JP6581208B2 - 創傷治癒の方法 - Google Patents
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Description
(i)乳酸菌において前記タンパク質を発現可能な誘導性プロモーターの制御下に、前記タンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む、本明細書で定義されるプラスミドと、
(ii)プロモーターの誘導物質(または調節分子)と
を含む。
創傷治癒における単独使用、順次使用、または同時使用のための(または、対象体の創傷を治療するための)組み合わせ製剤として、
(i)乳酸菌において前記タンパク質を発現可能な誘導性プロモーターの制御下に、前記タンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む、本明細書で定義されるプラスミドを含有する乳酸菌と、
(ii)プロモーターの誘導物質(または調節分子)と
を含む。
遺伝子コンストラクト(gene construct)の設計および作製
プラスミドの骨格となるpLAB112(pSIP411と同等;参考文献11および15;表I)を、ラーズ・アクセルソン(Lars Axelsson)教授(ノルウェー食品研究所)から供与いただいた。細菌ラクトコッカス・ラクティスMG1363をpLAB112で形質転換し、24時間増殖させた。その後、プラスミドを精製し、DNA産物をゲル上で確認した。
5’GCAGCCTTAACAGTCGGCACCT3’(配列番号22)、
5’ACGTGCAACAATCTGCAAAGCAC3’(配列番号23)。
一晩培養後、再植菌し、OD0.5まで増殖させたラクトバチルス・ロイテリR2LC pLAB112_Lucを、96穴プレートに播種(200μL/ウェル)するか、または凍結乾燥製剤からすぐに再懸濁した。非侵襲的なバイオイメージング(IVISスペクトル、パーキン・エルマー(Perkin Elmer))を用いて蛍光強度を求めた。時間0における基線図を得た。次に、活性化ペプチドSppIP(50ng/ml)および基質Dールシフェリン(150μg/ml)を直後に添加した。次いで、5分後にプレートを撮影し、その後1400分まで30分毎に撮影した。データをLivingImage3.1ソフトウェア(パーキン・エルマー)を用いて定量化し、イメージングパラメータを比較解析のために維持した。放射輝度は、プラスミドの発現に比例するものと見なした。
実験は、ウプサラ地方実験動物倫理委員会の承認を得た。マウスC57Bl/6(タコニック(Taconic))およびバックグラウンドがC57Bl/6であるマウスCX3CR1+/GFP(元はジャクソン・ラボラトリー(The Jackson Laboratory)製)を用いた。実験を通して、動物は、水および食事に自由にアクセスした。
マウスに麻酔を施し(1〜3%イソフルラン、200ml/分)、後肢の毛を、剃った後に除毛クリーム(ヴィート(Veet)(登録商標))を1分間塗布し、水で流すことによって除去した。滅菌したパンチ生検針(直径5mm)を用いて、全層(上皮、真皮、および皮下組織)創傷を誘導した。最初の5日間は毎日、局所的に鎮痛剤(エムラ(Embla)クリーム)を塗布した。
25μLの生理食塩水、ラクトバチルス・ロイテリR2LC pLAB112_Luc、またはR2LC pLAB112_LrCK1のいずれかを用いて、毎日、創傷を処理した。細菌を一晩培養後、再植菌し、OD0.5まで増殖させ、適用5分前に活性化ペプチドSppIP(50ng/ml)で前もって活性化し、創傷表面の中央に局所的に添加した。投与実験の場合、2日間毎日、25μLの生理食塩水、または、一晩培養後に再植菌し、OD0.5まで増殖させ、適用5分前に活性化ペプチドSppIP(50ng/ml)で前もって活性化し、創傷表面の中央にOD0.2、OD0.5、OD1.0、またはOD1.25の濃度で局所的に添加したラクトバチルス・ロイテリR2LC pLAB112_LrCK1で、創傷を処理した。各タンパク質を用いた比較実験の場合、10μLの生理食塩水、ネズミCXCL12、CXCL17、またはYm1(60μLの生理食塩水中、合計200ngのタンパク質を10分間隔で1時間与えた)のいずれかを用いて、毎日、創傷を処理した。CXCL12の用量漸増実験の場合、200ng、600ng、または1μgを、1日当たり1回1時点、10μLの生理食塩水中で創傷に添加した。
ラクトバチルス・ロイテリR2LC pLAB112_Lucを一晩培養後、再植菌し、OD0.5まで増殖させた。非侵襲的なバイオイメージング(IVISスペクトル、パーキン・エルマー)を用いて蛍光強度を求めた。時間0における基線図を得た。次に、25μLのラクトバチルス・ロイテリR2LC pLAB112_Lucを創傷の中央に添加した。細菌は、適用5分前に活性化ペプチドSppIP(50ng/ml)およびD−ルシフェリン(150μg/ml)で前もって活性化した。270分まで15分毎に、マウスを撮影した。データをLivingImage3.1ソフトウェア(パーキン・エルマー)を用いて定量化し、イメージングパラメータを比較解析のために維持した。放射輝度は、プラスミドの発現に比例するものと見なした。
標準的な写真(conventional photos)を取得することで、麻酔を施したマウス(1〜3%イソフルラン、200ml/分)において、創傷のサイズおよび外見を毎日観察した。スケールは、取得した画像に含まれ、ImageJ(NIH製のフリーソフト)を用いて創傷サイズを解析した。サイズが0.5mm2未満になったら、創傷が治癒したものと見なした。
麻酔を施したマウス(1〜3%イソフルラン、200mL/分)において、非侵襲的なレーザースペックルコントラスト解析を用いて、治癒中の創傷を有する後肢全体の血流を測定し、PIMSoft3(ペリメド(Perimed))を用いてデータを解析した。肢(フレーム1.4×1.4cm)を、1秒当たり10画像ずつ2分間撮影し、20枚ごとに平均した。データは灌流ユニット(PFU)で表す。
マウスに麻酔を施し(1〜3%イソフルラン、200mL/分)、表在性腹壁動脈枝より上流の大腿動脈を結紮および切除することによって、後肢の虚血を誘導した。
滅菌した生理食塩水に素早く溶解させたアロキサン一水和物(8mg/mL、1μL/g体重)の1回用量を、尾静脈内に注射した。実験を通して、毎日、血糖および体重を測定した。血糖が16.7mmol/lよりも高いものを、高血糖症と定義した。
データは、平均±SEMで表す。ボンフェローニ全カラム比較ポストホックテストと共に二元配置分散分析(Two-Way ANOVA with Bonferroni compare all columns post hoc test)を用いて、治癒プロセスを経時的に解析した。ボンフェローニ全カラム比較ポストホックテストと共に一元配置分散分析(One-Way ANOVA with Bonferroni compare all columns post hoc test)を用いて、n>2である群の一時点における治癒プロセスを解析し、スチューデントの対応のない両側t検定(Students two-tailed unpaired t-test)を用いて、n=2である場合の一時点における治癒プロセスを解析した。p<0.05を、統計的に有意であると見なした。
一晩培養後、再植菌し、OD0.3またはOD0.5まで増殖させた、mLrCK1を含有するラクトコッカス・ラクティスは、10ng/mLまたは50ng/mLで活性化ペプチドSppIP(配列番号19)を添加した場合、増殖の低下は見られなかった。Mes培地で増殖させた場合、この増殖実験中にpHを測定すると、その低下は増殖期に最も強く表れ、その後pH6.7付近で安定した(図1)。(肌のpHは5.5、創傷のpHは7.15〜8.9であり、塩基性pHは治癒速度の低下と相関する(参考文献14))
一晩培養後、再植菌し、2時間増殖させたラクトバチルス・ロイテリR2LCにおけるプラスミドpLAB112_Lucのインビトロにおける発現は、600分(10時間)よりも長く維持された。活性化ペプチドSppIPで活性化しなかったプラスミドでは、漏出/発現は見られなかった(図2)。
治癒プロセス中、創傷を毎日観察した。健常マウスにおいて、毎日1回、ラクトバチルス・ロイテリR2LC_pLAB112_mLrCK1.4を適用すると、創傷に何も適用しなかった対照マウスおよび対照ラクトバチルス・ロイテリR2LC(pLAB112_Luc)を毎日適用したマウスと比較して、創傷表面が75%閉鎖するまでの時間と創傷が完全に(100%)閉鎖するまでの時間との両方が短縮された(図4)。創傷治癒に対するラクトバチルス・ロイテリR2LC_pLAB112_mLrCK1.4の効果は、創傷誘導後1日目の間が最も顕著であった。創傷に何も適用しなかった対照マウスと比較すると、ラクトバチルス・ロイテリR2LC_pLAB112_mLrCK1.4を毎日適用することによって(創傷誘導後1日および2日)、創傷サイズはさらに減少した。創傷に何も適用しなかった対照マウスと比較すると、この群において、曲線下面積として測定した創傷露出の合計もまた、減少していた(図5)。図35は、健常マウスにおいて誘導された全層肌創傷(直径5mm)の、未処理、およびR2LC LucまたはR2LC LrCK1で処理したものの0時間および24時間後の代表的な画像を示す。
創傷が誘導された肢の大腿動脈の結紮によって、創傷を誘導した日に、皮膚灌流は50%減少した(図6および表III)。虚血を起こしたマウスにおいて、毎日1回、ラクトバチルス・ロイテリR2LC_pLAB112_mLrCK1.4を適用すると、創傷に何も適用しなかった対照マウスおよび対照ラクトバチルス・ロイテリR2LC(pLAB112_Luc)を毎日適用したマウスと比較して、創傷表面が50%閉鎖するまでの時間と75%閉鎖するまでの時間との両方が短縮された(図7)。また、皮膚灌流を減少させたマウスにおいても、創傷治癒に対するラクトバチルス・ロイテリR2LC_pLAB112_mLrCK1.4の効果は、創傷誘導後1日目の間が最も顕著であり、創傷に何も適用しなかった対照マウスと比較すると、ラクトバチルス・ロイテリR2LC_pLAB112_mLrCK1.4を、創傷誘導後1日目および2日目に毎日適用することによって、創傷サイズはさらに減少した。創傷に何も適用しなかった対照マウスと比較すると、この群において、創傷露出の合計もまた、減少していた(図8)。
アロキサンを用いてマウスを糖尿病にすると、その後、創傷治癒プロセス中は高血糖(>16.7mmol/L)のままであり、体重は減少しなかった(図9)。糖尿病に罹患しているマウスにおいて、毎日1回、ラクトバチルス・ロイテリR2LC_pLAB112_mLrCK1.4を適用すると、創傷に何も適用しなかった対照マウスおよび対照ラクトバチルス・ロイテリR2LC(pLAB112_Luc)を毎日適用したマウスと比較して、創傷表面が75%閉鎖するまでの時間が短縮された(図10)。Lucを含むラクトバチルス・ロイテリR2LCを毎日適用すること、および創傷に何も適用しなかった対照マウスと比較すると、ラクトバチルス・ロイテリR2LC_pLAB112_mLrCK1.4を毎日適用することによって、糖尿病マウスにおける創傷露出は減少する傾向が見られた(p=0.08)(図11)。
pVAX1骨格にCMVプロモーター(配列番号24)(V260−20、インビトロジェン(Invitrogen)、ウォルサム、マサチューセッツ州、米国)を含むプラスミドを構築し、pCTRと呼ばれる−copGFP−T2A−Luc2−(配列番号25)またはpCXCL12と呼ばれる−CXCL12−P2A−copGFP−T2A−Luc2−(配列番号26)のいずれかの挿入断片を、以前の記載(参考文献18)の通り導入した。ネズミIgG分泌配列を、CXCL12のための分泌配列と置換した。したがって、pCTRプラスミドは、GFP(緑色蛍光タンパク質)およびルシフェラーゼをコードするが、ケモカインはコードしない。プラスミド(全体積100μLの生理食塩水中に40μg)を、創傷縁部の4箇所の真皮に注入した。麻酔10分前に、D−ルシフェリン(150mg/kg、#122796、パーキン・エルマー、ウォルサム、マサチューセッツ州、米国)を腹腔内注射し、バイオイメージング装置(IVISスペクトル、パーキン・エルマー)を用いて画像を取得した後、ルシフェラーゼ活性に基づいて、導入遺伝子の発現を経時的に測定した。データをLivingImage3.1ソフトウェア(パーキン・エルマー)を用いて定量化し、イメージングパラメータを比較解析のために維持した。設定も維持して、反対側の参照領域を減じた対象領域を選択した。放射輝度は、プラスミドの発現に比例するものと見なした。
一晩培養後、ラクトバチルスを再植菌し、OD0.5まで増殖させ、MRS中において希釈または濃縮し、OD0.2、OD0.5、OD1.0、およびOD1.25とした。異なる4つの濃度を、10〜10-9に希釈し、各サンプルの10μLをエリスロマイシンを含有するMRS寒天に播種し、嫌気槽において、37℃、二酸化炭素濃度5%で一晩培養した。プレート上のコロニーをカウントし、濃度をmLあたりコロニー形成ユニット(CFU/mL)で表した。
創傷表面に投与されるmCXCL12 1αの用量の影響を調べるために、10μLの生理食塩水中、0.2μg、0.6μg、または1μgのmCXCL12 1α(RnDシステム(RnD Systems))を、2日間毎日創傷に送達した。投与は1日あたり1回とした。
滅菌した正常なヒトの肌を、ウプサラ大学病院にて定期的に乳房縮小術を受けている健常白人女性から、提供の同意を得て入手した。サンプルを、2%仔ウシ血清(Hyclone(登録商標)、ハイクローン・ラボラトリー(HyClone Laboratories)、ローガン、米国)を添加した生理学的DMEMで覆い、滅菌条件下で実験室まで輸送した。
凍結乾燥用の異なるプロトコールおよび35種の異なる製剤を試験し、最長2ヶ月まで、生存能を測定した。また、より大きいバッチの凍結乾燥したラクトバチルス・ロイテリを、大規模工業生産と同一の設定で、適正製造基準に従って作製した。−20〜40℃にわたる温度で最長2ヶ月保存した後の生存能について、このバッチ由来の凍結乾燥サンプルを解析した。SppIP(50ng/mL)を含有する等量の水またはMRS培地を添加することで、凍結乾燥した細菌を再生し、すぐに、96穴プレートへの播種または上述した1日経過後の創傷への直接適用を行うことによって、インビトロまたはインビボにおける発現を解析した。
ケモカインは、単量体、二量体、または、それ自体で形成されるか、もしくは他のケモカインと相互作用することで形成される多量体として生じ得る(参考文献22)。異なる組み合わせおよび異なる構造は、異なる受容体シグナル伝達を誘導し、それによって、異なる細胞応答が誘導される(参考文献34)。これは、新規の、まだ調査されていない分野であり、可能性のある組み合わせは、局所的な組織の微環境に依存する。また、局所pHは、局所的なマクロファージの機能に影響を及ぼす(参考文献23)。
新鮮な上清で創傷を処理するために、ラクトバチルス・ロイテリR2LC_pLAB112_LucおよびR2LC_pLAB112_LrCK1を10mLのMRSに37℃で再植菌し、OD0.5まで増殖させ、遠心分離し(>2000rpm、5分)、1mLのMRSに再懸濁し、活性化して(SppIP、50ng/mL)、4時間増殖させた。その後、サンプルを遠心分離し(>2000rpm、5分)、上清を保存した。次に、この上清25μLを、2日間毎日1回、創傷に適用した。
定量的解析のために、創傷周囲の肌(創傷から0〜100μm)を実験最終日に取り出し、液体窒素で素早く凍結し、切片(10μm)を作製した。氷冷メタノールで固定し(10分)、0.5%Triton−Xで透過化処理を行った(15分)後、CXCL12 1αを標的とする抗体(ポリクローナル抗体、アブカム(Abcam))およびマクロファージ抗体F4/80(クローンBM8、eバイオサイエンス(eBioscience))とともに組織をインキュベートし、洗浄後、Alexa Fluor488およびNordic Lights557(インビトロジェン)を結合した対応する二次抗体とインキュベートした。最終的に、組織を洗浄してスライドガラスに載せ(Fluoromount、#0100−10、サザンバイオテク(Southern Biotech)、バーミンガム、アラバマ州、米国)、回線走査共焦点顕微鏡(line-scanning confocal microscope、光学0.5倍ズームのピエゾモーター制御WPlanApo 40×/1.0を備えたZeiss LSM 5 Live、ツァイス(Zeiss)、オベルコーヘン、ドイツ)を用いて画像化した。タンパク質レベルおよびマクロファージを、ImageJ(NIH)およびIMARISソフトウェア8.2(ビットプレイン(Bitplane)、チューリッヒ、スイス)を用いて画像内で定量化した。比較を可能にするために、画像取得中は顕微鏡の設定を維持した。CXCL12 1αの測定値は、平均蛍光強度(MFI)で表す。
未処理の創傷に隣接する真皮と比較すると、OD0.2およびOD0.5のラクトバチルス・ロイテリR2LC_pLAB112_LrCK1を創傷に適用した場合、異なる用量のラクトバチルス・ロイテリR2LC_pLAB112_LrCK1で、2日間毎日1回、創傷を処理すると、創傷誘導後2日目の創傷に隣接する真皮におけるF4/80+マクロファージの密度が上昇した(図27A)。未処理の創傷に隣接する上皮と比較すると、ラクトバチルス・ロイテリR2LC_pLAB112_LrCK1をOD1.25で創傷表皮に与えた場合、創傷誘導後2日目の創傷に隣接する上皮において、F4/80+マクロファージが増加した(図27B)。
細菌が産生する特定のケモカインの局所的かつ連続的な送達は、細菌株にかかわらずこの機構に重要であるということを示すために、別の株を用いてケモカインを産生し、創傷表面に直接送達した。ラクトコッカス・ラクティスをpLAB112(mLrCK1)で形質転換した。細菌を、健常マウスの全層創傷に毎日1回適用した後、ラクトバチルス・ロイテリを用いた処理の場合に述べたのと同様のプロトコールを行った。
乳酸菌が可能にする送達および連続的なタンパク質産生の様式が、本機構に重要であるということを示すために、ネズミ変異体であるmCXCL12 1α、mCXCL17、mYm1(60μL中、合計200ng、全てRnDシステム)または対照としての生理食塩水(10μL)を、毎日1回1時間、10分毎に創傷に送達した。
健常マウスにおける最初の24時間の創傷閉鎖を、行った全ての異なる処理に対して解析した(図32)。一時点において創傷に投与されるラクトバチルス・ロイテリR2LC_Lucまたは1回の用量が少ないCXCL12 1αを用いた処理は、最初の24時間の治癒に影響を及ぼす。だが、10分毎に1時間、創傷表面に送達されるCXCL12 1α、CXCL17、およびYm1は、最初の24時間の創傷閉鎖を加速する傾向があり、この効果は、CXCL12 1αが、ラクトバチルス・ロイテリR2LC_LrCK1によって、連続的に1時間、創傷表面に送達される場合に、さらにより明確になる。真皮過剰発現によるCXCL12の送達は、24時間の創傷閉鎖にむしろ有害な影響を及ぼす。
創傷表面へのCXCL12の局所的連続送達が、肌の上皮および腸の上皮のどちらにおいても、包括的な機構によって機能するかを調べるために、DSS誘導性大腸疾患の実験プロトコールを2つ用いた。DSS(デキストラン硫酸ナトリウム)は、腸の粘膜表面に創傷を誘導することが知られている(参考文献16)。
参考文献
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配列
Claims (18)
- ヒトまたは動物の対象体における皮膚創傷を治癒するために皮膚創傷に直接投与するのに用いる局所用医薬組成物であって、
前記局所用医薬組成物は、乳酸菌および少なくとも1つの薬学的に許容される担体または賦形剤を含み、
前記乳酸菌は、ラクトバチルス・ロイテリ株であり、かつ、前記乳酸菌においてCXCL12、CXCL17、およびYm1からなる群から選択されるタンパク質を発現可能なプラスミドで形質転換されている、局所用医薬組成物。 - 前記プラスミドは、
(i)配列番号3もしくは2に示されるアミノ酸配列またはこれらの配列との配列同一性が少なくとも90%であるアミノ酸配列を有するネズミCXCL12−1α、
(ii)配列番号6もしくは5に示されるアミノ酸配列またはこれらの配列との配列同一性が少なくとも90%であるアミノ酸配列を有するヒトCXCL12−1α、
(iii)配列番号9もしくは8に示されるアミノ酸配列またはこれらの配列との配列同一性が少なくとも90%であるアミノ酸配列を有するネズミCXCL17、
(iv)配列番号12もしくは11に示されるアミノ酸配列またはこれらの配列との配列同一性が少なくとも90%であるアミノ酸配列を有するヒトCXCL17、
(v)配列番号15もしくは14に示されるアミノ酸配列またはこれらの配列との配列同一性が少なくとも90%であるアミノ酸配列を有するネズミYm1、及び
(vi)配列番号18もしくは17に示されるアミノ酸配列またはこれらの配列との配列同一性が少なくとも90%であるアミノ酸配列を有するヒトYm1
から選択されるタンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む、請求項1に記載の局所用医薬組成物。 - 前記プラスミドは、乳酸菌における発現を可能にする1つ以上の調節配列を含み、前記調節配列は、乳酸菌から得られるか、または乳酸菌由来である、請求項1または2に記載の局所用医薬組成物。
- 前記タンパク質の発現は、調節可能である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の局所用医薬組成物。
- 前記プラスミドは、誘導性プロモーターの制御下に、前記タンパク質のうち1つ以上をコードする1つ以上のヌクレオチド配列を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の局所用医薬組成物。
- 前記プラスミドは、乳酸菌のナイシンレギュロン、サカシンAレギュロン、またはサカシンPレギュロン由来の誘導性プロモーターおよび調節因子を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の局所用医薬組成物。
- 前記誘導性プロモーターは、前記サカシンPレギュロン由来のPorfXプロモーターである、請求項5または6に記載の局所用医薬組成物。
- 前記プラスミドは、配列番号20の配列を有するpSIP411と呼ばれるプラスミド由来である、請求項1に記載の局所用医薬組成物。
- 前記タンパク質をコードする前記ヌクレオチド配列は、乳酸菌における発現のためにコドン最適化されている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の局所用医薬組成物。
- 前記プラスミドは、配列番号1、配列番号4、配列番号7、配列番号10、配列番号13、および配列番号16の配列を含むヌクレオチド配列、ならびに前記配列との配列同一性が少なくとも90%であるヌクレオチド配列を有する群から選択される1つ以上のヌクレオチド配列を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の局所用医薬組成物。
- 前記局所用医薬組成物が創傷被覆材の形態である請求項1〜10のいずれか1項に記載の局所用医薬組成物。
- 皮膚創傷の治癒における局所使用のための医薬キットであって、該キットは、
(i)請求項1〜10のいずれか1項に記載のプラスミドで形質転換されている乳酸菌であって、前記プラスミドは、乳酸菌において前記タンパク質を発現可能な誘導性プロモーターの制御下に、前記タンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む、乳酸菌と、
(ii)前記プロモーターのための誘導物質と
を含む、キット。 - 皮膚創傷の治癒における局所使用のための医療器具であって、前記医療器具は、請求項1〜10のいずれか1項に記載の乳酸菌を含む、医療器具。
- 前記乳酸菌は、凍結乾燥されている、請求項12に記載のキット。
- 前記キットは、前記凍結乾燥した乳酸菌を再懸濁するための液体をさらに含む、請求項14に記載のキット。
- 前記液体は、前記誘導物質を含有する、請求項15に記載のキット。
- 前記キットは、前記乳酸菌を含有する創傷被覆材を含む、請求項12、14〜16のいずれか1項に記載のキット。
- 前記キットは、創傷被覆材をさらに含む、請求項12、14〜16のいずれか1項に記載のキット。
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