血液が約99%除去されている、血液が約95%除去されている、血液が約90パーセント除去されている、など)粗PEが生成されるまで、複数回(例えば2、3回以上)反復できる。ある実施形態では、緩衝液は、塩化ナトリウム溶液(NaCl)である。   In an embodiment, the process of removing blood from a placenta sample to produce a crude placenta extract comprises homogenizing a human placenta sample with a buffer, centrifuging the homogenized sample, and blood Discarding the supernatant containing. This process involves removing substantially all of the blood from the sample (eg, the sample is about 99% blood removed, about 95% blood removed, about 90% blood removed , Etc.) can be repeated multiple times (eg, a few times or more) until crude PE is produced. In certain embodiments, the buffer is a sodium chloride solution (NaCl).

実施形態では、粗胎盤抽出物中のタンパク質は、粗胎盤抽出物をタンパク質可溶化剤と混合することにより可溶化される。実施形態では、タンパク質可溶化剤は、タンパク質を恒久的に破壊することなく、またはタンパク質を恒久的に不活性化することなく(例えば可溶化は、タンパク質を可逆的に変性させて、タンパク質可溶化剤を取り除いたときなどにタンパク質がリフォールディングできるようにするべきである)、タンパク質を可溶化(例えば変性)することができる任意の化合物または化合物の混合物であり得る。実施形態では、タンパク質可溶化剤は、それらに限定されないが、尿素、グアニジン−HClまたはその他の類似の化合物であり得る。実施形態では、タンパク質可溶化剤は尿素であり、粗抽出物は、粗抽出物を尿素を用いて均質化することにより尿素組成物と混合される。実施形態では、尿素は、約12から約36時間の間の期間、粗抽出物と混合される。実施形態では、尿素は、約24時間粗抽出物と混合される。実施形態では、尿素溶液は、約0.5M以上の尿素濃度を有する尿素緩衝液である。実施形態では、尿素は、約2M以上、約4M尿素以上で、約15Mまでである。実施形態では、尿素溶液は、約0.5M〜約15Mの濃度を有することができる。他の実施形態では、タンパク質可溶化剤は、約0.5M〜約15Mの濃度を有するグアニジン−HClである。実施形態では、グアニジン−HCLは、約6Mの濃度を有する。以下に記載する方法および組成物は尿素を可溶化剤として用いて記載されるが、その他の適切な可溶化剤、例えば、それらに限定されないが、上で論じたもので尿素を置き換えることができると理解される。   In embodiments, the protein in the crude placenta extract is solubilized by mixing the crude placenta extract with a protein solubilizer. In embodiments, the protein solubilizer does not permanently destroy the protein or permanently inactivate the protein (eg, solubilization reversibly denatures the protein to solubilize the protein. The protein should be able to refold, such as when the agent is removed), and can be any compound or mixture of compounds that can solubilize (eg, denature) the protein. In embodiments, the protein solubilizer can be, but is not limited to, urea, guanidine-HCl or other similar compounds. In an embodiment, the protein solubilizer is urea and the crude extract is mixed with the urea composition by homogenizing the crude extract with urea. In embodiments, urea is mixed with the crude extract for a period of between about 12 to about 36 hours. In an embodiment, urea is mixed with the crude extract for about 24 hours. In an embodiment, the urea solution is a urea buffer having a urea concentration of about 0.5M or higher. In embodiments, the urea is about 2M or more, about 4M urea or more, up to about 15M. In embodiments, the urea solution can have a concentration of about 0.5M to about 15M. In other embodiments, the protein solubilizer is guanidine-HCl having a concentration of about 0.5M to about 15M. In an embodiment, guanidine-HCL has a concentration of about 6M. The methods and compositions described below are described using urea as a solubilizer, but other suitable solubilizers can replace urea with, for example, but not limited to, those discussed above. It is understood.

実施形態では、尿素またはその他のタンパク質可溶化剤と混合した後に、可溶化タンパク質−粗抽出物混合物(例えば尿素−粗抽出物混合物)から固形物を取り除く。実施形態では、固形物は、PE混合物を遠心分離し、ペレット(固形物を含む)を捨てることにより取り除かれる。このステップは、複数回反復できる。固形物を取り除いた後に、PE混合物(例えば上清)を透析して、尿素またはその他のタンパク質可溶化剤を胎盤抽出物から取り除く。実施形態では、透析溶液は、TBSである。実施形態では、透析溶液は、ある期間(例えば1時間、2時間、3時間など)の後に替え、透析を数回(例えば2、3、4回など)反復して、実質的に全ての尿素をPEから取り除く(例えば胎盤抽出物は、尿素が約99%除去されている、尿素が約95%除去されている、など)。実施形態では、PEを再び遠心分離して、残った固形物(例えば重合したタンパク質など)を取り除いてよい。実施形態では、残存PEは、透明からピンクがかった粘性の物質である。本開示の胎盤抽出物を作製する本開示のプロセスの実施形態に関するさらなる詳細は、下記の実施例で見出すことができる。   In an embodiment, after mixing with urea or other protein solubilizer, solids are removed from the solubilized protein-crude extract mixture (eg, urea-crude extract mixture). In embodiments, the solids are removed by centrifuging the PE mixture and discarding the pellets (including solids). This step can be repeated multiple times. After removing the solids, the PE mixture (eg, supernatant) is dialyzed to remove urea or other protein solubilizers from the placental extract. In an embodiment, the dialysis solution is TBS. In an embodiment, the dialysis solution is replaced after a period of time (eg, 1 hour, 2 hours, 3 hours, etc.), and dialysis is repeated several times (eg, 2, 3, 4 times, etc.) to substantially all urea. (Eg, placenta extract has about 99% urea removed, about 95% urea removed, etc.). In an embodiment, the PE may be centrifuged again to remove any remaining solids (such as polymerized proteins). In an embodiment, the residual PE is a transparent to pinkish viscous material. Further details regarding embodiments of the disclosed process for making placental extracts of the present disclosure can be found in the examples below.

よって、本開示の実施形態は、本開示の方法により作製されたPEも含む。実施形態では、本開示は、ヒト胎盤試料から得られた試料から血液を取り除いて粗PEを生成し、粗胎盤抽出物をタンパク質可溶化剤(例えば、それらに限定されないが、尿素、グアニジン−HClなど)と混合して粗抽出物中のタンパク質を可溶化し、可溶化タンパク質−PE混合物から固形物質を分離し、PE混合物に対して透析を行って、混合物からタンパク質可溶化剤(例えば尿素)を取り除いてヒトPEを生成することにより作製されたPEを含む。   Thus, embodiments of the present disclosure also include PE made by the method of the present disclosure. In an embodiment, the present disclosure removes blood from a sample obtained from a human placenta sample to produce crude PE, and the crude placenta extract is converted to a protein solubilizer (eg, but not limited to urea, guanidine-HCl). Etc.) to solubilize the protein in the crude extract, separate the solid material from the solubilized protein-PE mixture, dialyze the PE mixture, and protein solubilizer (eg urea) from the mixture PE produced by removing human to produce human PE.

本開示は、よって、血液および固形物が実質的に取り除かれ、胎盤試料中に存在していた胎盤タンパク質を(いくらかまたは全て)保持する、ヒト胎盤から(例えばヒト胎盤試料から)得られた抽出物を含むヒト胎盤抽出物を含む。実施形態では、胎盤タンパク質は、サイトカインおよび増殖因子を含む。   The present disclosure thus provides an extract obtained from a human placenta (eg, from a human placenta sample) that substantially removes blood and solids and retains (some or all) the placental protein that was present in the placenta sample. Including human placenta extract. In embodiments, placental proteins include cytokines and growth factors.

本開示のPEの分析により、PEが、多くのサイトカインおよび増殖因子を含む多くのタンパク質を含むことが明らかになる。本開示の胎盤抽出物の実施形態では、抽出物は、少なくとも20の異なるサイトカインを含む。一部の実施形態では、抽出物は、40までの異なるサイトカインを含む。その他の実施形態は、少なくとも50のサイトカインを含む。本開示のPE中に存在し得るいくつかのサイトカインは、下記の実施例に列挙するものを含む。例えば、本開示のPE中に存在し得るサイトカインのいくつかは、それらに限定されないが、アンジオゲニン、Acrp30Ag、IGFBP−1、NAP−2およびFas/TNFGSF6、ならびにRANTESおよびMIFを含む。   Analysis of the PE of the present disclosure reveals that PE contains many proteins, including many cytokines and growth factors. In an embodiment of the placental extract of the present disclosure, the extract comprises at least 20 different cytokines. In some embodiments, the extract comprises up to 40 different cytokines. Other embodiments include at least 50 cytokines. Some cytokines that may be present in the PEs of the present disclosure include those listed in the examples below. For example, some of the cytokines that may be present in the PE of the present disclosure include, but are not limited to, angiogenin, Acrp30Ag, IGFBP-1, NAP-2 and Fas / TNFGSF6, and RANTES and MIF.

本開示の胎盤抽出物中に存在するサイトカインおよび増殖因子ならびにその他の胎盤化合物は、内皮細胞の培養物、組織、組織構築物、工学的に操作された生体スキャフォールドなどにおいて血管新生を誘導できる。本開示の胎盤抽出物は、in vitroおよびin vivoで血管新生を誘導できる。本開示の胎盤抽出物は、内皮細胞の成長を刺激できる。実施形態では、本開示のヒトPEは、血管新生を調節できる。血管新生を誘導するために用いられるその他の従来の化合物、例えばBMM(単一精製血管新生調節物質(例えば精製VEGF−アルファまたはSDF−1)および精製フィブリンを含む化合物)と比較して、本開示のPEは、BMMと比較して、内皮細胞の血管新生成長の増加(例えば細管およびネットワーク形成)および筋線維芽細胞の血管新生型成長の減少(例えば細管形成)を刺激する。本開示のPEは、BMMと比較して、様々な株化細胞(例えば幹細胞、平滑筋細胞など)の異なる成長および/または分化パターンも刺激するので、そのような細胞の成長/分化パターンが、BMMを用いる成長とは区別できる。   Cytokines and growth factors and other placental compounds present in the placental extracts of the present disclosure can induce angiogenesis in endothelial cell cultures, tissues, tissue constructs, engineered biological scaffolds, and the like. The placental extracts of the present disclosure can induce angiogenesis in vitro and in vivo. The placental extracts of the present disclosure can stimulate endothelial cell growth. In embodiments, the human PE of the present disclosure can modulate angiogenesis. Compared to other conventional compounds used to induce angiogenesis, such as BMM (compounds containing a single purified angiogenesis modulator (eg, purified VEGF-alpha or SDF-1) and purified fibrin) and the present disclosure The PE stimulates an increase in endothelial cell angiogenesis growth (eg tubules and network formation) and a decrease in myofibroblast angiogenesis growth (eg tubule formation) compared to BMM. The PE of the present disclosure also stimulates different growth and / or differentiation patterns of various cell lines (eg, stem cells, smooth muscle cells, etc.) compared to BMM, so that the growth / differentiation pattern of such cells is It can be distinguished from growth using BMM.

本開示のPEは、PEの非存在下で成長した内皮細胞と比較して、内皮細胞における様々な遺伝子を上方制御することもできる。このような遺伝子のいくつかは、血管新生関連遺伝子、細胞外マトリクスリモデリング遺伝子および血管発達遺伝子を含む。いくつかの血管新生関連遺伝子は、それらに限定されないが、ANGPTL4、CXCL3、ヒト増殖因子(HGF)、ANGPT2、PGF、TYMP、VEGFA、HIF1AおよびFGF1を含む。本開示の胎盤抽出物により誘導できるいくつかの細胞外マトリクスリモデリング遺伝子は、それらに限定されないが、MMP2、MMP9、COL4A3およびLAMA5を含む。血管発達遺伝子は、それらに限定されないが、CDH2、HAND2、LECT1およびMDKを含む。   The PE of the present disclosure can also upregulate various genes in endothelial cells compared to endothelial cells grown in the absence of PE. Some such genes include angiogenesis-related genes, extracellular matrix remodeling genes and vascular development genes. Some angiogenesis-related genes include, but are not limited to, ANGPTL4, CXCL3, human growth factor (HGF), ANGPT2, PGF, TYMP, VEGFA, HIF1A and FGF1. Some extracellular matrix remodeling genes that can be induced by the placental extracts of the present disclosure include, but are not limited to, MMP2, MMP9, COL4A3 and LAMA5. Vascular development genes include, but are not limited to, CDH2, HAND2, LECT1 and MDK.

(血管新生を調節する方法)
本開示は、細胞培養物において血管新生を誘導する方法であって、本開示のヒト胎盤抽出物の存在下で内皮細胞を成長させることを含む方法も含む。実施形態では、血液および固形物を取り除き、尿素と混合し、透析して尿素を取り除くように処理されたヒト胎盤試料から得られた本開示の胎盤抽出物であって、サイトカインおよび増殖因子を含む胎盤タンパク質を含む胎盤抽出物の存在下で、細胞培養物を成長させる。実施形態では、内皮細胞は、ヒト内皮細胞である。さらに他の実施形態では、細胞は、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC:human umbilical vein endothelial cell)である。細胞培養物において血管新生を誘導する方法の実施形態では、細胞は、少なくとも約40,000細胞/cmの密度で播種される。実施形態では、細胞は、少なくとも約80,000細胞/cmの密度で播種される。実施形態では、細胞培養物は、増殖培地および本開示の胎盤抽出物を含むプレート上で成長できる。
(How to regulate angiogenesis)
The present disclosure also includes a method of inducing angiogenesis in a cell culture, comprising growing endothelial cells in the presence of the human placenta extract of the present disclosure. In an embodiment, a placental extract of the present disclosure obtained from a human placenta sample that has been processed to remove blood and solids, mixed with urea, and dialyzed to remove urea, comprising cytokines and growth factors Cell cultures are grown in the presence of placental extract containing placental protein. In an embodiment, the endothelial cell is a human endothelial cell. In yet another embodiment, the cell is a human umbilical vein endothelial cell (HUVEC). In an embodiment of the method of inducing angiogenesis in a cell culture, the cells are seeded at a density of at least about 40,000 cells / cm 2 . In embodiments, the cells are seeded at a density of at least about 80,000 cells / cm 2 . In embodiments, cell cultures can be grown on plates containing growth media and placenta extracts of the present disclosure.

本開示は、本開示のヒト胎盤抽出物を含む組成物中で生体材料をインキュベートすることと、生体材料をホストに移植することとを含む、in vivoで生体材料への血管形成を誘導する方法も含む。実施形態では、生体材料は、自然由来材料および/または細胞を含む。実施形態では、生体材料は、ヒト由来基質物質を含む工学的に操作された生体スキャフォールドを含む。実施形態では、工学的に操作された生体スキャフォールドは、ヒト臍帯静脈スキャフォールドを含む。実施形態では、ヒト臍帯静脈スキャフォールドは、脱細胞化されている。一部の実施形態では、生体材料には、それらに限定されないが、ヒト内皮細胞(例えばHUVEC)のような内皮細胞が播種される。本開示の実施形態では、生体材料は、HUVECが播種されたヒト臍帯静脈スキャフォールドを含む、工学的に操作されたスキャフォールド材料を含む。一部の実施形態では、HUVECは、少なくとも約40,000細胞/cmの細胞密度で生体スキャフォールド上に播種される。実施形態では、HUVECは、少なくとも約80,000細胞/cmの密度で播種される。実施形態では、生体材料は、胎盤抽出物中で少なくとも約2時間インキュベートされる。 The present disclosure relates to a method for inducing angiogenesis in a biomaterial in vivo comprising incubating the biomaterial in a composition comprising the human placenta extract of the present disclosure and implanting the biomaterial into a host. Including. In an embodiment, the biomaterial comprises naturally derived material and / or cells. In an embodiment, the biomaterial comprises an engineered bioscaffold comprising a human derived substrate material. In embodiments, the engineered bioscaffold includes a human umbilical vein scaffold. In embodiments, the human umbilical vein scaffold is decellularized. In some embodiments, the biomaterial is seeded with endothelial cells such as, but not limited to, human endothelial cells (eg, HUVEC). In an embodiment of the present disclosure, the biomaterial comprises an engineered scaffold material, including a human umbilical vein scaffold seeded with HUVEC. In some embodiments, the HUVECs are seeded on the biological scaffold at a cell density of at least about 40,000 cells / cm 2 . In embodiments, HUVEC are seeded at a density of at least about 80,000 cells / cm 2 . In embodiments, the biomaterial is incubated in the placenta extract for at least about 2 hours.

(生体材料および工学的に操作された生体スキャフォールドへの血管形成)
本開示は、それらに限定されないが、工学的に操作された生体材料、自然由来生体材料およびホストに移植されるその他の生体材料を含む生体材料に血管形成する方法も含む。生体材料を本開示の胎盤抽出物で処理することは、生体材料に血管形成することに加えて、生体許容性を助成し、炎症を低減し、拒絶および瘢痕形成を低減することなどのためのin−vivo用途のために生体材料を前処理することにも用いられ得る。よって、本開示の胎盤抽出物および本開示の胎盤抽出物を含む組成物は、そのような移植の結果を改善させるために、任意の数の生体材料に「成分添加」することに用いられ得る。
(Angiogenesis into biomaterials and engineered bioscaffolds)
The present disclosure also includes methods for angiogenesis in biomaterials including, but not limited to, engineered biomaterials, naturally derived biomaterials, and other biomaterials implanted in a host. Treating the biomaterial with the placental extract of the present disclosure, in addition to angiogenesis in the biomaterial, aids biotolerability, reduces inflammation, reduces rejection and scar formation, etc. It can also be used to pretreat biomaterials for in-vivo applications. Thus, the placenta extract of the present disclosure and the composition comprising the placenta extract of the present disclosure can be used to “add components” to any number of biomaterials to improve the outcome of such transplantation. .

本開示は、本開示のヒト胎盤抽出物を含む組成物中でインキュベートしたヒト由来基質物質を含む移植可能な工学的に操作された生体スキャフォールドのような、具体的に工学的に操作された生体材料も含む。本開示の生体スキャフォールドは、ヒトのような哺乳動物に移植できる。本開示の生体スキャフォールドは、ホストへの移植のために適切な任意の生体材料を含むことができる。本開示において用いるための生体スキャフォールドの例は、それらに限定されないが、組織を含む工学的に操作された生体スキャフォールド、マトリクス材料、任意の数の自然由来生体材料などを含む。実施形態では、生体スキャフォールドは、2Dまたは3D生体スキャフォールドである。実施形態では、生体スキャフォールドは、ヒト由来基質物質を含む。実施形態では、生体スキャフォールドは、脱細胞化したヒト臍帯静脈スキャフォールドを含む。実施形態では、それらに限定されないが、ヒト細胞、ヒト内皮細胞(例えばヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC))、幹細胞、その他の多能性細胞などのような細胞を生体スキャフォールドに播種する。   The present disclosure is specifically engineered, such as an implantable engineered biological scaffold comprising a human-derived substrate material incubated in a composition comprising a human placenta extract of the present disclosure. Also includes biomaterials. The biological scaffold of the present disclosure can be transplanted into a mammal such as a human. The bioscaffold of the present disclosure can include any biomaterial suitable for implantation into a host. Examples of bioscaffolds for use in the present disclosure include, but are not limited to, engineered bioscaffolds including tissues, matrix materials, any number of naturally occurring biomaterials, and the like. In embodiments, the bioscaffold is a 2D or 3D bioscaffold. In an embodiment, the biological scaffold comprises a human derived substrate material. In an embodiment, the biological scaffold comprises a decellularized human umbilical vein scaffold. In embodiments, cells such as, but not limited to, human cells, human endothelial cells (eg, human umbilical vein endothelial cells (HUVEC)), stem cells, other pluripotent cells, etc. are seeded in a living scaffold.

下記の実施例に記載するように、本開示の胎盤抽出物中でインキュベートした本開示の生体スキャフォールドは、血管新生誘導化合物BMMまたは対照化合物中でインキュベートした生体スキャフォールドよりも多くの血管形成(例えば血管新生)および少ない線維化を誘導する。本開示の胎盤抽出物中でインキュベートした生体スキャフォールドはまた、BMMまたは対照中でインキュベートした生体スキャフォールドとは対照的に、炎症誘発性陽性マクロファージ(例えばCD86(M1))に対する免疫抑制性かつ血管新生促進性陽性マクロファージ(例えばCD205(M2))の比率がより高かった。   As described in the Examples below, the biological scaffolds of the present disclosure incubated in the placental extracts of the present disclosure have more angiogenesis than the biological scaffolds incubated in the angiogenesis-inducing compound BMM or the control compound ( Induces, for example, angiogenesis) and less fibrosis. Biological scaffolds incubated in the placental extract of the present disclosure are also immunosuppressive and vascular to pro-inflammatory positive macrophages (eg, CD86 (M1)), in contrast to biological scaffolds incubated in BMM or controls. The proportion of pro-neoplastic positive macrophages (eg CD205 (M2)) was higher.

(血管新生スクリーニングアッセイ)
本開示の胎盤抽出物は、細胞培養物において血管新生を誘導するので、血管新生調節物質を同定およびスクリーニングするための良好なアッセイを提供する。よって、本開示は、血管新生調節物質を同定する方法およびアッセイも含む。
(Angiogenesis screening assay)
The placental extract of the present disclosure induces angiogenesis in cell culture and thus provides a good assay for identifying and screening for angiogenesis modulators. Thus, the present disclosure also includes methods and assays for identifying angiogenesis modulators.

実施形態では、方法は、本開示のヒト胎盤抽出物を含む化合物の存在下でヒト内皮細胞の培養物を成長させることと、ヒト内皮細胞培養物を試験化合物と接触させることとを含む。胎盤抽出物は細胞培養物において血管新生を誘導するので、血管新生が予測されるよりも少なくなるかまたは多くなるならば、その試験化合物は、血管新生調節物質として同定できる。よって、この方法はまた、培養物における血管新生の量を決定することと、細胞培養物における血管新生の量が、試験化合物の非存在下での培養物の成長における血管新生の量より大きいかまたは小さい場合に、その試験化合物を血管新生調節物質と同定することとを含む。実施形態では、試験化合物の非存在下で成長した培養物と比べた血管新生の量の増加が、試験化合物が血管新生を誘導することを示す。試験化合物の非存在下で成長した培養物と比べた血管新生の量の減少は、試験化合物が血管新生を阻害することを示す。下記の実施例に記載するように、本開示の方法に従う化合物トロンボスポンジン−1(TSP−1)のスクリーニングは、この化合物を血管新生の阻害物質と同定した。本開示は、本開示のヒト胎盤抽出物の存在下で成長した内皮細胞の培養物を含む、試験化合物をスクリーニングして血管新生の調節物質を同定するためのアッセイも提供する。本開示のアッセイは、本開示の方法とともに用いて、血管新生の調節物質を同定できる。   In an embodiment, the method comprises growing a culture of human endothelial cells in the presence of a compound comprising a human placenta extract of the present disclosure and contacting the human endothelial cell culture with a test compound. Since placental extract induces angiogenesis in cell culture, a test compound can be identified as an angiogenesis modulator if angiogenesis is less or more than expected. Thus, this method also determines the amount of angiogenesis in the culture and whether the amount of angiogenesis in the cell culture is greater than the amount of angiogenesis in the growth of the culture in the absence of the test compound. Or, if small, identifying the test compound as an angiogenesis modulator. In embodiments, an increase in the amount of angiogenesis compared to a culture grown in the absence of the test compound indicates that the test compound induces angiogenesis. A decrease in the amount of angiogenesis compared to cultures grown in the absence of the test compound indicates that the test compound inhibits angiogenesis. As described in the Examples below, screening for the compound thrombospondin-1 (TSP-1) according to the methods of the present disclosure identified this compound as an inhibitor of angiogenesis. The present disclosure also provides an assay for screening test compounds to identify modulators of angiogenesis, including a culture of endothelial cells grown in the presence of the human placenta extract of the present disclosure. The assays of the present disclosure can be used with the methods of the present disclosure to identify modulators of angiogenesis.

(持続送達法および組成物)
胎盤抽出物の血管新生効果はin vivoまたは生体材料(例えば組織、細胞培養物、生体スキャフォールドなど)において長期間持続しないことがあるので、本開示のPEの持続放出のための組成物および方法も本開示において提供する。
(Sustained delivery methods and compositions)
Compositions and methods for sustained release of PE of the present disclosure as the angiogenic effect of placenta extract may not persist for a long time in vivo or in biomaterials (eg, tissue, cell culture, bioscaffold, etc.) Are also provided in this disclosure.

本開示の実施形態は、持続放出性/ヒトPE組成物を提供するように生分解性微小粒子と結合している本開示のヒトPE(hPE)を含む組成物を含む。PE添加生分解性微小粒子は、持続放出性血管新生調節組成物をもたらす。よって、実施形態では、持続放出性血管新生調節組成物は、本開示のヒトPEと生分解性微小粒子とを含み、ここで、ヒトPEは、ヒトPEが微小粒子から放出されるように微小粒子と結合している。実施形態では、ヒトPEは、ヒト胎盤試料から得られ、血液および固形物が抽出物から実質的に取り除かれており、抽出物は、胎盤試料に存在していた胎盤タンパク質(サイトカインおよび増殖因子を含む)を含む。持続放出性血管新生調節組成物において用いられるヒトPEは、上記のヒトPEの任意の実施形態であり得る。   Embodiments of the present disclosure include a composition comprising human PE (hPE) of the present disclosure combined with biodegradable microparticles to provide a sustained release / human PE composition. PE-added biodegradable microparticles provide a sustained release angiogenesis modulating composition. Thus, in an embodiment, a sustained release angiogenesis modulating composition comprises human PE of the present disclosure and biodegradable microparticles, wherein the human PE is microscopic so that human PE is released from the microparticles. Combined with particles. In embodiments, human PE is obtained from a human placenta sample, blood and solids are substantially removed from the extract, and the extract contains placental proteins (cytokines and growth factors present in the placenta sample). Including). The human PE used in the sustained release angiogenesis modulating composition can be any embodiment of the human PE described above.

実施形態では、ヒトPEは、in vivoまたはin vitroで細胞に曝露された後に微小粒子から放出される。実施形態では、生分解性微小粒子をin vivoでホスト内に置くかまたはin vitroで細胞培養物もしくは細胞を播種した生体スキャフォールドと接触させる場合、生分解性微小粒子は、分解し始めてPEを周囲の細胞、組織などに経時的に放出する。実施形態では、生分解性微小粒子は、PEの最初の「バースト」を放出し、次いで、持続する期間(例えば数日、数週間など)にわたってゆっくりとPEを放出する。微小粒子の放出プロフィールは、微小粒子のサイズおよび架橋の程度を変化させることにより制御できる。実施形態では、微小粒子は、架橋され、架橋の程度は、粒子の放出パラメータを改変するために制御できる。   In embodiments, human PE is released from the microparticles after being exposed to the cells in vivo or in vitro. In embodiments, when biodegradable microparticles are placed in a host in vivo or contacted with a biological scaffold seeded with cell culture or cells in vitro, the biodegradable microparticles begin to degrade and PE is degraded. Release to surrounding cells, tissues, etc. over time. In embodiments, the biodegradable microparticles release the first “burst” of PE and then slowly release the PE over a sustained period of time (eg, days, weeks, etc.). The release profile of the microparticles can be controlled by changing the size of the microparticles and the degree of crosslinking. In embodiments, the microparticles are cross-linked and the degree of cross-linking can be controlled to modify the particle's release parameters.

実施形態では、生分解性微小粒子は、ゼラチンでできている。ゼラチン生分解性微小粒子の実施形態に関するさらなる詳細は、下記の実施例2に記載する。実施形態では、生分解性微小粒子は、異なるサイズの微小粒子の混合物を含む。様々なサイズの微小粒子を含むことによりPEの持続放出性が得られると考えられる。なぜなら、異なるサイズの粒子はPEを異なる速度で放出するからである。   In an embodiment, the biodegradable microparticles are made of gelatin. Further details regarding embodiments of gelatin biodegradable microparticles are described in Example 2 below. In an embodiment, the biodegradable microparticle comprises a mixture of microparticles of different sizes. It is thought that sustained release of PE can be obtained by including microparticles of various sizes. This is because particles of different sizes release PE at different rates.

実施形態では、生分解性微小粒子は、ポリ(乳酸−co−グリコール酸)(PLGA)微小粒子である。実施形態では、hPEは、PLGA微小粒子中に添加される(例えばカプセル化される)。実施形態では、本開示のhPEを添加したPLGA微小粒子は、約10〜約1000μmの平均粒子サイズを有する。実施形態では、PLGA微小粒子は、二重均質化ステップを含む水中油型エマルジョンプロセスにより作製される。実施形態では、PLGA微小粒子は、本開示のhPEを含む第1水溶液(W1)とPLGA油状溶液を混合し、第1均質化ステップにおいてPLGAおよびW1を均質化することにより第1エマルジョンを調製し、溶媒(例えばアルコール、例えば、それに限定されないが、ポリビニルアルコール)を水中に含む第2水溶液(W2)に第1エマルジョンを加えて、第2エマルジョン(水中油中水型エマルジョン)を形成し、次いで溶媒を蒸発させることにより作製される。実施形態では、第2均質化ステップを用いて、第2エマルジョンを均質化する。実施形態では、第1均質化は、約1〜約2分間である。一部の実施形態では、他の均質化ステップを用いない。他の実施形態では、第2均質化ステップを加える。実施形態では、第2均質化は、約20秒間〜約1分間である。hPE添加PLGA微小粒子の調製方法の実施形態に関するさらなる詳細は、下記の実施例3に示す。実施形態では、単一均質化ステップを用いて作製したhPE添加PLGA微小粒子は、直径約100〜約1000μmのサイズを有する。単一均質化ステップが約2分間である実施形態では、得られる微小粒子は、直径約50〜約500μmの範囲のサイズを有し、平均直径約260〜約290μmである。実施形態では、約1分間の第2均質化ステップを用いて作製したhPE添加PLGA微小粒子は、サイズが直径約20未満から約100μmの範囲であり、平均直径約36〜約40μmである。実施形態では、約20秒間の第2均質化ステップを用いて作製したhPE添加PLGA微小粒子は、サイズが20未満から約200μmの範囲であり、平均直径約85〜約95μmである。   In an embodiment, the biodegradable microparticles are poly (lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA) microparticles. In embodiments, hPE is added (eg encapsulated) in PLGA microparticles. In embodiments, PLGA microparticles loaded with hPE of the present disclosure have an average particle size of about 10 to about 1000 μm. In an embodiment, PLGA microparticles are made by an oil-in-water emulsion process that includes a double homogenization step. In an embodiment, PLGA microparticles are prepared by preparing a first emulsion by mixing a first aqueous solution (W1) comprising hPE of the present disclosure with a PLGA oily solution and homogenizing PLGA and W1 in a first homogenization step. Adding the first emulsion to a second aqueous solution (W2) containing a solvent (eg, but not limited to, for example, but not limited to, polyvinyl alcohol) in water to form a second emulsion (water-in-oil-in-water emulsion); Made by evaporating the solvent. In an embodiment, a second homogenization step is used to homogenize the second emulsion. In embodiments, the first homogenization is from about 1 to about 2 minutes. In some embodiments, no other homogenization step is used. In other embodiments, a second homogenization step is added. In embodiments, the second homogenization is from about 20 seconds to about 1 minute. Further details regarding embodiments of methods for preparing hPE-added PLGA microparticles are provided in Example 3 below. In embodiments, hPE-doped PLGA microparticles made using a single homogenization step have a size of about 100 to about 1000 μm in diameter. In embodiments where the single homogenization step is about 2 minutes, the resulting microparticles have a size in the range of about 50 to about 500 μm in diameter with an average diameter of about 260 to about 290 μm. In embodiments, hPE-added PLGA microparticles made using a second homogenization step of about 1 minute range in size from less than about 20 to about 100 μm in diameter and have an average diameter of about 36 to about 40 μm. In embodiments, hPE-added PLGA microparticles made using a second homogenization step of about 20 seconds range in size from less than 20 to about 200 μm and have an average diameter of about 85 to about 95 μm.

本開示は、上記の持続放出性血管新生調節組成物をPEの持続放出のために使用する方法も含む。実施形態では、方法は、持続放出性組成物を使用して、in vivoまたはin vitroでヒトPEの持続放出、例えば、それらに限定されないが、in vivoまたはin vitroで生体材料(例えば細胞培養物、組織、組織構築物、生体スキャフォールドなど)へのヒトPEの経時的な持続放出を得ることを含む。実施形態では、本開示の方法は、細胞(例えば培養物中の細胞、in vivoの細胞、生体材料中の細胞または工学的に操作された生体材料と接触している細胞など)を、細胞に微小粒子を曝露した後にある期間にわたってヒト胎盤抽出物が微小粒子から生体材料中に放出されるように本開示の胎盤抽出物と結合している生分解性微小粒子を含む上記の持続放出性血管新生調節組成物と接触させることを含む。実施形態では、細胞は、それに限定されないが、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)のような内皮細胞である。   The disclosure also includes a method of using the sustained release angiogenesis modulating composition described above for the sustained release of PE. In embodiments, the method uses sustained release compositions to provide sustained release of human PE in vivo or in vitro, such as, but not limited to, biomaterials (eg, cell cultures) in vivo or in vitro. Obtaining sustained release of human PE over time into tissues, tissue constructs, biological scaffolds, etc.). In embodiments, the methods of the present disclosure provide cells (eg, cells in culture, cells in vivo, cells in biomaterials or cells in contact with engineered biomaterials) into cells. The above sustained release vessel comprising biodegradable microparticles combined with the placental extract of the present disclosure such that human placenta extract is released from the microparticles into the biomaterial over a period of time after exposure to the microparticles Contacting with a neogenesis modulating composition. In embodiments, the cell is an endothelial cell such as, but not limited to, human umbilical vein endothelial cells (HUVEC).

実施形態では、持続放出性血管新生調節組成物は、生体材料と結合している。実施形態では、生体材料は、細胞培養物である。実施形態では、生体材料は、細胞培養物を含む組織構築物および/または組織マトリクスである。実施形態では、生体材料は、アルギン酸塩マトリクスに包埋された細胞(例えばヒト細胞、例えばHUVEC)を含む、アルギン酸塩マトリクスであり、持続放出性血管新生調節組成物(例えばhPE添加生分解性微小粒子)もアルギン酸塩マトリクスに包埋されているかまたはアルギン酸塩マトリクスと接触している。実施形態では、持続放出性血管新生調節組成物と結合している生体材料は、対象に移植され、生体材料への血管形成を誘導する。実施形態では、生体材料は、それらに限定されないが、ヒト内皮細胞が播種された、脱細胞化ヒト臍帯静脈スキャフォールドのようなヒト由来基質物質を含む、工学的に操作された生体スキャフォールドである。実施形態では、対象は、哺乳動物である。実施形態では、対象は、ヒトである。本開示の持続放出性血管新生調節組成物を用いて血管新生を誘導する方法のその他の変形が可能であり、その方法の例示的な実施形態は、下記の実施例においてより詳細に記載する。   In embodiments, the sustained release angiogenesis modulating composition is associated with a biomaterial. In an embodiment, the biomaterial is a cell culture. In embodiments, the biomaterial is a tissue construct and / or tissue matrix that includes a cell culture. In an embodiment, the biomaterial is an alginate matrix comprising cells (eg, human cells, eg, HUVEC) embedded in the alginate matrix, and a sustained release angiogenesis modulating composition (eg, hPE-added biodegradable microdegradable). Particles) are also embedded in or in contact with the alginate matrix. In embodiments, a biomaterial associated with a sustained release angiogenesis modulating composition is implanted into a subject to induce angiogenesis into the biomaterial. In embodiments, the biomaterial is an engineered bioscaffold including, but not limited to, a human-derived substrate material, such as a decellularized human umbilical vein scaffold, seeded with human endothelial cells. is there. In embodiments, the subject is a mammal. In embodiments, the subject is a human. Other variations of the method of inducing angiogenesis using the sustained release angiogenesis modulating compositions of the present disclosure are possible and exemplary embodiments of the method are described in more detail in the examples below.

(抗炎症性組成物および使用方法)
下記の実施例に記載するように、本開示のヒトPEおよび本開示の持続放出性/ヒトPE組成物は、周囲の細胞および組織に対する抗炎症効果を有することも見出された。よって、本開示の組成物は、本開示のヒトPEまたは持続放出性/ヒトPE組成物を含む抗炎症性組成物も含む。本開示の方法は、本開示のヒトPEまたは持続放出性ヒト/PE組成物に対象または組織を曝露することにより、対象または対象の組織の炎症を処置する方法(例えば低減する、緩和する、相殺する、防止するなど)も含む。
(Anti-inflammatory composition and method of use)
As described in the examples below, it was also found that the human PE of the present disclosure and the sustained release / human PE composition of the present disclosure have an anti-inflammatory effect on surrounding cells and tissues. Thus, the compositions of the present disclosure also include anti-inflammatory compositions comprising the human PE or sustained release / human PE compositions of the present disclosure. The methods of the present disclosure are methods (eg, reduce, alleviate, offset) of treating inflammation of a subject or subject tissue by exposing the subject or tissue to a human PE or sustained release human / PE composition of the present disclosure. And prevent).

本開示の試験および方法に関するさらなる詳細は、下記の実施例に示す。下記の具体的な例は、説明のみとして解釈され、残りの開示を決して限定しない。さらなる詳細を述べなくとも、本明細書の記載に基づいて、当業者は本開示をその最大限の範囲で利用できると考えられる。本明細書において引用する全ての刊行物は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれている。   Further details regarding the tests and methods of the present disclosure are provided in the examples below. The specific examples below are to be construed as illustrative only and in no way limit the remaining disclosure. Based on the description herein, one of ordinary skill in the art would be able to utilize the present disclosure to its fullest extent, without further elaboration. All publications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.

本開示の実施形態、特に任意の「好ましい」実施形態は、本開示の原理を明確に理解するためにのみ述べられた、実施についての単に可能な例である。本開示の趣旨および原理から実質的に逸脱することなく、多くの改変および修飾を本開示の上記の実施形態に対して施すことができる。そのような修飾および改変は全て、本明細書において本開示の範囲内に含まれ、下記の実施形態により保護されることを意図する。   The embodiments of the present disclosure, particularly any “preferred” embodiments, are merely possible examples of implementations set forth only for a clear understanding of the principles of the present disclosure. Many alterations and modifications may be made to the above-described embodiments of the present disclosure without substantially departing from the spirit and principles of the present disclosure. All such modifications and variations are intended to be included herein within the scope of this disclosure and protected by the following embodiments.

以下の例は、本明細書に開示する方法をどのようにして行い、組成物および化合物をどのようにして使用するかの完全な開示および説明を当業者に提供するために提供される。数値(例えば量、温度など)に関して正確性を確実にするように努力したが、いくらかの誤差および偏差が考えられる。そうでないと示さない限り、部は重量部であり、温度は℃であり、圧力は大気圧付近である。標準温度および圧力は、20℃および1気圧と定義される。   The following examples are provided to provide those skilled in the art with a complete disclosure and description of how to perform the methods disclosed herein and how to use the compositions and compounds. Efforts have been made to ensure accuracy with respect to numbers (eg, amounts, temperature, etc.) but some errors and deviations are possible. Unless indicated otherwise, parts are parts by weight, temperature is in degrees Centigrade, and pressure is near atmospheric. Standard temperature and pressure are defined as 20 ° C. and 1 atmosphere.

比率、濃度、量およびその他の数値データは、本明細書において範囲のフォーマットで表現することがあることに注意されたい。このような範囲のフォーマットは、簡便さおよび簡潔さのために用いられるので、範囲の限界として明示的に記載する数値だけでなく、それぞれの数値および副次範囲が明示的に記載されているかの如く、その範囲内に含まれる全ての個別の数値または副次範囲も含まれるような様式で柔軟に解釈されるべきであると理解されたい。例えば、「約0.1%〜約5%」の濃度範囲は、約0.1wt%〜約5wt%の明示的に記載する濃度だけでなく、示した範囲内の個別の濃度(例えば1%、2%、3%および4%)および副次範囲(例えば0.5%、1.1%、2.2%、3.3%および4.4%)も含むように解釈されるべきである。ある実施形態では、用語「約」は、数値の有効数字による伝統的な四捨五入を含み得る。   Note that ratios, concentrations, amounts and other numerical data may be expressed herein in a range format. Such a range format is used for simplicity and brevity, so whether each number and subrange is explicitly stated, as well as the number explicitly stated as a range limit. Thus, it should be understood that it should be construed flexibly in a manner that includes all individual numerical values or subranges within that range. For example, a concentration range of “about 0.1% to about 5%” includes not only explicitly stated concentrations of about 0.1 wt% to about 5 wt%, but also individual concentrations within the indicated range (eg, 1% 2%, 3% and 4%) and subranges (eg 0.5%, 1.1%, 2.2%, 3.3% and 4.4%) should also be construed is there. In certain embodiments, the term “about” may include traditional rounding with numeric significant digits.

本開示の実施形態を全般的にここまで記載してきたが、以下の実施例は、本開示のいくつかのさらなる実施形態を示す。本開示の実施形態を以下の例ならびに対応する文章および図との関連で記載するが、この記載に本開示の実施形態を限定する意図はない。それどころか、本開示の実施形態の趣旨および範囲に含まれる全ての代替物、修飾および均等物をカバーすることを意図する。   While embodiments of the present disclosure have been generally described so far, the following examples illustrate some further embodiments of the present disclosure. Embodiments of the present disclosure are described in the context of the following examples and corresponding text and figures, which are not intended to limit the embodiments of the present disclosure to this description. On the contrary, it is intended to cover all alternatives, modifications and equivalents included within the spirit and scope of the embodiments of the present disclosure.

(実施例1)
胎盤由来抽出物を用いるex vivo由来生体スキャフォールドにおける血管新生の誘導および調節
序説
本実施例は、複雑なヒト胎盤抽出物(PE)を用いて血管形成を誘導する方法について記載する。PEは、ヒト胎盤に由来し、2Dおよび3D in vitroモデルにおいて、ならびに生物工学的に操作された組織インプラント内でin vivoにおいて、血管新生を誘導できる。本実施例は、胎盤抽出物を用いて、現在のin vitroモデルと比べて増加した感度で、トロンボスポンジン−1を血管新生阻害タンパク質として陽性スクリーニングすることについても記載する。特に、このモデルは、血管新生の速度および種類(陥入対出芽)について調節することを可能にし、従来のアプローチに優る多くの利点ならびに再生医療および医薬の分野における広い応用を示す。
Example 1
Induction and regulation of angiogenesis in ex vivo derived biological scaffolds using placenta-derived extracts This example describes a method of inducing angiogenesis using complex human placenta extracts (PE). PE is derived from human placenta and can induce angiogenesis in 2D and 3D in vitro models and in vivo within bioengineered tissue implants. This example also describes the positive screening of thrombospondin-1 as an anti-angiogenic protein using placenta extract with increased sensitivity compared to current in vitro models. In particular, this model makes it possible to adjust for the rate and type of angiogenesis (invagination vs. budding), and shows many advantages over conventional approaches and broad application in the fields of regenerative medicine and medicine.

組織内での物質移動の制限は、効果的な生体材料を生成する上での難題となっている。この難題を一時的に克服してヒト生体スキャフォールド内で細胞遊走が改善できたとしても、効果的な脈管構造の創出は、厚く細胞が密に詰まった材料に長期にわたって栄養素を送達するための根本的な目標として残っている。成体では、新しい血管は、血管新生の生理的プロセスにより主に生成され47、該プロセスは、最終的に、栄養素豊富な血管ネットワークの形成を導く。本実施例は、ヒト臍帯静脈(HUV)血管グラフトにおいて血管新生を誘導でき、血管新生が長期の栄養素送達系をもたらすことを証明する。 Limiting mass transfer within tissues is a challenge in producing effective biomaterials. Even if this challenge can be temporarily overcome to improve cell migration within the human bioscaffold, the creation of effective vasculature will deliver nutrients over time to thick, densely packed materials Remains a fundamental goal. In adults, new blood vessels are created primarily by the physiological process of angiogenesis 47 , which ultimately leads to the formation of nutrient-rich vascular networks. This example demonstrates that angiogenesis can be induced in human umbilical vein (HUV) vascular grafts and that angiogenesis provides a long-term nutrient delivery system.

工学的に操作された器官への血管形成の成功、および血管新生調節物質による梗塞組織のin vivo修復は、再生医療による治療を臨床にうまく持って行く上での主な難題である。血管新生を開始させ、より大型の血管形成を駆動するために、直接細胞播種(単独および共培養)、幹細胞およびヒト由来調節物質/増殖因子の組み合わせを含む、様々な異なるアプローチがとられている。現在までに、非ヒト動物化合物を典型的に用いるこれらのin vitroアプローチは、臨床まで持って行くことがほとんどできていない。   Successful angiogenesis in engineered organs and in vivo repair of infarcted tissue with angiogenesis regulators are major challenges in bringing regenerative medicine treatment to the clinic. A variety of different approaches have been taken to initiate angiogenesis and drive larger angiogenesis, including direct cell seeding (alone and co-culture), stem cells and human-derived modulator / growth factor combinations . To date, these in vitro approaches that typically use non-human animal compounds have hardly been brought to clinical practice.

この分野における重要な問題は、最も人気があり成功しているアプローチ(Matrigelまたは基底膜マトリクス)がエンジェルブレス−ホーム−スワーンマウス肉腫細胞に由来し、よって、ヒト治療のためには不適切であることである。よって、ヒトベースの材料(in vitroおよびin vivo系の両方で血管形成を能動的に促進するもの)を用いるアプローチまたは機序は、著しい影響力を有すると考えられる。本実施例は、2Dおよび3D in vitroモデルにおいて、ならびに生物工学的に操作された組織インプラント内でin vivoにおいて血管新生を誘導できる、ヒト胎盤抽出物(hPE)を提供する。PEは、活性ヒト生体分子の複合体であり、本実施例は、ex vivo由来ヒト臍帯静脈血管グラフトにおいてin vivoおよびin vitro血管新生を誘導することに加えて、このモデルが血管新生の速度および段階を調節できることを証明する。本実施例はまた、成分添加したコラーゲンベースの生体スキャフォールドを用いて、PEが毛細血管形成を増強するとともに、線維化も低減することを証明する。   An important issue in this area is that the most popular and successful approach (Matrigel or basement membrane matrix) is derived from Angel Breath-Home-Swan mouse sarcoma cells and is therefore unsuitable for human therapy It is. Thus, approaches or mechanisms using human-based materials (those that actively promote angiogenesis in both in vitro and in vivo systems) are considered to have significant impact. This example provides human placenta extract (hPE) that can induce angiogenesis in 2D and 3D in vitro models and in vivo in engineered tissue implants. PE is a complex of active human biomolecules, and this example shows that in addition to inducing in vivo and in vitro angiogenesis in ex vivo derived human umbilical vein vascular grafts, this model Prove that you can adjust the stage. This example also demonstrates that PE enhances capillary formation and reduces fibrosis using a collagen-based bioscaffold with added ingredients.

方法
胎盤抽出物の導出。満期胎盤を、UF Health Shands Hospital(Gainesville、FL)から出産の12時間以内に収集した。臍帯および胎膜を取り除き、胎盤を2cmの立方体に切開して凍結した。−1℃/分の速度にて−86℃までの累進凍結の12時間後に、胎盤の立方体を4℃に維持された低温室に運んで、ここで残りの手順を完了した。一旦4℃にすると、100グラムの組織を150mLの3.4M冷NaCl緩衝液(1Lの蒸留水中に198.5g NaCl、12.5ml 2Mトリス、1.5g EDTAおよび0.25g NEM)と混合した。NaCl緩衝液/組織ミックスを、Tissuetekホモジナイザーを3200RPMにて用いてペーストに均質化し、次いで7000RPMで15分間遠心分離し、上清から分けた。このNaCl洗浄プロセスをさらに2回反復し、そのたびに上清を捨てて血液を取り除いた。
Method Derivation of placenta extract. Full-term placenta was collected within 12 hours of delivery from UF Health Hands Hospital (Gainsville, FL). The umbilical cord and fetal membrane were removed and the placenta was dissected into a 2 cm cube and frozen. After 12 hours of progressive freezing to -86 ° C at a rate of -1 ° C / min, the placenta cubes were transferred to a cold room maintained at 4 ° C where the remaining procedures were completed. Once at 4 ° C., 100 grams of tissue was mixed with 150 mL of 3.4 M cold NaCl buffer (198.5 g NaCl, 12.5 ml 2 M Tris, 1.5 g EDTA and 0.25 g NEM in 1 L distilled water). . The NaCl buffer / tissue mix was homogenized to paste using a Tissuetek homogenizer at 3200 RPM, then centrifuged at 7000 RPM for 15 minutes and separated from the supernatant. This NaCl wash process was repeated two more times, with each supernatant being discarded and blood removed.

次に、100mLの4M尿素緩衝液(1Lの蒸留水中に240g尿素、6gトリスベースおよび9g NaCl)中でペレットを均質化し、磁気撹拌プレート上で24時間撹拌し、次いで14000RPMにて20分間遠心分離した(Sorvall RC6+遠心分離機、Thermo Scientific、NC、USA)。上清を取り除き、1LのTBS(1Lの蒸留水中に6gトリスベースおよび9g NaCl)および滅菌のための2.5mlのクロロホルムの中に入れた8000MW透析チューブ(Spectrum Laboratories,Inc.、CA、USA)を用いて透析した。緩衝液を、それぞれ2時間の間隔で新しいTBSにさらに4回交換した。最後に、透析チューブの内容物を3000RPMで15分間(Allegra X−12R遠心分離機、Beckman Coulter,Inc.、CA、USA)遠心分離して、重合したタンパク質を取り除き、上清(ピンク色の粘性溶解液)を回収して、使用時まで−86℃にて貯蔵した。   The pellet is then homogenized in 100 mL of 4 M urea buffer (240 g urea, 6 g Tris base and 9 g NaCl in 1 L distilled water), stirred on a magnetic stir plate for 24 hours and then centrifuged at 14000 RPM for 20 minutes. (Sorvall RC6 + centrifuge, Thermo Scientific, NC, USA). The supernatant was removed and an 8000 MW dialysis tube (Spectrum Laboratories, Inc., CA, USA) in 1 L TBS (6 g Tris base and 9 g NaCl in 1 L distilled water) and 2.5 ml chloroform for sterilization. Dialyzed with The buffer was exchanged four more times with fresh TBS, each 2 hours apart. Finally, the contents of the dialysis tube are centrifuged at 3000 RPM for 15 minutes (Allegra X-12R centrifuge, Beckman Coulter, Inc., CA, USA) to remove polymerized protein and the supernatant (pink viscosity) The solution was collected and stored at -86 ° C until use.

生体分子組成分析。相対的なサイトカインレベルを、RayBiotech,Inc.からのサンドイッチイムノアッセイアレイ(ヒトサイトカイン抗体アレイCシリーズ1000、Inc、GA、USA)を用いて決定した。Foto/Analyst Luminaryfxワークステーション(Fotodyne Incorporated、WI、USA)を用いて化学発光を検出し、TotalLab 100ソフトウェア(Nonlinear Dynamics,Ltd、UK)を用いてシグナル強度を測定した。基底膜生体分子の相対的存在量は、Orbitrap Velos Pro(ThermoFisher、Waltham、MA)と接続したWaters NanoAcquity HPEC(Waters、Milford、MA)システムを用いるナノLC/MS/MSを用いて、MSBioworks(Ann Arbor、MI)により行った。タンパク質は、Mascotデータベース検索エンジン(Boston、MA)を用いて一次配列データベースから同定した。   Biomolecular composition analysis. Relative cytokine levels were measured using RayBiotech, Inc. From a sandwich immunoassay array (human cytokine antibody array C series 1000, Inc, GA, USA). Chemoluminescence was detected using a Photo / Analyst Luminaryfx workstation (Fotodyne Incorporated, WI, USA) and signal intensity was measured using TotalLab 100 software (Nonlinear Dynamics, Ltd, UK). Relative abundance of basement membrane biomolecules was determined using MS Bioworks (Nano LC / MS / MS using a Waters NanoAcquisition HPEC (Waters, Milford, Mass.) System coupled with Orbitrap Velos Pro (ThermoFisher, Waltham, Mass.). Arbor, MI). Proteins were identified from the primary sequence database using the Mascot database search engine (Boston, Mass.).

hPL誘導血管新生ネットワークからの細胞のRT−PCR分析。相対的血管新生遺伝子発現を、384ウェルRTヒト血管新生RTProfiler PCRアレイ(PAHS−024A、Quiagen、CA、USA)を用いて決定した。Accutase(Innovative Cell Technologies、San Diego、CA)を用いて培養プレートからECを剥離し、100μlのRNAlater中で直ちに貯蔵した。RNeasyミニキット(Qiagen、CA、USA)を用いてRNAを抽出し、RNアーゼフリーDNアーゼキット(Quiagen、CA、USA)を用いてゲノムDNAを消化した。42℃にて15分のインキュベーションでRT第一鎖キット(SA Biosciences、TX、USA)を用いて、精製RNAをcDNAに逆転写し、その後の95℃にて5分のインキュベーションにより反応を停止した。次いで、cDNAをRT SYBRグリーンマスターミックス(SA Biosciences、TX、USA)と混合し、384ウェルヒト血管新生PCRアレイにロードした。Bio Rad CFX384リアルタイムシステム(Bio−Rad、CA、USA)を用いて、ロードしたアレイプレートは、95℃にて10分の変性サイクル、40サイクルの60℃にて30秒のアニーリング/伸長サイクルを経て、最後に、60℃から95℃まで1秒あたり℃の速度の温度上昇で融解曲線を得た。データは、ΔΔCt法およびRTProfiler PCRアレイデータ分析テンプレートv4.0ソフトウェアパッケージ(Quiagen、CA、USA)を用いて分析した。 RT-PCR analysis of cells from hPL-induced angiogenesis network. Relative angiogenic gene expression was determined using a 384 well RT 2 human angiogenic RT 2 Profiler PCR array (PAHS-024A, Qiagen, CA, USA). ECs were detached from the culture plate using Accutase (Innovative Cell Technologies, San Diego, Calif.) And stored immediately in 100 μl RNAlater. RNA was extracted using the RNeasy mini kit (Qiagen, CA, USA), and genomic DNA was digested using the RNase-free DNase kit (Qiagen, CA, USA). Purified RNA was reverse transcribed into cDNA using RT 2 first strand kit (SA Biosciences, TX, USA) with incubation at 42 ° C for 15 minutes and then the reaction was stopped by incubation at 95 ° C for 5 minutes. . The cDNA was then mixed with RT 2 SYBR green master mix (SA Biosciences, TX, USA) and loaded onto a 384 well human angiogenic PCR array. Using the Bio Rad CFX384 real-time system (Bio-Rad, CA, USA), the loaded array plate was subjected to a 10 minute denaturation cycle at 95 ° C and an annealing / extension cycle of 30 seconds at 40 ° C for 60 minutes Finally, a melting curve was obtained with a temperature increase from 60 ° C. to 95 ° C. at a rate of 0 ° C. per second. Data were analyzed using the ΔΔCt method and the RT 2 Profiler PCR array data analysis template v4.0 software package (Quiagen, CA, USA).

ヒト臍帯静脈内皮細胞単離および筋線維芽細胞培養。内皮細胞は、リン酸緩衝生理食塩水(Gibco、Invitrogen、NY、USA)中のウシI型コラゲナーゼの1mg/ml溶液を用いて血管壁から剥離することにより、ヒト臍帯静脈(UF Health Shands Hospital、Gainesville、FLから収集)から導出した。全ての実験において、最初に導出したヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を1〜3回の間の継代で用いた。増殖のためには、コンプリートVascuLife基礎培地(VascuLife VEGF培地コンプリートキット、Lifeline、MD、USA)を用いて細胞を培養した。血管新生実験のためには、VascuLife基礎培地を、25mlのグルタミン、0.5mlのヒドロコルチゾン、0.5mlのアスコルビン酸、10mlのFBSおよび1.25μlのbFGFとともに500mLの(VascuLife VEGF培地コンプリートキット、Lifeline、MD、USA)として、内皮細胞培地を調製した。ヒト筋線維芽細胞(CRL2854)は5〜10回の間の継代で用い(ATCC、Manasses、VA)、10%FBS補充低グルコースDMEMを用いて培養した。   Human umbilical vein endothelial cell isolation and myofibroblast culture. Endothelial cells are detached from the vessel wall using a 1 mg / ml solution of bovine type I collagenase in phosphate buffered saline (Gibco, Invitrogen, NY, USA), thereby allowing human umbilical vein (UF Health Hands Hospital, (Collected from Gainsville, FL). In all experiments, the first derived human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) were used between passages 1-3. For growth, cells were cultured using complete VasukuLife basal medium (VascuLife VEGF Medium Complete Kit, Lifeline, MD, USA). For angiogenesis experiments, VascuLife basal medium was mixed with 500 mL (VascueLife VEGF Medium Complete Kit, Lifeline with 25 ml glutamine, 0.5 ml hydrocortisone, 0.5 ml ascorbic acid, 10 ml FBS and 1.25 μl bFGF. , MD, USA), an endothelial cell medium was prepared. Human myofibroblasts (CRL 2854) were used between passages 5-10 (ATCC, Manassas, VA) and cultured with low glucose DMEM supplemented with 10% FBS.

胎盤抽出物由来血管新生アッセイの調製。そうでないと記載しない限り、32μlの胎盤抽出物を融解し、96ウェルプレートの各ウェルにピペットで入れた。軌道振とう器を30RPMにて1分間用いて各ウェルの底を抽出物で均一にコーティングした。コーティングしたプレートを、次いで、37℃にて30分間インキュベートした。次いで、20,000細胞/cm、40,000細胞/cmまたは80,000細胞/cmにて直接ピペットで入れることによりHUVECを植えた。各濃度にて、第1日、第3日および第5日を含む複数の時点で調査した。内皮細胞培地で希釈した0、5、10、20および35μg/μLの最終濃度を用いて、トロンボスポンジン−1を血管新生阻害薬として試験した。 Preparation of placental extract-derived angiogenesis assay. Unless otherwise stated, 32 μl of placental extract was thawed and pipetted into each well of a 96 well plate. The bottom of each well was uniformly coated with the extract using an orbital shaker at 30 RPM for 1 minute. The coated plate was then incubated for 30 minutes at 37 ° C. The HUVECs were then planted by pipetting directly at 20,000 cells / cm 2 , 40,000 cells / cm 2 or 80,000 cells / cm 2 . Each concentration was investigated at multiple time points including Day 1, Day 3, and Day 5. Thrombospondin-1 was tested as an angiogenesis inhibitor using final concentrations of 0, 5, 10, 20, and 35 μg / μL diluted in endothelial cell medium.

血管新生ネットワークの形態学的特徴付け。内皮細胞培養培地と共に2μg/mLの濃度としたカルセインAM(Invitrogen−Life Technologies、NY、USA)で染色した後に、ネットワーク形成を分析した。暗室にて、染色した細胞を37℃、5%COにて30分間インキュベートし、次いで、Zeiss Axiovert 200倒立蛍光顕微鏡(Zeiss、Thornwood、NY)を用いて画像を撮影した。画像を分析し、ImageJ 1.45s(NIH、Bethesda、MD)を用いて、細管長、細管幅、分岐点およびその他の網目特徴を決定した。分岐点は、分岐が合流するか細管が出芽する全ての節の位置として手動で割り当て、細管長は、分岐点から接続分岐点までの曲線長を決定することにより評価した。細管幅測定は、細管あたり3つの異なる地帯、すなわち始点および終点からそれぞれ10μmの2つの地帯ならびに曲線長の中央の1つの地帯において行った。パーセントカバー面積は、imageJ機能の「binary>>convert to mask」を用いた後に「mean」の測定を行って画像を処理することにより決定した。TSP−1実験では、最終の値を、成分添加なし試料に対して標準化し、ピクセル値の合計カウントに対する「1」値のパーセンテージとして算出し、「%カバー面積」として得た。 Morphological characterization of angiogenic networks. Network formation was analyzed after staining with calcein AM (Invitrogen-Life Technologies, NY, USA) at a concentration of 2 μg / mL with endothelial cell culture medium. Stained cells were incubated for 30 minutes at 37 ° C., 5% CO 2 in the dark, and then images were taken using a Zeiss Axiovert 200 inverted fluorescence microscope (Zeiss, Thornwood, NY). Images were analyzed and tubule length, tubule width, branch point and other network features were determined using ImageJ 1.45s (NIH, Bethesda, MD). The branch points were manually assigned as the positions of all nodes where the branches merge or the tubules emerge, and the capillary length was evaluated by determining the curve length from the branch point to the connection branch point. Capillary width measurements were taken in three different zones per capillary, two zones 10 μm each from the start and end points and one zone in the middle of the curve length. The percent coverage area was determined by processing the image with a “mean” measurement after using the “binary >> convert to mask” of the imageJ function. In the TSP-1 experiment, the final value was normalized to the sample without component addition and calculated as a percentage of the “1” value relative to the total count of pixel values and was obtained as “% cover area”.

形態の走査型電子顕微鏡検査分析のために、ガラススライド上で成長した微小血管ネットワークを2.5%グルタルアルデヒド中で固定し、PBSで洗浄し、1%四酸化オスミウム溶液で固定し、25%、50%、75%、85%、95%および3×100%エタノール溶液で累進的に脱水した。次いで試料を臨界点乾燥し、金/パラジウムでコーティングし、Hitachi S−4000 FE−SEMを用いて画像化した。   For scanning electron microscopy analysis of morphology, microvascular networks grown on glass slides were fixed in 2.5% glutaraldehyde, washed with PBS, fixed with 1% osmium tetroxide solution, 25% Progressively dehydrated with 50%, 75%, 85%, 95% and 3 × 100% ethanol solutions. The sample was then critical point dried, coated with gold / palladium and imaged using a Hitachi S-4000 FE-SEM.

ヒト臍帯静脈スキャフォールドの導出および胎盤抽出物インキュベーション。胎盤をUF Health Shands HospitalFlorida(Gainesville、FL)から収集し、以前に記載された32自動化法を用いてHUVを切開した。溶媒/組織塊20:1(w:v)にて1%SDS(Thermo Scientific、Rockford、IL)溶液中で、切開したHUV試料を脱細胞化した。軌道振とう器プレート上で100rpmにて24時間試料を脱細胞化し、次いでPBSですすいだ後に、PBS中の70U/mL DNアーゼI溶液(Sigma−Aldrich、St.Louis、MO)中で37℃にて一晩インキュベートした。試料は、0.2%過酢酸/4%エタノール(Sigma−Aldrich、St.Louis、MO)溶液を用いて2時間、最終滅菌し、最後にPBSを用いてpHを均衡化した(7.4)。脱細胞化の後に、スキャフォールドを1.5cm×1.5cm×0.075cmのシートに切断し、−85℃に予備凍結し、次いで、−85℃にて10mT真空下で24時間、Millrock卓上マニホルド凍結乾燥機(Kingston、NY)を用いて凍結乾燥した。細胞播種の直前に、スキャフォールドをhPE、MatrigelまたはPBS(対照)に2時間浸し、そして播種した。 Derivation of human umbilical vein scaffold and incubation of placenta extract. Placenta were collected from UF Health Hands Hospital Florida (Gainsville, FL) and HUVs were dissected using the 32 automated method described previously. The dissected HUV sample was decellularized in 1% SDS (Thermo Scientific, Rockford, IL) solution in solvent / tissue mass 20: 1 (w: v). Samples were decellularized on an orbital shaker plate at 100 rpm for 24 hours and then rinsed with PBS, followed by 37 ° C. in 70 U / mL DNase I solution (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) in PBS. Incubate overnight at Samples were terminally sterilized with 0.2% peracetic acid / 4% ethanol (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) solution for 2 hours and finally pH balanced with PBS (7.4). ). After decellularization, the scaffold was cut into 1.5 cm × 1.5 cm × 0.075 cm sheets, pre-frozen to −85 ° C., and then milllock tabletop at −85 ° C. under 10 mT vacuum for 24 hours. Lyophilized using a manifold lyophilizer (Kingston, NY). Immediately prior to cell seeding, the scaffolds were soaked in hPE, Matrigel or PBS (control) for 2 hours and seeded.

動物インプラント再血管形成研究。雄のSprague−Dawleyラット(6ヶ月齢、200g)をCharles River Laboratories(Wilmington、MA、USA)から購入し、全ての手順はUniversity of Florida IACUC(UF#201207728)により承認された。最終滅菌したHUVスキャフォールドを、生物学的フード内で、それぞれ5mLのhPE、MATRIGELまたはPBS(対照)中で、2時間インキュベートした。動物にイソフラン吸入を用いて麻酔をかけ、はさみを用いて鈍麻調製(blunt preparation)により皮下ポケットを背中の左および右側に創出した。各皮下ポケットに1つのスキャフォールドを挿入し、4−0縫合糸(Coviden、Mansfield、MA)を用いて皮膚を縫合した。移植5日後に、動物を安楽死させ、分析のために試料を取り出した。   Animal implant revascularization study. Male Sprague-Dawley rats (6 months old, 200 g) were purchased from Charles River Laboratories (Wilmington, Mass., USA) and all procedures were approved by the University of Florida IACUC (UF # 201207728). The terminally sterilized HUV scaffold was incubated in a biological hood for 2 hours in 5 mL hPE, MATRIGEL or PBS (control), respectively. The animals were anesthetized using isoflurane inhalation and subcutaneous pockets were created on the left and right side of the back by blunt preparation using scissors. One scaffold was inserted into each subcutaneous pocket and the skin was sutured using 4-0 sutures (Coviden, Mansfield, MA). Five days after transplantation, animals were euthanized and samples were removed for analysis.

毛細血管ネットワーク形成を分析するために、動物から取り出した直後に、メスを用いて線維化莢膜を切開し、HUV試料をガラススライド上に置いた。半透明スキャフォールドシートの全体の画像を、Axiocam HRmデジタルカメラ(Zeiss、Oberkochen、Germany)を備えるImager M2光学顕微鏡(Zeiss、Oberkochen、Germany)を用いて撮影した。細胞移動およびスキャフォールドリモデリングを定量するために、組織試料をNeg−50凍結切片媒体に包埋し、7μmの切片に切断し(Microm HM550低温保持装置、Thermo Scientific、Waltham、MA)、標準的なヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)染色(Richard−Alan Scientific、Kalamazoo、MI)を用いて染色した。   To analyze capillary network formation, immediately after removal from the animal, the fibrotic capsule was dissected with a scalpel and the HUV sample was placed on a glass slide. The entire image of the translucent scaffold sheet was taken using an Imager M2 optical microscope (Zeiss, Oberkochen, Germany) equipped with an Axiocam HRm digital camera (Zeiss, Oberkochen, Germany). To quantify cell migration and scaffold modeling, tissue samples were embedded in Neg-50 cryosection media and cut into 7 μm sections (Microm HM550 cryostat, Thermo Scientific, Waltham, Mass.), Standard Hematoxylin and eosin (H & E) staining (Richard-Alan Scientific, Kalamazoo, MI).

統計。結果は、平均±標準偏差として報告する。SPSS(IBM、Somers、NY)を用いて線形回帰を行った。Rt−PCRデータは、RT Profiler PCRアレイデータ分析ソフトウェアv3.2(SABiosciences、Valencia、CA)を用いて分析した。 statistics. Results are reported as mean ± standard deviation. Linear regression was performed using SPSS (IBM, Somers, NY). Rt-PCR data was analyzed using RT 2 Profiler PCR array data analysis software v3.2 (SABiosciences, Valencia, CA).

灌流バイオリアクタ培養およびHUV生体スキャフォールドにおける血管新生誘導。細胞播種済み管状構築物を、60パルス/分にて4mL/分の管腔流速を用いて二重灌流バイオリアクタ(図7)で5日間培養した。培地の流れが一様かつ層流であり、血管が非弾性で円筒形であり、直線状であるとの仮定の下でHaagen−Poisseuille等式を用いて血管壁上のせん断応力を算出した:134
(式中、Qは、平均体積流量であり、μは、37℃での水の動粘度(0.000692kg/(ms)と等しい)134。各パルス中にせん断応力は0dynes/cmから0.04dynes/cmまで回帰した。環境は、37℃および5%COの標準的細胞培養条件の下に維持した。系内圧力は、反管腔側および管腔側の両方の流れ回路において無視できるレベル(<2mmHg)に維持し、スキャフォールドに渡って圧力勾配が存在しないようにした。バイオリアクタ中の培養培地は2日ごとに補給した。灌流培養5日後に、組織学的分析のために10cm長の管状スキャフォールドを小環に切開した。
Angiogenesis induction in perfusion bioreactor cultures and HUV bioscaffolds. Cell-seeded tubular constructs were cultured for 5 days in a double perfusion bioreactor (FIG. 7) using a lumen flow rate of 4 mL / min at 60 pulses / min. Shear stress on the vessel wall was calculated using the Haagen-Poisseille equation under the assumption that the medium flow was uniform and laminar, the vessel was inelastic, cylindrical, and linear: 134
(Where Q is the average volume flow rate and μ is the kinematic viscosity of water at 37 ° C. (equal to 0.000692 kg / (m * s)) 134. Shear stress is 0 dynes / cm 2 during each pulse From 0.02 dynes / cm 2 The environment was maintained under standard cell culture conditions of 37 ° C. and 5% CO 2. Intrasystem pressures flowed both on the abluminal side and on the luminal side A negligible level (<2 mmHg) was maintained in the circuit so that there was no pressure gradient across the scaffold.The culture medium in the bioreactor was replenished every 2 days. A 10 cm long tubular scaffold was dissected into the annulus for analysis.

結果
ヒト胎盤抽出物の導出および特徴付け
最初の機械的ホモジェナイゼーション(均質化)および遠心分離の後に、本hPE導出法は、尿素ステップを利用して分子を直線化して可溶化した。この後に透析分離を行って尿素を取り除き、生体分子をその元の立体構造にリフォールディングさせた(図1A)。この導出の全てのステップは、4℃の低温室で行った。PEの最終溶液は透明、高粘性であり、8kDから868kDの間の生体分子で構成された。
Results Derivation and Characterization of Human Placenta Extract After initial mechanical homogenization and centrifugation, the hPE derivation method utilized a urea step to linearize and solubilize the molecules. This was followed by dialysis separation to remove urea and refold the biomolecule to its original conformation (FIG. 1A). All steps in this derivation were performed in a cold room at 4 ° C. The final solution of PE was clear and highly viscous and consisted of biomolecules between 8 kD and 868 kD.

hPEは、生体材料を浸すために用いるか、または組織培養アッセイのための薄膜にすることができた。hPEの再現性は、n 1/4 3バッチのhPE(各バッチは、3名の別々のドナーからの等質量の組織を用いて創出した)中の全タンパク質含量の標準偏差の分析により評価し、Matrigel(登録商標)と類似の再現性およびタンパク質含量を有することが示された。走査型電子顕微鏡検査の画像は、hPEの表面形態(図1B〜1C)およびHUVECを4×10細胞/cmにてhPE薄膜上に播種し3日間培養した場合の血管新生ネットワーク形成(図1D〜1E)を示す。 hPE could be used to soak biomaterials or could be a thin film for tissue culture assays. The reproducibility of hPE was assessed by analysis of standard deviations of total protein content in n 1/4 3 batches of hPE (each batch created with equal mass of tissue from 3 separate donors). , Have been shown to have similar reproducibility and protein content as Matrigel®. Scanning electron microscopy images show hPE surface morphology (FIGS. 1B-1C) and angiogenic network formation when HUVECs are seeded on hPE thin films at 4 × 10 4 cells / cm 2 and cultured for 3 days (FIG. 1D-1E).

ヒト胎盤抽出物(hPE)の血管新生能力は、hPEでコーティングした組織培養プレート(TCP)上に初代ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を播種することにより最初に特徴付けた。早期段階の細胞索条形成および出芽は、細胞播種から1時間以内に目視可能であり(データは示さず)、血管新生ネットワークは、3dの実験終了まで成熟し続けた(図1F〜1G)。個別の細胞索条(多細胞)の長さは、播種第1日(図1H)から第3日(図1I)まで著しく増加した。培養3日後に、細胞は、対照試料と比べて広範な血管新生ネットワークを形成した(図1J、1K)。   The angiogenic ability of human placenta extract (hPE) was first characterized by seeding primary human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) on tissue culture plates (TCP) coated with hPE. Early stage cell streaking and budding were visible within 1 hour of cell seeding (data not shown) and the angiogenic network continued to mature until the end of the 3d experiment (FIGS. 1F-1G). The length of individual cell cords (multicellular) increased significantly from seeding day 1 (FIG. 1H) to day 3 (FIG. 1I). After 3 days in culture, the cells formed an extensive angiogenic network compared to the control sample (FIGS. 1J, 1K).

胎盤抽出物の生体分子の特徴付け
評価した120のサイトカインのうち、54の血管新生関連サイトカインが胎盤溶解液中で検出された(図2A)。最も多く見られる血管新生関連ケモカインはアンジオゲニンであったが、これは、新血管形成の強力な刺激物質である16。それらに限定されないが、肝細胞増殖因子(HGF)、線維芽細胞増殖因子−4(FGF4)、レプチン(LEP)、ICAM−1、ICAM−2およびTIMP−2を含む著しい血管新生促進性ケモカインも検出された。LC−MS/MSは、アネキシン(ANXA1、ANXA2、ANXA4およびANXA5)、好中球デフェンシン(DEFA1)、インターロイキンエンハンサー結合因子(ILF2およびILF3)、IL27、ITBG1およびMRC1を含む免疫関連タンパク質の存在を示した(図2B)。ラミニン(LAMA2、LAMA4、LAMA5、LAMB1、LAMB2、LAMB3およびLAMC1)、フィブロネクチン(FN1)、ヘパリン硫酸(HSPG2)および4型コラーゲン(COL4A1、COL4A2およびCOL4A3)を含む血管新生関連基底膜(BM)タンパク質もLC−MS/MSを用いて検出され(図2C)、これらはそれぞれ血管新生において鍵となる役割を演じることが示されている17〜20
Biomolecular characterization of placental extract Of the 120 cytokines evaluated, 54 angiogenesis-related cytokines were detected in placental lysate (FIG. 2A). The most common angiogenesis-related chemokine was angiogenin, which is a potent stimulator of neovascularization 16 . There are also significant pro-angiogenic chemokines including, but not limited to, hepatocyte growth factor (HGF), fibroblast growth factor-4 (FGF4), leptin (LEP), ICAM-1, ICAM-2 and TIMP-2. was detected. LC-MS / MS confirms the presence of immune related proteins including annexins (ANXA1, ANXA2, ANXA4 and ANXA5), neutrophil defensins (DEFA1), interleukin enhancer binding factors (ILF2 and ILF3), IL27, ITBG1 and MRC1. Shown (FIG. 2B). Also angiogenesis-related basement membrane (BM) proteins including laminin (LAMA2, LAMA4, LAMA5, LAMB1, LAMB2, LAMB3 and LAMC1), fibronectin (FN1), heparin sulfate (HSPG2) and type 4 collagen (COL4A1, COL4A2 and COL4A3) Detected using LC-MS / MS (Figure 2C), each of which has been shown to play a key role in angiogenesis 17-20 .

hPEにより誘導された血管新生ネットワーク内の内皮細胞遺伝子発現
ケモカイン分析とともに、HUVEC遺伝子分析は、胎盤抽出物の血管新生性の性質をさらに支持した。RT−PCR分析は、hPE上に3d播種した内皮細胞が、肝細胞増殖因子、上皮増殖因子および胎盤増殖因子を含む広範な必須の血管新生促進性遺伝子を発現したことを示した(図2D)。さらなる上方制御された遺伝子は、MMP2およびMMP9を含んだが、これらは、内皮細胞およびECMリモデリングに関連するその他の細胞の移動を促進させるために周囲の細胞外マトリクスの分解を助けるタンパク質分解酵素である21。IV型コラーゲンも上方制御されたが、これは、成熟中の微小血管系における基底膜の形成と関連する22
Endothelial cell gene expression within an angiogenic network induced by hPE Along with chemokine analysis, HUVEC gene analysis further supported the angiogenic nature of placental extracts. RT-PCR analysis showed that endothelial cells seeded 3d on hPE expressed a wide range of essential pro-angiogenic genes including hepatocyte growth factor, epidermal growth factor and placental growth factor (FIG. 2D). . Additional up-regulated genes include MMP2 and MMP9, which are proteolytic enzymes that help degrade the surrounding extracellular matrix to promote migration of endothelial cells and other cells associated with ECM remodeling. There is 21 . Type IV collagen was also upregulated, which is associated with the formation of basement membranes in the mature microvasculature 22 .

毛細血管発達の調節およびIn Vitroでの形態
歴史的に、in vitroアッセイは、血管新生の速度および段階をほとんどまたは全く制御できない。今回のデータは、in vitro hPEベースの血管新生アッセイが、初期細胞播種密度を変動させることにより血管新生ネットワーク形成の成熟および形態を制御するように調節できることを示す。1日後に、40,000細胞/cmの密度で播種したHUVECは、80,000細胞/cmの密度での播種と比較してより明確な細管を形成したが、第5日までに、両方の密度で播種した細胞は、良好に明確な細管を有していた(図3A)。これらの結果は、細胞播種密度を変動させることによって、培養物をhPEに曝露した場合にネットワーク形成の成熟段階を制御できることを示す。例えば、毛細血管ネットワークの定量画像分析(平均細管長[mm]、細管密度[#/mm]、分岐点[#/mm]、メッシュ[#/mm]および平均細管幅[mm])(図3C)は、より高い播種密度がより遅いネットワーク成熟をもたらし(最高の平均細管長およびメッシュの数/mmに達するまでの時間枠が延長される)、ネットワーク形成の時間枠が延長できるので、より詳細な分析を可能にすることを示した。比較上、より低い細胞密度は、より早い成熟速度をもたらし、このことは、(例えば)がん治療のための血管新生阻止物質の有効性を試験するための迅速スクリーニングアプローチに対してより伝導力があると考えられる。
Modulation of capillary development and morphology in vitro Historically, in vitro assays have little or no control over the rate and stage of angiogenesis 9 . The present data show that in vitro hPE-based angiogenesis assays can be adjusted to control the maturation and morphology of angiogenic network formation by varying the initial cell seeding density. One day later, HUVEC seeded at a density of 40,000 cells / cm 2 formed clearer tubules compared to seeding at a density of 80,000 cells / cm 2 , but by day 5, Cells seeded at both densities had well defined tubules (FIG. 3A). These results show that by varying the cell seeding density, the maturation stage of network formation can be controlled when the culture is exposed to hPE. For example, quantitative image analysis of capillary network (average capillary length [mm], capillary density [# / mm 2 ], branch point [# / mm 2 ], mesh [# / mm 2 ] and average capillary width [mm]) (FIG. 3C) results in a higher seeding density resulting in slower network maturation (maximum mean tubule length and time frame to reach number of meshes / mm 2 ) and extended network formation time frame So it showed that more detailed analysis is possible. In comparison, lower cell densities result in faster maturation rates, which are more conductive to rapid screening approaches to test the effectiveness of anti-angiogenic agents for cancer treatment (for example) It is thought that there is.

in vitro血管新生アッセイの歴史的な代表として、Matrigelにより誘導された血管新生ネットワークを、hPEにより誘導されたネットワークと比較した(図3D)。カルセインAMを用いて細胞培養物をMatrigelまたはhPEのいずれかに曝露して、生存性およびネットワーク構造を決定することにより、内皮細胞毛細血管ネットワークの形態をまず分析した。播種後第1日に、Matrigelでコーティングしたプレートは、HUVECが明確な血管新生細管ネットワークを形成することを示したが、3d後に、ネットワーク構造は、アポトーシス細胞の球状ボールに崩壊した(図3A、3D)。いくらかの細胞死はhPEにより誘導されたネットワークにおいて確認されたが、延長された5d期間の後にアポトーシスボールの形成は観察されなかった。   As a historical representative of the in vitro angiogenesis assay, the angiogenesis network induced by Matrigel was compared to the network induced by hPE (FIG. 3D). The morphology of the endothelial cell capillary network was first analyzed by exposing the cell culture to either Matrigel or hPE using calcein AM to determine viability and network structure. On day 1 after seeding, the Matrigel-coated plate showed that HUVEC formed a well-defined angiogenic tubule network, but after 3d the network structure collapsed into a spherical ball of apoptotic cells (Figure 3A, 3D). Some cell death was confirmed in the network induced by hPE, but no apoptotic ball formation was observed after an extended 5d period.

血管新生の後期段階中に、ECは平滑筋細胞(SMC)を動員して、毛細血管ネットワークが成熟するにつれて血管を安定化する。よって、平滑筋細胞形態に対するhPEおよびMatrigelの影響を評価した。興味深いことに、HUVECの非存在下では、Matrigel上に播種したSMCは、1d後に細管を形成した(図3B.i)が、hPEでコーティングしたプレート上では、典型的な「丘と谷」が依然として形成され(図3B.ii)、このことは、細胞種間での分子シグナル伝達経路に著しい差があることを示した。SMCは、微小血管形成の初期段階で細管を形成することは知られていないので、これらの結果は、hPEベースの血管新生がより正確に、正常な生理に相当ことを示し得る。   During the late stages of angiogenesis, EC recruits smooth muscle cells (SMC) to stabilize blood vessels as the capillary network matures. Therefore, the effect of hPE and Matrigel on smooth muscle cell morphology was evaluated. Interestingly, in the absence of HUVEC, SMC seeded on Matrigel formed tubules after 1d (FIG. 3B.i), but on the hPE-coated plate, the typical “hills and valleys” Still formed (FIG. 3B.ii), indicating that there are significant differences in molecular signaling pathways between cell types. Since SMC is not known to form tubules in the early stages of microangiogenesis, these results may indicate that hPE-based angiogenesis is more accurate and corresponds to normal physiology.

薬物スクリーニング用途のためのhPEにより誘導された血管新生の分析
再生医療におけるその役割に加えて、ヒト胎盤抽出物(hPE)により駆動される血管新生を、血管新生関連薬物をin vitroでスクリーニングするその能力について試験した。Matrigelを対照として用いた。MatrigelおよびhPEベースの血管新生アッセイを、新血管形成に対する有効な阻害活性を有する糖タンパク質であるトロンボスポンジン−1(TSP−1)に対してスクリーニングした。TSP−1は、固形腫瘍の抗血管新生処置のためのモデル薬物である23。培養1d後に、組織培養プレート上に直接播種した対照HUVECは、TSP−1により影響されず、細胞は典型的な丸石の形態を形成した。これとは対照的に、hPE処理培養プレート上で培養したHUVECは、血管新生ネットワーク形成が著しく低減した(図4A)。結果は、TSP−1濃度の関数として全細管長および分岐点が直線的に減少することを示す(図4B)。重要なことには、これらの研究は、hPEベースのアッセイが、Matrigelベースのアッセイと比較して、薬物濃度に対してより感度が高いことを示す。このことは、TSP−1濃度と血管新生ネットワークカバー面積のパーセント低減との間のより高い相関により示され、R値はそれぞれ0.97および0.36である(図4C)。ネットワーク形成のこの阻害は、未知のストレス応答ではなく実際の血管形成が起きていることをさらに確証する。さらに、hPEはヒト由来であるので、これは、非ヒト系を用いてスクリーニングすることによりもたらされ得る種差に基づく不正確さを回避する13、14
Analysis of hPE-induced angiogenesis for drug screening applications In addition to its role in regenerative medicine, angiogenesis driven by human placenta extract (hPE) is used to screen angiogenesis-related drugs in vitro. Tested for ability. Matrigel was used as a control. Matrigel and hPE-based angiogenesis assays were screened against thrombospondin-1 (TSP-1), a glycoprotein with effective inhibitory activity against neovascularization. TSP-1 is a model drug for anti-angiogenic treatment of solid tumors 23 . Control HUVECs seeded directly on tissue culture plates after 1d in culture were not affected by TSP-1 and the cells formed a typical cobblestone morphology. In contrast, HUVECs cultured on hPE-treated culture plates significantly reduced angiogenic network formation (FIG. 4A). The results show that total tubule length and branching point decrease linearly as a function of TSP-1 concentration (FIG. 4B). Importantly, these studies show that hPE-based assays are more sensitive to drug concentration compared to Matrigel-based assays. This is shown by a higher correlation between TSP-1 concentration and percent reduction in angiogenic network coverage, with R 2 values of 0.97 and 0.36, respectively (FIG. 4C). This inhibition of network formation further confirms that actual angiogenesis is occurring rather than an unknown stress response. Furthermore, since hPE is derived from humans, this avoids inaccuracies based on species differences that can be brought about by screening using non-human systems 13,14 .

3D生体スキャフォールド内でのin Vitro血管新生ネットワーク形成
工学的に操作された器官への血管形成を成功させることは、再生医療による治療をうまく開発する上での主な難題であり24、ex vivo由来生体スキャフォールドにおいて血管新生を誘導するhPEの能力を分析した。これらの研究は、hPEが、工学的に操作された(脱細胞化された)ヒト臍帯静脈(HUV)生体スキャフォールドにおける血管新生ネットワークの形成を誘導したことを示す(図5A)。2D培養プレートにおけるアッセイと一貫して、生体スキャフォールド上に播種された内皮細胞(EC)は、複雑な相互連結ネットワークを形成する多細胞索条に連結された長く伸びた形態に発展した。
In Vitro Angiogenic Network Formation within 3D Biological Scaffolds Successful angiogenesis to engineered organs is a major challenge in successfully developing regenerative therapy 24 , ex vivo The ability of hPE to induce angiogenesis in the derived biological scaffold was analyzed. These studies show that hPE induced the formation of angiogenic networks in engineered (decellularized) human umbilical vein (HUV) biological scaffolds (FIG. 5A). Consistent with the assay in 2D culture plates, endothelial cells (EC) seeded on biological scaffolds developed into long elongated forms connected to multicellular cords forming a complex interconnected network.

In vivo血管新生は、様々な機序により生じ、最も一般的には出芽または陥入である。これらのデータは、hPEとインキュベートする場合に細胞密度を変動させることにより、血管新生の出芽対陥入をin vitroで調節できることを示す。より低い細胞密度(2×10細胞/cm)では、hPEとインキュベートしたスキャフォールド上のネットワーク形態は、出芽血管新生を示し(図5C.i、5C.ii)、中間の密度(4×10細胞/cm)では、ネットワーク形態は出芽と陥入との組み合わせの血管新生を示し(図5C.iii、5C.iv)、より高い密度(6×10細胞/cm)では、ネットワーク形態は陥入血管新生により近似していた(図5C.v、5C.vi)。出芽は一般的に、毛細血管がない低い細胞密度領域において血管新生の早期段階に生じるので、細胞密度と血管新生の特定の機序との間の相関は、in vivo毛細血管およびネットワーク形成の現在の理解を支持する。これとは対照的に、陥入は、毛細血管および内皮細胞が既に存在するより高い細胞密度の領域に生じる25、26In vivo angiogenesis occurs by a variety of mechanisms, most commonly budding or invagination. These data show that by varying cell density when incubated with hPE, budding versus invagination of angiogenesis can be regulated in vitro. At lower cell densities (2 × 10 4 cells / cm 2 ), network morphology on scaffolds incubated with hPE showed budding neovascularization (FIGS. 5C.i, 5C.ii), with intermediate densities (4 × At 10 4 cells / cm 2 ), the network morphology shows a combination of budding and invagination angiogenesis (FIGS. 5C.iii, 5C.iv), and at higher densities (6 × 10 4 cells / cm 2 ) The network morphology was more approximated by invaginated angiogenesis (FIGS. 5C.v, 5C.vi). Since budding generally occurs at an early stage of angiogenesis in low cell density regions where there are no capillaries, the correlation between cell density and a specific mechanism of angiogenesis is currently the case of in vivo capillaries and network formation. Support the understanding of In contrast, invagination occurs in areas of higher cell density where capillaries and endothelial cells already exist 25,26 .

in vivoでの血管新生の誘導
皮下ラットモデル(図6A)を用いて、成分添加したスキャフォールド(MatrigelおよびhPE)に対する血管新生応答を、移植5日後に評価した。対照およびMatrigelとインキュベートしたスキャフォールドはともに、スキャフォールドの周囲に著しい線維化を示したが、hPEを成分添加したスキャフォールドは、インプラントの周りに識別可能な線維化を示さなかった(図6B.i〜6B.iii.)。hPE試料における線維化の防止は、LC−MS/MSにより検出されるように、それらに限定されないが、抗炎症性アネキシン(ANXA1、ANXA2、ANXA4およびANXA5)27、抗微生物デフェンシンペプチド、例えばDEFA128、ならびにウイルスおよび細菌を含む可能性のある病原体と結合することが知られているMRC1を含む免疫関連分子に起因すると考えられる。
In vivo induction of angiogenesis An angiogenic response to component-added scaffolds (Matrigel and hPE) was evaluated 5 days after transplantation using a subcutaneous rat model (Figure 6A). Both the control and scaffolds incubated with Matrigel showed significant fibrosis around the scaffold, whereas the scaffold supplemented with hPE showed no discernable fibrosis around the implant (FIG. 6B. i-6B.iii.). Prevention of fibrosis in hPE samples is not limited to them, as detected by LC-MS / MS, but includes anti-inflammatory annexins (ANXA1, ANXA2, ANXA4 and ANXA5) 27 , antimicrobial defensin peptides such as DEFA1 28 , As well as immune-related molecules including MRC1, which are known to bind to pathogens that may include viruses and bacteria.

明視野顕微鏡検査により示されるように、MatrigelおよびhPEとインキュベートしたスキャフォールドはともに、対照と比較して、新血管形成の著しい増加を示した(図6B.iv〜6B.vi.)。全血管形成は同程度であると見受けられるが、hPE処理は、成熟毛細血管床の形成を示す一方、Matrigel試料は、成熟毛細血管床形成の証拠はなく、組織化がより低いと見受けられた。H&E染色切片は、細胞がhPE中でインキュベートしたスキャフォールドの中および全体に遊走したが、Matrigelとインキュベートした試料では、細胞浸潤が低減し、対照試料中の細胞は、スキャフォールド周縁に限定されたことを示す(図6B.vii.〜6B.ix.)。MatrigelおよびhPEとインキュベートした試料の両方における細胞遊走の改善は、スキャフォールド構造に吸着した化学走性および増殖因子シグナルの結果であった。hPEおよびMatrigelを成分添加したスキャフォールドはいずれも細胞遊走が対照に対して改善されるにもかかわらず、これら試料群間の細胞リモデリングは変動を示した。Matrigelとインキュベートした試料における細胞が密な領域は、元のHUV線維の残りを示し、その全般的な構造は、hPEとインキュベートしたスキャフォールドがほぼ完全にリモデリングされたように見受けられより組織化された線維および細胞構造を示したのと比較して、定性的により無定形であった(図6B.vii.〜6B.ix.)。   As shown by bright field microscopy, both the scaffolds incubated with Matrigel and hPE showed a significant increase in neovascularization compared to controls (FIGS. 6B.iv-6B.vi.). Although total angiogenesis appears to be comparable, hPE treatment shows the formation of a mature capillary bed, while Matrigel samples seemed to be less organized with no evidence of mature capillary bed formation . H & E stained sections migrated into and throughout the scaffolds in which cells were incubated in hPE, but in samples incubated with Matrigel, cell infiltration was reduced and cells in control samples were confined to the periphery of the scaffold (FIG. 6B.vii.-6B.ix.) The improvement in cell migration in both Matrigel and hPE incubated samples was the result of chemotaxis and growth factor signals adsorbed on the scaffold structure. Although both scaffolds supplemented with hPE and Matrigel improved cell migration relative to controls, cell remodeling between these sample groups showed variation. The dense cell area in the sample incubated with Matrigel shows the rest of the original HUV fiber, and its general structure appears to be almost completely remodeled with the scaffold incubated with hPE. Qualitatively more amorphous compared to the demonstrated fiber and cell structure (FIGS. 6B.vii.-6B.ix.).

考察
組織再生、梗塞組織および虚血創傷修復は、創傷回復または器官置換のための方策の改善が著しい臨床的影響を有する、3つの臨床領域である。様々な用途における羊膜および絨毛膜の使用は、過去5年間で著しく成長し、周産期組織がかなりの臨床的見込みを有することを示す証拠が増えてきている29〜32
Discussion Tissue regeneration, infarcted tissue and ischemic wound repair are three clinical areas where improved strategies for wound healing or organ replacement have significant clinical impact. The use of amniotic membranes and chorion in various applications has grown significantly over the past five years, and there is increasing evidence indicating that perinatal tissues have considerable clinical promise 29-32 .

本明細書における結果は、血管新生および組織リモデリングの、強力なヒト由来刺激物質の生理的比率を濃縮して送達するための新規なアプローチを詳細に説明する。これらのデータは、毛細血管形成の開始(in vitroおよびin vivo)、成長または成熟の動力学を調節する能力を伴った血管新生中のEC表現型の制御、およびin vivo組織線維化における著しい低減へと向かう、増強された細胞活性を示す。   The results herein describe in detail a novel approach to concentrate and deliver the physiological proportions of potent human-derived stimulants of angiogenesis and tissue remodeling. These data indicate that the onset of capillary formation (in vitro and in vivo), control of the EC phenotype during angiogenesis with the ability to modulate growth or maturation kinetics, and a significant reduction in in vivo tissue fibrosis Shows enhanced cellular activity towards

毛細血管ネットワーク形成のin vitro成熟速度を調節し、出芽および陥入血管新生ネットワーク形態の出現を制御する能力は、創傷治癒および器官再生中の調節経路のさらなる理解のために有用なプラットフォームを提供すると考えられる。Matrigelとの比較に基づいて、hPEが細胞を刺激する機序は、基本的に異なるように見受けられる。MatrigelとインキュベートしたSMCは、毛細血管様形成を開始したが、hPEに曝露されたSMCは、それらの典型的な丘および谷の形態を保持し、よって、ヒト由来hPEは、より複雑なモデルにおける生理的血管新生のより代表的なモデルを与え得る。   The ability to regulate the in vitro maturation rate of capillary network formation and control the emergence of budding and invading angiogenic network forms provides a useful platform for further understanding of regulatory pathways during wound healing and organ regeneration Conceivable. Based on a comparison with Matrigel, the mechanism by which hPE stimulates cells appears to be fundamentally different. SMCs incubated with Matrigel initiated capillary-like formation, whereas SMCs exposed to hPE retain their typical hill and valley morphology, thus human-derived hPE is in more complex models A more representative model of physiological angiogenesis can be provided.

いくつかの現在のモデルは、単一または分離した組み合わせの血管新生調節物質に依拠するヒト由来(組換え)調節物質に基づく33。分離した組み合わせは、変動を制御し、雑多的アプローチの固有の複雑さを低減するために有用であるが、これらは、スクリーニングプロセスを限定し、抗血管形成性、腫瘍抑制性の薬物の能力を試験する場合に重要になると思われる、一連の広範なヒトin vivo分子相互作用に相当するものではない。 Some current models are based on human-derived (recombinant) modulators that rely on single or separate combinations of angiogenesis regulators 33 . Separate combinations are useful to control variability and reduce the inherent complexity of miscellaneous approaches, but they limit the screening process and limit the ability of anti-angiogenic, tumor suppressor drugs. It does not represent a series of broad human in vivo molecular interactions that would be important when testing.

hPEベースのモデルの固有の複雑さは、腫瘍抑制薬物についてのより効果的なスクリーニングアプローチを提供することにより、製薬産業における進歩を導き得る。現在の技術と比べて、ヒトECをhPEに曝露することは、血管新生阻害薬物濃度(TSP−1)に対する感度の増加と、より低い検出限界を有することが示された。   The inherent complexity of hPE-based models can lead to advances in the pharmaceutical industry by providing a more effective screening approach for tumor suppressor drugs. Compared to current technology, exposing human EC to hPE has been shown to have increased sensitivity to angiogenesis-inhibiting drug concentration (TSP-1) and lower detection limits.

hPEベースのモデルは、ほぼ生理的比率にあるヒト由来分子の広範なセットを用いて血管新生を誘導する。選択された分子経路のみを調節することは、新規な抗血管新生薬物を発見する試みを制限すると考えられる。なぜなら、in vivoの血管形成は、多重の代謝経路の誘導を必要とするからである34、35。よって、ある薬物はこれらの多数の経路のいずれかとの相互作用により血管新生を調節し得るとしても、局所的環境の複雑さが欠如している場合に十分な血管新生を誘導する効果はほとんど有さないと考えられる。本実施例におけるin vivo分析からの結果は、複雑なPEが多数の生化学的経路に影響し、広い範囲の効果をもたらすことのさらなる証拠を提供する。データは、hPEが、血管新生特性の増強を示すだけでなく、hPEを成分添加した生体スキャフォールド内での線維化の低減により示されるように、免疫低減特性を有することも示すことを示した。血管新生と免疫学的分子経路との間の複雑な相互の関連性に鑑みて36、hPEの分子組成物は、著しい免疫学的および炎症反応なしで毛細血管形成を誘導するための、臨床的に利用可能な技術の開発のための適切な基礎を提供する。 hPE-based models induce angiogenesis using a broad set of human-derived molecules in approximately physiological proportions. Modulating only selected molecular pathways would limit attempts to discover new anti-angiogenic drugs. This is because in vivo angiogenesis requires the induction of multiple metabolic pathways 34,35 . Thus, even though a drug can regulate angiogenesis by interacting with any of these multiple pathways, it has little effect on inducing sufficient angiogenesis when the complexity of the local environment is lacking. It is thought not to. The results from in vivo analysis in this example provide further evidence that a complex PE affects a number of biochemical pathways, resulting in a wide range of effects. The data showed that hPE not only showed enhanced angiogenic properties, but also showed immune-reducing properties, as indicated by reduced fibrosis within the bioscaffold supplemented with hPE. . Complex Interactions in view by 36, the molecular composition of hPE between angiogenesis and immunological molecule pathway for inducing capillary formation without significant immunological and inflammatory responses, clinical To provide an appropriate basis for the development of available technologies.

上記の研究の肯定的な結果は、鍵となる増殖因子(GF:growth factors)および遺伝子調節因子がPEに存在するということだけでなく、それらが生理的比率において存在するということにも関連すると見られる。例えば、VEGFはhPEにより誘導されたECにおいて上方制御されたが、hPE溶液は検出可能なレベルを含んでいなかった。このことは、標準およびGFR(増殖因子低減)バージョンの両方において活性濃度のVEGFを含むMatrigel(BMM)と対照的である。より成熟した毛細血管床形成を示す本明細書における結果から、VEGFの存在は、多くの寄与因子のうちの1つだけであり、その他の制御因子の存在が、血管発達において鍵となる役割を演じる可能性が高い。同様に、血管新生を開始するために用いられるヒト組換えタンパク質と比較すると、これらは、高度に濃縮された(典型的には)単一のGFに依存する37〜39。単一で高度に反応性なGFを臨床的に用いたことが望ましくない影響をもたらした問題が報告されている40〜42The positive results of the above studies are related not only to the presence of key growth factors (GF) and gene regulators in PE, but also to their presence in physiological proportions. It can be seen. For example, VEGF was upregulated in ECs induced by hPE, but the hPE solution did not contain detectable levels. This is in contrast to Matrigel (BMM), which contains an active concentration of VEGF in both standard and GFR (Growth Factor Reduced) versions. From the results herein showing more mature capillary bed formation, the presence of VEGF is only one of many contributing factors, and the presence of other regulatory factors plays a key role in blood vessel development. The possibility of performing is high. Similarly, when compared to human recombinant proteins used to initiate angiogenesis, these depend on a highly enriched (typically) single GF 37-39 . Problems have been reported that the clinical use of single, highly reactive GF has had undesirable effects 40-42 .

hPE血管新生モデルは、2Dおよび3D in vitroモデルならびに生物工学的に操作された組織インプラント内でin vivoにおいて検証されており、様々な臨床または製薬用途に直ちに適応できる。その血管新生および免疫低減性特性と共に、それが生理的に健常なヒト血管床から導出されるということは、現在の血管新生モデルのうちでそれをユニークなものにする。ここで示すデータは、より成功する代替的アプローチに対する要求が臨床的優先事項となっているいくつかの鍵となる臨床的問題において、hPEが決定的な役割を演じることを示した。   The hPE angiogenesis model has been validated in vivo within 2D and 3D in vitro models as well as bioengineered tissue implants and can be readily adapted for various clinical or pharmaceutical applications. Together with its angiogenic and immunoreducing properties, it is derived from a physiologically healthy human vascular bed, making it unique among current angiogenesis models. The data presented here showed that hPE plays a critical role in several key clinical issues where the demand for a more successful alternative approach has become a clinical priority.

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(実施例2)
血管新生の刺激のための胎盤抽出物の制御送達
序説
組織工学は、病気の患者に移植するためにin vitroでゼロから組織および器官を構築することをねらいとする。しかし、移植に代わるこの革命的な代替は、移植グラフトに播種した細胞へ酸素および栄養素を供給するための適切な脈管構造の形成の欠如を伴う。よって、組織工学構築物において血管新生を誘導するための効果的な方法が差し迫って必要である。
(Example 2)
Introduction to controlled delivery of placental extracts for stimulation of angiogenesis Tissue engineering aims to build tissues and organs from scratch in vitro for transplantation into sick patients. However, this revolutionary alternative to transplantation involves the lack of the formation of appropriate vasculature to supply oxygen and nutrients to cells seeded in the graft. Thus, there is an urgent need for an effective method for inducing angiogenesis in tissue engineering constructs.

現在までに、工学的に操作された生成物において血管形成を促進することを試みる全ての方法は、結果として成功していない。本開示は、上記の実施例に記載するように、血管新生の初期段階を誘導および調節することが示されたヒト胎盤から血管新生促進性抽出物を導出するプロトコールを提供する。   To date, all methods that attempt to promote angiogenesis in engineered products have been unsuccessful as a result. The present disclosure provides a protocol for deriving pro-angiogenic extracts from human placenta that have been shown to induce and regulate early stages of angiogenesis, as described in the examples above.

本実施例は、毛細血管ネットワークの形成を促進し、それを経時的に持続する3D in vitro血管新生アッセイについて記載する。この目的のために、胎盤抽出物の血管新生能力および経時的なその生物活性を分析した。これらの調査は、抽出物の頻繁な投与が成熟した長持ちする毛細血管ネットワークの形成を促進することを示した。よって、抽出物の組み込みおよび制御放出のための生分解性ゼラチン微小粒子を調製し、それらの分解動態を研究した。最後に、3D in vitro血管新生アッセイを開発した。胎盤抽出物添加微小粒子を、HUVECを播種したI型コラーゲンヒドロゲルスキャフォールドに包埋し、マトリクス内の微小血管形成の初期段階の証拠を証明した。   This example describes a 3D in vitro angiogenesis assay that promotes the formation of a capillary network and persists it over time. To this end, placental extracts were analyzed for their angiogenic potential and their biological activity over time. These studies have shown that frequent administration of the extract promotes the formation of a mature, long-lasting capillary network. Thus, biodegradable gelatin microparticles for the incorporation and controlled release of extracts were prepared and their degradation kinetics were studied. Finally, a 3D in vitro angiogenesis assay was developed. Placental extract-loaded microparticles were embedded in a type I collagen hydrogel scaffold seeded with HUVEC, demonstrating evidence of an early stage of microvascularization within the matrix.

器官または組織の喪失または不全は、現代社会における最も重篤で高価なヒトの健康問題の1つである。外科的再構築、薬物療法、合成装具、機械的装置および移植を含むこの問題を解決するための多くのアプローチが試みられている。長期間では、これらのアプローチは、通常、失敗する。なぜなら、これらは、喪失器官または組織の機能を完全には置き換えないからであり、または移植の場合は、器官に対する需要が大きく、ドナーの数が不十分である。 Organ or tissue loss or failure is one of the most serious and expensive human health problems in modern society. Many approaches have been attempted to solve this problem, including surgical reconstruction, drug therapy, synthetic appliances, mechanical devices and implants. In the long term, these approaches usually fail. Because they do not completely replace the function of the lost organ or tissue 2 , or in the case of transplantation, there is a great demand for organs and an insufficient number of donors.

一解決法は、工学的に操作された器官または組織を開発することであると考えられる。しかし、現在の組織工学アプローチは、厚い生体スキャフォールドを横切って生じる栄養素障壁を部分的な原因として、成功が限定されている。厚い(>200μm)組織構築物を工学的に得るための大きな難題は、酸素拡散が組織工学スキャフォールドにおいて150〜200μmの距離に典型的に制限されるので、3D組織構築物内の細胞成長および生存性が損なわれることである6、7。酸素は、細胞生存のために重大な栄養素であり、酸素なしでは、スキャフォールド内の細胞は死滅する。さらに、乏しい輸送条件は、細胞により分泌される線維化莢膜の形成を頻繁にもたらす。この莢膜の形成は、スキャフォールド内の栄養素物質移動の欠如をもたらし、最終的に低い細胞密度をもたらす。よって、長期間持続できる組織を工学的に得る上で、3D組織構築物中に播種した細胞への酸素および栄養素の送達を容易にする方法は有益であると考えられる。本開示の胎盤抽出物および方法は、スキャフォールド内で栄養素に富む毛細血管系の迅速な発達を誘導することを含む、酸素および栄養素欠乏を克服するためのアプローチを提供する。構築物の縁へだけでなく、中央にもこれらの必須の栄養素を供給するために方法を実行することは、線維化莢膜の形成を防止する助けとなると考えられる。 One solution would be to develop an engineered organ or tissue. However, current tissue engineering approaches have limited success, in part due to nutrient barriers that arise across the thick biological scaffold. A major challenge for engineering thick (> 200 μm) tissue constructs is that cell growth and viability within 3D tissue constructs, as oxygen diffusion is typically limited to distances of 150-200 μm in tissue engineering scaffolds. Is to be impaired 6,7 . Oxygen is a critical nutrient for cell survival, and without oxygen, cells in the scaffold die. Furthermore, poor transport conditions frequently result in the formation of a fibrotic capsule secreted by the cells. This capsule formation results in a lack of nutrient mass transfer within the scaffold, ultimately resulting in a low cell density. Thus, a method that facilitates delivery of oxygen and nutrients to cells seeded in a 3D tissue construct would be beneficial in engineering a tissue that can last for a long time. The placental extracts and methods of the present disclosure provide an approach to overcome oxygen and nutrient deficiencies, including inducing rapid development of nutrient-rich capillary systems within the scaffold. It is believed that performing the method to supply these essential nutrients not only to the edges of the construct but also to the center will help prevent the formation of fibrotic capsules.

血管新生は、組織発達および維持の中心であり、その調節がうまく行くことは、移植されたグラフトにおける確立された血管ネットワークの制御された形成を促進する。いくつかの生物学的因子および分子経路が、まだ部分的に未知のこの複雑なプロセスの調節に関与する。血管成長を開始および制御する分子機序をよりよく理解するために、研究は、単純、明確かつ制御された条件下で血管新生の決定的な要素をin vitroまたはin   Angiogenesis is the center of tissue development and maintenance, and successful regulation promotes the controlled formation of established vascular networks in the transplanted graft. Several biological factors and molecular pathways are involved in the regulation of this complex process that is still partially unknown. In order to better understand the molecular mechanisms that initiate and control blood vessel growth, studies have determined in vitro or in vitro critical elements of angiogenesis under simple, well-defined and controlled conditions.

vivoで再現する細胞培養系である血管新生アッセイの開発に焦点を当てている。in vitro血管新生を促進するために様々な異なるアプローチが用いられているが、現在までに、それらを臨床的な実施に移すことはほとんど成功していない。ほとんどの血管新生モデルの制限は、それらが動物由来(例えばMatrigelベース)であるか、または生存動物の使用に完全に依存している(例えばヒヨコ絨毛尿膜およびウサギ角膜微小ポケット)ことである。さらに、これらは、in vivoで自然な様々なサイトカインおよび化学勾配を欠く。その結果、これらのアッセイの結果は、長持ちする血管形成の欠如のために、しばしばがっかりするものである。よって、ヒト起源の堅固なin vitroモデルは、機械論的研究およびヒトのための血管新生薬物のスクリーニングのために有用であると考えられる。   The focus is on the development of an angiogenesis assay, a cell culture system that reproduces in vivo. A variety of different approaches have been used to promote in vitro angiogenesis, but to date they have hardly been transferred to clinical practice. The limitation of most angiogenesis models is that they are of animal origin (eg Matrigel base) or are completely dependent on the use of living animals (eg chick chorioallantoic membrane and rabbit corneal micropocket). Furthermore, they lack a variety of natural cytokines and chemical gradients in vivo. Consequently, the results of these assays are often disappointing due to the lack of long-lasting angiogenesis. Thus, a robust in vitro model of human origin would be useful for mechanistic studies and screening for angiogenic drugs for humans.

胎盤は容易に入手可能な組織であり、血管組織および血管新生関連増殖因子の豊富な供給源であることに鑑みて、これらの研究において、上記および実施例1に記載したように、血管新生を促進するサイトカインおよび血管新生関連増殖因子が豊富な粘性タンパク質化合物である多重タンパク質ヒト胎盤抽出物またはマトリクス(hPEまたはhPM)を導出するために胎盤を用いた。hPEが、限定された期間、in vitroで血管新生の初期段階を誘導および調節できることが示された。さらに、hPEは、線維化を著しく低減することも示された。   In view of the fact that the placenta is a readily available tissue and is a rich source of vascular tissue and angiogenesis-related growth factors, in these studies angiogenesis is performed as described above and in Example 1. The placenta was used to derive a multiprotein human placenta extract or matrix (hPE or hPM), a viscous protein compound rich in promoting cytokines and angiogenesis-related growth factors. It has been shown that hPE can induce and regulate early stages of angiogenesis in vitro for a limited period of time. Furthermore, hPE has also been shown to significantly reduce fibrosis.

本実施例は、成熟毛細血管ネットワークの形成を可能にするのに十分長くhPE内の増殖因子が機能的であり続けるような、hPEの持続送達のための方法を提供する。この目的のために、微小粒子の多用性、およびポリペプチドを効率的にカプセル化してそれらを長期間連続的な速度で放出するそれらの能力22のために微小粒子を送達系として開発した。 This example provides a method for sustained delivery of hPE such that growth factors within hPE remain functional long enough to allow the formation of a mature capillary network. For this purpose, we have developed the versatility of the microparticles, and the polypeptide efficiently encapsulated microparticles for their ability 22 to release their long-term continuous speed as a delivery system.

微小粒子は、1〜1000μmの範囲のサイズで大きい表面対体積比を有する23固形で、ほぼ球形の粒子である。これらは、自然(例えばデンプン、ゴム)および合成(例えばポリ乳酸およびポリグリコール酸)の両方のいくつかの異なる物質から、熱溶融押出、噴霧乾燥または溶媒除去24のような異なる方法を用いて調製できる。微小粒子の放出速度は、それらのサイズを変化させることにより調節でき、より小さい粒子は、表面対体積比が増加するので、大きいものよりも早く溶解する。この理由から、異なるサイズの粒子を組み合わせることにより送達速度を調節することが可能である25。微小粒子からの薬物またはタンパク質の放出は、通常、単純なマトリクス生物浸食により生じる。このプロセスは、粒子表面の浸食を含み、次いで、バルク浸食および粒子の孔への放出媒体の侵入が続く26、27The microparticles are 23 solid, nearly spherical particles with a large surface to volume ratio with a size in the range of 1-1000 μm. They are prepared from several different materials, both natural (eg starch, gum) and synthetic (eg polylactic acid and polyglycolic acid) using different methods such as hot melt extrusion, spray drying or solvent removal 24 it can. The release rate of the microparticles can be adjusted by changing their size, and smaller particles dissolve faster than larger ones as the surface to volume ratio increases. For this reason, it is possible to adjust the delivery rate by combining particles of different sizes 25 . Drug or protein release from microparticles usually occurs by simple matrix bioerosion. This process involves erosion of the particle surface, followed by bulk erosion and penetration of the release medium into the pores of the particle 26,27 .

本実施例では、3D in vitro血管新生アッセイを行うために、生分解性ゼラチン微小粒子を調製して使用した。血管新生アッセイは、単純、明確かつ制御された条件下で血管新生の決定的要素をin vitroまたはin vivoで再現する細胞培養系である28。これらは、2次元または3次元であり得る。3D in vitroアッセイでは、ECは、基質の表面上、および通常バイオゲルで構築される13周囲のマトリクスに侵入するものの両方で管状構造を発展させる。 In this example, biodegradable gelatin microparticles were prepared and used for 3D in vitro angiogenesis assays. Angiogenesis assays, simple, clear and cell culture system for reproducing a determining factor of angiogenesis in vitro or in vivo under controlled conditions 28. These can be two-dimensional or three-dimensional. In 3D in vitro assays, EC develops tubular structures both on the surface of the substrate and those that invade the 13 surrounding matrix, usually constructed with biogels.

本実施例は、移植したグラフト内で長持ちする血管ネットワークの形成を促進するための3D in vitro血管新生アッセイの実施形態を提供する。この実施形態では、アッセイは、PE添加微小粒子とともにヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)をI型コラーゲンマトリクスに包埋することにより調製する。異なるインキュベーション時間でのHUVECの血管新生応答を、次いで、分析した。   This example provides an embodiment of a 3D in vitro angiogenesis assay to promote the formation of a long-lasting vascular network within an implanted graft. In this embodiment, the assay is prepared by embedding human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) with PE-added microparticles in a type I collagen matrix. The angiogenic response of HUVEC at different incubation times was then analyzed.

実験方法
内皮細胞単離および培養。ヒト臍帯静脈から予め単離し、Jaffeら(Culture of Human Endothelial Cells Derived from Umbilical Veins.52、2745〜2756;1973、HUVECの単離および培養に関して本明細書に参照により組み込まれている)により記載されるようにして予め培養したヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を、acutase(Fisher Scientific)を用いてフラスコから剥離し、1000rpmで5分間遠心分離した。細胞ペレットを培地(500mlのVascuLife基礎培地に加えた25mlのグルタミン、0.5mlのヒドロコルチゾン、0.5mlのアスコルビン酸、10mlのFBS、1.25μLのVEGFおよび1.25μLのbFGF)に再懸濁し、血球計数器を用いてHUVECを計数した。
Experimental Method Endothelial cell isolation and culture. Pre-isolated from human umbilical vein and described by Jaffe et al. (Culture of Human Endothelial Cells Derived from Universal Veins. 52, 2745-2756; 1973, incorporated herein by reference for isolation and culture of HUVEC). The human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) cultured in advance as described above were detached from the flask using acutase (Fisher Scientific) and centrifuged at 1000 rpm for 5 minutes. The cell pellet is resuspended in medium (25 ml glutamine, 0.5 ml hydrocortisone, 0.5 ml ascorbic acid, 10 ml FBS, 1.25 μL VEGF and 1.25 μL bFGF in 500 ml VascuLife basal medium). HUVECs were counted using a hemocytometer.

時間の関数としてのhPM血管新生性の分析。hPEインキュベーション時間がHUVEC血管新生応答にどのように影響するかを評価するために、細胞を、hPEでコーティングした組織培養プレートに植え、1日、3日または5日間hPEとインキュベートした。手短に述べると、上記の実施例に記載する単離方法を用いて胎盤マトリクスを調製した。抽出物を含むバイアルを融解し、96ウェルプレートのウェルにピペットで入れた(1cmあたり100μL)。20,000細胞/cmにて細胞溶液を直接ピペットで入れることにより、植えるためにHUVECを調製した。プレートの調製した各試料(1cmあたり200μL)に血管新生培地を加え、プレートを37℃にて湿潤5%COインキュベータに入れた。 Analysis of hPM angiogenesis as a function of time. To evaluate how hPE incubation time affects HUVEC angiogenic response, cells were seeded in tissue culture plates coated with hPE and incubated with hPE for 1, 3 or 5 days. Briefly, a placental matrix was prepared using the isolation methods described in the above examples. The vial containing the extract was thawed and pipetted into a well of a 96 well plate (100 μL per cm 2 ). By Pipet cell solution directly at 20,000 cells / cm 2, the HUVEC were prepared for planting. Angiogenic medium was added to each sample prepared on the plate (200 μL per cm 2 ) and the plate was placed in a humidified 5% CO 2 incubator at 37 ° C.

hPEが経時的に生物活性をどのように保持するかを決定するために、20日、15日、9日、7日、5日、3日および1日を含む様々な時間、hPEを貯蔵した(5%COおよび37℃のインキュベータ中)。次いで、各時点からのhPE膜で組織培養96ウェルプレートをコーティングし、上記のようにしてHUVECを播種した。細胞を3日間培養し、血管新生ネットワークを定性的に特徴付けた。 To determine how hPE retains biological activity over time, hPE was stored for various times including 20, 15, 9, 7, 5, 3 and 1 days. (In an incubator with 5% CO 2 and 37 ° C.). Tissue culture 96-well plates were then coated with hPE membrane from each time point and seeded with HUVEC as described above. Cells were cultured for 3 days to qualitatively characterize the angiogenic network.

接種回数の関数としてのhPE血管新生性の分析。hPE接種回数に対するHUVECの応答も分析した。最初に、hPE膜上に第1日に細胞を播種し、第1日の後にhPE成分添加のためにhPEを培養培地と混合した。細胞を5日間培養し、いくつかの試料群は、第1日(播種の日)に1回のみのhPEの接種を受け、他の群は第1日および第3日に2回の接種、他の群は第1日、第3日および第4日に3回の接種を受けた。   Analysis of hPE angiogenesis as a function of inoculation frequency. The response of HUVEC to the number of hPE inoculations was also analyzed. Initially, cells were seeded on day 1 on hPE membranes, and hPE was mixed with culture medium for the addition of hPE components after day 1. Cells were cultured for 5 days, some groups of samples received only one hPE inoculation on day 1 (seeding day), others inoculated twice on day 1 and day 3, The other group received 3 inoculations on day 1, day 3 and day 4.

ゼラチン微小粒子の調製。Tabataら(ゼラチン微小粒子の調製に関して本明細書に参照により組み込まれている)により記載される方法33を用いてゼラチン微小粒子を調製した。用いた全ての試薬は、Fisher Scientificから得た。手短に述べると、1gのゼラチンを9mLの脱イオン水に加えることにより、B型ゼラチンの10%wt水溶液を調製した。温度を45℃に上げ、400rpmの不断の撹拌の下でシリンジおよび21−G針を通して溶液を375mlの温(45℃)オリーブ油に滴下した。10分後に、エマルジョン温度を15℃に下げ、撹拌を30分間維持してゲル化を誘導した。100mLの冷アセトンを加え、エマルジョンを1時間撹拌した。微小粒子を真空ろ過により取り除き、アセトンで洗浄して乾燥させた。一旦乾燥すると、これらを0.1%wtのTween80および0.5%wtのグルタルアルデヒドを含む水溶液に入れた。溶液を125rpm、4℃にて15時間絶えず撹拌して、微小粒子の架橋を容易にした。架橋微小粒子を真空ろ過により回収し、脱イオン水で洗浄し、100mLの10mMグリシン水溶液中で撹拌して、いずれの未反応のグルタルアルデヒドもブロックした。1時間後に、ろ過により微小粒子を再び回収し、脱イオン水で洗浄し、凍結乾燥した。微小粒子mgあたり100μLの純粋hPMをインキュベートすることにより、架橋凍結乾燥ゼラチン微小粒子に添加した。最大速度で混合物をボルテックスし、4℃にて一晩インキュベートして、吸着が起こさせた。 Preparation of gelatin microparticles. Gelatin microparticles were prepared using Method 33 described by Tabata et al. (Incorporated herein by reference for the preparation of gelatin microparticles). All reagents used were obtained from Fisher Scientific. Briefly, a 10% wt aqueous solution of type B gelatin was prepared by adding 1 g gelatin to 9 mL deionized water. The temperature was raised to 45 ° C. and the solution was added dropwise to 375 ml of warm (45 ° C.) olive oil through a syringe and 21-G needle under constant stirring at 400 rpm. After 10 minutes, the emulsion temperature was lowered to 15 ° C. and stirring was maintained for 30 minutes to induce gelation. 100 mL of cold acetone was added and the emulsion was stirred for 1 hour. Fine particles were removed by vacuum filtration, washed with acetone and dried. Once dried, they were placed in an aqueous solution containing 0.1% wt Tween 80 and 0.5% wt glutaraldehyde. The solution was continuously stirred for 15 hours at 125 rpm and 4 ° C. to facilitate cross-linking of the microparticles. Cross-linked microparticles were collected by vacuum filtration, washed with deionized water, and stirred in 100 mL of 10 mM glycine aqueous solution to block any unreacted glutaraldehyde. After 1 hour, the microparticles were collected again by filtration, washed with deionized water, and lyophilized. 100 μL of pure hPM per mg of microparticles was added to the cross-linked lyophilized gelatin microparticles by incubating. The mixture was vortexed at maximum speed and incubated overnight at 4 ° C. to cause adsorption.

hPE添加微小粒子からのin vitro放出動態。ゼラチン微小粒子の分解動態を評価するために、10mg(乾燥重量)の空の未架橋微小粒子を、pH7.4、37℃にて1mlのリン酸緩衝生理食塩水(PBS)中でインキュベートし、タンパク質アッセイキットを用いてタンパク質放出動態をhPE添加架橋および未添加架橋微小粒子からの放出と比較した。手短に述べると、各検体の上清を定期的(1、2、3および6時間後、次いで毎日)に回収し、新しいPBSで置き換えた。プレートリーダー(Bio Teck Sinergy 2プレートリーダー、Bio Teck Instrument,Inc.、Winooski、Vermont;USA)を用いて562nmで吸光度を測定しながら、Micro BCAアッセイキット(Thermo Scientific、Waltham、Massachusetts、USA)を用いて上清中のタンパク質を定量した。タンパク質濃度は、200〜0.5μg/mLの範囲の濃度のウシ血清アルブミンの新しく調製した標準物質と比較した。最終の値は、実験の開始からの全放出タンパク質として得て、空の未架橋微小粒子乾燥重量または実験の開始前の推定湿潤重量の関数として標準化する。吸光度の値は、リン酸緩衝生理食塩水(pH7.4)の値に対して標準化する。アッセイの直線範囲は2〜40μg/mLであり、検出限界は0.1μg/mLであった。各実験は、1点につき3つの試料で行った。   In vitro release kinetics from hPE-added microparticles. In order to assess the degradation kinetics of gelatin microparticles, 10 mg (dry weight) of empty uncrosslinked microparticles were incubated in 1 ml phosphate buffered saline (PBS) at pH 7.4, 37 ° C., Protein release kinetics were compared with release from hPE-added and un-added crosslinked microparticles using a protein assay kit. Briefly, the supernatant of each specimen was collected periodically (after 1, 2, 3 and 6 hours and then daily) and replaced with fresh PBS. While measuring absorbance at 562 nm using a plate reader (Bio Teck Sinergy 2 plate reader, Bio Teck Instrument, Inc., Winooski, Vermont; USA), the Micro BCA assay kit (Thermo Scientific, Mass., Mass. USA) was used. The protein in the supernatant was quantified. The protein concentration was compared to a freshly prepared standard of bovine serum albumin at concentrations ranging from 200 to 0.5 μg / mL. Final values are obtained as total released protein from the start of the experiment and normalized as a function of the empty uncrosslinked microparticle dry weight or the estimated wet weight before the start of the experiment. Absorbance values are normalized to that of phosphate buffered saline (pH 7.4). The linear range of the assay was 2-40 μg / mL and the detection limit was 0.1 μg / mL. Each experiment was performed with 3 samples per point.

3D in vitro血管新生アッセイの調製。HUVECおよびPE添加微小粒子を包埋したI型コラーゲンマトリクスを用いて非平面3D in vitro血管新生アッセイを調製した。8mLの冷Vitrogenコラーゲン、1mLの滅菌PBSおよび1.166mLの0.1M NaOH溶液を混合することにより、コラーゲンヒドロゲルマトリクスを調製した。赤から紫への溶液の色の推移は、pHの変化を示した。溶液のpHは、pH試験紙で確認し、数滴の0.1M NaOHまたは0.1MのHCl溶液を加えることにより7.4に調整した。ゲル化の前に、溶液中の3mLのHUVECを40,000細胞/mLの濃度で加え、以前に記載された17ようにして調製した2mgの添加微小粒子を加えた。その後、コラーゲン/細胞/微小粒子溶液を均質になるまでピペット操作により混合し、48ウェルプレートの各ウェルに500μLをピペットで入れた。コラーゲンゲル化を誘導するために、培養プレートを37℃のオーブンに30分間入れた。コラーゲンヒドロゲルの最終の厚さは6.6mmであった。最後に、1cmあたり100μLの血管新生培地を各ウェル(細胞を播種し、ゲル化し、微小粒子を包埋したヒドロゲルを含む)に加え、プレートを37℃の湿潤5%COインキュベータに入れた。
分析方法
Preparation of 3D in vitro angiogenesis assay. A non-planar 3D in vitro angiogenesis assay was prepared using a type I collagen matrix embedded with HUVEC and PE-added microparticles. A collagen hydrogel matrix was prepared by mixing 8 mL cold Vitrogen collagen, 1 mL sterile PBS and 1.166 mL 0.1 M NaOH solution. The color transition of the solution from red to purple showed a change in pH. The pH of the solution was checked with pH test paper and adjusted to 7.4 by adding a few drops of 0.1M NaOH or 0.1M HCl solution. Prior to gelation, 3 mL of HUVEC in solution was added at a concentration of 40,000 cells / mL and 2 mg of added microparticles prepared as previously described 17 were added. Thereafter, the collagen / cell / microparticle solution was mixed by pipetting until homogeneous, and 500 μL was pipetted into each well of a 48-well plate. To induce collagen gelation, the culture plate was placed in a 37 ° C. oven for 30 minutes. The final thickness of the collagen hydrogel was 6.6 mm. Finally, 100 μL of angiogenic medium per cm 2 was added to each well (containing the hydrogel with seeded cells, gelled and embedded microparticles), and the plate was placed in a humidified 5% CO 2 incubator at 37 ° C. .
Analysis method

カルセインAMでの蛍光染色。生存死滅アッセイ(Invitrogen−Life Technologies、NY、USA)を用いてカルセインAM染色を行った。手短に述べると、2μg/mlの最終濃度で培養ウェルに存在する培地にカルセインAMを直接ピペットで入れた。染色された細胞を37℃で30分間インキュベートし、これらを次いで倒立蛍光顕微鏡(Zeiss Axiovert 200倒立蛍光顕微鏡)を用いて観察した。   Fluorescent staining with calcein AM. Calcein AM staining was performed using a survival killing assay (Invitrogen-Life Technologies, NY, USA). Briefly, calcein AM was pipetted directly into the medium present in the culture wells at a final concentration of 2 μg / ml. Stained cells were incubated at 37 ° C. for 30 minutes, and these were then observed using an inverted fluorescence microscope (Zeiss Axiovert 200 inverted fluorescence microscope).

定性的および定量的ネットワーク形成分析。血管新生のin vitroモデルにおける実験条件に対する細胞応答の分析は、いくつかの半定性的および定量的方法において以前の研究(それぞれは本明細書に参照により組み込まれている)34〜37で行われている。形態学的(平均細管長)および位相幾何学的(分岐点の数およびメッシュの数)パラメータの両方を考慮した。なぜなら、これらは、毛細血管様ネットワークにおけるECの空間的構成の特徴付けを可能にするからである。 Qualitative and quantitative network formation analysis. Analysis of cellular responses to experimental conditions in an in vitro model of angiogenesis was performed in previous studies (each incorporated herein by reference) 34-37 in several semi-qualitative and quantitative methods. ing. Both morphological (average tubule length) and topological (number of branch points and number of meshes) parameters were considered. Because they allow for the characterization of the spatial organization of ECs in capillary-like networks.

細胞染色の後に、各試料について選択した視野を撮影した。ImageJ 1.45s(Wayne、Rasband−National Institutes of Health、USA)を用いて、得た画像を分析した。   After cell staining, the field of view selected for each sample was taken. The resulting images were analyzed using ImageJ 1.45s (Wayne, Rasband-National Institutes of Health, USA).

分岐が合流するかまたはそこから細管が出芽する節である分岐点(BP)を同定して計数した。六角形に配置された血管に囲まれる無血管領域により同定される38細胞ネットワークのメッシュも手動で計数した。最後に、各細管に沿って直線(ズーム画像の図8における白い点線)を描くことにより細管長を評価し、その直線の測定をソフトウェアにより自動的に算出した。 Bifurcation points (BP), which are nodes where the branches meet or from which the tubules emerge, were identified and counted. A mesh of 38 cell networks identified by an avascular region surrounded by blood vessels arranged in a hexagon was also manually counted. Finally, the length of the narrow tube was evaluated by drawing a straight line (white dotted line in FIG. 8 of the zoom image) along each thin tube, and the measurement of the straight line was automatically calculated by software.

走査型電子顕微鏡検査(SEM)。走査型電子顕微鏡検査(S−4000 FE−SEM、Hitachi High Technologies、TX、USA)により微小粒子表面構造を調査した。凍結乾燥試料を、両面グラファイトテープを用いてアルミニウムの試料台の上に載せ、スキャッタ(scatter)(deskV、Denton Vacuum)を用いて金およびパラジウムでコーティングした。試料の画像を、次いで、Hitachi S−4000 FE−SEM(TX、USA)で撮影した。   Scanning electron microscopy (SEM). The microparticle surface structure was investigated by scanning electron microscopy (S-4000 FE-SEM, Hitachi High Technologies, TX, USA). The lyophilized sample was mounted on an aluminum sample stage using double-sided graphite tape and coated with gold and palladium using a scatter (deskV, Denton Vacuum). Sample images were then taken with a Hitachi S-4000 FE-SEM (TX, USA).

統計分析。実験は、1点につき3つの試料を用いて行った。全ての図表にしたデータは、平均±標準偏差として示した。データ分析は、SPSS(IBM、Somers、NY)を用いて行った。有意性検定は、不等分散で対応のない両側スチューデントのt検定を用いて算出した。有意性レベルは、p<0.05に設定した。
結果
Statistical analysis. The experiment was performed using three samples per point. All charted data are presented as mean ± standard deviation. Data analysis was performed using SPSS (IBM, Somers, NY). The significance test was calculated using a two-sided Student's t-test with unequal variance and no correspondence. The significance level was set at p <0.05.
result

PEの血管新生能力。収集したデータは、PEに対するHUVECの血管新生応答の程度が、インキュベーション時間およびPEを与えた接種回数により強く影響されることを示す。   PE angiogenic ability. The data collected shows that the extent of HUVEC's angiogenic response to PE is strongly influenced by the incubation time and the number of inoculations given PE.

インキュベーション時間について、PEとインキュベートしたHUVECは、血管新生様ネットワークを形成し、その形態は、インキュベーション時間の関数として変動した(図9A〜B)。播種後第1日にて、HUVECは、明確なネットワークをまだ形成しなかった(図9A、第1日)。メッシュは多数(102.67±3.52)で小さく、短い細管が観察された(平均細管長:78.85±3.24μm)。また、分岐点の数(BP)は多かったが(105±9.85)、いくつかの細胞クラスタの存在下では同定するのが困難であった。培養第3日(図9Aにおける第3日)にて、よく形成されたネットワークが出現した。これは、より少数のBP(71±6.25)、より長い細管(平均長:136.43±15.23μm)およびより広くかつより少ない多数のメッシュ(61.33±8.02)の存在によっても確認される。培養第5日(図9A、第5日)にて、ネットワークはまだ目視可能であったが、分解し始めた。細管はより長かったが(170.56±16.51μm)、より少なくかつより薄かった。メッシュは同定するのが困難であり、その数は減少した(36.33±6.02)。BPについて、その数はわずかに減少した(63±4)。ネットワークの分解は、細胞がPE内に含まれる血管新生分子を既に使い尽くしたことに起因し得る。対照プレート(各画像の右上の隅)において細管形成は観察されず、よって、細胞形態の変化がストレスまたはその他の外因によるものでないことが示された。   For incubation time, HUVECs incubated with PE formed an angiogenic-like network whose morphology varied as a function of incubation time (FIGS. 9A-B). On the first day after sowing, HUVEC did not yet form a clear network (FIG. 9A, day 1). The mesh was numerous (102.67 ± 3.52) and small, and short tubules were observed (average tubule length: 78.85 ± 3.24 μm). The number of branch points (BP) was large (105 ± 9.85), but it was difficult to identify in the presence of several cell clusters. On the third day of culture (the third day in FIG. 9A), a well-formed network appeared. This is the presence of fewer BPs (71 ± 6.25), longer tubules (average length: 136.43 ± 15.23 μm) and wider and fewer numerous meshes (61.33 ± 8.02) Also confirmed by. On day 5 of culture (FIG. 9A, day 5), the network was still visible, but began to decompose. The tubules were longer (170.56 ± 16.51 μm) but fewer and thinner. Meshes were difficult to identify and the number decreased (36.33 ± 6.02). For BP, the number decreased slightly (63 ± 4). The degradation of the network can be attributed to the fact that the cells have already used up the angiogenic molecules contained within the PE. No tubule formation was observed in the control plate (upper right corner of each image), thus indicating that the change in cell morphology was not due to stress or other external factors.

HUVECの空間構成の半定量的分析を図9Bのヒストグラムに示す。バーは、平均細管長、BPの数およびメッシュの数を示す。3つ全てのパラメータを考慮して第1日と第5日との間で統計的な差が見出されたことに気付くことができる。   A semi-quantitative analysis of the spatial composition of HUVEC is shown in the histogram of FIG. 9B. Bars indicate average tubule length, number of BPs and number of meshes. It can be noted that a statistical difference was found between day 1 and day 5 considering all three parameters.

本研究では、毛細血管様ネットワーク形成は、PEの接種回数に影響された(図10A〜B)。平均細管長は、1回の接種を受けた細胞から3回受けたものまで増加したが、BPおよびメッシュの数はともに減少した(図10Aおよび10BB)。PEの1回の接種の後に、明確なネットワーク形成はなかった。メッシュは多数であったが(76.67±19.74)、平均細管長(129.71±12.88μm)によっても確認されるように、広がっていなかった(図10A、最初のパネル)。さらに、いくつかのBP(110.78±15.40)および細胞クラスタがあり、よって、細胞がうまく接続されてないことを示した。2回の接種を受けた細胞はネットワークを形成したが、いくつかのクラスタがまだ存在した(図10A、2つ目のパネル)。このことは、ネットワークが完全に成熟していないことを示唆し得る。しかし、平均細管長は増加したが(139.91±8.93μm)、メッシュの数および分岐点は減少し(それぞれ52.67±19.74および84.33±11.86)、よって、ネットワークがより明確な構造に向かっておそらく変化していることを示した。3回の接種を受けた細胞は、より広いがより少ないメッシュ(43.89±6.52)を有し、BPの数が低減した(80.67±11.92)(図10A、3つ目のパネル)。細管長は増加し(153.89±8.54μm)、細管が一緒に接合して、ネットワーク構造を改善したことを示唆した。また、この場合、対照プレート(各パネルにおける右上の隅)において細管形成は観察されなかった。   In this study, capillary-like network formation was affected by the number of PE inoculations (FIGS. 10A-B). The average tubule length increased from cells that received a single inoculation to those received three times, but both the number of BP and mesh decreased (FIGS. 10A and 10BB). There was no clear network formation after a single inoculation of PE. Although the mesh was numerous (76.67 ± 19.74), it did not spread as confirmed by the average tubule length (129.71 ± 12.88 μm) (FIG. 10A, first panel). Furthermore, there were several BPs (110.78 ± 15.40) and cell clusters, thus indicating that the cells were not well connected. Cells that received two inoculations formed a network, but some clusters were still present (FIG. 10A, second panel). This may suggest that the network is not fully mature. However, while the average tubule length increased (139.91 ± 8.93 μm), the number of meshes and branch points decreased (52.67 ± 19.74 and 84.33 ± 11.86, respectively), thus the network Have probably changed towards a clearer structure. Cells that received 3 inoculations had a wider but fewer mesh (43.89 ± 6.52) and a reduced number of BPs (80.67 ± 11.92) (FIG. 10A, 3 Eye panel). The tubule length increased (153.89 ± 8.54 μm), suggesting that the tubules joined together to improve the network structure. Also, in this case, no tubule formation was observed in the control plate (upper right corner of each panel).

図10Bにおける棒グラフは、HUVECの空間的構成の半定量的分析を示す。平均細管長、BPの数およびメッシュの数を示すバーは、受けたPEの接種回数(1、2または3回)に従って3つの群に分かれている。データは、1回の接種を受けた細胞(129.71±12.88μm)から3回受けた細胞(153.89±8.54μm)まで平均細管長の増加を示し、細胞がより成熟したネットワークに組織化していることを示唆した。この知見は、メッシュの数(76.67±19.74から43.89±6.52まで)およびBPの数(110.78±15.40から80.67±11.92まで)の両方の減少が観察されたことによっても支持される。行った統計分析から、1回の接種を受けた細胞と3回受けた細胞との間に3つ全てのパラメータにおいて差が見出された。   The bar graph in FIG. 10B shows a semi-quantitative analysis of the spatial organization of HUVEC. Bars showing average tubule length, number of BPs and number of meshes are divided into three groups according to the number of PE inoculations received (1, 2 or 3). Data show an increase in mean tubule length from cells that received one inoculation (129.71 ± 12.88 μm) to cells that received three times (153.89 ± 8.54 μm), a more mature network of cells Suggested that they are organized. This finding indicates that both the number of meshes (from 76.67 ± 19.74 to 43.89 ± 6.52) and the number of BPs (from 110.78 ± 15.40 to 80.67 ± 11.92). This is also supported by the observed decrease. From the statistical analysis performed, differences were found in all three parameters between cells that received one inoculation and those that received three.

抽出物の保持された生物活性について、抽出物は、37℃で湿潤5%COインキュベータ中の15日間の貯蔵までその血管新生能力を維持する(図11)。貯蔵1日と7日との間で有意差は観察されなかった。PEのこれら全ての特徴に鑑みて、PEは、経時的に一定で持続性の放出のために適切であると考えられた。 With respect to the retained biological activity of the extract, the extract maintains its angiogenic capacity until storage for 15 days in a humidified 5% CO 2 incubator at 37 ° C. (FIG. 11). No significant difference was observed between days 1 and 7 of storage. In view of all these features of PE, PE was considered suitable for constant and sustained release over time.

ゼラチン微小粒子の特徴付け。いくつかの調製物のゼラチン微小粒子のサイズ分布分析は、これらのサイズ範囲が20.886±3.53から124.083±13.01μmの間であったことを示した。これらの80%近くが、20〜80μmの範囲の直径を有していた(図12B)。図12Aに示す微小粒子のSEM検査は、空の微小粒子と添加微小粒子との間に表面形態の差を示した。空の微小粒子(上の列)は、平滑な表面および規則的な形状を示した。添加後(下の列)、粒子はより大きく、不規則的な表面を有していた。これらの2つの外観は、(i)表面へのPEの付着(吸着)および(ii)粒子内部へのPEの浸透(吸収)27を意味する。 Characterization of gelatin microparticles. Size distribution analysis of gelatin microparticles of some preparations indicated that these size ranges were between 20.86 ± 3.53 and 124.083 ± 13.01 μm. Nearly 80% of these had diameters in the range of 20-80 μm (FIG. 12B). SEM inspection of the microparticles shown in FIG. 12A showed a difference in surface morphology between the empty microparticles and the added microparticles. Empty microparticles (upper row) showed a smooth surface and regular shape. After the addition (bottom row), the particles were larger and had an irregular surface. These two appearances mean (i) PE attachment (adsorption) to the surface and (ii) PE penetration (absorption) 27 inside the particles.

図13は、非架橋微小粒子の分解プロファイルを示す。この実験は、空の微小粒子を用いてのみ行って、PBS中のゼラチンの分解動態を評価した。初期バーストが観察された。6時間後に、累積パーセント放出は、6.45%±0.12であった(図13、挿入図)。バーストの後に、よりゆっくりした放出が続いた。20日後に、全累積放出は18.65%±0.09であった(図13、主図)。   FIG. 13 shows the degradation profile of non-crosslinked microparticles. This experiment was performed only with empty microparticles to evaluate the degradation kinetics of gelatin in PBS. An initial burst was observed. After 6 hours, the cumulative percent release was 6.45% ± 0.12 (FIG. 13, inset). The burst was followed by a slower release. After 20 days, the total cumulative release was 18.65% ± 0.09 (FIG. 13, main figure).

図14Aは、空の微小粒子のin vitro分解(黒、PEなし)およびPEを添加した微小粒子のin vitro放出(灰色、PE)を示す。両方の場合では、小さい初期バーストが観察された。48時間後に、添加微小粒子からの累積パーセント放出は1.03%±0.08であったが、空の微小粒子については0.76%±0.05であり、両方の場合においてほぼ一定の放出が続いた。22日後に添加および空の微小粒子からの累積パーセント放出はほぼ同じであり、グラフにおいても強調するように、それぞれ4.65%±0.07および4.65%±0.11であった。23日目に、空の微小粒子からの放出は、添加粒子からのものよりもわずかに大きかった(それぞれ5.18±0.05および4.92±0.09)。ほとんどのPEが放出されたという証拠に基づいて、実験を終えた。   FIG. 14A shows in vitro degradation of empty microparticles (black, no PE) and in vitro release of microparticles with added PE (grey, PE). In both cases, a small initial burst was observed. After 48 hours, the cumulative percent release from the added microparticles was 1.03% ± 0.08, but for empty microparticles it was 0.76% ± 0.05, almost constant in both cases Release continued. The cumulative percent release from added and empty microparticles after 22 days was approximately the same, as highlighted in the graph, were 4.65% ± 0.07 and 4.65% ± 0.11, respectively. On day 23, the release from empty microparticles was slightly greater than that from additive particles (5.18 ± 0.05 and 4.92 ± 0.09, respectively). The experiment was terminated based on evidence that most of the PE was released.

図14Bは、添加微小粒子と空の微小粒子との間の放出パーセントの差を示す。2つのピークが観察できる。最初のピークは1時間目から第5日までであり、2つ目は第5日から第22日までである。第1のピークは、粒子表面と結合しているPEが最初に、より短い期間で放出されたことを示す。おそらく大量の粒子の浸食による第2のピークは、より長く続き、全累積放出はより大きい。このことは、放出媒体により微小粒子に形成された孔またはチャネルからPEが徐々に放出されることを示す。   FIG. 14B shows the percent release difference between the added and empty microparticles. Two peaks can be observed. The first peak is from hour 1 to day 5, and the second is from day 5 to day 22. The first peak indicates that PE bound to the particle surface was first released in a shorter period of time. The second peak, possibly due to erosion of a large amount of particles, lasts longer and the total cumulative release is larger. This indicates that PE is gradually released from the pores or channels formed in the microparticles by the release medium.

初期「バースト」の存在にもかかわらず、ろ過により得られた微小粒子から示された放出動態は、ゼロ次プロファイルに近く、このことは、放出がほぼ一定であることを意味する。本発明者らは、このことは、同じ試料中に異なるサイズの粒子が共存することに起因し得ると論じる。放出速度は、粒子サイズにより影響され、より正確には、より小さい微小粒子は、表面積対体積比の増加の結果として、より大きい放出を有する。この現象は、制御されたほぼゼロ次の放出プロファイルを達成するために薬物またはタンパク質放出を調節するために既に用いられている25Despite the presence of an initial “burst”, the release kinetics shown from the microparticles obtained by filtration are close to the zero order profile, which means that the release is nearly constant. We argue that this may be due to the coexistence of different sized particles in the same sample. Release rate is affected by particle size, more precisely, smaller microparticles have a larger release as a result of an increase in surface area to volume ratio. This phenomenon has already been used to modulate drug or protein release to achieve a controlled near zero order release profile 25 .

空の微小粒子および添加微小粒子の両方からの全累積放出は、通常20%を超える39、40文献に報告された値より幾分低い。このことは、高度の架橋に起因し得る。 The total cumulative release from both empty and added microparticles is somewhat lower than the values reported in the 39,40 literature, usually over 20%. This can be attributed to a high degree of crosslinking.

3D in vitro血管新生アッセイ。最適細胞密度およびPE体積を決定した後に、上記の方法に記載したようにして血管新生アッセイを調製した。培養3日後に、細管形成の兆候はなく、PE添加微小粒子を播種したHUVECと対照との間に差はみられなかった(結果は示さず)。培養5日後に、細胞の形態は変化し、出芽が観察されたが、毛細血管様ネットワークはまだ形成されなかった(図15)。出芽は、血管新生の初期段階であり、よって、培養5日後の出芽の存在は、HUVECからの血管新生応答を証明する41。播種後3日でネットワークは形成されなかったので、粒子により放出されるPEの量は、観察した時間枠内で血管新生を促進するためには不十分であった可能性がある。しかし、出芽の形成は、PEが放出され、血管新生応答が開始したことを示す。微小粒子の放出速度は、より短時間の枠内で細管形成を促進するように最適化できる。 3D in vitro angiogenesis assay. After determining the optimal cell density and PE volume, an angiogenesis assay was prepared as described in the method above. After 3 days of culture, there was no sign of tubule formation and no difference was seen between HUVEC seeded with PE-added microparticles and control (results not shown). After 5 days in culture, cell morphology changed and budding was observed, but no capillary-like network was formed yet (FIG. 15). Budding is an early stage of angiogenesis, thus the presence of budding after 5 days in culture demonstrates an angiogenic response from HUVECs 41 . Since no network was formed 3 days after seeding, the amount of PE released by the particles may have been insufficient to promote angiogenesis within the observed time frame. However, budding formation indicates that PE has been released and an angiogenic response has begun. The release rate of the microparticles can be optimized to promote tubule formation within a shorter time frame.

考察および結論
本実施例の知見は、HUVECの血管新生応答が、インキュベーション時間だけでなく、受けたPEの接種回数によっても影響されることを明らかにする。特に、初期の実験では、毛細血管ネットワークは播種1日後から形成され始め、3日後によく明確になり、5日後に分解し始めた。HUVECが、1回より多いPEの接種を受けた場合に、より成熟した毛細血管ネットワークを形成することも示された。さらに、本実施例では、ネットワークは、上で論じた実験におけるように、5日後に分解しなかった。最後に、抽出物は、貯蔵15日目までその血管新生能力を維持する。PEのこれら全ての特徴に鑑みて、PEは、経時的に一定で持続性の放出のために適切であると考えることができる。よって、血管新生を誘導および調節するその能力を改善することを目標として、多重タンパク質混合物のための薬物送達の方法を、生分解性ゼラチン微小粒子を用いて開発して、生物活性をさらに保存し、hPEの送達を制御および延長した。
DISCUSSION AND CONCLUSION The findings of this example demonstrate that the angiogenic response of HUVEC is influenced not only by incubation time but also by the number of PE inoculations received. In particular, in early experiments, the capillary network began to form 1 day after sowing and became well defined after 3 days and began to degrade after 5 days. It has also been shown that HUVECs form more mature capillary networks when they receive more than one PE inoculation. Furthermore, in this example, the network did not degrade after 5 days, as in the experiment discussed above. Finally, the extract maintains its angiogenic capacity until the 15th day of storage. In view of all these features of PE, PE can be considered suitable for constant and sustained release over time. Thus, with the goal of improving its ability to induce and regulate angiogenesis, drug delivery methods for multiprotein mixtures have been developed using biodegradable gelatin microparticles to further conserve biological activity. , Controlled and prolonged the delivery of hPE.

この目的のために、生分解性ゼラチン微小粒子を、PEの送達系として調製した。ゼラチン粒子へのhPEの吸収および吸着を、SEM検査およびin vitro放出動態の分析により評価した。SEM分析は、添加粒子と空の粒子との間でサイズの増加および形態の変化を示し、このことは、表面へのhPEの付着(吸着)および/または粒子への浸透(吸収)の結果である。放出動態は2つのピークを示し、第1のピークは、微小粒子の表面上に結合したタンパク質の放出の結果であると考えられ、このピークは、第2ピークよりも小さく、より短い期間で生じた。第2のピークは、大量浸食に起因すると考えられた。なぜなら、これは、より高い全累積放出をより長い期間、有していたからである。初期「バースト」の存在にもかかわらず、放出動態は、第1日後にゼロ次プロファイルに近かった。分析により、粒子が3D in vitro血管新生アッセイにおける抽出物の持続放出のための媒介物として用いるために適切であることが明らかになった。   For this purpose, biodegradable gelatin microparticles were prepared as a delivery system for PE. The absorption and adsorption of hPE on gelatin particles was evaluated by SEM inspection and analysis of in vitro release kinetics. SEM analysis shows an increase in size and a change in morphology between the additive and empty particles, which is a result of hPE adhesion (adsorption) to the surface and / or penetration (absorption) into the particles. is there. The release kinetics shows two peaks, the first peak is believed to be the result of the release of protein bound on the surface of the microparticles, which is smaller than the second peak and occurs in a shorter period of time. It was. The second peak was thought to be due to massive erosion. This is because it had a higher total cumulative release for a longer period of time. Despite the presence of an initial “burst”, the release kinetics were close to the zero order profile after the first day. The analysis revealed that the particles are suitable for use as a mediator for the sustained release of the extract in a 3D in vitro angiogenesis assay.

これらの研究は、3D I型コラーゲンマトリクスに組み込まれた場合に、hPE添加ゼラチン微小粒子が、培養5日後にいくらかの細胞出芽とともに細胞を長い形態および細管形成の初期段階に誘導したことも示す(図15、右)。出芽は血管新生の初期段階であるので、出芽の存在は、HUVECからの血管新生応答を意味する。空の微小粒子および添加微小粒子の両方からの観察された全累積放出は、23日後にほぼ5%であったが、これは、単一タンパク質がゼラチン微小粒子から放出される場合の文献に報告される20〜30%の値より著しく低い。低い累積放出にもかかわらず、粒子により放出されるhPEの濃度は、コラーゲンヒドロゲル内で血管新生応答を生じるためにまだ十分高かった。よって、hPE添加ゼラチン微小粒子を包埋したコラーゲンヒドロゲルは、抗血管新生がん薬物をスクリーニングすることから、細管および血管新生ネットワーク形成の機械論的研究までの範囲で用いるin vitro血管新生アッセイにおける応用の可能性がある。   These studies also show that when incorporated into 3D type I collagen matrix, hPE-added gelatin microparticles induced cells to long morphology and early stages of tubule formation with some cell sprouting after 5 days in culture ( FIG. 15, right). Since budding is an early stage of angiogenesis, the presence of budding implies an angiogenic response from HUVEC. The observed total cumulative release from both empty and loaded microparticles was approximately 5% after 23 days, as reported in the literature when a single protein is released from gelatin microparticles. Significantly lower than the 20-30% value. Despite the low cumulative release, the concentration of hPE released by the particles was still high enough to produce an angiogenic response within the collagen hydrogel. Thus, collagen hydrogels embedded with hPE-added gelatin microparticles can be used in in vitro angiogenesis assays, ranging from screening anti-angiogenic cancer drugs to mechanistic studies of tubule and angiogenesis network formation. There is a possibility.

全体として、本実施例は、生分解性ゼラチン微小粒子を、3D血管新生アッセイにおける多重タンパク質hPEの持続放出のための媒介物として用いることができることを証明した。hPE添加ゼラチン微小粒子を用いて細胞出芽が培養5日後に観察されたが、相互連結毛細血管ネットワークは形成されなかった。粒子により放出されるhPMの量の増加または培養時間の延長は、より相互連結された毛細血管ネットワークの形成を促進し得る。   Overall, this example demonstrated that biodegradable gelatin microparticles can be used as a mediator for sustained release of multiprotein hPE in a 3D angiogenesis assay. Cell sprouting was observed after 5 days in culture using hPE-added gelatin microparticles, but no interconnected capillary network was formed. Increasing the amount of hPM released by the particles or extending the culture time can promote the formation of a more interconnected capillary network.

実施例2についての参考文献
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Reference for Example 2
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(実施例3)
血管新生を調節するためのPLGA微小粒子からの胎盤抽出物放出
導入
本開示のヒト胎盤抽出物の単独投与は、実施例1で上記に記載するように、in vitroおよびin vivo血管新生の初期段階を誘導および調節することが示された。経時的なhPMの複数回投与は、さらなる毛細血管ネットワーク発達を促進することが示されたので、制御送達は、上記の実施例2に記載するように、延長された期間ネットワーク形成をさらに安定化すると仮説を立てた。本実施例では、hPEをポリ(乳酸−co−グリコール酸)(PLGA)微小粒子にカプセル化して、放出期間を延長した。微小粒子調製物をhPE添加のために最適化し、形態学的特徴(サイズ、カプセル化効率、多孔性)を特徴付けて、タンパク質放出をプロファイリングした。
(Example 3)
Induction of placental extract release from PLGA microparticles to modulate angiogenesis Single administration of the human placenta extract of the present disclosure can be performed at an early stage of in vitro and in vivo angiogenesis, as described above in Example 1. Has been shown to induce and regulate. Since multiple doses of hPM over time have been shown to promote further capillary network development, controlled delivery further stabilizes network formation for an extended period of time, as described in Example 2 above. He made a hypothesis. In this example, hPE was encapsulated in poly (lactic acid-co-glycolic acid) (PLGA) microparticles to extend the release period. The microparticle preparation was optimized for hPE addition, characterized morphological characteristics (size, encapsulation efficiency, porosity) and profiled protein release.

移植組織または組織構築物のために血管新生を誘導するために上記で同定された問題を克服するために、本開示の方法では、ヒト胎盤を用いて、毛細血管ネットワーク形成を誘導でき、上記の実施例に記載するように血管新生および免疫調節タンパク質を含む本実施例においてヒト胎盤マトリクス(hPM)というヒト胎盤抽出物を導出した。in vitroで、hPM上に播種した内皮細胞(HUVEC)は、上記で、血管新生遺伝子の上方制御とともに血管新生ネットワークを形成することが示され、in vivoで、マトリクスは、成分添加した生体スキャフォールド内で血管形成を誘導しつつ組織線維化を阻害することが示された。さらに、規則的な時点(培養の第1日、第3日および第5日)にて複数回のhPM接種を受けた内皮細胞は、そのネットワークが5日後に分解し始めた単独接種だけを受けた細胞と比較して、より安定で長持ちする血管新生ネットワークを形成した。よって、経時的なマトリクスの制御送達のためのアプローチについて調査して、より長持ちし、より安定な毛細血管ネットワーク形成を可能にした。   In order to overcome the problems identified above for inducing angiogenesis for transplanted tissues or tissue constructs, the disclosed method can use human placenta to induce capillary network formation and perform the above-described implementations. A human placenta extract called human placenta matrix (hPM) was derived in this example containing angiogenesis and immunoregulatory proteins as described in the examples. Endothelial cells (HUVEC) seeded on hPM in vitro have been shown above to form an angiogenic network with upregulation of angiogenic genes, and in vivo, the matrix is a biological scaffold with added components It was shown to inhibit tissue fibrosis while inducing angiogenesis in the body. Furthermore, endothelial cells that received multiple hPM inoculations at regular time points (culture days 1, 3 and 5) received only a single inoculation whose network began to degrade after 5 days. Formed a more stable and long-lasting angiogenic network compared to the cultured cells. Thus, approaches for controlled delivery of matrices over time have been investigated to allow for longer lasting and more stable capillary network formation.

hPMの複雑で不均質な性質は、制御放出機序を複雑にし得る。例えば、タンパク質の異なる電荷および鎖特性は、お互いの相互作用および制御放出のために用いる材料との相互作用のために、添加効率に対して影響を有し得る。自然のおよび合成の両方の微小粒子材料が、タンパク質をカプセル化するその能力について調査されている。自然の材料、例えばコラーゲン、キトサンおよびアルギン酸塩は、生体適合性および侵襲的でないカプセル化技術を提供し、これらは、約7から10日の間の分解速度を有し、これは、ある程度の持続放出を可能にするが、より長い期間の持続タンパク質放出のための使用を制限し得る11、12、13。化学または光化学架橋は、これらの微小粒子の分解を遅くし得る9、14The complex and heterogeneous nature of hPM can complicate the controlled release mechanism. For example, different charge and chain properties of proteins can have an impact on loading efficiency due to interaction with each other and with the materials used for controlled release. Both natural and synthetic microparticulate materials have been investigated for their ability to encapsulate proteins. Natural materials such as collagen, chitosan and alginate provide biocompatible and non-invasive encapsulation techniques, which have a degradation rate between about 7 and 10 days, which is somewhat sustained. Allows release, but may limit use for longer term sustained protein release 11, 12, 13 . Chemical or photochemical crosslinking can slow the degradation of these microparticles 9,14 .

PLA共重合体は、生物医学用途においてタンパク質カプセル化のために用いられており、FDA承認済み生体適合性合成材料である15、16、17。これらの重合体は、タンパク質の長持ちする制御放出を与えることができ、複合物および多層微小粒子を創出するために用いることができる15、18。これらの材料のうち、PLGAまたはポリ(乳酸−co−グリコール酸)は、特定の増殖因子(例えばBMP、VEGF、bFGF)の制御放出のために用いられている19、20、21PLA copolymers are used for protein encapsulation in biomedical applications and are FDA approved biocompatible synthetic materials 15, 16, 17 . These polymers can provide long-lasting controlled release of proteins and can be used to create composites and multilayer microparticles 15,18 . Of these materials, PLGA or poly (lactic-co-glycolic acid) has been used for the controlled release of certain growth factors (eg BMP, VEGF, bFGF) 19, 20, 21 .

研究は、単一タンパク質のPLGAカプセル化について評価しており、いくつかは多重タンパク質の同時カプセル化について調査しているが22、23、タンパク質の複雑な不均質混合物のカプセル化について評価した研究はない。本実施例は、PLGA微小粒子を用いるhPMについての組成物およびカプセル化技術について記載し、内皮細胞の3D培養物におけるこの混合物の制御放出の効果について評価する。 Studies are evaluating single protein PLGA encapsulation, some are investigating the simultaneous encapsulation of multiple proteins 22,23 , but studies evaluating the encapsulation of complex heterogeneous mixtures of proteins are Absent. This example describes the composition and encapsulation technique for hPM using PLGA microparticles and evaluates the effect of controlled release of this mixture on 3D cultures of endothelial cells.

hPMの不均質な組成に鑑みて、本実施例に記載する本実施形態では、細胞培養物における用途のための多重タンパク質hPM放出に適するようにPLGA合成プロトコールを最適化した。微小粒子サイズの最適化(再生医療のために適するように)、高い添加量およびカプセル化効率、低い初期バーストならびに制御放出プロファイルを含めて考慮した。さらに、内皮細胞を用いて血管新生を誘導するのに適当な濃度においてhPMが微小粒子から放出されることを確認した。微小粒子合成および添加の後に、分析を行って、カプセル化プロセスがhPMタンパク質について選択的であるかを評価した。血管新生の誘導に対する制御hPM放出の効果を、HUVECを播種したアルギン酸塩ベースのヒドロゲルに包埋したhPM添加微小粒子を用いる3D培養系を用いて評価した。28日間の間の特定の時点にて細胞挙動を評価して、培養の全期間にわたってPLGA微小粒子からのhPMの制御された成分添加を受けた細胞と比較して、第1日にhPMの単回の直接接種を受けた細胞の応答を評価した。   In view of the heterogeneous composition of hPM, in this embodiment described in this example, the PLGA synthesis protocol was optimized to be suitable for multiprotein hPM release for use in cell culture. Consideration was made including optimization of microparticle size (to be suitable for regenerative medicine), high loading and encapsulation efficiency, low initial burst and controlled release profile. Furthermore, it was confirmed that hPM was released from the microparticles at a concentration suitable for inducing angiogenesis using endothelial cells. After microparticle synthesis and addition, an analysis was performed to assess whether the encapsulation process was selective for hPM protein. The effect of controlled hPM release on the induction of angiogenesis was evaluated using a 3D culture system using hPM-added microparticles embedded in an alginate-based hydrogel seeded with HUVEC. Cell behavior was assessed at specific time points during 28 days and compared to cells that received controlled component addition of hPM from PLGA microparticles over the entire period of culture. The response of cells that received two direct inoculations was evaluated.

方法
複数回の急速投与hPM接種の効果。軌道振とう器を30rpmにて1分間用い、96ウェル組織培養プレートのウェルをピペットを用いて均一にコーティングすることにより、HUVECを用いてin vitroで、血管新生ネットワーク形成中のhPM成分添加プロファイルの効果の分析を決定した。プレートを次いで37℃にて30分間インキュベートして、hPMを温めた。HUVECを血管新生培地に懸濁し、hPMの上にピペットで入れ、次いで、37℃にて湿潤6%COインキュベータに入れた。対照のために、HUVECを20,000細胞/cmにて血管新生(Angiogenci)培地で培養した。hPM接種の3つの異なるプロファイルを比較した。1)hPMを第1日(播種の日)にのみ接種して加えた、2)hPMを第1および3日に接種した、および3)hPMを第1、3および5日に接種した。細胞を7日間培養し、培地を第3および5日に置き換えた。対照として、細胞を同じ密度にてプレートの底に直接播種し、培地を2日ごとに置き換えた。細胞を第7日に染色し、蛍光顕微鏡を用いて画像化し、「血管新生定量」の項に記載するようにして画像を分析することにより、血管新生を定量した。
Method Effect of multiple rapid dose hPM inoculations. Using an orbital shaker for 1 minute at 30 rpm and uniformly coating the wells of a 96-well tissue culture plate with a pipette, in vitro using HUVEC, the hPM component addition profile during the formation of an angiogenic network The effect analysis was determined. The plate was then incubated at 37 ° C. for 30 minutes to warm hPM. HUVEC was suspended in angiogenic medium and pipetted onto hPM and then placed in a humidified 6% CO 2 incubator at 37 ° C. For controls, HUVEC were cultured in angiogenic medium at 20,000 cells / cm 2 . Three different profiles of hPM inoculation were compared. 1) hPM was inoculated and added only on day 1 (day of sowing), 2) hPM was inoculated on days 1 and 3, and 3) hPM was inoculated on days 1, 3 and 5. Cells were cultured for 7 days and the medium was replaced on days 3 and 5. As a control, cells were seeded directly at the bottom of the plate at the same density and the medium was replaced every 2 days. Cells were stained on day 7, imaged using a fluorescence microscope, and angiogenesis was quantified by analyzing the images as described in the “Angiogenesis Quantification” section.

PLGA微小粒子調製。水中油中水エマルジョン(プロトコール1)(Durect、Cupertino、CA)を用いてPLGA(ポリ(DL−ラクチド−co−グリコリド))微小粒子を調製した。実施例1に記載したようにhPMタンパク質混合物を用いて一方の水溶液(W1)を調製し、2gのポリビニルアルコール(wt30,000〜70,000、87〜90%加水分解、Sigma−Aldrich、St.Louis、MO)を100mLのDI水に溶解することにより他方の水溶液(W2)を調製した。油溶液(O)は、溶液が透明に見えるまで90mgのPLGAを3mLのクロロホルムに溶解することにより得た。W1をOに加え、20,000rpmにて1分間均質化した。マイクロピペットを用いて、得られた一次エマルジョンを300rpmにて撹拌しながらW2に滴下した。全ての一次エマルジョンを加えたときに、得られた二次エマルジョンをアルミホイルで軽く覆い、換気フード内で一晩撹拌したまま(300rpm)にして、溶媒を蒸発させた。次に、二次エマルジョンを1000rpmにて10分間遠心分離し、上清を取り除き、微小粒子をさらに2回DI水で洗浄した。固くなった微小粒子をDI水に懸濁し、48時間凍結乾燥し、次いで、必要になるまで4℃にて貯蔵した。対照のために、hPMの代わりにウシ血清アルブミン(BSA)で置換することによりW1を作製して(Sigma−Aldrich、St.Louis、MO)、単一タンパク質添加PLGA微小粒子を創出した。   PLGA microparticle preparation. PLGA (poly (DL-lactide-co-glycolide)) microparticles were prepared using a water-in-oil-in-water emulsion (Protocol 1) (Duret, Cupertino, CA). One aqueous solution (W1) was prepared using the hPM protein mixture as described in Example 1, and 2 g of polyvinyl alcohol (wt 30,000-70,000, 87-90% hydrolysis, Sigma-Aldrich, St. The other aqueous solution (W2) was prepared by dissolving Louis, MO) in 100 mL DI water. Oil solution (O) was obtained by dissolving 90 mg of PLGA in 3 mL of chloroform until the solution appeared clear. W1 was added to O and homogenized at 20,000 rpm for 1 minute. Using a micropipette, the obtained primary emulsion was added dropwise to W2 while stirring at 300 rpm. When all the primary emulsion was added, the resulting secondary emulsion was lightly covered with aluminum foil and allowed to stir overnight (300 rpm) in a fume hood to evaporate the solvent. Next, the secondary emulsion was centrifuged at 1000 rpm for 10 minutes, the supernatant was removed, and the microparticles were washed twice more with DI water. The hardened microparticles were suspended in DI water, lyophilized for 48 hours and then stored at 4 ° C. until needed. For control, W1 was made by substituting bovine serum albumin (BSA) for hPM (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) to create single protein loaded PLGA microparticles.

hPM混合物の不均質な性質のために、カプセル化は、PLGA微小粒子からの制御放出の難しい要素である。よって、サイズおよび放出に対するプロトコールの改変の影響を分析した。まず、一次段階のより長い均質化の影響を評価した(プロトコール2:1分の代わりに2分)。次いで、二次水中油中水エマルジョンの形成の後かつ溶媒除去の前に導入したさらなる均質化ステップの影響を調査した(プロトコール3:1分のさらなる均質化;プロトコール4:20秒のさらなる均質化)。各改変の後に、最適化プロセスに移る前に、微小粒子の形態学的特徴および関連する放出速度を評価および比較した。   Due to the heterogeneous nature of hPM mixtures, encapsulation is a difficult element of controlled release from PLGA microparticles. Therefore, the impact of protocol modifications on size and release was analyzed. First, the effect of longer homogenization in the primary stage was evaluated (protocol 2: 2 minutes instead of 1 minute). The effects of additional homogenization steps introduced after formation of the secondary water-in-oil-in-water emulsion and before solvent removal were then investigated (Protocol 3: 1 min further homogenization; Protocol 4: 20 sec further homogenization). ). After each modification, the morphological characteristics and associated release rates of the microparticles were evaluated and compared before moving on to the optimization process.

PLGA微小粒子形態学的特徴付け。PLGA微小粒子の形態学的特徴を、顕微鏡検査を用いて評価した。カラーデジタルカメラ(Leica DM IL LED、Leica Microsystems Inc.、IL、USA)が装着された倒立光学Leica顕微鏡を用いて微小粒子の平均サイズを評価した。フリーソフトウェアImageJ 1.45s(Wayne、Rasband−National Institutes of Health、USA−http://imagej.nih.gov/ij/)を用いて、撮影した画像を分析した。粒子を手動でトレースした後にLeica LASソフトウェア(Wetzlar、Germany)を用いて自動測定することにより、各粒子の直径を決定した。   PLGA microparticle morphological characterization. The morphological characteristics of PLGA microparticles were evaluated using microscopy. The average size of the microparticles was evaluated using an inverted optical Leica microscope equipped with a color digital camera (Leica DM IL LED, Leica Microsystems Inc., IL, USA). The captured images were analyzed using the free software ImageJ 1.45s (Wayne, Rasband-National Institutes of Health, USA-http: //imagej.nih.gov/ij/). The diameter of each particle was determined by automatic tracing using Leica LAS software (Wetzlar, Germany) after manually tracing the particles.

走査型電子顕微鏡検査(SEM)(S−4000 FE−SEM、Hitachi High Technologies、TX、USA)を用いて微小粒子の表面形態および多孔性を特徴付けた。形状および表面分析のために、凍結乾燥試料を、両面グラファイトテープを用いてアルミニウムの試料台の上に載せ、スキャッタ(scatter)(deskV、Denton Vacuum)を用いて金およびパラジウムでコーティングした。コーティングした試料を、次いで、2kVの加速電圧にて調べ、低倍率で撮影して平均寸法および形状を評価し、高倍率で多孔性および形態学的特徴の変化を評価した。   Scanning electron microscopy (SEM) (S-4000 FE-SEM, Hitachi High Technologies, TX, USA) was used to characterize the surface morphology and porosity of the microparticles. For shape and surface analysis, lyophilized samples were mounted on an aluminum sample stage using double-sided graphite tape and coated with gold and palladium using a scatter (deskV, Denton Vacuum). The coated samples were then examined at an accelerating voltage of 2 kV, photographed at low magnification to evaluate average dimensions and shape, and porosity and morphological feature changes at high magnification.

添加効率。微小粒子溶解後のカプセル化されたタンパク質の直接測定を用いて、PLGA微小粒子中のhPM添加効率を決定した。これは、Ravi.ら、Development and characterization of polymeric microspheres for controlled release protein loaded drug delivery system.70、(2008)およびIgartua,M.ら、Stability of BSA encapsulated into PLGA microspheres using PAGE and capillary electrophoresis.International Journal of Pharmaceutics 169、45〜54(1998)(これらはともに加水分解技術について本明細書に参照により組み込まれている)に記載される加水分解技術の適応により行った。手短に述べると、15mgの凍結乾燥マイクロスフェアを、5%w/vのSDSを含む5mLの0.1M NaOHを用いて消化し、振とう器上で15h、室温にて、透明な溶液が得られるまで加水分解した。得られた透明溶液を、次いで、1M HClを加えることによりpH7まで中和し、5000rpmにて10分間遠心分離した。UV−可視分光光度計を562nmにて用い、Pierce BCA標準タンパク質アッセイを用いて、1点につき3つの試料を用いて上清中のタンパク質濃度を分析した。カプセル化効率は、理論的タンパク質含量に対する実際のタンパク質含量の比率として表した。   Addition efficiency. Direct measurement of encapsulated protein after microparticle dissolution was used to determine the efficiency of hPM addition in PLGA microparticles. This is because Ravi. Development and characterization of polymeric microspheres for controlled release protein loaded drug delivery system. 70, (2008) and Igartua, M .; , Stability of BSA encapsulated into PLGA microspheres using PAGE and capillary electrophoresis. International Journal of Pharmaceuticals 169, 45-54 (1998), both of which are incorporated herein by reference for hydrolysis techniques, were carried out by adaptation of the hydrolysis techniques described in International Journal of Pharmaceuticals 169, 45-54 (1998). Briefly, 15 mg of lyophilized microspheres was digested with 5 mL of 0.1 M NaOH containing 5% w / v SDS to give a clear solution on a shaker for 15 h at room temperature. Hydrolyzed until The resulting clear solution was then neutralized to pH 7 by adding 1M HCl and centrifuged at 5000 rpm for 10 minutes. The protein concentration in the supernatant was analyzed using a UV-visible spectrophotometer at 562 nm and the Pierce BCA standard protein assay with 3 samples per point. Encapsulation efficiency was expressed as the ratio of actual protein content to theoretical protein content.

in vitro hPM放出の特徴付け。PLGA微小粒子からのhPMの放出を特徴付けるために、10mgの添加微小粒子を1mLのリン酸緩衝液生理食塩水(PBS)に懸濁した。チューブを振とうインキュベータ中でインキュベートし、3つの試料を各プロトコールについて評価した。2日ごとにチューブを5000rpmにて5分間遠心分離し、上清を回収し、等量の新しいPBSをチューブに加えた。タンパク質濃度は、562nmでの吸光度を分光光度計で測定することにより定量した。標準Pierce BSAアッセイとマイクロ−タンパク質BSAアッセイからの結果の比較を行って、試験した各時点での放出されたタンパク質のより信頼できる評価を得た。測定は、1点につき3つの試料を用いて収集した。タンパク質濃度は、200から0.5μg/mLまでの範囲の新しく調製した標準物質と比較した。標準PBSの平均吸光度を全ての測定値から減じた。各試料中のタンパク質の量は、それぞれの以前の時点での量と合計して、累積放出曲線を構築した。   Characterization of in vitro hPM release. To characterize the release of hPM from PLGA microparticles, 10 mg of added microparticles was suspended in 1 mL of phosphate buffered saline (PBS). Tubes were incubated in a shaking incubator and three samples were evaluated for each protocol. Every 2 days, the tube was centrifuged at 5000 rpm for 5 minutes, the supernatant was collected, and an equal volume of fresh PBS was added to the tube. The protein concentration was quantified by measuring the absorbance at 562 nm with a spectrophotometer. Comparison of the results from the standard Pierce BSA assay and the micro-protein BSA assay was performed to give a more reliable assessment of the released protein at each time point tested. Measurements were collected using 3 samples per point. The protein concentration was compared to freshly prepared standards ranging from 200 to 0.5 μg / mL. The average absorbance of standard PBS was subtracted from all measurements. The amount of protein in each sample was summed with the amount at each previous time point to construct a cumulative release curve.

hPMは、様々な電荷および特性を特徴とする増殖因子、細胞外マトリクスタンパク質および生体分子を含む複雑なタンパク質混合物であるので、これらの研究は、選択的にカプセル化が生じるかを決定するために、hPM添加微小粒子からのタンパク質放出を分析した。一晩の撹拌の後に回収した上清に対してSDS−PAGE分析を行った。hPM添加およびBSA添加微小粒子からの上清、ならびに微小粒子に添加するときと同じ濃度で用いたPVA中のhPMおよびBSA(50mL DI水中の10mg BSAおよび5mL DI水で希釈した50μL hPM)を含む4つの溶液を分析した。タンパク質標準物質を用いて、検出したタンパク質の分子量を評価した。BIO−RAD電気泳動システム(Hercules、CA)を用いてSDS−pageを行った。電気泳動の後に、ポリアクリルアミドゲルをクーマシーブルーで1時間、連続的な振とう下で染色した。次いで、ゲルを4:1:5のメタノール:酢酸:DI水溶液中で脱染色することによりタンパク質のバンドを増強した。最終のゲルをDI水で洗浄し、画像化した。   Since hPM is a complex protein mixture that includes growth factors, extracellular matrix proteins and biomolecules characterized by various charges and properties, these studies have been used to determine whether encapsulation occurs selectively. Protein release from hPM-added microparticles was analyzed. SDS-PAGE analysis was performed on the supernatant collected after overnight stirring. Contains supernatant from hPM-added and BSA-added microparticles, and hPM and BSA in PVA used at the same concentration as added to the microparticles (50 μL hPM diluted with 10 mg BSA and 5 mL DI water in 50 mL DI water) Four solutions were analyzed. A protein standard was used to evaluate the molecular weight of the detected protein. SDS-page was performed using a BIO-RAD electrophoresis system (Hercules, CA). Following electrophoresis, polyacrylamide gels were stained with Coomassie blue for 1 hour under continuous shaking. The protein band was then enhanced by destaining the gel in a 4: 1: 5 methanol: acetic acid: DI aqueous solution. The final gel was washed with DI water and imaged.

アルギン酸塩−ヒドロゲルベースの3D培養。添加微小粒子を用いる血管新生アッセイを創出して、制御hPM放出のための応用を評価した。hPM添加微小粒子を包埋した3Dアルギン酸塩ゲル(1.5%アルギン酸塩)中にヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を播種して培養した。試料群は、純粋hPMを含むアルギン酸塩に懸濁した細胞、包埋したhPM添加微小粒子を含むアルギン酸塩に懸濁した細胞、微小粒子なしのアルギン酸塩に懸濁した細胞、および空の微小粒子を含むアルギン酸塩に懸濁した細胞を含んだ。全ての試料群について、HUVECを培地に懸濁し、アルギン酸塩マトリクスに穏やかに懸濁した後に、0.054M塩化カルシウム溶液をピペットで入れることにより重合した。アルギン酸塩−細胞懸濁物を静置して15分間重合を可能にし、次いで、ゲルをPBSで洗浄し、培養培地を加え、プレートを37℃にて湿潤6%COインキュベータ中でインキュベートした。 Alginate-hydrogel based 3D culture. An angiogenesis assay using added microparticles was created to evaluate its application for controlled hPM release. Human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) were seeded and cultured in 3D alginate gel (1.5% alginate) in which hPM-added microparticles were embedded. Sample groups include cells suspended in alginate containing pure hPM, cells suspended in alginate containing embedded hPM-added microparticles, cells suspended in alginate without microparticles, and empty microparticles Cells suspended in alginate containing. For all sample groups, HUVEC was suspended in the medium and gently suspended in the alginate matrix before polymerization by pipetting 0.054M calcium chloride solution. The alginate-cell suspension was left to allow polymerization for 15 minutes, then the gel was washed with PBS, the culture medium was added, and the plates were incubated at 37 ° C. in a humidified 6% CO 2 incubator.

hPMをマトリクスに直接加えた条件と、hPMを微小粒子から放出した条件との間の比較結果を得るために、それぞれのゲルに混合したhPMの濃度は、包埋した微小粒子から21日後に放出されたタンパク質の濃度(1cmあたり78μgのタンパク質)と等しかった。微小粒子からの持続制御hPM放出の影響を、カルセインAM(Life Technologies、Grand Island、NY)を用いて染色したゲル内の細胞ネットワークの形態学的特徴付けにより、hPMの急速投与接種と7、14、21および28日に比較した。 In order to obtain a comparison result between the condition in which hPM was added directly to the matrix and the condition in which hPM was released from the microparticles, the concentration of hPM mixed in each gel was released after 21 days from the embedded microparticles. The protein concentration was equal (78 μg protein per cm 2 ). The effect of sustained controlled hPM release from microparticles was determined by morphological characterization of the cellular network in the gel stained with calcein AM (Life Technologies, Grand Island, NY) and rapid dose inoculation of hPM and 7,14 , 21 and 28 days.

血管新生定量。血管新生の出力の定量は、ImageJ 1.45s(NIH、Bethesda、MD)を用いて行った。倒立蛍光顕微鏡を用いて得た5倍の倍率での画像を、以下のパラメータ、すなわち実施例1に記載するように時間中にHUVECにより形成されたメッシュの数、分岐点の数および細管様構造の長さを評価および定量するために処理した。   Angiogenesis quantification. Quantification of the angiogenic output was performed using ImageJ 1.45s (NIH, Bethesda, MD). Images obtained using an inverted fluorescence microscope at a magnification of 5x were obtained using the following parameters: number of meshes formed by HUVEC over time, number of branch points and tubule-like structure as described in Example 1 Were processed to evaluate and quantify the length of

統計分析。微小粒子および3D培養物の両方についての実験は、1点につき3つの試料を用いて行った。全てのグラフおよび表にしたデータは、平均±平均標準誤差として示した。分析は、Excel(Microsoft Office)およびMinitab 15(Minitab、State College、PA)を用いて行った。有意性は、ANOVA検定を用いて算出し、ここでは、2より多い条件を評価し、具体的な差は、事後検定を用いて評価した。2つだけの条件を比較した場合、不等分散の、対応のない両側スチューデントのt検定を用いた。有意性レベルはp<0.05に設定した。 Statistical analysis. Experiments on both microparticles and 3D cultures were performed using 3 samples per point. All graphs and tabulated data are expressed as mean ± standard error of the mean. Analysis was performed using Excel (Microsoft Office) and Minitab 15 (Minitab, State College, PA). Significance was calculated using the ANOVA test, where more than 2 conditions were evaluated and specific differences were evaluated using a post hoc test. When comparing only two conditions, an unequal variance, unpaired two-tailed Student's t-test was used. The significance level was set at * p <0.05.

結果
複数回急速投与hPM接種の影響。血管新生ネットワークへのHUVECの形成は、経時的に受けたhPMの成分添加の回数に影響された(図16A〜16D)。図16Eに示すように、細管長は接種の数の関数として増加した。メッシュの数および分岐点の数について有意な差は生じなかったが(図16F〜16G)、増加しかつより成熟したメッシュの傾向が、接種の回数の関数として観察された。成熟血管新生は、長い細管ならびに分岐点およびメッシュの数の低減を特徴とするので、結果から、hPLの連続投与が安定したネットワークを組織化するために内皮細胞を助けることが確認される。
Results Effect of multiple rapid dose hPM inoculations. The formation of HUVECs in the angiogenic network was affected by the number of hPM component additions received over time (FIGS. 16A-16D). As shown in FIG. 16E, tubule length increased as a function of the number of inoculations. Although there was no significant difference in the number of meshes and branch points (FIGS. 16F-16G), an increasing and more mature trend of the mesh was observed as a function of the number of inoculations. Since mature angiogenesis is characterized by long tubules and a reduced number of branch points and meshes, the results confirm that continuous administration of hPL helps the endothelial cells to organize a stable network.

初期PLGA微小粒子調製:プロトコール1。プロトコール1から得られたPLGA微小粒子は、447±32μmの平均サイズおよび100から1000μmまでの範囲のサイズの正規分布を有していた。3つのバッチの微小粒子を同じ条件下で調製し、反復可能な分布を証明できた。PLGA微小粒子中のhPMの添加効率は、64±4%であった(データは示さず)。   Initial PLGA microparticle preparation: Protocol 1. The PLGA microparticles obtained from protocol 1 had a mean distribution of 447 ± 32 μm and a normal distribution with a size ranging from 100 to 1000 μm. Three batches of microparticles were prepared under the same conditions and a repeatable distribution could be demonstrated. The addition efficiency of hPM in PLGA microparticles was 64 ± 4% (data not shown).

in vitro放出分析は、カプセル化したタンパク質の合計量の10%に対応する低い初期バーストを示したが(21.38±0.83μg/mL)、最初にカプセル化されたタンパク質の51.23±0.19%(134.56±0.50μg/mL)は、21日後にPLGA微小粒子から放出された(データは示さず)。放出速度プロファイルは、評価した21日の期間を通して線形かつ一定であるように見受けられたが、評価期間の最後に微小粒子から放出されたhPMの量は、(上記のようにして)血管新生応答を誘導するためのhPM(500μg/mL)の急速投与注入の使用と比較して、濃度が著しくより低かった。   In vitro release analysis showed a low initial burst corresponding to 10% of the total amount of encapsulated protein (21.38 ± 0.83 μg / mL), but 51.23 ± of the initially encapsulated protein. 0.19% (134.56 ± 0.50 μg / mL) was released from PLGA microparticles after 21 days (data not shown). The release rate profile appeared to be linear and constant throughout the 21-day period evaluated, but the amount of hPM released from the microparticles at the end of the evaluation period was (as described above) the angiogenic response. Concentrations were significantly lower compared to the use of rapid dose infusion of hPM (500 μg / mL) to induce

対照BSA添加PLGA微小粒子は、239.60±9.45μmの平均サイズおよび50から400μmまでのサイズの正規分布を有し、70%の微小粒子は150から350μmの間の範囲であった。BSA添加PLGA微小粒子の添加効率は、初期に添加したタンパク質の全量の76±3%であった。in vitro放出分析は、カプセル化されたBSAの全量の20%(51.52±1.76μg/mL)にてhPM添加微小粒子と比較してより高い初期バーストを示したが、最初にカプセル化されたタンパク質の66.7±9.55%(166.74±23.8μg/mL)が21日後にPLGA微小粒子から放出された(データは示さず)。放出速度プロファイルは、評価した期間を通して線形かつ一定であるように見受けられた。hPM添加PLGA微小粒子とBSA添加PLGA微小粒子との間で観察された結果の差は、調製および添加プロトコールの最適化を通して放出動態を改善できることを示唆した。   Control BSA loaded PLGA microparticles had an average size of 239.60 ± 9.45 μm and a normal distribution of sizes from 50 to 400 μm, with 70% of the microparticles ranging between 150 and 350 μm. The addition efficiency of BSA-added PLGA microparticles was 76 ± 3% of the total amount of protein added initially. In vitro release analysis showed a higher initial burst compared to hPM-loaded microparticles at 20% (51.52 ± 1.76 μg / mL) of the total amount of encapsulated BSA, but initially encapsulated 66.7 ± 9.55% (166.74 ± 23.8 μg / mL) of the released protein was released from PLGA microparticles after 21 days (data not shown). The release rate profile appeared to be linear and constant throughout the time period evaluated. The difference in results observed between hPM-added PLGA microparticles and BSA-added PLGA microparticles suggested that release kinetics could be improved through optimization of the preparation and addition protocol.

PLGA微小粒子サイズの最適化および形態の特徴付け。一次エマルジョンを2分間均質化した(プロトコール1よりも1分追加)プロトコール2を用いて創出した微小粒子からのサイズ分析は、276.78±13.41μmの平均直径を示した(図17A、17D)。二次(secondard)エマルジョン調製ステップに1分の均質化ステップを加えたプロトコール3を用いて創出した微小粒子は、37.79±1.30μmの平均サイズを有していた(図17B、17E)が、二次(secondard)エマルジョンに20秒均質化ステップが加えられたプロトコール4を用いて創出した微小粒子は、91.85±2.92μmの平均サイズを有していた(図17C、17F)。   PLGA microparticle size optimization and morphology characterization. Size analysis from microparticles created using Protocol 2 homogenized primary emulsion for 2 minutes (1 minute more than Protocol 1) showed an average diameter of 276.78 ± 13.41 μm (FIGS. 17A, 17D). ). The microparticles created using Protocol 3 with a 1 minute homogenization step added to the secondary emulsion preparation step had an average size of 37.79 ± 1.30 μm (FIGS. 17B, 17E). However, the microparticles created using protocol 4 in which a 20 second homogenization step was added to the secondary emulsion had an average size of 91.85 ± 2.92 μm (FIGS. 17C, 17F). .

SEM分析からの結果は、異なるプロトコール間で表面多孔性に著しい差を示さなかった。記載する異なる改変を用いて得られた微小粒子の表面は、全て均質な表面を有する丸い形状であるように見受けられた(図18A〜18F)。図18A〜18Cは、微小粒子形状を示し、図18D〜Fは、それぞれプロトコール2、3および4により調製された粒子の微小粒子表面多孔性を示す。   The results from SEM analysis showed no significant difference in surface porosity between the different protocols. The surface of the microparticles obtained with the different modifications described appeared to be round shapes with all homogeneous surfaces (FIGS. 18A-18F). 18A-18C show the microparticle shape, and FIGS. 18D-F show the microparticle surface porosity of the particles prepared according to protocols 2, 3 and 4, respectively.

添加効率。カプセル化効率は、微小粒子のサイズと線形的に相関しているように見受けられなかった(図19A)。カプセル化効率は、プロトコール2について73±4%まで増加し、プロトコール3においてサイズが著しく低減した場合に63±3%まで減少した。最高のカプセル化効率は、プロトコール4を用いて得られ、初期の全タンパク質添加のカプセル化されたタンパク質の79±9%であった。   Addition efficiency. Encapsulation efficiency did not appear to be linearly correlated with the size of the microparticles (FIG. 19A). Encapsulation efficiency increased to 73 ± 4% for protocol 2 and decreased to 63 ± 3% when the size was significantly reduced in protocol 3. The highest encapsulation efficiency was obtained using protocol 4 and was 79 ± 9% of the encapsulated protein with the initial total protein addition.

最適化されたhPM添加微小粒子からのhPMのin vitro放出。最適化されたプロトコールを用いて創出した微小粒子からのhPMの放出速度は、サイズおよび添加効率の差の直接的な結果であり、均質化ステップを改変することにより得られる放出プロファイル傾向は、類似するように見受けられた。初期バーストは、一次エマルジョン均質化ステップの期間の改変で著しく変化せず、プロトコール1における8.14±0.31%(21.38±0.83μgタンパク質/mL)(データは示さず)からプロトコール2の6.42±2.07%(18.88±6.11μgタンパク質/mL)まで行った。バースト放出における著しい増加が、二次エマルジョンの均質化を導入した場合に観察された。プロトコール4についての27.72±3.73%(106.33±14.33μg/mL)と比較して、プロトコール3について、カプセル化された全タンパク質の23.75±0.40%(60.82±1.03μg/mL)が第1日中に放出された(図19B)。   In vitro release of hPM from optimized hPM-added microparticles. The release rate of hPM from microparticles created using an optimized protocol is a direct result of the difference in size and loading efficiency, and the release profile trends obtained by modifying the homogenization step are similar It seemed to do. The initial burst did not change significantly with modification of the duration of the primary emulsion homogenization step, from protocol 14.14 ± 0.31% (21.38 ± 0.83 μg protein / mL) in protocol 1 (data not shown). 2 to 6.42 ± 2.07% (18.88 ± 6.11 μg protein / mL). A significant increase in burst release was observed when secondary emulsion homogenization was introduced. Compared to 27.72 ± 3.73% for protocol 4 (106.33 ± 14.33 μg / mL), 23.75 ± 0.40% (60. 82 ± 1.03 μg / mL) was released during the first day (FIG. 19B).

21日後の累積放出は、微小粒子(microparticle)サイズと相関し、より小さい微小粒子は、アッセイした期間においてより多くのhPMの放出を可能にした。21日の放出の後、プロトコール2からの微小粒子はカプセル化された全タンパク質の64.09±1.70%(188.43±5μg/mL)を放出したが、プロトコール3からのMPは、98.62±1.40%(252.48±3.6μg/mL)を放出し、プロトコール4からのMPは、87.60±1.12%(335.98±4.72μg/mL)を放出した(図19B)。P3およびP4放出プロファイルを延長された期間にわたって比較するためのさらなる分析は、30日後にプロトコール3からの微小粒子が完全に分解されてhPMをもはや放出しなかったが、プロトコール4からの微小粒子は、カプセル化された全タンパク質の93.12±0.2%(357±4.09μg/mL)までを放出したことを示した。   Cumulative release after 21 days correlated with microparticle size, with smaller microparticles allowing more hPM release in the assayed period. After 21 days of release, the microparticles from protocol 2 released 64.09 ± 1.70% (188.43 ± 5 μg / mL) of the total protein encapsulated, while MP from protocol 3 was Releases 98.62 ± 1.40% (252.48 ± 3.6 μg / mL) and MP from protocol 4 is 87.60 ± 1.12% (335.98 ± 4.72 μg / mL). Released (FIG. 19B). Further analysis to compare the P3 and P4 release profiles over an extended period of time showed that after 30 days the microparticles from protocol 3 were completely degraded and no longer released hPM, but the microparticles from protocol 4 , Showed that up to 93.12 ± 0.2% (357 ± 4.09 μg / mL) of the total protein encapsulated was released.

SDS pageからの結果は、回収して分析した上清に含まれるタンパク質の濃度が低いことにより制限された。しかし、分析は、特定のタンパク質についての選択的カプセル化のいずれの証拠もなく、PLGA微小粒子におけるhPMの均一なカプセル化を示した。BSA添加およびhPM添加の両方の微小粒子について、微小粒子が固くなった後に回収した上清の分析は、より低い濃度とともに同様のタンパク質含量を示した(図20)。   Results from the SDS page were limited by the low concentration of protein in the supernatants collected and analyzed. However, the analysis showed uniform encapsulation of hPM in PLGA microparticles without any evidence of selective encapsulation for a particular protein. For both BSA-added and hPM-added microparticles, analysis of the supernatant collected after the microparticles solidified showed similar protein content with lower concentrations (FIG. 20).

アルギン酸塩−ヒドロゲルベースの3D培養。血管新生アッセイからの結果は、hPMの制御放出が、内皮細胞播種マトリクスにおける毛細血管様構造の安定性を改善できることを示した。図21は、培養7日後に、hPM添加微小粒子が包埋されたアルギン酸塩ヒドロゲルにおいて培養したHUVECにおいてほんの少しの出芽および細管構造が観察された(かつ成熟ネットワークが観察されなかった)が、純粋hPMを含むマトリクスにおける血管新生形成は、同じ時間枠において比較的より成熟しており、207.90±15.31μmの平均細管長、1.27±0.84メッシュ/mm、および9.60±0.70分岐点/mmであった。しかし、培養14日後に、hPM添加MPを包埋したアルギン酸塩ゲルは、137.41±9.77μmの平均長および6.66±0.47分岐点/mmの一次細管を組織化し始め、純粋hPMを含有するマトリクスは、血管新生ネットワークの分解を示し、メッシュは観察されず、226.58±25.64μmの平均長の孤立した細管だけが観察された。21日にて、MP包埋ゲルは、未成熟のメッシュ形成、204.07±12.75μmの平均細管長および平均11±1.25分岐点/mmを示した。全体として、培養21日後に、形成された血管新生ネットワークは、分岐点の数/mmにおけるわずかな変化だけで安定したままであった(図21)。培養28日後に、平均細管長は168.88±10.31μmであり、分岐点の数の平均数/mmは12.93±1.61であり、平均メッシュ数は1mmあたり3.17±0.93であった。 Alginate-hydrogel based 3D culture. Results from the angiogenesis assay showed that controlled release of hPM can improve the stability of capillary-like structures in the endothelial cell seeding matrix. FIG. 21 shows that after 7 days of culture, only a few budding and tubule structures were observed in HUVECs cultured in alginate hydrogels embedded with hPM-added microparticles (and no maturation network was observed). Angiogenesis in a matrix containing hPM is relatively more mature in the same time frame, with an average tubule length of 207.90 ± 15.31 μm, 1.27 ± 0.84 mesh / mm 2 , and 9.60. ± 0.70 branch point / mm 2 . However, after 14 days in culture, the alginate gel embedded with hPM-added MP began to organize primary tubules with an average length of 137.41 ± 9.77 μm and 6.66 ± 0.47 branch points / mm 2 , The matrix containing pure hPM showed degradation of the angiogenic network, no mesh was observed and only isolated tubules with an average length of 226.58 ± 25.64 μm were observed. At 21 days, the MP-embedded gel showed immature mesh formation, an average tubule length of 204.07 ± 12.75 μm and an average of 11 ± 1.25 branch points / mm 2 . Overall, after 21 days in culture, the formed angiogenic network remained stable with only minor changes in the number of branch points / mm 2 (FIG. 21). After 28 days in culture, the average tubule length is 168.88 ± 10.31 μm, the average number of branch points / mm 2 is 12.93 ± 1.61, and the average mesh number is 3.17 per mm 2. It was ± 0.93.

考察
PLGA微小粒子を用いてカプセル化したタンパク質は、増殖因子の制御放出のための薬物送達系であり、一般的に用いられる製作技術は、水中油中水型法である19、20、21。本研究では、2600を超える血管新生および抗線維化タンパク質を含む複雑なヒト由来多重タンパク質混合物(胎盤マトリクスまたはhPM)をPLGA微小粒子にカプセル化した。結果は、hPM添加PLGA微小粒子を用いて、血管新生促進性および線維性タンパク質を含む多重タンパク質融合体の放出を経時的に持続および制御できることを示す。in vitro培養中に内皮細胞とともに用いると、hPM添加PLGA微小粒子は、安定な血管新生ネットワークの形成を可能にする。
Discussion Proteins encapsulated with PLGA microparticles are drug delivery systems for controlled release of growth factors, and the commonly used fabrication technique is the water-in-oil-in-water method 19,20,21 . In this study, a complex human derived multiprotein mixture (placental matrix or hPM) containing over 2600 angiogenic and antifibrotic proteins was encapsulated in PLGA microparticles. The results show that hPM loaded PLGA microparticles can be used to sustain and control the release of multiprotein fusions including pro-angiogenic and fibrous proteins over time. When used with endothelial cells during in vitro culture, hPM-added PLGA microparticles allow the formation of a stable angiogenic network.

これらの研究は、hPMが、複雑な多重タンパク質組成物に起因して、PLGA添加および微小粒子形態に影響を有していたことを明らかにした。単一タンパク質(BSA)カプセル化と比較して、hPM添加微小粒子は、BSAを添加したものよりも著しく大きい平均サイズを示した。これは、hPM中のタンパク質と、BSA添加微小粒子と比較して広く様々な異なる分子電荷、pHおよびサイズを有するPLGA重合体との間の複雑な相互作用の結果であり得る。SDS−PAGE分析は、hPM添加PLGA微小粒子から放出されたタンパク質の低い濃度に関わらず、希釈hPMと同様の組成で上清において広い分布が観察できたことを明らかにした。これらの結果は、タンパク質混合物のカプセル化が均質であり、特定のタンパク質について選択的でないことと、hPMのタンパク質組成が微小粒子調製中に影響を受けないこととを示唆した。   These studies revealed that hPM had an effect on PLGA addition and microparticle morphology due to the complex multiprotein composition. Compared to single protein (BSA) encapsulation, hPM-added microparticles showed a significantly larger average size than that with BSA. This may be the result of complex interactions between proteins in hPM and PLGA polymers with a wide variety of different molecular charges, pH and sizes compared to BSA-doped microparticles. SDS-PAGE analysis revealed that a wide distribution could be observed in the supernatant with the same composition as diluted hPM, regardless of the low concentration of protein released from hPM-added PLGA microparticles. These results suggested that the encapsulation of the protein mixture was homogeneous and not selective for a particular protein and that the protein composition of hPM was not affected during microparticle preparation.

均質化ステップの速度および期間はともに、微小粒子サイズに影響することが以前に示されている17 27。本実施例は、hPM添加PLGA微小粒子のサイズとin vitro放出速度との間の相関を明らかにした。一次エマルジョン段階の均質化の最適化は所望の制御放出特徴を有する微小粒子を創出したが、これらの粒子におけるhPMの添加効率は、評価した他の製作プロトコールと比較していくらか低かった。二次エマルジョン段階の均質化の最適化は、所望のサイズ範囲でタンパク質溶液のカプセル化が(78%まで)増加した微小粒子を生成した。興味深いことに、カプセル化効率は微小粒子のサイズと相関しなかったが、代わりに、二次エマルジョンの均質化の長さに影響され、これは、不均質タンパク質混合物と重合体との間の相互作用を原因とする断片化された不完全粒子の形成の結果であり得る。 It has previously been shown that both the speed and duration of the homogenization step affect the microparticle size 17 27 . This example revealed a correlation between the size of hPM-added PLGA microparticles and the in vitro release rate. Although optimization of the homogenization of the primary emulsion stage created microparticles with the desired controlled release characteristics, the efficiency of addition of hPM in these particles was somewhat lower compared to other production protocols evaluated. Optimization of the secondary emulsion stage homogenization produced microparticles with increased encapsulation of the protein solution (up to 78%) in the desired size range. Interestingly, the encapsulation efficiency did not correlate with the size of the microparticles, but instead was influenced by the length of homogenization of the secondary emulsion, which was a correlation between the heterogeneous protein mixture and the polymer. It may be the result of the formation of fragmented incomplete particles due to action.

上記の最適化PLGA微小粒子合成プロトコール(これは、非最適化プロトコールと比較して、より高いhPMカプセル化効率、最適化微小粒子サイズおよび線形放出を30日にわたって可能にする)を用いて、hPM添加微小粒子をアルギン酸塩ベースの血管新生アッセイに組み込んで、経時的な制御hPM放出に対する内皮細胞(HUVEC)応答を評価した。3D血管新生アッセイは、費用対効果のよい加工性と全体的に良好な細胞外材料としての特性とのためにアッセイの基礎として選択した30、31アルギン酸塩ゲルにhPM添加微小粒子を包埋することにより創出した。培養21日後に、微小粒子から送達されたタンパク質の全量(78μg/cm)は急速投与注入を用いる以前の2D血管新生研究において送達された濃度(263μg/cm)よりも低いにもかかわらず、HUVECは、包埋されたhPM添加PLGA微小粒子に近い領域中のゲル内に血管新生細管を形成した。アルギン酸塩マトリクスと直接混合したhPMの急速投与成分添加と比較して、hPM添加微小粒子の使用は、28日にわたって延長され持続する血管新生ネットワーク形成を可能にした。細胞は、hPMと直接混合したアルギン酸塩ゲルにおいて血管新生ネットワークをより早く形成したが、これらのネットワークは、hPM添加微小粒子を用いるゲルと比較してより早く分解した。28日後に、微小粒子からのhPM放出は、ほぼゼロ次であったが、新しい血管新生メッシュの形成はまだ確認でき、このことは、PLGA微小粒子からのhPMの制御放出が、血管新生ネットワーク形成の安定性を改善したことを示唆した。 Using the above optimized PLGA microparticle synthesis protocol (which allows higher hPM encapsulation efficiency, optimized microparticle size and linear release over 30 days compared to non-optimized protocol) Added microparticles were incorporated into an alginate-based angiogenesis assay to assess the endothelial cell (HUVEC) response to controlled hPM release over time. The 3D angiogenesis assay embeds hPM-added microparticles in 30, 31 alginate gels selected as the basis of the assay due to cost-effective processability and overall good extracellular material properties It was created by After 21 days in culture, the total amount of protein delivered from the microparticles (78 μg / cm 2 ) is lower than the concentration delivered in previous 2D angiogenesis studies using rapid dose infusion (263 μg / cm 2 ) , HUVEC formed neovascularized tubules in the gel in the region close to the embedded hPM loaded PLGA microparticles. Compared to the rapid dosing component addition of hPM directly mixed with an alginate matrix, the use of hPM-added microparticles allowed for prolonged and sustained angiogenic network formation over 28 days. Cells formed angiogenic networks earlier in alginate gels mixed directly with hPM, but these networks degraded faster compared to gels with hPM-added microparticles. After 28 days, hPM release from the microparticles was almost zero order, but the formation of a new angiogenic mesh could still be confirmed, indicating that the controlled release of hPM from the PLGA microparticles formed the angiogenic network. It was suggested that the stability of was improved.

全体として、本実施例は、複雑な多重タンパク質混合物を低い初期バーストと高いカプセル化効率で送達するために用いるためのPLGA微小粒子合成プロトコールの最適化について記載する。ここで開発した方法を、次いで、新規な血管新生アッセイを開発するために用い、該アッセイは、アルギン酸塩マトリクス内での持続性の血管新生ネットワーク形成を可能にした。重要なことに、開発した技術は、広い範囲の組織工学および再生医療システムにおける用途とともに、任意の複雑な血清およびタンパク質混合物の送達における用途を有する。これらの技術は、血清添加PLGA微小粒子を包埋することで異なる材料(例えば、コラーゲン、フィブリン、ラミニン)に適用して、改善されたin vitro血管新生アッセイを開発し、細胞播種マトリクス内の持続性の血清送達が演じる役割のよりよい理解を得ることができる。   Overall, this example describes the optimization of a PLGA microparticle synthesis protocol for use in delivering complex multiprotein mixtures with low initial bursts and high encapsulation efficiency. The method developed here was then used to develop a new angiogenesis assay that allowed for the formation of a sustained angiogenic network within the alginate matrix. Importantly, the developed technology has applications in the delivery of any complex serum and protein mixture, as well as applications in a wide range of tissue engineering and regenerative medical systems. These techniques can be applied to different materials (eg, collagen, fibrin, laminin) by embedding serum-supplemented PLGA microparticles to develop improved in vitro angiogenesis assays that persist in the cell seeding matrix. A better understanding of the role played by sex serum delivery can be gained.

結論
本実施例は、hPMカプセル化の方法の実施形態について記載し、血管新生構造形成が、アルギン酸塩ベースの血管新生アッセイを用いて観察された。21日間の延長された期間にわたる持続性の血管新生応答が3Dヒドロゲル培養系内で観察された。このことから、毛細血管ネットワークの形成および維持を導くための制御hPM放出アプローチの有効性が確認された。
Conclusion This example describes an embodiment of the method of hPM encapsulation, and angiogenic structure formation was observed using an alginate-based angiogenesis assay. A sustained angiogenic response over an extended period of 21 days was observed in the 3D hydrogel culture system. This confirmed the effectiveness of a controlled hPM release approach to guide the formation and maintenance of capillary networks.

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Claims (20)

ヒト胎盤試料から得られたヒト胎盤抽出物であって、血液および固形物が、前記抽出物から実質的に取り除かれており、前記抽出物が、サイトカインおよび増殖因子を含む胎盤タンパク質を含み、前記胎盤タンパク質が、前記胎盤試料中に存在していたものである、ヒト胎盤抽出物と、
生分解性微小粒子と
を含み、in vivoまたはin vitroで細胞に曝露された後にある期間にわたって前記微小粒子から前記ヒト胎盤抽出物が放出されるように、前記ヒト胎盤抽出物が、前記微小粒子と結合している、組成物。
A human placenta extract obtained from a human placenta sample, wherein blood and solids are substantially removed from said extract, said extract comprising a placental protein comprising cytokines and growth factors; Human placental extract, wherein the placental protein was present in the placental sample;
The human placenta extract, wherein the human placenta extract is released from the microparticles over a period of time after being exposed to the cells in vivo or in vitro. Combined with the composition.
前記胎盤抽出物が、
前記ヒト胎盤試料から得られた試料から血液を取り除いて粗胎盤抽出物を生成し、
前記粗胎盤抽出物をタンパク質可溶化剤と混合して前記粗抽出物中のタンパク質を可溶化し、
可溶化タンパク質−胎盤抽出物混合物から固形物質を分離し、
可溶化タンパク質−胎盤抽出物混合物に対して透析を行って、前記混合物から前記タンパク質可溶化剤を取り除いてヒト胎盤抽出物を生成する
ことにより作製される、請求項1に記載の組成物。
The placenta extract is
Removing blood from a sample obtained from the human placenta sample to produce a crude placenta extract;
Mixing the crude placenta extract with a protein solubilizer to solubilize the protein in the crude extract;
Separating solid material from the solubilized protein-placenta extract mixture;
2. The composition of claim 1, wherein the composition is made by dialysis against a solubilized protein-placenta extract mixture to remove the protein solubilizer from the mixture to produce a human placenta extract.
前記胎盤抽出物が、少なくとも20の異なるサイトカインを含む、請求項1に記載の組成物。   2. The composition of claim 1, wherein the placenta extract comprises at least 20 different cytokines. 前記タンパク質可溶化剤が、尿素である、請求項2に記載の組成物。   The composition of claim 2, wherein the protein solubilizer is urea. 前記胎盤抽出物が、血管新生を調節する能力を有する、請求項1に記載の組成物。   The composition of claim 1, wherein the placental extract has the ability to modulate angiogenesis. 前記生分解性微小粒子が、ポリ(DL−ラクチド−co−グリコリド)(PLGA)微小粒子を含む、請求項1に記載の組成物。   The composition of claim 1, wherein the biodegradable microparticles comprise poly (DL-lactide-co-glycolide) (PLGA) microparticles. 前記PLGA微小粒子は、前記ヒト胎盤抽出物(hPE)が添加されたものであり、hPE添加PLGA微小粒子は、二重の均質化が関わる水中油型プロセスを用いて作製されたものである、請求項7に記載の組成物。   The PLGA microparticles are those to which the human placenta extract (hPE) is added, and the hPE-added PLGA microparticles are those produced using an oil-in-water process involving double homogenization. The composition according to claim 7. 前記生分解性微小粒子が、ゼラチン微小粒子を含む、請求項1に記載の組成物。   The composition of claim 1, wherein the biodegradable microparticles comprise gelatin microparticles. 前記生分解性微小粒子が、異なるサイズの微小粒子を含む、請求項1に記載の組成物。   The composition of claim 1, wherein the biodegradable microparticles comprise microparticles of different sizes. 細胞を持続放出性血管新生調節組成物と接触させることを含む、血管新生を誘導する方法であって、前記持続放出性血管新生調節組成物が、
生分解性微小粒子と
in vivoまたはin vitroで細胞に前記微小粒子を曝露した後にある期間にわたって前記微小粒子からヒト胎盤抽出物が放出されるように前記微小粒子と結合している前記ヒト胎盤抽出物であって、前記胎盤抽出物が、ヒト胎盤試料から得られた抽出物を含み、血液および固形物は前記抽出物から実質的に取り除かれており、前記抽出物が、サイトカインおよび増殖因子を含む胎盤タンパク質を含み、前記胎盤タンパク質は、前記胎盤試料中に存在していたものである、ヒト胎盤抽出物と
を含む、方法。
A method of inducing angiogenesis comprising contacting a cell with a sustained release angiogenesis modulating composition, wherein the sustained release angiogenesis modulating composition comprises:
The human placenta extract combined with the microparticles such that the human placenta extract is released from the microparticles over a period of time after exposure of the microparticles to the cells in vivo or in vitro with biodegradable microparticles Wherein the placenta extract comprises an extract obtained from a human placenta sample, blood and solids have been substantially removed from the extract, and the extract contains cytokines and growth factors. A placental protein comprising, wherein the placental protein comprises a human placenta extract that was present in the placental sample.
前記細胞が、内皮細胞である、請求項10に記載の方法。   The method of claim 10, wherein the cell is an endothelial cell. 前記胎盤抽出物が、
前記ヒト胎盤試料から得られた試料から血液を取り除いて粗胎盤抽出物を生成し、
前記粗胎盤抽出物をタンパク質可溶化剤と混合して粗抽出物中のタンパク質を可溶化し、
可溶化タンパク質−胎盤抽出物混合物から固形物質を分離し、
可溶化タンパク質−胎盤抽出物混合物に対して透析を行って、前記混合物から前記タンパク質可溶化剤を取り除いてヒト胎盤抽出物を生成する
ことにより作製される、請求項10に記載の方法。
The placenta extract is
Removing blood from a sample obtained from the human placenta sample to produce a crude placenta extract;
The crude placenta extract is mixed with a protein solubilizer to solubilize the protein in the crude extract,
Separating solid material from the solubilized protein-placenta extract mixture;
11. The method of claim 10, wherein the method is made by dialysis against a solubilized protein-placenta extract mixture to remove the protein solubilizer from the mixture to produce a human placenta extract.
前記タンパク質可溶化剤が、尿素である、請求項12に記載の方法。   The method according to claim 12, wherein the protein solubilizer is urea. 前記持続放出性血管新生調節組成物を生体材料と結合させること
をさらに含む、請求項10に記載の方法。
11. The method of claim 10, further comprising combining the sustained release angiogenesis modulating composition with a biomaterial.
前記生体材料を対象に移植することによりin vivoで前記生体材料への血管形成を誘導することをさらに含む、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, further comprising inducing angiogenesis on the biomaterial in vivo by implanting the biomaterial into a subject. 前記生体材料が、ヒト由来基質物質を含む工学的に操作された生体スキャフォールドである、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the biomaterial is an engineered bioscaffold comprising a human derived substrate material. 前記生体スキャフォールドが、ヒト内皮細胞を播種した、脱細胞化ヒト臍帯静脈スキャフォールドを含む、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the biological scaffold comprises a decellularized human umbilical vein scaffold seeded with human endothelial cells. 前記ヒト内皮細胞が、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)である、請求項17に記載の方法。   The method of claim 17, wherein the human endothelial cells are human umbilical vein endothelial cells (HUVEC). 前記対象が、ヒトである、請求項15に記載の方法。   The method of claim 15, wherein the subject is a human. ヒト胎盤試料から得られたヒト胎盤抽出物を含む組成物を対象に投与することを含む、対象における炎症を低減する方法であって、血液および固形物が、前記抽出物から実質的に取り除かれており、前記抽出物が、サイトカインおよび増殖因子を含む胎盤タンパク質を含み、前記胎盤タンパク質は、前記胎盤試料中に存在していたものである、方法。   A method of reducing inflammation in a subject comprising administering to the subject a composition comprising a human placenta extract obtained from a human placenta sample, wherein blood and solids are substantially removed from said extract. Wherein the extract comprises a placental protein comprising cytokines and growth factors, and the placental protein was present in the placental sample.
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