JP6538081B2 - 刺激を受けた幹細胞の馴化培地の発毛促進能およびそれらの使用 - Google Patents

刺激を受けた幹細胞の馴化培地の発毛促進能およびそれらの使用 Download PDF

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Description

[関連出願の相互参照]
本出願は、参照によって開示の全体が本明細書に組み込まれる、2014年7月7日に申請された米国特許出願第62/021,366号の優先権および利益を主張する。
本発明は、TGF−βを含む特定の退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地を有効成分として含む、脱毛を防止し、発毛を促進するための組成物と、それを製造するための方法と、それらの使用法とに関する。
産業の発展、環境汚染、ストレス、加齢の進行に伴い、脱毛症の症状、抜け毛の症状は、より深刻になっている。また、健康の時代の到来と共に、生活の質および容貌に関する関心が増大まっている。頭皮からの脱毛を症状とする脱毛症は、例えば、遺伝形質および男性ホルモンの作用などの内因子、日常生活での精神的ストレス、脂質過酸化反応の蓄積などの外因子を含む、様々な原因によって引き起こされ、脱毛症の症状は、非常に複雑なプロセスによって引き起こされることが知られている。脱毛症とは、毛髪が失われ、二度と成長しないことを意味するのではなく、毛髪が次第に細くなり産毛となること、および、毛根に存在する真皮乳頭が小さくなることを意味する。真皮乳頭が小さくなるにつれて、毛髪の太さも細くなり、毛周期が短くなって、それにより新しく成長する毛髪が薄くなる。脱毛が継続的に進行するにつれて、毛髪は産毛となり、毛周期は短くなり、それにより、短い間成長した後で毛髪が失われる。さらに、自己免疫疾患であることが知られている円形脱毛、および、内分泌疾患、栄養不足、薬物、分娩などの身体または精神ストレスに起因して発生する一時的脱毛症も懸念されてきた。
近年、男性型脱毛症だけでなく、女性の肥満性脱毛症、および、若年性脱毛症も徐々に増加している。韓国のInstitute for Health and Welfare Policy of National Insurance Serviceによる2009年の発表によると、2008年における国内の脱毛症患者の数は、2001年と比較して、少なくとも60%増加した。さらに、子供および成人の脱毛症患者の数は、2006年の21,643人から2011年の23,025人まで増加し、5年間で約6.4%増えたことが示されている。
上述の脱毛現象を治癒するべく、多くの種類の発毛剤およびヘアトニックが市販されてきた。Economy21の報告によると、韓国における脱毛関連サービスの国内市場の中で、化粧品および医薬部外品が80%を占め、医薬品が約20%を占め、それらの中で、医者にかかる脱毛症患者はわずか5%を占めるに過ぎない。現在、発毛関連製品を使用する人の中で、約72.7%のユーザはそれらの製品に満足しておらず、1998年、すなわち約15年前に発表された、アメリカ食品医薬品局による承認済みの2つの製剤、ミノキシジル(登録商標)およびフィナステリド(登録商標)を除き、脱毛症処置のための立証済みの治療法は存在しない。従って、これら2つの製剤は、様々な脱毛関連の症状すべてを治療するのに不十分である。特に、フィナステリド製剤として調製されたプロペシア(登録商標)は、発毛剤ではなく、脱毛防止剤である。プロペシア(登録商標)は、5α-レダクターゼをブロックすることで、DHT生産の抑制を通して、男性型脱毛症の進行を最大限に遅延させる効果のみを有する。
現在市販されている発毛剤およびヘアトニック(例えば、ミノキシジル(登録商標)およびフィナステリド(登録商標))の場合、薬剤は、ホルモン製剤の適用に起因する副作用を引き起こし得るか、または、毛根が活動している領域のみで効果を示す。従って、薬剤は脱毛の防止に関する効果を有するが、長期的な休止期にある毛髪の成長(すなわち発毛)に対する効果は無視できるほど小さいか、または、継続的に投与または適用された場合のみ効果を示し得るので、従って、脱毛症や抜け毛の症状を解決するための費用効果的かつ安定的な技術を開発する必要がある。韓国における脱毛症治療薬の研究開発の水準は、先進国と比較して技術的に遅れており、脱毛の防止、発毛の促進、および、毛髪再生のための治療薬の研究開発に対する緊急の必要性が存在する。韓国における脱毛症に関する研究については、発毛および毛根の再生に関する報告書が1950年から発表されているが、毛髪再生は過去50年間、再現性の欠如などに起因して、不可能と見なされてきた。
しかしながら、米国ペンシルベニア大学医学部のCostarelis教授は、1990年に、毛包幹細胞を最初に発見し(Cell,1990)、ヒト毛包幹細胞の分離に成功し(J. Clin. Invest, 2006)、そのときまで再現性は不可能であると考えられてきた毛包の再生の可能性に関する研究結果を発表し(Nature, 2007)、脱毛の根本的な処置を研究する可能性を切り開いた。
近年、遺伝子および幹細胞を使用する脱毛症処置の方法が開発されている。本発明の基礎として、韓国特許出願第10−0771171号(2007年10月29日)は、単離の方法、毛包幹細胞の増殖および分化、ならびに、脱毛のための治療用組成物について記載している。韓国特許出願公開第10−2008−0097593号(2008年11月6日)は、ヒト脂肪組織および毛包細胞に由来する多分化能幹細胞を有する細胞治療薬について記載している。さらに、韓国特許出願第10−1218101号(2013年1月3日)は、有効成分として、羊水からの胎児由来間充織幹細胞の馴化培地を有する、発毛を促進し、脱毛症を防止するための組成物について記載している。
しかしながら、幹細胞を使用する上述の薬剤が発毛に及ぼす効果は不十分であるため、従って、脱毛症を処置するための有効な治療薬を開発するべく、幹細胞を使用する様々な試みが行われてきた。
これに関して、本発明者は、臍帯血に由来する間充織幹細胞の発毛に対する効果を特定することを試みる過程で、脱毛症を引き起こす物質として知られているTGF−βを臍帯血の幹細胞に処置することにより、過去の見解とは反対に、発毛に有効なタンパク質が分泌することを発見し、また、TGF−βで刺激を受けた幹細胞を培養することにより得られた馴化培地は、過去に知られていた事例より遥かに優れた発毛促進効果を示すことを確認し、それにより本発明を完成させた。
1.韓国特許出願第10−0771171(2007年10月29日)
2.韓国特許出願第10−1422559(2014年7月17日)
3.韓国特許出願公開第10−2013−0009117(2013年1月23日)
4.韓国特許出願公開第10−2014−0125735(2014年10月29日)
5.韓国特許出願公開第10−2008−0097593(2008年11月6日)
6.韓国特許出願第10−1218101(2013年1月3日)
1.Dong L, Hao H, Xia L, Liu J, Ti D, Tong C, Hou Q, Han Q, Zhao Y, Liu H, Fu X, Han W; Treatment of MSCs with Wnt1a-conditioned medium activates DP cells and promotes hair follicle regrowth.; Sci Rep. 2014 Jun 25;4:5432. doi: 10.1038/srep05432.
2.Park BS, Kim WS, Choi JS, Kim HK, Won JH, Ohkubo F, Fukuoka H.; Hair growth stimulated by conditioned medium of adipose-derived stem cells is enhanced by hypoxia: evidence of increased growth factor secretion. ; Biomed Res. 2010 Feb; 31(1):27-34.
3.Jeong YM, Sung YK, Kim WK, Kim JH, Kwack MH, Yoon I, Kim DD, Sung JH.; Ultraviolet B preconditioning enhances the hair growth-promoting effects of adipose-derived stem cells via generation of reactive oxygen species.; Stem Cells Dev. 2013 Jan 1;22(1):158-68. doi: 10.1089/scd.2012.0167. Epub 2012 Aug 13.
本発明の明細書全体にわたって、多くの参考文献および特許文書が言及されており、それらの引用は適宜示される。引用された参考文献および特許文書の開示の内容は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれ、それにより、本発明が関連する技術分野の水準、および、本発明の開示の内容が、より明確に説明される。
本発明は、特定の毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地を利用する。当該因子は、幹細胞を刺激することにより、毛髪組織分化に関連するシグナル伝達タンパク質を分泌させる。本発明の主な目的は、特定の毛髪退行期誘導因子によって刺激された幹細胞の馴化培地を含む、脱毛症を防止し、発毛を促進するための組成物を提供することである。本発明の別の目的は、当該組成物を使用して、脱毛を防止し発毛を促進するための方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、当該組成物を効果的に使用する方法を提供することである。
上述の目的を達成するべく、本発明は、TGF−βを含む特定の毛髪退行期誘導因子で幹細胞を刺激することによる、毛髪組織分化に関連するシグナル伝達タンパク質の分泌を介した、非常に有効な発毛作用を利用する様々な使用法を提供する。
例示的な実施形態において、本発明は、有効成分として、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、およびBMP2/4からなる群から選択される少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子で刺激を受けた幹細胞の馴化培地を有する、脱毛を防止して発毛を促進するための組成物を提供する。望ましくは、本発明はTGF−βを含む少なくとも1つの因子によって刺激を受けた馴化培地を提供する。
脱毛を防止し発毛を促進する効果が達成されるのは、毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞は、毛髪組織分化と関連するシグナル伝達タンパク質として知られているWnt3a、Bcl−2、CyclinD−1などを分泌する効果を付与されるからである。
より具体的には、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、およびBMP2/4からなる群から選択された少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた馴化培地は、(i)毛周期の間の休止期から成長期までの転換時間を短縮する、(ii)真皮乳頭細胞を生成し、長さの伸長を促進する、(iii)毛包の数および大きさを増大させる、(iv)頭皮の皮膚の厚さを増大させる、という作用を有する。
幹細胞は特に、骨髄、臍帯血、脂肪、血液、肝臓および腸、皮膚、消化管、胎盤、神経、副腎、上皮、ならびに子宮に由来するヒト組織成体幹細胞と、胚性幹細胞とからなる群から少なくとも1つ選択され得る。望ましくは、幹細胞は、骨髄、臍帯血、または脂肪に由来し、さらに望ましくは、成体幹細胞は、臍帯血(例えば、臍帯血に由来する間葉細胞)に由来し得る。さらに、使用される臍帯血は、ヒトに由来するものであることが望ましい。
毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地は、望ましくは最終濃度が10%から30%であり、さらに望ましくは、最終濃度が25%である。
さらに、使用される馴化培地は、動物細胞の成長に適切な何らかの基礎培地であり得、培地の非限定的な例には、最小必須培地(MEM)、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、ロズウェルパーク記念研究所培地(RPMI)、角化細胞用培地(KM)、KBM(角化細胞用基礎培地)、EpiLife KM(角化細胞用EpiLife培地)などが含まれ得て、望ましくは、KM(角化細胞用培地)、KBM(角化細胞用基礎培地)、EpiLife KM(角化細胞用EpiLife培地)である。 特に、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、BMP2/4などからなる群から選択される毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地は、毛髪退行期誘導因子を幹細胞に加えた後、幹細胞を22〜26時間刺激して、その後、1日間から3日間までの選択された期間培養することで得られ得る。より具体的な例は、本発明の実施例を参照できる。
本発明において、幹細胞の培養中にTGF−βを含む毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞は、毛髪組織分化に関連するシグナル伝達タンパク質であることが知られているWnt3a、Bcl−2、CyclinD−1などを分泌し、本発明の幹細胞の馴化培地は、Wnt3a、Bcl−2、CyclinD−1からなる群から選択された少なくとも1つのタンパク質を馴化培地が含むことを特徴とする。
本発明の組成物は、医薬組成物または化粧品組成物の形態で調製および提供され得る。
一方、別の例示的な実施形態において、本発明は、上で説明されたように、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、およびBMP2/4からなる群から選択された毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地を含む、脱毛を防止し発毛を促進する組成物の望ましい使用方法を提供し得る。
さらに、本発明は、発毛の促進による脱毛症処置の方法を提供し得る。当該方法は、有効成分として毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地を含む発毛促進組成物を利用する。
本発明の方法において、望ましくは、局所的な塗布または注射による経皮投与が使用され得て、局所的な塗布がより望ましい。
このように、本発明は、臍帯血に由来する幹細胞に、脱毛誘導物質として知られているTGF−β、BMPaなどの毛髪退行期誘導因子、より望ましくは、TGF−βを含む薬剤を処置することで、発毛に有効なタンパク質が分泌され得るという事実の発見に基づく。このことは、従来の見解と反対であり、本発明は、刺激を受けた幹細胞の馴化培地の優れた脱毛防止および発毛効果、および、その様々な使用方法を提供する。
本発明の上記および他の特性および利点は、添付の図面を参照して、それらの例示的な実施形態を詳細に記載することによって、より明らかになるであろう。
様々な供給源に由来する、TGF−βによる刺激を受けた幹細胞の馴化培地で処置したhDPCの細胞増殖の評価結果、および対照群を示すグラフの1つである。 様々な供給源に由来する、TGF−βによる刺激を受けた幹細胞の馴化培地で処置したhDPCの細胞増殖の評価結果、および対照群を示すグラフの1つである。 TGF−βによる刺激を受けた幹細胞の馴化培地に含まれる、毛髪組織分化と関連するシグナル伝達系関連タンパク質の発現量を確認するためのウエスタンブロットの結果である。 TGF−βによって刺激を受けた幹細胞の馴化培地で処置した後、および対照群の真皮乳頭(DP)細胞の長さの伸長を確認した結果の1つである。 TGF−βによって刺激を受けた幹細胞の馴化培地で処置した後、および対照群の真皮乳頭(DP)細胞の長さの伸長を確認した結果の1つである。 TGF−βによって刺激を受けた幹細胞の馴化培地で処置した後、および対照群の毛包形成の数に関するグラフである。 TGF−βによって刺激を受けた幹細胞の馴化培地で処置した後、および対照群の毛包形成の数に関する実体顕微鏡写真である。 TGF−βによって刺激を受けた、UCB(臍帯血)に由来する幹細胞の馴化培地でCH3マウスを3週間塗布した後、および対照群の発毛特性を確認した写真である。 TGF−βによって刺激を受けた、脂肪および骨髄に由来する幹細胞の馴化培地でCH3マウスを4週間(28日間)塗布した後、および対照群の発毛特性を確認した写真である。
以後、添付図面を参照して、望ましい実施形態がより詳細に記載される。加えて、本発明の焦点を不必要に曖昧にしないように、広く知られた作用または構成の詳細な説明は省略される。本発明において使用される用語は、本明細書で以下に記載されるように定義され得る。「発毛促進」および「脱毛防止」は、似た意味を持つ用語であり、それらは、当技術分野における、毛髪の形成および発毛を促進する効果、ならびに、脱毛または毛髪の弱体化を防止する効果すべてを指す。
本明細書で使用される、「幹細胞」という用語は、いかなる組織にも成長できる細胞を指す。幹細胞の2つの基本的な特性は、分裂を繰り返すことで自分と同じ細胞を生成できる自己複製能、および、環境に応じて特定の役割を有する細胞へと分化できる多分化能である。
本明細書で使用される「間充織幹細胞」という用語は、ヒトまたは哺乳類から単離された未分化成体幹細胞の一種を指し、様々な組織に由来し得る。成体幹細胞の中で、造血幹細胞は、主に非接着状態で存在するが、間充織幹細胞は通常、接着細胞である。特に、間充織幹細胞は、臍帯由来の間充織幹細胞、臍帯血由来の間充織幹細胞、骨髄由来の間充織幹細胞、脂肪由来の間充織幹細胞、筋肉由来の間充織幹細胞、神経由来の間充織幹細胞、皮膚由来の間充織幹細胞、羊膜由来の間充織幹細胞、胎盤由来の間充織幹細胞であり得て、望ましくは臍帯血由来の間充織幹細胞である。幹細胞を各組織から単離する技術は、当技術分野ですでに公知である。
本明細書で使用される、「馴化培地」という用語は、幹細胞を培養することで得られる培地に含まれる構成成分を有する物質を指し、上記の馴化培地を調製するための幹細胞は、その種類に関して限定されない。例えば、馴化培地を調製するための幹細胞は、胚性幹細胞、または、成体幹細胞であり得る。さらに、成体幹細胞は、すべての組織の成体幹細胞に由来し得る。本発明の例示的な実施形態において、馴化培地は、臍帯血由来の成体幹細胞を使用して調製された。幹細胞は望ましくは、それにTGF−βを加えて22〜26時間刺激し、その後、1日間から3日間までの選択された期間培養することによって得られた。
本明細書で使用される「分化」という用語は、細胞分裂を通して、細胞成長の間に細胞の構造または機能が特殊化する、すなわち、それに割り当てられた役割を実行できるように、生物の細胞または組織の形状または機能が次第に変化する、細胞内の現象を指す。この用語は一般的に、比較的単純な系が、性質の異なる2またはより多くの部分的な系へと分かれる現象を指す。
本明細書で使用される、細胞の「増殖」または「成長」という用語は、細胞分裂を通して、同一の性質を有する細胞が増加することを指し、通常、多細胞生物の体における細胞数の増加を指す。増殖(増幅)の後で、細胞数が特定の段階に到達すると、細胞の形質は、変化(分化)させつつ制御されるようになる。
本明細書で使用される「培地」という用語は、アミノ酸、様々な栄養物質、血清、成長因子、無機物質など、細胞の成長および増殖に必須である要素を含む、細胞のin vitroでの成長および増殖に必要な混合物を指す。特に、本発明の培地は、幹細胞の成長および増殖のための培地である。
本明細書で使用される「基礎培地」という用語は、血清、栄養物質、および様々な成長因子を除く、細胞の生存に必要な糖類、アミノ酸、水などを含む混合物を指す。本発明の基礎培地は、人工合成を通した調製後に使用され得るか、または、市販の培地を購入することで使用され得る。市販の培地には、例えば、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、内皮分化培地(EDM)、最小必須培地(MEM)、イーグル基礎培地(BME)、RPMI1640、F−10、F−12、α−最小必須培地(α−MEM)、グラスゴー最小必須培地(G−MEM)、イスコフ改変ダルベッコ培地が含まれるが、これらに限定されない。
本明細書で使用される「処置」という用語は、有利な、または望ましい臨床結果を得ることを目的とする手段を指す。本発明において、有利な、または望ましい臨床結果には、非限定的な例として、症状の軽減、疾患の範囲の減少、病状の安定化(すなわち悪化しない)、疾患の進行の遅延または減少、病状の(部分的または全体的な)改善または一時的な軽減および寛解、および、検出可能もしくは検出不可能な存在も含まれる。「処置」という用語は、治療的処置および予防的処置の両方の方法を指す。処置には、予防可能な障害だけでなく、すでに発生している障害に必要な処置も含まれる。「緩和」という用語は、処置なしの症例と比較して、病状の範囲、および/または、望ましくない臨床症候が減少すること、および/または、進行の時間経過が延長または拡大することを指す。
本明細書で使用される、「有効量」という用語は、有利または望ましい臨床的または生化学的結果に影響を与え得る適切な量を指す。有効量は、1回、または複数回投与され得る。有効量は、病状の進行を一時的に軽減、改善、安定化、回復、鈍化、または遅延させるのに適切な量である。本発明において、有効量は脱毛の進行を緩和または遅延する、または、発毛を促進するのに必要な量を指す。恩恵を得る動物が組成物の投与に耐えられる場合、または、投与が動物に適切である場合、当該組成物は、「薬学的または生理学的に許容される」と見なされる。投与量が生理学的に重要である場合、製剤は「治療有効量」で投与されたと見なされ得る。製剤の存在自体が、利益を受ける患者の数において、生理学的に検出可能な変化を引き起こした場合、当該製剤は、生理学的に意義があると見なされる。
本明細書で使用される、「約」という用語は、量、レベル、値、数、頻度、割合、寸法、大きさ、重量、または長さに関して、変化の程度が30、25、20、25、10、9、8、7、6、5、4、3、2、または1%である、量、レベル、値、数、頻度、割合、寸法、大きさ、重量、または長さを指す。
本発明の明細書において、文脈上必要である場合を除き、「含む」および「含み」という用語は、示唆される段階もしくは成分、または、段階もしくは成分の群を含むが、他の任意の段階もしくは成分、または、段階もしくは成分の群を除外しないものとして解釈される必要がある。本発明は、本明細書の以下において詳細に記載される。
本発明は、特定の因子で処置された幹細胞の馴化培地の特定の作用、すなわち、脱毛防止および発毛促進の作用、ならびにその使用方法に関する。
有意な脱毛の防止および発毛の促進のための毛髪退行期誘導因子として使用され得る因子は、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、BMP2/4などからなる群から選択される少なくとも1つであり、もっとも望ましくは、TGF−βを含むものである。
幹細胞とは、自己複製、および、2またはより多くの細胞への分化が可能な細胞であり、由来する供給源に応じて、胚性幹細胞または成体幹細胞を使用し得る。本発明において、使用される幹細胞は、例えば、脂肪、子宮、骨髄、筋肉、胎盤、臍帯血、または、皮膚(上皮)に由来する組織など、様々な起始組織に由来する成体幹細胞であり得る。特に、間充織幹細胞(MSC)が望ましい。間充織幹細胞は一般的に、造血を助ける間質であり、様々な中胚葉細胞へと分化でき、未分化状態を維持しながら容易に増殖する。例示的な実施形態において、脂肪、骨髄、臍帯血に由来する間充織幹細胞(MSC)が使用された。もっとも望ましくは、臍帯血に由来する間充織幹細胞が使用される。
臍帯血は、臍帯に由来する血液を指し、白血球、赤血球、血小板などを生産する大量の造血幹細胞、および、内皮前駆細胞を含み、また、軟骨、骨、筋肉、神経などを生産する間充織幹細胞を含み、従って高い薬効上の価値を有する血液を指す。臍帯血の特性は、造血幹細胞の数が、骨髄または末梢血と比較して、臍帯血中より高い濃度で存在するという点だけでなく、臍帯血は、骨髄内で見られる造血幹細胞より、増殖、自己複製、および分化の能力が有意に高いという点である。さらに、臍帯血は、単純な外科手術で破棄される臍帯から得られ、その量にしては比較的多くの量の造血幹細胞および幹細胞を含む。従って、望ましい実施形態において、本発明はヒト臍帯血由来の間充織幹細胞(hUCB−MSC)を使用する。
特に、臍帯血由来の間充織幹細胞は、(i)細胞治療薬として使用される場合に、他の組織に由来する幹細胞と異なり、免疫学的拒絶をほぼ示さず、(ii)破棄される胎盤および臍帯から採取されるので、幹細胞を得る被験者に苦痛を与えず、(iii)適用された場合に、疾患のある領域への直接的な適用が可能である。特に、実際の標的領域に移植される場合に、パラクリン効果が活性化され、その結果、疾患のある領域を治療、再生、または回復することができるセクレトーム因子(タンパク質、サイトカイン)が活性化され、その結果、疾患が治るという利点がある。
臍帯血から採取された間充織幹細胞を単離および培養するのに使用される方法は、当技術分野で公知である任意の方法であり得(Pittinger MF, Mackay AM, et al., Science, 284:143−7, 1999; Lazarus HM, Haynesworth SE, et al., Bone Marrow Transplant, 16:557−64, 1995)、例えば、韓国特許出願第10−0494265号で開示されている方法を含む従来の方法すべてが使用され得る。本発明の一実施形態において、以下の方法が使用され得る。
単核球は、採取された臍帯血から遠心分離によって分離され、不純物を除去するべく数回洗浄される。その後、単核球は、適切な密度で培養容器に植え付けることによって培養され、当該細胞は、単層を形成しながら増殖できる。ここで、位相差顕微鏡で観察するとき、長い均一の紡錘形のコロニー形状で増殖する細胞が間充織幹細胞である。細胞が成長してコンフルエントになると、次に、適切な数の細胞が得られるまで、細胞を継代培養し、増殖させた。
特に本発明は、幹細胞が望ましくは特定の毛髪退行期誘導因子によって処置されることで刺激を受けるという点で特徴がある。退行期誘導因子は、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、およびBMP2/4からなる群から選択される少なくとも1つの因子を含み、もっとも望ましくはTGF−βである。
処置のための毛髪退行期誘導因子の濃度は、細胞体積に関して8〜15ng/mLであり、望ましくは8〜12ng/mLであり、もっとも望ましくは、9〜11ng/mLである。本発明の例示的な実施形態において、細胞コンフルエンスが80%、またはそれより高いと判定されたときに、細胞は約10ng/mLの毛髪退行期誘導因子で処置された。
TGF−βは、様々な作用を有するサイトカインであり、細胞質に存在する転写因子であるSmadsを通したTGF−β関連遺伝子の発現制御による細胞の成長および分化、炎症反応、細胞のアポトーシス、細胞のマトリックス合成に密接な関連があることが知られている物質であり、毛包細胞の壊死に関与していることが報告されている。
脱毛の最大の原因は、ジヒドロテストステロン(DHT)と呼ばれるホルモンが、テストステロン、および、5α−レダクターゼと呼ばれる還元酵素と結合し、通常の毛髪細胞にDHTが入り、核のDNA細胞破壊シグナルを発し、その結果、毛包が小さくなるか破壊され、脱毛につながる。特に、毛包細胞アポトーシス因子は、毛髪細胞のDNA破壊シグナルによって周囲の毛包細胞を攻撃し、それにより、脱毛につながる。毛包の壊死因子の例には、BMP、DKK−1、およびTGF−βが含まれる(J.Cell.Sci2006,J.Anat.2003)。つまり、TGF−β、またはBMPなどは、脱毛を誘導することが知られている物質である。
したがって、脱毛の防止および発毛の促進の効果のためにこれらの物質で幹細胞を処置することは、当業者が容易に考え付くことができない技術であり、また、本発明の重要な特性を構成する特徴でもある。
本発明者は最初に、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、およびBMP2/4からなる群から選択される少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子で処置することによって幹細胞を刺激することで、発毛に有効な物質が分泌されることを確認した。
これらの因子で刺激を受けた幹細胞は、毛髪組織分化に関連するシグナル伝達タンパク質として知られるWnt3a、Bcl−2、CyclinD−1などを分泌し、脱毛の防止および発毛の促進の作用は、これらのタンパク質によってさらに改善され得る。
従って、本発明において、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、BMP2/4からなる群から選択される少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地は、Wnt3a、Bcl−2、CyclinD−1からなる群から選択された少なくとも1つのタンパク質を含む。
望ましい実施形態では、例えば、TGF−βなどの毛髪退行期誘導因子を加えることで、幹細胞の馴化培地を22〜26時間刺激し、もっとも望ましくは、幹細胞に約24時間刺激を与える。刺激を受けた幹細胞は、1日間から3日間の選択された期間培養することが望ましい。代表的な調製方法は、本発明の実施例を参照できる。
従って、別の例示的な実施形態において、本発明は、毛髪退行期誘導因子で幹細胞を刺激することによる、脱毛を防止し、発毛を促進するための、幹細胞の馴化培地を調製する方法を含む。幹細胞の馴化培地の最終濃度は、望ましくは約10%〜50%であり、より望ましくは約10%〜30%であり、より一層望ましくは約20%〜30%であり、もっとも望ましくは約25%である。
特に、本発明に係る幹細胞は、当技術分野で公知の方法によって増殖され、培養され得る。
適切な培地として、動物細胞を培養するのに必要な、またはそのために開発された適切な成分と共に実験室で調製され得る、任意の使用可能な培地が使用され得る。特に哺乳類細胞においては、例えば、同化のための炭素、窒素、および/または、微量の栄養素が使用され得る。
培地は、非限定的な例として、動物細胞の成長に適切な任意の基礎培地であり、培養で一般的に使用される基礎培地には、最小必須培地(MEM)、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)、ロズウェルパーク記念研究所培地(RPMI)、および、角化細胞用培地(KM)が含まれてよく、当技術分野で使用される任意の培地が制限なく使用され得る。望ましくは、この培地は、α−MEM培地(GIBCO)、KM(角化細胞用培地)、KBM(角化細胞用基礎培地)、EpiLife KM(角化細胞用EpiLife培地)培地、DMEM培地(Welgene)、MCDB131培地(Welgene)、IMEM培地(GIBCO)、DMEM/F12培地、PCM培地、M199/F12(混合物)(GIBCO)、およびMSC増殖培地(Chemicon)からなる群から選択され得る。
基礎培地に対して、同化供給源である炭素、窒素、および、微量の栄養素が加えられ得て、非限定的な例として、血清供給源、成長因子、アミノ酸、抗生物質、ビタミン、還元剤、および/または糖類供給源などが挙げられる。しかしながら、当業者が、様々な組織起源由来の幹細胞にとってもっとも適切な培地を選択するか組み合わせ、既知の方法に従って適切に培養することは明らかである。本発明の一実施形態において、α−MEM培地、K−SFM培地などが使用された。
さらに、当技術分野における従来の知識に基づいて、培養環境、時間、温度などの条件を制御しながら幹細胞が培養され得ることは明らかである。
例示的な実施形態において、細胞コンフルエンスが約80〜90%、望ましくは約90%になるまで、間充織幹細胞はα−MEM培地内で培養され、例えば、間充織幹細胞はPBSなどを使用して洗浄され、次に、K−SFM培地内でさらに約20〜25時間、望ましくは24時間培養される。
本明細書で使用される「コンフルエンス(%)」という用語は、当技術分野で通常使用されている面積あたりの細胞濃度(飽和度)を表す用語であり、実験において、当業者によって頻繁に使用される、単位面積あたりの細胞数(細胞濃度)を相対的に表す単位である。本発明はまた、大きさが8μmまたはより小さいこれらの幹細胞、および、その馴化培地を調製する方法を含む。
一方、本方法は、本発明に係る培地で培養された幹細胞をトリプシンで処置する段階をさらに含む。
培養された幹細胞がトリプシンで処置されると、単核球の形状の幹細胞が得られる。特に、細胞間の凝集を抑制するべく、トリプシンが処置され、それにより、単一の細胞の形状が得られる。また、細胞間の凝集の形成を抑制できる任意の物質が使用され得る。
幹細胞の培養は、技術分野で従来から公知である容器を使用して実施され得る。例えば、幹細胞は、3次元バイオリアクターまたはスピナーを使用して、または一般的な接着性容器内で培養され得る。
本発明は、脱毛の防止および発毛の促進の極めて優れた効果を有し、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、BMP2/4からなる群から選択される少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子によって刺激を受ける、馴化培地の使用に関する。
特に、これらの因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地には、毛髪組織分化に関連するシグナル伝達タンパク質であることが知られているWnt3a、Bcl−2、CyclinD−1などが含まれ、従って、これらは脱毛の症状を単純に遅延させる効果だけでなく、実際の真皮乳頭細胞の発生、長さの伸長の促進、毛包の数および大きさの増加、頭皮の厚さの増大などの効果による、発毛の効果、すなわち、毛髪の形成および成長の効果も有する。
これまで使用されてきた、脱毛の原因であるDHTを減少させるのに使用される薬剤の例には、フィナステリドを使用して調製されるプロペシア(登録商標)が含まれる。しかしながら、当該薬剤の主な機序は、当該薬物が5−αレダクターゼの作用を抑制することによってDHTを減少させ、それにより、脱毛を治癒することである。プロペシア(登録商標)は、5−αレダクターゼをブロックすることで、DHTの形成を抑制し、それにより、男性型脱毛の進行を最大限に遅延させる効果だけを有する。従って、プロペシア(登録商標)は男性用の治療薬であり、発毛を促進するための薬剤ではなく、脱毛を防止するための薬剤でしかないというという制限を有する。
しかしながら、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、BMP2/4からなる群から選択された少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子、もっとも望ましくは、TGF−βを含む誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地は、脱毛を防止するための薬剤であると同時に、発毛を促進する優れた薬剤であるという利点を有する。
本明細書の以下において、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、BMP2/4からなる群から選択された少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地の脱毛防止および発毛の特性が記載される。
(i)毛周期の間の休止期から成長期への転換時間を短縮する。
成長期、退行期、休止期を周期的に繰り返している間に、ヒトの毛髪は失われ、次に再び形成され、毛周期はホルモンの制御または多くの成長因子の制御によって確立される。真皮乳頭細胞は、成長が活性化する成長期、衰退が開始する退行期、および休止期からなるサイクルを有する。休止期の後、周囲の細胞からシグナルを受け取ると、真皮乳頭細胞は成長期に入り、細胞の再生が確立され、最終的に、新しい毛髪の形成につながる。誘導因子によって刺激を受けた本発明の馴化培地は、ホルモンなどによる一時的な効果を持たないが、毛周期の制御を正常化することによる長期的な発毛効果を有する。(ii)真皮乳頭(DP)細胞を発生させ、長さの伸長を促進し、毛包の数および大きさを有意に増加させる。
毛包は、哺乳類のみが保有する皮膚の副器官であり、胎児期より発生し、上皮と間充組織との間の相互作用によって形成される。
胎児期における毛包の発生は、真皮からのシグナルによって開始され、その結果、上皮は厚くなり、プレートを形成する。厚い上皮プレートから出る真皮シグナルは、間充組織に由来する真皮細胞の凝集を誘導し、このように形成された凝集体から、真皮シグナルが再び出てくる。このシグナルは、真皮細胞の増殖を促進し、同時に上皮細胞の真皮への侵入を誘導し、それにより、凝集体の周囲を包み、その後、真皮乳頭を形成する。このように、第1毛包構造が形成され、そして、上皮細胞が増殖および分化を継続するにつれて、毛髪を形成する成熟した毛包へと成長する。成熟した毛包における基底膜を通した毛包のマトリックス細胞と真皮乳頭細胞との間の相互作用は、毛包のマトリックス細胞の特定の分化を引き起こし、その結果、毛髪を形成し、成長させる。さらに、その相互作用は、毛包のサイクルを発生させ、器官を維持し、毛髪の濃さおよび形状など生物学的特性を決定する。
毛包において、生物学的特性を決定する2つの重要な因子は、毛包上皮である外毛根鞘(ORS)、および、間充組織由来の真皮乳頭(DP)であり、毛髪は毛周期を繰り返す過程で成長し、失われる。
本発明の一実施形態において、hDPC、ORS、hKC、HaCaT細胞を使用する、TGF−βによって刺激を受けた幹細胞の馴化培地は、真皮乳頭(DP)細胞を効果的に増殖させることが確認された。
さらに、動物実験から、一次DP細胞の毛包の長さの促進、毛包形成の促進、発毛の速度、および量は、非常に優れていることが確認された。(iii)頭皮の皮膚の厚さを増大させる。
さらに、上述の因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地は、皮膚の厚さおよび長さも効果的に増大させることができ、それにより、発毛に関連する全体的な環境を改善する。
このように、脱毛誘導物質として知られているが特にTGF−β、BMPなど毛髪退行期誘導因子を幹細胞に処置することにより、発毛に有効なタンパク質が分泌されるという新たな事実に基づき、本発明は、発毛に必要な全体的な環境を改善する効果を示す。
本発明の一実施形態において、マウスを使用したin vivo実験、ならびに、in vitroおよびex vivo実験を通して、臍帯血由来幹細胞の馴化培地が、極めて優れた発毛効果を示すことが確認された。
発毛の可能性を観察することができるin vivo実験の例として、通常の発毛サイクルのマウスにおける休止期の短縮、および、急激な成長期の誘導の効果を確認することがあり得る。特に、C57/BL6マウスまたはC3Hマウスは、メラニン色素を有する毛髪の観察を可能にするので、これらのマウスが通常使用され得る。発毛および毛包の増殖を可能にするDPの増殖の観察を可能にするヌードマウスが使用される。本発明において、当技術分野で公知である、発毛効果の確認に使用される任意のマウスが使用され得る。
しかしながら、C3Hマウスを使用することが望ましい。休止期が約2週間である通常のマウスと異なり、C3Hマウスは休止期を少なくとも4週間維持するので、円形脱毛症マウスモデルとして、より有用である。つまり、発毛効果の優位性は、C3Hマウスの毛周期を成長期へと誘導する効果を確認することによって評価され得る。
従って、一態様において、本発明は、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、BMP2/4からなる群から選択された少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子、もっとも望ましくは、TGF−βを含む誘導因子で刺激を受けた幹細胞の馴化培地を有効成分として含む、発毛促進のための組成物、それを調製するための方法、ならびに、それを使用して脱毛を防止し発毛を促進するための方法に関する。
この組成物は、いかなる細胞毒性も示さない10%〜50%(v/v)の有効濃度、望ましくは、20%〜30%(v/v)、もっとも望ましくは、25%(v/v)の有効濃度で含まれ得るが、これらに限定されない。
本発明の一実施形態において、本発明の組成物は、医薬組成物および/または化粧品組成物を含み得る。
[医薬組成物]
別の態様において、本発明は、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、BMP2/4からなる群から選択される少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子、もっとも望ましくは、TGF−βを含む誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地を有効成分として含む、発毛を促進するための医薬組成物を提供し得る。
脱毛は、瘢痕性脱毛、および、非瘢痕性脱毛に大きく分けられ、非瘢痕性脱毛は、先天的脱毛、男性型脱毛、円形脱毛などを含む。本発明において、脱毛は上記すべてを含むが、また、これらに限定されない。
本発明の医薬組成物に含まれる、薬学的に許容される担体は通常、製造者によって通常使用される担体であり、ラクトース、デキストロース、スクロース、ソルビトール、マンニトール、デンプン、アカシアゴム、リン酸カルシウム、アルギネート、ゼラチン、ケイ酸カルシウム、微結晶性セルロース、ポリビニルピロリドン、セルロース、水、シロップ、メチルセルロース、メチルヒドロキシベンゾエート、プロピルヒドロキシベンゾエート、タルク、ステアリン酸マグネシウム、およびミネラルオイルなどを含むが、これらに限定されない。本発明の医薬組成物はさらに、上記の成分に加え、潤滑剤、湿潤剤、甘味料、香味剤、乳化剤、懸濁剤、保存剤などを含み得る。
本発明の医薬組成物の適切な用量は、製剤方法、投与方法、患者の年齢、体重、性別、疾患の重症度、食品、投与期間、投与経路、放出速度、および反応感度を含む様々な要素によって異なり得て、熟練した医師は、目的とする処置に有効な用量を容易に決定し、処方することができる。一方、本発明の医薬組成物の用量は、これらに限定されず、1日あたり0.01mg/kg〜2000mg/kg(体重)であり得る。
本発明の医薬組成物は、経口的または非経口的に投与され得る。非経口的に投与される場合、医薬組成物は、静脈注射、皮下注射、筋肉注射、腹腔内注射、および経皮投与を介して投与され得る。望ましくは、医薬組成物は非経口的に投与される。望ましくは、本発明の医薬組成物の投与経路は、疾患の種類に従って決定され得る。
例えば、本発明の医薬組成物は、局所的に投与するように皮膚に適用されることがより望ましい。本発明の医薬組成物を適用する領域は、頭皮だけでなく、発毛を必要とする、体の任意の部分を含む。例えば、怪我に起因する傷跡により、毛髪または他の体毛が破損している領域、または、広い前額部もしくはM字形の前額部、睫毛もしくは眉毛、および無毛など、美容の効果を必要とする領域で改善のために使用され得る。
望ましくは、本発明の組成物は、塗布または注射を介して、より望ましくは、塗布を介して、経皮投与により投与され得る。塗布投与を使用する場合、本発明は、単純に組成物を頭皮に1回〜3回塗布することで、脱毛の防止および発毛の促進の有意な効果を示す。
特に、注射を介して投与する場合、組成物が皮膚の真皮層に十分拡散した後で毛細血管内に送られるように、すなわち、組成物が真皮層に短時間留まった後で即時に真皮層内に入ることを防止するべく、注射器の針の先端の開口部を上に向けながら、組成物を真皮層に注射することが推奨される。
[化粧品組成物]
さらに別の態様において、本発明は、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、およびBMP2/4からなる群から選択された少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子、もっとも望ましくは、TGF−βを含む誘導因子で刺激を受けた幹細胞の馴化培地を有効成分として含む、発毛促進のための化粧品組成物に関する。
本発明の化粧品組成物は、当技術分野で通常製造される任意の剤形で調製され得る。例えば、化粧品組成物は、乳液、クリーム、化粧水、パック、ファンデーション、ローション、美容液、毛髪化粧品などに剤形化され得るが、これらに限定されない。
望ましくは、化粧品組成物は、通常の添加剤を加えることで、発毛促進のためのシャンプー、ヘアヘアリンス、ヘアトニック、ヘアジェル、ヘアローション、ヘアパック、ヘアスプレー、ヘアムース、ヘアトリートメント、染毛剤、ヘアコンディショナー、例えばシャンプーとヘアリンスとの混合型およびヘアリンスとトリートメントとの混合型などの混合型、発毛などのための液状剤などの組成物として調製され得て、これらのエアロゾル型が含まれ得る。
剤形タイプがペースト、クリーム、またはジェルである場合、担体の成分は、動物性油、植物性油、ワックス、パラフィン、デンプン、トラカント、セルロース誘導体、ポリエチレングリコール、シリコーン、ベントナイト、シリカ、タルク、または酸化亜鉛などがあり得る。剤形タイプが粉末またはスプレーである場合、担体の成分は、ラクトース、タルク、シリカ、水酸化アルミニウム、ケイ酸カルシウムまたはポリアミド粉末であり得て、特に、スプレーの場合、クロロフルオロハイドロカーボン、プロパン/ブタンまたはジメチルエーテルのようなプロペラントが含まれ得る。剤形タイプが液体またはエマルジョンである場合、担体の成分は、例えば、水、エタノール、イソプロパノール、エチルカーボネート、酢酸エチル、ベンジルアルコール、安息香酸ベンジル、プロピレングリコール、1,3−ブチルグリコールオイル、グリセロール脂肪族エステル、ポリエチレングリコール、またはソルビタンの脂肪酸エステルなどの溶剤、可溶化剤、または乳化剤があり得る。剤形タイプが懸濁液である場合、担体の成分は、例えば、水、エタノールまたはプロピレングリコールのような液相の希釈剤、エトキシル化イソステアリルアルコール、ポリオキシエチレンソルビトールエステルおよびポリオキシエチレンソルビタンエステルのような懸濁液、微結晶セルロース、アルミニウムメタヒドロキシド、ベントナイト、寒天、またはトラガカントなどがあり得る。剤形タイプが界面活性剤を含むクレンジングである場合、担体の成分は、脂肪族アルコール硫酸、脂肪族アルコールエーテル硫酸、スルホンコハク酸モノエステル、イセチオン酸、イミダゾニウム誘導体、メチルタウリン酸、サルコシン酸、脂肪酸アミドエーテル硫酸、アルキルアミドベタイン、脂肪族アルコール、脂肪酸グルリセリド、脂肪酸ジエタノールアミド、植物性油、ラノリン誘導体、またはエトキシル化グリセロール脂肪酸エステルなどがあり得る。
本発明の化粧品組成物に含まれる成分は、有効成分に加えて、例えば、抗酸化剤、安定化剤、溶解剤、ビタミン、顔料と香料添加剤のような通常の補助剤、および担体など、化粧品組成物に通常使用される成分が含まれ得る。
化粧品組成物は、通常使用される任意の方法によって調製され得る。
望ましくは、脱毛を防止し発毛を促進するための化粧品組成物は、頭皮または毛髪に直接適用するか、またはそれらの上に注射することにより、経皮適用を通して使用され得る。
本発明の組成物に含まれる有効成分である混合抽出物の適用量は、成人の場合に基づくと、40mg/kg以下であり、望ましくは、20mg/kg〜40mg/kgである。
組成物を皮膚に適用する方法には、当技術分野で開示されている任意の方法が含まれ得る。本発明の化粧品組成物は、単回使用または反復使用され得るか、または、他の化粧品組成物と組み合わせて使用され得る。さらに、皮膚の保護の優れた効果を有する本発明の化粧品組成物は、通常の使用方法に従って使用され得て、その適用頻度は、皮膚の状態または使用者の嗜好に応じて異なり得る。[脱毛症処置の方法] さらに、別の態様において、本発明は、TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、BMP2/4からなる群から選択された少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子、もっとも望ましくはTGF−βを含む誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地を有効成分として含む、発毛を促進するための組成物を使用して発毛を促進することにより脱毛症を処置するための方法、当該組成物を調製するための方法、および、当該組成物を使用して脱毛を防止し、発毛を促進するための方法に関する。
脱毛を処置する上記の方法において、幹細胞の馴化培地の詳細、または、その組成物は、上述したものと同一である。脱毛を処置する上述の方法では、特に、塗布または注射の方法を用いて経皮投与を使用することが望ましい。特に、組成物の有効成分は、組成物が皮膚の真皮層に十分拡散した後で毛細血管内に送られるように、すなわち、組成物が真皮層に短時間留まった後で即時に真皮層内に入ることを防止するべく、注射器の針の先端の開口部を上に向けながら、組成物を真皮層に注射することが望ましい。上述の通り、以前説明された毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地の作用を、医薬組成物および化粧品組成物に関連して説明した。しかしながら、本発明と関係のある当業者にとって、本発明が、毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地を有効成分として含む、脱毛を防止し発毛を促進するための様々な形態の組成物、および、様々な用途で当該組成物を使用する方法に関連することは明らかである。
以降、添付の例示的な実施形態を参照して本発明を詳細に記載する。これらの実施形態は、例示目的のみで開示され、当業者にとって、それは本発明の範囲を限定するように解釈されるべきでないことは明らかである。
本発明者は臍帯血由来幹細胞およびTGF−βを使用したが、当業者にとって、他の供給源に由来する幹細胞および他の毛髪退行期誘導因子(Current Biology 19,R132−R142,February 10, 2009;J Invest Dermatol 124:675−685,2005)も使用され得ることは明らかである。
[材料および方法]
1.幹細胞の馴化培地の調製
(1)幹細胞の単離および培養 本発明では、Medipost Co., Ltd.(韓国)によって提供されたヒト臍帯血由来間充織幹細胞を使用した。細胞は、臍帯血を採取する段階、および、間充織幹細胞を臍帯血から単離して、それを培養する段階から取得され得る。各段階の詳細は本明細書の以下に記載されている。臍帯血を採取する段階において、自然経膣分娩(NSVD)の場合、乳児の分娩後、胎盤がまだ子宮内に残っている状態で、排出された臍帯血管から臍帯血が採取される。あるいは、帝王切開の場合、乳児の分娩後、胎盤も子宮から排出された状態で、臍帯血管から臍帯血が採取される。
本発明において、分娩後に子宮から排出された臍帯血管から臍帯血が採取される場合、臍帯血は新生児の分娩後に無菌手術を通して、胎盤および胎児に繋がっていた臍帯血管から採取される。臍帯血管が得られると、採取針を使用して、抗凝固剤を含む臍帯血採取袋に臍帯血を採取する。このように採取された臍帯血から幹細胞を単離し、それを培養する方法に関しては、韓国特許出願第10−0494265に開示されているものを含む、任意の通常の方法が使用され得る(Pittinger MF, Mackay AM, et al., Science, 284: 143−7, 1999; Lazarus HM, Haynesworth SE, et al., Bone Marrow Transplant, 16: 557−64,1995)。
本発明者は、このように採取された臍帯血から遠心分離によって単核球を分離し、数回洗浄して不純物を除去し、当該単核球を適切な濃度で培養容器に植え付け、培養した。ここで、位相差顕微鏡で観察したとき、細胞は長い均一の紡錘状のコロニーの形状で増殖しており、間充織幹細胞であることが確認された。細胞がコンフルエントになるまで成長すると、次に、適切な数の細胞が得られるまで、細胞を継代培養し、増殖させた。さらに、骨髄および脂肪細胞に由来する間充織幹細胞(MSC)を培養し、さらなる実験に使用した。以降、これらの細胞はそれぞれ、BM−MSCおよびAD−MSCと記載される。
(2)馴化培地サンプルの調製
馴化培地サンプルをhUCB−MSC、AD−MSCおよびBM−MSCから各々調製した。37℃、5%CO2で維持された培養器において、保管された(LN2タンク内で保管された)細胞を解凍および培養し、特に、FBSを含むα−MEM(GIBCO)培地内で細胞コンフルエンスが約90%に到達するまで、細胞を培養した。
次に、細胞をリン酸緩衝生理食塩水(PBS)で3回洗浄し、フェノールレッドが添加されていない角化細胞用培地(KM)で24時間培養し、培地を採取した。このプロセス全体を3日間繰り返した。次に、採取された培地を各々濾過し(Top Filer System, Nunc)、冷蔵保存、冷凍保存して使用した。
(3)刺激を受けたCMの調製
CM調製の方法は、上述の方法とほぼ同一であるが、骨髄、臍帯血、脂肪に由来する幹細胞を培養するとき、フェノールレッドを含まない培地内でTGF−β(10ng/mL)によって細胞を処置し、幹細胞に24時間刺激を与えた。
TGF−βで処置された培地を、PBSで3回洗浄し、フェノールレッドを含まない新鮮なK−SFM培地で置き換え、24時間培養を3日間繰り返した後で採取した。このように採取された、TGF−βで処置された馴化培地を、各々濾過し、実験で使用するために、フェノールレッドを含まないK−SFM培地で最終濃度10%、25%、50%まで希釈して使用した。
2.発毛を観察するためのC3Hマウスの準備
実験施設はGyeongi Biocenter (IACUC Project No:IACUC2014−4−10)およびMedipost(IRB Approval No: 131021−1)であった。C3HマウスはSaeronbio Inc.(韓国)によって購入され、Jackson lab.で準備された。
特に、本発明の実験で使用されるC3Hマウス(Jackson lab.、日本)は、毛髪が除去された後で、休止期が開始された。他の種と異なり、C3Hマウスは、成長期へと転換するのに必要な時間が極めて長いので、発毛効果を研究するための動物モデルとして使用される。つまり、他のマウス種と異なり、誘導因子の薬剤で処置しなくても、休止期が非常に長いので、発毛効果を確認するための優れた動物モデルである(Journal of Investigative Dermatology(2005)124,288−289)。
C3Hマウスの皮膚表面の色は、発毛の期間である成長期の間に黒色に変化するが、皮膚表面は退行期の間にピンク色に変化するので、皮膚の色を観察することで、発毛の期間を確認できる。
本発明者は7週齢C3Hマウスを入手し、1週間の適応期間を通して、新しい環境に適応させた。さらに、臍帯血に由来する間充織幹細胞の馴化培地をマウスに接種し、毛周期の休止期(退行期)、および、成長期への転換時間を観察した。この例では、陰性対照として、PBSを注射されたマウスが使用された。
一方、毛髪を除去するべく、マウスを麻酔した。3.36mlのRompun(Bayer Korea Ltd.,2094L,韓国)を5mLのZoletil(バーコード番号3UHC、韓国)と混合し、7.47mLの食塩水(JW−Pharma、登録番号10055、韓国)を添加することで、15.83mlの量の麻酔剤を調製し、インスリン用注射器(BD Ultra−Fine(登録商標)II、韓国)を使用して20μLの当該麻酔剤を用いてマウスを麻酔した。
次に、マウスに麻酔が効いていることを確認後、ヘアトリマーを使用してマウスの毛髪を除去した。マウスを清潔な紙の上に置き、発毛方向と反対方向に一次毛髪除去を実施し、マウスをその場に24時間放置した後で、残った毛髪が少しでも存在するかどうか観察し、次に、残った毛髪を除去した。
3.本発明に係る幹細胞の馴化培地の局所適用
局所的な方法として、周囲の領域に付着しないように慎重に注意しながら、本発明の馴化培地を100μLの量で、12時間間隔で、マウスの皮膚の外層に適用し、皮膚に染み付くように同一方向に8回擦りつけた。馴化培地を100μLずつの量で4か所に適用し、発毛量、毛髪の太さ、色の場所などを肉眼で毎日観察した。
4.MTT分析
細胞の毒性および増殖を試験するべく、37℃、5%CO2に維持された培養器内の各々の培地で細胞を24時間培養し、24時間の飢餓状態に置き、各々の実験条件で、24、48、72、および96時間培養した。
さらに、完了した各実験群を、細胞毒性および細胞増殖に関するMTT分析による測定にかけた。実験の信頼性を確保するべく、実験を少なくとも3回繰り返した。
MTT分析実験方法を確立するための培養が完了した実験群の各々を、最終濃度が1mg/mLとなるように5mg/mLのMTT試薬で処置し、さらに4時間培養した。次に、上清を破棄した後で、DMSOに溶解し、その溶液を200μL/ウェルの量で96ウェルプレートに移し、ELISAリーダーによって570nmの吸光度を測定した。
5.Primary hDPCおよびPrimary ORSを一次細胞として分離する
後頭部領域の剖検組織を食塩水内で調製し、球状部分を切るのに刃を使用しながら1つの毛包単位へと分離し、毛幹を除去した。2つの注射器のうち一方で毛球の下部(DPの下部)を固定しながら、真皮乳頭(DP)が出てくるように、他方の注射器を使用して毛球の上部(DPの上部)に軽く触れた。
真皮乳頭細胞を注射器の先端に置き、混合物(DMEM+20%FBS+1%抗生物質+1% Fungizone)、および、約10個の真皮乳頭細胞を、35mmの1型コラーゲンで塗布した皿に加え、培地を交換することなく、不足量を追加しながら、10日間培養した。真皮乳頭細胞が皿に接着したことを確認後、培地を3日に1回交換し、細胞コンフルエンスに到達したとき、または、第4週になったときのいずれかの場合に、継代培養して使用した。
6.パッチアッセイ
C57BL/6マウスが出産したとき、皮膚を剥がし、血液の染みを洗い流し、ポビドンで殺菌し、食塩水で再度洗ってポビドンを除去した。
剥がした皮膚から脂肪層を除去した後、コラーゲン/ディスパーゼでマウスを処置し、4℃で一晩培養した。鉗子を使用して真皮と表皮を分離し、15分間ボルテックスを行い、濾過器で組織を篩過し、遠心分離で分離した(細胞が遠沈)。細胞の数を測定し、1*10^6に分け、各々に100μLの培地を加え、再懸濁して細胞を遊離させた。インスリン用注射器を使用して、ヌードマウスの背中の4か所に皮下注射を行った。注射の2週間後、皮膚を剖検し、内部に形成された毛包の数を確認した。
7.一次毛髪器官の培養
後頭部の領域の剖検によって毛髪器官を採取し、食塩水内で調製し、毛包単位で切り取り、皮脂腺のすぐ下のところまで切断した。培地を3日に1回交換し、長さを測定した。
例1:臍帯血由来の間充織幹細胞(hUCB−MSC)培地の発毛効果の確認
真皮乳頭(DP)の形成および増殖の間に発毛の開始があり得るので、hUCB−MSC−CMがDP成長を増大させる特性を観察することで、発毛の可能性を検討した。馴化培地の最終濃度が10%、25%、50%となるように、TGF−βによる刺激を受けた幹細胞の馴化培地、および非刺激馴化培地による発毛効果の評価を実施し、in vivoおよびex vivo実験で使用した。
1−1 in vitro実験
一次ヒト真皮乳頭細胞(DPC)を使用するin vitro実験により、馴化培地の効果を検討した。
最初に、細胞の毒性および増殖を試験するべく、37℃、5%CO2で維持した培養器内の各々の培地で細胞を24時間培養し、24時間の飢餓状態に置き、各々の実験条件で24、48、72、96時間培養し、細胞の毒性および増殖をMTT分析によって測定した。
その結果、図1Aおよび図1Bに示されているように、TGF−βで刺激を受けた臍帯血由来幹細胞の馴化培地が、もっとも高い細胞生存性を示した。
さらに、AD−MSCおよびBM−MSCの増殖も測定した(図1A、図1Bおよび表1)。
これらの結果から、TGF−βで刺激を受けた幹細胞は、刺激を受けていない培地より優れた増殖性を有することが確認できた。
1−2 ウエスタンブロット
一方、TGF−βによって刺激を受けた幹細胞の馴化培地による毛髪組織分化と関連するシグナル伝達系を確認するべく、hDPCを馴化培地候補で処置し、毛髪組織分化と関連するタンパク質の量をウエスタンブロットで確認した。その結果は図2に示されている。
その結果、TGF−βによって刺激を受けた幹細胞の馴化培地は、毛髪組織分化と関連するシグナル伝達タンパク質として知られているWnt3a、Bcl−2、CyclinD−1などの高い発現量を示した。これらの結果から、本発明のTGF−βは、毛髪組織分化に関して、幹細胞に効果があることが明らかとなった。
つまり、TGF−βによって刺激を受けた本発明の臍帯血由来幹細胞は、毛髪組織分化に関連するシグナル伝達タンパク質であるWnt3a、Bcl−2、CyclinD−1などを効果的に分泌し、その結果、それを含む馴化培地は、発毛に関してもっとも優れた発毛効果を示す(図2)。
1−3 ex vivo実験
本発明者はさらに、一次毛髪器官を培養することにより、発毛効果に関するex vivo実験を実施した。
このため、発毛の可能性に関する観察を可能とするex vivo実験モデルとして、ヒト頭皮組織から採取した毛包からヒト一次真皮乳頭(DP)を準備し、実験用プレートで培養した。処置する物質に応じたDPの長さの伸長促進を観察によって比較した。つまり、実験群と対照群とを処置することによって一次DPの長さの伸長を観察し、有効なCMを選択、または、発毛に対するCMの効果を観察によって比較した。
その結果、図3Aおよび図3Bで示されているように、処置されていない対照群と比較して、刺激を受けていないCM、および、TGF−βで刺激を受けたCMの両方が毛髪増殖を誘導し、特に、TGF−βで刺激を受けたCMは、刺激を受けていないCMより高い発毛効果を示した(図3A)。
さらに、4回の反復実験において、毛包の長さの伸長を比較したとき、TGF−βで刺激を受けた馴化培地では、刺激を受けていない馴化培地と比較して、毛包の成長の長さの平均が高いことが示された(図3B)。
例2:パッチアッセイ
臍帯幹細胞でプライミングされた馴化培地の毛包形成に対する効果をパッチアッセイモデルで検討した。
パッチアッセイモデルによるex vivo実験の結果、TGF−βで刺激を受けた幹細胞の馴化培地は、対照培地、または、非刺激馴化培地で処置された群と比較して、一次毛包を形成する効果が有意に高いことが示された。特に、TGF−βで刺激を受けた幹細胞の馴化培地は、一次毛包を形成した数がもっとも高いことが示された(図4A)。
また、実体顕微鏡で観察したとき、TGF−βで刺激を受けた馴化培地は、対照培地、または、非刺激馴化培地で処置された群と比較して、一次毛包を形成する効果が有意に高いことが示された(図4B)。
例3:マウスへの局所適用
休止期のC3H/HeJマウスに対し、本発明の馴化培地を局所的に適用することで、発毛効果を評価した。
脱毛防止および発毛促進の効果を評価するべく、様々な因子で刺激を受けた馴化培地を使用して、動物実験を比較および評価した。馴化培地を1日2回、各マウスの背中の4か所に適用し、発毛特性を約3週間検討した。
その結果、TGF−βで刺激を受けた幹細胞の馴化培地は、対照培地、または、非刺激馴化培地で処置された群と比較して、より高い発毛効果を示し、その中で、TGF−βで刺激を受けた幹細胞の馴化培地は、すでに報告されている研究結果と比較した場合でも、発毛の速度、発毛の量、毛髪の太さなど、発毛の様々な分野において、もっとも優れた効果を示すことが確認された(図5)。
さらに、CM、および、TGF−βで刺激を受けたCMでAD−MSCおよびBM−MSCを処置した後、C3H/HeJマウスの発毛特性を約28日間検討した結果、やはり、TGF−βで刺激を受けたCMが局所的に適用されたマウスは、より優れた発毛効果を示した(図6)。このように、TGF−βで刺激を受けた、本発明の幹細胞の馴化培地の発毛効果は、発毛速度、毛髪の量、毛髪の太さなどの面で、非常に優れていることが、in vivoモデルを通して確認できる。
これらの結果から、脱毛誘導物質として知られているTGF−βによって臍帯血由来幹細胞を処置することで、発毛に有効なタンパク質が驚くほど分泌されることが確認された。
特に本発明に係る、TGF−βによって刺激を受けた臍帯血由来の間充織幹細胞の馴化培地は、既存の幹細胞ベースの物質より遥かに優れた発毛効果を示し、従って、脱毛の防止および発毛の促進に非常に有用に使用されることが予測される。
[産業上の利用可能性]
TGF−βを含む毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地は、毛髪組織分化に関連するシグナル伝達タンパク質として知られるWnt3a、Bcl−2、CyclinD−1などを含む。従って、幹細胞の馴化培地は、毛周期の間の休止期から成長期までの転換時間を短縮し、真皮乳頭細胞の長さの伸長を促進し、毛包の数および大きさを増加させ、頭皮の厚さを増加させ、それにより、脱毛の防止および発毛の促進のための優れた効果を示すので、それを利用できる分野において非常に役立つことが予測される。ここで、本実施形態に係る発明の例を項目として記載する。
[項目1]
TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、BMP2/4からなる群から選択された少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地を有効成分として備える、脱毛防止および発毛促進のための組成物。
[項目2]
上記毛髪退行期誘導因子は、TGF−βを含む少なくとも1つの因子である、項目1に記載の組成物。
[項目3]
上記幹細胞は、骨髄、臍帯血、脂肪、血液、肝臓および腸、皮膚、消化管、胎盤、神経、副腎、上皮、子宮に由来するヒト組織成体幹細胞、および、胚性幹細胞からなる群から選択された少なくとも1つである、項目1または2に記載の組成物。
[項目4]
上記幹細胞は、臍帯血、骨髄または脂肪に由来する、項目3に記載の組成物。
[項目5]
上記幹細胞は、臍帯血に由来する、項目4に記載の組成物。
[項目6]
上記毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた上記馴化培地は、上記毛髪退行期誘導因子を上記幹細胞に加えた後で上記幹細胞を22〜26時間刺激し、その後、1日間から3日間までの選択された期間培養することで得られる、項目1から3のいずれか一項に記載の組成物。
[項目7]
上記毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた上記馴化培地は、Wnt3a、Bcl−2、CyclinD−1からなる群から選択された少なくとも1つのタンパク質を含む、項目1から3、または6のいずれか一項に記載の組成物。
[項目8]
上記毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた上記馴化培地は10%〜30%の最終濃度を有する、項目1から3、6、または7のいずれか一項に記載の組成物。
[項目9]
上記毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた上記馴化培地は、
(i)毛周期の間の休止期から成長期への転換時間を短縮し、
(ii)真皮乳頭細胞を発生させ、長さの伸長を促進し、
(iii)毛包の数および大きさを増大させ、
(iV)頭皮の皮膚の厚さを増大させる
作用を有する、項目1から3、または6から8のいずれか一項に記載の組成物。
[項目10]
上記組成物は、医薬組成物または化粧品組成物である、項目1から3、または6から9のいずれか一項に記載の組成物。
[項目11]
TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、BMP2/4からなる群から選択された少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子で幹細胞を刺激することによって、脱毛を防止し、発毛を促進する幹細胞の馴化培地を製造する方法。
[項目12]
上記毛髪退行期誘導因子がTGF−βを含む、項目11に記載の方法。
[項目13]
上記幹細胞は、臍帯血、骨髄または脂肪に由来する、項目11または12に記載の方法。
[項目14]
局所的な塗布または注射によって、項目1または2に記載の上記組成物の経皮投与を含む、脱毛の防止および発毛の促進のために組成物を使用する方法。
[項目15]
TGF−β、IFN−γ、FGF−5、IL−1β、TNF−α、K17、NT−3、NT−4、BDNF、BMP2/4からなる群から選択された少なくとも1つの毛髪退行期誘導因子によって刺激を受けた幹細胞の馴化培地を使用して脱毛を処置する方法。
[項目16]
上記毛髪退行期誘導因子は、TGF−βを含む、少なくとも1つの因子である、項目15に記載の方法。
[項目17]
上記幹細胞は、臍帯血、骨髄または脂肪に由来する、項目15または16に記載の方法。
[項目18]
刺激を受けた幹細胞の上記馴化培地は、Wnt3a、Bcl−2、CyclinD−1からなる群から選択された少なくとも1つのタンパク質を含む、項目15から17のいれか一項に記載の方法。

Claims (11)

  1. TGF−βによって刺激を受けた幹細胞の馴化培地を有効成分として備え、
    前記幹細胞は、臍帯血に由来する間充織幹細胞である
    脱毛防止および発毛促進のための組成物。
  2. 記TGF−βによって刺激を受けた前記馴化培地は、
    Wnt3a、P−GSK3β、Dep−p−β−catenin、β−catenin、CyclinD−1、Bcl−2、Baxからなる群から選択された少なくとも1つのタンパク質を含む、
    請求項1に記載の組成物。
  3. 前記TGF−βによって刺激を受けた前記馴化培地は、前記組成物に対し、10%〜50%の最終濃度を有する、
    請求項1または2に記載の組成物。
  4. 前記TGF−βによって刺激を受けた前記馴化培地は、
    (i)毛周期の間の休止期から成長期への転換時間を短縮し、
    (ii)真皮乳頭細胞を発生させ、毛髪の長さの伸長を促進し、
    (iii)毛包の数および大きさを増大させる、
    用を有する、
    請求項1から3のいずれか一項に記載の組成物。
  5. 前記組成物は、医薬組成物または化粧品組成物である、
    請求項1から4のいずれか一項に記載の組成物。
  6. 前記組成物は、注射または塗布のためのものである、
    請求項1から5のいずれか項に記載の組成物。
  7. TGF−βで幹細胞を刺激する段階によって、
    脱毛を防止し、発毛を促進する幹細胞の馴化培地を製造する方法であって、
    前記幹細胞は、臍帯血に由来する間充織幹細胞である
    方法。
  8. 記TGF−βによって刺激を受けた前記馴化培地は、
    Wnt3a、P−GSK3β、Dep−p−β−catenin、β−catenin、CyclinD−1、Bcl−2、Baxからなる群から選択された少なくとも1つのタンパク質を含む、
    請求項7に記載の方法。
  9. 前記TGF−βによって刺激を受けた前記馴化培地は、
    前記TGF−βを前記幹細胞に加えた後で前記幹細胞を22から26時間刺激し、
    その後、1日間から3日間までの選択された期間培養することで得られる、
    請求項7または8に記載の方法。
  10. 前記馴化培地を、10%〜50%の濃度まで希釈する段階をさらに含む、
    請求項7から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記TGF−βによって刺激を受けた前記馴化培地は、
    (i)毛周期の間の休止期から成長期への転換時間を短縮し、
    (ii)真皮乳頭細胞を発生させ、毛髪の長さの伸長を促進し、
    (iii)毛包の数および大きさを増大させる、
    用を有する、
    請求項7から10のいずれか一項に記載の方法。
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