JP2018012704A - 器官再生方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】器官再生の強化又は開始を必要とする対象における器官再生を強化するか又は開始させる方法であって、該対象の器官再生が望まれる体の領域に、該器官に特異的な内皮細胞又は該器官に特異的な誘導内皮細胞を投与することを含む、器官再生を強化するか又は開始させる、上記方法。特に、前記器官が肝臓であり、肝類洞内皮細胞(LSEC)又は誘導LSECの肝内移植を含む方法。また、前記器官が肺であり、肺毛細血管内皮細胞(PCEC)又は誘導PCECの静脈内又は気管内移植を含む方法。
【選択図】なし
Description
本願は、2010年11月9日に出願された米国仮出願第61/411,732号及び2011年10月11日に出願された米国仮出願第61/545,851号に対する優先権を請求し、それらはいずれも全体として本明細書に組み込まれている。
本発明は、国立心肺血液研究所(National Heart, Lung and Blood Institute)によって認定された認可番号第5P50HL084936−03号の下で政府支援により行われた。米国政府は、本発明における相応の権利を有する。
チ(vascular niche)を確立しており、これは、造血を支える内皮細胞由来のアンギオクリン因子と同様のやり方で、パラクリンのトロフォゲン(trophogens)の合成を通して器官再生を刺激することを示唆している(非特許文献5;非特許文献6;非特許文献7;非特許文献8)。しかし、内皮細胞の組織特異的サブセットが、成体の器官形成を促進する正確な機構は、知られていない。
許文献15;非特許文献16;非特許文献17;非特許文献18)。同様に、肝循環(hepatic circulation)では、主に肝SEC(非特許文献19;非特許文献20)(LSE
C)によって内側が覆われており、各肝細胞は、LSECに対して細胞の近くに存在する。肝再生には、肝細胞の増殖が必要である。しかし、肝内皮細胞の表現型の定義及び操作定義の欠如、並びに関連したマウス血管新生遺伝モデル(非特許文献21;非特許文献22;非特許文献23)の不足のため、肝再生の調節におけるLSECの役割の研究は、不
利な立場に置かれている(非特許文献24;非特許文献25;非特許文献26;非特許文献27;非特許文献28)。
ンギオクリン発現によって造血性に戻る(非特許文献29;非特許文献30)。成体マウスのBM SECにおけるVEGF−A受容体−2(VEGFR2)の条件つきの欠失(
非特許文献31)は、アンギオクリン因子の産生を損なうことによってBM再生を阻害す
る。
許文献53)に関与する特別な毛細血管系であるが、PCECが肺胞発生を調節する正確な機構は、知られていない。
外科的除去から、肺胞形成によって、残存する右肺の無傷の葉における質量及び体積の増大(expansion)が誘導される(非特許文献59;非特許文献60;非特許文献61)。
しかし、PNXが未損傷の肺で再生肺胞形成を開始して持続させる正確な機構は、知られていない。肺再生を調節する細胞及び分子機構を明らかにすることは、呼吸器障害を治療する戦略の開発に不可欠である。
再生を強化又は誘導する方法を提供する。一実施態様において、器官再生の強化又は開始を必要とする対象において器官再生を強化するか又は開始させる方法であって、前記対象の器官再生が望まれる体の領域に、前記器官に特異的な内皮細胞又は前記器官に特異的な誘導内皮細胞(inductive endothelial cells)を投与することを含む、器官再生を強化
又は誘導する方法を提供する。
らなる実施態様において、前記内皮細胞又は誘導内皮細胞は、自己細胞である。別の実施態様において、組成物は、VEGF−A、VEGF−E、FGF−2、EGF、又はMMP14の1つ又はそれ以上をさらに含む。
る。別の実施態様において、VEGFR2+VE−カドヘリン+CD34+CD31+FGFR1+PCECを含む、肺再生を必要とする対象への投与に有用な組成物を提供する。
る。別の実施態様は、VEGFR2+VE−カドヘリン+CD34+CD31+FGFR1+
細胞である細胞を単離することを含む、肺特異的内皮細胞の単離方法を提供する。
特許又は出願資料は、カラーで作製された図面を含む。カラー図面付きのこの特許又は特許出願刊行物のコピーは、申請して必要な料金の支払うと、官庁から提供される。
以下の説明では、本願の一部を構成し、例として実施されうる特定の実施態様が示されている添付の図面を参照のこと。これらの実施態様は、当業者が本発明を実施できるように詳細に記載されており、他の実施態様を用いることができ、本発明の範囲を逸脱することなく論理的な変更を実施できることは理解される。従って、例となる実施態様の以下の説明は、限定的な意味でとるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
を増殖させて再配置させる「アンギオクリン(angiocrine)」増殖因子を放出することによって、器官形成を促進すると仮定される。
VE−カドヘリン+の発現を特徴とする。ECは、CD62E/E−セレクチン(細胞接
着分子)、VEGFR1(Flt1)、VEGFR3(Flt4)、フォン・ウィルブランド因子(vWF;第VIII因子の担体)、CD31(FL−3又はPECAM−1)、lyve−1、及びTie−2の1つ又はそれ以上の発現を場合によりさらに促進できる。
ドヘリン+、CD34+、CD31+、及びFGFR1+(FGF−2受容体)を発現する。PCECのさらなる任意選択のマーカー特性には、c−kit+、cxcr4+、及びCD
45-の1つ又はそれ以上が含まれる。
リン+、VEGFR3+、及びCD34-を特徴とする。骨髄特異的類洞ECのさらなる任
意選択のマーカー特性には、c−kit+、cxcr4+、CD45-、及びSca−1-の1つ又はそれ以上が含まれる。
る他の細胞タイプ、組織、又は物質から少なくとも75%、80%、85%、90%、95%、98%、99%、又はそれ以上単離された細胞又は細胞集団である。また、細胞又は細胞集団は、細胞サンプル中の少なくとも75%、80%、85%、90%、95%、98%、99%、又はそれ以上の細胞が、興味の細胞表面マーカーを発現するときに、「実質的に精製される」。
ザー、圧力セル、超音波破砕機(insonators)又は摩砕の使用を含むが、それらに限定されない多くの方法によって実施できる。Freshney, Culture of Animal Cells. A Manual of Basic Technique, 2d Ed., A. R. Liss, Inc., New York, 1987, Ch. 9, pp. 107 26.を参照のこと。
中での細胞の接着性差(differential adherence properties)、濾過、通常の及びゾー
ン遠心分離、遠心水簸(centrifugal elutriation)(向流遠心分離(counter-streaming
centrifugation))、ユニット重力分離(unit gravity separation)、向流分配、電気泳動及び蛍光活性化細胞分類を含むが、それらに限定されない細胞分離用の標準技術を用いて実施できる。Freshney, Culture of Animal Cells. A Manual of Basic Techniques,
2d Ed., A. R. Liss, Inc., New York, 1987, Ch. 11 and 12, pp. 137 68.を参照のこ
と。
分化させることができる。入手したEC及びTSECを、E4ORF1(Seandel, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105:19288-93 (2008))でさらにトランスフェクトしてその寿命を延ばすことができる。
)を含むゼラチンコーティングされた組織培養皿へ移すことができる。滅菌#10外科用メスの刃を用いて、血管の長さに沿って1mm断面切断を行う。より大きな血管は、3つの切り目を入れて最初に縦方向に切断し、血管を開いて平らにしてから、血管内腔を組織培養皿の表面に向けて反転させる。切開後すぐに、さらなる内皮細胞培地を各皿に加えることができる。培地は、培地要素、例えば、血清1%、2%、3%、5%、8%、又は10%又はそれ以上の培地中の濃度が得られるウシ血清のような血清;増殖因子、例えばEGF、VEGF、FGF及び/又はIGF;及びさらなる薬剤、例えばヒドロコルチゾン、アスコルビン酸、トリプシンインヒビター、抗生物質、及び/又はヘパリンを場合により含むことができる。培養物を、加湿された37℃.5%CO2雰囲気に置く。
養する。EC単層を、培地と共に毎週供給し、初代細胞のいくつかの継代を確立し、そして場合により保存できる。特定の実施態様では、肝特異的EC(肝類洞EC又はLSEC)形態のTSECを単離する。LSECの単離及び精製は、例えば、「マウス細胞の単離及び培養」下で、実施例1に記載したように、肝組織のコラゲナーゼ消化、続いてLSECマーカーに特異的な結合磁気ビーズにおけるLSECの分離によって実施できる。単離されたLSECの培養は、「内皮細胞を用いた共培養における肝細胞増殖の測定」下で実施例1に記載したように実施できる。LSECは、VEGFR3+CD34-を特徴とするのに対して、非類洞ECは、VEGFR3-CD34+を特徴とする。LSECは、LSECマーカーVEGFR3+CD34-VEGFR2+VE−カドヘリン+第VIII因子+に
特異的な磁気ビーズの使用によってソース組織から単離してもよい。
l l-1)、ストレプトマイシン(100U ml-1)及びペニシリン(100U ml-1
)が含まれる。細胞を数日から数週間、例えば、少なくとも5日、2又は3週間まで培養して、所望の数の細胞を生成させることができる。培地が、培地中にVEGF−A及び/又はVEGF−Eを含むような、所望のLSEC培養を維持する要素を含むならば、培養条件の変更が許容されることは、当業者によって理解される。
CEC)を単離する。PCECの単離及び精製、並びに初代PCECの培養は、PCECマーカーVE−カドヘリン+VEGFR2+FGFR1+CD34+CD31+に特異的な磁
気ビーズの使用によるPCECの分離を用いて、上記の肝組織に関するように実施できる。
14+の発現によって定義することができる。
VEGFR2/Id1経路を活性化して誘導LSECを生成させることできるのに対し
て、PCECは、VEGF−A、FGF−2、EGF及び/又はMMP14を用いた培養によって活性化され、PCEC VEGFR2/FGFR1/MAPK経路を活性化して
誘導PCECを生成させることができる。
胞の単離によって、これらの方法において直接選択できる。さらなる例として、PCECは、外科的に除去された肺組織からVEGFR2+VE−カドヘリン+CD34+CD31+FGFR1+MMP14+細胞の単離によって直接選択できる。
る誘導TSECを提供する。TSECの活性化は、有糸分裂及び非内皮組織特異的細胞の増殖を誘導する。非内皮組織特異的細胞の増殖は、器官質量及び機能の修復に必要であり、TSEC介在性アンギオクリンシグナル及び細胞間接触によって部分的に引き起こされる。肝特異的非内皮細胞の例は、肝細胞であり、肺特異的非内皮細胞の例としては、肺胞
上皮前駆細胞(AEC、例えばAECII細胞)及びBASCが含まれる。
の増大させるにあたって、FGFR1は、VEGFR2と共同作用し、それによって、肺胞の再生を持続させる。従って、PCECにおけるVEGFR2及びFGFR1の逐次的活性化は、肺上皮前駆細胞の増殖に至るMMP14産生によって、部分的に機能的肺胞の毛細血管ユニットの再生を誘導する。
−A164)(5ng ml-1)、10-9mol l-1のデキサメタゾン、ストレプトマイシ
ン(100U ml-1)及びペニシリン(100U ml-1)で補充されたウィリアムズE培地(Invitrogen)を含む。2週間のインキュベーション後、細胞を集めた。単離された肝細胞をLSECと共インキュベーション(co-incubation)すると、肝細胞数を2倍、
3倍、5倍、7倍、又は9倍又はそれ以上増加させることができる。
で、培地にc−Rafを添加し、単離された上皮前駆細胞を、10倍多いPCECと共に
播種してMAPK活性化EC(Akt+MAPK PEC)を生成させる。共培養のため
、単離されたSPC+AECII及びBASCを非付着性の皿で培養し、10倍多いAk
t+MAPK−PCECを播種する。Akt+MAPK−ECからの馴化培地をAECに加える。共培養の後、例えば、フローサイトメトリー分析によってAECII、BASC、及びPCECを定量できる。
、細胞を洗浄して残留培地を除去し、対象に投与するための細胞製剤に処方する。本明細書に用いる「細胞製剤」とは、対象に投与できる、誘導TSEC、EPC及び/又は非内皮組織特異的細胞を含む、TSECの組成物のことである。細胞製剤を、場合によりさらなる賦形剤と合わせて対象に導入するための医薬組成物を形成できる。
ような撮像技術を用いることにより算出してもよい。本発明の方法による処置後の器官の細胞数、質量、又は体積における増加は、処置前に推定された又は実際の前記器官の細胞数、質量、又は体積と比較して、細胞数、質量、又は体積の少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%又はそれ以上の増加であることができる。
の態様における、少なくとも5%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%又はそれ以上の増加であることができる。このような測定を実施する方法は、当分野で知られている。
されており、それは参照により本明細書に組み込まれている。
、特定の実施態様の医薬組成物は、VE−カドヘリン+VEGFR2+FGFR1+CD3
4+細胞を含む。
サイトアクチン(cytoactin))、エンタクチン(ニドジェン)、オステオネクチン(S
PARC)、アンコリンCII、コンドロネクチン、結合タンパク質、オステオカルシン、骨シアロタンパク質、オステオポンチン、エピネクチン(epinectin)、ヒアルロネク
チン、アミロイドP成分、フィブリリン、メロシン、s−ラミニン、ウンダリン(undulin)、エピリグリン(epilligrin)、及びカリニンが含まれる。本発明による使用に好ま
しいECMタンパク質には、コラーゲン、アルギナート、アガロース、フィブリン、フィブリン糊、フィブリノーゲン、ラミニン、フィブロネクチン、HSP、キトサン、ヘパリン及び/又は他の合成ポリマー又はポリマーの足場が含まれる。
8×106の範囲の細胞数を受療体に投与できることが期待される。従って、特定の受療
体及び処置する器官に応じて、投与する細胞数は、約2×106、3×106、4×106
、5×106、6×106、7×106、又は8×106であることができる。これらの量は、例えば、LSEC及び肝細胞の肝共投与におけるように、TSECを、他の非内皮組織特異的細胞と共投与する場合、TSECの総数、又は対象に投与するすべての細胞の合計のことであってもよい。さらなる実施態様では、TSEC増殖因子、例えばLSEC活性化にはVEGF、又はPCEC活性化にはEGFを、対象へのTSECの投与中か又はその後に投与する。
皮細胞又は誘導肝特異的内皮細胞の肝内投与を含む、肝再生を強化する方法を提供する。
よる感染;糖尿病;自己免疫障害(例えば、原発性硬化性胆管炎、原発性胆汁性肝硬変、自己免疫性肝炎、ルポイド肝炎)、及び炎症性腸疾患;並びに他の状態を含むが、それらに限定されない、さまざまな慢性毒性傷害のいずれかに起因する、肝臓中の瘢痕組織の増殖のことである。肝硬変は、肝実質が悪化し、小葉が脂肪で浸潤され、密集した小葉辺縁性結合組織が形成される、変性状態である。結果として、残存する細胞への血液供給が低下して門脈亢進症、そして最終的に死亡に至る。さらに、いくつかの遺伝性疾患、例えばウイルソン病、HHC、及びα1抗トリプシン欠損症があり、それらは肝臓に機能障害を生じ、肝硬変又は慢性肝炎を生じることがある。
クレオシダーゼ、ガンマ−グルタミニルトランスペプチダーゼ、など]、ビリルビンの合成、コレステロールの合成、及び胆汁酸の合成;炭水化物代謝、アミノ酸及びアンモニア代謝、ホルモン代謝、並びに脂質代謝を含むが、それらに限定されない肝代謝機能;外因性薬物の解毒;コレステロール、胆汁酸、リン脂質及びビリルビンの排泄(excertion)
機能;並びに内臓及び門脈血流動態を包含する血流力学的機能を含むが、それらに限定されない肝臓の機能のことである。
導する方法であって、肺再生の強化又は誘導に十分な量での肺毛細血管内皮細胞(PCEC)又は誘導PCECの静脈内又は気管内投与を含む、肺又は肺胞の再生を誘導する方法を提供する。
らに有用である。これらの方法で処置できる肺疾患には、成人呼吸窮迫症候群(ARD)、外傷性ARD、気腫、慢性閉塞性肺窮迫症候群(COPD)、慢性気管支炎、喘息、気腫、肺形成不全、肺高血圧症、嚢胞性線維症、肺がん、喘息、肺外傷、又は他の遺伝的若しくは先天的肺異常、例えば、気管支性嚢胞、肺無形成及び形成不全、多肺胞葉、肺胞毛細血管異形成、動静脈奇形(AVM)及び三日月刀症候群を含む分画症、肺リンパ管拡張症、又は先天性大葉性肺気腫が含まれるが、それらに限定されるわけではない。
肝再生
トランスジェニックレポーター及び遺伝子標的化動物
C57BL/6Jマウスは、Jackson Laboratoriesから得た。VEGFR2−GFPマウスは、J. Rossant (Ema, Blood 107:111-117 (2006))から入手した。Id1-/-マウス
を、以前に記載されたとおり(Nam, Cell Stem Cell 5:515 -526 (2009))生成させ、そ
してR. Benezra and D. Lyden.から得た。
るため、VEGFR2loxP/loxPマウスと、それからRosaCre−ERT2トランスジ
ェニックマウスとを交配させてRosaCre−ERT2VEGFR2loxP/loxP系統及び
対照ROSA−CreERT2VEGFR2loxP/+を確立した。また、VEGFR2の内皮特異的ノックダウンを誘導するため、L. Iruela-Arispaによって提供されたVE−カドヘリン−CreERT2マウスを、VEGFR2loxP/loxPマウスと交雑させてVE−カドヘ
リン−CreERT2VEGFR2loxP/loxPマウスを生成させた。VEGFR2遺伝子除
去(gene ablation)を誘導するため、6〜8週齢の雄マウスを、タモキシフェン250
mg kg-1ヒマワリ油の用量で6日間、腹腔内処置し、第3の投与(the third dose)
後、3日間中断した。3日休止後、第4の投与(fourth dose)をさらに3日間再開して
、両方の対立遺伝子でVEGFR2が欠損したROSA−CreERT2VEGFR2flox/flox(VEGFR2fl/fl)マウス、内皮細胞特異的VEGFR2ノックダウンを有した、対照ROSA−CreERT2VEGFR2fl/+マウス又はVE−カドヘリン−CreERT2VEGFR2fl/flマウスを生成させた。すべての動物実験は、動物実験委員会(Institutional Animal Care and Use Committee)によって設定されたガイドラインの下で実施した。
び10mg kg-1のキシラジンによってマウスに麻酔をかけた。正中線開腹術(midline
laparotomy)を、麻酔下のマウスで実施した。上腹部を開いて肝臓を露出させた後、切
除する左葉を静かに持ち上げると同時に、5−0絹製縫合糸の結び目(silk suture tie
)(Roboz)を葉の下側に置き、葉の起点のできるだけ近くに配置した。下大静脈近くの
葉底部から肝葉の上部にかけて縫合糸の両端を結んだ。3つの結び目をつくり、顕微解剖用はさみ(microdissecting)を用いて縫合糸に対してちょうど遠位で結ばれた葉を切断
した。この過程を、他の中葉について繰り返して70%の部分肝切除を行った。その次に、腹膜を、連続した(running)5−0絹製縫合糸で再接合し、皮膚を連続した4−0絹
製縫合糸で閉じた。
れた肝再生を試験するため、マウスを、15μg kg-1の組換え型VEGF164(Biovision)及び同量のPlGF(Biovision)で、手術12時間前、そしてその後1日2回処置した。また、Id1-/-マウス及び野生型同腹子にも、手術の前及び後に同様のVEGF
164及びPBS処置を施した。
VEGFR2−GFP、VEGFR2fl/fl、Id1-/-及び同腹子対照マウスを部分肝切除又はシャム手術にかけ、4%パラホルムアルデヒドで灌流させ、低温保護し(cryoprotected)、そしてOCT中で瞬間凍結させた。肝微小血管系の分析のため、以前に記載
されたとおり(Hooper, Cell Stem Cell 4:263 -274 (2009))、殺す5分前に、マウスに2mg kg-1のGriffonia simplicifoliaレクチン(イソレクチンB4、Invitrogen)を静脈注射した。免疫蛍光顕微鏡検査のため、肝切片(10μm)をブロックし(5%ロバ血清/0.3%トライトンX−100)、そして一次抗体:抗VEGFR3モノクローナル抗体(mAb、mF4−31C1、10μg ml-1、ImClone)、抗VE−カドヘリンポリクローナルAb(pAb、2μg ml-1、R&D Systems)、抗CD34mAb(553731、5μg ml-1、BD Biosciences)、抗ホスホ−ヒストンH3(Millipore)及び抗HNF4A抗体(Abcam)中にインキュベートした。フルオロフォア結合二次抗体(
2.5μg ml-1、Jackson ImmunoResearch)中でインキュベーション後、切片をTO
PRO3又はDAPI(Invitrogen)で対比染色した。
60分前に腹腔内へのBrdU(Sigma)の単回投与(50mg kg-1動物体重の用量で)を行った。死亡時に、マウスには麻酔がかかっており、血液を下大静脈から採取し、残存する肝葉を取り出し、計量し、そしてさらに処理した。BrdU Detection System(BD Biosciences)及びフルオロフォア結合二次抗体(2.5μg ml-1、Jackson ImmunoResearch)を用いて凍結切片を染色した。
オリンパス(Olympus)BX51顕微鏡(Olympus America)に装備されたAxioVisionソフトウェア(Zeiss)を用いて、肝切片の免疫組織化学画像を得た。免疫蛍光検査画像は
、AxioVert LSM510、又は710共焦点顕微鏡(Zeiss)で得た。Image J(National Institutes of Health)を用いて、デジタル画像を内皮マーカー(VE−カドヘリン+)及び機能的灌流血管(イソレクチン+)の密度について分析した。血管密度は、それぞれ強拡大視
野×400中の全領域に対する正の成分のパーセンテージによって表した。
変更を伴う二段階コラゲナーゼ灌流技術によって、シャム手術及び部分肝切除を受けたマウスから、肝細胞、LSEC、星細胞及びクッパー細胞を単離した(Tam, Nature Med.
12:793-800 (2006);Passino, Science 315:1853-1856 (2007) ; Kumar, J. Clin. Invest. 116:512-520 (2006) ; Winau, Immunity 26:117-129 (2007) ; Kreamer, In Vitro Cell. Dev. Biol. 22:201-211 (1986))。簡潔には、下大静脈にカニューレを挿入して門脈
を切断した後、肝臓に、下大静脈を通してLiver Perfusion Medium(Invitrogen)を37℃、5ml分-1で10分間灌流させ、続いて、Liver Digest Medium(Invitrogen)を、
さらに10分間灌流させた肝臓を、Hepatocyte Wash medium(Invitrogen)中で解離させ、70μmの孔を有するダクロンファブリックを通過させ、そして低速遠心分離(50g×5分)によって非実質性肝細胞減損画分(NPC)から分離させ、それを、以前に記載されたとおり(Kreamer, In Vitro Cell. Dev. Biol. 22:201-211 (1986))、ストックパーコール溶液を用いたパーコール勾配遠心分離によってさらに精製した。NPCを含む上清を集め、50gで5分間、2回洗浄し、350gで7分間沈殿させ(pelleted)、そして以前に記載されたとおり(Kreamer, In Vitro Cell. Dev. Biol. 22:201-211 (1986))、75%ストックパーコール溶液及び35%ストックパーコール溶液を用いたパーコール勾配遠心分離(900g×20分)で分別した。LSECを含む画分を富化し、等量のPBSと混合し、そして900gで7分間遠心分離した。沈殿物をDMEM(Invitrogen)により350gで7分間洗浄し、そしてマウスLSEC結合磁気ビーズ(Miltenyi)によ
ってさらに標識した。LSECの精製は、製造者のプロトコールに従って実施した。星細胞及びクッパー細胞の精製は、以前に記載されたとおり実施した(Passino, Science 315:1853-1856 (2007); Kumar, J. Clin. Invest. 116:512-520 (2006); Winau, Immunity 26:117-129 (2007))。
精製されたモノクローナル抗体を、生産者のプロトコール(Molecular Probes/Invitrogen)に従ってAlexa Fluor色素又はQdotsに結合させた。精製された肝細胞減損NPC(hepatocyte-depleted NPC)をLSRIISORP(BD)で分析した。データをFACSDiva 6.1ソフトウェア(BD)で処理した。FSC−W×FSC−H及びSSC−W×SSC−H分析によってダブレット(doublets)を排除し、補正のため単一染色チャネルを用い、フルオロフォアマイナスワン(fluorophore minus one)対照をゲーティング(gating)に
用いた。モノクローナル抗体は、注釈された場合を除いて、BDから購入した:VE−カドヘリン(BV13、ImClone);VEGFR3(mF4−31C1、ImClone);VEGFR2(DC101、ImClone);CD45(30−F11、BD Biosciences);CD34
(14−0341、eBioscience)。
ヒトLSECは、ScienCell Research Laboratoriesから得た。LSEC中でId1を
選択的にノックダウンするため、Fugene 6(Roche Applied Science)によって、293
T細胞中に、Id1/スクランブルshRNA、pENV/VSV−G 3μg、pRR
E5μg及びpRSVRev 2.5μgを含むシャトルレンチウイルスベクター15μ
gを、同時形質移入することによって、Id1/スクランブル低分子ヘアピン型RNA(Scrambled short hairpin RNA)(shRNA)を生成させた。ウイルス性の上清を、超
遠心分離によって濃縮した。これらの濃縮ウイルス性製剤を用いてLSEC又は肝細胞に形質導入した。
RNeasy(Qiagen)を用いて肝臓からRNAを新たに単離し、Superscript II(In
vitrogen)を用いて相補的DNAに変換した。マイクロアレイは、Mouse U133 2.0(Affymetrix)を用いて実施した。RNA品質、サンプル標識化、ハイブリダイゼーション及び発現分析の方法の詳細は、Affymetrix Microarray Kitのマニュアルに従った。定量的P
CRは、マウスVEGFR2、VEGFR3、Id1、HGF、Wnt2、Wnt9B及びTM(Applied Biosystems)のTaqman遺伝子発現システムを用いて実施した。
野生型(Id1+/+)マウス並びに週齢及び性別がマッチしたId1-/-マウスにおいて多小葉70%の部分肝切除を実施した。部分肝切除の48時間後、LSECを、野生型マウス(Id1+/+再生LSEC)から単離し、上記のようにGFPレンチウイルス(pC
CL主鎖中)形質導入によって標識化した。移植方法は、以前に記載されたものから改良した(Follenzi, J. Clin. Invest:118, 935 -945 (2008))。簡潔には、部分肝切除の48時間後、Id1-/-マウスに麻酔かけ、右側臥位に配置した。左側腹部をベタジンでス
クラブし、皮膚及び腹壁を縦方向に(脊椎と並行に)切開した。脾臓を体外に出した後、Id1+/+再生LSECを、27ゲージ注射針によって脾実質に注射した。注射後、脾摘
出を実施した。また、Id1+/+再生LSECの救済効果を比較するため、Id1-/-及び野生型マウスを、部分肝切除(シャム移植(sham transplant))の2日後、PBSの脾
内注射及び脾摘出にかけた。LSEC中のWnt2及びHGF発現を導入するため、Wnt2及びHGF相補DNAをOpen Biosystemsから購入し、上記のようにレンチウイルス
ベクターにクローニングした。Wnt2若しくはHGFをコードするウイルス、又は同量の混合型Wnt2及びHGFによるLSECの感染を、GFPレンチウイルス感染により実施した。
すべてのデータは、少なくとも3つの別々の実験の平均±s.e.m.として示した。スチューデントt検定又は分散分析を用いて、統計的有意性について群間の違いを試験した。統計的有意性をP<0.05に設定した。
本発明者らは、肝再生の仲介におけるLSECの指示的役割を解明するため、生理学的に関連した部分肝切除モデルを用いた(図1A)。LSECの組織化を損ない、組織低酸素、細胞死及び炎症を生じる肝毒性化学物質の投与(Lee, Hepatology 45:817-825 (2007);LeCouter, Science 299:890-893 (2003);Friedman, Physiol. Rev. 88:125-172 (2008))と対照的に、部分肝切除モデルにおいて、肝質量の70%切除は、残存肝血管系の完全性を乱すことなく(Greene, Ann. Surg. 237:530-535 (2003))、肝細胞再生を活性化
する(Fausto, Hepatology 43:S45-S53 (2006); Michalopoulos, Science 276:60-66 (1997); Greenbaum, J. Clin. Invest. 102:996-1007 (1998))。このように、本モデルは、肝再生の支持における構造的かつ機能的に無傷のLSECの役割を調べるための有益なモデルを提供する。
VEGFファミリーが、骨髄SECの再生における役割を果たすため(Hooper, Cell Stem Cell 4:263-274 (2009) ; Ferrara, Nature Med. 9:669-676 (2003) ; Carmeliet, Nature 438:932-936 (2005) ; Alitalo, Nature 438:946-953 (2005))、本発明者らは、VEGFR2又はVEGFR3を含むVEGF受容体も、またLSEC機能を調節すると仮定した。従って、本発明者らは、VEGFR2及びVEGFR3が、肝内皮細胞中で排他的に発現されることを示すため、緑色蛍光タンパク質(GFP)の発現がVEGFR2の天然プロモーター(native promoter)によって誘発される、VEGFR2−GFP
マウスを用いた。これに対して、本発明者らは、他の肝細胞タイプ、例えば肝細胞核因子4α(HNF4A)+肝細胞では、VEGFR2及びVEGFR3が発現されないことを
見いだした(図2A)。特に、VEGFR3発現の分布は、CD34+VEGFR3-大血管から分岐したVEGFR2+LSECに制限される。VEGFR3発現は、体中に血液
を運ぶ動脈及び静脈のようなより大きな血管系を形成するECについては典型的ではない。従って、LSEC中のVEGFR3の発現により、LSECは、器官特異的でないECと区別される(図2B)。
本発明者らは、非造血性VEGFR3+VEGFR2+CD45-LSECでの内皮特異
的マーカーVE−カドヘリンの発現を示すため、非実質細胞(NPC)における多変性フローサイトメトリー分析を実施した。本発明者らは、これらの細胞の97.6%が、凝固第VIII因子を発現するProx1-CD34-内皮細胞であることを見いだした(図2C、D)。Prox1-CD34-細胞は、非リンパ細胞である(Alitalo, Nature 438:946 -953 (2005))。これは、VEGFR3+CD34-VEGFR2+VE−カドヘリン+第
VIII因子+Prox−1-CD45-血管として成体マウスのLSECの独特な表現型
の特徴及び操作上の特徴(operational signature)が、VEGFR3-CD34+VEG
FR2+VE−カドヘリン+CD45-非類洞内皮細胞及びVEGFR3+CD34+Pro
x−1+第VIII因子-CD45-リンパ管内皮細胞からのものとは区別されることを示
している。VEGFR3+CD34-としてのLSEC及びVEGFR3-CD34+としての非類洞内皮細胞の同定は、非類洞ECからLSECの定量、精製、及び分子プロファイリングに十分である。
LSECが肝臓増殖を調節する機構を確定するため、本発明者らは、部分肝切除後の肝細胞及びLSECの再生動態を試験した。本発明者らは、VE−カドヘリン、上皮肝細胞マーカー(E)−カドヘリン及び有糸分裂マーカーリン酸化ヒストン−3を用いた染色によって示されるように、部分肝切除の2日後、P−H3+E−カドヘリン+有糸分裂肝細胞が、非増殖LSECの近位にあることを見いだした(P−H3;図2E)。これは、LSECが血管新生増殖シグナルを放出して、肝細胞の有糸分裂及び増殖を誘導することを示唆している。本発明者らは、部分肝切除後のLSEC血管新生シグナル伝達の初期段階の後、LSEC増殖が日4で認められ、日8にプラトーに達することを見いだした(図2F)。LSEC増殖と対照的に、本発明者らは、P−H3+HNF4A+肝細胞の定量によって示されるように、肝細胞増殖が最初の4日でピークに達し、日8に安定になることを確定した(図2G)。
1〜3)で、非増殖LSEC中の誘導血管新生は、例えばアンギオクリン因子の放出によって肝再生を刺激する。肝細胞増殖の初期段階後、このモデルでは部分肝切除の4日後、LSECが増殖して、再生している肝臓のために増加した血液供給の需要を満たす。
LSEC誘発性肝再生中のVEGF受容体の有意性を研究するため、VEGFR2loxP
/loxPマウスをROSA−CreERT2マウスと交雑させて条件つきでVEGFR2遺伝
子を欠失させ、誘導性VEGFR2欠損VEGFR2flox/flox(VEGFR2fl/fl)マウスを生成させるように実験を設計した(図3J)(Hooper, Cell Stem Cell 4:263-274
(2009))。肝中のVEGFR2の内皮細胞特異的発現のために、VEGFR2fl/flマウスでは肝内皮細胞だけでなく、非内皮細胞も、また機能的欠陥を呈すると考えられる。対照マウスは、VEGFR2遺伝子(VEGFR2fl/+)のヘテロ接合欠失を有した。部分肝切除の48時間後、ブロモデオキシウリジン+肝細胞増殖(BrdU+HNF4A+細胞
数)は、VEGFR2fl/flマウスで67%減少した(図3A、B)。特に、この初期段
階でVE−カドヘリン+イソレクチン+潅流血管の開存性にもかかわらず、VEGFR2fl/flマウスでは、肝質量の再生が弱められた(図3C)。従って、肝再生の初期段階(部
分肝切除日1〜3)では、VEGFR2を標的設定すると、主に肝細胞再生を誘導する内皮由来のアンギオクリン因子の効果が損なわれるが、血管灌流能力は損なわれない。従って、VEGFR2は、肝再生の初期段階でアンギオクリンシグナルに反応して肝細胞増殖を誘導するのに重要である。
リン+イソレクチン+血管系の構築を妨げ(図3D、E)、それによって、少なくとも28日間、肝質量の修復を弱めることを見いだした。さらにまた、VEGFR2fl/flマウ
スでは、血漿ビリルビンレベルの上昇によって明らかなように、部分肝切除後の肝機能が異常であった。肝再生の仲介における内皮特異的VEGFR2機能を確認するため、VEGFR2loxP/loxPマウスをVE−カドヘリン−CreERT2マウスとも交雑させてVE
GFR2の内皮選択的欠失を誘導した(図3K)。VE−カドヘリン-CreERT2VE
GFR2fl/flマウスにおける肝質量及び灌流血管の形成は、いずれも、部分肝切除後に
低下し、それは肝再生の仲介におけるVEGFR2の有意性を強調している。
比較した(Carmeliet, Nature 438:932-936 (2005))。部分肝切除後、VEGF164は、
肝質量及びVEGFR3+CD34-LSECの数の両方の再生を促進し、それは少なくとも28日間持続したが、PlGFでは、そうならなかった(図3F、G)。従って、部分肝切除後、Pl−GF/VEGFR1ではなく、VEGF−A/VEGFR2の活性化が、肝増殖を開始及び維持するためにLSECを刺激するのに重要である。
肝再生を刺激するアンギオクリンシグナルを同定するためにマイクロアレイ分析を用いた。内皮特異的遺伝子の中で、転写因子Id1は、部分肝切除によって活性化された内皮細胞中で特異的に上方制御された(Lyden, Nature 401:670-677 (1999))。venus−YFP発現がId1プロモーターによって誘発される、Id1venusYFPレポーターマウス(Nam, Cell Stem Cell 5:515-526 (2009))を用いて、部分肝切除の48時間後に、LSEC中でId1上方制御が排他的に見いだされ(図3H)、それは、VEGFR2fl/fl
マウスにおいて有意に弱められた(図3I)。注目すべきことに、部分肝切除後のId1欠損(Id1-/-)マウスの肝質量回復は、28日間損なわれ、そしてVEGF−A164投与しても変わらなかった(図4A、J)。さらにまた、部分肝切除後、Id1-/-マウス
は、有糸分裂BrdU+HNF4A+肝細胞数の有意な減少、機能性VE−カドヘリン+イソレクチン+血管形成の破壊、VEGFR3+CD34-LSECの増殖の低下、及び血漿
ビリルビンレベルの増加によって立証される肝機能異常を示した(図4B、C、K)。従って、Id1の上方制御によるVEGF−A/VEGFR2経路の活性化は、肝再生を誘発する。
また、肝細胞増殖におけるLSECのアンギオクリン機能を仲介する際のId1上方制御の役割を、LSEC−肝細胞共培養系によって試験した。単離された肝細胞と、初代LSECとの共インキュベーションでは、肝細胞数が9倍増加し、これを、LSEC中のId1のノックダウンによって選択的に除去した(図4D、E)。LSECからの馴化培地は、肝細胞増殖の支持に失敗し、LSECから誘導されたアンギオクリン機能における細胞接触の重要性を強調している。従って、Id1の欠如は、LSECの誘導機能不全を生じ、肝細胞再生を損なう。
Id1+/+LSECのin vivoアンギオクリン効果が、Id1-/-マウスで肝細胞再生を
開始できるかどうかを決定するため、部分肝切除後の日2に、脾内移植アプローチを用いてId1-/-肝血管系にLSECを移植した(図4F)(Follenzi, J. Clin. Invest:118, 935-945 (2008))。GFP標識Id1+/+LSECをVEGFR3+類洞血管内腔に選択的に組み込むと、肝質量の再生及びLSEC増大が修復された(図4G)。対照的に、移植されたId1-/-LSECは、Id1-/-肝臓の再生の修復に失敗した。さらに、Id1-/-肝臓では、部分肝切除後の日2にGFP+Id1+/+LSECを移植すると、そのすぐ
近位で肝細胞の増殖が開始された(図4H、I)。従って、Id1コンピテントLSEC
(Id1-competent LSECs)の組み込みによってもたらされた部分的血管性キメリズムは、
Id1-/-肝臓中の肝増殖を開始するのに十分な内皮細胞由来の誘導シグナルを生成させ
る。
肝再生を誘導する内皮由来アンギオクリン因子を同定するため、部分肝切除の48時間後に野生型及びId1-/-マウスから精製されたLSECを分析した。知られている肝ト
ロフォゲン(Klein, Hepatology 47:1018-1031 (2008); Huh, Proc. Natl Acad. Sci. USA 101:4477-4482 (2004) ; Goessling, Cell 136:1136-1147 (2009); Ober, Nature 442:688-691 (2006) ; Thompson, Hepatology 45:1298-1305 (2007)では、Wnt2及びHGFの発現が、Id1-/-LSECにおいて急激に弱められたが、Wnt9B及びトロンボ
モジュリンのようなLSECによって発現される他のトロフォゲンでは、弱められなかった(図5A)。これらの結果は、LSEC中のId1上方制御が、Wnt2及びHGF発現の誘導により肝細胞増殖を開始することを本発明者らに示唆した。
肝再生におけるId1及びWnt2/HGFシグナル伝達の効果を試験するため、Wnt2、HGF、又は両方で形質導入されたId1-/-LSECを、部分肝切除後の日2に
、脾内移植によってId1-/-肝血管系に移植した。Wnt2及びHGF(Id1-/-Wnt2+HGF+)を担持するId1-/-LSECのみ、Id1-/-肝臓中の質量の再生及びLSEC増大を修復し(図5B)、それはHGFとWnt2との間の共同効果を示唆している。特に、Id1-/-Wnt2+HGF+LSEC又はId1+/+LSECをId1-/-マウ
スに移植すると、有糸分裂BrdU+HNF4A+肝細胞数が非常に増加した(図5C)。有糸分裂肝細胞は、移植されたId1-/-Wnt2+HGF+GFP+LSECに隣接して配置されていることがわかった(図5D)。従って、Id1活性化LSECは、Wnt2及
びHGFの合成により並置された肝細胞の増殖を誘導する(図5E)。
用は、部分肝切除によって誘導された生理学的肝再生を組織化する際に、VEGFR3+
CD34-VEGFR2+VE−カドヘリン+第VIII因子+Prox1-CD45-LSECとして操作上定義される、特定の器官特異的血管性ニッチ細胞の不可欠なアンギオクリンの役割を示した。血管新生腫瘍血管中のId1の上方制御(Lyden, Nature 401:670-677 (1999))と同様に、Id1発現は、正常なLSECでは最小限であるが、部分肝切除後に、VEGFR2の活性化は、血管新生LSEC中のId1の排他的上方制御を誘導する。
殖VEGFR3+CD34-VEGFR2+Id1+LSECにおける誘導血管新生プログラムのスイッチが入り、これにより、アンギオクリン因子Wnt2及びHGFの産生を通して、肝増殖が惹起されることが示された。その後、再生している肝臓がさらなる血液供給を必要とするため、LSECのVEGFR2-Id1介在性増殖血管新生が、肝血管性質
量を再構成する。理論によって拘束されることなく、このデータは、LSECが二相機構を通して肝再生を支持することを示唆している。すなわち、部分肝切除直後の初期段階で、誘導血管新生LSECがアンギオクリン因子の放出を通して、器官形成を促進するのに対して、増殖血管新生LSECは、増大する肝質量を血管新生化して持続させる。
(Zaret, Science 322:1490-1494 (2008))とVEGFR2+Id1+LSEC又はEPC
との同時移植は、現在、外傷性又は感染性の肝損傷を負った受療体において乏血管性機能を救うための有効な戦略のデザインをもたらすことを示している。
肺再生
トランスジェニックレポーター及び遺伝子標的化動物
内皮特異的Vegfr2及びFgfr1誘導性ノックアウトマウスの生成を、
記載されたとおり(Hooper, Cell stem cell 4:263-274 (2009);Wang, Nature 465:483-486 (2010))実施した。簡潔には、Vegfr2loxP/loxP及びFgfr1loxP/loxPマウ
スを、VE−カドヘリン−CreERT2トランスジェニックマウスと交配させてVE−カドヘリン−CreERT2+Vegfr2LoxP/LoxP及びVE−カドヘリン−CreERT2+Vegfr2loxP/loxPFgfr1loxP/+マウスを確立した。これらのマウスを、タモキシフェンで腹腔内処置して、Vegfr2及びFgfr1の内皮特異的欠失を導いた。
ス(Rawlins, Cell stem cell 4:525-534 (2009))と交雑させ、テトラサイクリン処置してSPC−YFP及びCCSP−YFPレポーターマウスを得た。すべての実験は、動物実験委員会(Institutional Animal Care and Use Committee)によって設定されたガイ
ドラインの下で実施した。
PNX法を、記載されたように(Nolen-Walston, Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 294:L1158-1165 (2008))適合させた。簡潔には、麻酔して機械的に通気させたマウス
に経口気管内挿管を施した。左肺葉を、門のまわりに結びつけた縫合糸で持ち上げて切除した。シャムマウスには、葉切除することなく開胸術を施した肺質量及び体積を測定し、PNX後の体重に対して標準化した。PCECの単離並びにリン酸化及びVEGFR2及びFGFR1のタンパク質レベルの試験は、実施例1に記載したように、そしてMurakami, The Journal of clinical investigation 121 (2011)のように実施した。深吸気量は、Flexiventソフトウェア(Scireq)を用いて、肺気量(TLC)と機能的残気量(FRC
)とのプラトー圧測定値間で決定した。静的コンプライアンスは、圧力−体積曲線から決定した。
IF研究を実施するため、低温保存された切片を、VE−カドヘリン(R&D)、CD3
4(BD)、E−カドヘリン(eBiosciences)、及びSPC(Abcam)を認識する抗体、並
びにフルオロフォア結合第二抗体、(Jackson Immuno Research)中でインキュベートし
た。移行細胞増幅(transit cell amplification)を、BrdU取り込みによって測定した(Ding, Nature 468:310-315 (2010))。増殖するBASC様細胞を追跡するため、飲
用水中にBrdUを入れた(Nolen-Walston, Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 294:
L1158-1165 (2008))。AxioVert LSM710顕微鏡(Zeiss)で画像をとらえた。肺胞数及び
平均肺胞隔壁間距離(mean linear intercept)の形態学的分析を実施した(DeLisser, The Journal of biological chemistry 281:8724-8731 (2006))。全肺細胞を単離し、L
SRII−SORP(BD)で分析した(Ding, Nature 468:310-315 (2010))。AEC及
びPCECを、それぞれ、SPC+Eカドヘリン及びVE−カドヘリン+CD34に対する結合抗体を用いた染色によって定量した。
マウスに、PNXの12時間前、そして1日おきに、マウスMMP14に対するmAb(MMP14 mAb、50mg/kg、Abcam)及びIgG対照を注射した。肺胞再生における組換え型のEGFの役割を決定するため、マウスに、PNX後、毎日500μg/kgのEGF(Abcam)を静脈注射した。マウスに、1日おきに100μg/kgのEG
F(50μl中)を気管内注射してEGFの局所的効果を試験した。
Akt活性化を維持するため、初代ECをE4ORF1遺伝子と共に形質導入した(Seandel, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105:19288-93 (2008))。MAPKinase経路を同時活性化するため、c−
Rafを初代E4ORF1+ECに導入した。生成したMAPK+Akt EC(Kobayashi, Nature cell biology 12:1046-1056 (2010))を、SPC及びCCSP−YFPマウスから単離されたAECII及びBASCと共培養した(Kim, Cell 121:823-835 (2005))。Mmp14又はスクランブルshRNAを用いて、MAPK+Akt EC又はAEC
中のMmp14をノックダウンした(Ding, Nature 468:310-315 (2010))。共培養研究
のため、単離されたSPC+AECII及びBASCを非付着性の皿中で培養し、10倍
多いMAPK+Akt ECを播種した。MAPK+Akt ECからの馴化培地をAECに加えた。共培養後、AECII及びBASCを、フローサイトメトリー分析によって定量した。
PNX後、全RNAをマウス肺から単離し、Taqman発現システム(Applied Biosystems)を用いてqPCRを行った。抗HB−EGF抗体(Santa Cruz)を用いて、サンドイッチELISA及びウェスタンブロットによってBALF中のHB−EGF濃度を調べ、そしてγ2鎖に対する抗体(Santa Cruz)を用いてラミニン5γ2鎖の切断を試験した。
すべてのデータを、平均±semとして示した。スチューデントt検定、又は分散分析(ANOVA)を用いて、統計的有意性について群間の違いを試験した。統計的有意性を、P<0.05に設定した。
PNX後15日以内に、残存する右肺葉の質量及び体積において劇的な再生があった(図6A、B)。クラーラ細胞(Clara cell)によって同定されたBASCのサブセットを含む、肺上皮前駆細胞は、タンパク質(CCSP)+pro−サーファクタント・プロテ
インC(SPC)+Sca−1+(CCSP+SPC+Sca1+)細胞を分泌し、そしてSPC+E−カドヘリン+細胞によってII型AEC(AECII)は、肺胞上皮形成に寄与する(Beers, The Journal of clinical investigation 121: 2065-2073 (2011)。上皮前
駆細胞の肺再生への寄与を決定するため、PNX後、本発明者らは、飲用水中にBrdUを入れて、ゆっくり分裂する細胞(slow-cycling cells)を検出した。PNX後の日3に、本発明者らは、気管支肺胞管接合部(BADJ)でBrdU+CCSP+細胞の増幅を認めた(図6C)。BrdU+CCSP+細胞の増大を追跡するため、本発明者らは、CCS
P及びSPCプロモーターがYFP発現を誘発するレポータートランスジェニックマウス(CCSP−YFP及びSPC−YFPマウス)(Perl, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 99:10482-10487 (2002))を用
いた(図6D、E)。本発明者らは、PNX後、日3に、再生している肺中のすべての単核細胞の多変性フローサイトメトリー分析を実施した。BADJ領域に局在化したCCSP+BrdU+細胞は、BASCにおいて観察される表現型の特徴、CCSP+SPC+Sca−1+VE−カドヘリン-CD31-細胞であった(Kim, Cell 121:823-835 (2005))。
この初期の時点で、本発明者らは、SPC+Sca−1-CCSP-AECII又はVE−
カドヘリン+CD31+PCECの増殖を検出しなかった。従って、PNXは、AEC及びPCECの増殖が最小限である場合、肺再生の初期段階で、ゆっくり分裂する(slow cycling)CCSP+SPC+Sca−1+BASC様細胞の増大を誘導する。
AEC及びPCECが有意な増殖を受けるときのPNX後の時点を特定するため、本発明者らは、残存する葉における腹腔内に注射されたBrdUの取り込みの動態を調べて、PNX後の日7でピークに達した移行増殖細胞(TAC)の全体的な様相を見いだした(図7A)。シャム手術されたマウス肺では、BrdUの取り込みが少なかった。PNX後の日7でのTAC中の細胞タイプを特徴づけるため、本発明者らは、SPC−YFPレポーターマウスにおいてPNXを実施した。プロ−サーファクタントタンパク質D(SPD)及びE−カドヘリン、AECIIを表すマーカーを同時発現するSPC+細胞の増殖が増加した(Beers, The Journal of biological chemistry 269:20318-20328 (1994);Whitsett, Annual review of medicine 61:105-119 (2010))(図7B)。
EGFR2+CD45-PCECが単核細胞の7%を占め(図7C)、それらがSPC+AECII付近に局在化していることを示した(図7D)。AECII及びPCECの操作上のマーカーとして、それぞれSPC+E−カドヘリン+及びVE−カドヘリン+CD34+を用いて、本発明者らは、PNX後の日15に、AECII及びPCECの両集団で3倍の増加があることを見いだした(図7E)。従って、PNX後、肺質量及び体積における増加は、PCEC及び上皮前駆細胞の増殖のためであり、BASC様の細胞が初期の時点(日3)で増大するのに対して、AECIIは、後期の時点で増殖する。
PNXは、PCECの活性化を通して肺再生を開始して上皮活性アンギオクリン因子を産生する。VEGF−Aの主要なチロシンキナーゼ受容体は、VEGFR2として、アンギオクリン因子の誘導において重要な役割を果たしているため(Ding, Nature 468:310-315 (2010);Hooper, Cell stem cell 4:263-274 (2009))、本発明者らは、PNX後のP
CEC中のVEGFR2の活性化を分析した。PCEC中のVEGFR2タンパク質レベルが変わらないにもかかわらず、PNX後、リン酸化されたVEGFR2の範囲は広がり、右葉を再生するEC中のこのVEGF−A受容体の活性化を示している(図8A)。
との同時活性化が、共同作用して再生上皮形成を持続させると考えられる。
クアウト戦略を用いた(図8B)。タモキシフェン処置は、EC中のVegfr2(Vegfr2iΔEC/iΔECマウス)を選択的に欠失させる。CreERT2による標的でない
毒性を説明するため、本発明者らは、対照としてヘテロ接合Vegfr2欠損マウス(Vegfr2iΔEC/+)を用いた。また、本発明者らは、EC中でVegfr2及びFgf
r1が欠失したマウスを生成させた。しかし、これらのマウスは、血管の不安定性のため、外科的処置を許容できなかったので、本発明者らは、EC中の誘導性Vegfr2及び部分的Fgfr1欠失(Vegfr2iΔEC/iΔECFgfr1iΔEC/+マウス)によって、肺胞形成の支持におけるFGFR1及びVEGFR2の同時活性化の役割を研究した。
することがわかった(図8D、E)。特に、Vegfr2及びFgfr1(Vegfr2iΔEC/iΔECFgfr1iΔEC/+)の内皮特異的ノックダウンは、この時点でPCEC及びAECIIの増殖をさらに止めており、そのことは、PCECを刺激する際、FGFR1がVEGFR2と共同作用してAECII増幅及び血管新生を支持することを示唆している。
VEGFR2及びFGFR1の同時活性化が肺機能の改善において役割を果たすかどうかを決定するため、本発明者らは、PNXの前及び後に、Vegfr2iΔEC/iΔECFg
fr1iΔEC/+及び対照マウスにおいて吸気量及び静的コンプライアンスを調べた。これ
らの肺機能のパラメーターは、呼吸容量(respiratory capacity)の生理学的に関連した指数を提供する。Vegfr2iΔEC/iΔECFgfr1iΔEC/+マウスでは、対照マウスが完全回復を示した時点で、PNX後の肺機能の修復は、有意に損なわれた(図8F)。同様に、Vegfr2iΔEC/iΔECFgfr1iΔEC/+マウスでは、PNX後の肺質量、体積、及び細胞増大の修復が、すべて損なわれた(図8G)。これらのデータは、PNX後、非増殖VE−カドヘリン+ECが、VEGFR2活性化を介してBASC様細胞の初期増
大を誘導することを示している。PNX後の後期段階で、VEGFR2と連携したFGFR1の上方制御は、PCECを活性化して上皮形成及び血管の発芽(vascular sprouting)を指示して、呼吸容量を修復する(図1B)。従って、PCECは、アンギオクリン因子を産生し、機能的呼吸器の肺胞ユニットの生成を促進する血管新生に関与する。
上皮形成を開始する誘導アンギオクリンのキュー(cue)を同定するため、本発明者ら
は、再生肺の遺伝子発現プロファイルを比較して、肺胞形成因子の中で、膜タイプ1のマトリックスメタロプロテイナーゼ(MMP14)は、野生型のPCECにおいて特異的に上方制御されるが、Vegfr2iΔEC/iΔEC又はVegfr2iΔEC/iΔECFgfr1i
ΔEC/+マウスは、そうならないことを見いだした(図9A)。肺切除された肺中のMMP14タンパク質レベルの分析は、その一時的な上方制御が、日7でピークに達し、その後、横ばいになることを示した(図10A)。免疫染色及びフローサイトメトリー分析は、PNX後のMMP14のPCEC特異的局在化を説明しており、それはVegfr2iΔEC/iΔECFgfr1iΔEC/+肺中で弱められる(図10B、C)。MMP14は、肝臓、心臓、脾臓、及び腎臓を含む他の血管の豊富な器官では上方制御されず(図9B、C)、それは、PNX後、MMP14が、VEGFR2及びFGFR1誘導PCEC中で選択的に上方制御されることを示している。
II及びBASCを単離して、初代ECと共培養した。YFP発現を用いて共培養中のその結末(fate)を追跡した。Akt経路の活性化を通してアンギオクリンの能力を維持するE4ORF1遺伝子を、初代ECに導入した(Seandel, Proceedings of the National
Academy of Sciences of the United States of America, 105:19288-93 (2008), Kobayashi, Nature cell biology 12:1046-1056 (2010))。MMP14がMAP−キナーゼ活
性化EC中で上方制御されたので、本発明者らは、c−Rafも導入してE4ORF1+
EC(MAPK+Akt EC)中のMAP−キナーゼを構成的に刺激した(Kobayashi, Nature cell biology 12:1046-1056 (2010))。次に、3次元(3D)アンギオスフェア
アッセイ(3-dimensional (3D) angiosphere assay)において、MAPK+Akt EC
を、AECII/BASCと共培養した。MAPK+Akt ECとの共培養は、SPC+AECII及びCCSP+Sca−1+CD31-BASCの最も有意な増大を導き(図1
0D〜G、図9D、E)、3Dアンギオスフェアが形成され、ECが、増大する上皮細胞を取り囲んでおり、それは肺胞毛細血管嚢の構造に似ている。MAPK+Akt EC中
のMMP14ノックダウンは、BACS及びAECIIの増大を止める(図10D、F)。MAPK+Akt ECからの馴化培地(CM)は、AECII及びBASC増殖の促
進におけるごくわずかな効果を示し、ECと上皮細胞との間の細胞間接触の必要性を強調している(図10E、G)。従って、左肺の切除は、MMP14産生を誘発するPCECにおいてVEGFR2及びFGFR1を活性化し、順に、上皮前駆細胞の増殖を刺激する。
肺胞形成の調節におけるMMP14の生理学的有意性を決定するため、本発明者らは、MMP14に対する中和モノクローナル抗体(mAb)をWTマウスに注射した。PNX後、MMP14 mAbは、WTマウスの残存肺の質量及び体積の増加を弱めたが、Ve
gfr2iΔEC/iΔECFgfr1iΔEC/+マウスでは、そうならず、それは、MMP14
が、VEGFR2及びFGFR1誘導PCECから誘導されることを示している(図11A)。MMP14阻害は、VE−カドヘリン+PCECの再構築を損なうことなく、E−カドヘリン+AECの増大を阻止する(図11B)。MMP14阻害後のAEC及びPCECの不適当な増大は、MMP14が、PCEC増殖(増殖血管新生)を促進するよりむしろAEC(誘導血管新生)の増殖を誘導することを示している。
よって明らかなように、肺胞再増殖の阻害を示した(図11E、F)。コラーゲン合成は、MMP14に対するmAbで注射されたマウスにおいて変わらないままであった。従って、PCEC由来のMMP14は、新たな肺胞増殖(neoalveolarization)を刺激し、正常な成体肺胞に似た肺胞嚢を形成する。
(unmasking)を介して肺胞形成を刺激する。
次に、本発明者らは、MMP14が再生肺胞増殖を調節する機構を解明しようとした。MMP14は、EGF様増殖因子(HB−EGF)を結合するヘパリンの外部ドメインを切断することがわかっている(Koshikawa, Cancer research 70:6093-6103 (2010); Stratman, Blood 116:4720-4730 (2011))。さらに、MMP14は、ラミニン5γ2鎖を切断して上皮増殖因子受容体(EGFR)を活性化するEGF様のフラグメントを生成させる(( Schenk, The Journal of cell biology 161:197-209 (2003))。本発明者らは、PNX後の日3及び7に、気管支肺胞洗浄液(BALF)中のHB−EGFが増加したことを見いだした(図12A、B)。PNX後の日7で、再生している肺中にラミニン5γ2鎖の切断されたフラグメントが現れた(図12C)。しかし、これらのEGFRリガンドのレベルは、MMP14に対するmAbで処置された対照マウス及びVegfr2iΔEC/i
ΔECFgfr1iΔEC/+マウスの両方で低下し、その際、MMP14の発現は、弱められ
た。また、BASC及びAECと3D内皮共培養におけるMAPK+Akt EC中のM
MP14のノックダウンは、培養上清へのEGFRリガンドの放出を抑止した(図12J)。従って、PNX後、PCEC中のVEGFR2及びFGFR1の活性化は、MMP14のアンギオクリン産生を導き、それは、次に、肺胞再生を刺激する、潜在性EGFRリガンドをマンマスギングする。
切断されたHB−EGF及び切断されたラミンン5γ2鎖の両方は、上皮形成を誘発するEGFRを活性化する。これらの所見は、PNX後、Vegfr2iΔEC/iΔECFgf
r1iΔEC/+マウスにおける肺の肺胞増殖不全は、EGFRリガンドのバイオアベイラビ
リティの減少のためであることを示唆しており、EGFの注射が、上皮形成を強化することによって、Vegfr2iΔEC/iΔECFgfr1iΔEC/+マウスにおける肺胞増殖を修復しうることを意味している。組換え型EGFの静脈注射は、Vegfr2iΔEC/iΔECF
gfr1iΔEC/+マウス及びMMP14に対するmAbで処置されたマウスにおいて肺質
量及び体積を修復した(図12D)。気管内注射による気管支肺胞上皮へのEGFの直接導入は、肺胞再生の救済における同様の効果を示した(図12K)。従って、Vegfr2iΔEC/iΔECFgfr1iΔEC/+マウスにおけるAECの不完全な再生は、EGFRリガンドのバイオアベイラビリティを弱めるPCECによるMMP14産生の減少によって生じる。
りはむしろ上皮活性なアンギオクリン因子の生成障害のためである。
胞増殖を修復する。
CreERT2のPan−内皮VE−カドヘリンプロモーター誘発性発現は、他の血管床のEC中のVegfr2及びFgfr1を欠失させるはずである。肺再生に対する誘導PCECの特異的寄与を研究するため、本発明者らは、肺EC移植モデルを設計した。肺切除されたWT同腹子マウスの肺又は肝臓のいずれかからECを精製し、Vegfr2i
ΔEC/iΔEC及びVegfr2iΔEC/iΔECFgfr1iΔEC/+マウスの頸静脈に注入した
(図13A)。また、肺切除されたWTマウスから血漿を採取し、レシピエントノックアウトマウスに注射して、肺再生に対する全身の可溶性増殖因子の寄与を調べた。
だ(図13B)。重要なことに、肺切除された肺から得た移植ECは、上皮細胞の増幅を修復したが、肝臓からのものは修復しなかった(図13C〜F)。増殖しているBrdU+CCSP+BASC様細胞及びBrdU+SPC+AECIIは、移植されたGFP+PCECの近位に位置しており、それは、注入されたWT PCECから誘導された誘導
シグナルが肺再生を修復することを示している。従って、肺機能は、PCECの移植によって改善されたが、しかし、肺切除されたWTマウスから入手した血漿の注射では、改善されなかった(図13G)。従って、PNXは、PCECの肺特異的活性化を誘導して、再生肺の肺胞増殖を支持するアンギオクリン因子を生成する(図13H)。
成体肺再生に関与する経路を確定するため、本発明者らは、残存する無傷の肺中の再生肺胞増殖を促進する片肺切除(PNX)モデルを用いた。本発明者らは、片肺切除(PNX)モデルを用いて肺胞再生の支持におけるPCECの役割を研究した。左肺の外科的切除は、残存する右葉の血管完全性を乱すことなく、これらの残存葉の再増殖を誘導する。本発明者らは、PNXが、VEGFR2及びFGFR1の活性化を通して、残存する右葉のPCECを誘導してアンギオクリンマトリックスメタロプロテアーゼMMP14を産生することを確定した。次に、MMP14は、上皮前駆細胞の増殖を刺激する、潜在性上皮増殖因子(EGF)様リガンドのアンマスキングによって再生肺胞増殖を促進する。従って、PCECは、肺障害の処置のために治療上活用できる。
中のVegfr2及びFgfr1の内皮特異的誘導性の遺伝子除去(genetic ablation)は、MMP14の産生を阻害し、肺胞増殖を損なった。MMP14は、EGF受容体(EGFR)を活性化する、潜在性EGF様外部ドメインのアンマスキングによって上皮前駆細胞の増大を促進する。これと一致して、MMP14の中和は、EGFR介在性肺胞再生を損なうが、肺切除されたVegfr2/Fgfr1欠損マウスへのEGFの投与又はMMP14+PCECの血管内移植は、肺胞形成及び肺吸気量及びコンプライアンス機能を
修復する。従って、PCEC中のVEGFR2及びFGFR1活性化は、EGFRリガンドのMMP14依存性バイオアベイラビリティを高めて肺胞形成を開始して持続させる。
PNXに誘導された肺胞再生モデル、Vegfr2及びFgfr1の内皮特異的ノックダウン、並びに3次元内皮−上皮共培養アンギオスフェアバイオリアクターを用いて、本発明者らは、再生肺胞形成の促進におけるPCECの必須の役割を確立した。本明細書に
記載された研究は、HB−EGFの切断及びラミニン5γ2鎖からEGF様フラグメントの生成が、BASC及びAECのサブセットを含む肺上皮前駆細胞の増幅を刺激し、肺胞増殖を支持する、MMP14のアンギオクリン役割を明らかにした。肺胞形成の促進におけるMMP14/EGFR活性化の役割は、PNX後、Vegfr2iΔEC/iΔECFgf
r1iΔEC/+マウスへのEGF投与が肺胞再生を修復する研究で確認された。さらに、本
発明者らは、新たな肺胞増殖を行う能力が損なわれたマウスの上皮形成の修復において、機能的に組み込まれたPCECの必須の役割を定義するための肺PCEC移植モデルを確立した。まとめると、本発明者らは、PNX後、PCECが、新たな血管の形成によって及び上皮活性なアンギオクリン因子の指示的産生を通して再生肺胞増殖を組織化することを示した。
初期段階(日0〜3)で、PNXは、BADJに局在化されたCCSP+SPC+Sca−1+CD31-VE−カドヘリン-BASC様細胞の増大を誘導する。後期段階(日7〜
15)で、SPC+E−カドヘリン+AECII及びPCECは、増大し、機能性肺胞毛細血管ユニットを再構築する。MMP14阻害すると、立方体様SPC+E−カドヘリン+だけでなく、また鱗状SPC−E−カドヘリン+AECの肺胞被覆率(alveolar coverage)の損失は、一時的に増幅されたSPC+E−カドヘリン+AECIIがSPC-E−カドヘリン+タイプI AECを潜在的に生成し(Beers, The Journal of clinical investigation 121: 2065-2073 (2011); Morrisey, Developmental cell 18:8-23 (2010); Rock,
Annual review of cell and developmental biology (2011))、PNX後の肺胞表面の
十分な再構築を導くことを意味している。従って、誘導PCECは、機能性肺胞毛細血管嚢をまとめて再構築する、特定の肺上皮細胞の再生を誘発する。
PCEC由来のMMP14は、上皮細胞の増大並びに肺胞構造及び肺機能の修復に必要である。マウス胎児肺では、MMP14は、上皮増殖及び移動の惹起(Chun, Cell 125:577-591 (2006); Hiraoka, Cell 95:365-377 (1998); Stratman, Blood 114:237-247 (2009); Yana, Journal of cell science 120:1607-1614 (2007))によって肺胞形成を調節する(Atkinson, Dev Dyn 232:1079-1090 (2005); Irie, Medical molecular morphology 38:43-46 (2005); Oblander, Developmental biology 277:255-269 (2005))。出生後、MMP14欠損マウスは、不完全な肺胞増殖、異常な小嚢形成、及びAECによる血管統合障害(impaired vascular integration)を示し、MMP14が肺胞毛細血管クロストー
クを仲介することを示唆している(Lee, Nature medicine 10:1095-1103 (2004); Li, Cell 111:635-646 (2002); Morris, Nature 422:169-173 (2003); Page-McCaw, Nature reviews 8:221-233 (2007))。従って、本発明者らは、PNX後、MMP14の阻害は、肺
胞再増殖だけでなく内皮増殖を妨げ、肺胞サイズを拡大することを示した。MMP14は、増殖血管新生に不必要かもしれないが、再生肺胞増殖の誘導において重要な役割を果たす。本研究は、MMP14が肺胞形成を調節する機構には、肺胞腔へのHB−EGFの切断及びラミニン5γ2鎖からのEGF様フラグメントの生成が含まれることを示している。その後、生物学的に利用可能なEGFR−リガンドの増加は、上皮前駆細胞の再生を開始する。これに関して、MMP14は、再生肺胞増殖を誘発するPCEC特異的アンギオクリンキューとして作動する。
各器官は、独特な表現型の、機能的及び構造的特質によって同定される、毛細血管ECの特定集団によって血管新生される。骨髄SEC(Butler, Cell stem cell 6:251-264 (2010b); Hooper, Cell stem cell 4: 263-274 (2009))と肝SECとは、VEGFR2+
VEGFR3+VE−カドヘリン+血管によって区別され、器官再生を誘発するアンギオクリン因子の確定されたセットを発現する。上記のように、部分肝切除後、VEGFR2誘
導肝SEC及びId1誘導肝SECは、HGF及びWNT2を産生して肝細胞増殖を誘導する。対照的に、骨髄VEGFR2誘導SECは、Notchリガンド及びIGFBP(Butler, Cell stem cell 6:251-264 (2010b); Kobayashi, Nature cell biology 12:1046-1056 (2010))を発現して造血細胞の再構築を誘導する。
PNXの後、PCECがMMP14の発現を誘導する機構は、VEGFR2及びFGFR1の階層的な活性化及び上方制御によって仲介される。PNXの初期段階で、BASC様細胞の増大は、主にPCEC中のVEGFR2の活性化に依存しており、それは、EC増殖を誘導することなくMMP14の上方制御を生じる。PNX後のVEGFR2の初期の活性化及び安定発現と対照的に、FGFR1発現レベルは、その後に誘導され、日7にピークに達する。FGFR1は、MMP14生成の増大においてVEGFR2と共同作用し、それによって肺胞の再生を持続させる。従って、PCEC中のVEGFR2及びFGFR1の逐次的活性化は、MMP14産生を誘導し、機能的肺胞毛細血管ユニットの再生を促進する。
肺障害を有する受療体において呼吸容量を修復する治療的な戦略の開発は、肺再生機構があまり理解されてないたま不利な立場に置かれている(Jiang, Nature medicine 11:1173-1179 (2005); Kajstura, The New England journal of medicine 364:1795-1806 (2011); Matthay, Annual review of pathology 6:147-163 (2011); Morris, Nature 422:169-173 (2003); Petrache, Nature medicine 11:491-498 (2005); Whitsett, Annual review of medicine 61:105-119 (2010))。本明細書に記載された本研究は、吸気量及び静的
コンプライアンスによって測定されるように、PNX後、誘導PCECが、呼吸容量の修復に有望な役割を果たすことを示している。特に、EGFの投与又は誘導PCECの移植は、マウスの呼吸器の機能を改善した。従って、適当に活性化されたPCECの移植又は肺特異的アンギオクリンメディエーターの注射は、肺障害を有する受療体のサブセットにおいて肺機能を改善できる。
Claims (21)
- 器官再生の強化又は開始を必要とする対象における器官再生を強化するか又は開始させる方法であって、該対象の器官再生が望まれる体の領域に、該器官に特異的な内皮細胞又は該器官に特異的な誘導内皮細胞を投与することを含む、器官再生を強化するか又は開始させる、上記方法。
- 前記器官が肝臓であり、かつ前記方法が肝類洞内皮細胞(LSEC)又は誘導LSECの肝内移植を含む、請求項1に記載の方法。
- VEGF−Aの投与をさらに含む、請求項2に記載の方法。
- LSEC又は誘導LSECが、VEGFR2+VE−カドヘリン+VEGFR3+CD3
4-第VIII因子+LSECである、請求項2に記載の方法。 - 肝細胞の投与をさらに含む、請求項2に記載の方法。
- 前記器官が肺であり、かつ前記方法が肺毛細血管内皮細胞(PCEC)又は誘導PCECの静脈内又は気管内移植を含む、請求項1に記載の方法。
- MMP14、VEGF−A、又はFGFの1つ又はそれ以上の投与をさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記PCEC又は誘導PCECがMMP14を発現する、請求項6に記載の方法。
- 上皮前駆細胞の投与をさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 前記肝細胞を肝類洞内皮細胞と共培養することによって培養中の前記肝細胞を増大させる方法。
- 肺上皮前駆細胞を肺毛細血管内皮細胞と共培養することによって培養中の前記肺上皮前駆細胞を増大させる方法。
- 器官再生の強化又は誘導を必要とする対象における器官再生を強化又は誘導する方法であって、VEGF−A、VEGF−E、FGF−2、MMP14、EGF、又は他のEGF−受容体リガンドの1つ又はそれ以上を、該対象の器官再生の強化又は誘導に十分な量で該対象に投与することを含む、器官再生を強化又は誘導する方法。
- 器官が肝臓である、請求項12に記載の方法。
- 器官が肺である、請求項12に記載の方法。
- 器官再生を必要とする対象に投与するための医薬組成物であって、該器官に特異的な単離された内皮細胞、又は該器官に特異的な単離された誘導内皮細胞を薬学的に許容しうる担体と組み合わせて含む、上記医薬組成物。
- 前記内皮細胞又は誘導内皮細胞が自己細胞である、請求項15に記載の医薬組成物。
- 器官が肝臓であり、かつ細胞がVEGFR2+VE−カドヘリン+VEGFR3+CD3
4-第VIII因子+LSECである、請求項15に記載の医薬組成物。 - VEGF−A、VEGF−E、FGF−2、EGF、又はMMP14の1つ又はそれ以上をさらに含む、請求項15の医薬組成物。
- 器官が肺であり、かつ細胞がVEGFR2+VE−カドヘリン+CD34+CD31+FGFR1+PCECである、請求項15に記載の医薬組成物。
- VEGFR2+VE−カドヘリン+VEGFR3+CD34-第VIII因子+細胞である
細胞を単離することを含む、肝特異的内皮細胞を単離する方法。 - VEGFR2+VE−カドヘリン+CD34+CD31+FGFR1+細胞である細胞を単
離することを含む、肺特異的内皮細胞を単離する方法。
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