JP4690648B2 - Injectable polysaccharide-cell composition - Google Patents

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Description

(発明の背景)
本発明は、一般に、内科的医療の分野における多糖類ヒドロゲル−細胞組成物を用いる領域に関する。より特定すれば、膀胱尿管逆流現象、失禁、および他の欠陥を矯正する方法に関する。
(Background of the Invention)
The present invention relates generally to the field of using polysaccharide hydrogel-cell compositions in the field of medical medicine. More particularly, it relates to a method for correcting vesicoureteral reflux, incontinence, and other deficiencies.

(頭蓋骨顔面輪郭奇形)
外傷性、先天性、または整形のためのものを問わず、頭蓋骨顔面輪郭奇形を矯正するには、現時点では、侵襲的な外科的方法を必要とする。さらに、増強を必要とする奇形の場合は、しばしば無生物材料人工装具の使用が必要であり、これには感染および突出という問題がある。付加的な自原性(autogenous)の軟骨または骨を頭蓋骨顔面の骨格に加える、侵襲性の最も小さい方法であれば、外科的外傷も最低限に抑えられ、また無生物材料人工装具を用いる必要もない。注入による移植を行い、単離された細胞を大量に植え付けることができれば、広域な外科手術を行わずに、頭蓋骨顔面の骨−軟骨骨格を自原性組織で増強し得る。
(Skull facial contour malformation)
Correcting craniofacial contour malformations, whether traumatic, congenital, or orthopedic, currently requires invasive surgical methods. Furthermore, malformations that require augmentation often require the use of inanimate material prostheses, which have the problems of infection and protrusion. The least invasive method of adding additional autogenous cartilage or bone to the skull face skeleton minimizes surgical trauma and requires the use of inanimate prostheses Absent. If transplantation by injection can be performed and isolated cells can be implanted in large quantities, the skull-facial bone-cartilage skeleton can be augmented with autogenous tissue without extensive surgery.

残念ながら、分離した細胞を皮下注射により注入するか、または腹膜のような体の領域内に分離した組織を移植する企ては未だ成功していない。細胞は、恐らくは食作用および細胞死によって比較的速く除去される。   Unfortunately, attempts to inject discrete cells by subcutaneous injection or transplant the isolated tissue within a body region such as the peritoneum have not been successful. Cells are cleared relatively quickly, perhaps by phagocytosis and cell death.

Vacantiらの米国特許第5,041,138号に記載されているように、細胞をポリマーマトリックス上に移植し、また移植して軟骨構造を形成し得る。しかし、これには、所望の解剖学的構造を形成するために、移植前に、マトリックスを外科的に移植し、またマトリックスを成形する必要がある。   As described in US Pat. No. 5,041,138 to Vacanti et al., Cells can be implanted on a polymer matrix and can also be implanted to form a cartilage structure. However, this requires surgical implantation of the matrix and shaping of the matrix prior to implantation in order to form the desired anatomy.

(膀胱尿管逆流現象)
膀胱尿管逆流現象は、胚の発生および生育中に尿管芽(ureteral bud)が膀胱に入るため尿管芽が異常発達する状態である。膀胱の筋肉組織を通る尿管の経路が短くなるため、尿管抵抗が減少し、尿が膀胱溜めから尿管および腎臓まで逆流する結果となる。この状態では、逆行尿道移送により膀胱内に時折存在し得るバクテリアが腎臓に達し、再発性腎盂腎炎を引き起こし得る。さらに、尿の腎杯(calyces)および腎錐体(renal pyramids)中への一定の逆圧により、腎臓実質(renal parenchyma)に機械的な損傷が生じる結果となる。AtalaおよびCasale、Infections in Urology(泌尿器科学における感染)、39−43(1990年3/4月号)によって検討されたように、未治療のままでおくと、尿の膀胱尿道逆流現象は腎臓実質の損失、および、場合によっては、腎不全を引き起こし得る。1960年には、腎不全患者の70%が膀胱尿道逆流現象が主要な病因であると記載された。新しい診断および治療法の登場により、膀胱尿道逆流現象の患者は、現在では、腎不全患者集団の1%以下である。
(Bladder-ureter reflux phenomenon)
The vesicoureteral reflux phenomenon is a state in which the ureteric bud develops abnormally because the ureteral bud enters the bladder during embryonic development and growth. Because the ureteral pathway through the musculature of the bladder is shortened, ureteral resistance is reduced, resulting in urine flowing back from the bladder reservoir to the ureter and kidney. In this state, bacteria that may occasionally be present in the bladder due to retrograde urethral transport can reach the kidney and cause recurrent pyelonephritis. Furthermore, constant back pressure into the urinary kidneys and renal pyramids results in mechanical damage to the renal parenchyma. As examined by Atala and Casale, Infections in Urology, 39-43 (March / April 1990), urinary bladder urethral reflux phenomenon can cause renal parenchyma Loss and, in some cases, can cause renal failure. In 1960, 70% of patients with renal failure were described as having a major etiology of vesicourethral reflux. With the advent of new diagnoses and treatments, patients with vesicourethral reflux are now less than 1% of the renal failure patient population.

過去において、膀胱尿道逆流現象は、通常は、子供が腎盂腎炎を繰り返し発症した後、排尿時膀胱造影により診断された。AtalaおよびCasaleによって報告されているように、出生前および出生後の音波検査器(sonography)が頻繁に使用されるようになったため、水腎症(hydronephrosis)がより検出可能になり、さらに、放射線医学による精密検査および初期の検出が促進されている。膀胱尿道逆流現象は重症度により等級に分けられている。グレード1の逆流は、尿が膀胱から尿管までのみ逆流するのが認められる場合である;グレード2の逆流では、尿は尿管および腎杯拡張まで逆流する。グレード4および5の逆流はさらに重く、各々、尿管のねじれ、そしてさらに腎杯の鈍化(blunting)および拡張を示す。   In the past, vesicourethral reflux was usually diagnosed by urinary cystography after the child had repeatedly developed pyelonephritis. As reported by Atala and Casale, prenatal and postnatal sonography has become more frequently used, making hydronephrosis more detectable and, moreover, radiation Medical work-up and early detection are promoted. The vesicourethral reflux phenomenon is graded by severity. Grade 1 regurgitation is when urine is found to regurgitate only from the bladder to the ureter; in grade 2 regurgitation, the urine regurgitates until the ureter and renal cup dilation. Grades 4 and 5 reflux are heavier, indicating ureter twisting and further blunting and dilation of the renal cup, respectively.

膀胱尿道逆流現象の治療は過去10年間でかなり確立されている。最初は、逆流の患者のすべてが外科手術を必要とすると信じられていた。やがて、抗生物質による内科的医療のみで十分であるとする別の処理方法が提案された。現在では、逆流の治療は、逆流の重症度、関連する先天性異常、および子供の社会的な状況(内科的治療への両親の応諾)を含む多くの要因に依ることが十分に確立されている。内科的医療は、通常は、グレード1および2の逆流の患者に対して推奨される。この場合は、通常は、成長にともない膀胱/尿管形状が変化するに従って自ずと解決される。グレード3の逆流は、一般には、これが持続しない場合、または抗生物質による抑制状態にある一方で現状打破の感染が起こらない場合は、内科的医療で管理される。外科的処理は、通常グレード4およびグレード5逆流について必要である。   Treatment of vesicourethral reflux has been well established over the past decade. Initially, it was believed that all reflux patients needed surgery. Eventually, another treatment method was proposed that only medical treatment with antibiotics was sufficient. Currently, treatment of reflux is well established to depend on many factors, including the severity of reflux, the associated congenital anomalies, and the social situation of the child (parental compliance with medical treatment) Yes. Medical care is usually recommended for patients with grade 1 and 2 reflux. In this case, it is usually solved automatically as the bladder / ureter shape changes with growth. Grade 3 reflux is generally managed in medical care if it does not persist, or if it is in an antibiotic-suppressed state but no breakthrough infection occurs. Surgical treatment is usually required for grade 4 and grade 5 reflux.

内科的医療とは、患者が毎日の抑制性抗生物質を用いて治療されることを意味する。このような患者には、一般に、3カ月に一度のカテーテルによる尿培養、6カ月に一度の超音波検査と血清分析、年に一度の蛍光透視鏡または核による排尿時膀胱尿道造影、および2年に一度のDMSA腎臓スキャンよりなる綿密な追跡調査が必要である。外科的治療は、下腹部を切開し、膀胱に入り、尿管を移動させて新しい尿管の粘膜下組織トンネルを形成する開腹手術よりなる;これにより、尿管の筋肉の支えが延長され、それらの抵抗が増大する。このような患者には、4〜5時間の手術中の全身の気管内麻酔、手術中および術後の苦痛コントロールのための硬膜外カテーテル、排尿用膀胱カテーテル、嚢胞周囲(perivesical)排出、および5〜6日の入院が必要である。術後に抗生物質治療および膀胱鎮痙薬が必要である。   Medical care means that the patient is treated with daily inhibitory antibiotics. Such patients generally have urine culture with a catheter once every three months, ultrasound and serum analysis once every six months, urinary vesicourethrography with an annual fluoroscope or nucleus, and two years. A close follow-up consisting of a single DMSA kidney scan is required. Surgical treatment consists of an abdominal surgery incising the lower abdomen, entering the bladder and moving the ureter to form a new ureteral submucosal tunnel; thereby extending the ureteral muscle support, Their resistance increases. Such patients include general intratracheal anesthesia during 4-5 hours of surgery, epidural catheters for intraoperative and postoperative pain control, bladder catheters for urination, pericystic drainage, and 5 to 6 days of hospitalization is required. Antibiotic treatment and bladder antispasmodics are needed after surgery.

逆流矯正のための開腹(open)外科手術は熟練外科医の手によって優れた結果をもたらすが、これは、下腹部切開の苦痛および固定、膀胱痙攣、血尿、および、特定の子供では、術後の頻尿を含むよく知られた病的状態を引き起こす。Matouschek, E.:Die Behandlung des vesikorenalen Refluxes durch transueterale Einspritzung von polytetrafluoroethylenepast、Urologe、20:263(1981)に報告されているように、開腹外科手術を避けるために、1984年、Matouschekの臨床経験によって、尿管下へのTeflonTM(登録商標)(ポリテトラフルオロエチレン)ペーストの内視鏡注入への興味が広まった。この方法によれば、膀胱鏡(cystoscope)を膀胱内に挿入し、膀胱鏡を通して針を挿入して、粘膜下空間の逆流する尿管の下に直接の観察の下に置き、開いた尿管口の形状が半月状のスリットに変化するまでペーストを注入する。内視鏡により注入されたTeflonTM(登録商標)ペーストは、尿管抵抗を増大させるバルク材料として作用することによって逆流を矯正する。しかし、この治療の導入後まもなく、TeflonTM(登録商標)ペーストの使用に関する論争が起きた。Maliziaら、「ポリマー(ポリテトラフルオロエチレン)の尿道周囲注入後の移動および肉芽腫症」、JAMA、251:3277(1984)は、動物での研究で、肉芽腫の形成、および脳、肺、リンパ節への粒子の移動を示した。ポリテトラフルオロエチレンの移動および肉芽腫の形成はまた、Claesら、「尿失禁のための尿道周囲へのポリテトラフルオロエチレン注入後の肺をおかす移動」、J.Urol.、142:821(1989)によって、ヒトにおいても報告されている。ヒトへの使用に対するTeflonTM(登録商標)の安全性が問題にされ、従ってペーストはFDAによって禁止された。 Open surgery for regurgitation provides superior results by skilled surgeons, which may be painful and fixed in lower abdominal incisions, bladder spasms, hematuria, and in certain children, postoperatively Causes well-known morbidity, including frequent urination. Matouschek, E .; : Die Behung des des veikorenalen Refluxes durch transuterial Einspritzung von polytetrafluoroelast to experience urine, as reported by urinary surgery, Urologic, 20: 263 (1981) Interest in endoscopic injection of Teflon (polytetrafluoroethylene) paste has spread. According to this method, a cystoscope is inserted into the urinary bladder, a needle is inserted through the cystoscope and placed under direct observation under a refluxing ureter in the submucosal space, and an open ureter Inject the paste until the mouth shape changes to a half-moon shaped slit. Teflon paste injected with an endoscope corrects reflux by acting as a bulk material that increases ureteral resistance. However, shortly after the introduction of this treatment, there was controversy over the use of Teflon paste. Malizia et al., “Migration and Granulomatosis after Periurethral Injection of Polymer (Polytetrafluoroethylene),” JAMA, 251: 3277 (1984), is an animal study that shows granuloma formation and brain, lung, Showed the movement of particles to the lymph nodes. The migration of polytetrafluoroethylene and the formation of granuloma is also described by Claes et al. Urol. 142: 821 (1989). The safety of Teflon ® for human use has been a problem, and thus the paste has been banned by the FDA.

しかし、内視鏡による膀胱尿管逆流現象の治療には明瞭な利点がいくつかある。Atalaら、「自発離脱可能なバルーンシステムによる膀胱尿管逆流現象の内視鏡治療」、J.Urol.、148:724(1992)によって報告されているように、この方法は簡単であり、15分以内で完了することができる。罹病率が低く85%以上の成功率を有し、また、外来患者に行うことができる。これを研究しているものにとっての目標は、ヒトへの使用に対して安全な他の移植材料を見つけることである。   However, there are some distinct advantages to treating vesicoureteral reflux with an endoscope. Atala et al., “Endoscopic treatment of vesicoureteral reflux phenomenon with a spontaneously removable balloon system”, J. Am. Urol. 148: 724 (1992), this method is simple and can be completed within 15 minutes. It has a low morbidity and a success rate of over 85% and can be performed on an outpatient basis. The goal for those studying this is to find other implants that are safe for human use.

ウシの皮膚コラーゲン調製物が内視鏡により逆流を治療するために使用されている。しかし、Leonardら、「膀胱尿管逆流現象の矯正のためのグルタルアルデヒド架橋ウシ皮膚コラーゲンの内視鏡注入」、J.Urol.、145:115(1991)によって記載されているように、1年後の追跡調査で患者の58.5%しか治癒していなかった。コラーゲン移植体積は時間と共に減少し、その結果、3年以内に90%以上という高い割合で逆流が再発する。この物質による失敗率が高いため、不注意な患者が治療後腎臓の損傷を起こす危険性が高い。   Bovine skin collagen preparations have been used to treat reflux with an endoscope. However, Leonard et al., “Endoscopic injection of glutaraldehyde-crosslinked bovine skin collagen for correction of vesicoureteral reflux”, J. Am. Urol. 145: 115 (1991), only 58.5% of patients were cured at 1 year follow-up. Collagen implantation volume decreases with time, and as a result, reflux recurs at a high rate of over 90% within 3 years. Due to the high failure rate of this substance, there is a high risk that careless patients will suffer kidney damage after treatment.

Buckleyら、「注入可能なシリコーン微粒子による膀胱尿管逆流現象の内視鏡矯正」、J.Urol.、149:259A(1993)によって報告されているように、ヨーロッパでのある研究では、ヒドロゲル内に懸濁されたシリコーンの織り込み(texture)微粒子よりなるペーストが、逆流を矯正するために尿管下に注入されており、91%の初期成功率を有している。しかし、Henlyら、「尿道周囲への注入で用いるための粒子シリコーン:局所組織効果の研究および移動の探求」、J.Urol.、147:376A (1992)によって報告されているように、動物モデルにおいて離れた位置への粒子の移動が観察されている。シリコーン粒子の約30%が100μm以下の直径を有する。これは、シリコーン粒子の30%がマクロファージ系により離れた器官へ移動する可能性を有することを示唆する。この技術の製造業者はFDAの認可を得るために努力したが成功せず、その結果倒産した。   Buckley et al., “Endoscopic correction of vesicoureteral reflux phenomenon with injectable silicone microparticles”, J. Am. Urol. 149: 259A (1993), in one study in Europe, a paste consisting of silicone texture microparticles suspended in a hydrogel was applied to the subureter to correct reflux. And has an initial success rate of 91%. However, Henly et al., “Particulate silicones for use in periurethral injection: study of local tissue effects and exploration of migration”, J. Am. Urol. 147: 376A (1992), movement of particles to distant locations has been observed in animal models. About 30% of the silicone particles have a diameter of 100 μm or less. This suggests that 30% of the silicone particles have the potential to migrate to distant organs by the macrophage system. The manufacturer of this technology tried to get FDA approval but was unsuccessful and went bankrupt as a result.

腹腔鏡による逆流の矯正は、動物モデル(Atalaら、「膀胱尿管逆流現象の腹腔鏡による矯正」、J.Urol.、150:748(1993)」およびヒト(Atala、「膀胱尿管逆流現象の腹腔鏡による治療」、Dial.Ped.Urol.、14:212(1993)」の両方で試みられ、技術的には実行可能である。しかし、腹腔鏡に熟練した少なくとも2人の外科医が必要であり、手術時間は開口手術より長い。手術は腹膜外から腹膜内アプローチへと切り替えられる。また、手術時間が長いのと、使い捨ての腹腔鏡装置の費用が高いため、コストがより高い。   Laparoscopic correction of regurgitation is based on animal models (Atala et al., "Laposcopy correction of vesicoureteral reflux phenomenon", J. Urol., 150: 748 (1993)) and humans (Atala, "vesicoureteral reflux phenomenon. Laparoscopic treatment ", Dial.Ped.Urol., 14: 212 (1993)" and is technically feasible, but requires at least two surgeons skilled in laparoscopes Surgical time is longer than open surgery, and surgery is switched from extraperitoneal to intraperitoneal approach, and the longer operating time is more expensive due to the cost of disposable laparoscopic devices.

TeflonTM(登録商標)の論争以来10年以上が過ぎたにも関わらず、この領域の研究はほとんど進展していない。逆流の内視鏡治療に対する理想的な物質は、注入可能で、非抗原性、非移動性、容量的に安定し、ヒトへの使用に対して安全である(Atalaら、1992)ことである。 Despite more than a decade since the Teflon ( TM ) controversy, research in this area has made little progress. The ideal material for reflux endoscopy is that it is injectable, non-antigenic, non-migrating, volume-stable and safe for human use (Atala et al., 1992). .

(尿失禁)
尿失禁は、全てのGU疾患の中で、最も一般的で、そして最も治りにくい。尿失禁、または尿を保持しそして知らないうちに尿を排泄し得ないことは、2セットの筋肉の相互作用に依存する。1つは、排尿筋で、それは膀胱の外側の筋肉のコーティングを形成している縦方向の繊維の複合体である。排尿筋は、副交感神経によって活性化される。第2の筋肉は、平滑/横紋筋である膀胱括約筋である。排尿作用には、括約筋を随意に弛緩させるのと同時に膀胱の排尿筋を収縮させることが必要である。人間が加齢するに従って、括約筋を随意に制御する能力は、総体的な筋肉の状態が年齢と共に低下するのと同じように失われる。このことはまた、下半身麻痺(paraplegia)のような急激な事象が副交感神経系を「切断」し、括約筋の制御を失わせるような場合にも起こり得る。別の患者においては、尿失禁は異なるレベルの重篤度を示し、そしてレベルに応じて分類される。
(Urinary incontinence)
Urinary incontinence is the most common and least curable of all GU diseases. Urinary incontinence, or retention of urine and inability to excrete urine without knowledge, depends on the interaction of two sets of muscles. One is the detrusor, which is a longitudinal fiber complex that forms a coating of muscle outside the bladder. The detrusor is activated by parasympathetic nerves. The second muscle is the bladder sphincter, which is smooth / striated muscle. For micturition, it is necessary to contract the detrusor of the bladder at the same time that the sphincter is relaxed at will. As humans age, the ability to control the sphincter voluntarily is lost, as does overall muscle condition decline with age. This can also occur when an abrupt event, such as paraplegia, “cuts” the parasympathetic nervous system and causes loss of sphincter control. In another patient, urinary incontinence exhibits different levels of severity and is classified according to level.

最も一般的な失禁は、特に年輩の人間においては、切迫失禁(urge incontinence)である。このタイプの失禁は、著しく短い徴候とそれに続く迅速な排尿である。このタイプの失禁は、活動過多の排尿筋によって引き起こされ、そして通常は「トイレットトレーニング」または投薬によって処置される。他方、反射失禁は、徴候を示さず、そして通常、脊髄損傷のような副交感神経系の障害の結果である。   The most common incontinence is urge incontinence, especially in older people. This type of incontinence is a significantly shorter sign followed by rapid urination. This type of incontinence is caused by overactive detrusor muscles and is usually treated by “toilet training” or medication. On the other hand, reflex incontinence shows no signs and is usually the result of a parasympathetic disorder such as spinal cord injury.

ストレス失禁は、年輩の女性には最も一般的であるが、どの年代の女性にも見られ得る。それはまた妊娠女性にも一般的に見られる。このタイプの失禁は、失禁の総数の半分以上である。これは、男性にも見られるが、あまり多くない。ストレス失禁は、くしゃみをしたり、笑ったり、あるいは肉体的に運動したりといったストレス条件の下で尿が漏れることを特徴とする。ストレス失禁の重篤度には5つの認識されるカテゴリーがあり、タイプ0、1、2a、2b、および3といわれる。タイプ3は、最も深刻で、そして内因性括約筋不全(intrinsic Sphincter Deficiency)、すなわちISDの診断を必要とする(Contemporary Urology、1993年3月)。よく行われる多くの処置は、体重の減量、運動、投薬、および極端な場合は外科的介入を含む。最も一般的な2つの外科的手法は、漏れを防ぐために膀胱の首を持ち上げるか、または患者自身の身体の組織またはPTFEのような補てつ用物質由来の内層を構築して尿道に圧力を与えるかのどちらかを包含する。別の方法は、人工膀胱のような補てつ装置を膣内バルーンまたは陰茎鉗子のような外部装置に用いることである。タイプ3のストレス失禁の処置に関しては、括約筋の周辺の領域を「増強、(beef up)」し、筋肉状態を改善するために、TeflonTM(登録商標)またはコラーゲンペーストを括約筋の周辺に注入するという方法が、最近の動向としてある。しかし、上記の処置方法はいずれも、1年以上の期間にわたって非常に効果的であるというものではない。 Stress incontinence is most common in older women, but can be seen in women of any age. It is also commonly seen in pregnant women. This type of incontinence is more than half of the total number of incontinences. This is seen in men, but not so much. Stress incontinence is characterized by urine leaking under stress conditions such as sneezing, laughing or physically exercising. There are five recognized categories of severity of stress incontinence, referred to as types 0, 1, 2a, 2b, and 3. Type 3 is the most serious and requires a diagnosis of intrinsic sphincter dysfunction, i.e. ISD (Contemporary Urology, March 1993). Many commonly performed procedures include weight loss, exercise, medication, and, in extreme cases, surgical intervention. The two most common surgical procedures either lift the bladder neck to prevent leakage, or build an inner layer from a prosthetic material such as the patient's own body tissue or PTFE to place pressure on the urethra. Includes either giving. Another method is to use a prosthetic device such as an artificial bladder for an external device such as an intravaginal balloon or penile forceps. For the treatment of type 3 stress incontinence, Teflon or collagen paste is injected around the sphincter to “beef up” the area around the sphincter and improve muscle condition This is a recent trend. However, none of the above treatment methods are very effective over a period of one year or more.

過剰(overflow)失禁は、膀胱における解剖学的障害または不活発な排尿筋によって引き起こされる。それは頻繁な尿の漏れにつながる膨張した膀胱を特徴とする。このタイプの失禁は、短期的にはカテーテル法によって、そして長期的には薬剤療法によって処置される。遺尿症または夜尿症は、小児における問題であり、種々のアラーム装置およびセンサーを有するパッドにより制御される。遺尿症は、それが4、5歳を超えて続かない限り、深刻な問題とは考えられない。最終的には、運動機能または精神機能のいずれかに慢性的な障害を有する患者に起こる真に機能的な失禁が残る。このような患者は、通常、ダイアパー(diaper)、失禁用パッドまたは連続的なカテーテル法により処置される(BBI、1985 Report 7062)。   Overflow incontinence is caused by anatomical disturbances or inactive detrusor muscles in the bladder. It is characterized by an inflated bladder that leads to frequent urine leakage. This type of incontinence is treated in the short term by catheterization and in the long term by drug therapy. Enuresis or nocturnal enuresis is a problem in children and is controlled by pads with various alarm devices and sensors. Enuresis is not considered a serious problem unless it persists beyond the age of 4,5. The net result is truly functional incontinence that occurs in patients with chronic impairments in either motor function or mental function. Such patients are usually treated with a diaper, incontinence pad or continuous catheterization (BBI, 1985 Report 7062).

従って、細胞性の組織および軟骨性の構造を形成するための細胞注入の方法および組成物を提供することが本発明の目的である。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide cell injection methods and compositions for forming cellular tissues and cartilage structures.

本発明のさらなる目的は、後に分解され除去されて組織学的にも化学的にも天然に産生された組織または軟骨と同じ組織または軟骨を残すような、非細胞性物質を含む細胞性組織および軟骨構造を形成する組成物を提供することである。   A further object of the present invention is to provide a cellular tissue comprising a non-cellular material, such that it is later degraded and removed to leave the same tissue or cartilage as the tissue or cartilage naturally produced histologically and chemically, and It is to provide a composition that forms a cartilage structure.

本発明の別の目的は、膀胱尿管逆流、失禁、および他の障害を処置する方法および物質であって、前記障害を自然に、永久に治療することになる方法および物質を提供することである。   Another object of the present invention is to provide methods and materials for treating vesicoureteral reflux, incontinence, and other disorders, which will naturally and permanently treat the disorders. is there.

本発明のさらなる目的は、膀胱尿管逆流、失禁、および他の障害を処置する方法および物質であって、迅速、簡便、安全、そして比較的非侵襲性である方法および物質を提供することである。   It is a further object of the present invention to provide methods and materials for treating vesicoureteral reflux, incontinence, and other disorders that are quick, convenient, safe, and relatively non-invasive. is there.

1.一つの局面において、本願発明は、組織を動物に移植する方法であって、生物分解性、生体適合性のヒドロゲル溶液と、分離した細胞とを混合する工程、およびこの混合液を動物に移植する工程、を包含する方法を提供する。   1. In one aspect, the present invention relates to a method for transplanting a tissue into an animal, the step of mixing a biodegradable, biocompatible hydrogel solution and separated cells, and transplanting the mixture to an animal. A method comprising the steps of:

2.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲル溶液が、動物への移植の前に硬化される、上記項1に記載の方法を提供する。   2. In a preferred embodiment, the method of claim 1 is provided wherein the hydrogel solution is cured prior to implantation into an animal.

3.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲルが、細胞懸濁液として前記動物に注入され、次いでそれが硬化される、上記項1に記載の方法を提供する。   3. In a preferred embodiment, the method of claim 1 is provided wherein the hydrogel is injected into the animal as a cell suspension and then it is cured.

4.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲルが、ポリサッカリド、タンパク質、ポリホスファジン(polyphosphazine)、ポリエチレンオキサイド−ポリプロピレングリコールブロックコポリマー(polyethylene oxide−polypropylene glycol block copolymer)、ポリ(アクリル酸)(poly(acryllc acid))、ポリ(メタクリル酸)(poly(methacrylic acid))、アクリル酸(acrylic acid)およびメタクリル酸(methacrylic acid)のコポリマー、ポリ(酢酸ビニル)(poly(vinyl acetate))、およびスルホン化されたポリマー(sulfonated polymer)からなる群から選択される、上記項1に記載の方法を提供する。   4). In a preferred embodiment, the hydrogel is a polysaccharide, a protein, a polyphosphazine, a polyethylene oxide-polypropylene glycol block copolymer, a poly (acrylic acid) (poly) (Methacrylic acid), copolymers of acrylic acid and methacrylic acid, poly (vinyl acetate), and sulfonated polymers It is selected from the group consisting of, a method according to 1.

5.好ましい実施形態において、前記ポリマー溶液が、フィブリン、コラーゲン、ヒアルロン酸、および他の天然に存在するポリマーからなる群から選択される、上記項4に記載の方法を提供する。   5. In a preferred embodiment, the method of claim 4 is provided wherein the polymer solution is selected from the group consisting of fibrin, collagen, hyaluronic acid, and other naturally occurring polymers.

6.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲルが、イオン、pH変化、および温度変化からなる群から選択される因子に曝すことにより硬化される、上記項4に記載の方法を提供する。   6). In a preferred embodiment, the method of claim 4 is provided wherein the hydrogel is cured by exposure to a factor selected from the group consisting of ions, pH changes, and temperature changes.

7.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲルが、銅(copper)、カルシウム(calcium)、アルミニウム(aluminum)、マグネシウム(magnesium)、ストロンチウム(strontium)、バリウム(barium)、スズ(tin)、ならびに二官能性、三官能性、および四官能性有機カチオンからなる群から選択されるカチオン;ならびに低分子量のジカルボン酸(dicarboxylic acid)、硫酸イオン(sulfate ion)、および炭酸イオン(carbonate ion)からなる群から選択されるアニオンからなる群から選択されるイオンと相互作用することにより硬化される、上記項6に記載の方法を提供する。   7). In a preferred embodiment, the hydrogel is copper, calcium, aluminum, magnesium, strontium, barium, tin, and bifunctional, tri- A cation selected from the group consisting of functional and tetrafunctional organic cations; and a group selected from the group consisting of low molecular weight dicarboxylic acids, sulfate ions, and carbonate ions Item 7. The method according to Item 6, wherein the method is cured by interacting with an ion selected from the group consisting of anions.

8.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲルが、ポリイオンを用いた架橋により、さらに安定化されている、上記項4に記載の方法を提供する。   8). In a preferred embodiment, the method according to Item 4 above, wherein the hydrogel is further stabilized by crosslinking with a polyion.

9.好ましい実施形態において、前記細胞が、軟骨を形成する軟骨細胞および他の細胞、骨を形成する骨芽細胞および他の細胞、筋肉細胞、線維芽細胞および器官細胞からなる群から選択される、上記項1に記載の方法を提供する。   9. In a preferred embodiment, the cells are selected from the group consisting of cartilage forming chondrocytes and other cells, bone forming osteoblasts and other cells, muscle cells, fibroblasts and organ cells. The method according to Item 1, is provided.

10.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲルが、移植の前に成型されて、特定の形を形成する、上記項1に記載の方法を提供する。   10. In a preferred embodiment, the method of claim 1 is provided wherein the hydrogel is molded prior to implantation to form a particular shape.

11.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲルが、前記細胞との混合および前記動物への移植の後に成型されて特定の形を形成する、上記項1に記載の方法を提供する。   11. In a preferred embodiment, the method of claim 1 is provided wherein the hydrogel is molded to form a specific shape after mixing with the cells and implantation into the animal.

12.好ましい実施形態において、前記欠損が膀胱尿管逆流である、上記項1に記載の方法を提供する。   12 In a preferred embodiment, the method according to Item 1, wherein the defect is vesicoureteral reflux.

13.好ましい実施形態において、前記患者が失禁を患っている、上記項1に記載の方法を提供する。   13. In a preferred embodiment, the method of paragraph 1 above, wherein the patient is suffering from incontinence.

14.好ましい実施形態において、前記欠損が胸部にある、上記項1に記載の方法を提供する。   14 In a preferred embodiment, the method according to Item 1, wherein the defect is in the chest.

15.好ましい実施形態において、前記欠損が上部胃腸管にある、上記項1に記載の方法を提供する。   15. In a preferred embodiment, the method according to Item 1, wherein the defect is in the upper gastrointestinal tract is provided.

16.一つの局面において、本願発明は、動物内に新しい組織を形成するための組成物であって、分離した細胞と混合されたヒドロゲル溶液を含む、組成物を提供する。   16. In one aspect, the present invention provides a composition for forming new tissue in an animal, comprising a hydrogel solution mixed with separated cells.

17.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲル溶液が、動物への移植の前に硬化される、上記項16に記載の組成物を提供する。   17. In a preferred embodiment, the composition of claim 16 is provided wherein the hydrogel solution is cured prior to implantation into an animal.

18.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲル溶液が、細胞懸濁液として前記動物に注入され、次いでそれが硬化される、上記項16に記載の組成物を提供する。   18. In a preferred embodiment, the composition of claim 16, wherein the hydrogel solution is injected into the animal as a cell suspension and then it is cured.

19.好ましい実施形態において、前記ポリマーが、ポリサッカリド、タンパク質、ポリホスファジン、ポリエチレンオキサイド−ポリプロピレングリコールブロックコポリマー、ポリ(アクリル酸)、ポリ(メタクリル酸)、アクリル酸およびメタクリル酸のコポリマー、ポリ(酢酸ビニル)、およびスルホン化されたポリマーからなる群から選択される、上記項16に記載の組成物を提供する。   19. In a preferred embodiment, the polymer is a polysaccharide, protein, polyphosphazine, polyethylene oxide-polypropylene glycol block copolymer, poly (acrylic acid), poly (methacrylic acid), a copolymer of acrylic acid and methacrylic acid, poly (vinyl acetate), Item 17. The composition according to Item 16, wherein the composition is selected from the group consisting of a sulfonated polymer.

20.好ましい実施形態において、前記ポリマーが、フィブリン、コラーゲン、ヒアルロン酸、および他の天然に存在するポリマーからなる群から選択される、上記項19に記載の懸濁物を提供する。   20. In a preferred embodiment, the suspension of item 19 is provided, wherein the polymer is selected from the group consisting of fibrin, collagen, hyaluronic acid, and other naturally occurring polymers.

21.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲルが、注入の後にこのポリマーが架橋するのに効果的な量のイオン、pH変化および温度変化からなる群から選択される因子と組み合わされる、上記項18に記載の組成物を提供する。   21. In a preferred embodiment, the composition of claim 18, wherein the hydrogel is combined with a factor selected from the group consisting of ions, pH changes and temperature changes in an amount effective to crosslink the polymer after injection. Offer things.

22.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲルが、銅、カルシウム、アルミニウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、スズ、ならびに二官能性、三官能性、および四官能性有機カチオンからなる群から選択されるカチオン;ならびに低分子量のジカルボン酸、硫酸イオン、および炭酸イオンからなる群から選択されるアニオンとからなる群から選択されるイオンと共に投与される、上記項21に記載の組成物を提供する。   22. In a preferred embodiment, the hydrogel is a cation selected from the group consisting of copper, calcium, aluminum, magnesium, strontium, barium, tin, and difunctional, trifunctional, and tetrafunctional organic cations; and low molecular weight Item 22. The composition according to Item 21, which is administered together with an ion selected from the group consisting of a dicarboxylic acid, a sulfate ion, and an anion selected from the group consisting of carbonate ions.

23.好ましい実施形態において、前記ヒドロゲルが、ポリイオンを用いた架橋により、さらに安定化されている、上記項22に記載の組成物を提供する。   23. In a preferred embodiment, the composition according to item 22 above, wherein the hydrogel is further stabilized by crosslinking with a polyion.

24.好ましい実施形態において、前記細胞が、軟骨を形成する軟骨細胞および他の細胞、骨を形成する骨芽細胞および他の細胞、筋肉細胞、線維芽細胞および器官細胞からなる群から選択される、上記項16に記載の組成物を提供する。   24. In a preferred embodiment, the cells are selected from the group consisting of cartilage forming chondrocytes and other cells, bone forming osteoblasts and other cells, muscle cells, fibroblasts and organ cells. Item 16. A composition according to item 16, is provided.

(本発明の要旨)
ゆっくりと重合し、生体適合性であり生物分解性であるヒドロゲルが、多数の単離細胞を患者に導入して、器官等価物または軟骨のような組織を生成する手段として有用であることが示された。このゲルは、移植片化を促進し、そして新細胞の生育のために3次元の鋳型(template)を提供する。得られた組織は、天然に生じた組織と組成的にも組織学的にも同じである。一つの実施態様においては、細胞はヒドロゲル溶液に懸濁され、そして患者の部位に直接注入される。ここで、ヒドロゲルは硬化してマトリックスを形成し、マトリックス内部に細胞が分散されている。第2の実施態様において、細胞をヒドロゲル溶液に懸濁し、それを型に流し込むかまたは注入して所望の解剖学的形状を有するようにし、次いで、硬化してマトリックスを形成し、このマトリックスは、内部に細胞が分散されており患者に移植される。最終的には、そのヒドロゲルは分解され、生じた組織のみが残される。
(Summary of the present invention)
Slowly polymerized, biocompatible and biodegradable hydrogels are shown to be useful as a means to introduce large numbers of isolated cells into a patient to produce organ equivalents or tissue like cartilage. It was done. This gel promotes grafting and provides a three-dimensional template for the growth of new cells. The resulting tissue is compositionally and histologically the same as the naturally occurring tissue. In one embodiment, the cells are suspended in a hydrogel solution and injected directly into the patient site. Here, the hydrogel hardens to form a matrix, and the cells are dispersed inside the matrix. In a second embodiment, the cells are suspended in a hydrogel solution and poured or injected into a mold to have the desired anatomical shape and then hardened to form a matrix, the matrix comprising: Cells are dispersed inside and transplanted to the patient. Eventually, the hydrogel will break down, leaving only the resulting tissue.

この方法は、3次元の組織欠損を再構築するための細胞移植片の注文成型、および一般的な組織移植を含む種々の再構築手法に用いられ得る。   This method can be used in a variety of reconstruction techniques, including custom cell grafts to reconstruct three-dimensional tissue defects, and general tissue transplantation.

膀胱尿管逆流、失禁および他の障害の処置方法が記載される。ここで、膀胱筋細胞は、液体ポリマー性物質と混合され、細胞懸濁液を形成し、それは障害を治す組織を得るのに効果的な量で障害のある領域に注入され、例えば、それにより尿の通過に必要な制御を提供する。実施例に記載されるように、ヒトの膀胱筋試料または軟骨細胞を入手し、そしてプロセスし、その細胞をアルギネート(alginate)と混合する。それをカルシウム(calcium salt)と接触させた場合に制御された速度で凝固するように設計し、次いでその細胞を、それらが増殖し障害を治す所望の部位に注入する。実施例は、マウスおよびブタにおける効果を示す。   Methods for the treatment of vesicoureteral reflux, incontinence and other disorders are described. Here, bladder muscle cells are mixed with a liquid polymeric substance to form a cell suspension that is injected into the impaired area in an amount effective to obtain a tissue that heals the disorder, for example, thereby Provides the control necessary for the passage of urine. As described in the Examples, human bladder muscle samples or chondrocytes are obtained and processed and the cells are mixed with alginate. It is designed to coagulate at a controlled rate when contacted with calcium salt, and then the cells are injected into the desired site where they proliferate and cure the disorder. The examples show effects in mice and pigs.

(発明の詳細な説明)
生体適合性ポリマーの足場(scaffold)を使用する組織工学(tissue engineering)の技術は、頭蓋顎顔面(craniomexillofacial)外科で、現在使用されている補てつ材料の代替物を作製する手段、ならびに同時に、疾病の、欠損、または損傷した組織を置換する器官等価物(organ equivalent)の形成の手段として有望である。しかし、これらの足場を作製するために使用されるポリマー、例えば、ポリ酢酸(polyactic acid)、ポリオルトエステル(polyorthoester)、およびポリ無水物(polyanhydride)のようなポリマーは、成型が困難であり、かつ疎水性であるので、その結果、細胞付着性に劣る。さらに、これらのポリマーの操作はすべて、このポリマー性材料の移植に先立って行われなければならない。
(Detailed description of the invention)
The technology of tissue engineering using biocompatible polymer scaffolds is a means of creating an alternative to the currently used prosthetic materials in craniomaxillofacial surgery, as well as Promising as a means of forming organ equivalents that replace diseased, defective, or damaged tissue. However, polymers used to make these scaffolds are difficult to mold, such as polyacetic acid, polyorthoesters, and polyanhydrides, And since it is hydrophobic, as a result, it is inferior to cell adhesion. Furthermore, all manipulations of these polymers must be performed prior to implantation of the polymeric material.

アルギン酸カルシウム(calcium alginate)およびある種の他のポリマーは、イオン性のヒドロゲルを形成し得、これは展性があり、かつ細胞をカプセル化するために使用し得る。本明細書に記載される好ましい実施態様においては、このヒドロゲルはアルギン酸(alginic acid)、海草から単離された炭水化物ポリマー、のアニオン性塩をカルシウムカチオン(calucium cation)で架橋することによって製造され、この強度はカルシウムイオン濃度またはアルギネート(alginate)濃度のいずれかを増加させることによって増大する。アルギネート溶液を移植する細胞と混合し、アルギネート懸濁液を形成する。次いで、1つの実施態様においては、この懸濁液を硬化させる前に、患者に直接、懸濁液を注入する。次いで、この懸濁液は、短時間で硬化する。第2の実施態様においては、懸濁液は型に注入または注ぎ入れられ、ここで硬化して、細胞がその中に分散した、所望の解剖学的形態を形成する。   Calcium alginate and certain other polymers can form ionic hydrogels that are malleable and can be used to encapsulate cells. In a preferred embodiment described herein, the hydrogel is produced by crosslinking an anionic salt of alginic acid, a carbohydrate polymer isolated from seaweed, with a calcium cation. This intensity is increased by increasing either the calcium ion concentration or the alginate concentration. The alginate solution is mixed with the cells to be transplanted to form an alginate suspension. In one embodiment, the suspension is then injected directly into the patient prior to curing the suspension. This suspension then cures in a short time. In a second embodiment, the suspension is poured or poured into a mold where it hardens to form the desired anatomical form with the cells dispersed therein.

(細胞の供給源)
細胞は、直接ドナーから、ドナーからの細胞の細胞培養から、あるいは確立された細胞培養株から得られ得る。好ましい実施態様においては、同種の、そして好ましくは免疫学的プロファイルが同じ細胞を、バイオプシーによって、患者から、または近親から得、次いでこれを、標準的条件(例えば下記の実施例1のような)を用いて、培養物がコンフルエントになるまで培養し、そして必要に応じて使用する。免疫学的に異なる個体からのヒト筋肉細胞のような免疫反応を誘発しやすい細胞を用いる場合、受容者は必要に応じて、例えば、ステロイドおよびサイクロスポリン(cyclosporine)のような他の免疫抑制剤を計画的に使用して、免疫抑制され得る。しかし、最も好ましい実施態様において、細胞はオートロガス(autologous)である。
(Cell source)
The cells can be obtained directly from a donor, from a cell culture of cells from the donor, or from an established cell culture line. In a preferred embodiment, cells of the same type and preferably the same immunological profile are obtained from a patient, or a close relative, by biopsy, and then obtained under standard conditions (eg as in Example 1 below). Incubate until the culture is confluent and use as needed. When using cells that are prone to induce an immune response, such as human muscle cells from immunologically different individuals, the recipient may optionally need other immunosuppression, such as steroids and cyclosporine. The agent can be used deliberately to be immunosuppressed. However, in the most preferred embodiment, the cell is autologous.

好ましい実施態様においては、細胞は、直接ドナーから得られ、洗浄され、そしてポリマー性材料と組み合されて直接移植される。細胞は、組織培養の分野の当業者に公知の手法を用いて培養される。   In a preferred embodiment, the cells are obtained directly from the donor, washed, and combined with the polymeric material and implanted directly. The cells are cultured using techniques known to those skilled in the art of tissue culture.

バイオプシーによって得られた細胞は、集められ、そして、混入した細胞除去の必要性に応じて継代しながら、増殖される。軟骨細胞および筋肉細胞の単離を実施例で示す。   Cells obtained by biopsy are collected and expanded while being passaged as needed to remove contaminating cells. The isolation of chondrocytes and muscle cells is shown in the examples.

細胞の付着性および生存率は、走査電子顕微鏡、組織学、およびラジオアイソトープによる定量評価によって、評価され得る。移植細胞の機能は、上記手法および機能性アッセイの組合せを用いて決定し得る。例えば、肝細胞の場合、インビボの肝臓の機能の研究は、カニューレを受容者の通常の胆管に入れることによって行われ得る。次いで、胆汁は、増加して集められ得る。胆汁色素は、高速液体クロマトグラフィーによって、誘導体化されていないテトラピロール(tetrapyrrol)を調べることによって、あるいはジアゾ化されたアゾジピロール類のエチルアントラニレート(azodipyrroles ethylanthranilate)とP−グルクロニダーゼ(p−glucuronidase)による処理ありまたはなしでの反応によってアゾジピロール類に転換された後に薄層クロマトグラフィーによって分析され得る。二結合(diconjugated)および単結合(monoconjugated)ビリルビン(bilirubin)はまた、結合した(conjugated)胆汁色素のアルカリメタノール分解の後の薄層クロマトグラフィーによっても測定し得る。一般に、機能している移植した肝細胞の数が増加するにつれて、結合したビリルビンのレベルが増大する。単純な肝機能テストは、血液試料、例えばアルブミン産生、によっても行われ得る。移植の後の細胞の機能の程度を測定するための必要に応じて、同様の器官の機能の研究が当業者に公知の手法を用いて行われ得る。例えば、適切なインスリンの分泌によってグルコースの調節を達成して糖尿病を治療するために、膵臓のランゲルハンス島細胞(islet cell)を、肝細胞の移植に特に用いられた方法と同様の方法で、導入し得る。他の内分泌組織もまた移植し得る。ポリマーの足場上の細胞の量を定量するために、標識したグルコースを用いた研究、ならびにタンパク質アッセイを用いた研究を行い得る。次いで、これらの細胞の量の研究を細胞の機能の研究と関連づけて適切な細胞の量を決定する。軟骨細胞の場合、機能は、周囲の付着した組織に適切な構造支持を提供することとして定義される。   Cell attachment and viability can be assessed by scanning electron microscopy, histology, and quantitative assessment by radioisotope. The function of the transplanted cells can be determined using a combination of the above techniques and functional assays. For example, in the case of hepatocytes, in vivo liver function studies can be performed by placing a cannula into the recipient's normal bile duct. The bile can then be increased and collected. Bile pigments can be analyzed by high performance liquid chromatography, by examining underivatized tetrapyrrole, or by diazotized azodipyrroles ethyl anthranilate and P-glucuronidase. Can be analyzed by thin layer chromatography after conversion to azodipyrroles by reaction with or without treatment. Diconjugated and monoconjugated bilirubin can also be measured by thin layer chromatography after alkaline methanol degradation of conjugated bile pigments. In general, as the number of functioning transplanted hepatocytes increases, the level of bound bilirubin increases. Simple liver function tests can also be performed with blood samples, such as albumin production. Similar organ function studies can be performed using techniques known to those skilled in the art, as needed to measure the degree of cell function after transplantation. For example, pancreatic islet cells are introduced in a manner similar to that used specifically for hepatocyte transplantation to achieve glucose regulation by treating appropriate insulin secretion to treat diabetes. Can do. Other endocrine tissues can also be transplanted. Studies using labeled glucose, as well as studies using protein assays, can be performed to quantify the amount of cells on the polymer scaffold. These cell volume studies are then correlated with cell function studies to determine the appropriate cell volume. In the case of chondrocytes, function is defined as providing adequate structural support to the surrounding attached tissue.

これらの手法は、遺伝的に改変された細胞を包含する複数の細胞型を、新しい組織または組織等価物を作製する目的のための、多数の細胞の効率的な移動および移植(transplant engraftment)の促進のための三次元の足場内に提供するために、使用され得る。これはまた、新しい組織または組織等価物が増殖する間、宿主の免疫系を排除することによる、細胞移植片の免疫防御(immunoprotection)のためにも使用され得る。   These techniques allow multiple cell types, including genetically modified cells, to be used for efficient migration and transplantation of multiple cells for the purpose of creating new tissues or tissue equivalents. Can be used to provide within a three-dimensional scaffold for promotion. It can also be used for immunoprotection of cell grafts by eliminating the host immune system while new tissues or tissue equivalents are growing.

本明細書で記載されるように移植され得る細胞の例としては、軟骨細胞および軟骨を形成する他の細胞、骨芽細胞および骨を形成する他の細胞、筋肉細胞、繊維芽細胞、および器官細胞が包含される。本明細書では、「器官細胞」は、肝細胞、ランゲルハンス島細胞、腸由来の細胞、腎臓由来の細胞、および他の、主として物質を合成および分泌しまたは代謝するために作用する細胞を包含する。   Examples of cells that can be transplanted as described herein include chondrocytes and other cells that form cartilage, osteoblasts and other cells that form bone, muscle cells, fibroblasts, and organs Cells are included. As used herein, “organ cells” include hepatocytes, islets of Langerhans cells, cells derived from the intestines, cells derived from the kidneys, and other cells that act primarily to synthesize and secrete or metabolize substances. .

(ヒドロゲルへの生物学的に活性な物質の添加)
細胞の移植とグラフト化(transplantation and engraftment)を促進するために、ポリマー性マトリックスは液性因子と組み合わされ得る。例えば、ポリマー性マトリックスは、血管新生促進因子、抗生物質、消炎鎮痛剤、成長因子、分化を誘導する化合物、および細胞培養の分野の当業者に公知の他の因子と組み合わされ得る。
(Addition of biologically active substances to the hydrogel)
To facilitate cell transplantation and grafting, the polymeric matrix can be combined with a humoral factor. For example, the polymeric matrix can be combined with pro-angiogenic factors, antibiotics, anti-inflammatory analgesics, growth factors, compounds that induce differentiation, and other factors known to those skilled in the art of cell culture.

例えば、液性因子は、移植片(implant)または移植物(transplantation)を形成する前に、徐放性形態で、細胞−アルギネート懸濁液と混合し得る。あるいは、単離された細胞懸濁液と組み合わされる前に、ヒドロゲルは改変されて体液性因子またはシグナル認識配列に結合され得る。   For example, the humoral factor can be mixed with the cell-alginate suspension in a sustained release form prior to forming the implant or transplant. Alternatively, the hydrogel can be modified and bound to humoral factors or signal recognition sequences before being combined with the isolated cell suspension.

(ポリマー溶液)
本明細書中で記載する好ましい実施態様において、展性のある、アルギン酸カルシウム(calcium alginate)およびイオン性ヒドロゲルを形成し得るある種の他のポリマーが、細胞をカプセル化するために用いられる。このヒドロゲルはアルギン酸(alginic acid)、海草から単離された炭水化物ポリマー、のアニオン性塩をカルシウムカチオン(calcium cation)で架橋することによって製造され、この強度はカルシウムイオン濃度またはアルギネート(alginate)濃度のいずれかを増加させることによって増大する。アルギネート溶液(alginate solution)を移植する細胞と混合し、アルギネート懸濁液(alginate suspension)を形成する。次いで、この懸濁液を硬化させる前に、患者に直接、懸濁液を注入する。次いで、この懸濁液は、インビボの生理学的濃度のカルシウムの存在に依存して、短時間で硬化する。
(Polymer solution)
In the preferred embodiments described herein, malleable calcium alginate and certain other polymers that can form ionic hydrogels are used to encapsulate cells. This hydrogel is produced by cross-linking anionic salts of alginic acid, a carbohydrate polymer isolated from seaweed, with calcium cation, which has a strength of calcium ion concentration or alginate concentration. Increase by increasing either. An alginate solution is mixed with the cells to be transplanted to form an alginate suspension. The suspension is then injected directly into the patient before the suspension is cured. This suspension then hardens in a short time, depending on the presence of physiological concentrations of calcium in vivo.

体内への移植のための細胞と混合されるポリマー性材料はヒドロゲルを形成すべきである。ヒドロゲルは、有機ポリマー(天然または合成)が、共有結合、イオン結合、または水素結合によって架橋したときに、水分子を取り込んでゲルを形成する三次元の開放格子構造を形成する物質として定義される。ヒドロゲルを形成するために使用され得る材料の例としては、アルギネート(alginate)のような多糖類、ポリホスファジン(polyphosphazine)、およびポリアクリレート(polyacrylate)(これらはイオン的に架橋する)、あるいはPluronicsTMまたはTetronicsTM、ポリエチレンオキシド−ポリプロピレングリコール(polyethylene oxide−polypropylene glycol)ブロックコポリマーのような、ブロックコポリマー(これらは温度またはpHによって架橋する)が包含される。他の材料には、フィブリン(fibrin)のようなタンパク質、ポリビニルピロリドン(polyvinylpyrrolidone)、ヒアルロン酸(hyaluronic acid)、およびコラーゲンのようなポリマーが包含される。 Polymeric material mixed with cells for implantation into the body should form a hydrogel. A hydrogel is defined as a material that forms a three-dimensional open lattice structure that incorporates water molecules to form a gel when an organic polymer (natural or synthetic) is crosslinked by covalent, ionic, or hydrogen bonds. . Examples of materials that can be used to form hydrogels include polysaccharides such as alginate, polyphosphazine, and polyacrylate (which are ionically crosslinked), or Pluronics or Included are block copolymers such as Tetronics , polyethylene oxide-polypropylene glycol block copolymers, which crosslink with temperature or pH. Other materials include proteins such as fibrin, polyvinylpyrrolidone, hyaluronic acid, and polymers such as collagen.

一般に、これらのポリマーは、水、緩衝塩溶液、または水性アルコール溶液のような水性溶液に、少なくとも一部可溶であり、荷電した側基(side group)、またはこれらの1価のイオン性塩を有している。カチオンと反応し得る酸性の側基を有するポリマーの例は、ポリ(ホスファゼン)類(poly(phosphazenes))、ポリ(アクリル酸)類(poly(acrylic acids))、ポリ(メタクリル酸)類(poly(methacrylic acids))、アクリル酸とメタクリル酸のコポリマー、ポリ(酢酸ビニル)(poly(vinyl acetate))、およびスルホン化ポリスチレン(sulfonated polystyrene)のようなスルホン化ポリマーである。アクリル酸またはメタクリル酸とビニルエーテルモノマーまたはポリマーとの反応によって形成される、酸性側基を有するコポリマーもまた使用し得る。酸性基の例は、カルボン酸基、スルホン酸基、ハロゲン化(好ましくはフッ素化)アルコール基、フェノール性OH基、および酸性OH基である。   In general, these polymers are at least partially soluble in aqueous solutions, such as water, buffered salt solutions, or aqueous alcohol solutions, charged side groups, or monovalent ionic salts thereof. have. Examples of polymers having acidic side groups capable of reacting with cations are poly (phosphazenes), poly (acrylic acids), poly (methacrylic acids) (poly). (Methacrylic acids)), copolymers of acrylic acid and methacrylic acid, poly (vinyl acetate) (poly (vinyl acetate)), and sulfonated polymers such as sulfonated polystyrene. Copolymers with acidic side groups formed by reaction of acrylic acid or methacrylic acid with vinyl ether monomers or polymers may also be used. Examples of acidic groups are carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, halogenated (preferably fluorinated) alcohol groups, phenolic OH groups, and acidic OH groups.

アニオンと反応し得る塩基性基を有するポリマーの例は、ポリ(ビニルアミン)(poly(vinyl amines))類、ポリ(ビニルピリジン)(poly(vinyl pyridine))、ポリ(ビニルイミダゾール)(poly(vinyl imidazole))、およびいくつかのイミノ置換ポリホスファゼン類(imino substituted polyphosphazenes)である。これらのポリマーのアンモニウム塩または四級塩も、骨格の窒素またはペンダントイミノ基から形成され得る。塩基性側基の例は、アミノ基およびイミノ基である。   Examples of polymers having basic groups that can react with anions are poly (vinylamines), poly (vinylpyridine) (poly (vinyl pyridine)), poly (vinylimidazole) (poly (vinyl)). imidazole)), and some imino substituted polyphosphazenes. The ammonium or quaternary salts of these polymers can also be formed from backbone nitrogen or pendant imino groups. Examples of basic side groups are amino groups and imino groups.

アルギネート(alginate)は、水中、室温で、2価カチオンによってイオン的に架橋し得、ヒドロゲルマトリックスを形成し得る。これらの穏和な条件のために、アルギネートは、ハイブリドーマ細胞のカプセル化のために最も普通に使用されている(例えば、Limの米国特許第4,452,883号)。Limのプロセスにおいては、カプセル化される生物学的物質を含む水性溶液が、水溶性ポリマーの溶液中に懸濁され、この懸濁液が小滴を形成し、この小滴が、多価カチオンと接触することによって個々のマイクロカプセルを構成し、次いでこのマイクロカプセルの表面がポリアミノ酸によって架橋して、カプセル化された物質の周囲に半透膜が形成される。   Alginate can be ionically crosslinked by divalent cations in water at room temperature to form a hydrogel matrix. Because of these mild conditions, alginate is most commonly used for encapsulation of hybridoma cells (eg, Lim US Pat. No. 4,452,883). In Lim's process, an aqueous solution containing the biological material to be encapsulated is suspended in a solution of a water-soluble polymer, this suspension forming droplets, the droplets being multivalent cations. The individual microcapsules are constituted by contact with each other, and then the surface of the microcapsules is cross-linked by the polyamino acid to form a semipermeable membrane around the encapsulated material.

ポリホスファゼンは、単結合および二重結合で交互に隔てられた窒素(nitrogen)およびリン(phosphorous)から構成される骨格を有するポリマーである。各リン原子は、2つの側鎖(「R」)と共有結合している。ポリホスファゼンの繰り返し単位は一般構造(1)を有し:   Polyphosphazenes are polymers that have a backbone composed of nitrogen and phosphorous that are alternately separated by single and double bonds. Each phosphorus atom is covalently bonded to two side chains (“R”). The repeating unit of polyphosphazene has the general structure (1):

Figure 0004690648
ここで、nは整数である。
Figure 0004690648
Here, n is an integer.

架橋に適したポリホスファゼンは、酸性で、2価または2価のカチオンによって塩架橋(salt bridge)を形成し得る側鎖を主として有する。好ましい酸性側基の例は、カルボン酸基およびスルホン酸基である。加水分解に安定なポリホスファゼンは、カルボン酸側基を有するモノマーから形成され、Ca2+またはAl3+のような2価または3価のカチオンによって架橋される。加水分解によって分解するポリマーは、イミダゾール(imidazole)側基、アミノ酸エステル(amino acid ester)側基、またはグリセロール(glycerol)側基を有するモノマーを取り入れることによって合成され得る。例えば、ポリアニオン性のポリ[ビス(カルボキシラトフェノキシ)]ホスファゼン(poly[bis(carboxylatophenoxy)]phosphazene)(PCPP)が合成され得、これは、室温またはそれ以下で、水性媒体に溶解した多価カチオンによって架橋し、ヒドロゲルマトリックスを形成する。 Polyphosphazenes suitable for cross-linking are mainly acidic and have side chains that can form salt bridges with divalent or divalent cations. Examples of preferred acidic side groups are carboxylic acid groups and sulfonic acid groups. Hydrolytically stable polyphosphazenes are formed from monomers having carboxylic acid side groups and crosslinked by divalent or trivalent cations such as Ca 2+ or Al 3+ . Polymers that degrade by hydrolysis can be synthesized by incorporating monomers with imidazole side groups, amino acid ester side groups, or glycerol side groups. For example, a polyanionic poly [bis (carboxylatophenoxy)] phosphazene (poly [bis (carboxylatophenoxy)] phosphozene) (PCPP) can be synthesized, which is a polyvalent cation dissolved in an aqueous medium at or below room temperature. To form a hydrogel matrix.

生腐食性(bioerodible)ポリホスファゼンは、少なくとも2種の異なるタイプの側鎖、すなわち多価カチオンと塩架橋を形成し得る酸性側基、およびインビボ条件下で加水分解される側基(例えば、イミダゾール基、アミノ酸エステル、グリセロール、およびグルコシル(glucosyl))を有する。生腐食性または生分解性という用語は、本明細書中では、温度が約25℃と38℃との間のpH6〜8の生理学的溶液に一旦さらされると、所望の用途(通常、インビボ治療)において許容可能な期間内(約5年未満、そして最も好ましくは約1年未満)に、溶解または分解され得るポリマーを意味する。側鎖の加水分解によりポリマーの腐食が起こる。加水分解される側鎖の例は、非置換および置換のイミジゾール(imidizole)ならびにアミノ酸エステルであり、ここでこれらの基は、アミノ結合を通じてリン原子に結合している(両方のR基がこの様式で結合しているポリホスファゼンポリマーは、ポリアミノホスファゼン(polyaminophosphazene)として知られる)。ポリイミダゾールホスファゼン(polyimidazolephosphazene)については、ポリホスファゼン骨格上の「R」基のうちのいくつかがイミダゾール環であり、環の窒素原子を通して骨格のリンに結合している。他の「R」基は加水分解に関与しない有機残基(例えば、メチルフェノキシ(methyl phenoxy)基、またはAllcockら、Macromolecule 10:824−830(1977)の科学論文に示された他の基)であり得る。   Bioerodible polyphosphazenes contain at least two different types of side chains: acidic side groups that can form salt bridges with multivalent cations, and side groups that are hydrolyzed under in vivo conditions (eg, imidazole). Groups, amino acid esters, glycerol, and glucosyl). The term bioerodible or biodegradable is used herein to describe the desired application (usually in vivo therapy) once exposed to a physiological solution at a pH of 6-8 between about 25 ° C and 38 ° C. ) Means a polymer that can be dissolved or degraded within an acceptable period of time (less than about 5 years, and most preferably less than about 1 year). Corrosion of the polymer occurs due to side chain hydrolysis. Examples of side chains to be hydrolyzed are unsubstituted and substituted imidazoles and amino acid esters, where these groups are attached to the phosphorus atom through an amino bond (both R groups are in this manner). The polyphosphazene polymer attached at is known as polyaminophosphazene). For polyimidazolidophosphazenes, some of the “R” groups on the polyphosphazene backbone are imidazole rings, which are attached to the backbone phosphorus through the ring nitrogen atom. Other “R” groups are organic residues that do not participate in hydrolysis (eg, methyl phenoxy groups or other groups shown in the scientific paper of Allcock et al., Macromolecule 10: 824-830 (1977)). It can be.

種々のタイプのポリホスファゼンの合成および分析のための方法は、   Methods for the synthesis and analysis of various types of polyphosphazenes include:

Figure 0004690648
に記載され、これらの手法は、本明細書中に参考として特に援用される。
Figure 0004690648
These techniques are specifically incorporated herein by reference.

他の上記ポリマーの合成法は、当業者に公知である。例えば、Concise Encyclopedia of Polymer ScienceおよびPolymeric Amines and Ammonium Salts、E.Goethals編(Pergamen Press,Elmsford,NY 1980)を参照。ポリ(アクリル酸)のような多くのポリマーが市販されている。   Other methods for synthesizing the above polymers are known to those skilled in the art. See, for example, Concise Encyclopedia of Polymer Science and Polymer Amines and Ammonium Salts, E.I. See Gothals (Pergamen Press, Elmsford, NY 1980). Many polymers are commercially available, such as poly (acrylic acid).

荷電した側基を有する水溶性ポリマーは、このポリマーと、反対に荷電した多価イオン(ポリマーが酸性側基を有する場合は多価カチオンであり、ポリマーが塩基性側基を有する場合は多価アニオンである)を含む水性溶液との反応によって架橋する。酸性側基を有するポリマーを架橋してヒドロゲルを形成するために好ましいカチオンは、銅(copper)、カルシウム(calcium)、アルミニウム(aluminum)、マグネシウム(magnesium)、ストロンチウム(strontium)、バリウム(barium)、およびスズ(tin)のような2価または3価のカチオンであるが、   A water-soluble polymer with charged side groups is a polyvalent ion that is oppositely charged with this polymer (multivalent cations if the polymer has acidic side groups and multivalent ions if the polymer has basic side groups). It is crosslinked by reaction with an aqueous solution containing an anion). Preferred cations for cross-linking polymers with acidic side groups to form hydrogels are copper, calcium, aluminum, magnesium, strontium, barium, And divalent or trivalent cations such as tin,

Figure 0004690648
うな2、3または4官能性の有機カチオンもまた使用し得る。これらのカチオンの塩の水性溶液をポリマーに添加し、軟質で、高度に膨潤したヒドロゲルおよび膜を形成する。カチオンの濃度が高い程、または価数が高いほど、ポリマーの架橋度は高くなる。0.005Mという低濃度からポリマーを架橋させることが示されている。高濃度は、塩の溶解度によって規定される。
Figure 0004690648
Such 2, 3 or 4 functional organic cations may also be used. An aqueous solution of these cationic salts is added to the polymer to form a soft, highly swollen hydrogel and membrane. The higher the cation concentration or the higher the valence, the higher the degree of cross-linking of the polymer. It has been shown to crosslink polymers from concentrations as low as 0.005M. High concentration is defined by the solubility of the salt.

ポリマーを架橋してヒドロゲルを形成するために好ましいアニオンは、低分子量ジカルボン酸(例えば、テレフタル酸(terepthalic acid)、硫酸イオン(sulfate ion)、および炭酸イオン(carbonate ion)のような、2価および3価のアニオンである。カチオンについて記載したように、これらのアニオンの水性溶液をポリマーに添加し、軟質で、高度に膨潤したヒドロゲルおよび膜を形成する。   Preferred anions for crosslinking the polymer to form hydrogels are divalent and low molecular weight dicarboxylic acids (eg, terephthalic acid, sulfate ion, and carbonate ion). A trivalent anion, as described for cations, an aqueous solution of these anions is added to the polymer to form a soft, highly swollen hydrogel and membrane.

ポリマーヒドロゲルを複雑(complex)にし、そしてそのことによってポリマーヒドロゲルを、半透性の表面膜に安定化させるために、種々のポリカチオンが使用され得る。使用され得る材料の例は、アミン基またはイミン基のような塩基性の反応基を有するポリマーであって、好ましい分子量が3,000と100,000との間である、ポリエチレンイミン(polyethylenimine)およびポリリシン(polylysine)のようなポリマーである。これらは市販されている。1つのポリカチオンはポリ(L−リシン)(poly(L−lysine))である。合成ポリアミンの例は、ポリエチレンイミン(polyethyleneimine)、ポリ(ビニルアミン)(poly(vinylamine))、およびポリ(アリルアミン)(poly(allyl amine))である。これらはまた、多糖類、キトサン(chitosan)のような天然ポリカチオンである。   Various polycations can be used to make the polymer hydrogel complex and thereby stabilize the polymer hydrogel into a semi-permeable surface membrane. Examples of materials that can be used are polymers having basic reactive groups such as amine groups or imine groups, the preferred molecular weight being between 3,000 and 100,000, and polyethylenimine and Polymers such as polylysine. These are commercially available. One polycation is poly (L-lysine). Examples of synthetic polyamines are polyethyleneimine, poly (vinylamine) (poly (vinylamine)), and poly (allylamine). These are also natural polycations such as the polysaccharide, chitosan.

ポリマーヒドロゲル上の塩基性表面基との反応によって半透膜を形成するために用いられ得るポリアニオンとしては、アクリル酸、メタクリル酸、および他のアクリル酸誘導体のポリマーおよびコポリマー、スルホン化ポリスチレンのような、ペンダントSOH基を有するポリマー、およびカルボン酸基を有するポリスチレンが包含される。 Polyanions that can be used to form a semipermeable membrane by reaction with basic surface groups on the polymer hydrogel include polymers and copolymers of acrylic acid, methacrylic acid, and other acrylic acid derivatives, such as sulfonated polystyrene. , Polymers having pendant SO 3 H groups, and polystyrene having carboxylic acid groups.

(細胞懸濁液)
好ましくはこのポリマーを、水溶液、好ましくは0.1Mリン酸カリウム溶液に、生理学的なpHで、ポリマーのヒドロゲルを形成する濃度まで、例えば、アルギネート(alginate)については、0.5から2重量%の間、好ましくは1%の濃度で溶解する。単離細胞を、このポリマー溶液に1百万と5千万細胞/mlとの間、最も好ましくは1千万と2千万細胞/mlとの間の濃度に懸濁する。
(Cell suspension)
Preferably the polymer is added to an aqueous solution, preferably a 0.1 M potassium phosphate solution, at a physiological pH to a concentration that forms a hydrogel of the polymer, for example 0.5 to 2% by weight for alginate. During this time, it is preferably dissolved at a concentration of 1%. Isolated cells are suspended in the polymer solution at a concentration between 1 million and 50 million cells / ml, most preferably between 10 million and 20 million cells / ml.

(移植の方法)
本明細書中に記載した技法は、異なる多くの細胞タイプを導入し、異なる組織構造を達成するために使用し得る。好ましい実施態様においては、細胞を、ヒドロゲル溶液と混合し、そしてヒドロゲルの硬化の前に細胞を移植することが望まれる部位に直接注入する。しかし、このマトリックスはまた、特定の適用形態に適するように成型され、そして身体の1またはそれ以上の異なる領域に移植され得る。この適用は、特に、特定の構造的設計が望まれる場合、あるいは細胞が移植されるべきの領域が特定の構造または支持を有しないような場所で細胞の成長および増殖を促進させる場合に適切である。
(Transplantation method)
The techniques described herein can be used to introduce many different cell types and achieve different tissue structures. In a preferred embodiment, the cells are mixed with the hydrogel solution and injected directly into the site where it is desired to implant the cells prior to hydrogel hardening. However, the matrix can also be shaped to suit a particular application and implanted into one or more different areas of the body. This application is particularly appropriate when a specific structural design is desired or when promoting the growth and proliferation of cells in a location where the area into which the cells are to be transplanted does not have a specific structure or support. is there.

細胞が移植されるべき部位、または複数部位は、個々の要求に基づいて決定され、必要な細胞数も同様である。器官機能を有する細胞、例えば肝細胞または膵島細胞について、この混合物は、腸間膜、皮下組織、腹膜、腹腔内空間、および筋内空間に注入され得る。軟骨の形成については、細胞は、軟骨形成が望まれる部位に注入される。また、外部での鋳型を利用して注入される溶液を成型し得る。加えて、重合の速度を制御することにより、粘土を成型するように細胞−ヒドロゲルを注入された移植組織を成型し得る。   The site or multiple sites where the cells are to be transplanted is determined based on the individual requirements, as well as the number of cells required. For cells with organ function, such as hepatocytes or islet cells, the mixture can be injected into the mesentery, subcutaneous tissue, peritoneum, intraperitoneal space, and intramuscular space. For cartilage formation, cells are injected into the site where cartilage formation is desired. In addition, a solution to be injected can be molded using an external mold. In addition, by controlling the rate of polymerization, implants that have been injected with cell-hydrogels to mold clay can be molded.

あるいは、この混合物は鋳型に注入され得、ヒドロゲルは硬化し得、次いでこの材料は移植され得る。   Alternatively, the mixture can be poured into a mold, the hydrogel can harden, and the material can then be implanted.

この懸濁液は、注射筒および注射針により、充填剤が望まれる特定の領域、すなわち、先天性または後天性疾病に起因するあるいは外傷、火傷などの二次的な筋萎縮領域を観察される軟部組織奇形部に、直接注入され得る。神経障害の二次的な筋萎縮を有する患者の上部胴体(torso)へのこの懸濁液の注入は、このことの1例であろう。   This suspension can be observed by syringe barrels and needles in specific areas where fillers are desired, i.e. secondary muscle atrophy areas due to congenital or acquired diseases or trauma, burns, etc. It can be injected directly into the soft tissue malformation. Infusion of this suspension into the upper torso of a patient with secondary muscle atrophy of neuropathy would be an example of this.

この懸濁液は、また、硬部組織欠損、例えば骨または軟骨欠損、先天性または後天性疾病状態、あるいは外傷、火傷などの二次的な硬部組織欠損に対して、充填剤として注入され得る。骨奇形部が外傷の二次的に存在する頭蓋周辺領域へのこの懸濁液の注入は、このことの1例であろう。これらの例における注入は、局所または全身麻酔下で、注射針および注射筒を用いて、必要とされる領域に直接なされ得る。   This suspension is also injected as a filler for hard tissue defects such as bone or cartilage defects, congenital or acquired disease states, or secondary hard tissue defects such as trauma, burns, etc. obtain. An example of this would be the injection of this suspension into the peripheral region of the skull where bone deformities are secondary to trauma. Infusion in these examples can be made directly into the required area using a needle and syringe under local or general anesthesia.

この懸濁液は、また、ダイレクトパルペイション(directpalpation)により、例えば注射針を精管内部に留置することにより経皮的に注入され得、そして注入された充填物で精管を閉塞し、したがって患者を不妊にし得る。懸濁液はまた、蛍光透視型または音波ホログラフィー型のコンピュータ断層撮影、磁気共鳴画像あるいは放射線医学的案内(guidance)を用いて、カテーテルまたは注射針により注入され得る。このことは、特定の器官または身体の他の組織領域、充填剤が必要とされる任意の場所への血管性接近または経皮的接近による、この物質の配置または注入を可能にする。   This suspension can also be injected percutaneously by direct pulpation, for example by placing a needle inside the vas deferens, and occluding the vas deferens with the injected filling, Thus, the patient can be made infertile. The suspension can also be injected with a catheter or needle using fluoroscopic or holographic computed tomography, magnetic resonance imaging or radiological guidance. This allows placement or injection of this material by vascular or percutaneous access to a particular organ or other tissue region of the body, wherever a filler is needed.

さらに、この物質は、腹腔鏡、胸腔鏡により任意の腹腔内または腹腔外または胸部の器官に注入される。例えば、この懸濁液は、胃食道の逆流の治療のための胃食道移行部に注入され得る。これは、胸腔鏡を用いてこの物質を、胃食道領域の食道部分に注入するか、または腹腔鏡によりこの物質を、胃食道領域の胃部分に注入することにより、あるいは組み合わせたアプローチにより行われる。   In addition, this substance can be injected into any intraperitoneal or extraperitoneal or thoracic organ through a laparoscope, thoracoscope. For example, the suspension can be injected into the gastroesophageal transition for the treatment of gastroesophageal reflux. This is done by injecting this material into the esophageal part of the gastroesophageal region using a thoracoscope, or by injecting this material into the gastric part of the gastroesophageal region, or by a combined approach. .

膀胱尿管逆流は、子供において、その人口の約1%が冒される最も一般的な先天性欠損の1つである。全ての患者が外科的治療を必要としないにもかかわらず、外科的治療は、なおも、子供において行われる最も一般的な処置の1つである。   Cystoureteral reflux is one of the most common congenital defects that affects approximately 1% of the population in children. Although not all patients require surgical treatment, surgical treatment is still one of the most common treatments performed in children.

マサチューセッツ州ボストンのChildren’s Hospitalでは、毎年600を超える尿管再移植が行われる。このことを言い換えると、本明細書中に記載された内視鏡治療が切開手術の代わりに使用されると、この施設だけで1年に3600日の入院患者の入院日数(hospital day)がおおよそ節約されることになる。   More than 600 ureteral retransplants occur annually at Children's Hospital in Boston, Massachusetts. In other words, if the endoscopic treatment described herein is used in place of open surgery, this facility alone will give approximately 3600 inpatient hospital days per year. It will be saved.

逆流の内視鏡治療のための使用に加えて、注入可能なオートロガスの筋肉細胞の系はまた、他の医学的状態、例えば尿失禁および直腸性失禁、発声障害、形成術による復元(plastic reconstruction)、ならびに注入可能な恒久性の生体適合材料が必要とされる任意の状態の治療にも適用可能である。   In addition to the use for endoscopic treatment of reflux, the injectable autologous muscle cell system is also used in other medical conditions such as urinary and rectal incontinence, dysphonia, plastic reconstruction. As well as the treatment of any condition where an injectable permanent biomaterial is required.

本明細書中に記載されるように、筋肉細胞または軟骨細胞のための運搬媒体としての注入可能な生物分解性ポリマーは、逆流および失禁の治療に有用である。好ましい実施態様において、生検材料を、膀胱尿管逆流患者から麻酔下に得て、単離細胞をアルギネートと混合し、そしてこの細胞−アルギネート溶液を、図1aに示すように、内視鏡下で尿管下(sub−ureteral)領域に注入して逆流を治療する。アルギネート−細胞溶液の凝固までの時間は、カルシウム濃度および細胞をアルギネートに添加する温度を変化させることにより操作し得る。オートロガス細胞の使用は、免疫反応を排除する。アルギネートの凝固は、それが分解されるまで、その移動を妨げる。懸濁液は、例えば膀胱尿管逆流または尿失禁の治療のために、膀胱鏡を用いて問題の領域に直視的に接近が可能である膀胱鏡の注射針により注入され得る。逆流および失禁の治療に対する細胞−ポリマー懸濁液の使用に加えて、この懸濁液はまた、復元手術に適用し得、生体適合性の恒久性の注入可能材料が必要である人体の任意の部位にも同様に適用され得る。この懸濁液は、内視鏡下に注入され得る。例えば、発声障害治療のための声帯への注入に対しては喉頭鏡により、あるいは患者を不妊にする方法としての輸卵管への注入に対しては子宮鏡により注入され得、あるいは直腸周囲の括約筋領域へのこの物質の注入に対しては直腸鏡により注入され、それにより括約筋の抵抗が増大し、そして患者が排便を制御できるようになる。   As described herein, injectable biodegradable polymers as delivery vehicles for muscle cells or chondrocytes are useful for the treatment of reflux and incontinence. In a preferred embodiment, biopsy material is obtained from a vesicoureteral reflux patient under anesthesia, the isolated cells are mixed with alginate, and the cell-alginate solution is endoscopically as shown in FIG. 1a. Inject into the sub-uretal region to treat reflux. The time to clotting of the alginate-cell solution can be manipulated by changing the calcium concentration and the temperature at which the cells are added to the alginate. The use of autologous cells eliminates the immune response. The solidification of the alginate prevents its movement until it is broken down. The suspension can be injected with a cystoscopic needle that allows direct access to the area of interest using a cystoscope, eg, for the treatment of cystoureteral reflux or urinary incontinence. In addition to the use of cell-polymer suspensions for the treatment of reflux and incontinence, this suspension can also be applied to reconstructive surgery and any human body that requires a biocompatible permanent injectable material. It can be applied to the site as well. This suspension can be injected under an endoscope. For example, it can be injected with a laryngoscope for injection into the vocal cords for treatment of vocal disturbances, or with a hysteroscope for injection into the oviduct as a method of infertility to the patient, or the sphincter region around the rectum For the injection of this substance into the rectum, it is injected by a rectoscope, which increases sphincter resistance and allows the patient to control defecation.

この技法は、他の目的にも使用し得る。例えば、注文成型される細胞移植組織を、三次元的組織欠損の復元に使用し得る。例えばヒトの耳の鋳型を作り得、そして軟骨細胞−ヒドロゲルの複製(replica)を形成および移植して失った耳を復元し得る。細胞は、また、注入により運搬され得る三次元構造の形態で移植され得る。   This technique can also be used for other purposes. For example, a custom-made cell transplant can be used to reconstruct a three-dimensional tissue defect. For example, human ear molds can be made and chondrocyte-hydrogel replicas can be formed and transplanted to restore lost ears. The cells can also be transplanted in the form of a three-dimensional structure that can be transported by injection.

本発明は、以下の制限のない実施例に言及することでさらに理解される。   The invention will be further understood by reference to the following non-limiting examples.

(実施例1:カルシウム−アルギネート−軟骨細胞混合物の調製、および軟骨構造を形成するためのマウスへの注入)
アルギン酸カルシウム(calcium alginate)混合物を、硫酸カルシウム(貧溶解性のカルシウム塩)を0.1Mリン酸カリウム緩衝液液(pH 7.4)に溶解された1%アルギン酸ナトリウムと合わせることによって得た。この混合物を4℃で30分間〜45分間、液体状態で保持した。子牛の前肢の関節表面から単離された軟骨細胞を、混合物に添加して、1×10/mlの最終細胞密度(ヒト児童の関節軟骨の約10%の細胞密度を表す)を生成させた。
Example 1: Preparation of calcium-alginate-chondrocyte mixture and injection into mice to form cartilage structures
A calcium alginate mixture was obtained by combining calcium sulfate (poorly soluble calcium salt) with 1% sodium alginate dissolved in 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 7.4). This mixture was kept in a liquid state at 4 ° C. for 30 minutes to 45 minutes. Chondrocytes isolated from the calf forelimb articular surface are added to the mixture to produce a final cell density of 1 × 10 7 / ml (representing a cell density of about 10% of human child articular cartilage). I let you.

アルギン酸カルシウム−軟骨細胞混合物を、ヌードマウス背中のパンヌス疥癬トンネル(pannus cuniculus)下に100μlのアリコートの22ゲージ針により注入した。   The calcium alginate-chondrocyte mixture was injected with a 100 μl aliquot of 22 gauge needle under the pannus scab tunnel on the back of nude mice.

ヌードマウスを術後24時間後に調べ、そして全ての注入部位が触診に対して混合物の明らかな拡散がなくしっかりしていた。12週間のインビボインキュベーションの後、検体を採取した。全体検査では、アルギン酸カルシウム−軟骨細胞検体は、真珠状乳白色を示し、そして触診に対してしっかりしていた。検体は、0.11±0.01gの重さであった(開始重量0.10g)。検体からは、周囲組織が容易に解剖して取り除かれ、そして炎症反応は最小であった。組織学的に、検体をヘマトキシリン(hematoxylin)およびエオシン(eosin)で染色し、そして塩基親和性の下漬剤ガラス物質(basophilic ground glass substance)内に裂孔が示された。   Nude mice were examined 24 hours after surgery and all injection sites were firm with no apparent diffusion of the mixture upon palpation. Samples were collected after 12 weeks of in vivo incubation. In the overall examination, the calcium alginate-chondrocyte specimen showed a pearly milky white color and was firm against palpation. The specimen weighed 0.11 ± 0.01 g (starting weight 0.10 g). From the specimen, the surrounding tissue was easily dissected and removed, and the inflammatory response was minimal. Histologically, the specimens were stained with hematoxylin and eosin, and a hiatus was shown in the base affinity basophil ground glass substrate.

軟骨細胞のないアルギン酸カルシウムの対照検体は、注入12週間後は練り粉状の堅さを有し、そして軟骨形成の組織学的な証拠はなかった。   The control specimen of calcium alginate without chondrocytes had a dough firmness 12 weeks after injection and there was no histological evidence of chondrogenesis.

この研究は、注入可能なアルギン酸カルシウムマトリックスが、移植および軟骨細胞の植え付けが成功するための三次元的足場(scaffold)を提供し得ることを示す。この方法で移植された軟骨細胞は、インビボインキュベーションの12週間後、最初に注入された軟骨と同様の体積の軟骨を形成する。   This study shows that injectable calcium alginate matrix can provide a three-dimensional scaffold for successful implantation and chondrocyte implantation. Chondrocytes transplanted in this way form a volume of cartilage similar to the initially injected cartilage after 12 weeks of in vivo incubation.

(実施例2:軟骨形成に対する細胞密度の影響)
子牛の前肢の関節表面から単離された軟骨細胞の数を変えて、1.5%アルギン酸ナトリウム溶液と混合し、0.0、0.5、1.0、および5.0×10軟骨細胞/mlの最終細胞密度(ヒト児童の関節軟骨の約0.0、0.5、1.0、および5.0%の細胞密度)を生成させた。軟骨細胞−アルギネート溶液のアリコートを直径9mmの円形の型(mold)に移し、そして型の底の半透膜を通じて塩化カルシウム(calcium chloride)溶液の拡散によって、室温で重合させた。ゲルは、高さ2mmおよび直径9mmの寸法のディスクを形成した。
(Example 2: Effect of cell density on cartilage formation)
Varying the number of chondrocytes isolated from the articular surface of the calf forelimb, mixed with 1.5% sodium alginate solution, 0.0, 0.5, 1.0, and 5.0 × 10 6 A final cell density of chondrocytes / ml (approximately 0.0, 0.5, 1.0, and 5.0% cell density of human child articular cartilage) was generated. An aliquot of the chondrocyte-alginate solution was transferred to a 9 mm diameter round mold and polymerized at room temperature by diffusion of calcium chloride solution through the semipermeable membrane at the bottom of the mold. The gel formed a disk measuring 2 mm in height and 9 mm in diameter.

アルギン酸ナトリウム濃度および塩化カルシウム溶液のモル濃度を変化させた、固定細胞密度5×10細胞/mlのディスクをまた形成した。 Disks with fixed cell density of 5 × 10 6 cells / ml were also formed with varying sodium alginate concentration and molar concentration of calcium chloride solution.

全てのディスクをヌードマウスの背中の皮下ポケットに置いた。サンプルを8および12週間で採取し、そして軟骨形成の全体的および組織学的な証拠について調べた。   All discs were placed in the subcutaneous pocket on the back of nude mice. Samples were taken at 8 and 12 weeks and examined for global and histological evidence of cartilage formation.

8および12週間後の検体の検査によって、最低限度の細胞密度、5×10軟骨細胞/mlが移植後12週間のみで観察された軟骨形成に必要であることを示した。 Examination of specimens after 8 and 12 weeks showed that a minimum cell density of 5 × 10 6 chondrocytes / ml is required for cartilage formation observed only 12 weeks after transplantation.

全体的な検査では、検体は、円板状の形状であり、そして0.13±0.01g(開始重量0.125g)の重さであった。検体からは、周囲組織が容易に解剖して取り除かれ、そして炎症反応は最小であった。組織学的に、検体を、ヘマトキシリンおよびエオシンで染色し、そして塩基親和性の下漬剤ガラス物質内に裂孔が示された。   In the overall examination, the specimen was disc-shaped and weighed 0.13 ± 0.01 g (starting weight 0.125 g). From the specimen, the surrounding tissue was easily dissected and removed, and the inflammatory response was minimal. Histologically, specimens were stained with hematoxylin and eosin and a hiatus was shown in the base affinity priming glass material.

軟骨形成は、ゲル重合に用いられる塩化カルシウム濃度に依存しない。0.5%から4.0%に変化させたアルギネート濃度を用いた検体で軟骨を観察した;しかし、試験された最低のアルギネート濃度(0.5%)では、顕微鏡検査でしか軟骨が見られなかった。   Cartilage formation is independent of the calcium chloride concentration used for gel polymerization. Cartilage was observed in specimens with alginate concentrations varied from 0.5% to 4.0%; however, at the lowest alginate concentration tested (0.5%), cartilage was only seen by microscopic examination. There wasn't.

軟骨は、皮下ポケットにおいて支持マトリックスとしてアルギン酸カルシウムを用い、12週で所定のディスク形状に生長し得る。軟骨形成は、高カルシウム濃度での重合または高アルギネート濃度の存在のいずれによっても阻害されないが、最低限度の細胞密度、5×10細胞/mlを必要とする。 Cartilage can grow into a predetermined disc shape in 12 weeks using calcium alginate as a support matrix in the subcutaneous pocket. Chondrogenesis is not inhibited by either polymerization at high calcium concentrations or the presence of high alginate concentrations, but requires a minimum cell density of 5 × 10 6 cells / ml.

所定の形状で、アルギン酸カルシウム−軟骨細胞ゲルを作成する能力は、この技術を注文デザインに対して用い、そして頭蓋骨顔面の再構築のための軟骨足場を生長させ得ることを示す。このような足場は、現在使用されている人工装具装置の多くを置換し得る可能性を有する。   The ability to create a calcium alginate-chondrocyte gel with a given shape indicates that this technique can be used for custom designs and grow cartilage scaffolds for skull face reconstruction. Such a scaffold has the potential to replace many of the currently used prosthetic devices.

(実施例3:移植可能な予備成型された細胞−ポリマー混合物の調製)
単離された軟骨細胞懸濁液の250μlのアリコートを、750μlの2%(w/v)アルギン酸ナトリウム溶液(0.1M KHPO、0.135M NaCl、pH 7.4)と混合した。125μlのアリコートを、孔径0.45μmの半透膜を有する直径9mmの細胞培養注入物中に置いた。細胞−アルギネート混合物を、30mM CaClの浴に接触させ、そして37℃で90分間重合させた。90分後、細胞−アルギネートゲル構築物を型から取り出し、そしてそれは直径9mmおよび高さ2mmを有していた。ディスクを24ウェル組織培養プレートのウェルに入れ、そして5%COの存在下、HammのF−12培養培地(Gibco、Grand Island、N.Y.)および10%子ウシ胎児血清(Gibco、Grand Island、N.Y.)を含む0.5mlの溶液で、L−グルタミン(L−glutamine)(292μg/ml)、ペニシリン(penicillin)(100U/ml)、ストレプトマイシン(streptomycin)(100μg/ml)およびアスコルビン酸(ascorbic acid)(5μg/ml)と共に、48時間、37℃でインキュベートした。
Example 3: Preparation of implantable preformed cell-polymer mixture
A 250 μl aliquot of the isolated chondrocyte suspension was mixed with 750 μl of 2% (w / v) sodium alginate solution (0.1 M K 2 HPO 4 , 0.135 M NaCl, pH 7.4). A 125 μl aliquot was placed in a 9 mm diameter cell culture infusion with a semipermeable membrane with a pore size of 0.45 μm. The cell-alginate mixture was contacted with a 30 mM CaCl 2 bath and polymerized at 37 ° C. for 90 minutes. After 90 minutes, the cell-alginate gel construct was removed from the mold and it had a diameter of 9 mm and a height of 2 mm. Insert a disk into the wells of 24-well tissue culture plates, and the presence of 5% CO 2, Hamm of F-12 culture medium (Gibco, Grand Island, N.Y. ) And 10% fetal calf serum (Gibco, Grand In 0.5 ml of a solution containing Island, NY), L-glutamine (292 μg / ml), penicillin (100 U / ml), streptomycin (100 μg / ml) and Incubated with ascorbic acid (5 μg / ml) for 48 hours at 37 ° C.

この方法を用いて、ウシ軟骨細胞−アルギネートディスクを調製し、次いで、標準の無菌技術を用いて無胸腺マウスの背面皮下ポケットに移植した。1ヶ月、2ヶ月、および3ヶ月後に、無胸腺マウスを屠殺し、そしてゲル/軟骨細胞構築物を取り出し、重量を測定しそして適切な固定液に入れた。細胞−ポリマー複合体を組織学的分析によって調べた。   Using this method, bovine chondrocyte-alginate discs were prepared and then implanted into the dorsal subcutaneous pocket of athymic mice using standard aseptic techniques. After 1, 2 and 3 months, athymic mice were sacrificed and the gel / chondrocyte construct was removed, weighed and placed in an appropriate fixative. Cell-polymer complexes were examined by histological analysis.

軟骨形成を、5×10細胞/mlの開始軟骨細胞密度で3ヶ月のインビボインキュベーションの後に組織学的に観察した。 Chondrogenesis was observed histologically after 3 months of in vivo incubation at an initial chondrocyte density of 5 × 10 6 cells / ml.

上記のプロトコルを、所定のCaCl濃度範囲およびアルギン酸ナトリウム濃度範囲を用いることによって改変した。軟骨形成を15mM、20mM、30mM、および100mM CaCl浴および0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、および4.0%のアルギン酸ナトリウム溶液を用いて観察した。 The above protocol was modified by using a predetermined CaCl 2 concentration range and a sodium alginate concentration range. Chondrogenesis was observed using 15 mM, 20 mM, 30 mM, and 100 mM CaCl 2 baths and 0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, and 4.0% sodium alginate solutions.

細胞−アルギネート構築物を作成する型を変えることによって、移植物の形状を注文に応じて作り得る。さらに、型に入れる前に、カルシウムイオンを、直接、細胞−アルギネート溶液と混合され得るように型は半透性である必要はない。重要な特徴は、構築物が移植前に、所定の形状に形作られ得ることである。   By changing the mold from which the cell-alginate construct is made, the shape of the implant can be made to order. Furthermore, the mold need not be semi-permeable so that calcium ions can be mixed directly with the cell-alginate solution before entering the mold. An important feature is that the construct can be shaped into a predetermined shape prior to implantation.

(実施例4:注入可能な骨芽細胞ヒドロゲル混合物の調製)
上述の方法論を用いて、ウシ骨芽細胞を軟骨細胞に代用し、そしてヒドロゲルマトリックスを用いて動物に注入した。
Example 4: Preparation of injectable osteoblast hydrogel mixture
Using the methodology described above, bovine osteoblasts were substituted for chondrocytes and injected into animals using a hydrogel matrix.

12週間のインビボインキュベーションの後、組織学的に初期の骨形成の存在を示した。   After 12 weeks of in vivo incubation, histologically showed the presence of early bone formation.

(実施例5:移植される細胞の周囲に免疫防御マトリックスを形成するためのヒドロゲルの使用)
上記のように細胞−アルギネート構築物を作製することによって、ヒドロゲルマトリックスを用いてカプセル化された細胞を宿主の免疫系から立体化学的に(sterically)単離し得、そのようにして、同種異系細胞の移植片で、免疫抑制なしで、新しい組織または器官を形成することが可能となる。
Example 5: Use of a hydrogel to form an immune defense matrix around the cells to be transplanted
By creating a cell-alginate construct as described above, cells encapsulated with a hydrogel matrix can be isolated stereologically from the host immune system, thus allogeneic cells. This allows the formation of new tissues or organs without immunosuppression.

アルギネート懸濁液中のウシ軟骨細胞を、正常な免疫能力のマウスに移植した。6週間後のインビボインキュベーションの組織学は、軟骨形成の存在を示す。この検体の全体検査は、軟骨の特徴を示さなかった。アルギネートを用いない、同様の軟骨細胞の異種移植片では軟骨が形成されないことが文献に述べられている。   Bovine chondrocytes in alginate suspension were transplanted into normal immune competent mice. In vivo incubation histology after 6 weeks indicates the presence of cartilage formation. A gross examination of this specimen showed no cartilage characteristics. The literature states that cartilage is not formed in similar chondrocyte xenografts without alginate.

以下の実施例は、ヒト膀胱筋細胞−アルギネート懸濁液が、注入可能で、非移動性であり、そしてその体積を保持するようであること、ならびにオートロガス筋肉細胞が膀胱尿道逆流の内視鏡的治療において有用であることを示す。   The following examples show that human bladder muscle cell-alginate suspension is injectable, non-migrating and seems to retain its volume, and that autologous muscle cells are endoscopically vesicourethral reflux endoscopes. That it is useful in clinical treatment.

(実施例6:インビトロで増殖させたヒト膀胱筋細胞の単離および特徴付け)
(細胞培養:)
ヒト組織由来。 ヒト膀胱組織検体を、ボストンのChildren’s Hospitalにおける外科的除去から得、そして1時間以内に処理した。検体は1cmから4cmの範囲で大きさが異なっていた。検体を、10mMのHEPESおよびI00KIUのアポタンパク質を含むハンクスの平衡塩溶液に移した。
Example 6: Isolation and characterization of human bladder muscle cells grown in vitro
(Cell culture :)
From human tissue. Human bladder tissue specimens were obtained from surgical removal at Children's Hospital in Boston and processed within 1 hour. Samples varied in size in the range of 1 cm 2 to 4 cm 2 . Samples were transferred to Hank's balanced salt solution containing 10 mM HEPES and IOOKIU apoprotein.

平滑筋細胞。 直径約0.5mmまで刻んだ排尿筋の小片から筋肉細胞を得、そしてこれらを、10%ウシ胎児血清を補充した10mLのDMEMを入れた100mmの組織培養皿中で、体外移植片として用いた。同様の大きさの約30個の体外移植片を、各皿に加えた。培地を1週間に2回変えた。体外移植片を培養中に置いてから72時間後に、成長(outgrowth)をルーチンで観察した。培養物が80%コンフルエントになった時点で、細胞をトリプシン処理し、そして継代した。細長い、横紋のある細胞が高度に濃縮された細胞集団を、この方法を用いてルーチンで得た。細胞株をa−アクチン抗体によって染色し、それらの筋肉表現型を確認した。   Smooth muscle cells. Muscle cells were obtained from small pieces of detrusor muscle chopped to a diameter of about 0.5 mm and used as explants in 100 mm tissue culture dishes containing 10 mL DMEM supplemented with 10% fetal calf serum. . Approximately 30 extracorporeal grafts of similar size were added to each dish. The medium was changed twice a week. Growth was routinely observed 72 hours after placing the explant in culture. When the culture was 80% confluent, the cells were trypsinized and passaged. A cell population highly enriched in elongated, striated cells was routinely obtained using this method. Cell lines were stained with a-actin antibody to confirm their muscle phenotype.

結果。 紡錘状の、横紋のある細胞集団が、膀胱のバイオプシー検体から、その筋肉層を切開し、次にこの筋肉片を10%ウシ血清を補充したDMEM中で体外移植片培養することによって得られ得た。a−アクチンを特異的に認識するモノクローナル抗体による免疫染色によって、この筋肉の表現型を確認した。これらのデータは、小さなバイオプシー検体から、高度に増殖した平滑筋の集団が得られ得ることを示す。この筋肉細胞はまた、無血清の規定培地中で一時的に培養され得、これによりこの細胞はいかなる不純物も含まないようになる。   result. A fusiform, striated cell population is obtained from a biopsy specimen of the bladder by dissecting its muscle layer and then explanting the muscle fragment in DMEM supplemented with 10% bovine serum. Obtained. The phenotype of this muscle was confirmed by immunostaining with a monoclonal antibody that specifically recognizes a-actin. These data show that a highly proliferated population of smooth muscle can be obtained from small biopsy specimens. The muscle cells can also be temporarily cultured in a serum-free defined medium so that the cells do not contain any impurities.

(実施例7:マウスへの細胞懸濁液の注入)
22ゲージの針を用いて、20匹のヌードマウスに、筋肉細胞およびアルギネート溶液を500μl注入した。各マウスは、対照用および1ccのアルギネート当たり1000万個のヒト膀胱細胞溶液用(32注入部位)からなる2つの注入部位を有した。アルギネート単独または膀胱筋細胞単独の注入を対照とした。移植後2、4、6、および8週目に動物を屠殺した。注入領域の組織学的試験は、筋肉/アルギネート注入部位における筋肉形成の証拠を示した。抗desmin抗体を用いる免疫組織学的分析は、その細胞が筋肉分化のプログラムを維持していたことを示した。時間を経た注入部位の検査は、アルギネートが漸進的に筋肉によって置き換わることを示した。筋肉−アルギネート複合体の大きさは、均一で安定しているようであった。2つの対照グループ(アルギネート単独および筋肉細胞単独)においては、筋肉細胞は明らかではなかった。離れた器官の組織学的分析は、膀胱筋細胞またはアルギネートの移動、または肉芽腫の形成の証拠を示さなかった。
(Example 7: Injection of cell suspension into mice)
Using a 22 gauge needle, 20 nude mice were injected with 500 μl of muscle cells and alginate solution. Each mouse had two injection sites consisting of a control and 10 million human bladder cell solution per cc alginate (32 injection sites). Controls were injections of alginate alone or bladder muscle cells alone. Animals were sacrificed at 2, 4, 6, and 8 weeks after transplantation. A histological examination of the injection area showed evidence of muscle formation at the muscle / alginate injection site. Immunohistological analysis using an anti-desmin antibody showed that the cells maintained a program of muscle differentiation. Examination of the injection site over time showed that the alginate was gradually replaced by muscle. The size of the muscle-alginate complex appeared to be uniform and stable. In the two control groups (alginate alone and muscle cell alone), muscle cells were not evident. Histological analysis of distant organs showed no evidence of bladder muscle cell or alginate migration or granulomas formation.

(実施例8:アルギネートゲルで移植された膀胱筋細胞を用いたブタにおける膀胱尿管逆流の矯正)
(材料および方法)
(膀胱尿管逆流の動物モデル)
ブタとヒトとの間の膀胱および腎臓の類似性により、ブタをこの研究に用いた。Hanford mini−pigを、その小さいサイズという簡便さの故に用いた。開腹(open)膀胱技法を用いて両側面の膀胱尿管逆流を4匹のミニブタに作製した。この技法は、Vacantiらによる「軟骨細胞が接種された合成ポリマーは、新しい軟骨形成の鋳型を提供する」、Plastic and Recon.Surg.88:753(1991)に記載されたように、全ての膀胱内部の尿管の覆いをはがすことからなる。
(Example 8: Correction of vesicoureteral reflux in pigs using bladder muscle cells transplanted with alginate gel)
(Materials and methods)
(Animal model of vesicoureteral reflux)
Pigs were used in this study due to bladder and kidney similarities between pigs and humans. Hanford mini-pig was used because of its small size and simplicity. Bilateral vesicoureteral reflux was created in 4 minipigs using an open bladder technique. This technique is described by Vacanti et al., “Synthetic polymers inoculated with chondrocytes provide a new chondrogenic template,” Plastic and Recon. Surg. 88: 753 (1991), which consists of unwrapping the ureters inside all bladders.

この手法の3ヶ月後、両側面の逆流の存在は、ヨウ素化された造影剤を用いる従来の膀胱X線造影により、および音波処理されたアルブミンを用いる超音波検査により、Vacantiら、「軟骨細胞を接種した合成ポリマーを用いるヒト耳の成形における新しい軟骨の組織加工された成長」Mat.Res.Soc.Proc.252:367(1992)に記載されたようにして評価した。排泄尿路造影を行って、障害の任意の証拠を検出した。   After 3 months of this procedure, the presence of bilateral reflux has been demonstrated by Vacanti et al., “Chondrocytes, by conventional bladder radiography with iodinated contrast agents and by ultrasonography with sonicated albumin. "Tissue-processed growth of new cartilage in molding of human ears using synthetic polymers inoculated with". Mat. Res. Soc. Proc. 252: 367 (1992). Excretion urography was performed to detect any evidence of failure.

(細胞の採取)
膀胱筋肉切片を各動物から得た。筋肉細胞を採取し、インビトロで別々にプレート化した。増殖の後、その細胞を個々に定量し、そして1cc当たり20×10細胞に濃縮した。
(Collection of cells)
Bladder muscle sections were obtained from each animal. Muscle cells were harvested and plated separately in vitro. After growth, the cells were individually quantified and concentrated to 20 × 10 6 cells per cc.

(オートロガス膀胱筋細胞−アルギン酸カルシウム懸濁液)
2%w/vアルギン酸ナトリウム(0.1M KPO、0.135M NaCl、pH7.4、Protan、Portsmouth、NH)を作製し、エチレンオキサイド(ethylene oxide)中で滅菌した。20×10細胞/mlの膀胱筋細胞懸濁液の1.5mlのアリコートを、最終アルギネート濃度が1%になるように同容量のアルギン酸ナトリウムに添加した。膀胱筋細胞−アルギン酸ナトリウムの懸濁液を32℃に保持した。注入直前に硫酸カルシウム(0.2g/ml)を膀胱筋細胞−アルギン酸ナトリウム懸濁液に添加した。この混合物をボルテックスして混合し、そして注入まで氷中に保持した。ゲル化プロセスは、硫酸カルシウムの添加により開始し、その懸濁液は約40分間の間液体状態にある。
(Autologous bladder myocytes-calcium alginate suspension)
2% w / v sodium alginate (0.1 M K 2 PO 4 , 0.135 M NaCl, pH 7.4, Protan, Portsmouth, NH) was made and sterilized in ethylene oxide. A 1.5 ml aliquot of 20 × 10 6 cells / ml bladder muscle cell suspension was added to the same volume of sodium alginate to a final alginate concentration of 1%. A suspension of bladder muscle cells-sodium alginate was kept at 32 ° C. Calcium sulfate (0.2 g / ml) was added to the bladder muscle cell-sodium alginate suspension immediately before injection. This mixture was vortexed to mix and kept in ice until injection. The gelling process begins with the addition of calcium sulfate and the suspension is in a liquid state for about 40 minutes.

(実験研究)
ミニブタに筋肉内注射により25ml/kgケタミン(ketamine)、および1ml/kgアシルプロマジン(acylpromazine)で麻酔した。別の麻酔は25mg/kgケタミンおよび10mg/kgキシラジン(xylazine)の筋肉内投与により得た。動物を仰向けにおいた。15.5 French膀胱鏡を膀胱に挿入し、21ゲージ針を右側の逆流尿管の尿管下領域に挿入した。約2〜3mlのオートロガス膀胱筋細胞−アルギネート懸濁液(40〜60×10膀胱筋細胞)を、尿管開口部を持ち上げながら内視鏡により視て、針を通じて注入した。左側の尿管開口部は処置しないままにし、対照とした。一連の膀胱造影、膀胱鏡、および排泄尿路造影研究を、屠殺まで8週間間隔で行った。ミニブタを、処置後の8週目(1)、16週目(1)および26週目(2)に屠殺した。膀胱注入部位を切除し、肉眼でおよび顕微鏡で検査した。検体をヘマトキシリン(hematoxylin)およびエオシン(eosin)、およびpH1.0および2.5のアルシアンブルーで染色した。膀胱尿管、局所リンパ節、腎臓、肝臓、および脾臓の組織学的分析を行った。
(Experimental research)
Minipigs were anesthetized with 25 ml / kg ketamine, and 1 ml / kg acylpromazine by intramuscular injection. Another anesthesia was obtained by intramuscular administration of 25 mg / kg ketamine and 10 mg / kg xylazine. The animal was placed on its back. A 15.5 French cystoscope was inserted into the bladder and a 21 gauge needle was inserted into the subureteral region of the right reflux ureter. Approximately 2-3 ml of autologous bladder muscle cell-alginate suspension (40-60 × 10 6 bladder muscle cells) was viewed through an endoscope while lifting the ureteral opening and injected through the needle. The left ureteral opening was left untreated and served as a control. A series of cystography, cystoscope, and excretory urography studies were performed at 8-week intervals until sacrifice. Minipigs were sacrificed at 8 weeks (1), 16 weeks (1) and 26 weeks (2) after treatment. The bladder injection site was excised and examined visually and under a microscope. Samples were stained with hematoxylin and eosin, and Alcian blue at pH 1.0 and 2.5. Histological analysis of the vesicoureter, regional lymph nodes, kidney, liver, and spleen was performed.

(結果)
4匹のミニブタが両側面の逆流を受けた。4匹全てが、処理の3ヶ月後で障害の証拠がなく両側面の逆流を有することが見出された。膀胱筋細胞は、それぞれの各ミニブタに由来し、インビトロで増殖された。次いでこの動物を、注入可能なオートロガス膀胱筋細胞−アルギネートゲル溶液を用いて逆流の内視鏡的修復を右側のみに行った。
(result)
Four minipigs were subjected to reflux on both sides. All 4 animals were found to have bilateral reflux without evidence of failure after 3 months of treatment. Bladder muscle cells were derived from each minipig and grown in vitro. The animals were then subjected to reflux endoscopic repair only on the right side using an injectable autologous bladder muscle cell-alginate gel solution.

膀胱鏡およびX線造影検査は、処置の2、4、および6ヶ月後に行った。膀胱鏡検査は滑らかな膀胱壁を示した。膀胱造影は、処置された側に逆流の証拠を示さず、そして全ての動物において矯正されなかった対照尿管における持続する逆流の証拠を示した。全ての動物は、排泄尿路造影において、水腎症の証拠を示さずに修復された尿管における逆流の成功した治癒を受けた。   Cystoscopy and radiography were performed at 2, 4, and 6 months after treatment. Cystoscopy showed a smooth bladder wall. Cystography showed no evidence of reflux on the treated side and evidence of persistent reflux in the control ureter that was not corrected in all animals. All animals received successful healing of reflux in the repaired ureter without showing evidence of hydronephrosis on excretory urography.

屠殺時における膀胱注入部位の全体検査は、尿管下領域における膀胱筋細胞−アルギネート複合体の存在を示した。注入部位周辺の組織の顕微鏡分析は炎症を示さなかった。膀胱、尿管、リンパ節、腎臓、肝臓、および脾臓の組織切片は、アルギネート移動および肉芽腫形成の証拠を示さなかった。   A general examination of the bladder infusion site at the time of sacrifice showed the presence of bladder myocyte-alginate complex in the subureteral region. Microscopic analysis of the tissue around the injection site showed no inflammation. Tissue sections of the bladder, ureter, lymph node, kidney, liver, and spleen showed no evidence of alginate migration and granuloma formation.

(実験データの要約)
オートロガス膀胱筋細胞は、容易に採集され、インビトロで増殖され、そして膀胱鏡的に注入され得る。この細胞は生存し、そして非免疫原性の筋肉核(muscle nidus)を形成する。この系は、いかなる障害の証拠も示さずに、逆流を矯正し得る。
(Summary of experimental data)
Autologous bladder muscle cells can be easily collected, expanded in vitro, and cystoscopically injected. The cells survive and form a non-immunogenic muscle nucleus. This system can correct backflow without showing any evidence of failure.

以下の実施例は、軟骨細胞−ポリマー懸濁液が、注入可能であり、非移動性であり、そしてその容量を保持するように見えること、そして膀胱尿管逆流の内視鏡的治療に有用であることを示す。実施例1で示したように、アルギネート−ウシ軟骨細胞異種移植片は、無胸腺マウスに移植した後、90日間もの長期に渡って、生存軟骨細胞を含むことが見い出された。形成された新規軟骨は、注入された鋳型のおおよその形状および寸法を保持する。遊離の軟骨細胞またはアルギネートを単独で注入すると、軟骨形成が起こらないので、細胞−ポリマー構築物が必須である。   The following examples show that the chondrocyte-polymer suspension is injectable, non-migrating and appears to retain its volume, and useful for endoscopic treatment of vesicoureteral reflux Indicates that As shown in Example 1, the alginate-bovine chondrocyte xenograft was found to contain viable chondrocytes for as long as 90 days after transplantation into athymic mice. The formed new cartilage retains the approximate shape and dimensions of the injected mold. Cell-polymer constructs are essential because when chondrocytes or alginate alone are injected, chondrogenesis does not occur.

(実施例9:アルギネートゲル中の軟骨細胞のマウスへの移植材料および方法)
ヒアリン軟骨を仔ウシの肩の関節表面から得、そして軟骨細胞を採取した。軟骨細胞懸濁液を20、30、および40×10細胞/ccまで濃縮し、そして乾燥アルギネート粉末と混合し、ゲルを形成した。12匹の無胸腺マウスに、軟骨細胞/アルギネート溶液を皮下注射した。各マウスは、対照、10、15、および20×10軟骨細胞からなる4つの注入部位を有した(48注入部位)。マウスを、注入後2、4、6、および12週で屠殺した。
(Example 9: Mouse transplantation material and method of chondrocytes in alginate gel)
Hyalin cartilage was obtained from the articular surface of the calf shoulder and chondrocytes were harvested. The chondrocyte suspension was concentrated to 20, 30, and 40 × 10 6 cells / cc and mixed with dry alginate powder to form a gel. Twelve athymic mice were injected subcutaneously with the chondrocyte / alginate solution. Each mouse had 4 injection sites consisting of control 10, 15, and 20 × 10 6 chondrocytes (48 injection sites). Mice were sacrificed at 2, 4, 6, and 12 weeks after injection.

注入部位の組織学的検査は、36の実験注入部位のうち34で軟骨の形成の証拠を示した。増殖期の注入部位の全体検査は、ポリマーゲルが、累進的に軟骨により置換されることを示した。形成された軟骨の最終的なサイズは、注射した最初の軟骨細胞の濃度に関連し、そして各カテゴリー内で均一および安定であるようであった。12匹の対照中では、軟骨形成の証拠がなかった。離れた器官の組織学的分析は、軟骨またはアルギネートゲル移動または肉芽腫形成の証拠を示さなかった。   Histological examination of the injection sites showed evidence of cartilage formation in 34 of 36 experimental injection sites. A general examination of the injection site during the growth phase showed that the polymer gel was progressively replaced by cartilage. The final size of the cartilage formed was related to the concentration of the initial chondrocytes injected and appeared to be uniform and stable within each category. There was no evidence of cartilage formation in the 12 controls. Histological analysis of distant organs showed no evidence of cartilage or alginate gel migration or granuloma formation.

(材料および方法)
動物−若い成熟無胸腺nu/nuマウスを細胞受容体として用いた。動物は、個々に飼育され、所望のとおり食糧および水に接近でき、そして12時間の照明および暗闇の間隔で維持した。麻酔を麻酔吸入器投与によりメトキシフルラン(methoxyflurane)で行った。
(Materials and methods)
Animals-Young adult athymic nu / nu mice were used as cell receptors. Animals were individually housed, accessible to food and water as desired, and maintained at 12 hour lighting and dark intervals. Anesthesia was performed with methoxyflurane by administration of an anesthesia inhaler.

ポリマー−乾燥アルギネート圧搾粉末(Dentsply International; Milford, DE)を送達ビヒクルとして用いた。アルギネートは、グルロン酸(gluronic acid)およびマンヌロン酸(mannuronic acid)のコポリマーであり、制御された速度でカルシウム塩類および水と混合されたときのゲルを意味する。リン酸カルシウムおよび硫酸カルシウムは、純粋なポリマー粉末で含有され、ゲル化動力学を制御する。粉末をエチレンオキシド(ethylene oxide)中で滅菌し、そして注入までアルミ泊中にシールした。   Polymer-dried alginate pressed powder (Dentsply International; Milford, DE) was used as the delivery vehicle. Alginate is a copolymer of gluconic acid and mannuronic acid, meaning a gel when mixed with calcium salts and water at a controlled rate. Calcium phosphate and calcium sulfate are contained in pure polymer powder and control gelation kinetics. The powder was sterilized in ethylene oxide and sealed in aluminum overnight until injection.

細胞採取−ヒアリン軟骨を屠殺後6時間以内に仔ウシの肩の関節表面から得た。肩をプロビジン−ヨウ素(providine−iodine)の10%溶液中で洗浄し、そして軟骨細胞を、Klagsbrun,「大スケールの軟骨細胞の調製」Methods in Enzymology, 58:560(1979)に記載の技術を用いて滅菌条件下で採取した。単離した細胞を血球計を用いて定量し、そして軟骨細胞懸濁液を20、30、および40×10細胞/ccまで濃縮した。 Cell harvesting-hyaline cartilage was obtained from the articular surface of the calf shoulder within 6 hours after sacrifice. The shoulder is washed in a 10% solution of providine-iodine and the chondrocytes are prepared according to the technique described in Klagsbrun, “Preparation of large-scale chondrocytes” Methods in Enzymology, 58: 560 (1979). And collected under sterile conditions. Isolated cells were quantified using a hemocytometer and the chondrocyte suspension was concentrated to 20, 30, and 40 × 10 6 cells / cc.

細胞送達−軟骨細胞懸濁液を乾燥アルギネート粉末と混合し、ゲルを形成した。21ゲージの針を用いて、12匹のヌードマウスに600マイクロリットルの軟骨細胞/アルギネート溶液を注入した。各マウスは、対照、10、15、および20×10軟骨細胞からなる4つの注入部位を有した(48の注入部位)。アルギネートゲル単独の注入を、6匹のマウスで対照として供した。他の対照として、6匹のマウスを、同じ領域内に10、15、および20×10の軟骨細胞単独を含み、アルギネートを含まない600マイクロリットルの細胞懸濁液を皮下注入した。 Cell delivery-Chondrocyte suspension was mixed with dry alginate powder to form a gel. Using a 21 gauge needle, 12 nude mice were injected with 600 microliters of chondrocyte / alginate solution. Each mouse had 4 injection sites consisting of control 10, 15, and 20 × 10 6 chondrocytes (48 injection sites). An injection of alginate gel alone served as a control in 6 mice. As another control, 6 mice were injected subcutaneously with 600 microliters of cell suspension containing 10, 15, and 20 × 10 6 chondrocytes alone and no alginate in the same area.

移植片回収−マウスを、注入後2、4、6、および12週で屠殺した。移植片は、周辺の組織から容易に移植片を分離する組織平面に従って切り出され、重量を測定し、10%の中性緩衝化ホルマリンで固定され、そしてパラフィンで包埋された。組織切片はまた、局所リンパ節、腎臓、膀胱、尿管、肺、脾臓、および肝臓から得た。組織切片をヘマトキシリンおよびエオシンで染色した。全体および組織学検査を行った。   Graft recovery—Mice were sacrificed at 2, 4, 6, and 12 weeks after injection. The grafts were excised according to a tissue plane that easily separates the graft from the surrounding tissue, weighed, fixed with 10% neutral buffered formalin and embedded in paraffin. Tissue sections were also obtained from regional lymph nodes, kidney, bladder, ureter, lung, spleen, and liver. Tissue sections were stained with hematoxylin and eosin. Global and histological examinations were performed.

(結果)
図1aは、用いた一般方法の概略図である。注入部位の組織学的検査は、36の軟骨細胞/アルギネート移植片のうち34で軟骨形成の証拠を示した。軽い炎症応答は、4週間までに解消しているようであった。これは、急性期のおよび慢性の異物身体反応を示す炎症応答からなった。線維芽細胞浸潤は、注入後2週間まで見られた。増殖期の注入部位の全体検査は、ポリマーゲルが、累進的に軟骨により置換されることを示した。全体検査は、正常に見える、ゴム状から硬質の軟骨構造を示した。形成された軟骨の最終サイズは、注入された最初の容量および軟骨細胞の濃度に関連するようであり、そして各カテゴリー内で均一であるようであった。回復した軟骨構造の重量は、持続的に安定であるようであった。6つのポリマーゲル対照注入では(軟骨細胞を含まない)、軟骨形成の目に見える証拠はなかった。第二の対照グループでは(軟骨細胞懸濁液単独)、軟骨形成は、どこの部分でも明らかでなかった。注入周辺部位および離れた器官の組織学的分析は、軟骨の証拠またはアルギネートゲル移動を示さなかった。
(result)
FIG. 1a is a schematic diagram of the general method used. Histological examination of the injection site showed evidence of cartilage formation in 34 of 36 chondrocyte / alginate grafts. The mild inflammatory response appeared to have resolved by 4 weeks. This consisted of an inflammatory response indicative of acute and chronic foreign body reactions. Fibroblast infiltration was seen up to 2 weeks after injection. A general examination of the injection site during the growth phase showed that the polymer gel was progressively replaced by cartilage. A general examination showed a rubbery to hard cartilage structure that appeared normal. The final size of the cartilage formed appeared to be related to the initial volume injected and the concentration of chondrocytes and appeared to be uniform within each category. The weight of the recovered cartilage structure appeared to be persistently stable. With six polymer gel control injections (without chondrocytes), there was no visible evidence of chondrogenesis. In the second control group (chondrocyte suspension alone), chondrogenesis was not evident anywhere. Histological analysis of the peri-injection site and distant organs showed no evidence of cartilage or alginate gel migration.

(実施例10:アルギネートゲルで移植された軟骨細胞を用いるブタでの膀胱尿管逆流の矯正)
(材料および方法)
膀胱尿管逆流の動物モデル。 ブタとヒトとの膀胱および腎臓の間の類似性により、ブタをこの研究に用いた。Hanfordミニブタをそのより小さなサイズの便利さにより用いた。両側面の膀胱尿管逆流が、開腹膀胱技術を用いて4匹のミニブタで作られた。その技術は、Vacantiら、「軟骨細胞を接種した合成ポリマーは、新たな軟骨形成の鋳型を提供する」Plastic and Recon. Surg. 88:753(1991)に記載のように、膀胱内尿管の全体の覆いを取ることからなる。
(Example 10: Correction of vesicoureteral reflux in pigs using chondrocytes transplanted with alginate gel)
(Materials and methods)
Animal model of vesicoureteral reflux. Pigs were used in this study due to the similarities between the bladder and kidneys of pigs and humans. A Hanford minipig was used due to its smaller size convenience. Bilateral vesicoureteral reflux was made in 4 minipigs using open bladder technique. The technique is described in Vacanti et al., “Synthetic polymers inoculated with chondrocytes provide a new template for chondrogenesis” Plastic and Recon. Surg. 88: 753 (1991) and consists of uncovering the entire intravesical ureter.

処置後3カ月で、両側面の逆流の存在が、Vacantiら、「軟骨細胞を接種した合成ポリマーを用いて、ヒトの耳の形成における新たな軟骨の加工された組織成長」Mat.Res.Soc.Proc.252:367(1992)に記載のように、ヨウ素造影剤を用いる従来の膀胱X線造影法および超音波処理アルブミンを用いる超音波検査により評価された。排泄尿路造影法を行い、障害の任意の証拠を検出した。   Three months after treatment, the presence of bilateral reflux has been reported by Vacanti et al., “Processed tissue growth of new cartilage in human ear formation using synthetic polymers inoculated with chondrocytes” Mat. Res. Soc. Proc. 252: 367 (1992) as assessed by conventional bladder X-ray contrast using an iodine contrast agent and ultrasonography using sonicated albumin. An excretory urography was performed to detect any evidence of failure.

細胞の採取。 ヒアリン軟骨を各ミニブタからの耳表面から得た。耳をプロビジン−ヨウ素の10%溶液で洗浄し、そして軟骨細胞を、Atalaら、「自己脱離可能なバルーンシステムを用いる膀胱尿管逆流の内視鏡による処置」J. Urol.,148:724(1992)に記載の技術を用いて滅菌条件下で採取した。   Cell harvest. Hyaline cartilage was obtained from the ear surface from each minipig. Ears were washed with a 10% solution of Providin-Iodine and chondrocytes were analyzed by Atala et al., “Endoscopic treatment of vesicoureteral reflux using a self-removable balloon system” Urol. 148: 724 (1992).

単離した細胞を、10%ウシ胎児血清(Gibco)、5マイクログラム/mlアスコルビン酸(ascorbic acid)、292マイクログラム/mlグルタミン(glutamine)、100マイクログラム/mlストレプトマイシン、40ナノグラム/mlビタミンD3および100単位/mlペニシリンを含むHamms F−12培地(Gibco, Grand Island, NY)の溶液中インビトロで増殖させた。細胞を5%COの存在下で37℃でインキュベートした。最初の採取後5〜8週間で、軟骨細胞をトリプシン処理し、そして血球計を用いて定量した。各ミニブタ由来の軟骨細胞懸濁液を最小必須培地−199(Gibco)中に40×10細胞/mlまで濃縮した。 The isolated cells were treated with 10% fetal bovine serum (Gibco), 5 microgram / ml ascorbic acid, 292 microgram / ml glutamine, 100 microgram / ml streptomycin, 40 nanogram / ml vitamin D3. And grown in vitro in a solution of Hamms F-12 medium (Gibco, Grand Island, NY) containing 100 units / ml penicillin. Cells were incubated at 37 ° C. in the presence of 5% CO 2 . Five to eight weeks after the first harvest, chondrocytes were trypsinized and quantified using a hemocytometer. Each minipig-derived chondrocyte suspension was concentrated in minimal essential medium-199 (Gibco) to 40 × 10 6 cells / ml.

オートロガス軟骨細胞アルギン酸カルシウム懸濁液。 2w/v%のアルギン酸ナトリウム(0.1M KPO,0.135M NaCl,pH7.4,Protan,Portsmouth,NH)を作成し、そしてエチレンオキシド中で滅菌した。40×10細胞/ml軟骨細胞懸濁液の1.5mlのアリコートを等量のアルギン酸ナトリウム溶液に、最終アルギネート濃度が1%となるように添加した。軟骨細胞−アルギン酸ナトリウム懸濁液を32℃で維持した。注入の直前に、硫酸カルシウム(0.2g/ml)を軟骨細胞−アルギン酸ナトリウム懸濁液に添加した。混合物をボルテックスにより混合し、そして注入まで氷中で保存した。ゲル化プロセスは、硫酸カルシウムの添加とともに開始し、懸濁液は、約40分間液体の状態である。 Autologous chondrocyte calcium alginate suspension. 2 w / v% sodium alginate (0.1 M K 2 PO 4 , 0.135 M NaCl, pH 7.4, Protan, Portsmouth, NH) was made and sterilized in ethylene oxide. A 1.5 ml aliquot of 40 × 10 6 cells / ml chondrocyte suspension was added to an equal volume of sodium alginate solution to a final alginate concentration of 1%. The chondrocyte-sodium alginate suspension was maintained at 32 ° C. Immediately before injection, calcium sulfate (0.2 g / ml) was added to the chondrocyte-sodium alginate suspension. The mixture was vortexed and stored in ice until injection. The gelling process begins with the addition of calcium sulfate and the suspension is in a liquid state for about 40 minutes.

実験研究。 ミニブタは、25ml/kgケタミンおよび1ml/kgアシルプロマジンの筋肉内注射で麻酔した。別の麻酔を25ml/kgケタミンおよび10mg/kgのキシラジンの筋肉内投与で得た。動物を仰向けの状態で置く。膀胱に導入された15.5 French膀胱鏡を用い、22ゲージの針を右の逆流尿管の尿管下領域に挿入した。内視鏡で見て尿管口を持ち上げながら約2〜3mlのオートロガス軟骨−アルギネート懸濁液(40〜60×10軟骨細胞)を針を通じて注入した。左の尿管口は未処理のままにし、そして対照として供した。一連の膀胱造影、膀胱鏡検査、および排泄尿路造影研究を屠殺まで8週間間隔で行った。ミニブタを処置後8週(1)、16週(1)、および26(2)週で屠殺した。膀胱の注入部位を切除し、そして肉眼および顕微鏡で検査した。検体をヘマトキシリンおよびエオシンで染色し、そしてpH1.0および2.5でアルシアンブルーで染色した。膀胱、尿管、局部リンパ節、腎臓、肝臓、および脾臓の組織学的分析を行った。 Experimental study. Minipigs were anesthetized with an intramuscular injection of 25 ml / kg ketamine and 1 ml / kg acylpromazine. Another anesthesia was obtained with intramuscular administration of 25 ml / kg ketamine and 10 mg / kg xylazine. Place the animal on its back. Using a 15.5 French cystoscope introduced into the bladder, a 22 gauge needle was inserted into the subureteral region of the right reflux ureter. About 2-3 ml of autologous cartilage-alginate suspension (40-60 × 10 6 chondrocytes) was injected through the needle while lifting the ureteral opening as viewed with an endoscope. The left ureteral opening was left untreated and served as a control. A series of cystography, cystoscopy, and excretory urography studies were performed at 8-week intervals until sacrifice. Minipigs were sacrificed at 8 (1), 16 (1), and 26 (2) weeks after treatment. The bladder injection site was excised and examined visually and microscopically. Specimens were stained with hematoxylin and eosin and stained with alcian blue at pH 1.0 and 2.5. Histological analysis of the bladder, ureter, local lymph node, kidney, liver and spleen was performed.

(結果)
4匹のミニブタは、両側面の逆流の生成を経験した。4匹全ては、処理後3カ月で障害の証拠なしに両側面の逆流を有することが見出された。軟骨細胞を各ミニブタの左耳表面から採取し、そしてインビトロで5〜8週間増殖させ、動物1匹につき50〜150×10生存細胞の最終濃度とした。次いで、動物は、右側だけを注射可能なオートロガス軟骨細胞−アルギネートゲル溶液を用い、内視鏡を用いて逆流の修復を受けた。
(result)
Four minipigs experienced bilateral reflux. All 4 animals were found to have bilateral reflux without any evidence of failure at 3 months after treatment. Chondrocytes were harvested from the left ear surface of each minipig and grown in vitro for 5-8 weeks to give a final concentration of 50-150 × 10 6 viable cells per animal. The animals were then subjected to reflux repair using an endoscope with an autologous chondrocyte-alginate gel solution that was injectable only on the right side.

膀胱鏡検査およびX線造影検査を処置後2、4、および6カ月で行った。膀胱鏡検査は、滑らかな膀胱壁を示した。膀胱造影は、全ての動物において、処置した側で逆流がなく、そして未矯正の対照尿管で持続的な逆流の証拠を示した。全ての動物は、排泄尿路造影で水腎症の証拠なしに、修復された尿管の成功した治癒を有した。   Cystoscopy and radiography were performed at 2, 4, and 6 months after treatment. Cystoscopy showed a smooth bladder wall. Cystography in all animals showed no reflux on the treated side and evidence of persistent reflux in the uncorrected control ureter. All animals had successful healing of the repaired ureters with no evidence of hydronephrosis on excretory urography.

屠殺時の膀胱注入部位の全体検査は、尿管下領域で良好に規定されたゴム状から硬質の軟骨構造を示した。ヘマトキシリンおよびエオシン染色を用いたこれらの検体の組織学的検査は、軟骨形成の証拠を示した。ポリマーゲルは、時間の経過とともに軟骨により累進的に置換された。アルデヒドフシンアルシアンブルー(aldehyde fuschinalcian blue)染色は、コンドロイチン硫酸塩の存在を示唆した。注入部位の周辺組織の顕微鏡分析は炎症を示さなかった。膀胱、尿管、リンパ節、腎臓、肝臓および脾臓由来の組織切片は、軟骨細胞またはアルギネート移動、もしくは肉芽腫形成の証拠を示さなかった。   A general examination of the bladder injection site at the time of sacrifice showed a rubbery to hard cartilage structure well defined in the subureteral region. Histological examination of these specimens using hematoxylin and eosin staining showed evidence of cartilage formation. The polymer gel was progressively replaced by cartilage over time. Aldehyde fucinalcian blue staining suggested the presence of chondroitin sulfate. Microscopic analysis of the surrounding tissue at the injection site showed no inflammation. Tissue sections from bladder, ureter, lymph node, kidney, liver and spleen showed no evidence of chondrocyte or alginate migration or granuloma formation.

(実験データの要約)
軟骨細胞は、容易に成長し得そして培養液で増殖し得る。新規軟骨形成は、合成生分解性ポリマー上で培養された軟骨細胞を用いてインビトロおよびインビボで達成され得る。これらの実験では、軟骨マトリックスは、生分解される多糖類ポリマーとしてアルギネートを置換した。6匹のミニブタは、両側面の逆流作成を経験した。6匹全てが処理後3カ月で障害の証拠なく両側面の逆流を有することを見出された。軟骨細胞を各ミニブタの左耳表面から採取し、そして動物1匹につき50〜150×10生存細胞の最終濃度まで増殖させた。次いで動物は、右側だけ注入可能なオートロガス軟骨細胞−アルギネートゲル溶液を用い、内視鏡を用いて逆流の修復を受けた。
(Summary of experimental data)
Chondrocytes can grow easily and can grow in culture. Novel chondrogenesis can be achieved in vitro and in vivo using chondrocytes cultured on synthetic biodegradable polymers. In these experiments, the cartilage matrix replaced alginate as a biodegradable polysaccharide polymer. Six minipigs experienced bilateral reflux. All 6 animals were found to have bilateral reflux without evidence of failure at 3 months after treatment. Chondrocytes were harvested from the surface of the left ear of each minipig and grown to a final concentration of 50-150 × 10 6 viable cells per animal. The animals were then subjected to reflux repair using an endoscope with an autologous chondrocyte-alginate gel solution that was injectable only on the right side.

膀胱鏡検査およびX線造影を処置後2、4、および6カ月で行った。膀胱鏡検査は、滑らかな膀胱壁を示した。膀胱造影は、全ての動物において、処置した側で逆流がなく、そして未矯正の対照尿管で持続的な逆流の証拠を示した。全ての動物は、排泄尿路造影で水腎症の証拠なく、修復した尿管で成功した治癒を有した。採取した耳は、軟骨細胞修復の1カ月以内に軟骨の再成長の証拠を有した。   Cystoscopy and radiography were performed at 2, 4, and 6 months after treatment. Cystoscopy showed a smooth bladder wall. Cystography in all animals showed no reflux on the treated side and evidence of persistent reflux in the uncorrected control ureter. All animals had successful healing with a repaired ureter without evidence of hydronephrosis on excretory urography. The harvested ears had evidence of cartilage regrowth within one month of chondrocyte repair.

屠殺時の膀胱注入部位の全体検査は、尿管下領域で良好に規定されたゴム状から硬質の軟骨構造を示した。ヘマトキシリンおよびエオシンを用いたこれらの検体の組織学的検査は、正常な軟骨形成の証拠を示した。ポリマーゲルは、時間の経過とともに軟骨により累進的に置換された。アルデヒドフシンアルシアンブルー染色は、コンドロイチン硫酸塩の存在を示唆した。注入部位の周辺組織の顕微鏡分析は炎症を示さなかった。膀胱、尿管、リンパ節、腎臓、肺、肝臓および脾臓由来の組織切片は、軟骨細胞またはアルギネート移動、もしくは肉芽腫形成の証拠を示さなかった。   A general examination of the bladder injection site at the time of sacrifice showed a rubbery to hard cartilage structure well defined in the subureteral region. Histological examination of these specimens with hematoxylin and eosin showed evidence of normal cartilage formation. The polymer gel was progressively replaced by cartilage over time. Aldehyde fucin Alcian blue staining suggested the presence of chondroitin sulfate. Microscopic analysis of the surrounding tissue at the injection site showed no inflammation. Tissue sections from bladder, ureter, lymph node, kidney, lung, liver and spleen showed no evidence of chondrocyte or alginate migration or granuloma formation.

本発明の組成物および方法の修飾および改変は、先の詳細な記載から当業者に明らかであり得る。このような修飾および改変は、以下の請求の範囲内にあることを意図する。   Modifications and variations of the compositions and methods of the invention may be apparent to those skilled in the art from the foregoing detailed description. Such modifications and variations are intended to be within the scope of the following claims.

図1aは、は、ポリマー−軟骨細胞懸濁液を、膀胱尿管逆流の対照として尿管の開口部のある領域に注入するか、または失禁を管理するために尿管周囲の領域に注入するスキームを示す;フォトミクログラフにより、アルギネート(alginate)ポリマー懸濁液、その懸濁物の注入に続いて形成される新しい軟骨、およびポリマーの非存在下で注入される軟骨細胞対照を示す。FIG. 1a shows that a polymer-chondrocyte suspension is injected into an area of the ureteral opening as a control of vesicoureteral reflux or in the area around the ureter to manage incontinence A scheme is shown; a photomicrograph shows an alginate polymer suspension, new cartilage formed following injection of the suspension, and a chondrocyte control injected in the absence of polymer. 図1bは、は、ポリマー−軟骨細胞懸濁液を、膀胱尿管逆流の対照として尿管の開口部のある領域に注入するか、または失禁を管理するために尿管周囲の領域に注入するスキームを示す;フォトミクログラフにより、アルギネート(alginate)ポリマー懸濁液、その懸濁物の注入に続いて形成される新しい軟骨、およびポリマーの非存在下で注入される軟骨細胞対照を示す。FIG. 1b shows that the polymer-chondrocyte suspension is injected into an area of the ureteral opening as a control of vesicoureteral reflux or in the area around the ureter to manage incontinence A scheme is shown; a photomicrograph shows an alginate polymer suspension, new cartilage formed following injection of the suspension, and a chondrocyte control injected in the absence of polymer. 図1cは、は、ポリマー−軟骨細胞懸濁液を、膀胱尿管逆流の対照として尿管の開口部のある領域に注入するか、または失禁を管理するために尿管周囲の領域に注入するスキームを示す;フォトミクログラフにより、アルギネート(alginate)ポリマー懸濁液、その懸濁物の注入に続いて形成される新しい軟骨、およびポリマーの非存在下で注入される軟骨細胞対照を示す。FIG. 1c shows that the polymer-chondrocyte suspension is injected into a region of the ureteral opening as a control of vesicoureteral reflux or in the region around the ureter to manage incontinence A scheme is shown; a photomicrograph shows an alginate polymer suspension, new cartilage formed following injection of the suspension, and a chondrocyte control injected in the absence of polymer. 図1dは、は、ポリマー−軟骨細胞懸濁液を、膀胱尿管逆流の対照として尿管の開口部のある領域に注入するか、または失禁を管理するために尿管周囲の領域に注入するスキームを示す;フォトミクログラフにより、アルギネート(alginate)ポリマー懸濁液、その懸濁物の注入に続いて形成される新しい軟骨、およびポリマーの非存在下で注入される軟骨細胞対照を示す。FIG. 1d shows that a polymer-chondrocyte suspension is injected into an area of the ureteral opening as a control of vesicoureteral reflux or in the area around the ureter to manage incontinence A scheme is shown; a photomicrograph shows an alginate polymer suspension, new cartilage formed following injection of the suspension, and a chondrocyte control injected in the absence of polymer.

Claims (19)

動物において新たな組織を形成するための、アルギネート溶液および分離した細胞を含む注入可能な組成物であって、該組成物は、該アルギネート溶液が架橋して、3次元開放格子(three−dimensional open−lattice)を形成する条件下で該動物に注入され、該3次元開放格子は、水分子を捕捉して、内部に細胞が分散されたヒドロゲルを形成し、ここで、該細胞は、軟骨細胞以外の軟骨を形成する細胞、骨芽細胞およびその他の骨を形成する細胞、筋肉細胞、線維芽細胞、ならびに器官細胞からなる群から選択され、
ここで、架橋が、前記動物への注入の前に開始され、
該細胞は、100万細胞/mlと5000万細胞/mlとの間の濃度で該溶液に懸濁されること
を特徴とする、組成物。
An injectable composition comprising an alginate solution and separated cells for forming new tissue in an animal, the composition being cross-linked with a three-dimensional open lattice. -Lattice) is injected into the animal under conditions where the three-dimensional open lattice captures water molecules to form a hydrogel with cells dispersed therein, where the cells are chondrocytes Selected from the group consisting of non-cartilage forming cells, osteoblasts and other bone forming cells, muscle cells, fibroblasts, and organ cells,
Here, cross-linking is initiated prior to injection into the animal,
A composition characterized in that the cells are suspended in the solution at a concentration between 1 million cells / ml and 50 million cells / ml.
前記アルギネート溶液が、イオンに対する暴露によって架橋される、請求項1に記載の組成物。 The composition of claim 1, wherein the alginate solution is crosslinked by exposure to ions. 前記ヒドロゲルが、銅、カルシウム、アルミニウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、スズ、ならびに二官能性、三官能性、および四官能性有機カチオンからなる群から選択されるカチオンからなる群から選択されるイオンと相互作用することにより架橋される、請求項1に記載の組成物。 An ion selected from the group consisting of copper, calcium, aluminum, magnesium, strontium, barium, tin, and a cation selected from the group consisting of difunctional, trifunctional and tetrafunctional organic cations; The composition of claim 1, which is cross-linked by interaction. 前記ヒドロゲルが、ポリイオンとの架橋により、さらに安定化される、請求項1に記載の組成物。 The composition of claim 1, wherein the hydrogel is further stabilized by crosslinking with polyions. 前記ヒドロゲルが、前記動物への注入の後に成型されて特定の形を形成する、請求項1に記載の組成物。 The composition of claim 1, wherein the hydrogel is molded after injection into the animal to form a particular shape. 動物において新たな組織を形成するためのデバイスであって、該デバイスは、分離した細胞と混合されたアルギネートから形成される溶液と、該アルギネート溶液が架橋して、3次元開放格子を形成する条件下で該アルギネート−細胞溶液を動物に注入するための手段とを組み合わせて含み、該3次元開放格子は、水分子を捕捉して、内部に細胞が分散されたヒドロゲルを形成し、ここで、該細胞は、軟骨細胞以外の軟骨を形成する細胞、骨芽細胞およびその他の骨を形成する細胞、筋肉細胞、線維芽細胞、ならびに器官細胞からなる群から選択され、
ここで、架橋が、前記動物への注入の前に開始され、
該細胞は、100万細胞/mlと5000万細胞/mlとの間の濃度で該溶液に懸濁される、デ
バイス。
A device for forming new tissue in an animal, comprising: a solution formed from alginate mixed with separated cells; and a condition under which the alginate solution is crosslinked to form a three-dimensional open lattice. In combination with a means for injecting the alginate-cell solution into the animal, wherein the three-dimensional open lattice captures water molecules to form a hydrogel with cells dispersed therein, wherein The cells are selected from the group consisting of cells that form cartilage other than chondrocytes, osteoblasts and other bone-forming cells, muscle cells, fibroblasts, and organ cells;
Here, cross-linking is initiated prior to injection into the animal,
The device, wherein the cells are suspended in the solution at a concentration between 1 million cells / ml and 50 million cells / ml.
前記アルギネート溶液が、注入の後に該アルギネートを架橋するのに効果的な量のイオンと組み合わされる、請求項6に記載のデバイス。 The device of claim 6, wherein the alginate solution is combined with an amount of ions effective to crosslink the alginate after implantation. 前記アルギネートが、銅、カルシウム、アルミニウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、スズ、ならびに二官能性、三官能性、および四官能性有機カチオンからなる群から選択されるカチオンからなる群から選択されるイオンと組み合わされる、請求項7に記載のデバイス。 The alginate is selected from the group consisting of copper, calcium, aluminum, magnesium, strontium, barium, tin, and a cation selected from the group consisting of difunctional, trifunctional, and tetrafunctional organic cations; The device of claim 7, which is combined. 膀胱尿管逆流またはの処置のための、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物であって、ここで、該組成物の前記細胞が、軟骨細胞以外の軟骨を形成する細胞、骨芽細胞およびその他の骨を形成する細胞線維芽細胞、ならびに器官細胞からなる群から選択される、組成物。 For the treatment of vesicoureteral reflux or loss prohibition, a composition according to any one of claims 1-5, wherein said cells of said composition, form cartilage other than chondrocytes A composition selected from the group consisting of cells, osteoblasts and other bone-forming cells , fibroblasts, and organ cells. 胃食道逆流の処置のための、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物であって、ここで、該組成物の前記細胞が、筋肉細胞である、組成物。6. A composition according to any one of claims 1-5 for the treatment of gastroesophageal reflux, wherein the cells of the composition are muscle cells. 硬部組織欠損の処置のための、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物。 6. A composition according to any one of claims 1 to 5 for the treatment of hard tissue defects. 軟部組織欠損の処置のための、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物。 6. A composition according to any one of claims 1 to 5 for the treatment of soft tissue defects. 男性不妊症を誘発するための、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物。 The composition according to any one of claims 1 to 5, for inducing male infertility. 膀胱尿管逆流またはの処置のための、請求項6〜8のいずれか1項に記載のデバイスであって、ここで、該デバイスの前記細胞が、軟骨細胞以外の軟骨を形成する細胞、骨芽細胞およびその他の骨を形成する細胞線維芽細胞、ならびに器官細胞からなる群から選択される、デバイス。 For the treatment of vesicoureteral reflux or loss prohibition, a device according to any one of claims 6-8, wherein the cells the cells of the device, to form cartilage other than chondrocytes A device selected from the group consisting of osteoblasts and other bone-forming cells , fibroblasts, and organ cells. 胃食道逆流の処置のための、請求項6〜8のいずれか1項に記載のデバイスであって、ここで、該デバイスの前記細胞が、筋肉細胞である、デバイス。9. A device according to any one of claims 6-8 for the treatment of gastroesophageal reflux, wherein the cells of the device are muscle cells. 硬部組織欠損の処置のための、請求項6〜8のいずれか1項に記載のデバイス。 9. A device according to any one of claims 6 to 8 for the treatment of hard tissue defects. 軟部組織欠損の処置のための、請求項6〜8のいずれか1項に記載のデバイス。 9. A device according to any one of claims 6 to 8 for the treatment of soft tissue defects. 男性不妊症を誘発するための、請求項6〜8のいずれか1項に記載のデバイス。 9. A device according to any one of claims 6 to 8 for inducing male infertility. 膀胱尿管逆流の処置のための、請求項6に記載のデバイス。 The device of claim 6 for the treatment of vesicoureteral reflux.
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