JP2023001205A - 移植可能な軟骨組織およびその選択方法 - Google Patents
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Abstract
Description
有な構築物が産生される程度にまで3D細胞集合体における軟骨細胞の分化を誘導するには不十分であり、他方では、TGF-βなどの増殖因子の使用は、特にヒトにおける臨床使用に関して問題視されている。
あり、プロテオグリカンの割合は25~35%であり、非コラーゲンタンパク質および糖タンパク質の割合は15~20%である。II型コラーゲンは、天然の関節軟骨組織の全コラーゲン含有量のおおよそ90~95%を占める。
ドの選択方法であって、少なくとも1つの品質マーカーまたは同一性マーカーまたは純度マーカーが測定されることを特徴とする方法に関する。
CRTAC1/R>0.003
NRN1/R≧0.1
KAL1/R>1.0
EBF3/R≦0.4
ACAN/R≧0.29
さらに好ましい比は、
CRTAC1/R≧0.006、特に≧0.009および≧0.012
NRN1/R≧0.2、特に≧0.3および≧0.4
KAL1/R≧2.0、特に≧3.0および≧4.0
EBF3/R≦0.3、特に≦0.2および≦0.1
ACAN/R≧0.39、特に≧0.49および≧0.59
である。
本発明の精神および範囲は、添付する特許請求の範囲の中に存在するが、本願の出願時に特許請求の範囲として存在し、その一部は補正により削除された、以下の[予備的な特許請求の範囲]の中にも潜在する。この[予備的な特許請求の範囲]の記載事項は、本願明細書の開示に含まれるものとする。
[予備的な特許請求の範囲]
[予備請求項1]・・・
移植可能な軟骨組織の製造のための軟骨細胞の選択方法であって、KAL1、CRTAC1、NRN1またはEBF3のグループから選択される少なくとも1つの同一性マーカーまたは純度マーカーをin vitroで測定することを特徴とする、方法。
[予備請求項2]
移植可能な軟骨組織を製造するために、第1ステップにおいて、前記軟骨細胞を単層構造体で増殖させ、第2ステップにおいて、集合させてスフェロイドを形成させることを特徴とする、予備請求項1に記載の軟骨細胞の選択方法。
[予備請求項3]
前記軟骨細胞を集合させてスフェロイドを形成させ、それからスフェロイドを選ぶことを特徴とする、前記予備請求項1または2のいずれか1項に記載の軟骨細胞の選択方法。[予備請求項4]
前記同一性マーカーがKAL1、CRTAC1のグループから選ばれ、および/または前記純度マーカーがNRN1、EBF3のグループから選ばれることを特徴とする、予備請求項1~3のいずれか1項に記載の軟骨細胞の選択方法。
[予備請求項5]
i.)前記同一性マーカーKAL1を有する、単層培養物中の軟骨細胞をin vitroで測定し、および/またはii.)少なくとも1つの同一性マーカーCRTAC1を有する、スフェロイド中の軟骨細胞をin vitroで測定することを特徴とする、予備請求項1~4のいずれか1項に記載の軟骨細胞の選択方法。
[予備請求項6]
プロテオグリカン、特にアグリカンをin vitroでさらに測定することを特徴とする、予備請求項1~5のいずれか1項に記載の軟骨細胞の選択方法。
[予備請求項7]
本発明のマーカーを参照遺伝子と比較して測定することを特徴とする、予備請求項1~6のいずれか1項に記載の軟骨細胞の選択方法。
[予備請求項8]
CRTAC1/R>0.003
NRN1/R≧0.1
KAL1/R>1.0
EBF3/R≦0.4
ACAN/R≧0.29
のグループから選択される遺伝子発現の少なくとも1つの比を測定することを特徴とする、予備請求項7に記載の軟骨細胞の選択方法。
[予備請求項9]
CRTAC1/R≧0.006、特に≧0.009および≧0.012
NRN1/R≧0.2、特に≧0.3および≧0.4
KAL1/R≧2.0、特に≧3.0および≧4.0
EBF3/R≦0.3、特に≦0.2および≦0.1
ACAN/R≧0.39、v≧0.49および≧0.59
のグループから選択される遺伝子発現の少なくとも1つの比を測定することを特徴とする、予備請求項7に記載の軟骨細胞の選択方法。
[予備請求項10]
増殖後の単離軟骨細胞または得られたスフェロイドにおける総細胞数に対する滑膜細胞の割合が9%以下であり、特に5%以下であることを特徴とする、予備請求項1~9のいずれか1項に記載の軟骨細胞の選択方法。
[予備請求項11]
予備請求項1~10のいずれか1項に記載の方法によって得られる単離軟骨細胞。
[予備請求項12]
予備請求項1~10のいずれか1項に記載の方法によって得られる単離スフェロイド。[予備請求項13]
前記スフェロイドにおける総細胞数に対する滑膜細胞の割合が9%以下であることを特徴とする、予備請求項1~10のいずれか1項に記載の方法によって得られる単離スフェロイド。
[予備請求項14]
予備請求項10~13のいずれか1項に記載の軟骨細胞および/またはスフェロイド、または予備請求項1~9のいずれか1項に記載の方法によって得られる軟骨細胞および/またはスフェロイドを含む移植可能な軟骨組織。
[予備請求項15]
関節軟骨欠損の治療または自家軟骨細胞移植に使用するための、予備請求項14に記載の移植可能な軟骨組織。
実施例1:
軟骨生検材料および細胞培養物からの軟骨細胞の単離
軟骨特異的細胞
軟骨特異的細胞(軟骨細胞)は、コラゲナーゼ(350単位/ml)を用いる酵素消化によって軟骨生検材料から単離した。酵素消化は4~6時間続け、37℃で行った。軟骨生検材料は、膝関節の大腿骨顆部から採取した。酵素消化後、軟骨細胞を遠心分離し、洗浄し、計数して、細胞培養培地(アルファMEM/ハムF12培地1:1、1%グルタミン)および自家血清(10~15%ヒト血清)とともに組織培養フラスコに播種した。増殖のために、2次元拡大培養(単層)で、37℃で7~38日間、in vitroで細胞を培養した。3~6日毎に細胞培養培地を交換した。細胞培養物がコンフルエントになると、パパインを用いて細胞培養物を継代培養し、いくつかの培養フラスコに分けた。
実施例2:
a.)RNAの単離
スフェロイドの製造まで2次元拡大培養(単層)で軟骨細胞を培養し、次いで酵素溶液(パパイン)を用いて細胞培養フラスコの底部から、かつその細胞複合体から軟骨細胞を摘出した。同一性試験のために、細胞浮遊液から1×106個のこれらの軟骨細胞を摘出し、反応容器に移し、残りの細胞はその後のスフェロイドの製造に用いた。試験に関連する単層細胞は遠心分離除去し、その細胞ペレットを適切な溶解緩衝液(PeqGOLD、Peqlab社)に溶解し、ショック凍結し、RNAの単離まで-70℃で保存した。軟骨細胞スフェロイドのマーカー試験のために、2週間の培養時間後に、ウェルプレートから8個のスフェロイドを摘出し、PBSで洗浄し、適切な溶解緩衝液(PeqGOLD、Peqlab社)に溶解した。最善の細胞破壊のために、溶解緩衝液に入れたスフェロイドをシリンジおよびカニューレで吸引し排出することによって機械的にホモジナイズした。次いで溶解物を液体窒素中でショック凍結し、RNAの単離まで-70℃で保存した。
Kitを用いて軟骨細胞のスフェロイドおよび単層細胞から全RNAの抽出を行った。単離RNAはヌクレアーゼフリー水で溶出し、cDNA合成まで-70℃で保存した。RNAの単離後、製造業者の使用説明書に従って、分光光度計(NanoDrop、Thermo Scientific社)およびバイオアナライザ(Agilent社)によってRNAの量、品質および完全性を測定した。
b.)cDNA合成
製造業者の使用説明書に従って、Transcriptor First Strand cDNA Synthesis Kit(Roche社)によってcDNA合成を行った。各試料について、ランダムヘキサマープライマーを用いて80ngの全RNAを転写した。滅菌反応容器中に鋳型プライマー混合物を入れ、反応容量を20μlにした。鋳型プライマー混合物に、以下のさらなる成分をピペットで移した:トランスクリプターリバーストランスクリプターゼ反応緩衝液、プロテクターRNaseインヒビター、デオキシヌクレオチドミックス、トランスクリプターリバーストランスクリプターゼ。反応バッチを混合し、あわせて遠心分離し、次いでサーモサイクラー中でインキュベートした。次いで、逆転写されたcDNAをヌクレアーゼフリー水で最終濃度1ng/μlに希釈した。qPCR解析においてさらに使用するまで、-20℃で試料を保存した。
c.)qPCR
qPCR解析のために、384ウェルフォーマットのLightCYcler(登録商標)480インスツルメントII(Roche社)によるqPCT技術を用いた。プライマーをHPLC精製し、ヌクレアーゼフリー水に10μMの濃度に溶解した。試料は10μMの濃度で用いた。測定されるマーカーのために、プライマーと試料濃度と添加剤使用とに関する既定のqPCR反応条件を作成した。全試料に対して、特異的プライマーの反応条件に応じてマスターミックスを作成した。各標的遺伝子に特異的な8μlの反応混合物を、384ウェルプレートの対応するウェルにピペットで移し、次いで2μlのcDNA試料(1ng/μl)を加え、それによって各qPCR反応の全量を10μlにした。
480ソフトウェアを用いて解析した。用いた検出フォーマットは、以下のパラメータ:励起フィルター483nm、発光フィルター533nm、フィルターコンビネーションFAMでの、いわゆるMono Colour Hydrolysis sample/URL Sample Programであった。相対定量のためのソフトウェアモジュールを用いてqPCRデータを作成し解析した。様々な標的遺伝子の絶対qPCRデータ(CP値)は、Abs Quant/2nd Derivative Max法によって作成した。Cp値(クロッシングポイント値またはサイクル閾値)は、設定した蛍光シグナル閾値を超えるために必要なPCRサイクル数である。各サイクルの終わりに、72℃で蛍光シグナルの検出を行った。
設定された品質(本例においては同一性)の、単層培養で増殖された軟骨細胞による移植用軟骨組織の製造
軟骨欠損を有する治療対象の患者の健康な軟骨領域から硝子軟骨の生検材料を採取した。コラゲナーゼ溶液による軟骨組織の酵素消化によって、軟骨組織中の軟骨細胞を単離し、自家血清の存在下、最大集団倍加レベル(PDL)が10を超えないような細胞培養フラスコでの標準的な細胞培養条件(単層培養)で増殖し、移植可能な軟骨組織の製造のための十分な軟骨細胞を入手することができた。単層で増殖された軟骨細胞の一部は軟骨細胞の同一性を測定するために用い、残りの部分は移植可能な軟骨組織を製造するために用いた。単層培養物中の軟骨細胞の同一性マーカーは、軟骨細胞が軟骨細胞培養物中に含まれていることを示した。単層培養物中の軟骨細胞の同一性のために、単層中の培養した軟骨細胞の全RNAを従来の分子生物学技術によって単離し、逆転写酵素によってcDNAに転写した。少なくとも1つの参照遺伝子(上記、表2)および同一性マーカー「KAL1」の発現を従来のポリメラーゼ連鎖反応によって測定した。参照遺伝子の発現と「KAL1」の発現とを比較して、正規化された同一性マーカー「KAL1」の遺伝子発現値を得た。「KAL1」の発現は、移植可能な軟骨組織の製造のための十分な品質(同一性)の軟骨細胞が存在することを示した。
実施例4:
設定された品質(本例においては同一性)のスフェロイド培養物中の軟骨細胞による移植用軟骨組織の製造
移植可能な軟骨組織の製造のために、実施例3で単離され、単層で増殖された軟骨細胞を用いた。
骨組織を構築するのに適していた。品質(単層培養物における同一性)の不十分な軟骨組織は置換軟骨組織を構築するのには適しておらず、廃棄した。
実施例5:
設定された品質(本例においては純度)のスフェロイド培養物中の軟骨細胞による移植用軟骨組織の製造
移植可能な軟骨組織の製造のために、実施例3で単離され、単層で増殖された軟骨細胞を用いた。
実施例6:
スフェロイド培養物中の軟骨細胞と設定された細胞夾雑物とによる移植用軟骨組織の製造
移植可能な軟骨組織の製造のために、実施例3で単離され、単層で増殖された軟骨細胞を用いた。
骨組織を構築するのに適していた。不十分な品質(細胞夾雑物の含有量の増加)の軟骨組織は置換軟骨組織を構築するのには適しておらず、廃棄した。
実施例7:
設定された潜在能力のスフェロイド培養物中の軟骨細胞による移植用軟骨組織の製造
移植可能な軟骨組織の製造のために、実施例3で単離され、単層で増殖された軟骨細胞を用いた。
実施例8:
設定された品質の軟骨細胞による移植用軟骨組織の製造
移植可能な軟骨組織の製造のために、実施例3で単離され、単層で増殖された軟骨細胞を用いた。
実施例9:
20名の患者からの移植用軟骨組織に対するここでの実施例8に記載した手順を後ろ向き研究に用いた。ここでは、関節軟骨損傷の再生のための軟骨組織を用いた。置換軟骨組織を構築する移植軟骨組織の能力を、確立された軟骨修復スコア(KOOS‐膝外傷および変形性膝関節症転帰スコア:Roos EM&Lohmander LS,Health and Quality of Life Outcomes 2003,I:64)、すなわち治療の臨床的奏効に基づいて臨床的に評価した。この目的のために、移植用軟骨組織による治療の前に患者質問票によって各患者のKOOSを決定した(基準値)。移植用軟骨組織による治療の1年後に、患者質問票によって再度各患者のKOOSを決定した(1年後の経過観察値)。この治療の臨床的奏効または治療奏効は、1年後の経過観察値と基準値との差(KOOSΔ)が少なくとも8ポイントであった場合に確定された(Roos EM&Lohmander LS,Health and Quality of Life Outcomes 2003,I:64)。1年後の経過観察値と基準値との差(KOOSΔ)が8ポイント未満であった場合、治療の結果としての臨床的改善は見られなかった。すなわち治療は不成功に終わったと見なした。
Claims (12)
- 移植可能な軟骨組織の製造のための軟骨細胞の選択方法であって、KAL1、CRTAC1のグループから選ばれる同一性マーカー、およびNRN1、EBF3のグループから選ばれる純度マーカーがin vitroで測定され、プロテオグリカン、特にアグリカンがin vitroでさらに測定されることを特徴とする、方法。
- 移植可能な軟骨組織を製造するために、第1ステップにおいて、前記軟骨細胞を単層培養物で増殖させ、第2ステップにおいて、集合させてスフェロイドを形成させることを特徴とする、請求項1に記載の軟骨細胞の選択方法。
- 前記軟骨細胞を集合させてスフェロイドを形成させ、それからスフェロイドを選ぶことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の軟骨細胞の選択方法。
- i.)前記同一性マーカーKAL1を有する、単層培養物中の軟骨細胞をin vitroで測定し、および/またはii.)少なくとも1つの同一性マーカーCRTAC1を有する、スフェロイド中の軟骨細胞をin vitroで測定することを特徴とする、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の軟骨細胞の選択方法。
- 本発明のマーカーを参照遺伝子と比較して測定することを特徴とする、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の軟骨細胞の選択方法。
- CRTAC1/R>0.003
NRN1/R≧0.1
KAL1/R>1.0
EBF3/R≦0.4
ACAN/R≧0.29
のグループから選択される遺伝子発現の少なくとも1つの比を測定することを特徴とする、請求項5に記載の軟骨細胞の選択方法。 - CRTAC1/R≧0.006、特に≧0.009および≧0.012
NRN1/R≧0.2、特に≧0.3および≧0.4
KAL1/R≧2.0、特に≧3.0および≧4.0
EBF3/R≦0.3、特に≦0.2および≦0.1
ACAN/R≧0.39、特にv≧0.49および≧0.59
のグループから選択される遺伝子発現の少なくとも1つの比を測定することを特徴とする、請求項5に記載の軟骨細胞の選択方法。 - 増殖後の単離軟骨細胞または得られたスフェロイドにおける総細胞数に対する滑膜細胞の割合が9%以下であり、特に5%以下であることを特徴とする、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の軟骨細胞の選択方法。
- 請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の方法によって単離スフェロイドを得る方法。
- 前記スフェロイドにおける総細胞数に対する滑膜細胞の割合が9%以下であることを特徴とする、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の方法によって単離スフェロイドを得る方法。
- 請求項10に記載の方法によってスフェロイドを含む移植可能な軟骨組織を得る方法。
- 移植可能な軟骨組織を関節軟骨欠損の治療または自家軟骨細胞移植に使用する、請求項11に記載の方法。
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