JP6510547B2 - Fgf−18を含むインプラント - Google Patents

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Description

本発明は、医薬組成物の分野に関する。より具体的には、本発明は、線維芽細胞成長因子18(FGF−18)化合物といった同化剤を含む、足場や膜などの物質送達システム(またはインプラント)、かかる送達システムを製造する方法、並びに、それらの使用に関する。本発明に係るインプラントは、変形性関節症、軟骨損傷、または骨軟骨欠損といった軟骨障害の治療のために使用するためのものである。
線維芽細胞成長因子18(FGF−18)は、FGF−8及びFGF−17と密接に関係したタンパク質の線維芽細胞増殖因子(FGF)ファミリーのメンバーである。FGFファミリーのメンバーは、ヘパリン結合ドメインを有するという特徴がある。かかる推定ヘパリン結合ドメインは、FGF−18に関して同定されている。細胞表面ヘパリン硫酸プロテオグリカンと複合体を形成したFGFリガンドが結合されると、受容体介在性情報伝達が惹起されると推定されている。FGF−18は、軟骨細胞および骨芽細胞の増殖因子であることが示されている(Ellsworth et al., 2002;Shimoaka et al., 2002)。FGF−18は、軟骨障害、例えば、変形性関節症及び軟骨損傷等に対するFGF−18の単独療法(WO2008/023063)、又はヒアルロン酸との組み合わせ療法(WO2004/032849)が提案されている。
FGFポリペプチドを含む医薬組成物は、当技術分野で周知である。WO201217207には、FGF−18、緩衝液、ポロクサマー界面活性物質、及び安定化剤としての糖を含む凍結乾燥製剤が開示されている。前記FGF18凍結乾燥製剤は、OAまたはCIの治療に有望な結果を示している。前記凍結乾燥製剤を使用する現在の投与計画は、週1回の注射を3週間にわたり行う治療サイクルである。治療サイクルは繰り返すこともある。
現在のFGF−18製剤の主な欠点は、一度関節内投与(IA)されると、滑液中のFGF18の存在により、健康な領域での軟骨の成長も誘導されてしまい制御されなくなってしまうということである。これは、当然ながら、関節の可動性が減少するといった望ましくない効果をもたらし得る。選択的に標的部位のレベルでFGF18を送達すれば、損傷を受けた領域のみにおける軟骨の成長を促進し得る。特に、損傷領域のレベルでFGF18を送達し、マイクロフラクチャー術と組み合わせると、OAまたはCIの治療に非常に有益となり得る。マイクロフラクチャー術は、軟骨下骨に微小な骨折を形成することにより関節軟骨を修復するための外科的な技術である。これが、骨髄由来の多能性間葉系幹細胞の放出を引き起こす(Ringe J. et al., 2012)。FGF18を含む足場または膜を用いて軟骨の孔を充填することで、前記マトリクスに細胞を向かわせ、これにより、細胞の増殖および薬剤の貯蔵を同時に行うための物理的な支持体として作用するのであろう。この理由により、FGF18をゆっくりと足場/膜から周囲組織に放出し、および/または足場/膜中に取り込んだ状態で留めることが好ましいであろう。
組織工学における一般的なアプローチは、3Dマトリクス、すなわち足場または膜内に成長因子を閉じ込めることである。これは、受容部位の形状を推定するため、物理的な特性に応じて、移植または注入のいずれであってもよい(Yun et al., 2010)。足場/膜に必須の特性は、生体適合性と吸収性である。従って、足場/膜は、成長、増殖、損傷した組織を再生するための理想的な環境を細胞に提供可能でなくてはならない。理想的には、マトリクスは、元の組織と物理的特性が類似し、細胞を収容可能な微孔(十分な大きさの連続気孔)を提供しなくてはならない(Tessmar and Gopferich, 2007)。
組織工学に有用ないくつかのマトリクスが、既に商品化されている。例えば、Chondro-Gide(商標)膜(Geistlich Biomaterials)は、二重層構造に配置されたI型およびIII型コラーゲンから構成される。この膜は、いくつかの国、例えばフランスで、自家軟骨細胞移植との組み合わせで(好ましくは承認されたChondroCelect(商標)製品との組み合わせで)承認されている。類似品のMaci(Genzyme)が近年欧州市場で承認された。これは、軟骨細胞特異的なマーカー遺伝子をイクスビボで発現し、I型およびIII型コラーゲン膜(Maix)に播種され、拡大した自家軟骨細胞から構成される。Chondromimetic(商標)(Orthomimetics Ltd)は、ウシI型コラーゲンとコンドロイチン−6−硫酸グリコサミノグリカンから構成される足場(コラーゲン/ GAG足場)である。このインプラントは、欧州市場向けに承認されている。
例えば、WO2012/113812は、高分子電解質の多層によるコーティング、すなわち、ポリアニオンの少なくとも1層とポリカチオンの1層により機能が付与されたナノファイバー足場について記載する。例えば、FGF18などの治療用分子は、高分子電解質の多層膜に含まれ得る。具体的には、治療用分子は、ポリアニオンの層を形成できる。前記足場は、場合により、コラーゲンハイドロゲル内に骨芽細胞を、アルギン酸ハイドロゲル内に軟骨細胞を更に含んでもよい。各ハイドロゲルは、コーティングされた足場上に配置される。前記足場は、手術によりインサイチュで移植される。
生理活性タンパク質を含む医薬組成物を調製する場合、前記組成物は、タンパク質の活性が適切な期間維持されるように製剤化されなければならない。タンパク質の活性/安定性の損失は、タンパク質の化学的または物理的不安定性により起こりうる。これらは変性、凝集、又は酸化に著しく起因する。得られた生成物は、従って、医薬的に許容し得ないものである可能性もある。賦形剤および/またはマトリクスの使用は、所定のタンパク質の安定性を向上させることが知られているが、これらの賦形剤の安定化効果は、マトリクス内のポリマー、賦形剤の性質、そして存在する場合、生理活性タンパク質そのものに大きく依存する。
組織工学的な手順は有望であるが、生成された軟骨のインテグレーション率または質を向上させる必要がある。従って、生成された軟骨の良好なインテグレーションと優れた質(すなわち主に硝子軟骨)を可能にする改良された組成物が必要である。また、欠損部位へ治療化合物を提供する代替システムの必要性もある。実際に、硝子軟骨の生成は、治療のため、そして生体マトリクスの成分としての両者に価値がある(Power et al., 2012)。前記組成物は、変形性関節症、軟骨損傷、または骨軟骨欠損といった患者における軟骨障害の治療のための組織工学的手順の枠組みに有用であり得る。
本明細書で開示するのは、マトリクスを形成する少なくとも1つのポリマー材料および同化剤を含む物質送達システムであって、前記同化剤は、前記マトリクスを形成する前記少なくとも1つのポリマー材料内に含まれる、前記物質送達システムである。前記マトリクスは足場または膜である。特定の実施形態では、前記足場は二相性の足場であるか、あるいは前記膜は二層性の膜である。好ましくは、前記少なくとも1つのポリマー材料は、コラーゲンである。代替的に、前記少なくとも1つのポリマー材料は、コラーゲンとグリコサミノグリカン(GAG)との組み合わせである。前記送達システムに含まれる同化剤は、好ましくはFGF−18化合物である。本発明の特定の実施形態では、前記FGF−18化合物は、a)配列番号1の第28〜207位の残基を含むヒトFGF−18成熟型を含むまたは該成熟型から成るポリペプチド、および、b)配列番号2を含むかまたは配列番号2から成るポリペプチド、から成る群より選択される。
本発明に係る物質送達システムは、間葉系幹細胞などの軟骨形成細胞を更に含み得る。好ましくは、かかる軟骨形成細胞は軟骨細胞である。特に、軟骨細胞または間葉系幹細胞といった軟骨形成細胞は、治療を必要とする患者または異なるドナー(好ましくは同じ種に属する)から採取または単離される。
別の実施形態では、本発明は、本発明にかかる物質送達システムを製造する方法であって、a)少なくとも1つのポリマー材料を含むマトリクスを調製する工程;および、b)同化剤を、工程a)で調製したマトリクスに添加する工程;ここで、前記同化剤は、前記マトリクスを形成する前記少なくとも1つのポリマー材料内に含まれる、を含む前記方法を提供する。代替的に、前記方法は、c)軟骨形成細胞を、工程a)で調製したマトリクスに添加する工程;を更に含む。
更なる実施形態では、本明細書に開示の物質送達システムは、軟骨障害の治療における使用のためのものである。軟骨障害は、好ましくは変形性関節症、軟骨損傷、および骨軟骨欠損より選択される。
本発明に係る物質送達システムは、好ましくは、移植手順により前記治療を必要とする患者に投与される。
更なる実施形態において本明細書に開示するのは、本発明にかかる物質送達システムを含む製品である。好ましくは、前記製品の構成要素の各々は、即座に(extemporaneously)結合される。代替的に、前記製品の構成要素の各々は、移植前または移植後のいずれかに結合される。
定義
用語「同化化合物」または「同化剤」は、好ましくは軟骨修復につながる、軟骨への同化作用を有する化合物または薬剤として理解されるべきである。本発明の文脈では、「同化化合物」または「同化剤」は、好ましくは軟骨への同化作用を有する治療用タンパク質である。そのような化合物または治療用タンパク質のうち、好ましい化合物は、FGF−18化合物(上記の定義の通り)である。
本明細書で使用する用語「FGF−18化合物」又は「FGF−18」は、ヒトFGF−18タンパク質の生物学的活性の少なくとも1つを保持するタンパク質であるという意図である。FGF−18は、天然型、その成熟型、組換え型、又は切断型であってもよい。ヒトFGF−18タンパク質の生物学的活性としては、特に軟骨細胞または骨芽細胞の活性増加(WO98/16644)、あるいは軟骨形成の増強(WO2008/023063)が挙げられる。天然又は野生型のヒトFGF−18は、関節軟骨の軟骨細胞によって発現されるタンパク質である。ヒトFGF−18は、当初zFGF−5と命名されWO98/16644に詳述されている。配列番号1は、天然のヒトFGF−18のアミノ酸配列に相当し、アミノ酸残基1(Met)〜27(Ala)から成るシグナルペプチドを有する。ヒトFGF−18の成熟型は、配列番号1の残基28(Glu)〜残基207(Ala)のアミノ酸配列(180個のアミノ酸)に相当する。
本発明においてFGF−18は、例えば、WO2006/063362で教示される組み換え方法等によって産生することができる。本発明のFGF−18は、発現系や条件により、開始メチオニン(Met)残基または分泌のためのシグナル配列と共に、組み換え宿主細胞において発現される。原核生物の宿主、例えば、大腸菌(E. coli)等において発現される場合、FGF−18はその配列のN末端においてさらなるMet残基を含む。例えば、ヒトFGF−18のアミノ酸配列は、大腸菌(E. coli)で発現される場合、N末端(位置1)のMet残基で開始し、配列番号1の残基28(Glu)〜残基207(Ala)がこれに続く。
本明細書で使用する用語FGF−18の「切断型」は、配列番号1の残基28(Glu)〜196(Lys)を含むかまたは該残基から成るタンパク質を指す。好ましくは、FGF−18タンパク質の切断型は、「trFGF−18」と命名されたポリペプチド(170個のアミノ酸、rhFGF−18またはspriferminとしても知られる)であり、Met残基(N末端)で開始し、野生型ヒトFGF−18のアミノ酸残基28(Glu)〜196(Lys)がこれに続く。trFGF−18のアミノ酸配列は、配列番号2(配列番号2のアミノ酸残基2〜170は、配列番号1のアミノ酸残基28〜196に相当する)に示す。trFGF−18は、ヒトFGF−18の組み換え切断型であり、大腸菌(E. coli)で産生される(WO2006/063362)。trFGF−18は、成熟ヒトFGF−18と同様の活性を示し、例えば、様々な軟骨組織の修復及び再構築につながる軟骨細胞の増殖や軟骨の沈着を増強することが示されている(WO2008/023063)。
用語「均一」は、製剤の種々の成分が、一緒に混合、ブレンド、撹拌、または溶融されること、すなわち、それらの成分で別個の層を形成しないことを意味する。
本明細書で使用する用語「軟骨障害」とは、外傷などの損傷による傷害に起因する障害、軟骨疾患、および関節炎を包含する。本明細書に記載のFGF−18製剤の投与によって治療し得る軟骨障害の例としては、変形性関節症等の関節炎や軟骨損傷などが挙げられるが、これらに限定されない。軟骨石灰化症、多発性軟骨炎、再発性多発性軟骨炎、強直性脊椎炎、または肋軟骨炎などの軟骨または関節の変性疾患や障害もこの文言に包含される。国際軟骨修復学会(ICRS)は、軟骨欠損の重症度を評価するための関節鏡による評価システムを以下のように提案している。グレード:0(通常)健康な軟骨。グレード1:軟骨にソフトスポットや水疱を有する。グレード2:軟骨に目に見える小さな裂け目を有する。グレード3:病変に深い裂け目(軟骨層の50%超)を有する。グレード4:軟骨が裂け、下の骨(軟骨下骨)が露出している。(ICRS publication:http://www.cartilage.org/_files/contentmanagement/ICRS_evaluation.pdf、page 13を参照のこと)。
本明細書で使用する用語「関節炎」は、変形性関節症、関節リウマチ、若年性関節リウマチ、感染性関節炎、乾癬性関節炎、スティル病(若年性関節リウマチの発症)、または離断性骨軟骨炎等の障害を包含する。好ましくは、軟骨が傷害を受けている疾患または障害を含む。
用語「変形性関節症」は、関節炎の最も一般的な形態を意図するのに使用される。用語「変形性関節症」は、一次性変形性関節症および二次性変形性関節症(例えば、The Merck Manual, 17th edition, page 449参照)のいずれも包含する軟骨障害であると考えられている。変形性関節症は、軟骨の破壊によって引き起こされることがある。軟骨が細かく破壊され、または軟骨構成要素の変性断片(II型コラーゲン様のアグリカン)が、関節からの漏れや骨間の関節における疼痛や腫れを引き起こすことがある。時間が経つにつれて、軟骨が完全に摩耗し、骨同士がぶつかってしまう。変形性関節症は、あらゆる関節に影響するが、通常は、手、そして股関節、膝関節、脚、背骨といった体重を支える関節に関連する。好ましい例では、変形性関節症は、変形性膝関節症または変形性股関節症である。この用語は、特に、OARSI分類システムによりステージ1〜ステージ4またはグレード1〜グレード6に分類される変形性関節症の形態を包含する。当業者は、当該技術分野で使用されている変形性関節症の分類、特にOARSI評価システムを良く認識している(OOCHASとも称される;例えば、Custers et al., 2007参照)。変形性関節症は、本発明のFGF−18化合物を投与することによって治療できる好ましい軟骨障害の一つである。
本明細書で使用する用語「軟骨損傷」とは、特に外傷から生じる、軟骨の障害または軟骨の損傷である。軟骨損傷は、外傷による物理的な破壊の結果として、特に事故または手術(例えば、マイクロフラクチャー法による手術)後に生じることがある。用語「軟骨損傷」は、軟骨または骨軟骨骨折および半月板の損傷をも含む。関節組織のスポーツによる損傷又はスポーツによる摩耗もまたこの用語の定義内と考えられる。また、この用語は、微小な障害または鈍的な外傷、軟骨骨折、骨軟骨骨折、または半月板損傷をも含む。
用語「骨軟骨欠損(osteochondral defects:OCD)」は、軟骨の欠損が関節内の骨の端を覆う軟骨障害である。これらの欠損は、外傷または損傷に起因する場合が多いが、病理に起因することもある。OCDは、OAを引き起こすことがある。
用語「マトリクス」は、膜または足場等の三次元(3D)構造を指す。かかるマトリクスは、「インプラント」として、または、該マトリクスまたはインプラントが更に同化剤を含む場合(すなわち、送達対象の軟骨に同化する作用を有する治療用タンパク質を含む場合)、「物質送達システム」もしくは「送達システム」として使用できる。本明細書で使用する用語「インプラント」、「物質送達システム」、または「送達システム」は交換可能である。
用語「移植(インプランテーション)」または「移植(トランスプランテーション)」は交換可能である。同様に、用語「移植する(インプランティング)」、「移植する(トランスプランティング)」または「システムを載置する」は交換可能である。
本発明の用語「徐放(slow release)」は、低量の所与の化合物、例えばFGF−18化合物が、少なくとも4週間以上の期間にわたって放出されることを意味する。
発明の詳細な説明
マトリクスまたはインプラントを利用する軟骨修復手順は、有望であるものの、生成した軟骨の品質をさらに向上させる必要がある。従って、生成軟骨の良好なインテグレーションと良好な質を可能にする送達システム(すなわち、主に硝子軟骨)の改善の必要性が存在する。驚くべきことに、FGF−18は、例えば、コラーゲン膜またはコラーゲン/グリコサミノグリカン足場のようなマトリクス内で使用されると、マトリクス単独、または異なるタンパク質と組み合わせたマトリクスよりも優れた修復組織を生成することが見出された。
本発明の主な目的は、従って、マトリクスを形成する少なくとも1つのポリマー材料および同化剤を含む物質送達システムであって、前記同化剤は、前記マトリクスを形成する前記少なくとも1つのポリマー材料内に含まれる、前記物質送達システムである。かかるマトリクスは、軟骨レベルで導入するのに好適である。本発明に係る物質送達システムは軟骨形成細胞を更に含み得る。物質送達システムは、他の賦形剤または他の構成要素を更に含んでもよい。かかる送達システムを使用する利点は、同化化合物を既に含んでいるインプラントを軟骨または骨軟骨欠損部内に直接導入できることである。あるいは、存在する場合、同化剤および/または軟骨形成細胞を、インプラントを欠損部内へ移植した後でインプラント内に導入してもよい。
別の実施形態では、本発明は、物質送達システムまたはインプラントを製造する方法であって、a)少なくとも1つのポリマー材料を含むマトリクスを調製する工程;および、b)同化剤を、工程a)で調製したマトリクスに添加する工程;ここで、前記同化剤は、前記マトリクスを形成する前記少なくとも1つのポリマー材料内に含まれる、を含む前記方法。代替的に、前記方法は、c)軟骨形成細胞を、工程a)で調製したマトリクスに添加する工程を更に含む。工程b)およびc)のいずれか一方は、欠損部への移植前または移植後(すなわちインサイチュ)のいずれかに行い得る。
更なる実施形態において本明細書に開示するのは、本発明に係る物質送達システムを含む製品である。好ましくは、前記製品の構成要素は、即座に(extemporaneously)結合される。あるいは、前記製品の構成要素は、移植前または移植後のいずれかに結合される。さらに開示するのは、発明に係る送達システムを作成する説明書を提供する包装材料である。
本発明の文脈では全体として、マトリクス(またはインプラント)は好ましくは足場または膜である。特定の実施形態では、前記足場は二相性の足場であるか、あるいは前記膜は二層性の膜である。好ましくは、前記少なくとも1つのポリマー材料は、コラーゲンである。代替的に、前記少なくとも1つのポリマー材料は、コラーゲンとグリコサミノグリカン(GAG)との組み合わせである。マトリクスは、Chondro−Gide(商標)膜、Chondromimetic(商標)足場といったすでに市販されているマトリクス、または他の任意の市販されているマトリクス(規制当局によって承認済または未承認のいずれも)であり得る。あるいは、マトリクスを社内(インハウス)で製造することもある。
送達システムに含まれる(マトリクスを形成する少なくとも1つのポリマー材料内に含まれる)同化剤(すなわち、軟骨に対する同化作用を有する治療用タンパク質)は、好ましくはFGF−18化合物である。本発明の特定の実施形態では、FGF−18化合物は、a)配列番号1の第28〜207位の残基を含むヒトFGF−18成熟型を含むまたは該成熟型から成るポリペプチド、および、b)配列番号2を含むかまたは配列番号2から成るポリペプチドから成る群より選択される。特に本化合物は、ヒト野生型成熟FGF−18またはtrFGF−18より選択される。より好ましくは、FGF−18化合物はspriferminである。
本発明の文脈では、FGF−18化合物といった同化剤は、送達システムに約0.05〜200mcg/システム、または好ましくは約0.5〜100mcg/システム、またはより好ましくは約1、5、6、10、15、20、25、30、32、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、110、150または200mcg/システム、また更により好ましくは約5、6、10、20、30、32、40、50、60、70、80、90または100mcg/システムの用量で添加される。
軟骨形成細胞を送達システムに添加する場合、かかる軟骨形成細胞は好ましくは軟骨細胞である。特に、軟骨細胞などの軟骨形成細胞は、哺乳動物から採取または単離され、培養培地内で拡大され、その後マトリクスと一緒に移植される(細胞の添加は移植の前か後のいずれか)。特定の実施形態では、細胞を拡大する培養培地は、FGF−18化合物といった同化剤を含み得る。このような場合、同化化合物は好ましくは培養培地に1週間あたり約1日、培養または保存培地に間欠的に添加され、前記1日の添加は、少なくとも2週間の培養、少なくとも3週間の培養または少なくとも4週間の培養の間、各週ごとに繰り返される。好ましくは、前記同化化合物は培養培地に1週間あたり1日、培養または保存培地に間欠的に添加され、前記1日の添加は、2週間の培養、3週間の培養または4週間の培養の間、各週ごとに繰り返される。代替的に、前記同化化合物は培養培地に1月あたり約1日、培養または保存培地に間欠的に添加され、前記1日の添加は、少なくとも2月間の培養、少なくとも3月間の培養、または少なくとも4月間の培養の間、各月ごとに繰り返される。好ましくは、前記同化化合物は培養培地に1月あたり1日、培養または保存培地に間欠的に添加され、前記1日の添加は、2月間の培養、3月間の培養、または4月間の培養の間、各月ごとに繰り返される。
哺乳動物は好ましくは治療を必要とする患者または異なるドナー(好ましくは同じ種に属する)である。前記哺乳動物は特にヒトである。しかし、ウマ、ヒツジ、イヌ、ネコ、ウサギ、ラットまたはマウスのような哺乳動物であってもよいがこれらに限定されない。
本明細書に記載する物質送達システムは好ましくは軟骨障害の治療における使用のためのものである。代替的に、本発明にかかる物質送達システムを投与する工程を含む、軟骨障害の治療のための方法も本明細書に開示する。あるいは、本発明にかかるインプラントを投与する工程を含む、軟骨障害の治療のための方法であって、FGF−18化合物等の同化剤および/または軟骨形成細胞を、移植前または移植後のいずれかに前記インプラント内に添加する前記方法も含まれる。軟骨障害は、好ましくは変形性関節症、軟骨損傷、および骨軟骨欠損より選択される。
本発明に係る物質送達システムは、好ましくは移植(インプランティングまたはトランスプランティング)を介して、あるいは当該システムを関節軟骨の修復、再生または増殖を必要とする部位に配置することにより、前記治療を必要とする患者に投与される。
以下の実施例は本発明をさらに説明するために示す。本発明の範囲は、以下の実施例のみからなるものと解釈してはならない。
図1aは、対照群のヒツジの体重負荷の割合(%)を示す。図1bは、関節内FGF−18により処理された群の体重負荷の割合(%)を示す。図1cは、手術の時点でChondri−Gide膜上に適用された32μgのrhFGF−18により処理された群の体重負荷の割合(%)を示す。図1dは、手術の時点でChondri−Gide膜上に適用された6.4μgのrhFGF−18により処理された群の体重負荷の割合(%)を示す。
図2は、総ICRSスコアに対するrhFGF18の効果を示す。
図3は、修復軟骨の剛性に対するrhFGF18の効果を示す。
図4は、修正されたO’Driscollスコアに対するrhFGF18の効果を示す。
図5は、剖検でのMFC及びLTS(p=0.0381)の変性による変化(degenerative change)を示す。
図6は、MFC(p=0.0015)及びLTS(p>0.05)の国際軟骨修復学会総修復スコアを示す。
図7は、MFC(p>0.05)及びLTS(=0.0033)における欠損部の剛性測定値を、反対側の脚に対する測定値の割合(%)として示す。
図8は、MFC(p>0.05)及びLTS(=0.0033)における欠損部の剛性測定値を、病変部周囲の軟骨の測定値に対する割合(%)として示す。
図9は、MFC(p=0.0390)及びLTS(p>0.05)の両者についての修正されたO’Driscollスコアを、群間の比較として示す。
配列番号1:天然ヒトFGF−18のアミノ酸配列。
配列番号2:組み換え切断型FGF−18(sprifermin)のアミノ酸配列。
配列番号3:組み換えBMP−7(エプトテルミンアルファとしても知られる)のアミノ酸配列。
材料:
本実施例の組み換え切断型FGF−18(rhrFGF18)は、WO2006/063362に記載される技術に従い大腸菌における発現により調製した。以下の実施例において、rhrFGF18、FGF−18、及びspriferminは、互換的に使用される。
方法
歩行分析:
床反力計(Accusway, AMTI, USA)を用いて、手術された脚の体重負荷を定量した。体重負荷を、手術前、手術の2週、4週、2ヶ月、3ヶ月、4ヶ月及び5ヶ月後、歩行下で測定した。平均体重負荷の計算をするために、各時点で、各動物に、歩行下で合計10回の記録を行った。各測定値を、N/kgの力に変換し、各動物について手術前に得られた測定体重負荷に対する割合(%)として計算した。体重負荷データを、最終分析のために処理群に分けた。
全体的な形態観察:
関節を切開し、写真撮影し、そして骨軟骨欠損部の表面を、国際軟骨修復学会(ICRS)スコアを用いブラインドでスコアを付けた(表3)。
機械的試験:
全体的な形態観察を行った後、各移植部位に非破壊的機械試験を行い、インプラント又は空の欠損部を囲む軟骨表面に対する変化を判定した。剛性測定を、骨軟骨欠損部の中心、形成された骨軟骨欠損部の元々の縁から1mmの距離で、12、3、6及び9時の位置、及び病変周囲内で軟骨の縁から1mmの距離で、ハンドヘルドデジタルデュロメーター(Shore S1, M scale, Instron Ltd, UK)を用いて、二重に行った。+/−5の較正誤差を含む0〜100の点数を付した。次に、それらの測定を、解剖学的部位が同じ反対側の脚でも行った。
組織学的検査:
剛性測定に続いて、検体を、ギ酸/クエン酸ナトリウムにおいて、2週間にわたって脱灰した。完全に脱灰した後、検体を、濃度が段階的に上昇する一連のエタノール交換により脱水し、次に、パラフィンワックスに包埋した。10μmの厚さの切片を、欠損部の中央部分を通るように切り出した。切片を、トルイジンブル及びサフラニンO/ファストグリーにより染色した。組織切片を、修正されたO’Driscollスコアを用いて、研究者がブラインドで採点した(表4)。次に、実験群内で中央値の合計の修正O’Driscollスコアが最良値を記録した動物を同定し、それらの切片に対して免疫組織化学的検査を行った。合計の修正されたO’Driscollスコアの他に、採点システムの個々の成分を別々に分析した。
免疫組織化学的検査:
以下の一次抗体を本研究に使用した:モノクローナルマウス抗ヒトI型コラーゲン(MP Biomedicals, US)、モノクローナルマウス抗ヒトII型コラーゲン(MP Biomedicals, US)、及びモノクローナルマウス抗ウサギVI型コラーゲン(Abcam、UK)。ホースラディッシュペルオキシダーゼ結合二次抗ウサギ及びマウス免疫グロブリンを適宜使用し、着色反応を、0.1%3′,3−ジアミノベンジジンテトラクロライド(DAB)/0.01%過酸化水素により進行させた。全実験において、対照として通常の種特異的血清を使用した。
統計学的分析:
GraphPad Prism5統計ソフトウェアパッケージ(Graphpad Software Inc, La Jolla, CA)を、データ分析に使用した。各エンドポイントについて群間及び群内の統計学的有意性を、主に、後hoc Dunns多重比較検定と、ノンパラメトリック Kruskal−Wallis検定を用いて決定した。一例では、後hoc Tukey多重比較検定と、一方向ANOVA検定を使用した。すべての分析においてp<0.05のレベルで有意とした。
実施例1:rhFGF−18を含むコラーゲン足場:
方法:
3〜5齢の35匹の骨格の成熟したWelshヤマヒツジを、この研究に用いた。動物は、7つの処理群に分け、このうち2群は対照とした(表1)。手術の前、すべての動物に、イソフルランと亜酸化窒素と酸素との混合物を用いて麻酔した。動物を、背側横臥位に配置し、手術準備が終わったら、左膝関節を内側膝蓋支帯を介して切開した。膝蓋骨亜脱臼に続いて、全層にわたり直径8mmの軟骨欠損部を、パンチ生検及び掻爬を用いて、内側大腿顆の体重負荷面上に生成した。注意深く確実に、石灰化軟骨を軟骨下骨から除き、欠損部の縁が軟骨下骨に対し垂直になるようにした。欠損部の作成に続き、6個の微小破壊孔をマイクロピックを用いて、欠損部に作成した。それらの微小破壊孔は、軟骨下骨プレートを通過させた。微小破壊の生成に続き、処理を受けた群において、適切な量のrhFGF−18を充填したChondro−Gide(登録商標)膜を、Tisseal Fibrin糊を用いて、軟骨欠損部に接着し、関節を標準態様で閉じた。
関節内投与対象の動物には、30ng/mlのrhFGF−18を1週間に1回、内側大腿脛骨関節内に注入することを、3週間行った。rhFGF−18の投与を1サイクル行った動物は、手術から4、5及び6週後に注入を行い、rhFGF−18の投与を2サイクル行った動物は、手術から16、17及び18週後に注入を行った。すべての動物は、手術後6ヶ月で屠殺した。
結果:
歩行分析:
対照群(図1a)においては、手術後の著しい体重負荷の低下、そしてその後、時間の経過に伴い術部の脚に対する体重負荷がゆっくりと上昇した。2ヶ月までには体重負荷は手術前のレベルに戻った、すなわち手術前に記録された値と、2、3、4及び5ヶ月での値との間に、統計学的差異はなかった。
B群(図1b)においては、対照に比較して、手術後の体重負荷が有意に上昇し(B群の平均値73.4+/−13.7に比較して、対照の平均値は46.3+/−23.63である)(t検定p<0.0001)、そしてその後、時間の経過に伴い術部の脚に対する体重負荷がゆっくりと上昇した。手術後の体重負荷は、1月目で検出された体重負荷と比較して統計学的に有意な差異があった(P<0.05)。他の有意性は検出されなかった。2ヶ月までには体重負荷は手術前のレベルに戻った、すなわち手術前に記録された値と、2、3、4及び5ヶ月での値との間に、統計学的差異はなかった。
対照及び関節内rhFGF−18群とは対照的に、H群においては、手術前の体重負荷と、手術後の体重負荷との間に有意な差異は検出されず(図1c)、すなわち、動物はこの時間枠の間、外科的介入が起こったことを検出できなかった。これは、測定されたすべての他の群において手術から2週間後に検出される体重負荷の低下に対し有意な差異であった。
G群においては、手術後の体重負荷は、2ヶ月までに、手術後のレベルと有意差がないレベルに戻った(図1d)。高用量のrhFGF−18/膜に見られる傾向に類似する傾向があった。
結果:
全体的な形態観察:
治癒した組織の全体の形態に対するrhFGF18の効果を、ICRSスコアを用いて定量化した(表3)。ICRSの全形態スコアシステムにより測定される病変の全体の形態に統計学的に有意な差異はなかった。ICRS形態スコアの成分の個々の分析では、統計学的に有意な結果がある成分は同定されなかった。それらの結果により、フォースプレートを用いた評価では、手術の時点でChordri−Gide膜に適用された32μgのrhFGF−18の添加により、手術から2週間後の術後疼痛が有意に低下することが示唆される。他の有意な差異は検出されなかった。
結果:
剛性:
軟骨欠損部及び反対側の手術していないほうの脚の対応部位の剛性の測定を、ハンドヘルドデジタルデュロメータ(Shore S1, M scale, Instron Ltd, UK)を用いて行った(図3)。群間に有意な差異はなかった。(この実験において、本発明者は対照軟骨と一致する程度に手術したほうの脚の軟骨の物理的な剛性の回復を目指している)、従って、手術したほうの脚と手術していないほうの脚との間の有意な差異がないことは望ましい結果である。
結果
組織学的検査:
病変及び隣接する組織における組織学的な修復の質を、修正されたO’Driscollスコアを用いて定量化した(図4)。有意な差異は、Kiskall−Wallis検定により検出されなかった。他の手段でデータを評価するために、one−way ANOVAを、後hoc Tukey検定により実施した。両対照群(A群及びC群)は予想通り、統計学的に有意な差異は存在しなかった。これまでの研究で示されたように、2サイクルのrhFGF−18の関節内投与により、修正されたO’driscollスコアが有意に改善した。さらに、6.4μg及び32μgのrhFGF−18がChondro−Gide(商標)膜上に適用される場合、修正されたO’Driscollスコアが統計学的に有意に上昇した。関節内注入されるFGF−18と、手術の時点で膜上に適用される32μgのrhFGF−19との間に差異はなかった。
結果:
修正されたO’Driscollスコアのサブ分析:
修正されたO’Driscollスコアの成分のサブ分析を実施し、特にどの組織学的パラメーターが、rhFGF−18の包含により影響される、影響されないかを同定した。すべてのデータを含めた場合の統計学的に有意な差異は、スコアリングシステムの個々の成分の何れにも検出されなかった。
結果:
免疫組織化学的検査(IHC):
I、II及びVI型コラーゲンについてのIHCを実施した。これにより、対照サンプルにおいて生成される修復組織が主に硝子/線維軟骨の混合物であったことが実証された(IHCはI及びII型コラーゲンを示す。組織的VI型コラーゲン染色はほぼない)。対照的に、rhFGF−18の存在下で、修復組織は、II型コラーゲン陽性であり、そして細胞周囲に明確なVI型コラーゲン染色があり、成熟した硝子軟骨の修復を示している。それらの結果は、手術後、rhFGF−18の2サイクルの関節内投与、又は手術時にChondri−Gide(登録商標)膜に送達される32μgのrhFGFにより、修正されたO’Driscollスコアの有意な改善を導くことを示唆する。組織学的検査により、それらのrhFGF−18送達システムの存在下で生成される修復組織が、対照において、そして手術の時点で前記膜上に送達される低用量のrhFGF−18により処理された動物において生成された、硝子/線維軟骨組織の混合物と比較して、II及びVI型コラーゲン陽性である、すなわち硝子軟骨であることが実証された。
結論:
この研究において、本発明者は、手術時にChondro−Gide(登録商標)膜に送達される32μgのrhFGF−18の包含が、手術から2週後の術後疼痛を(対照、前記膜上に適用された低容量のrhFGF−18、及びrhFGF−18の関節内投与に比較して)有意に低減し、対照及び前記膜上に適用された低用量のrhFGF−18に比較して、修正されたO’Driscollスコアを有意に改善し、そしてrhFGF−18の関節内投与と同等の修正されたO’Driscollスコアを有したことを実証した。それらの結果は、少数の動物で実験したものの、Chondro−Gide(商標)膜上へのrhFGF−18の適用がマイクロフラクチャーにより処理された軟骨欠損に対し効果的な治療であることを示唆する。
実施例2:rhFGF−18を含むコラーゲン/GAG足場:
方法:
骨軟骨欠損部(5.8×6mm)を、24匹の骨格の成熟したWelshヤマヒツジの右膝関節の大腿骨内側顆(MFC)及び横滑車溝(LTS)に作成した。欠損部は、何も充填しない(対照;A群)、又は6×6mmのコラーゲン/GAG足場(Chondromimeticの足場)をそのまま充填(足場のみ;対照:B群)、又はrhFGF−18(30μg;C群)又はBMP−7(100μg;D群)と組み合わせて充填した(各群についてn=6)(表2を参照)。6月目に、ヒツジは人道的に安楽死させ、この時点で、修復組織に、非破壊的物理試験、ICRS修復スコアによる全体的評価を行い、そして変性による変化(degenerative change)の存在について評価した。これに続いて、プロテオグリカンの軟骨特異的マーカー(サフラニンO/ファストグリーン)、及びI、II及びVI型コラーゲンを観察する組織学的及び免疫組織化学的分析を行った。切片を、半定量的に修正されたO’Driscollスコアを用いて採点した。統計学的分析は、有意性のレベルとして設定されるp<0.05でのBon Ferroniの補正を用い、一方向ANOVA及び後−hoc検定を行った。
Chondromimetic(Orthomimetics Ltd)は、I型ウシコラーゲンとコンドロイチン−6−硫酸グリコサミノグリカンから構成される足場(コラーゲン/GAC足場)である。
結果:
全体的な形態観察:
何れの動物も、手術後、なんら感染の徴候を示さなかった。変性による変化が、特に対照群における多くの動物のLTSに見られた(図5)。これはおそらく、横近接膝蓋骨アプローチの結果、膝蓋大腿の生体力学による変化があったためであろう。ノンパラメトリック分析により、足場のみと比較して、BMP−7群における変性に統計学的に有意な差異が見られた(p=0.0381)。
結果:
軟骨修復スコア:
すべての動物は、処理群を知らされていないブラインドの観察者により採点された。図6は、群間のスコアの分布を示す。FGF−18及びBMP−7の両者は、空の欠損部に比較して、ICRS修復スコアの有意な改善が見られた(p<0.05)。修復が改善するという傾向は、足場のみに比較して、両成長因子がある場合に見られたが、群間に統計的に有意な差異は存在しなかった(p>0.05)。MFCにおける成長因子よりも対照間のばらつきが大きかったが、LTSでは逆のことが言える。
結果:
機械的試験:
Shore S1デジタルデュロメータ(Instron)を用いて、観察者により繰り返し測定した。MFCにおいては(図7)、反対側の脚(p=0.31)又は病変部周囲軟骨(p=0.573)の剛性の割合(%)の平均についての処理群間に差異はなかった。LTSにおいては(図8)、BMP−7は、反対側の脚の軟骨に比較して、rhFGF−18及び空の欠損部の両者よりも剛性が有意に低く(p=0.0033)、そして病変部周囲軟骨に比較して、足場のみ及びrhFGF−18の両者よりも剛性が低がった(p=0.0002)(すべての後hoc分析についてp<0.05)。
結果:
組織学的及び免疫組織化学的検査:
対照群A=空の欠損部(写真は示さず):空の欠損部に組織が良好に充填していることが、動物全体で一般的に見られた。欠損部の大部分では、薄い軟骨層を有する位置の前進が見られた。陽性サフラニンO染色が、すべてのMFC欠損部に見られたが、LTSにおいては染色が比較的不良であった。すべての欠損部でI型コラーゲン染色の陽性を示し、いくつかの欠損部でII型コラーゲンの陽性を示した。細胞周囲VI型コラーゲンの染色が陽性を示した欠損部はなかった。それらの観察事項により、線維軟骨の修復が欠損部に存在し、多くは繊維状の修復組織を示すことが示唆される。
対照群B=足場のみ(写真は示さず):良好な横方向のインテグレーションがすべての欠損部で見られた。関節軟骨を再生しようとする動きが特にMFCで見られ、ここでは深部のカラムの裂孔内に軟骨細胞が見られ、表面部でより平坦な軟骨細胞が見られた。これは横方向の縁に主に見られ、中央部では無秩序な組織がしばしば見られた。裂け目又は亀裂が6個のMFC欠損部のうち4個の軟骨層の中央部にあり、全ての欠損部で深部側面に足場が残留するという傾向が繰り返しみられた。しかしながら、この残留する足場は、多孔性構造体における新しい結合組織であり、この新しい材料が沈着していることを示唆する。この切片は、中程度のサフラニンO染色と、I及びII型コラーゲン染色の混合画像を示す。また、ある程度の細胞周囲VI型染色のが横方向の縁にも見られ、中央部では主に領域間マトリクス染色が見られた。それらの知見により、いくつかの領域が特に横方向の縁における硝子軟骨様の特徴を有するという線維軟骨の修復が示される。
FGF−18処理群C(写真は示さず):すべての欠損部は、良好な軟骨下骨再生を示し、そして多くで、その場に足場が残存していることが観察された。欠損部に嚢胞の形成はなかった。裂け目は、一般的に、足場と関連することが多い欠損部へ縦に延伸する欠損部の中央部に見られた。軟骨層の厚さが、6個のMFC欠損部のうち5個において再生されおり、そして6個のMFC欠損部のうち2個は特に横方向に再生され、宿主軟骨とのインテグレーションが優れており、組織のほとんどは硝子軟骨構造に類似していた。より多くの線維軟骨組織修復が中央に見られることが多かった。一般的に、良好なサフラニンO染色が、欠損部全体にみられ、これにより良好なプロテオグリカンの生成が示唆される。最良の場合、I型コラーゲン染色が陰性で、II型及び細胞周囲VI型コラーゲン染色が陽性であり、硝子軟骨に非常に類似する修復組織が示される。一般的に、硝子軟骨を示す可能性の高い領域を有する修復組織は、良質の線維軟骨と混合されていることが見られた。
BMP−7処理群D(写真は示さず):不良な欠損部充填が、6個のLTS欠損部のうち4個に見られ、そして他の2つの欠損部においては、非常に不良なサフラニンO染色が見られた。横方向のインテグレーションは良くても中程度であり、線維軟骨組織のインテグレーションや隣接する元々の組織とのインテグレーションは不良であった。MFCにおいては、プロテオグリカン沈着が改善され、このことは、サフラニンO染色の増加により見られる。しかし、軟骨層の厚さは、生来の軟骨に比べほとんど低減した。6個のMFC欠損部のうち2つは、大きな軟骨下嚢胞と接していた。それらは嚢胞を遮断することが判明し、関節表面と通じず、慢性的な炎症性細胞により裏打ちされているようであった。わずかな足場のみが嚢胞と接していた。良くても、線維軟骨が観察され、I及びII型コラーゲンの両者に対する染色が陽性であった。正常な細胞周囲VI型コラーゲン染色を示す切片はなかった。残留する足場が、LTSに比較して、MFCにおける欠損部の大部分に見られた。多数の嚢胞が、他の処理群の何れよりも、BMP−7に関するMFCにおいて見られた(両者とも多いが)。
結果:
組織学断片の半定量的分析:
サフラニンO/ファストグリーン断片の全てを、関節軟骨修復分析の専門家であるブラインドの観察者により、修正されたO’Driscoll組織学スコアを用いて採点した。空の欠損部と比較して、MFCにおけるrhFGF−18群に有意な改善が見られた(p=0.0390)(図9)。類似する傾向がLTSにおいて観察されたが、しかしながら、統計学的に有意ではなかった。興味深いことに、BMP−7群は、全てのLTSにおいてばらつきが大きく最悪な結果を示した。
結論:
この研究の結果に基づくと、rhFGF18を、ヒツジ骨軟骨欠損モデルにおいてChondromimetic足場と組み合わせると、足場のみ、又はChondromimetic足場と組み合わせたBMP−1よりも、優れた修復組織を生成すると結論付けることができる。
本発明は、以下を包含する。
1)マトリクスを形成する少なくとも1つのポリマー材料および同化剤を含む物質送達システム。
2)前記マトリクスは足場または膜である、1)に記載の物質送達システム。
3)前記足場は二相性の足場であるか、あるいは前記膜は二層性の膜である、2)に記載の物質送達システム。
4)前記少なくとも1つのポリマー材料は、コラーゲンである、1)〜3)のいずれか1項に記載の物質送達システム。
5)前記少なくとも1つのポリマー材料は、コラーゲンとグリコサミノグリカン(GAG)との組み合わせである、1)〜3)のいずれか1項に記載の物質送達システム。
6)軟骨形成細胞を更に含む、1)〜5)のいずれか1項に記載の物質送達システム。
7)前記同化剤は、FGF−18化合物である、1)〜6)のいずれか1項に記載の物質送達システム。
8)前記FGF−18化合物は、
a)配列番号1の第28〜207位の残基を含むヒトFGF−18成熟型を含むまたは該成熟型から成るポリペプチド、および
b)配列番号2を含むかまたは配列番号2から成るポリペプチド
から成る群より選択される、7)に記載の物質送達システム。
9)1)〜8)のいずれか1項に記載の物質送達システムを製造する方法であって、
a)少なくとも1つのポリマー材料を含むマトリクスを調製する工程;および、
b)同化剤を、工程a)で調製したマトリクスに添加する工程;を含む前記方法。
10)c)軟骨形成細胞を、工程a)で調製したマトリクスに添加する工程;
を更に含む、9)に記載の方法。
11)軟骨障害の治療における使用のための、1)〜8)のいずれか1項に記載の物質送達システム。
12)前記軟骨障害は、変形性関節症、軟骨損傷、および骨軟骨欠損より選択される、11)に記載の使用のための物質送達システム。
13)前記物質送達システムは、移植手順により前記治療を必要とする患者に投与される、11)または12)に記載の使用のための物質送達システム。
14)1)〜8)のいずれか1項に記載の物質送達システムを含む製品。
15)構成要素の各々は、移植前または移植後のいずれかに結合される、14)に記載の製品。
References
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Claims (10)

  1. マトリクスを形成する少なくとも1つのポリマー材料および同化剤を含む物質送達システムであって、
    前記少なくとも1つのポリマー材料はコラーゲンであり、
    前記同化剤は、前記マトリクスを形成する前記少なくとも1つのポリマー材料内に含まれ、
    前記マトリクスは二相性の足場または二層性の膜であり、
    前記同化剤は、5〜100mcg/システムの用量のFGF−18化合物である、前記物質送達システム。
  2. 前記少なくとも1つのポリマー材料は、コラーゲンとグリコサミノグリカン(GAG)との組み合わせである、請求項1に記載の物質送達システム。
  3. 軟骨形成細胞を更に含む、請求項1又は2に記載の物質送達システム。
  4. 前記FGF−18化合物は、
    a)配列番号1の第28〜207位の残基を含むヒトFGF−18成熟型を含むまたは該成熟型から成るポリペプチド、および
    b)配列番号2を含むかまたは配列番号2から成るポリペプチド
    から成る群より選択される、請求項1に記載の物質送達システム。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の物質送達システムを製造する方法であって、
    a)少なくとも1つのポリマー材料を含むマトリクスを調製する工程;および、
    b)同化剤を、工程a)で調製したマトリクスに添加する工程;ここで、前記同化剤は、前記マトリクスを形成する前記少なくとも1つのポリマー材料内に含まれる、を含む前記方法。
  6. c)軟骨形成細胞を、工程a)で調製したマトリクスに添加する工程;
    を更に含む、請求項5に記載の方法。
  7. 軟骨障害の治療における使用のための、請求項1〜4のいずれか1項に記載の物質送達システム。
  8. 前記軟骨障害は、変形性関節症、軟骨損傷、および骨軟骨欠損より選択される、
    請求項7に記載の使用のための物質送達システム。
  9. 前記物質送達システムは、移植手順により前記治療を必要とする患者に投与される、請求項7または8に記載の使用のための物質送達システム。
  10. 請求項1〜のいずれか1項に記載の物質送達システムを含む製品。
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