JP2018511599A - 細胞増殖の刺激のための方法及び組成物、ならびにfgf2アイソフォームの生物学的に活性な混合物の提供 - Google Patents

細胞増殖の刺激のための方法及び組成物、ならびにfgf2アイソフォームの生物学的に活性な混合物の提供 Download PDF

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    • C12N2502/1352Mesenchymal stem cells

Abstract

本明細書で開示されるのは、生物学的に活性であるFGF2アイソフォームの混合物を提供するための方法及び組成物である。生物学的な活性としては、限定するものではないが、神経前駆細胞の増殖の刺激、内皮細胞の増殖の刺激、神経前駆細胞の発達の刺激、及び星状細胞の発達の刺激が挙げられる。

Description

(関連出願に対する相互参照)
本出願は、米国特許法第119条(e)のもとで、米国仮特許出願第62/178,190号(2015年4月1日出願)、及び米国仮特許出願第62/204,776号(2015年8月13日出願)の恩典を請求し;それらの開示は、全ての目標のためにその全体が参照によって本明細書に援用される。
(連邦政府の支援に関する声明)
該当せず。
本開示は、増殖因子、ならびに細胞、特に神経細胞及び神経系に関連する細胞の増殖及び発達に対するそれらの効果の分野にある。
間葉細胞移植
間葉系間質細胞(MSC)及びそれらの誘導体の移植は、中枢神経系(CNS)の種々の変性障害の処置として発達している。CNSへのMSC移植から生じる治療効果は、組織の防御、再生及び免疫調節性の刺激を提供する、生きている移植された細胞からの可溶性因子の分泌に主に起因すると考えられる[非特許文献1〜3]。しかし、逆説的には、移植後のCNS中のMSCの生着率は低く[非特許文献4、5];そして治療上の利点は、移植された細胞がもはや検出できなくなった後も長く続くことが観察された。種々の説明が、移植されたMSCの生着が劣ることについて説明するために提唱されている。研究者の中には、移植片喪失を説明するための先天性免疫及びその後の適応免疫の免疫応答の誘導を示唆するものもいるが、他の研究者らは、HLA適合状態にかかわらず移植片細胞喪失が同様の率であることを見出している[非特許文献6、7]。さらなる研究によって、同種異系のMSCは、移植後に有意な免疫応答を惹起しないという証明が得られている([非特許文献8]で概説される)。成体の脳に移植された、細胞内で標識されたMSC(生きているか死んでいるかいずれか)は、レシピエントの周囲の細胞及び遠位の細胞に対して標識を移行し得、かつその標識は、そのレシピエントの細胞に組み込まれるようになり得ることも報告されている[非特許文献9、10]。
FGF−2
FGF2(塩基性線維芽細胞増殖因子、すなわちbFGFとしても公知)は、幹細胞の主要な増殖因子、血管形成の強力な誘導因子、必須の創傷治癒媒介因子であり、ならびに神経系の発達及び再生の主要なプレイヤーである([非特許文献11]で概説される)。5つのFGF2アイソフォームは、選択的翻訳開始によって固有のFGF2のmRNAから翻訳される:18kDの低分子量(LMW)のアイソフォーム;ならびに22、22.5、24及び34kDの分子量を含む高分子量(HMW)のアイソフォーム。LMWのFGF2は、ほとんどが細胞質内であり、かつ分泌されるが、HMWアイソフォームは主に核であって、しかし任意のアイソフォームが、特定の条件下で、核、細胞質、または細胞外基質中で見出され得る。全てのアイソフォームは、小胞体−ゴルジ経路を通じた分泌を指向するシグナルペプチドを欠く。初期の研究では、内皮細胞の機械的に損傷された単層は、高レベルのFGF2を放出することが実証された[非特許文献12、13]。これらの研究、及び分泌用のシグナルペプチドの欠失に基づいて、細胞死または致死未満の損傷でさえ、FGF2放出の主要な機構として記載されている[非特許文献14]。従って、FGF2は、「組織の完全性の慣用的な維持及び/または受傷後の修復に必要な細胞増殖を迅速に開始するための創傷ホルモン」として推薦されている[非特許文献15]。
多くの報告によって、MSCによるFGF2のmRNAの発現が証明され、かつ細胞内FGF2タンパク質の存在が実証されているが[非特許文献11、12、16]、分泌されるFGF2の濃度が極めて低いので[非特許文献17、18]、FGF2分泌の測定を示す報告は極めて少ない。おそらく、これらの理由のために、FGF2は、周囲の神経組織に対する移植されたMSCの再生効果を媒介するための主な候補であるとは考えられていなかった。
DNTT−MSC
DNTT−MSC(「NICD一過性トランスフェクトのMSCの子孫(descendants of NICD transiently−transfected MSC)」)とは、ノッチ細胞内ドメイン(NICD);例えば、ヒトNotch1細胞内ドメイン(NICD1)をコードするベクターを用いたMSCの一過性のトランスフェクション、つづいて、選択及びその後の増殖によるヒト骨髄MSCに由来し得る細胞の集団である。この過程によって、親のMSCと比較して、インビトロで優れた血管形成性及び神経新生性(すなわち、神経前駆細胞の増殖及び分化)特性を示す細胞集団が生じる[非特許文献19〜21]。DNTT−MSCの神経新生性効果は、FGF1、FGF2、及びBMP発現の増大、及び対応する分泌の増大に寄与していた[非特許文献19、22]。
しかし、MSCまたはDNTT−MSCによって分泌されるのは極めて低レベルのFGF2である。非特許文献22。従って、FGF2が原因である場合、全体あってもまたは一部であっても、MSC及び/またはDNTT−MSCの神経新生性効果に関して、その供給源は理解しにくいままである。
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間葉細胞(例えば、線維芽細胞、MSC及びDNTT−MSC)は、FGF2の細胞内貯蔵庫を備える;しかし、培養中では極めてわずかな細胞内FGF2しか分泌されない。むしろ、間葉細胞に対する損傷、またはその死滅は、それらの細胞内FGF2の放出を生じる。研究者らは、間葉細胞がFGF2の特に大きい細胞内貯蔵庫を備え、これは、放出の際、多数のインビトロのモデル系において隣接の細胞または組織に対して神経新生性及び血管形成性効果の効果を発揮し得ることを発見した。さらに、間葉細胞は、FGF2アイソフォームの混合物を含み、アイソフォームのこの混合物は、単一のアイソフォーム(すなわち、組み換えFGF2)よりも大きい生物学的活性を保有する。
従って、本開示は、とりわけ、以下の実施形態を提供する。
1.神経前駆細胞または内皮細胞の増殖を誘導するための方法であって、細胞溶解液、可溶性無細胞抽出物及び不溶性細胞残渣からなる群より選択される、間葉細胞から得られる調製物と、神経前駆細胞または内皮細胞とを接触させるステップを包含する、方法。
2.星状細胞前駆細胞の星状細胞への発達を誘導するための方法であって、上記星状細胞前駆細胞と、生きた間葉細胞及び間葉細胞の細胞溶解液の混合物とを接触させるステップを包含する、方法。
3.細胞または組織に対してFGF2アイソフォームの混合物を提供するための方法であって、細胞溶解液、可溶性無細胞抽出物及び不溶性細胞残渣からなる群より選択される、間葉細胞から得られる調製物と、上記細胞または組織とを接触させるステップを包含する、方法。
4.その必要な被験体に対してFGF2アイソフォームの混合物を送達するための方法であって、細胞溶解液、可溶性無細胞抽出物及び不溶性細胞残渣からなる群より選択される、間葉細胞から得られる調製物を、上記被験体に導入するステップを包含する、方法。
5.上記混合物が、18、22、22.5及び24kDの分子量を有するFGF2アイソフォームを含む、実施形態3に記載の方法。
6.上記混合物が、18、22、22.5及び24kDの分子量を有するFGF2アイソフォームを含む、実施形態4に記載の方法。
7.上記混合物が、組み換えFGF2の活性よりも大きい生物学的活性を有する、実施形態3に記載の方法。
8.上記混合物が、組み換えFGF2の活性よりも大きい生物学的活性を有する、実施形態4に記載の方法。
9.上記細胞が、神経前駆細胞である、実施形態3に記載の方法。
10.上記細胞が、内皮細胞である、実施形態3に記載の方法。
11.上記被験体が、虚血性傷害を受けた、実施形態4に記載の方法。
12.上記虚血性傷害が、脳卒中である、実施形態11に記載の方法。
13.上記組織が、壊死性である、実施形態3に記載の方法。
14.壊死が、梗塞または外傷から生じる、実施形態13に記載の方法。
15.上記間葉細胞が、線維芽細胞、間葉系幹細胞(MSC)及びDNTT−MSCからなる群より選択される、実施形態1に記載の方法。
16.上記間葉細胞が、線維芽細胞、間葉系幹細胞(MSC)及びDNTT−MSCからなる群より選択される、実施形態2に記載の方法。
17.上記間葉細胞が、線維芽細胞、間葉系幹細胞(MSC)及びDNTT−MSCからなる群より選択される、実施形態3に記載の方法。
18.上記間葉細胞が、線維芽細胞、間葉系幹細胞(MSC)及びDNTT−MSCからなる群より選択される、実施形態4に記載の方法。
19.生物学的に活性なFGF2アイソフォームの混合物を組織に対して送達するための方法であって:
上記組織と間葉細胞とを接触させるステップを包含し;
上記接触が、間葉細胞の溶解または破裂を生じる、方法。
20.上記FGF2アイソフォームが18、22、22.5及び24kDの分子量を有する、実施形態19に記載の方法。
21.上記混合物が、組み換えFGF2の活性よりも大きい生物学的な活性を有する、実施形態19に記載の方法。
22.上記組織が、1つ以上の神経前駆細胞を含む、実施形態19に記載の方法。
23.上記組織が、1つ以上の内皮細胞を含む、実施形態19に記載の方法。
24.上記組織が、虚血性傷害を受けた被験体に存在する、実施形態19に記載の方法。
25.上記虚血性傷害が脳卒中である、実施形態24に記載の方法。
26.上記組織が壊死性である、実施形態19に記載の方法。
27.壊死が、梗塞または外傷から生じる、実施形態26に記載の方法。
28.上記間葉細胞が、線維芽細胞、間葉系幹細胞(MSC)及びDNTT−MSCからなる群より選択される、実施形態19に記載の方法。
29.神経前駆細胞または内皮細胞の増殖を刺激する方法における使用のための間葉細胞の無細胞抽出物であって、上記間葉細胞が、線維芽細胞、MSC及びDNTT−MSCからなる群より選択される、無細胞抽出物。
30.神経前駆細胞または内皮細胞の増殖を刺激する方法における使用のための間葉細胞の細胞溶解液であって、上記間葉細胞が、線維芽細胞、MSC及びDNTT−MSCからなる群より選択される、間葉細胞の細胞溶解液。
31.神経前駆細胞または内皮細胞の増殖を刺激する方法における使用のための間葉細胞の不溶性細胞残渣であって、上記間葉細胞が、線維芽細胞、MSC及びDNTT−MSCからなる群より選択される、間葉細胞の不溶性細胞残渣。
32.神経前駆細胞または内皮細胞の増殖を刺激する方法における使用のための組み合わせであって:
(a)線維芽細胞増殖因子−2(FGF2)と、
(b)間葉細胞由来の馴化培地と、を含み、ここで上記間葉細胞が線維芽細胞、MSC及びDNTT_MSCからなる群より選択される、組み合わせ。
33.上記FGF2が、組み換え体である、実施形態32に記載の組み合わせ。
34.上記FGF2が、18kdのアイソフォームであり、実施形態32に記載の組み合わせ。
35.星状細胞前駆細胞の星状細胞への発達を誘導する方法における使用のための組み合わせであって、上記組合せが:
(a)生きた間葉細胞であって、線維芽細胞、MSC及びDNTT−MSCからなる群より選択される間葉細胞と;
(b)間葉細胞から得られる調製物であって、細胞溶解液及び可溶性無細胞抽出物からなる群より選択される調製物と、
を含む、組み合わせ。
36.生細胞に対する上記溶解細胞等価物の比が、3:1である、実施形態35に記載の組み合わせ。
37.その必要な細胞、組織または被験体に対して、FGF2アイソフォームの混合物を提供する方法における使用のための間葉細胞から得られた調製物であって、
上記調製物は、細胞溶解液、可溶性無細胞抽出物及び不溶性細胞残渣からなる群より選択され;
さらに、ここで上記間葉細胞は、線維芽細胞、MSC及びDNTT−MSCからなる群より選択される、調製物。
38.上記FGF2アイソフォームの混合物が、18、22、22.5及び24kDの分子量を有するFGF2アイソフォームを含む、実施形態37に記載の調製物。
39.上記FGF2アイソフォームの混合物が、組み換えFGF2よりも大きい生物学的な活性を有する、実施形態37に記載の調製物。
40.上記細胞が、神経前駆細胞または内皮細胞である、実施形態37に記載の調製物。
41.上記組織が、1つ以上の神経前駆細胞及び/または内皮細胞を含む、実施形態37に記載の調製物。
42.上記組織または被験体が、虚血性傷害を受けた、実施形態37に記載の調製物。
43.上記虚血性傷害が脳卒中である、実施形態42に記載の調製物。
44.上記組織が壊死性である、実施形態37に記載の調製物。
45.壊死が、梗塞または外傷から生じる、実施形態44に記載の方法。
46.神経前駆細胞または内皮細胞の増殖を刺激する方法であって;神経前駆細胞または内皮細胞と、実施形態32の組み合わせとを接触させるステップを包含する、方法。
図1A〜図1Cは、MSC及びDNTT−MSCから得られた抽出物または馴化培地中のFGF2及びLDHのレベルを示し、全ての値は、百万個の細胞から得ており、図1Aは、FGF2のELISAによって測定した、MSC(左側のバー)及びDNTT−MSC(右側のバー)からの凍結−解凍無細胞抽出物(E0抽出物)中のFGF2のレベルを示し、図1Bは、HS−FGF2のELISAによって測定した、MSC(左側のバー)及びDNTT−MSC(右側のバー)由来の馴化培地(CM)中のFGF2のレベルを示し、図1Cは、MSC(バーの左側の対)及びDNTT−MSC(バーの右側の対)における無細胞E0抽出物(各々の対における左側のバー)及び無細胞E1抽出物(各々の対における右側のバー)中のLDHレベルを示し、バーは、7つの細胞ロットにまたがる平均に相当する。エラーバーは、標準偏差に相当する。 図2A及び図2Bは、BRDU取り込みによってアッセイした神経細胞増殖の測定を示し、図2Aは、MSC由来の無細胞E0抽出物(黒塗り四角)または馴化培地(白抜き丸印)の漸増濃度に曝された神経細胞によるBRDU取り込みのレベルを示し、図2Bは、抗FGF2抗体(bFM1)または対照の免疫グロブリン(IgG1)の存在下で、0、5、または15%の無細胞E0抽出物(それぞれ、0、0.07または0.2ng/mlのFGF2に対して等価)に暴露された神経細胞によるBRDU取り込みのレベルを示す。 図3A及び図3Bは、BRDU取り込みによってアッセイされる内皮細胞増殖の測定を示し、図3Aは、MSC由来の漸増濃度の無細胞E0抽出物(黒塗り四角)または馴化培地(filled triangles)に対して暴露されたHUVECによるBRDU取り込みのレベルを示す。NeuroBasal(NB)培地(白抜き丸印)を、陰性対照として用い、図3Bは、対照のHUVEC(最も左側のバー)、10ng/mlの組み換え血管内皮増殖因子に暴露されたHUVEC(rVEGF、左から2番目のバー)、及び1ng/mlの組み換え線維芽細胞増殖因子−2に暴露されたHUVEC(rFGF2、左から3番目のバー)、によるBRDU取り込みのレベルを示す。また、DNTT−MSC由来の15%無細胞E0抽出物に暴露されたHUVEC(右から三番目のバー)、対照の免疫グロブリンの存在下でDNTT−MSC由来の15%無細胞E0抽出物に暴露されたHUVEC(IgG1、右から二番目のバー)、または抗FGF2抗体の存在下におけるDNTT−MSCの由来の15%無細胞E0抽出物に暴露されたHUVEC(bFM1、最も右側のバー)、によるBRDU取り込みのレベルも示される。 図4A〜図4Eは、DNTT−MSC由来の生細胞、死滅細胞懸濁物(すなわち、細胞溶解液)及び無細胞抽出物によって誘導された神経及びグリアのマーカーの発現レベルを示し、図4Aは、生きたDNTT−MSC(A)、死滅(凍結−解凍した)DNTT−MSC(すなわち、DNTT−MSC細胞溶解液)(D)、またはDNTT−MSCの無細胞抽出物(E)を含むラット皮質細胞培養物中で発現されるラットネスチンのレベルを示す。各々のアッセイで用いられるDNTT−MSCまたは細胞等価物の数は、示したとおり125、250または500であり、図4Bは、生きたDNTT−MSC(A)、死滅(凍結−解凍した)DNTT−MSC(すなわち、DNTT−MSC細胞溶解液)(D)、またはDNTT−MSCの無細胞抽出物(E)を含むラット皮質細胞培養物(図4Aでアッセイされたのと同じ培養物)中で発現されるラットGFAPのレベルを示す。各々のアッセイで用いられるDNTT−MSCまたは細胞等価物の数は、示したとおり125、250または500であり、図4Cは、生きたDNTT−MSC(A)、死滅(凍結−解凍した)DNTT−MSC(すなわち、DNTT−MSC細胞溶解液)(D)、またはDNTT−MSCの無細胞抽出物(E)を含むラット皮質細胞培養物(図4Aでアッセイされたのと同じ培養物)中で発現されるヒトGAPのレベルを示す。各々のアッセイで用いられるDNTT−MSCまたは細胞等価物の数は、示したとおり125、250または500であり、図4Dは、生きたDNTT−MSC(A)、死滅(凍結−解凍した)DNTT−MSC(すなわち、DNTT−MSC細胞溶解液)(D)、または生きた及び死滅のDNTT−MSCの混合物(D/A)を含むラット皮質細胞培養物中で発現されるラットGFAPのレベルを示す。DNTT−MSCまたは細胞等価物の数は、X軸にそって示し、図4Eは、生きたDNTT−MSC(A)、死滅DNTT−MSC(すなわち、DNTT−MSC細胞溶解液)(D)、または生きた及び死滅のDNTT−MSCの混合物(D/A)を含むラット皮質細胞培養物(図4Dでアッセイしたのと同じ培養物)中で発現されるヒトGAPのレベルを示す。DNTT−MSCまたは細胞等価物の数は、X軸に沿って示す。 図5A及び図5Bは、細胞溶解(LDHの放出によって測定した)ならびにMSC及びDNTT−MSC(PBMCと同時培養した)からのFGF2放出の程度を示し、図5Aは、18時間の間、PBMCとの標的細胞の同時培養後、標的細胞由来の培養培地中に放出された総細胞内LDHのパーセンテージ(最も左側、各々の対における影付きのバー)、及び標的細胞の同じ調製物由来の培養培地中へ放出された総細胞内FGF2のパーセンテージ(最も右側、各々の対における黒塗りのバー)を示す。標的細胞は、MSC(M)及びDNTT−MSC(S)であった。PBMCは、30:1(30×P)及び10:1(10×P)というPBMC:標的細胞比で標的細胞と同時培養し、図5Bは、標的細胞、溶解された標的細胞及び同時培養の培養物中のFGF2濃度を示す。インタクトな標的細胞は、MSC(M)またはDNTT−MSC(S)であった。標的細胞は、1%のTriton中で溶解した(「M溶解」及び「S溶解」)。同時培養物は、標的細胞に対して10倍(10×P)または30倍(30×P)過剰のいずれかのPBMCを含んだ。FGF2濃度はまた、30×P同時培養サンプル(30×PBMC)中に存在したのと同じ数のPBMCを含むPBMCのサンプル中でも測定した。 図6A及び図6Bは、MSC及びDNTT−MSCの低酸素培養物中の細胞内及び細胞外のFGF2及びLDHのレベルを示し、図6Aは、低酸素条件下での培養開始(「0h」)及びその後の種々の時点(4時間、20時間、2日及び5日)の際のMSC及びDNTT−MSCの培養物中の細胞内FGF2(「FGF2細胞内」、斜交平行線のバー)及び細胞外FGF2(「FGF2 CM」、黒塗りのバー)の濃度を示し、図6Bは、低酸素条件下での培養の開始(「0h」)及びその後の種々の時点(4時間、20時間、2日及び5日)の際のMSC及びDNTT−MSCの培養物中の細胞内乳酸脱水素酵素(「細胞内LDH」斜交平行線のバー)及び細胞外乳酸脱水素酵素(「LDH CM」、黒塗りのバー)の濃度を示す。 図7A及び図7Bは、BRDU取り込みによってアッセイした神経細胞増殖の測定を示し、図7Aは、漸増濃度の組み換えFGF2に暴露された神経細胞による(rFGF2、三角)、及びDNTT−MSC由来の75%馴化培地の存在下で漸増濃度の組み換えFGF2に暴露された神経細胞による(丸印)、BRDU取り込みのレベルを示す。また、rFGF2及びCMに対する応答が相加的であるという仮定に基づいて算出された仮説曲線(四角)を示し、図7Bは、漸増濃度のrFGF2(0−10ng/ml);DNTT−MSC(DNTT−MSC−CM、75%)由来の75%馴化培地と一緒の漸増濃度のrFGF2(0−10ng/ml)、または漸増濃度のDNTT−MSC凍結/解凍抽出物(DNTT−MSC−E0)に暴露された神経細胞によるBRDU取り込みのレベルを示す。 図8は、DNTT−MSC由来の細胞内FGF2の、タンパク質ブロッティングによる解析を示す。FGF2は、bFM2抗FGF2抗体(Millipore,Billerica,MA)を用いる、変性Tris−グリシンポリアクリルアミドゲルのブロットにおいて特定した。レーン1は、SDS含有緩衝液中で細胞を溶解することによって得られた、SB623細胞由来の細胞丸ごとの細胞溶解液を含んだ。レーン2は、組み換えFGF2(約1ng/ml)を含んだ。ゲルの別のレーンで流れる、分子量マーカーの位置は、レーン1の左に示される。 図9は、変性ポリアクリルアミドゲルのタンパク質ブロットによって解析された、DNTT−MSC中のFGF2アイソフォームの細胞下分布を示し、レーン1は、3×10個のDNTT−MSC由来の総細胞溶解液を含んだ;レーン2は、1.5×10個のDNTT−MSC由来の細胞質画分を含んだ;レーン3は、1.5×10個のDNTT−MSC由来の核画分を含んだ;及びレーン4は、4×10個のDNTT−MSC由来の無細胞E0抽出物を含んだ。ゲルの別のレーンで流れる、分子量マーカーの位置は、レーン1の左に示される。上側のパネルは、抗hsp90抗体(Boster Biologics,Pleasanton,CA)を用いて検出された、細胞質マーカー、熱ショックタンパク質90(HSP90)のレベルを示す。中央のパネルは、抗NUP62抗体(Santa Cruz Biotechnology,Santa Cruz,CA)を用いて検出された核マーカー、ヌクレオポリンp62(NUP62)のレベルを示す。下側のパネルは、bFM2抗FGF2抗体(Millipore,Billerica,MA)を用いて検出されたFGF2アイソフォームのレベルを示す。 MSC及びヒト包皮線維芽細胞(HFF)の比較を示し、HFF及びMSC(D94M)由来の画分中のFGF2のレベルを示す。アッセイされた画分は、細胞溶解液(「死滅(Dead)」)、無細胞抽出物(「E0」)及び細胞残渣(「ペレット(Pellet)」)である。 MSC及びヒト包皮線維芽細胞(HFF)の比較を示し、HFF及びMSC(D94M)由来の、漸増濃度の細胞溶解液(「死滅懸濁(Dead susp)」)、無細胞E0抽出物(「E0」)、及び再懸濁された細胞残渣(「ペレット懸濁物(Pellet susp)」)に暴露された神経細胞中の神経細胞増殖(BrdU取り込みによって測定した)を示す。「添加無し(No add)」とは添加がないことを示す。 MSC及びヒト包皮線維芽細胞(HFF)の比較を示し、MSC細胞溶解液(D94M−死滅(Dead))、HFF細胞溶解液(HFF−死滅懸濁物(Dead susp))及びMSC細胞残渣(D94M−ペレット(pellet))によって誘導される神経前駆細胞増殖に対するノギン(50ng/ml)の効果を示す(バーの各対の最も右側)。「添加無し(No add)」とは添加がないことを示す。 図11は、生きたMSC、ならびにMSC及びHFF由来の無細胞凍結/解凍(E0)抽出物に暴露された皮質細胞の培養物中のネスチン(Nes,上側の左のパネル)、グリア細胞繊維性酸性タンパク質(GFAP、上側の右側パネル)、2’,3’−環状ヌクレオチド3’ホスホジエステラーゼ(CNP、下側の左側のパネル)及びダブルコルチン(dcx、下側の右側のパネル)のレベルを示す。 神経前駆細胞の増殖の3倍の刺激をもたらす、DNTT−MSC由来の無細胞E0抽出物中のFGF2レベルと、抽出物の有効濃度との間の関係を示す。
本開示の実施には、他に示さない限り、細胞生物学、毒性学、分子生物学、生化学、細胞培養、免疫学、腫瘍学、組み換えDNAの分野、及び当該分野の技術の範囲内である関連の分野における標準的な方法及び従来の技術を使用する。このような技術は、文献に記載されており、それによって、当業者に利用可能である。例えば、Alberts,B.et al.,「Molecular Biology of the Cell」、第5版,Garland Science,New York,NY,2008;Voet,D.et al.「Fundamentals of Biochemistry:Life at the Molecular Level」、第3版,John Wiley & Sons,Hoboken,NJ,2008;Sambrook,J.et al.,「Molecular Cloning:A Laboratory Manual」,第3版、Cold Spring Harbor Laboratory Press,2001;Ausubel,F.et al.,「Current Protocols in Molecular Biology」,John Wiley & Sons,New York,1987及び定期的更新;Freshney,R.I.,「Culture of Animal Cells:A Manual of Basic Technique」,第4版,John Wiley & Sons,Somerset,NJ,2000;ならびにシリーズ「Methods in Enzymology」,Academic Press,San Diego,CAを参照のこと。
本開示の目的に関しては、「血管形成」とは、新しい血管(例えば、血管;例えば、静脈、動脈、細静脈、細動脈、毛細血管)の形成を指す。血管形成は、既存の血管からの新規の血管の出芽によって、及び/または新しい血管を形成するための内皮細胞のインサイチュでの合体によって生じ得る。血管形成とはまた、マトリックスリモデリング及び細胞動員の付随するプロセス(例えば、平滑筋細胞、単球及び/または周皮細胞の動員)を含む。血管形成はさらに内皮細胞の増殖及び/または遊走を包含する。
「神経新生」とは、ニューロン及び/またはグリア細胞(例えば、星状細胞、乏突起膠細胞)への神経前駆細胞(NPC)の増殖及び/または分化を指す。神経新生過程の例としては、限定するものではないが、NPC増殖、神経形成(例えば、新しいニューロンの形成)及びグリア細胞産生(例えば、星状細胞及び/または乏突起膠細胞の形成)が挙げられる。神経の発達に関連する他の過程としては、例えば、神経突起成長、軸索の成長、及び樹状突起の成長が挙げられる。
「間葉細胞(mesenchymal cell)」とは、間葉組織の細胞(例えば、軟骨芽細胞、軟骨細胞、骨芽細胞、骨細胞、脂肪細胞)及びそれらの前駆体を指し、これには、例えば、線維芽細胞(例えば、ヒト包皮線維芽細胞)、MSC(本明細書に定義される)、及びMSC由来の細胞、例えば、本明細書に定義されるDNTT−MSCなどが挙げられる。
「MSC」(「間葉系幹細胞(mesenchymal stem cell)」)とは、骨髄から得られた付着の非造血性、多能性細胞を指す。これらの細胞は、間葉系幹細胞、間葉系間質細胞、骨髄付着間質細胞、骨髄付着幹細胞及び骨髄間質細胞として様々に公知である。MSCはまた、例えば、臍帯血、脂肪組織、歯髄、ウォートン・ジェリー及び種々の結合組織からも得られ得る。
「DNTT−MSC」(「NICD一過性トランスフェクトMSCの子孫(descendants of NICD transiently−transfected MSC)」)及び「SB623細胞」という用語は、MSCにおける外因性ノッチ(Notch)細胞内ドメイン(NICD)の一過性の発現後に得られた細胞の集団を指す。例えば、DNTT−MSCの集団は、NICD(例えば、ヒトNotch1タンパク質由来)をコードするが、全長Notchタンパク質はコードしない配列を含むベクターを用いるMSCの一過性のトランスフェクションによって、続いて選択によって(例えば、G418を用いる)得られ得る。この選択された細胞はさらに、なんら添加された増殖因子も分化因子も(もし血清が培養培地中に存在する場合、血清中に存在し得るもの以外は)存在せずに、必要に応じて血清を補充した、標準の培養培地中で培養される。
「馴化培地」(CM)とは、細胞がインキュベートされ、引き続き、インキュベーション後に除去された細胞培養物培地を指す。除去とは、培地からの細胞の除去、または細胞からの培地の除去のいずれを含んでもよい。培地中のインキュベーションの間、細胞増殖は、培地の組成次第で、存在してもよいし、またはしなくてもよい。例えば、細胞は、無血清培地中で生きたまま残るが、増殖はしない。細胞が除去前に培地中でインキュベートされる時間の長さは、本明細書のいずれか他に示される。馴化培地は、その中でインキュベートされた細胞によって合成されるか、及び/または分泌される分子を含んでもよく、また培地中での細胞のインキュベーションの前に培地中に存在した成分を必要に応じて欠いてもよい。
本開示の目的に関して、「死滅した細胞(dead cell)」及び「細胞溶解液(cell lysate)」という用語は、細胞内容物が、もはやインタクトな細胞膜の内側に保持されないような、細胞の膜の完全性の破壊から生じる組成物を指して用いられる。上記細胞膜の破壊は、当該分野で公知の任意の方法によって、すなわち、機械的に(例えば、凍結−解凍、超音波、混合、剪断、ホモジナイズなどによって)、熱的に、化学的に、生化学的に、浸透圧的に、免疫学的に、細胞毒性的に、及びエバポレーションなどによって、生じ得る。従って、細胞溶解液は、種々の不溶性細胞構造及び可溶性細胞材料から構成される。従って、細胞溶解液の組成はさらに、2つのカテゴリー(「不溶性画分」及び「可溶性画分」)に分類され得る。この可溶性及び不溶性の成分は、例えば、遠心分離または濾過によって分離され得る。不溶性の成分は、遠心分離によってペレットにされるか、及び/またはフィルターによって保持されるが;可溶性の成分は、遠心分離及び/またはフィルターの通過の後に上清中に保持される。その不溶性成分はまた、「ペレット」画分と呼ばれても、または「細胞残渣」と呼ばれてもよい。同様に、可溶性成分はまた、「上清」画分と呼ばれても、または「無細胞抽出物」と呼ばれてもよい。
「移植(implantation)」及び「移植術(transplantation)」という用語は、被験体への外因性細胞の導入を指して用いる。外因性細胞は、同種(すなわち、被験体から得られる)であっても、または異種(すなわち、被験体以外の個体から得られる)であってもよい。
間葉系幹細胞(MSC)
本開示は、とりわけ、被験体におけるCNS障害の部位に間葉細胞(例えば、線維芽細胞、MSCまたはDNTT−MSC)を移植することにより生物学的に活性なFGF2を提供するための方法を提供する。MSCは、骨髄から付着細胞(すなわち、組織培養プラスチックに付着する細胞)を選択することにより(例えば、培養中での増殖により)得られる。治療における使用のための十分な数の細胞を有するMSC集団を得るには、付着細胞の集団を、付着についての選択後に培養中で増殖させる。混入する細胞(例えば、単球)は、培養条件下では増殖しないために、培養中での増殖はまた、MSCも富化する。
MSCの例示的な開示は、米国特許出願公開第2003/0003090号;Prockop(1997)Science 276:71−74及びJiang(2002)Nature418:41−49において提供される。MSCの単離及び精製の方法は、例えば、米国特許第5,486,359号;Pittengerら(1999)Science 284:143−147及びDezawaら(2001)Eur.J.Neurosci.14:1771−1776に見ることができる。ヒトMSCは、市販されているか(例えば、BioWhittaker,Walkersville,MD)または例えば、骨髄吸引、その後の付着性骨髄細胞の培養及び選択によりドナーから得てもよい。例えば、国際公開第2005/100552号を参照のこと。
MSCは、臍帯血から単離してもよい。例えば、Campagnoliら(2001)Blood98:2396〜2402;Ericesら(2000)Br.J.Haematol.109:235〜242及びHouら(2003)Int.J.Hematol.78:256〜261を参照のこと。MSCの追加の供給源としては、例えば、脂肪組織、歯髄及びホウォートン・ゼリーが挙げられる。
Notch細胞内ドメイン
Notchタンパク質(例えば、Notch1)は、すべての後生動物で見られる、細胞内シグナル伝達を通じて細胞分化に影響を及ぼす膜貫通受容体である。Notch細胞外ドメイン(例えば、Notch1タンパク質の細胞外ドメイン)のNotchリガンド(例えば、デルタ(Delta)、セレート(Serrate)、ジャグド(Jagged))との接触は、Notchタンパク質の2つのタンパク質分解切断をもたらし、その2番目は、γ−セクレターゼにより触媒され、そして細胞質中にNotch細胞内ドメイン(NICD)を放出する。マウスNotchタンパク質において、この切断は、アミノ酸gly 1743とval 1744との間で起こる。NICDは、核に移行し、そこで転写因子として働き、さらなる転写調節タンパク質(例えば、MAM、ヒストンアセチラーゼ)を動員して、様々な標的遺伝子(例えば、Hes1)の転写抑制を緩和する。
Notchシグナル伝達に関するさらなる詳細及び情報は、例えば、Artavanis−Tsakonasら(1995)Science 268:225−232;Mumm及びKopan(2000)Develop.Biol.228:151〜165ならびにEhebauerら(2006)Sci.STKE 2006(364),cm7.[DOI:10.1126/stke.3642006cm7]において見出される。
細胞培養及びトランスフェクション
細胞培養のための標準的な方法が、当該技術分野において公知である。例えば、R.I.Freshney 「Culture of Animal Cells:A Manual of Basic Technique」,第5版,Wiley,New York,2005を参照のこと。
細胞への外因性DNAの導入方法(すなわち、トランスフェクション)及びトランスフェクトされた細胞の分泌はまた、当該技術分野において周知である。例えば、Sambrookら、「Molecular Cloning:A Laboratory Manual」、第3版,Cold Spring Harbor Laboratory Press,2001;Ausubelら、「Current Protocols in Molecular Biology」,John Wiley & Sons,New York,1987及び定期更新を参照のこと。
DNTT−MSC
DNTT−MSCは、MSCにおいてNotchタンパク質の細胞内ドメインを一過性に発現することによって、間葉系幹細胞(MSC)としても公知である、骨髄付着間質細胞から得られる。MSCにおけるNotch細胞内ドメイン(例えば、ヒトNotch1タンパク質由来のNICD)の一過性発現は、MSCの集団をDNTT−MSCの集団へ変換するのに十分である;増殖因子及び/または分化因子によるさらなる処置は必要とされない。従って、MSCの集団は、NICDをコードする(ただし全長Notchタンパク質はコードしない)配列を含むベクターを用いるMSCの一過性トランスフェクションにより、続いてベクターを含む細胞についての選択及び血清含有培地中での選択された細胞のさらなる培養により、追加の増殖及び/または分化の因子に対して曝されることなく、DNTT−MSCの集団に変換され得る。
DNTT−MSCの調製に関する一実施形態では、MSCの培養物を、Notch細胞内ドメイン(NICD)をコードする配列を含むポリヌクレオチドと接触させる;例えば、トランスフェクションによって;続いて、薬物選択及びさらなる培養によるトランスフェクトされた細胞の富化によって。例えば、米国特許第7,682,825号(2010年、3月、23日);米国特許出願公開第2010/0266554号(2010年10月21日);及びWO2009/023251(2009年2月19日)(その全ての開示は、間葉系幹細胞の単離、及びDNTT−MSC(それらの文書において「神経前駆細胞」及び「神経再生細胞」と示される)への間葉系幹細胞の変換を記述する目的のために、それらの全体が参照によって援用される。
これらの方法では、Notch細胞内ドメインをコードする任意のポリヌクレオチド(例えば、ベクター)を用いてもよく、トランスフェクトされた細胞の選択及び富化のための任意の方法を用いてもよい。例えば、特定の実施形態では、MSCは、Notch細胞内ドメイン(例えば、ヒトNotch1細胞内ドメイン)をコードする配列を含み、かつ選択マーカーをコードする配列も含む(例えば、薬物耐性;例えば、G418に対する耐性)ベクターでトランスフェクトされる。追加の実施形態では、2つのベクター(1つは、Notch細胞内ドメインをコードする配列を含み、もう一方は、薬物耐性マーカーをコードする配列を含む)を、MSCのトランスフェクションに用いる。これらの実施形態では、ベクターを含まない細胞を殺傷するがベクターを含む細胞を殺さないのに十分な量で細胞培養物に対して選択剤(例えば、G418)を添加することによって、ベクター(単数または複数)を用いて細胞培養物のトランスフェクション後に、選択が達成される。選択がなければ、ベクターを含まない細胞を殺傷しないレベルまで、その選択剤の除去、またはその濃度の低下を必要とする。選択後(例えば、7日間)、選択剤は除去されて、細胞はさらに血清含有培養培地中で(例えば、2継代にわたって)培養される。
用いられる選択マーカーの性質及び/または選択剤の濃度次第で、選択マーカーをコードするベクターを欠くあらゆる細胞が選択過程の間に殺傷されるのではないことも可能である。例えば、選択剤は、選択マーカーを含まない細胞の増殖を阻害し得、選択剤の除去後、細胞は、増殖を回復及び修復し得る。
したがって、DNTT−MSCの調製は、MSC中での外因性のNotch細胞内ドメインの一過性の発現を包含する。この目的を達成するために、MSCは、Notch細胞内ドメイン(例えば、ヒトNotch1細胞内ドメイン)をコードする配列(この配列は、全長Notchタンパク質をコードしない)を含むベクターでトランスフェクトされてもよい。このような配列の全てが周知であり、かつ当業者に容易に利用可能である。例えば、Del Amo et al.(1993)Genomics 15:259−264は、マウスNotchタンパク質の完全なアミノ酸配列を示す;一方で、Mumm及びKopan(2000)Devel.Biol.228:151〜165は、細胞内ドメインを放出する、いわゆるS3切断部位の周囲の、マウスNotchタンパク質由来のアミノ酸配列を示す。まとめると、これらの引用文献は、全長Notchタンパク質ではないNotch細胞内ドメインを含む各々のかつあらゆるペプチドを当業者に提供する;それによってまた、全長Notchタンパク質をコードしないNotch細胞内ドメインをコードする配列を含むあらゆるポリヌクレオチドを当業者に提供する。前述の文書(Del Amo及びMumm)は、全長Notchタンパク質のアミノ酸配列及びNotch細胞内ドメインのアミノ酸配列をそれぞれ開示する目的に関してその全体が参照によって援用される。
同様の情報は、ラット、Xenopus、Drosophila及びヒトなどの追加の種由来のNotchのタンパク質及び核酸に関して利用可能である。例えば、Weinmaster et al.(1991)Development 113:199−205;Schroeter et al.(1998)Nature 393:382−386;NCBI Reference Sequence No. NM_017167(及びその中で引用される引用文献);SwissProt P46531(及びその中で引用される引用文献);SwissProt Q01705(及びその中で引用される引用文献);及びGenBank CAB40733(及びその中で引用される引用文献)を参照のこと。前述の引用文献は、全長Notchタンパク質のアミノ酸配列及びNotch細胞内ドメインのアミノ酸配列を多数の異なる種の中で開示する目的のためにその全体が参照によって援用される。
追加の実施形態では、DNTT−MSCは、MSC中へ、MSCが外因性のNotch細胞外ドメインを発現しないような、Notch細胞内ドメインをコードする配列を含む核酸を導入することによって調製される。このようなことは、Notch細胞内ドメインをコードする配列(この配列は、全長Notchタンパク質をコードしない)を含むベクターでMSCをトランスフェクトすることによって、例えば、達成され得る。
DNTT−MSCの調製に対するさらなる詳細、及び本明細書に開示される方法で用いられ得るDNTT−MSCの特性と同様の特性を有する細胞を作製するための方法は、米国特許第7,682,825号;及び米国特許出願公開第2010/0266554号(2010年10月21日)及び2011/0229442(2011年9月22日);その開示は、DNTT−MSCに対する追加の詳細、及びDNTT−MSCの調製のための代替法を提供する目的のために、ならびにDNTT−MSCのものと同様の特性を有する細胞を作製するための方法を提供するために、本明細書において参照によって援用される。また、Dezawa et al.(2004)J.Clin.Invest.113:1701−1710も参照のこと。
間葉細胞のFGF2含量
MSC及びDNTT−MSCの抽出物中のFGF2のレベルは、これらの細胞由来の馴化培地中でかなり高く、これによって、そのほとんどが分泌されない、MSC及びDNTT−MSC中の生物学的に活性なFGF2の大きい細胞内デポの存在が示される。機械的に破裂されたMSC及びDNTT−MSCから得られた抽出物は、皮質神経前駆体細胞の、及び臍静脈内皮細胞の濃度依存性の増殖を誘導し;かつMSC及びDNTT−MSC抽出物によって誘導される増殖は、抗FGF2中和抗体によって阻害された。
間葉細胞損傷に対する分泌によってMSCまたはDNTT−MSCのいずれかから放出されるFGF2の量を測定して比較した。機械的な細胞損傷によって放出される内容物は、神経前駆細胞及び内皮細胞の両方の増殖を刺激するのにおいて高度に活性であることが本明細書で開示される。さらに、これらの細胞内の内容物の分裂促進活性は、細胞内FGF2の放出に起因することが示された。脳内移植後にMSC死滅をもたらし得る、代替的な非機械的細胞損傷のモデルによって、かなりの量のFGF2がまたこれらのモデルで放出されること、及びFGF2放出がMSCまたはDNTT−MSCの死滅と相関していることが実証された。最終的に、機械的に損傷された、及び生きた間葉細胞の同時培養は、相乗作用的に作用して、神経前駆体の分化に影響することが観察された。
したがって、本開示は、MSC及びDNTT−MSCは、例えば、機械的損傷、細胞媒介性の細胞毒性及び低酸素など種々の細胞損傷後に放出され得る、生物学的に活性なFGF2の大きい細胞内貯蔵を含み;その際、放出されるFGF2は、細胞増殖、壊死及び血管形成を刺激し得ることが示される。従って、とりわけ、神経前駆細胞の増殖及び分化を刺激するための方法、ならびに内皮細胞の増殖を刺激するための方法が、死滅間葉細胞(例えば、線維芽細胞、MSC及び/またはDNTT−MSC)の提供によって、または間葉細胞(例えば、線維芽細胞、MSC及び/またはDNTT−MSC)の可溶性及び/もしくは不溶性の細胞内抽出物の提供によって、提供される。神経及び内皮細胞の増殖を刺激するための、死滅間葉細胞(すなわち、細胞溶解液)、間葉細胞の可溶性無細胞抽出物、及び間葉細胞の不溶性細胞残渣もまた提供される。
さらなる実施形態では、細胞、組織または被験体に対する生物学的に活性なFGF2(例えば、2つ以上のFGF2アイソフォームの混合物)を提供するための方法及び粗が提供される;ここで、この方法は、細胞、組織または被験体と、間葉細胞(例えば、線維芽細胞、MSC及び/またはDNTT−MSC)由来の可溶性無細胞抽出物または不溶性細胞残渣とを接触させるステップを包含する;あるいは細胞、組織または被験体と死滅間葉細胞(例えば、死滅線維芽細胞、死滅MSC及び/または死滅DNTT−MSC)とを接触させることによる。
追加の実施形態では、生きた間葉細胞(例えば、線維芽細胞、MSC及び/またはDNTT−MSC)、及び間葉細胞(例えば、線維芽細胞、MSC及び/またはDNTT−MSC)の無細胞抽出物の混合物を用いて、星状細胞への星状細胞前駆の分化を誘導してもよい。さらなる実施形態では、生きた間葉細胞(例えば、線維芽細胞、MSC及び/またはDNTT−MSC)、及び間葉細胞の無細胞抽出物の混合物を含む組成物が提供される。
さらなる実施形態では、生きた間葉細胞及び死滅間葉細胞(例えば、線維芽細胞、MSC及び/またはDNTT−MSC)の混合物を用いて、星状細胞の発達を刺激してもよい。従って、生きた間葉細胞及び死滅間葉細胞の混合物もまた提供される。
さらなる実施形態では、FGF2(例えば、組み換えFGF2)及び間葉細胞由来の馴化培地の混合物を用いて、神経前駆細胞及び/または内皮細胞の増殖を刺激してもよい。従って、FGF2(例えば、組み換えFGF2)及び間葉細胞由来の馴化培地の混合物もまた提供される。
本明細書に開示される組成物は、虚血障害(例えば、脳卒中)の処置のため、及び壊死の処置のために用いられ得る。壊死は、とりわけ、梗塞(例えば、例えば、脳卒中後に生じるような虚血)または損傷(例えば、外傷性脳損傷)によって生じ得る。従って、壊死組織の存在によって特徴付けられる壊死性の組織及び障害は、本明細書で開示される組成物で処置され得る。特定の実施形態では、本明細書で開示されるような組成物は、壊死性組織に隣接する可変組織へ(例えば、注射によって)移植される。従って、梗塞の場合は、その組成物は、梗塞の周囲の組織に移植される。
製剤、キット及び投与経路
本明細書に開示されるような、間葉細胞を含む治療用組成物もまた、提供される。そのような組成物は、典型的には間葉細胞及び医薬的に許容される担体を含む。本明細書に開示される治療組成物は、とりわけ、梗塞、虚血損傷、壊死及び外傷後に必要であり得るような、神経前駆細胞及び/または内皮細胞の増殖及び分化の刺激のために有用である。従って、間葉細胞を含む組成物の「治療上有効な量(therapeutically effective amount)」とは、これらの目的に適切な任意の量であってもよく、かつその損傷の性質及び重篤度、被験体の体重及び全身的健康、ならびに当業者に公知である他の基準に基づいて決定され得る。例えば、投与量は、約100;500;1,000;2,500;5,000;10,000;20,000;50,000;100,000;500,000;1,000,000;5,000,000〜10,000,000個以上の細胞(またはそれらの間の任意の整数値)で変化し得;例えば、体重、投与経路、疾患の重篤度などに依存して、例えば、単回用量、1日に1回、1週間に2回、1週間に1回、1月に2回、1月に1回の投与頻度である。
様々な医薬組成物ならびにそれらの調製及び使用のための技術は、本開示に照らして、当業者に公知である。適切な薬理的な組成物の詳細な列挙及びそれらの投与のための技術に関しては、テキスト、例えば、Remington’s Pharmaceutical Sciences,第17版.1985;Bruntonら、「Goodman and Gilman’s The Pharmacological Basis of Therapeutics」,McGraw−Hill,2005;University of the Sciences in Philadelphia(編集),「Remington:The Science and Practice of Pharmacy」、Lippincott Williams & Wilkins,2005;及びUniversity of the Sciences in Philadelphia(編集),「Remington: The Principles of Pharmacy Practice」,Lippincott Williams & Wilkins,2008を参照してもよい。
本明細書に記載された間質細胞は、移植に関して生理学的に適合性の担体中に懸濁してもよい。本明細書で使用される場合、「生理学的に適合性の担体(physiologically compatible carrier)」という用語は、製剤の他の成分と適合し、かつそのレシピエントに有害でない担体を指す。当業者は、生理学的に適合性の担体には精通している。適切な担体の例としては、細胞培養培地(例えば、イーグル最小必須培地)、リン酸緩衝生理食塩水、ハンクス平衡塩溶液+/−グルコース(HBSS)、及び複数の電解質溶液、例えば、Plasma−Lyte(商標)A(Baxter)が挙げられる。
被験体に投与される間葉細胞懸濁液の容積は、移植部位、治療目標及び溶液中の細胞数に依存して変化する。典型的には、投与する細胞の量は、治療有効量である。本明細書で使用される場合、「治療有効量(therapeutically effective amount)」または「有効量(effective amount)」とは、特定の疾患の処置を達成するために、すなわち障害に関連する症状の量及び/または重症度の低減を生み出すために、必要とされる移植される細胞数を指す。治療有効量は、損傷の種類及び程度で変化し、そしてまた、被験体の全身の状態に依存しても変化し得る。
開示した治療用組成物は、医薬的に許容される材料、組成物またはビヒクル、例えば、液体または固体充填剤、希釈剤、賦形剤、溶媒または封入材料、すなわち、担体をさらに含んでもよい。これらの担体は、例えば、体内で、間葉細胞を安定させるか、及び/または間葉細胞の生存を容易にすることができる。それぞれの担体は、製剤の他の成分に適合し、かつ被験体に有害でないという意味において「許容される(acceptable)」べきである。医薬的に許容される担体として役に立つことができる材料のいくつかの例としては、糖、例えば、ラクトース、グルコース及びスクロース;デンプン、例えば、トウモロコシデンプン及びジャガイモデンプン;セルロース及びその誘導体、例えば、カルボキシセルロースナトリウム、エチルセルロース及び酢酸セルロース;トラガカント粉末;モルト;ゼラチン;タルク;賦形剤、例えば、ココアバター及び坐薬ワックス;油、例えば、ピーナッツ油、綿実油、サフラワー油、ゴマ油、オリーブ油、トウモロコシ油及び大豆油;グリコール、例えば、プロピレングリコール;ポリオール、例えば、グリセリン、ソルビトール、マンニトール及びポリエチレングリコール;エステル、例えば、オレイン酸エチル及びラウリン酸エチル;寒天;緩衝剤、例えば、水酸化マグネシウム及び水酸化アルミニウム;アルギン酸;発熱性物質除去水;等張食塩水;リンガー溶液;エチルアルコール;リン酸緩衝液;ならびに医薬製剤に使用される他の無毒性適合物質が挙げられる。湿潤剤、乳化剤及び潤滑剤、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム及びステアリン酸マグネシウム、ならびに着色剤、離型剤、コーティング剤、甘味剤、香味剤及び芳香剤、保存剤及び抗酸化剤もまた、組成物中に存在してもよい。
例示的な製剤としては、限定するものではないが、非経口投与、例えば、肺内、静脈内、動脈内、眼内、頭蓋内、髄膜下(sub−meningial)または皮下投与に適切な製剤、例としては、ミセル、リポソームまたは薬物放出カプセル(徐放のために設計された生体適合性コーティング中に組み込まれた活性薬剤)中に封入された製剤;摂取可能な製剤;局所使用のための製剤、例えば、点眼薬、クリーム、軟膏及びゲル;ならびに他の製剤、例えば、吸入、エアロゾル及びスプレーが挙げられる。本開示の組成物の投与量は、処置の必要性の程度及び重症度、投与された組成物の活性、被験体の全体的な健康状態、ならびに当業者に周知の他の判断に従って変化する。
さらなる実施態様において、本明細書に記載される組成物は、局所的に送達される。局所送達は、非全身的に組成物を送達することを可能にし、それによって、全身送達と比較して、体に対する組成物の負担を軽減する。そのような局所送達は、例えば、様々な医療的な埋め込み装置、例としては、限定するものではないが、ステント及びカテーテルの使用を通じて達成でき、または吸入、静脈切開術、もしくは手術によって達成できる。コーティング、移植、包埋方法、ならびに医療装置、例えばステント及びカテーテルに所望する薬剤を取り付ける他の方法は、当該技術分野において確立されており、そして本明細書において考慮される。
本開示の別の態様は、被験体に対して、間葉細胞の投与を実施するためのキットに関する。1つの実施態様において、キットは、1つ以上の個別の医薬調合物において、必要に応じて処方された(例えば、薬学的な担体の中で)、間葉細胞の組成物を備える。
実施例1:MSC及びDNTT−MSC中の細胞内FGF2及び分泌されたFGF2のレベル
MSC及びDNTT−MSC由来の細胞抽出物及び馴化培地は、凍結保存された細胞から調製した。細胞アリコートを解凍し、洗浄し、胚性神経細胞の基本培地(NeuroBasal,(NB),Life Technologies,Carlsbad,CA)中に再懸濁して、2回洗浄した。MSCの供給源及びDNTT−MSCの調製を記載した。例えば、米国特許第7,682,825号(ここでは、MSCは、「骨髄間質細胞」と呼ばれ、DNTT−MSCは、「神経前駆細胞」と呼ばれる)、及び米国特許出願公開第2010/0266554(ここではMSCは「骨髄付着幹細胞」と呼ばれ、及びDNTT−MSCは「神経再生細胞」と呼ばれる)を参照のこと。また、Aizman et al.(2009)J.Neurosci.Res.87:3198〜3206も参照のこと。前述の引用文献の全ての開示は、MSC及びDNTT−MSCについての産生の供給源及び方法を記述する目的のため、その全体が本明細書において参照によって援用される。
E0と呼ばれる無細胞抽出物の調製のために、2×10個の細胞を、−80℃で1〜2時間の間、4mlのNB中で凍結させ、次いで解凍して、全部で10mlのNB培地中に再懸濁し、その懸濁物を3000rpmで15分間遠心分離によって清浄化した。この過程は本質的に細胞膜を破壊し、その結果細胞内容物の放出が生じる。その上清をアリコートに分配して、−80℃で保管した。
馴化培地(CM)の調製のために、2×10個の細胞を、10%のウシ胎仔血清(HyClone,Logan,UT)及びペニシリン/ストレプトマイシン(αMEM/FBS/PS)(Life Technologies)を補充したα−最小必須培地(Mediatech,Inc,Manassas,VA)中で、T75フラスコに入れて、一晩培養した。翌日、培地を1時間NBに変換し、次いで廃棄して10mlの新鮮NBで置き換えた、培養を24時間続けた;その後、馴化培地を取り出して、3000rpmで15分間遠心分離して、アリコートに分配して、−80℃で保管した。
馴化培地の除去後、培地が取り出されたフラスコ(細胞の層を含む)を凍結して解凍し、細胞の残遺物を10mlのNBで抽出し、その抽出物を遠心分離して、その上清をアリコートに分配して、−80℃で保管した。これらの無細胞抽出物を、E1抽出物と命名した。予備的な実験によって、凍結/解凍の手順を生残した細胞はなかったことが示された。他に示さない限り、E0及びCMは、培地に対して同じ割合の細胞(5mlのNBあたり百万個の細胞)を用いて産生した。
FGF2(bFGF)及び他のサイトカインのレベルを、ELISAによって測定した。塩基性FGF(FGF2)、高感度(HS)塩基性FGF、VEGF及び酸性FGF(FGF1)についてのQuantikine(登録商標)Immunoassaysを、R&D Systems(Minneapolis,MN)から得た。MCP−1 ELISAキットを、Boster Biological Technology(Pleasanton,CA)から得た。ELISAは、FGF2のELISAについてサンプルを一晩インキュベートした以外は、製造業者の指示に従って行った。これによって、製造業者によって推奨されるように、2時間のインキュベーションで得たものと匹敵した結果が提供された。FGF2検出の最適の希釈は、予備的実験で決定されたとおり、E0抽出物については1/10であり、CMについては1/2かまたは希釈なしであった。
MSC及びDNTT−MSCにおける細胞内FGF2のレベルは、単一の凍結/解凍サイクルに供された無細胞抽出物(E0抽出物)中のFGF2についてアッセイすることによって決定した。細胞を、7ドナーから得て、結果を平均した。図1Aによって、百万個のMSCが平均で3.9ngのFGF2を放出することが示される;一方で、百万個のDNTT−MSCは、平均で7.2ngのFGF2を放出することが示される。1つの凍結/解凍サイクルは、全ての細胞を殺傷するのに十分であった(トリパンブルー染色及び細胞プレーティングで試験した場合)が、各々の追加の凍結/解凍サイクルによって、FGF2濃度は約20%まで低下された。
対照的に、同じ数のMSCまたはDNTT−MSCのいずれかから得られるCMは、約0.02ngのFGF2を含んだ(図1B)。従って、MSC及びSB623細胞は、FGF2の大きい細胞内リザーバを含むが、そのごくわずかしか分泌しない。
細胞の代謝活性における潜在的な相違について制御するために、LDH活性(細胞数についての代用マーカー)を、洗浄された凍結保存されたMSC及びDNTT−MSCの無細胞抽出物(E0抽出物)中で、ならびに細胞増殖及びCMの産生後で得られた無細胞抽出物(E1抽出物)中で測定した。活性を、LDH細胞毒性検出キット(Clontech Laboratories,Mountain View,CA)を用いて1:2及び1:4希釈で、細胞抽出物中で検出して、平均した。ウシLDH(Sigma Aldrich,St.Louis,MO)を標準として用いた。
LDHアッセイの結果により、MSC及びDNTT−MSCの両方について、LDH活性は、E1抽出物(0.13U/10細胞)中よりもE0抽出物(0.3U/10細胞)中で高かったことが示され;これによって、凍結保存後に破壊された細胞と比較して飢餓細胞中で代謝活性が低下したことが示される(図1C)。しかし、LDHのレベルは、MSC及びDNTT−MSC由来のE0抽出物中で(約0.3U/10細胞)、ならびにMSC及びDNTT−MSC由来のE1抽出物中で(0.13U/10細胞)同様であって、これによって、同様の代謝レベル(すなわち、同様の細胞数)が、両方の細胞種において、CMを生成するための培養の前後の両方で示される(図1C)。
これらの結果によって、MSC及びDNTT−MSCでは、FGF2は、主に細胞内であるが、分泌されるのはごくわずかであることが示される。FGF1の細胞分布、血管内皮増殖因子(VEGF)及び単球走化性因子タンパク質−1(MCP1)もまた検討した。細胞内区画化はまた、MSC中において、FGF1についてはあてはまるようであったが、VEGF及びMCP1についてはあてはまらなかった(表1)。
FGF2レベルはまた、他のヒト間葉細胞(ヒト包皮線維芽細胞、HFF)及びヒト臍静脈内皮細胞(HUVEC))由来の凍結/解凍(すなわち、E0)抽出物中で、及びヒト非間葉細胞(すなわち、神経前駆細胞(NPC)株ENStem及びReNcell)中でも測定した。表2に示されるとおり、HFFは、より多くのFGF2を放出したが、HUVEC及びヒト神経幹細胞株は、MSCよりも放出するFGF2が少なかった。
実施例2:MSCの抽出物は、神経前駆細胞の増殖を促進する
ラット胚性皮質細胞集団は、FGF2に応答して増殖する、大きい割合の神経前駆細胞(NPC)を含む。MSC中の細胞内FGF2の生物学的効果は、ラット皮質細胞と、0〜75%にわたって変化するMSC由来E0及びCMの希釈物とを接触させること、ならびにBRDU取り込みを用いて増殖アッセイを行うことによって特徴付けられた。
皮質細胞アッセイが記載されている。例えば、Aizman et al.(2013) Stem Cells Transl.Med.2:223−232及び米国特許出願公開第2013/0210000(Aug.15,2013)を参照のこと。要するに、96ウェルプレート(Corning Inc,Corning,NY)を、オルニチン/フィブロネクチン(Orn/Fn,両方ともSigma Aldrich,St.Louis,MO)でコーティングした。ラット胚性E18皮質対を、BrainBits(Springfield,IL)から購入し;神経細胞は、Aizman et al.,(前出)に記載のとおり単離した。アッセイ培地は、B27及び0.5mMのL−アラニル−L−グルタミン(GlutaMAX)(NB/B27/GLX,全てInvitrogen)を補充したNBから構成された。神経細胞を、6.7×10細胞/ウェルでプレートし;次いで種々の濃度(0%〜75%の範囲)のE0またはCMを、三連でウェルに添加した。抗体中和実験では、中和抗FGF2抗体クローンbFM1(Millipore,Billerica,MA)または対照のマウスIgG1(R&D Systems,Minneapolis,MN,USA)もまた、各々2ug/mlで添加した。培地を含むが細胞を含まないウェルをブランクとして用いた。抽出物の添加後、神経細胞を5日間培養した。
増殖を定量するために、5−ブロモ−2’−デオキシウリジン(BRDU)標識を2時間行い、次いでそのプレートを、製造業者の指示に従って、Cell Proliferation ELISA,BrdU(Colorimetric)(Roche Diagnostics GmbH,Mannheim,Germany)を用いて処理した。標準は、1:1000で開始する抗BRDU試薬の連続希釈によって作成した。最高の標準値は、恣意的に100と設定し、比色定量解析の結果をこれらの単位で表した。色の発色は、SpectraMax Plusプレートリーダー(Molecular Devices,Sunnyvale,CA)を用いて定量した。
これらの実験の結果、MSCからのE0無細胞抽出物による神経細胞の処置は、用量依存性の方式で神経細胞増殖を増大したが;一方で、MSC馴化培地(すなわち、分泌された分子)による神経細胞の処置は、増殖に影響がなかった(図2A)ことが示された。さらなる実験では、DNTT−MSC由来のE0抽出物に対する増殖応答は、中和抗FGF2(bFM1)抗体の存在下で低下したが、対照の抗体は影響がなかったことが示された(図2B)。従って、MSC及びDNTT−MSCから放出された細胞内FGF2は、神経細胞の増殖を促進する。
神経前駆細胞増殖を刺激するのにおける細胞内FGF2の役割に対する補足的な支持は、図12に示される。この実験では、異なるロットのDNTT−MSC由来のE0抽出物を、ELISAによってFGF2含量についてアッセイし(実施例1に記載のとおり)、これらのE0抽出物の希釈を、上記の増殖アッセイで試験した。各々のロットの細胞について、次いで、バックグラウンド(抽出物なし)を3倍超えて細胞増殖を刺激した抽出物の有効濃度(希釈後)を、その抽出物中のFGF2濃度に対してプロットした。その結果、FGF2含量と増殖の3倍刺激に必要な抽出物の有効濃度との間の逆相関;すなわち、抽出物中のFGF2レベルと、増殖を刺激する能力との間の直接相関が示される。
神経前駆細胞に加えて、胚性ラット皮質細胞集団は、未熟なニューロンを含む。細胞のどの小集団が、MSC及びDNTT−MSC抽出物に応答して増殖したかを特定するために、神経細胞を、DNTT−MSCからのE1抽出物(すなわち、馴化培地を提供するために培養された細胞から得た無細胞抽出物)の有無で5日間培養し、次いで、dcx(未熟なニューロンのマーカー)及びネスチン(神経前駆細胞マーカー)について免疫染色し、またBRDUで標識した。免疫染色の解析によって、抽出物で処置した培養物中で、DCXまたはBRDU/DCX細胞中で増大がなかったこと;対照的に、ネスチン陽性細胞中で劇的な増大があったこと;そして実質的に全てのネスチン陽性細胞もまたBRDU陽性であったことが明らかになった。これらの結果、培養の5日後、神経前駆細胞は、抽出物に応答して増殖した主要な細胞小集団であったことが示される。
実施例3:MSC及びDNTT−MSCの抽出物が、内皮細胞の増殖を促進する
FGF2の報告された血管形成性活性に照らして、MSC及びDNTT−MSCの抽出物を、それらが、ヒト臍静脈内皮細胞(HUVEC)の増殖を誘導する能力について試験した。これらの実験について、HUVECは、内皮増殖培地中で培養し、EGM(商標)に、ウシ脳抽出物(両方がLonza由来)及び2%のFBSを2〜4継代の間、補充し、アリコートに分配して、凍結保存して保管した。アッセイに関して、96ウェルのプレートを40μg/mlのラット尾コラーゲンI(Life Technologies)を用いて2時間コーティングし、次いで吸引し、乾燥して、使用するまで−20℃で洗浄または保管した。アッセイ培地は、0.5%FBSを補充したMedium 199(Life Technologies)であった。HUVEC(新鮮に解凍するか、または一晩培養後のいずれか)を、三連で陰性対照としてNBのみを用いて、種々の希釈の抽出物及びCMの存在下で2.5×10細胞/ウェルでプレートした。いくつかの実験では、抗FGF2抗体bFM1または対照のマウスIgG1を(各々2μg/mlの濃度で)、DNTT−MSC由来の15%のE0抽出物(約0.2ng/mlのFGF2を含む)の存在下で含んだ。追加の実験では、組み換えヒトVEGF165(rVEGF)(R&D Systems)または組み換えFGF2(rFGF2)(Peprotech,Rocky Hill,NJ,USA)を、抽出物またはCMの代わりに、それぞれ10ng/ml及び1ng/mlの濃度で含んだ。培養の2日後、細胞を、BRDUを用いて2時間標識し;そしてBRDU取り込みを、実施例2に記載のとおり定量した。
その結果を図3に示す。MSC E0抽出物はHUVECの増殖を強力に誘導したが、MSC−CM及びNB培地は、影響を有さなかった(図3A)。別の実験では、HUVECを、FGF2中和抗体及び対照抗体の有無において、rVEGF、rFGF2、またはDNTT−MSC−E0抽出物(15%)とともにインキュベートした(図3B)。E0抽出物に対する応答は、抗FGF2中和抗体bFM1によって阻害されたが、対照のマウスIgG1では阻害されず、このことは、このアッセイにおけるHUVEC増殖がFGF2で駆動されたことを示している。とりわけ、天然及び組み換えの両方のFGF2の活性は、このアッセイで同様であった;実際、バックグラウンド(E0抽出物なし、組み換え増殖因子なし、図3B、最も左側のバー)を差引きすれば、15%のE0抽出物(これは、このE0調製物中の0.2ng/mlの最終FGF2濃度に相当する)によって誘導される応答は、1ng/mlのrFGF2によって誘導された応答よりも約4倍小さかった。
実施例4:生細胞、死滅細胞及び細胞抽出物の神経原性活性
神経原性因子及びグリア分化性(gliogenic)因子に関する定量的アッセイ(共有に係る米国特許出願公開第2013/0210000号に記載)を用いて、MSC及びDNTT−MSCにおいて神経新生性活性を特徴付けた。このアッセイを用いて、(a)抽出物の活性を評価し、かつ(b)抽出物の活性と、生細胞及び死滅細胞の活性とを比較した。これらの実験のために、NB中のMSCまたはDNTT−MSCのいずれかの作業懸濁物を3つのアリコートに分けた。1つのアリコートは、さらなる処置を受けず、生細胞と命名された(「A」と表示)。残りの2つのアリコートを凍結し、次いで解凍して、これから細胞溶解液を生じた(すなわち、死滅細胞、「D」と表示)。次いで、これらの2つの細胞溶解液のうちの1つを、遠心分離によって浄化して、無細胞抽出物を得た(「E」と表示)。
神経新生アッセイは、細胞増殖のための基質として、MSC由来ECNでコーティングされたCellBIND Surface 96ウェルプレート(Corning)を利用した。3つのアリコート(生細胞、死滅細胞及び無細胞抽出物)のいずれかを、同一の希釈でプレートし、これは、1ウェルあたり500、250、または125個の生きたMSCまたはDNTT−MSCに相当した。皮質細胞(5000細胞/ウェル)を、全てのウェルに添加した。培養後、ラットネスチン、ラットグリア細胞繊維性酸性タンパク質(GFAP)、及びヒトグリセルアルデヒドリン酸デヒドロゲナーゼ(GAP)の発現を、Taqmanアッセイ(Life Technologies)を用いてqRT−PCRによって定量した。
その結果を図4に示す。以前の結果(実施例2,上記)を確認すれば、ネスチン発現は、無細胞抽出物によって;ただし、生細胞または細胞溶解液よりも少ない程度まで誘導された(図4A)。その細胞溶解液は、生細胞の懸濁物が発現するよりもわずかに強力なネスチン発現を誘導した。対照的に、GFAP発現は、生細胞によって誘導されるが、無細胞抽出物によっては誘導されず、細胞溶解液ではごくわずかにのみ誘導された(図4B)。細胞溶解液で処置された培養物中のヒトGAP発現がないことによって、生残しているヒト細胞がないことが確認された(図4C)。
ネスチン発現を誘導する無細胞抽出物、生細胞及び細胞溶解液の能力の相違は、NesGFAP前駆体の増殖を支持することにより、神経細胞とMSCとの同時培養が漸増的なネスチン発現を誘導するという以前の観察によって説明され得る。Aizman et al.(2013) Stem Cells Transl Med.2:223−232。可溶性無細胞抽出物は、細胞質FGF2の豊富な供給源であるが、細胞溶解液はまた、細胞残遺物(例えば、核)も含み、これは、追加のFGF2を放出し得、かつ細胞増殖及びネスチン発現のさらなる刺激を提供し得る。
最終的に、この実験で用いられる無細胞抽出物は、上記の実験で用いられるE0抽出物よりも40倍大きい希釈であったことに注目すべきである:実際、これらの実験で用いられるほとんどの濃縮抽出物(すなわち、100μlの培養物培地中の500個の細胞からの抽出物)は、上記で調製された2.5%希釈のE0に相当する(10細胞/5ml培地)。
実施例5:グリア細胞前駆体の誘導
脳内移植後、大多数の移植された細胞がその後まもなく死ぬことは、まれなことではない。従って、上記の実施例4に記載のように調製した、生きたDNTT−MSC及び死滅DNTT−MSC(すなわち、DNTT−MSC細胞溶解液)の組み合わせを、実施例4に記載の神経新生アッセイで試験した。この目的を達成するために、細胞溶解液(すなわち、死滅細胞、D)及び生細胞(A)を、生細胞に対して死滅細胞を3:1という比で混合し、この混合されたサンプルの活性を、死滅細胞または生細胞のいずれかの同じ総細胞数を含むサンプルの活性と比較した。
実施例2及び4に記載の結果から予想されるとおり、ネスチン発現は、3つの全てのサンプルによって同様に誘導された。図4Dによって、死滅細胞及び生細胞の混合物が、星状細胞マーカーであるグリア細胞繊維性酸性タンパク質(GFAP)の発現に相乗作用的効果を有したことが示される。この相乗作用は、MSC由来のサンプル及びDNTT−MSC由来のサンプルの両方で観察された。死滅細胞サンプルと生細胞サンプルとの間の相乗作用は、混合されたD/A調製物中の過剰な生きたヒト細胞の存在には起因しなかった。なぜなら、同様のヒトGAPレベルが、生細胞サンプル及び死滅細胞/生細胞混合物の両方で検出されたからである(図4E)。従って、生きたMSCもしくはDNTT−MSC、それらの抽出物、または単回の凍結/解凍サイクルによって殺傷された細胞の懸濁物は全てが、神経前駆体成長を促進し;ただし、堅調な星状細胞産生には、生きたMSCまたはDNTT−MSCの存在を必要とした。
実施例6:PBMCの細胞毒性活性から生じるMSC及びDNTT−MSC由来の細胞内FGF2の放出
細胞が脳に注射されたとき、脳の小血管に対する損傷が生じ得る;そして脈管構造のこの破壊によって、局所の末梢血単核球(PBMC)に対する移植細胞の暴露、及びそれらに関連する細胞毒性の影響が生じ得る。生物学的に活性なFGF2の細胞内貯蔵庫が、PBMC細胞毒性の天然に存在する過程によってMSC及びDNTT−MSCから放出され得るかを試験するために;PBMC媒介性細胞溶解、及びFGF2の放出は、PBMC(IL2の非存在下で7日間予備培養された)及び標的細胞(MSCまたはDNTT−MSCのいずれか)の18時間の同時培養中で評価した。
これらのアッセイに関しては、PBMCは、全血のバフィーコート調製物から、製造業者の指示に従って、Ficoll−Paque Plus(GE Healthcare,Uppsala,Sweden)を用いて得た。リンパ球/単球/血小板画分を収集して、遠心分離(600rpmで20分間)によって洗浄して、ほとんどの血小板を除去した。エフェクター細胞(PBMC)を、標的細胞(MSCまたはDNTT−MSC)に対して10または30倍過剰のPBMCで18時間、その標的細胞との同時培養前に7日間培養した。対照の培養物は、PBMCのみ、MSCのみ、DNTT−MSCのみ、及び培地のみを含んだ。MSC及びDNTT−MSCをまた、別々にプレートして、標的細胞中の総LDH活性の決定のために培養の最終の30分の間、培養物に対して最終濃度1%(w/v)までのTritonの添加によって溶解した。各々の条件の5つの複製を行った。
培養後、そのプレートを1000rpmで5分間遠心分離した。5つの複製のうち3つから、25μlの上清を、LDH Cytotoxicity Detection Kit(Clontech Laboratories,Mountain View,CA)を用いて、LDH活性の測定のために各々のウェルから取り出した。細胞毒性は、以下の式(数1)に従って、エフェクター標識同時培養において「LDH活性の放出比」として表した。
上清(FGF2の予想濃度次第で10〜50μl)を、FGF2 Quantikineアッセイ(R&D Systems,Minneapolis,MN)を用いて、FGF2の測定のために残りの2つのサンプルから取り出した。同時培養中の標的細胞由来のFGF2放出比を、LDHの放出比と同じ方式で算出した;すなわち、標的細胞中の総FGF2のパーセンテージとして;そして標的細胞及びエフェクター細胞からの自然なバックグラウンドFGF2放出を計上する。
代表的な結果を図5Aに示す。MSC及びDNTT−MSCの溶解は、LDH放出比によって測定されるように、エフェクター細胞:標的細胞比に比例し、MSC、DNTT−MSC、及びPBMCの異なるドナーについて30:1のPBMC:標的細胞比で30〜90%で変化した。標的細胞からのFGF2の放出パーセンテージは、溶解の程度と相関したが、FGF2放出比のパーセンテージは、LDHのものよりも約2〜2.5倍低かった。
この実験でのMSC/PBMCの同時培養中の溶解比は、DNTT−MSC/PBMC同時培養におけるよりも高かったが(図5A)、より多くのFGF2が、DNTT−MSC中のFGF2のより高い細胞内レベルに起因して、DNTT−MSC同時培養において放出された(図5Bは、「S溶解(S lysed)」サンプルと「M溶解(M lysed)」サンプルとを比較)。さらに、DNTT−MSCは、MSCが放出するよりもPBMCの非存在下でより多くのFGF2を放出する(図5Bは、「S」サンプルと「M」サンプルとを比較)。
結論として、これらの結果、かなりの量のFGF2が、PBMCの細胞毒性効果の結果としてMSC及びDNTT−MSCの両方によって放出され得ることが示される。
実施例7:FGF2は、高密度、低酸素、栄養素に乏しい培養物中のMSC及びDNTT−MSCから放出される。
細胞が組織損傷のゾーンに移植されるとき(例えば、梗塞に対して二次的)、それらは、酸素及び栄養素の限られた拡散によって特徴付けられる、低酸素である場合が多い環境に高密度で沈着される。移植後の脳内微小環境をモデリングするため、MSCまたはDNTT−MSCを、0.35×10/350μl/ウェルの濃度でNB/B27/GLX中で96ウェルプレートの丸底ウェルにプレートした。そのウェルをPCRテープで緊密にシールして、ガス交換を妨げた。培地は、急速に酸性になり、これによって、低酸素環境が示される。ほとんどの細胞は、非接着のままであった;しかし、この環境における培養の5日後でさえ、培養物は、正常な増殖条件下で再プレートされたとき、結合、成長及び増殖できた、含んでいる生細胞がやはり少なかった。
ウェルの内容物をいくつかの時点で回収し、遠心分離して細胞及び細片からCMを分離し、その細胞ペレットを、凍結/解凍サイクルに供して、生残細胞から細胞内容物を放出した。従って、各々の時点で、上清を収集し(300μl/ウェル、ここではCMと呼ばれる)、ペレットを、300μlのNB中に再懸濁し;両方の上清及び再懸濁されたペレットを凍結した。全ての時点が収集された後、全てのサンプルを解凍して、遠心分離によって清澄化した(10分間200g)。次いで、LDH活性及びFGF2濃度を、CM中で、及び細胞ペレットの凍結−解凍抽出物中で、決定した(実施例6に記載のとおり)。これらの実験では、CM及び細胞抽出物は、1mlのNBあたり百万個の細胞を用いて生成した。
この結果は図6に示す。細胞内FGF2含量は、MSC及びDNTT−MSCの両方において、最初のプレートの20時間内に急速に低下したが、放出されたFGF2のレベル(CM中)は、4時間から2日まで一定に保持された(図6A)。実質的に高いFGF2レベルがDNTT−MSCからは、MSCからよりも多く放出された(それぞれ、百万個の細胞あたり、約2対0.5ng)。CM中のFGF2のレベルの低下は、5日で検出された。放出されたFGF2は、低酸素培養条件下である程度の時間、安定であったようであった。
MSC及びDNTT−MSCからのLDHの放出は、瀕死の細胞の集団について期待されるとおり、低酸素培養の経過にまたがって増大した(図6B)。しかし、細胞内LDHレベルは、細胞内FGF2レベルが低下するにつれて、高いまま残った。これによって、低酸素条件下では、生残細胞は、細胞内FGF2のそれらの産生を低下することが示唆される。さらに、DNTT−MSCは典型的には、後の時点でDNTT−MSC中のより高いレベルの細胞内LDHによって示されるとおり、これらの条件下でMSCよりもよく生存した。
したがって、細胞内FGF2は、低酸素培養の経過にわたって瀕死の細胞から放出されるが、生残細胞は、細胞内FGF2のそれらの産生を低下するようである。従って、培養された細胞(MSCまたはDNTT−MSC)の抽出物の移植は、移植後のそれらの細胞内FGF2貯蔵を低下する可能性が高い、移植された細胞よりも高い量の生物学的に活性なFGF2を提供する可能性が高い。
実施例8:DNTT−MSCから放出されたFGF2と追加の分子との間の相乗作用
組み換えFGF2(rFGF2,Peproptech,Rocky Hill,NJ)の効果を、単独で、及びDNTT−MSC由来の順化培地を組み合わせて、ラット胚性皮質細胞の増殖に対して、DNTT−MSC凍結/解凍無細胞(E0)抽出物の効果と評価して比較した。細胞増殖は、上記の実施例2に記載のように測定した。
図7Aによって、rFGFは、皮質細胞増殖に対してわずかに刺激性の効果を有する(図7A、三角)が;rFGF2及びDNTT−MSC CMの組み合わせでは、かなり高い割合の増殖が生じた(図7A、丸印)ことが示される。この結果、1つ以上の成分の存在が、DNTT−MSC馴化培地中で、FGF2と呼応して、皮質細胞増殖を刺激することが示される。相加的効果を仮定する算出された用量応答に対して比較して(図7A,四角)、rFGF2及びCMの効果が相乗作用的であることが示される。
rFGF2及びDNTT−MSC CMの相乗作用的組み合わせを、皮質細胞増殖アッセイにおいてDNTT−MSC無細胞E0抽出物と比較した。この実験のために、皮質細胞を、種々の濃度のrFGF2に対して、単独で、または75%に希釈されたDNTT−MSC CMと組み合わせて、及びDNTT−MSC E0抽出物の一連の希釈に対して暴露した。ELISAによるE0抽出物中のFGF2レベルのアッセイによって、未希釈のE0抽出物中の3.5ng/mlというFGF2濃度が示された。
その結果を図7Bに示す。前に注記されるとおり、rFGF2及びCMは、相乗作用的に作用して、増殖を刺激した。DNTT−MSC無細胞E0抽出物もまた、増殖を刺激した。特に、半分強度のE0抽出物(約1.75ng/mlのFGF2を含む)は、馴化培地(これは一般には20pg/ml以下のFGF2を含む)の存在下で、2.5ng/mlのrFGF2とほぼ同じ増殖誘導活性を有した。
これらの結果、DNTT−MSCは、神経細胞の増殖を刺激するために、FGF2と相乗作用的に作用する1つ以上の分子を含むこと、及びこのような分子は分泌され得ることが示される。
実施例9:DNTT−MSC中の細胞内FGF2の特徴付け
天然に存在するFGF2は、18kD、22kD、22.5kD、24kD、及び34kDという少なくとも5つのアイソフォームで存在する。組み換えFGF2は、低分子量(18kD)のアイソフォームのみを含む(図8,レーン2)。対照的に、RIPA緩衝液(Thermo Fisher Scientific,Rockford,IL)を用いて調製され、変性Tris−グリシンSDSポリアクリルアミドゲルで解析されたDNTT−MSCの細胞丸ごとの溶解液は、モノクローナル抗FGF2抗体(bFM2,(Millipore,Billerica,MA)を用いて検出されたとおり、少なくとも3つのFGF2アイソフォームを含む(図8,レーン1)。
DNTT−MSC中の種々のFGF2アイソフォームの細胞内分布を、種々の細胞溶解液及び抽出調製物を解析することによって検討した。DNTT−MSCからの総細胞溶解液を、RIPA緩衝液(Thermo Fisher Scientific,Rockford,IL)中で細胞を溶解することによって得た。この緩衝液は、イオン性及び非イオン性の両方の界面活性剤を含み、核及び細胞膜を溶解し、それによって、細胞質、核及び細胞成分に結合した膜を放出する。細胞質溶解液は、等張性緩衝液中に細胞を溶解すること、核酸及び細胞細片をペレット化すること、ならびに上清を回収することによって調製した。細胞質溶解液の調製の間に得られたペレットを、RIPA緩衝液で抽出して、核溶解液を得た。これらの溶解液を、培養された細胞を凍結/解凍サイクルに供すること、次いで遠心分離によって浄化することによって、以前に記載されたとおり調製された、DNTT−MSCの無細胞E0抽出物と比較した。従って、E0抽出物は、膜の破裂のような機械的な損傷によって放出される可溶性細胞成分を含む。
サンプルは、変性Tris−グリシン−SDSポリアクリルアミドゲルでの電気泳動によって解析し、タンパク質は、免疫ブロットによって検出した。図9に示される結果によって、ほとんどのFGF2が、DNTT−MSCの細胞質に存在すること;ならびに無細胞E0抽出物が主に細胞質物質を含むことが示される。
DNTT−MSCのような間葉細胞がFGF2のいくつかのアイソフォームを含むという事実によって、組み換えFGF2と比較して、DNTT−MSC抽出物の優れた増殖誘導活性が説明できた。例えば、図7B、実施例8を参照のこと。
実施例10:線維芽細胞の抽出は、神経前駆細胞の増殖及び分化を促進する。
ヒト包皮線維芽細胞(HFF,ATCC 1041)を用いて、実施例1に記載のような、凍結−解凍無細胞抽出物及び不溶性細胞残渣画分を調製した。これらの画分における、及びHFF細胞溶解液における、FGF2のレベルを、実施例1に記載のとおり測定し、これらの画分が、神経細胞の増殖を刺激する能力を、実施例2に記載のとおりアッセイした。
図10Aによって、HFFが、MSCよりもいくぶん高いレベルの細胞内FGF2を含むことが示される。図10Bによって、全ての画分(細胞溶解液、無細胞(E0)抽出物、及び細胞残渣)が、神経前駆細胞の増殖を刺激することが示される。HFF及びMSCの両方の刺激効果は、BMPインヒビターであるノギンに対して非感受性である(図10C)。星状細胞前駆体の分化は、BMPによって刺激されるので、この結果は、神経の前駆体の増殖と一致する。
HFFの画分をまた、それが神経前駆細胞の分化を促進する能力について、実施例4に記載の方法を用いて試験した。図11に示される結果によって、HFF由来の無細胞(E0)抽出物が、皮質細胞のネスチン陽性神経前駆細胞、GFAP陽性の星状細胞及びCNP陽性乏突起膠細胞への分化を促進することが示された。

Claims (46)

  1. 神経前駆細胞または内皮細胞の増殖を誘導するための方法であって、細胞溶解液、可溶性無細胞抽出物及び不溶性細胞残渣からなる群より選択される、間葉細胞から得られる調製物と、神経前駆細胞または内皮細胞とを接触させるステップを包含する、方法。
  2. 星状細胞前駆細胞の星状細胞への発達を誘導するための方法であって、前記星状細胞前駆細胞と、生きた間葉細胞及び間葉細胞の細胞溶解液の混合物とを接触させるステップを包含する、方法。
  3. 細胞または組織に対してFGF2アイソフォームの混合物を提供するための方法であって、細胞溶解液、可溶性無細胞抽出物及び不溶性細胞残渣からなる群より選択される、間葉細胞から得られる調製物と、前記細胞または組織とを接触させるステップを包含する、方法。
  4. その必要な被験体に対してFGF2アイソフォームの混合物を送達するための方法であって、細胞溶解液、可溶性無細胞抽出物及び不溶性細胞残渣からなる群より選択される、間葉細胞から得られる調製物を、前記被験体に導入するステップを包含する、方法。
  5. 前記混合物が、18、22、22.5及び24kDの分子量を有するFGF2アイソフォームを含む、請求項3に記載の方法。
  6. 前記混合物が、18、22、22.5及び24kDの分子量を有するFGF2アイソフォームを含む、請求項4に記載の方法。
  7. 前記混合物が、組み換えFGF2の活性よりも大きい生物学的活性を有する、請求項3に記載の方法。
  8. 前記混合物が、組み換えFGF2の活性よりも大きい生物学的活性を有する、請求項4に記載の方法。
  9. 前記細胞が、神経前駆細胞である、請求項3に記載の方法。
  10. 前記細胞が、内皮細胞である、請求項3に記載の方法。
  11. 前記被験体が、虚血性傷害を受けている、請求項4に記載の方法。
  12. 前記虚血性傷害が、脳卒中である、請求項11に記載の方法。
  13. 前記組織が、壊死性である、請求項3に記載の方法。
  14. 壊死が、梗塞または外傷から生じる、請求項13に記載の方法。
  15. 前記間葉細胞が、線維芽細胞、間葉系幹細胞(MSC)及びDNTT−MSCからなる群より選択される、請求項1に記載の方法。
  16. 前記間葉細胞が、線維芽細胞、間葉系幹細胞(MSC)及びDNTT−MSCからなる群より選択される、請求項2に記載の方法。
  17. 前記間葉細胞が、線維芽細胞、間葉系幹細胞(MSC)及びDNTT−MSCからなる群より選択される、請求項3に記載の方法。
  18. 前記間葉細胞が、線維芽細胞、間葉系幹細胞(MSC)及びDNTT−MSCからなる群より選択される、請求項4に記載の方法。
  19. 生物学的に活性なFGF2アイソフォームの混合物を組織に対して送達するための方法であって:
    前記組織と間葉細胞とを接触させるステップを包含し;
    前記接触が、間葉細胞の溶解または破裂を生じる、方法。
  20. 前記FGF2アイソフォームが18、22、22.5及び24kDの分子量を有する、請求項19に記載の方法。
  21. 前記混合物が、組み換えFGF2の活性よりも大きい生物学的な活性を有する、請求項19に記載の方法。
  22. 前記組織が、1つ以上の神経前駆細胞を含む、請求項19に記載の方法。
  23. 前記組織が、1つ以上の内皮細胞を含む、請求項19に記載の方法。
  24. 前記組織が、虚血性傷害を受けた被験体に存在する、請求項19に記載の方法。
  25. 前記虚血性傷害が脳卒中である、請求項24に記載の方法。
  26. 前記組織が壊死性である、請求項19に記載の方法。
  27. 壊死が、梗塞または外傷から生じる、請求項26に記載の方法。
  28. 前記間葉細胞が、線維芽細胞、間葉系幹細胞(MSC)及びDNTT−MSCからなる群より選択される、請求項19に記載の方法。
  29. 神経前駆細胞または内皮細胞の増殖を刺激する方法における使用のための間葉細胞の無細胞抽出物であって、前記間葉細胞が、線維芽細胞、MSC及びDNTT−MSCからなる群より選択される、無細胞抽出物。
  30. 神経前駆細胞または内皮細胞の増殖を刺激する方法における使用のための間葉細胞の細胞溶解液であって、前記間葉細胞が、線維芽細胞、MSC及びDNTT−MSCからなる群より選択される、間葉細胞の細胞溶解液。
  31. 神経前駆細胞または内皮細胞の増殖を刺激する方法における使用のための間葉細胞の不溶性細胞残渣であって、前記間葉細胞が、線維芽細胞、MSC及びDNTT−MSCからなる群より選択される、間葉細胞の不溶性細胞残渣。
  32. 神経前駆細胞または内皮細胞の増殖を刺激する方法における使用のための組み合わせであって:
    (a)線維芽細胞増殖因子−2(FGF2)と、
    (b)間葉細胞由来の馴化培地と、を含み、ここで前記間葉細胞が線維芽細胞、MSC及びDNTT_MSCからなる群より選択される、組み合わせ。
  33. 前記FGF2が、組み換え体である、請求項32に記載の組み合わせ。
  34. 前記FGF2が、18kdのアイソフォームであり、請求項32に記載の組み合わせ。
  35. 星状細胞前駆細胞の星状細胞への発達を誘導する方法における使用のための組み合わせであって、前記組合せが:
    (a)生きた間葉細胞であって、線維芽細胞、MSC及びDNTT−MSCからなる群より選択される間葉細胞と;
    (b)間葉細胞から得られる調製物であって、細胞溶解液及び可溶性無細胞抽出物からなる群より選択される調製物と、
    を含む、組み合わせ。
  36. 生細胞に対する前記溶解細胞等価物の比が、3:1である、請求項35に記載の組み合わせ。
  37. その必要な細胞、組織または被験体に対して、FGF2アイソフォームの混合物を提供する方法における使用のための間葉細胞から得られた調製物であって、
    前記調製物は、細胞溶解液、可溶性無細胞抽出物及び不溶性細胞残渣からなる群より選択され;
    さらに、ここで前記間葉細胞は、線維芽細胞、MSC及びDNTT−MSCからなる群より選択される、調製物。
  38. 前記FGF2アイソフォームの混合物が、18、22、22.5及び24kDの分子量を有するFGF2アイソフォームを含む、請求項37に記載の調製物。
  39. 前記FGF2アイソフォームの混合物が、組み換えFGF2よりも大きい生物学的な活性を有する、請求項37に記載の調製物。
  40. 前記細胞が、神経前駆細胞または内皮細胞である、請求項37に記載の調製物。
  41. 前記組織が、1つ以上の神経前駆細胞及び/または内皮細胞を含む、請求項37に記載の調製物。
  42. 前記組織または被験体が、虚血性傷害を受けた、請求項37に記載の調製物。
  43. 前記虚血性傷害が脳卒中である、請求項42に記載の調製物。
  44. 前記組織が壊死性である、請求項37に記載の調製物。
  45. 壊死が、梗塞または外傷から生じる、請求項44に記載の方法。
  46. 神経前駆細胞または内皮細胞の増殖を刺激する方法であって;神経前駆細胞または内皮細胞と、請求項32の組み合わせとを接触させるステップを包含する、方法。
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