JP2019511919A - がん幹細胞の作製およびその使用 - Google Patents

がん幹細胞の作製およびその使用 Download PDF

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Abstract

がん幹細胞を作製するための方法、キットおよび組成物が提供される。【選択図】図1

Description

(関連出願情報)
本出願は、その全容を本明細書に援用するところの2016年2月23日出願の米国仮特許出願第62/298,603号に基づく優先権を主張するものである。
本発明は、分化がん細胞からがん幹細胞を作製する分野に関する。
がん幹細胞(CSC)は、自己再生能を有し、腫瘍を含む多様な細胞を生じ、継続的に腫瘍源性を維持する腫瘍細胞のサブセットを表す。CSCは、異常なモードであるが、自己再生能(対称及び非対称分裂による)及び分化能をはじめとする、重要な特性を正常組織の幹細胞と共有する。CSCが存在することを示す最初の根拠は急性骨髄性白血病より得られたものであり、そこで全集団の0.01〜1%を構成する小さなサブセットが免疫不全マウスに移植されると白血病を誘発できた。CSCは、最初の発がん性ヒットを受ける細胞型を具体的に指す、起源細胞とは異なっている。更に、CSCは、正常幹細胞の形質転換に必ずしも由来せず、限定前駆細胞(restricted progenitors)または自己再生能を獲得した、より分化した細胞から生じうる。
グリオーマ幹細胞(GSC)は、固形がんから単離された最初のCSCの1つであった。神経膠芽腫(GBM)は、自己再生する腫瘍原性がんのCSCの小さな亜集団を含み、腫瘍浸潤、従来の治療法に対する耐性、および腫瘍再発に関与している。興味深いことに、ヒト腫瘍から単離されインビトロで培養されたGSSは、正常な神経幹細胞(NSC)と顕著な類似性を示し、ネスチン、Sox2、およびOlig2などの神経幹細胞/前駆細胞マーカーを発現し、誘導されるとニューロン又はグリア細胞マーカーを発現する細胞に分化できた。免疫不全マウスにGSCを移植すると、親腫瘍と似た組織学的性質および全般的な遺伝子発現パターンを共有する腫瘍を生じた。これらの細胞の幹細胞性および発がん性に関連する機構の理解は、GSCを死滅させることができる治療アプローチの開発に不可欠であり、GBM患者の新規な治療アプローチを開発するための基礎を与えうるものである。
親腫瘍の特性の多くをインビトロおよびインビボで再現できるインビトロがんモデルが依然として求められている。かかるインビトロの生理学的モデルは、新規な薬剤および別用途(リパーパシング)薬剤の高スループットスクリーニングに応用でき、標的臓器での毒性を評価でき、かつ疾患モデルでがん転移を調べるために用いることができる。更に、かかるインビトロモデルは、研究施設および製薬企業での動物モデルの使用を減らす一助となりうる。しかしながら、このモデルの確立に使用するためのCSCの抽出および精製は困難かつ高価であり、患者によっては不可能である。CSC、詳細には、患者のがんのすべてではないにしろその多くの側面を再現できるCSCを作製する方法が強く求められている。
本発明は、分化がん細胞からがん幹細胞(CSC)を作製する方法、ならびに抗がん治療を特定し、がんワクチンを作製するなどの目的でのその使用方法を提供する。
第1の態様によれば、がん幹細胞(CSC)を作製するための方法であって、
a.分化がん細胞を与えることと、
b.上記分化がん細胞をpH5〜6.5の第1の培地中でインキュベートすることと、
c.上記分化がん細胞を上皮増殖因子(EGF)および線維芽細胞増殖因子(FGF)を添加した第2の培地中でインキュベートすること、
を含み、
それによりCSCを作製する、方法が提供される。
特定の実施形態では、分化がん細胞は、対象由来の原発性腫瘍細胞、がん細胞株の細胞、対象の血液またはリンパ液由来の循環腫瘍細胞および培養物中で分化したがん細胞からなる群から選択される。
特定の実施形態では、第1の培地は5.8〜6.2のpHを有する。特定の実施形態では、上記第1の培地中でインキュベートすることは、15〜120分間にわたり行われる。
特定の実施形態では、第2の培地は、IL−6、TGF−β、TNF−α、CTGF、SPARC、およびSDF1からなる群から選択される少なくとも1種のサイトカインを含む添加物質が更に添加される。特定の実施形態では、第2の培地は、TGF−βが更に添加される。
特定の実施形態では、本方法は、間葉系幹細胞(MSC)、マクロファージ、ミクログリア、造血前駆細胞、および循環腫瘍細胞からなる群から選択される細胞との共インキュベーションを更に含む。特定の実施形態では、本方法は、羊水MSC、脂肪MSC、M2マクロファージ、およびミクログリアからなる群から選択される細胞との共インキュベーションを更に含む。
特定の実施形態では、MSCは、上記分化がん細胞に対して自家である。特定の実施形態では、第2の培地は、ヒト線維芽細胞、羊水MSC、脂肪MSC、もしくはミクログリアのいずれか1つからの条件培地またはエクソソームが更に添加される。
特定の実施形態では、第2の培地は、Rho関連プロテインキナーゼ(ROCK)阻害剤、GSK3阻害剤、モノアミンオキシダーゼ(MAO)阻害剤、プロテインキナーゼC(PKC) 活性化因子、ヒストン修飾酵素阻害剤、およびヒストン修飾酵素活性化因子からなる群から選択される1種以上の小分子が更に添加される。
特定の実施形態では、第2の培地は、Y−27632、CHIR99021、トラニルシプロミン、PMA、3−デアザネプラノシンA、5−アザ−2’−デオキシシチジン、4−フェニルブチレート、PKCα、PKCε、バルプロ酸およびインスリンからなる群から選択される1種以上の小分子が更に添加される。特定の実施形態では、第2の培地は、Y−27632、CHIR99021、トラニルシプロマイン、PMA, 3−デアザネプラノシンA、5−アザ−2’−デオキシシチジン、4−フェニルブチラート、PKCαおよびPKCεからなる群から選択される1種以上の小分子が更に添加される。
特定の実施形態では、本発明の方法は、miR−23a、miR−99b、miR−335、miR−339、miR−541、miR−3133、miR−32、miR−99b、miR−320、miR−182、miR−21、miR−138、miR−29a、miR−494、miR−335、miR−214、miR−199、miR−193、miR−196、miR−487、miR−409、miR−193、miR−379、miR−27、miR−193、miR−23、miR−24、miR−299、miR−431、およびmiR−154からなる群から選択される少なくとも1種のmicroRNA(miRNA)を上記分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む。特定の実施形態では、本発明の方法は、Lin−28、miR−182、およびmiR−21からなる群から選択される少なくとも1種のmiRまたはタンパク質を上記分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む。
特定の実施形態では、本発明の方法は、miR−3180、miR−34、miR−139、miR−831、miR−4281、miR−1268、miR−3188、miR−135、miR−1228、miR−3141、miR−1207、miR−638、miR−760、miR−2861、miR−15、miR−933、miR−3155、miR−920、miR−4310、miR−1915、miR−26b、miR−664、miR−718、miR−3176、miR−1825、miR−3180、miR−363、miR−1231、miR−20b、miR−572、miR−504、miR−30a、miR−891、miR−9、miR−874、miR−1287、miR−532、miR−362、miR−181、miR−491、miR−1208、miR−330、miR−374、miR−769、miR−501、miR−128、miR−149、miR−505、miR−660、miR−1275、20a、miR−106、miR−636. miR−145、miR−124、miR−137からなる群から選択される少なくとも1種のmiRにハイブリダイズした少なくとも1種のポリヌクレオチド阻害剤を上記分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む。特定の実施形態では、本発明の方法は、miR−3180にハイブリダイズするポリヌクレオチド阻害剤を上記分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む。
特定の実施形態では、本発明の方法は、ZEB2NAT、UCA1、Zfhx2as、7SL、antiPeg11、およびH19からなる群から選択される少なくとも1種の長鎖ノンコーディングRNA(lncRNA)を上記分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む。
特定の実施形態では、本発明の方法は、Lin−28、STAT3、NFKB、CEBP/B、SOX2、OCT4、WNT5A、LIF、COX2、RUNX2およびNANOGからなる群から選択される少なくとも1種のタンパク質を上記分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む。
特定の実施形態では、本発明の方法は、上記分化がん細胞に放射線照射することを更に含む。
特定の実施形態では、(ii)上記第2の培地中でインキュベートすることは、低酸素状態でインキュベートすることを更に含む。特定の実施形態では、上記低酸素状態は2〜4%の酸素である。
特定の実施形態では、本発明の方法は、上記分化がん細胞を接着性または非接着性プレート上でインキュベートすることと、初代スフェロイドを選択することとを更に含む。特定の実施形態では、本発明の方法は、限界希釈により上記スフェロイドから細胞を再播種して二次スフェロイドを形成することを更に含む。
特定の実施形態では、本発明の方法は、CSCを維持するためのものであり、作製されたCSCを健康な細胞、そのエクソソーム、またはそれらの組み合わせと共に培養することを更に含む。特定の実施形態では、健康な細胞は、上記分化がん細胞と同じ原発組織由来である。
特定の実施形態では、本発明の方法は、作製されたCSCの発現されおよび分泌されるマーカーを分析することを更に含む。
別の態様によれば、抗がん治療を特定するための方法であって、
a.本発明の方法のいずれか1つによって作製されたCSCを提供することと、
b.CSCに目的の治療(例えば治療薬)を適用することと、
c.CSCに対する目的の治療の少なくとも1つの効果を決定すること、を含み、
それにより抗がん治療を特定する、方法が提供される。
特定の実施形態では、上記効果は、CSCの生存率または転移能に対する負の効果である。特定の実施形態では、CSCは幹細胞レポーター遺伝子を発現する。特定の実施形態では、上記効果は、上記レポーター遺伝子の発現に対する負の効果である。
特定の実施形態では、本発明の方法は、上記治療を適用する前にCSCを免疫不全マウスに投与して異種移植片を作製することを更に含む。
特定の実施形態では、本発明の方法は、CSCが一次がん治療に対して耐性を有する場合に二次がん治療を特定するためのものである。
特定の実施形態では、本発明の方法は、個別化がん治療を要する対象者に個別化がん治療を提供するためのものであり、CSCは対象者からの分化がん細胞から作製されるか、または対象者のがんと同じもしくは同様の変異を有する細胞から作製される。特定の実施形態では、対象者からのがん細胞は原発腫瘍細胞、または対象者の血液、CSF、もしくは他の体液からの循環腫瘍細胞である。
特定の実施形態では、本発明の方法は、治療の適用後にCSCの発現されおよび分泌されるマーカーを分析することを更に含む。
特定の実施形態では、本発明の方法は、個別化がん治療として目的の治療を対象者に処方することを更に含む。特定の実施形態では、本発明の方法は、対象者に目的の治療を投与することにより対象者を治療することを更に含む。特定の実施形態では、対象者は、原発がんの治療後に再発がまだ生じていないか、または原発がんの治療後に再発が生じている。特定の実施形態では、対象者はがんの転移を有する。
別の態様によれば、がんワクチンを製造するための方法であって、
a.本発明の方法のいずれかによってCSCを作製することと、
b.樹状細胞を、CSCからのライセート、エクソソーム、または細胞外小胞の少なくとも1つと共にインキュベートすることと、
c.樹状細胞を収集すること、
を含み、
それによりがんワクチンを製造する、方法が提供される。
特定の実施形態では、樹状細胞は、上記がんワクチンを要する対象者に対して自家または同種である。特定の実施形態では、本発明の方法は、がんワクチンを要する対象者にがんワクチンと医薬的に許容される担体または賦形剤とを含む組成物を投与することを更に含む。
別段の定義がなされないかぎり、本明細書で使用されるすべての技術用語および/または科学用語は、本発明が関連する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有するものとする。本明細書に記載されるものと同様または同等の方法および材料を、本発明の各実施形態の実施または試験に用いることができるが、代表的な方法および/または材料は下記に記載する。矛盾が生じる場合、定義を含む本特許明細書が優先するものとする。更に、材料、方法、および実施例はあくまで説明を目的としたものであって、必ずしも限定することを目的としない。
U87細胞および初代培養グリオーマ細胞における幹細胞性マーカーの相対的なmRNA発現量の棒グラフである。 異なる細胞株からのCSC作製後に調べた視野当たりの腫瘍スフェアの数を示す棒グラフである。 脱分化されヌードマウスに注入されたU87細胞および初代培養グリオーマ細胞の腫瘍体積の棒グラフである。 サイトカインの添加による(4A)基本プロトコールに対する自己再生率の増大および(4B)Sox2発現量の増大を示す棒グラフである。 サイトカインの添加による(4A)基本プロトコールに対する自己再生率の増大および(4B)Sox2発現量の増大を示す棒グラフである。 非がん性細胞との共培養による(5A)基本プロトコールに対する自己再生率の増大および(4B)Sox2発現量の増大、ならびに、単独で、ミクログリアとまたは羊膜MSCと培養した3つの神経膠芽腫多形分化試料におけるSOX2、OCT4、およびCD44のmRNAの発現量(5C)を示す棒グラフである。 非がん性細胞との共培養による(5A)基本プロトコールに対する自己再生率の増大および(4B)Sox2発現量の増大、ならびに、単独で、ミクログリアとまたは羊膜MSCと培養した3つの神経膠芽腫多形分化試料におけるSOX2、OCT4、およびCD44のmRNAの発現量(5C)を示す棒グラフである。 非がん性細胞との共培養による(5A)基本プロトコールに対する自己再生率の増大および(4B)Sox2発現量の増大、ならびに、単独で、ミクログリアとまたは羊膜MSCと培養した3つの神経膠芽腫多形分化試料におけるSOX2、OCT4、およびCD44のmRNAの発現量(5C)を示す棒グラフである。 小分子阻害剤および活性化剤の添加による(6A)基本プロトコールに対する自己再生率の増大、および(6B)Sox2発現量の増大を示す棒グラフである。 小分子阻害剤および活性化剤の添加による(6A)基本プロトコールに対する自己再生率の増大、および(6B)Sox2発現量の増大を示す棒グラフである。 microRNAおよびmicroRNA阻害剤の添加による(7A)基本プロトコールに対する自己再生率の増大および(7B)Sox2発現量の増大を示す棒グラフである。 microRNAおよびmicroRNA阻害剤の添加による(7A)基本プロトコールに対する自己再生率の増大および(7B)Sox2発現量の増大を示す棒グラフである。
本発明は、特定の実施形態において、分化がん細胞からがん幹細胞(CSC)を作製するための方法を提供する。本発明は更に、特定の実施形態において、抗がん治療を特定するための方法であって、本発明の方法にしたがってがん幹細胞(CSC)を作製することと、目的の治療を上記CSCに適用することと、上記CSCに対する上記治療の少なくとも1つの効果を決定することを含む、方法を提供する。
CSCを作製する方法
一態様によれば、本発明は、CSCを作製するための方法であって、分化がん細胞を与えることと、上記分化がん細胞をpH5〜6.5の第1の培地中でインキュベートすることと、上記分化がん細胞を上皮増殖因子(EGF)および線維芽細胞増殖因子(FGF)を添加した第2の培地中でインキュベートすることを含み、それによりCSCを作製する、方法に関する。
CSCは、当業者に周知の多くのマーカーにより識別できる。これらのマーカーとしては、これらに限定されるものではないが、細胞内ALDH活性を有する細胞(ALDHbright細胞)を単離するためのBODIPYアミノアセトアルデヒド(Aldefluor基質)などの蛍光に基づく基質;Hoechst33342蛍光色素の排出に基づくside population(SP)分析、還元型26Sプロテアソーム活性、またはFACSによる表面マーカー識別が挙げられる。
CSCのマーカーの非限定的な例としては、
グリオーマでは、ネスチン、CD133、CD44、
乳癌では、CD24−/low、CD44+、ALDHbright、CD133、CD221、
結腸癌では、CD133+、CD44+、CD24+、CD166+、Lgr5+、ALDHbright、
肝癌では、CD133+、CD90+、EpCAM+/CD44+、CD13+、SP、
肺癌および肺転移では、CD44+、CD133+、CD117+、CD87+、SP、ALDHbright、
卵巣癌では、SP、CD133+、CD44+、CD24+、CD117+、EpCAM+、ALDHbright、
膵臓癌では、CD44+/CD24+/ ESA+、CD133+、c−Met+、ALDHbright、
前立腺癌では、CD44+CD24−、CD44+/CD133+/α2β1high、CD44+/CD133+/ABCG2+/ CD24−、PSA−/low/ALDHbright/CD44+/α2β1+、
頭頸部癌では、CD133+、CD44+、ALDHbright、SP、GRP78+、c−Met+
が挙げられる。
本明細書で使用される用語「分化」および「分化した」は、原始段階から、とりわけ特徴的な細胞表面抗原マーカー群の発現をともなう成熟構造への細胞の発生を指す。細胞個体発生に関連して、形容詞「分化した」および「分化する」は、相対的な用語である。「分化した細胞」は、比較される細胞よりも発生経路の更に下流まで進んだ細胞である。分化は、それにより細胞が特殊化した表現型を取る(例えば、他の細胞型と異なる1以上の特徴または機能を獲得する)発生プロセスである。本明細書で使用される、「分化がん細胞」は、がん幹細胞でないがん性細胞を指す。こうした細胞は腫瘍のすべての細胞を再生できず、また、それは複数の幹細胞マーカー(例えば本明細書に列記されるマーカー)を発現しない。
特定の実施形態では、分化がん細胞は、対象者由来の原発性腫瘍細胞、がん細胞株の細胞、対象者の血液またはリンパ液由来の循環腫瘍細胞、および培養物中で分化したがん細胞からなる群から選択される。特定の実施形態では、分化がん細胞は、対象者から誘導されるかまたは得られる。特定の実施形態では、分化がん細胞は、細胞株の細胞である。特定の実施形態では、分化がん細胞は、循環腫瘍細胞である。
本明細書で使用される用語「循環腫瘍細胞」は、原発腫瘍から分離して血流またはリンパ系によって移動する癌細胞を指す。循環腫瘍細胞を抽出する方法は当該技術分野で周知であり、かかる抽出を行うためのキットは、例えばCELLSEARCH社より購入できる。
特定の実施形態では、CSCを作製する方法は、腫瘍試料が入手できない場合、またはCSCが入手可能な腫瘍試料から直接収集できない場合である。特定の実施形態では、本方法は、がん幹細胞の特徴、ならびに初代培養の、親腫瘍の、および特定の変異を有する細胞株の遺伝子異常を再現するCSCを作製する。
特定の実施形態では、異なる腫瘍から、必要に応じて異なる変異を有する「オン・ザ・シェルフ」(on the shelf)CSC細胞を作製するための方法が提供される。
特定の実施形態では、本発明の方法は、酸性の第1の培地中での分化がん細胞の第1のインキュベーションを含む。特定の実施形態では、第1の培地は、4.6〜6.5、4.8〜6.5、5.0〜6.5、5.2〜6.5、5.4〜6.5、5.6〜6.5、5.8〜6.5、6.0〜6.5、4.6〜6.4、4.8〜6.4、5.0〜6.4、5.2〜6.4、5.4〜6.4、5.6〜6.4、5.8〜6.4、6.0〜6.4、4.6〜6.3、4.8〜6.3、5.0〜6.3、5.2〜6.3、5.4〜6.3、5.6〜6.3、5.8〜6.3、6.0〜6.3、4.6〜6.2、4.8〜6.2、5.0〜6.2、5.2〜6.2、5.4〜6.2、5.6〜6.2、5.8〜6.2、6.0〜6.2、4.6〜6.1、4.8〜6.1、5.0〜6.1、5.2〜6.1、5.4〜6.1、5.6〜6.1、5.8〜6.1、4.6〜6.0、4.8〜6.0、5.0〜6.0、5.2〜6.0、5.4〜6.0、5.6〜6.0、または5.8〜6.0のpHを有する。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。
特定の実施形態では、本方法は、上記分化がん細胞をpH5〜6.5の第1の培地中でインキュベートすることを含む。特定の実施形態では、本方法は、上記分化がん細胞をpH5.8〜6.2の第1の培地中でインキュベートすることを含む。
特定の実施形態では、第1の培地中でインキュベートすることは、10〜180、10〜150、10〜120、10〜90、10〜60、15〜180、15〜150、15〜120、15〜90、15〜60、20〜180、20〜150、20〜120、20〜90、20〜60、25〜180、25〜150、25〜120、25〜90、25〜60、30〜180、30〜150、30〜120、30〜90、または30〜60分間のいずれか1つにわたって行われる。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。特定の実施形態では、第1の培地中でインキュベートすることは、15〜120分間にわたり行われる。
がん細胞およびがん幹細胞のインキュベーションに使用される培地は、当業者に周知である。非限定的な例としては、DMEM、RPMI、F12、IMDM、およびMEMが挙げられる。特定の実施形態では、本明細書で提供される方法のインキュベーション培地のいずれか1つは、低グルコース濃度を有する。特定の実施形態では、インキュベーション1またはインキュベーション2またはその両方の培地は、5g/L、4g/L、3g/L、2g/L、1g/L、または0.5g/L未満のグルコース濃度を有する。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。
特定の実施形態では、第2の培地は、少なくとも1、2、5、7、10、12、または15ng/nlの濃度のEGFが添加される。特定の実施形態では、第2の培地は、最大で5、7、10、12、15、20、または25ng/nlの濃度でEGFが添加される。特定の実施形態では、第2の培地は、1〜20、2〜20、5〜20、7〜20、10〜20、12〜20、1〜15、2〜15、5〜15、7〜15、10〜15、12〜15、1〜12、2〜12、5〜12、7〜12、または10〜12ng/nlの濃度でEGFが添加される。特定の実施形態では、第2の培地は、5〜20ng/nlの濃度でEGFが添加される。
特定の実施形態では、第2の培地は、少なくとも1、2、5、7、10、12、または15ng/nlの濃度でFGFが添加される。特定の実施形態では、第2の培地は、最大で5、7、10、12、15、20、または25ng/nlの濃度でFGFが添加される。特定の実施形態では、第2の培地は、1〜20、2〜20、5〜20、7〜20、10〜20、12〜20、1〜15、2〜15、5〜15、7〜15、10〜15、12〜15、1〜12、2〜12、5〜12、7〜12、または10〜12ng/nlの濃度でFGFが添加される。特定の実施形態では、第2の培地は、5〜20ng/nlの濃度でFGFが添加される。
特定の実施形態では、第2の培地中でインキュベートすることは、10〜180、10〜150、10〜120、10〜90、10〜60、15〜180、15〜150、15〜120、15〜90、15〜60、20〜180、20〜150、20〜120、20〜90、20〜60、25〜180、25〜150、25〜120、25〜90、25〜60、30〜180、30〜150、30〜120、30〜90、または30〜60分間にわたって行われる。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。
特定の実施形態では、第2の培地中でインキュベートすることは、低酸素状態でインキュベートすることを更に含む。特定の実施形態では、低酸素状態は、4.5%、4%、3.5%、3%、または2.5%以下の酸素である。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。特定の実施形態では、低酸素状態は3%以下の酸素である。
特定の実施形態では、低酸素状態は、1〜4.5%、1〜4%、1〜3.5%、1〜3%、1.5〜4.5%、1.5〜4%、1.5〜3.5%、1.5〜3%、2〜4.5%、2〜4%、2〜3.5%、2〜3%、2.5〜4.5%、2.5〜4%、2.5〜3.5%、または2.5〜3%の酸素である。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。特定の実施形態では、上記低酸素状態は2〜4%の酸素である。
無酸素または低酸素状態でのインキュベーションは、当業者に周知である。特別な低酸素インキュベーターチャンバーをこの目的で使用でき、これらは組織培養チャンバーの製造業者により販売されている。
特定の実施形態では、本発明の方法は、分化がん細胞を接着性または非接着性プレート上でインキュベートすることと、初代スフェロイドを選択することとを更に含む。かかるスフェロイドは、腫瘍スフェアとしても知られている。分化がん細胞は接着性プレートに接着する傾向があり、したがって接着せずにスフェアを形成する細胞はCSCである。特定の実施形態では、本方法は、限界希釈によりスフェロイドから細胞を再播種して二次スフェロイドを形成することを更に含む。
接着性および非接着性プレートは、当業者に周知である。接着性プレートはしばしば、接着性を高めるためにコーティングが施され、または細胞接着性の高いプラスチックで形成される。かかるプレートの例としては、これらに限定されるものではないが、Fischer Scientific社、Corning社、Sigma Aldrich社および他社により販売されるものなどの従来の組織培養プレート、ゼラチンコーティングプレート、およびコラーゲンコーティングプレートが挙げられる。非接着性プレートは、スフェロイドの培養に広く用いられるものなどの低接着性プレートも指す。
本明細書で使用される用語「限界希釈」は、各試料中に高い確率で1個のみの細胞が存在するように培地中の細胞の濃度を希釈することを指す。特定の実施形態では、限界希釈は、ディッシュの各ウェル中に播いた場合にウェル2個ごと、ウェル3個ごと、ウェル5個ごと、またはウェル10個ごとに1個のみの細胞が存在するように細胞を希釈することを指す。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。
特定の実施形態では、本発明の方法は、分化がん細胞に放射線照射することを更に含む。細胞照射は、当業者に周知である。特定の実施形態では、照射の線量は少なくとも1、5、10、15、20、30、40、または50グレイ(gy)である。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。特定の実施形態では、照射は単一線量の照射である。特定の実施形態では、照射は、1週間以下、5日間以下、3日間以下、1日以下の時間にわたって複数回の線量で行われる。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。特定の実施形態では、照射は非イオン化照射である。特定の実施形態では、照射はイオン化照射である。特定の実施形態では、照射はγ線照射である。
添加物質
特定の実施形態では、第2の培地は、少なくとも1種のサイトカインを含む添加物質が添加される。特定の実施形態では、サイトカインは、炎症性サイトカイン、ケモカイン、および繊維化促進サイトカインからなる群から選択される。特定の実施形態では、少なくとも1種のサイトカインは、IL−6、TGF−β、TNF−α、CTGF、SPARC、およびSDF1からなる群から選択される。
特定の実施形態では、サイトカインは、0.1〜100、0.1〜90、0.1〜80、0.1〜70、0.1〜60、0.1〜50、0.1〜40、0.1〜30、0.1〜20、0.1〜10、1〜100、1〜90、1〜80、1〜70、1〜60、1〜50、1〜40、1〜30、1〜20、1〜10、10〜100、10〜90、10〜80、10〜70、10〜60、10〜50、15〜100、15〜90、15〜80、15〜70、15〜60、15〜50、20〜100、20〜90、20〜80、20〜70、20〜60、20〜50、25〜100、25〜90、25〜80、25〜70、25〜60、または25〜50ng/mlの濃度で添加される。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。特定の実施形態では、TNF−αは25〜80ng/mlの濃度で添加される。特定の実施形態では、IL−6は10〜50ng/mlの濃度で添加される。特定の実施形態では、SPARCは10〜50ng/mlの濃度で添加される。特定の実施形態では、CTGFは1〜50ng/mlの濃度で添加される。特定の実施形態では、SDF1は1〜50ng/mlの濃度で添加される。特定の実施形態では、第2の培地は、TGF−βが更に添加される。特定の実施形態では、TGF−βは0.1〜30ng/mlの濃度で添加される。
特定の実施形態では、第2の培地は、Rho関連プロテインキナーゼ(ROCK)阻害剤、GSK3阻害剤、ソニックヘッジホッグ(SHH)阻害剤、ERK活性化剤、モノアミンオキシダーゼ(MAO)阻害剤、プロテインキナーゼC(PKC) 活性化剤、ヒストン修飾酵素阻害剤、およびヒストン修飾酵素活性化剤からなる群から選択される少なくとも1種の小分子を含む添加物質が更に添加される。
特定の実施形態では、阻害剤は、タンパク質または複合体の発現または機能を少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%低下させる。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。当業者であれば、各小分子は、その分子に固有の濃度で、かつ阻害を生じるのに充分な濃度で細胞に投与されることを理解されよう。本明細書において下記で特に指定されないかぎりは、これらの小分子を添加する際には製造者のガイドラインに従う必要がある。
特定の実施形態では、活性化剤は、タンパク質または複合体の発現または機能を少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、または99%高める。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。当業者であれば、各小分子は、その分子に固有の濃度で、かつ活性化を生じるのに充分な濃度で細胞に投与されることを理解されよう。本明細書において下記で特に指定されないかぎりは、これらの小分子を添加する際には製造者のガイドラインに従う必要がある。
ROCK阻害剤は、RHO関連プロテインキナーゼを阻害し、当該技術分野で周知である。非限定的な例としては、Y−27632、チアゾビビン、ファスジル、およびGSK429286Aが挙げられる。GSK阻害剤は、グリコーゲンシンターゼキナーゼ3A、3B、および3Cを阻害し、当該技術分野で周知である。非限定的な例としては、CHIR99021、ケンパウロン、SB−216763、インジルビン、ヒメニジン、アロイニンA、および塩化リチウムが挙げられる。MAO阻害剤は、モノアミンオキシダーゼAおよびBを阻害し、当該技術分野で周知ある。非限定的な例としては、トラニルシプロミン、2−プロピナール、クロルギリン塩酸塩、ホモバニリン酸エチル、フェネルジン硫酸塩、ラサギリン、およびピンプリニンが挙げられる。
プロテインキナーゼC(PKC)αおよびεは、PKCシグナル伝達複合体を構成するシグナル伝達分子であり、この複合体の活性化剤は当該技術分野で周知である。非限定的な例としては、PKCα、PKCε、13−酢酸12−ミリスチン酸ホルボール(PMA)、α−アミロイド前駆タンパク質、ホルボール−12,13−ジブチレート、メゼレイン、インゲノール3−アンゲレート、およびホルボール12, 13−ジヘキサノエートが挙げられる。ERK活性化もPKCを活性化すると知られる。特定の実施形態では、ERK活性化剤はセラミドC6である。
ヒストン修飾酵素としては、これらに限定されるものではないが、ヒストンアセチル基転移酵素、ヒストン脱アセチル化酵素、ヒストンメチル基転移酵素、ヒストン脱メチル化酵素、ヒストンリン酸化酵素、ヒストンユビキチナーゼ、ヒストンスモイラーゼ、ヒストンADPリボシラーゼ、およびヒストンデイミナーゼが挙げられる。これらの酵素の阻害剤および活性化剤は当該技術分野で周知であり、これらに限定されるものではないが、 3−デアザネプラノシンA、5−アザ−2’−デオキシシチジン、4−フェニルブチラート、TC−H106、バルプロ酸、インスリン、およびSIRT1アクチベータ3が挙げられる。
特定の実施形態では、第2の培地は、Y−27632、CHIR99021、トラニルシプロミン、PMA、3−デアザネプラノシンA、5−アザ−2’−デオキシシチジン、4−フェニルブチレート、PKCα、PKCε、バルプロ酸、およびインスリンからなる群から選択される小分子が更に添加される。特定の実施形態では、第2の培地は、Y−27632、CHIR99021、トラニルシプロミン、PMA、3−デアザネプラノシンA、5−アザ−2’−デオキシシチジン、4−フェニルブチレート、PKCαおよびPKCε活性化剤または過剰発現からなる群から選択される小分子が更に添加される。
特定の実施形態では、小分子は、0.1〜100、0.1〜90、0.1〜80、0.1〜70、0.1〜60、0.1〜50、0.1〜40、0.1〜30、0.1〜20、0.1〜10、1〜100、1〜90、1〜80、1〜70、1〜60、1〜50、1〜40、1〜30、1〜20、1〜10、10〜100、10〜90、10〜80、10〜70、10〜60、10〜50、15〜100、15〜90、15〜80、15〜70、15〜60、15〜50、20〜100、20〜90、20〜80、20〜70、20〜60、20〜50、25〜100、25〜90、25〜80、25〜70、25〜60、または25〜50nmの濃度で添加される。特定の実施形態では、PMAは1〜50nmの濃度で添加される。
特定の実施形態では、小分子は、0.1〜100、0.1〜90、0.1〜80、0.1〜70、0.1〜60、0.1〜50、0.1〜40、0.1〜30、0.1〜20、0.1〜10、1〜100、1〜90、1〜80、1〜70、1〜60、1〜50、1〜40、1〜30、1〜20、1〜10、10〜100、10〜90、10〜80、10〜70、10〜60、10〜50、15〜100、15〜90、15〜80、15〜70、15〜60、15〜50、20〜100、20〜90、20〜80、20〜70、20〜60、20〜50、25〜100、25〜90、25〜80、25〜70、25〜60、または25〜50ng/mlの濃度で添加される。
共培養
特定の実施形態では、第2のインキュベーションは、間葉系幹細胞(MSC)、マクロファージ、ミクログリア、造血前駆細胞、患者血清からのまたは患者腫瘍から抽出された循環腫瘍細胞および循環MSCからなる群から選択される細胞との共インキュベーションを更に含む。特定の実施形態では、第2のインキュベーションは、羊水MSC、脂肪MSC、M2マクロファージ、およびミクログリアからなる群から選択される細胞との共インキュベーションを更に含む。
本明細書で使用される用語「間葉系幹細胞」または「MSC」は、複数の間葉系細胞系列中で分化した細胞、詳細には骨芽細胞、脂肪細胞、筋原細胞、および軟骨芽細胞を生じることが可能な細胞を指す。一般的に、間葉系幹細胞は以下の特性:分裂後の2個の娘細胞が異なる表現型を有しうる非同期的または対称的複製を行う能力;大きな自己複製能力;および、間葉系幹細胞、例えば骨髄の非造血細胞が存在する組織のクローン再生、の1つ以上も有する。MSCは、骨髄、脂肪組織、胎盤の羊膜および絨毛膜、歯髄、ならびに臍帯を含む、複数の組織に由来しうる。特定の実施形態では、MSCは、分化がん細胞に対して自家である。特定の実施形態では、MSCは、分化がん細胞に対して同種である。
造血前駆細胞は、細胞表面でのCD34の発現によって特徴付けられる。こうした細胞は循環血液から抽出できる。これらの細胞は、造血細胞系列のいずれの細胞にも分化する能力を有している。特定の実施形態では、造血前駆細胞は、分化がん細胞に対して自家である。特定の実施形態では、造血前駆細胞は、分化がん細胞に対して同種である。
本明細書で使用される「M2マクロファージ」は、サイトカインおよび他の因子(オルニチンなど)の放出により局所炎症を低減し、組織修復を促す抗炎症性マクロファージを指す。特定の実施形態では、M2マクロファージは腫瘍関連マクロファージである。特定の実施形態では、マクロファージは、分化がん細胞に対して自家である。特定の実施形態では、マクロファージは、分化がん細胞に対して同種である。
特定の実施形態では、ミクログリアは脳腫瘍からの分化がん細胞と共培養される。特定の実施形態では、ミクログリアは、分化がん細胞に対して自家である。特定の実施形態では、ミクログリアは、分化がん細胞に対して同種である。
本明細書に述べられる共培養細胞はいずれもパラクリン因子を分泌することが知られている。特定の実施形態では、第2の培地は、上に述べた細胞からの条件培地またはエクソソームが更に添加される。特定の実施形態では、第2の培地は、ヒト線維芽細胞、羊水MSC、脂肪MSC、もしくはミクログリアからの条件培地またはエクソソームが更に添加される。
本明細書で使用される用語「条件培地」は、その中で細胞が予め一定期間増殖された培地を指す。この培地は、これらに限定されるものではないが、培地中に溶解した酵素、増殖因子、サイトカインおよびホルモンを含む分泌因子を有するが、それらは条件培地を新しい細胞に移すことによって移行できる。当業者は条件培地の調製に精通しており、培地を調整するためのインキュベーション時間は、培地中で増殖する細胞の種類および培地内の細胞の濃度に応じて1〜5日間の範囲でありうる。
本明細書で使用される用語「エクソソーム」は、粒径50〜100nmを有するエンドサイトーシスにより生じる小さな細胞外小胞を指す。エクソソームは、microRNA(miRNA)、長鎖ノンコーディングRNA(lncRNA)、mRNA、DNAフラグメント、およびタンパク質を含有でき、これらはドナーからレシピエント細胞へと運搬される。エクソソームは、それらががん細胞間の発がん性タンパク質の移行を媒介することが示されているので、腫瘍微小環境での情報の交換に重要な役割を担っていると考えられる。一方で、エクソソームは、抗腫瘍反応を引き起こすように免疫系をプログラムすることも示されている。
異所性RNAおよびタンパク質発現
特定の実施形態では、本発明の方法は、miR−23a、miR−99b、miR−335、miR−339、miR−541、miR−3133、miR−32、miR−99b、miR−320、miR−182、miR−21、miR−138、miR−29a、miR−494、miR−335、miR−214、miR−199、miR−193、miR−196、miR−487、miR−409、miR−193、miR−379、miR−27、miR−193、miR−23、miR−24、miR−299、miR−431、およびmiR−154、および/またはLin−28からなる群から選択される少なくとも1種のmicroRNA(miRNA)を分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む。
本明細書で使用される用語「microRNA」または「miRNA」は、18〜25個のヌクレオチドを含み(通常は20〜23個、最も一般的には22個)、少なくとも1つの標的mRNAに結合してそのRNAからのタンパク質発現を阻害する、低分子ノンコーディングRNA分子を指す。miRは当業者に周知であり、しばしば多くのmRNAを標的とするが特定のmiRのすべての標的はまだ分かっていない。特定の実施形態では、miRは、mRNAによって生成されるタンパク質を少なくとも20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、または99%低減させる。それぞれの可能性は、本発明の異なる実施形態を示す。
本明細書で使用される用語「発現」または「発現する」は、遺伝子産物またはノンコーディングRNAの転写および/または翻訳を含む、遺伝子産物またはノンコーディングRNAの生合成を指す。したがって、核酸分子の発現は、核酸フラグメントの転写(例えばmRNAまたは他の機能性RNAを生じる転写)および/またはRNAの前駆または成熟タンパク質(ポリペプチド)への翻訳を指す場合もある。
細胞内での遺伝子または核酸の発現は当業者に周知である。それは、多くの方法のなかでも特に、トランスフェクション、ウイルス感染、または細胞のゲノムの直接的な変更によって行うことができる。特定の実施形態では、遺伝子またはRNAは、プラスミドまたはウイルスベクターなどの発現ベクター中に存在する。
特定の実施形態では、RNA分子(すなわちmiR)は、ベクターに組み込まれることなく、細胞内にトランスフェクト、ヌクレオフェクトまたは他の形で導入される。特定の実施形態では、miRは一本鎖である。特定の実施形態では、miRはRNA二本鎖である。特定の実施形態では、miRはベクター中にある。
ベクターの核酸配列は一般的に、少なくとも、細胞内で増殖するための複製開始点と、場合により、異種ポリペプチド配列、発現制御エレメント(例えばプロモーター、エンハンサー)、選択マーカー(例えば抗生物質耐性)、ポリアデニン配列などの、更なる要素を含む。
ベクターは、非ウイルスの方法によりまたはウイルス的手法によって導入されるDNAプラスミドであってよい。ウイルスベクターは、レトロウイルスベクター、ヘルペスウイルスベクター、アデノウイルスベクター、アデノ随伴ウイルスベクターまたはポックスウイルスベクターであってよい。プロモーターは、哺乳動物細胞中で活性であってよい。プロモーターは、ウイルスのプロモーターであってよい。
特定の実施形態では、遺伝子はプロモーターへ機能的に連結される。用語「機能的に連結された」は、目的のヌクレオチド配列が、1乃至複数の調節エレメントに、ヌクレオチド配列の発現を可能にするような形で連結されることを意味すると意図される(例えば、インビトロの転写/翻訳系で、またはベクターが宿主細胞内に導入される場合には宿主細胞で)。
特定の実施形態では、ベクターは細胞内に、エレクトロポレーション(例えば、From et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 82, 5824 (1985)に記載される)、ヒートショック、ウイルスベクターによる感染、小さなビーズもしくは粒子の基質内にまたはその表面上に核酸を有する小粒子による高速弾道貫通(Klein et al., Nature 327. 70−73 (1987))などを含む標準的な方法によって導入される。
本明細書で使用される用語「プロモーター」は、RNAポリメラーゼ、すなわちRNAポリメラーゼIIの開始部位の周囲にかたまって存在する一群の転写制御モジュールを指す。プロモーターは個別の機能的モジュールで構成され、それぞれ約7〜20bpのDNAからなり、かつ転写アクチベーターまたはリプレッサータンパク質に対する1以上の認識部位を有する。
特定の実施形態では、核酸配列は、RNAポリメラーゼII(RNAPIIおよびPol II)により転写される。RNAPIIは真核生物にみられる酵素である。RNAPIIは、DNAの転写を触媒してmRNAならびに多くのsnRNAおよびmicroRNAの前駆体を合成する。
特定の実施形態では、哺乳動物の発現ベクターとして、これらに限定されるものではないが、Invitrogen社より販売される、pcDNA3、pcDNA3.1(±)、pGL3、pZeoSV2(±)、pSecTag2、pDisplay、pEF/myc/cyto、pCMV/myc/cyto、pCR3.1、pSinRep5、DH26S、DHBB、pNMT1、pNMT41、pNMT81、Promega社より販売されるpCI、Strategene社より販売されるpMbac、pPbac、pBK−RSVおよびpBK−CMV、Clontech社より販売されるpTRES、ならびにそれらの誘導体が挙げられる。
特定の実施形態では、レトロウイルスなどの真核生物ウイルスからの調節エレメントを含む発現ベクターが、本発明で使用される。Sv40ウイルスは、pSVT7およびpMT2を含む。特定の実施形態では、ウシパピローマウイルス由来のベクターはpBV−1MTHAを含み、エプスタイン・バール・ウイルス由来のベクターはpHEBOおよびp2O5を含む。他の代表的なベクターとしては、pMSG、pAV009/A+、pMTO10/A+、pMAMneo−5、バキュロウイルスpDSVE、および、SV40初期プロモーター、SV40後期プロモーター、メタロチオネインプロモーター、マウス乳癌ウイルスプロモーター、ラウス肉腫ウイルスプロモーター、ポリヘドリンプロモーター、または真核細胞での発現に有効であることが示されている他のプロモーターの支配下でタンパク質の発現を可能にする他の任意のベクターが挙げられる。
特定の実施形態では、水平感染およびターゲティング特異性などの利点を有する組換えウイルスベクターが、インビボ発現に用いられる。一実施形態では、水平感染は例えばレトロウイルスの生活環に特有であり、それにより1個の感染細胞が、出芽して隣接細胞に感染する多数の子孫ビリオンを生じる過程である。一実施形態では、その結果、その大部分が最初のウイルス粒子によって初期には感染していなかった広い領域が速やかに感染される。一実施形態では、水平拡散できないウイルスベクターが作製される。一実施形態では、この特性は、所望の目的が特定の遺伝子を一定数の局在する標的細胞のみに導入することである場合、有用でありうる。
さまざまな方法を用いて本発明の発現ベクターを細胞内に導入できる。こうした方法は、Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Springs Harbor Laboratory, New York (1989, 1992), in Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley and Sons, Baltimore, Md. (1989), Chang et al., Somatic Gene Therapy, CRC Press, Ann Arbor, Mich. (1995), Vega et al., Gene Targeting, CRC Press, Ann Arbor Mich. (1995), Vectors: A Survey of Molecular Cloning Vectors and Their Uses, Butterworths, Boston Mass. (1988) および Gilboa et at. [Biotechniques 4 (6): 504−512, 1986]に一般的に記載されており、例えば、安定的または一過性トランスフェクション、リポフェクション、エレクトロポレーションおよび組換えウイルスベクターによる感染を含む。更に、ポジティブセレクション、ネガティブセレクション法については米国特許第5,464,764号、および同第5,487,992号を参照されたい。
一実施形態では、植物の発現ベクターが用いられる。一実施形態では、ポリペプチドコーディング配列の発現は多数のプロモーターによって誘導される。特定の実施形態では、CaMVの35S RNAおよび19S RNAプロモーターなどのウイルスプロモーター[Brisson et al., Nature 310:511−514 (1984)]、またはTMVに対するコートタンパク質プロモーター[Takamatsu et al., EMBO J. 6:307−311 (1987)]が用いられる。別の実施形態では、例えば、RUBISCOの小サブユニット[Coruzzi et al., EMBO J. 3:1671−1680 (1984); and Brogli et al., Science 224:838−843 (1984)]、またはヒートショックプロモーター、例えば、ダイズhsp17.5−Eもしくはhsp17.3−B[Gurley et al., Mol. Cell. Biol. 6:559−565 (1986)] などの植物プロモーターが用いられる。一実施形態では、コンストラクトはTiプラスミド、Riプラスミド、植物ウイルスベクター、直接DNA形質転換、マイクロインジェクション、エレクトロポレーションおよび当業者に周知の他の方法を用いて植物細胞中に導入される。例えば、Weissbach & Weissbach [Methods for Plant Molecular Biology, Academic Press, NY, Section VIII, pp 421−463 (1988)]を参照されたい。当該技術分野で周知である、昆虫および哺乳動物宿主細胞系などの他の発現系も、本発明により使用できる。
挿入されたコーディング配列(ポリペプチドをコードしたもの)の転写および翻訳に必要なエレメントを含む以外に、本発明の発現コンストラクトは、発現されるポリペプチドの安定性、産生、精製、収率または活性を最適化するように操作された配列を含んでよいことが認識されるであろう。
遺伝子は、上に述べた任意の適当な投与方法を用いて個人に投与される核酸コンストラクトから発現されてもよいことが、当業者に認識されるであろう(すなわちインビボ遺伝子治療)。一実施形態では、核酸コンストラクトは、適当な遺伝子送達ビヒクル/方法(トランスフェクション、トランスダクション、相同組換えなど)および必要に応じて発現系によって適当な細胞内に導入されその後、改変された細胞が培養中で増殖されて個人に戻される(すなわちエクスビボ遺伝子治療)。
特定の実施形態では、本発明の方法は、Lin−28、miR−182、およびmiR−21からなる群から選択される少なくとも1種のmiRまたはタンパク質を分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む。
特定の実施形態では、本発明の方法は、少なくとも1種のmiRにハイブリダイズされてこのmiRの機能を阻害する少なくとも1種のポリヌクレオチド阻害剤を分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含み、上記miRは、miR−139、miR−831、miR−4281、miR−1268、miR−3188、miR−135、miR−1228、miR−3141、miR−1207、miR−638、miR−760、miR−2861、miR−15、miR−933、miR−3155、miR−920、miR−4310、miR−1915、miR−26b、miR−664、miR−718、miR−3176、miR−1825、miR−3180、miR−363、miR−1231、miR−20b、miR−572、miR−504、miR−30a、miR−891、miR−9、miR−874、miR−1287、miR−532、miR−362、miR−181、miR−491、miR−1208、miR−330、miR−374、miR−769、miR−501、miR−128、miR−149、miR−505、miR−660、miR−1275、20a、miR−106、miR−636. miR−145、miR−124、miR−137からなる群から選択される。
本明細書で使用される用語「ポリヌクレオチド阻害剤」は、miRにハイブリダイズしmiRの機能を阻害する、すなわちその標的mRNAによるタンパク質生成を低減させるmiRの能力を阻害する、核酸分子を指す。miRのポリヌクレオチド阻害剤の非限定的な例としては、アンタゴmir、microRNAアゴmir、およびMISSION合成microRNA阻害剤が挙げられる。特定の実施形態では、ポリヌクレオチド阻害剤は、mRNAの翻訳のmiRによる抑制を少なくとも20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、または99%低減させる。それぞれの可能性は、本発明の異なる実施形態を示す。特定の実施形態では、本発明の方法は、miR−3180のポリヌクレオチド阻害剤を分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む。
特定の実施形態では、本発明の方法は、ZEB2NAT、UCA1、Zfhx2as、7SL、antiPeg11、およびH19からなる群から選択される長鎖ノンコーディングRNA(lncRNA)を分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む。
特定の実施形態では、RNA分子(すなわちlncR)は、ベクターに組み込まれることなく、細胞内にトランスフェクト、ヌクレオフェクトまたは他の形で導入される。特定の実施形態では、lncRは一本鎖である。特定の実施形態では、lncRはRNA二本鎖である。特定の実施形態では、lncRはベクター中にある。
特定の実施形態では、本発明の方法は、STAT3、NFKB、CEBP/B、SOX2、OCT4、WNT5A、LIF、COX2、RUNX2およびNANOGからなる群から選択される少なくとも1種のタンパク質を分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む。
特定の実施形態では、本発明の方法は、第2のインキュベーションのプレートを、SPARC、抗CD44抗体、RTVPおよびRTVP−1bからなる群から選択される分子でコーティングすることを更に含む。
異所性タンパク質発現は、当業者に周知である。特定の実施形態では、異所性タンパク質を、本発明の細胞がタンパク質と接触するように培地に添加する。特定の実施形態では、本発明の細胞は、タンパク質を培地から細胞内に輸送する。特定の実施形態では、異所性タンパク質発現は、細胞内のタンパク質をコードするmRNAの異所性発現を含む。特定の実施形態では、この発現は一過性である。特定の実施形態では、mRNAは、細胞ゲノムへのDNAの組み込みなどにより、安定に発現される。細胞内で遺伝子を異所的に発現させる方法については、上に述べた。
使用の方法
特定の実施形態では、CSCを維持するための本発明の方法は、作製されたCSCを健康な細胞、そのエクソソーム、またはそれらの組み合わせと共に培養することを更に含む。特定の実施形態では、CSCを維持することに用いられる本発明の方法は、作製されたCSCを健康な細胞、そのエクソソーム、またはそれらの組み合わせと共に培養することを更に含む。本明細書で使用される「健康な細胞」は、非がん性細胞を指す。特定の実施形態では、健康な細胞は、分化がん細胞と同じ原発組織由来である。
特定の実施形態では、CSCを維持するための本発明の方法は、作製されたCSCを、分化がん細胞および健康な細胞と共に培養することを更に含む。特定の実施形態では、CSCを維持することに用いられる本発明の方法は、作製されたCSCを健康な細胞、そのエクソソーム、またはそれらの組み合わせと共に培養することを更に含む。CSC、分化がん細胞、および健康な細胞の3次元である場合のこのような組み合わせは、本明細書ではオルガノイドと称する。かかるオルガノイドは、それらがいずれか1つの細胞型単独と比較してインビボ腫瘍をより正確に模倣することから、がん治療を試験するためのモデルとして有用である。
がん幹細胞/腫瘍スフェアの作製に加えて、本発明は、作製された細胞を、3Dスフェロイド培養中単独で、または腫瘍の微小環境を形成する細胞の組み合わせとともに増殖する方法も提供する。特定の実施形態では、これらの他の細胞は、内皮細胞、間質細胞、グリア細胞、ミクログリア細胞、および免疫細胞からなる群から選択されるか、またはこれらの細胞からのエクソソームもしくは条件培地から選択される。これは、より高い関連性での薬剤のスクリーニングを可能にする。特定の実施形態では、本発明は、複数のパラメータを共に、細胞運命、細胞死、幹細胞性、分化、間葉形質転換、およびシグナル伝達経路の活性化を同時に分析することを可能にする2重蛍光ルシフェラーゼレポーターを用いて生細胞中で分析する方法を提供する。
特定の実施形態では、本発明のCSCを免疫不全マウスに投与して異種移植片を作製する。がん異種移植片もまた、マウス中で完全に組み込まれた腫瘍が形成するので、がん治療を試験するうえで有用なモデルである。
本明細書で使用される用語「投与する」、「投与」および同様の用語は、有効な医療行為において、有効成分を含む組成物を、治療効果が得られるような形で対象者に投与する任意の方法を指す。本発明の主題の一態様は、それを必要とする患者への本発明の主題の組成物の治療上の有効量の経口投与を提供する。他の適当な投与経路としては、非経口、皮下、静脈内、筋肉内、または腹腔内投与が挙げられる。
特定の実施形態では、本発明の方法は、作製されたCSCの発現され分泌されるマーカーを分析することを更に含む。特定の実施形態では、分析されるCSCは培養物中のものである。特定の実施形態では、分析されるCSCは腫瘍スフェア中のものである。特定の実施形態では、分析されるCSCはオルガノイド中のものである。特定の実施形態では、分析されるCSCは異種移植片中のものである。
特定の実施形態では、発現され分泌されるマーカーは、タンパク質、特異的mRNA、lncRNAおよび他のノンコーディングRNAであってよい。特定の実施形態では、発現され分泌されるマーカーは、培地またはエクソソームまたはタンパク質の細胞外小胞から単離される。特定の実施形態では、発現され分泌されるマーカーは、疾患の存在および進行の分析のため、ならびに特定の治療に対する細胞の応答について用いられる。特定の実施形態では、分析は、異なる体液(血液、血清、血漿、尿、CSF、唾液)から循環バイオマーカーを単離するために後で行うことができる。特定の実施形態では、本方法は、疾患の進行、再発、および治療に対する応答を分析および予測するための非侵襲性の手技である。
別の態様によれば、抗がん治療を特定するための方法であって、本発明の方法のいずれかによってCSCを与えることと、目的の治療をCSCに適用することと、CSCに対する目的の治療の少なくとも1つの効果を決定すること、を含み、これにより抗がん治療を特定する、方法が提供される。
本明細書で使用される用語「目的の治療」は、がんを治療するもしくは改善することができる、または治療するもしくは改善すると予想される任意の治療または薬剤を指す。かかる治療または薬剤は、既知のがん治療であってよい。かかる治療または薬剤は、がんの治療効果があることが予想されるだけであってよい。かかる治療または薬剤は、異なる疾患または状態の治療に使用される治療薬であってよいが、がん治療における副次的な治療用途を有してもよい。
目的の治療または目的の治療薬としては、これらに限定されるものではないが、γ線照射、アビラテロン酢酸エステル、メトトレキサート、パクリタキセル・アルブミン安定化製剤、ABVC(ドキソルビシン塩酸塩、ブレオマイシン、ビンブラスチン硫酸塩、ダカルバジンの併用)、ABVE(ドキソルビシン塩酸塩、ブレオマイシン、ビンブラスチン硫酸塩、エトポシドの併用)、ABVE−PC(ドキソルビシン塩酸塩、ブレオマイシン、ビンブラスチン硫酸塩、エトポシド、プレドニゾン、シクロホスファミドの併用)、AC(ドキソルビシン塩酸塩、およびシクロホスファミドの併用)、AC−T(ドキソルビシン塩酸塩、シクロホスファミド、パクリタキセルの併用)、ブレンツキシマブベドチン、ADE(シタラビン、ダウノルビシン塩酸塩、エトポシドの組み合わせ)、アド−トラスツズマブ エムタンシン、ドキソルビシン塩酸塩、フルオロウラシル、アファチニブマレイン酸塩、エベロリムス、イミキモド、アルデスロイキン、アレムツズマブ、ペメトレキセド二ナトリウム、パロノセトロン塩酸塩、クロラムブシル、アミノレブリン酸、アナストロゾール、アプレピタント、パミドロン酸二ナトリウム、エキセメスタン、ネララビン、三酸化ヒ素、オファツムマブ、エルウィニア・クリサンテミ・アスパラギナーゼ、ベバシズマブ、アキシチニブ、アザシチジン、BEACOPP(ブレオマイシン、エトポシド、ドキソルビシン塩酸塩、シクロホスファミド、ビンクリスチン硫酸塩、プロカルバジン塩酸塩、プレドニゾンの併用)、カルムスチン、ベリノスタット、ベンダムスチン塩酸塩、BEP(ブレオマイシン、エトポシド、シスプラチンの併用)、ベバシズマブ、ベキサロテン、トシツモマブ、ヨウ素I131トシツモマブ、ビカルタミド、カルムスチン、ブレオマイシン、ボルテゾミブ、ボスチニブ、ブスルファン、カバジタキセル、カボザンチニブs−リンゴ酸塩、CAF(シクロホスファミド、ドキソルビシン塩酸塩、フルオロウラシルの併用)、イリノテカン塩酸塩、カペシタビン、CAPOX(カペシタビン、オキサリプラチンの併用)、カルボプラチン、カルボプラチン−タキソールの併用、カルフィルゾミブ、カルムスチンインプラント、ロムスチン、セリチニブ、ダウノルビシン塩酸塩、組換えHPV二価ワクチン、セツキシマブ、クロラムブシル、クロラムブシル−プレドニゾンの併用、CHOP (シクロホスファミド、ドキソルビシン塩酸塩、ビンクリスチン硫酸塩、プレドニゾンの併用)、シスプラチン、シクロホスファミド、クロファラビン、CMF(シクロホスファミド、メトトレキサート、フルオロウラシルの併用)、COPP(シクロホスファミド、ビンクリスチン硫酸塩、プロカルバジン塩酸塩、プレドニゾンの併用)、COPP−ABV(シクロホスファミド、ビンクリスチン硫酸塩、プロカルバジン塩酸塩、プレドニゾン、ドキソルビシン塩酸塩、ブレオマイシン、ビンブラスチン硫酸塩の併用)、ダクチノマイシン、クリゾチニブ、CVP(シクロホスファミド、ビンクリスチン硫酸塩、プレドニゾンの併用)、イフォスファミド、ラムシルマブ、シタラビン、シタラビンリポソーム、ダブラフェニブ、ダカルバジン、デシタビン、ダクチノマイシン、ダサチニブ、デガレリクス、デニロイキンジフチトクス、デノスマブ、デクスラゾキサン塩酸塩、ドセタキセル、ドキソルビシン塩酸塩リポソーム、フルオロウラシル、ラスブリカーゼ、エピルビシン塩酸塩、オキサリプラチン、エルトロンボパグオラミン、エンザルタミド、EPOCH(エトポシド、プレドニゾン、ビンクリスチン硫酸塩、シクロホスファミド、ドキソルビシン塩酸塩の併用)、エリブリンメシル酸塩、ビスモデギブ、エルロチニブ塩酸塩、エトポシドリン酸塩、エトポシド、エベロリムス、ラロキシフェン塩酸塩、トレミフェン、フルベストラント、FEC(フルオロウラシル、エピルビシン塩酸塩、シクロホスファミドの併用)、レトロゾール、フィルグラスチム、フルダラビンリン酸塩、フルオロウラシル、FOLFIRI(ロイコボリンカルシウム、フルオロウラシル、イリノテカン塩酸塩の併用)、FOLFIRI−ベバシズマブの併用、FOLFIRI−セツキシマブの併用、FOLFIRINOX(ロイコボリンカルシウム、フルオロウラシル、イリノテカン塩酸塩、オキサリプラチンの併用)、FOLFOX (ロイコボリンカルシウム、フルオロウラシル、オキサリプラチンの併用)、プララトレキサート、FU−LV (フルオロウラシル、ロイコボリンカルシウムの併用)、組換えHPV4価ワクチン、オビヌツズマブ、ゲフィチニブ、ゲムシタビン塩酸塩、ゲムシタビン−シスプラチンの併用、ゲムシタビン−オキサリプラチンの併用、ゲムツズマブ オゾガマイシン、イマチニブメシル酸塩、グルカルピダーゼ、ゴセレリン酢酸塩、トラスツズマブ、トポテカン塩酸塩、hyper−CVAD(シクロホスファミド、ビンクリスチン硫酸塩、ドキソルビシン塩酸塩、デキサメタゾンの併用)、イブリツモマブ・チウキセタン、イブルチニブ、ICE(イホスファミド、カルボプラチン、エトポシドの併用)、ポナチニブ塩酸塩、イダルビシン塩酸塩、イデラリシブ、イホスファミド、アキシチニブ、組換えインターフェロンα−2b、イピリムマブ、イリノテカン塩酸塩、ロミデプシン、イクサベピロン、ルキソリチニブリン酸塩、パリフェルミン、ペムブロリズマブ、ラパチニブトシル酸塩、レナリドミド、レトロゾール、ロイコボリンカルシウム、ロイプロリド酢酸塩、ビンクリスチン硫酸塩リポソーム、プロカルバジン塩酸塩、メクロレタミン塩酸塩、酢酸メゲストロール、トラメチニブ、メルカプトプリン、メスナ、テモゾロミド、マイトマイシンC、ミトキサントロン塩酸塩、MOPP(メクロレタミン塩酸塩、ビンクリスチン硫酸塩、プロカルバジン塩酸塩、プレドニゾンの併用)、プレリキサフォル、ビノレルビン酒石酸塩、ネララビン、ソラフェニブトシル酸塩、ニロチニブ、タモキシフェンクエン酸塩、ロミプロスチム、オビヌツズマブ、オファツムマブ、オマセタキシンメペスクシナート、ペグアスパラガーゼ、OEPA(ビンクリスチン硫酸塩、エトポシド、プレドニゾン、ドキソルビシン塩酸塩の併用)、OFF(オキサリプラチン、フルオロウラシル、ロイコボリンカルシウムの併用)、OPPA(ビンクリスチン硫酸塩、プロカルバジン塩酸塩、プレドニゾン、ドキソルビシン塩酸塩の併用)、パクリタキセル、PAD(ボルテゾミブ、ドキソルビシン塩酸塩、デキサメタゾンの併用)、パリフェルミン、パロノセトロン塩酸塩、パミドロン酸二ナトリウム、パニツムマブ、パゾパニブ塩酸塩、ペグインターフェロンα−2b、ペンブロリズマブ、ペメトレキセド二ナトリウム、ペルツズマブ、プレリキサフォル、ポマリドミド、ポナチニブ塩酸塩、プララトレキサート、プレドニゾン、プロカルバジン塩酸塩、シプリューセル−T、塩化ラジウム223、R−CHOP(リツキシマブ、シクロホスファミド、ドキソルビシン塩酸塩、ビンクリスチン硫酸塩、プレドニゾンの併用)、R−CVP(リツキシマブ、シクロホスファミド、ビンクリスチン硫酸塩、プレドニゾンの併用)、レゴラフェニブ(reforafenib)、リツキシマブ、ロミデプシン、ルキソリチニブリン酸塩、タルク、シルツキシマブ、シプリューセル−T、ソラフェニブトシル酸塩、STANFORD V(メクロレタミン塩酸塩、ドキソルビシン塩酸塩、ビンブラスチン硫酸塩、ビンクリスチン硫酸塩、ブレオマイシン、エトポシド、プレドニゾンの併用)、スニチニブリンゴ酸塩、サリドマイド、TAC(ドセタキセル、ドキソルビシン塩酸塩、シクロホスファミドの併用)、テモゾロミド、テムシロリムス、トポテカン塩酸塩、トレミフェン、TPF(ドセタキセル、シスプラチン、フルオロウラシルの併用)、トラメチニブ、トラスツズマブ、バンデタニブ、VAMP(ビンクリスチン硫酸塩、ドキソルビシン塩酸塩、メトトレキサート、プレドニゾンの併用)、VeIP(ビンブラスチン硫酸塩、イホスファミド、シスプラチンの併用)、ビンブラスチン硫酸塩、ベムラフェニブ、ビンクリスチン硫酸塩、ビンクリスチン硫酸塩リポソーム、ビノレルビン酒石酸塩、VIP(エトポシド、イホスファミド、シスプラチンの併用)、ビスモデギブ、ボリノスタット、XELOX(カペシタビン、オキサリプラチンの併用)、ziv−アフリベルセプト、ゾレドロン酸、またはこれらの組み合わせが挙げられる。
特定の実施形態では、目的の治療は、これらに限定されるものではないが、アデノ随伴ウイルスおよびアデノウイルス、レンチウイルス、または遺伝子発現を調節できる当該技術分野で周知の他の任意のウイルスベクターなどの、任意の適当な遺伝子治療も含む。目的の治療は、これらに限定されるものではないが、小分子、ペプチド、別用途(リパーパシング)薬剤、がん遺伝子siRNA、腫瘍サプレッサーの過剰発現、特定のlncRNAの過剰発現またはサイレンシング、変異体タンパク質のアレル特異的siRNA、アンタゴmiR、miRに結合するポリヌクレオチド阻害剤、腫瘍溶解性ウイルス、またはプロドラッグを用いる細胞治療も更に含む。
特定の実施形態では、目的の治療の少なくとも1つの効果は、CSCの生存率または転移能に対する負の効果である。特定の実施形態では、効果は、CSCの生存率の10%、20%、30%、40%、50%、60%、70% 80%、90%、95%、99%または100%の低下である。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。
特定の実施形態では、転移能は、マウスにおける足場非依存性コロニー形成(anchorage−independent colony formation)、遊走、浸潤、転移の形成の少なくとも1つを測定することにより決定される。特定の実施形態では、効果は、転移の可能性の測定される上記決定因子の少なくとも1つの10%、20%、30%、40%、50%、60%、70% 80%、90%、95%、99%または100%の低下である。
特定の実施形態では、CSCは、3D培養での薬剤スクリーニングのための方法で使用できる。これらの実施形態では、提案されるがん治療をCSCを含む3D培養に適用できる。CSCは、原発腫瘍試料、初代腫瘍培養、がん細胞株/ヌードマウスで増殖された細胞株、または動物モデルを樹立するためのこれらの培養のいずれかから誘導された異種移植片から得られる任意の適当なCSCであってよい。特定の実施形態では、目的の治療は、CSCと反応して、腫瘍スフェアのサイズを減少すること、間葉表現型を減少すること、幹細胞性を減少すること、アポトーシスを誘導するまたはオートファジーを誘導すること、細胞分化を誘導するまたは他の治療に対する高い応答性を誘導すること、細胞遊走および浸潤を減少すること、またはこれらの組み合わせを含むさまざまな効果を生じる。
特定の実施形態では、CSCは幹細胞レポーター遺伝子を発現する。かかるレポーター遺伝子、またはレポーターコンストラクトは、幹細胞特異的プロモーターと機能的に連結される異所性遺伝子である。かかるコンストラクトの例は当該技術分野で周知であり、その非限定的な例としては、CD44、CD133、Oct4、Sox2、またはMycプロモーターの制御下のGFPまたはRFPなどの蛍光遺伝子が挙げられる。かかるレポーターは、幹細胞のみをマークし、顕微鏡法またはFACSを含む(ただしこれらに限定されない)各種のアッセイによる幹細胞の観測を可能にする。特定の実施形態では、目的の治療の少なくとも1つの効果は、レポーター遺伝子の発現に対する負の効果である。特定の実施形態では、効果は、レポーター遺伝子の発現の10%、20%、30%、40%、50%、60%、70% 80%、90%、95%、99%または100%の低下である。
特定の実施形態では、本発明の方法は、腫瘍特異的な、薬剤応答に関連する腫瘍マーカーの特定のために用いることができる。細胞性および分泌性のルシフェラーゼおよび蛍光タグの複数のレポーターを有するCSCを作製することにより、さまざまな表現型、細胞応答、およびシグナル伝達経路の高スループットのスクリーニングを同時に行うことができる。特定の実施形態では、異なるがん治療に対する正および負の応答を決定するために、がん治療の適用後にCSC中の異なる細胞および分子機構を分析できる。特定の実施形態では、薬剤によって活性化されるシグナル伝達経路、すなわち薬剤耐性に寄与するシグナル伝達経路の特定のために、およびレスキュー機構を活性化する細胞を分析するためにCSCを用いることができる。特定の実施形態では、耐性細胞を選別し、蛍光レポーターおよびタグを用いて更に分析できる。特定の実施形態では、可能性のある治療を、再発腫瘍に対して、さらに腫瘍が再発する前に、または再発が生じた場合にいつでも治療が行えるように特定できる。更に、有効ながん治療の組み合わせを、どの組み合わせが腫瘍スフェアに影響するかにより、ならびに治療に対するその後の反応によって決定できる。
特定の実施形態では、本発明の方法は、二次がん治療を特定するためであり、ここで上記CSCは一次がん治療に対して耐性である。特定の実施形態では、本発明は、がん細胞におけるレスキュー機構を特定する方法も提供する。特定の実施形態では、本方法は、CSCの3D培養に目的の治療を適用することと、シグナル伝達経路の変化(活性化または阻害)またはタンパク質、遺伝子、およびノンコーディングRNAの発現の変化を検出することと、これらの変化に拮抗しかつレスキュー機構が機能し治療に対して細胞を耐性にすることを防止する適当ながん治療を決定すること、を含む。これは、この機構が、腫瘍再発の場合にまたは疾患の最小ステージの段階で標的とされることを可能にする。
特定の実施形態では、本発明の方法は、個別化がん治療を要する対象者に個別化がん治療を提供するためであり、ここでCSCは対象者からの分化がん細胞から作製されるか、または対象者のがんと同じもしくは同様の変異を有する細胞から作製される。特定の実施形態では、本発明の方法は、個別化がん治療を要する対象者に個別化がん治療を提供することにおいて使用するためであり、ここでCSCは対象者からの分化がん細胞から作製されるか、または対象者のがんと同じもしくは同様の変異を有する細胞から作製される。
特定の実施形態では、対象者からのがん細胞は原発腫瘍細胞、または対象者の血液、CSFもしくは他の体液からの循環腫瘍細胞である。特定の実施形態では、対象者からの原発腫瘍細胞は入手できず、CSCは対象者のがんと同じもしくは同様の変異を有する細胞から作製される。腫瘍の遺伝子解析は、当業者に周知である。同じまたは同様の変異を有するがんが入手できない特定の実施形態では、特定の細胞株のがん細胞を、同じまたは同様の変異を有するように変異させることができる。特定の実施形態では、同様の変異は、これらに限定されるものではないが、同じファミリーのタンパク質の変異、および同じ表現型(すなわち、遺伝子の過剰発現またはサイレンシング)を生じる変異を指す。
特定の実施形態では、腫瘍スフェアは、対象者から最近摘出されたものでなくとも、同じ変異を有する同じ腫瘍からの腫瘍細胞株から樹立されたものである。特定の実施形態では、個人から末梢血を採取して循環腫瘍細胞(CTC)から腫瘍スフェアを形成する。特定の実施形態では、腫瘍スフェアは、特定の変異を有する異なる初代培養細胞株から樹立でき、これらの患者についての薬剤スクリーニングのための「オン・ザ・シェルフ」培養として使用できる。特定の実施形態では、腫瘍細胞株のCSCへの脱分化によって、異なる腫瘍から、異なる変異を有する「オン・ザ・シェルフ」CSC様細胞を作製できる。特定の実施形態では、本発明の方法は、現在、抗がん剤スクリーニングで使用されている広く受け容れられたNIH細胞株で実施される。
特定の実施形態では、本発明の方法は、治療の適用後のCSCの発現され分泌されるマーカーを分析することを更に含む。特定の実施形態では、発現され分泌されるマーカーは、タンパク質、特異的mRNA、lncRNAおよび他のノンコーディングRNAであってよい。特定の実施形態では、発現され分泌されるマーカーは、培地またはエクソソームまたはタンパク質の細胞外小胞から単離される。
特定の実施形態では、発現され分泌されるマーカーは、疾患の存在および進行の分析のため、ならびに特定の治療に対する細胞の応答用に用いられる。特定の実施形態では、分析は、異なる体液(血液、血清、血漿、尿、CSF、唾液)から循環バイオマーカーを単離するために後で行うことができる。特定の実施形態では、本方法は、疾患の進行、再発および治療に対する応答を分析および予測するための非侵襲性の手技である。
特定の実施形態では、本発明の方法は、目的の治療を、対象者に個別化がん治療として処方することを更に含む。特定の実施形態では、本発明の方法は、上記対象者に上記目的の治療を投与することにより上記対象者を治療することを更に含む。特定の実施形態では、目的の治療は、CSCの生存率、転移能、またはレポーターコンストラクトの発現を低下させ、かつ個別化がん治療として対象者に処方される。特定の実施形態では、目的の治療は、CSCの生存率、転移能、またはレポーターコンストラクトの発現を低下させ、かつ個別化がん治療として対象者に投与される。
特定の実施形態では、対象者は、原発がんの治療後に再発がまだ生じていないか、または原発がんの治療後に再発が生じている。特定の実施形態では、対象者はがんの転移を有している。特定の実施形態では、対象者は一次治療後に再発を生じている。特定の実施形態では、対象者は一次治療後に再発を生じていない。
特定の実施形態では、本発明は、がん治療のスクリーニングを行うための個別化薬剤を提供する方法を提供する。目的の治療を、CSCまたは腫瘍スフェアを含む3D培養に適用できる。特定の実施形態では、CSCまたは腫瘍スフェアは、本発明の方法を個々の患者の生検からの細胞に適用することおよびそれを個々の患者のがんに特異的にがん治療を適合させるために3D培養(スフェロイドを単独で、または腫瘍微小環境を模倣できるそれぞれの腫瘍型に関連した細胞とともに)で用いることにより直接得ることができる。特定の実施形態では、本方法は、増殖および自己再生能の阻害によって腫瘍スフェアのサイズを減少させ、間葉表現型を減少させ、幹細胞性を減少させ、アポトーシスを誘導するもしくはオートファジーを誘導し、細胞分化を誘導するもしくは他の治療に対する高い応答を誘導することが具体的に示され、細胞遊走もしくは浸潤、またはこれらの組み合わせを減少する、治療を提供する。どのがん治療がCSCと反応して、増殖および自己再生能の阻害によって腫瘍スフェアのサイズを減少させ、間葉表現型を減少させ、幹細胞性を減少させ、アポトーシスを誘導するもしくはオートファジーを誘導し、細胞分化を誘導するもしくは他の治療に対する高い応答を誘導し、細胞遊走もしくは浸潤、またはこれらの組み合わせを減少するかを観察することによる。特定の実施形態では、治療はがんを罹患する個人に投与される。特定の実施形態では、治療は、がんを治療し、がんの転移を予防するために投与される。本発明の方法は、個人のCSCから作製された異種移植片を用いる動物モデルにおけるインビボで行うこともできる。
薬剤スクリーニングでCSCを使用することにいくつかの利点がある。CSCは腫瘍細胞の大半を生じる。CSCは親腫瘍の遺伝子異常を維持する。CSCは多数の増殖にわたって安定な表現型および遺伝子型を維持できる。CSCはヌードマウスで増殖させることができる。CSCは患者由来の異種移植片(PDX)を作製することによりインビボで分析できる。調べることができる治療の数に制限がない。特定の実施形態では、PDXは、腫瘍スフェアを含むオルガノイドと、同じ患者からの羊膜MSCもしくは循環MSCとの共培養を用いて作製できる。
特定の実施形態では、本発明の方法は、新規かつ別用途(リパーパシング)の薬剤をスクリーニングするため、遺伝子および細胞治療、ならびに遺伝子編集分析のためである。数多くの分析を生体および非生体アッセイの両方で行うことができる。特定の実施形態では、関連する細胞型の共培養を分析でき、かつ細胞・マトリックス相互作用を行うことができる。
特定の実施形態では、がんは、これらに限定されるものではないが、乳癌、卵巣癌、肺癌、頭頸部癌、結腸癌、直腸癌、膵臓癌、メラノーマ、脳腫瘍、前立腺癌、白血病、肉腫、甲状腺癌、非ホジキンリンパ腫、膀胱癌、グリオーマ、子宮内膜癌、および腎臓癌などの、任意の種類のがんである。特定の実施形態では、がんは、これらの原発腫瘍のいずれかからの転移である。
特定の実施形態では、本発明は、耐性細胞に対して有効であることが示されるスクリーニングで選択されたがん治療を適用することにより転移を治療する方法も提供する。特定の実施形態では、有効ながん治療は、スクリーニングにおいて、腫瘍スフェアのサイズを減少させ、間葉表現型を減少させ、幹細胞性を減少させ、アポトーシスを誘導するもしくはオートファジーを誘導し、細胞分化を誘導するもしくは他の治療に対する高い応答を誘導することが示され、細胞遊走もしくは浸潤、またはこれらの組み合わせを減少しなければならない。転移は原発腫瘍細胞とは異なる特性を有してよく、異なる治療に対するそれらの応答は異なりうる。特定の実施形態では、MSCまたは腫瘍スフェアは、本方法を行うために転移および原発腫瘍から作製される。
がんワクチン
別の態様によれば、がんワクチンを製造するための方法であって、本発明の方法のいずれかによりCSCを作製することと、樹状細胞(DC)をCSCからのライセート、エクソソーム、または細胞外小胞の少なくとも1つとインキュベートすることと、上記樹状細胞を収集すること、を含み、それによりがんワクチンを製造する、方法が提供される。特定の実施形態では、DCは、がんワクチンを要する対象者に対して自家または同種である。
本明細書で使用される用語「ワクチン」は、特定の疾患に対する免疫性を高めるか、または特定の疾患に対して免疫系を活性化する組成物を指す。本明細書で使用される用語「がんワクチン」は、がんに対する免疫性を高めるか、またはがん細胞に対して免疫系を活性化する組成物を指す。特定の実施形態では、がんワクチンは、免疫系を刺激してがんの細胞を攻撃するように適合される。
特定の実施形態では、CSCを腫瘍ワクチンの作製に用いることができる。CSCは分化腫瘍細胞を生じることができ、そのため幹細胞および分化腫瘍細胞の両方の無限のプールを与えることができる。特定の実施形態では、培養物中のこれらの細胞に由来するエクソソームおよび他の細胞外小胞を、循環バイオマーカーを予測するためおよび腫瘍ワクチンを作製するために用いることができる。
特定の実施形態では、本発明の方法は、がんワクチンを要する対象者にがんワクチンと医薬的に許容される担体または賦形剤とを含む組成物を投与することを更に含む。特定の実施形態では、組成物を投与することは、がんを発生するリスクを有する対象者においてがんを発生するリスクを低減する。特定の実施形態では、組成物を投与することは、がんを有する対象者においてがんを治療または改善する。特定の実施形態では、がんを発生するリスクを有する対象者において、がんを発生するリスクが、10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、99%低減される。それぞれの可能性は、本発明の別の実施形態を示す。
本発明は、樹状細胞(DC)(対象者または対象者とハプロタイプが一致しているもののいずれかからの)をがん幹細胞/腫瘍スフェアのライセートとインキュベートすることによる、およびそれによりがんワクチンを得る、がんワクチンを製造する方法も提供する。特定の実施形態では、ワクチンは、任意の適当な医薬的に許容される賦形剤を含むアジュバント設定で対象に投与することができる。
特定の実施形態では、CSCおよび腫瘍スフェア由来のエクソソームおよび他の細胞外小胞を、自家または同種(ハプロタイプ一致)の樹状細胞(DC)をCSCまたは腫瘍スフェア由来のエクソソームおよび他の細胞外小胞でパルスすることにより腫瘍ワクチンとして用いることができる。特定の実施形態では、エクソソームおよび他の細胞外小胞は、DCによって取り込まれ、DC中でCD11c、MHCIIおよびIL12を含むがこれらに限定されない分子の発現を誘導する。
医薬組成物
本明細書で使用される用語「担体」または「賦形剤」は、有効成分でない医薬組成物の任意の成分を指す。本明細書で使用される用語「医薬的に許容される担体」は、任意の種類の非毒性の、不活性な固体の、半固体の、液体の充填剤、希釈剤、封入材料、製剤助剤、または単純に生理食塩水などの、滅菌水性媒質を指す。医薬的に許容される担体として機能しうる材料のいくつかの例は、ラクトース、グルコース、およびスクロースなどの糖類、トウモロコシデンプンおよびバレイショデンプンなどのデンプン類、セルロースならびにカルボキシメチルセルロースナトリウム、エチルセルロースおよび酢酸セルロースなどのセルロース誘導体;トラガカント末;麦芽、ゼラチン、タルク;カカオバターおよび坐剤用ワックスなどの賦形剤;ピーナツ油、綿実油、サフラワー油、ごま油、オリーブ油、コーン油および大豆油などのオイル;プロピレングリコールなどのグリコール類、グリセリン、ソルビトール、マンニトールおよびポリエチレングリコールなどのポリオール類;オレイン酸エチルおよびラウリン酸エチルなどのエステル類;寒天;水酸化マグネシウムおよび水酸化アルミニウムなどの緩衝剤;アルギン酸;発熱物質非含有水;等張生理食塩水、リンゲル液;エチルアルコールおよびリン酸緩衝液、ならびに医薬製剤中で用いられる他の非毒性の適合物質である。本明細書において担体として機能しうる物質の非限定的な例としては、糖、デンプン、セルロースおよびその誘導体、トラガカント末、麦芽、ゼラチン、タルク、ステアリン酸、ステアリン酸マグネシウム、硫酸カルシウム、植物油、ポリオール、アルギン酸、発熱物質非含有水、等張生理食塩水、リン酸緩衝液、カカオバター(坐剤基剤)、乳化剤、ならびに他の医薬製剤中で用いられる他の非毒性の医薬的に適合した物質が挙げられる。湿潤剤およびラウリル硫酸ナトリウムなどの潤滑剤、ならびに着色剤、着香剤、賦形剤、安定化剤、酸化防止剤、および防腐剤も存在してよい。任意の非毒性で、不活性な、かつ有効な担体を用いて本明細書で想到される組成物を配合できる。この点に関して適当な医薬的に許容される担体、賦形剤、および希釈剤は当業者に周知であり、以下の文献、The Merck Index, Thirteenth Edition, Budavari et al., Eds., Merck & Co., Inc., Rahway, N.J.(2001); the CTFA (Cosmetic, Toiletry, and Fragrance Association) International Cosmetic Ingredient Dictionary and Handbook, Tenth Edition (2004); およびthe ’’Inactive Ingredient Guide,’’ U.S. Food and Drug Administration (FDA) Center for Drug Evaluation and Research (CDER) Office of Management, に記載されるものなどであり、これらの文献はいずれもその全容にわたって本明細書に援用される。本組成物において有用な、医薬的に許容される賦形剤、担体および希釈剤の例としては、蒸留水、生理食塩水、リンゲル液、デキストロース溶液、ハンクス液、およびDMSOが挙げられる。これらの更なる不活性成分、ならびに有効な配合および投与手順は、当該技術分野で周知であり、それぞれがその全容にわたって本明細書に援用されるGoodman and Gillman’s: The Pharmacological Bases of Therapeutics, 8th Ed., Gilman et al. Eds. Pergamon Press (1990); Remington’s Pharmaceutical Sciences, 18th Ed., Mack Publishing Co., Easton, Pa. (1990); および Remington: The Science and Practice of Pharmacy, 21st Ed., Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, Pa., (2005)などの標準的な教科書に記載される。本明細書に記載される組成物は、リポソーム、ISCOMS、徐放性粒子、および血清中のペプチドまたはポリペプチドの半減期を延ばす他のビヒクルなどの人工的に形成された構造体中に包含されてもよい。リポソームとしては、エマルジョン、フォーム、ミセル、不溶性単分子膜、液晶、リン脂質分散液、ラメラ層などが挙げられる。本明細書に記載されるペプチドと使用するためのリポソームは、一般的に中性および負に帯電したリン脂質とコレステロールなどのステロールとを含む標準的な小胞形成脂質から形成される。脂質の選択は、リポソームの粒径および血液中での安定性を考慮して決定される。リポソームを調製するためのさまざまな方法があり、例えば、Coligan, J. E. et al, Current Protocols in Protein Science, 1999, John Wiley & Sons, Inc., New Yorkに概説される。米国特許第4,235,871号、同第4,501,728号、同第4,837,028号、および同第5,019,369号も参照されたい。
担体は、全体で、約0.1重量%〜約99.99999重量%の本明細書に示される医薬組成物を含んでよい。
分子および細胞生化学における一般的手法は、Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd Ed. (Sambrook et al., HaRBor Laboratory Press 2001); Short Protocols in Molecular Biology, 4th Ed. (Ausubel et al. eds., John Wiley & Sons 1999); Protein Methods (Bollag et al., John Wiley & Sons 1996); Nonviral Vectors for Gene Therapy (Wagner et al. eds., Academic Press 1999); Viral Vectors (Kaplift & Loewy eds., Academic Press 1995); Immunology Methods Manual (I. Lefkovits ed., Academic Press 1997); およびCell and Tissue Culture: Laboratory Procedures in Biotechnology (Doyle & Griffiths, John Wiley & Sons 1998)などの標準的な教科書に見ることができる。
本発明を更に説明するのに先立って、本発明は記載される特定の実施形態に限定されないことが理解されるべきであり、本発明は無論のこと、幅広く異なりうる。本明細書で使用される用語は、あくまで特定の実施形態を説明するためのものであり、限定することを目的としたものではないことも理解されるべきであり、本発明の範囲は付属の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
値の範囲が与えられる場合、文脈上、そうでない旨が明らかに示されないかぎり、下限値の単位の1/10までの値、その範囲の上限値と下限値との間のそれぞれの間の値、およびその記載された範囲内の他のすべての記載された値または間の値は、本発明に包含されると理解されたい。これらのより狭い範囲の上限値および下限値は、そのより狭い範囲に独立して含まれてよく、記載される範囲内のすべての具体的に除外された範囲を除き、本発明にやはり包含される。記載される範囲が一方または両方の限界値を含む場合、これらの含まれる限界値の一方または両方を除外した範囲もまた、本発明に含まれる。
本明細書では、「約」なる語がその前に付された数値によって特定の範囲が示される。本明細書で用いる語「約」は、この語が付される数値そのものだけでなく、この語が付される数値に近い数値、またはおよそのその数値に対する文字どおりの支持を与えるためのものである。ある数値が具体的に記載される数値に近いかまたは概ねその数値であるかどうかを決定するうえで、その近い、または概ねの記載されていない数値は、それが示される文脈において、具体的に記載される数値と実質的に同等の値を与える数値でありうる。
別段の定義がなされないかぎり、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。
本明細書において、また付属の特許請求の範囲において使用される単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈によってそうでない旨が明確に示されないかぎり、複数の指示対象を含むことに留意されたい。したがって、例えば、「a polynucleotide」への言及は複数のそのようなポリヌクレオチドを含み、「the polypeptide」への言及は1以上のポリペプチドおよび当業者に周知のその同等物への言及を含む、などである。請求項は、あらゆる任意選択的な要素を除外するように起草される場合もあることにも留意されたい。この点、この記載は、請求項の要素の記載と併せて「〜だけの」、「〜のみ」などの除外的な語の使用に対する、または「否定による」限定の使用に対する先行詞としての役割を有するものである。
説明を分かりやすくする目的で別々の実施形態に関連して記載される本発明の特定の要素は、単一の実施形態として組み合わせて提供することもできる。その反対に、説明を簡単にする目的で単一の実施形態に関連して記載される本明細書の異なる要素は、個別に、または任意の適当な部分的組み合わせとして提供することもできる。発明に関する各実施形態のすべての組み合わせは本発明によって明確に包含されており、恰もあらゆる組み合わせが個々にかつ明示的に開示されているのと同様にして本明細書に開示される。更に、異なる実施形態およびそれらの要素の部分的な組み合わせのすべても、本発明によって明確に包含されており、恰もあらゆるそのような部分的な組み合わせが個々にかつ明示的に開示されているのと同様にして本明細書に開示される。
本発明の更なる目的、効果、および新規な特徴は、限定を目的としない以下の実施例を検討することで当業者には明らかとなろう。更に、上に述べ、以下の特許請求の範囲の項で特許請求される本発明の異なる実施形態および態様のそれぞれについて、以下の実施例で実験的な支持を与える。
実施例
一般的に、本明細書で使用する命名法および本発明で用いられる実験手順は、分子的、生化学的、微生物学的および組換えDNA技術を含む。かかる技術は文献で充分に説明される。例えば以下を参照されたい:’’Molecular Cloning: A laboratory Manual’’ Sambrook et al., (1989); ’’Current Protocols in Molecular Biology’’ Volumes I−III Ausubel, R. M., ed. (1994); Ausubel et al., ’’Current Protocols in Molecular Biology’’, John Wiley and Sons, Baltimore, Maryland (1989); Perbal, ’’A Practical Guide to Molecular Cloning’’, John Wiley & Sons, New York (1988); Watson et al., ’’Recombinant DNA’’, Scientific American Books, New York; Birren et al. (eds) ’’Genome Analysis: A Laboratory Manual Series’’, Vols. 1−4, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York (1998); 米国特許第4,666,828号、同第4,683,202号、同第4,801,531号、同第5,192,659号、および同第5,272,057号に記載される方法;’’Cell Biology: A Laboratory Handbook’’, Volumes I−III Cellis, J. E., ed. (1994); ’’Culture of Animal Cells − A Manual of Basic Technique’’ by Freshney, Wiley−Liss, N. Y. (1994), Third Edition; ’’Current Protocols in Immunology’’ Volumes I−III Coligan J. E., ed. (1994); (eds), ’’Basic and Clinical Immunology’’ (8th Edition), Appleton & Lange, Norwalk, CT (1994); Mishell and Shiigi (eds), ’’Selected Methods in Cellular Immunology’’, W. H. Freeman and Co., New York (1980); 利用可能なイムノアッセイは、特許文献および科学文献に広く記載される。例えば以下を参照されたい:米国特許第3,791,932号、同第3,839,153号、同第3,850,752号、同第3,850,578号、同第3,853,987号、同第3,867,517号、同第3,879,262号、同第3,901,654号、同第3,935,074号、同第3,984,533号、同第3,996,345号、同第4,034,074号、同第4,098,876号、同第4,879,219号、同第5,011,771号および同第5,281,521号;’’Oligonucleotide Synthesis’’ Gait, M. J., ed. (1984); ’’Nucleic Acid Hybridization’’ Hames, B. D., and Higgins S. J., eds. (1985); ’’Transcription and Translation’’ Hames, B. D., and Higgins S. J., eds. (1984); ’’Animal Cell Culture’’ Freshney, R. I., ed. (1986); ’’Immobilized Cells and Enzymes’’ IRL Press, (1986); ’’A Practical Guide to Molecular Cloning’’ Perbal, B., (1984) and ’’Methods in Enzymology’’ Vol. 1−317, Academic Press; ’’PCR Protocols: A Guide To Methods And Applications’’, Academic Press, San Diego, CA (1990); Marshak et al., ’’Strategies for Protein Purification and Characterization − A Laboratory Course Manual’’ CSHL Press (1996);これらの文献をいずれも援用する。他の一般的な参考文献は本文書全体を通じて示される。
実施例1 各種の腫瘍からのがん幹細胞の作製
天然の腫瘍細胞は、特定の条件下で幹細胞特性を獲得でき、その中に上皮/間葉転換(epithelial to mesenchymal transit)(EMT)と呼ばれるプロセスがある。腫瘍細胞は、下に述べるような様々な条件下で幹細胞様細胞へと能動的に「脱分化」もされうる。
スフェロイドを作製し、分化した腫瘍細胞にがん幹細胞表現型を獲得させる様々な方法が知られている。機械的なアプローチは、細胞反発性基材上に細胞を播くこと、回転式細胞培養容器またはスピナーフラスコ中で継続的に揺動しながら培養すること、および生物学的に不活性な3Dゲル中に捕捉することを含む。更に、ハンギングドロップ法を含む市販の培養システムがある。
更に、自然に存在するがん幹細胞(CSC)を腫瘍試料から分離し精製できる。これらの細胞は、低接着性プレートで増殖因子の添加を伴う培養で増殖させることができる。
CSCをインビトロで作製するため、初代培養分化がん細胞(初代培養グリオーマ細胞)およびがん細胞株(U87細胞)からの細胞を得た。グリオーマ細胞およびU87細胞をトリプシン処理し、10%FCS含有培地で3回洗った。細胞を次いでpH6.0にした培地中に再懸濁し、ローテータ−に載せて45〜90分インキュベートした。細胞をその後、EGFおよびFGFを添加した培地中でインキュベートした。細胞をこの2回目のインキュベーションの間、必要に応じて軽度の低酸素条件下(2〜3%酸素)に維持しその後細菌プレート上に播種した。
腫瘍スフェアが1週間以内にこれらのプレート上に形成し、それらをディッシュに付着した細胞から分離した。腫瘍スフェアをばらばらにし、細胞を限界希釈により再播種して二次スフェロイドを形成させた。二次腫瘍スフェアをその後、CSC特異的マーカー、自己再生能および親腫瘍を再現する腫瘍を形成する能力について特性評価した。
図1に見られるように、pH6で1時間インキュベートした後、酸素濃度3%で表皮増殖因子(EGF)、線維芽細胞増殖因子(FGF)、およびトランスフォーミング増殖因子(TGFB)を添加したDMEM/F12培地中で2回目のインキュベーションを行った細胞は、幹細胞マーカーSox2、Oct4およびKlf4の発現が上昇した二次腫瘍スフェアを形成した。2人の異なる対象者からの初代培養グリオーマ細胞を使用し、3群のCSCのすべてがコントロールの非処理細胞と比較して少なくとも3倍の発現上昇を示した(p<0.001)。
同様の処理を次いで、9種類の他のがん細胞株で繰り返した。脳、乳房、甲状腺、肺、および膵臓を含む、異なる組織からの細胞株を使用した。転移株および非転移株、ならびにp53陽性および陰性細胞株を使用した。すべての良好な細胞株が、二次腫瘍スフェアの形成によって示されるCSCを生じた(図2)。
実施例2 作製されたCSCはマウスで腫瘍を再現できる
新たに作製されたCSCが、自然に存在するCSCと同様に新しい腫瘍を形成できるかどうかを調べるため、2つの神経膠芽腫細胞株と2つの初代培養グリオーマ細胞の試料を上で述べたように処理してCSC二次腫瘍スフェアを作製した。各CSC培養物からの、および非処理細胞培養物からの200,000個の細胞をヌードマウスの頭蓋内に移植した。移植30日後に腫瘍体積を測定した(図3)。結果を、各非処理試料により形成された腫瘍のサイズを1に標準化して、示す。CSCを移植したマウスでコントロール細胞と比較して有意に大きな腫瘍が認められ(p<0.001)、U87細胞および初代培養試料の一方の両方で5倍よりも大きな腫瘍を生じた。
実施例3 CSCを作製するための更なる因子:サイトカイン
CSCを作製するための基本プロトコール(酸、EGF/FGF、および2回のスフェア形成)が成功したことを踏まえ、このプロトコールへのいくつかの改変を検討した。第一に、CD44、CD133、Oct4、Sox2、またはMycプロモーターの制御下でGFPまたはRFPなどの幹細胞レポーターコンストラクトで細胞をトランスフェクトまたは形質移入した後FACS選別を行うことがCSCの純度を高めるうえで有用であることが見出された(データは示さず)。第二に、EGFおよびFGFを含有する培地に添加された場合に、生じるCSCの数を増やすことによりまたは生じるCSCの幹細胞性を高めることにより、上記のプロトコールの効率を高める、さまざまな因子が見つかった。
7種類の異なるサイトカインを、第2のインキュベーション培地への添加物質として試験した。7種類(TGFB、TNFA、IL6、CTGF、SPARC、SDF1)のうちの6つが、基本プロトコールと比較して、得られるCSCの自己再生率を高めた(図4A)。6種類すべてが少なくとも40%、自己再生率を高めた。これらの同じ6種類は、Sox2の全発現量も少なくとも2倍高めた(図4B)。IL6は、それが自己再生率の60%よりも大きな増加、およびSox2の発現量の5倍よりも大きな増加を生じたため、最も効果的であるとわかった。いずれの場合も、基本プロトコールは依然として有効であったが、抗炎症性サイトカインIL10のみ効果が見られなかった。
実施例4 CSCを作製するための更なる因子:共培養
次に、第2のインキュベーションにおいて他の健康な非がん性細胞との共培養が基本プロトコールを改善するかどうか試験した。第2のインキュベーションを、羊膜または脂肪組織由来の間葉系幹細胞(MSC)、またはM2ミクログリア細胞の存在下で行った。3つの共培養すべては自己再生率を少なくとも40%高め、脂肪MSCが最も高い効果を有した(図5A)。MSCおよびマクロファージの両方がSox2の発現量を増大させることも見出され、脂肪MSCとの共培養はほぼ7倍の増大を生じた(図5B)。
更に、3つの神経膠芽腫多形分化細胞の試料を、単独で、ミクログリアとまたは羊膜MSCとともに培養した。3つの試料すべてで、共培養は、SOX2、OCT4、およびCD44 mRNAの発現量の有意な増加をもたらした(図5C)。
MSC、マクロファージ、およびミクログリアはいずれも、細胞をその微小環境下で支持する。更に、これらの細胞のすべては、隣接細胞に影響を及ぼす大きなセクレトームを有する。第2のインキュベーション工程を行うこと、または初代腫瘍スフェアもしくは二次腫瘍スフェアを0.4ミクロンのフィルターおよびこれらの異なる支持細胞を含むトランスウェル中で増殖させることも、基本プロトコールの有効性を高めるのに成功した(データは示さず)。このことは、エクソソームおよび他の分泌因子が、脱分化を促進するうえで重要であることを示唆する。更に、最初の分化がん細胞に対して自家であるCD34+造血前駆細胞、循環腫瘍細胞、腫瘍関連線維芽細胞およびMSCなどの他の幹細胞も、共培養した場合に効果的であった。
実施例5 CSCを作製するための更なる因子:小分子
いくつかの小分子を第2のインキュベーションに添加し、脱分化を促進するそれらの効果について評価した。Rho関連プロテインキナーゼ(ROCK)阻害剤(Y−27632)、GSK3阻害剤(CHIR99021)、モノアミンオキシダーゼ阻害剤(トラニルシプロミン)、プロテインキナーゼC (PKC)活性化因子(PMA)、ソニックヘッジホッグ(SHH)阻害剤、ERK活性化因子(セラミドC6)ならびにいくつかのヒストン修飾酵素活性化剤および阻害剤(3−デアザネプラノシンA、5−アザ−2’−デオキシシチジン、4−フェニルブチラート)を試し、すべてが異なる程度に自己再生率を高めることが見出された(図6A)。バルプロ酸、ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤、およびインスリンも有効であることがわかった(データは示さず)。
PKCの活性化を更に調べ、PMA、PKCα、およびPKCεがいずれもSox2の発現量を高めることがわかった。興味深いことに、PKCαおよびPKCεはどちらもPMAより有効であった(図6B)。
実施例5 CSCを作製するための更なる因子:RNA
siRNAs、shRNA、およびmicroRNA(miR)などの低分子干渉RNAの、異所性発現またはこれらのRNAのポリヌクレオチド阻害剤の発現のいずれかによる操作も、CSCを作製するための基本プロトコールへの有効な追加的手段であった。分化した細胞内の以下のmiR: miR−23a、miR−99b、miR−335、miR−339、miR−541、miR−3133、miR−32、miR−99b、miR−320、miR−182、miR−21、miR−138、miR−29a、miR−494、miR−335、miR−214、miR−199、miR−193、miR−196、miR−487、miR−409、miR−193、miR−379、miR−27、miR−193、miR−23、miR−24、miR−299、miR−431、およびmiR−154の異所性発現または増大された発現は、幹細胞性に正の効果を有した。更に、分化した細胞内の以下のmiR:miR−139、miR−831、miR−4281、miR−1268、miR−3188、miR−135、miR−1228、miR−3141、miR−1207、miR−638、miR−760、miR−2861、miR−15、miR−933、miR−3155、miR−920、miR−4310、miR−1915、miR−26b、miR−664、miR−718、miR−3176、miR−1825、miR−3180、miR−363、miR−1231、miR−20b、miR−572、miR−504、miR−30a、miR−891、miR−9、miR−874、miR−1287、miR−532、miR−362、miR−181、miR−491、miR−1208、miR−330、miR−374、miR−769、miR−501、miR−128、miR−149、miR−505、miR−660、miR−1275、20a、miR−106、miR−636. miR−145、miR−124、miR−137のポリヌクレオチド阻害剤の発現も幹細胞性に正の効果を有した。図7Aおよび7Bは、基本プロトコールと比較して自己再生率(7A)およびSox2の発現量(7B)を高めた3種類の過剰発現miR(Lin−28、miR−182およびmiR−21)と1種類のポリヌクレオチド阻害剤(anti−miR−3180)を示す。
いくつかの長鎖ノンコーディングRNA(lncRNA)の発現も幹細胞性に対して正の効果を有した。分化した細胞中のZEB2NAT、UCA1、Zfhx2as、7SL、antiPeg11、およびH19の発現はいずれも基本プロトコールを改善した(データは示さず)。
実施例6 CSCを作製するための更なる因子:転写因子および分泌因子
最後に、幹細胞性またはがんの進行を促進することが知られているいくつかの転写因子および分泌因子を、第2のインキュベーション中に、または腫瘍スフェアの形成中に分化細胞中に導入した。これらの細胞中の、または細胞の培地中のSTAT3、NFKB、CEBP/B、SOX2、OCT4、NANOG、WNT5A、LIF、COX2、またはRUNX2の発現は、標準プロトコールによってもたらされる脱分化の効率および浸透度を高めるのに役立った。
更に、分化細胞をSPARC、抗CD44抗体、RTVP1、またはRTVP1bと接触させた。これは、上に列記した分子で組織培養プレートをコーティングすることにより行った。
実施例7 3D培養およびオルガノイドの作製
作製されたCSCを健康な細胞と共培養する実験は、腫瘍の微小環境のより正確な3Dモデルを確立するうえでの有用性を実証した。こうしたモデルは基本的には腫瘍オルガノイドであり、CSCをMSC、CSCの由来の組織からの健康な細胞、および腫瘍の分化細胞によって支持することにより、実際の微小環境を形成できる。こうしたオルガノイドは、高スループット薬剤スクリーニングのために、ならびに腫瘍内のシグナル伝達経路の分析および治療と関連するこれらの経路を変化させるうえで特に有用であった。
非がん性細胞の2D、3D培養およびオルガノイドも有用な薬剤スクリーニングモデルであった。神経幹細胞(NSC)、星状細胞、ミクログリア、オリゴデンドロサイトおよび分化したニューロンなどの健康な細胞は、hTERTのレンチウイルス発現によって不死化できる。これらの細胞は非発がん性であり、起源細胞の表現型および機能性を維持する。細胞を次に、MSC、グリア細胞、線維芽細胞および内皮細胞を含む、支持細胞のさまざまな組み合わせと共培養する。場合により、これらの細胞を、可溶性因子だけを移行させる0.4ミクロンのフィルターを備えたトランスウェルプレートで増殖させる。
これらの細胞を、疾患状態を模倣するために更に変異/編集できる。これは、希少疾病およびレット症候群、家族性ALS、パーキンソン病などのより一般的な神経疾患などの一遺伝子障害、または任意の他の単因子遺伝性疾患の研究に特に有用であった。疾患が一般に発現される既に分化した細胞を変異することにより、患者からのESCまたはiPSCを成熟ニューロン細胞に分化させる難点を回避できる。更に、ミクログリア細胞はESCまたはiPSCを用いて作製することが極めて困難である。
具体的な実施形態の上記の説明によって本発明の一般的な性質が詳らかに明らかとなるため、他者は現時点での知識を応用することで、これらの特定の実施形態を、不要な実験を行うことなく、また一般的概念から逸脱することなく、さまざまな用途に合わせて容易に改変および/または適合することが可能であり、したがって、かかる適合および改変は、開示される実施形態の均等物の意味および範囲内で理解されるはずであり、また、理解されることを意図している。本明細書で用いられる語句または用語は、説明を目的としたものであって限定を目的としたものではない点が理解されるべきである。さまざまな開示される機能を実行するための手段、材料、および工程は、発明から逸脱することなくさまざまな代替的形態を有しうる。
本発明をその具体的な実施形態との関連で説明したが、当業者にとって多くの代替例、改変例、および変更例が自明であるであろうことは明白である。したがって、付属の特許請求の範囲の趣旨および広義の範囲に含まれるそのような代替例、改変例、および変更例をすべて包含することが意図される。

Claims (38)

  1. がん幹細胞(CSC)を作製するための方法であって、
    a.分化がん細胞を与えることと、
    b.前記分化がん細胞をpH5〜6.5の第1の培地中でインキュベートすることと、
    c.前記分化がん細胞を上皮増殖因子(EGF)および線維芽細胞増殖因子(FGF)が添加された第2の培地中でインキュベートすること、
    を含み、
    それによりCSCを作製する、方法。
  2. 前記分化がん細胞が、対象者由来の原発性腫瘍細胞、がん細胞株の細胞、対象者の血液またはリンパ液由来の循環腫瘍細胞および培養物中で分化したがん細胞からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記第1の培地が、5.8〜6.2のpHを有する、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記第1の培地中でインキュベートすることが、15〜120分間行われる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記第2の培地が、IL−6、TGF−β、TNF−α、CTGF、SPARC、およびSDF1からなる群から選択される少なくとも1種のサイトカインを含む添加物質を更に添加される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記第2の培地が、TGF−βを更に添加される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記第2の培地でのインキュベーションが、間葉系幹細胞(MSC)、マクロファージ、ミクログリア、造血前駆細胞、および循環腫瘍細胞からなる群から選択される細胞との共インキュベーションを更に含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記第2の培地でのインキュベーションが、羊水MSC、脂肪MSC、M2マクロファージ、およびミクログリアからなる群から選択される細胞との共インキュベーションを更に含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記MSCが、前記分化がん細胞に対して自家である、請求項7または8に記載の方法。
  10. 前記第2の培地が、ヒト線維芽細胞、羊水MSC、脂肪MSCもしくはミクログリアからの条件培地またはエクソソームを更に添加される、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 前記第2の培地が、Rho関連プロテインキナーゼ(ROCK)阻害剤、GSK3阻害剤、ソニックヘッジホッグ(SHH)阻害剤、ERK活性化剤、モノアミンオキシダーゼ(MAO)阻害剤、プロテインキナーゼC(PKC) 活性化剤、ヒストン修飾酵素阻害剤、およびヒストン修飾酵素活性化剤からなる群から選択される少なくとも1種の小分子を更に添加される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 前記第2の培地が、Y−27632、CHIR99021、トラニルシプロミン、PMA、3−デアザネプラノシンA、5−アザ−2’−デオキシシチジン、4−フェニルブチレート、PKCα活性化剤、PKCε活性化剤、セラミドC6、バルプロ酸およびインスリンからなる群から選択される小分子を更に添加される、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 前記第2の培地が、Y−27632、CHIR99021、トラニルシプロミン、PMA、3−デアザネプラノシンA、5−アザ−2’−デオキシシチジン、4−フェニルブチレート、PKCα活性化剤およびPKCε活性化剤からなる群から選択される小分子を更に添加される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
  14. miR−23a、miR−99b、miR−335、miR−339、miR−541、miR−3133、miR−32、miR−99b、miR−320、miR−182、miR−21、miR−138、miR−29a、miR−494、miR−335、miR−214、miR−199、miR−193、miR−196、miR−487、miR−409、miR−193、miR−379、miR−27、miR−193、miR−23、miR−24、miR−299、miR−431、およびmiR−154からなる群から選択される少なくとも1種のmicroRNA(miRNA)を前記分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
  15. Lin−28、miR−182、およびmiR−21からなる群から選択される少なくとも1種のmiRまたはタンパク質を前記分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む、請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
  16. miR−34、miR−139、miR−831、miR−4281、miR−1268、miR−3188、miR−135、miR−1228、miR−3141、miR−1207、miR−638、miR−760、miR−2861、miR−15、miR−933、miR−3155、miR−920、miR−4310、miR−1915、miR−26b、miR−664、miR−718、miR−3176、miR−1825、miR−3180、miR−363、miR−1231、miR−20b、miR−572、miR−504、miR−30a、miR−891、miR−9、miR−874、miR−1287、miR−532、miR−362、miR−181、miR−491、miR−1208、miR−330、miR−374、miR−769、miR−501、miR−128、miR−149、miR−505、miR−660、miR−1275、20a、miR−106、miR−636. miR−145、miR−124、miR−137からなる群から選択される少なくとも1種のmiRにハイブリダイズされる少なくとも1種のポリヌクレオチド阻害剤を前記分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む、請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。
  17. miR−3180にハイブリダイズするポリヌクレオチド阻害剤を前記分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
  18. ZEB2NAT、UCA1、Zfhx2as、7SL、antiPeg11、およびH19からなる群から選択される長鎖ノンコーディングRNA(lncRNA)を前記分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む、請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法。
  19. Lin−28、STAT3、NFKB、CEBP/B、SOX2、OCT4、WNT5A、LIF、COX2、RUNX2およびNANOGからなる群から選択される少なくとも1種のタンパク質を前記分化がん細胞内で異所的に発現させることを更に含む、請求項1〜18のいずれか1項に記載の方法。
  20. 前記分化がん細胞に放射線照射することを更に含む、請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法。
  21. (ii)前記第2の培地中でインキュベートすることが、低酸素状態でインキュベートすることを更に含む、請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法。
  22. 前記低酸素状態が、2〜4%の酸素である、請求項21に記載の方法。
  23. d.前記分化がん細胞を非接着性プレートでインキュベートすることと初代スフェロイドを選択することとを更に含む、請求項1〜22のいずれか1項に記載の方法。
  24. 限界希釈で前記スフェロイドからの細胞を再播種して二次スフェロイドを形成することを更に含む、請求項23に記載の方法。
  25. 作製されたCSCを健康な細胞、それらのエクソソーム、またはそれらの組み合わせと共に培養することを更に含む、前記CSCを維持するための、請求項1〜24のいずれか1項に記載の方法。
  26. 前記健康な細胞が、前記分化がん細胞と同じ原発組織由来である、請求項25に記載の方法。
  27. 前記作製されたCSCの発現されおよび分泌されるマーカーを分析することを更に含む、請求項1〜26のいずれか1項に記載の方法。
  28. 抗がん治療を特定するための方法であって、
    a.請求項1〜27の方法のいずれか1つによって作製されたCSCを提供することと、
    b.前記CSCに目的の治療を適用することと、
    c.前記CSCに対する前記目的の治療の少なくとも1つの効果を決定すること、
    を含み、
    それにより抗がん治療を特定する、方法。
  29. 前記効果が、前記CSCの生存率または転移能に対する負の効果である、請求項28に記載の方法。
  30. 前記CSCが、幹細胞レポーター遺伝子を発現する、請求項28に記載の方法。
  31. 前記効果が、前記レポーター遺伝子の発現に対する負の効果である、請求項30に記載の方法。
  32. 前記治療を適用する前に前記CSCを免疫不全マウスに投与して異種移植片を作製することを更に含む、請求項28〜31のいずれか1項に記載の方法。
  33. 前記CSCが、前記対象者からの分化がん細胞からまたは前記対象者のがんと同じもしくは同様の変異を有する細胞から作製される、個別化がん治療を要する対象者に個別化がん治療を提供するための、請求項28〜31のいずれか1項に記載の方法。
  34. 前記対象者からの前記がん細胞が、原発腫瘍細胞または前記対象者の血液、CSFもしくは他の体液からの循環腫瘍細胞である、請求項33に記載の方法。
  35. 前記治療の適用後に前記CSCの発現されおよび分泌されるマーカーを分析することを更に含む、請求項28〜34のいずれか1項に記載の方法。
  36. がんワクチンを製造するための方法であって、
    a.請求項1〜27の方法のいずれかによってCSCを作製することと、
    b.樹状細胞を前記CSCからのライセート、エクソソームまたは細胞外小胞の少なくとも1つと共にインキュベートすることと、
    c.前記樹状細胞を収集すること、
    を含み、
    それによりがんワクチンを製造する、方法。
  37. 前記樹状細胞が、前記がんワクチンを要する対象者に対して自家または同種である、請求項36に記載の方法。
  38. 前記がんワクチンと医薬的に許容される担体または賦形剤とを含む組成物をがんワクチンを要する対象者に投与することを更に含む、請求項36または37に記載の方法。
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