JP2023017932A - ポリドーパミンおよび抗体でコーティングされた医療機器 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国仮出願第62/485
,223号(2017年4月13日出願)および第62/645,606号(2018年
3月20日出願)の優先権を主張する。
器に関する。
野における研究の活発な領域は、血管内機器用の生物活性コーティングの開発である。こ
れらの機器(冠動脈ステント、血管グラフトなど)は、著しく高い死亡率および罹患率を
引き起こすことが知られている、冠動脈疾患(CAD)および末梢動脈疾患(PAD)を
治療するために使用される1。危険因子の修正および新規な薬物療法の導入などの治療の
進歩により、アテローム性血管疾患の発生率が著しく低下し、その予後が改善されたが、
血管内ステント留置による外科的血管バイパスグラフティングおよび経皮経管冠動脈形成
術(PTCA)は、北米で年間行われている最も一般的な手順の中に位置し続けている2
。これらの血行再建術は、日常的に使用されているが、残念ながら、ステント埋め込みの
長期的な成功は、治療部位での再狭窄と遅発性ステント血栓症によって限定されている一
方、PADの治療に使用される合成グラフトの短期および中期の成功は、それらの血栓形
成性によって限定されている。
ニチノール、コバルト-クロム(CoCr)合金、白金-イリジウム、ポリマーなど)で
作られた円筒状のメッシュである。内膜過形成と称されるプロセスにおけるステント埋め
込み後の管腔増大の減少である再狭窄は、介入医が直面する最も重要な問題の1つのまま
である。血管壁中への局所的な細胞毒性化合物の放出を通して早期の再狭窄を減少させる
ように設計された薬剤溶出ステントは、遅発性血栓症および遅発性再狭窄などの合併症を
もたらすことが見出された。薬剤溶出ステントは、再狭窄の原因である平滑筋細胞(SM
C)の増殖を阻害するだけでなく、治癒に重大なプロセスである、ステントを覆うコンフ
ルエントな内皮細胞(EC)層の形成も阻害することがすぐに認識された。
導管になった。大口径の血管グラフトの高流量は、最小限の補助的薬物療法のみでの85
~95%の長期(>10年)の開存率を提供する3。しかしながら、小口径の人工血管プ
ロテーゼ(<5mm)の開発の成功は、主にePTFEの高い血栓形成性によって引き起
こされる開存性の短縮のため、引き続き課題となっている。これは、このインターフェー
スでのECの接触阻害の欠如によってさらに永続化され、EC過形成につながる可能性が
ある4。合成グラフトのヒトにおける完全な内皮化の失敗は、動脈再建の失敗の一般的な
原因である筋内膜過形成の発生に最終的に寄与する、グラフトの表面での連続性の血栓炎
症事象をもたらす5~7。実際、小口径の大腿膝窩グラフトの50%未満が埋め込み後5
年で開存性のままである8。
ントなEC被覆が他の哺乳動物種では一般的である9。補綴グラフト上に確立された内皮
細胞の供給源は、毛細血管浸潤から、または隣接する動脈の端からの内方増殖によると考
えられていた10。しかしながら、このパラダイムは、最近疑問視されている。ヒトに埋
め込まれた高多孔性ePTFEグラフトでは、毛細血管内方増殖は、グラフトの外側から
管腔までの距離の半分を超えることはめったにないことが示されている11。むしろ、ヒ
トにおける補綴埋め込み物のまばらな内皮細胞の裏打ちの主な供給源は、「フォールアウ
トヒーリング」と名付けられたプロセスを通じ、循環血液からであり得ることが示されて
いる12。Shi et alによるその後の研究では、フォールアウトECは、骨髄由
来であり13、14、血液中で循環内皮前駆細胞(EPC)であることがさらに実証され
た。
および血小板活性化/阻害などの動的プロセスを制御することにより、血管ホメオスタシ
スを維持する。この活性器官の形成は、ステント埋め込み後の血管においておよび挿入補
綴グラフトにおいて好ましい生物学的特性を提供し得る。ECは、サイトカイン放出を阻
害することによりSMCの増殖を妨害し、ステント表面および補綴グラフト材料を不動態
化し、血栓症を予防する15~17。埋め込まれた血管機器上のコンフルエントな内皮裏
打ちの重要性の認識は、それらの長期開存性を改善するための手段としてのECを有する
血管ステントおよびグラフトのシーディングの研究を促した。Herringが1978
年に最初にECシーディングを導入して以来、多くのグループがこの技術の発展に貢献し
てきたが、どのグループの成功も限定的であった18~60。自己ECが組織の最良の供
給源を提供することが一般的に合意されているが、しかしながら、自己ECの限定された
入手可能性ならびにシーディングおよび埋め込みの退屈なプロセスは、プロテーゼの表面
上の細胞の予測可能なコンフルエントな単層の達成の失敗と相まって、手に負えない問題
であった。さらに、静脈床、動脈床、微小血管床、大血管床の構造と生化学的環境は、す
べて独特である。したがって、あるベッドから別のベッドへのECの配置は、細胞パフォ
ーマンスの機能不全をもたらし得る。材料の再内皮化のための最良の手法は、プロテーゼ
へのEPCの誘引を加速することにより、フォールアウトヒーリングのプロセスを促進す
るであろう61。245μm2の平均EC面積に基づいて、4100細胞/mm2の密度
でEPCを捕獲することは、材料表面の完全な被覆を提供し、これは、血管プロテーゼの
効果的な内皮化につながる62。
のステントは、マウスモノクローナル抗ヒトCD34抗体が埋め込まれたポリマーデキス
トランコーティングを利用して、EPCを捕獲し、天然の内皮化プロセスを強化する。デ
キストランコーティング技術は、CD34+細胞捕獲に効果的であることが証明されてい
る。我々のデキストランコーティングと同様に、特異的な細胞型の捕獲のための他の抗体
固定化戦略は、ある程度成功している。残念ながら、それらもしばしば限られた範囲の基
材に特異的であり、生物活性の喪失を被り、労働集約的化学を必要とする。この研究では
、我々は、広範囲の基材に効果的に適用され得る生物学的に活性な分子の固定化のための
普遍的な方法を開発することを目的とする。
心腔から別の心腔への一方向の血流を保証する。天然の心臓または静脈弁は、様々な病理
学的原因で機能不全になる。いくつかの病態は、弁プロテーゼとの自然の弁の完全な外科
的置換を必要とする。人工心臓弁は、心臓弁膜症の患者の心臓に埋め込まれた機器である
。
、患者に決定的な治療法を提供しない。代わりに、弁置換を受ける患者の予後は、補綴弁
の血行動態、耐久性、および血栓形成性の影響を受ける。
体においていくつかの重要な役割を果たすカテコールアミンおよびフェネチルアミンファ
ミリーの有機化学物質である。ポリドーパミン(PDA)は、ドーパミン由来の合成ユー
メラニンポリマーである。ポリドーパミンは、多くの種類の表面にわずかに塩基性のpH
でドーパミンの酸化的自己重合を介して堆積し得る。しかしながら、形成の機構に関する
基本的な理解は、今なお欠如している。Lynge et al.,Polydopam
ine-a nature-inspired polymer coating fo
r biomedical science,Nanoscale,2011,3:49
16。
れに関して、アルカリ性pHに緩衝されたドーパミンの希釈水溶液への基材の単純な浸漬
が、基材上でのポリドーパミン膜の自発的堆積をもたらすという発見以来、下塗りとして
のポリドーパミンの使用は、大きな関心を集めている。Messersmith et
al(Science,2007,318,426-430)は、ポリドーパミンコーテ
ィングが、金属、金属酸化物、セラミックス、合成ポリマー、ならびに広範囲の他の親水
性および疎水性材料を含めた実質的にすべての型の基材表面上に形成することができるこ
とを実証した。ポリドーパミンコーティングは、表面への合成ポリマーまたは生体分子の
結合のためのプラットフォームとして使用されている。例えば、国際公開第2011/0
05258号は、親水性外層を提供するためのポリドーパミンコーティングへのアミン官
能化ポリエチレングリコール(PEG-NH2)の付着を開示している。
って、および/またはコーティングが基材の表面から剥離されることによって、基材から
除去され得る。したがって、コーティングの耐久性を増強するための1つの方法は、コー
ティングと基材の表面間の結合を強化することである。これは、とりわけ、コーティング
と表面間のより良い接着を達成するために、下塗りでコーティングされる表面を処理する
ことによって達成され得る。
ミンと、(ii)ポリエーテル誘導体と、(iii)抗体および/または抗体断片とを含
み、ポリドーパミンがポリエーテル誘導体に共有結合しており、ポリエーテル誘導体が抗
体および/または抗体断片に共有結合している、コーティングを有する医療機器を提供す
る。
に結合し得る。
ミンと、(ii)ポリエーテル誘導体と、(iii)抗体および/または抗体断片とを含
み、ポリドーパミンがポリエーテル誘導体に共有結合しており、ポリエーテル誘導体が抗
体および/または抗体断片に共有結合しており、抗体および/または抗体断片が内皮前駆
細胞または内皮細胞の細胞表面抗原に特異的に結合する、コーティングを有する医療機器
を提供する。
i)ポリエーテル誘導体と、(iii)抗体および/または抗体断片とを含み、ポリドー
パミンがポリエーテル誘導体に共有結合しており、ポリエーテル誘導体が抗体および/ま
たは抗体断片に共有結合しており、人工弁が人工心臓弁または人工静脈弁である、コーテ
ィングを有する人工弁も本開示に包含される。
LA-DR、VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3、Muc-18(CD1
46)、Thy-1、Thy-2、CD130、CD30、幹細胞抗原(Sca-1)、
幹細胞因子1(SCF/c-Kitリガンド)、Tie-1、Tie-2、VE-カドヘ
リン、P1H12、TEK、CD31、Ang-1、Ang-2、HAD-DR、CD4
5、CD105、CD14、フォンビルブランド因子(vWF)、およびE-セレクチン
を含む。
(PEG)誘導体、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリプロピレングリコール(
PPG)誘導体、またはそれらの組合せとすることができる。
00ダルトン、約200ダルトン~約1,000ダルトン、約200ダルトン~約350
ダルトンの範囲の平均分子量を有し得る。
ー、血管グラフト、合成グラフト、ペースメーカーリード、除細動器、卵円孔開存(PF
O)中隔閉鎖機器、血管クリップ、血管動脈瘤オクルーダー、血液透析グラフト、血液透
析カテーテル、房室シャント、大動脈瘤グラフト機器もしくはコンポーネント、人工静脈
弁、シャント、ワイヤ、センサ、縫合糸、血管吻合クリップ、留置静脈もしくは動脈カテ
ーテル、血管鞘、または薬物送達ポートとすることができる。
心臓弁または人工静脈弁とすることができる。
ポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ダクロン、ポリウレタン、ポリ
プロピレン、またはそれらの組合せもしくは誘導体などの生体適合性ポリマーとすること
ができる。
物質は、平滑筋細胞移動および/または増殖を阻害する。別の実施形態では、医薬物質は
、血管拡張剤である。
ロリムス、エベロリムス、タクロリムス、バイオリムス、バイオリムスA-9、またはそ
れらの組合せを含む。
きる。抗体および/または抗体断片は、ヒト化抗体もしくは抗体断片、またはキメラ抗体
もしくは抗体断片とすることができる。抗体および/または抗体断片は、Fab、F(a
b’)2、または単鎖Fv(scFv)を含み得る。
する。
ンビボで内皮前駆細胞および/または内皮細胞を捕獲し得る。
め込むステップを含む、血管疾患を治療または予防するための方法を提供する。
ることができる。
るメラニン、メラニン様ポリマー、メラニンの合成バージョン、または芳香族カテコール
ポリマー(例えば、ポリドーパミンまたはドーパミン類似体のポリマー)でコーティング
された医療機器または基材を提供する。ポリドーパミンコーティングおよびリガンドは、
有機ポリマー/オリゴマーなどのリンカーを介して結合していてもよい。本開示は、(i
)ポリドーパミン、(ii)有機ポリマー(例えば、ポリエチレングリコール(PEG)
などのポリエーテル誘導体、および本明細書に記載の他の有機ポリマー/オリゴマー)、
ならびに(iii)抗体および/または抗体断片でコーティングされた医療機器(例えば
、ステント、人工弁など)を提供する。ポリドーパミンは、有機ポリマー/オリゴマーに
共有結合していてもよく、有機ポリマー/オリゴマーは、抗体および/または抗体断片に
共有結合していてもよい。抗CD34抗体などの抗体および/または抗体断片は、内皮前
駆細胞(EPC)または内皮細胞の細胞表面抗原/分子に特異的に結合し得る。抗体およ
び/または抗体断片は、医療機器が対象に埋め込まれた場合に、インビボで内皮前駆細胞
および/または内皮細胞を捕獲し得る。医療機器は、医薬物質または治療薬も含み得る。
芳香族カテコールポリマー(例えば、ポリドーパミンまたはドーパミン類似体のポリマー
)、(ii)有機ポリマー(例えば、ポリエチレングリコール(PEG)などのポリエー
テル誘導体、および本明細書に記載の他の有機ポリマー/オリゴマー)、および(iii
)リガンド/生体分子(例えば、抗体および/または抗体断片)でコーティングされた医
療機器を提供する。メラニン、メラニン様ポリマー、合成バージョンのメラニン、または
芳香族カテコールポリマー(例えば、ポリドーパミンまたはドーパミン類似体のポリマー
)は、有機ポリマー/オリゴマーに共有結合していてもよく、有機ポリマー/オリゴマー
は、リガンド/生体分子(例えば、抗体および/または抗体断片)に共有結合していても
よい。リガンド/生体分子(例えば、抗体および/または抗体断片)は、内皮前駆細胞ま
たは内皮細胞の細胞表面抗原/分子に特異的に結合し得る。
囲のリガンド/生体分子への容易な化学的性質および広範な反応性を提供する。リガンド
/生体分子は、配向された様式でコーティングに結合していてもよい。コーティングは、
長期の化学的安定性も有する。
基性条件(例えば、わずかに塩基性の条件)下でのドーパミンの酸化的自己重合を介して
形成される。その後、ポリエチレングリコール(PEG)リンカーが適用され、これは、
一端でポリドーパミンコーティングと結合し、もう一端で抗体または抗体断片のFc断片
と結合する。
こで、抗体、抗体断片またはそれらの組合せは、内皮前駆細胞または内皮細胞の細胞表面
抗原に特異的に結合する。ある実施形態では、細胞表面抗原は、CD133、CD34、
CDw90、CD117、HLA-DR、VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR
-3、Muc-18(CD146)、Thy-1、Thy-2、CD130、CD30、
幹細胞抗原(Sca-1)、幹細胞因子1(SCF/c-Kitリガンド)、Tie-1
、Tie-2、VE-カドヘリン、P1H12、TEK、CD31、Ang-1、Ang
-2、HAD-DR、CD45、CD14、CD105、E-セレクチン、フォンビルブ
ランド因子(vWF)、またはそれらの組合せである。
み得る。リガンド(抗体および/または抗体断片など)は、内皮前駆細胞(EPC)など
の標的細胞上の抗原と相互作用して、内皮前駆細胞を機器の表面に固定化し、内皮を形成
し得る。
造を結合する分子とすることができる。例えば、リガンドは、抗体、抗体断片、ペプチド
などの小分子、細胞接着分子、基底膜成分、またはそれらの組合せとすることができる。
抗体を使用する実施形態では、抗体は、細胞の細胞膜上の細胞表面受容体などの特異的な
エピトープまたは構造を認識して結合する。リガンドはまた、脂肪酸、ペプチド、タンパ
ク質、核酸、サッカライドなどを含めた細胞成分などの様々な供給源に由来してもよく、
例えば、前駆内皮細胞の表面上の抗原などの構造と相互作用することができ、抗体と同じ
結果または効果をもたらす。
ッセイおよびインビボ治療学に最も重要である。固定化抗体のFabドメインが抗原に結
合するために、Fabドメインは、(i)アクセスしやすくなければならず、すなわち、
界面から外側に配向されており、(ii)生物学的に活性である、すなわち、標的分子に
関する解離定数(Kd)が低い分子立体構造を有する。固定化抗体の活性は、異なる固定
化化学的性質間で敏感に変動する。よりアクセスしやすいFabドメインを有する抗体は
、ランダムに固定化された抗体よりも高い活性を示す。原子間力顕微鏡法、中性子反射、
分光エリプソメトリー、および質量分析を含むが、これらに限定されないいくつかの技法
を使用して、固定化抗体の活性、アクセスしやすさ、および配向を決定することができる
。Saha et al.Analyst,2017,142,4247-4256。定
量的放射性標識アッセイも、Fabドメインのアクセスしやすさを決定するために使用さ
れ得る。同上。
ために、配向された様式で医療機器上に固定化され得る。これは、リガンド/生体分子の
活性部位から離れた/これとは異なる特異的な部位でリガンド/生体分子を結合すること
によって達成され得る。一実施形態では、リガンド/生体分子(例えば、抗体または抗体
断片)は、それらの活性部位(例えば、Fab領域またはドメイン、抗原結合部位または
ドメイン)の外側の部位を介して医療機器上に固定化され得る。
ティングのリガンド/生体分子(例えば、抗体または抗体断片)の総活性部位の少なくと
も1%、少なくとも3%、少なくとも5%、少なくとも8%、少なくとも10%、少なく
とも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも35
%、少なくとも40%、少なくとも45%、少なくとも50%、少なくとも60%、少な
くとも70%、少なくとも80%、または少なくとも90%のそれらの活性部位(例えば
、Fab領域またはドメイン、抗原結合部位またはドメイン)のアクセスしやすさ(例え
ば、Fabアクセスしやすさ)を有する。
は、配向されていない様式でコーティング(例えば、ポリドーパミンコーティング)に付
着したリガンド/生体分子(例えば、抗体や抗体断片)のそれらの活性部位(例えば、F
ab領域またはドメイン、抗原結合部位またはドメイン)のアクセスしやすさよりも約5
%、約8%、約10%、約15%、約20%、約25%、約30%、約35%、約40%
、約45%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、少なくとも1%、少
なくとも3%、少なくとも5%、少なくとも8%、少なくとも10%、少なくとも15%
、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも35%、少なく
とも40%、少なくとも45%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70
%、少なくとも80%、または少なくとも90%大きいそれらの活性部位(例えば、Fa
b領域またはドメイン、抗原結合部位またはドメイン)のアクセスしやすさを有する。
%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少な
くとも30%、少なくとも35%、少なくとも40%、少なくとも45%、少なくとも5
0%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、または少なくとも90
%のリガンド/生体分子が、アクセスしやすいそれらの活性部位(例えば、Fab領域ま
たはドメイン、抗原結合部位またはドメイン)を有する。言い換えると、リガンド/生体
分子の少なくとも1%、少なくとも3%、少なくとも5%、少なくとも8%、少なくとも
10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、
少なくとも35%、少なくとも40%、少なくとも45%、少なくとも50%、少なくと
も60%、少なくとも70%、少なくとも80%、または少なくとも90%の活性部位(
例えば、例えば、Fab領域またはドメイン、抗原結合部位またはドメイン)がブロック
も変性もされていない。これは、リガンド/生体分子の活性部位から離れた特異的な部位
でリガンド/生体分子を結合することによって達成され得る。
とも8%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%
、少なくとも30%、少なくとも35%、少なくとも40%、少なくとも45%、少なく
とも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、または少なくと
も90%の抗体および/または抗体断片が細胞表面抗原への結合に利用可能である。
t al.Analyst 142:4247-4256(2017)に従って分析され
得る。Fabドメインアクセスしやすさアッセイ-既知量の抗体がコーティングされた機
器(例えば、ディスク、ePTFEグラフト、ステント)を、結合した抗体に結合するこ
とができる抗原のモル過剰(結合した抗体のモル量に対して)でインキュベートしてもよ
い。モル過剰を使用すると、利用可能な抗体ドメインが飽和することになる。インキュベ
ーション後、コーティングされた機器を洗浄し、一次抗体とは異なるエピトープに結合す
る二次放射性標識(例えば、125I標識)抗体を(結合した抗体の量に対する)モル過
剰で添加してもよい。溶液中の放射性標識二次抗体の異なる既知の濃度のストックを、対
照としてもよい。次いで、Fabアクセスしやすさアッセイにおける結合した二次放射性
標識抗体の量を、二次放射性標識モノクローナル抗体の結合後の最終シグナルから抗体が
コーティングされた機器のシグナルを差し引くことによって算出してもよい。Saha
et al.Analyst 142:4247-4256(2017)。固定化抗体の
活性、アクセスしやすさ、および配向を決定するために使用される他の技法は、原子間力
顕微鏡法、中性子反射、分光エリプソメトリー、および質量分析を含む。同上。
着細胞は、比色または蛍光検出を使用して定量化することができる。
提供する。ある実施形態では、弁は、人工大動脈弁、人工肺動脈弁、人工僧帽弁、人工三
尖弁である。
きる。一実施形態では、抗体および/または抗体断片は、FabまたはF(ab’)2断
片を含む。抗体および/または抗体断片は、異なる細胞表面抗原に特異的に結合し得る。
合後、リンカー分子は、1つまたは複数の型の抗体を共有結合するために使用され得るい
くつかの機能的に活性な基をマトリックスに提供する。リンカーは、ポリドーパミンコー
ティングに直接(すなわち、カテコール基を通して)またはエステル化、アミド化、アシ
ル化などの既知のカップリング化学を通して結合され得る。リンカー分子は、アミン-炭
素飽和および不飽和結合の直接形成を通してポリドーパミンコーティングに結合されてお
り、リガンド(例えば、抗体および/または抗体断片)との反応に利用可能であるアミン
官能基を提供するジ、トリ、またはテトラアミン官能性化合物とすることができる。例え
ば、リンカー分子は、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリエチレンイミン(PEI
)、ポリアリルアミン(PALLA)、またはPEG誘導体(例えば、mPEG-スクシ
ンイミジルプロピオネートまたはmPEG-N-ヒドロキシスクシンイミド)などのポリ
アミン官能性ポリマーとすることができる。参照により本明細書に組み込まれる、Wei
ner et al.,Influence of a poly-ethyleneg
lycol spacer on antigen capture by immob
ilized antibodies.J.Biochem.Biophys.Meth
ods 45:211-219(2000)を参照されたい。ポリマーの混合物も使用さ
れ得る。これらの分子は、1または複数のリガンド(例えば、抗体および/または抗体断
片)を表面固定化するために使用され得る複数のペンダントアミン官能基を含有する。
どの医薬物質をさらに含み得る。ある実施形態では、医薬物質は、パクリタキセル、ラパ
マイシン、ラパマイシン誘導体、シロリムス、エベロリムス、タクロリムス、バイオリム
ス、バイオリムスA-9、またはそれらの組合せである。医薬物質は、血管拡張剤とする
ことができる。
たは全身療法を提供し得る。
導入される任意の機器とすることができる。これらの機器は、皮下、経皮または外科的に
導入されて、動脈、静脈、心臓の心室および/もしくは心房などの器官、組織、または器
官の管腔内に置かれる任意のものを含む。医療機器は、ステント、ステントグラフト、ポ
リテトラフルオロエチレン(PTFE)、延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE
)、または人工血管グラフトで被覆されたものなどの被覆されたステント、人工心臓弁、
人工心臓および補綴器官を血管循環に接続するための固定具、静脈弁、腹部大動脈瘤(A
AA)グラフト、下大静脈フィルター、永久薬物注入カテーテル、塞栓コイル、血管塞栓
術に使用される塞栓物質(例えば、架橋PVAヒドロゲル)、血管縫合糸、血管吻合固定
具、経心筋血行再建ステントおよび/またはその他の導管を含み得る。
提供する。ある実施形態では、弁は、人工大動脈弁、人工肺動脈弁、人工僧帽弁、または
人工三尖弁である。
の医薬物質をさらに含み得る。ある実施形態では、医薬物質は、パクリタキセル、ラパマ
イシン、ラパマイシン誘導体、シロリムス、エベロリムス、タクロリムス、バイオリムス
、バイオリムスA-9、またはそれらの組合せである。
む、再狭窄およびアテローム性動脈硬化症などの血管疾患を治療するための方法が提供さ
れる。方法は、患者の血管または中空器官に本コーティングを有する医療機器を埋め込む
ことを含む。
任意の系統の細胞を含む。例えば、内皮前駆細胞は、骨髄、血液または局所組織起源から
の前駆細胞または幹細胞から成熟した機能的内皮細胞までの任意の発達段階の内皮細胞で
あり、遺伝子改変された非悪性細胞である。内皮前駆細胞は、内皮コロニー形成細胞(E
CFC)および骨髄性血管新生細胞(MAC)を含み得る。内皮コロニー形成細胞は、C
D31+、CD105+、CD146+、CD45-、および/またはCD145-とす
ることができる。内皮コロニー形成細胞は、インビトロおよびインビボで固有の管形成能
を有し得る。内皮コロニー形成細胞は、新しい血管形成または血管修復のための構成単位
とすることができる。骨髄性血管新生細胞は、CD45+、CD14+、CD31+、C
D146-、および/またはCD34-とすることができる。骨髄性血管新生細胞馴化培
地は、インビトロおよびインビボで内皮ネットワーク形成を強化し得る。MAC由来パラ
クリン因子は、血管新生の刺激物質とすることができる。Medina et al.,
Endothelial Progenitors:A Consensus Stat
ement on Nomenclature,Stem Cells Transla
tional Medicine,2017;6:1316-1320。
皮細胞がヒト臍静脈などの動脈または静脈から単離され得る一方、内皮前駆細胞は、末梢
血または骨髄から単離され得る。内皮細胞は、本発明のコーティングを有する医療機器と
の内皮細胞のインキュベーションによって医療機器に結合される。別の実施形態では、内
皮細胞は、形質転換/トランスフェクトされた内皮細胞とすることができる。
せて使用され得る合成または天然発生の分子またはペプチドを含む小分子とすることがで
きる。例えば、レクチンは、天然に発生する非免疫起源の糖結合ペプチドである。内皮細
胞特異的レクチン抗原(Ulex Europaeus Uea 1)(Schatz
et al.2000 Human Endometrial Endothelial
Cells:Isolation,Characterization,and In
flammatory-Mediated Expression of Tissue
Factor and Type 1 Plasminogen Activator
Inhibitor.Biol Reprod 62:691-697)は、前駆内皮
細胞の細胞表面を選択的に結合することができる。合成小分子が様々な細胞表面受容体を
標的にするために創出された。これらの分子は、(1つまたは複数の)特異的な受容体を
選択的に結合し、内皮前駆細胞および/または内皮細胞などの特異的な細胞型を標的にす
ることができる。小分子を合成して、VEGFなどの内皮細胞表面マーカーを認識するこ
とができる。例えば、SU11248(Sugen)(Mendel et al.20
03 In vivo antitumor activity of SU11248
,a novel tyrosine kinase inhibitor targe
ting vascular endothelial growth factor
and platelet-derived growth factor recep
tors:determination of a pharmacokinetic/
pharmacodynamic relationship.Clin Cancer
Res.January;9(1):327-37)、PTK787/ZK22258
4(Drevs J.et al.2003 Receptor tyrosine k
inases:the main targets for new anticanc
er therapy.Curr.Drug Targets.February;4(
2):113-21)、およびSU6668(Laird,A D et al.200
2 SU6668 inhibits Flk-1/KDR and PDGFRbet
a in vivo,resulting in rapid apoptosis o
f tumor vasculature and tumor regression
in mice,FASEB J.May;16(7):681-90)は、VEGF
R-2に結合する小分子である。別の実施形態では、内皮細胞表面を標的にする合成小分
子の別のサブセットは、例えば、アルファ(v)ベータ(3)インテグリン阻害剤、S5
M256、およびSD983である(Kerr J S.et al.1999 Nov
el small molecule alpha v integrin antag
onists:comparative anti-cancer efficacy
with known angiogenesis inhibitors can b
e used.{j}Anticancer Res March-April;19(
2A)-959-68)。SM256およびSD983は、どちらも、内皮細胞の表面に
存在するアルファ(v)ベータ(3)を標的にして結合する合成分子である。
び/またはポリスチレンなどを含む、またはそれらで作られている)がポリドーパミン膜
でコーティングされており、アミン官能化ポリエチレングリコールが、ポリドーパミンが
コーティングされた基材上に堆積される。官能化リガンド/生体分子が導入されて、官能
化PEGと反応する。
パミン膜上に直接固定化される。例えば、新たに調製されたポリドーパミンがコーティン
グされた基材/医療機器を緩衝液(例えば、PBS)中の無改変抗体(または抗体断片)
溶液に暴露する。次いで、抗体(または抗体断片)がコーティングされた基材/医療機器
を緩衝液(例えば、PBS)で完全にすすぎ、吸着された抗体を除去する。
合するために使用され得る。遺伝子改変細胞は、構成的に本明細書に記載されるように、
またはそうするように刺激された場合、医薬物質を分泌し得る。
固定化されて、機器の埋め込み部位での機能的内皮の形成を回復、強化または加速し得る
標的細胞とすることができる。
抗原/分子を発現するように遺伝子改変された遺伝子改変細胞の細胞表面細胞表面抗原/
分子のみを認識することによって、遺伝子改変細胞(例えば、ヒト細胞などの哺乳動物細
胞)のみに特異的に結合する。リガンド/生体分子への標的細胞の結合は、細胞を機器の
表面上に固定化し得る。
14、CDw90、CD117、HLA-DR、VEGFR-1、VEGFR-2、Mu
c-18(CD146)、CD130幹細胞抗原(Sca-1)、幹細胞因子1(SCF
/c-Kitリガンド)、Tie-2などの細胞表面抗原、H-2KkおよびHLA-D
RなどのMHC、または合成抗原への結合に特異的とすることができる。
量依存性ポジティブリモデリングを促進するように遺伝子改変されている。
ポリマーは、ポリドーパミン、ドーパミン類似体のポリマー、ユーメラニン、フェオメラ
ニン、およびニューロメラニンを含むが、これらに限定されない。
ポリドーパミンは、モノマードーパミンの重合によって形成される。ある実施形態では
、ポリドーパミン(PDA)は、わずかに塩基性の条件下でドーパミンの酸化的自己重合
を介して形成される合成ユーメラニンポリマーである。一実施形態では、PDA膜は、基
材/医療機器をドーパミン水溶液に浸漬することによって形成され得る。
いる。
、重合を開始するのに十分であり得る。一実施形態では、ドーパミンの初期酸化は、カテ
コール部分で起こり、次いで、ドーパミンの別の分子と反応するか、または(ペンダント
一級アミンを介した)分子間環化を経て、窒素含有二環を形成し得る。ポリドーパミンの
1つの構造(構造A)(国際公開第2010/006196号に記載)は、ポリドーパミ
ンが、位置4および7を通して架橋された繰返し5,6-ジヒドロキシ-3H-インドー
ル単位からなることを示唆している。別の構造(構造B、Zhao et al.Pol
ym.Chem.,2010,1,1430-1433に記載)は、同様のポリマーを示
唆しているが、5,6-ジヒドロキシ-3H-インドール単位が1つおきで5,6-ジヒ
ドロキシインドリン単位に置き換えられている。構造Cは、ポリドーパミンに関する別の
可能な構造として提案されており、これもまた構造Aに類似しているが、5,6-ジヒド
ロキシ-3H-インドール単位が1つおきで非環化ドーパミン分子に置き換えられている
(米国特許第9,272,075号)。したがって、ポリドーパミンのこの構造は、一級
アミン官能性を含む。構造D(Kang et al.Langmuir,2009,2
5,9656-9659に記載)も提案されており、5員窒素環のドーパミン分子間およ
びカテコール環間の付着を示唆している。この構造は、カテコール環だけでなくキノン環
がポリマー構造に存在することも示唆している。最後に、構造E(Dreyer et
al.Langmuir,2012,28,6428-6435に記載)は、ポリドーパ
ミンが共有結合性ポリマーではなく、その代わりに主に5,6-ジヒドロキシインドリン
およびそのジオン誘導体からなるモノマーの超分子集合体である完全に異なる構造を例示
している。
を実施するために重要ではなく、上記の考察は、単に背景の参照のために含まれることに
留意されたい。
パミン類似体の重合によって適切に形成される。一実施形態では、ポリドーパミンは、ド
ーパミンの重合によって形成される。ドーパミン類似体は、ドーパミンと同じまたは類似
した生化学経路に関与する分子、およびチロシンの酸化誘導体を含めたドーパミンと構造
が類似する分子を含む。一実施形態では、ドーパミン類似体は、式(I)の化合物であり
、式中、R1~R9の1つまたは複数は、Hではない:
は、H、C1~C8アルキル、C2~C8アルケニル、C2~C8アルキニル、-OH、
-CO2H、-C(O)C1~C8アルキル、-C(O)C2~C8アルケニル、-C(
O)C2~C8アルキニルからなる群から独立して選択される。
空気(すなわち、酸素)に暴露されたアルカリ水溶液中のドーパミンは、追加の反応物
なしで重合して、ポリドーパミンを形成し得る。しかしながら、重合速度は、溶液への化
学酸化剤の添加またはドーパミンを含有する酸化電流によって高められ得る。適した化学
酸化剤は、過硫酸アンモニウムおよび過硫酸ナトリウムを含むが、これらに限定されない
。したがって、一実施形態では、ポリドーパミンの表面コーティングは、基材の表面を酸
化剤ならびにドーパミンおよび/またはドーパミン類似体を含む混合物と接触させること
によって形成される。
化への活性化のために、アルカリ性水溶液中でより速いことが観察されている。酸化剤の
使用は、ドーパミンの重合が、妥当な時間枠内で中性のpHまたはそれどころか酸性のp
Hで制御された様式で進行することを可能にし得る。適した酸化剤は、過硫酸アンモニウ
ムおよび過硫酸ナトリウムを含む。米国特許第9,272,075号。
>7またはpH7で、基材の表面を酸化剤ならびにドーパミンおよび/またはドーパミン
類似体を含む混合物と接触させることによって形成される。別の実施形態では、ポリドー
パミンの表面コーティングは、pH<7、例えば、pH4~7で形成される。さらなる実
施形態では、ポリドーパミンの表面コーティングは、pH5~6.9、例えば、pH5.
5~6.5で形成される。ドーパミンおよび/またはドーパミン類似体溶液のpHは、そ
れぞれ、HClまたはNaOHなどの任意の適した酸または塩基を使用して調整すること
ができる。溶液のpHは、適した緩衝液、例えば、MES、ACES、PIPES、MO
PSO、ビス-トリスプロパン、BES、MOPS、TES、およびHEPES緩衝液を
用いて制御され得る。
g/L~5g/Lであり、溶液中の過硫酸アンモニウム(APS)の量は、0.6g/L
~3g/Lである。別の実施形態では、1g/Lのドーパミンおよび0.6g/LのAP
Sが重合に使用される。重合速度は、ドーパミンおよび/またはAPS濃度を高めること
によって高められ得る。ある実施形態では、ドーパミンまたは類似体の濃度は、0.5~
10g/Lとすることができ、APSの濃度は、0.1~5g/Lとすることができる。
よび/もしくはイソプロパノールと水の混合物などの水/有機混合物中で行われ得る。
に依存して変動し得る。例えば、酸化剤の添加は、重合を加速し得る、または中性もしく
はそれどころか酸性のpHの使用を可能にし得る。ポリドーパミンコーティングは、効率
的な製造に実行可能である期間以内に形成され得る。例えば、望ましいポリドーパミン被
覆は、24時間、12時間、6時間、5時間、4時間、3時間、2時間、1時間、30分
、10分、5分、または2分以内に形成され得る。Zangmeister et al
.,Langmuir 2013,29(27),8619-8628。一般原則として
、重合時間が長いほど、形成されるポリドーパミンのコーティングが厚くなる。したがっ
て、ドーパミンの重合の最適な時間は、ポリドーパミンの十分な被覆を得るのに十分長い
が、制御されていない粒子ポリドーパミンが溶液中で形成されることを可能にするほど長
くない。ある実施形態では、重合時間は、24時間以下、例えば、最大12時間、6時間
、5時間、4時間、3時間、2時間、1時間、30分、10分、5分、または2分である
。一実施形態では、超音波処理などの後処理技法を使用して、ポリドーパミン集合体およ
び粒子を除去することができる。
温度で行われ得る。
nm、約1nm~約40nm、約1nm~約30nm、約1nm~約20nm、約1nm
~約15nm、約1nm~約10nm、約1nm~約100nm、約5nm~約80nm
、約6nm~約60nm、約10nm~約50nm、約10nm~30nm、約0.1μ
m~約150μm、または約1μm~約100μmにわたり得る。Zangmeiste
r et al.,Langmuir 2013,29(27),8619-8628。
et al.Angewandte Chemie,2012,vol.124,pp
1-5に記載されている。
または前処理してもよい。表面の事前の浄化または前処理はまた、コーティングの均一性
を改善し得る。
溶媒、アルコールと水酸化化合物(例えば、水酸化ナトリウム)の水溶液の混合物を含む
溶液などの高pHの溶液、水酸化ナトリウム溶液自体、水酸化テトラメチルアンモニウム
(TMAH)を含有する溶液、塩基性ピラニア(アンモニアおよび過酸化水素)、酸性ピ
ラニア(硫酸および過酸化水素の混合物)、ならびに硫酸および過マンガン酸カリウムを
含む他の酸化剤、または異なる種類のペルオキソ硫酸もしくはペルオキソ二硫酸溶液(ア
ンモニウム、ナトリウム、およびカリウム塩、例えば、過硫酸アンモニウムとしても)、
またはそれらの組合せを含む。
ールで処理することを伴う一方、方法Bでは、基材は、イソプロパノールで処理され、次
いで、APS(過硫酸アンモニウム)の溶液で処理される。一実施形態では、ポリドーパ
ミンの表面コーティングを形成する前に、基材の表面は、酸化剤で前処理される。別の実
施形態では、ポリドーパミンの表面コーティングを形成する前に、基材の表面は、イソプ
ロパノールおよび酸化剤で処理される。さらなる実施形態では、ポリドーパミンの表面コ
ーティングを形成する前に、コーティングされる表面は、イソプロパノールおよび過硫酸
アンモニウムで前処理される。
で官能化されていてもよい。このようなポリドーパミン表面は、少なくともある割合のア
ルケンおよび/もしくはアルキンまたはチオール基官能化ドーパミン(または類似体)を
含むドーパミンおよびドーパミン類似体の重合によって調製され得る。合成ドーパミン類
似体は、ドーパミンの一級アミンを官能化することにより形成され得る。
される一般的な部分であるアミンおよび/またはチオール基を含有する分子でさらに官能
化され得る。生体分子は、非常に穏やかな条件下(例えば、中性に近いpHまたは中性の
pHおよび室温で)で固定化され得る。
ポリドーパミンおよびリガンド(例えば、抗体および/または抗体断片)は、有機ポリ
マー/オリゴマーなどのリンカーを通して結合していてもよい。
ル(PEG)、ポリエチレングリコール(PEG)誘導体、ポリプロピレングリコール(
PPG)またはポリプロピレングリコール(PPG)誘導体)、ポリシリコン、ポリジメ
チルシロキサン、シロキサン誘導体、ポリウレタン、タンパク質、ペプチド、ポリペプチ
ド、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸誘導体、ポリ-N-ビニルピロリドン、ポリ-N-ビニ
ルピロリドン誘導体、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリアルキ
レングリコール、ポリグリシドール、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール誘導
体、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸誘導体、シリコーン、シリコーン誘導体、ポリサッ
カライド、ポリサッカライド誘導体、ポリスルホベタイン、ポリスルホベタイン誘導体、
ポリカルボキシベタイン、ポリカルボキシベタイン誘導体、polyHEMAなどの多価
アルコール、アルギン酸などのポリ酸、デキストラン、アガロース、ポリリジン、ポリメ
タクリル酸、ポリメタクリル酸誘導体、ポリメタクリルアミド、ポリメタクリルアミド誘
導体、ポリアクリルアミド、ポリアクリルアミド誘導体、ポリスルホン、ポリスルホン誘
導体、スルホン化ポリスチレン、スルホン化ポリスチレン誘導体、ポリアリルアミン、ポ
リアリルアミン誘導体、ポリエチレンイミン、ポリエチレンイミン誘導体、ポリオキサゾ
リン、ポリオキサゾリン誘導体、ポリアミン、ポリアミン誘導体、およびその組合せを含
む。上記のポリマーのブロックポリマーも有用であり、例えば、ポリ(ビニルアルコール
-co-エチレン)、ポリ(エチレングリコール-co-プロピレングリコール)、ポリ
(ビニルアセテート-co-ビニルアルコール)、ポリ(テトラフルオロエチレン-co
-ビニルアルコール)、ポリ(アクリロニトリル-co-アクリルアミド)、ポリ(アク
リロニトリル-co-アクリル酸-co-アクリルアミジン)が挙げられる。
ビニルピロリドン、ポリ-N-ビニルピロリドン誘導体、ポリエーテル誘導体(例えば、
ポリエチレングリコール(PEG)、ポリエチレングリコール(PEG)誘導体、ポリプ
ロピレングリコール(PPG)もしくはポリプロピレングリコール(PPG)誘導体、ポ
リビニルアルコール、ポリビニルアルコール誘導体、またはそれらの組合せである。ある
実施形態では、有機ポリマーは、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリエチレングリ
コール(PEG)誘導体、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリプロピレングリコ
ール(PPG)誘導体)、またはそれらの組合せとすることができる。それらのコポリマ
ー(例えば、エチレングリコールとプロピレングリコールのコポリマー)、それらのター
ポリマー、およびそれらの混合物も企図される。
、ポリグルタミン酸(PGA)、ポリグリコール酸、ポリ(乳酸-co-グリコール酸)
(PLGA)、ポリ酢酸ビニル(PVA)、およびそれらの組合せを含む。ポリドーパミ
ンまたは医療機器への有機ポリマーの付着は、イオン結合、水素結合、疎水結合、配位、
接着、および物理的吸収などの共有結合または非共有結合によって達成され得る。
れらに限定されない他の末端基で終結し得る。
bond)を通してポリドーパミンに結合していてもよい。ポリドーパミンは、例えば、
非常に穏やかな条件下(中性pHおよび/または室温など)で、マイケル付加またはシッ
フ塩基形成を介してチオールまたは一級アミンを含有する分子で官能化され得る。
クチン、および/またはビオチンと組み合わせたアミンおよびチオール官能基を用いて創
出され得る。一実施形態では、PEGは、物理的吸着または共有結合によって医療機器の
表面にグラフトされ得る81。別の実施形態では、アミン-PEG-アルキンが、PDA
がコーティングされた医療機器上に固定化され、アジド官能基を含有するリガンド(例え
ば、抗体および/または抗体断片)が続く。さらに別の実施形態では、ポリドーパミンは
、チオール化リンカー(例えば、チオール化PEGなどのチオール化有機ポリマー)、ア
ミノ化リンカー(例えば、アミノ化PEGなどのアミノ化有機ポリマー)などに結合して
いてもよい。PEGが、メラニン、メラニン様ポリマー、メラニンの合成バージョン、ま
たは芳香族カテコールポリマー(例えば、ポリドーパミンまたはドーパミン類似体のポリ
マー)への、またはリガンド/生体分子(例えば、抗体および/または抗体断片)への結
合を形成するためのその他の官能基は、マレイミドおよびアルケンを含む。
着のための、およびリガンド(例えば、抗体および/または抗体断片)への付着のための
複数の官能基を有し得る。医療機器は、複数のリガンド(例えば、抗体および/または抗
体断片)に付着され得る種々の官能基を有する種々の型の官能化有機ポリマー(例えば、
PEGなどのポリエーテル誘導体)を有し得る。有機ポリマーは、共有結合的または非共
有結合的にポリドーパミンに付着され得る。
BCO)官能化)またはアミノ化PEGを使用して、ポリドーパミンを結合する。例えば
、ジベンゾシクロオクチン表面は、アミノ-PEG-DBCOの溶液に基材または医療機
器を浸漬することにより、PDAがコーティングされた基材または医療機器上に形成され
る。
される。
PEGは、ポリエーテル化合物であり、これは、線状型では、一般式H[O-CH2-
CH2]n-OHを有する。高分岐PEGおよび樹状PEGを含めた分岐PEGも企図さ
れ、当技術分野で一般的に知られている。典型的には、分岐ポリマーは、中央枝コア部分
および中央枝コアに結合している複数の線状ポリマー鎖を有する。PEGは、一般に、グ
リセロール、グリセロールオリゴマー、ペンタエリスリトール、およびソルビトールなど
の様々なポリオールへのエチレンオキシドの添加によって調製され得る分岐型で使用され
る。中央枝部分は、リジンなどのいくつかのアミノ酸にも由来し得る。分岐ポリ(エチレ
ングリコール)は、一般的な形でR(-PEG-OH)mとして表され得、ここで、Rは
、グリセロール、グリセロールオリゴマー、ペンタエリスリトールなどのコア部分に由来
し、mは、アームの数を表する。米国特許第5,932,462号、米国特許第5,64
3,575号、米国特許第5,229,490号、米国特許4,289,872、米国特
許出願公開第2003/0143596号、国際公開第96/21469号、および国際
公開第93/21259号に記載されているものなどのマルチアームPEG分子も使用さ
れ得る。
000ダルトン、約200ダルトン~約5,000ダルトン、約250ダルトン~約8,
000ダルトン、約200ダルトン~約6,000ダルトン、約300ダルトン~約5,
000ダルトン、約200ダルトン~約400ダルトン、約200ダルトン~約300ダ
ルトン、または約500ダルトン~約1,000ダルトンの範囲の平均分子量を有し得る
。
ぎ得る。
ール官能基で官能化され得る。加えて、PEG鎖は、ヒドラジド、アジド、シクロオクチ
ン、および/またはビオチンなどを含むようにさらに修飾され得、PEGが生体分子と結
合することを可能にする。官能化PEGの例を以下に示す。
ィングを介して堆積され得る。
安定性は、微粒子形成による炎症を制限し、材料の全体的な生体適合性に貢献する。
リガンド(例えば、抗体および/または抗体断片)は、任意の適した結合(linka
ge)/結合(bond)を通してリンカー(例えば、有機ポリマー)またはポリドーパ
ミンに結合していてもよい。一実施形態では、リガンド(例えば、抗体および/または抗
体断片)は、リンカー(例えば、有機ポリマー)またはポリドーパミンを結合するために
酸化され得るように、暴露された糖を有する。
。抗体、抗体断片、またはそれらの組合せは、内皮前駆細胞または内皮細胞の細胞表面抗
原に特異的に結合し得る。ある実施形態では、細胞表面抗原は、CD133、CD34、
CD45、CD31、CD14、CDw90、CD117、HLA-DR、VEGFR-
1、VEGFR-2、VEGFR-3、Muc-18(CD146)、Thy-1、Th
y-2、CD130、CD30、幹細胞抗原(Sca-1)、幹細胞因子1(SCF/c
-Kitリガンド)、Tie-1、Tie-2、VE-カドヘリン、P1H12、TEK
、CD31、Ang-1、Ang-2、HAD-DR、CD45、CD14、CD105
、E-セレクチン、またはそれらの組合せである。細胞表面抗原は、H-2KkおよびH
LA-DRなどのMHCとすることができる。
または抗体断片が使用される。CD34に対して向けられたモノクローナル抗体を産生す
るハイブリドーマは、American Type Tissue Collectio
n(Rockville、Md.)から入手され得る。別の実施形態では、VEGFR-
1およびVEGFR-2、CD133、またはTie-2に特異的に結合する抗体および
/または抗体断片が使用される。
、抗体断片、またはそれらの組合せは、ポリクローナルとすることができる。抗体または
その抗原結合部分は、ヒト化抗体、ヒト抗体、モノクローナル抗体、キメラ抗体、ポリク
ローナル抗体、組換えで発現された抗体、および前述のものの抗原結合部分を含むが、こ
れらに限定されない。
る抗体の部分を含み得る。
る(これらからなり得る、またはこれらから本質的になり得る)。抗体、抗体断片、また
はそれらの組合せは、同じ細胞表面抗原に特異的に結合し得る、または異なる細胞表面抗
原に結合し得る。ある実施形態では、抗体、抗体断片、またはそれらの組合せは、医療機
器が対象に埋め込まれた場合に、インビボで内皮前駆細胞および/または内皮細胞を捕獲
する
ある実施形態では、抗体、抗体断片、またはそれらの組合せは、本明細書に記載の有機
ポリマーなどの中間リンカーへの結合のために酸化され得る暴露された糖を含む。
の範囲内である。これらの交替は、結合活性などのペプチドの生物学的特性に及ぼす実質
的な効果を有さない。
または約1%未満のアミノ酸残基が置換または欠失しているが、細胞表面抗原に結合する
ことを含むが、これに限定されない本質的に同じ免疫学的特性を保持している本明細書で
開示されたその抗原結合部分の抗体の機能的に活性な変異体とすることができる。
合を示すペプチドの変異体、類似体、オルソログ、ホモログ、および誘導体も含み得る。
ペプチドは、アミノ酸の1つまたは複数の類似体(例えば、非天然発生のアミノ酸、無関
係の生物学的システムにおいてのみ天然に発生するアミノ酸、哺乳動物系からの修飾アミ
ノ酸などを含めた)、置換された結合を有するペプチド、および当技術分野で知られてい
る他の修飾物を含有し得る。
てもよい。例えば、抗体は、別の抗体、検出可能な薬剤、免疫抑制剤、細胞毒性剤、医薬
品、別の分子(ストレプトアビジンコア領域またはポリヒスチジンタグなど)との結合を
媒介し得るタンパク質またはペプチド、アミノ酸リンカー、シグナル配列、免疫原性担体
、またはグルタチオン-S-トランスフェラーゼ、ヒスチジンタグ、ブドウ球菌プロテイ
ンAなどのタンパク質精製に有用なリガンドなどの1または複数の他の分子実体に(化学
的カップリング、遺伝子融合、非共有相互作用によって)機能的に結合していてもよい。
細胞毒性剤は、放射性同位体、化学療法剤、および細菌、真菌、植物、または動物起源の
酵素的に活性な毒素などの毒素、およびそれらの断片を含み得る。そのような細胞毒性剤
は、標準的な手順を使用して本開示の抗体にカップルされ得、例えば、抗体を用いた療法
を必要とする患者を治療するために使用され得る。
を架橋することによって作製される。適した架橋剤は、適切なスペーサーによって分離さ
れた2つの別個の反応基を有するヘテロ二官能性であるもの(例えば、m-マレイミドベ
ンゾイル-N-ヒドロキシスクシンイミドエステル)、またはホモ二官能性であるもの(
例えば、スベリン酸ジスクシンイミジル)を含む。タンパク質を誘導体化(または標識)
できる有用な検出可能な薬剤は、蛍光剤、様々な酵素、補欠分子族、発光材料、生物発光
材料、および放射性物質を含む。非限定的な例示的な蛍光検出可能な薬剤は、フルオレセ
イン、フルオレセインイソチオシアネート、ローダミン、およびフィコエリトリンを含む
。
しくはキメラ抗体またはそれらの組合せとすることができる。
着を調節し得る。本抗体または抗体断片は、循環血液中の内皮前駆細胞および/または内
皮細胞表面抗原を特異的に認識し、結合することができ、その結果、細胞が機器の表面に
固定される。細胞表面抗原は、血管内皮増殖因子受容体1、2、および3(VEGFR-
1、VEGFR-2、およびVEGFR-3、ならびにVEGFR受容体ファミリーアイ
ソフォーム)、Tie-1、Tie2、CD34、Thy-1、Thy-2、Muc-1
8(CD146)、CD30、幹細胞抗原1(Sca-1)、幹細胞因子(SCFまたは
c-Kitリガンド)、CD133抗原、VE-カドヘリン、P1H12、TEK、CD
31、Ang-1、Ang-2、または内皮前駆細胞および/もしくは内皮細胞の表面上
に発現される抗原とすることができる。一実施形態では、1つの抗原と反応する単一の型
の抗体および/または抗体断片が使用され得る。代わりに、異なる細胞表面抗原に対して
向けられた複数の異なる型の抗体および/または抗体断片が使用され得る。一実施形態で
は、抗CD34および抗CD133抗体ならびに/または抗体断片が組合せで使用される
。
よび/または内皮細胞の接着を促進する抗体の量を意味する。
セスしやすさを保証するために、配向された様式で医療機器上に固定化され得る。例えば
、少なくとも1%、少なくとも3%、少なくとも5%、少なくとも8%、少なくとも10
%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少な
くとも35%、少なくとも40%、少なくとも45%、少なくとも50%、少なくとも6
0%、少なくとも70%、少なくとも80%、または少なくとも90%の抗体および/ま
たは抗体断片が細胞表面抗原への結合に利用可能である。言い換えると、抗体および/ま
たは抗体断片の少なくとも1%、少なくとも3%、少なくとも5%、少なくとも8%、少
なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも
30%、少なくとも35%、少なくとも40%、少なくとも45%、少なくとも50%、
少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、または少なくとも90%の抗
原結合部位がブロックも変性もされていない。例えば、抗体および/または抗体断片の少
なくとも1%、少なくとも3%、少なくとも5%、少なくとも8%、少なくとも10%、
少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくと
も35%、少なくとも40%、少なくとも45%、少なくとも50%、少なくとも60%
、少なくとも70%、少なくとも80%、または少なくとも90%のFab領域が完全に
暴露されており、抗原結合に利用可能である。
メインが完全に露出された状態で、配向された様式で医療機器上に固定化され得る。ある
実施形態では、大多数の抗体が重鎖のFc領域に少なくとも1つのN結合炭水化物を有す
るため、固定化戦略は、抗体構造に新規な反応性部分を導入するためのFcドメインに見
出されるオリゴ糖の修飾を伴う。例えば、抗体修飾に利用され得るオリゴ糖修飾の2つの
型がある。1つ目は、反応性アルデヒド基をもたらすためのFc領域に見出されるオリゴ
糖の酸化を伴う103、104。酸化後、新しく形成されたアルデヒド部分は、アミン末
端表面に共有結合していてもよい105、106。変異β1,4ガラクトシルトランスフ
ェラーゼ酵素を使用して、天然のアセチルグルコサミン残基を修飾糖で置き換える別の技
法。修飾糖は、ケトンまたはアジドであることが多い、分子構造に取り込まれた独特な化
学的ハンドルを有する。修飾糖の取込みにより、抗体を固定化するために使用され得るF
c特異的標的が導入される。アジド部分の場合、抗体は、無触媒の「クリック」環化付加
反応を介して配向された様式でシクロオクチンを有する表面に共有結合していてもよい。
抗体のFc領域を特異的に修飾することにより、これらの技法はいずれも、Fab領域が
露出された抗体の共有結合性の固定化を提供する(図1)。
Boc-ヒドラジド-PEG-アミン(Quanta Biodesign)が基材また
は医療機器のPDAがコーティングされた表面上に固定化される。例えば、新たに調製さ
れたポリドーパミンがコーティングされた基材/医療機器をPBS/DMSO中のt-B
oc-ヒドラジド-PEG-アミンに暴露する。次いで、基材/医療機器をアセトンです
すぎ、メタノール中で15分間超音波処理し、アセトンですすぎ、窒素流下で乾燥させる
。PEG鎖の固定化に成功した後、改変表面を、塩化メチレン中のトリフルオロ酢酸(T
FA)に供し、その後、水酸化アンモニウムですすいで、tert-ブチルオキシカルボ
ニル(t-Boc)保護基を除去し、追加の固定化のためのヒドラジドが豊富な表面を形
成する。抗体または抗体断片を酸化して、必要なアルデヒド部分を創出する(例えば、抗
体のFc領域において)。抗体または抗体断片を緩衝液(例えば、PBS)に溶解する。
メタ過ヨウ素酸ナトリウムを抗体溶液に添加し、反応を進行させる。酸化後、残留メタ過
ヨウ素酸ナトリウムを脱塩カラム(例えば、Sephadex G-25)を使用して除
去する。次いで、PEG官能化材料を酸化抗体溶液に浸漬し、反応させる。シアノ水素化
ホウ素ナトリウムを添加して、抗体とヒドラジドに富むコーティング間に形成されたシッ
フ塩基を安定化する。
約pH6.8、約pH4~約pH6.5、約4.5~約pH6、約pH5~約pH6、約
4~約pH6の範囲、約pH5、約pH5.5、約pH5.6、約pH5.8、または約
pH6で行われ得る。
ミノ-PEG4-DBCOが基材または医療機器のPDAがコーティングされた表面に固
定化される。例えば、新たに調製されたポリドーパミンがコーティングされた基材/医療
機器をPBS中のアミノ-PEG-ジベンゾシクロオクチンに暴露する。次いで、基材/
医療機器をアセトンですすぎ、メタノール中で15分間超音波処理し、アセトンですすぎ
、窒素流下で乾燥させる。
領域に創出してもよい。生体分子(例えば、抗体)を酵素法を使用して修飾して、生体分
子の活性部位から離れて(例えば、抗体のFc領域において)DBCO反応性部分を取り
込むことができる。ステップ1は、生体分子(例えば、抗体または抗体断片)から末端ガ
ラクトース残基を除去することを含み得る(例えば、β-1.4-ガラクトシダーゼを使
用して、37°C、16時間)。β-1,4-ガラクトシダーゼは、オリゴ糖からのβ1
-4結合D-ガラクトピラノシル残基の加水分解を触媒する非常に特異的なエキソグリコ
シダーゼである。この特定の残基は、いくつかの抗体のFc領域に存在し得る。末端のガ
ラクトース糖を除去した後、生体分子(例えば、抗体または抗体断片)をUDP-Gal
NAzと組み合わせて、アジド部分を導入することができる。例えば、ステップ2は、G
alNAzを取り込むことを含み得る(例えば、Gal-T(Y289L)、UDP-G
alNAz、37°C、16時間)。一実施形態では、抗体または抗体断片を、製造業者
の指示に従って、Click-IT(登録商標)GlcNAc Enzymatic L
abeling System (Life Technologies)を使用して、
改変することができる。簡単に説明すると、抗体または抗体断片を、P30樹脂(Bio
-Rad、1.5mL総容積)で調製されたマイクロスピンカラムを使用して、前処理緩
衝液に緩衝液交換する。次いで、抗体または抗体断片を前処理したカラムに添加し、遠心
分離する。生じた抗体溶液をβ-1.4-ガラクトシダーゼで補充し、37℃のインキュ
ベーターに置く。トリス緩衝生理食塩水(TBS)への試料の緩衝液交換は、P30樹脂
を用いて調製されたマイクロスピンカラムを使用して行う。緩衝液交換後、抗体溶液をU
DP-GalNAz、MnCl2、およびGal-T(Y289L)と組み合わせ、30
℃でインキュベートする。修飾後、抗体または抗体断片をPBSに緩衝液交換する。最後
に、DBCOがコーティングされた基材または医療機器を抗体溶液に浸漬し、次いで、P
BSで洗浄して、物理的に付着した抗体を除去する。
使用される。それは、インドール-3-酪酸-PEGを利用して、アイソタイプにかかわ
らず、実質的にすべての抗体上に見出される保存されたヌクレオチド結合部位を介して抗
体または抗体断片を結合する183。
抗体は、完全長とすることができるか、または抗体断片から形成されるFab、F(a
b’)2、Fab’、F(ab)’、Fv、単鎖Fv(scFv)、二価scFv(bi
-scFv)、三価scFv(tri-scFv)、Fd、dAb断片(例えば、War
d et al.,Nature,341:544-546(1989))、単離CDR
、二重特異性抗体、三重特異性抗体、四重特異性抗体、線形抗体、単鎖抗体分子、および
多重特異性抗体を含むが、これらに限定されない抗原結合部分を有する抗体の1つ(また
は複数の)断片を含み得る。組換え法または合成リンカーを使用して抗体断片を結合する
ことにより作製される単鎖抗体も、本開示に包含される。Bird et al.Sci
ence,1988,242:423-426。Huston et al.,Proc
.Natl.Acad.Sci.USA,1988,85:5879-5883。
れる2つの同一の抗原結合断片、およびその名称が容易に結晶化するその能力を反映する
残留「Fc」断片を作製する。ペプシン処理により、2つの抗原結合部位を有し、なお抗
原を架橋する能力があるF(ab’)2断片が生成される。
鎖Fv種は、緊密に非共有結合した1つの重鎖可変ドメインおよび1つの軽鎖可変ドメイ
ンの二量体からなる。単鎖Fv(scFv)種では、1つの重鎖可変ドメインおよび1つ
の軽鎖可変ドメインを、軽鎖および重鎖が二本鎖Fv種におけるものと類似した「二量体
」構造で結合し得るように、可動性ペプチドリンカーによって共有結合することができる
。この構成では、各可変ドメインの3つのCDRが相互作用して、VH-VL二量体の表
面上に抗原結合部位を規定する。集合的に、6つのCDRは、抗体に抗原結合特異性を与
える。しかしながら、単一の可変ドメイン(または抗原に特異的な3つのCDRのみを含
むFvの半分)でさえ、結合部位全体よりも低い親和性ではあるが、抗原を認識して結合
する能力がある。
の最初の定常ドメイン(CH1)も含有する。Fab’断片は、抗体ヒンジ領域からの1
つまたは複数のシステインを含む重鎖CH1ドメインのカルボキシル末端でのいくつかの
残基の付加により、Fab断片とは異なる。Fab’-SHは、定常ドメインの(1つま
たは複数の)システイン残基が遊離チオール基を有するFab’の名称である。F(ab
’)2抗体断片は、それらの間にヒンジシステインを有するFab’断片のペアとして元
々作製された。抗体断片の他の化学的カップリングも既知である。
ドメインは、単一のポリペプチド鎖に存在する。一般に、scFvポリペプチドは、sc
Fvが抗原結合に望ましい構造を形成することを可能にする、VHドメインとVLドメイ
ン間のポリペプチドリンカーをさらに含む。scFvの総説に関しては、例えば、Plu
ckthun,in The Pharmacology of Monoclonal
Antibodies,vol.113,Rosenburg and Moore
eds.,(Springer-Verlag,New York,1994),pp.
269-315を参照されたい。
じポリペプチド鎖(VH-VL)中の軽鎖可変ドメイン(VL)に結合している重鎖可変
ドメイン(VH)を含む。同じ鎖上の2つのドメイン間の対形成を可能にするには短すぎ
るリンカーを使用することにより、ドメインは、別の鎖の相補的ドメインと対形成するこ
とを強いられ、2つの抗原結合部位を作り出す。二重特異性抗体は、二価または二重特異
性とすることができる。二重特異性抗体は、例えば、欧州特許第404,097号、PC
T公開国際公開第1993/01161号、Hudson et al.,Nat.Me
d.9:129-34,2003、およびHollinger et al.,Proc
.Natl.Acad.Sci.USA 90:6444-8,1993により完全に記
載されている。三重特異性抗体および四重特異性抗体も、Hudson et al.,
Nat.Med.9:129-34,2003に記載されている。
る状況では、全抗体よりはむしろ抗体断片を使用する利点がある。小さいサイズの断片は
、迅速なクリアランスを可能にし、固形腫瘍へのアクセスの改善につながり得る。ある特
定の抗体断片の総説に関しては、Hudson et al.Nat.Med.9:12
9-134,2003を参照されたい。
ンタクトな抗体のタンパク質消化を介して得られた(例えば、Morimoto et
al.,J.Biochem.Biophys.Methods 24:107-17,
1992、およびBrennan et al.,Science 229:81-3,
1985を参照されたい)。しかしながら、これらの断片は、現在、組換え宿主細胞によ
って直接作製され得る。Fab、Fv、およびScFv抗体断片は、すべてエシェリキア
・コリ(E.coli)において発現され、これより分泌され得、これらの断片を大量に
容易に作製することが可能になる。抗体断片は、抗体ファージライブラリーから単離され
得る。代わりに、Fab’-SH断片は、エシェリキア・コリから直接回収され、化学的
に結合されて、F(ab’)2断片を形成し得る(Carter et al.,Bio
/Technology 10:163-7,1992)。別の手法では、F(ab’)
2断片が組換え宿主細胞培養物から直接単離される。サルベージ受容体結合エピトープ残
基を含むインビボ半減期が増加したFabおよびF(ab’)2断片が米国特許第5,8
69,046号に記載されている。抗体断片の作製のための他の技法は、熟練した実践者
には明らかであろう。
の少なくとも1つの定常ドメインを含み得る。
A1、IgA2)、IgDまたはIgEを含めたすべての抗体アイソタイプが本開示に包
含される。抗体または抗体断片は、哺乳動物(例えば、マウス、ヒト)抗体または抗体断
片とすることができる。抗体の軽鎖は、カッパ型またはラムダ型とすることができる。代
わりの抗体は、複数の免疫グロブリンクラスまたはアイソタイプからの配列を含み得、望
ましいエフェクター機能を最適化するために特定の定常ドメインを選択することは、当技
術分野の通常の技術内である。
ができる。多重特異性もしくは二重特異性抗体またはその断片は、1つの標的ポリペプチ
ドの異なるエピトープ(例えば、細胞表面抗原)に特異的とすることができる、または複
数の標的ポリペプチドに特異的な抗原結合ドメイン(例えば、細胞表面抗原および他の抗
原に特異的な、または複数の細胞表面抗原に特異的な抗原結合ドメイン)を含有し得る。
一実施形態では、多重特異性抗体または抗体断片は、少なくとも2つの異なる可変ドメイ
ンを含み、ここで、各可変ドメインは、別個の抗原にまたは同じ抗原上の異なるエピトー
プに特異的に結合する能力がある。Tutt et al.,1991,J.Immun
ol.147:60-69。Kufer et al.,2004,Trends Bi
otechnol.22:238-244。本抗体は、別の機能性分子、例えば、別のペ
プチドまたはタンパク質に結合していてもよい、またはこれらと共発現され得る。例えば
、抗体または抗体断片は、(例えば、化学的カップリング、遺伝子融合、非共有結合など
によって)別の抗体または抗体断片などの1または複数の他の分子実体に機能的に結合さ
れて、第2の結合特異性を有する二重特異性または多重特異性抗体を作製し得る。例えば
、本開示は、二重特異性抗体を含み、ここで、免疫グロブリンの1つのアームは、細胞表
面抗原に特異的であり、免疫グロブリンの他のアームは、第2の治療標的(例えば、異な
る細胞表面抗原、または別の抗原)に特異的であるか、または治療部分に結合される。
一実施形態では、抗体は、モノクローナル抗体であり、KohlerおよびMilst
ein(参照により本明細書に組み込まれるContinuous cultures
of fused cells secreting antibody of pre
defined specificity.Nature 265:495-497,1
975)の標準的な技法に従って作製され得る、または商業的供給源から入手され得る。
内皮細胞は、内皮細胞表面抗原に対して向けられたモノクローナル抗体を作製するための
免疫原として使用され得る。
UVECまたは精製内皮前駆細胞を注入することにより調製され得る。十分な時間の後、
マウスを屠殺し、脾臓細胞を得る。脾臓細胞を、一般に非イオン性界面活性剤、例えば、
ポリエチレングリコールの存在下で、骨髄腫細胞またはリンパ腫細胞と融合することによ
り不死化する。融合ハイブリドーマを含む生じた細胞を、HAT培地などの選択培地で増
殖させ、生存細胞を限界希釈条件を使用してそのような培地で増殖させる。細胞を、適し
た容器、例えばマイクロタイターウェル中で増殖させ、上清を、望ましい特異性を有する
、すなわち内皮細胞抗原との反応性を有するモノクローナル抗体を求めてスクリーニング
する。
コーティングもしくは基材、ならびに/またはポリドーパミン、リンカー、および/も
しくはリガンド(抗体または抗体断片)は、既知の架橋剤を使用して、表面官能基を導入
することにより改変され得る。架橋剤は、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタ
クリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、N、N’-メチレン-ビス-
アクリルアミド、アルキルエーテル、糖、ペプチド、DNA断片、または他の既知の機能
的に同等の薬剤を含むが、これらに限定されない。リガンドは、例えば、カルボジイミド
、カルボキシレート、エステル、アルコール、カルバミド、アルデヒド、アミン、硫黄酸
化物、窒素酸化物、ハロゲン化物、または当技術分野で既知の他の適切な化合物を使用す
るカップリング反応により、コーティングまたは基材に結合していてもよい。米国特許第
6,268,222号。
/もしくはリガンド(抗体または抗体断片)は、修飾されて、少なくとも1つの官能基を
取り込むことができる。有機ポリマー(例えば、PEG)を修飾して、少なくとも1つの
官能基を取り込むことができる。例えば、官能基は、マレイミドまたはN-ヒドロキシス
クシンイミド(NHS)エステルとすることができる。官能基の取込みにより、様々なリ
ガンド、および/または医薬物質/治療薬を付着させることが可能になる。
本発明のコーティングまたは基材が広範囲のリガンドを容易に収容するために、コーテ
ィングまたは基材の表面は、官能基を取り込むために改変され得る。コーティングまたは
基材は、官能基を取り込むことができる有機ポリマー(例えば、PEG)でも改変され得
る。一方で、リガンドまたは治療薬は、コーティングもしくは基材、または適した条件下
でコーティングまたは基材に付着したPEG上の官能基と反応する能力がある官能基を取
り込むように修飾される。したがって、反応性官能基を有する任意のリガンドまたは治療
薬がコーティングまたは基材に容易に結合され得る。この一般化可能な手法は、本明細書
では「クリックケミストリー」と称され、非常に多くの汎用性を可能にする。コーティン
グまたは基材へのリガンドの容易で制御された付着が達成され得る限り、任意の適した反
応機構が「クリックケミストリー」に適合され得る。一実施形態では、遊離の三重結合が
、既にコーティングまたは基材と共有結合しているPEG上に導入される。一方、アジド
結合が望ましいリガンドに導入される。ペグ化コーティングまたは基材およびリガンドが
銅触媒の存在下で混合される場合、三重結合へのアジドの環化付加が生じることになり、
コーティングまたは基材とのリガンドの結合をもたらす。第2の実施形態では、マレイミ
ド官能基およびチオール基がコーティングまたは基材および望ましいリガンドに導入され
得、コーティングまたは基材がマレイミド官能基を有し、リガンドがチオール基を有し、
逆もまた同じである。マレイミドの二重結合は、チオール基と容易に反応して、安定な炭
素-硫黄結合を形成する。第3の実施形態では、活性化エステル官能基、例えば、スクシ
ンイミジルエステル基、およびアミン基がコーティングまたは基材および望ましいリガン
ドに導入され得る。活性化エステル基は、アミン基と容易に反応して、安定な炭素-窒素
アミド結合を形成する。
医療機器は、医学的状態の予防法または治療法のために哺乳動物に一時的または永久に
導入される機器とすることができる。これらの機器は、皮下、経皮または外科的に導入さ
れて、動脈、静脈、心臓の心室または心房などの器官、組織、または器官の管腔内に置か
れる任意のものを含む。医療機器は、ステント、ステントグラフト、ポリテトラフルオロ
エチレン(PTFE)、延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)、コーティング
されていないステント、または人工血管グラフトで被覆されたものなどの被覆されたステ
ント、カテーテル、人工心臓弁、人工心臓および補綴器官を血管循環に接続するための固
定具、人工静脈弁、腹部大動脈瘤(AAA)グラフト、下大静脈フィルター、永久薬物注
入カテーテル、塞栓コイル、血管塞栓術に使用される塞栓物質(例えば、架橋PVAヒド
ロゲル)、血管置換物、血管縫合糸、血管吻合固定具、経心筋血行再建ステントおよび/
またはその他の導管を含み得る。
態では、機器は、ステント、ステントグラフト、心臓弁、カテーテル、血管補綴フィルタ
ー、人工心臓、外部および内部左室補助循環装置(LVAD)、人工血管グラフトなどの
血管または中空器官の管腔への挿入のためのものである。
することができる。医療機器は、器官または血管の管腔に埋め込まれ得る。医療機器は、
ステント、ステントグラフト、合成血管グラフト、心臓弁、カテーテル、血管補綴フィル
ター、ペースメーカー、ペースメーカーリード、除細動器、卵円孔開存(PFO)中隔閉
鎖機器、血管クリップ、血管動脈瘤オクルーダー、血液透析グラフト、血液透析カテーテ
ル、房室シャント、大動脈瘤グラフト機器もしくはコンポーネント、静脈弁、センサ、縫
合糸、血管吻合クリップ、留置静脈もしくは動脈カテーテル、血管鞘、および薬物送達ポ
ートとすることができるが、これらに限定されない。
置(LVAD)、体外膜型肺(ECMO)装置、神経血管クリップ、人工関節、大静脈フ
ィルター、人工心臓のコンポーネントなどとすることができる。
る任意の医療機器とすることができる。ステントは、ステンレス鋼製ステント、生分解性
ステント、PTFEまたはePTFEで被覆されたものなどの被覆ステントとすることが
できる。一実施形態では、ステントは、冠動脈閉塞を治療するために、または脾臓、頸動
脈、腸骨および膝窩血管の解離または動脈瘤を封鎖するために経皮的に送達される。別の
実施形態では、ステントは、静脈血管に送達される。ステントは、ポリマーおよび/また
は金属構造要素を含み得る。ステントは、ステンレス鋼、ポリマー、ニッケルチタン、タ
ンタル、金、白金-イリジウム、またはエルジロイおよびMP35Nならびに他の鉄材料
を含み得る。ステントは、ステントがカテーテルから放出される治療部位にカテーテル上
の体腔を通して送達され得、ステントが血管の管腔壁と直接接触するまで拡張することを
可能にする。ステントは、金属冠動脈ステント、金属末梢動脈ステント、生体吸収性末梢
ステント、および生体吸収性冠動脈ステントを含むが、これらに限定されない。
一実施形態では、合成グラフトは、ポリエチレンまたはポリテトラフルオロエチレンから
作られ得る。別の実施形態では、合成グラフトは、ポリウレタン、架橋PVAヒドロゲル
、および/またはヒドロゲルの生体適合性泡を含む。さらに第3の実施形態では、合成グ
ラフトは、メッシュのポリカーボネートウレタンの内側層およびメッシュのポリエチレン
テレフタレートの外側層を含む。合成グラフトは、エンドツーエンド、エンドツーサイド
、サイドツーエンド、サイドツーサイドまたは管腔内に、および血管の吻合において、ま
たは例えば、腹部大動脈瘤機器としての病気の血管セグメントのバイパスに使用され得る
。
、人工肺動脈弁、人工僧帽弁、人工三尖弁などとすることができる。補綴心臓弁(人工心
臓弁)は、経カテーテル大動脈弁(TAVR)、経カテーテル僧帽弁、経カテーテル三尖
弁、外科的に埋め込まれた生体補綴大動脈弁、外科的に埋め込まれた生体補綴僧帽弁、外
科的に埋め込まれた金属僧帽弁、および外科的に埋め込みされた金属大動脈弁を含むが、
これらに限定されない。
びePTFEバイパスグラフト材料を含むが、これらに限定されない。
、自動埋め込み式除細動器(AICD)リード、ペースメーカーボックス、および自動埋
め込み式除細動器(AICD)ボックスを含むが、これらに限定されない冠動脈医療機器
とすることができる。
しくは組織接触表面)を有し得る。本発明のコーティングは、管腔表面(または血液接触
表面)、および/または外表(または反管腔側表面または組織接触表面)にあってもよい
。
はサブコンフルエント)の発達を刺激し得る、かつ/または局所的な慢性炎症反応および
医療機器の埋め込み中の血管損傷から生じる他の血栓塞栓性合併症を調節し得る。
、MP35N、金、タンタル、白金または白金イリジウム、または炭素もしくは炭素繊維
などの他の生体適合性金属および/もしくは合金、酢酸セルロース、硝酸セルロース、シ
リコーン、架橋ポリ酢酸ビニル(PVA)ヒドロゲル、架橋PVAヒドロゲル泡、ポリウ
レタン、ポリアミド、スチレンイソブチレン-スチレンブロックコポリマー(Krato
n)、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、ポリオ
ルトエステル、ポリ酸無水物、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリプロピレ
ン、高分子量ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、または他の生体適合性ポリマ
ー材料、またはポリ乳酸、ポリグリコール酸もしくはそれらのコポリマーなどのそれらの
コポリマーポリエステルの混合物、ポリ酸無水物、ポリカプロラクトン、吉草酸ポリヒド
ロキシ酪酸または他の生分解性ポリマー、または混合物もしくはコポリマー、細胞外マト
リックスコンポーネント、タンパク質、コラーゲン、フィブリンまたは他の生物活性剤、
またはそれらの混合物を含み得る。
および生分解性材料で作られていてもよい。一実施形態では、ステントは、生分解性材料
で作られていてもよい。合成血管グラフトは、架橋PVAヒドロゲル、ポリテトラフルオ
ロエチレン(PTFE)、延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)、多孔質高密
度ポリエチレン(HDPE)、ポリウレタン、およびポリエチレンテレフタレート、また
はポリラクチドポリマーおよびポリグリコリドポリマーなどの生分解性材料またはそれら
のコポリマーで作られていてもよい。
とができ、ヒト、ブタまたはウシからのものすることができる。保存された血管は、例え
ば、血管グラフトセグメントとして適した足場を形成する。
は、コーティングされた医療機器を患者の器官または血管に埋め込むことを含む。いった
んインビボになると、コーティング上に存在する抗体または抗体断片による内皮前駆細胞
および/または内皮細胞の細胞表面抗原の認識および結合によって、内皮前駆細胞および
/または内皮細胞は、コーティングされた医療機器の表面で捕獲される。いったん内皮前
駆細胞および/または内皮細胞が医療機器に付着すると、それらは、増殖かつ分化し、医
療機器の血液接触表面上にコンフルエントまたはサブコンフルエントな機能的内皮を形成
する。代わりに、またはさらに、医療機器は、医療機器の埋め込み前にインビトロで内皮
前駆細胞および/または内皮細胞でコーティングされる。内皮前駆細胞および/または内
皮細胞は、患者の血液、骨髄、または血管から単離された前駆細胞、幹細胞、および/ま
たは成熟内皮細胞に由来し得る。医療機器の血液接触表面上の内皮細胞の存在は、過度の
内膜過形成および/または血栓症を阻害または減少させ得る。
,et al.,J.Clin.Invest.,52:2745-2757,1973
の方法に従って、臍帯から得られ得る。簡単に説明すると、細胞がコラゲナーゼでの処理
によって血管壁から取り除かれ、低エンドトキシン胎児ウシ血清、防腐剤を含まないブタ
ヘパリン、内皮細胞増殖サプリメント(ECGS)およびグルタミンを含有するM199
培地でゼラチンがコーティングされた組織培養フラスコで培養される。
f putative progenitor endothelial cells
for angiogenesis.Science 275:964-967,199
7、参照により本明細書に組み込まれる)の方法に従ってヒト末梢血から単離され得る。
簡単に説明すると、CD34に対する抗体でコーティングされた磁気ビーズを分画された
ヒト末梢血とともにインキュベートする。インキュベーション後、結合した細胞を溶出し
、EBM-2培地で培養してもよい。代わりに、濃縮培地単離が、これらの細胞を分離す
るために使用され得る。簡単に説明すると、末梢静脈血を健常な男性志願者から採取し、
単核細胞画分を密度勾配遠心分離によって分離し、細胞をウシ胎児血清、ヒトVEGF-
A、ヒト線維芽細胞増殖因子-2、ヒト表皮増殖因子、インスリン様増殖因子-1、およ
びアスコルビン酸を補充したEC基礎培地-2(EBM-2)中のフィブロネクチンがコ
ーティングされた培養スライドに播種する。EPCを7日間増殖させ、培地を48時間ご
とに交換する。細胞は、CD133、CD45、CD34、CD31、VEGFR-2、
Tie-2、およびE-セレクチンに対する蛍光抗体によって特徴付けられ得る。
本開示は、本医療機器を使用して、様々な疾患/状態に関連する1つまたは複数の症状
を治療する、予防する(または予防的に治療する)、または根絶するもしくは回復させる
方法を提供する。治療または予防すべき状態は、再狭窄、アテローム性動脈硬化症、血栓
症、血管閉塞(例えば、血栓症から生じる)、動脈瘤、冠動脈疾患などの血管疾患、癌、
血管リモデリングなどを含むが、これらに限定されない。一実施形態では、血管壁にステ
ントまたは合成血管グラフト、心臓弁、腹部大動脈瘤機器およびそれらのコンポーネント
などの医療機器を保持または密閉するための、および血管恒常性を確立し、それによって
再狭窄におけるような過度の内膜過形成を予防するための方法が提供される。
細胞の分化、および/またはコラーゲン堆積を減少または阻害することにより、組織ベー
スの過度の内膜過形成および再狭窄を減少または阻害し得る。
動脈、鼠径下動脈、大動脈腸骨動脈、鎖骨下動脈、腸間膜動脈および腎動脈を含めた任意
の動脈が本開示の範囲内に含まれる。本医療機器および方法は、大腿動脈などの末梢動脈
に使用され得る。解離性動脈瘤から生じるものなどの他の型の血管閉塞も本開示によって
包含される。本医療機器および方法は、哺乳動物における任意の導管または腔に使用され
得る。本発明のステントおよび機器を使用して治療され得る対象は、ヒト、ウマ、イヌ、
ネコ、ブタ、げっ歯類、サルなどを含めた哺乳動物である。
乳動物における血管疾患を治療する方法を提供し、ここで、医療機器は、本明細書に記載
されるようにコーティングされている。
。一実施形態では、この方法は、対象の血管に医療機器を埋め込むことを含む。医療機器
は、対象の血液中を循環している標的細胞を結合するように構成された血液接触表面を有
する。血液接触表面に付着した標的細胞は、増殖し、インサイチュで機能的内皮を形成す
るか、または血管損傷の部位で正常な内皮を回復する際に機器の表面を自己内皮化する。
一実施形態では、医療機器は、生分解性とすることができる、または生分解性、生体適合
性材料でコーティングされ得る。この態様では、血管に埋め込まれた場合、生分解性医療
機器は、インサイチュ分解を受け得、機器の管腔表面に形成された新内皮は、機能的な新
血管を形成するために損傷部位を通して血管の連続性を回復する。
しくない増加とすることができる。本明細書では、「再狭窄」は、血管管腔の再発性狭小
化を表す。血管が、再狭窄のために閉塞され得る。PTCAまたはPTA後、通常は内膜
に存在しない中膜および外膜からの平滑筋細胞が増殖して内膜に移動し、タンパク質を分
泌し、内膜内に平滑筋細胞およびマトリックスタンパク質の蓄積を形成する。この蓄積は
、動脈の管腔の狭小化を引き起こし、狭小化の遠位側の血流を減少させる。本明細書では
、「再狭窄の阻害または減少」は、再狭窄およびそれから生じる合併症を予防するための
タンパク質分泌の予防を伴う平滑筋細胞の移動および/または増殖の阻害または低減を表
す。
利益を達成するために(「予防する」)対象に投与され得る(例えば、対象に埋め込まれ
得る)。治療的利益は、治療される状態の根絶もしくは回復、および/または状態に関連
する1つもしくは複数の症状の根絶もしくは回復を意味する。予防的利益は、状態の発症
の予防もしくは遅延、および/または状態に関連する1つもしくは複数の症状の発症の予
防もしくは遅延を意味する。ある実施形態では、本医療機器の投与(例えば、埋め込み)
は、状態がより重篤な状態に発展することまたは悪化されることを予防する。
たは状態に苦しんでいる、またはこれらの素因を有する可能性があるが、状況、障害また
は状態の臨床症状をまだ経験または示していない対象に生じている状況、障害、または状
態の臨床症状の出現を防止または遅延させること、または(2)状況、障害、または状態
を抑制すること、すなわち、疾患の発生もしくはその再発(維持治療の場合)、またはそ
の少なくとも1つの臨床症状、徴候、もしくは検査を停止すること、減少させること、も
しくは遅延させること、または(3)疾患を軽減すること、すなわち、状況、障害、もし
くは状態、またはその臨床的もしくは亜臨床的症状もしくは徴候の少なくとも1つの退行
を引き起こすことを含む。
本機器のコーティングは、1つまたは複数の医薬物質を含み得る。医薬物質は、平滑筋
細胞移動および/または増殖を阻害し、血栓形成を阻害または減少させ、内皮細胞増殖お
よび分化を促進し得、かつ/または医療機器の埋め込み後の再狭窄を阻害または減少させ
得る。医薬物質は、機器の下流で機能して、血管特性に影響を与える、または固形臓器を
標的にし得る。医療機器は、局所的効果および/または全身的効果(例えば、機器の遠位
)を発揮し得る。
ペプチド(α-CGRP)など)とすることができる。
り得る。例えば、医薬物質は、細胞毒性薬または細胞増殖抑制薬、抗増殖薬、抗腫瘍薬、
抗生物質/抗菌薬、抗酸化剤、内皮細胞増殖因子、トロンビン阻害剤、免疫抑制剤、抗血
小板凝集剤、コラーゲン合成阻害剤、治療用抗体、一酸化窒素ドナー、アンチセンスオリ
ゴヌクレオチド、創傷治癒剤、治療用遺伝子導入構築物、ペプチド、タンパク質、細胞外
マトリックスコンポーネント、血管拡張剤、血栓溶解薬、代謝拮抗薬、増殖因子アゴニス
ト、抗有糸分裂薬、スタチン、ステロイド、ステロイドおよび非ステロイド抗炎症剤、ア
ンジオテンシン変換酵素(ACE)阻害剤、フリーラジカルスカベンジャー、PPARガ
ンマアゴニスト、アロマターゼ阻害剤などの抗癌化学療法剤を含むが、これらに限定され
ない。前述の医薬物質のいくつかは、例えば、シクロスポリンA(CSA)、ラパマイシ
ン、ラパマイシン誘導体、ミコフェノール酸(MPA)、レチノイン酸、n-酪酸、酪酸
誘導体、ビタミンE、プロブコール、L-アルギニン-L-グルタメート、エベロリムス
、シロリムス、バイオリムス、ビオリムスA-9、パクリタキセル、プエラリン、血小板
因子4、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)、フィブロネクチン、シンバスタチン、
フルバスタチン、ジヒドロエピアンドロステロン(DHEA))および17ベータエスト
ラジオールを含む。
リン類似体、アルファ-CGRP、アルファ-CGRP類似体またはアルファ-CGRP
受容体アゴニスト;プラゾシン;単球化学反応性タンパク質-1(MCP-1);ラパマ
イシンなどの免疫抑制薬、平滑筋細胞移動および/または増殖を阻害する薬物、トロンビ
ン阻害剤などの抗血栓薬、血小板因子4およびCXCケモカインなどの免疫調節剤;CX
3CR1受容体ファミリーの阻害剤;抗炎症薬、ジヒドロエピアンドロステロン(DHE
A)などのステロイド、テストステロン、17ベータ-エストラジオールなどのエストロ
ゲン;シンバスタチンおよびフルバスタチンなどのスタチン;フェノフィブラートおよび
他の脂質低下薬などのPPAR-アルファリガンド、ロスグリタゾンなどのPPAR-デ
ルタおよびPPAR-ガンマアゴニスト;NF-κB、コラーゲン合成阻害剤などの核因
子、アセチルコリン、アデノシン、5-ヒドロキシトリプタミンまたはセロトニンなどの
血管拡張剤、サブスタンスP、アドレノメデュリン、塩基性線維芽細胞増殖因子(bFG
F)、血小板由来増殖因子(PDGF)、内皮細胞増殖因子(EGF)、血管内皮細胞増
殖因子(VEGF)などの、内皮細胞の増殖および分化を誘導する増殖因子;ミドスタウ
リンおよびイマチニブなどのタンパク質チロシンキナーゼ阻害剤または抗血管新生阻害剤
化合物;成熟白血球接着を阻害するペプチドまたは抗体、抗生物質/抗菌薬、およびタキ
キニン、ニューロキニンまたはシアロキニン、タキキニンNK受容体アゴニストなどの他
の物質;MLN-518およびその誘導体などのPDGF受容体阻害剤、酪酸および酪酸
誘導体プエラリン、フィブロネクチン、エリスロポエチン、ダルベポチン、セリンプロテ
イナーゼ-1(SERP-1)なども含むが、これらに限定されない。前述の医薬物質は
、機器上のコーティングに単独で、またはそれらの組合せおよび/もしくは混合物で適用
され得る。
よび/または核内受容体、ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体(PPAR)δに結合
するオートクリンおよびパラクリンメディエーターである。その合成と放出後、プロスタ
サイクリンは、局所的な抗凝固剤および血管拡張剤特性を発揮し、保存されず、不活性代
謝物である6-ケトプロスタグランジンF1α(PGF1α)に非酵素的プロセスによっ
て急速に変換される。プロスタサイクリンは、主にアデニリルシクラーゼ/サイクリック
AMP形質導入システムを介して血管平滑筋の弛緩を引き起こし、研究されるすべての血
管床の血管拡張を引き起こす。安定なプロスタサイクリン類似体は、本コーティングおよ
び方法において使用され得る。
拡張を刺激し得る。血管拡張は、CGRP1受容体を介して媒介され得る。
。医薬物質は、局所的および/または全身的に治療効果を有し得る。
本医療機器は、単独で、または手術、別の医療機器、および/もしくは別の治療薬(例
えば、第2の治療薬)などの1つまたは複数の他の療法と組み合わせて投与され/埋め込
まれ得る。
再発の頻度)に及ぼす相加的または相乗的な効果を有し得る。
は、第2の療法は、本医療機器の投与/埋め込みの前または後に投与される。
、メルファラン、ビンカアルカロイド、メトトレキサート、マイトマイシンCまたはエト
ポシドなどの従来の化学療法薬とすることができる細胞毒性薬である。さらに、CC-1
065類似体、カリケアマイシン、メイタンシン、ドラスタチンの類似体、リゾキシン、
およびパリトキシンなどの強力な薬剤が使用され得る。
、ヒト、ウマ、イヌ、ネコ、ブタ、げっ歯類、サルなどを含む。
[実施例1]同所性補綴大動脈弁埋め込みの前臨床評価
動物モデル
実験評価は、施設内審査委員会承認後、6匹の成体ヨークシャーブタ(約60kg)に
ついて実施することになる。動物を麻酔導入の約12時間前に絶食させることになる。ブ
タには、ケタミン、キシラジン、およびアトロピンを含有する麻酔カクテルをIM注射で
事前に投与することになる。ブタは、Vivariumの術前室に輸送することになり、
そこで、麻酔を、70%亜酸化窒素/酸素を有する5%イソフルランを使用して、フェイ
スマスクを介して誘導することになる。いったん麻酔したら、IVカテーテルを耳の静脈
に配置することになる。いったんIVアクセスが達成されると、ブタを残りの手順のため
に挿管し、人工呼吸器に置くことになる。次いで、ブタをVivariumの手術室に輸
送することになり、そこでブタを手順全体を通して約2~3%のイソフルランおよび70
%の亜酸化窒素/酸素とともに麻酔の手術面で維持し、モニターすることになる(EKG
、Pulse ox、顎音など)。いったん動物が麻酔の手術面にあると(顎音反射の欠
如、およびEKGの安定なパラメーターによって確認される)、外科手順が実行されるこ
とになる。
バルブの埋め込みを、完全な麻酔、外科的、血管造影機器を有する無菌環境で行うこと
になる。このセットアップは、単葉透視血管造影システム(Siemens、Munic
h、Germany)および経胸壁心エコーコンソール(GE E95s)を含むことに
なる。手順中の大動脈起始部の蛍光透視法、血管造影、および心エコー検査のイメージン
グを、埋め込み部位の最適な垂直像を取得するために埋め込み前に行うことになる。TH
Vフレームの高さに対する大動脈弁輪からの左右の冠動脈口の距離を決定することになる
。さらに、ピグテールカテーテルを右冠状静脈洞の奥深くに配置して、大動脈弁プロテー
ゼの正確なアラインメントのための信頼できるランドマークを提供することで位置決めを
さらに促進することになり、ペースメーカーリードを右心室に配置することになる。
23mm Edwards SAPIEN弁を使用することになり、3つは、製造元か
ら供給され、3つは、本明細書に記載の内皮前駆細胞捕獲コーティングでコーティングさ
れている(例えば、ポリドーパミン、またはポリドーパミンおよび抗体、またはポリドー
パミン、PEGおよび抗体を含むコーティング)。Edwards SAPIEN 3
Transcatheter Heart Valve(THV)は、バルーンで拡張可
能な放射線不透過性のコバルト-クロムフレーム、三尖弁のウシ心膜組織弁、およびポリ
エチレンテレフタレート(PET)ファブリックスカートからなる。Edwards C
ommander送達系は、バルーンへのバルブアラインメント、THVの追跡および位
置決めを支援するFlexカテーテルからなる。ハンドルには、Flexカテーテルの屈
曲を制御するFlex Wheel、およびBalloon LockおよびFine
Adjustment Wheelが含まれており、天然の弁輪内でのバルブアラインメ
ントおよびバルブの位置決めを促進する。バルーンカテーテルは、バルーンの作業長を定
義する放射線不透過性のバルブアライメントマーカーを有する。バルーン内の放射線不透
過性センターマーカーは、バルブの位置決めを支援するために提供されている。バルーン
の近くにある放射線不透過性のトリプルマーカーは、配置中のFlexカテーテルの位置
を示す。
手法の場合は鎖骨下動脈に外科的に挿入することになる。送達カテーテルは、Ampla
tzの非常に硬い0.035インチのガイドワイヤ(Cook、Inc.、Bloomi
ngton、Indiana)を介して左心室に挿入することになる。THVの正確な位
置決めは、ピグテールカテーテルを使用した大動脈基部血管造影および経胸壁心エコー(
TTE)ガイダンスによって確認することになる。最終的な配置位置を大動脈基部血管造
影およびTTEによって文書化することになる。次いで、急速なペーシングを開始するこ
とになり、収縮期血圧が50mmHg以下に低下すると、バルーンを膨張させることにな
る。膨張装置のバレルが空になると、バルーンを収縮することになる。バルーンカテーテ
ルが完全に収縮した場合、ペースメーカーをオフにすることになる。
7日目と14日目に、弁の評価を全身麻酔の導入後、経胸壁心エコー検査により行うこ
とになる。14日間の心エコー評価後、動物を致死注射により屠殺することになり、補綴
TAVR弁を肉眼検査および弁尖の組織学的および走査型電子顕微鏡評価のために取り外
すことになる。評価する重要なパラメーターは、肉眼的および顕微鏡的血栓の存在、およ
び内皮による弁尖の被覆の程度を含むことになる。
前臨床研究における大動脈弁のサイズ決定には、ヒトの臨床例で通常使用されるものと
は異なる戦略が必要である。診療所では、交換される弁は、病気にかかっており、典型的
に硬直した/石灰化した弁輪がある。一方、動物モデルでは、それらは、健康である。健
康な弁輪は、順応性があり、麻酔から覚醒すると膨張する傾向があり、そのため、動物モ
デルのバルブは、移動および安定性の問題を回避するために適切に大きくする必要がある
。しかしながら、大きすぎると、前臨床的に見られ、人間の臨床研究で報告されている致
命的な不整脈などの他の合併症の増加を引き起こし得る。初期の弁輪のサイズに加えて、
研究期間中の動物(および弁輪)の成長に留意することが重要である。弁輪の成長が補綴
弁の寸法を超える場合、大きな弁傍漏れが発生し、研究の後半の段階で合併症を引き起こ
し得る。
えることになる。
な体重およびサイズの増加のために、慢性弁評価に関してより一般的に選択され、ミスマ
ッチによる弁傍漏れのリスクを制限する。
よび適切な弁の大きさを考慮する必要があるだけでなく、血管のアクセスおよび送達に使
用される末梢血管の直径は、適切なサイズでなければならない。動物の弁輪が目標寸法内
にあるが、カテーテルのプロファイルが大きすぎて末梢血管に収まらない場合、血管の合
併症が生じるか、弁を送達できない可能性がある。
えることになる。
も、TAVR埋め込みおよび研究の成功に影響を与える。動物モデルでは、上行大動脈の
長さは、より高いプロファイルの埋め込み物の成功に直接影響する。
、ブタの腕頭動脈は、大動脈弓から発生し、より長い上行大動脈を生成し、埋め込み物が
弁輪に正しく収まるのを可能にする。
において一般的な合併症とすることができる。ブタは、大動脈弁の近くから始まる冠動脈
口を有する。これは、冠動脈が大動脈弁輪からさらに離れた場所にあるヒトとは異なる。
動物モデルでは、大動脈弁輪と冠動脈口の間の距離が短く、冠動脈口を塞ぐ傾向が高くな
る。
の開発
目的:埋め込まれた血管内装置の表面内皮化は、迅速な治癒および血栓形成性の減少に
つながる。我々は、内皮化を促進するために循環内皮前駆細胞を捕獲することができるス
テント上の抗ヒトCD34抗体のGenous技術デキストラン媒介コーティングを開発
した。しかしながら、この方法では、ePTFEなどの他の材料をコーティングできない
。この研究の目標は、様々な材料の表面に抗CD34抗体を固定化するために使用できる
普遍的コーティング法を開発することであった。
、およびブタ心膜の表面のわずかに塩基性の条件下で、ドーパミンの酸化的自己重合を介
して形成した。その後、ポリエチレングリコール(PEG)クロスリンカーを適用し、こ
れを、一端でポリドーパミンコーティングと結合し、もう一端で抗体または抗体断片のF
c断片と結合した。コーティング層を、プロフィロメーター、X線光電子分光法、および
走査型電子顕微鏡を使用して分析した。CD34抗体がコーティングされた表面の機能性
を、細胞結合アッセイによって評価した。
したが、CD34-細胞を結合しなかった。抗体を有さないが、ポリドーパミンおよびP
EGで官能化された表面は、CD34+細胞を結合しなかった。コーティング層の厚さは
、マイクロメートルの範囲内であり、表面は、均一で滑らかであった。
ラフトと同様に、生体弁および機械弁の血栓形成の減少を目的として適用され得る。
目的:
・広範囲の固体表面に適用できる生体分子を固定化する手段を開発し、新しい抗体官能
化人工プロテーゼを開発することによりコーティングの有効性を試験する。
を実証する。
我々は、適切に官能化されたポリエチレングリコール層と組み合わせたポリドーパミン
(PDA)表面修飾が、幅広い生物医学材料に生物活性分子を固定化するための普遍的な
プラットフォームを作製すると仮定する。
現在の固定化技術:
大部分の標準生体材料は、化学的結合に関する官能部分を欠く不活性物質から作製され
、したがって、非共有結合の物理吸着は、生体分子の固定化に一般的に使用される方法で
ある。しかしながら、この技法では、ランダムに分布した分子、生物活性の喪失、および
材料の表面から容易に除去されるコーティングがもたらされる。より信頼性の高い結果を
提供する代替的方法は、化学、プラズマ、またはガンマ線処理を通した共有結合性固定化
のための新規化学部分の導入を伴う。これらの技法は、フィブロネクチン、コラーゲン、
ゼラチン、およびRGD66などの生体分子を固定化するために使用されてきたが、残念
ながら、それらは、依然としてランダムに分布した不活性な分子をしばしばもたらす。さ
らに、これらの技法は、浸透深さが制限されており、材料の機械的特性に悪影響を与える
可能性があり67、すべての基材に普遍的に使用することはできない。したがって、表面
を効果的に覆い、基材の機械的特性を維持し、広範囲の材料に適用できる表面官能化の方
法を開発することが望ましい。
表面特性を効果的に制御するために、ポリマーコーティングが多くの適用において利用
されている68~70。最近、相互作用ポリマーの連続堆積によって組み立てられた薄い
ポリマー膜は、交互積層(LbL)堆積として知られ、薬物の充填能力や生体分子による
修飾の可能性などの望ましい特性を提供する表面修飾剤として有望である。残念ながら、
大部分のLbL堆積技術は、上記と同じ問題を被り、複数のステップを伴い、複雑な初期
表面修飾を必要とする。
用して材料を官能化することにより、これらの問題を克服している。PDA膜は、わずか
に塩基性の条件下でドーパミン(DA)の酸化的自己重合を介して形成される合成ユーメ
ラニンポリマーである。これらの膜は、実質的にあらゆる固体表面上に形成する能力を有
する。この独特な特性により、基材をDA水溶液に浸漬するだけで、広範囲の材料上に薄
い官能化膜の形成が可能になる。Lee et alによる研究は、単純な浸漬コーティ
ングの後の多数の異なる材料上のPDA膜の存在を確認した。これらの材料の例は、金属
、ガラス、合成ポリマー(PTFEおよびPDMS)を含む71。3時間の浸漬後の25
物質のX線光電子分光法(XPS)は、基材特異的シグナルが完全に存在しないことを明
らかにし、少なくとも10nmの凝集コーティング厚さを示唆している。
の非常に用途の広いプラットフォームであることが見出された。膜は、非常に穏やかな条
件下(中性pHおよび室温)で、マイケル付加またはシッフ塩基形成を介してチオールま
たは一級アミンを含有する分子で官能化され得る。以前の研究では、PDAがコーティン
グされた基材の反応性を利用して、チオール化ポリエチレングリコール(PEG)、アミ
ノ化PEG、トリプシン、ウシ血清アルブミン(BSA)、コンカナバリンA、RNas
e B、およびいくつかの抗体を固定化した。生体分子が直接固定化された大部分の場合
、生物活性が維持された72。
材料の生体適合性に影響を与える主な因子は、汚れ(非特異的なタンパク質および細胞
接着)に抵抗するその能力である。PEGは、その優れた生体適合性と防汚特性により、
医学と産業の両方で幅広い適用を見出した親水性ポリエーテル化合物である73。親水性
ポリマー鎖での表面の修飾は、タンパク質吸着を減少させ、非特異的な細胞接着を劇的に
減少させることが示された74~77。現在、物理吸着、自己組織化単分子膜、化学カッ
プリング、グラフト重合を含めた多くの技法が、PEGで表面を修飾するために使用され
ている。
に防止できることが示された。Chen et al.は、PEG膜がポリアニリン表面
上に形成され、タンパク質の吸着と血小板の付着の両方の著しい減少を示したことを実証
した78。Zhang et al.は、SSに形成されたPEGコーティングがウシ血
清アルブミンおよびガンマグロブリンの吸着を予防するのに非常に効果的であることを示
した79。PEG鎖は、Wang et al.によって使用されて、PTFE表面を修
飾し、PEG修飾PTFEが親水性の増加を示し、ウシ血清アルブミンの吸着予防に非常
に効果的であることを実証した80。
されている。増え続ける官能性の目録により、PEGが実質的にあらゆる生体分子と結合
体を形成することが可能になる。ヘテロ二官能性PEG鎖が、ヒドラジド、アジド、シク
ロオクチン、およびビオチンと組み合わせたアミンおよびチオール官能基を用いて創出さ
れた。生体分子修飾のためのPEG鎖の汎用性および普及により、それらは、PDAがコ
ーティングされた材料の官能性を拡張する魅力的なツールとなっている。Zeng et
al.は、PDA中間コーティングにより、PEGが物理吸着の容易さと共有結合の安
定性で表面にグラフトされ得ることを実証した81。Proks et al.は、PE
Gが防汚と架橋剤の両方に使用され得ることを示した82。彼らは、PDAがコーティン
グされたシリコンウエハーにアミン-PEG-アルキンを固定化し、続いてアジド官能基
を含有する合成ペプチドを固定した。ペプチド固定化後、表面は、標的細胞の結合の改善
を示し、非特異的タンパク質に対する反発特性を維持した82。生物学的に活性な分子と
組み合わせて、PEG修飾は、新しい生物活性材料を提供するための刺激的な可能性を有
する。
表面への抗体の効果的な固定化は、バイオセンサ、バイオ分析技術、および生物医学機
器の開発を改善する可能性を有する83、84。非共有結合性固定化技法は、物理的吸着
85~91によるか、コーティングマトリックス内への抗体の閉じ込めによる、不活性表
面への抗体の固定化の一般的な方法である。これらの技術は、表面に抗体を固定化するこ
とに成功しているが、それらは、抗原結合部位のブロッキングのために最大90%の抗体
が不活性のままであるランダムに配向した抗体分子をもたらす92~94。閉じ込め方法
を使用して、我々は、デキストランコーティングを使用したブタモデルでの生物学的に活
性な抗体固定化を示した。この方法は、デキストランと望ましい抗体のブレンドを創出し
、次いで、デキストラン-抗体混合物がプラズマ反応器技術を使用して基材に適用され、
抗原結合部位の画分が暴露されたコーティングを創出する。この方法は、CD34陽性細
胞の成功的な捕獲を実証した63。しかしながら、このコーティングを使用して代替的抗
体(H-2Kk)を固定化した場合、表面の免疫結合活性は、非常に貧弱であった。埋め
込まれた抗体の存在は、デキストラン/抗体がコーティングされたSSディスク上で実証
されたけれども、表面は、H-2Kk発現EPCを捕獲することができなかった。効果的
な細胞捕獲の欠如は、非配向抗体固定化(デキストランに埋められた抗H-2Kk抗体F
abドメインの多くを有する)と抗体変性の組合せによる可能性がある。同様に、ePT
FEグラフト材料に適用した場合、デキストラン/抗CD34コーティングは、2つの異
なるブタAVシャントモデルの循環EPCの結合に効果がなかった95、96。これらの
結果は、デキストランコーティングは、特定の場合に効果的であるが、抗体固定化の普遍
的な方法を提供しないことを示している。
露されたアミノ酸側鎖に反応する官能化表面を利用する。この方法の1つの制限は、抗体
がFab領域側鎖またはFc領域側鎖を介して結合するかどうかを制御できないことであ
る。特異的官能基が標的にされているが、抗体配向は、なおランダムである。物理的方法
と同様に、これは、抗体の変性および免疫結合活性の喪失をもたらす97~100。これ
らの非特異的技法は、ある程度の見込みを示しているが、上記の物理的な方法と同様に、
それらは、特定の場合にのみ有効であり、すべての表面に適用可能である方法は、ない。
したがって、多くの異なる表面に適用可能であり、抗体を配向された様式で固定し、Fa
b領域が完全に暴露され、抗原結合に利用可能である新しい固定化方法を開発することが
望ましい。
前述のように、固定化プロセスは、結合部位をブロックしたり、抗体を変性させたりす
ることが多く、免疫結合能力の部分的または完全な喪失につながる101。この問題を克
服する技法は、抗体をFcドメインが固定され、抗原結合Fabドメインが完全に露出し
た状態で、配向された様式で固定化することを伴う102。大部分の抗体は、重鎖のFc
領域に少なくとも1つのN結合炭水化物を有することが十分に確立されている。そのよう
に、人気を博している固定化戦略は、Fcドメインに見出されるオリゴ糖を修飾して、抗
体構造に新規な反応性部分を導入することを伴う。抗体修飾のためにますます利用されて
いるオリゴ糖修飾の2つの型がある。1つ目は、反応性アルデヒド基をもたらすためのF
c領域に見出されるオリゴ糖の酸化を伴う103、104。酸化後、新しく形成されたア
ルデヒド部分は、アミン末端表面に共有結合していてもよい105、106。最近報告さ
れた別の技法は、変異β1,4ガラクトシルトランスフェラーゼ酵素を使用して、天然の
アセチルグルコサミン残基を修飾糖で置き換える。修飾糖は、ケトンまたはアジドである
ことが多い、分子構造に取り込まれた独特な化学的ハンドルを有する。修飾糖の取込みに
より、抗体を固定化するために使用され得るFc特異的標的が導入される。アジド部分の
場合、抗体は、無触媒の「クリック」環化付加反応を介して配向された様式でシクロオク
チンを有する表面に共有結合していてもよい。抗体のFc領域を特異的に修飾することに
より、これらの技法はいずれも、Fab領域が露出された抗体の共有結合性の固定化を提
供する(図1)。
的に固定化することにより、オリゴ糖酸化の有効性を実証した。彼らは、架橋分子として
3-アミノプロピルトリエトキシシランを使用してアミンに富む表面を作製し、官能化S
Sを酸化抗体溶液に浸漬した。配向抗体は、免疫結合能力を保持し、従来の固定化戦略(
グルタルアルデヒド)と比較した場合、細胞捕獲効率の3倍の増加を示した107。Ka
ng et al.108は、抗マウスIgG抗体を磁気微粒子に固定することにより、
この固定化方法をさらに調査した。再び、アミンが豊富な表面が創出され、ヒドラジドコ
ーティングが磁性粒子上に形成された。ヒドラジドは、より低いpHでアルデヒドと反応
する利点があり、それにより、抗体上のアミン残基と新しく形成されたアルデヒド間の非
特異的な架橋を防ぐ。配向抗体は、アミンカップリング(N-ヒドロキシスクシンイミド
)に比べて免疫結合効率の2倍の改善を示した108。
結果をもたらした。Boeggeman et al.は、この技法を利用して、ビオチ
ンまたは蛍光分子でいくつかのモノクローナル抗体(mAb)を官能化した。彼らは、ま
ず、ストレプトコッカス・ニューモニエ(Streptococcus pneumon
ia)のβ1,4ガラクトシダーゼを使用して抗体の重鎖領域に見出される糖を除去し、
末端N-アセチルグルコサミン残基を暴露した。次いで、彼らは、変異β1,4ガラクト
シルトランスフェラーゼ(β1,4-Gal-T1-Y289L)酵素を使用して、ケト
ン化学ハンドルを有する修飾糖を導入した。次いで、改変された抗体を、アミノオキシ官
能化Alexa 488またはビオチンと反応させた。彼らの結果は、望ましい分子(A
lexa 488およびビオチン)が抗体構造に成功的に取り込まれただけでなく、N結
合炭水化物を介したmAbへの望ましい分子の結合が抗原に対する抗体の親和性を修飾し
なかったことを示した109。Zeglis et al.は、前立腺抗原標的抗体(J
591)の放射性標識に同様の手法を利用した。再び、彼らは、まず、β1,4ガラクト
シダーゼを使用して抗体の重鎖領域に見出される糖を除去し、末端N-アセチルグルコサ
ミン残基を暴露させた。次いで、彼らは、同じ変異酵素(β1,4-Gal-T1-Y2
89L)を利用して、アジド修飾糖を抗体のFc領域に取り込んだ。次いで、アジド官能
化抗体を、触媒を使用しない「クリック」結合を介してデスフェリオキサミン修飾ジベン
ゾシクロオクチンと反応させた。最後に、キレーター修飾抗体を89Zrで放射性標識し
た。彼らの結果は、89Zrが抗体のFc領域に成功的に結合し、抗体構造へのその取込
みが抗原に対する抗体の親和性に影響を及ぼさなかったことを示した110。
ポリドーパミン膜:
PDAアンカーは、すべての材料の初期官能化に使用することになる。ドーパミンHC
l(塩酸ドーパミン、Sigma-Aldrich)溶液(2mg/ml)を10mM
Tris-HCl(pH8.5)で調製することになる。基材(SS、CoCr、電界紡
糸ポリウレタン、ePTFEグラフト材料)を暗い環境で24時間溶液に浸漬することに
なる。反応後、材料を除去し、完全にすすぎ、純窒素流で乾燥させる111、112。我
々は、PDA膜を316L SSおよびCoCrディスク、ePTFEグラフト材料、な
らびに冠動脈ステントに成功的に堆積させることができた。これらの結果は、Lee e
t al.71によって報告された結果とともに、この官能化方法が実行可能であり、一
般的な心臓血管プラットフォームに適用され得ることを示している。PDA膜の反応性は
、PDAがコーティングされた材料上での生体分子(BSAおよびアビジン)の固定化を
通した様々な予備生物活性表面の創出によって実証されている。2%BSA溶液へのコー
ティングされたSS基材の簡単な浸漬は、細胞接着を効果的に阻害する防汚表面を創出し
た。アビジン溶液に暴露されたPDAがコーティングされたSSおよびCOCR基材は、
ビオチン化蛍光分子の捕獲を示した。
ポリエチレングリコール架橋層の形成のために、官能化PEGアミン(ヒドラジドまた
はジベンゾシクロオクチン(DBCO)官能化)溶液(25mg/mL)をリン酸緩衝生
理食塩水(PBS、pH7.4)中で調製することになる。溶液のpHを8.6に調整す
ることになり、PDAがコーティングされた材料を50°Cで30時間浸漬することにな
る。次いで、材料を完全にすすぎ、純窒素流で乾燥させることになる113。我々は、ア
ミノ化PEG鎖をPDA官能化材料に固定化することができた。ジベンゾシクロオクチン
表面を、基材をアミノ-PEG4-DBCOの溶液に浸漬することにより、PDAがコー
ティングされたSSおよびCoCr上に形成した。DBCO表面は、アジド官能化蛍光分
子の効果的な捕獲を示した(図9)。
生体適合性試験を生体医療機器の前臨床評価に関する国際規格ISO10993ガイド
ラインに従って行うことになり114~117、60匹のニュージーランド白ウサギを使
用することになる。ウサギをケタミン(40mg/kg)およびキシラジン(5mg/k
g)の筋肉内注射で鎮静させることになる。脊柱に沿った毛皮をクリップして、約10c
m2の面積を暴露することになる。皮膚をイソプロピルアルコールを使用して消毒し、ベ
タジン溶液を塗ることになる。約8cmの長さの単一の切開を背骨の正中線に沿って行っ
て、傍脊椎筋を暴露することになる。筋肉を繊維軸に平行に約1cm切開し、小さなポケ
ットを創出することになる。止血を直接圧力をかけることで達成することになる。4つの
ピース(5×5mm)のコーティングされた試験材料(SS、CoCr、電界紡糸ポリウ
レタン、ePTFE)および4つのコーティングされていない対照を、少なくとも1cm
離れて(左右に4つずつ)ランダムな方法で左右の傍脊椎筋肉に埋め込むことになる。筋
肉切開、皮下組織、および筋膜を吸収性縫合糸で閉じることになり、皮膚切開を非吸収性
縫合糸または皮膚ステープルで閉じることになる。動物を、1、7、14、および28日
後、および12週間でペントバルビタールの致命的な静脈内注射によって屠殺することに
なる。埋め込み部位を暴露し、出血、壊死、体液蓄積、変色、感染またはカプセル化の徴
候に関して検査することになる。埋め込み部位からの組織を採取し、10%中性緩衝ホル
マリンで固定することになる。最終的な組織分析は、肉眼的および組織病理学的データに
基づくことになる。我々は、このモデルに豊富な経験があり、様々なステントプラットフ
ォームおよびコーティング、ならびにePTFEおよび生体吸収性ステント材料を評価す
るために使用している。
米国食品医薬品局(FDA)は、最近、コーティングされた機器の安全性と有効性を評
価するために、血管内機器業界にガイダンスを提供している118。コーティングの密着
性、バリア効果、および安定性などの特徴を評価する必要がある。
新生物過形成の程度に直接関係することが十分に確立されている119。したがって、コ
ーティングの厚さを決定することが重要である。コーティングされた基材(316L S
S、CoCr、電界紡糸ポリウレタン、ePTFE)を接触形状測定(KLA Tenc
or P16+、Surface Interface(SI)Ontario、Uni
versity of Toronto)を使用して分析することになる。様々な材料を
表面の半分だけが被覆されるように、コーティングすることになる。次いで、試料をプロ
ファイルメーターを使用して分析することになり、コーティングされた半分とコーティン
グされていない半分の高さの差を比較することになる。プロファイルメーターは、標準的
なプロトコルを使用してSI オンタリオ職員が操作することになる。すべてのデータ分
析を、SI オンタリオ職員のガイダンスの下、現場で行うことになる。この技法は、表
面トポグラフィー(粗さ)に関する情報も提供することになる。
走査型電子顕微鏡(SEM):コーティングされた表面の表面トポグラフィー、完全性
、およびコンフルエンスをSEMによって評価することになる。SEMの研究では、試料
(316L SS、CoCr、電界紡糸ポリウレタン、ePTFE)を標準的な脱水およ
び20nmの金スパッタコーティング技法を用いて調製することになる。走査型電子顕微
鏡(Philips XL-30シリーズ、Netherlands)を使用することに
なる。
態を計算する定量的分光試験である。スペクトルをX線の照射で表面の上部1~10nm
から逃げる運動エネルギーおよび電子の数を測定することによって取得する。XPSを単
色のAl Kα X線源(SI Ontario)を備えたK-Alpha XPS装置
(Thermo Scientific)上で316L SS、CoCr、電界紡糸ポリ
ウレタン、ePTFEのコーティングされた試料を用いて行うことになる。X線源を、S
Iオンタリオ職員が標準プロトコルを使用して操作することになる(45°の検出角度、
300Wで操作される標準アルミニウムX線源のKα線)。表面コーティングの厚さ、均
一性、コンフルエンス、および完全性をXPSによって評価することができる。非コンフ
ルエンスの場合、基材からの金属化合物からのシグナルが現れることになる。XPSは、
コーティングの完全性と一貫性を評価するのにSEMよりも感度が高いことが示されてい
る120。
テントの重要な部分で塑性変形が発生する121~126。有限要素モデリングによれば
、この塑性変形は、最大25%となる126。
ト、電界紡糸ポリウレタンが被覆されたステント(PK-Papyrusステント、Bi
otronik、Germany)、ePTFEが被覆されたステント(Jostent
Graftmaster(商標)、Abbott Vascular、Illinoi
s)の接着性と変形性をバルーン拡張の前後に走査型電子顕微鏡によって評価することに
なる。各機器のうち3つを拡張のための標準の血管形成バルーンに取り付けることになる
。拡張されたステントを、SEMを使用して、亀裂、フレーキング、剥離の証拠がないか
検査することになる。Luo et alは、最近、PDA膜が、同様の技法を使用した
血管ステントの圧縮および拡張の変形に耐性があることを報告している127。PDA膜
の安定性を評価するために、コーティングの表面微細構造を、膨潤または剥離の証拠につ
いて、37°CのPBSに7、15、および30日間浸漬する前後のSEMを使用して試
験することになる。
Crディスクを、SATEC 3340試験システム(Instron、Norwood
、MA、OrbusNeich Medical Technologies、FLから
の貸し出し)に取り付けられたパンチテスト機器を使用して最大25%塑性変形すること
になる。すべての変形を、Lewis et al128、129によって記載されてい
るように25%の変形を得るために0.05mm/秒の置換速度および2200Nの最大
荷重で室温で行うことになる。表面コーティングの接着および凝集を上記のスペクトル分
析によって決定することになる。
Shape Analysisソフトウェア(EasyDrop DSA20E、Kr
uss、Hamburg、Germany)を使用して液滴分析によって測定することに
なる。液滴堆積および分注速度を分注の10秒以内でそれぞれ5.0μLおよび195μ
L/分で一定に保つことになる。表面エネルギーを、水接触角(極性溶媒)およびジヨー
ドメタン(非極性溶媒)のデータを用いて、OwensおよびWendtによって記載さ
れた方法によって計算することになる130。
この提案の最終目標は、血管内機器、例えば、プラットフォームとしての冠動脈ステン
ト、血管グラフトを使用した局所的な薬物送達である。原理の証明として、我々は、潜在
的な治療目的のために血管拡張剤(4.1.2項)を作製するように遺伝子操作されたE
PCを捕獲することを目指す。遺伝子工学的技法により、機器の内皮形成に寄与するだけ
でなく、治療用化合物を作製するEPCを作製することができる。これらの遺伝子操作E
PCの使用に関する重要な問題は、機器が修飾されたEPCのみを排他的に結合すること
を保証することである。CD34を標的にすると、まれな改変細胞と遍在する内在性ナイ
ーブEPC間の競合が発生する。この問題に対処するために、細胞をさらに改変して、ヒ
ト細胞に天然に見出されない独特な表面マーカーを作製し、化合物作製細胞のみを排他的
に捕獲するための標的を提供することができる。主要組織適合遺伝子複合体クラスI分子
であるH-2Kkは、一部の希少なマウス系統(例えば、AKR/JAまたはCBA/J
)においてのみ見出された。他の哺乳動物細胞内にH-2Kkが存在しないことは、それ
およびH-2Kk表面タンパク質に対するモノクローナル抗体を、改変EPCの排他的捕
獲を保証する魅力的な選択肢にする。pMACSKk.tag(C)プラスミドベクター
(Miltenyi Biotec)は、H-2Kk遺伝子および目的の遺伝子をクロー
ニングできるマルチクローニングサイト(MCS)を含有するバイシストロニックなベク
ターである。pMACSKk.tag(C)プラスミドベクターを使用して、我々は、H
-2Kkと血管拡張剤カルシトニン遺伝子関連ペプチド(α-CGRP)の両方を発現す
るであろうベクター(pMACS-H-2Kk-hCGRP、4.2.1項も参照)を構
築した。我々は、H-2Kk抗体がコーティングされた血管機器は、遺伝子改変されたH
-2Kk発現細胞を選択的に捕獲することになると考えている。臨床的に利用可能な薬剤
「溶出」ステントは、ステントストラットに隣接する組織のみに血管壁に微量の細胞増殖
抑制薬を送達し、治療的に関連する遠位送達は行わない。記載された技術の目標は、埋め
込まれた機器の遠位に治療量の生理活性化合物を送達することである。
n)を前述のようにPDAがコーティングされた材料に固定化することになる(3.2.
2項)。PEG鎖の固定化に成功した後、改変表面を、塩化メチレン中の25%トリフル
オロ酢酸(TFA)に供することになり、その後、10%水酸化アンモニウムで3分すす
いで、t-Boc保護基を除去し、追加の固定化のためのヒドラジドが豊富な表面を形成
する131、132。抗H-2Kk抗体(IgG2a; Miltenyi Biote
c、CA)を酸化して、必要なアルデヒド部分を創出することになる107、108。抗
体をPBS(0.05mg/ml)に溶解することになる。次いで、メタ過ヨウ素酸ナト
リウム(Sigma-Aldrich)を抗体溶液に添加し(抗体1mlあたりメタ過ヨ
ウ素酸ナトリウム2mg)、反応を暗所で30分間進行させることになる。酸化後、残留
メタ過ヨウ素酸ナトリウムを脱塩カラム(Sephadex G-25)を使用して除去
することになる。次いで、PEG官能化材料を酸化抗体溶液に浸漬し、1時間反応させる
ことになる。シアノ水素化ホウ素ナトリウム(抗体1mlあたり5.0Mシアノ水素化ホ
ウ素ナトリウム10μL)を添加して、抗体とヒドラジドに富むコーティング間に形成さ
れたシッフ塩基を安定化することになる。この反応を4℃で終夜進行させることになる。
最後に、物質をPBSで洗浄して、物理的に吸着した抗体を除去することになる。
ティングされた材料に固定化することになる。抗H-2Kk抗体を、製造業者の指示に従
って、Click-IT(登録商標)GlcNAc Enzymatic Labeli
ng System (Life Technologies)を使用して、改変するこ
とになる。簡単に説明すると、抗体(PBS中0.5mg/mL)を、P30樹脂(Bi
o-Rad、1.5mL総容積)で調製されたマイクロスピンカラムを使用して、前処理
緩衝液(50mMリン酸Na、pH6.0)に緩衝液交換することになる。次いで、20
0μLの抗H-2Kk抗体を前処理したカラムに添加し、850×gで5分間遠心分離す
ることになる。生じた抗体溶液に4μLのβ-1.4-ガラクトシダーゼ(ストレプトコ
ッカス・ニューモニエ(S.pneumonia)由来、2mU/μL)を補充し、37
℃で終夜インキュベーターに置くことになる。トリス緩衝生理食塩水(TBS、20mM
Tris HCl、0.9%NaCl、pH7.4)への試料の緩衝液交換は、P30
樹脂を用いて調製されたマイクロスピンカラムを使用して行うことになる。緩衝液交換後
、30μLの抗体溶液(2mg/ml)を4μLのUDP-GalNAz(40mM)、
15μLのMnCl2(0.1M)、および100μLのGal-T(Y289L)(0
.29mg/mL)と組み合わせ、30°Cで終夜インキュベートすることになる。修飾
後、抗体をPBSに緩衝液交換することになる。最後に、DBCOがコーティングされた
材料を抗体溶液(100μg/ml)に120分間浸漬し、次いで、PBSで洗浄して、
物理的に付着した抗体を除去することになる。
4~7日で取得する。それらは、造血起源の細胞を表し、パラクリン因子の放出を通して
血管新生効果を発揮する。後期EPC(内皮コロニー形成細胞または後期増殖内皮細胞と
も称される)は、培養2~4週間後に出現する。初期EPCとは異なり、後期EPCは、
内皮細胞として機能すると考えられており、血管に取り込まれ得る。Muscari e
t alは、異なる細胞源および培養条件を比較し、3~4週間培養された骨髄由来EP
Cが内皮細胞の表現型に関与していることを見出した133。我々は、この方法を採用し
て、提案された研究で使用されるブタEPCを調達した。ブタ骨髄単核細胞をフィコール
勾配遠心分離によって単離し、フィブロネクチンがコーティングされたT75フラスコに
0.75×106/cm2の密度で播種し、EGM-2培地(Lonza)で培養するこ
とになる。我々の結果は、ブタ骨髄由来のEPCが2つの重要な内皮マーカーであるVE
GFR2とeNOSを発現することを示している。我々は、単離後3週の骨髄から増殖さ
れたEPCを使用することになるが、これは、これらがヒト末梢血単核細胞から単離され
た後期EPCと同様の特性を実証するからである133。
)を10%FBS(Life Technologies)で補充したダルベッコ改良イ
ーグル培地(DMEM、Life Technologies)で維持することになる。
トランスフェクションを、製造元の指示に従って、COS-1にはSuperfect
Reagent(Qiagen)、CHO細胞にはLipofectamine Rea
gent(Life Technologies)をそれぞれ使用して行うことになる。
EPCを製造元の指示(Amaxa Nucleofector)にしたがって、ヌクレ
オポレーション法を使用してトランスフェクトすることになる。我々は、すべての改変細
胞がH-2Kk表面タンパク質を発現することを示した。
6L SS、CoCr、電界紡糸ポリウレタン、およびePTFE)をH-2Kk発現細
胞を選択的に結合する能力に関して評価することになる。一実施形態では、抗体を、リン
カーの非存在下でポリドーパミンがコーティングされた材料に直接固定化した。例えば、
新たに調製されたポリドーパミンがコーティングされた材料をPBS中の抗H2Kk抗体
溶液に暴露した。次いで、コーティングされた材料をPBSで完全にすすぎ、吸着された
抗体を除去した。
Sに再懸濁することになる。抗体がコーティングされたディスク、コーティングされてい
ないディスク、および中間体のみでコーティングされたディスクを2%BSAを含有する
PBSでブロックし、100μlの細胞とともにインキュベートし、その後、PBSで完
全に洗浄して、結合していない細胞を除去することになる。結合した細胞を2%パラホル
ムアルデヒドで固定し、Sytox Green(Invitrogen)で核染色した
後、蛍光顕微鏡を使用して可視化することになる。さらに、ディスクの蛍光強度をSpe
ctraMax M5eプレートリーダー(Molecular Devices)を使
用して、測定することになる。非トランスフェクト細胞を対照として使用することになる
。我々の予備データは、固定化されたH-2Kk抗体が多くの異なる材料上でH-2Kk
発現CHO細胞を捕獲できることを示している。コーティングが細胞増殖に影響を与える
かどうかを評価するために、EPC発現H-2Kkを剥離し、PBSで洗浄し、培地に再
懸濁し、24ウェル細胞培養プレートに置かれた抗体がコーティングされた材料(316
L SS、COCR、電界紡糸ポリウレタン、およびePTFE)に添加することになる
(各機器3連で)。培養後の異なる時点(1、3、5日目)で、試料を取り出し、PBS
で洗浄し、0.25%トリプシン-EDTA(Life Technologies)を
用いて付着細胞を持ち上げることになる。細胞数を決定し、コーティングされていない材
料の細胞数と比較することになる。
、動脈血流のインビトロモデルが我々の研究室で開発された。このモデルは、ハーバード
装置シリンジポンプによって制御された流れを有するステントを展開するための合成動脈
スペースを有し、血管機器を通る交互の流れを提供する。コーティングされたステント、
コーティングされていないステント、および中間体のみでコーティングされたステントを
合成動脈内に展開することになる。10mlのトランスフェクト細胞(105細胞/ml
)を3.1mL/分の流量で1時間循環させることになる134。次いで、ステントを回
収し、PBSで洗浄して、結合していない細胞を除去することになる。次いで、結合した
細胞を3.2.5.5項で記載されているように、固定し、視覚化することになる。蛍光
強度も、3.2.5.5項で記載されているように、測定することになる。トランスフェ
クトされていない細胞を、対照目的で使用することになる。
-2Kkを発現するブタEPCの捕獲を示している。
を行った。コーティングされたグラフトを、CHO H-2Kk(+)細胞とともに1、
2、または3日間インキュベートした。次いで、それらを固定し、蛍光顕微鏡で画像化し
た。3セットを毎日調製した。各グラフト上の追加の複数のスポットをカウントした。各
日からの1つのグラフトも固定し、SEMのために採取した。
よって決定した。楕円形または球形を以下のパラメーターに適合する細胞と見なした(サ
イズ:12um×12umを超え、かつz:>40um)。これにより、我々が、偽陽性
ではなく、細胞をイメージングし、カウントしていることが保証された。1日目に、平均
細胞数は、960±250細胞/mm2であった。2日目に、平均細胞数は、2595±
779細胞/mm2であった。3日目に、平均細胞数は、10002±1745細胞/m
m2であった(図15)。
た。次いで、それらを(複数の固定剤で)固定し、臨界点乾燥し、金でスパッタし、SE
Mでイメージングした。各グラフト上の追加の複数のスポットを分析した。各日からの1
つのグラフトのみをイメージングした。細胞数が増加し、細胞形態も球状から平らで多角
形に変化した。これは、細胞が増殖してグラフトに付着すると発生する。
我々は、抗体官能化ステントを用いて、新規細胞ベースの送達機構を使用した治療物質
の長期冠動脈内投与(局所薬物送達)を達成できると仮定する。
血管リモデリング:
動脈壁は、硬い管ではなく、むしろ血行動態、機械的、および生化学的刺激に応じて再
形成する能力がある器官である。血管は、下流の臓器への流れの増加に対応するために拡
大することが1世紀以上にわたって知られている135。このプロセスの明らかな例は、
天然の増殖中または心筋肥大における冠血管の拡大である。この現象への関心は、血管の
半径拡大(外向きまたはポジティブリモデリング)がアテローム硬化性プラークの進行性
の増殖を補うことができ、したがって、流れを制限する狭窄の発生を遅らせるという組織
学的観察によって刺激された136、137。これらの病理学的所見は、続いて、アテロ
ームの存在下での外向きリモデリングの発生と、どのようにそのような外向きリモデリン
グが血管造影検出からかなりのプラークを隠すことができるかを明らかにしたインビボ血
管内超音波(IVUS)研究によって支持された138、139。大部分のアテローム性
動脈硬化セグメントは、いくらかの代償性拡大を示すが、それは、管腔サイズを完全に維
持するにはしばしば不十分であり、一部の血管は、病変部位で逆説的に縮小する場合があ
り(内向きまたはネガティブリモデリング)、管腔損失を補償するのではなく悪化させ得
る140。この型の収縮性リモデリングは、冠動脈の原因病変の24%から42%で発生
することが報告されている141、142。ネガティブリモデリングの臨床的重要性は、
管腔狭窄がプラークサイズよりもリモデリングの方向および大きさにより密接に関連して
いるという観察によって強調されている140、143。
せるための流れおよび外周の伸展の変化に対する恒常性応答である144。アテローム性
動脈硬化症のサルからの冠動脈の流れの増加に応じて起こることが示されている外向きの
リモデリング145は、一酸化窒素およびマトリックスメタロプロテイナーゼ(MMP)
のせん断応答性内皮作製に大きく依存している146、147。せん断感受性リモデリン
グのメディエーターの大部分も伸展応答性であり、伸展信号とせん断信号の間の重要な相
互作用が存在するように見える148。血管の弾力性は、静止血管サイズの主要な決定要
因であり、最近のデータは、エラスチンの作製の変化もリモデリングに重要であり得るこ
とを示唆している149。
モデリングおよびネガティブリモデリングは、非インスリン使用糖尿病患者よりもインス
リン使用糖尿病患者において、非喫煙者と比較して喫煙者において、より一般的である1
50、151。逆説的には、高コレステロール血症の者ではネガティブリモデリングの頻
度は少ない152。心臓移植後のグラフト不全および死亡の最も一般的な原因である移植
血管障害は、びまん性血管造影狭小化によって特徴付けられる。最近、進行性の内膜肥厚
に加えて、移植された心臓では、ネガティブまたは不十分なポジティブリモデリングが一
般的であることが明らかになった152。
プロスタサイクリン:プロスタサイクリン(プロスタグランジンI2、PGI2)は、
脂質メディエーターのプロスタグランジンファミリーのメンバーであり、強力な血管拡張
剤作用および抗血栓作用を有する153、154。プロスタサイクリンは、特定のGタン
パク質共役受容体、IP受容体におよび/または核内受容体、ペルオキシソーム増殖因子
活性化受容体(PPAR)δに結合するオートクリンおよびパラクリンメディエーターで
ある155~158。プロスタサイクリンは、局所的な抗凝固剤および血管拡張剤特性を
発揮し、保存されず、不活性代謝物である6ケトプロスタグランジンF1α(PGF1α
)に非酵素的プロセスによって急速に変換される。プロスタサイクリンは、主にアデニリ
ルシクラーゼ/サイクリックAMP形質導入システムを介して血管平滑筋の弛緩を引き起
こし、研究されるすべての血管床の血管拡張を引き起こす159。
床的に使用されるが、その使用は、その物質が不安定であり、連続投与が必要であるとい
う事実により妨げられる154、160。この制限により、プロスタサイクリンの継続的
送達を提供するための遺伝子導入技術の前臨床調査が行われた。ヒトプロスタサイクリン
シンターゼ(PGIS)遺伝子の導入は、原発性肺高血圧症などの血管疾患161~16
3および血管損傷後の再狭窄164~166に対して効果的な遺伝子治療を提供すること
が示されている。
神経系(血管叢)全体に分布し、心血管系への効果を含めた生物学的効果を示す。α-C
GRPは、これまでに同定された最も強力な動脈および静脈血管拡張剤の1つであり、そ
の効力は、プロスタグランジンの約10倍大きく、他の古典的な血管拡張剤(例えば、ア
セチルコリン、アデノシン、5-ヒドロキシトリプタミン、およびサブスタンスP)の1
00~1000倍大きく、関連ペプチドであるアドレノメデュリンの3~30倍強力であ
る。
つかある167~169。現在の証拠は、NO内皮非依存性経路と内皮依存性経路の両方
の存在を示している。内皮非依存性機構は、ブタの冠動脈を含めたこれまでに研究されて
きた組織の大部分で観察されている170。α-CGRPが内皮の非存在下でこれらの組
織を弛緩させる能力は、それが、172、173を含めてインビトロで実証されているよ
うに、SMCに直接作用してアデニル酸シクラーゼおよび細胞内cAMP産生を刺激する
ことを示唆している。α-CGRPは、平滑筋細胞の電位依存性カルシウム放出を1時間
以内に350%刺激し、長期(24~48時間)で筋細胞膜ジヒドロピリジン受容体の密
度を30%増加させることが示されている171。内皮依存性経路も存在し、NOの分泌
に依存してcAMPとcGMPの両方が著しく増加する174。CGRPが内皮由来NO
の非存在下で血管拡張を刺激する能力により、それは、eNOS活性化の低下を特徴とす
る内皮機能障害を有する患者での使用に魅力的な薬剤となっている。
を受けている175、176。α-CGRPは、アテローム性狭窄の位置で冠動脈を拡張
し、慢性狭心症患者の心筋虚血の発症を遅らせることにより、保護的な影響を有し得ると
考えられている177。CADおよび虚血の有害作用を相殺するα-CGRPの全身投与
の治療的可能性は、全身投与の効果によって制限される。有害作用につながるα-CGR
Pの活性の最も重要な面は、末梢血管拡張剤としてのその効力である。心血管系で治療効
果を得るためにα-CGRPを局所投与する必要があるということは、標的遺伝子の送達
が関連する治療法となり得ることを意味する。
プラスミド構築:
ヒトα-CGRP完全cDNA(Open Biosystems、Huntsvil
le AL)を生物学的に活性な成熟CGRPをコードするDNA配列のPCR増幅に使
用し、次いで、成熟CGRP cDNAをベクターpFLAG-CMV3(Sigma)
のHindIII/EocRV部位に挿入することによってFLAGエピトープと融合さ
せる。我々は、FLAGでタグ付けされた成熟CGRPを発現するクローンを創出し、こ
れにより、抗FLAG抗体を使用することによる成熟α-CGRP発現の同定が容易にな
る。次いで、FLAG-α-CGRPカセットをpMACSKk.tag(C)ベクター
のEcoRV/EcoRI部位に挿入し、二重(H-2Kkおよびα-CGRP)発現ベ
クターpMACS-H-2Kk-hCGRPを産出する。プロスタサイクリンシンターゼ
cDNAもpMACSKk.tag(C)ベクターにクローニングすることになる。
プラスミドベクター(3.2.5.4項)でのトランスフェクションに加えて、原理証
明のために、レンチウイルスベクターを使用して、EPCを形質導入し、長期の遺伝子発
現を提供することになる。組換えレンチウイルスは、Cell Biolabs Inc
.(San Diego、USA)がカスタム製造することになる。我々の研究室では、
以前のプロジェクトでレンチウイルス発現系の使用に成功しており、EPCおよび不死化
細胞株のレンチウイルス形質導入における多くの経験を有する178。
α-CGRPの発現および活性の測定:α-CGRPの発現を抗FLAG抗体(Sig
ma)を使用したウエスタンブロッティング分析によって決定することになる。我々は、
ベクターpMACS-H-2Kk-hCGRPをトランスフェクトしたCOS-1細胞か
らの馴化培地(CM)がCGRPを含有することを示した。CGRPの生物活性は、ヒト
ケラチノサイトにおける神経増殖因子(NGF)作製を誘導するその能力によって評価す
る179。
するプロスタサイクリンシンターゼは、ヒトプロスタサイクリンシンターゼに対する抗体
(R&D Systems)を使用したウエスタンブロッティングによって決定すること
になる。プロスタサイクリンシンターゼ活性は、製造業者の指示に従ってラジオイムノア
ッセイ(Amersham Corp)によりCM中の代謝物6-ケト-PGF1αを測
定することによって評価することになる。
をトランスフェクトしたCHO細胞が最大5日間H-2Kkタンパク質を作製する一方、
細胞形態および生存率は影響を受けないことを示した(データは、示さず)。我々は、操
作後、1、3、5、7日目に、プラスミドをトランスフェクトしたEPCとレンチウイル
スを形質導入したEPCの両方で、遺伝子発現の安定性(H-2Kkと血管拡張剤の両方
)を決定することになる。
すべての実験を雄の若齢ヨークシャーブタ(>30kg)で行うことになる。動脈アク
セスを左頸動脈切開によって取得することになる。機器の埋め込み前に、充血を冠動脈ニ
トログリセリン200μgの投与により、3つの主要な冠動脈で誘発することになる。冠
動脈血管造影図を取得し、オンライン定量的冠動脈造影(QCA)を行うことになる。機
器埋め込み部位の遠位の血管セグメントの冠動脈断面積(CSA)を血管内超音波(IV
US)および光干渉断層法(OCT)によって決定することになる。ドップラー由来の血
流速度を0.014インチの操縦可能なドップラーガイドワイヤ(ComboWire
XT、Volcano Corp.、San Diego、CA)を使用して測定し、C
ombomapシステム(Volcano Corp.)で分析し、平均冠動脈ピーク流
速(APV)として報告することになる。体積冠動脈血流量(CBF)を以前検証された
CBF=CSA X APVの関係から計算することになる180。ステントプラットフ
ォームでの細胞捕獲の評価のために、長さ8mmのCOCR冠動脈ステントをPDA/P
EG/anti-H-2Kkでコーティングし、ステント対血管比1.1:1で3つの主
要な心外膜冠動脈の近位セグメントにランダムに展開することになる。ePTFE上での
細胞捕獲を評価するために、PDA/PEG/抗H-2KkがコーティングされたJos
tent Graftmaster冠動脈ステントグラフト(2つのSSステントの間に
挟まれたePTFE、Abbott Vascular)を使用することになる。次いで
、細胞投与をプロトタイプのタンデム型バルーンカテーテル(親切にもCordis C
orporationから提供されたもの)を使用して行うことになる。カテーテルは、
単一の膨張ポートを介して膨張する2つの先端の高度に順応性のあるバルーンからなる。
いったん膨らむと、バルーンの間に長さ1.0cmの局所注入チャンバーが創出される。
遠位の血流は、中央の管腔によって提供され、溶液を2つの分離ポートを介してチャンバ
ーに注入または吸引することができる。タンデムバルーンを25psi(1.7atm)
まで膨らませると、生理食塩水が点滴ポートから送られて、血液室をきれいにする。ステ
ント動脈セグメントを、H-2Kkおよびプロスタサイクリンまたはα-CGRPまたは
空のベクター(H-2Kkのみを発現する)を過剰発現するように遺伝子操作された3×
106EPCを受け取るためにランダム化することになる。H-2Kk+EPCを送達前
に製造元の指示に従ってMACSelect Kk System(Miltenyi
Biotec)を使用して濃縮することになる。2mlの細胞懸濁液を200μL/分の
注入速度で10分間かけて投与し、次いで10分間の滞留時間を設けることになる。動脈
切開部位を閉じ、動物を回復させることになる。トランスフェクトされたEPCと形質導
入されたEPCの両方について、動物1匹あたり2つのステント(16のプロタサイクリ
ンシンターゼ(8つのCOCR、8つのePTFE)および16のα-CGRP(8つの
COCR、8つのePTFE)およびそれぞれの対照)で、合計64匹の動物を処置する
ことになる。各グループからの2匹の動物をステント埋め込みの5日後に屠殺することに
なる。冠動脈造影およびQCAが行われることになり、ステント留置されたセグメントを
取り外すことになる。取り外された動脈セグメントを縦断的に二等分し、半分を標準的な
組織化学分析によって分析し、半分をSEMイメージングのためにプロセシングすること
になる。組織化学分析用のセグメントを10%ホルマリン/PBS溶液に置き、5つのセ
クションをカットしてヘマトキシリン&エオシン(HE)およびエラスチントリクローム
で染色することになる。新生細胞過形成の程度および炎症性スコア(Kornowski
スコア(0-3))を、送達された細胞の拒絶の証拠を評価するために決定することにな
る181。セグメントを10%緩衝ホルマリン/PBS中で30秒間固定することによっ
て、SEM用に調製し、さらに、終夜0.1Mカコジル酸ナトリウム緩衝液(Sigma
)中の2.5%グルタルアルデヒド(BDH Inc.)を有する2%PFA中でさらに
固定することになる。後固定を0.1Mカコジル酸緩衝液中の1%四酸化オスミウム(S
igma)で完了することになり、続いてエタノールで連続脱水し、次いで臨界点乾燥す
る。次いで、確立されたプロトコルに従って、トロント大学のSEM施設で金スパッタリ
ングと顕微鏡検査を行うことになる。表面内皮化を評価するためにSEMを行うことにな
る。インデックス手順の28日後、残りの動物(グループごとに6匹)に麻酔をかけ、Q
CA分析による冠動脈造影を行うことになる。次いで、血管を、IVUSおよびOCTを
使用して調べることになる。冠動脈ドップラー流れを測定し、CBFを計算することにな
る。我々は、EPCを発現する血管拡張剤を投与された動物では、ステント留置セグメン
トを超えて血管径が大幅に増加することを期待している。
抗体官能化材料:
我々は、PDA/PEG表面修飾が抗体固定化の効果的なプラットフォームを提供し、
様々な生物医学材料上での生物活性コーティングを創出するために使用できることを示す
ことを期待する。この技術は、治癒促進装置の開発のため、およびインビボ標的組織への
治療化合物の局所送達のためのプラットフォームとしての適用を有する。
が起こる可能性がある。記載された酸化および酵素技術は、同じアイソタイプのいくつか
の抗体を基材に効果的に固定するが、抗体上の糖部分のグリコシル化およびアクセスしや
すさの程度は、可変である182。記載された固定化技術がインビボ適用に十分な結合を
提供できない場合、代替の固定化戦略を探索することになる。特に興味深いのは、新しい
UV固定化技法である。それは、インドール-3-酪酸-PEGを利用して、アイソタイ
プにかかわらず、実質的にすべての抗体上に見出される保存されたヌクレオチド結合部位
を介して抗体を結合する183。
我々は、強力な血管拡張剤のこの独特な細胞ベースの冠動脈内投与がブタ冠動脈のポジ
ティブリモデリングを促進することになると示すことを期待している。これにより、従来
の血行再建術に対する「選択肢がない」患者にとって、実行可能な臨床治療に変換できる
技術の原理証明が提供される。可能な臨床的利点は、導管冠動脈のポジティブリモデリン
グからだけでなく、フィーダー冠動脈によって供給されない虚血領域への流動媒介動脈形
成によっても導き出される。この技術は、体内の様々な標的組織への無数の治療化合物の
送達にも使用できる可能性も有する。
能性は低いが、ステント埋め込み後の初期の時点で細胞の消耗または血管壁の炎症の証拠
がある場合、我々は、表面マーカー/抗体系をH2Kk/抗H-2KkからΔLNGFR
/抗LNGFR(Miltenyi Biotec、CA)に変更することになる。ΔL
NGFR表面マーカーの免疫原性が低いという証拠が増えており184、心筋梗塞のブタ
モデルにおけるΔLNGFRを発現している自家間葉系幹細胞の長期生存の証拠が公表さ
れている185。
ポリドーパミン(PDA)コーティング
ステント(ステンレス鋼およびCoCr)を以下の液体中で5分間超音波処理した:脱
イオン水、アセトン、エタノール、および水。次いで、ステントを空気下で乾燥させた。
ウシ心膜グラフトをタンパク質の変性を避けるために超音波処理しなかったが、過剰の遊
離アルデヒドを除去するために、グラフトをPBS(pH7.2)で24時間、次いで、
0.5M TRIS-HCl(pH6)で1時間予備洗浄し、次いで、脱イオン水ですす
いだ。さらに、心膜およびePTFEグラフトを空気乾燥せず、水から10mM Tri
s-HCl緩衝液(pH8.6)への溶媒交換を行った。次いで、ステントを、軌道混合
しながら室温で24時間、10mM Tris-HCl緩衝液(pH8.6)中の塩酸ド
ーパミン溶液(2mg/ml)中で浸漬コーティングすることにより、ポリドーパミンで
コーティングした(図4A~図4B)。ePTFEおよびウシ心膜グラフトをコーティン
グする際、5~10mg/mlの塩酸ドーパミンの溶液を使用した。
Tris-HCl緩衝液(pH8.6)中の25mg/ml t-Boc-ヒドラジド
-PEG8-アミンMW:555.66g/mol(Quanta Biodesign
)との反応の前に、PDAがコーティングされたステントを脱イオン水ですすいだ。反応
を摂氏50度で24時間行った。(図6および図7)。次いで、ステントを室温で洗浄し
、乾燥させた。ePTFEおよびウシ心膜は、乾燥させず、水からアセトン、ジクロロメ
タン(DCM)への溶媒交換を行ったことに留意されたい。次いで、PEG化ステントを
一定の空気流でCO2副産物放出のための排気を行いながら、室温で5時間、DCM中の
2mg/mlのヨウ素(I2)でt-boc官能基を除去することにより脱保護した。反
応が完了したら、次いで、ステントをDCMで洗浄し、窒素/アルゴン下で乾燥させた。
ウシ心膜およびePTFEグラフトの場合、さらなるプロセシングの前に、DCMからエ
タノール、脱イオン水への溶媒交換により、材料を湿らせておいた。
選択された抗体を20mM酢酸ナトリウムおよび15mM塩化ナトリウムを含有する緩
衝液にpH4~6.5のpHで溶解した。次いで、抗体を過ヨウ素酸ナトリウムで酸化し
た(図5)。反応フラスコをアルミホイルで覆って、光への暴露を防いだ。酸化抗体をC
PD Mini Trap G-25カラム(GE Life Sciences)を用
いたカラムクロマトグラフィーで精製した。酸化剤の除去および精製抗体の存在をUV分
光法により確認した。
PDA-PEGがコーティングされたステントを精製抗体溶液に浸漬した。反応後、ス
テントを除去し、洗浄し、さらなる試験までPBS pH7.2に放置した(図6および
図7)。
抗CD34抗体がコーティングされたePTFE表面の細胞毒性を評価した。HUVE
C(約30%CD34陽性)をコーティングされた表面に播種した。播種の24時間後と
48時間後、表面で増殖した細胞を蛍光色素で染色し、蛍光顕微鏡で観察した。
この研究の目的は、遺伝子改変EPCの局所的捕獲の技法を使用して、遠位の流れを改
善するために、ポジティブ冠動脈リモデリングを促進するための新しい手法を開発するこ
とである。我々は、強力な血管拡張剤の慢性冠動脈内投与により冠血流量が増加し、血管
のポジティブリモデリングにより血管径が増加すると仮定する。我々は、強力な血管拡張
剤を発現するように遺伝子改変されたEPCの送達を目標とし、心外膜冠動脈の流れ依存
性のポジティブリモデリングを促進することを企図する。
クロムステント、長さ9mm)をインビトロまたは対象(例えば、実験動物または患者)
の標的血管部位の上流に埋め込む。
ベクターでトランスフェクトされた)をインビトロ系または対象に投与し、例えば、標準
バルーンカテーテルのワイヤポートを通して送達し、血管の隔離管腔に放出する。遺伝子
改変細胞は、増殖し、PGISやα-CGRPなどのタンパク質を発現する(細胞は、1
6日を超えてCGRPを発現すると予測されている(Nagaya et al.200
3))。α-CGRPタンパク質は、下流に移動し、CGRP1受容体に付着する。血管
は、放出されたGGRPタンパク質に応じて拡張する。長期的な影響には、血管のポジテ
ィブリモデリングが含まれる。
EPCの遺伝子改変
ブタ骨髄由来EPCを単離し、我々の研究室で以前確立されたプロトコルに従って培養
した。二重遺伝子(H-2Kkおよびヒトα-CGRP)発現ベクターを構築し、エレク
トロポレーションを使用してEPCに導入した。例えば、切断されたマウスMHCクラス
I分子H-2Kkを発現するプラスミドpMACS Kk.II(Miltyneyi
Biotec)を構築した。遺伝子改変EPCを、それぞれフローサイトメトリーおよび
ウエスタンブロット法により、H-2Kkおよびα-CGRP作製に関してアッセイした
。α-CGRP生物活性をアッセイした。
抗H-2Kk抗体がコーティングされた基材を2%BSAを含有するPBSでブロック
した。
された基材と混合し、室温で1時間インキュベートした。結合していない細胞をPBSで
洗い流し、結合した細胞を固定し、蛍光核色素Sytox Greenで染色し、蛍光顕
微鏡で観察した。蛍光強度も蛍光リーダーを使用して測定した。
遺伝子改変ブタEPCによる二重発現(H-2Kkおよびα-CGRP)
ブタEPCの67%は、遺伝子改変の24時間後にH-2Kkを発現する。二重発現ベ
クター改変ブタEPCもα-CGRPを発現する。
CGRP生物活性をケラチン生成細胞における神経増殖因子(NGF)発現を上方制御
する能力により、例えばELISAアッセイでアッセイした。
新しいコーティング技術は、様々な材料(ステンレス鋼、コバルトクロム、ePTFE
、心膜など)に適用され得る。
様々な血管機器に固定化され得る。
来抗原、例えば、H-2Kk(または切断型H-2Kk)を発現するように遺伝子操作さ
れ得る。
2Kk(または切断型H-2Kk)を発現するEPCを捕獲し得る。
固定化抗体のFabおよびFcドメインのインサイチュのアクセスしやすさを、Sah
a et al.Analyst 142:4247-4256(2017)に従って分
析することになる。Fabドメインアクセスしやすさアッセイ-既知量のモノクローナル
抗体、例えば、抗CD34がコーティングされた機器(例えば、ディスク、ePTFEグ
ラフト、ステント)を、結合抗体に結合する能力がある抗原、例えば、可溶性CD34の
モル過剰(結合抗体のモル量に対して)でインキュベートすることになる。モル過剰を使
用すると、利用可能な抗体ドメインが飽和することになる。インキュベーション後、コー
ティングされた機器を洗浄し、一次モノクローナル抗体とは異なるエピトープに結合する
二次125I放射性標識モノクローナル抗体を(結合モノクローナル抗体の量に対する)
モル過剰で添加することになる。機器を約1時間から約3時間の範囲の期間インキュベー
トし、例えば、リン酸緩衝液(PBS)で洗浄し、放射能(cps)をガンマカウンター
で測定することになる。溶液中の125I放射性標識二次モノクローナル抗体の異なる既
知の濃度のストックを、対照とすることになる。次いで、Fabアクセスしやすさアッセ
イにおける結合した二次放射性標識モノクローナル抗体の量を、二次放射性標識モノクロ
ーナル抗体の結合後の最終シグナルからモノクローナ抗体がコーティングされた機器のシ
グナルを差し引くことによって算出することになる。Saha et al.Analy
st 142:4247-4256(2017)。固定化抗体の活性、アクセスしやすさ
、および配向を決定するために使用される他の技法は、原子間力顕微鏡法、中性子反射、
分光エリプソメトリー、および質量分析を含む。同上。
ドーパミン-PEG-抗体がコーティングされた基材を実施例4に記載のように調製する
ことになる。抗体、例えばモノクローナル抗CD34抗体を上記のようにポリドーパミン
-PEG部分に結合することになる。二次抗CD34モノクローナル抗体がポリドーパミ
ン-PEGに結合したモノクローナル抗CD34抗体とは異なるCD34分子上のエピト
ープに向けられた、二次抗CD34モノクローナル抗体を放射性標識することになる(ヨ
ウ素化試薬(または「Iodo-gen」:1,3,4,6-テトラクロロ-3α,6α
-ジフェニルグリコウリル)、Thermo Fisher Scientific(カ
タログ番号28601)から)。ある実施形態では、抗原が、同じである複数のエピトー
プ部位を有する場合、第2のモノクローナル抗体は、同じ部位に向けられ得る。抗CD3
4-ポリドーパミン-PEGに結合したCD34への放射性標識抗CD34モノクローナ
ル抗体の結合を以下のように測定することになる。
ル過剰の可溶性CD34とともに1時間インキュベートする(10mMリン酸緩衝生理食
塩水、pH7.4)。CD34のモル過剰を、利用可能な抗体ドメインを飽和させるため
に使用することになる。インキュベーション後、抗CD34-ポリドーパミン-PEGが
コーティングされたディスクをPBS緩衝液で2回洗浄し、125I放射性標識された二
次抗CD34モノクローナル抗体をサンドイッチアッセイ結合のために添加することにな
る。モル過剰の二次モノクローナル抗体を使用することになる。1時間のインキュベーシ
ョン後、抗CD34-ポリドーパミン-PEGがコーティングされたディスクをPBSで
3回洗浄し、ガンマカウンターで最終放射能(cps)を測定するために、最終100μ
lのPBS緩衝液に再懸濁することになる。結合放射性標識抗CD34モノクローナル抗
体の量を、放射性標識抗CD34モノクローナル抗体の結合後のシグナルによって決定す
ることになる。
CD34抗体の結合は、PEGまたはポリドーパミンを欠く放射性標識された抗CD34
がコーティングされたディスクの結合より大きくなる。Fabアクセスしやすさスケール
を質量比と数比として表すことになる。
着細胞は、比色または蛍光検出を使用して定量化することができる。
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本発明の範囲は、上に具体的に示され説明されたものによって限定されない。当業者は
、図示された材料、構成、構造、および寸法の例に適した代替物があることを認識するで
あろう。特許および様々な刊行物を含めた多数の参考文献が、本発明の説明において引用
され考察される。そのような参考文献の引用および考察は、単に本発明の説明を明確にす
るために提供されるものであり、いかなる参考文献も本明細書に記載の発明に対する先行
技術であることを認めるものではない。本明細書で引用および考察されたすべての参考文
献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本明細書に記載されているものの
変形、修正、および他の実行は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者に
思い浮かぶであろう。本発明の特定の実施形態を示し説明したが、本発明の精神および範
囲から逸脱することなく変更および修正を行うことができることは当業者には明らかであ
ろう。前述の説明および添付の図面に記載されている事項は、限定としてではなく、例示
としてのみ提供されている。
Claims (1)
- コーティングを有する医療機器であって、前記コーティングが(i)ポリドーパミンと
、(ii)ポリエーテル誘導体と、(iii)抗体および/または抗体断片とを含み、前
記ポリドーパミンが前記ポリエーテル誘導体に共有結合しており、前記ポリエーテル誘導
体が前記抗体および/または抗体断片に共有結合している、コーティングを有する医療機
器。
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