JPH05505404A - TGF―βとの共同的組合せによる骨修復のための骨形成タンパク質の使用 - Google Patents
TGF―βとの共同的組合せによる骨修復のための骨形成タンパク質の使用Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、骨成形術に関する。特に本発明は、骨の成長を誘導するタンパク質の
組合せ、この組合せを含む薬学的組成物、このような組成物を使用する骨成長を
促進する方法、骨髄前駆細胞を刺激し、骨髄細胞へ分裂および分化させる方法、
ならびに骨粗しよう症のような、骨の生成および/または骨の再吸収の機能障害
/機能不全に関連する疾病の治療方法に関する。
隨五!見
骨が、生体系(living systems)と接触することによって新しい
骨の形成を刺激し得る物質を含んでいることが立証されている。(Urist、
M、R,、■劫」工」並(196g) 56:37; 5cience (1
955) 150:893; Reddi、 A、t(、ら、Proc Nat
l Acad ScL」注■(1972) 69:1601)。この活性の原図
となる因子を精製する試みがなされてきた。Uristの米国特許第4.294
.753号および第4.455.256号によれば、尿素または塩酸グアニジン
を使用して、脱塩した骨から「骨形成タンパク質J (BMP)が抽出され、そ
して再沈降された。次いで、Llristは、この粗製タンパク質混合物のイオ
ン交換精製により、pH4,8で、活性がカルボキンメチルセルロース樹脂(C
MC)に吸着しないことを報告した(IJrist、 M、R,、C11n 0
rtho RelRe5 (1982)162:219) 、 5cience
(1983) 220:680−685および江匹」atl Acad 5c
ience (LISA)(1984) 81:371−375にお(するLl
ristの報告は、17.500およびill、 500ダルトンの分子量を有
するBMPを記載している。tlristの公開特許、EI’A公開第0212
474号4家、B M Pの限定タフバク質分解によって得られた4、 QQG
力)ら1.CJOOダルトンのBMPフラグメントをj己載して(する。
米国特許第4.608.199号は、30.000から32.000ダルトンの
骨由来タンパク質を記載している。このタン、<り質Cよ、水溶性であり、フン
カナバリンA (ConA)lこ対して親和性を宵していないことが記載されて
いる。
No 88100205は、BMP−1、BMP−2クラスl (” BMP−
2″)、BMP−3およびBMP−2クラスII(”BMP−4”)と命名され
る4つのタン/<り質を報告しており、これらは、骨形成活性を有していること
が記載されて0る。
これらのBMPが、それ自体で骨形成活性を有してtXるの力)、または他の因
子との組合せを必要として(\るのか(よ知られていない。
J、M、Wozneyは、Growth Factor Re5earch V
ol−ユ(19119)、pl)、 267−280において、BMP−2iこ
密接(こ関連したざらに3つのBMPタンパク質を記載しており、それらIt、
BMF’−5、BMF’−6およびBMF’−7と命名されて0る。
wo 39109T117および89109711Bは、rOF’−1」と呼+
fれる、現在ではBMP−7として知られるタンノでり質を記載して(する。B
!JP−7のクローン化は、E、 0zkaynakら、EMBOJourna
l (1990)主:2085−2093に記載されており、BMP−7の精製
は、T、に、 5aipathら、J Biol Che+s (1990)
265+13198−13205に記載されている。
5eyedinおよびThomasの米国特許第4.434.094号は、カオ
トエピ、り剤を用いた抽出、アニオンおよびカチオン交換カラムを用いた分画、
およびpH4,8におけるCMCへ吸着した画分からの活性の回収による骨生成
を刺激する骨由来タンパク質の部分的生成を報告した。この新しいタンパク質画
分は、「骨形成因子J (OF)と名付けられ、約30.000ダルトン未満の
分子量を有するものとして特徴づけられた。
本譲受人が所有する米国特許第4.774.332号は、カオトロピック剤を用
いた抽出およびイオン交換カラム分画によって均一に精製された、2つの骨由来
のタンパク質を記載している。
これら2つのタンパク質は、初めは、軟骨誘導因子(CIF)Aおよび(IF
Bと呼ばれた。次いで、CIF Aは、腫瘍増殖因子β(TGF−β)と呼ばれ
る、以前に同定されたタンパク質と同一であることが見い出された。CIF B
は、TGF−βの新規の形管であることが見い出され、現在はTGF−β2とし
て知られ、CIF Aは、TGF−β1として知られている。
その他のTGFについてもまた記載されている。Derynckらの米国特許第
4.886.747号は、TGF−β3の同定およびそのヌクレオチド配列を記
載しており、組換え細胞培養物からのTGF−β3の回収方法を開示している。
S、B、 Jakovlewら、靭士=c Endocrinol (1981
11) i:1186−1195は、TGF−β4、およびcDNA特徴付けに
よって同定されるそのヌクレオチド配列を記載しているo A、B、 Robe
rtsら、Growth Factors、 ’/。
Lユ(1990)、 I)p、135−147は、猛二!uで調整した培地から
のTGF−β5の精製を記載している。
異なる場所での?誘導活性をその精製に使用して、骨誘導因子(OI F)と命
名されたウシの骨由来の新規な糖タンパク質もまた、報告されている(Bent
z、 H,ら、J、 Biol、 Chem−(19g9) 264:2080
5−20810) o最初、これらのro I Fm製物」の骨誘導活性は、T
GF−β1または2のいずれかによって実質的に同上され得ると考えられた(
Bentz、 H,ら、二Bio1. Che+m、(1989) 264:2
0805−20810; Bentz、H,ら、Devel。
+ment and Diseases of Cartila e and
Bone Matrix (A、 SsnおよびT、 Thornhil1編)
pp、137−147. Alan R,Li5s、Inc、(1987)
New York)。しかし、後に、OIF活性を有すると思われていた因子は
、実は、その活性を有していないことが見い出された。
単離された調製物中の骨誘導活性が、単一タンパク質によるものか、または複数
のタンパク質が共同で作用したものかは知られていない。骨誘導活性に関与する
タンパク質の同定は、骨から抽出されるタンパク質の膨大な数(数百と推定され
る)と、骨誘導活性の決定的なインビトロアッセイがないことにより複雑になっ
ている。
l1旦1且
本発明は、予想しなかった2つの発見から生じたものである。その1つは、ウシ
の骨由来の部分的に精製されたrOIF調製物」中の骨形成刺激活性が、明らか
に、BMP−2、BMP−3、BMP−4およびBMP−7を含む、調製物中の
BMPの存在に起因することである。もう1つは、TGF−βが、BMP−2、
BMP−3、BMP−4およびBMP−7を含むBMPと共に投与されると、骨
形成活性において共同の効果が得られるという、細胞増殖効果を有することであ
る。
従って、本発明の第1の目的は、軟骨および/または骨の欠陥を治療するための
、BMPおよびTGF−βを含む組成物を提供することである。
本発明の他の目的は、生きた哺乳類における所定の部位の骨の欠陥を、インビボ
で治療する方法を提供することである。
本発明の他の目的は、生きた哺乳類における骨髄細胞生産を誘導する方法を提供
することである。
本発明のその他の目的、利点および新規な特徴は、以下本明細書に一部説明し、
以下の試験を行うことによって、または本発明の実施によって、その一部が当業
者に明白となるであろう。
本発明の1つの局面では、軟骨および/または骨の欠陥をインビボで治療するた
めの組成物であって、(a)組織成長誘導に有効な量の骨形成タン、fり質(B
MP)および、腫瘍増殖因子β(TGF−β)とを、(b)薬学的に受容可能な
キャリヤーと共に含む組成物が提供される。
本発明の他の局面では、インビボで所望の部位で軟骨および/または骨の欠陥の
治療方法であって、上記の組成物を哺乳類の前記の部位に移植する工程を含む方
法が提供される。
本発明のさらに他の局面では、生きた哺乳類での骨髄細胞の生産の誘導方法であ
って、組織成長誘導に有効な量の上記組成物を哺乳類に組織的に投与する工程を
含む方法が提供される。
盟」■と4!! ’A a丸五
図1は、骨誘導因子を含む国分のRP−HPLCクロマトグラフィー分画を示す
。
図2は、図1の工程において得られたい(つかの画分の5DS−PAGEの結果
を示す。
図3は、図1の第1ピークからの物質のRP−HPLC分画を示す。
図4は、ピークlタンパク質のペプチド配列と、BMP−2およびBMP−3配
列とを比較している。
図5は、TGF−β(・)を有する、およびTGF−β(O)を有さないBMP
−2+3移植片の骨誘導特性を示す。
移植片のアルカリホスファターゼ(ALPa s e)活性をアッセイし、0−
5(最高)のスケールで、骨(B)および軟骨(C)を組織学的に評価した。
11旦1皿呈笠里
り豆:
明細書の用語「骨形成タンパク質J (BMP)は、インビボでのネズミの骨形
成アッセイでの活性により測定される、骨の形成を誘起し得る骨由来の1つのク
ラスのタンパク質ヲ指す。BMPは、BMP−1、BMP−2、BMP−3、B
MP−4、BMP−5、BMP−6およびBMP−7、ならびに、天然のBMP
の生物学的特徴を保持する、そのフラグメント、欠失体、付加体、置換体、変異
体および改変体を含む。BMPは、ヒト、ウシまたは池の種の起源であり得る。
明細書の用語[腫瘍増殖因子βJ (TGF−β)は、TGF−β1、TGF−
β2、TGF−β3、TGF−β4およびTGF−β5を含む、細胞増殖を誘起
し得るポリペプチドのファミリー、ならびに天然のTGF−βの生物学的特徴を
保持する、そのフラグメント、欠失体、付加体、置換体、変異体および改変体を
指す。TGF−βは、ヒト、ウシまたは他の橿の起源であり得る。
タンパク質の「変異」は、それをコードするDNAのヌクレオチド配列の変化に
よる、(通常存在するタンパク質に対する)その−次構造の変異である。これら
の変異には、遺伝子的に操作された変異体および対立変異体が含まれる。「改変
された」タンパク質は、グリコリル化パターンまたはリピ2ド化パターン、ある
いは、タンパク質の一次構造、二次構造または三次構造を変化させる翻訳後の事
象の結果、通常存在するタンパク質とは異なる。タンパク質の一次構造の変化は
また、欠失、付加または置換から生じ得る。「欠失体」は、1つまたはそれ以上
の内部アミノ酸残基が存在しないポリペプチドと定義される。「付加体」は、野
生型と比較して、1つまたはそれ以上の付加された内部アミノ酸残基を有するポ
リペプチドと定義される。「置換体」は、1つまたはそれ以上のアミノ酸残基の
他の残基による置換から生じる。タンパク質「フラグメント」は、該ポリペプチ
ドが関連するタンパク質の一次配列の一部と同一の一部アミノ酸配列からなるポ
リペプチドである。
好ましい「lii換体」は、保存性、すなわち、残基は、同じ遺伝型の他の残基
と置換される、置換である。十分理解されているように、天然に存在するアミノ
酸は、酸性、塩基性、中性極性、または中性非極性に細分類される。さらに、天
然に存在する3つのアミノ酸は、芳香族である。天然のBMPおよびTGF−β
と異なるコードされたペプチドが、置換されたアミノ酸と同一のグループのアミ
ノ酸の置換されたコドンを含んでいるのが一般に好ましい。従って、一般に、塩
基性アミノ酸Lys、 ArgおよびHisは、互換可能である;酸性アミノ酸
アスパラギン酸およびグルタミン酸は、互換可能である;中性極性アミノ酸5e
rSThr、 Cys、 GinおよびAsnは、互換可能である;非極性脂肪
酸GlySAla、 Vat、lieおよびLeuは、互いに保存性であるくし
かし、サイズにより、GlyとAlaとはより密接に関連し、Yak lieお
よびLeuはより密接に関連している)、そして、芳香族アミノ酸Phe、 T
rpおよびThrは、互換可能である。プロリンは、非極性中性アミノ酸である
が、コンホメーンコンへの影響により問題を引き起こすため、同一のまたは同様
のフンホメーシコンが得られ得る場合以外は、プロリンによる置換またはプロリ
ンの置換は好ましくない。保存性の変化を示す極性アミノ酸は、Ser、 Th
r、 Gin、 Asnを含む:そして、より少ない程度保存性を示す極性アミ
ノ酸にはMetを含む。さらに、異なるカテゴリーに分類されるが、Ala、G
lyおよびSerは、互換可能なようであり、Cysは、付加的にこのグループ
に適合し、あるいは、極性中性アミノ酸として分類し得る。
BMPまたはTGF−βまたはその両方を合成する場合には、天然の遺伝子にコ
ードされていないアミノ酸による置換もまた行ない得る。例えば、代替残基には
、式H2N<CFi2)、、C00H1ここでnは2−6、のω−アミノ酸が含
まれる。これらは、サルコシン、t−ブチルアラニン、t−ブチルグリシン、N
−メチル−イソロイシンおよびノルロイシンのような、中性、非極性アミノ酸で
ある。例えば、フェニルグリシンのような他のアミノ酸で、芳香族中性アミノ酸
としてのTrp%TyrまたはPhe81換し得る。シトルリンおよびメチオニ
ンスルホキシドは中性極性、シクロヘキ/ルアラニンは中性非極性、システィン
酸は酸性、そしてオルニチンは塩基性である。もし、これらの1つまたはそれ以
上がヒドロキシプロリンと置換されるならば、置換されたプロリン残基のコンホ
メーション寄与特性は、保持され得る。
タンパク質の生物学的「特徴」という用語は、タンパク質が天然に存在する微生
物の通常の生物学的工程中での、タンパク質の構造的または生化学的機能を指す
。BMPの生物学的特徴の例に、その特異的な抗原性または免疫原性、および/
またはその骨誘起活性が挙げられる。TGF−βの生物学的特徴には、その特異
的な抗原性または免疫原性、および/または、インビボでの炎症応答および化学
走化性応答を媒介する能力が含まれる。
本明細書の用語「宵効な量」は、徹者に投与した時に、毒性のような、耐え難い
副作用を引き起こすことなしに、所望のまたは目的とする有益な効果を提供する
ために必要な治療薬剤の童を指す。
柾ユニ:
本発明の組成物には、2つの活性成分がある。BMPタンパク質とTGF−βタ
ンパク質である。これらの成分は、組成物の骨形成能力に関して共同的に作用す
る。
好ましくは、BMP成分は、BMP−2、BMP−3、BMP−4、BMP−7
またはその混合物を含む。最も好ましくは、BMP成分は、BMP−2およびB
MP−3の混合物である。好ましくは、TIGF−β成分は、TGF−β1また
はTGF−β2またはその両方を含み、最も好ましくはTGF−β2を含む。
2つの成分は、以下の3通りの方法の1つによって調製され得る: (1)天然
の産物の単離および精製による調製方法; (2)合成による方法;および(3
)組換えによる方法。
且聚立座 BMP−1,BMP−2、BMP−3およびBMP−4の単離および
精製は、本明細書では参考文献として援用する米国特許第4.877、864号
に記載されている。BMP−7の単離および精製は、T、に、 Sampath
ら、J Biol Chem (1990)■5:13198−13205に記
載されている。
TGF−β1およびTGF−β2の単離および精製は、本明細書では参考文献と
して援用する米国特許第4.774.332号に記載されている。TGF−β5
の単離および精製は、A、B、 Robertsら、Growth Facto
rs、Vol、2 (1990)、pp、135−147に記載されている。
1腹二圭工亙ま 本発明のBMPおよびTGF−βは、例えば、固相ペプチド合
成のような当該技術分野で公知の手段によって、化学的に合成し得る。それらの
アミノ酸配列1よ公知である、または、それらの当該技術分野に公知のヌクレオ
チド配列から推定される。合成は、α−アミノを保護したアミノ酸を使用し、ペ
プチドのカルボキシ末端から開始される。
他の保護基も適切であるが、t−プチルオキシ力ルボニル(Boa)保護基を、
すべてのアミン基に使用し得る。例えば、Boa−Lys−OHまたはBoa−
Arg−OH(すなわち、BMP様カルボ牛ン末端アミノ酸)を、クロロメチル
化ポリスチレン樹脂支持体にエステル化し得る。ポリスチレン樹脂支持体は、ポ
リスチレンポリマーを特定の有機溶媒に対して完全に不溶とする架橋剤として、
約0. 5から2%のジビニルベンゼンを有するスチレンのコポリマーであるこ
とが好ましい。5tavartら、5olid−Phase Pe tide
S nthesis (1969)、 Vl、Fi、Freeman Co。
、 San Francisco、およびMerrifield、 J、 Am
、 Chet Sac、(1963) 85・2149−2154を参照。ペプ
チドを合成するための種々の方法は、米国特許第3.862.925号、第3.
842.057号、第3,972.859号および第4.105.602号にも
例示されている。
合成は、用手法を用い、または例えばApplied Biosyste+5s
430A型ペプチド合成装置(Foster C1ty、 Ca1iforr+
ia)またはBiosearch SAM If型自動ペプチド合成装置(旧o
saarch、Inc。
、 San Rafael、 Ca1ifornia)を製造者による手順書の
指示に従い自動で使用し得る。
自動合成では配列の制御も可能なため、この合成方法の使用で、アミノ酸配列の
付加、置換および欠失も当然可能になる。さらに、置換されたアミノ酸が遺伝子
によってコードされている必要もない。故に、D形あるいはβ−またはω−アミ
ノ酸で、天然に存在するアミノ酸を置換し得る。
監1土三圭玉亙広 本発明のBMPおよびTGF−βはまた、それらの同定およ
び単離されたヌクレオチド配列を使用し、そして、当該技術分野内の分子生物学
、微生物学、組換えDNA技術および免疫学といった従来の技術を使用して製造
し得る。このような技術は、文献に完全に説明されている。
例えば、Maniatis、 Fr1tschおよびSambrook、 粒ム
」シ圧工mn1n : A Laborator Manual (19+!2
ン: L≧NA C!≦トコーシ11−14」ツー1盃、、Volum■■
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HamesおよびS、J、 Higgins編1984); Transcri
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、J、 lllgglns編1984); Animal Ce11 Cu1t
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lan!s。
Acade+++ie Press、 Inc、)、およびHandbook
of Ex erimenta17、Volu+aes 1−IV (D、M、
WeirおよびC,C,Blackwellm、1986. Blackve
ll 5cientific Publications)を参照。
組換えによって生産される改変型BMPまたはTGF−βは、BMPまたはTG
F−βをコードする配列の突然変異誘発、例えば、部位特異的突然変異誘発、お
よび配列の欠失または挿入によって得られ得る。変異を引き起こす技術は、当業
者に公知である。例えば、Man iat isら、前出、Perbal、 B
。
前出、Methods in Enzvmolo 、前出、およびGene T
ransfer Vectors for Mammalian Ce1ls、
前出を参照。
本発明のBMPおよびTGF−βポリペプチドを得るための上記の方法は、限定
を意図しておらず、本発明の成分は、従来の任意の方法で調製し得る。
ヒト、サル、つ7およびネズミ材料由来の骨誘起タンパク質が、外来移植片で軟
骨内骨を産生ずる能力では、非種特異的であることを考慮すると(Sampat
h、 T、K ら、Proc Natl Acad Scニュ旺旦(1983)
80:5591) 、本明細書に記載+7)BMPおよびTGF−βは、哺乳
類の種間で高度に保存されていると思われる。すなわち、異なる哺乳類橿からの
対応する骨誘起タンパク質(本明細書では、「種アナログ」と呼ぶ)は、実質的
に相同なアミノ酸配列を有している。このアミノ酸配列は、仮に変化があるとし
ても、例えば、1つまたはそれ以上のアミノ酸残基の付加、欠失または置換、お
よび/または、該分子が骨形成を誘起する非種特異的能カに影響を与えない、実
質的に同様のグリコジル化パターンが、ウシのタンパク質と異なるに過ぎない。
この観点から、用語「実質的に同等な」および「実質的に相同な」は、種または
調製の方法にかかわらず、実施例に記載のウシの骨形成タンパク質と同一のアミ
ノ酸配列を有するタンパク質、および同様のタンパク質であるが、その違いが非
覆特異的軟骨内骨誘起活性に悪影響を与えない、異なるアミノ酸配列を有する、
タンパク質を指す。
このような「実質的に相同な」タンパク質のアミノ酸配列は、本明細書に記載の
ランタンパフ質に対して、通常、少な(とも50%相同、さらに一般的には少な
くとも80%相同、そして、好ましくは少なくとも90%相同である。従って、
このようなタンパク質は、異なった哺乳類起源の骨から得られるか、または組換
えDNA手法を用いて合成され得る。
本発明のMBPおよびTGF−βタンパク質は、懸濁または溶液中にあるとき、
あるいは個体の形態で結晶化または沈澱されるときにはその周囲のpHに依存す
るが、薬学的に受容可能な塩または中性の形態であり得る。このタンパク質の遊
離アミン基は、例えば、塩酸、リン酸または硫酸等の無機酸:あるいは、例えば
、酢酸、グリコール酸、コハク酸またはマンデル酸等の有機酸、と酸付加塩を形
成し得る。遊離カルボキシル基は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまはた水
酸化カルシウム等を含む無機塩基、およびピペリジン、グルコサミン、トリメチ
ルアミン、コリンおよびカフェイン等の有機塩基、と塩を形成し得る。さらに、
このタンパク質は、脂質および糖等の他の生物学的物質との組合せによる改変、
あるいはアミ7基のアセチル化、ヒドロキシル側鎖またはリン酸化、または、チ
オール基の酸化によって改変し得る。これらの改変は全て、本発明の定義の範囲
内に含まれる。
lに一豊:
本発明の骨形成組成物は、骨が通常形成されない環境に、新たな骨形成を誘起す
るために使用し得る。従って、この組成物は、骨の様々な欠陥を治療するために
使用し得る:組成物は、予防的に、骨折の可能性の減少、人工関節の固定の改善
、先天的なまたは外傷によって誘起された骨の欠陥を修復するため、または美容
成形手術に使用し得る。この組成物はまた、骨が通常形成される場合に、骨の形
成を促進させるために使用し得る。例えば、骨折の修復、外科的に除去された骨
の置き換え、宏周病により損傷した骨の修復、あるいは他の歯または顎提修復術
に使用し得る。このような使用では、組成物を、骨形成の所望の部位に移植等に
よって局部的に投与し得る。
この組成物はまた、不十分な骨の形成、関連した兆候および/または、局部的な
、領域的なまたは全身的な骨粗しよう症のような、望ましくないレベルの骨の再
吸収を治療するため、または、慢性および急性の骨髄性白血病および造血系の他
の癌のような造血系の機能不全または機能障害の治療で骨髄前駆細胞を刺激する
ため、または、照射治療後に、骨髄幹細胞を刺激して分裂および分化を行わせる
ために、静脈注射等により、全身に投与し得る。
本発明の骨形成組成物は、通常、薬学的に受容可能な固体または液体キャリヤー
と共に、骨形成に有効な量で処方され、活性が所望される部位に局部注射または
移植により、あるいは従来の非経口経路により全身投与される。局部投与用処方
は、活性が所望される部位にタンパク質を提供でき、骨および軟骨を発達するた
めの構造を提供できるマトリックス物質を含むのが好ましい。可能なマトリック
スは、生物分解性または非生物分解性であり得、化学的または生物学的に定義さ
れ得る。このような物質の例は、硫酸カルシウム、ヒドロキシアパタイト、リン
酸トリカルシウム、ポリオルジエステル類、ポリ乳酸−ポリグリコール酸共重合
体、コラーゲン、生体ガラス等である。全身投与用処方は、タンパク質の治療薬
の非経口投与に通常使用される液体媒体が含まれる。
本発明の骨形成組成物は、その水溶性を高めるため、半減期を高めるため、また
は骨への結合能力を向上させるために、他の分子と結合し得る。例えば、タンパ
ク質は、ポリエチレングリコールと結合されてその水溶性を高め得る。あるいは
ビスホスフォネート(例えば、1−ヒドロ半シエチリデンー1,1−ビスーホス
フォン酸、ジクロロメチレンビスホスフオン酸、および3−アミノ−1−ヒドロ
キシブロピリデジー1.1−ビスホスフォン酸)のような骨と結合する分子およ
び蛍光色素(例えば、テトラサイクリン類、カルセインブルー、キシレノールオ
レンジ、カルセイングリーンおよびアリザリンコンブレクソンレノド)と結合し
、骨の部位へ標的付は得る。分子をタンノくり質に結合するための様々な試薬は
、当該技術分野で公知であり、アルデヒド類、カルボジイミド類および他の二宮
能官能基が含まれる。
投与される骨形成組成物の量は、使用するキャリヤー、患者(年齢、性別、病歴
、人種)および治療される部位と状態により変化し得る。局部移植の場合、処方
中のキャリヤーに対するBMPおよびTGF−βの重量比は、通常、約1:5,
000から1・so、 oooの範囲内である。組成物中のTGF−βに対する
BMPの重量比は、通常、10.1から1.10である。移植片は、移植または
注入等の従来の外科技術によって、患者の所定の部位に配置し得る。
全身投与の場合、BMPおよびTGF−βの総量は、通常、体重1 kg当り2
0μgと2 mgとの間の範囲である。さらに、骨粗しよう症の場合、BMPお
よびTGF−βタンパク質と、フッ化物、カル/トニン、ビタミン0代謝産物お
よび副甲状腺ホルモン等の他の治療薬とを組み合わせることが望ましい。
組成物は、その活性が非種特異的であるため、スポーツ用、ペット用、農場用の
動物およびヒトを含む哺乳類全般の治療に使用し得る。
以下の実施例は、本発明を例示することを目的とし、本発明を限定するものでは
ない。
1皿皿
A、OT Fm ”IAからのBMPのP5回のクロマトグラフィ一工程を連続
的に適用することによって、脱塩したウシの骨の4Mグアニジン−HClからO
I F調製物を得た。このクロマトグラフィーの最後の工程は、アセトニトリル
勾配を用いるRP−HPLCからなる( Bentz、 H。
ら、J、 Biol、 Chem、(1989)264:20805−2081
0を7照のこと)。
OIFg製物をさらに精製するために、OIFの塊を含む画分をプールし、2容
積の0.1%TFAで希釈し、n−プロパツール勾配を使用する同一のカラム上
で再びクロマトグラフィーにかけた。溶媒Aは01%のTFAであり、溶媒Bは
溶媒A中の90%のn−プロパツールであった。タンパク質を、直接勾配、毎分
0.4%の溶媒A中の20−45%の溶媒B、および毎分1.2mlの流量で、
カラムから溶出させた。
図1に示されるように、2つの主要なピークが得られた。
タンパク質の濃度は、BCA ピアスアッセイ(Pierce assay)(
Sm1th、P、 K、ら、Anal、Biochem、(1985) 150
: 76−8613)、およびピーク領域(230r+n+の吸光度)をランの
血清アルブミンの標準サンプルのピーク領域と比較することによって決定した。
F、W、 5tudier (J、 Mo1. Biol、(1973) 79
:237−248)によって改変されたように、U、に、 Laes+sli
(Nature (1970) 227:6110−685)の方法を用いて、
15%のポリアクリルアミドゲル上で電気泳動することによって、タンパク質を
分析した。ゲルを銀染色し、OIFに特異的なモノクローナル抗体を使用して、
ウェスタンプロット分析を行った(Dasch、 J、R,ら、止、 Bone
Min、 Res。(1989) 4:5286 (要約))。
ゲル電気泳動特性および免疫化学標識による特徴付けられるように、後に溶出さ
れたピーク(ピーク2)は、OIFを含んでいた(Bentz、 Kら、J、
Biol、 Chew、 (1989) 264+ 20805−20810)
。ピーク1は、ピーク面積によって測定されたところによると、様々なサンプル
中の全タンパク質の10−40%を示した。
図1の断片40−49 (図2に示されるレーンl−10)を5DS−PAGE
で分析すると、ピーク1の物質(レーン2−4)は、28−34 kDAの質量
範囲で拡散するいくつかの成分を含んでいるのが発見された。これらの成分は、
還元されると、相対量の1.3および4のそれぞれにおいて、30.18および
16 kDaの成分に変換された。この挙動は、Wangら(Proc、Nat
l、 Acad、Sci USA (1988) 85:9484−9488)
およびLuytenら(J、 Biol、Chem、(1989) 264+
13377−13380)によって報告されるように、BMP調製物に特徴的で
ある。
この同定を確認し、BMP種を決定するために、ピーク1タンパク質をペプチド
分析にかけた。還元、エンドプロティナーゼLys−C(Boehringer
Mannheim)を用いたS−ピリジルエチル化開裂およびペプチド精製を
、実賀的に、H,Bentzら、J、 Biol、 Chem、(1990)
265:5024−5029に記載されているように行った。ピーク1タンパク
質のタンパク質開裂から生じるペプチド混合物を、Vydak C18カラム、
2−1 x 150 tI++を用いるRP−ilPLcによって分画した(図
3)。溶媒Aは0.1%のTFAであり、溶媒Cは、溶媒A中の90%のアセト
ニトリルであった。カラムを、溶媒A中の0−20%の溶媒Cの毎分1%の直線
勾配、次いで、20−54%の同一溶媒の毎分0.4%の直線勾配、および毎分
0゜2511の流量で溶出した。
次いで、この調製物から選択された画分の配列決定をした。
モデル120Aミクロボア(1i(robore)オンラインフェニルチオヒダ
ントイン誘導体分析器(Applied Biosystems)を備えた、モ
デル475Aミクロタンパク質ンークエンサーでの日動エドマン分解によって、
ペプチドを配列決定した。この配列(図4に示されるLlからLIO)を、BM
P−1−4の知られている配列(N。
zney、J、M、ら、5cience (198g) 242: 1528−
1534: Wozney、J、M、ら、Pro 、 Growth Fact
or Res、(1990) L: 257−280)と比較した。いくつかの
部位およびいくつかの残基における、マツチしない二次的な残基帰属によって示
されるように、ペプチドは純粋ではなかったが、ペプチドがBMP−2およびB
MP−3の混合物のみからのものであることが明白である。
B、ピーク1タンパク の およびTGF−の釆スし艮
ピークl物質によって示されるような、BMP−2およびBMP−3(共にrB
MP−2士3」)の骨誘導活性、ならびにピーク2物質によって示されるような
、OIF骨誘導活性を、以下のラットの皮下組織モデルにおいて測定した。
ピーク1または2物質を、多孔性粒子状のヒドロキシアノfタイト/トリカルシ
ウムホスフェート(Zimmer、 Warsav、IN)およびウシの皮膚コ
ラーゲ7 (Vitrogen、 ColCo11a Corporat 1o
n)と混合し、凍結乾燥し、リン酸緩衝生理食塩水で水和し、重量がそれぞれ約
5011Ig(乾燥型jl)のペレットに成形した。べL/ ソトは、I B当
り120 ngのピーク1または2物質を含んでいた。ペレットの中には、l
mg当り140ng(7)TGF −β2を含んでいるものもあった。前に記載
したように、34から40FE齢の雄のS prague−Day leyう1
トの皮下組織に、ペレ。
トを、通常1グループ当り4つずつ移植した(Bentz、 H,ら、J、 B
iol、 Chem、(1989)264; 20805−20810)。14
日後、ペレットを外植し、アルカリホスファターゼ活性をアッセイすることによ
って無機物の付加を、そして前述したような組織的方法で骨および軟骨を評価し
た( Bentz、 ’d、ら、J、 Biol、 Chet (1989>
264:20805−20810)。前述したように、TGF−β1および2を
つ7の骨から単離した(Seyedin、 S、M、ら、旦roe、 Natl
、 Acad、 Sci、 USA (1985) 82: 2267−227
1; 5eyedin、S、M、ら、J、Biol、Chew、(1986)
261: 5693−5695; 5eyedin、S、M、ら、J、Biol
、Chem、(1987) 26ユ: 1946−1949)。
表1に示されるように、14日回心、BMP−2÷3(ピーク1物質)は、大量
の骨形成を誘導し、この実験におし1てはTGF−β2を有する場合と有さない
場合の両方において、アルカリホスファターゼ活性が増加した。一方、BMP−
2↑3による軟骨の誘導は、TGF−β2によって8しく刺激された。TGF−
β2を有さない0IF(ピーク2物1it)は、完全に不活性であった。TGF
−β2を用いたとき、OIF外植片は、表1に示されるように、時折、軟骨およ
び骨の両方を示した。この発見は、いくつかのBMPコンタミネーションが、い
くつかのOIFサンプル中に残存して(Xることを示唆している。BMP−2+
3に付加されたOIFは、TGF−β2を有していても、または有していなくて
も、回答効果を与えなかった。
(以下余白)
艮土 ・
BMP−2+3およびOIFのインビボにおける 活性BMP−2+3 微量
4. O15,401F 0 0 2.3
BMP−2+310IF 微量 3.25 11.8仁鉦≦し
BMP−2+3 3.25 4.s 12.501F 0.75C0,7SC4
,6C3MP−2+310IF 3.0 4.75 10.7”o−s (最高
)のスケールで評価したbμmoles I)−エトロフェノール/分/g湿重
量として表現した04つのサンプルのうちの1つにおける活性を示した。
BMP−2+3の骨誘導活性の調節に対する、TGF−β2の効果をさらに十分
に示すために、BMP−2+3の応答曲線をTGF−β2を有する場合と有さな
い場合とで、14日回心再び決定した。図5に示されるように、軟骨および骨の
形成を強化するTGF−β2の効果は、明臼である。TGF−β2を有さない場
合、BMP−2+3は、l mg移植片当り25 ngまでのレベルで、実質的
に不活性であり、軟骨はすべてのレベルで存在しなかった。TGF−β2を有す
る場合、1 mg移植片当り12.5ng以上のBMP−2+3のレベルで、確
実に強化され、軟骨は、lag移植片当り25 ng以上で存在していた。
BMP−2+3によって誘導された軟骨内性骨形成における、上記の2つの実験
によって示される、ある一定時間でのデータは、TGF−β2が初期の軟骨形成
を増加させ、軟骨退化および骨による置換の開始を遅らせていることを示唆して
いる。TGF−β1は、他の実験でも、同様の結果を示している。
FIG、i
17%5DS−PAGE
43に−
一一番45
14.4K −
ユ吐久、へ4295−396
SCKRI−IPLYVDFSDVGWNDV/IVAPPGYHAFYCHG
ECPFPLADHLNSTNHA 工VL9 : HPLYVDFSDVGL
ND−工VAP−VTL
OTLVNSVNSに工PKACCV装置SAISMLYLDENEKWLにN
YODMWEC;CGCF!L6: A−NVP置SAISMLYLDE L2
: NYQDMWEG−GENDPA DQP L AN
ヱド、残基 363−472
0WIEPRNCARRYL?CVDFADIGWSEWI 工SPKSFDA
YYCSGACOFPMPKSLKPSNHAL3: −IEPRN−ATRY
LK−DP−G−D L4: 5FDAY−5GA−OF−OPADELFEI
TIOS工VRAVGWPGIF EPCCVPEKMSSLS I LFFD
ENKNWLKVYPNMTVESCACRL7: MS−LSILFFDEN
KLDPPTL
BMP−2+3. ng/mg J7ygtt)炙ヱL艷
骨形成タンパク質(BMP S)は、TGF−βと相乗作用をして、向上した骨
形成活性を有する組成物が提供される。
これらの組成物を使用して、骨の欠陥を治療する方法、骨の成長を誘導する方法
および骨髄細胞の生産を増加する方法もまた開示される。
国際調査報告
Claims (36)
- 1.軟骨および/または骨の欠陥を治療するための組成物であって、少なくとも 1つの骨形成タンパク質(BMP)および、少なくとも1つの腫瘍増殖因子(T GF)とを、共に組織成長を誘導する量含み、そして薬学上受け入れられるキャ リヤーまたは賦形剤を含む、組成物。
- 2.前記BMPがBMP−2を含む、請求項1に記載の組成物。
- 3.前記BMPがBMP−3を含む、請求項1に記載の組成物。
- 4.前記BMPがBMP−2およびBMP−3を含む、請求項1に記載の組成物 。
- 5.前記BMPがBMP−4を含む、請求項1に記載の組成物。
- 6.前記BMPがBMP−7を含む、請求項1に記載の組成物。
- 7.前記TGFがTGF−β1を含む、請求項1に記載の組成物。
- 8.前記TGFがTGF−β2を含む、請求項1に記載の組成物。
- 9.前記TGFがTGF−β2を含む、請求項4に記載の組成物。
- 10.骨の成長を誘導するための骨形成組成物であって、少なくとも1つの骨形 成タンパク質(BMP)および、少なくとも1つの腫瘍増殖因子(TGF)とを 、共に骨成長を誘導する量含み、そして薬学上受け入れられるキャリヤーまたは 賦形剤を含む、組成物。
- 11.前記BMPがBMP−2を含む、請求項10に記載の組成物。
- 12.前記BMPがBMP−3を含む、請求項10に記載の組成物。
- 13.前記BMPがBMP−2およびBMP−3を含む、請求項10に記載の組 成物。
- 14.前記BMPがBMP−4を含む、請求項10に記載の組成物。
- 15.前記BMPがBMP−7を含む、請求項10に記載の組成物。
- 16.前記TGFがTGF−β1を含む、請求項10に記載の組成物。
- 17.前記TGFがTGF−β2を含む、請求項10に記載の組成物。
- 18.前記TGFがTGF−β2を含む、請求項13に記載の組成物。
- 19.軟骨または骨の欠陥を有する個体を治療するための方法であって、 少なくとも1つの骨形成タンパク質(BMP)および、少なくとも1つの腫瘍増 殖因子(TGF)とを、共に組織成長を誘導する量含み、そして薬学上受け入れ られるキヤリヤーまたは賦形剤を含む組成物を、個体に投与する工程を包含する 、方法。
- 20.前記BMPがBMP−2を含む、請求項19に記載の方法。
- 21.前記BMPがBMP−3を含む、請求項19に記載の方法。
- 22.前記BMPがBMP−2およびBMP−3を含む、請求項19に記載の方 法。
- 23.前記BMPがBMP−4を含む、請求項19に記載の方法。
- 24.前記BMPがBMP−7を含む、請求項19に記載の方法。
- 25.前記TGFがTGF−β1を含む、請求項19に記載の方法。
- 26.前記TGFがTGF−β2を含む、請求項19に記載の方法。
- 27.前記TGFがTGF−β2を含む、請求項22に記載の方法。
- 28.個体において骨髄細胞の生産を誘導するための方法であって、 少なくとも1つの骨形成タンパク質(BMP)および、少なくとも1つの腫瘍増 殖因子(TGF)とを、共に骨髄細胞成長を誘導する量含み、そして薬学上受け 入れられるキャリヤーまたは賦形剤を含む組成物を、個体に投与する工程を包含 する、方法。
- 29.前記BMPがBMP−2を含む、請求項28に記載の方法。
- 30.前記BMPがBMP−3を含む、請求項28に記載の方法。
- 31.前記BMPがBMP−2およびBMP−3を含む、請求項28に記載の方 法。
- 32.前記BMPがBMP−4を含む、請求項28に記載の方法。
- 33.前記BMPがBMP−7を含む、請求項28に記載の方法。
- 34.前記TGFがTGF−β1を含む、請求項28に記載の方法。
- 35.前記TGFがTGF−β2を含む、請求項28に記載の方法。
- 36.前記TGFがTGF−β2を含む、請求項31に記載の方法。
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