KR20130066707A - 장기 및 조직 기능성을 위한 방법 및 조성물 - Google Patents

장기 및 조직 기능성을 위한 방법 및 조성물 Download PDF

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KR20130066707A
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도날드 에이. 클레인섹
아드리아나 소토
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다스크 테크날러지, 엘엘씨
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Abstract

본 발명에서는 이식성 세포를 이용하여 인간 또는 동물 조직에서 조직 결함을 치료하기 위한 방법 및 재료를 기술한다. 또한, 이러한 과정을 강화하기 위한 배양법 및 인자, 세포 생존 및 적응성을 기술한다. 다수의 조직 결함은 자기 유래 세포로 처리할 수 있고, 한편, 자기 유래 이외의 세포 또는 줄기 세포가 관여하는 적용을 또한 기술한다.

Description

장기 및 조직 기능성을 위한 방법 및 조성물{METHODS AND COMPOSITIONS FOR ORGAN AND TISSUE FUNCTIONALITY}
[관련 출원]
본 출원은 미국 특허 출원 제60/719,743호를 기초로 우선권을 주장하며, 상기 미국 특허 출원은 본원에서 참고로 인용한다. 관련 주제에 관하여 발명자가 공통되는 다른 출원들로는 미국 특허 출원 제60/037,961호를 기초로 우선권을 주장하는 미국 특허 출원 제09/632,581호(2000년 8월 3일 출원); 미국 특허 출원 제60/163,734호를 기초로 우선권을 주장하는 미국 특허 출원 제10/129,180호(2002년 5월 3일 출원); 및 발명의 명칭이 "조직 결함의 증강 및 수복을 위한 조성물 및 방법"인 PCT 출원 제__________호(2006년 9월 14일 출원)가 있으며, 상기 각 출원들은 이 출원들이 본원의 개시 내용과 일관되는 범위 내에서 본원에서 참고로 인용한다.
[발명의 분야]
본 발명의 분야는 주로 노화, 질병, 조직 퇴화, 의학적 장애, 미용상의 이상, 수술 또는 외상(트라우마)으로 인한 인간 또는 동물 조직의 결함을 수복 또는 증강하기 위한 방법 및 조성물에 관한 것이다.
[발명의 개요]
신체의 일부 결함은 세포, 또는 특정 세포 유형의 이식으로 치료가 가능하다. 본원에서는 특정 결함을 치료하기 위한 방법 및 세포 유형에 관해 개시한다. 환자에게 이식되는 세포는 생존하여 이식 부위에 적응하여야 하기 때문에, 생존율 및 적응력을 증강시키기 위한 기법 역시 개시한다.
본 발명의 몇몇 양태는 조직의 기능성을 개선 또는 회복시키기 위해 결함(들)을 세포 및/또는 세포외 기질로 교정하는 것에 관한 것이다. 결손 조직은 여러 원인들 중에서도 노화, 질병, 퇴화, 의학적 장애, 미용상의 이상, 수술 또는 외상으로 인하여 구조적으로 변형되거나 기능 장애가 발생하게 된다. 기능 장애 또는 구조적 변형 조직은 또한 비정상적 또는 원치않는 이상 또는 효과를 유발할 수 있다. 이러한 변형을 결함(defect)으로 정의한다. 본원에서는 다양한 조직 결함의 증강 및 수복을 위한 물질 및 방법을 개시한다. 다수의 실시형태에 있어서 환자로부터 세포를 취하여 시험관내에서 배양하여 그 수를 증폭시키고 환자에게 재도입하여 결함을 치료한다.
일반적으로, 환자의 결함은, 이용이 가능하다면, 자가 세포로 치료할 수 있지만, 어떤 경우에는 비자가 세포(예를 들어, 줄기 세포)를 사용할 수도 있다. 통상적으로 이식은 결함의 근위에 또는 결함 내에 이루어지지만, 본 발명의 특정 응용예는 신체 전반에 걸쳐 다른 조직 부위 또는 부위들에 영향을 미치는 부위에 이식하는 것을 요한다. 대안으로, 혈류 또는 다른 유체강으로의 세포의 주입은 의도된 용도와 세포의 귀소(homing) 부위에 따라 단일 조직 또는 다수의 특정 조직에 영향을 미칠 수 있다.
이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 치료할 수 있는 결함 및 이상은 요실금, 대변 실금, 방광요관 역류, 담관 및 위식도 괄약근 결함, 예컨대 위식도 역류로 이어지는 비뇨기계 괄약근 결함을 포함한다. 피부 결함으로는 주름 또는 구김살, 함몰 흉터 또는 기타 피부 함몰, 임신선, 입술 저형성, 현저한 팔자 주름, 현저한 뺨입술 주름(melolabial fold), 여드름 흉터, 코성형술 후 불규칙한 표면, 패인 흉터 및 비후성 흉터, 상처, 셀룰라이트, 피부 처짐, 노화 피부, 피부 증강의 필요 및 피부 약화를 들 수 있다. 결함은 유방 조직 부족, 상처 및 화상, 헤르니아, 치주 질환 및 장애, 건 및 인대 파열, 탈모증, 조직량 조정, 각종 조직 및 장기 섬유증 및 경화증, 조직 흉터 형성, 조직 상처, 항문 열상, 성루, 청력 상실 및 장애; 골다공증, 골연화증, 골감소증, 골절, 골이영양증, 골 대사 결함, 치조골 결함을 비롯한 골 결함; 암, 심혈관 및 심장 질환, 동맥 및 정맥 질환, 관절 및 연골 결함, 추간판 결함, 알츠하이머병, 파킨슨병, 신경계 질환 및 장애, 척수 손상, 척추 디스크 결함, 백발화, 피부 흑화(tanning) 및 색소 침착, 건선, 습진; 백내장, 근시, 노안, 원시, 망막의 황반 변성, 안근육 기능 장애, 야간 시력 및 색맹, 눈물샘 기능 장애를 비롯한 안 질환 및 장애; 간질성 및 기타 폐 질환, 신장 기능 장애 및 부전, 신성 골이영양증, 간 기능 장애 및 부전, 췌장 기능 장애, 급성 및 만성 췌장염, 당뇨병; 갑상선, 부갑상선, 시상하부, 뇌하수체, 아드레날선, 송과선, 시교차상핵 및 내분비 췌장을 비롯한 내분비 장기 기능 장애 및 질환; 면역계 장애, 만성 염증, 유착, 자궁근종, 감염, 미각 및 후각 결함, 장 결함, 혈액 장애, 혈압, 치아 성장, 손발톱 성장, 발 강화, 체온 조절, 피부 및 조직 완충, 피부 및 조직의 기계적 강도, 조직 수화 및 탄력, 노화로 인한 결핍, 장기 및 조직 치환, 장기 또는 조직 합성 및 전신 회춘을 포함한다.
[상세한 설명]
조직은 노화에 영향을 받으며 시간이 경과함에 따라 결함이 발생하게 된다. 그러나 다행히 조직에 생세포를 도입함으로써 많은 조직 결함을 치료할 수 있다는 것이 발견되었다. 노화의 결과 중 하나는 조직 탄력의 손실이다. 이는 조직의 외관과 그 기능에 영향을 미친다. 본원에서는 자가 세포 배양액을 시험관내에서 증폭시키고, 그 세포(바람직하게는 자가 세포)를, 노화에 기인한 결함에 대해 조직을 치료하기 위해 그 조직에 이식함으로써 환자의 조직을 치료하는 방법을 개시한다. 노화 및 발병 조직은 대개 적정수의 세포 유형을 상실함으로 인해 기능 장애가 발생한다. 이는 세포 개체수를 감소시키고, 여러 작용 중에서도 특히, 아래에서 더 상세히 설명하는 것과 같은, ECM 기질, 단백질 및 효소 활성(프로테아제), 세포 유착, 세포 이동, 세포 증식, 세포 분화, 호르몬 및 성장 인자 생산, 신호 전달 경로, 피드백 매카니즘, 조직 항상성 및 이영양성 조직 형태를 변경시키는 유전자 발현에 변화를 초래한다.
본원에서 기술하는 결함 중 다수는 노화 과정의 결과이다. 다른 결함들은 다양한 질병 상태 및 장애에 의한 것이다. 이러한 조직 결함들은 적절한 세포 유형 및 세포수의 보충에 의해 개선된다.
최신 세포 배양 기법을 이용할 경우 비교적 작은 조직 샘플로부터 대량의 생세포를 얻을 수 있다. 따라서, 환자 또는 다른 공급원으로부터 조직 샘플을 취하고, 그 조직으로부터 세포를 입수하여, 세포수를 증폭시키고, 그 세포를 환자에게 재도입하여 환자 조직의 결함을 치료하는 것이 가능하다. 일반적으로, 1차 세포, 줄기 세포 및 만능 세포를 비롯한 세포의 분리 및 증폭을 위한, 세포 유형, 조직 내 세포 유형의 설명, 조직 구조 및 적절한 세포 및 조직 배양 기법은, 예를 들어 문헌[Atlas of Functional Histology, Kerr, J.B., Mosby, 1999; Gray's Anatomy: The Anatomical Basis of Clinical Practice, 39th Edition, Standring, S., Ed., Elsevier, 2005]; 및 문헌[Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Techniques, Freshney, R.I., Wiley-Liss, Inc., New York, 2000] 등을 통해 입수 가능하다. 섬유아세포, 유두상 및 망상 섬유아세포를 비롯한 몇몇 세포 유형을 분리 및 배양하기 위한 특정 기법들은 미국 특허 출원 제09/632,581호(2000년 8월 3일 출원) 및 제10/129,180호(2002년 5월 3일 출원)에 기재되어 있으며, 상기 특허 출원들은 본원에서 참고로 인용한다. 분리란 조직 샘플로부터 정제된 세포군을 얻는 과정을 의미한다. 증폭이란 세포의 수를 증가시키는 과정을 의미한다. 일반적으로, 증폭 및 분화는 서로 역관계에 있기 때문에, 세포를 분화시키는 경향이 있는 배양 조건은 증폭을 억제하는 경향이 있다.
또한, 배양된 세포의 환자 조직으로의 이식은 이식된 세포가 새로운 부위에 적응 또는 "정착"하도록 촉진해야 하는 과제를 안고 있다. 환자 자신의 신체로부터의 자가 세포를 사용하는 경우에도, 그 세포 역시 새로운 부위로 통합되어, 적응할 수 있는 여러 기능들 중에서도 산소, 영양원을 수용하기 위한 수단과, 대사 활성을 유지하기 위한 수단을 사용 또는 개발하여야 한다.
세포 배양 기법, 치료 가능한 결함, 이식 부위로의 생세포의 성공적인 적응을 개선시키는 인자 및 기타 정보는 미국 특허 출원 제60/037,961호를 기초로 우선권을 주장하는 미국 특허 출원 제09/632,581호(2000년 8월 3일 출원); 미국 특허 출원 제60/163,734호를 기초로 우선권을 주장하는 미국 특허 출원 제10/129,180호 (2002년 5월 3일 출원); 발명의 명칭이 "조직 내 결함을 증강 및 수복하기 위한 조성물 및 방법"인 PCT 출원 제__________호(2006년 9월 14일 출원); 및 우선권 서류 U.S. 제60/719,743호(2005년 9월 21일 출원)에 기재되어 있으며, 상기 각 출원들은 본원에 개시된 내용과 일관되는 범위 내에서 본원에서 참고로 인용한다. 따라서, 상기 다른 출원들에 개시된 기법들 및 인자들은 본원의 개시 사항과 조합될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시형태는 시험관내에서 증폭된 세포로 환자의 결함을 치료하는 것과, 유용한 단백질 또는 기타 인자(예를 들어, 단백질, 거대분자, 분자)와 함께 상기 세포를 조직 결함에 이식하는 것을 포함한다. 그러한 인자의 예로는, 문헌 및 기술 분야 전반에 알려져 있는 여러 인자 중에서도 특히, 면역원성 단백질, 세포 유착 매개 단백질, 아폽토시스 억제제, 아노이키스(anoikis) 억제제, 프로테아제 억제제, 소정의 유전자, 신호 전달 단백질, 마이토젠, 분화 인자, 혈관확장제, 혈관신생 단백질, 향염증성 단백질, 향응고 단백질, ECM 생산의 촉진제, 수송 단백질, 생존 인자, 혈청 단백질, 세포 배양 혈청 유래 단백질 및 인자, 주화 인자, ECM 단백질, 성장 인자, 사이토카인, 케모카인, 호르몬, 공간 충전 단백질 및 인자, 가용성 단백질, 불용성 단백질, 재조합 단백질, 단백질의 도메인 및 단편, 펩티드, 겔화 인자를 들 수 있다. 용도에 따라, 세포의 생존을 촉진하고 세포 기능성을 최적화하는 다른 단백질 및 인자를 사용할 수 있다.
나아가, 세포의 시험관내 증폭에 상기 및 기타 단백질 및 인자를 유용하게 사용할 수도 있다. 생체내로 이식하고자 하는 조직의 시험관내 3차원 합성에 특정 세포 및/또는 단백질을 사용할 수도 있다. 바람직하게는, 상기 조직 성분은 생체내 환경을 유사하게 모의한다. 또는, 상기 조직 성분은 천연 생체내 환경과는 다르지만 기능성을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시형태는 세포를 입수하고 배양하여 환자에게 도입하기 위한 본원에 개시된 기법을 이용하여 결함을 치료하기 위해 세포를 환자에게 도입하는 단계를 포함한다. 상기 세포는 단독으로 또는 본원에 기재된 단백질, 인자 및 보충 물질과 함께 도입될 수 있다. 자가 세포, 동종 세포 또는 이종 세포를 사용할 수 있다. 세포는 줄기 세포, 각종 분화 세포 및 그 전구체를 포함한다. 도입 부위는 본원에 기재된 것과 같이, 결함이 있는 곳 또는 그 부근 또는 결함과 떨어진 곳일 수 있다. 세포 배양 및 세포 도입을 위한 다양한 기법을, 특정 결합에 적절하도록, 본원에 기재된 임의의 결합에 적용할 수 있다.
본원에 기재된 결함의 치료는 일반적으로 원하는 조직 기능성을 유도할 목적으로 천연 조직 해부구조를 복원하기 위해 적절한 세포 유형을 이식하는 것에 관해 기술한다. 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 본원에 기재된 결함은, 일반적으로, 조직 해부학, 적절한 세포 및 적절한 세포 등가물에 관한 설명서의 지침에 따라 천연 세포를 결함 조직에 이식함으로써 수복할 수 있다. 일반적으로, 천연 세포 유형이 결함의 치료에 사용하기에 적합하나, 개시된 해부학적 설명 및 세포 기능성 지침을 이용하여, 천연 세포 또는 등가 세포를 단독으로 또는 본원에 개시된 다양한 세포 유형과 함께 사용하여 치료 목적을 달성할 수 있다. 따라서, 등가의 기능성 세포 유형을 사용할 수 있다. 결함은, 개별적으로, 또는 단백질 및 기타 물질(예컨대 중합체)을 사용한 다른 치료법과 병용하여(예를 들어 전에, 동시에, 또는 후에) 교정할 수 있다. 또한, 적절하다면 분화 또는 트랜스분화(transdifferentation)로 원하는 세포 유형을 생성하기 위해 줄기 세포 또는 적절한 전구 세포 또는 세포를 사용할 수 있다. 본원에 기재된 결함 중 일부는 특정 질병 상태에 의한 것일 수 있으나, 노화 과정 또는 다른 질병으로부터 기인한 것일 수도 있으며, 이러한 경우, 해당 결함을 치료하기 위한 프로토콜은 결함의 정확한 원인과 관계없이 대체로 적합하다.
골 결함의 증강 및 수복 - 골격, 그 기능 및 골 세포
인간의 골격은 특유의 주요한 2 가지 기능, 즉, 기계적 기능 및 대사적 기능을 갖는 복잡한 장기 시스템이다. 기계적 기능은 장기의 지지, 운동 및 보호를 가능케 하는 구조적 얼개를 생물체에 제공한다. 골격의 대사적 기능은, 특히, 혈액 응고와 같이 생명 유지에 필요한 신체 기능이 요구될 때 대사될 수 있는 칼슘의 저장, 조직 성장과 재생 및 점막 유지로 구성된다. 뼈는 조혈 작용 부위이기도 하다.
뼈의 기계적 특성은, 유기 유골(osteoid)기(주로 콜라겐 I형) 및 결정질 수산화인회석 형태의 유기 무기질기로 구성되는 세포외 기질 성분들의 복합 특성으로부터 기인한다.
칼슘 항상성은 기본적으로 3종의 호르몬, 즉, 부갑상선 호르몬(PTH), 1,25-디히드록시비타민 D 및 칼시토닌(CT)에 의해 조절된다. 상기 3종의 호르몬은 주로 3종의 표적 조직, 즉, 뼈, 장 및 신장에 작용하여, 3종의 이온, 즉, 칼슘, 포스페이트 및 마그네슘의 수준을 제어함으로써, 혈청 내 칼슘 수준을 조절한다. 칼슘 및 포스페이트는 장으로부터 혈액으로 유입되어 신장을 통해 제거되고 뼈에 저장된다. PHT는 신장에서의 뼈 재흡수와 칼슘 재흡수를 증가시킨다. PHT는 또한 신장에서의 1-25-디히드록시비타민 D 히드록실화를 제어함으로써 칼슘의 장내 흡수를 조절한다. CT는 고칼슘혈증 방지 호르몬으로서 칼슘의 뼈 및 신장 재흡수를 억제한다.
뼈의 구조는 거시적 형태와 미시적 형태로 정의할 수 있다. 뼈의 거시적 형태로는 두 가지 일반 유형, 즉, 조밀형 또는 치밀형(피질형)과 해면형 또는 망상형(지주형)이 있다. 피질골은 장골의 축에 주로 위치하며 실질적으로 모든 뼈의 외층으로서 존재한다. 이것은 90%가 석회화되어 있다. 골 물질은 세포와 세포간 기질로 조밀하게 충전되어 있다. 골수강은 제한된다. 지주골은 척추에서 주로 발견되며 장골의 말단에 위치한다. 지주골은 골수를 봉입하는 척주와 추간판의 상호 연결된 망상 조직이다. 이것은 사이에 공간이 있는, 골소주(trabecula)라 불리는 석회화된 가느다란 대형 침골로 이루어진 골 물질의 벌집형 망상 조직으로 채워져 있다. 골수강은 크고 불규칙하게 배열되어 있다. 지주골은 15∼25%만이 석회화된 조직으로 되어 있고 나머지는 골수, 연결 조직 및 지방 조직이다. 미시적 수준에서 보면, 뼈(골조직)의 주된 조직학적 유형을 2 가지로, 즉, 편골과 층판골로 구별할 수 있다. 편골의 경우, 세포 대 기질의 부피비가 더 코고, 기질은 균질하거나 또는 각이 있는 직조 패턴의 성긴 섬유로 이루어진다. 이것은 미성숙 또는 임시적 뼈로서 더 조직화된 뼈로 대체되는 것으로 생각되며, 골절 가골에서와 같이 활성 성장 기간의 전형이다. 층판골은 성숙형 또는 완숙형 구조의 뼈로서 성숙기 후에 미성숙 뼈로부터 변형된다. 미시적으로 보면, 이것은, 혈관을 둘러싸는 동심판을 갖는, 평행한 시트 또는 골원(피질골의 구조 단위인 분지형의 상호 연결된 구조)이 규칙적으로 부착되어 합성된 다층 기질로서 보인다. 세포 밀도는 편골에서보다 낮지만, 이들 세포는 방사상의 골소관으로 상호 연결되어 있다. 특정 시점에 모든 골원이 동등하게 무기질화되는 것은 아니며, 덜 성숙된 골원은 성숙된 골원의 무기질의 70%만을 함유할 수 있다. 골원은 골 재형성에 의해 연속적으로 대체된다. 층판골은 정상적 골 재형성의 기본으로서 정상적인 마모와 인열에 의해 조직 상에 가해진 미세 손상을 수복하도록 진화된다.
그 관절 표면을 제외하고는 뼈는 세포 형성 특성을 갖는 골막, 즉, 외부 섬유층과 내부 세포층의 두 층으로 구성된 특수화된 연결 조직으로 둘러싸여 있다. 이러한 골 내막 세포는 정상적인 뼈를 커버하는 비무기질화 콜라겐 기질로 된 1∼2 ㎛의 두꺼운 층의 상부에 위치한 편평한 세장형의 층으로서 존재한다. 이러한 골 내막 세포는 파골 세포의 표적화를 위한 귀소 신호일 수 있다. 골 세포는 골 내막 세포에 특정 시점 및 위치에서 재형성의 필요에 대해 지시한다. 수족의 뼈의 골수강의 내골막에 위치하는 골내막은 골원성 세포를 포함하는 망상 조직으로 구성된다. 골막 및 골내막에 위치하는 이러한 골 내막 세포는 휴지기 조골 세포 또는 조골 세포의 전구체일 수 있다. 이러한 골 내막 세포는 골원의 순환계를 둘러싸고 있다. 이러한 위치는 더 성숙한 골 세포 유형에 선조 세포를 제공하며 골 조직 결함을 치료하기 위한 증폭 및 이식을 위한 선조 세포의 공급원이다. 지주골과 피질골은 둘 다 동일한 세포와 세포간 기질을 포함하지만, 이러한 성분들의 배열에 있어서 차이가 있다.
골원(해버스 골공동계; Haversian system)은 해버스관, 골 세포 및 세포간 기질로 이루어진다. 해버스관은 뼈의 장축에 평행하게 연장되며 혈관과 신경을 보유하는 채널이다. 이 관은 무기질화된 세포간 기질과 골 세포의 동심층 또는 동심 박층으로 둘러싸여 있다. 폴크만관(Volkmann's canal)은 해버스관에 대해 직각으로 연장되어 있다. 이 관은 인접한 골원을 갖는 골원뿐 아니라 골막 및 골내막을 연결한다. 골 세포는 뼈층판의 일부인, 소위 소와(lacuna)라 불리는 공간 내에 위치한다. 세포질 연장부를 갖는 골 세포는 골원 내의 채널로 돌출되어 다른 골 세포와 접촉할 수 있다. 소위 골소관(canaliculi)이라 불리는 이러한 채널은 또한 인접한 골원을 가로지르며 피질골을 통한 통신 수단이 될 수 있다. 골소관은 해버스관과 연속하며, 골 세포에 영양분을 공급한다. 이것은 뼈에서부터 혈관계로의 무기질, 특히 칼슘의 교환 부위이다.
기능성 합포체는 골 세포에서 조골 세포로 연장되며, 이는 다시 인접 골수 세포와 서로 소통하며, 상기 골수 세포는 혈관을 포함하는 동(sinusoid) 내부의 내피 세포 상의 세포 돌기부로 연장되어 세포와 골 구조 사이의 개방 순환이 이루어지게 한다.
지주골은 해버스관이 없는 골소주로 재형성되는 골원의 잔존물을 나타내며, 뼈층판은 얇고 불완전하며 불규칙하게 배열되어 있다. 각각의 골소주에는 골 세포가 존재한다. 골소주의 표면은 조골 세포를 포함하는 한편, 조혈모 조직은 골수강을 차지한다.
뼈 안에는 다수의 혈관이 있다. 혈관의 망상 조직 또는 뼈를 통과하는 혈관 부위가 세포를 뼈로 주사 또는 이식하는 데 이용될 수 있는 영역이다.
뼈의 발달은 주로 배아 성장과 생후 골격 성장에 기여하는 두 가지 메카니즘을 포함한다. 연골내 골화는, 수족의 뼈와 중축 골격의 뼈에서 나타나는 것과 같이 뼈가 연골 형판으로부터 발생하는 메카니즘이다. 이와는 달리, 막내 골화는 두개골, 쇄골, 상악골, 하악골 및 안면골의 천장(vault)을 형성하는 뼛조각의 외관에 선행하는 섬유 세포상 간엽의 배아 응축으로 구성된다. 따라서, 두개골 및 안면골은 그 형성에 연골을 필요로 하지 않지만, 대부분의 다른 골은 무기질화된 기질(뼈)의 침착에 의해 점진적으로 대체되는 뼈의 연골 모델의 초기 발달에 의존한다.
골 조직의 세포 성분은 주로 조골 세포, 골 세포 및 파골 세포, 골 내막 세포 세포, 골원성 전구 세포, 스트로마 세포(예를 들어, 섬유아세포) 및 미량의 단핵구/대식세포 및 비만 세포로 구성된다. 골원성 골 전구 세포란 골 형성 및 골 파괴 세포를 생성시키는 줄기 세포(예를 들어, 만능, 다능) 또는 전구 세포를 의미한다. 전구체란 줄기 세포 또는 완전히 분화되지 않은 다른 세포를 의미한다. 골 세포는 골원성 전구 골 세포, 분화된 골원성 또는 골 내막 세포 및 그 전구체(골 세포, 조골 세포, 파골 세포 및 그 전구체를 포함함)를 의미한다. 특수화된 골 세포는 조골 세포, 파골 세포, 또는 골 세포를 의미한다.
골 내막 및 골 전구 세포는 조골 세포의 형성으로 이어지는 계통에서 골원성일 수 있다. 골 전구 세포는 파골 세포의 형성을 초래하여 골의 재흡수로 이어지는 계통일 수 있다. 조골 세포의 전구체는 다능 간엽 줄기 세포로서, 이것은 또한 더 분화된 세포 유형, 예컨대 연골 세포, 지방 세포 및 근육 세포를 생성시킬 수 있다. 이러한 조골 세포 전구체는 골수 스트로마 또는 혈관 주위 세포로부터 유래되며, 외골막의 내층에 존재하는 것과 같이 간엽 세포는 혈관의 내피 세포에 유착성이다. 파골 세포의 전구체는 단핵구/대식세포 계통의 조혈모 세포이다. 조골 세포 전구체는 인접 연결 조직으로부터의 전구체의 이동에 의해 뼈에 도달할 가능성이 가장 큰 반면, 파골 세포 전구체는 순환계로부터 뼈에 도달한다.
자가 분비, 측분비 및 내분비 신호는 조골 세포 및 파골 세포뿐 아니라, 세포-세포 및 세포-기질 상호 작용의 발달에 영향을 미친다. 세포 발달 및 아폽토시스 이외에도, 유착 분자는 골수로부터 골 재형성 부위로의 전구 세포의 이동뿐 아니라 파골 세포의 세포 분극화 및 파골 세포의 골 재흡수의 초기 및 말기에 관여한다. 유착 분자 중 일부는 인테그린(예컨대 αγβ3 및 α2β1), 셀렉틴 및 카드헤린과, 디스인테그린 및 메탈로프로테아제 도메인(ADAMS)을 포함하는 막관통 단백질 계통이다. 이들 단백질은 다른 리간드, 예컨대 콜라겐, 피브로넥틴, 오스테오폰틴, 트롬보스폰딘, 골 시알로단백질 및 비트로넥틴에 존재하는 RGD 아미노 서열을 인식하는 몇몇 인테그린과 상호작용하고 인식한다. 따라서, 전술한 골 세포와 함께 세포 유착 단백질은 이식 후 세포 생존을 보조할 수 있다.
상기 조골 세포는 골수 및 기타 연결 조직에 존재하는 간엽 전구 세포로부터 유래된 단핵 세포이다. 이들의 주된 기능은 유골을 구성하고 기질 무기질화에 관여하는 콜라겐(유형 1)과 프로테오글리칸 복합체를 합성하고 분비하는 것이다. 조골 세포의 다른 기능은 부갑상선 호르몬(PTH), 성장 호르몬, 갑상선 호르몬, 안드로겐 및 인슐린 등의 전신 호르몬에 반응하여 골 재흡수의 자극을 매개하고 칼슘, 마그네슘 및 포스페이트의 골액으로의 유입/유출을 조절하는 것이다. 글루코코티코이드는 조골 세포 활성의 강력한 억제제이다. 골 형태 형성 단백질(BMP, 예를 들어, BMP 2,7)과 같은 성장 인자는 배아의 일생과 골절 치유 과정에서 골격 발달에 관여한다. BMP는 조골 세포 특이적 전사 인자, 코어 결합 인자 a1(Cbfal)을 자극한다. 다른 성장 인자, 예컨대 형질 변환 성장 인자 베타(TGFβ), 혈소판 유래 성장 인자 (PDGF), 인슐린 유사 성장 인자(IGF) 및 섬유아세포 성장 인자(FGF) 계통의 구성원은 조골 세포 계통으로 향하는 종속, 비종속 조골 세포 전구체의 복제 및 분화에 영향을 미친다. 스트로마/조골 세포 계통의 세포는 인터루킨 1을 비롯한 상기 성장 인자에 반응하여 인터루킨 6(IL-6)을 생산한다. IL-6은 조골 세포의 분화에 영향을 미친다. 조골 세포는 I형 콜라겐, 오스테오칼신, 오스테오넥틴, 바이글리칸, 데코린(콜라겐 소섬유 생성에 관여함), 오스테오폰틴, 골 시알로단백질, 피브로넥틴, 비트로넥틴 및 트롬보스폰딘, 수산화인회석(Ca, 포스페이트)을 포함하는 세포간 기질을 합성한다.
골 세포는 무기질화된 기질을 갖는 소와 내에 완전히 둘러싸여 그 안에 존재하지만 다른 골 세포 및 표면화된 조골 세포와의 세포질 연결을 유지하는 조골 세포이다. 골 세포의 양은 조골 세포보다 10배 많으며, 골 내에서 가장 풍부한 세포 유형이다. 이러한 세포 망상 조직은 혈관 순환계와의 연속 관계를 제공한다. 골 세포의 기능은 골 기질 내의 무기질의 정기적인(minute-to-minute) 교환을 유지하며 골의 기계적 부하의 변환 인자로서 작용하는 것이다. 골 기질의 압전 특성은, 외부 힘, 압박력 및 긴장력에 반응하여 골의 내부 구조에 변화를 일으키는 골 세포 및 조골 세포에 의해 감지되는 골격 전반에 걸쳐 하중을 전달하게 한다. 골 세포는 골 증강 또는 골격의 기능적 적응의 감소 필요성과 미세 손상의 수복 필요성을 감지하기 위한 기계감각 세포의 후보 물질이다. 이들은 특정 시점 및 위치에서의 재형성 필요성을 감지하는, 골 내의 유일한 세포이다.
파골 세포은 골의 표면에서 주로 발견되는 대형 다핵 세포(직경 50∼100 ㎛)이다. 이들은 골 재흡수와 재형성을 담당하는 주요 세포이다. 이것은 용해성 효소를 함유하는 리소자임이 농축되어 있는 세포질에 의해 이루어진다. 파골 세포에는 칼시토닌 수용체가 풍부하다. 파골 세포의 골 재흡수는 PTH 및 1-25-디히드록시비타민 D3에 의해 자극되며, 칼시토닌에 의해 억제된다. 파골 세포 발달의 자극 및 장 및 신장으로부터의 칼슘 흡수 및 분비의 조절에 의한, PTH 및 1-25-디히드록시비타민D3는 각각 세포외 칼슘 항상성에 있어서 주요 인자이다. 파골 세포 발달은 인터루킨 1, 3, 6, 11, 백혈병 억제 인자(LIF), 온코스타틴 M, 모양체 향신경성 인자, 종양 괴사 인자, 과립구 대식세포-콜로니 자극 인자(GM-CSF, M-CSF) 및 c-kit 리간드에 의해 자극된다. 인터루킨 4, 10, 18 및 γ는 파골 세포 발달을 억제한다. 파골 세포는 관련된 간엽 전구 세포에 의한 조골 세포 또는 지방 세포 경로로의 추가 분화 이전에 간엽 전구체에 종속된 초기 조골 세포 계통의 분지화로부터 형성된다.
조골 세포 동원에는 두 가지 모델, 즉, 직렬 모델과 병렬 모델이 있다. 직렬 모델의 경우, 재흡수된 골 방출 인자와 기계적 변형력(strain)의 국소적 증가가 조골 세포 전구 세포의 증식 및 분화를 자극한다. 병렬 모델의 경우, 조골 세포와 파골 세포 전구체의 증식 및 분화가 새로운 BMU의 개시를 위한 신호에 반응하여 동시에 일어난다. 양 모델 모두 조골 세포가 정확한 위치에 존재할 것을 요한다.
파골 세포 및 조골 세포의 발달은 조골 세포에 의해 만들어진 IL-6에 의해 자극된다. 두 세포 유형은 골을 재형성하기 위해 시간적, 공간적으로 나란히 작용한다.
골수 스트로마는 조골 세포 표현형과 지방 세포 표현형 사이에서 전환될 수 있는 줄기 세포를 포함한다. 스트로마 섬유아세포, 전구 지방 세포 및 지방 세포, 상피 및 내피 세포가 스트로마 내에 존재한다. 스트로마 세포는 또한 골 이외의 다른 조직 결함에도 사용될 수 있으며 다른 조직의 특정 세포 유형(예를 들어, 간엽 줄기 세포)로 전환될 수 있다. 골수의 세포는 조혈, 파골 세포 생성, 지방 및 골 형성을 지지한다. 다른 표현형을 억제하면서 특정 계통으로 종속되는, 스트로마 세포의 표현형 전환은 성장 인자 및 호르몬과 같은 외부 자극을 통한 신호 전달 경로 및 전사 인자에 의해 지배된다.
재형성(remodeling)이란 전체적인 형상은 변경시키지 않고 골 조직을 제거 및 치환하는 것으로서 정의된다. 골 재형성은 파골 세포에 의해 이루어지는 골 제거(재흡수) 과정과 조골 세포에 의해 이루어지는 골 형성 과정에 의해 이루어진다. 비손상 골격의 경우, 파골 세포 및 조골 세포가 소위 기본 다세포 단위(BMU)로 불리는 임시 구조에 속한다. 상기 BMU는 길이가 약 1∼2 mm, 폭이 0.2∼0.4 mm로서, 전방의 파골 세포 집합체, 후방의 조골 세포 집합체, 중심부의 모세혈관, 신경 공급원 및 관련 연결 조직으로 이루어진다. 세포 성분들은 서로 잘 조율된 공간 및 시간적 관계를 유지한다. 파골 세포는 골에 유착하여 산성화 및 단백질 분해에 의해 이를 제거한다. BMU의 형성이 진전됨에 따라, 파골 세포는 재흡수 부위를 떠나고 조골 세포가 이동하여 유골을 분비함으로써 굴착된 영역에서의 새로운 골 형성을 충전하며, 이는 후에 무기질화되어 새로운 골로 형성된다. 피질골의 경우, BMU는 골을 통과하면서 터널을 만들어 치환한다. 지주골의 경우, BMU는 골소주 표면을 관통하면서 터널을 만들어 치환한다. 제1 발생기는 특정 위치에서 특정 시점에 시작되고, 그 후, 다양한 거리에 대하여 치환이 필요한 골 영역으로의 전진이 일어나는 제2 진행기가 이어지며, 그 후, 제3 종결기로서 알려진 휴지기가 이어진다. BMU의 수명은 6∼9 개월로서 파골 세포의 2주 또는 조골 세포의 3 개월보다 더 길다. 따라서, 전구체로부터 새로운 파골 세포 및 조골 세포의 공급은 BMU의 발생 및 골 표면 상으로의 그 진행을 위해 골수로부터 요구된다. 골 항상성을 유지하기 위해, 세포수를 결정하는 새로운 세포의 공급 및 수명과 각 세포 유형에 의해 수행되는 역할 간의 균형이 형성된다. 골 재흡수 및 형성은 동시에 일어나며, 이때 파골 세포가 마지막에 재흡수를 완료한 부위에서만 조골 세포가 조립된다. 이러한 활성을 커플링이라 부른다. 따라서, 재흡수가 진행되는 한편, 골 형성이 일어나기 시작한다. 건강한 성체의 경우, 3∼4 백만개의 BMU가 매년 개시되어, 임의의 한 시점에 약 백만개의 BMU가 활성을 나타낸다. 재형성은 골 형성 세포와 함께 MMP(기질 메탈로프로테아제)를 도입함으로써 증강시킬 수 있다.
형성(modeling)은 골막 및 골내막에서의 재흡수 및 동시적 골 성장에 의한 골 조직 형상의 변화로서 정의된다. 형성 과정 중에 해부학적 BMU는 구별이 불가능하지만, 성장하는 골격은 여전히 골 재형성과는 다른 파골 세포 및 조골 세포의 목적지의 공간적 및 시간적 조율을 요한다.
골 세포외 기질은 간질 또는 세포간 기질로서 간주할 수 있다. 조골 세포는 골의 유골기 또는 유기기를 구성하는 섬유로 응집하는 개별 콜라겐(1형) 분자를 분비한다. 성숙 콜라겐 소섬유는 가용성이 줄어든다. 프로테오글리칸 및 히알루로난은, 역시 조골 세포에 의해 생산되는, 골의 유기 기질에 분쇄된 물질을 포함한다. 골의 강성도는 무기질화된 분획에 의해 부여된다. 골 수산화인회석은 마그네슘, 나트륨, 스트론튬, 카보네이트, 시트레이트 및 플루오라이드의 치환기를 갖는 인산칼슘염의 불완전한 결정체이다. 골 내의 수산화인회석 결정체 구조는 세포외 유체와 교환이 가능한 표면적이 크다. 골의 유기 기질의 무기질화는 무기질의 침전에 의해 발생한다. 알칼리 포스파타제는 무기 포스페이트의 국소 농도를 증가시켜 자발적 침전을 유발함으로써 무기질화에 기여한다. 층판골의 경우, 초기 무기질 결정체가 콜라겐 소섬유 내에 출현한다. 편골의 경우, 무기질화는 세포외 조직 공간 내의 막 결합형 기질 소낭에서 시작된다.
골 결함의 치료
골 결함은, 본원에서 설명하는 바와 같이, 환자의 적절한 부위에 골 세포를 도입하여 치료할 수 있다. 특수화된 골 세포 또는 그 전구체(예를 들어, 골수 간엽 줄기 세포 또는 다른 줄기 세포 유형, 예컨대 근육 유래의 줄기 세포)는 골 결함 부위에 또는 그 부근에 도입할 수 있다. 도입된 세포는 수복이 이루어져야 하는 부위 또는 그 부근의 골 구조에 적응한다. 골원성 전구 세포는, 해당 부위로부터 떨어진 지점, 예를 들어 혈관 부위에 도입할 수 있다. 이러한 전구체는 골 결함 부위로 귀소하며, 여기서 이들은 그 부위에 적응하여 수복을 행한다. 세포가 골 결함에 근접한 부위로 이동하도록 계산된 부위에 세포를 도입할 수도 있다. 예를 들어, 골 세포를 결함으로 또는 그 부근으로 유입되는 혈관에 도입할 수 있다. 특히, 골 세포를 골 결함을 통해 흐르는 동맥, 세동맥, 정맥 또는 세정맥에 도입할 수 있다. 또는, 예를 들어, 골 세포를 결함과 연통하는 생체 공간에 도입할 수 있다. 특히, 골 세포를 결함이 있는 골을 지지하는 골수강으로 도입할 수 있다. 또는, 골 세포를 결함을 받치고 있는 혈관 및/또는 도관의 망상 조직으로 도입할 수 있다. 특히, 골 세포를 결함과 관련된 지주골로, 예를 들어 결함 부위로부터 약 1 cm∼약 50 cm 떨어진 거리에서 도입할 수 있으며; 당업자라면 이러한 한계 내의 모든 범위, 예를 들어 약 1 cm∼약 30 cm 내의 모든 범위뿐 아니라 명시적으로 기재된 범위 내에 명기하지 않은 다른 거리로 고려된다는 것을 이해할 것이다.
이하에 상세히 설명하는 바와 같이, 골 세포는 단독으로, 또는 기질, 세포외 기질, 충전제 또는 캐리어, 예컨대 수산화인회석 등의 추가 물질과 함께 도입할 수 있다. 일반적으로 이러한 물질은 세포를 결함에 또는 그 부근에 도입할 때 용이하게 사용될 수 있다. 세포를 비교적 더 원위치에서 도입할 경우, 세포 전달시의 상기 물질의 효과를 고려해야 하는데, 예를 들어 다량의 충전제는 혈관계로의 전달에 적합하지 않다. 몇몇 실시형태에 있어서, 세포를, 예를 들어 발명의 명칭이 "조직 내 결함을 증강 및 수복하기 위한 조성물 및 방법"인 PCT 출원 제__________호(2006년 9월 14일 출원)(본원에서 참고로 인용함)에서와 같이, 유용한 단백질(예컨대 TGFB3, 골 형태 형성 단백질 2, 3 및 7) 또는 다른 인자(예컨대, 특정 유도성 성장 인자를 전달하기 위한 유전자 치료제)와 함께 도입한다. 골 세포는 단독 치료법으로 투여하거나 또는 경시적으로 반복하여 투여할 수 있다. 또한, 치료는, 예를 들어 상이한 전달 부위로의 치료와 병용하거나 또는 약물 요법과 병용할 수 있다.
골 대사 질환
골 재흡수 질환, 감소된 골 형성, 골 손실 또는 골 질환의 다른 원인에 의해 발생되는 골 결함은 골 세포를 환자에 도입함으로써 치료할 수 있다. 골 재흡수 질환은 비정상적인 골 재흡수 증가를 특징으로 하며, 골다공증, 골감소증 및 몇몇 다른 증상을 포함한다.
골다공증은 골 강도가 손실된 결과로서 가장 흔한 골 대사 질환이다. 골 다공증은 미국에서 매년 1.5 백만 사례의 골절을 유발하는 것으로 추정된다. 이러한 골절은 사망률이 높은 척추에 주로 발생하여, 간접적으로 사망률을 증가시킨다. 골 밀도의 점진적인 감소는 양 성별에서 모두 노화가 진행됨에 따라 발생하지만, 골다공증은 재흡수와 형성 간의 지나친 불균형에 기인한다. I형(교체율이 높음) 골다공증은 에스트로겐 결핍과 관련이 있으며, 이는 50∼65세의 폐경기 여성에 발병한다. 가속화된 지주골 손실은 주로 척추골에 영향을 미치면서 발생하는데, 따라서 골절의 위험이 증가하게 된다. II형(교체율이 낮음) 골다공증은 75세 이상의 대부분의 여성 및 남성에서 발병하며 두 가지 골 유형, 즉, 지주골과 피질골의 손실을 수반한다. II형은 파골 세포 활성을 능가할 수 없는, 노화와 관련된 조골 세포 기능 및 수의 감소에 의한 것이다.
골 손실의 가장 흔한 원인 중 3 가지는 성 스테로이드 결핍, 글루코코티코이드 과잉 및 노화이다. 성 스테로이드 결핍 및 글루코코티코이드 과잉의 경우, 조골 세포 형성 및 파골 세포 형성에 있어서 현저한 세포 변화가 발생하고, 이때 재형성에 필요한 것에 비해 파골 세포의 과잉 공급이 일어난다. 파골 세포의 수명은 증가하지만 조골 세포 또는 골 세포의 수명은 감소한다. 성 스테로이드 결핍의 경우, 파골 세포의 수명 증가(아폽토시스의 지연)로 인하여 파골 세포가 정상적인 강보다 더 깊은 곳에서 침식하여 지주골 천공이 발생하게 된다. 글루코코티코이드 과잉에는 지방 세포 생성 증가가 관찰된다.
골감소증은 벽 두께, 특히 지주골의 벽 두께가 감소되는 것으로서, 골 노화 진행의 특징이다. 두께 변화 또는 골 밀도 손실은 재형성 부위에서의 조골 세포의 수 또는 활성으로 측정한다. 노화 과정에 있어서, 이러한 효과는 국소적이며 재흡수에 의해 발생하는 요구에 상대적이다. 노화 과정에 있어서, 조골 세포 생성 및 파골 세포 생성의 감소와 골 세포 수명 감소가 발생하며, 이때 수복에 필요한 것에 비해 조골 세포의 공급 부족이 발생한다. 지방 세포 생성의 증가 역시 발생한다.
비정상적인 골 재흡수 증가를 나타내는 다른 골 질환은 비정상적으로 많은 수의 활성 파골 세포의 존재로 인해 유발되는 과잉 골 재형성에 기인한 파제트병, 부갑상선 호르몬 과잉에 기인한 낭성 섬유골염 및 특히 유방, 폐, 식도, 자궁 경부, 외음부, 난소 등의 암으로 인해 발생할 수 있는 상박골에 위치하는 활성 대사 골 전이에 기인한 악성 체액 고칼슘혈증에서 나타난다.
몇몇 실시형태에 있어서, 골 재흡수 질환은 파골 세포 활성을 상쇄하는 조골 세포 또는 조골 세포 전구 세포 및/또는 파골 세포 활성을 억제하는 인자를 환자에게 도입함으로써 치료할 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 세포는 결함에 또는 그 부근에 또는 비교적 멀리 떨어진 지점에 도입할 수 있다.
골 형성 감소를 특징으로 하는 질환으로는 골감소증, 골연화증 및 신성 골이영양증을 들 수 있다. 골연화증은 소아의 경우 구루병, 성인의 경우 골연화증이라 불리는 골격의 무기질화 결핍증이다. 두 형태 모두 골 형성에 있어서 중요한 인자인 칼슘, 인, 비타민 D 및 알칼리 포스파타제의 결핍에 기인한다. 선진국의 경우 식이에 의한 비타민 D 결핍은 드물지만, 비타민 D의 흡수 장애 또는 신장내 활성화의 장애(선천적 또는 후천적)는 골격의 특징적 약화, 두개골 및 골반의 편평화, 소아의 다리 휨 및 성인의 골 통증과 방사선 병변을 수반한 골연화증을 초래한다. 신성 골이영양증은 만성 및 진전된 신부전에서 발생하며, 이것은 비타민 D의 신장 대사 이상과 2차적인 부갑상선 기능 항진증에 기인한다. 골형성 부전증(OI)은 I형 콜라겐 결핍에 의해 발생하는 선천적 유전 질환이다. OI에 대한 치료법은 콜라겐의 구조적 완전성을 강화하여 질환의 특징인 다수의 골절을 예방함으로써 골 강도를 향상시키는 것을 목적으로 해야 한다.
골절
골절에 의해 발생하는 골 결함은, 예를 들어 앞서 골 질환과 관련하여 전술한 바와 같이, 환자에게 골 세포를 도입하여 치료할 수 있다. 예를 들어, 골 세포를 골절 부위로 직접 또는 그 부근에 도입할 수 있다. 골다공증에 의해 발생한 골절은 둔부, 손목 및 척추 골절을 포함한다. 둔부, 손목 및 척추의 뼈는 주로 더 연약한 해면골로 이루어져 있다. 이것이 이들 부위가 골절이 더 발생하기 쉬운 이유이다. 해면골은 또한 치밀골보다 대사 활성이 더 활발하다. 이것은 뼈 교체율이 해면골에서 더 빠르다는 것을 의미한다. 높은 뼈 교체율은 골 손실을 촉진하여 해면골이 골절에 더 약하게 만든다. 척추 압박 골절 및 골반 골절은 특히 골다공증의 파괴적인 결과이다.
척추 압박 골절은 주로 대개 흉부에서, 또는 척추의 중앙부에서 일어난다. 구부림 또는 들어올림 등의 단순한 동작도 골절을 발생시킬 수 있다. 시간이 경과함에 따라, 척추 전방부의 다발 골절이 붕괴하여 함께 쐐기형을 이룰 수 있다. 이로 인하여 척추가 전방으로 구부러져, 흔히 노부인의 혹(dowager's hump), 또는 후만증(kyphotic deformity)이라 불리는 굽은 등을 발달시킨다. 척추 골절의 합병증으로는 신장의 감소, 등 통증 및 꾸부정한 자세를 들 수 있다. 다발 척추 골절이 발생하게 되면, 구부림, 들어올림, 뻗침, 등반 및 도보가 어려워지게 된다.
골다공증의 가장 심각한 결과는 골반 골절이다. 여성의 경우 남성보다 골반이 골절될 가능성이 2∼3배 더 높다. 골반 골절을 경험한 환자의 약 1/3이 1년 내에 요양원에 들어가게 된다. 골반 골절은 또한 최초 1년 내에 10%∼20%의 사망률을 수반하기도 한다.
미국 정형외과 학회(AAOS)에 따르면, 골절이 정형외과에서 가장 흔한 병태로서, 5 가지 기본 유형의 골절을 포함하여 미국에서 매년 7 백만 사례의 골절이 발생한다. 상기 골절은 뼈가 한 곳에서 골절되었으나 피부는 파열되지 않은 단순 골절; 피부가 파열된 복합 골절; 골절이 뼈 길이에 직각으로 발생한 횡골절; 골절이 뼈의 한 측면에만 발생하여 뼈가 구부러진 그린스틱 골절(greenstick fracture); 및 적어도 3곳에 골절이 발생한 분쇄 골절을 포함한다.
골절 후 골 치유
골절 후 골 치유는 몇 단계로 이루어진다. 단계 1은 염증이다. 이 단계에서는 골절된 뼈와 이를 둘러싼 조직에서 발생한 출혈로 인해 골절 부위의 팽윤이 발생한다. 이는 골절이 발생한 날에 시작되어 2∼3주 동안 지속될 수 있다. 출혈은 골절 부위로부터 잔해물을 제거하는 등의 몇 가지 기능을 수행하는 데 필요한 면역 세포 등의 세포를 골절 부위로 이동시킨다. 조골 세포 등의 새로운 세포의 유입은 과립 조직을 형성함으로써 골 치유를 시작할 수 있다. 통증과 팽윤이 감소된 후, 연성 가골 단계가 시작되며, 이 단계에서 골절 부위가 단단해지고 새로운 뼈가 형성되기 시작하나 x-선 상에서는 보이지 않는다. 이 단계는 외상 후 4∼8주 동안 지속될 수 있다.
새로운 뼈는 골절에 가교를 형성하기 시작하여 x-선으로 관찰이 가능하다. 외상 후 8∼12주째인 단계 3에서는, 경성 가골 단계가 시작되며, 이 단계에서는 새로운 뼈가 골절 부위를 채우고 골절 부위가 자체 재형성된다. 이러한 골 재형성 단계인 단계 4는 외상으로 인해 남아있을 수 있는 임의의 변형을 교정한다. 이러한 최종 골절 치유 단계는 최대 몇년 동안 지속될 수 있다.
현행 골절 치료법으로는 기계적 시술법과 이식 시술법을 들 수 있다. 뼈는 재형성이라고 알려진 과정을 통해 꾸준히 교체되는 상태에 있기 때문에, 골 치유 과정은 대개 자연적으로 일어난다. 골절을 임의의 기형 없이 가능한 한 빨리 치유하기 위해서는, 때로는 뼈를 우선 적소에 다시 배치해야 한다. 이것을 "복위(reduction)"라고 하며, 이는 의사가 뼈를 적절한 배치로 조작한 후 부러진 뼈를 깁스에 고정하는 과정을 수반한다. 깁스의 사용을 외고정이라 부른다. 반면, 분쇄 골절과 같이 더 복잡한 골절의 경우 외과적 수술이 필요할 수 있다. 외과적 수술은 내고정이라는 용어로 알려져 있으며, 와이어, 플레이트, 네일, 로드 및 스크류와 같은 몇 종의 물질을 사용한다. 골절 부위에서 뼈가 소실되어 골 치유를 촉진하기 위해 간극을 채워야 할 필요가 있을 경우, 혈관 형성 자가 골과 비혈관 형성 자가 골을 모두 사용한다. 대개 충분한 자가 물질을 확보할 수 없기 때문에 골 은행으로부터 골 동종 이식편을 입수할 필요가 있다. 동종 이식편 사용에 있어서의 단점 중 몇 가지를 들면 숙주 거부 반응 및 바이러스 감염이 있다.
환자 자신의 골 물질의 입수 용이성을 증가시킬 필요가 있다. 이는 시험관내에서 세포를 증폭시키고, 자가 골 세포 또는 골 전구 세포 또는 이들 세포와 상이한 생체물질(예를 들어, 생물학적 활성 유리 또는 중합체), 무기질(예를 들어, 인산칼슘), 성장 인자의 조합(예를 들어, 혈관 내피 세포 및 섬유아세포 성장 인자), 세포외 기질 및 그 성분의 조합을 사용하여, 골 결핍(골감소증) 또는 골 치유(골절)에 대한 형태 및 기능을 회복하도록 함으로써 달성할 수 있다.
골 세포의 이식
골 세포는, 일반적으로, 골수로부터 적출하여 얻을 수 있다. 골수는 공여자의 골반뼈(회장)로부터, 또는 다른 골 부위로의 바늘을 사용한 흡인에 의해 얻을 수 있다. 복막 유래의 골 세포는, 예를 들어 골 외측을 긁어내거나 골내막으로부터 얻을 수 있다.
골 세포를 골 결함에 이식하는 한 방법은 세포를 환자의 정맥에, 특히 결함 부위를 통과하여 흐르는 정맥에 주사하는 것이다. 골 세포는 주사 부위로부터 골수강으로 이동하며, 여기에서 골 세포는 새로운 세포를 생산하고/하거나 BMU로 이동한다. 골내 국소 결함을 치료하기 위한 또 다른 방법은 결함 부위 또는 그 부근에 세포를 주사하는 것이다. 혈관의 망상 조직 또는 뼈를 관통하는 혈관 부위(예컨대 도관), 또는 관절골 말단이 세포를 뼈로 다시 주사 또는 이식하는 데 이용될 수 있는 부위이다. 예를 들어, 해버스관 또는 기타 도관 또는 골 형성 세포의 전달을 허용하는 혈관이 이용될 수 있다. 바람직한 실시형태에 있어서, 골막으로 또는 골막 아래로 세포를 이식하는 것은 소정의 골 부위 내로의 세포의 전달에 적합할 수 있다. 세포 및/또는 세포외 기질, 중합체, 기타 화합물, 인자, 조성물을 골 공동 또는 골 간극에 충전할 수 있다. 이러한 결함들은 외과 수술에 의해 발생할 수도 있고 골에 대한 외상적 손상에 의해 또는 전술한 기타 결함들에 의해 발생할 수도 있다. 충전은 결함에 직접 또는 결합 부근에 주사하거나 또는 결함 부위에 유착하는 페이스트 또는 기질 내로의 봉입에 의해 실시할 수 있다. 골 이식을 위한 이식 부위는 예를 들어 사지, 척추 및 골반이 될 수 있다. 적절한 골 세포 및/또는 세포외 기질을 복원시키는 또 다른 방법은 주사기를 통해 골체에 직접 주사하는 것이다. 대안으로, 벌룬 주사 기법을 이용하거나 또는 골 부위의 절단 및 패칭(patching)이 이용될 수 있다. 주사, 착상, 쓰레딩(threading) 및 직접 이식에 의한 착상, 적절한 소낭을 병용한 직접 이식을 비롯한 방법을 이용할 수 있다. 골 부위로의 반복 직접 주사 등의 반복 치료법도 이용할 수 있다. 다른 이식법도 이용할 수 있다.
예를 들어, 골 이식편에 골원성 세포를 이용할 수 있다. 이러한 치료법은 급성 장골 골절, 골 트라우마 결함, 골 구조의 안정성에 의존하지 않는 공동 및 간극에 대해 지시될 수 있다.
골다공증, 골감소증, 구루병 또는 골연화증의 예방 및 감소를 위한 또 다른 방법은 진피, 피하 및 안면 피부층 유래의 세포로 환자 피부를 증강시키는 것이다. 특히, 연결 조직 세포, 예컨대 섬유아세포(예를 들어, 진피, 근막), 전구 지방 세포 및 피부의 비타민 D 생성을 증가시킬 수 있는 각질 형성 세포는 전술한 경로를 통해 골 형성을 증가시킬 수 있다. 이는 환자의 이식된 피부 부위, 예컨대 손등, 팔뚝, 안면, 다리, 몸통 등을 일광 또는 인공 UV에 노출시켜 수행할 수 있다. 이와 같은 뼈로의 세포의 직접 이식은 또한, 특히, 골절 또는 뼈와 그 구성 성분 및 대사 과정, 골밀도 증강, 골 결함을 예방, 강화 및 치유하는 능력에 이용될 수 있다. 이는, 예를 들어 특히 골다공증(I형 및 II형), 골감소증, 골연화증의 치료를 포함한다. 이러한 방법은 또한 비타민 D가 치료하는 것으로 알려진 다른 조직의 결함에도 이용될 수 있다. 이는 면역력, 근육 강도의 증가, 암 예방 및 치료(예를 들어, 결장, 유방, 난소 암), 건선, 치주 질환, 자가 면역 질환, 예컨대 류마티즘성 관절염, 염증성 장 질환, 다발 경화증, 고혈압 및 심질환의 예방 및 치료를 포함한다.
원인이 무엇이든 간에 골 손실을 예방 및 치료하기 위해 다양한 약리학적 방법이 이용된다. 여기에는 에스트로겐 치환 요법, 비스포스포네이트, 렐릭시펜, 칼시토닌, 불화나트륨, 칼슘 및 비타민 D가 포함된다. 글루코코티코이드 유도 골다공증은 부갑상선 호르몬으로 치료할 수 있다. 이러한 치료법은 골원성 세포의 도입을 이용한 보조 치료법일 수 있다.
골 발생 및 대사에 있어서의 다양한 성장 인자(예를 들어, Bmp-2, -7)가 골 형성, 수복 또는 재형성 과정을 위해 세포 도입과 함께 이용될 수 있다.
골원성 세포는 몇몇 부위로부터 얻을 수 있으며 본원에서의 각종 대사 및 골 결함에 이용될 수 있다. 몇몇 대사 질환 상태의 골 교체에 있어서의 파골 세포 활성과 조골 세포 활성의 불균형은 조골 세포 또는 골 전구 세포를 단독으로 또는 파골 세포 감소 활성제(예컨대 칼시토닌)와 함께 첨가하여 교정할 수 있다. 골원성 세포로는 골 전구 세포(조골 세포 형성으로 이어지는 간엽 줄기 세포), 조골 세포, 골 세포 및 골수 스트로마 유래의 섬유아세포 또는 신체의 다른 부위 유래의 섬유아세포(예를 들어, 진피 섬유아세포)를 포함한다.
치료는 유효량의 배양된 골 세포 및/또는 세포외 기질을 골 조직 또는 골 조직의 결함 부위에 이식하여 실시할 수 있다. 골 세포는 골수 또는 골 생검으로부터와 같이 문헌에 소개된 부위로부터 얻을 수 있다. 예를 들어, 골 전구 세포는 골수 또는 골막 또는 골내막의 골 내막 세포로부터 얻을 수 있다. 조골 세포는 골수 또는 세포간 기질로부터 얻을 수 있다. 골 세포는 골원으로부터 얻을 수 있다. 파골 세포는 골수로부터 얻을 수 있다.
파골 세포 및 파골 세포 전구 세포는 골의 재형성 및/또는 수복이 필요한 곳이 이용될 수 있다. 그 예로는 비정상적 또는 불완전한 골절 유합(예를 들어, 비유합)에 의한 가성 관절증 및/또는 다른 것은 정상인 개체, 골수염에 의해 손상된 골절과, 골감소증, 골연화증 및 신성 골이영양증을 비롯한 골 형성 감소를 특징으로 하는 질환을 가진 환자에서의 임시적 또는 불완전한 가골의 형성이 있다.
BMU의 치환은 파골 세포와 조골 세포의 적절한 동력학적 및 순차적 도입에 의해 골 결함에 대해 행해질 수 있다. 이들 세포가 적절한 골 재형성을 유도하도록 골 부위로 이식하는 것은 이들 세포를 공간적 및 시간적으로 개별적으로 도입하여 행할 수 있다. 대안으로, 이들 세포를 적절한 방식으로 방출하는 매트릭스가 이용될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 매트릭스는 공간적 배치가 상이한 세포 성분들을 보유할 수 있다. 천연 또는 합성 중합체는 전방에 장입되어 먼저 파골 세포를 방출하며, 그 후 후방에 장입된 조골 세포 충전 중합체층에 의해 조골 세포의 차등적 방출이 이루어진다.
이식 전에, 골 세포를 매트릭스에, 예컨대 환자의 응혈, 피브린 화합물, 페이스트, 골 세포 ECM, 다른 연결 조직 ECM 또는 그 구성 성분 단백질에 단독으로 또는 여러 기질 중에서도 특히, 문헌에 기재되어 있거나 당업계에 공지되어 있는 다른 생체물질(생분해성, 비세포, 생체 활성 유리, 중합체), 또는 무기질(인산칼슘), 또는 성장 인자(혈관 내피 세포 및 섬유아세포 성장 인자) 및 세포와 중합체 및 무기질 또는 매트릭스(콜라겐)와의 조합으로 함께 배치할 수 있다. 골 세포만을 이용하는 경우와 같이, 목적은 결함(골다공증, 골감소증, 골연화증 또는 골이영양증) 골에 형태와 기능을 회복시키거나 골(골절)을 치유하는 것이다.
골 세포는 단순, 복합 또는 분쇄 골절의 교정에 이용될 수 있다. 이는 골절 부위로의 반복 주사 및/또는 개방 적용으로 수행할 수 있다. 생존 가능한 증폭된 골 세포를 이용하여 골 결함 부위로의 반복 주사 또는 적용을 통해 척추 골절, 붕괴된 척추체, 골반 골절, 손목 골절 또는 골다공증 또는 골감소증에 의해 발생된 이러한 골 부위에 대한 손상을 교정할 수 있다.
상기 골 세포는 특히 골다공증, 골감소증, 노화, 성 스테로이드 부족, 글루코코티코이드 과잉, 골절, 골 이식편에 기인한 골 결함 및 이상을 치료하는 데 이용될 수 있다. 따라서, 특정 실시형태는 전술한 수단에 의해 만성 골 결함(예를 들어, 골다공증, 골연화증, 골이영양증 또는 임의의 다른 골 대사 결핍) 및 급성 골 결함(골절)을 치료하기 위한 방법 및 장치를 포함한다.
청력 및 귀 결함의 증강 및 수복
귀는 해부학적으로 세 부위, 즉, 외이, 중이 및 내이로 구분된다. 외이는 귀 그 자체 또는 연골 구조인 귓바퀴로부터 시작된다. 외이는 이도와 연속되며, 그 길이는 성인의 경우 약 1 인치이다. 이 영역은 그 외측 절반이 연골질이고 층상의 뼈로 이루어지며, 그 내측 절반은 피부로 덮혀 있고 고막에서 끝난다. 이 피부에는 귀지를 생산하는 특수화된 귀지선 및 피지 분비선이 위치한다. 외이와 내이를 구분하는 귀청 또는 고막은 3층으로 이루어진다. 이것은 고막의 이완부인 상부와 고막의 긴장부인 하부로 나뉜다.
중이는 3개의 소골로 형성된다. 제1 골, 즉, 추골(망치뼈)은 고막에 부착되어 있다. 중이의 소골은 침골(모루골)이고 내골은 등골(등자골)이다. 유스타키오관은 중이와 비인두를 연결한다. 중이는 난원창 또는 원형창에서 끝나고, 이는 중이와 내이를 구분한다.
내이는 청각 기관인 달팽이 껍질과 유사한 구조의 달팽이관을 포함한다. 달팽이관은 액체로 채워져 있고 섬모(모)를 특징으로 하는 특수화된 세포가 층상을 이루고 있다. 이러한 유모 세포는 배발생기의 외배엽으로부터 발생한다. 청각 신경은 달팽이관 내에서 발생하여, 전정 미로로부터 유래되는 전정부(이는 신체의 균형을 위해 신체의 자세 및 회전을 감지함)로 연결되어 VIII 두개 신경 또는 전정 달팽이 신경으로 이어진다. 전정 미로는 유체와 미세한 세포 모양체 감각기를 포함하는 도관과 두 개의 원형 구조체(난원낭 및 구형낭)의 집합체이다.
유스타키오관(귀인두관)은 중이를 콧바닥 평면 바로 위에서 비인두의 측벽에 연결한다. 이것의 총 길이는 약 36 mm이며, 하방, 전방 및 내측의 방향으로 시상단면과 약 45 °의 각을 형성하며, 수평면과 30°∼40 °의 각을 형성한다. 이것에는 기저층에 대해 수직으로 호흡기형의 컬럼형 상피 조직으로 내막이 형성되어 점막을 형성한다. 비인두에 가장 가까운 유스타키온관의 연골부 또는 정중부는 그 길이가 12 mm이다. 중이로부터 연장되는 골질부는 길이가 약 12 mm이다. 직경은 비인두 말단에서 최대이고 연골부와 골질부의 접합부에서 협부로 좁아진다. 유스타키온관의 기능은 비인두로부터 귀로의 통로를 제공하여, 고막 양측 상의 압력을 균등하게 하는 것이다. 외이도의 압력이 중이보다 높아지면 고막이 내측으로 치우친다. 중이의 압력이 외이도에서의 압력보다 높아지만 고막이 외측으로 팽창한다.
난청(청력 상실)
청력은 매우 역동적이고 빠른 과정이다. 귓바퀴는 소리를 모아서 이도로 보내며 여기에서 소리는 음파를 발생시킨다. 그 후, 고막은 빠르게 진동하여 음파를 3개의 뼈로 전달한다. 그 후 상기 뼈는 기계적 충격을 난원창으로 전달한다. 상기 난원창은 스스로 진동하여 달팽이관 내부의 유모 세포의 섬모를 움직이게 한다. 이 과정은 탈분극화를 유발하여 기계적 충격을 전기적 충격으로 전환시키며, 그 후 이것은 청각 신경으로 전달되고 이는 뇌로 전달되어 소리를 통합하고 관련시켜 적절히 반응하게 한다.
소리의 강도는 데시벨(dB)로 측정된다. 속삭임은 약 20 dB이고, 큰 소리의 음악(콘서트 등)은 약 80∼120 dB이며, 제트 엔진은 약 140∼180 dB이다. 일반적으로, 85 dB 이상의 소리는 몇 시간 내에 난청을 유발할 수 있으며, 더 큰 소리는 즉각적인 통증을 유발할 수 있고, 난청은 매우 짧은 시간 내에 발생할 수 있다. 소리의 톤은 초당 사이클수(cycles per second; cps)로 측정된다. 낮은 베이스톤은 약 50∼60 cps의 범위인 한편, 고음의 날카로운 톤은 약 10,000 cps 또는 그 이상의 범위이다. 인체 청력의 정상 범위는 약 16 cps∼16,000 cps이다. 일부 사람들은 약간 더 높은 범위 내에서도 들을 수 있고 동물들은 최대 약 50,000 cps에서 들을 수 있다.
난청의 유형
청력의 경미한 상실, 특히 더 높은 주파수에서의 청력의 경미한 상실은 20세 이후부터는 정상적인 현상이다. 일부 신경 청각 장애(또는 난청)은 55세경에는 5명 중 1명꼴로 나타난다. 이는 대개 점진적으로 진행되며 드물게는 완전한 청력 상실로 이어진다. 난청은 손상된 귀 부위에 따라 3 가지의 상이한 카테고리로 분류된다.
감각 신경성 난청은 "내이" 및/또는 활성 청각 신경 자체가 손상되었을 때 발생한다. 청력 장애가 있는 모든 사람의 약 90%가 이 카테고리에 속하기 때문에, 이것이 가장 흔한 유형의 청각 장애가 된다. 감각 신경성 난청을 흔히 "신경성 청각 장애"라 부른다. 신경성 청각 장애는 그 손상이 일반적으로 청각 신경이 아니라 내이(달팽이관의 유모 세포) 내에서 발생하기 때문에 징후를 발견하기가 쉽지 않다. 감각 신경성 난청의 흔한 원인은 노화 및 심한 소음에의 노출이다.
전음성 난청은 "외이" 또는 "중이"가 적절히 기능을 하지 못할 때 발생한다. 소리가 "차단"되기 때문에 내이로 항상 전달되는 것이 아니다. 전음성 난청은 대개 의약 또는 수술로 치료가 가능하다. 전음성 난청의 가장 흔한 원인은 중이에 물이 차는 것 또는 이도가 귀지로 막히는 것이다. 소아의 경우 감각 신경성 난청보다 전음성 난청에 걸릴 가능성이 더 크다.
혼합성 난청은 상기한 2종류의 난청의 단순한 조합니다. 이러한 난청은, 영구적인 감음성 난청이 나타난 다음 일시적인 전음성 난청이 형성되는 경우에 발생한다.
노화 관련 난청(노인성 난청)은 일련의 진행성 사건을 포함한다. 예를 들어, 고주파수 소리, 예컨대 언어로 시작할 수 있다. 이것은 유전적 인자, 각종 건강 상태 및 일부 의약(아스피린 및 특정 항생제)의 부작용으로 생길 수 있다. 노인성 난청은 심장 질환, 고혈압, 혈관 병태, 예컨대 당뇨병에 의해 유발되는 병태, 또는 기타 순환계 문제로 인해 귀로 공급되는 혈액량 변화로 유발될 수 있다. 소음성 외상과 같이 특정 원인이 있는지 확인되지 않았지만, 유전적 소인이 있을 것으로 보인다. 노화 관련 난청은 일가족에서 나타나는 경향이 있다. 이 장애는 65∼75세의 연령에서 약 25%로, 75세 이상의 연령에서 50%로 발생한다.
노인성 난청과 관련된 청력 상실은 일반적으로 고음 소리에 대해 더욱 심하다. 노인성 난청의 원인은 여러가지가 있다. 가장 일반적으로는, 사람의 나이가 많아짐에 따라 그의 내이에 변화가 생겨 발생하는데, 와우각의 기저부에서 유모 세포가 상실된다. 노인성 난청은 중이의 변화 또는 뇌로 유도되는 신경 경로를 따르는 복합 변화로도 생길 수 있다. 노인성 난청은 가장 흔하게는 양쪽 귀에서 생겨서, 비슷하게 영향을 미친다. 청력 상실 과정이 점차적이기 때문에, 노인성 난청을 앓는 사람들은 청력이 나빠지고 있다는 것을 인식하지 못할 수 있다.
감응성 난청은 일반적으로 종래 치료법을 이용하여 의약적으로 또는 수술적으로 치료할 수 없다. 일반적으로 이비인후과 의사는 청력 문제가 있는 개인을 평가하여 진단을 내리고 그 문제의 원인이 될 수 있는 관련 전신 장애를 제외시킨다. 청각전문가는 청력을 측정하여 난청 유형을 확인하는 전문가이다. 청각전문가는 완전한 청력 평가를 실시하여 보청기가 유용할 수 있는지를 결정한다. 개인은 보청기가 청취 상황을 어떻게 향상시킬 수 있는지에 관해 조언을 듣는다. 그 다음 청각전문가는 적당한 보청기를 찾는 테스트를 실시하여, 언어의 이해와 청력을 최대화하는 것을 선택한다. 난청이 있는 대부분의 나이가 많은 성인들은 보청기를 사용하면 유리할 수 있지만, 유리한 정도는 난청의 종류나 정도에 따라서 달라질 수 있다.
본 발명의 일부 구체예는 유모 세포 상실에 의해 유발되는 감응성 난청을 치료하기 위한 하기 방법을 포함한다. 예를 들어, 상실된 유모 세포를 시험관내 배양된 유모 세포 또는 유모 전구 세포로 대체할 수 있다. 자가 또는 비자가 유모 세포를 사용할 수 있다. 유모 세포는 공여자로부터 얻거나, 또는 환자로부터 구해 시험관 내에서 배양하여, 세포의 수를 늘리고 이를 환자에게 도입한다. 도입은, 예를 들어 유상 돌기 및 와우각을 이용하여 실현할 수 있다. 귀 구조물로부터 얻은 세포형, 예컨대 와우악 또는 동일한 세포형이나 전구 세포를 포함하는 다른 조직으로부터 얻은 세포형을 회수하여, 증식시킨 후 재이식할 수 있다. 추가의 전구 세포 또는 줄기 세포를 단독으로 또는 비교적 많이 분화된 세포와 함께 이식할 수 있다. 이어서, 전구체 또는 줄기 세포를 분화시켜 청각 장애를 해소할 전문 세포를 형성한다. 이 세포를, 본원에 개시된 단백질, 인자 및 보충 물질의 존재 또는 부재 하에 도입할 수 있다. 다른 난청 원인에 대해서는 적당한 세포형을 사용할 수 있다.
귀의 감염증
유스타키오관은 중이를 비인두의 측벽에 연결하여 중이와 외이도 사이의 대기압 평형을 이루는 관형 구조물이다. 유스타키오관의 정상 개방성으로 또한 중이의 환기도 가능해진다. 이러한 기능은 온전한 전음성 청력을 유지하는데 중요하다. 어린이에게 가장 일반적인 감염 질환은 중이염이다. 중이염은 2가지 양상으로 발생한다: 급성 중이염(AOM) 및 삼출성 중이염/만성 중이염(OME)이다. OME는 유년 시절의 가장 일반적인 만성 질환이다. 6세 이하의 어린이에게는 더욱 빈번하게 생기며, 발병률은 연령에 따라 감소한다. 중이 삼출물은 점액섬모수송계가 교란되거나 또는 배출 통로가 차단된 경우에 생긴다. 점액섬모수송계는, 분비성의 변화 또는 섬모 기능의 장애(예, 낭성 섬유증 어린이에서)로 인해 변화될 수 있다. 배출 경로는 유스타키오관의 폐색 또는 생리적 기능 장애에 의해 영향을 받을 수 있다. 몇몇 인자가 어린이들이 OME에 걸리게 하는데, 가장 우세한 인자는 관 개방성을 손상시키는 유스타키오관의 수평 위치 및 이완성 연골 지지이다. 얼마 후에 중이 귀청에 축적된 체액이 오염된다. 가장 일반적으로 고막의 천공을 통한 고막 배액이 필요하다. 그렇지 않으면 귀의 소형 뼈 괴사가 일어나서 흔히 회복되지 않는 전음성 난청을 유발할 수 있다. 다른 바람직하지 않은 OME 합병증은 후천적 진주종 또는 편평 상피의 중이 침입 발생이다. OME의 전형적인 치료법은 광범위 항생제(전신 및 국소) 사용을 포함하며, 폐색 문제에 영향을 줄 수 있는 다른 원인들(예컨대, 알러지, 부비동염, 상부 호흡기 감염, 선천적 안면 이상, 아데노이드구개편도 비대증)을 신중하게 확인하여 치료하는 것을 포함한다. 만성 OME 또는 반복적 에피소드는 항생제와 함께 더욱 과격한 치료법을 필요로 한다. 이들 치료법은 등압관(PET) 또는 환기관을, 중이로부터 이도로 배액하기 위해 고막 내에 만들어진 구멍(고막절개술)을 통해 삽입하는 외과적 배치를 포함한다. 이들 관을 수주 내지 수개월 동안 제자리에 두고, 지속적으로 감시하고 자주 관리해야 한다. 종종 이들 관이 폐색되거나, 밀어내지거나 또는 이동하여, 외과적 처치로 재시술해야 할 필요가 생길 수 있다. 치료가 완료되면, (중이로 관을 삽입하는데 사용된) 고막 내의 구멍을 외과적 고막성형술로 폐쇄해야 한다. 환기관의 장기간 사용으로 인한 합병증은 드문 일이 아니며, 후천성 진주종, 중이의 구조 변화, 고막의 재발성 천공과 유스타키오관 및 이것과 이도 사이의 기압 조절에 대한 추가 손상을 포함한다.
유스타키오관의 비정상 개방성은 성인에서 심각한 중이염 증상과 비슷할 수 있다. 이것은, 유스타키오관 개구 주변의 조직 상실이 있을 때 생긴다. 가장 일반적인 원인은 최근의 심각한 체중 감량이다. 비인두 수술(종양) 및 외상(압력 손상)도 원인이 될 수 있다. 증상은 귀의 자가강청 및 충만감으로서, 환자가 누우면 완화된다. 환자는 자신의 호흡 소리를 들을 수 있고, 관을 따르는 공기의 자유 교환에 의해 힘들어진다. 유스타키오관 개구 전벽으로 폴리테트라플루오로에틸렌 페이스트를 주사하는 것과 같이, 관의 개구 주변의 분비선 비대증을 유발하는 용액의 주입은 일반적으로 일시적인 증상 치유법이 되지만, 결국 재발한다.
본원의 일부 구체예는 유스타키오관의 개방성 및 기능성의 비정상, 예컨대 만성 중이 감염(중이염) 및 기타 장애를 유발할 수 있는 결함의 치료에 관한 것이다. 세포, 예를 들어 자가 세포를 사용하여 유스타키오관 또는 그 부근의 조직의 비대화 또는 확대에 의해 유스타키오관을 복원하거나 개조할 수 있다. 예를 들어, 피부로부터의 섬유아세포, 다른 조직으로부터의 섬유아세포 또는 귀 구조물 조직으로부터의 세포형을 사용할 수 있다. 세포를 환자에게 주사하거나 또는 도입할 수 있다. 따라서, 본 발명의 각종 구체예는 세포의 입수, 배양 및 환자로의 도입에 대해 본원에 개시된 기법을 사용하여 환자에게 세포를 도입하여 결함을 치료하는 것을 포함한다. 본원에 개시된 단백질, 인자 및 보충 물질의 존재 또는 부재 하에 세포를 도입할 수 있다. 자가 세포, 동종 세포 또는 이종 세포를 사용할 수 있다. 세포는 줄기 세포, 각종 분화 세포 및 이의 전구세포를 포함한다. 도입 부위는 본원에 개시된 바와 같이, 결함 부위 또는 그 부근이거나, 또는 결함 부위로부터 먼 부위일 수 있다.
일부 치료법은 유스타키오관의 연골부를 따라 기저층으로 세포를 주사하여 전체 구조물을 보강하는 것을 포함할 수 있으며, 이것은 OME 어린이를 치료하는 바람직한 적용법일 수 있다. 관의 개구를 크게하기 위해서 유스타키오관 연골부의 개구 주변의 기저층으로 세포를 주사하는 것은, 비정상 개방성 관의 성인을 치료하기 위해 본 발명을 적용한 바람직한 방식이다. 대안적으로, 연골 세포를 연골부로 주입할 수 있다. 별법은 생체 내에서 발견되는 것과 유사한 입체 "조직 유사" 구조물을 형성하도록 하는 방식으로 배양된 세포로부터 유도된 "가닥"을 수술적으로 생착시키는 것이다. 또한, 배양된 세포로부터 생산된 세포외 기질을 단독으로 또는 세포와 함께 주사하여 이용할 수 있다.
균형 조건
현기증, 어지럼증 및 동요병은 균형감의 비정상 상태이다. 이들 장애는 내이 안의 미로 변화에 원인이 있다. 본 발명의 구체예는 미세한 모양 센서를 포함하는 세포의 확대, 주입, 대체 또는 이전이다.
안구 결함 및 시력 이상의 보강 및 복원술
안구의 해부학적 구조 및 기능
안구는 전면이 약간 불룩한 둥근 공과 같은 모양을 하고 있다. 안구는 3개의 주요층을 보유한다. 이들 층은 각각 서로에 대해 편평하며 안구를 형성한다. 안구의 발생은 신경외배엽, 표면 외배엽, 및 중배엽으로부터 유래한다. 신경외배엽은 뇌로 발생되고 전뇌생성물은 안구 소포줄기, 소포 및 이중층 안배로 발생된다. 내층은 신경망막으로, 외층은 망막, 홍채 및 모양체 색소 상피와 동공의 확장근 및 괄약근으로 발생된다. 표면 외배엽은 분리되어 수정체로 발생되는 수정체 소포를 형성한다. 인접 표면 외배엽은 각막 상피와 눈꺼풀 내막으로 발생된다. 중배엽은 공막 및 각막의 기질과 맥락막, 홍채 및 모양체의 기질을 포함하는 포도막으로 발생된다.
안구의 외층은 공막(안구의 백색부)이라 불리는 질긴 섬유상의 백색 불투명 막이다. 공막은 3층의 주로 콜라겐과 탄성 섬유를 포함하는 세포외 기질을 생성하는 섬유아세포의 피막이다. 최외층은 성긴 결합 조직이며, 안와와 접하고 있다. 중간층은 테논낭에 부착된 외안근의 테논 및 콜라겐 섬유의 조밀한 망인 공막 고유질(테논낭)이다. 내층은 맥락막에 인접하고 콜라겐과 탄성 섬유로 이루어진 갈색판으로서 색소 세포를 포함한다.
안구 전면에 있는 공막의 약간 앞쪽 볼록부는 각막이라고 하는 투명하고, 얇은 돔형 조직이다. 각막의 외면은 두꺼운 기저막, 보우만막, 콜라겐층에 존재하는 얇은 비각질중층 편평 상피 및 전체에 걸쳐 대부분의 두께가 5∼6 층의 상피로 된 입방형의 상피 세포이다. 상피층은 감각 신경이 차지하고 있고 교체 주기가 7일인 세포와 고도의 재생 능력을 가진다. 고유질이라고도 하는 기질은 약 1 mm 두께이며 무형질 세포외 기질에 박힌 콜라겐 섬유 내에 섬유아세포 및 아근섬유세포를 포함한다. 각막의 내면은, 고유질과 각막 내피 사이에 위치하며, 저 입방형 각막 내피 세포의 단일층을 포함하는, 두꺼운 기저막인 데스메막(콜라겐 VIII형 섬유로 이루어짐)에 의해 경계지워진다. 각막의 투명성은 조직 성분의 조절성에 기인하는 것으로서, 빛의 산란을 최소화한다. 피부 진피 또는 공막 내 콜라겐의 불규칙 배열과 달리, 기질의 콜라겐 섬유는 각 층 내의 평행 섬유와 함께 균일한 층으로 배열된다. 따라서, 각막은 눈물층 바로 아래에서 3 레벨의 상피, 즉 중층 표면 상피, 각막 신경을 포함하는 익세포층 및 유사분열 활성 기저막으로 이루어진다. 상피 아래에는 보우만막(관통상을 예방하기 위한 구조물), ~250 층상 시트 기질, 데스메막 및 내피가 있다. 안구의 전방 성분, 특히 각막은, 혈관이 있다고 해도 거의 존재하지 않기 때문에 일부 면역특권을 보유할 수 있다.
안구의 중간층은 맥락막이다. 맥락막은 섬유아세포, 백혈구 및 일부 멜라닌세포를 포함한다. 맥락막 앞은 안구 근육(모양근)을 포함하고 안구의 둥글고 착색된 부분은 홍채라고 한다. 홍채의 후방 표면은 2층의 색소 원주 상피로 이루어진다. 전방측은 멜라닌세포로 이루어진 혈관 결합 조직을 포함하며, 멜라닌 세포의 수가 눈의 색을 결정한다(청색은 거의 없고 갈색은 많다). 홍채의 중심에는 동공이라고 하는 원형 구멍 또는 개구가 있다. 동공은 괄약근으로 작용하는 불수의 민무늬근의 섬유로 둘러싸여있다. 동공 확장근은 혈관형성이 잘 되어 있는 성긴 결합 조직에 의해 잔존하는 홍채 기질에 위치한다. 맥락막은 망막 아래에 있어 망막에 필수 영양소를 공급한다. 수정체 외부 가장자리에서 망막의 전방 확장부인 거상연으로부터 유도된 이중 상피층의 모양 돌기 중심의 일부로서 맥락막이 변형되어 있다. 안방수는 모양 상피세포에 의해 분비되어, 각막과 수정체 사이의 전방과 후방으로 들어가서, 각막과 수정체에 영양분을 공급한다. 홍채 주변과 각막 뒤의 영역을 보호하며, 이것이 발휘하는 압력이 안구 형상을 결정하는데 도움을 준다. 이 체액은 연속적으로 슈렘관에 의해 배액되어 홍채각막각에서 정맥으로 유입된다. 부적절한 배액은 안압(IOP)을 높이고, 망막과 시신경을 손상시킬 수 있다. 모양체의 민무늬근은 모양 돌기의 측면에 있다. 모양체와 모양 돌기는 지지를 위해서 탄성형 모양 소대를 수정체로 연장시킨다. 모양체는 수정체 근처의 맥락막 기질의 확장물이다. 모양체 기질은 2종 층, 즉 기저 세포가 멜라닌세포로 착색된 원주세포 2층을 갖춘 혈관성 성긴 결합 조직 층과 모양근(민무늬근 2 다발) 층을 포함한다. 원근조절(accommodation)이라고 하는, 굴절 변화와 이에 따른 근거리 사물 및 원거리 사물에 대한 초점 변화는 수정체 형상을 변화시켜 이루어진다. 원거리 시력에서는 모양체의 환상근이 이완하여, 모양 소대를 신장시켜 수정체를 편평하게 한다. 근거리 시력에서는 환상근이 수축하여, 모양 소대를 이완시켜 수정체의 곡률을 증가시킨다.
안구의 내층은 망막으로 이루어지는데, 이것은 안구의 뒤쪽 2/3을 차지한다. 망막은 2 층, 즉 시각 정보를 처리하여 이를 뇌로 보내는 신경 세포의 몇몇 층을 포함하는 감각 (신경) 망막과, 안구의 벽(맥락막)과 감각 망막 사이에 위치하는 망막 색소 상피(RPE)로 이루어진다. 이 색소 상피는 색소 과립과 함께 로딩된 육각형 상피 세포의 단일 층으로 이루어지며, 혈류와 망막 사이의 장벽 부분으로서 작용한다. 이것은 광수용기의 생존에 중요하다. 신경 망막은 광수용기(간상세포 및 원추세포)를 포함한다.
간상세포는 흑색, 백색, 회색 음영 및 형상을 감지한다. 원추세포는 색상을 감지하고 더욱 상세하게 볼 수 있도록 하며 잘 작동하기 위해서 간상세포보다 더욱 많은 빛을 필요로 한다. 원추세포에는 3 종류가 있다: 적색, 녹색 및 청색. 안구에는 약 1억 2천만 간상세포와 7백만 원추세포가 있다. 쌍극 세포 및 신경절 세포는 함께 간상세포 및 원추세포로부터 뇌로의 전달 경로를 형성한다. 개재뉴런의 복합 배열은 쌍극 세포 및 신경절 세포와 시냅스를 형성하여 그 활성을 변화시킨다. 신경절 세포는 활동전위을 생성하여 시신경을 따라 이를 뇌로 다시 전달한다. 후각, 미각 또는 청각과는 달리, 간상세포 및 원추세포의 시각적 자극과 활동전위 사이의 직접적인 연관성은 없다.
모든 척추동물의 망막은 수직단면에 의해 현미경으로 검사하면 3층의 신경세포체와 2층의 시냅스로 이루어져 있다. 내층보다 더욱 얇은 외핵층은 조밀한 원섬유망 상부에 간상세포 및 원추세포의 세포체를 포함한다. 내핵층은 다수의 치밀하게 팩킹된 세포로 이루어지는데, 주로 3가지 다른 종류가 있다. 쌍극 시세포는 가장 그 수가 많고, 크며, 탄원형이다. 수평 세포는 내층의 최외부에 위치한다. 아마크린 세포는 층의 최내부에 위치한다. 신경절 세포층은 신경절 세포의 세포체와 몇몇 전위 아마크린 세포를 포함한다. 이들 신경 세포층을 2 신경모로 나누면, 여기서 시냅스 접촉이 일어난다. 시신경은 신경절 세포로 이루어진 약 120만 신경 섬유를 포함한다.
따라서, 망막은 혈관형성된 세포층과, 밖으로부터 안으로 4개의 세포층, 망막 색소 상피(맥락막의 브루흐막 위에 존재), 감광층(간상세포 및 원추세포 포함), 쌍극 세포의 중간층과 신경절 세포의 내부층을 포함한다. 간상세포 및 원추세포의 내부 세그먼트는 쌍극 세포와 시냅스를 형성한다. 쌍극 세포는 신경절 세포와 시냅스를 형성한다. 망막의 추가 세포는 광수용기 세포(통합 기능)를 연결하는 수평 세포, 신경절 세포와 접촉하는 아마크린 세포(전도 세포) 및 망막 전반을 점유하고 초자체액에 인접한 기저막을 형성하는 뮬러 세포(지지 기능)를 포함한다. 중심와는 쌍극 세포 및 신경절 세포로 이루어지고 원추세포가 없는 망막 내 얇은 함몰부이다. 시신경 유두는 감광성 세포를 포함하지 않으며 안구로부터의 시신경 출구에 위치한다.
안구 내부는 방이라고 불리우는 3개의 구간으로 나누어져 있다. 전방은 각막과 홍채 사이의 안구 전면부이다. 홍채는 동공을 열고 닫아서 안구로 들어오는 빛의 양을 조절한다. 홍채는 동공 크기를 변화시키는 특별한 근육을 사용한다. 이들 근육은 동공을 더 크게(확장)하거나 또는 더 작게(수축)하여 안구로 들어오는 빛이 양을 조절할 수 있다. 후방은 홍채와 수정체 사이에 위치한다. 수정체는 홍채의 뒤에 위치하며 일반적으로 투명하다. 빛은 동공을 통과하여 수정체를 지나간다. 수정체는 안구의 내벽으로부터 연장된 작은 조직 가닥 또는 섬유(모양 소대)에 의해 제자리에 유지된다. 수정체는 매우 탄력적이다. 수정체에 부착된 작은 근육은 그 형상을 변화시켜 다양한 거리에서 사물에 눈의 초점을 맞출 수 있도록 한다. 이들 근육을 조이거나(수축) 또는 이완시키면 수정체 형상이 변하여, 근거리 또는 원거리 사물에 눈의 초점을 맞출 수 있다(원근조절). 초자체방은 수정체와 안구의 뒷쪽 사이에 위치한다. 초자체방 내벽의 뒤쪽 2/3에는 빛을 신경 충격으로 전환시키는 수백만개의 고도의 감광성 신경 세포로 덮인 특수 세포층(망막)이 있다. 망막내 신경 섬유는 합쳐져 시신경을 형성하여, 뇌로 유도한다. 신경 충격은 시신경을 통해 뇌로 전달된다. 안구 뒤의 망막 중심 부근의 황반은 사람 앞에 있는 것에 초점을 맞추기 위한 뚜렷하고 상세한 중심 시력을 제공한다. 나머지 망막은 측면 (주변) 시력을 제공하여, 미세한 세부는 아니지만 형상을 볼 수 있게 한다. 혈관(망막 동맥 및 정맥)은 시신경을 따라 이동하며, 안구의 뒤를 통해 출입한다.
체액은 안구 내부의 대부분을 채운다. 수정체 앞의 방(전방 및 후방)은 안방수라고 하는 투명하고 물과 같은 체액으로 채워진다. 수정체 뒤의 넓은 공간(초자체방)은 초자체액 또는 초자체겔이라고 하는 진하고 겔과 같은 체액을 포함한다. 이들 2 종류의 체액은 안구의 내부를 압박하여 안구가 그 형상을 유지하는 것을 보조한다. 초자체는 수정체와 망막을 제자리에 유지한다. 초자체방액은 99%가 물이며 나머지 1%는 대개 콜라겐, 비트로신 및 히알루론산으로 이루어진다. 초자체방은 눈알의 80%를 차지하거나 또는 체액 약 4 ㎖를 포함한다. 체액은 조기 배아 단계에서 신경 망막에 의해 만들어지는 것으로 보이지만, 나중 발생 단계에서 초자체 내의 세포, 예컨대 초자체세포(hyalocyte)가 체액을 합성한다. 초자체액은 투명하고 무혈관성이다. 내경계막이라고 하는 세포층은 망막의 내면과 초자체를 분리하여, 초자체하 공간인 잠재적 공간을 형성한다.
안구는 카메라와 같다. 빛이 안구 앞에 있는 각막과 동공을 통과하면, 수정체에 의해 안구의 뒤에 있는 망막 상에 초점이 맞추어진다. 각막과 수정체는 빛을 굴절시켜 안구 뒤쪽 방에 있는 투명한 물질(초자체겔)을 통과시키고 망막으로 투사한다. 망막은 빛을 전기 충격으로 전환시킨다. 시신경은 이들 전기 충격을 뇌로 전달하는데, 뇌는 이들을 볼 수 있는 시각 이미지로 전환한다.
시력 이상
굴절 문제
근시(근시안)는 불선명한 시력의 일반적인 원인이다. 근시인 사람의 원거리 시력은 흐릿하고 초점이 맞지 않아서 멀리서 사물을 보기는 어렵지만 가까이서는 쉽게 볼 수 있다. 대부분의 근시는 안구 길이가 너무 길어져 둥근 모양보다는 타원형(계란형)이 되는 안구 길이의 자연적 변화로 생긴다. 변화 영향은 망막 앞쪽에 눈 초점이 맞춰지도록 빛이 들어가게 되는 굴절 오류이다. 그 결과, 근시인은 원거리 사물을 보기 어려워진다. 정상 시력을 가진 눈에서는, 빛이 망막 상에 직접 초점을 맞춘다. 덜 빈번하게는, 근시는 바라보고 있는 것에 초점을 맞추는 각막 및 수정체의 능력 변화에 의해 유발될 수도 있다. 대부분의 경우의 근시는 정상으로부터의 변화로 생각하며, 질병으로 간주하지는 않는다. 근시의 일반적인 형태를 생리적 근시라고 한다. 근시의 드문 형태는 병리학적 근시(성인이 된 후에도 안구가 계속 성장하는 희귀한 증상) 및 2차 근시(또 다른 의학적 병태의 결과로서 생기는 근시 발생)를 포함한다. 근시는 약간 내지 중간 근시(6 디옵터 미만) 또는 고도 근시(6 디옵터 이상)로 분류된다. 안경 또는 콘택트 렌즈는 근시를 교정하는 데 도움을 줄 수 있다. 일부 근시인은 각막의 형상을 변화시켜 근시를 줄일 수 있는 굴절술을 선택할 수 있다. 하기에 개시된 바와 같이 근시를 치료할 수 있으며, 하기의 심층 공막절제술을 실시할 수 있다.
원시(원시안)는 멀리 있는 사물을 보는 시력(원거리 시력)은 양호하지만 눈에 가까이 위치한 사물을 보기가 곤란한 증상이다. 대부분의 경우, 원시는 앞에서부터 뒤로 측정시 비정상적으로 짧은 안구에 의해 생기는 유전 증상이다. 이러한 상황은 각막과 망막 사이의 거리를 단축시킨다. 그 결과, 상이 망막 자체보다는 망막의 뒤에 초점을 맞추는 경향이 생긴다. 때로는, 눈이 원근조절이라고 하는 과정을 통해 초점 문제를 부분적으로 또는 전체적으로 보상할 수 있다.
원근조절은 모양근의 작용에 의해 일어난다. 모양근은 섬유로 조직화되는 민무늬근 세포로 이루어진다. 이들 섬유는 동공 바로 뒤의 안구의 앞부분의 외면을 감싸는 환상 밴드를 형성한다. 모양근은 3 방향, 즉 환상, 방사상 및 자오선 방향으로 작용하는 2세트의 근섬유로 이루어진다. 모양근이 수축하면 수정체의 형상이 바뀌어 바라본 사물에 초점이 맞추어진다. 안경이나 콘택트렌즈는 원시 교정을 보조할 수 있다. 수술법이 이용가능하지만, 널리 보급되어 있지는 않다.
노안은 가까운 사물이 흐릿하게 보이게 되는 수정체의 일반적인 노화 현상인 굴절 관련 문제이다. 40세가 지나면, 수정체가 딱딱해지고 탄력이 적어져서 형상을 변화시켜 가까이에 있는 사물을 선명하게 보기가 덜 용이해진다. 정상 수정체는 사물에 적절히 초점을 맞추도록 형상을 변화시킨다. 모양근이 수축하여 수정체를 두껍게 함으로써 사물에 초점을 맞춘다. 그 결과 원근조절 과정이 더욱 어려워져서, 사물을 가까이서 보기가 힘들어진다. "돋보기" 안경이 규정 치료법이다.
난시는 시력을 흐릿하게 한다. 난시는 일반적으로 선천적이다. 굴절 오류는 각막의 고르지 않은 곡률에 기인하는 것이다. 정상 각막은 대칭적으로 만곡된 반면에 난시성 각막은 왜곡된 시야를 생성하는 더 가파르거나 또는 더 평평한 영역을 가진다. 안경이 표준 치료법이다.
혈당 농도의 장기간 증가는 수정체의 대사 변화를 유발하여 그 형상을 변화시킬 수 있으며, 그 결과 굴절 오류가 생길 수 있다. 통상적으로, 이것은 진성 당뇨병으로 생긴다.
굴절 강도는 디옵터로 측정한다. 각막은 43 디옵터를 제공하며 안구의 1차 굴절 성분이다. 수정체는 그 원근조절에 따라서 17∼25 디옵터를 제공한다. 따라서, 각막은 대개 안구로 들어가는 빛의 2/3의 초점을 모으는 반면에, 수정체는 1/3의 초점을 모은다.
바람직한 구체예에서, 빛의 굴절에 영향을 주는 배양 세포 유형을 포함하는 안구 구조물을 사용하여 시력을 회복하거나 개선시킬 수 있다. 1차 구조물은 각막, 수정체, 모양근, 초자체방, 공막 및 안구를 포함한다.
환자에게 적절한 세포를 도입하기 위한 각종 재료 및 방법이 본 명세서에 개시되어 있다. 일부 구체예에서, 이들 방법을, 예를 들어 민무늬근 세포를 예컨대 모양근으로부터 얻고, 이를 안구 근육 조직의 향상을 위해 필요한 대로 안구의 해부학적 조직내로 도입하여 근시, 원시 또는 노안을 위해 사용할 수 있다. 에를 들어, 민무늬근 세포를 모양근 또는 섬유 영역에 이식할 수 있다. 다른 조직 또는 근육 세포로부터 얻은 민무늬근 세포도 역시 사용할 수 있다. 노안을 위한 대안적인 방법에 있어서, 수정체 세포를 도입하여 굴절 오류를 복원할 수 있다. 수정체는, 예를 들어 환자, 가족 구성원 또는 다른 공여자로부터 얻을 수 있으며, 이를 본원에 개시된 바와 같이 증식 및 이식한다. 난시에 있어서, 각막 섬유아세포를 각막으로 이식하여 굴절 오류를 교정할 수 있으며, 이 때 각막 세포는 본원에 개시된 바와 같이 얻어서 도입한다. 바람직한 구체예에서, 눈의 원근조절 구조물, 주로 각막, 수정체 및 모양근의 교정을 실시하여 이들 구조물의 세포 유형으로 각종 원근조절 결함, 근시, 노안, 원시 및 난시를 교정할 수 있다. 바람직한 구체예에서, 원근조절에 대한 각막의 기여는 각막 섬유아세포의 이식에 의해 수행한다. 다른 조직으로부터 얻은 유사한 세포 유형을 각종 안구 구조물로부터 얻은 세포 유형 대신에 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 각종 구체예는, 세포를 얻고, 배양하고, 이를 환자에게 도입하기 위해 본원에 개시된 방법을 사용하여, 세포를 환자에게 도입하여 결함을 치료하는 것을 포함한다. 세포는 본원에 개시된 단백질, 인자 및 보충 물질의 존재 또는 부재 하에 도입할 수 있다. 자가 세포, 동종 세포 또는 이종 세포를 사용할 수 있다. 세포는 줄기 세포, 각종 분화 세포 및 이의 전구세포를 포함한다. 도입 부위는 본원에 개시된 바와 같이, 결함 부위 또는 그 부근이거나, 또는 결함 부위로부터 먼 부위일 수 있다.
각막 이상
각막 찰과상 또는 각막 열상이나 각막염으로 인한 손상도, 적절하다면 단백질, 인자 및 기질 물질의 사용을 포함하는 세포를 얻고, 배양하고 이를 환자에게 도입하기 위해 본원에 개시된 기법을 사용하여 치료할 수 있다. 사고 또는 질병으로 인해 안구 구조물에 반흔 및 궤양이 생길 수 있다. 치료하고자 하는 구조물과 동일한 조직 또는 유사한 조직으로부터 취한 자연 세포를 사용하여 궤양 또는 반흔을 복원할 수 있다. 예를 들어, 각막에서는 각막으로부터 얻은 섬유아세포를 사용할 수 있다. 다른 안구 구조물(예, 공막 섬유아세포)에서는, 치료 조직과 유사한 섬유아세포 또는 다른 세포 유형뿐 아니라, 다른 안구 구조물의 반흔 및 궤양을 고치기 위해서 다른 조직 유형으로부터 얻은 섬유아세포도 사용할 수 있다. 각막을 각막 세포 유형 또는 공막 세포 유형으로 복원 또는 교체할 수 있다. 따라서, 본 발명의 각종 구체예는, 세포를 얻고, 배양하고, 이를 환자에게 도입하기 위해 본원에 개시된 기법을 사용하여, 세포를 환자에게 도입하여 결함을 치료하는 것을 포함한다. 세포는 본원에 개시된 단백질, 인자 및 보충 물질의 존재 또는 부재 하에 도입할 수 있다. 자가 세포, 동종 세포 또는 이종 세포를 사용할 수 있다. 세포는 줄기 세포, 각종 분화 세포 및 이의 전구세포를 포함한다. 도입 부위는 본원에 개시된 바와 같이, 결함 부위 또는 그 부근이거나, 또는 결함 부위로부터 먼 부위일 수 있다.
손상시, 각막 섬유아세포는 아근섬유세포로 분화한다. 각막 섬유아세포는 투명한 세포외 기질을 형성하는 반면, 아근섬유세포는 그렇지 않다. 따라서, 각막 이상을 복원하는데 효과적일 수 있는 섬유아세포(예, 각막 섬유아세포)를 사용할 수 있다
상피세포인 각막실질세포(keratocyte)는 또한 각막 상처 치유와 관련되어 있다. 예컨대, 각막 섬유아세포 생성된 인자가 농축된 배지의 사용 또는 공배양으로, 각막 섬유아세포에 의해 생성된 인자에 의해 각막실질세포의 수를 증가시킬 수 있다. 각막실질세포를 사용하여 각막의 상처 치유를 촉진할 수 있다. 각막 섬유아세포와의 공배양은 시험관내 각막실질세포의 증식을 향상시킬 수 있다.
따라서, 이들 방법을 각막 이식의 대안으로서 사용할 수 있다. 상기 개시된 각막 세포 및/또는 세포외 기질을 이식에 사용할 수 있다. 다른 조직 섬유아세포, 예컨대 공막 섬유아세포를 사용할 수 있다.
망막의 황반 변성( MD )
해부학 & 조직학
망막은 내부 안구 안쪽의 신경 조직의 얇은 층이다. 조직학 분야에서는 망막은 층화되어 있으며 뉴런 또는 세포체, 시냅스, 주요 유형의 아교세포, 간상세포 및 원추세포라고 하는 광수용성 세포, 및 최외층의 색소 상피로 이루어진 10층을 가지는 것으로 알려져 있다.
망막의 중심 부분은 안구의 축에 상응하는 망막의 후부 중심에 위치한다. 가장 중요한 시력 지점에서 황반이라고 불리우는 노란색 점이 있다. 망막에는 광수용성 세포, 즉 간상세포 및 원추세포가 매우 많다. 중요한 색상 및 미세한 세부 시력을 가능하게 하는 것들이 황반 내 과녁 중심 구역에서 발견되는 것을 비롯하여, 광수용성 세포가 가장 집중적으로 모여있는 곳이 망막 내이다. 간상세포는 희미한 빛을 수용하는데 반해, 원추세포는 밝은 빛에서 작용하여 색각을 담당한다. 망막 내의 이들 세포로 빛이 떨어지면 전기 신호로 바뀌고, 이 신호를 처리하고 해석하는 뇌 중앙으로 전달된다.
황반 변성(MD)은 망막의 황반 구간 내의 시야 감지 세포의 기능 악화, 기능 상실을 유발하여 결국 죽음에 이르게 하는 질병군에 붙여진 불명확한 조직학적 명칭이다. 그 결과 생생한 중심의 세부 시력은 점점 상실되지만, 주변 시력은 유지된다. 뇌는 영리하게도 기억하여 반점성 황반 세포 손상 또는 기능부전이 있는 경우에도 앞선 사례의 상의 누락 부분을 보상하여 채우기 때문에, 대부분의 사람들은 질병이 꽤 진행되었을 때만 안과의사에게 간다.
성인 황반 변성(AMD)은 전통적으로 55세 이상의 개인에게 영향을 미치는 질병 형태로서 알려져 있다. 그러나, 상당수의 개체가 이들 질병의 원인이 되는 유전적 성분을 가질 수 있다는 것이 최근 발견되었다. 황반 변성이 있을 것으로 추정되는 1200만명 중 매년 120만명이 심각한 중심 시력 상실을 겪을 것이다. 매년 200,000명이 한쪽 또는 양쪽 눈의 중심 시력을 모두 상실할 것이다. 황반 변성의 원인은 알려지지 않았지만, ABCR 유전자가 개체의 황반 변성 발생 가능성을 약 30% 증가시킬 수 있다. 그러나, 대부분의 황반 질병은 단일 유전자 원인 질병과 비교 비교하여 복합 유전적 구성을 가진다. 대부분의 개체에서 황반 변성은, 조합되어 손상이나 질병을 유발하는 환경적 및 유전적 인자에 기인하는 것 같다.
유년 황반 변성(JMD)은 AMD보다 더 드물게 발생한다. 이는 더 젊은 사람들, 유아 및 어린이에게 생기며, 가족에서 함께 발생한다. JMD는 돌연변이 유전자에 의해 유발되는 유전성이다. 이들 유형의 황반 변성을 총괄적으로 유년 황반 변성(JMD)이라 한다. 상염색체성 우성 또는 열성 방식으로 유전되는 JMD의 주요 유형은 다음과 같다: 슈타트가르트병, 베스트 난황형 황반 이영양증, 도인(Doyen) 벌집형 망막 이영양증, 소르스비(Sorsby) 안저 이영양증, 말라티아 레빈티니스(Malattia levintinese), 노란점 안저 및 상염색체 우성 출혈성 황반 이영양증.
임상 징후
MD는 다른 사람들에게서 다른 증상을 유발할 수 있다. 때로는 한쪽 눈만 시력을 상실하고 다른 눈은 수년 동안 계속 잘 보인다. 이러한 증상은 초기 단계에서는 거의 눈에 띄지 않는다. 그러나, 양쪽 눈이 영향을 받은 경우에는 읽기와 근거리 작업이 곤란해질 수 있다. 양호한 수의 사례에서는 망막 혈관촬영술 및 망막전위도 검사로 진단을 확인한다.
MD에는 2 종류, 즉 건성형과 습성형이 있다. 2종류 모두 황반애 시세포 손상으로 인한 시력 상실을 유발한다. 건성형은 일부 사람들에서 연령 증가와 함께 황반으로 공급되는 혈관이 딱딱해져 파괴되어 생긴다. 생명에 중요한 산소의 안으로의 수송 및 소비한 물질/체액의 밖으로의 수송이 더욱 곤란해져서, 드루젠(drusen)의 원인이되는 분해 물질의 축적을 유발한다. 드루젠이 계속 축적되면, 광수용성 세포가 혈액 공급부로부터 더 멀리 들어올려져서, 생명에 중요한 물질의 망막 황반부로의 수송을 점차 손상시킨다. 이는 망막 중심점(황반/중심와)을 위로 굽어지게 하여 시력의 상실 및 왜곡을 유발한다. 건성형 MD를 가지는 사람의 10%는 계속해서 습성형 질병으로 진행될 것인데, 습성형은 혈관 누출 및 출혈과 관련이 있으며, 가장 심각한 시력 상실을 유발한다. 습성형 MD는 황반 아래의 비정상 혈관의 증식(즉, 맥락막의 신생혈관형성)에 의해 유발된다.
치료
질병을 진단받고 질병 분류가 되면, 환자는 질병을 악화시키는 것으로 알려진, 황반으로의 산소 공급을 추가로 감소시키는 일부 환경적 위험, 예컨대 흡연 또는 고 콜로스테롤 식사를 바꿀 수 있다. 레이저 광응고술은 황반하 신생혈관형성으로부터의 누출을 포함한 황반 변성 형태에 대한 특이적 치료법이다.
망막의 중심부는, 망막의 황반 부위에 시각 감지능을 부여하는 파괴된 황반 신경 세포(예, 광수용성 세포)의 이식으로 회복시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 각종 구체예는, 세포를 얻고, 배양하고, 이를 환자에게 도입하기 위해 본원에 개시된 기법을 사용하여, 세포, 예컨대 망막 색소 상피 세포를 환자에게 도입하여 예컨대 망막 부위에서 결함을 치료하는 것을 포함한다. 이것은 대안 세포 유형으로서 신경 전구 세포의 사용을 포함한다. 세포는 본원에 개시된 단백질, 인자 및 보충 물질의 존재 또는 부재 하에 도입할 수 있다. 자가 세포, 동종 세포 또는 이종 세포를 사용할 수 있다. 세포는 줄기 세포, 각종 분화 세포 및 이의 전구세포를 포함한다. 도입 부위는 본원에 개시된 바와 같이, 결함 부위 또는 그 부근이거나, 또는 결함 부위로부터 먼 부위일 수 있다.
백내장
백내장은 보통 안구의 투명한 결정질 수정체가 흐려지거나 불투명해지는 것이다. 이러한 흐림은 시력 감소를 유발할 수 있으며, 결국 실명하게 될 수 있다.
수정체는 안구 전방의 홍채 및 동공의 뒤에 있다. 수정체는 셀로판 유사 수정체낭에 의해 덮혀있다. 수정체는 보통 투명하며(각막에 이어서, 신체에서 두번째로 가장 투명한 조직임), 타원형이며, 다소 탄력적이다. 수정체의 전면은 투명하고 다각형인 유핵 세포의 단순한 입방형 상피세포를 가진 세포외 낭으로 이루어진다. 이들 상피 세포는 수정체의 균분원을 향해 증식 및 생장하여, 핵은 상실하지만 고 농도의 단백질(결정질)은 유지한다. 새로운 섬유는 서로의 상부에서 층화된 껍질과 같이 배열되어, 일생 동안 생성되는데, 더 오래된 것이 수정체의 중앙에 위치한다. 따라서, 수정체는 배아, 태아 및 생후 세포를 포함하며, 이것이 형성된 모든 세포를 보유한다. 수정체 세포의 기저면은 기저막인 수정체낭에 부착되어 있다. 상피 세포의 기저막은 반투명 결합 조직이다. 모양 소대는 수정체 주변 둘레의 낭에 부착되어 있다. 수정체는 무혈관성이며, 주변의 안방수 및 초자체액으로부터 영양을 공급받는다. 수정체는 약 35% 단백질과 65% 물로 이루어진다. 수용성 결정질(예, β/γ 결정질 서브패밀리) 단백질이 수정체 투명성 및 빛을 굴절시키는 능력을 위해 중요하다. 사람의 연령이 높아짐에 따라서, 수정체 단백질의 퇴행성 변화가 일어난다. 단백질, 수분 함량, 효소 및 다른 화학물질의 변화는 백내장 형성의 일부 원인이 된다.
수정체의 주요 부분은 핵, 피질 및 낭이다. 핵은 수정체의 중심에 있고, 피질은 핵을 둘러싸고 있으며, 낭은 외층이다. 노령자의 백내장은 매우 일반적이어서 노화 과장의 정상적인 부분인 것으로 생각된다. 노화 관련 백내장(노인성 또는 노화 관련 백내장)은 가장 흔히 양쪽 눈에서 발생하며, 각각의 백내장의 진행 속도는 다르다. 백내장이 수정체의 주변에 또는 약간만 있는 경우에는, 시력 변화가 작을 수 있다.
노령이 아닌 사람에게서 발생하는 백내장은 휠씬 덜 일반적이다. 선천적 백내장은 신생아에게서는 매우 드물게 일어난다. 외상성 백내장은 이물질 또는 외상으로 인해 수정체 또는 안구가 손상된 후에 발생할 수 있다. 당뇨병과 같은 전신 질병으로 백내장이 생길 수 있다. 백내장은 안구 내층의 염증(포도막염) 또는 녹내장과 같은 기타 안구 질환으로부터 파생되어 발생할 수도 있다. 그러한 백내장을 합병성 백내장이라고 한다. 중독성 백내장은 화학 독성, 예를 들어 스테로이드 사용으로 생긴다. 백내장은 태양의 자외선(UV)에의 노출로 생길 수도 있다.
임상적 징후
수정체의 불투명성은 수정체의 어떤 부분에서도 생길 수 있다. 이어서, 위치에 따라 백내장을 분류할 수 있다(핵, 피질 또는 후낭하 백내장). 백내장의 농도 및 위치가 영향을 받는 시력량을 결정한다. 백내장이 동공 바로 뒤의 수정체 부분에 형성되는 경우, 시력이 상당히 손상될 수 있다. 수정체의 바깥쪽 연부 또는 측부에 발생한 백내장은 시력 문제를 덜 일으킬 것이다. 52∼64세에서 백내장 가능성은 50%이지만, 70세 이상에서는 70% 이상 영향을 받는다.
수정체의 탄력으로 근거리 및 원거리 사물에 초점을 맞출 수 있게 된다. 그 다음 근육이 수정체의 모양을 변화시킬 수 있다. 이러한 과정을 원근조절 - 수정체가 상에 초점을 맞추어 시야를 깨끗하게 하는데 도움을 주는 것 - 이라 한다. 원거리 사물에 초점을 맞추면 모양근이 이완되기 때문에 수정체가 얇아지고, 근거리 사물에 초점을 맞추면 모양근이 수축하여 모양 소대의 긴장을 이완시키기 때문에 수정체가 두꺼워진다.
백내장의 일반적인 증상은 점차적으로 고통없이 발병하는 흐릿하거나, 엷은 안개같거나 또는 불분명한 시력, 불량한 중심 시력, 빈번한 시력 측정 처방 변화, 색각 변화, 빛(예, 밤에 운전시 접근 차량의 전조등)에 대한 눈부심 증가, "제2 시력(second sight)"인 근거리 시각 향상(더 이상 돋보기가 필요하지 않게 됨) 및 원거리 시력 감소, 태양광선에서의 시력 약화 및 백내장이 진행됨에 따른 동공 내의 유백색부의 존재이다.
백내장은 증상, 시력 검사표를 이용한 시력 검사, 안구 자체 검사로 쉽게 진단할 수 있다. 펜라이트를 동공에 비추면 시각적 증상이 발현되기 전이라도 수정체의 색상 변화 또는 불투명도를 확인할 수 있다. 슬릿 램프라고 하는 현미경 기기를 사용하여 안구 전면, 수정체를 검사하여 백내장의 위치를 결정한다. 다른 진단 테스트를 이용하여 백내장이 존재하는지 또는 환자가 잠재적으로 수술 후에 어느 정도 잘 보게 될 수 있는지를 결정할 수 있다. 이는 눈부심 테스트, 잠재적 시력 테스트 및 콘트라스트 민감도 테스트를 포함한다. 백내장 발병 예방은 UV선으로부터의 보호, 스테로이드 및 기타 약물치료 회피와 식사시 항산화제 사용을 포함한다.
치료
백내장 발생의 초기 단계에서는, 치료를 하지 않거나 또는 안경 시력 처방의 강도를 높인다. 백내장 수술은, 백내장이 일상 생활에 영향을 미칠 정도로 시력을 저해하는 환자에서 선택사항에 불과하지만, 미국에서 가장 빈번하게 시행되는 수술이다. 일반적으로 환자의 90% 이상의 시력이 개선된다. "익은", 즉 성숙 백내장은 수정체가 완전히 불투명해진 때의 백내장이다. 대부분의 백내장은 그 단계에 도달하기 전에 제거된다. 때로는, 의사가 더욱 유의깊게 안구 후면을 조사할 수 있도록 백내장을 제거해야 한다. 이것은 안구에 영향을 줄 수 있는 질병이 있는 환자에서 중요하다. 백내장이 양안에 존재하는 경우에는, 한번에 한눈만 수술해야 한다. 제1 안구가 치유된 후에, 때로는 그 다음 주 정도로 빠른 시일 내에, 제2의 백내장을 제거한다. 최종 안경 처방은 일반적으로 수술 약 4∼6주 후에 실시한다. 환자는 여전히 돋보기가 필요할 것이다. 수술 결정에 있어서는 환자의 전체적인 건강을 고려해야 한다.
혼탁한 수정체는 몇몇 다른 방법을 이용하여 제거할 수 있다. 백내장 낭외 적출술이 가장 일반적이다. 수정체와 낭의 전면부를 제거한다. 낭의 후면은 남겨두어, 안구에 강도를 제공한다. 일반적으로 대체 수정체를 수술시 삽입한다. 안내 수정체(IOL)라고 하는 플라스틱 인공 수정체를 남은 안구의 수정체 후낭에 둔다. 드물게 사용되는 방법으로서, 백내장 낭내 적출술로 수정체와 전체 낭을 제거할 수 있다. 이 방법은 수술 후 망막 박리 및 부종의 위험 증가를 동반한다. 낭내 적출술을 사용한 경우, IOL을 홍채에 고정시킬 수 있다. 수정체유화술은 매우 조금만 절개하는 낭외 적출술의 일종으로서, 치유가 빠르다. 초음파 진동을 수정체에 가하여 매우 작은 조각으로 분해한 다음 흡입을 인용하여 안구로부터 흡인제거한다. 수정체유화술을 실시하여 작은 절개부를 만든 경우에는 접힌 IOL을 사용한다. IOL을 삽입하지 않았다면, 콘택트렌즈 및 백내장 안경(무수정체안(aphakic) 렌즈)을 처방한다.
따라서, 본 발명의 각종 구체예들은, 세포를 얻고, 배양하고, 이를 환자에게 도입하기 위해 본원에 개시된 기법을 사용하여, 세포, 예컨대 모양근 세포, 수정체 세포, 각막 세포 및 섬유아세포를 환자에게 도입하여 결함을 치료하는 것을 포함한다. 세포는 본원에 개시된 단백질, 인자 및 보충 물질의 존재 또는 부재 하에 도입할 수 있다. 자가 세포, 동종 세포 또는 이종 세포를 사용할 수 있다. 세포는 줄기 세포, 각종 분화 세포 및 이의 전구세포를 포함한다. 도입 부위는 본원에 개시된 바와 같이, 결함 부위 또는 그 부근이거나, 또는 결함 부위로부터 먼 부위일 수 있다.
원근조절을 향상시키기 위한 모양근 세포의 이식을 이용하여 백내장의 시력 왜곡을 상쇄할 수 있다. 또한, 세포 이식에 의한 각막의 추가 원근조절을 이용하여 백내장 왜곡을 상쇄할 수 있다. 백내장을 포함하는 수정체로의 수정체 세포의 이식을 이용하여 백내장을 제거하거나 또는 시력을 위해 추가의 수정체 부위를 공급할 수 있다. 섬유아세포를 이용하여 섬유아세포를 백내장 부위로 주사하여 백내장을 제거할 수 있다. 각막 섬유아세포가 바람직하다. 결정질 단백질을 세포 이식물에 첨가할 수 있다. 수정체 상피 세포를 백내장 부위로 이식하여 생체내에서 수정체를 복원할 수 있다. 수정체 제거 후에 시험관 내에서 수정체 세포로 만든 합성 수정체를 이식할 수 있다.
안구 근육 조절
다른 근육들의 당김과 지속적으로 균형을 이루도록 3쌍의 팽팽한 탄력근에 의해 각 안구를 제자리에 유지한다. 상직근은 안구를 후방 및 상방으로 굴리는 작용을 하지만, 하직근에 의해 저지당한다. 동일한 방식으로, 외직근이 측면으로 당기고, 내직근이 코 쪽으로 잡아당기며, 2개의 경사진 근육이 안구를 시계 또는 반시계 방향으로 굴린다. 각 눈의 근육은 함께 작용하여 일제히 눈을 움직인다. 근육의 일정한 긴장으로 인해서, 다른 어떤 신체 운동보다 매우 신속하게, 휠씬 빠르게 안구를 움직일 수 있다. 안구 근육은 함께 작용하여 7 이상의 협독 동작을 수행하여, 안구가 여러가지 다른 종류의 움직이는 사물을 추적할 수 있게 한다. 처음 3가지 동작(진전, 느린 움직임 및 깜박임)은 일정한 반대 근육 긴장의 결과이다. 진전(tremor)은 포인트 이미지의 거의 보이지 않는 떨림을 유발하고, 느린 움직임(drift)은 상이 서서히 중심으로부터 벋어나 움직이도록 한다. 움직임이 실제로 눈에 띄기 전에, 상을 중심으로 가져오는 빠른 깜박임(flick)이 있다. 이들 운동은 상이 망막의 사용하지 않는 부분 위로 지속적으로 이동하여, 그 결과 어떤 지점에서의 수용체가 상으로 과적되지 않아 효과적인 시력이 유지되도록 한다. 원활 추적 운동을 이용하여 고속으로, 예를 들어 독서시 단어별 그리고 행간별로 사물을 추종한다. 양안시는 안구의 분리에 의해 형성되는데, 이에 따라서 각 눈이 동일한 장면의 약간 다른 시각을 가져서 입체 효과가 나타난다. 복시 유발을 예방하기 위해서, "이향운동(vergence)"이라고 하는 6가지 안구 운동이 도와준다. 안구는 망막의 작고 간상세포가 없는 부분에 직접 상을 유도하도록 안쪽으로 돌린다. 이 운동 중에, 뇌가 긴장의 양을 등록하고, 이것을 사용하여 사물의 거리를 추정한다. 안구 운동의 복합체가 진정안 시스템이다. 이것이 작동하여 머리와 신체가 이동하는 동안 간상세포가 없는 부위에 사물의 상을 유지한다. 이것은 내이도의 진정 기관에 의해 도움을 받는데, 진정 기관은 머리가 움직이는 방향에 관한 정보 플로우를 뇌에 제공한다. 유아는 3개월 내지 6개월이 될 때까지 눈 가까이에 초점을 맞출 수 없으며, 눈이 각각 따로 돌아다니기 보다는 항상 함께 작용할 수 있으려면 1살이 되어야 한다. 안구의 외안근은 대개 골격근의 백색 섬유이다.
사시는 눈의 조정이 불량하고 다른 방향을 겨냥하는 시각 장애이다. 조정불량이 계속 존재할 수 있거나, 또는 변동될 수 있다. 세포를 얻고, 배양하고, 이를 환자에게 도입하기 위해 본원에 개시된 기법을 사용하고 결함성인 안구 근육 구조물 내로 이식하여 안구 근육 형성저하증 또는 이영양증에 의해 유발되는 기능부전성 안구 운동으로 인한 시각 장애를 완화하거나 없애는 데 근육 세포(예, 민무늬근 세포)를 사용할 수 있다. 근육 세포는 환자, 다른 공여자, 안구 또는 근육 세포를 가지는 다른 조직으로부터 얻을 수 있다. 근육 세포 전구체 또는 줄기 세포를 단독으로 또는 비교적 많이 분화된 세포와 함께 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 각종 구체예들은 세포를 얻고, 배양하고, 이를 환자에게 도입하기 위해 본원에 개시된 기법을 사용하여, 세포, 예컨대 민무늬근 세포를 환자에게 도입하여 사시를 치료하는 것을 포함한다. 세포는 본원에 개시된 단백질, 인자 및 보충 물질의 존재 또는 부재 하에 도입할 수 있다. 자가 세포, 동종 세포 또는 이종 세포를 사용할 수 있다. 세포는 줄기 세포, 각종 분화 세포 및 이의 전구세포를 포함한다. 도입 부위는 본원에 개시된 바와 같이, 결함 부위 또는 그 부근이거나, 또는 결함 부위로부터 먼 부위일 수 있다.
녹내장
녹내장은 단일 질병이 아니며, 일군의 안질환이다. 녹내장은 미국인 약 2백만명 또는 3%에게 영향을 주고 있다. 공통 특징은 안구 내 압력이 증가하여 시신경에 진행성 손상을 유발한다는 것이다. 안방수를 지속적으로 생성하여 계속 배액시킬 필요가 있다. 배액은 홍채와 각막이 만나는 부위에서 이루어진다. 이 출구 조직은 섬유주이다. 해면형 다공성망인 섬유주망의 이 통로는 체액 유출량의 80∼90%를 담당한다. 나머지 체액은 그 뒤에 위치한 통로, 포도막-공막 경로를 통과한다. 이 배액각은 안구 밖의 소정맥망으로 체액을 이끄는 통로인 슈렘관으로 체액을 유도한다. 적당한 배액이 없으면, 안구 내에서 각막과 홍채 사이의 공간과 수정체 뒤의 초자체액에 압력이 생긴다. 후자의 압력은 망막을 압박하여 시신경 섬유에 영향을 준다. 정상 안압은 10∼20 mmHg로 유지된다.
급성 녹내장은 주로 원시인 노령의 사람들에게 발생한다. 눈이 노화됨에 따라 수정체가 확대되어, 홍채 및 모양체를 전방으로 밀어낸다. 이어서 홍채에 의해 배액각이 차단되어, 폐쇄각 녹내장이 생긴다. 때로는 홍채절제술을 사용하여 홍채 내에 배액 구멍을 만들어 압력을 낮춘다.
만성 녹내장은 녹내장 인구의 85∼95%를 차지한다. 안구의 전방으로부터 체액이 적당히 배액되지 않으며, 이러한 종류의 녹내장을 개방각 녹내장이라고 한다. 체액은 홍채 뒤의 후방으로부터 홍채와 안구 전면 사이의 전방으로 통과한다. 안구 내 압력을 저하시키는 약물 치료 또는 점안액이 도움이 된다. 레이저로 안구 전방의 차단된 배액 통로를 개방하는 수술이 필요할 수 있다. 공막절제술을 실시하여 압력을 낮출 수 있다.
정상 안압 녹내장은 IOP가 정상 범위 내이다. 시신경 손상을 유발하는 다른 인자가 존재한다. 선천적 녹내장은 드물고, 안구의 배액관이 바르게 발생하지 못한 환자에게 발생한다. 미세수술을 이용하여 결함을 보정할 수 있다. 배액이 차단된 다른 녹내장 유형이 있다. 수정체의 외층으로부터 유래한 단백질 박편이 배액각에 모이면 가성낙설 녹내장(pseudoexfoliation syndrome)이 생긴다. 색소 녹내장은 홍채를 착색하는 색소 과립의 박편이 안내액으로 떨어져나갈 때 생긴다. 홍채각막내피증후군은 각막 이면으로부터의 세포를 배액각으로 퍼지게 하며, 때때로 홍채와 각막을 연결하는 반흔을 형성한다. 신생혈관 녹내장과 같은 속발 녹내장은, 흔히 당뇨병이나 다른 질병으로 인해 생기는데, 홍채 상에 그리고 배액계에 비정상 혈관을 형성한다. 다른 속발 녹내장은 코르티코스테로이드의 국소 또는 전신 사용에 기인하여 생길 수 있다.
본 발명의 일부 구체예는, 안구 구조물에 존재하는 세포 유형을 이용하여 제거된 조직, 섬유주 조직, 슈렘관 및 공막을 복원하는 데 사용할 수 있다. 이들 기법은 공막 절제술, 섬유주절제술, 수정체유화술, 수정체유화섬유주절제술, 수정체유화섬유주절제술과 병용되는 수술 및 홍채절제술로 안구 조직 또는 공간 유지력을 복구하는데 이용할 수 있다. 이들 기법을 복합 백내장-녹내장 수술에 이용할 수 있다. 바람직한 구체예에서, 공막과 같은 절제된 조직 대신에 시험관 내에서 생산된 섬유아세포 및 세포외 기질과 같은 세포를 봉합한다. 예를 들어, 공막절제술 후에, 자가 공막 섬유아세포로 입체 공막을 만들어 이식할 수 있다. 따라서, 본 발명의 각종 구체예들은 세포를 얻고, 배양하고, 이를 환자에게 도입하기 위해 본원에 개시된 기법을 사용하여, 세포, 예컨대 섬유아세포를 환자에게 도입하여 녹내장 결함을 치료하는 것을 포함한다. 세포는 본원에 개시된 단백질, 인자 및 보충 물질의 존재 또는 부재 하에 도입할 수 있다. 예를 들어, 세포를 세포외 기질과 함께 도입할 수 있다. 자가 세포, 동종 세포 또는 이종 세포를 사용할 수 있다. 세포는 줄기 세포, 각종 분화 세포 및 이의 전구세포를 포함한다. 도입 부위는 본원에 개시된 바와 같이, 결함 부위 또는 그 부근이거나, 또는 결함 부위로부터 먼 부위일 수 있다.
색맹 및 야맹증
어떤 집단에서는 8% 정도의 높은 비율의 남성이 색맹이다. 3종류의 원추세포는 빛을 흡수하여 색상을 구별하며, 중심와라고 하는 망막 상에 수정체 반대편 영역에 존재한다. 적색 원추세포는 장파장의 빛(565 nm 피크)을 흡수하고, 녹색 원추세포는 중간파장의 빛(535 nm 피크)을 흡수하여, 청색 원추세포는 단파장의 빛(440 nm 피크)을 흡수한다. 간상세포뿐 아니라 각 종류의 원추세포는 보인자 레티날에 커플링된 경막 단백질 옵신을 가진다. 4종류의 옵신의 아미노산 서열이 달라서 흡광 스펙트럼이 다른 것이다. 대부분의 색맹은 적-녹 스펙트럼 이상에 기인한다. 검사에 의한 색맹 측정으로, 망막 부위로의 이식에 어떤 원추세포(적색, 녹색 또는 드물게는 청색)가 필요한지를 알 수 있다.
야맹증, 즉 빛이 감소된 상태에서 볼 수 없는 것은 망막의 간상세포에 의한 흡광 문제로 생긴다. 간상세포는 빛에 매우 민감하며, 흡광 색소인 로돕신을 포함한다. 일부 간상세포는 하나의 신경절 세포에 단일 회로를 할당할 수 있으며, 단일 간상세포는 몇몇 상이한 신경절 세포에 신호를 보낼 수 있다. 본원에 개시된 방법을 사용하여 간상세포를 망막 부위에 이식하여 눈에 대한 빛의 민감도를 회복할 수 있다. 따라서, 본 발명의 각종 구체예들은 세포를 얻고, 배양하고, 이를 환자에게 도입하기 위해 본원에 개시된 기법을 사용하여, 세포, 예컨대 간상세포를 환자에게 도입하여 색맹 또는 야맹증 결함을 치료하는 것을 포함한다. 세포는 본원에 개시된 단백질, 인자 및 보충 물질의 존재 또는 부재 하에 도입할 수 있다. 자가 세포, 동종 세포 또는 이종 세포를 사용할 수 있다. 세포는 줄기 세포, 각종 분화 세포 및 이의 전구세포를 포함한다. 도입 부위는 본원에 개시된 바와 같이, 결함 부위 또는 그 부근이거나, 또는 결함 부위로부터 먼 부위일 수 있다.
노화 관련 시력 이상
녹내장, 백내장, 황반 변성, 망막 박리, 망막 혈관 폐색, 망막 색소 변성증, 색채 지각 및 맥락막염으로 생긴 반흔은 대개 노화 관련 안과 문제이다.
그런데, 맥락막염의 원인은 대개 알려져 있지 않지만, 톡소플라스마증과 같은 감염이 관련 염증 과정과 연관될 수 있다. 맥락막염은 맥락막층의 염증이며 맥락막과 망막에 상처를 형성하여 시력을 악화시킨다. 증상은 시야가 흐릿하고 한쪽 눈이 불편한 것이다. 맥락막 섬유아세포와 같은 섬유아세포를 이용하여 반흔을 제거할 수 있다.
망막 색소 변성증은 야맹증으로 알려져 있다. 밤에 또는 빛이 감소된 상태에서 보는 것이 어려우며, 중심시가 나쁘고 주변시를 상실한다. 이 드문 질병에서는 망막의 간상세포가 가장 많은 영향을 받는다. 건강한 간상세포 또는 전구세포의 간상세포(예, 측실 성상세포)로의 이식을 이용하여 야맹증을 교정할 수 있다.
망막 박리의 증상은 흐릿한 시력, 부유물 및 섬광 감지이다. 이들 증상은 흔히 완전한 박리 이전에 일어난다. 레이저 또는 냉동유착술을 이용하여 박리를 막을 수 있지만, 염증으로 인해 반흔이 형성된다. 섬유아세포와 같은 세포를 사용하여 이들 반흔을 제거할 수 있다. 시험관 내에서 형성된 공막의 초(sheath)를 사용하여 망막의 재부착을 가능하게 할 수 있다. 바람직하게는 안구의 망막 부분 또는 대안적으로 다른 안구 부분(예, 각막)으로부터 얻은 상처 치유 섬유아세포 또는 아근섬유세포로 구멍 및 인열부를 처리할 수 있다.
당뇨병성 망막병증은 망막의 혈관 악화로 실명할 수 있는 질환이다. 유사하게, 고혈압으로 인한 망막 손상은 시력 문제를 초래할 수 있다. 내피 세포를 이식하거나 또는 VEGF와 같은 성장 인자와 함께 이식하면 이러한 종류의 손상에 대한 혈관 유지 및 발생을 개선할 수 있다. 혈관주위세포를 사용하여 혈류를 증가시키고 안구 망막 내 혈관형성을 유도할 수 있다. 본 발명은 망막 색소 상피 세포의 이식을 비롯하여, 안구 부분에 포함된 세포로 망막을 복원하는 데 이용할 수 있다.
원근조절에 의해 여러 시력 이상이 생긴다. 이러한 시력 이상은 구조물로부터 유래한 적절한 세포를 이용하여 원근조절에 연루된 구조물을 확대 또는 복원하여 교정할 수 있다. 가장 눈에 띄는 것으로는 수정체, 각막, 모양근, 수정체의 현수 인대 및 이의 세포를 포함한다. 일례는, 각막 상피세포의 상피층으로의 이식, 각막 섬유아세포의 결합 조직층으로의 이식 또는 각막 내피세포의 내층으로의 이식에 의해 각막으로 이식하는 것이다. 바람직한 구체예에서, 결합 조직층을 이식한다. 근육 세포의 모양근 부위로의 이식은 또 다른 예이다.
따라서, 본 발명의 각종 구체예는 원근조절, 당뇨병성 망막병증, 망막 박리, 망막 색소 변성증 및 맥락막염의 치료에 관한 것이다. 세포를 얻고, 배양하고, 이를 환자에게 도입하기 위해 본원에 개시된 기법을 사용할 수 있다. 세포의 예는 맥락막 섬유아세포, 간상세포 또는 간상세포의 전구세포, 섬유아세포, 상처 치유 섬유아세포, 아근섬유세포, 혈관주위세포, 망막 색소 상피 세포 및 각막 상피 세포이다. 세포는 본원에 개시된 단백질, 인자 및 보충 물질의 존재 또는 부재 하에 도입할 수 있다. 자가 세포, 동종 세포 또는 이종 세포를 사용할 수 있다. 세포는 줄기 세포, 각종 분화 세포 및 이의 전구세포를 포함한다. 도입 부위는 본원에 개시된 바와 같이, 결함 부위 또는 그 부근이거나, 또는 결함 부위로부터 먼 부위일 수 있다.
안구 외상
안구에 대한 손상은 망막 박리, 각막 찰과상 및 상기 열거된 사실상 유사한 다른 결손과 같은 다양한 문제를 일으킬 수 있다. 실제 적절한 세포는 팽창되고, 적절한 안구 구조 내로 이식되어 이러한 손상을 복구할 수 있다. 예를 들어, 각막 찰과상에서, 찰과상의 제거를 위해 영향받은 각막 층 내로 각막 간질 섬유모세포 또는 상피 세포를 이식할 수 있거나, 또는 심각한 경우, 각막은 시험관 내에서 적절한 층으로 제조될 수 있다. 망막의 외부 층으로의 이식은 망막 색소성 상피 세포의 현장 이식에 의해 달성되어 망막 손상을 교정할 수 있다. 다른 안구 외상 결손은 손상된 영역에 대한 원시 세포를 이식함으로써 교정될 수 있다. 그 영역에 대한 원시 세포는 그 영역을 포함하는 세포 형태을 지칭하는 용어이다. 영역에 대한 원시 세포는 손상 부위로부터, 손상되지 않았지만 동일한 조직 형태으로부터, 또는 환자가 아닌 공여자로부터 얻을 수 있다.
눈물 장치 및 눈물 생성
눈물 장치는 눈물을 생성하고, 배수하는 안구 영역이다. 장치는 주요 눈물샘 및 부수적 눈물샘으로 구성된다. 안와골의 상부 영역에 위치하는 주요 눈물샘은 안구 자극 및 우는 동안 여분의 눈물을 위한 눈물 생성 샘이다. 안와골의 외부 영역에 위치하는 샘은 주로 점액-형태 분비 과립을 갖는 부분분비 대롱꽈리 샘이고, 주 배설 눈물관 내로 배출되는 경우, 눈물은 눈물샘으로부터 결막으로 배출된다. 결막은 눈꺼풀의 내부 표면, 안구의 표면(각막의 측부) 및 공막(안구의 흰 부분)의 전부(전방면)를 덮고 보호하는 점액 막 층이다. 주로 상부 및 하부 눈꺼풀에서 결막은 결막의 표면상에 정상 량의 눈물을 유지시키는 부수적 눈물샘을 함유하고, 이는 눈물 증발의 효과를 방해하는 것을 돕는다. 눈물샘은 외분비 상피 세포를 함유하여 눈물을 생성한다. 결막은 비각화성, 편평 상피, 얇고, 혈관이 풍부한 고유질(임파선 및 세포, 예컨대, 림프구, 형질 세포, 비만 세포 및 대식세포를 함유), 눈물샘 및 배상 세포를 함유한다.
결막은 각막 주위의 층상 평편, 안구의 다른 영역 내 원주 상피, 및 안와를 덮고 있는 안구 결막 내 및 눈꺼풀의 내부에 줄지어 있는 안검 결막 내 배상 세포로 이루어진다.
안구의 전방부를 찜질한 후, 누호는 결막 주머니라 불리는 슬릿형 영역에서 눈물이 수집되는 결막의 작은 열린 영역이다. 주머니는 눈꺼풀과 결막 사이에 위치한다. 안구로부터 눈물의 배수는 눈물 점이라 불리는 각 눈꺼풀의 안쪽 부분을 향해 아주 조금 개방됨으로써 발생한다. 이러한 개방은 눈물을 각 안구의 중공 공간, 눈물 주머니 내로 이동하는 표면 및 내부 누관으로 연결한다. 주머니를 덮고 있는 근육은 흡구강 효과를 생성하여 여분의 눈물을 배수하는 깜빡거리는 동안 주머니를 짜고 방출한다. 눈물 뼈는 눈물 주머니를 둘러싸고, 안와의 내부 부분 내 코의 각 측 상에 위치한다. 눈물은 뼈를 통과하고 코의 개방을 유도하는 코눈물뼈관을 통한 주머니 아래의 관 형상 영역 내로 이동한다. 적절한 배수의 실패는 "젖은" 안구를 유도하고, 심각한 감염을 초래할 수 있다. 또한 "젖은" 안구는 눈물샘 때문에 물기가 많거나 또는 반사적인 눈물을 과잉생성할 수 있어 균형잡힌 눈물 막의 부족을 보상한다. 눈물 막(40 ㎛ 깊이)은 수분 제공 기능을 제공하고, 눈의 주요 굴절 계면을 보충한다. 눈물 주머니 내 면역글로불린 A, 리조자임, 락토페린, 및 다른 물질은 안구 표면에서의 염증성 반응에서 감염 및 참여한다. 눈물의 기능은 다수이고, 필수적이다. 각막에서, 눈물은 매끄럽게 하고, 부드러운 눈 표면을 제공하여, 시력이 선명하도록 유지한다. 눈물은 또한 각막에 적절하게 수분을 제공하고, 산소가 풍부하게 유지되는 것을 도와준다. 일반적으로 안구의 경우, 눈물은 또한 눈꺼풀이 깜박거리면서 안구를 세척하여 이물질이 없도록 하고, 환경으로부터 안구의 표면을 보호하는 "와이퍼 체액"로서 작용한다. 눈물은 내부 점액소가 주성분인 층, 수성 층 및 바깥 지질(오일) 층으로 이루어지는 복잡한 3층(또는 3상) 막을 형성한다. 전체 두께는 상층에서 각막의 하부까지, 깜박거림 이전 그리고 이후에 다양할 수 있고, 이는 눈물샘의 배출량에 의한다. 두께는 평균 3 mm로 추정된다. 각 층에서의 분비는 팽팽하게 조절된다. 점액 층은 눈의 표면 및 결막에 위치하는 특화된 상피 세포(배상 세포)에 의해 제조된다. 점액 층은 눈물은 결막 및 각막 상의 세포에 부착하는 데, 안구의 표면에 균일하게 확산시키는 데 필요하다. 수분이 많은 층은 눈물샘의 2개의 상이한 세트에 의해 생성된다. 정상적인 조건 하에서, 부수적 눈물샘 내 눈물 세포는 안구를 촉촉하게 유지하는 데 필요한 눈물을 생성하고, 기저 눈물 분비로서 지칭된다. 반사 눈물 생성 하에서, 안구는 자극되고, 주 눈물샘으로부터의 눈물 세포(선포 세포)는 수분이 많은 층을 생성한다. 수성 층은 성장 인자, 화학물질, 안구 표면, 예를 들어, 결막 및 각막에 영양분을 제공하는 물질 및 염(등장성)을 함유한다. 유성의 최외각층은 안검연골 내 상피 세포 또는 결막 아래 및 눈꺼풀의 판(탄력섬유 조직) 사이에 위치하는 눈꺼풀판샘(메이보사이트)에 의해 생성된다. 눈꺼풀당 20 내지 30개의 안검연골샘이 존재한다. 선포 상피 세포 및 분화된 상피 오일 생성 세포를 생성할 수 있는 전구 세포를 함유하는 관성 요소가 눈꺼풀판샘 내에 있다. 유성 층은 수분이 많은 층의 과도한 증발을 방지하고, 안구 표면상에 눈물의 2개의 내부 층을 붙이는 것을 돕는다. 눈물 생성은 주로 노화와 함께 감소하고, 이는 폐경기 후 여성에게 우세하다. 안구 건조의 다른 원인은 임신, 수유, 경구 피임제 및 월경에 의해 유발되는 호르몬 변화를 포함한다. 추가적으로, 과도한 눈물 배수, 흡연, 형광등, 공기 오염, 바람, 열, 에어컨, 건조 기후에 의한 환경 조건 및 항히스타민제, 소염제, 항히스타민제, 진정제, 베타 블로커와 같은 의약품 및 유방암, 우울증, 파킨슨 질환, 실금, 궤양 및 혈압에 대한 의약품은 안구 건조를 초래할 수 있다. '안구 건조'(눈물 부족)으로서 공지되어 있는 병리학적 상태는 각막 표면 상피 세포의 생존이 정상 윤활 부족에 의해 위험 상태에 있는 매우 고통적인 것이다. 안구 건조 상태는 눈물 막의 3개의 층 중 하나가 결함이 있는 경우에 발생할 수 있다. 안구 건조의 2개의 주요 형태가 존재한다. 증발성 또는 눈물-결핍 형태에서, 유성의 최외각층은 불완전하고, 눈물 막의 빠른 증발은 안구의 수분이 빼앗김을 발생시킨다. 수성-결핍 형태는 예컨대, 자가면역 질환(예를 들어, 류마티스 관절염 또는 쇼그렌 증후군)에 의해 촉진된 염증 과정에 의해 흔히 눈물샘의 기능부전됨으로써 초래된다. 3백만명의 미국인이 영향을 받고 있는 쇼그렌 증후군에서, 이 자가면역 증후군은 눈물샘 내 상피 세포를 파괴한다. 안구 건조 증후군의 부작용으로 일어나는 다른 질환은 류마티스 관절염, 당뇨병, 갑상선 이상증, 알레르기, 천식, 백내장, 녹내장 및 루프스이다. 안구 건조는 콘택트 렌즈, 특히 소프트 콘택트렌즈의 1차 원인이고, 불편하거나 또는 참을 수 없다. 소프트 콘택트렌즈는 안구로부터 눈물을 급속도로 증발시켜 자극, 단백질 침착, 감염 및 통증을 일으킨다. 예컨대, 컴퓨터 이용자 또는 굴절성 수술(예를 들어, RK, PRK, LASIK, LTK)을 받은 환자에 존재하는 비정상적인 깜박거림 과정은 안구 건조의 위험 상태에 있을 수 있다. 65세 이상의 인구 중 75% 및 미국의 59 백만명의 인구가 건성 각막염, 건조각막결막염 또는 결막건조증으로도 지칭되는, 안구 건조로 고통받고 있다. 눈물액이 안구 건조에 대해 가장 효과적인 치료이다. 이는 일시적인 완화를 제공할 수 있지만, 인공 눈물은 또한 안구의 자연 눈물 생성을 방해하고, 안구 상 자연 감염 전투적 눈물을 세척 제거하는 조건의 추가 악화를 유도한다. 식사에서 오메가 3 지방산 보충은 눈물 층을 개선하는 데 도움을 줄 수 있다. 눈물점폐쇄, 플러그, 레이저 또는 소작술을 이용하여 안구 건조를 유도하는 과도한 배수를 예방할 수 있다. 콜라겐 플러그를 눈물 배수의 일시적 폐쇄를 위해 이용할 수 있다.
본 발명의 구체예는 안구 건조를 교정하고, 각막 흉터발생, 각막 및 결막의 영구손실, 및 안구의 감염을 예방할 수 있다. 몇몇의 구체예에서는, 전구 세포 또는 성숙 세포를 적절한 눈물샘로부터 단리하고, 다수로 팽창시키고, 적절한 눈물-생성 세포를 눈물이 결핍된 대상의 2개의 층 또는 특정 층을 제조하는 샘 또는 조직 내로 이식한다. 따라서 수분을 생성하는 개별 세포(예를 들어, 눈물 선포 세포), 점액(예를 들어, 배상 세포) 및 오일 층(예를 들어, 메이보사이트)을 단리하고 이식할 수 있다. 자가-제조 ECM을 이용하여 안구상 눈물을 더 오래 유지하고, 과도한 눈물 배수를 방지하기 위해 점적과 같은 배수 시스템을 막을 수 있다. 세포, 예컨대, 연결 조직 세포(예를 들어, 섬유모세포)를 배수 시스템의 장시간 증가 또는 차단을 위해 이용할 수 있다. 상피 층 아래 이식된 적절한 세포(예를 들어, 각막세포 또는 섬유모세포)를 눈물 층의 생성을 증가시킬 수 있다. 섬유모세포를 안검연골 판 내로 이식하여 결막의 상피 세포의 점액 분비의 유효성을 보조할 수 있다.
항문 결손- 항문
항문은 위장관의 마지막 부분이다. 항문관은 항문직장접합부에서 시작하고, 항문연에서 끝나며, 성인의 경우 2.5 내지 5 cm 길이로 측정된다. 항문은 기저적으로 4개의 주요 층을 갖는 근육 관이다. 루멘으로부터 시작하여 외측으로 향하는 것은 하기 이들 층이다: 1) 점액 막 또는 점막층은 층상 원주 편평 상피, 연결 조직 및 얇은 평활근으로 이루어진다. 상피의 최상부는 직장의 것과 유사하고, 관상 샘 또는 움(crypt)을 갖는 분비 및 흡수 세포를 함유한다. 항문 점막층이 중간부는 비케라틴화된 층상 편평 상피를 나타내고, 하부(항문주위 피부 근처)는 체모-보유, 케라틴화 층상 상피 내로의 전이를 나타낸다. 상피 아래 및 항문관의 모든 확장부를 통한 하위점막층은 동맥 및 정맥 총(plexus)이 풍부한 연결 조직, 지지 조직 및 지방 조직(지방전구세포/지방세포 함유)의 넓은 구역(섬유모세포 함유)이다. 2) 근육 바깥층은 내항문 괄약근(IAS)을 형성하는 평활근 섬유의 2개의 두께 층으로 이루어진다. IAS는 직장의 원형 근육과 연속하고, 외항문 괄약근(EAS)의 표면상 및 피하 성분의 접합부에서 종결하는, 경사 배향된 평활근 섬유의 널리 정의된 고리이다. IAS는 대부분 휴면 항문압을 제공하고, EAS에 의한 자발 압축 동안 강화된다. 3) EAS는 횡문근의 타원형 관상 복합체이고, 장기간 수축에 매우 적합한 형태 1(느린 경련)의 골격근 섬유로 주로 구성된다. EAS는 단일 기능성 및 해부학적 실재를 형성한다. 이의 더 최상부 섬유는 치골직장근의 최하부 섬유와 혼합되고, 일부 전방 섬유는 표면상 횡 회음 근육과 X자 교차되지만, 일부 후방 섬유는 항문미골솔기에 부착된다. 대다수의 EAS의 중간 섬유는 IAS의 최하부를 둘러싼다. EAS의 최초 파괴 또는 약화는 절박-관계 또는 설사-연관 대변실금을 일으킬 수 있다. 혈관내 쿠션에 대한 손상은 열등한 항문 "밀봉" 및 악화된 항문직장 추출 반사를 생성할 수 있다. 4) 외막 또는 장막은 연결 및 지지 조직을 덮고 있는 얇은 외층이다.
대변실금
대변실금은 개인에 대해 악화된 삶의 질을 초래하는 데 충분한 고체 또는 액체 변의 비자발적인 손실로서 정의될 수 있다. 대변 물질의 손실이 없는 빈번하거나 또는 비자발적인 기체(방귀)의 이동은 임상적으로 실금으로서 정의되지 않지만, 개인의 삶의 질을 악화시키고, 치료를 정당화할 수도 있다. 대변실금은 자제를 유지하는 1 이상의 인자에 영향을 주는 다양한 질병에서 기인한 증상이다. 대변 자제는 항문직장의 기능에 의해 주로 유지된다. 대변 굳기, 개인 이동성 및 개인의 정신 상태 또한 자제를 유지하는 데 중요하다. 지금까지 대변실금은 가장 우세하게 주거 형태의 관리와 연관된다. 대변실금의 보급률은 지역사회 거주 개인의 경우 약 2% 내지 3%이고, 나이가 증가하면 10% 초과까지 증가할 수 있다. 관리 보호 주민의 경우 보급률이 50%로 접근한다. 요실금은 대변실금에 대해 가장 큰 위험 인자이고(대변실금은 요실금에 대해 가장 우세한 위험 인자임), 그 다음, 일상 생활 능력을 수행하는 능력의 손실, 관 공급, 신체 구속, 설사, 치매, 시력 악화, 변비 및 대변 매복의 순이다. 역 연관성은 체중, 심장 질환, 관절염, 및 우울증으로 기록되었다.
대변실금의 독점적인 원인은 아니지만, 임신도 외상 출산 후 항문 조임근 및/또는 음부 신경에 대한 손상에 의해 확실하게 우세한 연관성이 있다. 임신 중, 임신 후 즉시 및 임신 후 오랫동안 실금을 유발하는 인자가 조사되어 왔다. 과민성 대장 증후군이 산후 대변실금과 중요한 관계가 있는 것으로 나타났다. 몇몇의 특이 질환도 대변실금과 연관되어 있었고, 이러한 연관을 설명하기 위한 메커니즘이 조사되어 왔다. 이는 당뇨병, 다발 경화증, 파킨슨 질환, 척수 손상, 전신 경화, 근긴장성 이영양증 및 아밀로이드증을 포함한다. 다수의 이러한 상태는 일상 생활 능력을 수행하기 위한 능력 및 이동성에 직접적으로 영향을 주거나, 또는 이들은 설사 또는 배변 매복을 일으킬 수 있다. 위장관계와 관련 또는 비관련된 선천성 이상증을 갖고 태어난 아이들이 대변실금을 나타낼 수 있다. 선천성 항문 이상, 예컨대, 구멍이 없는 항문을 갖는 아이들은 흔히 해부학적 교정에도 불구하고 불완전한 배설 및 변실금을 포함하는 일생의 문제를 가진다. 다른 아이들은 이상은 없이 태어났지만, 다양한 이유로 화장실 훈련이 완료되어야 하는 나이 이후에서 변을 억제하고, 대변실금을 발달시키거나 또는 거대 직장을 갖는다. 어린 나이에 재훈련에 실패한 아이는 흔히 만성 매복 및 대변실금을 유발한다. 항문직장 수술은 빈번하게 대변실금의 원인이 될 수 있다. 대변실금의 의학적 치료는 흔히 만성 설사, 변비 및 대변 매복과 같은 근원적인 상태를 치료를 목적으로 한다. 수술상 조임근 성형술, 신경 전기 자극의 첨가를 이용하거나 또는 이용하지 않는 근육 이식, 인공 항문 조임근 장치의 삽구강 및 천골 신경 자극법이 대변실금을 치료하기 위한 현재의 수술적 접근법이다. 본 명세서에서 기술되는 치료를 이용하여 조임근 구조, IAS 및/또는 EAS를 둘러싸고, 비정상적으로 넓고 느슨한 루멘의 감소를 초래하는 조직을 확대, 재형성 또는 복구할 수 있다. 이는 EAS 또는 IAS를 둘러싸고 있는 지역 내로, 또는 1) 자가 세포 및/또는 배양 세포 ECM, 예컨대, 섬유모세포, 근섬유모세포, 평활근 세포, 골격근 세포, 근육모세포, 비분화된 중간엽 세포, 지방세포, 지방전구세포 등의 주구강; 또는 2) 전술한 자가 세포 및/또는 ECM 또는 자가 세포 또는 매트릭스만을 함유하는 다른 매트릭스로 구성되어 있는 수술적 성분의 생착에 의해 복구 또는 증대되어야 하는 지역 내에 생성되어 있는 포켓 내로 직접적으로 조성물의 이식을 필요로 한다. 이 기술은 세포 또는 다른 세포 형태를 받는 영역에 대한 원시 세포 형태를 이용하여 실시될 수 있다.
항문 열창
다른 구체예에서, 항문 조임근의 증가 또는 복구를 이용하여 항문 열창의 시작을 예방한다. 항문 열창은 항문관의 안쪽에서의 상처이고, 흔히 고통스러운 선형의 소 궤양을 보여준다. 항문 열창은 젊은 성인 및 중년의 성인에서 보다 빈번하게 일어나는 통상적인 현상이고, 여성과 남성에서 동일하게 발생한다. 제1 항문 열창의 가장 통상적인 원인은 직장근의 긴장이다. 조임근 근육이라고 불리는 이 근육은 직장 영역으로의 혈액 흐름을 감소시키고, 연축할 것이고, 이는 통증을 유발한다. 가장 흔하게 조임근 상에서의 긴장은 항문을 통하는 격렬한 창자 이동을 통과하고자 하는 것에서 기인한다. 제1 항문 열창은 90% 초과의 시간에 항문관의 후방 정중선에 위치한다. 이 분포는 후방의 항문관에 대해 지지를 덜 제공하는 항문 조임근의 타원형의 배열에 의한 것이다. 제2 항문 열창은 질환, 예컨대, 염증성 창자 질환(크론병) 직장염, 백혈병, 암종 및 드물게 매독 또는 결핵에 걸리는 경우에 의한다.
항문 열창의 증상은 보통 심각한 통증 및 배변과 관련한 출혈이다. 항문 열창은 항문 및 항문관의 물리적 검사에 의해 진단하고, 때때로 치질과 구별되기 어렵다. 항문 열창 치료는 열창이 급성 또는 만성인지 여부에 의해 좌우될 것이다. 열창의 90%는 급성이고, 섬유가 풍부한 식단, 과일 및 야채의 섭취, 및 체액의 증가에 의해 치료될 수 있다. 다른 열창 치료는 크림 및 좌약을 처방하여 하루에 몇 회씩 10-15분 동안 따뜻한 소금 욕조에 앉아있는 것을 포함한다. 만성 열창은 1개월보다 오래 지속되고 치유되지 않는 열창이다. 이는 보통 통증 및 연축을 감소시키기 위해 조임근 근육의 일부를 절단하는 수술을 필요로 한다. 조임근 근육의 절단은 보통 창자 제어를 방해하지는 않지만, 대변실금이 수술의 장기간의 합병증일 수 있다.
따라서 몇몇의 구체예는 자가 세포, 예를 들어, 섬유모세포, at 또는 near the 열창 영역의 근처 또는 열창 역역에 자가 세포, 예를 들어, 섬유모세포를 이식함으로써 치유를 달성하는 방법과 관련한다. 예를 들어, 세포를 전체 열창 영역을 따라서 그리고/또는 전체 열창 영역 내로 위치시킬 수 있다. 자가 섬유모세포는 원시 세포, 예를 들어, 열창을 구성하는 조직 내 세포와 동일한 형태의 세포일 수 있다. 자가 섬유모세포는 열창을 구성하는 조직(들)과 동일한 특징을 갖는 조직으로부터 유래될 수 있다. 대안적으로, 자가 섬유모세포는 열창을 구성하는 조직과 상이한 조직으로부터 유래될 수 있다. 세포, 예를 들어, 자가 섬유모세포는 반복성 치료로서 1회 초과 및 상이한 양으로 바람직하게는 이에 제한되지는 않으나 주사형, 또는 결손의 완전한 봉합을 시도하기 위한 국부 도포로 투여될 수 있다.
이 기술을 이용하여 치료되는 결손의 예는 의원성 열창, 자발성 열창, 허혈에 의한 열창 및 감염(이에 제한되지는 않음)에 대한 2차 염증에 의한 열창이다.
피부 색소침착-피부 결손
피부는 표피라 불리는 최외각 층, 근원 조직으로부터 수분의 손실을 제어하여 탈수를 방지하는 각질 세포 내 층상 평편 각질화 상피 풍부한 표면상층인 2개의 층으로 이루어진다. 진피인 내부 층은 가장 두껍고, 가장 역동적인 층이다. 이는 혈관, 신경, 다양한 샘 및 대부분의 영역 내 모낭을 함유하는 세포외 매트릭스를 생성하는 섬유모세포라 불리는 세포에 의해 형성된다. 2개의 층은 함께 피부에 대한 구조 지지체를 형성한다. 피하 지방 및 근막의 추가적인 하이포층 또한 피부의 일부로서 간주될 수 있고, 특히 이 층이 혼합되게 할 수 있고, 피부의 최상 층에 대해 상보적인 성질을 부가하기 때문이다.
주름, 흉터 또는 다른 피부 결손은 흔히 피부의 이 층뿐만 아니라 피부, 지방의 피하 층 및 근막 및 이 층 아래 놓여있는 근육 층에 영향을 미친다. 다양한 층 또는 층의 조합 내로 이식된 세포는 주름 또는 흉터를 포함하는 다수의 피부 결손을 교정할 수 있다. 이 세포는 섬유모세포, 지방전구세포, 지방세포, 근육모세포, 근섬유모세포, 근육 세포 등을 포함한다. 예를 들어, 문신 제거 후, 피부의 임의의 잔여 손상 또는 흉터발생은 피부 결손 내로 또는 근처로 진피 섬유모세포를 이식함으로써 복구될 수 있다.
피부 색소침착
건강한 사람의 피부색은 혈관 아래의 산소 함량, 식단으로부터의 그리고 주로 멜라닌세포로부터 유래한 표피의 색소침착으로부터의 카로틴(황색 색소)의 존재에 의해 결정된다. 신경관 외배엽에서 기원하지만, 성체 세포로서 나뉘어질 수 있는 멜라닌세포는 수상돌기 구조이고, 표피의 기저 층에 수준에서 각질세포 중에 분산되어 존재한다. 분화된 멜라닌세포는 전구체 예컨대, 티로신 및 도파로부터 멜라닌 색소를 합성하고, 색소를 이동시켜 멜라닌소체라 불리는 과립 내 각질세포를 둘러싼다. 멜라닌은 태양선 내에 존재하는 자외선(UV) 복사선을 흡수 및 산란하여, 가능한 UV 선의 돌연변이 효과로부터 세포를 보호한다. 멜라닌세포의 양은 광선 내에서 유사하기 때문에, 어두운 색의 피부색은 멜라닌세포의 특정한 풀에 의해 생성되는 멜라닌의 양에 더 좌우된다. 멜라닌 생성량은 선탠을 일으키는 태양광선에의 장기간 노출되면 증가하고, 반면 알비노 상태의 멜라닌의 결핍은 표피 손상 및 피부 암의 높은 위험성에 연관된다. 선탠한 몸을 선호하는 문화적 경향이 있지만, 태양으로부터의 자외선(UV) 복사선의 위험, 태닝 침대 및 태양등의 위험성은 흑색종으로부터의 피부암의 위험도를 증가시키는 것으로 널리 공지되어 있다. UVB는 오랫동안 태양선에 타는 것과 연관되어 왔지만, UVA는 더 손상을 초래하는 더 깊은 투과 복사선으로서 인식되어 왔다.
전구 세포, 멜라닌세포 줄기 세포 또는 멜라닌모세포는 피부, 진피 및 표피 내에 존재하는 분화된 멜라닌세포에 대한 비색소성 전구체 세포이다. 줄기 세포는 전사 인자, Pax-3 자극으로 발현되는 Mitf에 의해 연장되고 분화되는 Pax-3 자극일 수 있다. 따라서 이 줄기 세포 전사 인자 모두는 부분적으로 비분화된 멜라닌세포 줄기 세포 상태를 유지하고, 세포 운명을 결정할 수 있다.
본 명세서에서 기술되는 것으로서 피부색의 증가 또는 복구 또는 태닝은 필수 기능을 지원하는 세포를 이식함으로써 수행될 수 있다. 따라서 구체예들은 멜라닌세포, 멜라닌모세포, 또는 멜라닌세포 또는 멜라닌세포의 표현형을 생성하는 다른 전구 또는 줄기 세포의 이식을 포함한다. 멜라닌세포는 자외선에 대한 노출 이전 또는 노출이 없는 세포 배양 증식 동안 얻을 수 있다. 세포는 배양 또는 현탁시키면서 이식 이전에 자외선에 노출될 수 있다. 멜라닌을 생성하는 멜라닌세포의 양을 증가시키는 것은 본 발명의 바람직한 구체예이다. 멜라닌세포 또는 멜라닌모세포 또는 멜라닌세포에 대한 전구 세포는 피부로의 이식을 위한 피부 층 또는 다른 조직으로부터 얻을 수 있다. 이 조직은 모낭으로부터의 세포를 포함한다. 개별 세포는 피부 내의 이의 자연적 위치로 이식될 수 있다. 바람직한 구체예는 태닝 또는 피부색을 원하는 피부의 표피 층으로의 세포의 이식이다. 진피 층은 선택 사항이거나 또는 표피층으로의 이식과 제휴하여 실시될 수 있다.
이식의 추가 이점은 멜라닌을 갖는 이식된 피부의 보호에 의한 피부의 암의 예방이다. 반점성 피부 색소침착 및 다른 피부 색소침착 결손, 예컨대, 백반증은 유사한 멜라닌세포를 이용하는 세포 이식으로 교정될 수 있다. 백반증은 다양한 크기의 비색소성 백색 패치의 외형이고, 보통 영향받은 영역에서의 모발이 흔히 백색인 과색소성 영역에 의해 경계된다. 표피 멜라닌세포는 자가면역 과정에 의해 일어나는 탈색소성 영역에서 손실된다. 백색증을 갖는 개인은 멜라닌을 생성할 수 있는 멜라닌세포를 이용하여 치료될 수 있다.
모발 탈색
모낭은 장관형 구조를 가지고, 상부 집(sheath) 및 하부 집으로 나뉘어진다. 전자는 모든 모발 성장 단계 동안 이의 구조를 유지하지만, 하부 집에서는 모낭의 주기적인 리모델링 변경이 일어난다. 그러므로, 모든 모낭의 부속 구조(피지샘, 기립근, 감각 신경 및 아포크린선의 관)가 손상되지 않고 유지된다. 모낭의 모구를 포함하는 하부 집은 번식하고 및 상부를 향해 이동하여 모발 매트릭스, 내부 및 외부 집인 3개의 주 그룹으로 분화되는 세포를 함유한다. 모발 매트릭스는 수질, 모피질 및 큐티클로 추가 분화된다. 내부 집은 모관의 내벽을 구성하는 세포를 형성한다. 외부 집 세포는 에너지 공급원으로서 대량의 글리코겐을 저장하는 구강방 세포로 분화환다.
모낭의 모구에서, 멜라닌세포를 관찰할 수 있고, 모발 피질 세포 내로 이 생성물(멜라닌 색소)을 이동시키지는 않지만, 모발 색을 유지하는 책임이 있다. 모발 매트릭스 외부에서, 멜라닌세포는 또한 외부 뿌리 집 주변, 모낭의 누두부, 돌출부 및 하위돌출부, 피지샘 근처 및 표피 내에 존재할 수 있다. 멜라닌모세포 또는 멜라닌세포에 대한 전구 세포는 구강모근이 피지샘 아래 부착되어 있는 돌출 영역 주변의 외부 뿌리 집 내 모낭의 모구 영역 외부에 주로 위치할 수 있다. 또한 이 세포는 모낭의 구조 어디에서도 존재할 수 있다.
멜라닌세포는 비탈색 모낭으로부터 얻을 수 있다. 추가적으로, 멜라닌모세포, 멜라닌세포 줄기 세포 또는 멜라닌세포에 대한 전구 세포를 이용할 수 있다. 멜라닌세포, 멜라닌모세포 또는 멜라닌세포에 대한 전구 세포는 피부(예를 들어, 표피)를 포함하는 신체의 다른 조직으로부터 얻을 수 있다. 개별 세포를 모낭 내 이들의 자연적 부위에 이식할 수 있고, 예를 들어, 멜라닌모세포를 돌출 영역에, 그리고 멜라닌세포를 모낭의 모구 영역에 이식할 수 있다. 대안적으로, 세포를 관심있는 모낭의 내부 또는 주변에 이식할 수 있다. 이식은 모발 색을 제어할 수 있다. 특히, 회색 및 개인의 자연 모발 색 또는 기타 색은 멜라닌세포성 세포의 첨가하여 제거하는 것이 바람직하다. 얼굴 체모(예를 들어, 턱수염), 눈썹, 두피 모발, 음포, 팔 및 다리 체모 등을 포함하는 신체의 임의의 모발 영역에 이식될 수 있다.
손톱
손톱은 표피의 각질 층과 동등한 딱딱한 각질의 판이다.
손톱 아래에 표피(기저 표피층 또는 기저층, 유극층 및 과립층)의 깊은 층으로 이루어지는 손톱 층이 존재한다. 모든 층은 표면으로의 이동 시 상이한 단계의 분화에서 존재하는 각질세포가 풍부하다. 손톱 말단의 인접부분에서 연질 피부(큐티클)의 능선에 대한 깊은 곳은 손톱 매트릭스(배아 층)이고, 손톱 성장을 형성하는 증식성 세포를 함유한다. 증식성 세포는 전구 세포 또는 성숙 손톱 생산 세포일 수 있다. 백색의 초승달 형상의 반월은 매트릭스의 원위부이고, 이의 색은 부분적으로 광 산란 및 부분적으로 매트릭스의 상피 세포의 두께에 의해 결정된다. 손톱 매트릭스는 손톱판의 기원이다. 손톱 매트릭스는 3 부분으로 존재한다: 인접하는 손톱 주름 또는 후방(dorsal) 매트릭스의 하부 표면, 그 자체 위 후방 매트릭스 주름에서 시작하여 반월의 후방 부분까지 연장되는 중간 매트릭스 또는 기저 매트릭스 및 반월의 후방 부분 및 하조피의 말단에서 시작하는 나머지 손톱 층을 구성하는 배쪽 또는 무균성 매트릭스. 매트릭스 상피는 전형적인 기저 및 유극 세포 층 각질세포, 및 멜라닌세포의 산란 및 랑게르한스 세포를 함유한다. 매트릭스의 후방 및 배쪽 부분의 각화된 세포는 말초 압출되어 손톱판을 형성한다.
손톱 층의 표피는 얇고, 과립층이 부족하고, 각질유리과립이 부족한 유핵 세포의 몇 개의 층으로 이루어진다. 손톱판이 성장하면서 얇은 각화된 층이 끝으로 이동한다. 손톱 층의 진피는 하부에 놓여있고, 피하 층이 없는 후방 지골(phalanx)의 골막에 고정되어 있다. 손톱 층 세포는 배쪽 방향으로 손톱판을 향해 분화한다. 보통 손톱은 매월 2-4 mm 성장한다. 손톱은 약 6개월 내에 성장을 완료하고, 발톱은 12-18개월 내에 성장을 완료한다. 손톱 성장에 대한 바람직한 구체예는 손톱 매트릭스 내 또는 주변으로부터 얻은 전구 세포를 팽창시키는 것이고, 그리고 팽창된 매트릭스 세포 또는 손톱 매트릭스 전구 세포를 손톱 매트릭스 또는 매트릭스에 인접한 영역으로 이식하는 것이다.
추가적으로, 진피 층으로의 섬유모세포의 이식은 손톱판의 성장을 보조할 수 있다. 세포는 단백질, 인자, 및 본 명세서에서 기술되는 보충 재료와 함께 또는 없이 도구강될 수 있다. 자가 세포, 동종 세포, 또는 이종 세포를 이용할 수 있다. 세포는 줄기 세포, 다양한 분화 세포, 및 이들의 전구체를 포함한다.
피부 결손에 관련되는 추가 구체예
본 명세서 및 본 명세서에 편구강되는 참고 문헌에 다수의 피부 결손이 열거되어 있다. 추가적으로 염증, 건조, 색조 또는 조직 부피의 손실에 의한 피부 결손은 본 발명의 특이 세포 형태를 이용하여 치료할 수 있다. 노화 피부는 예를 들어, 진피 및 피하 층에서의 ECM(예를 들어, 프로테오글리칸) 생성이 적기 때문에 수분이 덜하다. 유두 진피는 표피 하의 다른 층에 비해 가장 고 농도의 수화된 ECM(예를 들어, 프로테오글리칸, 형태 III 콜라겐)을 가진다. 이식 of 섬유모세포 및/또는 프로테오글리칸 또는 다른 수화 인자(예를 들어, GAG, 히아루론산) 또는 단백질의 이식은 피부의 수분 함량을 증가시키고, 피부 긴장도를 촉진하고, 피부의 부피를 증가시킬 수 있다. 추가적으로, 이 과정은 모든 조직 및 기관에서 이용되어 수분 또는 수화 함량을 개선시킬 수 있을 뿐 아니라 추가 탄성을 부여할 수 있다. 바람직한 구체예에서는, 유두 섬유모세포를 이용하여 피부 긴장도 및 수분을 증가시키고, 피부 질량을 개선하고, 다양한 피부 결손을 치료한다. 바람직한 구체예에서는 유두 섬유모세포를 피부, 특히 상부 층 내로 이식하여 피부의 융기 또는 절연을 증가시킨다. 이는 다른 세포 형태, 예컨대, 지방전구세포, 근막 및 망상 섬유모세포를 이용하여 피부 부피를 증가시킴으로써 얻을 수도 있다.
유두 진피는 생체 영양분을 갖는 무혈관성 표피를 지지하는 혈관 망을 함유하고, 이는 체온조절용 망을 제공한다. 혈관계는 혈액류를 증가시키거나 또는 감소시킴으로써 열을 보존하거나 또는 소비할 수 있도록 조직화된다. 혈관계는 진피 유두 영역에서 서로 맞물린다. 따라서 유두 섬유모세포의 진피의 상부층 내부로, 상부층에서 또는 근처로의 이식은 신체의 체온조절을 제어할 수 있다. 피부의 다른 세포 형태, 망상 섬유모세포, 근막 섬유모세포 및 지방전구세포/지방세포 또한 보조할 수 있다.
피부의 기계적 강도는 망상 진피에 의해 양호한 부분에서 결정된다. 따라서 피부의 망상 층의 내부 또는 근처로의 망상 섬유모세포의 도구강은 피부를 강화할 것이다. 노화하면서, 피부는 타박상 및 열상을 구강기 쉽고, 기계적 강도는 이 피부 상태를 보조할 수 있다. 피부의 다른 세포 형태, 유두 섬유모세포, 근막 섬유모세포 및 지방전구세포/지방세포 또한 보조할 수 있다.
피부의 탄성은 망상 진피에 의해 주로 결정된다. 따라서 피부의 망상 층 내로 또는 근처로의 망상 섬유모세포의 이식은 피부를 더 탄력 있고, 정상적으로 만들 것이다. 노화된 피부는 이의 탄력을 잃는다. 피부의 다른 세포 형태, 유두 섬유모세포, 근막 섬유모세포 및 지방전구세포/지방세포 또한 보조할 수 있다. 노화는 전술한 성질에 영향을 미치고, 결손을 촉진시킨다. 유사하게, 이 성질은 노화의 기능일 수 있고, 다른 기관 및 조직 시스템에 존재한다.
건선
건선은 세계 인구의 최대 2.5%에 영향을 미치는 가장 통상적인 피부과 질환 중 하나이다. 이는 유전적 및 환경적 소질을 갖는 개인의 피부와 면역계 사이의 복잡하고, 비정상적인 관계에서 기인하는 만성 자가면역 염증성 피부 질환이다. 인간 백혈구 조직적합성 항원계(HLA)의 일부와 제한적으로 연결되어 있다. 건선은 표피의 과도한 증식을 초래할 수 있다. 표피의 각질세포와 T-세포의 상호작용이 존재하는 것으로 나타난다.
건선은 임상적으로 은색 운모상인설로 덮여 있는 붉은 색의 경계가 분명한 반점 및 원형 플라크로 특징된다. 피부 병변은 다양한 소양성이고, 팔꿈치, 무릎, 둔부열 및 두피 상에 가장 흔하게 발생한다. 미시적으로 병변은 극세포증, 혈관 증식 및 거대 T 세포 침윤을 나타낸다. 최대 10%의 개인에서는, 특히 손톱 포함물을 갖는 개인에서는, 관절에 영향을 미친다. 이 건선성 관절염은 특징적으로 비대칭 관절 병발을 보여주지만, 혈청 내 류마티스 관절염 인자에 대해 음성이다. 손톱 병발은 점상 함몰 및 손톱 비후로 이루어진다.
질환은 피부의 기저 층, 진피에 인접하고, 기저판과 접촉하고 있는 표피의 하부에 존재한다. 기저 층은 표피 내 세포 증식이 일어나는 층이다. 대부분의 기저 층 세포는 구강방 형상에 대한 원주상의 각질 세포이다. 멜라닌세포, 랑게르한스 세포, 간혈성 머켈(Merkel) 세포 및 표피내 림프구가 기저 각질세포 중에 산재한다. 바닥에서부터 기저 층은 3개의 주요 층으로 조직화된다. 가장 아래층은 유극 세포 층이고, 그 위에 과립 층이 있으며, 표피 분화의 최종 생성물로서 각화된 층이 올려져 있다. 세포는 일련의 컬럼을 형성하는 것으로 생각된다. 유극 및 과립 세포의 몇몇 층은 원주 증식성 유닛을 형성하는 6 내지 8개의 기저 세포의 무리 위에 놓여 있다. 각 유닛은 자가 재생할 수 있거나 또는 분화를 맡기는 딸 세포를 생성할 수 있는 중심 다능성 줄기 세포로 이루어지고, 증식성 세포 및 감수분열 후 성숙 세포를 전이 증폭함으로써 포위된다.
정상 피부에서, 전체 표피 전환 시간은 52 내기 75일이다. 건선을 갖는 환자는 각질세포 증식 및 분화의 통제를 잃어버리고, 이는 8일 정도로 짧아질 수 있다. 질환의 원인, 성장 인자를 활성화하고, 각질세포 과증식을 자극하는 시토카인의 T 세포(주로 CD4+ 및 CD8+)의 배출을 침윤시킴으로써 피부 내에 유발되고 전파되는지 여부에 관한 논쟁이 존재하여 왔다. 분자 수준에서, 전사 인자는 표피의 기저 줄기-세포 층에서 인터페론 신호를 조정하고, 표피 각질세포의 증식 및 이동에서의 역할을 갖는 STAT 3 단백질의 군의 발현을 활성화한다. STAT 3 단백질의 과발현은 건선 동물 모델에서 광범위하게 관찰된다.
국부의 플라크-형태 질환의 환자는 국소 글루코코르티코이드로부터 이익을 받을 수 있지만, 장기간 사용은 피부의 위축을 초래할 수 있다. A 국소 비타민 D 유사체(칼시포트리엔) 및 레티놀은 국부 및 한정된 질환를 갖는 환자에 유익할 수 있다. 자외선(UV-B + UV-A) 치료는 건선이 널리 퍼져있는 환자에 유익하다. 메트로텍세이트(Methrotexate)는 건선성 관절염을 가진 환자에 특히 이용될 수 있다. T 세포-조정 질환과 건선이 연결된 증거는 면역조절에 대한 치료 효과에 관련하였다. 시클로스포린은 보통 심각하고, 널리 퍼져있는 건선 환자에 이용된다. 최근의 조사는 선택적인 면역억제 성질을 가지고, 2차 효과가 덜한 생물학적 제제의 개발에 초점을 맞추어 왔다. 종양 괴사 인자 α 억제제는 최근의 임상 시험 대상의 일부이다. 임상 시험의 다른 제제는 염증을 억제하고하 하는 시도로 다른 염증유발성 시토카인, T 세포 활성화, 및 림프구 트래픽킹(trafficking)을 표적한다. 에스트로겐이 각질세포에 의해 케모카인을 유인하는 중성구, T 세포 및 대식세포의 생산을 하향 조절함으로써 건선성 병변에서의 염증을 약독화할 수 있다는 표시가 존재한다.
바람직한 구체예에서는, 피부 조직으로부터의 유두 섬유모세포를 영향받지 않은 피부 부위로부터 취하고, 시험관내에서 팽창시키고, 상부 진피로 이식한다. 대안적으로, 피부로부터의 이 섬유모세포 등(망상, 진피, 근막성 섬유모세포) 또는 다른 조직 섬유모세포(예를 들어, 골수 간질 섬유모세포)를 팽창시키고 진피 및 피하 층 내로 이식한다. 섬유모세포는 건조한 표피 층에 수분을 제공하여 증상을 완화시킬 수 있고, 질환을 수반하는 만성 염증을 제어할 수 있다. 섬유모세포는 각질세포(예를 들어, KGF, βIFN)의 세포 증식 및 분화를 제어하는 각질세포 조절 및 성장 인자를 분비할 수 있다. 본 발명의 다른 측면에서는, 섬유모세포에 대한 전구 세포를 이용할 수 있다. 본 발명의 다른 측면에서는, 골수로부터의 면역 세포 또는 전구 면역 세포를 이식하거나 융합하여 이 세포가 면역 감시와 같은 정상 방식으로 조절하고, 표피 내 자가면역 반응을 켄치(quench)할 수 있다.
습진
습진 또는 피부염은 다양한 임상 및 조직학적 발견으로 존재하는 반응 패턴이고, 아토피성 피부염, 알레르기성 접촉 및 과민성 접촉 피부염, 한포진, 화폐상 습진, 단순 만성 태선, 건조 습진 및 지루성 피부염을 포함하는 다수의 질환에 대한 통상적인 최종 피부 발현이다. 피부가 매우 건조해질 수 있다.
아토피성 피부염(AD)은 환자의 최대 70%에서 천식, 건초열 또는 피부염의 가족력으로 특징되는 아토피 상태의 피부 발현의 피부 발현이다. 임상적으로 아토피성 피부염은 6주보다 오래 지속되는 질환 과정이고, 가려움증 및 긁음, 악화, 완화, 만곡 피부에서의 습진 병변, 손 또는 태선 형태 병변, 아토피(예를 들어, 천식, 알레르기성 비염, 음식 알레르기 또는 습진)의 개인력 또는 가족력에 의해 현저하다. 아토피성 피부염의 병인론은 완전하게 이해되지는 않았지만, 명확한 유전적 소질이 존재한다. 부모 모두가 영향받은 경우, 이들의 아이의 80%가 영향을 받을 것이고, 한쪽 부모가 영향받은 경우, 이들의 아이의 최대 50%가 영향을 받을 수 있다. 아토피성 피부염 환자는 증가된 IgE 합성, 증가된 혈청 IgE, 증가된 음식 특이적 IgE, 대기성 알레르기 및 박테리아, 단핵세포 및 B 세포 상의 CD23의 증가된 발현(즉, 저 친화성 IgE 수용체) 및 복구된 지연형 과민성 반응을 포함하는 다수의 면역조절 이상증을 보여준다. 영향을 받은 피부의 조직학적 검사는 급성 또는 만성 피부염의 특징을 보여준다. 면역병리학은 활성화된, 기억 T 보조 세포 및 환경 항원에 과민성 응답을 조절하는 CD1a+를 보유하는 IgE를 갖는 랑게르한스 세포를 보여준다.
접촉 피부염(CD)은 피부에 직접적으로 또는 간접적으로 손상을 주는 외인성 제제 또는 제제들에 의해 초래된 피부 내 염증 과정이다. 접촉 피부염의 가장 통상적인 형태는 수부 습진이고, 흔히 직업 노출과 관련된다. 항원 특이적 면역 응답을 유도하는, 과민성 접촉 피부염(ICD), 또는 알레르기성 접촉 피부염(ACD)로도 지칭되는 이 손상은 화합물의 유전적 특징에 의해 초래될 수 있다. 접촉 피부염의 임상적 병변은 급성(즉, 습윤 및 부종) 또는 만성(즉, 건조, 비후 및 인설)일 수 있다. 알레르기성 접촉 피부염은 피부의 기억 T 림프구에 의해 조정되는 지연 형태의 과민성 발현이다. 알레르기성 접촉 피부염의 가장 통상적인 원인은 피부, 의복, 도구 등에 들러붙어 물집형성 및 심각한 가려움증을 동반하는 선형 홍반성 발진을 초래하는 특이 항원 우리티올(urothiol)을 가지는 덩굴옻나무, 오크 및 북나무와 같은 식물에의 노출이다.
아토피의 치료법은 피부 자극의 회피, 수분공급제의 사용 및 국소 항염증제의 사용을 포함할 수 있다. 국소 글루코코르티코이드의 광범위한 사용은 글루코코르티코이드 유발된 피부 위축의 바람직하지 않은 2차 효과에 의해 트라콜리무스(tracolimus) 및 프라임크롤리무스(primecrolimus)(마크로라이드 면역억제제)로서 비글루코코르티코이드의 사용에 의해 대체되었다. 항히스타민제가 통상적으로 치료법에 첨가되어 가려움증을 제어할 수 있다.
바람직한 구체예에서는, 피부 조직으로부터의 세포, 예를 들어, 섬유모세포, 유두상 섬유모세포, 지방 세포, 또는 이들의 전구체를 영향을 받지 않는 (피부) 부위로부터 취하고, 시험관 내에서 팽창시키고, 하부표피 진피 내로 이식하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 피부로부터의 이 섬유모세포 등(망상, 진피, 근막성 섬유모세포) 또는 다른 조직 섬유모세포를 팽창시킬 수 있고, 진피 및 피하 층 내로 이식할 수 있다. 섬유모세포는 건조한 표피 층에 수분을 제공하여 증상을 완화시킬 수 있고, 질환을 수반하는 만성 염증을 제어할 수 있다. 섬유모세포는 각질세포 조절 인자를 분비하여 각질세포(예를 들어, KGF, IFNβ)의 세포 증식 및 분화를 제어한다. 본 발명의 다른 측면에서는, 섬유모세포에 대한 전구 세포를 이용할 수 있다.
치아 성장 및 결손
치아는 외중간엽 세포가 내부 및 바깥 사기질 상피(IEE 및 OEE) 내로 응집되는 주위에 싹, 그 다음 캡을 형성하는 일련의 상피-중간엽 상호작용을 통해 성장한다. IEE로부터의 세포는 사기질의 유기 매트릭스를 분비하는 분비성 사기질모세포로 분화된다. 후에 이 사기질모세포는 상아질을 생성하는 상아질모세포를 형성할 것이다. 사기질모세포는 발달되는 사기질을 광물화하고, 사기질이 완전하게 광물화된 후 퇴화되고, 치아관이 완전하게 형성된다. 골 형성과 대조적으로, 상아질 형성 세포가 이 경질 조직의 외부에 존재한다. 최대 80%의 상아질 덩어리가 광물화되고, 치수로부터 방출되는 평행 세관을 형성한다. 치수는 상아질모세포에 의해 분비되는 풋상아질이라 불리는 비광물화된 매트릭스 층에 의해 내부가 구성된다. 상아질 세관은 이 상아질세포층으로부터 튀어나온다. 각 세관은 석회질이 된 상아질의 고리에 의해 둘러싸인 상아질모세포의 세포질 연장이다. 치근은 시멘트질이라 불리는 무혈관성 골 유사 층에 의해 덮여 있다. 시멘트질은 진피 낭포 조직으로부터 유래한다. 시멘트질세포(골 내 골세포와 유사)의 내부 상에 이 층이 함유된다. 외부상에는, 이 층은 시멘트질모세포(골 내 골모세포와 유사)를 함유한다. 시멘트질로부터의 유출물은 인접하는 이틀뼈 내로 고정되는 치아 인대의 주요 섬유 성분을 구성하는 콜라겐 섬유이다. 시멘트질의 신규 층이 수명 전체에 걸쳐 침착되어 치아 이동 동안 보상된다. 사기질에 겹쳐지는 시멘트질의 부족은 구강 내 상아질을 노출시킨다. 따라서 치아는 저온 또는 물 자극에 민감할 수 있다. 뿌리는 또한 교합의 표류, 치은퇴축 및 올바르지 않은 칫솔질(추가적 상아질 노출)에 의한 시멘트질의 손실에 의해 노출되게 할 수 있다. 시멘트질모세포를 시멘트질 층이 손상되거나 또는 손실된 외부측 상 영역(예를 들어, 치은구) 내로 이식하여 치아 민감성을 교정할 수 있다. 이식은 예를 들어, 감염 또는 농양에 의한 뿌리관 시멘트질 결손에 대해 이용될 수 있다. 치아는 잇몸 질환에 의해 손실되게 될 수 있다. 본 발명의 다른 측면에서는 시멘트질모세포의 이식을 이용하여 고랑 영역 내 치아 설치를 견고하게 할 수 있다. 광대한 잇몸 질환에서, 치주 영역은 고유판 섬유모세포 또는 다른 조직 형태 섬유모세포의 이식과 제휴되어 재설립될 수 있다 .
치아 발달은 태아의 출생 후에 발생한다. 2세트의 치아는 자궁 내 6주에서 형성되기 시작한다. 20개의 젖니가 6달 내지 약 20년에서 빠지는 경험을 한 성인에게는 32개의 치아가 있다. 발달하는 치아 싹은 젖니 아래 잇몸에 놓여 있다. 파골세포는 영구치 형태로서 젖니 치근을 흡수한다. BMP- 및 FGF-패밀리 성장 인자는 근원 상피의 근원 중간엽 복제본 상피에 대한 치아 발달 및 이들의 효과 동안 치아 상피에서 발현된다. 이들은 호메오박스-함유 Msx-1 및 Msx-2를 포함하는 다수의 유전자의 발현을 상향 조절하고, 상피 신호 전달 상피-중간엽 상호작용으로서 세포 증식 작용을 자극한다. 후속 형태발생 동안, 개별 치아의 특징적 형상은 치아 상피의 주름 및 사기질 결절이라 불리는 일시적인 상피 세포 무리에서 발현된 소닉 헤지호그(sonic hedgehog), Bmps-2, 4, 7 및 Fgf-4와 같은 신호 분자로부터의 결과로서 발달한다. 몇몇의 국부성 외배엽 비후 발현 분자가 나타난다. 이는 다시 신호를 근원 중간엽 촉진 중간엽 축합 및 치아 발달로 보내는 것으로 신뢰된다. 상피 세포는 사기질을 제조하고, 중간엽 세포는 치아의 연질 조직을 제조한다.
치아 싹은 치아의 일부를 형성할 수 있는 조직의 덩어리이다. 치아는 성장, 석회화 및 발진인 3개의 발달 단계를 통과한다. 치아 싹은 결과적으로 근원 조직으로 성장하는 상피 세포의 패치이다. 태아 발달의 7주까지, 상피 세포(구강의 피부 세포)는 턱을 발달시키는 능선을 따라 비후된다. 상피 세포는 구강 내 치아판, 말굽 형상의 밴드를 형성한다. 그 다음 성장 기간이 시작되고, 싹, 캡 및 벨의 단계로 나뉘어진다. 영구치 치아 싹은 태아 발달의 7주에서 5세까지 발달한다. 성장의 제2 단계는 증식이 일어나는 캡 단계이다. 치아 세포가 성장함에 따라, 치아 싹은 캡의 형성을 취한다. 캡 아래 영역은 치아 유두로 불린다. 최종 단계, 벨 단계에서, 캡의 상피는 사기질을 형성할 것이다. 치아 유두는 상아질, 시멘트질 및 치수를 형성할 것이다. 이 단계에서, 치아는 성형을 하고, 치아 형태가 된다. 치아 발달의 다음 단계는 세포가 칼슘 및 광물 염을 침착하여 조직을 경화한 후, 사기질의 층이 관 하부의 상부로부터 치아를 형성하는 석회질화이다. 치아 관이 형성되면, 뿌리는 발달하기 시작하고, 발진을 촉진한다. 발진 동안, 구강 내 허용된 이의 위치 내로의 치아 위치의 상부 이동이 있다. 영구치의 경우, 관 완료의 시간 내지 치아 탈출의 시간이 3년이 경과한다.
영구치는 관 및 뿌리로 이루어지고, 대부분 상아질, 무혈관성 및 무세포성이지만 살아있는 연결 조직으로 구성되어 있다. 이들은 수명 전체에 걸쳐 느리게 형성되고, 하이드록시파타이트 결정을 혼합함으로써 사기질에 접착된다. 관은 잇몸으로부터 인출되고, 사기질의, 하이드록시파타이드 결정으로 주로 이루어지는 인체 내 가장 경화된 물질로 덮여 있다. 대부분의 치아는 느슨한 연결 조직의 중심 치수 공동을 함유하는 뿌리로 이루어지고, 이틀뼈의 골 소켓 내 치아 인대에 의해 현탁 및 고정된다. 치수성 세포는 신경돌기 파생물을 유도한다.
뿌리는 세포 및 세포외 매트릭스를 함유하는 시멘트질이라 불리는 골 유사 조직의 얇은 층에 의해 덮여 있다. 사기질 및 시멘트질은 보통 치은구에서 만난다. 치아는 느슨한 연결 조직의 중심 치수 공동을 함유하고, 깊은 뿌리(들) 내에서 좁아져 각 뿌리의 끝에서 소 구멍을 통해, 치아 인대와 연속하는 치수 또는 뿌리 관을 형성하고, 치수 공동 내로의 관 및 신경의 진입을 허용한다. 잇몸은 인접하는 골에 부착되는 치아의 목 또는 경부 마진에서 파라각질화 층상 편평 상피로 이루어지는 경구 점막층의 특화된 지역이다. 잇몸 상피는 섬유모세포 및 세포외 매트릭스가 풍부한 고유판으로 불리는 간질연결 조직의 두꺼운 층 위에서 정지한다. ECM은 피부에 매우 유사한 배열의 I, III, IV 및 V 섬유와 같은 다중 콜라겐 형태를 함유한다. 모두 합하여, 잇몸, 고유판, 치아 인대, 이틀뼈 및 시멘트질은 치주라 불린다
특정한 본 발명의 구체예는 치아 공동, 감염, 고름집, 사기질 형성 부전, 신경 뿌리 관 손상, 왜소치(microdontia), 선천성 치아 결손(hypodontia), 치수 종기(polyps), 치아 재구조화 및 신규 치아 성장에 대한 요구에 의해 손상된 것과 같은 치아 구조의 재구조화를 포함하는 치아 결손을 다룰 수 있다. 다양한 치아 구조를 위해 전술된 세포 형태는 단리될 수 있고, 결손된 제자리 위치 내로 이식될 수 있고, 이식된 세포는 바람직하게는 이들의 수용되는 조직에 대해 원시적이다. 예를 들어, 신규 상아질 및 사기질을 생산하기 위한 사기질모세포 및/또는 상아질모세포의 이식은 치아 백색화를 갖는 환자에게 제공될 수 있다. 특히 신규 치아 성장을 위해 전구 세포를 이용할 수 있다. 치아 싹 줄기 상피 세포 및/또는 진피 유두 세포를 이용하여 잇몸 고유판 내로 또는 현 치아의 뿌리를 둘러싸는 치주 막 영역 또는 목적하는 치아 위치의 영역 내로 이식함으로써 신규 영구치 성장을 달성할 수 있다.
이틀뼈 결손
이틀뼈는 치아를 지지하고 보호하는 상악골 및 하악골의 일부를 형성한다. 다른 골을 이용함으로서, 이틀뼈는 광물화된 지지 조직으로서 기능하고, 근육에 대한 부착을 제공하고, 골수용 틀을 제공하고, 칼슘 저장소로서 작용한다. 이는 이의 유지 동안 치아의 존재에 좌우되므로, 무치아증(선천성 치아 부재)에서 이틀뼈는 치아 심각하게 저형성되고, 추출 후 위축된다. 이틀뼈 재흡수는 이 개인이 의치를 제자리에 유지하기 위해 심각한 문제가 흔히 존재하는 시점에서 장기간의 시간 동안 의치를 한 노년의 개인에게서 특히 우세하다. 턱의 이틀 치아 보유 부분은 외부 및 내부 이틀 판으로 이루어진다. 개별 치아 소켓은 치간 중격이라 정의되는 골의 판에 의해 분리되고, 소켓의 하부에서의 골의 압축 층은 치아의 뿌리에서 혈관 및 신경으로의 통로를 제공하도록 관통되는 크리비폼 판이라 불린다. 이 통로는 볼크만 관이라 불린다. 본 발명은 하악골 및 상악골 이틀뼈 재구조화 및 복구를 위한 골원성 세포를 이용할 수 있다.
발꿈치 및 발바닥 위의 지방 패드의 증가
발은 발에 맞지 않아 고통을 주는 신발 또는 매우 높은 힐을 신고 과도하게 걷거나 또는 서있음으로써 초래되는 심각한 스트레스를 받을 수 있다. 이 스트레스는 개인의 체중보다 더 큰 무게를 견디는 하나의 영역을 갖는 비균형된 무게 지지체를 생성하는 불완전한 생체역학에 의해 언덕 영역(발의 볼)에서 특히 통증을 일으킬 수 있고, 높은 힐의 경우에 그러하다. 높은 힐을 신음으로써 초래되는 발 통증은 급성일 수 있거나, 또는 만성이 될 수 있고, 잠재적으로 근막염(발의 근막의 만성 염증)과 같은 더 심각한 다른 상태의 원인이 되거나 또는 발의 아치의 심각한 변형은 시간이 지날수록 더 통증을 유발한다.
높은 힐을 신은 스트레스를 더 잘 견디는 발의 경우, 가능한 해결책은 발의 볼로서 공지되어 있는 영역인 언덕 내 발꿈치 뼈에 놓여 있는 자연 지방 패드를 증가시키는 것이다. 증가는 지방 세포, 전지방세포, 섬유모세포, 근육를 제조하는 세포, 콜라겐, 다른 ECM 단백질 또는 매트릭스 또는 영역에서의 조합을 주사하거나 또는 수술 이식하거나 또는 삽입함으로써 수행될 수 있다. 또한, 동일한 전구체를 이용할 수 있다. 세포는 본 명세서에서 기술되는 보조 단백질 또는 다른 인자를 이용하거나 또는 이용하지 않고 이식될 수 있다.
근육 및 근육 결손
기저 근육 형태은 심장근, 골격근 및 평활근 세포로 이루어진다. 심장 세포(심장모세포)가 출생 후 증식되지 않고, 태아 단계에서 증식되는 것이 기본원리였다. 이들은 성인에서 비대함으로써 성장하고, 자율신경계에 의한 심장박동기-발생 심박의 비자발적인 조절에서 기능한다. 근육 방추는 부재하고, 시냅스는 통과하고, 개재 디스크에서의 세포 접합부는 근막 접부, 데즈모좀 및 갭 접합부로서 존재한다. 근육 형태는 중간 근육세포질 세망 및 종말수조(terminal cirsterma)를 갖는 2조체를 형성하는 Z 디스크에서 T 세관을 갖는다. A, I, H 밴드 및 Z 디스크가 존재한다. 수축은 세포외 칼슘이 진입하는 경우 발생하고, 근육세포질 세망 및 종말 수조로부터 추가적 칼슘 방출을 유도한다. 신경절이후 교감신경계는 α1 아드레날린성 수용체에 결합하는 노에피네프린을 방출하지만, 신경절이후 부교감 신경계는 M2 무스카린성 아세틸콜린에 결합하는 아세틸콜린을 방출한다. 세포는 짧은 분지 원주를 가지고, 중심핵을 함유한다. 골격 근육 세포와 대조적으로, 이 세포는 자발적으로 수축 및 완화할 수 있다.
골격근 세포는 성인에서 증식되지 않지만, 골격근 조직 내 위성 세포는 근육모세포를 발생시킨다. 그러므로 이의 재생산은 제한된다. 골격근은 전형적으로 비대에 의해 성장하고, 아세틸콜린을 방출하고, 신경지배근 접합부에서 니코틴성 아세틸콜린에 결합하는 α-모터 뉴런의 "실무율(all-or-none)" 수축의 자발적인 조절에 의해 수축한다. 근육 방추가 존재하고, 세포 접합부는 부재한다. 세포는 A, I, H 밴드 및 A-I 접합부에 존재하는 T 세관을 갖는 Z 디스크를 함유하는, 광대한 근육세포질 세망을 가지고, 종말 수조를 갖는 3합체를 형성할 수 있다. 트로포닌 C가 칼슘 결합 단백질인, 근육세포질 세망 및 종말 수조에 저장된 칼슘의 방출을 통해 수축이 발생한다. 세포는 다중 말초 핵을 갖는 평행한 긴 원주형이다. 골격근 형태는 적색 섬유(형태 1), 백색 섬유(형태 2) 및 중간 섬유이다. 본 발명에서는, 섬유모세포를 얻을 수 있고, 시험관 내에서 팽창시킬 수 있고, 전사 인자 MyoD, 뮤제닌(myogenin), Myf-5 및 Myf-6 또는 다른 전이분화 또는 분화 인자에 의해 골격근 세포로 전환시킨다. 얻어지는 골격근 세포는 기술한 바와 같이 다수의 측면에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 근육의 노화 관련 손실은 사르코페니아로서 공지되어 있고, 근육 세포를 근육 조직 및 주변 조직 내로 이상하여 이 질환을 치료할 수 있다. 근육모세포는 성숙 근섬유의 표면 상에서 발견되는 위성 세포로부터, 또는 골수 또는 간질 연결 조직 내 세포로부터 유래할 수 있다. 근육을 세포 이식에 의해 첨가하여 생리학적항상성, 호르몬 균형을 증가시키고, 대사 활성 및 혈액 흐름을 증가시킬 수 있고, 이 모두는 노화 동안 역기능한다. 근육 세포를 이용하여 근육 낭비 질환, 근위축증, 무용성 위축(예를 들어, 마비 환자, 노인) 등을 치료할 수 있다.
평활근 세포는 성체에서 증식될 수 있고, 혈관주위세포가 신규 세포를 일으킬 수 있다. 성체의 성장은 비대 및 증식에 의한다. 세포는 자율신경계 및 호르몬 제어에 의한 수축의 비자발적 조절 하에 존재한다. 근육 방추가 부재하고, 시냅스가 통과한다. 세포는 제한된 근육세포질 세망을 가지고, 이의 갭 접합부는 단세포 내에 존재하고, 다중유닛은 아니다. 세포외 칼슘이 세포에 진입하고, 신경 제어 하 근육세포질 세망으로부터 칼슘이 더 많이 배출되는 경우 수축이 발생한다. 칼모듈린(Calmodulin)은 칼슘에 결합한다. 세포는 가는 근육 미세섬유 및 굵은 근육 미세섬유, 존재하는 카베올라(caviolae)를 갖는 중간 미세섬유에 의해 연결되는 밀집체 및 플라크를 가진다. 신경절이후 교감신경계는 α1 및 β2 아드레날린성 수용체에 결합하는 노에피네프린을 방출하지만, 신경절이후 부교감 신경계는 M3 무스카린성 아세틸콜린에 결합하는 아세틸콜린을 방출한다. 세포는 단일 중심핵을 함유하는 테이퍼링 말단을 갖는 방추 형상이다. 세포는 단일 유닛, 다중 유닛 또는 조합 유닛일 수 있다. 단일 유닛 평활근은 자궁, 요관, 방광 및 GI 관에 존재하지만, 다중 유닛은 홍채의 동공 확장근 및 동공 괄약근, 렌즈의 섬모근 및 정관 내에 존재한다.
조합 유닛이 혈관의 중막에서 발견된다. 평활근 세포는 임신 동안 자궁근육층에, 창자 및 피부에 존재한다. 평활근 근육모세포는 유사근육, 근육상피 또는 근육섬유모세포 세포로서 발생할 수 있다.
임의의 근육 형태에 대한 손상(예를 들어, 손상, 질환 또는 노화를 통해)은 팽창된 근육 세포를 이식함으로써 복구될 수 있다. 바람직하게는, 동일한 근육 세포 형태를 근육 세포 형태의 정상적인 원래 위치에 다시 놓는다. 바람직한 구체예에서는, 근육, 예컨대, 골격근의 증가 또는 복구는 또한 위성 세포로부터 유래되는 근육모세포의 이식에 의해 달성될 수 있다. 이는 더 큰 근육 조직 강도를 세울 수 있고, 생리학적 혈류의 분포를 증가시킬 수 있고, 생리학적 말초 산소 소비량 및 활용도를 향상시킬 수 있으며, 호르몬 균형을 개선할 수 있다. 골다공증 또는 골감소증에서 발생하는 것과 같은 골 손실을 방지할 수 있다. 향상된 근육 질량 및 기능은 당뇨병 형태 IL에서의 정상 글루코오스 항상성을 회복할 수 있다. 심장 근육 복구를 얻기 위해, 다른 근육 세포 형태는 평활근 또는 골격 세포 형태와 같은 다양한 조합으로 치환될 수 있다. 상이한 근육 세포 형태는 근육 조직 복구의 교체 방법에서 각각의 다른 것으로 치환될 수 있다. 근육의 증가는 골격근 팽화 또는 음경 평활근 팽화와 같은 환자의 화장품 이유에 의해 수행될 수 있다 .
심혈관계 결손- 심장 및 혈관 심장
심장은 이의 발달 동안, 유구강 및 유출 관이 서로 옆에 위치하도록 스스로 접혀 있는 2개의 종 격실 내로 나뉘어지는 관의 복잡한 개질물로서 간주될 수 있다. 심실은 3 층상 벽, 밸브 및 신경 공급체를 포함하는 다양한 혈관에서 발견되는 다수의 특징을 공유한다. 순환계를 통한 혈액의 추진을 책임지는 기관으로서, 심장은 펌핑 메커니즘은 유출의 면에서 고정되지 않지만, 휴식 또는 운동의 기간 동안 순환류의 변이에 응답하기 때문에 요구되는 펌프와 유사하다. 중격은 심방 및 심실을 서로 분리한다. 심방 상이의 중격은 주로 섬유성 연결 조직이지만, 심실 사이의 중격은 주로 심장내막 층을 갖는 심근이다.
심장벽은 3개의 층을 함유한다. 심장벽의 가장 두꺼운 중간층은 심장근 섬유로서 기재되는 심장 근육세포로 이루어지는 심장 근육의 다발 및 층으로 구성되는 심근이다. 이 섬유는 개재 디스크라 불리는 특화된 세포내 접합부에 의해 말단 연결된 개별 세포이다.이러한 디스크는 또한 전기적 커플링을 제공한다. 근육세포는 단일 중심 핵을 갖는다. 섬유는 갈라져서, 수축 중에 서로를 따라 미끄러지는 액틴 및 미오신 필라멘트의 반복 구역을 나타내는 줄무늬 및 근절(수축 단위)을 형성한다. 심근은 푸르키니에 근육세포 및 심근의 내분비 세포를 함유한다. 내분비 세포는 증가하는 혈액 부피 및 심방 내의 정맥압에 반응하여 심방 및 분비 심방 나트륨이뇨 펩타이드(ANP)에서 발견된다. ANP는 사구체 여과압 및 여과율을 증가시키고, 나트륨 재흡수를 감소시키고, 신경뇌하수체로부터 항이뇨 호르몬의 분비를 억제하고, 부신 피질로부터 알도스테론의 분비를 저해하고, 토리곁세포로부터 레닌의 분비를 저해하고, 그리고 및 말초 혈관 및 신장 혈관의 혈관확장을 야기한다. 근섬유는 섬유 골격, 결합 조직 링 시스템 및 심실로부터 심방을 분리시키는 탄성 섬유에 부착한다. 섬유 골격은 또한 지지를 위해 심장 판막 주위에 두꺼운 결합 조직 밴드를 형성한다. 각 판막은 섬유 골격으로부터 연장되고 심내막에 의해 둘러싸인 섬유탄력성 결합 조직의 피판이다. 유두근은 힘줄끈에 의해 판막 편 및 첨판에 부착되고, 판막의 개방 및 셔틀링을 보조한다. 각 첨판은 중간 섬유 중심을 갖는 심내막의 주름이다. 심장의 섬유 골격의 주요 요소는 판막 첨판과 연속되는 고랑 결합 조직 및 끈 관상으로 구성된 판막테이다. 심외막에서 심내막까지, 심장을 통하여, 수축 요소와 전도 요소 사이의 세포간 공간은 다양한 양의 결합 조직을 갖는다. 윤문상 조직의 얇은 층은 노화 중에 지방을 축적하는, 장막 내장 심외막의 중피의 많은 부분을 덮는다. 동맥 혈관은 이러한 지방 내로 삽입되고, 방실 및 심실간 그루부 및 사이드 채널을 따라 위치한다. 심외막밑층 및 심내막밑층의 섬유세포 성분은 심근 위의 근섬유막 및 근다발막 결합 조직과 혼합된다. 따라서 각 심장 근육세포는 기저 물질 내에 삽입된 미세 세망 섬유, 콜라겐 및 엘라스틴 섬유로 구성된다. 섬유 골격은 심장 근육 섬유에 부착하는데 작용하고, 전도계를 제외하고 심방으로부터 심실로 전기 충격이 퍼지는 것을 방지한다. 이러한 챔버의 심근은 내부 심장내막(심장으로 들어오고 나가는 정맥 및 동맥과 연결되고, 푸르키니에 근육세포를 함유하는 심장내막밑 공간에 놓이는 심장내막의 층)의 지지 조직에 의해 배열된다. 외부 심장내막(심장에 공급하는 신경 및 혈관을 함유하는 결합 조직을 포함하는 바닥판 및 중피). 푸르키니에 근육세포는 간극 결합에 의해 연결되고, 전도에서 특수화된다. 탈분극을 위한 흥분파는 His의 방실 다발에 이어 방실 결절로 전기 충격을 분배하는, 심장 박동조율기로 알려진 굴 결절에서 유래된다. 결절 및 다발은 작은, 가는 전이 근육세포 및 푸르키니에 섬유의 말단 분지로 이루어지고, 일반 근육세포보다 더 큰 세포로 이루어진다. 심외막을 덮는 것은 결합 조직 낭, 심낭막이다. 심낭막 액은 심내막 및 심외막 사이의 심낭막 강 내에 존재한다(~50 ML). 심내막은 내부 마루층 및 외부 섬유층으로 이루어진다.
심장 효율은 상호의존적 구조 내의 기능의 시간에 따라 다르다. 따라서 심방 및 심실의 수동 충전 및 굴 결절로부터의 방전에 의한 흥분에 따른 심실의 충전을 완료시키는 심방 수축기가 존재한다. 심방의 흥분 및 수축은 동시에 일어나고, 심실 수축 전에 완료되고, 이는 심방으로부터 심실로 흥분을 전도하는 것의 지연에 의해 일어난다. 심실 끝에서부터 관 및 구멍의 유출을 향해 퍼지고, 배출되는 동안 혈액을 촉진하는, 특별한 심실 전도계가 빠른 흥분 및 수축 파 후의 방실 판막의 폐쇄를 보증하도록 심실 수축이 진행된다. 주된 박동조율기 리듬은 굴 결절에서 생성되고, 신경 (굴 및 이의 신경분포)에 의해 영향을 받고, 방실 결절 및 다발에 의해 심방으로부터 심실로 그리고 심실 내에서 모든 근육조직으로 전달된다.
결절 세포 또는 박동조율기 세포(P 세포)는 타원 구조, 1-2 cm 길이, 굴 결절에 무리지어있다. 결절 조직은 우심방벽의 말단 그루브 내에 심외막밑으로 위치한다. 세포는 밀집 콜라겐 외막 내로 삽입된다. 자율 신경절은 결절과 인접하고, P 세포는 대부분 중심에 위치하고, 작고(5-10 ㎛ 최대 지름) 큰 중심 핵을 갖는다. 근육원섬유는 적고, 적절한 근소관 시스템이 존재하지 않는다. P 세포는 말초에서 가는 방추형 전이 세포와 혼합되고, P 세포 및 외관상 정상 심장 세포 사이에 존재한다. P 세포의 유사한 배열은 방실 결절 내에 있다. 방실 다발은 중심 섬유체로 들어가고 유두근에 도달되는 것와 같이, AV 결절이 직접 연장되는 것이다.
심근 세포, 전도 조직 및 심장 젤리(발달 심장의 특정 ECM)는 정중앙 내장흉막 체강 상피로부터 유래한다. 심내막 및 판막 조직으로부터의 심장 간엽 세포는 혈관발생 중간엽으로부터 유래된다. 대동맥폐동맥 중격 및 대혈관의 혈관중간막은 신경 능선 세포로부터 유래된다. 심장 중간엽은 방실 관의 유입로 및 원위 심구 및 동맥간 내의 유출로에 정렬된 심내막 세포 일부의 상피-중간엽 전환으로부터 제조된다. 방실 융기는 심장 젤리 내에 피브로넥틴, 히알루론산 및 히알루로니데이즈를 함유하는 심장 ECM으로부터 또는 중간엽으로 전이된 심장내막 세포로부터 형성된다. 심장 젤리 또는 심근 기저막은 특정 심내막 세포를 분화할 수 있는 유도 요소를 갖는다.
출생 후에, 심장 근육 세포는 증식되지 않지만, 외부 근육원섬유의 합성에 의해 비대하게 된다. 심장 근육의 퇴행 또는 손상은 일부가 흉터 또는 섬유 조직으로 대체될 수 있게 할 수 있다. 본 발명의 구체예는 상기 흉터 또는 섬유 조직을 대체하거나 회복시킬 수 있는, 또는 기능적 세포를 제공함으로써 흉터 근처의 조직의 기능을 증대시킬 수 있는 섬유모세포 또는 근육 세포 종류를 사용할 수 있다.
근절은 2 종류의 수축성 필라멘트를 갖는다. 두꺼운 필라멘트는 미오신으로 구성되고, 얇은 필라멘트는 액틴으로 구성된다. 두 종류 모두 Z 라인으로 불리는 규칙적으로 반복된 단편으로 배열된다. 근절은 2개의 연속적 Z 라인 사이의 부분이고, 이를 포함한다. 두꺼운 밴드 및 얇은 밴드가 겹쳐지는 부분은 A 밴드로 불린다. A 밴드 내에, H, M 및 I 밴드가 존재한다. 근세포질은 풍부한 미토콘드리아, SR (근육세포질 세망) 및 TT(가로 소관) 시스템을 함유한다. 심장 근육이 수축하는데 칼슘이 요구된다. 이는 세포로부터 제공되고, 활동 전위에 반응하여 횡문근형질막을 통해 들어간다. 이는 또한 SR 내의 보관소로부터 근육세포질 내로 방출된다.
심장의 전기 전도계는 푸르키니에 섬유라고 불리는 변형된 심장 근육 세포이다. 흥분의 내부파는 굴 결절(심장 박동조율기)에서 발생하며, 이는 전기 충격을 방실 결절에 배분하고, 그 후 His 방실 다발로 배분한다.
심장 기능상실 및 심장 이상
심근 기능상실은 현저한 심장 기능상실 조건이다. 이는 조직 대사의 요구에 부응하는 속도로 혈액을 관 시스템 내로 펌핑하는 심장의 불능에 대해 심장 기능의 이상이 책임이 있는 조건이다. 비정상적으로 상승된 충전압을 사용하여 보상할 수 있다. 심장 기능상실은 심근 기능상실이라고 부르는 것이 적절한, 심근 수축의 결함에 의해 흔히 일어나지만 항상 그렇지는 않다. 후자는 심장근육병증에서 일어나는 바와 같은 심장 근육의 1차적 이상으로부터 발생할 수 있지만, 고혈압 또는 선천성, 판막, 관, 동맥 또는 심장막 이상의 결과는 아니다. 심근 기능상실은 심근 외의 이상, 예를 들어, 심근 허혈 및 경색증을 가져오는 관상 동맥경화증 뿐 아니라 심장 근육에 궁극점 부담을 가져오는 심장 판막의 이상으로부터 더욱 흔하게 발생한다.
심근병증 및 심장 기능이상을 일으키는 순수한 심근 질환은 1) 첫째로, 가장 일반적으로는 특발성 및 가족성의 것일 수 있고, 2) 둘째로, 감염, 대사 질환, 축적 질환, 영양 결핍, 결합 조직 장애, 침윤성 과정, 신경근육성 질환, 독성 반응, 주산기심근 또는 섬유탄력섬유증이 원인인 것 일 수 있다. 임상적으로 심근병증은 확장성(울혈성), 제한성 또는 비대성으로 분류될 수 있다.
심장 기능상실을 야기하는 심근 기능상실은 낮은 출력의 실패로 기술할 수 있다. 낮은 심장 출력은 작동 중 뿐만 아니라 이어서 억제될 것이다. 심장 기능상실은 1) 경색으로 인한 과도한 심장 근육의 괴사에 대해 급성적, 2차일 수도 있고, 2) 만성적, 진행성이고 지속적인 심근 손상을 일으키는 느린 병리학적 과정에 대해 2차적일 수도 있다. 심장 기능상실은 또한 주요 이상이 충분히 배출하는 것의 불능일 경우에는 수축기적으로 분류될 수 있고, 문제가 일반적으로 완화 및 충전하는 챔버의 기능이상인 경우에는 이완기적으로 분류될 수 있다.
심실 심근에 대한 조직 손상은 허혈성, 관상 동맥 질환, 또는 경색으로 인한 것이다. 덜 빈번하게는 감염, 침윤 및 형성이상 때문이다. 조직 손상은 삽입형 제세동기로 치료가능한 빈부정맥을 가져온다. 빈맥을 가진 환자의 80%는 심실성 빈맥을 갖는다. 중격에 대한 조직 손상(예를 들어, 괴사, 섬유화)는 일반적으로 허혈로부터 일어난다.
심방 세동은 발생 요소로서 판막성 심장 질환과 같은 구조적 이상, 수축기 또는 이완기 기능장애, CHF, 심근 경색, 당뇨병, 및 고혈압을 갖는다. 심장 이식 요구는 일반적으로 이완기 심장병변 및 말기 관상 동맥 질환 때문이다. 울혈성 심장 기능이상(CHF)은 혈액의 충전 또는 배출하는 심실 능력을 손상시키는 임의의 구조적 또는 기능적 심장 장애로부터 발생한다. 이완기 기능장애는 CHF 케이스의 거의 50%이고, 나이가 많을 수록 더 일반적이다. 500,000의 미국인이 매년 CHF에 의해 새롭게 영향을 받는다.
심근병증은 제한성, 비대성 또는 이완성으로 분류될 수 있다. 제한성 심근병증은 가장 흔치 않은 심근내막 질환이고, 이완기 기능장애와 수축기 기능장애로 균형적으로 나타낸다. 이는 심근 섬유화, 단백질(아밀로이드)에 의한 심근 침윤, 심근 흉터, 및 심장 근육 비대(심방 비대)로부터 나타난다. 심근내막 섬유화에서, 심실 끝 및 판막하부 구조가 관여한다. 심실은 콜라겐 조직에 의해 제거될 수 있다. 심장 섬유모세포 및 다른 조직 형태의 이식이 사용될 수 있고, 근육 세포 형태도 조직 섬유화를 제거하는데 사용될 수 있다.
비대성 심근병변(HCM)은 1 이상의 심실 조직 블록의 20% 이상을 차지하는 근육세포 근육원섬유 이상배열을 갖는다. 이는 고혈압 또는 다른 알려진 원인에 의해 발생하는 심근 비대가 아니다. HCM은 비대 폐쇄 심근병변, 특발성비대 대동맥하 협착, 비대칠 중격 비대 및 근육 대동맥하 협착으로 알려졌다. 승모판 역류 및 심방 세동은 HCM의 일반적 양상이다.
이완 심근병증(DC)은 가장 흔한 심근병증이다. 수축기 및 이완기 수축성 장애 모두를 가져오는 1 또는 2의 심실 비대로 특징지어진다. 이러한 질환은 심근세포로 인한 1차성 또는 관련 전신 질환으로 인한 2차성 일 수 있다. 가장 흔한 것은 심근 경색으로 인해 좌심실 이완에서 나타나는 허혈성이다. DC 및 HCM은 근육 세포를 영향을 받은 심실 영역으로 이식함으로써 치료할 수 있다.
심근 비대는 과도한 콜라겐 축적으로 야기되는 섬유화, 예를 들어, 고혈압의 경우 상승된 알도스테론 수치로 인한 호르몬 자극 때문일 수 있다. 다른 심장 조직 섬유화를 위해 바람직한 자가 (예를 들어, 심장, 피부의) 섬유모세포의 이식이 심근 비대를 회복시킬 수 있다.
결합 조직 장애는 심혈관계에 형향을 미친다. 심장 근육의 세층, 심근, 심내막 및 심낭막이 류마티스성 질환에 의한 다른 기전을 통해 손상받을 수 있다. 전도계는 다양한 결합 조직 장애에 의한 다른 기전에 의해 영향을 받는다. 섬유화 또는 염증성 침윤은 다른 전기생리학적 이상 중에서 다발 갈래 차단, AV 차단의 결과를 낳는다. 판막성 질환, 관상 병변 및 폐동맥 고혈압이 다발 갈래 차단, 심방 세동 및 다른 부정맥에 영향을 미칠 수 있다. 심외막밑 고름집이 심장막염을 야기하고, 심근으로 들어간다.
굴 결절 장애는 침윤(예를 들어, 섬유화), 감염 또는 경색 때문에 일어날 수 있다. 이는 박동조율기 삽입을 요구하는 서맥(나이에 따라 증가), 부정맥 및 다른 심장 리듬 변화의 주된 요인이다. 심실 빈백은 구조적 심장 질환, 예를 들어, 관상 동맥 질환과 관련된다.
심장의 노화
근육세포의 소실 또는 증가된 말초 관상 저항성은 남은 근육세포의 비대를 가져올 수 있다. 이는 아밀로이드, 콜라겐, 지방 섬유화 및 진전된 당화(glycation) 생성물의 과도, 허혈 또는 경색과 같은 다른 요인 때문일 수 있는, 심장 질량의 증가를 가져온다. 이완기 장애를 가져오는 증가된 심실간 중격 비후가 있을 수 있다. 승모판 고리 및 동맥 판막의 섬유화 및 석회화로 인한 판막성 강직이 노화로 일어날 수 있다. 대동맥 협착은 약 10%의 62세 이상의 노인에서 발생한다. 승모판 역류는 점액종성(중간엽 조직) 변성 또는 환상 이완으로부터 발생한다. 주변 지방 조직 축적으로 인한 심방 근육조직으로부터의 분리 및 굴심방 박동조율기 세포 수의 90%의 감소로 인한 감소된 내인 굴 및 휴지기 심장 속도가 존재한다. 심실 전도계 내의 증가된 콜라겐 및 탄성 조직으로 인한 증가된 심실 전위 및 가벼운 PR 간격 연장이 존재한다. 감소된 다발 다발 밀도 및 원위 전도 섬유는 다발 갈래 차단 및 이상 전도를 야기할 수 있다. 증가된 섬유화 및 근육세포 괴사는 심방 및 심실 부정맥을 위한 낮은 역치 및 칼슘 과로드를 위한 감소된 역치, 탈분극 후의 이완 및 심실 세동를 가져온다. 좌심실 박출은 젊은 사람의 수축성 축적의 단지 약 1/5이고, 좌심실 수축 충전의 최대 속도는 50%로 감소된다. 조직은 심방 세동의 증상 결과에 대해 더욱 감수성이다. 운동 중의 최대 심장 속도는 20세의 분당 180 내지 200 비트에서 80세의 분당 120 비트로, 나이에 따라 30% 이상 감소된다. CHF(울혈성 심장 기능상실)의 발생율은 45세를 지나 선형적으로 증가되고, 이 중 반은 이완기 장애 및 더 적은 정도의 대동맥 협착 때문이다. 심방 세동(AF)는 중장년층의 가장 현저한 심실하 부정맥이고, 85세를 넘는 사람의 14% 이상 일어난다. 뇌졸중 및 관상 동맥 질환은 AF를 촉진할 수 있다. 푸르키니에 섬유를 굴 결절 내로 이식하는 것이 부정맥을 방지하는 굴 결절 기능을 회복시키기 위해 사용될 수 있다. 대안으로, 푸르키니에 섬유를 형성하는 세포, 및/또는 이의 전구체가 예를 들어, 굴 결절에 환자에게 도입될 수도 있다. 일부 구체예에서, 푸르키니에 섬유는 자가 세포로부터 시험관 내에서 배양될 수 있다.
호흡곤란(dyspnea) 또는 호흡 곤란(respiratory distress)은 심장 기능상실의 가장 흔한 증상이다. 일반적으로 기본 치료는 하기의 3개의 성분으로 나뉜다: 1) 침전 요인의 제거 2) 잠재 요인(가능한 경우)의 수정 및 3) 울혈성 심장 기능상실 상태의 제어. 일부 향상이 일반적으로 a) 신체적 활동을 낮추어 심장 작동 로드의 감소시키고, 디곡신과 같은 심장 글리코시드를 사용함으로써 심장 근육이 더 잘 수축할 수 있게 돕고, b) 식이, 나트륨 섭취를 모니터링하고 이뇨제를 사용함으로써 과도한 유체 보유를 제어하고, c) 혈관확장 치료를 함으로써 달성될 수 있다.
심근 기능상실의 예후는 주로 잠재 요인의 성질 및 수정 가능성에 의존한다. 요인이 수정될 수 없는 경우, 대부분의 환자는 냉혹하게 내리막 과정을 겪게되고, 대다수, 특히 55세 이상의 환자는 심장 이식을 수행하지 않는 한 증상 발현 후 2년 내에 죽는다. 자발적 향상 또는 안정화가 소수에서 일어난다. 같은자리 동종이식 시신 심장 이식이 이러한 경우 말기 심근 기능상실에 대한 유일한 결정적 치료이다. 제한된 기증자 제공 및 과정의 높은 비용은 생존하려고 하고 이식 후 활동적 삶을 바라는 대부분은 환자를 제한한다. 거부반응을 피하기 위한 약학적 면역억제가 생존을 위해 필요하게 된다.
치료
심장 근육 또는 시스템과 관련된 결함은 결함부위에서 조직의 기능을 회복시키기 위해 세포를 결함부위에 또는 근처에 도입함으로써 치료할 수 있다. 세포 종류 및 전달 위치의 선택은 본 명세서의 결함의 상술 및 결함부위의 세포 종류에 근거하여 이루어질 수 있다. 줄기 세포는 심장 조직 자체와 함께 말초 혈액 공급 및 골수로부터 얻어질 수 있고, 심장 조직 심장 근육 세포(근육세포)로의 도착에 의해 발달될 수 있다. 배아, 태아, 신생아 줄기 세포 및 성인 심장 근육세포 및 골격 섬유모세포가 또한 근육 기능을 향상시키는데 사용될 수 있다. 혈류 전구 세포, 내피 및 혈관주위세포가 협력하여 또는 단독으로 사용되어, 혈액 흐름 및 내인 줄기 세포 및 성인 세포 종류를 심장 조직으로의 전달을 향상시킬 수 있다.
성장 인자는 단독으로 또는 세포와 협력하여 사용될 수 있다. 예를 들어, GM-CSF는 골수 유래 심장 근육세포의 형성을 증가시킬 수 있다. 이러한 세포를 심장 영역으로 선택적으로 귀소시키는 것이 요구되고, 조직 및 세포 종류에 특수한 세포 접합 분자로 성취될 수 있다.
줄기 세포 및 분화된 세포(내피세포, 섬유모세포, 근육 세포(심장 근육모세포, 골격 또는 평활근 근육모세포))가 시험관내 증식 및 이식을 위해 임의의 심장 구조로부터 얻어질 수 있다. 이러한 세포는 증식을 위해 신체 내의 다른 조직으로부터 얻어질 수 있다. 세포가 얻어지는 심장 내의 위치는 심낭막, 외부 섬유성 층 및 내부 벽쪽 층 모두, 심낭강, 심외막, 심근, 근육 섬유 또는 심내막을 포함한다. 유두근, 즉 심장 판막, 특히 삼첨판 및 승모 판막의 개방 및 차단을 돕는 근육으로부터의 세포는 배양되고 기능장애가 있어 판막 기능장애, 협착 및 기능저하를 가져오는 유두근 내로 이식될 수 있다. 결합 조직 세포는 찢어지거나 기능장애가 있는 힘줄꾼 내로 이식될 수 있다. 판막 편은 결합 조직 세포(예를 들어, 섬유모세포)로 회복될 수 있다. 인공 판막은 근육 세포 이식과 강화된 힘줄 및 유두근에 의해 지지될 수 있다. 다른 근육 세포 종류 또는 체내의 다른 위치로부터의 근육모세포(평활근, 골격근)는 증식 후 이식에 사용될 수 있다. 주된 심장의 펌핑 근육, 심실 및 심방에 존재하는 심근은 근육 세포 및/또는 섬유모세포를 함유하는 증식 배양 세포를 이식함에 의해 장애, 예를 들어, 근육 허혈 또는 경색이 치료될 수 있다. 이러한 세포는 심근 조직을 포함한다. 심장 내 다른 위치로부터의 적절한 표현형 중의 하나인 세포가 심근 내로 이식될 수 있다. 심장 판막을 포함하는 판은 판막에 부착하는 섬유성 지지(예를 들어, 결합) 조직 내로의 섬유모세포의 이식에 의해 및 판막 손상 근위부 내의 판막에 부착하는 심근 섬유 내로의 근육 세포의 이식에 의해 회복될 수 있다. 박동조율기 세포는 배양되고 굴심방 결절(S-A) 또는 방실 결절(A-V) 또는 이러한 결절의 원위부 내로 이식되어, 심장의 리듬 및 박동을 제어할 수 있다. 대안으로 세포는 방실 다발(His 다발) 또는 심지어 심장 근육의 다른 부분 내로 이식되어, 전기화학적 기울기를 형성할 수 있다. 박동조율기 (P) 세포는 일반적 심장 리듬을 복원하는데 사용될 수 있다. 박동조율기 세포는 변성 심장의 또는 심방의 심장근육세포 또는 결절 또는 푸르키니에 섬유 내에 위치하는 태아로부터의 결절 세포로부터 얻어질 수 있다. 중격, 특히 심실 사이의 분리는 다른 요인 중에서 괴사 후- 경색(necrosis post-infarcrum)으로부터 크게 손상 받을 수 있다. 이식된 근육 세포는 손상된 중격을 회복하는데 사용될 수 있다. 섬유모세포 및 심섬유모세포는 사용될 수 있고 중격 손상이 심방 사이의 경우에 바람직한 대안적 세포 종류이다.
성인 줄기 세포의 일부 예는 조혈 줄기 세포, 골수 줄기 세포, 비분획 골수 줄기 세포, 중간엽 줄기 세포, 신경 줄기 세포, 혈관 내피 세포 및 다능성 성인 전구 세포이다. 신생아 및 태아 심장근육세포가 사용될 수 있다. 골격근 및 평활근 및 혈관주위세포가 사용될 수 있다. 혈관주위세포는 흔히 모세혈관이후 세정맥의 외부 벽을 둘러싸는 것이 발견되는 가는 중간엽 유사 세포이고, 대부분 전부가 미분화되고, 섬유모세포, 대식세포 또는 평활근 세포가 될 수 있다. 골격근 세포의 이점은 세포가 허혈성 조직 환경에서 생존할 수 있는 능력이다. 심장근육세포는 지속된 혈액 공급이 요구된다.
줄기 세포(예를 들어, MSC)가 심근 조직 자체와 함께 사용될 수 있고, 심장 조직 내 심장 근육 세포(근육세포) 내로 도달하여 발달될 수 있다. 성인 심장 근육세포 및 골격 근육모세포 또한 심근 기능을 향상시키는데 사용될 수 있다. 전구 세포, 내피 세포 및 혈관주위세포는 협력하여 또는 단독으로 사용되어, 혈류를 향상시키고, 이에 따라 내인 줄기 세포 및 성인 세포 종류를 심장 조직 내로 전달할 수 있다.
심장 조직 섬유화 또는 경화로 인한 장애, 예를 들어, 제한성 심장근육병증, 심근 비대, 판막성 강직, 대동맥 협착, 노화 심장 조직, 굴 결절 장애, 다발 갈래 차단, AV 차단, 및 다른 전기생리학적 이상이 다른 세포 종류 중 자가 섬유모세포 또는 근육 세포로 섬유화를 제거함으로써 치료될 수 있다.
심장의 다양한 구역으로부터의 세포가 증식 및 이식에 사용될 수 있다. 심장의 다른 층으로부터 그리고 심방 또는 심실로부터의 심장모세포(심장 줄기 세포)를 포함하는 세포가 사용될 수 있다. 또한, 결절 부위 또는 푸르키니에 섬유로부터의 세포가 사용될 수 있다. 경색된 부위로의 세포 이식에 있어 잠재적 문제는 낮은 생존률 및 혈액 공급이 되지 않는 것이다. 따라서, 혈관신생 인자 또는 혈관주위세포와 같은 세포를 공동주입하는 것이 사용될 수 있고, 또는 혈관확장제를 공동주입하는 것이 사용될 수 있다. 세포는 ECM, 골격에 시험관 성장시키거나, 또는 세포 응집에 의해 3 차원적으로 이식될 수 있다. 심장 줄기 세포에서, 중간엽 영양세포 층이 이러한 세포가 심장 표현형으로 분화되는 능력을 유지하기 위해 배치될 수 있다.
판막 대체는 요즘 동물 판막, 심낭막, 시신 동종이식으로 수행될 수 있고, 도는 기계적일 수 있다. 기계적 심장 보조 장치에서, 본 발명의 일 양상은 생물학적 내막(예를 들어, 내피 세포)을 펌프 챔버 내로 넣어서, 항응고제의 필요를 감소시키는 것이다. 자가 세포, 예를 들어, 근육 세포 또는 섬유모세포의 판막 조직으로의 이식은 심실 구조를 강화시키고, 이의 기능을 강화시킬 수 있다. 대안으로, 판막층은 자가 세포로부터 시험관내에서 만들어져서 판막 대체용으로 이식될 수 있다.
심근 재형성을 위해, 세포 이식을 경색 흉터의 크기 및 섬유화를 감소, 심근 수축력의 향상, 심실 이완의 감소, ECM 변화로 인한 구조적 변화의 제어, 및 심실 벽 두께의 변화(증가)에 사용할 수 있다. 이완 기능에 대한 이점은 벽 운동 및 압력 향상을 통한 수축기 기능을 위해서 벽 장력 및 탄력성을 향상시킨다.
혈관주위세포는 모세혈관 및 모세혈관이후 세정맥의 외부 표면에서 발견된다. 이러한 세포는 수축할 수 있고, 중간엽 줄기 세포로 작용할 수 있다. 이러한 세포는 증식을 통해 회복되고, 새로운 혈관 및 결합 조직 세포를 형성할 수 있다. 따라서, 혈관주위세포는 다른 것 들 중에서 상기한 심장 장애의 경우에 심장 회복에 사용될 수 있다.
손상된 심장 부분으로의 세포의 전달은 개방 심장 수술을 통한 직접 주입에 의하거나 또는 바람직하게는 복강경 수단, 예를 들어, 경피 전자기계적 가이드 시스템에 의해 이루어질 수 있다. 세포를 손상된 심장 부위로 가이드하기 위한 귀소 인자가 요구되는 동맥내 전달에 의한 세포 주입, 특히 심근을 위한 세포 주입, 또는 정맥 내 전달이 세포 이식의 대안적 수단이다. 다른 것 중에 심실내 또는 혈관내 수단에 의한 카테터에 의한 인도가 사용될 수 있다.
혈관 결함
동맥
동맥은 3개의 잘 정의된 층으로 구성된다; 내막, 중간막 및 외막. 내막은 모든 동맥의 관내강에 배열된 내피 세포의 단일 연속층이다. 내막은 크고 중간 구경 탄성 동맥에서 특히 현저하고 모세혈관에서 사라지는 내부 탄성 박막, 탄성 조직의 천공 튜브에 의해 외부 양상과 경계 지어진다. 내피 세포는 일련의 연접 복합체에 의해 또는 바닥 박막이라 불리는 느슨한 결합 조직의 가는 아래 그물에 의해 서로 부착된다.
중간막은 한 종류의 세포, 평활근으로만 구성된 층이다. 소근육 동맥에서와 같은 단일층 또는 탄성 동맥에서와 같은 다층으로 배열된다. 이러한 세포는 적은량의 콜라겐(타입 III) 및 탄성 섬유에 의해 둘러싸인다. 이는 서로 가까이 나란히 배치되고, 연접 복합체에 의해 부착될 수 있다. 평활근은 여러 ECM 중에서 콜라겐, 엘라스틴 및 프로테오글리칸을 형성하는 동맥 벽의 주요 결합 조직-형성 세포처럼 보인다. 관강내 면에서 중간막은 내부 탄성 박막에 의해 경계지어지고, 관강밖 면에서는 외부 탄성 박막에 의해 경계지어지고, 이는 수축 동안의 맥박으로 크게 팽창되는 폐 동맥 및 탄성 동맥(예를 들어, 대동맥)에서 매우 현저하다. 대부분의 동맥의 중간막을 통하여 중앙 근처에 위치하는 것은 "영양 분수령"이다. 외부 부분은 외막 내의 작은 혈관(맥관벽 혈관)으로부터 영양공급을 받는다. 내부 부분은 영양분을 관강으로부터 받는다. 교감 신경분포 활성은 평활근을 통한 긴장을 제어한다. 혈관수축제(예를 들어, 트롬복산, 엔도텔린-1, 안지오텐신 II, 세로토닌) 및 혈관확장제(예를 들어, 프로스타글란딘, 프로스타사이클린, 브래디키닌, 히스타민, 일산화질소, 칼슘 채널 차단제, 히드랄라진, 미녹시딜)가 평활근에 작동한다. 혈관확장제는 말초 혈관 저항성을 감소시킴으로써 고혈압 및 협심증을 치료하는데 사용된다.
외막은 관강내 양상을 외부 탄성 박막에 의해 경계짓는 동맥의 최외각층이다. 이러한 외부 코트는 콜라겐(타입 1) 다발, 탄성 섬유, 평활근 및 섬유모세포가 뒤섞인 느슨한 층으로 구성된다. 이 층은 또한 맥관벽 혈관 및 신경을 함유한다.
ECM은 관 구조를 통해 존재한다. 개별 탄성 섬유(0.1 내지 10 ㎛의 지름의 부분으로서 엘라스틴은 서로 그물 유사 구조를 형성하고 원주 방향으로 주로 연장된다. 동맥의 내막 및 중간막 사이에 존재하는 내부 탄성 박막은 팽창 후에 관이 반동되도록 해준다. 외부 탄성 박막은 내부의 것보다 덜 발달되고, 중간막 및 외막의 외부 양상에 놓인다. 탄성 동맥에서, 이러한 섬유는 덜 분명하고, 여기서 섬유는 중간막의 많은 부분을 차지한다. 콜라겐 원섬유는 모두 3층이다. 타입 III는 내막 내, 그리고 중간막 내의 평활근 사이의 공간(이러한 세포에 의해 형성됨) 내에 존재한다. 이러한 공간은 관의 원주로 힘을 전달시킨다. 타입 I 콜라겐은 외막에 풍부하고, 지지 역할을 갖는다. 콜라겐은 주로 정맥의 주 단백질 성분으로, 이의 질량의 반 이상을 차지한다. 다른 ECM 단백질은 프로테오글리칸 및 피브로넥틴과 등과 같은 것이 존재한다. 콜라겐 및 엘라스틴 섬유는 근육 세포의 축과 평행하고, 따라서 원주상으로 위치한다. 외막에서 콜라겐 섬유는 세로방향이고 압력 하에서 더 큰 관에서의 변화를 함유한다. 예를 들어, 맥박 하의 더 큰 동맥에서 방사상 팽창은 세로방향보다 더 크다.
내피는 다양한 방식으로 작용한다. 내피 세포(EC)는 ECM(예를 들어, 콜라겐 III, IV, 피브로넥틴, 비트로넥틴, 엘라스틴, 글리코스아미노글리칸, 프로테오글리칸, 프로테아제, 프로테아제 저해제 등)을 혈액이 혈관밖 공간으로 빠져나가는 것을 막아주는 내피밑층으로 분비한다. 세포는 조직 플라스미노겐 활성제 및 유로키나제(플라스미노겐을 플라스민으로 전환) 분비 프로스타시클린(PGI2) 및 혈관확장을 야기하고 혈소판 점착 및 응집을 저해하고 항응고 세포 표면 분자(예를 들어, 글리코스아미노글리칸, 헤파린 설페이트-안티트롬빈 III 시스템, 트롬빈-트롬보모듈린-단백질 C 시스템 및 플라스미노겐-플라스민 활성제 시스템)를 발현하는 내피세포 이완 인자(EDRP)를 분비함으로써 항응고 표면으로 작용한다. 손상에 반응하여, EC는 중간층을 혈관수축시키고(엔도텔린 분비-1 분비), 응집시키는 분자(예를 들어,조직 인자, 폰 빌레브란트 인자, 인자 V, 플라스미노겐 활성제 저해제 PAI-1 및 2, 인터루킨 1, 종양 괴사 인자)를 분비한다. EC는 일산화질소(NO) 분비에 의해 중간막을 혈관확장시킬 수 있다. NO는 혈관확장을 일으키는 평활근 내의 cGMP의 수치를 증가시킨다. 비아그라는 음경 방출에서 혈관확장을 위해 cGMP 수치를 증가시킨다. 협심증 약(니트로글리세린, 아밀 니트라이트)는 평활근 세포에 의해 대사되어, 일산화질소를 형성하고, 정맥 및 혈관확장을 생성하는 심방 평활근을 이완시킨다. EC, 특히 폐 모세혈관에서의 EC는 안지오텐신 I을 II로 전환시켜, 혈관수축 및 알도스테론 및 ADH 분비를 가져온다. 골격근의 및 지방 조직 모세혈관의 EC는 지방단백질 리파아제를 갖고, 킬로마이크론 및 VLDL의 트리아실글리세라이드의 제거를 촉매한다. EC는 지용성 분자, O2 및 CO2를 확산에 의해, 수용성 분자(물, 아미노산, 글루코오스)를 세포간 공간을 통한 이동에 의해, 단백질과 같은 더 큰 수용성 분자를 음세포작용(pinocytosis)에 의해 통과할 수 있게 하는 확산벽이다.
기관으로의 혈류는 혈관확장제 대사물질(예를 들어, 세포를 골격근과 같은 기관 내로 이식함으로써 대사를 증가시키는 기능을 할 수 있음)의 방출을 통한 조직 활성의 증가에 의해, 기관이 넓은 범위의 압력에 걸쳐 일정 혈류를 유지하는 자가 조절에 의해, 그리고 폐색 기간 후의 기관으로의 증가된 혈류에 의해 변형될 수 있다.
심방-정맥 시스템은 큰 탄성 동맥, 근육 동맥, 세동맥, 모세혈관, 굴 혈관, 세정맥 및 정맥으로서 심장으로부터 유기화된다.
큰 탄성 동맥(예를 들어, 폐 동맥, 대동맥) 및 이의 가장 큰 가지(예를 들어, 팔머니, 일반 목, 빗장밑 그리고 일반 엉덩 동맥)는 혈액을 중간 크기 분배 동맥으로 전도한다. 중간막은 심장으로부터의 높은 수축기압에 반응하는 현저한 탄성 섬유를 갖는다. 이는 30 내지 50의 창이 있는 엘라스틴 층을 함유하고, ECM 및 각 층 사이의 평활근 세포를 갖는다. 내피밑 층은 지방이 축적될 수 있는 섬유모세포 및 평활근 유사 심장내막 세포로 구성된 결합 조직층이다. 탄성 박막은 0.1 ㎛로 측정되고, 수축기압의 영향 하에서 펼쳐지고, 이완기 하에서 반동된다. 외막은 편형해진 섬유모세포, 대식세포 및 비만 세포, 신경 다발 및 림프 관을 함유한다.
근육 (분포) 동맥(0.5 ㎛ 이상의 지름)은 현저한 내부 탄성 박막 및 중간막 내의 평활근을 갖고, 질량의 약 75%를 차지한다. 외부 탄성 박막은 내부 탄성 박막처럼 밀집되지는 않은 탄성 섬유의 시트로 구성된다. 외막은 두껍다.
세동맥(30 내지 200 ㎛ 지름)은 큰 평활근 세포의 단지 1층 내지 2층을 갖고, 외부 탄성 박막은 존재하지 않을 수 있고, 외막은 얇다. EC는 큰 동맥보다 더 작다. 내부 탄성 박막은 존재하지 않거나 근육 세포 또는 내피 세포의 세포질이 통과할 수 있도록 매우 창이 심하다. 작은 세동맥은 혈류를 조절하는 조임근으로 작용한다. 더 큰 세동맥과 함께, 이는 평활근 세포의 이완 또는 수축에 의해 판단되는 바와 같이 혈관 저항성에 공헌함으로써 혈압에 중요한 역할을 한다. 조임근 폐쇄는 근육성 하에서이고, 신경성 제어하에서가 아니며, 국소 혈관활성 및 대사 인자에 대해 반응한다. 비연속적 평활근 세포가 세동맥을 둘러싼다. 혈압은 대동맥에서의 단지 30%이다.
모세혈관(4 내지 8 ㎛ 지름) 벽은 내피, 기저막 및 몇몇의 혈관주위세포로 구성된다. 이는 공급하는 조직에 가장 가까운 관이고, 벽은 혈액 및 조직 사이의 최소의 장벽이다. 이는 혈액 및 세포 사이에 O2, CO2, 물, 글루코오스, 단백질, 아미노산 등이 교환되는 위치이다. 이러한 관의 투과성은 조직의 종류에 의해 결정된다. 가스 및 소분자는 내피를 통해 확산한다. 더 큰 분자 및 수용성 물질은 치밀 결합의 단편에 의해, 구멍을 통해 또는 내피를 통한 소포 트랜스사이토시스에 의해 선택적으로 이동된다. 연속 모세혈관은 뇌 내(혈액 뇌 장벽), 폐, 근육 및 고환에 존재하고, 분자 확산을 크게하기 위한 충분한 장벽이 필요하여, 모세혈관은 연속적 내피 세포를 연결하는 치밀 결합을 갖고, 세포 주위의 시야계로 연장된다. 격막을 갖는 유창(50-100 ㎛ 지름) 모세혈관은 슬릿 유사 세포간 공간 및 격막을 갖는 창(구멍)을 야기하는 세포의 시야계 주위로 부분적으로만 연장되는 치밀 결합을 갖는 EC를 함유한다. 이는 내분비선, 장 및 신장에서 발견된다. 신장 사구체는 격막 없는 유창 모세혈관을 함유한다.
굴 모세혈관은 큰 지름으로 확장되고, 벽이 연속적이지 않아(세포 간의 넓은 갭을 갖고, 창을 갖는 내피 세포의 단일층임) 혈액과 조직 실질세포 사이의 접촉을 가능하게 하는 모세혈관이다. 전체 세포는 혈액 및 조직 사이를 통과할 수 있다. 이러한 관은 간, 비장 및 골수에 존재한다.
세정맥(모세혈관이후 정맥)은 2 이상의 수렴 모세혈관(10 내지 30 ㎛)으로부터 형성된다. 세정맥은 기저막으로 둘러싸인 내피 세포를 함유하고, 더 큰 정맥에서는 성긴 섬유모세포의 외막 및 콜라겐 섬유도 함유한다. 혈관주위세포는 세정맥 벽을 둘러싼다. 몇몇의 치밀 결합이 존재하기 때문에, 세정맥은 투과가능한 관이다. 정맥 트리의 단면적은 최대이고 압력이 크게 떨어진다(모세혈관에서 25 mm Hg 내지 세정맥에서 5 mmHg). 압력이 심지에 조직에서보다 더 낮기 때문에, 세정맥을 유체를 수집한다. 세정맥이 50 ㎛ 보다 더 큰 경우, 평활근 세포가 존재한다. 세정맥은 확장되어 정맥을 형성한다.
정맥
정맥은 정맥압에 따라 구조에 상당한 변화를 보인다. 일반적으로, 정맥은 임의의 수반되는 동맥보다 더 큰 지름을 갖고, 결합 조직을 더 갖고 덜 탄성인 더 얇은 벽 및 근육 섬유를 갖는다. 작은 크기 및 중간 크기 정맥은 잘 발달된 외막을 갖는다. 내막은 연속 내부 탄성 박막이 부족하고, 중간막은 얇고, 평활근의 2 또는 3개의 분리층으로 구성된다. 큰 정맥은 10 mm 이상의 지름을 갖는다. 이러한 관은 더 두꺼운 내막 및 잘 발달되지 않은 중간막을 갖지만, 외막은 매우 얇고 콜라겐, 탄성 섬유, ECM 및 다양한 양의 평활근을 갖는다. 정맥 기능을 돕는 것은 대부분의 정맥에서 발견되는 판막이다. 판막은 탄성 섬유 및 ECM(예를 들어, 콜라겐 섬유)에 의해 지지되는 내막의 내부 확장이다. 이들은 반달 포켓 또는 융기를 형성하고, 더 원위 정맥 내에서 압력을 조절하고 또한 역류를 방지하도록 함으로써 그리고 블록 모서리에 의해 정맥 벽에 부착된다. 흔히 두 개의 판막이 서로 반대로 놓이고, EC는 관 벽을 대하는 표면에 가로축으로 그리고 관강 표면의 혈류 방향에서 세로축으로 위치한다. 오목 가장자리는 혈액의 흐름이 있고, 벽을 대하고 놓이지만, 혈류가 반대인 경우, 판막이 닫히고 벽의 확장 부분은 혈액으로 채워진다. 판막은 또한 원위 정맥에서 역압을 저해하고, 혈액의 분리된 일부를 잡아두는 격리 펌프로서 작동한다. 이들은 작은 정맥에서 발견되고, 지류가 서로 합쳐지는 부분, 특히 정맥 환류가 중력에 반하는 다리 부분에서 발견된다. 근육 작동은 간헐적 압력에 의해 혈액을 심장 쪽으로 이동시킨다. 판막은 복부 또는 가슴의 정맥 내에 존재하지 않는다. 압력은 정맥계에서 5 mm Hg를 넘지 않고, 정맥이 더 커질수록 감소하고, 심장으로 근접할 수록 수치가 더 적어져 0에 가깝다.
맥관벽 혈관은 인접 소동맥으로부터의 모세혈관이 더 큰 혈관의 외막에 부착할 수 있고, 반면 이러한 관 내의 정맥은 내막으로 들어갈 수 있는 미소관계(더 큰 혈관 내의 혈관)이다. 문합은 모세혈관 네트워트를 우회하여, 동맥 및 정맥 또는 세동맥 및 세정맥 사이를 연결한다. 이는 주로 손가락, 코 및 입술의 피부에서 발생하여, 동맥 혈액을 피부 밑의 혈관 얼기 내로 보냄으로써 열 손실을 조절한다. 문합은 또한 다른 영역에 제공되는 동맥 사이를 연결할 수 있다. 혈관분포영역은 동맥원 및 이의 수반 정맥에 의해 제공되는 조직의 3차원 부분이다. 이는 피부, 근막, 근육 또는 뼈일 수 있다. 조직의 각 차단은 조직 혈관분포영역의 다른 차단과 연결되고, 하나의 조직 차단이 위험한 경우, 문합을 통한 다른 혈관분포영역의 혈류가 혈액 공급을 담당할 수 있다.
동맥 및 정맥의 병리학
내피 세포 내막의 유지는 혈관의 건강, 다양한 순환 물질의 내피 세포 세포질을 통한 활성 이동, 결합 조직 성분의 생성 및 응고 방지에 중요하다. 내피 세포 내막이 손상되는 경우, 혈소판이 이에 부착하고, 응괴를 형성하고, 최종적으로 콜레스테롤 축적과 함께 동맥경화성 병변이 형성되기 시작한다.
노화는 맥관구조를 변화시킨다. 동맥에서, 증가된 칼슘, 콜레스테롤 및 지방산 축적과 함께 내피하층 및 중간막의 비후가 있게 된다. 감소된 관 순응도 및 증가된 혈류역학 전단력이 있게된다. 동맥은 증가된 구부러짐을 갖고, 대동맥 및 목동맥과 같은 큰 탄성 동맥은 두껍고 딱딱해져서, 증가된 말초 혈관 저항성, 더 이른 반사 맥박파 및 느린 수축기압의 증가가 나타나게 된다. 구부러짐 때문에 혈류는 더 얇은 층 모양이고, 내피 세포는 크기, 형태 및 축 방향의 이종성이 더 크다. 평활근은 과증식되고, 과도한 ECM을 생성한다. 증가된 엘라스타제는 더 적은 엘라스틴을 나타낸다. 내피 세포 및 섬유모세포의 노화 때문에 회복이 덜 될 수 있다. ECM의 교차결합 및 관 단백질의 당화가 증가될 수 있다. 동맥의 경직 및 두께가 증가하는 결과가 발생한다. 목 동맥의 평균 두께는 80세까지 30 ㎛에서 60 ㎛으로 2배가 된다. 80세까지 최대 산소 사용의 50%의 감소가 있고, 이는 좋지 않은 말초 산소 추출 및 충분하지 않게 골격근으로 재분배된 혈류로부터의 사용 때문이다. 콜라겐 비에 대한 탄성은 관의 층에서 감소한다.
혈관신생을 증가시키기 위한 세포(예를 들어, 내피 세포, 내피 전구체 세포, 혈관주위세포)의 이식이 노화 조직에서 혈류를 강화시키는데 사용될 수 있다. 이러한 동일한 세포는 동맥의 통합성을 향상시키고, 노화 동맥의 두께를 감소시킬 수 있다. 일부 구체예에서, 세포는 도움이 되는 단백질 또는 인자, 예를 들어, 혈관신생 인자와 함께 또는 이들과 함께 조직 내로 도입된다. 다른 구체예에서, 세포는 동맥, 중간막 또는 외막과 같이 이미 기술한 것 중의 한 층으로 도입된다. 세포는 기존의 혈관 구조에 기여하거나 또는 기존의 혈관을 연결하여 혈관, 예를 들어, 모세혈관 또는 모세혈관 유사 구조를 조직하여, 혈류를 강화시킨다.
뇌졸중은 중장년층의 모든 심혈관계 사망의 20%를 차지한다. 뇌졸중은 동맥류 또는 협착 때문일 수 있다. 말초 동맥 폐쇄 및 동맥류 질환은 나이와 함께 4배 증가된다. 본 발명은 섬유모세포 또는 평활근 세포와 함께 관벽층을 강화하여 동맥류를 방지하는데 또는 플라크의 제거 후에 사용될 수 있다. 내피 세포는 강화된 항상성 및 응괴를 방지하기 위한 관에 대한 강화된 항응고 기전을 제공하기 위하여 내막층에 이식될 수 있다.
인간에서 정상 나이에서 일어나는 동맥 벽의 주된 변화는 느리고, 명백히 지속적이고, 추가 결합 조직에 의해 둘러싸인 평활근 세포의 점진적 축적 때문에 내막의 두께가 대칭 증가된다. 이러한 변화는 관의 경직의 점차적 증가를 가져온다. 더 큰 혈관은 동맥류의 잠재적 형성과 함께 확장되고, 늘어나고, 구부러질 수 있다.
혈류
혈관신생(angiogenesis)은 기존의 관으로부터 발아되어 나온 새로운 혈관의 형성이다. 저산소증 및 염증은 2가지 주요한 자극이고, VEGF는 중요한 관 성장 인자이다. 혈관생성(vasculogenesis)은 새로운 혈액 세포의 분화에 의한 드 노보의 새로운 혈관의 형성이다. 혈액 또는 골수 내의 내피 세포 전구체는 배아 발달에서와 같이, 새로운 혈관을 발달시킬 수 있고 성장을 도울 수 있다. 동맥신생은 이의 수용력을 증가시켜 허혈성 조직으로 혈액 흐름을 증가시키기 위한 기존의 혈관의 보충이다. 증가된 전단력에 의해 활성화된 내피 세포는 순환하는 단핵구를 내막 표면으로 끌어당긴다. 단핵구는 ECM을 소화시키는 대식세포로 전환되고, 평활근 세포 및 내피 세포의 증식을 증가시키는 새로운 피브로넥틴, 프로테오글리칸 및 혈관 증식 인자를 생성한다. 혈소판은 혈관 벽에 부착되고, 점착 분자를 촉진시키는 IL-4를 방출한다. 벽이 점점 얇아지고 새기 쉬워짐에 따라, 림프구 및 대식세포는 심근 및 ECM을 파괴시켜 자라나는 곁혈관을 위한 열린 공간을 만든다. VEGF는 중요하지 않지만, 대식 세포 성장 인자는 혈관신생에 중요하다. 세포는 협착 주위로 모여들어, 동맥신생을 형성하여, 예를 들어, 막힌 관상 동맥을 위한 새로운 혈류를 형성할 수 있다.
말초 혈관 혈액 공급은 세포에 의해 유지되고, 효소가 1) 혈관 수축 및 이완, 2) 응고 및 섬유소용해 캐스캐이드에 의한 응괴 용해, 및 3) 혈관신생 또는 새로운 혈관의 성장의 제어에 의해 혈류 조절을 활성화한다. 이들 중 다수가 내피 세포에 의해 부분적으로 제어될 수 있다
혈관 장애, 특히 노화에 의한 장애는 증가된 동맥 경화, 혈전증, 감소된 혈관이완 및 혈관 신생, 및 혈관이 안에 존재하는 조직의 손상 유지 및 회복의 조합이 관여한다. 이는 줄기 세포 및 다른 세포의 기관으로의 전달을 감소시킬 수 있다. 또한 영양분 전달, 호르몬, 성장 인자 등 그리고 독소 제거의 감소가 조직을 손상시키고, 정상 기전의 조직을 빼앗고, 조직 내에서 제자리 줄기 세포 활성을 지연시키고, 기타 해로운 작용을 일으킬 수 있다.
조직의 손상, 퇴화 또는 노화의 경우에, 이러한 조직 내의 혈류의 감소가 존재한다. 흔히 이는 감소된 모세혈관 형성 또는 유지 때문이다.
바람직한 구체예에서, 내피 또는 내피 전구 세포 또는 혈관주위세포는 조직및 혈관이 거주하도록 하고, 새로운 혈관구조를 형성하거나 혈관구조를 회복하도록 사용된다. 세포의 귀소 기전은 혈류 내로 주입하거나 목적하는 부분에 또는 그 주변에 세포 접합 단백질과 함께 또는 세포 접합 단백질 없이 이식함으로써 배치될 수 있다. 노화 혈관을 회복하는데 요구되는 내피 전구체 세포(EPC)가 혈류로 첨가될 수 있다. EPC는 근육세포 전구체 및 신경 전구 세포와 같이 말초 혈액 공급 및 골수로부터 온다. EPC는 EPC 표면 항원에 대한 항체 친화력과 같은 선별 방법에 의해 얻어질 수 있다. 이러한 세포는 증식되고 환자에 이식되거나 주입될 수 있다. 대안으로 골수 또는 말초 전구 세포는 선별, 증식 및 환자에게 되돌려 줄 필요 없이 사용가능하다. 스타틴 치료를 포함하는 것은 말초 혈액 EPC 또는 EPC를 얻기 위한 골수 풀을 증가시킬 수 있다. 세포 접합 분자(예를 들어, VCAM-1)이 협력하여 세포에 첨가되어, 세포의 혈관구조로의 귀소를 도울 수 있다. 이는 세포와 협력하여 또는 세포가 주입되고 혈관구조의 특수 부분으로 세포가 타겟되는, 타겟 기관 내로 저ㅎ바 분자가 이식되는 것을 포함한다. 골수 세포 또는 EPC와 함께 성장 인자(예를 들어, VEGF)는 혈관 기능을 복원할 수 있고, 노년의 환자에서 특히 필요하다. 이는 전구-혈관신생성 성장 인자 경로의 나이와 관련된 손상 또는 전구-세포사멸 경로(예를 들어, TNF 수용체 및 TNFα)의 증가와 상호작용할 수 있다. 전구 또는 내피 세포의 조직으로의 이식은 국지적 혈관구조 및 조직의 줄기 세포 기능을 복원할 수 있다. 전구 세포의 전신 주입은 노화 혈관구조를 통해 줄기 세포 경로의 장기적 복원을 촉진할 수 있다. 이러한 이식의 결과는 또한 EC 작용을 통해 관심있는 조직에 대한 혈관확장을 증가시킬 수 있다.
혈관모세포라고 불리는 내피 줄기 세포는 배아발생 중에 혈관 얼기를 형성한다. 혈관모세포(angioblast) 또는 혈관모세포(hemangioblast) 및 내피 세포 전구체는 조직에서 혈관 또는 얼기 형성을 촉진하는 세로로서 사용될 수 있다. 동맥 또는 정맥으로부터의 내피 세포는 혈관신생 및 신생혈관증식을 유도하는데 사용될 수 있다.
혈관주위세포는 모세혈관의 외부 표면 및 모세혈관이후 세정맥에서 발견된다. 이러한 세포는 수축할 수 있고, 중간엽 줄기 세포로서 작용할 수 있다. 이러한 세포는 증식을 통해 회복할 수 있고, 새로운 혈관 및 결합 조직 세포를 형성할 수 있다. 따라서, 혈관주위세포는 심장 및 혈관 회복에 사용될 수 있다. 혈관주위세포는 혈류를 증가시키고, 모든 조직을 위해 혈관신생을 유도하는데 사용될 수 있다.
전구-염증 인자의 이식이 내피 세포 또는 EPC 없이 또는 내피 세포 또는 EPC와 함께 사용되어, 조직 혈관신생 또는 혈관생성을 촉진할 수 있다. 대식 세포 및/또는 대식 세포 성장 인자가 조직 내로 이식되어, 동맥신생 또는 혈관 성장을 촉진할 수 있다. 평활근 세포 및/또는 EC 세포 및/또는 대식 세포가 이식물에 첨가될 수 있다. 공간적 및 시간적 이식이 사용될 수 있다.
원위의 깊은 정맥 시스템 내의 판막의 퇴화는 비정상으로 부푼 정맥의 발달을 야기한다. 섬유모세포 또는 평활근 세포 및/또는 지지 ECM을 판막 내부 및/또는 손상된 판막 표면 위의 내피 세포로 이식하는 것이 판막을 재건하는데 사용될 수 있다. 3 차원 판막이 시험관 내에서 만들어지고, 이러한 세포 종류를 사용하는 정맥으로 이식될 수 있다. 판막을 갖거나 갖지 않은 정맥 단편이 이러한 세포 종류를 사용하여 시험관 내에서 제조되어, 체내 적절한 부위 내로 이식될 수 있다.
3차원 혈관은 세포 응집에 의해 층으로 함께 조립될 수 있다. 혈관주위세포는 혈관(예를 들어, 작은 혈관)을 안정화하는데 사용될 수 있다. 다른 크기의 동맥 및 정맥이 제조될 수 있다. 생분해성 골격이 시험관 내에서 사용되어 매우 작은 모세혈관 베드 및 세정맥을 만들 수 있다. 골격은 이식 전에 시험관 내에서 분해되거나 또는 이식 후에 생체내에서 분해될 수 있다. 층의 공간적 및 시간적 합성은 조직 내로 이식되기 전에 혈관 층이 적절하게 조립되도록 이루어질 수 있다.
바람직한 구체예에서, 세포는 증식 및 이식을 위해 회복되어야 하는 특정 혈관 종류로부터 분리된다. 예를 들어, 근육성 동맥으로부터의 EC 세포는 근육성 동맥 내로의 이식을 위해 사용될 수 있고, 반면 다른 형태를 갖고 다른 특성을 나타내는 모세혈관으로부터의 EC 세포는 특정 모세혈관으로부터 분리되고 사용을 위해 증식된다. 유사한 혈관 종류 양상에서 평활근 세포가 사용될 수 있다. 대안적 방법에서, 다른 종류의 혈관으로부터의 세포가 자연적이지 않은 혈관 종류 위치에 사용될 수 있다. 또한 다른 조직으로부터의 세포가 혈관 내의 세포의 표현형이 제자리에서 적절한 기능을 수행하도록 사용될 수 있다. 결합 조직 세포(예를 들어, 평활근 세포, 섬유모세포)의 이식에 의해 정맥 벽이 지지되고, 강화되고, 관강이 치밀해질 수 있다.
조직으로의 혈류를 증가시키는 세포 및/또는 단백질 또는 인자는 조직의 기능, 합성 및 발달을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 이러한 양상은 조직 기능, 이식되거나 제자리에 존재하는 다른 세포의 "포획" 및 기능을 향상시키기 위해 임의의 조직 또는 조직 결함에 사용될 수 있다.
동맥경화성 플라크
동맥경화증은 만성 염증 질환이다. 플라크는 동맥 벽의 비후를 나타낸다. 플라크 발달은 내피와 단핵구 및 림프구의 상호작용 및 내막으로의 이행으로부터 생성된다. 백혈구 인테그린은 내피 셀렉틴 및 VCAM-1과 상호작용하고, 혈청 내의 oxLDL 및 플라크 내의 MCP-1, IL-8 및 급성 단백질 CRP와 같은 염증성 사이토카인에 의해 발현되도록 자극된다. 이는 백혈구의 내피하 조직으로의 이행 과정 및 단핵구의 대식 세포로의 분화에서 고무된다. 대식 세포는 조직 인자를 발현할 수 있고, M-CSF 및 CRP에 의해 자극되는 거품 세포가 될 수 있다. 이는 플라크 형성에서 가역성 상태이다. 염증성 반응이 진행됨에 따라, 중간막으로부터의 평활근 세포는 증식되고 콜라겐을 생성하고, 자극된 내피 세포 및 T-림프구로부터의 PDGF-BB, TGF-β에 의해 자극되고, 섬유성 덮개를 생성한다. 덮개는 콜라겐, 백혈구, 지방 및 세포 부스러기의 혼합물을 덮고, 지방 중심이라 불린다. 중심은 세포 결합 및 세포밖 조직 인자 및 세포 활성으로부터 전구염증 사이토카인 때문에 매우 혈전성이다. 플라크 안정성이 섬유성 덮개의 두께 및 성분에 따라 다르다. 높은 콜라겐 함량은 플라크를 안정화시킨다. 플라크 내의 백혈구 및 평활근 세포가 콜라겐 생성보다 매트릭스-분해 프로테아제를 더 많이 생성하는 경우, 덮개가 가장 얇은 곳인 병변의 모서리에서 덮개의 파열이 일어나고, 혈전이 형성될 수 있다. 증가된 혈압 또는 맥박 속도와 유사하게 기계적 및 혈류역학적 힘은 유사하게 파열을 촉진할 수 있다. 동맥 혈전은 혈관 벽 내의 또는 섬유성 덮개 하의 조직 인자가 혈액 내의 응고 인자와 상호작용하는 경우에 일어난다. 이식된 섬유모세포는 동맥경화증을 일으키는 만성 염증을 제거하는데 사용될 수 있다. 이식된 섬유모세포 및 대식 세포(예를 들어, 바람직하게는 조직 인자를 생성하도록 활성화되지 못하거나 유전적으로 조직 인자를 형성하지 못하도록 고안된 것)는 ECM을 분해하고, 지방 핵심을 제거하는데 사용될 수 있다. 중간막 및 내막으로의 이식 또는 플라크 근위로의 이식이 바람직한 위치이다. 이식된 평활근 세포는 이러한 이유로도 사용될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 선택된 플라크는 세포와 함께 직접 주입 또는 대체에 의해 이식될 수 있다. 대안으로, 세포 종류의 혈류 내로의 주입이 사용될 수 있고, 여기서 인공 플라크 또는 비후의 일반적 제거가 달성될 수 있다. 동맥의 벽은 특히 이전에 관상 스텐트, 혈관성형술, 응괴 또는 플라크 제거 시술로 치료받았던 위치에서, 결합 조직 세포(예를 들어, 평활근 세포, 섬유모세포)의 이식에 의해 지지 및 강화될 수 있다. 자가 세포 및/또는 조직은 예를 들어, 면역 거부반응 없이 스텐트를 정착시키기 위한 의학적 장치를 덮는데 사용될 수 있고, 또한 이의 기능을 보조하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 구체예는 여러 혈관 질환 중 신장 동맥, 대동맥, 폐, 목의 협착 , 말초 동맥 질환과 같은 특정 질병에서의 혈관 폐색에 사용될 수 있다. 본 발명의 구체예는 혈관 통합의 회복에 의해 혈압 변화를 제어하는데, 특히 중장년 및 혈관 질환이 있는 환자에게 사용될 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 세포는 영향을 받은 조직 내로 또는 동맥 또는 다른 혈관 내로 직접 도입될 수 있다.
내피 세포는 혈관계의 응집 상태를 제어하기 위해 이식될 수 있다. 이러한 세포는 한 위치에 들어갈 수도 있고, 혈관구조에 걸쳐 살포될 수도 있다. EC는 혈관활성 물질을 유도하는데 사용되거나, 약물 치료(예를 들어, 협심증 약)의 보조로서 사용될 수 있다. 자가 내피 세포는 스텐트의 내부 표면을 코팅하고, 급성 관상 신드롬에 대한 치료(1개월) 중에 그리고 후에 클로피도그렐(II/IIIa 혈소판 저해)과 같은 혈소판 저해 약물의 요구를 감소 또는 제거하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 세포는 스텐트와 배양되어 그 후 스텐트가 이식될 수 있다. 일부 구체예에서, 환자로부터의 내피 세포 또는 이의 전구체는 단백질 또는 다른 물질과 함께 세포와 배양, 혼합에 의해 스텐트와 연결되어, 3차원 겔, 페이스트를 형성하거나, 다른 전달 수단이 스텐트에 사용된다. 또는 내피 세포는 시험관 내에서 합성 시트 또는 다른 선택적 분해가능성 지지체 위에 층으로 배양되고, 그 후 스텐트의 내부 및/또는 외부에 사용된다. 다른 구체예에서, 시험관내 배양 세포로부터 수집된 ECM은 스텐트에 코팅되고, 그 후 선택적으로 내피 세포 또는 상기한 전구체에 연결될 수 있다. ECM은 접합, 확장 및/또는 세포 분열을 촉진할 수 있는 향상된 환경을 제공한다. 일부 구체예에서, 세포는 내피 세포 분열을 강화시켜서 내피 세포 증식이 심험관 내 및 생체내에서 강화시키는 인자와 연결된다.
폐 결함- 폐
전달계는 공기가 폐로 이동하는 모든 경로를 포함한다. 이는 비강, 인두, 후두, 기관 및 기관지를 포함한다. 시스템은 폐의 가스 교환 부분으로 공기를 따뜻하게하고, 여과하고, 축축하게 하고 그리고 전달한다. 호흡 단위는 호흡 세기관지, 폐포관, 폐포 주머니, 및 수백만의 얇은 벽이 있는 폐포로 구성된다. 공기 주머니 내에서, 들이마신 산소가 혈액 내로 확산되고, 이산화탄소는 혈액으로부터 폐포 내로 확산되어 내쉬게 된다. 흉막을 폐엽을 덮는다. 내장 늑막 중피에 의해 만들어지는 장막은 중피밑(고유층, lamina propria) 결합 조직을 덮는다. 이는 장액을 분비하여 흉막 표면을 축축하게 만드는 중피 세포의 단일층을 포함한다. 중피 내에 흉막강, 벽쪽 흉막 및 외부층, 흉내근막이 존재한다. 각각의 폐는 문(hilum) 및 폐 인대에서 각각 심장 및 기관에 결합된 것을 제외하고는 흉막강에서 자유롭다.
호흡에서 흡기 중에, 횡격막 및 외부 갈비사이 근육은 수축되어, 흉곽 및 흉부강 부피를 확장시킨다. 공기는 낮은 압력을 같게하기 위해 들어오게 된다. 호기 중에, 공기는 횡격막 및 갈비사이 근육이 이완되는 경우 폐가 수동적으로 반동됨에 따라 폐로부터 나가게 된다. 호흡은 폐를 환경 물질, 예를 들어, 가스, 먼지 입자, 미생물 및 바이러스에 노출시킨다. 방어는 점막 장벽, 점액섬모 에스컬레이터, 기도의 해부학적 분지 및 기침 반사이다.
환기 중의 대부분의 부피적 변화는 페포에서 일어난다. 횡격막 및 흉벽의 갈비세로칸오목 부분은 대부분의 모든 주변 폐 부분을 확장시킨다. 횡격막은 흡기 중의 바이탈 능력의 67%를 차지한다. 외부 갈비사이 근육은 흡기 중에 활성이고, 내부 갈비사이 근육은 호기 중에 활성이다. 갈비사이 근육의 주요한 역할은 흉벽을 경직시키는 것이다. 흡기 중에, 흉막내압의 감소는 흉부의 수직, 가로 및 앞뒤방향의 치수 증가로부터 일어난다. 횡격막의 수축은 중심 힘줄을 끌어내린다. 호기 중에, 횡격막이 이완되고, 폐의 탄성 반동이 대기압보다 낮은 압력을 생성하고, 가슴의 좌우 및 앞뒤 방향을 정상으로 되돌려 놓음에 따라, 공기는 폐로부터 빠져나간다. 복부는 호기의 주된 근육이다. 흡기 중에 근육 및 중심 힘줄 이동과 함께 작동하는 갈비뼈의 버켓 핸들 및 펌프 핸들 이동 및 존재한다. 인두 근육 또한 환기에서 역할을 한다.
6 종류의 상피 세포가 전달 기도 내에 존재한다. 림프구 및 비만 세포는 아래의 결합 조직으로부터 상피 내로 이동한다. 섬모 원주 세포는 기관지 트리에서 점액섬모 흐름에 필요하다. 술잔 세포가 기관으로부터 작은 기관지까지 존재하지만(mm2 당 7,000), 세기관지에는 없다. 상피가 화학물질에 의해 자극되는 경우, 이러한 세포는 수가 증가하고, 뮤시노겐으로 채워진 액포를 함유하게 된다. 클라라 세포는 입방형의 섬모가 없는 세포이고, 관강 내로 돌출된다. 이는 계면활성제 지방단백질을 생성하고, 폐포 세포와 함께 작용하고, 이온 전달을 조절한다. 기저 세포는 둥글고, 거짓중층 호흡기 상피이고, 다른 상피 세포 종류에 대한 줄기 세포이다. 기저 세포는 더 큰 전달 통로에서 기저 박막과 접촉한다. 브러시 세포는 가는, 섬모가 없는 세포로, 꼭대기 미세융모를 갖고, 가끔 감각 수용체 기능으로 모든 부분의 공기 전달 통로에 존재하기도 한다. 신경상피체 내의 신경내분비 세포는 단독이거나 응집되어 있다. 이러한 세포는 세기관지 평활근으로 작동하고, 펩타이드 및 아민을 모세혈관 내로 분비하는 화학수용체이다.
점막층 연관 림프 조직으로부터 유래되는 림프구, 주로 T 세포는 모든 전달 기도 조직에 존재하고, 상피의 면역 감시 기능을 한다. 상피의 기저 부분에 존재하는 비만 세포는 알레르기항원을 포함한 자극물질에 반응하여 방출된다. 이는 호흡기 트리의 결합 조직 내에 존재하고, 기관지 트리를 둘러싸는 평활근 섬유의 수축에 영향을 미칠 수 있다.
점막밑 선은 섬모가 있는 호흡기 상피의 표면에 점막층의 근원인 점막 세포 및 장액 세포를 함유한다. 분비물은 뮤신, 엘라스타제를 중화하는 프로테아제 저해제(α 안티-트립신), 백혈구 유래 프로테아제를 포함한다. 선은 자율 섬유에 의해 자극된 근육상피 세포로 둘러싸인다.
결합 조직(예를 들어, 여러 다른 세포 종류 중에서 섬유 모세포, 근육섬유모세포를 함유) 및 근육은 전도계를 압도한다. 평활근은 기관 및 폐외 기관지의 뒤쪽 비연골 부분으로 한정된다. 평활근은 폐내의 기관지 트리를 따라 2개의 나선형 관을 형성하고, 폐포 수준에서 존재하지 않게 될 때까지 더 가늘어진다. 이러한 근육 섬유는 신경 및 호르몬의 제어하에 있다. 엘라스틴의 세로축 밴드는 호흡기 트리의 점막밑에 존재하고, 폐포간 중격에서 엘라스틴 네트워트를 연결한다. 이는 호기 중의 탄성 반동에 있어 중요하고, 폐의 필수적 기계적 요소이다.
세기관지 상피 세포 유형의 하류, 호흡기 표면은 폐포 세포(alveolar cell) (폐세포)를 포함한다. 이들 상피 세포는 두가지 유형의 세포를 포함한다. I형 폐포 세포는 비늘형(squamous)이고, 90% 초과의 폐포 벽을 덮고 있다. 성인에서, 세포 수명이 3주인 3억개 초과의 폐포가 있다. I형 세포는 분할하지 않고, II형 세포에서 유래한다. II형 폐포 세포는 모양이 입방형이고, 폐포 벽 또는 표면 영역의 10% 미만을 차지하지만, 표면활성물질(surfactant)을 생성하는 중요한 기능을 갖는다. 표면활성물질은 표면 장력을 감소시켜, 폐포의 환기를 매우 효율적으로 하여준다. 매우 작은 폐포 크기로 인하여, 표면 장력이 표면에서 매우 높아, 흡기 동안에 폐포 팽창을 방해하고, 호기 동안에 폐포를 붕괴시킨다. 폐포 벽, 고유판 (lamina propria)은 혈액-공기 배리어를 구성하는 모세관의 얇은 내피 및 고유판과 밀접하게 부착 성장한다. 내피의 내층은 0.05 ㎛만큼 작을 수 있고, 모세관 상피 및 폐포와 등을 맞대고 있는 고유판은 혈액-공기 교환을 위해 0.2 ㎛만큼 얇을 수 있다. 폐포 세포는 이러한 미세한 연속적 조직에 의해 지탱되는 벌집 패턴을 갖는, 폐포로서 공지된 주머니를 형성한다. 섬유아세포가 상기 연속적 조직(고유판)에 탄성 섬유 및 콜라겐 원섬유 (III형)을 생성하고, 평활근 세포를 포함하는 내재성 및 이동성 세포가 존재한다. II형 폐포 상피로 라이닝(lining)되어 있는 소공들이 인접 폐포 공기 공간을 연결하는 폐포간 격벽(septum)을 가로지르고, 특히, 폐포 관 중의 하나가 막혔을 때, 공기의 흐름을 유지하는 것을 돕는다. 상기 소공은 대식세포(macrophage)의 이동 통로이다. 폐포 대식세포는 골수에 있는 조혈 조직에서 유래한 혈류 중의 단핵세포 전구체에서 유래한다. 혈류 및 기저의 연속 조직을 경유하여, 상기 대식세포는 꽈리(alveoli)에 위치한다. 대식세포는 평균 세포 수명이 4일이고, 이들은 꽈리에 도달할 만큼 충분히 작은 흡입 입자를 제거한다. 상기 입자를 식세포한 후, 대식세포는 세기관지로 이동하여 점액섬모성 흐름에 의해 폐에서 제거된다. 또한, 더 적은 수는 림프관으로도 흘러들어간다. 또한, 폐포 대식세포는 계면활성물질로 전환되어 식세포작용 동안에 프로테아제를 분비하는 한편, 정상 세포는 항-프로테아제(α-항-트립신)에 대항한다.
간질성 폐 질환(간질 Lung Disease, ILD) 및 특발성 폐 섬유증 (Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF)
간질성 폐 질환 (ILD)은 폐- 꽈리, 폐포 상피, 모세 내피 및 이들 구조 사이 공간의 실질 조직(parenchyma) 뿐만 아니라, 맥관주위 조직과 림프 조직도 연관되는 불균일하고 커다란 상태 군이다. ILD은 악성 질환이 아니고, 임의 특정 감염원에 의해 야기되는 것도 아니다. 개체는 급성 증상을 나타낼 수 있으나, 서서히 발병하는 것이 흔하고, 그 질환의 지속기간에 있어서 만성이다. 손상에서 섬유증까지 이르는 정확한 경로는 알려지지 않았다. 손상 개시는 복합적이지만, 회복 메커니즘에는 공통되는 특징이 있다. 결합 조직 질환(CTD)에서 일어날 수 있는 것과 같은 일차 상태로서 또는 다기관 과정의 중요한 일부로서 대략 200개의 공지된 개별 질환이 광범위한 폐의 실질조직과 관련되는 것을 특징으로 하기 때문에, ILD는 분류화하기가 어려웠다. 분류화를 위해 유용한 접근법은 ILD를 주요한 기본적인 조직병리학에 기초하여 두개의 군으로 나누는 것이다: (1) 주된 염증 및 섬유증과 연관된 것, 및 (2) 간질 또는 맥관 영역에서의 주된 육아종증 반응을 갖는 것. 이들 각각의 군은, 그 원인이 공지되어 있는지 아닌지에 따라 추가로 나뉘어질 수 있다. 첫번째 군은 사르코이드증, 특발성 폐 섬유증 (IPF), 및 콜라겐 맥관 장애와 연관된 ILD (다른 것들 중에서도, 예를 들어, 전신성 홍반성 루푸스, 류마티스 관절염, 전신성 경화증, 다발성 및 피부근염)에서 가장 통상적인, 공지되지 않은 병인의 ILD이다. 두번째 군은 공지된 원인으로 구성된다. 직업적 및 환경적 흡입 노출에 의해 야기되는 ILD가 가장 큰 하위군이다.
ILD의 조직병리학
염증 및 섬유증에 있어서, 초기 손상은 폐포염으로 공지되어 있는, 폐포 벽의 염증을 야기하는 상피 표면에 대한 손상이다. 질환이 만성이고 희미한(smoldering) 경우, 염증은 간질과 맥관의 인접 부위로 퍼져서, 폐 조직의 비가역적 흉터와 왜곡 및 호흡 기능과 가스 교환의 손상을 야기하는 간질성 섬유증을 발생시킨다. 염증 영역에 따라, ILD 유형은 통상의 간질성 폐렴 (UIP), 비특이적 간질성 폐렴, 호흡성 세기관지염, 기질화 폐렴 (기질화 폐렴을 동반한 폐쇄성 세기관지염(BOOP) 패턴), 광범한 폐포 손상 (급성 또는 기질성), 탈락성 간질성 폐렴, 및 림프구성 간질성 폐렴이 포함된다.
육아종성 폐 질환에서는, 간질 또는 맥관 영역에 육아종(예를 들어, 빽빽하게 집단화된 T 림프구, 대식세포 및 상피 세포를 포함하고 작고 과립성이고 단단한 결절성 염증성 병변)이 존재하거나 부재한다. 육아종성 병변은 섬유증으로 진행할 수 있다. 사르코이드증과 과민성 폐렴을 주요하게 구별 진단한다.
특발성 폐 섬유증 (IPF)은 특발성이라고 기재되는데, 특발성이란, 질환의 병인이 공지되어 있지 않다는 것을 의미한다. 그러나, IPF는 복합적 원인을 갖는 잘 정의된 임상 단위이다. 유아에서부터 노년의 환자까지 발생할 수 있지만, 평균적으로는 중년의 환자에게서 발생한다. IPF는 폐포 구조의 몇몇 부분, 콜라겐, 다양한 부착성 프로테오글리칸 및 다른 단백질을 포함하는 세포외 매트릭스, 및 섬유아세포 및 근육섬유아세포와 같은 중간엽 세포로 구성되는 간질성 지지 구조 및 I형 및 II형 폐세포로 라이닝된 폐포 벽에 영향을 미친다. 모세 내피도 마찬가지로 영향을 받으며, 경화증을 나타낸다. 폐포 구조에 일반적으로 존재하는 분류된 면역 세포의 비율이 질환 과정의 초기에 변화하고, 이는 폐포 손상 유형의 좋은 지표이다 (예를 들어, 가역적인지 아닌지). 초기의 가역적 IPF에서, I형 폐포 세포 및 인접한 모세 내피 세포의 누출이 발생하고, 이는 폐포와 간질 부종 및 폐포내 히알린(hyaline) 멤브레인의 형성을 야기한다. 상기 질환이 지속되면, 탈락, 벽(mural) 염증 및 간질성 섬유증으로 인한 폐포 세포의 보다 많은 상실과 함께, 모세 내피의 투과성이 증가한다. 정상적인 면역 세포 프로파일(profile)이 완전히 붕괴하여, 몇몇 염증성 반응이 나타난다.
UIP는 말초 실질조직 및 흉막하 실질조직에 가장 심각하게 영향을 미치는 벌집모양 변화, 정상 폐의 교대 영역의 불균질 외양, 간질성 염증, 섬유아세포 증식 병소, 및 밀집 콜라겐 섬유증을 특징으로 한다. 간질성 염증은 일반적으로 패치성(patchy)이고, 2형 폐세포의 과다형성과 연관된 폐포 격벽에서의 림프-형질세포 침윤물로 구성된다. 섬유증 지대는 주로 밀집 콜라겐, 및 증식 섬유아세포의 흩어진 병소로 구성된다. 섬유아세포 증식의 정도는 질환 진행을 예견한다. 벌집모양 변화 영역은, 빈번하게는 세기관지 상피로 라이닝되어 있고 뮤신(mucin)으로 충전된 낭성 섬유증성 공기 공간으로 구성된다. 평활근 과다형성이 섬유증 영역에서 통상적으로 관찰된다.
임상적 발현의 결정은 ILD 환자의 물리적 검사에서 시작하며, 이는 폐 상태의 특성과 경중도를 결정하는데 도움을 줄 수 있다. 불행하게도, 폐 반응이란, 만성의 지속성 기침 (젖은 기침 또는 마른 기침), 숨참, 체중 손실, 간헐적인 낮은 정도의 열 및 일반적인 가슴 통증을 포함하는 제한된 수의 비특이성 물리적 징후 및 증상의 발생이다.
환자의 병력이, ILD 형태의 폐와 관련있을 수 있는 만성 질환 뿐만 아니라 임의 잠재적인 직업적 또는 환경적 노줄을 평가하는데 가장 중요하다. IPF는 호흡곤란, 운동 불내증(effort intolerance), 및 자명한 원인이 없는 건조한 지속성 기침, 및 다른 전신성 증상, 예컨대 피로, 식욕 상실, 체중 손실 및 일반적인 관절 통증을 특징으로 한다. 폐 기능 시험 및 가슴의 방사선 사진 검사가, ILD의 가능성있는 원인에 대한 정보를 모으는데 사용되는 통상적인 수단이고, 직업적 또는 환경적 원인을 진단하는데에 특히 유용하다. 몇몇 무기질 먼지 및 화학약품에 대한 노출은 폐 기능 시험에서 명확한 제한적 패턴을 발생시킨다. 이는 기능 검사에서 천식형의 폐쇄성 패턴을 발생시킨다. 가슴 X선은 일반적으로, 몇몇 ILD의 것이 동일한 영상 패턴을 공유할 수 있을 뿐만 아니라, 일부 관련성없는 폐 질환과 공유적일 수 있기 때문에, 유용성이 더 적다.
통상적인 혈액, 혈청 및 항체 시험을 수행하여 진단을 분류할 수 있다. 굴곡 기관지경에 의해 기도를 직접 보는 것도 평가법의 일부일 수 있다. 모든 다른 시험이 정확한 진단을 얻는데 실패한 많은 경우에는, 완전한 조직학적 평가를 얻기 위한 폐의 생검이 필수적일 수 있다. 특발성 폐 섬유증에서, 질환의 시작시에는 통상적으로 물리적 검사 또는 가슴 X선에 의해 명확히 발견하지 못한다. 질환이 진행함에 따라, 정상적인 호흡 속도보다 더 빠른 호흡 속도 및 청색증 뿐만 아니라, 건조한 수포음(rale) 또는 거친 빙렬음(crackle)이 청진기에서 들린다. 후기에서는 폐심증(cor pulmonale)(만성 폐 질환으로 인한 심장의 우심실 부전)이 나타난다. ILD와 IPF에 대한 일반적인 치료는 국부적 염증성 반응을 감소시키는 것을 목적으로 한다. 이는 일반적으로는 프레드니손의 장기간 사용으로 달성된다. 만약 질환이 계속하여 진행한다면, 면역 억제제, 에컨대 시클로포스파미드가 필요할 수 있다. 환자는 질환을 야기하는 것으로 의심되거나 입증된 동인(動因)에 대한 임의 노출을 중단해야할 뿐만 아니라, 담배 흡연도 중단해야 한다. 보조적인 산소 요법 뿐만 아니라 기관지 확장제도 빈번히 호흡의 폐쇄 패턴을 돕는다고 나타나있다. 질환이 진행함에 따라, 울혈성 심부전 뿐만 아니라 폐성 고혈압과 같은 다른 폐 합병증도 일어날 수 있고, 이에 따라 이들을 치료해야만 한다. 질환이 폐에 국한되고 모든 이러한 수단에 대해 내성이 있게 되면, 편측성 폐 이식을 고려할 수 있다. 만성 폐쇄성 폐 질환(COPD)는 완전히 가역적이지는 않는 기류 폐쇄를 특징으로 하는 질환 상태로서 정의된다. COPD는 미국에서 4번째 사망원인이고, 천육백 초과의 사람에게 영향을 미친다. COPD는 폐기종을 포함하고, 이는 허파꽈리의 파괴와 확대, 만성 기관지염, 만성 기침과 점액질분비를 갖는 상태, 및 소기도 질환, 작은 세기관지의 편협화를 특징으로 한다. COPD가 발병할 위험 인자는 담배 흡연 (주된 위험 인자), 호흡기 감염 (주로 유아기 동안), 직업적 노출 (예를 들어, 석탄 채광, 금 채광, 면 직물 먼지 및 통상의 먼지), 기도 반응성(예를 들어, 천식), 주변 공기 오염 및 수동 또는 2차 흡연이다. 유전적 위험 인자로는 α-1 안티-트립신 결핍증이 포함된다.
큰 기도 변화가 기침과 가래를 야기한다. 점액선 확대증, 배상 세포 과다형성증, 호중구 유입, 엘라스타아제 생성 및 평활근 비대가 기류를 제한하거나 만성 기관지염을 야기할 수 있다. 소기도 변화는 생리적 변경을 야기한다. 2 mm 미만의 소기도에서, 배상 세포 화생, 클라라(Clara) 세포의 상실, 단핵성 염증 세포의 친윤이 있는 점액질 분지 및 평활근 비대가 있다. 이에, 과다한 점액질, 부종 및 세포 침윤이 일어난다. 계면활성물질 감소 또는 벽 섬유증이 기도의 붕괴 또는 축소를 야기할 수 있다.
폐기종은 가스 교환 공기공간 (호흡 세기관지, 폐포관 및 꽈리)의 파괴를 특징으로 한다. 폐포 벽이 천공되고, 작은 비정상적인 별개의 공기공간이 진취적으로 유착되어 공기공간을 더 크게 한다. 폐의 미세 구조가 상실되어 폐 내의 구멍, 폐쇄된 기도, 포획된 공기, 및 폐의 탄성 감소로 인한 불량한 산소 교환을 발생시켜 호흡이 곤란하다. 폐기종은 대부분의 두드러지 형태가 소엽 중심성과 범세엽성인 명확한 병리학적 형태로 분류된다. 소엽 중심성 폐기종 (흡연과 가장 빈번히 연관되어 있음)은 호흡 세기관지와 관련하여 확대된 공기공간을 나타낸다. 소엽 중심성 폐기종은, 하엽의 윗구역과 상엽에서 상당히 빈번한 병소이고 가장 두드러진다. 범세엽성 폐기종은 세엽 단위 내에, 그리고 세엽 단위를 가로질러 균등하게 분포되는 비정상적으로 큰 공기공간을 칭한다. 이는 α-1 안티-트립신 결핍증 환자에서 더욱 빈번히 관찰된다. 폐기종의 발병기전은 3가지 상호관련된 사건을 포함한다. 첫째, 폐 상피 세포 및 폐포 대식세포의 활성화에 의해 야기되는 염증을 야기하는 환경적 손상, 주로 담배 흡연에 대한 만성적 노출. 상기 세포는 사이토카인/케모카인을 방출하고, 그 후, 폐의 말단 공기공간 내에 급성 호중구를 가입시킨다. 둘째, 폐의 세포외 매트릭스에 대한 손상이 있다. 염증성 세포 (예를 들어, 호중구)가, 소기도와 폐 실질조직의 통합성에 중요한 엘라스틴을 분해하는 엘라스틴용해성 프로테아제를 방출한다. 마지막으로, 내피 및 상피 세포의 죽음이 엘라스틴과 다른 ECM 성분의 비효과적인 회복과 결합된다. 상기 마지막의 결과는, 폐성 폐기종을 야기하는 폐의 재회복 및 결함있고 감소된 폐포형성이다.
폐 기능은 노화와 함께 몇가지가 현저히 변화한다. 폐는 출생시에 분홍색이고, 성인은 어두운 회색일 수 있고, 패치부에서 반점화될 수 있고, 노인은, 폐 표면 가까이의 느슨한 결합 조직에서 흡입된 탄소질 물질로 인하여 검은색 패치로 될 수 있다. 기능의 상당한 상실이 있다.
폐포의 수는 노화와 함께 극적으로 감소한다. 이들 세포의 수는 II형 폐포 상피 세포를 폐포 표면으로 이식하여 증가시킬 수 있다. I형은 생체내에서 전환될 수 있거나, 대안적으로는 I형 폐포 세포를 시험관내에서 분화시켜 이식할 수 있다. I형은 본 발명에서 사용될 바람직한 폐포 상피 세포 유형이다. 귀소성 세포 부착 분자를 사용하거나 사용하지 않고 세포를 폐 공동(cavity)에 분무하거나 세포를 주사로 이식할 수 있다.
환기 동력은 가슴벽 경직으로 인하여 노화와 함께 감소하고, 폐 기능을 손상시킬 수 있는 탄성 상실이 일어난다. 최대 호기 부피가 45%만큼 감소한다. 엘라스틴 생성을 통한 순응도(compliance) 증가는, 섬유아세포를 주사 또는 흡입에 의해 발병된 폐 실질조직의 결합 조직으로 이식함으로써 행해질 수 있다. 그 위치는 폐포 벽의 결합 조직 층 또는 격벽을 포함한다. 근육 수축 증가는, 근육 세포를 늑간 및 복부 근육으로 이식함으로써 얻어진다. 또한, 힘줄세포(tendocyte)를 주요 중심 힘줄에 이식하여 환기 동안의 활성을 증가시킬 수 있다. 연골세포를, 추가적 늑골 운동을 위해 늑골 연골로 이식할 수 있다.
노화 동안에는, 미세흡입을 발생시킬 수 있는 감소된 기침 반사가 있다. 호흡곤란, 저산소증 및 흡인 폐렴은 나이가 아니라, 폐 질환으로 인한 것이다.
이식된 섬유아세포를 사용하여 IPF 및 ILD에 존재하는 섬유증성 조직을 분해할 수 있다. 섬유증 후의 폐 질환 진행 정도에 따라, 다른 세포 유형 (예를 들어, 폐포 세포)를 폐 조직에 다시 첨가할 수 있다. 이식된 섬유아세포를 사용하여 섬유증을 제거하고 새로운 결합 조직을 생성할 수 있다. 특정의 작용 이론에 구속됨이 없이, 섬유아세포는, 다른 특허 출원에서 발명자들이 이전에 기재하였던 다른 조직 흉터에 대한 실험에서 증명된 바와 같이, 흉터 또는 섬유증성 조직을 재구축한다고 여겨진다. 또한, 이들 섬유아세포는, 폐 질환(예를 들어, 폐포염, 화농성 염증)의 초기 단계에 존재하는 염증 과정을 중단시킬 수 있다. 진행된 COPD, 예컨대 폐기종은 흉터 조직을 제거한 후, 질환의 진행 단계에서 폐포 세포와 함께 섬유아세포에 의해 구축된 결합 조직을 상주시킴으로써 치료될 수 있다.
폐포 세포를 사용하여 계면활성물질 생성을 증가시켜, 노화 및 다수의 다른 폐 질환에서도 환기의 용이성을 증가시킬 수 있다. 또한, 계면활성물질은 특정 질환 또는 상태에서 대식세포로부터 방출된 프로테아제에 의한 과도한 조직 분해를 중화시킨다. 대식세포 이식을 사용하여, 흡입된 환경 입자를 폐 영역 (예를 들어, 꽈리)에서 제거할 수 있다.
LVRS (폐 용적 감소술)은 가장 손상된 폐 조직(폐기종, 암으로 인한)을 제거하고 폐 기능을 개선하는 환기 운동을 개선하기 위한 수술이다. 심장막 조직을 사용하여 절제부 또는 사용된 봉합부를 덮을 수 있다. 심낭막(Pericardium)은 환자 자신의 결합 조직 세포로부터 시험관내에서 행해질 수 있다.
신장 기능 및 신부전
간단히 살펴보면, 신장의 기능은 신장을 통해 흐르는 혈액을 여과하고 폐기물을 제거하는 것이다. 폐기물은 소변 전체 용적의 오직 5%이고, 나머지 95%는 물이다. 보다 복잡하게 살펴보면, 신장은 신체 항상성을 유지하는데에 가장 중요한 몇가지 다른 기능을 따라야 한다. 상기의 주요한 기능으로는 다음이 포함된다: 물, 전해질 및 산-염기 균형의 조절; 체액 삼투질 농도 및 전해질 농도의 조절; 동맥압의 조절; 호르몬과 펩티드, 예컨대 다른 것들 중에서도 레닌 (방사구체 세포), 안지오텐신 I, 및 활성 비타민 D 형태의 분비, 전환 및 반응; 세관주위 모세 내피의 세포에 의한, 적혈구 생성 성장 인자인 에리트로포이에틴(EPO)의 생성; 및 대사 폐기물의 방출. 소변의 생성에 있어서, 신장은 4가지 과정을 수행한다: 혈장의 여과, 세관 재흡수, 최종 생성물인 소변의 세관 재흡수, 세관 분비 및 농축. 이들 기능은 노화와 질환으로 인해 상실될 수 있고, 각 조직 영역으로 하기 열거한 적당한 세포 유형을 이식함으로써 개선될 수 있다.
구조 및 조직학
신장은 3개의 주 구역으로 구성된다: 연한 외부 구역, 피질 및 어두운 내부 구역, 외부 수질(medulla)과 내부 수질로 나누어지는 수질. 상기 내부 수질은 농축 또는 희석된 소변을 생성시킨다. 외부 수질은 8-18 원뿔형 집단, 신장 피라미드로 나뉜다. 신장 피라미드는 피질의 연장체와 측접한다. 신장 피라미드는 네프론의 가장 깊은 부분을 횡단하는 복잡한 순환 계통을 해부학적으로 지지해주어서, 신장 조직/혈액 교환을 용이하게 하여준다. 신장은, 정교한 결합 조직으로 둘러싸인 구불구불하고 밀접하게 패킹된 많은 수뇨관으로 구성된다. 네프론은 신장의 기능 단위이고 소변을 생성한다. 수집관은 소변 축적을 완결한다. 본질적으로 네프론은, 블라인드(blind)-말단화되고 상피-라이닝되어 있는 중공 세관이고, 이는 통상적으로 신장 피질에서 기원한 것이며 내부 수질에 있는 수집관 계통 중으로 배뇨됨으로써 종결된다. 수집관은 수많은 네프론에서 나온 말초 세관이 있을 수 있고, 관들이 함께 결합되어 피라미드의 유두 첨단부(tip)에서 개공 또는 작은 오리피스(orifice)를 형성한다. 네프론은 혈장을 여과하는 신장 소체 (직경 0.2 mm) 및 여과물을 선택적으로 재흡수하여 소변을 형성하는 신장 세관으로 이루어지는 제1 부분을 갖는다.
각 신장에는 1백만 내지는 2백만개의 신장 소체가 있고 그 수는 나이와 함께 감소한다. 각각은 사구체 (보먼) 캡슐 및 혈관의 중심 사구체를 갖고, 이로부터 신장 세관이 기원한다. 적당한 사구체는 신장 세관의 확대된 블라인드-말단화 근위 부분이다. 이는 수입 소동맥이 제공하는 말려있는 분지형 모세관의 다발로 구성된다. 모세혈관상 및 직행 혈관을 공급하는 수출 소동맥으로 혈액을 내보낸다. 사구체의 도입 지점은 신장 소체의 혈관 극으로 공지되어 있다. 사구체는 내부 또는 내장 층에서 상피 세포의 얇은 특수 층으로 덮혀있고, 혈관 극에서 되돌아가서 신장 세관의 입방 세포와 연속하여 외부 또는 체벽 상피 층을 형성한다. 신장 세관의 내강이 성형되어 사구체를 수용한다. 이것은 보먼 공간을 구성하는 모세관 주변에서 중공 공간을 형성하고, 이것이 체벽 및 내장 세포 층과 함께 보먼 캡슐로 공지되어 있다. 체벽 층은 간단한 비늘형 상피인 한편, 내장층은 족세포로 불리우는 특수한 상피 세포로 구성된다. 사구체를 통해 순환하는 혈장을 보먼 공간으로 여과하여, 선택적으로 재흡수되는 보다 큰 단백질 분자를 배제시킬 수 있는 초미세 여과물을 형성한다. 족세포는 모세관과 밀접하게 관련되어 있는 별 세포이다. 족세포는 긴 세포질 돌기, 족 돌기 또는 소족(pedicel)을 갖는 고도로 특수화된 상피 세포로서, 다른 족세포의 일차 족 돌기와 서로 맞물리고 모세 루프 주변을 둘러싼다. 족 돌기는 소족으로 공지된 이차 및 삼차 돌기로 분지화된 모세 내피 세포의 기저 박판과 접촉한다. 여과 슬릿으로 불리우는 족 돌기 사이의 공간이 있는데, 이는 기저 박판에 인접하는 막형성 슬릿 격막에 의해 가교된다. 기저 박판의 반대 측에는, 모세관의 얇은 창문 내피가 있다. 족 돌기와 이의 슬릿 격막의 연합체, 기저 박판 및 창문 내피는 사구체 여과를 위한 구조적 조직을 포함하는데, 이는 보먼 공간에서 초미세 여과물로부터 혈액을 분리한다. 사구체의 중심 구역은 사구체간질이 차지하고 있는데, 이는 혈관사이 세포 및 이의 세포외 매트릭스로 만들어진 특수화된 결합 조직의 프레임워크를 지지해준다. 이들 혈관사이 세포는 수축성과 포식성, 및 혈관작용제에 대응하는 능력을 갖는다. 계통발생적으로는, 혈관사이 세포는 혈관 혈관주위세포 (미분화된 중간엽 유사 줄기 세포)와 관련되고 세포 파편 및 면역 복합체의 사구체 여과물을 처리한다. 이의 수축성은 국부적 혈류를 조절하는 것을 돕는다.
네프론의 두번째 부분인 신장 세관은 피질에 위치하며 근위 곡 튜브 (PCT)로 불리운다. PCT의 내강은, 키큰 미세융모의 솔 가장자리(brush border)가 있는 간단한 (단일층화된) 낮은 입방 상피에 의해 라이닝되어 있다. 현미경적으로, 이들 세포는 강한 호산성 세포질이 나타나고, 급격한 농도 구배에 대항하여 유체 및 용질을 재흡수하기 위한, 기저 혈장 멤브레인의 복잡한 일련의 접힘이 존재하기 때문에 희미한 줄무늬가 나타난다
외부 수질로 들어갈 때, PCT는, 돌출 핵이 있는 낮은 입방 상피 세포로 라이닝되고 직경 30 ㎛인 헨레 루프의 얇은 하행지로 급작스러운 전달을 보여준다. 헨레 루프의 상기 부분의 기능은 고장성 수질을 유지하여 소변을 농축하는 메커니즘을 촉진하는 것이다. 헨레 루프의 상기의 얇은 부분에 뒤이어서, 헨레 루프의 두꺼운 상행지가 있는데, 이는 그의 내강이 낮은 입방 상피 세포 및 깊은 기저측면성 주름 및 짧고 첨예한 미세융모을 보여준다. 헨레 루프의 상기 부분은 정상적인 소변에서 발견되는 단백질 자취(trace)의 원천이다. 루프의 상기 부분은 피질 쪽으로 다시 상행하고, 사구체에 매우 가깝다. 상기 세포는, 밀접하게 나란히 팩킹된 대략 40개 세포의 좁은 클러스터로 바뀌어서 치밀반[밀집반(macula densa), MD], 감각 성분, 헨레 루프를 통과한 후의 여과물 중 NaCl의 농도를 모니터링하고 사구체 여과율(GFR)을 조정하는 화학 수용체형 구조체를 형성한다. 치밀반을 넘어서, 입방 상피로는 라이닝되어 있으나 미세융모는 없는 넓은 내강을 나타내는 원위 곡 세관 (DCT)가 있다. DCT의 주된 기능은 NaCl을 재흡수하는 것이다. 그 후, DCT는 결합 결합 관(CT)로 전이하여 긴 피질 수집관(CCD)으로 최종적으로 전환되어 유두모양 구역으로 확장된다. CCD의 기능은 키큰 원주 세포의 라이닝 상피에 의해 형성된 아쿠아포린(aquaporin) (물 채널)을 통해 Na+ 및 물을 재흡수하는 것이다. 물의 재흡수는 MD 세포에 존재하는 바소프레신 수용체에 의해 조절된다.
방사구체 기관은 세개의 세포 성분로서, 전술한 치밀반(MD), 사구체를 공급하는 혈관인 수입 소동맥의 벽에 위치하는 방사구체 세포, 및 그 기능이 알려지지 않은 사구체의 수입 및 수출 소동맥 사이에 형성된 틈에 위치하는 사구체외 혈관사이 세포로 구성된다. MD는 방사구체 세포에서의 레닌 방출을 조절한다. 레닌은 레닌-안지오텐신 계통(RAS)에 참가하여 사구체 여과율(GFR)을 조절하고 혈압이 떨어지는 것에 대응하여 체액 항상성을 궁극적으로 제어한다. 레닌-안지오텐신 계통(RAS)는 혈압, 혈관내 용적 및 전해질 균형의 주된 조절체인 내분비 네트워크이다. 방사구체 기관(JGA) 세포는,
순환하는 안지오텐시노겐을 안지오텐신 I(Ang I)로 쪼개는 레닌을 생성하고, Ang I는 ACE (안지오텐신 전환 효소)에 의해 RAS의 주된 작동체인 Ang II로 활성화된다. Ang II은 알도스테론 방출의 자극체 및 혈관수축체이다. 이에, RAS는 Ang II 합성에 의해, 낮은 혈압 또는 축소된 혈관내 용적에 대응한다.
간질 세포, 주로, 섬유아세포형의 것 및 대식세포 및 림프구가 세포외 매트릭스와 함께, 피질의 대략 10%의 성분이다. 상기 퍼센트는 보다 많은 비율의 지질-풍부 간질 세포를 나타내는 수질 내에서 증가한다. 신장 세포, 예컨대 피질 세관 세포 (예를 들어, 모세 내피 세포), 및/또는 간질 섬유아세포 (예를 들어, 피질, 수질)가 EPO를 생산한다. 신장 세포, 예컨대 근위 세관 세포는 비타민 A의 활성 형태를 생성하고, 여기서, 25-히드록시콜칼시페롤이 1,25-디히드록시 형태로 전환된다. 비타민 D의 활성 형태는 장에서 칼슘 흡수에 필요하고, 뼈에서 파골세포 활성에 필요하며, 사구체경화증을 예방할 수 있다.
신부전
신부전 (Renal Failure, RF)은 GFR의 강하 (30 ml/분 이하까지)로서 넓게 정의되고, 이는 체내에서 질소 폐기물의 축적을 일으킨다. 신부전은 수일 또는 수주에 걸쳐 일어나는 급성(ARF)일 수 있고, 수주 또는 수개월에 걸쳐 발생할 때에는 아급성 또는 급속 진행성일 수 있고, 수개월 또는 심지어 수년에 걸쳐 발생할 때에는 만성(CRF)일 수 있다. 모든 유형이 수많은 건강상 문제에 의해 야기될 수 있다. AFR의 주요 원인은, 저혈량증 및 심장혈관 부전에 의해 야기되는 신전 원인 또는 신장외 폐쇄, 신장내 폐쇄 및 방광 파열에 의해 야기되는 신후 원인으로 분류화될 수 있다. ARF의 특이적 신장 질환으로는 혈관 질환이 포함되는데, 이는 악성 고혈압이 가장 통상적이다. 사구체 경화증을 일으키는 신장 질환은 사구체신염 및 간질 신장염으로 공지되어 있다. 안료 유발되거나, 독소 및 약물 유발되거나, 임신 관련되거나, 진행성 간 질환 관련되거나 또는 허혈후로 인한 것인 급성 세관 괴사도 포함된다. CRF는 네프론 또는 맥관에 영향을 주는 다양한 신장 질환을 일으키고, 여기서, 신장 기능의 점진적인 감쇠는 네프론의 진행성 비가역적 상실과 연관된다. CRF는 모든 만성 신장 질환의 결과이다. 성인 및 노령 인구에게 영향을 미치는 만성 질환의 예로는 당뇨병, 고혈압, 및 다양한 원인의 사구체신염이 있고, 말기 CRF에 대한 가장 통상적인 원인이다.
조직병리학
용어 사구체신염 및 사구체병증은 사구체 손상을 가리키기 위해, 상호교환적으로 사용된다. 사구체 질환 및 그들을 기재하는 용어는 다음과 같다: 일차 사구체 질환은 병리가 신장에 한정되는 경우이고, 이차 사구체 질환은 신장이 전신성 질환으로 인해 고장났을 때이다. 병변은, 사구체 다발의 일부 또는 거의 전부에 관련되었을 경우, 각각 부분성 또는 광범위성일 수 있다. 병변은, 사구체의 소수 (<50%) 또는 다수 (>50%)에 관련되었을 경우, 각각 초점성 또는 미만성으로 분류화될 수 있다. 증식성 질환은 사구체 세포 수의 증가이다. 존재하는 사구체 세포의 증식은, 내피 또는 혈관사이 세포로 관한 것일 때, 인트라-모세관성(intracapillary) 또는 엔도-모세관성(endocapillary)로서 정의되고, 보만 공간내의 세포에 관한 것일 때, 엑스트라-모세관성(extracapillary)로 정의된다. 멤브레인성 질환은 면역 침착에 의한 사구체 기저 멤브레인(GBM)의 확장에 의해 지배되는 사구체신염에 적용된다. 경화증은 GBM 및 혈관사이 ECM과 유사한 조성의 균일한 비원섬유성(nonfibrillar) ECM 양의 증가를 말한다. 섬유증은 콜라겐 I형 및 II형을 포함하는 ECM의 침착을 포함하고, 보다 통상적으로는 염증 치유의 결과이다.
사구체 질환은 주요한 형태학상 특징에 따라 분류될 수 있다. 그 예는 다음이다: 1) 증식성 사구체신병증 (GN)은 국소성 증식성 사구체신염을 포함한다 (혈관사이 세포의 증식을 주로 보여주는 혈관사이 증식성 사구체신염으로 인한 것). 또한, 36750유형의 모든 세포의 조합물 또는 내피 또는 혈관사이 세포의 증식 또는 대식세포와 단핵구의 침윤으로 인한 증가된 세포충실성을 특징으로 하는 미만성 증식성 사구체신염이 포함된다. 세번째 범주는 증식성 벽 상피 세포로 구성되는 보먼 공간 내의 반월 및 피브리노이드 괴사 영역을 포함하는 사구체인 반월상 사구체신염이다. 2) 사구체 기저 멤브레인 (GMB)에 영향을 미치는 GN은, 면역 침착물, GMB의 미만성 비후화를 특징으로 하는 멤브레인성 사구체병증, 족 돌기 소실을 특징으로 하는 최소 변화 질환(MCD), 및 초점성 및 분절성 사구체경화증(FSGS)가 포함된다. FSGS는 50% 초과의 사구체에 영향을 미치는 비정상적인 유리질성 물질의 침착과 분절성 모세관 붕괴를 특징으로 한다. 3) 멤브레인증식성 GN은 GMB 관련성과 사구체 증식성 특징을 조합한다. 4) 사구체 침착 질환은 원섬유성 물질의 혈관외 침착을 나타낸다. 5) 혈정성 미세혈관병증은 사구체 모세관 및 내피 손상에서의 미세혈전을 나타낸다.
진단, 임상적 징후 및 치료
ARF 및 CRF의 진단은 신장 기능을 분석하는 혈액과 소변의 생화학적 시험에 대한 완전한 종합 테스트로 불리운다. 24 시간에 걸친 소변의 수집, 소변 침전물의 상세한 현미경 분석, X선, 초음파, CT 스캔 또는 MRI에 의한 신장의 영상화, 신장 생검이 의심되는 기초적 원인을 동시적으로 평가하는 예이다. ARF는 일반적으로는 중증 환자의 생화학적 모니터링 동안에 상승하는 혈액 우레아 질소 및/또는 혈청 크레아티닌 농도를 발견함으로써 인지된다. 다른 중요한 조짐은, 충분히 수화된(hydrated) 환자에서 소변 용적의 갑작스러운 현저한 감소이다. CRF는 요독증 조짐의 명확한 출연, 신체의 모든 단일 기관에 영향을 미치는 대사작용의 다른 최종 생성물 및 우레아를 유지시키는 환자에게 나타난 조짐과 징후의 집합에 의해 인지된다. 요독증은 정상 GFR의 20 내지 25% 미만까지 신장 기능이 현저하고 진행성있게 상실된 결과이다. 많은 경우의 ARF은 초기에 발견되고 적당히 치료받으면 가역적으로 된다. 요법의 원리는, 잠재적으로 치료성있는 신장 기능의 취화 원인을 배제하는 것이다. 보존적 요법은 ARF의 많은 징후를 제어할 수 있다. 보존적 요법으로는 다른 일반적 수단 중에서도, 혈관내 용적의 교정, 유체 섭취 대 유체 배출의 조절, 전해질 균형과 단백질 섭취의 교정, 및 혈압의 정상화가 포함된다. 급성의 광범한 세관 괴사가 존재할 경우, 신장 투석이 지시된다. CRF의 치료는 혈액 투석 또는 복막 투석으로서의 투석에 제한된다. 궁극적으로 신장 이식이 필요할 수 있다.
노화 동안의 신장 기능.
노화는 사구체 여과율에 있어서 기능이 40 내지 50% 상실되게 한다. 신장 질환은 나이와 함께 증가한다. 65세 이상의 사람 중 11%가 신장 기능 (예를 드어, 사구체 여과율)이 정상 개체의 60% 미만인 일차적 신장 질환을 나타낸다. 나이와 관련된 신장 질환의 기본적인 원인은 알려지지 않았지만, 신장 질환의 발생과 진행은 네프론 기능의 상실과 관련되어 있고, 구체적으로는, 신장 소체 갯수의 감소 및 사구체를 형성하는 모세관 뭉치에서의 경화증 발생과 관련되어 있다. 상기의 과정은 비가역적이다. 다른 조직학적 변화를 나이와 관련된 신장 질환에서 찾을 수 있다. 신장 질환이 급속하게 진행할 경우, 사구체 크기가 계속하여 커지는 반면, 신장 구조의 다른 양태는 전체 신체와 신장 크기 모두에 대하여 적당하게 남는다는 것이 관찰되었다. 사구체 크기의 증가는 세포 갯수의 증가 (과다형성증) 또는 세포 크기의 증가 (비대)로부터 발생할 수 있다.
노화 동안에, 최대의 소변 농축력이 전체적으로 (20%) 감소한다. 상기 기능은 사구체 변화와는 관련이 없고, 3가지 파라미터에 의해 평가된다: (i) 최대 소변 삼투질 농도 (하룻밤 동안 물을 박탈한 후, 물을 재흡수하거나 보존하기 위한 신장의 능력); (ii) 12시간 주기에 걸친 최소의 소변 유속; 및 (iii) NaCl 및/또는 우레아를 재흡수함으로써 용질을 보존하기 위한 능력. 노인들은 최대 소변 삼투질 농도의 20% 감소, 최소 소변 유속의 100% 증가, 및 용질 보존력의 50% 감소를 나타낸다. 전술한 3가지 신장 기능 모두가 신장 수질에 있는 헨레 루프의 별개의 2개 가지에서 일어난다.
신장 유두는 본 발명에서 사용할 수 있는 성인 신장 줄기 세포의 공급원이다. 혈관 사이 세포 및/또는 치밀반 세포 및/또는 방사구체 세포를 신장 소체에 배치함으로써 네프론 기능과 네프론 수가 증가할 수 있다. 벽(parietal) 층의 상피 세포 및 족세포(podocyte)와 같은 다른 세포도, 보먼 캡슐로의 도입에 사용할 수 있다. 상기 방법은, 연령 및 다른 사구체 질환 동안에 감소한 사구체 여과율을 회복시키거나 증대시킬 수 있다. 상기 방법은 혈압, 전해질 균형 이상 및 소변 농축 기능에서의 결핍증을 조절할 수 있다. 섬유아세포 (예를 들어, 간질) 또는 혈관사이 세포를 사용하여 사구체의 섬유증 또는 경화증을 제거하여, 사구체 여과율, 소변 농도, 전해질 균형, 및 혈압 조절과 같은 사구체 기능을 개선시킬 수 있다. DCT의 상피 세포를 DCT에 배치시켜 신장 질환 및 노화시에 감소하는 재흡수 기능을 개선시킬 수 있다.
호르몬 기능이 적당한 세포 유형을 사용하여 향상될 수 있다. 적당한 신장 세포를 피질 또는 수질에 도입하여 EPO를 생성시켜 골수로부터의 적혈 세포 생성을 증가시키고 빈혈을 치료할 수 있다. 활성 비타민 D 형태를 생성하는 신장 세포를 사용하여, 칼슘 대사를 제어하고, 다른 질환들 중에서도 골다공증을 치료할 수 있다. 방사구체 세포를 도입하여 레닌을 생성하여 혈압을 조절하고 특정 질환에서의 무기질 코르티코이드 기능과 부족을 개선시킬 수 있다. 치밀반 세포를 도입하여, 소변 농도를 증가시킬 수 있다. 상기 방법은 노령 환자 및 요붕증과 같은 질환이 있는 환자에게 유익하다.
알쯔하이머병 (AD)
AD는 다른 두드러진 신경학적 징후없이 치매를 야기하는 가장 일반적이고 파괴적인 뇌 변성 질환이다. 알쯔하이머병은 명확히 나이와 관련한다. 알쯔하이머병의 유병율은 65세 이상에서 매 5년마다 두배이고, 80세 이상인 사람의 20% 초과에게 영향을 미치고, 미국에서는 4백5십만명을 괴롭히고 있다. 알쯔하이머병은, 유전적 인자와 환경적 인자가 발병기전 내에 포함되는 다인성적인 질환이다. 알쯔하이머병에 대한 유전적 소인은 일부 가족, 특히, 초년 발병(일반적으로 60세 이전)이 있는 가족에게서 명확한 패턴을 갖는다. 일부 알쯔하이머병은 심지어는, 3개 유전자에 돌연변이가 있는 유전의 상염색체 우성 패턴을 따른다. APP (아밀로이드 전구 단백질 유전자), PS-1 (프리세닐린(pre-senilin) 1 유전자 또는 PSEN1), PS-2 (프리세닐린 2 유전자 또는 PSEN2) 및 ApoE (아포지단백질 E를 코딩)가 산발성 AD와 직접적으로 연관된다. ApoE의 경우, ε4 이소형(isoform) 대립유전자의 1개 복제본을 운반하는 것이 알쯔하이머병 발생 위험을 약 3배 증가시키는 반면, 2개 복제본을 운반하는 것은 15배까지 위험을 증가시킨다. 그 외의 보고된 유전자 위험 인자는 염증성 사이토카인 인터류킨 1α, 인터류킨 1β 및 종양 괴사 인자 α(TNF α)를 코딩하는 유전자의 다형성과 관련된다.
알쯔하이머병에서 두드러지는 병리학적 특징은, 대뇌 피질에서 뉴런의 죽음과 사라짐, 뉴런 시냅시스의 대규모 상실, 및 신경원섬유 다발(NFT, 타우(Tau) 단백질의 응집채) 및 노인성 신경반 (응집된 β-아밀로이드 단백질 및 반응성 아교 세포로 주로 구성된 복합적 세포외 병변)의 병리학적 존재 및 뇌의 더 작은 혈관 및 매질에 널리퍼진 경화증 또는 섬유증 (예를 들어, 히알린 변성)이다. 신경반은 이영양성 신경염(dystrophic neuritis)과 관련될 수 있다. NFT의 주요한 구성성분은 축색 단백질 타우의 과인산화된 형태이고, 이는 세포 미소세관 계통에서 일반적으로 발견된다. 노인성 신경반의 주요 구성성분은 베타-아밀로이드 단백질(Aβ)이고, 이는 β 및 γ 세크레타아제의 작용을 통해 뉴런적으로 생성된 아밀로이드 전구 단백질(APP)에서 유래한다. 베타-아밀로이드 단백질(Aβ)은 많은 신체 조직에서 나타나고, 알쯔하이머 환자의 뇌에서 과잉생산된다. 과잉생산의 정확한 원인은 알려지지 않았으나, Aβ의 정상상태 농도는 동화 및 이화 활성 사이의 동적 균형에 의해 결정된다. 알쯔하이머가 있는 개체의 뇌에서는 Aβ 동화작용의 증가가 이화작용의 감소와 함께 나타난다. Aβ 분해 효소 네프릴리신, 메탈로펩티다아제 뿐만 아니라 엔도텔린 전환 효소가 뇌에서 전체 Aβ 분해 활성의 80% 이상을 나타낼 수 있다.
타우 및 Aβ 이론으로 공지된 알쯔하이머의 원인으로서 두가지 주요 이론이 있다. 하나의 이론은 AD의 원인이 타우 과인산과로 인한 것이고, 타우 과인산화가 Aβ의 세포외 침착물 축적 뿐만 아니라 뉴런 상실을 야기한다는 것이다. 아밀로이드 캐스케이드 가정은 Aβ의 축적이 알쯔하이머의 진정한 원인이고, Aβ의 축적 결과로서 NFT 및 이영양성 신경염이 발생한다고 가리킨다. 타우와 Aβ 병리학 모두, 질환의 초기 상태에는 독립적으로 공정하게 작동하는 것으로 보이지만, 그 후의 일부 단계에서는, 두 병리학이 상호작용하여 서로를 용이하게 한다. 대안적 이론은 신경반 플라크나 매듭(tangle) 중의 어느 것도 신경병리학적 세포 죽음의 시퀀스를 개시하지 않는다는 것이다. 대신에, 플라크와 매듭은 β 아밀로이드의 자유-부유성 원섬유에 의해 야기되는 보다 이른 세포 대학살의 묘지일 수 있다.
노화는 여성의 에스트로겐 수준 감소와 남성의 안드로겐 수준 감소와 관련된다. 이들 호르몬 감소는 인지 손상 및 알쯔하이머병 발생의 위험 인자일 수 있다. 아포지단백질 E (apoE)은 지단백질 및 콜레스테롤의 재분포와 대사에 중요한 역할을 한다. 3가지 주요한 인간 apoE 이소폼, ε2, ε3 및 ε4이 있다. 뇌에서, apoE은 뉴런 발생 및 재생, 신경돌기 생성 및 신경보호에 관련되어 있다. 알쯔하이머병에서, apoE의 주요한 세포 공급원인 아교세포는 뉴런 멤브레인으로부터 콜레스테롤을 재순환시킨 후, 새로운 뉴런 돌기의 성장을 촉진하는데 사용될 수 있다. 알쯔하이머병이 있는 개체에서, apoE ε4 이소폼을 코딩하는 두 대립유전자의 존재는 알쯔하이머병의 병리학적 특징과 연관되어 있고, 뉴런 재구축 메커니즘에서의 선천적인 손상으로 인한 것일 수 있다. 이들은 노인 플라크의 위치 및 신경염 병리학 및 관련된 뉴런 상실 사이의 중요한 관계일 수 있다. 다중 동물 모델에서, 치밀한 플라크는, 아밀로이드 플라크를 수용하기 위한 내피 라이닝 세선화 및 기저 멤브레인 비후화 또는 스플릿팅(splitting)이 있는 혈관 벽 내부의 지각, 신피질, 해마, 및 시상에 균일하게 위치한다. 이러한 발견은 아밀로이드 혈관병증의 지표이다.
NFT 및 노인 플라크의 존재는, 광범위한 스펙트럼의 염증 매개체 존재를 특징으로 한다. 보체 단백질, 염증성 사이토카인, 프로스타글란딘 및 급성 상 반응물질, 예컨대 C 반응성 단백질 및 아밀로이드 P를 포함하는 이들 매개체는, 뉴런을 포함하는 상주성 뇌 세포에서 생성된다. 만성 염증이 알쯔하이머병에서 두드러지고, 플라크와 매듭 및 별아교세포와 미세아교세포의 후속하는 유입에 의해 자극된다. 일반적으로, 이러한 세포는 파편을 청소하고, 대신에, 염증이 숙주 조직에 대한 손상을 야기한다. 이에, 염증은 알쯔하이머병에서의 뉴런 상실을 악화시킨다. 특히, NFT 및 노인 플라크는, 일반적인 자가면역 반응 대신에 세포 자가독성으로 불리우는 특수한 방식으로 보체 계통에 의한 자기 공격 증거를 나타낸다.
이러한 모든 과정은 일반적으로 해마 및 편도체 (대뇌 반구의 피질 외피의 중간 가장자리를 형성하는 내부적으로 말린 구조)에서 시작하지만, 궁극적으로는 과도한 뇌 피질 위축, 특히, 기억, 인지 및 감정을 제어하는 뇌 구역인 전두, 두정 및 측두 구역에서의 과도한 뇌 피질 위축을 일으킨다. 뇌실 계통의 대응하는 확대가 있으나, 이것은 일반적으로 과도하지는 않다.
뇌는 대뇌, 소뇌 및 뇌줄기로 이루어지고, 각 부분은 회색질 및 백색질로 이루어진다. 알쯔하이머병은 주로 뇌의 3개 구조, 대뇌 피질, 해마 및 편도체에 영향을 미친다. 대뇌 반구체는 뇌의 가장 큰 부분이다. 이들은 각각, 기저핵을 포함하는 백색질의 광범한 내부 물질이 그 아래에 있는 고도로 말려있는 외부 피질(뇌회, 열구 및 전두, 두정, 측두 및 후두 엽으로 조직화됨)을 갖는다. 대뇌 반구는 일차 운동 및 감각 영역을 포함한다. 이들은 운동 활동이 제어되는 최고 수준 및 일반적이고 특수한 감각 계통이 전하는 최고 수준을 나타내어, 자극의 의식 경험을 위한 신경 기질을 제공한다. 관련 영역은 방식-특이적이고 다중 방식적이며, 이들은 내부와 외부 환경 및 외부 세계와 개체의 관계에 대한 복합적 분석을 가능하게 한다. 반구체의 일부는 가장자리 계통으로 칭해지는데, 이는 행동의 감정적 양태와 기억에 관련한다. 전두 구역 내의 일차적인 다른 영역은 인지 기능의 최고 양태와 관련된다.
대뇌 피질은 회색질로 구성되고, 여기에서 뇌에 있는 회색질의 대부분이 위치한다. 대뇌 피질은 새로운 신피질, 고피질 및 원시피질로 구성되는 계통발생론적으로 오래된 이종피질로 나뉘어질 수 있고, 일반적으로 회색질은 3가지 기본적인 기능 유형의 뉴런 세포 보디(body), 구심성(감각), 원심성(운동) 및 개재뉴런으로 구성된다. 각 개별 뉴런은 풍부한 축색 또는 수지상 분지화(분지형성((arborization))와 함께 수백 또는 심지어 수천의 다른 뉴런과 시냅스 접촉할 수 있다.
피질은 주로 두가지의 뉴런 세포 유형을 나타낸다: 가장 풍부한(피질 뉴런의 70%) 피라미드상 뉴런 유형 및 비(非)피라미드상 세포, 별 또는 과립 세포 (소극(spiny) 및 비(非)소극 뉴런)으로도 불리움. 소극 별 세포는 두번째로 가장 통상적인 세포 유형이다. 상기 뉴런 유형 모두가 수많은 수지상돌기(풍부한 세포 보디 분지화로 연장되는 짧은 실모양 돌기) 및 축색(세포 보디에서의 신경 충격이 표적지에 도달하도록 하는 긴 꼬리모양 연장체)을 갖는다. 피라미드상 세포는, 오로지 신경전달물질로서 글루타메이트 또는 아스파르테이트인 흥분성 아미노산을 사용하는, 전체적으로 돌출한 뉴런(축색이 피질을 떠나서 백색질로 들어간다)이다. 세포의 가장 작은 군은 불균질성 비(非)소극상을 포함하거나, 드문드문하게 소극상인 별 세포가 개재뉴런이다. 이는, 바구니형, 샹들리에형, 이중 꽃다발형, 신경아교세포형, 쌍극성/방추형 및 수평형을 포함하는 많은 형태를 갖는 불균질한 세포 군이다.
다른 중요한 세포 군 및 피질에 밀집한 지금까지 가장 수많은 세포는 다음의 7개 유형의 신경아교세포 (특수한 비(非)뉴런성 지지 세포)이다: 별아교세포, 희소돌기아교세포, 미세아교세포 세포, 뇌실막 세포, 맥락 상피 세포, 띠뇌실막 세포 및 슈완(Schwann) 세포. 이들은 세가지 계통, 신경관의 신경외배엽, 신경 능선; 및 혈관모세포 중간엽에서 유래한다. 신경아교가 뉴런이 효율적으로 작동할 수 있는 적당한 환경을 창조하고 유지하는 책임이 있다. 별아교세포는 족 돌기를 모세관으로 내밀어서 혈액-뇌 배리어에 기여하고 신경전달물질의 대사에서 역할을 하고, CNS 세포외 공간의 포타슘을 완충하고, CNS의 손상 영역에 아교 흉터를 형성시키고, CNS 손상에 대한 반응으로 비대 또는 과다형성증을 진행시킨다. 이들 세포는 영양소를 제공하고, 뉴런에서 독소를 제거한다. 이들은 아교 원섬유 산성 단백질 (GFAP) 및 글루타메이트 합성효소를 포함한다. 희소돌기아교세포는 CNS에서 미엘린을 생성한다. 하나의 희소돌기아교세포는30개 이하의 축색을 미엘린화할 수 있다. 미세아교세포는 단핵구에서 유래하고, 손상된 축색으로부터 미엘린이 손상되도록 하는 포식성 기능을 갖는다. 뇌실막 세포는 뇌의 뇌실과 중심관을 라이닝한다. 이들 세포는 단단히 결합되지 않으므로, 대뇌척수 유체 및 CNS 세포외 유체 사이의 자유 교환을 허용한다.
맥락 상피 세포는 맥락막 망 융모에서 나타나는 뇌실막층의 연속이고, 이들 세포는 뇌척수액(CSF)을 분비한다. 이들 세포는 단단히 결합되므로, 혈액-CSF 배리어의 기본이 된다. 띠뇌실막 세포는 변형된 뇌실막 세포인데, 이는 모세관과 뉴런 모두에 있다. 이들 세포는 뇌실과 뉴런 사이의 수송을 매개한다. 이들 세포는 샘나회수체로부터의 생식샘자극 호르몬 방출을 조절하는 시상하부 핵에 있다. 슈완 세포는 말초 신경 계통(PNS)에서 미엘린을 생성하고, 신경 능선 세포로부터 유래한다. 하나의 슈완 세포는 하나의 축색을 미엘린화하고, 이들은 PNS의 모든 미엘린화된 및 미엘린화되지 않은 축색을 지니고, 랑비에르(Ranvier) 결절에 의해 서로 분리된다.
또한, 회색질도 풍부한 혈관 공급물을 함유한다. 현미경적으로, 신피질은 표면에서부터 백색질 한계부까지 6개 층으로 건축학적으로 및 수평적으로 적층된 세포질이다. 1) 분자 또는 그물형 층에는 세포가 드문드문하게 있고, 축색과 수지상돌기에 오직 산포된(scattered) 수평형 세포 및 그의 돌기를 포함한다. 상기 층 내에는, 뉴런 세포, Cajal-Retzius (CR) 세포의 특수 형태가 있는데, 이는 알쯔하이머병의 초기 단계에서 취약할 수 있다. CR 세포는 피질과 해마 발달 및 시냅스 형성에 중요한 단백질인 리엘린(reelin)을 분비한다. 알쯔하이머병에서 이의 손실은 그 질환과 관련된 시냅스 병리 및 기타 병리에 역할을 할 수 있다. 2) 외부 과립판이 작은 뉴런 보디를 포함한다. 이들은 작은 피라미드상 및 비(非)피라미드상 세포를 포함한다. 3) 외부 피라미드상 판은 다양한 크기의 피라미드상 세포를 산포된 비(非)피라미드상 뉴런과 함께 포함한다. 상기 층은 보다 표면부에서 가장 깊은 곳까지 IIia, HIb 및 IIIc로 종종 나뉘어지고, IIIc이 가장 큰 피라미드상 뉴런을 포함한다. 4) 내부 피라미드상 판은 비(非)피라미드상 세포, 특히 소극-별 세포 및 일부 작은 피라미드상 세포의 치밀하게 패킹된 작은 둥근형 세포 보디를 포함한다. 5) 내부 피라미드상 (신경절) 판든 통상적으로 임의 피질 영역에서 가장 큰 피라미드상 세포를 포함한다. 산포된 비(非)피라미드상 세포도 또한 존재한다. 6) 다중형태 (또는 방추형/다형성) 층은, 피라미드형, 스핀들(spindle)형, 난형 및 다수의 다른 모양을 비롯한 다양한 모양을 가진 뉴런으로 구성된다. 통상적으로, 대부분의 세포는 크기가 소형 내지는 중형이다.
백색질은 주로 피질 뉴런 및 신경아교 세포로부터의 미엘린화 축색으로 주로 구성되며 뇌의 한 부분에서 다른 부분으로 연결하는 경로 (즉, 신경 트랙, 섬유)를 제공한다. 상기 경로는 그 과정과 연결에 기초하여 범주화된다. 이들은 동일한 반구체에서 상이한 피질 영역을 연결하는 연합 섬유; 두 반구체에서 대응하는 피질 영역을 연결하는 교련 섬유, 또는 대뇌 피질을 선조체, 간뇌, 뇌줄기 및 척수와 연결하는 투사 섬유이다.
해마
해마 형성은 대뇌 반구체의 중간 벽에 피질의 큰 부분을 포함하는 변연엽의 일부이다. 해마 형성은 고유 해마, 치아 이랑, 해마 이행체 및 내후각피질로 이루어진다. Papez (1937)는 해마에 손상이 있는 환자의 감정 장애를 관찰하였고, 감정 표현이 해마에서 조직화되고 띠 이랑에서 경험되고 유두체를 통해 표현된다고 제안하였다. Papez 뉴런 회로는, 감정 상태의 말초적 표현을 제어하는 내부의 시상하부와 해마 사이를 기재한다. 상기 회로는 공간적 단기간 기억과 연결되어 있다. 이후 용어 "변연계"는 변연엽을 가리키는 것으로 인기있게 되었다. 해마 그 자체는 측방 뇌실의 하각 바닥을 따라 5 cm 길이의 곡선있는 융기부이고, 뇌실막 (척주의 중심관과 대뇌 뇌실을 라이닝하는 세포 멤크레인)으로 덮혀있다. 해마는 3층 원시피질이다. 단일 피라미드상 세포 층으로 이루어지고, 위아래에 얼기모양 층이 있다. 이는 3개의 명확한 부위, CA1, CA2 및 CA3으로 나뉘어질 수 있다. CA1 부위는 해마 세분 분야 중 가장 복잡하다. 상기 부위에서 피라미드상 세포 층의 두께는 10 내지 30 세포로 다양하다. CA2 부위는 피라미드상 세포 중 가장 콤팩트(compact)한 층이다. CA3 부위는 해마에서 가장 큰 피라미드상 세포를 가지며, 그 부위를 따라 모드 10 세포 두께이다. 해마 이행체는 해마 이행부, 전해마 이행부 및 부해마 이행부로 나뉜다. 해마 이행부는 구상회(subicular) 피라미드상 세포의 첨단부 수지상돌기를 포함하는 표면 분자층, 30개 세포 두께의 피라미드상 세포, 및 깊은 다형성 층으로 이루어진다. 전해마 이행부는 피라미드상 세포의 치밀하게 패킹된 표면 층 및 치밀한 층의 표면에 있는 얼기 층으로 구별된다. 또한, 부해마 이행부는 표면 얼기 층 및 일차적 세포 층을 갖는다.
내후각뇌피질 (브로드만(Broadmann) 영역)은 편도체의 전방 경계부까지 뻗어있고, 패마의 일부와 중첩된다. 상기 피질은 6개 층으로 나뉠 수 있다.
층 I은 무세포 얼기형이다. 층 II는, 나안에 "사마귀모양 해마"로 공지된 혹으로 보이는 큰 피라미드상 및 별 세포의 도(island)의 좁은 세포 층이다. 층 III은 중형 크기의 피라미드상 세포로 이루어진다. 층 IV는 무세포이고, 판 연골(lamina dissecans)로 불리우는 치밀한 섬유를 나타낸다. 층 V는 5 또는 6개 깊이의 큰 피라미드상 세포로 이루어진다. 층 VI는 얇고, 층 V와 쉽게 구별가능하고, 마찬가지로 큰 피라미드상 세포로 이루어진다. 치아 이랑은 해마 회로로의 진입점이다. 이는 내후각뇌피질의 II 및 III층으로부터 섬유를 받아서, 치아 이랑의 분자층으로 통과하여, 과립 세포의 수지상 가시에 위치한다. 이들 세포는 해마의 CA3 피라미드상 세포의 근위 수지상돌기에 많이 이르러있고 (Schaffers 곁가지(collateral)로도 불림), CA1 해마 부위에서 종결한다. 글루타메이트 및/또는 아스파르테이트가 해마 회로에서 주요한 흥분성 전달물질로 보인다.
내후각피질에서 치아 이랑까지 뉴런의 순환 경로, 편도체를 경유하여 해마 이행부까지, 그리고 내후각피질로 뒤돌아가는 해마의 CA3 및 CA1 피라미드상 뉴런의 경로는 알쯔하이머병에서 심하게 손상된다.
편도체.
편도 복합체는 배내측(dorsomedial) 측두엽 극에, 해마에 대한 전방에, 미상핵에 근접하여 놓여있는 측방, 중심 및 기저 핵으로 구성된다. 집합적으로, 핵은 측방 뇌실의 전방 각의 배쪽의 상위 및 중앙 벽을 형성한다. 측방 핵은 배 내측 및 배 측면 하부핵을 갖는다. 중심 핵은 중앙 및 측방 세분체(subdivision)을 갖는다. 기저핵은 배측 거대세포 기저 핵, 중간 소세포 기저 핵, 및 판옆(paralaminar) 기저 핵으로도 일반적으로 칭해지는 어둡게 염색된 세포의 배쪽 밴드로 통상 나뉘어진다. 부수적인 기저 핵은 기저 핵 세분체의 중앙에 놓여있고, 배측, 거대세포 및 배쪽 작은세포 부분으로 일반적으로 나뉘어진다. 측방, 기저 핵 및 부수적인 기저 핵은 종종 편도 복합체의 기저측면 영역 (핵 군)으로 칭해진다. 기저측면 영역은 대뇌 피질과 특성을 공유하고, 비록 판 구축물을 결여하고 있으나, 측두엽에 곧바로 상호적으로(reciprocal) 연결되어 있고, 운동 또는 전운동 피질까지 뻗어있다.
편도체의 특정 영역인 작은세포 기저 핵은 (상기 언급된) 알쯔하이머병에서 손상된 뉴런의 원형 경로와 관련된 영역이다.
편도체의 광범한 하부피질과 피질 상호연결 및 연결의 조직화는 감정적 거동에서의 역할과 일관한다. 편도체는 환경적 사건의 중요성, 가장 특별하게는 자극과 강화 사이의 연관성을 평가하는데 중요하다.
알쯔하이머병의 개시는 잠행성이고 포착하기 어려우며, 먼저, 최근 일어난 일의 기억 및 정신적 활동의 다른 양태에서 가장 두드러지게 변화한다. 감정적 장애, 예컨대 우울, 불안 또는 이상한 거동이 초기 단계에 두드러진다. 진행은 일반적으로 느리고 점진적이고, 다른 의학적 상태가 부수하지 않는 한, 10년 이상동안 알아채기 힘들다. 온순한 경우, 그 징후는 단순한 노인성 치매의 것일 수 있다. 질환의 진행 단계에서는, 사고와 지력의 보다 심각하고 보기드문 장애 (말하기의 어려움, 자발적 움직임의 장애 및 비정상적인 공간 지각이포함됨)이 일어날 수 있다. 말기 환자는 인지, 사고, 말하기 또는 움직임에 대한 모든 능력을 상실할 수 있다.
수년 동안, 상기 질환을 확인하는 유일한 신뢰성있는 방식은 사후에 부검하면서 뇌를 직접 연구하는 것이었다. 최근의 발전된 진단법은 뇌의 영상화이다. 복잡한 CT (컴퓨터 단층촬영) 스캔, MRI (자기 공명 영상), BOLD MRI (MRI와 대뇌 혈류 측정의 조합) 및 PET (양전자 방출 단층촬영) 스캔을 개선된 신경거동 시험과 조합함으로써, 초기 단계에서 90%의 정확성으로 질환을 검출하는 것이 가능해졌다.
오늘날까지 모든 알쯔하이머병의 치료법은 임시적이고 질환의 예방 또는 치료법이 아니었다. 아세틸콜린에스테라제 억제제 (예를 들어, 타크린, 도네페질 및 리바스티그민) 및 항산화제로의 산화성 스트레스 감소가 사용되었다. 비(非)스테로이드성 소염 약(NSAID)의 관례적 사용은 질환의 만성 염증성 반응을 억제함으로써 알쯔하이머병의 발생 위험을 감소시키는 것으로 보인다. 콜레스테롤 강하약 (즉, 스타틴)은 염증성 반응에 대항하고 뇌 혈관에서의 죽상경화증을 감소시킴으로써 알쯔하이머병의 위험을 낮출 수 있거나 Aβ 형성, 별아교세포 분비 프로테아제를 감소시킬 수 있다. 상기 프로테아제는 단백질 응집체, β-아밀로이드 침착체, 신경원섬유 변화 또는 알쯔하이머병에 존재하는 다른 응집체를 용해시킬 수 있다. 염증은 알쯔하이머병에서 섬유증을 야기한다. 면역 세포는 알쯔하이머병의 기본 단백질을 인지한다. 별아교세포 및 다른 뇌 세포 유형은 뇌의 건축물을 구축하는 것을 돕는다. 세포 유형, 바람직하게는 뇌 별아교세포를 배양하여 알쯔하이머병 환자의 병걸린 뇌 영역에 이식할 수 있다. 별아교세포는 플라크 형성을 해산시키고, Aβ 응집물 근처에서 발생하는 뇌 조직 흉터화(예를 들어, 경화증, 섬유증)를 제거한다. 면역 세포, 예컨대 미세아교세포 또는 뇌 대식세포 또는 다른 보디(body)형의 대식세포 (예를 들어, 피부에서 유래한 것)를 사용하여 알쯔하이머병 플라크를 제거할 수 있다. 이식은 알쯔하이머병의 단계에 따라 광범위하거나 특정의 파괴 영역에서 할 수 있다. 특히, 크게 손상된 해마 및 편도의 뉴런 순환 경로가 세포 이식을 위한 프라임(prime) 위치이다. 신경아교 세포를 이식하여, 상실된 기능성 및 구조의 파괴된 영역을 재구축할 수 있다. 중심 신경 조직 및 뇌의 경우, 국부 혈류 또는 CSF를 통해 뇌로 주사 또는 관류를 사용하여 세포를 도입할 수 있다.
이에, 본 발명의 구현예는, 세포의 수득, 배양 및 환자로의 도입을 위해 본원에 기재한 기술을 사용함으로써, 세포, 예를 들어, 별아교세포, 면역 세포 또는 전구체를 환자에게 도입하여 알쯔하이머병을 치료하는 것을 포함한다. 상기 세포는 본원에 기재된 단백질, 인자, 또는 보충 물질을 사용하거나 사용하지 않고 도입될 수 있다. 자가조직 세포, 동종이형 세포, 또는 이종 세포를 사용할 수 있다. 세포로는 줄기 세포, 다양하게 분화된 세포 및 이들의 전구체가 포함된다. 도입 자리는 본원에 기재한 바와 같이, 결함부 또는 결함부 근처 또는 결함부에서 떨어진 부위일 수 있다.
파킨슨병
PD(PARKINSON' s DISEASE)은 운동완만, 근육 강직 및 떨림이 나타나고 감각 및 지력이 손상되는 가장 통상적인 질환이다. 파킨슨병은 50세의 US 인구 중의 대략 1%, 85세에 이르러서는 5%이다. 알쯔하이머병에 뒤를 이어, 파킨슨병은 나이와 관련된 가장 통상적인 신경변경 장애이다. 통상적으로, 파킨슨병은 중년 또는 후년의 만성 진행성 및 무력성 장애이고, 여성보다는 남성에게 약간 더 빈번하게 영향을 미친다. 본 질환의 원인은 알려지지 않았으나, 다인성 돌발성 질환으로 정의되고, 가족성 발병률은 낮은 것으로 인식되고, 일부 유전적 감수성이 포함될 수 있다. 파킨슨병은 공업국가에서 보다 우세한 것으로 보인다. 이는 환경적 노출, 예컨대 공업 독소 및 오염된 물이 파킨슨병에 역할을 할 수 있음을 제시한다. 환경적 독소에 대한 노출 이외에도, 두부 외상 및 바이러스성 질환이 파킨슨병과 관련되었다.
PD는 기저핵에 영향을 미치는 가장 통상적인 병리학적 상태이다. 본 질환의 조직병리학적 특징은 흑색질 치밀부에서 도파민성 뉴런의 상실에 이차적인 도파민 선조체 부족이다. 본 질환의 다른 조직병리학적 특징은 α 시누클레인(synuclein) 단백질의 원섬유로 구성된 흑색질에서 변성된 염색 뉴런의 덩어리인 루이 소체(Lewy body)의 존재이다. 뉴런 세포 죽음과 관련된 기본적인 메커니즘은 알려지지 않았다. 뉴런 상실의 생화학적 결과는 층(stratium)에서 순환하는 신경전달물질 도파(dopa)의 수준이 점진적으로 감소하는 것이다. 도파민은, 평활하고 잘 조절되는 운동 또는 근육 기능을 위한 신호를 뇌가 발생시키도록 하는 책임이 있다. 도파민 생성 뉴런의 80%가 상실되었을 때 환자가 증상을 나타낸다고 생각된다. PET 연구는 흑질선조(nigrostriatal) 말단의 상실로 인한 도파민 저장 및 재흡수의 결손을 드러내지만, 손상되지 않은 도파민 수용체가 흑질선도 경로의 표적인 중형 소극 뉴런의 도처에 남아있다.
도파민은 중형 돌기 선조 뉴런에 대한 이중 작용을 갖는 것으로 여겨진다. 이것은 간접 경로로 이 뉴런들을 억제하고, 직접 경로로 이 뉴런들을 여기시킨다. 결국, 도파민이 줄무늬체로부터 손실되는 때, 간접 경로는 과활동성으로 되고, 직접 경로는 저활동성으로 된다. 창백외핵(lateral pallidum)에 대한 선조체 돌기의 과활동성은 창백핵 시상하 뉴런의 억제, 결국 시상하핵의 과활동성을 초래한다. 시상하 날신경은 내측 담창구 및 흑질 망상부에 대해 과도한 흥분 구동을 전달한다. 이것은 GABA성 억제성 직접 경로의 저활동성에 의해 악화된다. 이 때 기저핵 출력(output)의 과활동성은 운동 시상 및 그 흥분성 시상 피질 연결을 억제한다.
CNS의 기타 질병과 마찬가지로, 염증 매개체의 넓은 스펙트럼이 존재하는데, 이것은 PD 중 C 반응성 단백질과 같은 급성기 반응물, 보체 단백질, 염증성 시토킨, 및 프로스타글란딘을 포함한다. 만성 염증은 PD 뿐만 아니라 AD에서도 폭넓게 보고되어 왔다. 뉴런 손실은 조직 파편을 청결하게 하도록 하는 증가된 양의 미세아교세포 및 별아교세포로 만성 염증 반응을 자극한다. 염증은 숙주 조직에 손상을 초래한다. AD에서 뿐만 아니라 PD에서도 염증이 뉴런 손실을 악화시킨다는 강한 증거이다.
기저핵( Basal Ganglia ).
기저핵은 시상 외측의 대뇌 반구의 아래 부분에 위치하는 수많은 피질밑 핵집단을 말한다. 기저핵은 간뇌 및 중간뇌에서 줄무늬체 및 이와 관련된 구조물을 포함하며, 운동의 제어 및 행동의 자극성 측면과 관련된 기능적 복합체를 형성한다. 줄무늬체는 꼬리핵, 조가비핵, 및 창백핵으로 이루어진다. 조가비핵과 꼬리핵은 함께 줄무늬체로 지칭되는데, 매우 세포성이고 잘 혈관화되어 있다.
줄무늬체 ( striatum ).
등쪽 및 배쪽 줄무늬체의 뉴런은 주로 적어도 20:1의 비율로 소수의 큰 뭇극(multipolar) 세포와 혼합된 중간 크기의 뭇극 세포이다. 가장 일반적인 뉴런(일반적으로 전체의 75%)은 가시 모양의 가지돌기를 가진 중간 크기의 세포이다. 이러한 세포는 γ-아미노부티르산(GABA)을 신경 전달 물질로서 이용하고, 또한 엔케팔린이나 물질 P/디놀핀에 대해 유전자 코딩을 발현한다. 엔케팔린성 뉴런은 D2 도파민 수용체를 발현하는 것으로 보여진다. 물질 P/디놀핀 뉴런은 D1 수용체를 가진다. 이들 뉴런은 창백핵 및 흑질 망상부에 대해 선조체 날신경의 주된, 아마도 독점적인 근원이다. 잔류하는 중간 크기의 선조체 뉴런은 가시 모양이 아니고, 아세틸콜린에스테라아제(AChE), 콜린, 아세틸트랜스퍼라아제(CAT) 및 소마토스타틴을 포함하는 내인성 세포이다. 가시 모양의 가지돌기를 가진 큰 뉴런은 Ache 및 CAT를 포함한다. 내인성 시냅스는 매우 비대칭적일 수 있고 (II형), 외부 근원으로부터 유래된 것들은 대칭적이다(I형). 흑질, 솔기 및 청반으로부터의 아민성(aminergic) 구심성 신경은 모두 소포(아민 전달체의 추정된 저장 부위)로서 종결된다.
선조체의 연결은 등쪽 및 배쪽이며, 이들은 중첩된다. 일반적으로, 등쪽 선조체는 대뇌 피질의 운동 및 결합 영역과 주로 연결되며, 배쪽 줄무늬체는 변연계와 안와 전두 및 관자 피질과 연결된다. 등쪽 및 배쪽 선조체 모두에 대해, 창백핵 및 흑질 망상부는 중요한 날신경 구조물이다. 기본적인 배열은 양쪽에서 동일하다. 대뇌 피질은 줄무늬체로 돌출하는데, 이것은 창백핵 및 흑질 망상부로 순서대로 돌출한다. 이들로부터 날신경은 이탈하여 보충 운동 영역에서 대뇌 피질에 영향을 준다. 이마 및 두정 대뇌 피질로부터 등쪽 줄무늬체로의 운동 자극의 보다 큰 부분이 피질의 V 및 VI층에서 작은 피라미드형 세포에서 발생한다.
꼬리핵 및 조가비핵으로의 아민성 입력(input)은 흑질 치밀 부분 (도파민성 세포군 A9), 적색뒤핵(retrorubral nucleus)(도파민성 세포군 A8), 등쪽 솔기핵(세로토닌성 세포군 B7) ㅁ및 청반(노르아드레날린성 세포군 A6)으로부터 유래한다. 이러한 자극은 "중간선조체(mesostriatal)" 도파민 경로로 알려져 있다. 선조체로부터 유래하는 날신경은 질서정연한 방식으로 종결하는 흑질 망상부 및 창백핵의 양쪽 부분으로 통과한다. 외측 창백핵 부분에서 종결하는 섬유는 소위 "간접 경로"로 모여지며, 내측 창백핵 부분에서 종결하는 섬유는 소위 "직접 경로"이다.
2차 아민성 유출은 줄무늬체로부터 흑질의 망상부로부터 확립된다. 배쪽 및 등쪽 선조체의 연속성은 배쪽 선조체로의 아민성 자극을 고려함으로써 강화된다. 이들은 등쪽 솔기(세로토닌성 세포군 B7), 청반(노르아드레날린성 세포군 A6)로부터, 그리고 흑질 치밀 부분 (도파민성 세포군 A9)의 가장 내측 부분뿐만 아니라 흑색질옆핵(도파민 세포군 AlO)으로부터 유래한다. 이러한 경로는 "중간변연(mesolimbic)" 도파민 경로로 지칭된다.
창백핵( Globus Pallidus )
창백핵은 조가비핵에 대해 내측 및 안쪽 캡슐에 대해 외측에 위치한다. 이것은 상이한 연결을 갖는 외측(바깥) 및 내측(안쪽)의 두 부분으로 이루어진다. 외측 부분은 "간접 경로"의 일부로서 줄무늬체 창백핵 축을 통해 시상하핵으로 상호적으로 돌출한다. 내측 부분은 "직접 경로"의 일부로서 흑질의 망상부의 동족체로 간주된다. 창백핵의 세포 밀도는 선조체의 세포 밀도의 20분의 1 미만이다. 세포 대부분의 형태는 이 두 부분과 동일하다. 이들은 흑질 망상부에서의 것과 매우 유사한 큰 뭇극 GABA성 뉴런이다.
흑질은 정상 개체에서 약 400,000개의 도파민성 뉴런을 포함한다. 흑질은 중간뇌의 각각의 대뇌 다리에서 대뇌 대(eras cerebri) 내 깊이 위치하는 많은 뭇극 뉴런 및 핵 복합체의 층이다. 이것은 등쪽 치밀 부분 및 배쪽 망상부로 이루어진다. 치밀 부분은 보다 작은 외측부와 함께 어둡게 착색된 뉴런의 집단에 해당하고, 이것은 뉴로멜라닌 과립, 도파민성 세포군 A9를 포함한다. 적색뒤핵(도파민성 세포군 A8)과 함께, 이것은 중간뇌의 대부분의 도파민성 뉴런 집단을 만들고, 선조체로 돌출하는 중간선조체 도파민계의 근원이다. 각각 측의 치밀 부분은 배쪽 부분 도파민 세포군 AlO을 통해 그것의 반대 대응물과 연속적인데, 이것은 또한 흑색질옆핵으로 알려져 있다. 이것은 배쪽 선조체와 등쪽 선조체의 인접 부분을 공급하는 중간변연 도파민계의 근원이다. 도파민성 세포군 A9 및 10은 또한 콜레시스토키닌(CCK) 또는 소마토스타틴을 포함한다. 치밀 부분은 꼬리핵 및 조가비핵 내로 상당히 돌출한다. 보다 적은 돌출부가 창백핵 및 시상하핵에서 종결한다.
망상부는 창백핵에서와 유사한 큰 뭇극 세포를 포함한다. 함께 그들은 기저핵 계의 출력 뉴런을 구성한다. 줄무늬체흑질 축삭은 GABA 및 물질 P(SP) 또는 엔케팔린을 이용한다. 흑질 망상부를 통해 줄무늬체로부터 상구로의 날신경 뉴런 경로는 주시 제어에서 작용하는 것으로 여겨진다. 진행성 파킨슨병의 제어되지 않거나 고정된 주시 장애는 이것을 지지하는 경향이 있다. 흑질의 색소 침착은 나이에 따라 증가하며, 영장류에서 가장 풍부하고 인간에서 최대이며, 심지어 알비노에서도 존재한다.
시상하핵 ( Subthalamic Nucleus ).
시상하핵은 간뇌의 시상밑부에 양볼록, 렌즈 모양의 핵이다. 조직 내에 작은 인터뉴런은 매우 긴 가지돌기를 가진 큰 뭇극 세포와 혼합한다. 시상하핵은 축삭에 의해 등쪽으로 캡슐화되는데, 이들 중 많은 것이 시상하 다발로부터 유래된 것이고, 간접 경로의 일부로서 창백핵의 외측 부분으로부터 주된 GABA성 돌출부를 운반한다. 시상하핵은 그 세포가 글루타메이트성이고 창백핵 및 흑질 망상부 양쪽에 흥분성 축삭을 돌출한다는 점에서 기저핵에서 유일하다. 시상하핵은 기저핵의 정상 기능에서 중심 역할을 하며, 따라서 파킨슨병 및 기타 운동 장애의 병태생리에 결정적으로 포함된다. 이것은 피킨슨병의 신경외과적 치료에 대한 목표이다. 만일, 예를 들어, 뇌중풍에 의해 파괴된다면, 발리즘 (발리스무스)으로 알려진 심한 억제되지 않는 운동의 발달을 가져온다.
임상 소견
일반적으로 장애는 예를 들어 이완 또는 운동에 의해 쉽게 경감되는 한쪽 다리에서 또는 한쪽 손의 손가락의 약간의 떨림과 같이 비대칭적으로 시작한다. 비록 손, 다리 또는 몸통에서 보다 명백할지라도, 이것은 입술, 혀 및 목 근육을 포함할 수 있으며, 가볍게 닫힐 때 눈꺼풀에서도 보여진다. 질병이 진행될수록, 떨림은 웅크린 자세, 경직 및 운동의 느림, 몸통 앞으로 구부리는 경향, 얼굴 표정의 고정, 단조로운 목소리, 전형적인 빠른 걸음 및 건강한 개체에 대한 정상 자세 조절의 작은 자발 운동의 특징적인 결핍을 수반한다. 떨림에 따라, 움직이는 동안 근육 경축의 진행 및 자세 "동결"의 증가는 환자들이 그들 자신을 돌보는 것을 보다 어렵게 할 수 있다. PD의 운동 증상은 불안, 긴장 및 우울증에 의해 악화되는 감정 요소에 의해 상당히 영향을 받는 것으로 알려져 있으나, 환자가 마음이 안정적인 때에는 최소화된다. 자율신경계(ANS)는 몸의 자율 기능을 조절하는 신경계의 부분이다. 이것은 PD에 의해 영향받는다. 이러한 기능은 혈압 조절, 호흡, 호흡, 연하, 위장 기능, 배뇨, 발한 및 수면을 포함한다. 손상된 ANS 기능과 관련된 다양한 증상은 현기증, 침유연, 변비, 불면증, 숨참, 빈뇨 등으로 발생한다. 지능 황폐는 초기 PD의 일관된 특징은 아니나, 치매는 1/3의 경우에서 진행성 PD의 특징으로 점차 인식되고 있다.
진단.
PD의 진단은 환자 증상, 병력 및 신경계 조사에서의 발견에 근거한다. PD의 진단을 확정하는 특정한 CT/MRI 뇌 스캔 이상 또는 혈액 테스트는 없다. 파킨슨병(PD의 몇몇 특징의 경쟁)으로 알려진 의학 용어는 이 질병을 의태할 수 있는 기타 신경 장애를 기술하는데 사용된다. 옳은 진단은 일부 특징이 사라지거나 다른 의학 시험으로 참된 진단이 밝혀지는 때에 이루어진다.
치료.
PD 환자의 식이 조절은 일반적으로 투약 요법을 돕는 조절된 단백질 섭취를 수용할 것을 요구한다. 활동하지 않는 것은 증상이나 그 심각성의 발달을 촉진하는 것으로 알려져 있으므로, 신체 활동은 매우 중요하다. 항불안제 및 항우울제의 이용은 파킨슨 환자에 있어서는 통상적이다.
약리학적 시도는 PD의 증상을 개선시켰다. 부족한 도파민의 대체는 질병의 골드 스탠다드 치료이다. 경구적으로 취해진 도파민은 혈뇌 장벽(BBB)을 횡단하지 않으나, 그 화학적 전구체 레보도파는 횡단한다. 이것은 뇌에서 도파민으로 전환된다. 카르비도파는 간이나 신장과 같은 다른 조직에서 레보도파의 도파민으로의 전환을 억제하는 화합물이다. 이것은 다량의 레보도파가 BBB를 횡단하고 증상을 치료하는데 유용하게 한다. 이것은 통상 시네메트(카르비도파-L-도파)로 불리워지는 약물로 환자에게 주어진다. 불행히도, 레보도파 요법의 효과는 4 ~ 10년의 사용 후에 결국 사라진다. 그런 다음 필요한 투여량은 매우 높아서 운동 이상증으로 알려진 중대한 운동 부작용(비제어된 불수의 운동)이 일어난다. 이러한 부작용은 저활동성 간접 경로에 2차적인 과활동성 창백핵 시상하 뉴런에 의한 생리적 억제로 인해 시상하핵의 병발에 의해 설명된다. DA 작용제(프라미펙솔 또는 로피니롤과 같은 수용체 수준에서 DA의 작용을 의태하는 화학제)는 PD를 치료하는데 사용되는 약물의 또 다른 군으로 이루어진다. 일부 의사들에게 있어서, 이들은 레보도파 이전에도 사용되는 일부 환자들에 대한 치료의 제1선을 구성한다. 항콜린제로 알려진 약물 부류는 종종 레보도파 요법과 조합하여 사용된다. 아세틸콜린은 뇌에서 주요한 신경 전달 물질이고, DA는 파킨슨병 환자에서 보다 명백한 아세틸콜린의 효과를 억제하도록 돕는다. 항콜린제(트리헥시페니딜 및 벤즈트로핀 메실레이트)이 통상 사용된다. DA는 뇌에서 효소 MAO-B (모노아미노 옥시다아제-B) 및 COMT (카테콜-o-메틸 트랜스퍼라아제)에 의해 대사된다. 이들 두 효소를 억제함으로써 보다 확고한 뇌 DA 수준을 유지할 수 있다. 따라서, MAO-B 억제제s (셀레길린) 및 COMT 억제제 (엔토카폰 또는 톨카폰)는 이 질병의 치료에 현재 유용하다.
외과적인 치료도 사용할 수 있다. PD 치료에 대한 3개의 상이한 외과적 시도는 창백핵 절단술/시상파괴술인데, 이것은 선조체로 억제 신호를 보내는 경로의 뉴런성 절제를 목적으로 하는 창백핵 및/또는 시상에서의 작은 손상의 외과적 발생이다. 뇌에서의 신경 조정기와 유사한 장치의 뇌심부 자극 이식물을 사용할 수 있다. 실험적으로, 신경 조직 이식이 시도되어 왔다 (예를 들어, 돼지 또는 태아 DA 생성 세포를 포함함).
별아교세포, 희소 돌기 아교세포 및 미세아교세포는 뇌 및 신경계에서 신경아교 또는 아교세포의 3개의 주된 형태이다. 신경아교는 전기적 충격을 전도하지는 않으나, 다른 많은 다양한 기능을 가진다. 아교세포는 에피네프린 또는 글루타메이트와 같은 신경전달물질(또한 PD를 악화시키는 것으로 생각되는 신경전달물질)과 상호작용함으로써 신경 충격을 조절하고, 향신경성 인자를 분비하여 뉴런 생존을 유지 및 개선하고, 혈뇌 장벽에서 혈관을 밀봉하고, 뇌 발달 중 뉴런을 이동하고, ECM 생산에 의해 뇌 구조물을 물리적으로 지지하고, 영양소를 전달하고 뉴런에 의해 제조된 독소를 제거한다. 희소 돌기 아교세포는 중추 신경계에서 축삭을 말이집하고, 미세아교세포는 포식 세포를 나타낸다. 별아교세포는 뉴런, 혈관 및 기타 별아교세포와 접촉하고, 뉴런성 시냅스를 둘러싼다.
바람직한 세포 종류는 PD 질병 경로 내에 적절한 연결을 하는 것들이다. 이것은 도파민을 생성하는 세포를 포함한다. 이것은 PD의 결핍을 회복시키는 이식물 도파민 뉴런에 대한 바람직한 구체예이며, 예를 들어 휴약 운동 이상증을 포함한다. 도파민성 세포, 도파민성 세포에 대한 선조 세포, 줄기 세포(예를 들어, 태아, 신생아, 성체, 생식 세포, 탯줄, 배아)와 같이 사용될 수 있는 각종 세포 종류는 시험관 내에서 확장된 다음 도파민성 뉴런 내로 분화되거나 또는 줄무늬체 및 흑질 내로 이식되어 도파민성 신경 재분포 및 도파민성 뉴런 내로 전환하기 위한 기타 PD 영역을 이룬다. 일부 성체 줄기 세포는 중추 신경계의 것(예를 들어, 신경 줄기 세포)이거나 뇌의 것 또는 최종적으로 도파민성 표현형을 생산하는 비장 또는 골수와 같은 기타 조직의 것이다. 사용될 수 있는 선조 세포의 하나의 유형은 뇌 외실의 라이닝으로부터 단리된 별아교세포이다.
세포는 중간뇌 또는 태아 배쪽 중뇌 영역이나 도파민성 세포를 제공할 수 있는 뇌의 기타 영역으로부터 단리된다.
도파민 또는 도파민 생성 세포에 대한 선조 세포를 생성할 수 있는 기타 세포 종류가 사용될 수 있다. 이러한 세포 종류로는 망막 색소 상피 세포, 목동맥 세포체, 신경 능선 유래 세포를 포함하는 교감신경 부신 세포, 예컨대 교감 신경 모세포, 교감 뉴런, 부신 수질 및 교감 신경절의 작은 강도의 형광 세포, 교감 뉴런, 부신 수질의 크롬 친화 세포 및 부신외 부신경절 세포를 포함한다. 이러한 세포는 향도파민성 인자, 예컨대 도파민성 세포의 분화, 증식 및 세포 생존에 중요한 GNDF 및 TGFβ를 발현하며, 도파민 및 노르아드레날린을 방출한다.
아교세포 성장인자, 예컨대 GDNF, GDF-5, 뉴튜린(neurturin), TGFβ, VEGF 또는 도파민의 수준을 증가시키는데 활성인 효소 활성, 예컨대 티로신 히드록실라아제 또는 GTP 시클로하이돌라아제 1로 트랜스펙션된 섬유 모세포와 같은 세포는 이식된 세포의 수확, 새롭고 인시튜 도파민 뉴런 및 뇌 조직에서의 기타 뉴런의 생존, 증식 및 분화를 개선하는데 사용될 수 있다.
크레아틴과 같은 영양소 및 대사 촉진인자로 이식 및 배양은 세포 이식물을 보다 효율적으로 생존하게 도울 수 있다. 별아교세포는 이식되거나 인시튜 도파민성 세포 및 PD 증상을 개선하거나 초래하는 기타 세포에 대한 영양성 인자를 제공하도록 이식될 수 있다.
도파민성 세포는 임의의 뇌 영역 내, 바람직하게는 천연 인시튜 위치에 이식될 수 있다. 따라서 흑질 이외에 특히 시상하부와 같은 뇌의 다른 부위가 이식에 사용될 수 있다.
장기간 생존 및 기능은 충분한 수의 도파민 뉴런을 증식시키고/시키거나, 특히 성장인자, 부착 분자, 생존 인자를 공동 이식시킴으로서 수득될 수 있다. 또한, 자가 세포 또는 조직 적합성이 있는 세포의 사용은 이들의 장기간 생존을 손상하는 세포를 향한 임의의 면역 반응을 제거한다.
뇌의 임의의 부분에서의 별아교세포가 사용될 수 있고, 바람직한 영역은 외측실의 라이닝으로부터이다. 이들 세포는 후각 망울로 이동할 수 있다. 이들 세포는 성숙 뇌 세포, 별아교세포, 미세아교세포 및 희소 돌기 아교세포, 및 뉴런을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다양한 구체예는 세포, 예를 들어, 도파민을 생성하는 미세아교세포 세포, 별아교세포, 희소 돌기 아교세포, 성장 인자로 트랜스펙션된 섬유 모세포와 같은 세포를 환자에 주입하여, 수득, 배양 및 환자에의 주입에 대해 본 명세서에서 기재된 기술을 이용하여 PD를 치료하는 것을 포함한다. 세포는 본 명세서에 기재된 보충 물질, 단백질 및 인자와 함께, 또는 이들 없이 주입될 수 있다. 자가 세포, 동종이계 세포, 또는 이종 세포를 사용할 수 있다. 세포는 줄기 세포, 각종 분화된 세포 및 이들의 전구체를 포함한다. 주입 부위는 본 명세서에 기재된 바와 같이 결함이나 결함과 가까운 곳, 또는 결함으로부터 떨어진 부위일 수 있다. 세포 배양 및 세포 주입에 대한 각종 기술이 본 명세서에 기재된 임의의 결함에 대해 적용될 수 있으며, 특정 결함에 대해 적절하다.
척수 손상( SCI )
척수 손상은 척추관 내 신경에 대한 손상을 포함한다. 대부분의 SCI는 척주에 대한 외상으로 인해 초래되며, 이로써 뇌로부터 손상 수준 이하로 감각, 운동 및 자율 기능을 제어하는 신체 시스템에 메시지를 보내고 받는 척수의 능력에 영향을 미친다.
척수 및 뇌는 함께 중추 신경계를 구성한다. 척수는 신체의 운동 및 감각을 조화시킨다. 횡단면에서 척수는 등쪽(후측) 정중 격막 및 배쪽(전측) 정중 고랑에 의해 대칭적인 반으로 나누어진다. 척수는 축삭으로 지칭되는 긴 신경 섬유 및 뉴런을 포함하는 내측 코어로 이루어지며 회백질을 형성한다. 척수 내 축삭은 뇌로부터 아래쪽으로(하행 경로를 따라), 그리고 뇌를 향해 위쪽으로(상행 경로를 따라) 신호를 운반한다. 이러한 경로에서 많은 축삭은 미엘린으로 지칭되는 절연 물질의 시스에 의해 덮어지는데 이것은 이들에게 흰색과 같은 외관을 부여한다; 따라서, 이들이 위치하는 영역을 "백질"이라고 한다. 척수 회백질의 중심에는 중심관이 척수의 전체 길이를 확장한다. 이것은 부리모양으로 4번째 실 내로 열려지고, 꼬리 모양으로 척수 원뿔 내로 열려진다. 이것은 원주상, 섬모 상피(뇌실막)로 라이닝되고 CSF로 채워진다.
횡단면에서 회백질은 "나비 모양"을 가지거나 "H"자와 유사하다. 이것은 4개의 세포성 집단, 등쪽 및 배쪽 호른(또는 컬럼)으로 이루어져 있다. 중심관을 인접하여 둘러싸고 두개의 부위를 결합하는 회백질은 등쪽 및 배쪽 회백 교련으로 불려진다. 등쪽 호른의 끝은 아래에 접한 회백질로 종결되기 전에 하행 및 상행하는 일차 구심성 신경에 의해 형성된 얇은 등쪽외측로(리아우어 경로)에 의해 척수의 표면으로부터 분리되어 있다. 등쪽 호른은 일차 구심성 신경 섬유의 주 수용 영역(종결 영역)인데, 이것은 척수 신경의 등쪽 뿌리를 통해 들어간다. 이러한 구심성 신경은 외수용성, 자기 수용성, 및 내부 감각 수용성 정보를 운반한다. 배쪽 호른은 축삭이 배쪽 신경 뿌리에서 척수를 이탈하는 날신경 뉴런을 포함한다. 일반적으로, 척수 회백질은 뉴런성 세포체(소마토), 이들의 돌기(신경돌기) 및 시냅스 연결, 신경아교 및 혈관의 복합체 혼합물이다. 뉴런은 뭇극이고, 크기 및 기타 특성, 예컨대 축삭의 길이 및 이들의 가지돌기의 배열에 있어서 다양하다. 이들은 주로 골지 I형 및 골지 II형 뉴런이다. 골지 I 뉴런의 축삭 및 가지돌기는 배쪽 척수 뿌리 척수관 내로 회백질 외로 통과한다. 골지 II 뉴런의 축삭 및 가지돌기는 가까운 회백질에 한정된다. 외측 호른은 8번째 목 또는 첫번째 가슴으로부터 2번째 또는 3번째 허리 부분에 존재하는 등쪽 및 배쪽 호른 사이에 위치하는 회백질의 작은 외측 돌출이다. 외측 호른은 부교감 신경절 이전 신경 섬유의 천골 유출 근원인 신경절 이전 교감 뉴런의 세포체를 포함한다.
(횡단면에서 보여지듯이) 임의의 특별한 척수 수준에서 척수 회백질은 열개의 층, 렉세드(Rexed) 층으로 이루어진 것으로 여겨지는데, 이것은 뉴런 크기, 모양, 세포학적 특성 및 밀도에 기초하여 한정된다. 이 층은 등배쪽 서열에서 순차적으로 넘버링된다. 층 I-IV는 등쪽 호른의 머리에 해당하며, 피부 일차 수용에 대한 주된 수용 영역이다. 층 I (층 마지날리스(marginalis), 호른의 바로 끝에)은 그물 모양의 외관을 가지며, 소, 중 및 대 뉴런 소마토를 포함한다. 층 II는 등쪽 호른의 머리의 대부분을 차지하고, 특질상 미엘린이 부족하고 교양질을 형성하는 밀하게 패킹된 작은 골지 II형 뉴런을 포함한다. 층 III은 층 II보다 대부분 더 크고 덜 밀한 골지 II형 소마토로 이루어지는데, 또한 일부 교양질을 포함한다. 층 IV는 소마토가 작고 둥근 모양으로부터, 중간 및 삼각형을 통해, 매우 크고 별모양까지 모양과 크기에 있어서 다양한, 두껍고 느슨하게 패킹된 불균질한 영역이다. 층 V 및 VI은 운동 조절에 크게 관련하는 운동 및 감각피질과 피질밑 수준으로부터의 풍부한 피질척수 돌출부 및 피부, 근육 및 내장으로부터 자기 수용성 일차 구심성 신경의 말단의 대부분을 수용한다. 층 V는 두껍고, 등쪽 호른의 목에 해당하며, 이것은 섬유의 다중 다발로 뒤얽힌 작은 크기 및 중간 크기의 소마토의 혼합 집단이다. 층 VI는 등쪽 호른의 저면에 위치하며, 작고 밀하게 패킹된 소마토와 크고 느슨하게 패킹된 삼각형 및 별모양의 것들을 포함한다. 층 VII은 많은 중간 (외측) 호른을 포함하며, 클라케 컬럼(Clarke's 컬럼)의 뉴런(큰 뉴런 및 인터뉴런)을 포함한다. 이 층은 (수많은 척수관을 통해) 중간뇌 및 소뇌와 광범위한 상행 및 하행 연결을 가지며, 따라서 자율 기능 뿐만 아니라 운동 및 자세의 조절과 관련이 잇다. 층 VIII은 척수 고유 인터뉴런의 집단이다. 이러한 인터뉴런으로부터의 축삭은 양측으로, 직접적으로, 및/또는 근육 방추에 γ 날신경 섬유를 공급하는 작은 뉴런의 여기에 의해 운동 뉴런에 영향을 미친다. 층 IX은 α 및 γ 운동 뉴런과 많은 인터뉴런으로 이루어진 세포의 복합체 배열이다. 큰 α 운동 뉴런은 가로무늬 근육에서 방추외 근육 섬유의 운동 종말판을 공급한다. 보다 작은 γ 운동 뉴런은 근육 방추에서 방추내 근육 섬유를 자극하는 소직경의 날신경 축삭을 일으킨다. 층 X는 중심관을 둘러싸며, 등쪽 및 배쪽 회백 교련으로 이루어진다.
배쪽 호른은 가로무늬 골결 근육을 자극하는 배쪽 뿌리에서 축삭이 나타나는 매우 큰 α 운동 뉴런으로부터, 대부분 γ 운동 뉴런이고 많은 인터뉴런인 중간 크기 및 작은 뉴런까지, 크기에 있어서 다양한 뉴런을 가지고 있다. 이러한 모든 운동 뉴런은 이들의 신경 전달 물질로서 아세틸콜린을 이용한다. 세로방향의 조사에서, 배쪽 호른 뉴런은 본질적으로 일부 구획을 가지는 내측, 중심 및 외측 세포 컬럼의 수많은 분리된 컬럼을 형성하는 연장된 군으로 배열된다. 이들은 척수 전체에 걸쳐 연장되거나 연장되지 않을 수 있다. 일반적으로 내측 세포 컬럼은 축방향 근육 조직을 지극하며, 외측 컬럼은 사지를 자극하고, 중심 군은 횡격막 및 기타 가슴 및 복부 근육을 자극한다.
척수 백질은 회백질의 중심 코어를 둘러싼다. 이것은 신경 섬유, 신경아교 및 혈관을 포함한다. 대부분의 신경 섬유는 세로로 이어졌으며, 3개의 큰 집단, 등쪽, 외측 및 배쪽 섬유단을 척수의 양쪽에 배열한다. 관련된 기능의 섬유 및 공통의 기원 또는 목적지를 가진 것들은 섬유단 내에 상행, 하행 또는 척수 고유로를 형성하도록 그룹화된다. 상행로는 일차 구심성 신경 섬유를 포함하는데, 이것은 등쪽 뿌리 및 내인성 척수 뉴런으로부터 유래한 섬유로 진입한다. 하행로는 다양한 척수 상부 근원으로부터 척수 뉴런을 가진 시냅스로 하행하는 긴 섬유를 포함한다. 척수고유로, 상행 및 하행 모두 축수에 전부 국소화된 뉴런의 축삭을 포함한다.
척수의 각 측상의 등쪽 섬유단은 두 개의 큰 상행로, 널판 다발 및 쐐기다발로 이루어져 있으며, 등쪽 컬럼으로도 알려져 있다. 등쪽 컬럼은 자기수용감각(위치 감각) 및 외수용성(촉각 압력) 정보를 운반한다. 기타의 주 상행로는 1) 자기수용성 및 피부 정보를 운동의 조정을 위한 소뇌로 운반하는 두개의 척수소뇌로, 2) 통증, 온도, 조악한(구별되지 않는) 촉각 및 압력 정보를 시상의 몸감각 영역으로 전달하는 2차 뉴런으로 이루어지는 척수시상로를 포함한다.
척수로의 하행 경로는 주로 대뇌 피줄 및 뇌줄기 내 수많은 부위에서 시작한다. 이들은 운동, 근긴장 및 자세의 제어, 척수 반사 메카니즘의 조정, 및 보다 높은 수준으로 구심성 신경 정보의 전달에 관련이 있다. 하행 피질 척수로 섬유는 주로 중심앞 운동 피질의 상부 3분의 2에 위치하는 세포로부터, 그리고 거대 피라미드형 뉴런 또는 베츠 세포로부터 발생한다. 이들은 척수의 반대측에 대부분 위치하는 뉴런으로 돌출한다.
뇌처럼, 척수는 연질막, 가장 안쪽막, 거미막, 섬세한 중간막, 및 단단한 외막인 경질막으로 이루어진 3개의 막(수막)으로 둘러싸여져 있다. 척수는 그 길이를 따라 세그먼트로 구성되어 있다. 각 세그먼트로부터의 신경은 신체의 특정 영역에 연결된다. 목 또는 목 영역에서의 세그먼트는 C1 내지 C8로 지칭되며, 목, 팔 및 손에 대해 신호를 제어한다. 가슴 또는 상부 등 영역(T1 내지 T12)에서의 세그먼트는 몸통 및 팔의 일부에 대해 신호를 중계한다. 늑골 바로 아래의 허리 또는 중간등 영역(L1 내지 L5)에서의 세그먼트는 엉덩이 및 다리로의 신호를 제어한다. 천골 세그먼트(S1 내지 S5)는 중간등에서 허리 부분 바로 아래에 위치하며, 사타구니, 발가락 및 다리의 일부로의 신호를 제어한다. 척추를 따라 상이한 부분에서의 척수 손상의 효과는 이러한 조직화를 반영한다.
세포의 수개의 종류는 척수 기능을 수행한다. 큰 운동 뉴런은 목, 몸통 및 사지에서 골격 근육을 제어하는 긴 축삭을 가진다. 등쪽 뿌리 신경절 세포로 지칭되는 감각 뉴런은 그 축삭이 몸으로부터 척수 내로 정보를 운반하는 신경을 형성하며, 척수의 외부에 가까이에서 발견된다. 척수 인터뉴런은 척수 내에 완전하게 위치하며, 감각 정보를 통합하고, 근육을 제어하는 조화 신호를 발생시키도록 한다. 아교세포, 또는 지지 세포는 뇌 및 척수에서 뉴런보다 수적으로 훨씬 우세하고, 많은 필수적인 기능을 수행한다. 아교 세포의 일 유형인 희소 돌기 아교세포는 축삭을 절연하고 신경 신호 전달의 신뢰도 및 속도를 개선하는 미엘린 시스를 형성한다. 기타 아교세포는 바퀴의 가장자리 및 바퀴살과 같은 척수를 둘러싸서, 상행 및 하행 신경 섬유로에 대한 구획을 제공한다. 별아교세포, 큰 별 모양의 아교세포는 신경 세포를 둘러싸는 체액의 조성을 조절한다. 이러한 세포의 일부는 또한 손상 후의 흉터 조직을 형성한다. 미세아교세포로 지칭되는 보다 작은 세포는 또한 손상에 응하여 활성화되고, 폐 생성물을 청소하게 하도록 한다. 이러한 아교세포 전체는 뉴런 생존을 지지하고 축삭 성장에 영향을 주는 물질을 생성한다. 그러나, 이러한 세포는 과하게 자극한다면 손상 후의 회복을 방해할 수도 있다.
뇌 및 척수의 신경 세포는 외상에 반응하며, PNS에서의 세포들을 포함하여 신체의 대부분의 다른 세포와는 다르게 손상된다. 손상 후, 신호를 사지, 몸통 및 신체의 다른 부분으로 전달하는 말초 신경계(PNS)의 신경 세포 또는 뉴런은 그들 자신을 치유할 수 있다. 그러나, CNS에서의 손상된 신경은 재생시킬 수 없다. 뇌 및 척수는 그들을 보호하는 골강 내에 한정되어 있으나, 이것은 또한 그들을 종창 또는 강한 손상에 의해 초래되는 압축 손상에 취약하게 한다. CNS의 세포는 대사 속도가 매우 높으며, 에너지에 대해 혈당에 의존한다 - 이들 세포는 건강한 기능을 위해 충분한 혈액 공급이 필요하다. CNS 세포는 특히 혈류 감소(허혈)에 취약하다. CNS의 다른 특유의 특성은 "혈뇌-장벽" 및 "혈액-척수-장벽"이다. 이러한 장벽은 CNS에서 혈관을 라이닝하는 세포에 의해 형성되며, 잠재적으로 유해한 면역계의 물질 및 세포의 유입을 제한함으로써 신경 세포를 보호한다. 외상은 이러한 장벽을 손상시키거나 또는 일부 잠재 치료 약물의 유입을 막을 수 있다. 또한, 뇌 및 척수에서 아교세포 및 세포외 매트릭스는 말초 신경의 것들과는 상이하다. PNS 및 CNS 사이의 이러한 차이점 각각은 손상에 대한 이들의 상이한 반응에 기여한다.
척수에 대한 손상 부위 및 수준은 특별한 임상적 증상(예를 들어, 환부가 상부 또는 하부 목, 가슴 또는 요천골 척수와 관련되는지 여부)을 측정한다. 환부의 특정 증상 및 신호는 부분 조직의 파괴(횡단 손상)과, 위 및 아래 부분의 상행 또는 하행로의 단절(세로 손상)에 의해 측정된다. 손상은 또한 완전 및 불완전으로 분류될 수 있다. 불완전 손상을 가진 환자는 손상 수준 이하 일부 여분의 감각 또는 운동 기능을 가진다 - 척수는 완전히 손상되거나 파괴되지 않았다. 완전 손상에서, 신경 손상은 뇌로부터 손상 이하 신체 부분으로 오는 모든 신호를 차단한다. 예를 들어, 완전한 상부 목 손상은 과다반사, 신근 족저 반응(상부 운동 뉴런 ㅅ소손상에 대해 2차적)를 동반한 경직 사지마비를 초래한다. 이것은 감각 손실, 약화 및 근육의 소모를 초래하는 상완 신경총 및 신경 뿌리에 대한 부분 감각 및 운동 기여를 손상시킨다. 목 척수의 외측 및 등쪽 컬럼에서의 상행 감각 경로의 파열은 통증 및 온도(외측 척수시상로)와 촉각 및 자기 수용 감각(등쪽 근육 다발)에 대한 감각 손실을 초래한다. 척수의 외측 컬럼 중 하행 피질 척수로에 대한 손상은 경직 마비를 발생시킨다. 방광으로의 하행 경로는 차단되고, 이것은 요실금을 가져온다.
현재, 척수 손상에 대한 치료법은 없다. 손상 진행, 예방, 약물 치료, 감압 수술 및 복합체 약물 요법이 척수 손상의 효과를 극복하는 방법으로서 시도되고 있는 것의 전부이다.
환부에 가까운 각각의 손상된 뉴런(예를 들어, 인터뉴런, 운동 뉴런)은 확장될 수 있거나, 또는 이들의 선조 세포는 특정 척수로에 또는 근접하게, 또는 그 내로 확장하고 이식될 수 있다. 영양 인자 및 영양소를 포함하는 지지 조직의 부세포(예를 들어 ECM), 특히 아교세포 (예를 들어 별아교세포)는 신경 이식으로부터 분리되거나 일렬로 이식될 수 있다. 희소 돌기 아교세포는 손상된 축삭을 재미엘린화하는데 사용할 수 있다. 아교세포는 척수 환부 아래 감각 및 운동 뉴런과 뇌 사이의 연결을 촉진하도록 축삭 결핍부 근처에 이식될 수 있다. 별아교세포, 특히 뇌의 외측실로부터 단피된 것은 뉴런 및 축삭 섬유 기능을 복원하는 적절한 세포 유형으로 분화하는 다기능 줄기세포로 사용될 수 있다. 선조 세포는 특정 척수로에 또는 근처에 또는 그 안으로 확장되고 이식될 수 있다. 멀티뉴로트로핀 발현 아교세포 한정 전구체 세포는 외상성 척수 손상 후 기능 회복을 촉진하도록 이식될 수 있다. 골수의 단핵층으로부터 배양에서 단리된 중간엽 줄기 세포(MSC)는 척수 환부의 내측에서 축삭 재생을 촉진할 수 있다. 신경 전구체 세포는 요수에서 격막내 주사에 의해 손상된 척수 내로 전달될 수 있다. 임의의 이러한 세포 또는 이들의 전구체는 유용한 단백질 또는 본 명세서에 기재된 다른 유용한 인자를 병용하여, 예를 들어, 세포 "포획(take)"을 개선할 수 있다.
헌팅턴병 .
헌팅톤병(HD)은 헌팅틴이라 지칭한 단백질을 코팅하는 염색체 4(4p)의 짧은 암상에 위치한 HD 유전자의 상염색체 우성 변이이다. 특징적인 장애는 줄무늬체의 부분인 꼬리핵 내에 콜린성 및 GABA 작용성 뉴런의 세포사이다. 또한, 상기 텍스트에 열거한 기구로 인해 도파민성 뉴런 활성의 상대적 증가이다. 이것은 임상적으로 무도병(춤처럼) 동작, 심각한 기분장애 및 진행성 치매를 초래한다. 뉴런 세포사의 기구는 과활동성 글루타메이트 수용체(NMDA 수용체)에 연관될 수 있으며, 글루타메이트 독성을 띠게 된다. 글루타메이트 독성은 뉴런에 칼슘의 과도 유입 결과이다.
꼬리액으로 콜린성 및/또는 GABA 작용성 뉴런 또는 이들의 전구세포를 이식하는 것은 이러한 질병을 고치는데 사용될 수 있다. 이러한 세포, 또는 이들의 전구체는 예를 들어 세포 "테이크"(take)를 향상시키도록 본 발명에서 설명한 도움이되는 단백질 또는 다른 유용한 인자에 의해 수반될 수 있다.
다발성 경화증
다발성 경화증은 중추신경계(CNS)의 신경 주위에 있는 미엘린이 파괴되는 자기면역 질환의 형태이다. 이러한 파괴는 임상적으로 마비, 의식 상실, 조화 상실을 초래한다. 결함의 명백한 특성은 관련된 CNS의 특정 영역에 좌우된다. 희소돌기 아교세포는 CNS에서 미엘린을 생성한다. 신경 손상에 가까운 쪽으로 자가 희소돌기 아교세포를 주사하는 것은 미엘린 손상을 보수하기 위해 사용될 수 있다.
전구세포
뇌 및 신경계에서 특이 뉴런 및 다른 세포형에 대한 전구세포원의 하나는 뇌에서 가쪽 뇌실의 라이닝으로부터 별세포의 이용이다. 이들 세포는 후각 망울로 이동할 수 있다. 이들 세포는 성숙 뇌 세포, 별세포, 소교세포 및 희소돌기 아교세포, 및 뉴런을 형성할 수 있다. 원하는 위치로 생체 내 이식은 이들 세포를 적절한 세포형으로 분화할 수 있다. 별도로, 중요한 특이 조직 영역으로부터 동시배양 또는 ECM은 이식 전에 이들 세포를 시험관 내에서 분화하는데 사용될 수 있다. 따라서, 이들 방법은 본 발명에서 제시한 처치를 위해 이들 세포를 얻는데 사용될 수 있다.
간부전-간 결함 유발 간 질환
간은 대사 평형의 유지에 중심적 역할을 수행한다. 간이 주요 역할을 하는 생화학적 기능은 단백질, 당단백질 및 탄수화물의 중간 대사작용을 포함한다. 혈액 글루코스를 흡수하면 글리코겐으로 저장된다. 단백질은 합성되며 암모니아로 분해되어 배출된다. 간은 콜레스테롤로부터 빌리루빈과 담즙산염의 생성 및 소화간으로 전달을 비롯하여, 지질과 콜레스테롤 대사 작용을 조절하며, 지방 및 지용성 비타민 흡수를 용이하게 한다. 담즙 색소는 소모된 적혈구의 파괴 산물로서 형성된다. 지용성 약물, 스테로이드 호르몬 및 알코올이 대사되어 분해된다. 간은 다른 기능들 중에서도 철, 비타민 B12 및 엽산을 저장하고, 포르피린을 대사하며, 응고 인자를 생성한다.
간은 문정맥계가 그의 순환 중 75%를 제공하고 간동맥이 나머지 25%를 제공하는 독특한 이중 혈액 공급으로 되어 있다.
구조 및 조직학
간은 필수적으로 앞창자의 꼬리부의 내피-중간엽 증식물이다. 이것은 세 요소로 구성된 간소엽이라 지칭한 단위로 구성된 매우 균일한 스폰지상 구조이다. 이들은 문정맥의 가지로부터 모든 정맥 혈액이 배출되는 중심 정맥; 다각형 각도에 설정되고 문정맥계의 가지, 간동맥 및 간 담도계의 가지(간으로부터 담즙 배출)를 나타내는 말초 간세동이(또는 문맥역); 및 동굴혈관에 의해 분리된 세포열로서 중심 정맥으로부터 방사하는 간세포(실질 간세포)이다. 간 부피의 약 80% 및 그의 세포수 60%가 간세포에 의해 형성된다. 이들은 5-12 면이 있는 다면체형이며 지름이 20 내지 30 ㎛이다.
간세포와 동굴혈관의 컬럼은 간 세동이와 중심 정맥 사이의 연결이다. 혈류는 소엽의 말초 가장자리로부터 중심 정맥으로 향한다(구심 플로우). 담즙은 간세포 사이를 이동하는 소관으로 분비되며, 이것은 간 세동이 쪽 반대 방향으로 흐른다(원심 플로우).
간세포는 통상 단지 하나의 세포 두께인 쉬트 또는 소주를 형성한다. 그 표면 중 적어도 하나는 형태학적으로 큰 모세관인 동굴혈관에 접하고 있다. 동굴혈관에 접하고 있는 간세포의 표면은 막의 큰 면적을 생성하는 많은 미세 융모를 나타낸다(혈장에 노출된 간세포 표면 중 70%). 간세포의 핵은 둥글며 때로 4배체, 다배체 또는 복수체이다. 간세포는 그의 활성 대사작용을 반영하는 다양하고 풍부한 세포질 요소(특히, 미토콘드리아, 세포질 세망, 골기체, 과산화소체 및 모든 형태의 리소좀)를 나타낸다. 조직학에서, 간세포는 통상 "전형적인 세포"의 모델로서 이용된다.
간정맥 동굴혈관은 모세혈관보다 넓으며 기저판이 없는 얇은 창문내피에 의해 늘어서 있다. 내피세포는 세포질에서 중심핵과 많은 전형적인 트란스사이토틱(transcytotic) 소포에 의해 평편화 되어 있다. 내피 불연속부 또는 창형성부는 간세포와 혈액 공급 사이에서 물질의 전달과 배출을 용이하게 한다. 세포 표면과 동굴 혈관 사이의 좁은 공간은 간세포 미세 융모, III형 콜라겐 섬유, 및 비타민 A를 저장하는 간 별세포(또는 지방세포 또는 Ito 세포로 지칭함)를 함유하고 콜라겐 섬유와 다른 ECM을 생성하는 Disse의 공간이라 지칭한다. 간 별세포는 간세포보다 훨씬 수가 적고 섬유모세포를 따라 간 실질에 존재한다. 별세포는 기원이 중간엽인 것으로 생각되며 복수의 세포질 지질 소적이 특징이다. 간 손상에 따라, 이들 세포는 활성화되고 우세하게 근섬유 모세포처럼 된다. 이들은 간경화증으로 진행될 수 있는 콜라겐 상처 조직이 있는 독성 손상된 간세포(간섬유증)의 대체에 책임이 있다.
쿠퍼(Kupffer) 세포로서 알려진 대식세포는 원형 단핵구로부터 유래한 장기간 간 상주체이다. 이들은 동굴혈관의 내벽 상에 위치하고 있다. 이들은 식작용에 의해 미생물 및 손상된 적혈구를 파괴하는 기능이 있다. 쿠퍼 세포는 골수에서 유래하며, 순환으로부터 세포 및 미생물 파편을 제공하고 방어에 관련된 사이토카인을 분히하는데 책임이 있는 단핵 식세포 시스템의 주요 부분을 형성한다.
담관은 덧붙인 간세포 표면막 사이에 형성된 담소관으로서 시작한다. 이들은 작은 세포 내 공간이며 간세포 주위에 소관을 형성한다. 연결을 통해 이들은 간 세동이 쪽으로 배출되어 결국 모이며, 담즙을 담낭으로 운반하는 관의 시스템에 간을 남긴다.
실질 간 질환(간세포 자체의 질환)은 급성 또는 만성 간염(예, 바이러스, 약물-유발, 독성); 경화증(예, 알코올성, 후기-괴사, 담도, 혈색소침착증, 다른 희귀 형태); 침윤(예, 글리코겐, 지방, 아밀로이드, 과립종, 림프종, 백혈병); 축적(예, 선천성 대사이상, 철 대사이상, 구리 항상성); 공간 점유 병변(예, 간암, 전이종양, 농양, 낭종); 및 황달 수반 기능장애(예, 길버트, 크리글러-나자르, 더빈-존슨-로토 증후군, 임신 담즙 분비 중지)로서 분류될 수 있다.
임상 증상 및 진단
간 질환과 그의 임상 증상을 이해하는 것은 상기에 요약한 기본적인 간 구조와 기능의 지견으로부터 유래할 수 있다.
간 질환의 발현에 원인이 되는 간세포 생물학의 특징이 존재한다. 특징 하나는 감염체에 대한 간세포의 절대 향성이다. 이것은 간염 바이러스에 대한 경우이며, 간염 바이러스는 큰 비율의 급성 및 만성 간 질환 둘 다를 설명한다. 또 다른 특징은 통상 전격 간염 후 일어나는 완전 회복과 같이, 증식과 재생에 대한 잠재성이다. 그러나, 섬유증과 협력하여 구성적 질환이 있는 재생은 또 다른 우세한 간염 질환인, 경화증에서 필수 요인이다. 경화증의 주요 병리학적 특징은 간 실질의 비가역적인 만성 손상을 반영하며 재생 결절의 형성을 수반하여 확산적인 섬유증을 포함한다.
병의 중증도에 대한 가장 중요한 진단적 가능성과 평가 중 일부는 문제가 일차 간세포성 또는 담즙정체성인지, 발병이 급작스럽거나 점차적인지, 문제가 간 또는 문맥 고혈압의 기능에 대해 임상적으로 상당한 부족으로 이끄는지(섬유증으로 인해, 혈관을 압박하는 상처 조직, 및 문정맥의 경화증(경화증으로 일어날 때))를 포함한다. 소화 질병을 수반한 배의 우상상한에서 심각한 통증은 담도 염증 또는 폐쇄를 제시하며, 반면에 식욕부진, 체중감소, 황달 또는 가려움에 따라 막연한 불괘 및 간비대는 간세포성 또는 침윤성 질환을 나타낸다. 용이한 타박상의 호소는 응고 문제를 나타낸다. 정신 혼동은 전격 급성 또는 진행성 만성 간 질환의 위급한 징후로서 간주 되어야 한다.
다양한 영상 시험이 간 질환을 진단하는데 수행될 수 있다. 이들은 복부 X선 단순 사진, 초음파, 전산화 단층촬영, 자기공명영상에서 정교한 방사성 동위원소 스캐닝까지이다. 정상 간 기능의 다양성을 반영한 복수의 혈액 시험은 통상적으로 간 질환을 진단하는데 필수적이다. 일부 혈청 효소 시험(트란스아미나제, 알칼리 포스파타제, 글루타밀트란스펩티다제, 락트산 데하이드로게나제, 등)은 간 기능을 평가하도록 가동할 필요가 있다. 과도한 간 손상은 응고 인자의 변형뿐 아니라, 알부민, 프로트롬빈 및 피브리노겐의 혈액 수준 감소를 유도할 수 있다. 혈액 암모니아의 상승 수준은 과도한 간세포 괴사를 반영한다. 간생검은 때로 질환을 형태학적으로 더 잘 분류하기 위해 질환의 병인을 한정하는 것이 어려울 때 필요하다.
간 섬유증과 기능성 간부전으로 유발하는 일부 만성 간질환의 관리는 합병증의 의료적 처치, 약물 회피, 간성 혼수로 되는 추가 염증을 유도할 수 있는 과도한 단백질 흡수의 회피, 및 임의 종류의 감염에 대한 신속한 처치에 한정된다. 무증상 경화증을 가진 환자에서, 기대 관리만이 적합할 수 있다. 후기-괴사 경화증이 치료가능한 상태의 결과로서 발생한 환자에서, 원발성 장애에서 처방된 요법은 추가로 질병의 진행을 제한할 수 있다.
간의 동소 이식(뇌사 개인으로부터 회수한 건강한 기관에 의한 질병이 있는 간의 대체)은 간질환이 진행되고 있고, 생명이 위협받고 있으며, 종래 요법의 미치는 범위를 넘는 선택 환자를 위한 처치 수단이다. 간 이식은 매우 고가인 정교한 수술 과정이며 심각한 간질환이 있으나 다른 생명 위협적인 전신 진환, 감염, 선재성 심장혈관 또는 폐 질환 및 전이성 악성 종양이 있는 수많은 환자에게 지시되지 않는다.
간 실질로 이식된 확대 간세포는 간 결함 및/또는 전신 결함을 초래하는 간 손상을 보수하는데 사용될 수 있다. 간의 섬유증 또는 경화증은 간 별세포, 섬유모세포 또는 근섬유모세포에 의해 간 조직 상처를 제거함으로써 교정될 수 있다. 필요한 경우, 손상에 대한 추가 교정은 간 별세포 또는 섬유모세포 및 간세포에 의해 간 실질의 재합성에 의해 진행될 수 있다. 유전자 변형 간세포 및 섬유모세포는 혈류에 대한 간의 중심 위치(예, 혈액 농후) 및 그의 활성 대사작용 때문에, 응고 인자와 같은 전신 단백질을 제공하는데 사용될 수 있다.
소화 문제와 당뇨병을 유발하는 췌장 기능부전
췌장은 두부, 몸체 및 꼬리를 포함한 3개의 해부학적 요소가 있다. 이것은 복막 밑에서 배 후벽을 가로질러 횡으로 위치하며, 매우 어려운 수술적 접근을 보여주는 중요한 해부학적 구조(예, 혈관 신경 및 기관)에 의해 밀접하게 둘러싸여 있다. 췌장은 a) 2개의 가장 중요한 췌장 호르몬인 인슐린과 글루카곤의 혈류로 방출을 설명하는 내분비 및 b) 거의 1 리터가 매일 방출되는 20개 이상의 소화 효소(췌장액)의 소화 시스템으로 방출을 설명하는 외분비인, 2형태의 샘 조직에 의해 수행된 2개 형태의 분비 기능을 가진 화합물 대롱 꽈리샘 또는 화합물 꽈리샘으로서 신체에서 가장 큰 샘 중 하나이다.
췌장의 주요 조직 덩어리는 내분비 세포의 끼여있는 섬인 외분비이다. 외분비 췌장은 이완된 연결 조직에 의해 둘러싸여 있고 불완전하게 소엽화되어 있는 분지된 꽈리샘이다. 꽈리세포는 구상 클러스터로 배열된 피라미드의 분비 세포(즉, 샘꽈리)이다. 좁은 소엽 내 관은 각 분비 샘꽈리 내에서 유래하며 평편화 또는 입방의 중심 꽈리세포로 줄지어 있어서 소도관을 형성한다. 소도관은 인접 샘꽈리 사이를 연결하는 분지를 형성한다. 더 말단에 분지 소도관은 신경내분비 세포가 존재한 더 큰 입방 및 결국 주상 내피로 구성된 더 큰 소엽 내 관을 형성한다. 이들 더 큰 관은 별세포, 섬유모세포, 근섬유모세포, 평활근, 다양한 비만세포 및 자율신경섬유를 함유하는 이완된 중격 연결 조직에 의해 둘러싸여 있다. 섬유모세포 및 별세포는 연결 조직에서 대부분의 ECM 및 프로테아제 활성을 나타낸다.
내분비 췌장은 기관(즉, 몸체 및 꼬리) 부피의 1-2%를 포함하는 랑게르한스섬으로 구성되며 적어도 4개의 주요 세포군을 함유한다. 인간 췌장은 대부분 꼬리에 위치한, 백만 개 이상의 섬을 함유한다. 섬은 글루코스 항상성을 조절하며 외분비 조직에 끼여 있고 각각 자율신경분포와 창문 모세관에 아주 근접하여 존재한다. 섬은 구상 또는 타원체 클러스토로 구성되는 다면체 세포의 덩어리이다. β 세포(각 섬 세포 개체군의 2/3)는 인슐린을 분비하고, α 세포는 글루카곤을 분비하며, δ 세포는 소마토스타틴과 가스트린을 분비하고, PP 또는 F 세포는 췌장 폴리펩티드 호르몬을 분비한다. 자율 전달물질 아세틸콜린은 인슐린과 글라카곤 방출을 증대하며, 반면에 노르아드레날린은 글루코스-유도 인슐린 방출을 억제한다. 분화된 β 세포의 자기-복제는 섬 세포 대체의 주요 경로이다. 췌장액은 트립시노겐, 프로테아제, 엘라스타제, 리파제, 다양한 세린 프로테아제, 수분 및 전해질을 함유한다. 췌장액은 지질, 단백질 및 탄수화물의 소화에 중요하다. 이것은 꽈리세포의 세포질에서 막대한 양의 조질 세포질 세망이 있는 꽈리 세포에 의해 생성된다.
기관부전을 유발하는 가장 보편적인 췌장 질환은 급성, 재발 또는 만성 췌장염의 형태인 염증 질환이다. 급성 췌장염은 감염(예, 볼거리, 바이러스 감염), 알코올 섭취, 담도관 질환(예, 담석), 트라우마, 대사작용, 수술후 또는 내시경후, 약물 관련 또는 유발, 유전, 연결 조직 질환에 의해 야기될 수 있거나 특발성일 수 있다. 만성 췌장염은 알코올 중독, 낭성 섬유증, 영양실조, 췌장 종양, 췌장 절제, 위 절제 및 문합이 있는 위 수술, 가스트린종(졸링거-엘리슨 증후군), 유전, 트라우마, 대사작용에 의해 야기될 수 있거나 특발성일 수 있다. 췌장염은 조직 섬유증에 의해 수반될 수 있다.
직접 검사의 췌장의 상대적인 비접근성 및 췌장염과 연관된 복부 통증의 비특이성으로 인해 질환을 진단하기가 어렵다. 외분비 췌장의 90% 초과가 지방 및 단백질의 소화장애가 명백해지기 이전에 손상을 입게 된다. 췌장 기능저하의 또다른 증상으로는 고지혈증, 비타민 b12 흡수장애, 고칼슘혈증, 저칼슘혈증, 고혈당증, 복수(ascites) 및 만성 복통이 있다. 질환의 진단은 화상 검사, 예컨대 초음파, 단순 복부 X-선, CT 스캔, 방사선핵종 스캐닝(PIPIDA, HIDA) 및 MRI에 의해 수행할 수 있다. 기초적인 이상 생화학적 검사로는 혈청 아밀라제, 빌리루빈, 알칼리성 포스파타제 및 아스파르트산 아미노트랜스퍼라제 (AST) 측정이 있다.
급성 췌장염을 앓는 대부분의 환자(즉, 85∼90%)에서, 상기 질환은 자체 치료되며, 이와 동시에 '췌장을 쉬게 함'을 목적으로 하는 의료 요법으로 진정된다. 다른 그룹의 환자에서, 심각한 의료 합병증이 상기 어택으로부터 발생하고, 외과 조정이 필요한 췌장 종기, 봉와직염 또는 가성낭종이 발생하며, 기관의 외분비 기능저하에 의한 만성 췌장염이 발생한다.
만성 췌장염을 앓는 환자에 대한 요법은 악화된 글루코스 내성의 식이요법 관리를 동반하여, 복통, 흡수장애 및 소화장애의 3개의 주요한 문제를 관리하는 것에 관한 것이다. 알콜, 거식 및 고지방 식단은 피해야 한다. 통증의 경우 수술 절차를 요구할 수 있다. 매 식사에서 잠재 효소를 준비하는 것과 함께 비타민 및 미네랄 보충물을 투여해야 한다.
췌장 섬유증이 췌장염으로부터 발생한다. 또한, I형 당뇨병에서 섬유증이 발생한다. 진성 당뇨병(DM) I형은 가장 보편적인 내분비 질환 중 하나이다. 이는 눈, 신장, 심장 및 혈관을 포함하는 장기간 합병증을 갖는 혈당 대사작용 이상을 특징으로 한다. DM은 불충분한 인슐린의 양을 생성하게 하는, 췌장의 대부분의 β 세포의 거의 확정적인 자가면역 붕괴의 결과이다. 임상적으로, DM은 일정하게 상승하는 혈당 수준을 나타낸다. 이슬렛(Islet) 세포는 자가면역 공격의 직접적인 표적이다.
진성 당뇨병(DM) Ⅱ형은 60세 이상 연령의 사람들에게 높은 발병율로 방생하며, 체중 증가에 의해 유발된다. 세포가 더이상 인슐린에 반응하지 않는다. 더욱 일반적인 형태에서, 이슬렛 세포는 실질적으로 상실될 수 있다.
당뇨병은 수명을 단축시키고, 특히 심혈관계, 신장, 간 및 눈의 주요 기간에 부정적인 영향을 미쳐, 예를 들자면 아테롬성동맥경화증, 실명, 백내장 형성, 조직 섬유증 및 고혈압과 같은 질환을 유발시킨다.
본 발명의 한 양태는 췌장염 및 진성 당뇨병 중에 발생하는 섬유증에 기인하는 췌장 기능을 개선하는 것이다. 췌장 성상 세포 또는 섬유 모세포를 섬유증 주위에 이식하여 조직 상처를 제거할 수 있다. 본 발명의 또다른 양태에서, 상피 세포를 사용하여 도관형 또는 관형 덕트 시스템을 치료하는 데 사용할 수 있다. 췌장의 이슬렛 또는 유관 조직으로부터 단리된 β-세포를 시험관 내에서 증식시키고, 이슬렛에 이식하며, 췌장의 외분비 영역에 주입시키고, β-세포를 또한 혈액이 풍부하고 대사작용이 활발한 정상 간실질 또는 기타 적합한 기관에 이식할 수 있다. 간으로의 바람직한 이식은 카테터를 통해 전달되는 문맥을 통한 세포의 살포에 의한 것이다. 대안적으로, 골수, 말초 혈액 또는 비장으로부터의 HSC 줄기 세포가 증식하고, 이슬렛 또는 췌장으로 이식될 수 있다. 상기 세포는 신혈관 형성에 의해 수득될 수 있는 신규한 이슬렛 기능을 유도할 수 있고, 성장 인자가 방출되어 β-세포로의 줄기 세포 분화 중 내인성 β-세포 증식을 증가시킨다. 이슬렛 줄기 세포는 이식 또는 주입될 수 있으며, 여기서 세포는 췌장으로 되돌아가 작용성 β-세포로 분화되게 된다. 바람직한 실시양태에서, 비장 줄기 세포는 췌장 의 β-세포 형성을 위한 줄기 세포 중에서 선택한다. EPC, 내피 세포 또는 기타 세포 및/또는 신혈관 형성을 유도하는 단백질을 췌장에 이식하여 β-세포 형성을 증가시킬 수 있다.
내분비계
조직학 및 기능
내분비계는 호르몬을 순환계에 분비하여 표적 조직 또는 기관 내의 작용(예를 들어, 대사 작용)을 촉진하는 개별 분비샘 또는 조직으로 구성된다. 호르몬은 혈액 또는 림프에서 방출 또는 이송되는 생물학적 활성 물질로서 정의된다. 호르몬 자극에 반응하여, 표적 세포/조직은 1 이상의 물질을 순환계에 분비할 수 있고, 이로써 내분비샘에 의한 호르몬의 합성 및 또는 분비를 조절할 수 있다. 상기 시스템은 피드백 조절이라 일컬어진다. 다른 경우에, 호르몬은 피드백 반응을 생성함 없이 표적 조직에 바로 작용할 수 있다.
기본적인 내분비샘은 시상하부, 뇌하수체(전부 및 후부), 송과체, 췌장, 부신, 갑상선 및 부갑상선 조직이 있다. 다수의 조직, 예컨대 위, 장, 폐, 흉선 또는 신장이 국부적으로 또는 원거리로 작용할 수 있는 호르몬을 분비하는 특수한 세포 형태를 가진다.
호르몬에는 4개의 주요 유형이 있다: 펩티드 및 단백질 호르몬, 스테로이드 호르몬, 티로신 또는 아민-유도 호르몬 및 지방산 유도체. 펩티트 호르몬은 다른 단백질과 마찬가지로 합성되고, 세포질 과립에 저장되며, 분비가 필요한 경우 세포외 반출된다. 펩티드 및 아민 호르몬은 수용성이며, 매우 한정된 시간 동안 자유롭게 순환한 후, 분해된다. 스테로이드는 미토콘드리아 및 소포체에서 합성되고, 확산에 의해 방출된다. 갑상선 호르몬은 갑상선 샘에서 세포 외 저장된 후, 혈액에 활성 갑상선 호르몬을 방출하며 갑상선 세포에 진입한다. 스테로이드 및 티로이드 호르몬은 지용성이며, 혈장에 의해 운반되고, 보다 긴 혈장 반감기 동안 혈액에서 단백질과 결합된다. 많은 다른 호르몬 유형이 또한 이송 단백질에 의해 혈액 내에서 운반된다.
호르몬은 특이적 수용체를 통해 생물학적 반응을 개시함으로써 표적 세포 상에서 작용한다. 펩티드 및 단백질 호르몬에 대한 수용체는 일반적으로 세포 원형질막에 위치하는 반면, 스테로이드 및 티로이드 호르몬에 대한 수용체는 세포 내에서 확인되며, 세포 핵 상에서 작용한다. 막 수용체와 결합되는 경우, 호르몬은 제2 메신저 분자를 활성화시키고, 및/또는 통로를 시그널링하며, 이로써 세포질 또는 핵에서 반응을 개시한다. 핵 수용체를 통해 호르몬은 유전자 해독 및 전사를 변형시킨다.
피드백 조절, 신경 조절 및 호르몬 분비의 순환, 리듬 또는 펄스 패턴을 유지하는 인자는 호르몬이 방출되는 방식 및 시기를 결정한다. 피드백 조절은 통상적으로 음성이고, 추가적인 호르몬 분지를 억제한다. 양성 피드백 루프는 제1 내분비 세포의 분비를 증가시킨다. 신경 입력(즉, 스트레스)은 호르몬 분비를 억제 또는 촉진할 수 있다. 순환성 또는 펄스성 호르몬 분비는 24 시간 주기 리듬에 따라 변한다. 감각 통로는 중추신경계 및 일부 내분비샘과 연결된다. 상기 및 기타 CNS 입력은 대부분은 복합 신경-내분비 순환에서의 신경 및 혈관 연결을 통해 결과적으로 뇌하수체를 조절하는 시상하부에 의해 조절된다.
시상 하부 및 뇌하수체
시상 하부는 4 ㎤로서, 뇌하수체선으로 수송되는 호르몬(주로 펩티드)을 합성하는 신경분비 세포의 군으로 이루어진다. 이들 호르몬은 뇌하수체 전엽에 작용하는 혈중 배출 호르몬이다. 다른 펩티드들은 연결 축삭 밑으로의 수송에 의해 뇌하수체 후엽에 도달한다. 이는 다른 생리학적 작용 중에서도 유체 및 전해질 균형, 음식물 소화, 에너지 균형, 대사, 체온 조절, 면역계, 생식, 감정 반응, 항상성, 노화를 조절하는 통합계를 함유한다.
시상 하부 구조는 전후에 시신경 교차(시삭상), 융기(누두-융기) 및 후측(유두체) 부위 및 중외측에 뇌실 주위, 중간(내측) 및 외측 부위의 영역을 함유한다. 성장 호르몬 배출 호르몬(GHRH)을 생산하는 신경 세포는 궁상핵 부위에 주로 위치하는 반면, 일부는 뇌실 주위 핵 또는 뇌실 주위 시삭전 영역에 있다. GHRH는 뇌하수체 전엽에 작용하여 성장 호르몬, 황체형성 호르몬 및 난포자극 호르몬을 박동으로 분비한다. 뇌실 주위 핵에 위치하는 신경 세포는 소마토스타틴(성장 호르몬 배출 억제 호르몬)을 생산한다. 소마토스타틴은 갑상선자극 호르몬 및 GHRH를 억제한다. GHRH 및 소마토스타틴 모두는 3 내지 5시간의 간헐적 상호 박동으로 분비된다. 코르티코트로핀 배출 호르몬(CRH) 신경 세포가 소세포 뇌실곁 부위에 주로 위치한다. 이 신경 세포는 코르티코트로핀 분비 세포(corticotroph)를 자극하여 ACTH를 배출한다. 갑상선자극 호르몬 배출 호르몬(TRH) 신경 세포가 뇌실 주위, 복내측 및 배내측 핵에 분포한다. TRH는 TSH의 뇌하수체 배출을 자극하고, 시삭전 영역의 냉민감 신경 세포를 흥분시키고 온민감 신경 세포를 억제한다. TRH 배출은 심부(core) 온도에 의해 영향받고, 시상 하부 전엽에 의해 추적되고, 갑상선 호르몬의 음의 되먹임에 의해 제어된다. 도파민 신경 세포는 궁상핵(A12군)에 위치하고, 정중 융기 및 누두의 종말을 갖는다. 도파민은 주요 프로락틴 배출 억제 호르몬이다. 도파민은 TSH 분비도 억제한다. TSH는 프로락틴 배출 호르몬으로서도 작용한다.
뇌하수체 전엽의 다섯 가지 유형의 세포가 여섯 개의 주된 유형의 호르몬을 분비한다. 세포 유형은 그것이 분비하는 호르몬에 의해 자극되는 표적 조직에 따라 기술된다. 이들 세포 유형은 다양한 크기 및 형상의 상피 세포로서 다발들 또는 불규칙한 소포들(follicles)로 배열되어 있고, 이들 사이에 세망 결합 조직의 기초 내에 박벽(thin-walled) 혈관 동공(sinusoid)이 있다. 이들 세포는: 1) 성장 자극 세포(Somatotroph), 뼈, 내장 및 연조직을 표적으로 하고 조직 성장 및 대사를 촉진하는 성장 호르몬(GH)을 분비함. 이 세포는 호산성이다(산 염료로 염색). 2) 갑상선 자극 세포(Thyrotroph), 갑상선을 표적으로 하고 갑상선 호르몬의 분비를 촉진하는 갑상선 자극 호르몬(TSH)을 분비함. 3) 코르티코트로핀 분비 세포(Corticotroph), 부신을 표적으로 하고 코르티솔 및 기타 코르티코스테로이드의 분비를 촉진하는 부신피질 자극 호르몬(ACTH)을 분비함. 이 세포는 호염기성이다. 4) 프로락틴 분비 세포(Lactotroph), 유선 및 기타 조직을 표적으로 하고 모유의 분비 및 유방 조직의 성장을 촉진하는 프로락틴(PRL)을 분비함. 이 세포는 호산성이다. 5) 생식선 자극 세포(Gonadotroph), 생식선을 표적으로 하고 생식 세포 및 성 스테로이드의 생산을 촉진하는 난포 자극 호르몬(FSH) 및 황체 형성 호르몬(LH)을 분비함. 이 세포는 호염기성이다(염기 염료로 염색). LH 및 FSH는 GABA 및 모노아민, 다른 신경 세포를 통한 에스트로겐 및 프로게스테론 작용, 코르티코트로핀 배출 인자 및 내인성 아편계 물질에 의해 영향받는다.
프로오피오멜라노코르틴 전구체가 ACTH로 분열된다. β-리포트로핀(지질 분해 기능) 및 β-엔돌핀이 뇌하수체로부터 배출되는 다른 분열 산물이다.
뇌하수체 후엽은 그 말단이 모세혈관과 밀접하게 연결되어 있는 시상 하부로부터의 신경 섬유로 이루어진다. 뇌하수체 후엽 호르몬(펩티드)은 시상 하부에서 합성된 뒤 운반체 단백질에 결합하고, 세포외유출에 의해 방출될 때까지 축삭 말단 내 과립에 저장된다.
시상 하부 기원의 두 뇌하수체 후엽 호르몬이 있다: 1) 바소프레신(항이뇨 호르몬 ADH), 신장 및 혈관 평활근을 표적으로 하며, 물의 재흡수 및 혈관 수축을 촉진함으로써 삼투압 및 혈압 및 부피를 제어한다. 2) 옥시토신, 유선 및 자궁을 표적으로 하며, 모유 분출 및 분만에서 신장 수용체(stretch receptor) 및 수유 자극을 제어한다.
시신경 교차 상핵 ( SCN )
이 조직은 다른 기능 중에서도 운동 활동에서의 주야 주기, 호르몬의 혈장 농도, 체온, 수면, 기상, 신장 분비, 생리학적 및 일주기 리듬을 제어하는 수천 개의 신경 세포만을 함유한다. SCN은 바소프레신, VIP, 신경 펩티드 Y 및 뉴로텐신과 같은 많은 신경 전달 물질을 함유한다.
갑상선
현미경으로 보면 갑상선의 두 엽은 두 소엽으로 나뉘고, 이는 각각 수십 개의 소낭을 함유한다. 이들 소낭은 콜로이드로 가득차 있고, 평탄화된, 입방형, 또는 낮은 원주세포의 단일 상피층이 내부에 있다. 갑상선은 갑상선 글로불린의 거의 모두를 함유하는 콜로이드의 성분으로서 트리요오드티로닌(T3) 및 테트라요오드티로닌(티록신, T4)을 합성 및 분비한다. 소낭은 식이로부터 얻을 수 있는 혈액으로부터의 요오드를 농축하여 갑상선 글로불린을 T3 및 T4로 요오드화한다. 갑상선은 T3보다 T4를 더 많이 분비하지만 T4의 대부분은 말초 조직에서 T3으로 전환된다. T3와 T4의 생산 및 분비는 뇌하수체 전엽으로부터의 갑상선 자극 호르몬(TSH)에 의해 자극되고, 이는 다시 시상하부 TRH(갑상선 자극 호르몬 배출 호르몬)에 의해 조절된다. 갑상선 호르몬은 음성 되먹임에 의해 TSH 분비를 억제한다. 갑상선의 소낭간 기질(stroma)에는 칼시토닌 분비 세포의 작은 군이 있다. 칼시토닌은 부갑상선 호르몬의 효과에 대항하여 골 흡수를 억제한다.
부갑상선
작은 부갑상선은 갑상선의 후측 표면에 위치하고 보통 4개의 군으로 발견된다. 이 선은 혈중 칼슘 및 인산염 농도를 제어하는 펩티드인 부갑상선 호르몬(PTH)을 분비한다. PTH는 주세포(chief cell), 담색의 세포질을 갖는 소형 입방형 세포에 의해 합성되고, 수명의 후반부에 호산소성 세포가 나타나고 더 이상 PTH를 생산하지 않는다. 뼈 및 신장 대사에 대한 PTH의 알짜 효과는 칼슘 및 인산염 항상성을 유지하는 것이다. PTH는 비타민 D의 활성 형태의 형성을 일으키는 효소 1α-하이드록실라제를 또한 자극한다. PTH 분비는 음성 되먹임 기전으로 작용하여 혈장 칼슘 농도에 의해 제어된다.
부신
각 부신은 신장의 위에 위치하고, 피질과 수질이라는 두 내분비 성분으로 구성된다. 피질은 세 구역으로 배열되어 있다: 1) 얇은 사구층(세포들이 덩어리로 나타남), 나트륨 재흡수를 촉진함으로써 전해질 및 유체 균형을 조절하도록 신장에서 작용하는 염류 코르티코스테로이드 알도스테론을 분비함. 2) 속상대(세포들이 기둥으로 나타남)는 피질 부피의 70% 가까이를 차지한다. 세포는 지질 포함물에 의해 크기가 크고, 이는 코르티솔이 우세한 호르몬인 당질 코르티코이드 생산이 주가 되는 스테로이드 생성 활동을 반영한다. 코르티솔은 생명에 필수적이며, 탄수화물, 단백질 및 지방 대사에 영향을 주고, 항염증 성질을 갖고 스트레스에 대한 몸의 반응을 변경한다. 3) 망상대, 내부 및 최심층(세포는 불규칙한 그물망으로 나타남)은 DHEA(디하이드로에피안드로스테론) 및 안드로스텐다이온을 분비하는 소형 호산구성 세포에 의해 특징지워지고, 이는 다른 조직에서 안드로겐 및 에스트로겐으로 전환된다.
부신 수질은 크롬친화 세포로 호칭되는 신경외배엽 기원의 세포를 함유한다. 이 세포는 카테콜아민(주로 에피네프린 및 노르에피네프린)을 분비 및 저장하는 축삭이 없는 신경 세포이다. 크롬친화 세포는 파킨슨 병에서와 같은 다른 신경 세포 결핍에서 이식에 이용될 수 있다.
내분비 췌장을 이 문서의 앞에서 기술한 바 있다. 췌장은 체내에서 가장 큰 샘 중 하나로서 복합 대롱꽈리샘 또는 복합 꽈리샘을 갖고 두 유형의 분비 기능을 갖는다: a) 두 가지의 가장 중요한 췌장 호르몬인 인슐린 및 글루카곤의 혈류로의 내분비 배출 및 b) 외분비. 이 기관(체부 및 미부)의 부피의 1-2%를 차지하는 랑게르한스 섬은 넷 이상의 주된 세포 군을 갖는다. β 세포(각 세포 집단(population)의 2/3)는 인슐린을 분비하고, α 세포는 글루카곤을 분비하고, δ 세포는 소마토스타틴을 분비하고, PP 세포는 췌장 폴리펩티드 호르몬을 분비한다.
송과선
이 샘은 간뇌의 천장에 위치하는 매우 작은 기관(6×4 ㎜)이다. 이 샘은 별아교세포 유사 신경아교와 연관된 뭉치로 배열된 변형된 광수용체, 다발 및 송과체 세포를 함유한다. 이 신경아교는 송과체 줄기의 주 세포부이다. 송과체 세포는 멜라토닌(트립토판으로부터 합성)을 생산하는 고변형 신경 세포이다. 송과체 세포는 인접 세포들 사이에 무작위 분포되고 간극결합에 의해 연결된 다중 시냅스 리본을 함유한다. 멜라토닌의 순환 수준은 이를 만드는 효소(예컨대 세로토닌 N-아세틸 전이효소)와 마찬가지로 활성이 야간 동안 상승하고 주간 동안 하강하는 주기적 리듬을 보여 준다. 송과선의 주기 거동은 시신경 교차 상핵에서의 주기적 진동자에 의해 제어된다. 송과체는 췌장, 부갑상선, 부신 피질 및 수질, 생식선, 선하수체 및 신경뇌하수체와 같은 다른 내분비선의 활성(주로 억제성)을 변경한다. 만들어지는 호르몬은 폴리펩티드 또는 인돌아민(예컨대 멜라토닌)이다. 이들 호르몬은 호르몬의 전부(pars anterior) 합성 및 배출 그리고 배출 인자의 시상 하부 생산을 억제할 수 있다. 송과선 분비는 혈액 또는 뇌척수액을 통해 표적 세포에 도달한다.
분산 신경내분비계
몇몇 기관은 호르몬을 분비하는 신경내분비 세포의 단일 세포 또는 작은 군을 함유한다. 군으로서 이들은 아민 전구체를 아민으로 탈카복실화하는 능력 때문에 APUD 세포라고 불리워진다. 위장관은 30종 이상의 호르몬을 생산하는 16종 이상의 신경내분비 세포 유형을 함유한다. 폐는 상피체로 알려진 신경내분비 세포를 함유한다. 피부는 메르켈(Merkel) 세포를 함유한다. 신장은 레닌을 배출하는 사구체옆 세포를 함유한다. 레닌은 사구체 여과율(GFR)을 조절하여 결국 혈압 강하에 반응하여 체내 유체 항상성을 제어하는 레닌-안지오텐신계(RAS)의 참여자이다. 신장은 세관주위 상피 세포에서 에리트로포이에틴(EPO)은 물론 비타민 D의 활성형인 1,25-디하이드록시비타민 D를 합성한다. 태반은 인간 임신을 유지하는 다른 호르몬 중에서도 융모막 생식선 자극 호르몬(hCG), 태반 락토겐(hPL)을 생산한다.
장애 및 임상 상태
뇌하수체 전엽에서 아동의 성장 호르몬(GH)의 저분비는 저신장 또는 난장이증, 과지방 및 근육력 감소 결과로 나타난다. 후자의 증후군은 성장 호르몬 분비 저하와 함께 노화하는 성인에서 일어날 수 있다. ACTH 분비 감소는 코르티솔 생산을 낮추어 저혈당증의 결과가 나타난다. 생식선 자극 호르몬의 저분비(GnRH 결핍)는 생식력 및 생식 기능의 저하로 이어질 수 있다. 뇌하수체 후엽에서, ADH 생산의 감소 또는 부재(요붕증)는 소변 농축 및 물 보존의 무능력으로 특징지워진다.
갑상선에서 2차 갑상선 저하증은 갑상선 질환 때문에 몸체에 충분한 갑상선 호르몬이 부족한 상태이다. 자가면역 갑상선염(즉 갑상선의 염증)은 많은 비율의 갑상선 세포를 손상(또는 사멸)시키고 충분한 호르몬을 생산할 수 없게 한다. 갑상선 부전의 가장 흔한 이유는 하시모토 갑상선염으로 불리는, 환자 자신의 면역계에 의해 유발되는 갑상선 염증 형태이다. 암 치료와 같은 갑상선 전부 또는 일부의 수술적 제거는 갑상선염의 발달로 이어진다.
부갑상선에서 부갑상선 저하증(즉 혈장 칼슘 수준의 저하) 또는 부갑상선 호르몬의 낮은 분비는 흔치 않고, 앞선 수술 치료 때문에 보통 일어난다.
애디슨 질환(만성 부신 기능 부족 또는 부신 피질의 자가면역 파괴에 의해 유발되는 코르티솔 저하증)은 호르몬 코르티솔 및 어떤 경우에는 호르몬 알도스테론을 충분히 생산하지 않는 부신에 의해 특징지워진다. 제1형 당뇨병은 β 세포의 자가면역 파괴 때문이며, 저인슐린증으로 이어진다.
내분비계의 주된 조절 곤란은 노화의 결과로 생긴다. 수면-기상 주기는 노인에서 교란된다. 이는 SCN과 송과선에 의해 제어된다. 따라서 이 샘에 적절한 세포 유형을 개별적으로 또는 함께 이식하는 것은 노인에서의 수면 조절 곤란을 교정할 수 있다. 주기적 및 생리학적 리듬은 SCN에 의해 제어된다. 따라서 SCN을 채우기 위해 이식된 세포는 개체의 정상적인 생리학적 항상성을 유지 또는 복원할 수 있다.
다양한 내분비 기관 및 조직에서의 상이한 세포 유형은 여러 종류의 호르몬을 생산하며, 예컨대 2006년 9월 14일에 출원한 PCT 출원 PCT/US2006/035676, "Compositions And Methods for the Augmentation and Repair of Defects in Tissue"에 기술되어 있다. 이러한 호르몬은 환자에의 이식을 위해 세포 조성에 혼입될 수 있다. 상기 호르몬들을 생산하는 세포는 확장(expansion) 및 생체 내 이식되어 요구되는 호르몬 또는 호르몬의 억제제 및 노화 또는 질환의 함수로 감소되는 이들의 활성의 생산을 이룰 수 있다. 본 발명의 구체예는 특정 기관에 의한 호르몬 또는 호르몬의 억제제 및 이들의 활성의 생산 감소가 있는 내분비 기능 장애를 특정 계보의 자가 세포의 주입 또는 직접 배치에 의해 치료하는 형태를 기술한다.
관심있는 호르몬을 생산하는 세포 또는 그 특정 세포 유형의 전구체 세포를 이용할 수 있다. 서로 다른 호르몬을 생산하는 세포 유형을 단일로 또는 조합으로 이용할 수 있다. 일반적으로 세포 유형은 그 자연적인 현장(in situ) 위치로 이식된다. 그러나, 원하는 호르몬 세포 표현형이 유지되고 세포를 정상적인 되먹임 기전에 의해 제어할 수 있는 한, 대안적인 이식 부위로서 다른 조직(예컨대 피부)을 이용할 수 있다. 어떤 세포 유형은 내분비선 또는 이의 일부가 더 기능적인 또는 젊은 상태로 재생될 것을 요구할 수 있다. 이는 적절한 세포 유형을 조직의 기질에 다시 이식함으로써 완수할 수 있다. 예컨대, 섬유모세포와 같은 결합 조직 세포 및 조직에 보통 상주하는 다른 세포 유형을 이용할 수 있다. 유사하게, 일반적으로 기질(stromal) 조직 내부를 덮고 기저막 위에 위치하는 상피 세포를 원래 위치에 배치할 수 있다. 특정 호르몬에 대한 세포 유형의 이식을 샘의 연결 조직 및 상피 교정과 함께 이용할 수 있다.
노화 동안 내분비 프로파일이 변한다. 프로파일에 대항 또는 이를 개선하기 위해 호르몬 생산 세포 유형을 확장 및 생체 내 이식할 수 있다.
면역계 및 결함
면역계는 감염 및 암에 대한 몸체의 주된 방어력인 림프구로 구성된다. 이는 물리적 손상(상처)를 치료하지만, 또한 자가면역 및 염증도 일으킬 수 있다. 면역 반응은 외래 또는 "비자기"(non-self)로서 인식되는 모든 물질에 대응한다. 면역계는 자기 조직에 대해 내성을 나타내고, 자가면역 질환의 경우를 제외하면 자신이 보호하는 유기체를 공격하지 않는다. 면역계는 몸체 전체를 통해 동작하지만, 어떤 기관 및 조직에서는 구획화되어 면역계의 세포가 특정 구조로 조직화된다. 이는 중심 또는 주 림프 조직(골수, 흉선) 및 말초 또는 2차 림프 조직(림프절, 비장, 점막 연관 림프 조직)으로서 분류된다. 림프 구조는 혈관계 및 림프계를 통해 기능적으로 통일되어 면역 세포의 이전(trafficking), 배치 및 재순환을 가능케 한다. 면역 세포는 결합 조직 환경에서 대식 세포 감시와 같이 모든 조직을 가로지른다.
중심 또는 주 림프 조직은 골수 또는 흉선을 포함한다. 인체 내 주된 조혈 기관으로서 골수는 해면뼈에서 주로 발견된다. 이는 모든 혈액 세포 유형(성숙한 T 세포를 제외)를 생산하는 높은 세포성 조직이다. 이는 많은 동맥, 정맥 및 동굴 혈관, 및 망상 기질(reticular stroma)을 함유한다. 흉선은 두 엽, 피질 및 수질 및 다수의 소엽으로 나뉜다. 두 엽 모두는 골수로부터 성숙한 적격 T 세포에 도달하는 다능 T 세포 전구체를 "교육"시킨다. 흉선은 숙주를 인식하여 공격하려는 T 세포를 제거한다.
말초 또는 2차 림프 조직은 비장을 포함하며, 이는 망상 및 림프 조직에 의해 형성되고 가장 큰 림프 기관이다. 림프구 및 대식 세포로 주로 이루어지는 세포성 물질은 비장 수질이라 불리며, 잔기둥(trabecula) 사이에 놓인다. 비장의 주요 기능들 중 하나는 혈액을 림프구와 접촉시키는 것이다. 혈액이 비장을 서서히 흐르면서, 그 안의 모든 질환 유기체는 비장 조직 내 림프구와 접촉하게 될 것이다. 이 접촉은 림프구를 활성화하고, 이는 다시 외래 침입자를 공격할 수 있다. 혈액이 비장을 흐르면서, 대식 세포는 소모된(즉 노쇠한) 적혈구 및 백혈구 및 혈소판을 제거한다. 또한 림프절도 포함되고, 체내로부터 배액되는 림프가 이 구조를 통과한다. 림프절은 레티큘린 섬유라 불리는 결합 조직의 망상에 의해 내부 지지되고 B 및 T 림프구 및 대식 세포의 밀한 응집체가 자리잡고 있는 림프 조직의 특수한 확장부(dilation)이다. 림프절은 림프계의 전체 길이를 통해 발생하고, 흉관에 가까와지면서 크기가 증가하는 경향이 있다. 이는 몸체의 특정 기관 또는 부위만을 배액하는 사슬 또는 뭉치로 또한 조직화된다. 림프절은 몸체의 겨드랑이, 서혜 및 경추 부위에서 더 큰 뭉치로 발견된다. 림프절은 혈액에 림프구를 공급한다. 점막 연관 림프 조직(MALT)은 많은 상피 조직의 점막에서 면역 세포(림프구, 혈장 세포 및 대식 세포)의 집단으로 구성되고, 개별 림프 소낭(회장에서의 파이어 반점(Peyer's patches) 또는 편도와 같은)으로 조직화된다. MALT는 점막 상피를 가로지르는 항원의 시료화 및 수집에 특화되어 있다.
면역 반응
두 기본적인 기능적으로 구별되는 면역 반응 유형은 다음과 같다: 1) 선천성 반응. 이는 식세포 기능을 갖는 세포로 대체로 구성되고 물리적 장벽 및 가용성 인자도 포함하는 최초의 즉답적으로 얻을 수 있는 반응이다. 2) 적응성 반응. 이 느리지만 고특이적이고 효과적인 반응은 항체를 생산하는 특화된 림프구로 구성된다.
선천성 면역은 계통발생학적으로 오래된 것이고, 응답이 빠르고 비특이적이다. 그러므로 이는 면역적 기억으로 이어지지 않는다. 선천성 계의 세포는 특정 물질에 대해 특이적인 항원 대신 모든 외래 물질의 특성인 패턴을 인식한다. 선천성 방어의 예는 다음과 같다:
- 몸의 물리적 및 화학적 장벽(피부, 위의 점액층 등) 및 체액(타액, 눈물, 위액)
- 대식 세포 및 중성구(즉 골수의 골수성 계보의 짧은 수명의 산물, PMN)가 수행하는 미생물의 세포내 살상. 이는 선천성 방어에서 면역 세포의 두 주요 종류이다. 대식 세포는 진피에서의 대식 세포, 폐 및 간에서의 쿠퍼(Kupffer) 세포, 뼈에서의 파골 세포, 신장에서의 혈관간 세포, 또는 뇌에서의 미세아교 세포와 같은 조직에 분배되는 순환하는 단핵구에서 유래한다. 대식 세포는 또한 수일간만 생존하며 조직을 가로지른다. 골수는 대량으로 대식 세포를 생산하고, 이는 순환하는 백혈구 중에서 큰 부분(60%)을 차지한다. 면역 세포상의 수용체의 결합 뒤 소화는 사이토킨 및 케모킨 분비를 유도하여 혈액 백혈구의 화학 유인 및 염증을 유발한다. 수지상 세포, NK 세포 및 보체가 중성구 및 대식 세포를 보조한다.
- 세포외 사멸은 자연 살상(NK) 세포 및 호산구가 담당하는 추가 보호를 제공한다. NK 세포는 조혈 줄기 세포로부터 유도되고 혈액에서 순환한다. NK 세포는 외래 세포 또는 감염된 세포상의 외래 항원에 결합한다. NK 세포는 세포자멸사를 유발하는 세포독성 과립의 배출에 의해 이 세포들을 살상한다. NK 세포는 종양 세포 및 바이러스 감염 세포를 살상한다. NK 세포는 전활성화 또는 면역화 없이 작용할 수 있고 인터페론 또는 대식 세포 유도 사이토킨에 의해 활성화될 수 있다.
- 항원 제시 세포(APC)는 주로 수지상 세포이지만, 대식 세포 및 B 세포가 APC가 될 수 있는 다른 세포들에 속한다. DC는 골수로부터 말초 조직으로 이동하는 수명이 긴 식세포이고, 림프절에 존재할 때 미경험(naive) T 림프구에 대한 항원을 나타낸다.
- 보체(촉발된 효소계를 형성하는 간에 의해 생산되는 혈장 단백질)는 선천성 면역계가 외래 유기체를 인식한 뒤 국소적으로 활성화된다. 보체는 염증을 촉진한다.
선천성 면역계의 제1반응은 중성구에 의해 수행되고, 이는 섭취한 병원체를 살상하기 위해 초과산화 음이온을 생산한다. IL-2, IFN-γ, 몇몇 성장 인자(즉 GM-CSF) 및 세균 생성물(LPS)은 중성구의 세포자멸사를 방지한다. 염증의 일부로서 중성구는 조직의 혈관 내를 덮는 상피 세포가 생산하는 세포 유착 분자에의 결합에 의해 감염 부위로 유도된다.
대식 세포는 외래 유기체, 감염된 세포를 대식하고, 종양 세포를 살상하고, 다른 대식 세포를 활성화하여 사이토킨 및 케모킨, 예컨대 IL-1, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IFN-γ, TNFα, 프로스타글란딘 E2 및 기타 생성물(반응성 산소 및 질소 분자와 같은)을 배출한다. 사이토킨은 다른 면역 세포의 활성화 및 상호 작용을 자극하여 적응성 반응은 물론, 병원체가 제거될 때 면역 경로의 중단을 개시한다.
감염 부위에서 선천성 면역 세포 및 기타 세포는 방어를 향상하는 감염된 조직으로의 혈액 전달의 증가를 일으키는 염증 지향(proinflammation) 및 면역계를 더 활성화하는 인자 및 사이토킨을 분비한다. 선천성 반응이 감염을 제거하지 않으면, 적응성 면역계가 활성화된다.
선천성 및 적응성 경로는 연결되어 있다. 선천성 경로는 APC 작용에 의해 적응성 경로를 개시한다. APC, 특히 DC는 외래체의 항원의 T 세포로의 제시시에 적응성 경로를 개시한다. 대식 세포는 톨(toll) 유사 수용체(TLR) 막 단백질을 이용하여 항원에 결합한다. 항원 결합은 사이토킨 배출 및 B 및 T 세포를 포함한 다른 면역 세포의 화학 유인을 유발한다. 대식 세포는 단백질, DNA, 막을 대식하여 분해된 거대 분자를 B 및 T 세포에 전달하고, 이는 적응성 면역 반응을 개시한다. DC와 같은 APC도 NK, B 및 T 세포 매개 면역을 향상하는 사이토킨 IL-12를 분비한다. 기질 세포, 특히 섬유모세포가 선천성에서 적응성 면역으로의 전이에서 핵심 역할을 수행한다. 따라서, 건강한 조직에서 얻은 것과 같은 기질 세포를 혈류에 주입 또는 감염된 또는 질병의 기관에 이식하면 감염(예컨대 패혈증) 및 질환에 대한 면역 반응을 증강하는 데 이용할 수 있다.
적응성 면역은 계통발생학적으로 새로운 것이며, 느리게 반응하지만 매우 유연하며 특이적이며, 거의 무한한 범위의 다양한 유기체 및 항원에 반응할 수 있다. 이는 궁극적으로 면역 기억으로 이어지는 복잡한 막 수용체-항원 인식 계에 기인한다. 이 계의 핵심 세포는 림프구(T 및 B 세포)로서, 성인의 골수 또는 (태아의 간)으로터 유래하며, 순환하는 백혈구의 20-30%를 차지한다. T 림프구는 흉선에서 성숙하고, 그 전에 골수로부터의 비기능적 전구체로서 혈액을 통해 이 기관에 진입한다. B 림프구는 골수에서 만들어진다. B 세포상의 표면 수용체는 면역 글로불린(Ig) 또는 항체로서, 항원 활성화 B 세포의 분비 산물로서 나타난다. 항원에 대한 T 세포상의 수용체(TCR)는 표면 막상에서만 발생한다. B 세포는 혈액 및 림프에서 순환하는 항체를 생산하고, 다른 면역 세포에 의한 파괴를 위해 외래 항원에 부착하여 표지한다. 이 세포상의 수용체는 감염된 또는 비정상 숙주 세포의 표면상의 항원과 상호작용한다. TCR상의 항원의 결합은 T 세포의 클론 선택 및 확장을 가능케 한다. T 세포의 각각의 클론은 상이하게 배열된 TCR을 갖는다. 보조 공동 수용체 분자는 APC 상호작용을 안정화하고 T 세포상의 공동 자극성(co-stimulatory) 분자는 T 세포 활성화를 향상시킨다. 생산된 기억 T 세포는 같은 항원에의 재노출시 더 큰 강도와 더 빠른 속도로 반응하고 예방 접종의 근간이다. 생체 내 T 세포 활성화를 최적화하기 위해 동시에 빠르게 항원을 합성, 처리 및 제시하는 APC가 요구된다. 이 시점은 MHC 분자에 펩티드를 공급하기 위한 공간적 및 시간적 인자 때문이다. 펩티드 및 MHC의 반감기는 중요하다(I류의 경우 ~4시간 및 Ⅱ류의 경우 최대 1일). 수지상 세포(DC)와 같은 APC는 하루 이내에 림프절 내 T 세포와 반응하고, 세포 표면에서의 DC의 펩티드 출현은 공동 자극성 분자와 함께 T 세포를 활성화한다. 활성화 B 세포는 물론, 휴지 B 세포도 B7 및 CD40 표면 단백질에 의한 충분한 공동 자극에 따라 CD4 및 CD8 T 세포를 활성화할 수 있다. 2차 림프 기관에는 항원이 충분한 양 및 시간 기간으로 존재하며, 활성화가 일어나는 데 중요하다. 공동 자극 신호를 함유하는 2차 림프 기관에서의 이들 구조적 및 공간적 인자는 클론 확장의 시점 및 면역 반응의 속도를 결정한다.
체액 면역은 적응성 면역 반응의 일부이다. B 세포가 항체 매개 또는 체액 면역을 구성한다. 이는 항체가 혈액 및 림프에서 순환하기 때문이다. 항체는 외래 항원을 인식하여 파괴를 위해 표지한다. 이 항체는 해당 항원을 표적하는 데 매우 특이적인 특수한 부위를 갖는 기본 주형이다. 항체의 프레임은 일정하게 유지되지만, 화학적 및 세포 메시지를 통해 면역계는 특정 침입자와 싸우기 위해 특수한 가변 부위를 선택한다. 감염(세균, 바이러스 등)은 체액 면역을 유발한다.
세포 매개 면역은 적응성 면역 반응의 다른 부분이다. T 림프구가 세포 매개 면역(또는 세포성 면역)을 담당한다. 외래 침입자와 관련하여 혈액 및 림프를 또한 순찰하는 어떤 T 세포는 항원을 표지하는 것 이상을 수행한다. 이 T 세포는 외래로 인식하는 병에 걸린 세포를 공격 및 파괴한다. T 세포는 전체 면역 반응을 지휘, 조절 및 조화시킨다. T 세포는 억압 세포, 조력 세포 및 세포독성 아형(subtype)으로 분류할 수 있다.
T 세포는 고유의 세포 표면 분자, 주조직적합 복합체(MHC)에 의존하고, 이것이 항원 단편을 인식하도록 돕는다. 조력 T 세포는 예컨대 CD4 양성 T 세포(CD4+ T 세포)로도 알려져 있고, B 세포를 활성화시켜 항체를 만들기 시작하도록 한다. 세포독성 T 세포는 항원에의 결합 및 사이토킨(즉 IL-2) 배출에 의해 면역 세포를 화학 유인하고 이의 증식을 증가시킨다. 조력 T 세포는 또한 다른 T 세포, 대식 세포를 활성화할 수 있고, 어떤 유형의 항체가 생산되는지에 영향을 줄 수 있다. CD8 양성 T 세포(CD8+ T 세포)라 불리는 어떤 T 세포는 감염된 세포, 감염성 물질의 항원을 표면상에 나타내는 숙주 세포를 공격 및 파괴하는 살상 세포가 될 수 있다. 살상 T 세포는 세포독성 T 세포 또는 CTL(세포독성 림프구)라고도 불린다. T 세포는 전구체 휴지성 T 세포가 특정 항원 제시 세포상의 항원을 인식할 때 활성화 또는 작동 T 세포로 분화된다. 따라서 항원은 항원에 특이적인 B 세포 및 T 세포의 성장 및 증식을 자극한다. 이들 세포는 작동 세포, 활성화 T 및 B 세포로 바뀔 수 있거나, 기억 세포로 바뀔 수 있고, 이는 잠복을 유지하지만 항원에의 재노출시 즉시 활동할 준비가 되어 있다. 미경험 T 세포 및 기억 세포는 사이토킨을 생산하여 T 및 기타 면역 세포의 증식을 활성화 및 증가시킨다. IL-2가 생산되는 주된 사이토킨이다.
수지상 세포가 T 세포를 자극하는 주 항원 제시 세포(APC)이지만, 대식 세포 및 B 세포도 APC로서 작용할 수 있다. 8-9개의 아미노산의 항원 펩티드, 세포질 단백질의 분해 산물이 MHC Ⅰ류 분자에 결합하여 세포독성 T 림프구(CTL)를 유도한다. 13-17개의 아미노산의 항원 펩티드, 내재화 외인성 항원의 분해 산물이 MHC Ⅱ류 분자에 결합하고, 이는 CD4+ T 조력 세포를 유도한다. 공동 자극성 분자는 예컨대 기억 T 세포상의 CD28 또는 CD45RA 표면 단백질이고, 이는 항원의 존재시에 세포를 자극하여 분할되도록 한다.
T 세포 발달은 성인의 골수에서 시작되고, 여기에서 줄기 세포가 림프 세포로 분화된다. 일부의 T 세포 전구체가 흉선 수질로 이동하고, 여기에서 흉선 호르몬의 노출에 의해 전 T(pre-T) 세포가 막 항원을 발현하기 시작한다. 수질에서 전 T 세포는 외래 및 내인성 항원과 접촉하고, 이는 세포가 자신과 비자기를 구별하는 기본이다. 이는 흉선의 피질 기질의 상피 세포에 있고, 여기에서 T 세포 성숙의 대부분이 일어난다. 성숙은 항원 인식 분자, T 세포 수용체(TCR)의 다양한 형태의 발현을 포함한다. 상피 세포는 MHC(주조직적합 복합체) Ⅰ류 및 Ⅱ류 분자를 발현하고, 성숙은 발달하는 T 세포의 표면 수용체와 접촉시 일어난다. 림프구가 성숙한 미경험 T 세포로서 배출된다. 흉선(예컨대 수질 부위)의 유지는 흉선 림프구의 도입에 의해 얻을 수 있다.
모든 흉선 상피는 단일 줄기 세포 유형으로부터 유도되고, 성숙한 피질 및 수질 상피 아집단(subpopulation)간을 구별하는 분자를 후에 공동 발현한다. 나이에 따른 흉선의 주 변화는 정량적이므로, 주 림프 및 미세환경 세포 집단은 일생 동안을 통해 존재하지만 흉선 부피 및 따라서 흉선 세포 개수는 나이에 따라 감소한다. 흉선 퇴화는 다수의 특정 면역 기능 저하에 대응한다. 흉선 위축은 일생의 초기에 시작된다. 흉선 상피 세포 기능의 퇴화 및 감퇴가 일어나고, 이때 지방 세포가 흉선 세포를 대체하고 T 세포 산출이 저하한다. 일생의 60대 후반이 되면, 면역계의 기능 저하는 감염, 자가 면역 질환 및 암 개시 및 촉진의 증가를 불러오는 면역계의 흉선 의존부의 정량적 변화에 주로 기인한다. 흉선을 흉선 세포로 증강함으로써, 면역 기능을 회복할 수 있고 이는 동원되는 림프구의 증강, T-세포 분화(즉 수용체 재배열), 활성 표지의 유도 및 사이토킨 생산을 포함한다. 흉선 섬유모세포를 흉선 재건(rejuvenation) 및 T-세포 발달을 촉진하기 위해 이식할 수 있다.
T 세포는 림프절에서 흉선 독립성 경로에 의해 발달할 수도 있다. 이 과정은 온코스타틴 M의 존재하에 향상될 수 있다.
B 세포는 비림프 기질 세포에 의해 도움을 받아 골수 내 전구 세포로부터 유래한다. 결합 조직 기질 세포가 전구체에 부착하여 그 증식 및 분화를 향상하는 성장 인자를 분비한다. B 세포는 미성숙으로 남아 있고 말초 림프 기관으로 이동한다. 다음으로 성숙은 면역 글로불린 유전자의 재배열 및 발현에 의해 일어나고, 이는 B 세포 표면상의 많은 상이한 유형의 항원 수용체의 결과로 나타난다. 활성화 T 세포 표면상에서 발현된 외래 항원이 B 세포 표면상의 항원 수용체에 결합하면 B 세포 활성화가 일어난다. T 세포 표면상의 CD40 발현이 B 세포의 활성화 및 분화에 요구된다. B 세포 활성화는 B 세포를 항체 분비 세포로 분화시킨다. 그러면, 분비된 항체는 조직의 세포외 공간 및 기질을 투과하여 침입 세포로부터의 감염을 제어한다. 본 발명에서 기질 세포(예컨대 섬유모세포)가 노화 및 질환 동안 B 세포의 효과적인 생산을 유지하기 위해 골수에 첨가될 수 있다.
면역계의 조절 곤란은 자가면역 질환, 알레르기, 염증을 유발하고, 조직 완전성(integrity) 및 수명에 나쁜 영향을 준다. 선천성 및 적응성 경로 모두가 나이, 만성 감염 또는 암에 기인한 면역계 부전에 의해 영향을 받는다. 노인의 건강은 만성 감염, 제거 곤란한 감염, 염증, 악성 종양, 비정상적 기관 기능, 약물 처치, 건강하지 못한 생활 양식, 조직 노화에 의해 전형화되고, 이들 모두는 더 나쁜 면역 반응을 만들어낼 수 있다. 조절 곤란은 노인에서 우세하다.
노화에서 외래 항원에 대한 면역 반응은 감소하는 반면 자가항체의 유병률 증가가 발생한다. 노인은 젊은이보다 세균, 바이러스, 원생동물 및 신생물(neoplasia)에 더 취약하다. 또한, 만성 염증 반응이 일어나고, 이는 다른 것들 중에서도 조직 손상, 알츠하이머 병 및 아테롬성 경화증에 관계될 수 있다. 노령에서는 적은 개수의 새로운 T 세포만이 흉선에서 생산된다. 성장 호르몬 및 인슐린은 노인의 흉선을 자극하여 더 많은 T 세포를 생산하도록 할 수 있다. 또한, 노령에서 골수 줄기 세포의 감소는 더 적은 미경험 T 세포의 결과로 나타나고 따라서 더 많은 기억 T 세포가 존재한다. 확장된 골수 줄기 세포의 이식을 이용하여 노인 및 환자에서의 T 세포 생산을 증가할 수 있다.
노인에서는 더 적은 T 세포가 생산, 분화 및 활성화된다. 젊은이에 비한 노인에서의 가장 극적인 차이는 존재하는 T 세포 개수가 적다는 것이다. T 세포는 분열 촉진 물질(mitogen) 및 항원에 덜 반응한다. T 세포 세포독성은 덜하다. 젊은이에서 주로 미경험 T 세포 집단으로부터 노인에서 주로 기억 T 세포로의 전이가 일어난다. 더 나아가, 기억 세포는 나이에 따라 TCR의 단일 클론을 보유하므로, 상대적으로 적은 개수의 T 세포의 상이한 클론이 이용가능하다. 이는 항원에 대한 일생 동안의 노출 및 더 적은 미경험 T 세포의 생산의 결과일 수 있거나, 노화된 계의 말초 미세환경이 미경험에서 기억 T 세포로의 전이를 유발할 수 있다.
미경험 대 기억 세포의 더 큰 비는 유기체의 더 긴 수명을 초래할 수 있다. 미경험 T 세포가 적을수록 IL-2(T 세포 및 기타 면역 세포의 증식 및 활성화를 촉진)가 적게 생산된다. T 세포는 림프절에서 종자 중심을 형성하는 데 덜 활성일 수 있고 B 세포가 그 항체 유전자를 재배열하도록 유도하는 데 덜 활성일 수 있다. 노화에 따라 더 적은 CD8+T 세포가 과생산되는 반면, 젊은 면역계에서는 수천 개의 고유의 CD8+T 세포가 상이한 항원을 인식한다. 따라서, 젊은이에서는 더 다양한 CD8+T 세포가 병원체를 공격한다. 젊은이에서는 많은 상이한 항원에 대해 많은 T 세포 클론이 있는 반면, 노인에서는 T 세포 클론은 적은 양에 한정되어 우세할 수 있고 따라서 T 세포 클론이 대표하는 항원은 노인에서는 감염을 소거할 수 없다. 따라서, 증가하는 개수의 T 세포, 특히 미경험 T 세포가 이러한 감소된 T 세포 활성을 보상할 수 있다.
T 세포의 클론 복제 노쇠는 면역 반응을 손상할 수 있고, 더 많은 개수의 클론 T 세포를 가능케 하기 위해 미경험 T 세포를 재투입하는 것이 중요하다. T 세포와 대조적으로, B 세포는 나이에 따라 그 개수나 항체 개수의 감소를 거의 보이지 않는다. B 세포는 활성, 증식 및 항체 생산의 감소를 나타낸다. 항체의 결합 활성(avidity)이 감소할 수 있다. 본 발명에서, T 세포(예컨대 미경험 T 세포) 도입이 나이에 따른 B 세포 활성의 임의의 손실을 보상할 수 있다.
항원 제시, 면역 세포에 의한 IL-12 생산, 및 DC가 생산하는 T 세포 자극 분자가 감소한다. IL-12는 T 세포 증식 및 INFγ의 분비를 북돋운다. 따라서, 더 많은 면역 세포(T 세포)가 면역 세포 생산 인자(사이토킨 등)의 감소를 보상하기 위해 본 발명에서 이용될 수 있다.
노화에서 선천성 면역 세포가 변할 수 있다. NK 세포는 어느 정도의 살상력을 잃지만 개수의 증가가 보상할 수 있다.
대식 세포는 그 TLR의 일부를 잃고 더 적은 사이토킨을 생산할 수 있다. 따라서 더 많은 대식 세포는 더 많은 사이토킨의 배출을 통해 적응성 면역 반응을 포함한 면역 반응을 보조할 수 있다. 본 발명에서 대식 세포는 대식 세포의 개수를 증가하기 위해 이식 또는 주입되어 선천성 및 적응성 면역 반응 모두를 증가시킨다. 따라서, 더 많은 T 세포가 이 기능을 증가시킬 수 있다.
선천성 면역 세포는 IL-2, IFN-γ, 몇몇 성장 인자(즉 GM-CSF) 및 중성구의 세포자멸사를 방지하는 세균 생성물(LPS)를 생산하지만, 노인에서 세포자멸사는 더 쉽게 일어난다. 따라서, 이는 중성구가 조직에 축적하는 것을 방지할 수 있고, 이것이 노인들이 감염에 더 취약한 이유가 될 수 있다. 따라서, 감염에 싸우기 위해 더 많은 중성구를 첨가할 수 있다.
백신은 외래 항원에 좌우되어 긴 수명의 특이적 T 및 B 세포 클론을 증대시킨다. 예방 접종은 항원에 대한 특이적 항체의 생산을 일으키지만, 노인에서는 이것이 대체로 손상된다. 예방 접종은 노인에서는 손상되거나 효과적이지 못하다. 높은 사망률로 이어지는 감염은 독감, 폐렴구균 폐렴, 균혈증, 쓸개염 및 파상풍이다. 보강제(adjuvant)가 면역 반응 증가에 도움을 준다. 본 발명에서는 미경험 T 세포를 이용하여 예방 접종에 대한 면역 반응을 증가할 수 있다.
노화에서는 면역 세포에 의한 IL-10, IL-6 및 TNFα 분비의 증가가 있다. 또한 더 낮은 T 세포 증식 반응, 낮은 B 세포 개수에 따른 위험 증가가 있고, CD8+, CD28-, CD57+ 세포가 증가하고, CD4+ 대 CD8+ 비는 1 미만이다. T 세포는 젊은이에서처럼 사이토킨을 만들지 않는다. CD28은 노화하는 사이토킨 생산에 대한 지금까지 가장 우수한 지표이며 이 세포는 노인에서는 그다시 우세하지 않다. TNFα는 CD28 발현을 조절한다. CD28 수준은 T 세포 활성화에 중요하다. CD28은 공동 자극성 분자이다. CD28- CD4+ 세포는 고정 항-CD3에 의한 자극 이후 다량의 IL-2 및 IFNγ를 만든다. 다른 공동 자극성 T 세포 분자는 CD 134 및 154이다.
따라서, 적절한 면역 세포를 개체에 도입함으로써 다수의 질환을 관리할 수 있다.
노인에서는 면역 세포 변화에 의해 새로운 골 형성의 손실이 있다. 예컨대, 폐경 여성에서 에스트로겐의 손실은 단핵구 및 대식 세포에 의한 IL-1 생산을 증가시킨다. 그러면 IL-1은 골모세포에 의한 IL-6의 생산을 증가하고, 이는 골다공증을 유발할 수 있는 골흡수를 유도한다. IL-1 또는 IL-6 생산을 감소하는 세포 또는 균형잡힌 T 세포계는 이 기전에 의한 골흡수를 방지할 수 있다. 에스트로겐 단독 또는 이와 세포와의 조합을 이용할 수 있다.
IL-6, IL-10, TNFα와 같은 다른 유해한 사이토킨을 제어하는 세포를 노화하는 면역계의 효과에 대항하는 데 이용할 수 있다.
선천성 면역 성분은 아테롬성 경화증에 기여할 수 있다. 특히 대식 세포는 염증 지향성 사이토킨을 생산할 수 있다(산화된 콜레스테롤 축적 및 상처의 결과로서 혈관 세포가 생산하는 단백질과의 상호작용에 의해). 또한, 활성화 T 세포가 아테롬성 경화증이 되는 경향이 있는 동맥 내막 부위에서 발견되는 최초의 세포들 중 하나이다.
만성 염증은 조직을 손상하여 알츠하이머 병(AD) 및 아테롬성 경화증과 같은 관련 질환 및 노화를 촉진하고, 적응성 면역 반응이 쇠퇴하면서 노인에서 흔하다. 예컨대 AD에서, 뇌 실질 및 그 혈관계에서 발생하는 β-아밀로이드 응집체는 보체와 미세아교 세포가 연루되도록 유발하여 프로스타글란딘, 급성기 반응물질 및 염증지향성 사이토킨으로부터의 염증을 촉발한다. 아테롬성 경화증에서 산화 지단백질에 대한 항체는 혈관 조직에 손상을 주는 염증을 촉진할 수 있다. 본 발명의 이 구체예는 아밀로이드 플라크(plaque) 및 신경 섬유 매듭을 분해하기 위해 뇌 실질 및 연관된 혈관계에 이식되는 면역 세포를 이용할 수 있다. 대식 세포 및 미세아교 세포가 바람직한 세포이다.
종양 세포는 그 표면상에 외래 항원을 나타내고, 따라서 T 세포, NK 세포 및 대식 세포를 포함한 면역 반응에 박차를 가한다. 이들 면역 세포는 시험관 내에서 확장되어 종양과 싸울 수 있다.
자가면역은 체액 및 세포 성분 모두를 갖는다. 류마티스 관절염은 자가면역 질환의 다른 예이다. 자가면역은 거대 분자가 비자기로 인식되는 산화 또는 글리코실화(AGE)와 같은 거대 분자의 비정상적 변경에 의해 유발될 수 있다. CD5+B 세포가 대부분의 자가항체를 생산하고 CD8+T 세포는 이 B 세포가 증식하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 더 많은 T 세포는 자가면역 및 자가면역과 연관된 질환을 감소할 수 있다. 세포 매개 면역 및 DC 성숙의 억압은 IL-10을 분비하는 대식구, T 세포 및 단핵구에 의해 제어될 수 있다. IL-10은 노인에서 상승한다. 이 면역 세포의 이용은 자가면역 반응을 제어할 수 있다. 염증 감소는 면역계에서 중요한 목표이다. 이는 T 세포의 첨가에 의해 주로 완수할 수 있다. 특정 조직에 이식 또는 혈류에 주입된 일련(tandem) 또는 별개의 기질 세포는 염증을 감소할 수 있다.
건강한 노인은 조직 자가항체, 암, 치매, 당뇨, 백내장 및 심장 질환이 없다. 이들의 T 세포는 완전한 증식 능력을 가지고, 최고 T 세포 증식에 도달하는 시간에 있어서의 지연만을 나타낸다. 바람직한 구체예에서 면역계, 특히 노인의 면역계의 조절 곤란을 교정하는 데 T 세포를 이용한다. 본 발명에서는 건강한 일생을 위해 다수의 미경험 T 세포를 유지하고, 다른 기능장애들 중에서도 자가면역, 암, 치매, 당뇨, 백내장 및 심장 질환의 장애 중 일부에 대항하는 것이 중요하다.
노인에서 T 세포의 증식 능력은 감퇴하므로, 시험관 내에서 성장한 많은 수의 T 세포를 넣는 것이 중요하다. 더 나아가, 시험관 내에서 오래된 혈청 대신 신선한 혈청을 이용하여 시험관 내 T 세포의 증식 및 활성을 더 효과적으로 증가시킬 수 있다.
적응성 경로의 힘을 증가시키기 위해, 바람직한 접근법은 T 세포를 배양하는 것이다. T 세포의 비선택성 집단 또는 단일 클론 T 세포를 배지에서 확장한 뒤 다수를 개체에 투입할 수 있다. T 세포의 특이적 또는 단일 클론 집단은 특정 관심 항원의 친화적 결합 뒤 시험관 내 확장에 의해 선택할 수 있다. 대안으로 비선택성 집단은 관심 항원의 제시에 의해 시험관 내 선택할 수 있다. 항원은 비세포 또는 세포 형태로 제시될 수 있다. 바람직한 구체예는 T 세포의 원하는 클론의 증식을 자극하는 형태이다. 따라서 보조 세포, 항원 및 IL-2 및 IL-4와 같은 사이토킨을 이용하여 T 세포를 선택 및 확장할 수 있다. 세포 형태는 B 세포, 또는 선택적 T 세포 증식을 자극하기 위해 T 세포에 항원 또는 항원에 대한 항체를 제시하는 기타 세포가 될 수 있다.
적응성 경로를 향상시키기 위해, 비경험(항원을 만나지 않은) T 세포를 흉선의 핵심 영역의 개선 또는 재생에 의해 성숙 및 개수 증가시킬 수 있다. 시험관 내 배양된 흉선 세포를 성장시켜 피질 및 수질 부위를 포함한 흉선의 영역에 이식할 수 있다. 상피 세포, EPC 또는 혈관주위 세포를 배양시켜 흉선에 재이식함으로써 조직에서의 혈관 신생을 향상시킬 수 있다.
APC 세포는 시험관 내에서 배양하여 생체 내에서 제시할 수 있다. 이 세포는 관심 항원을 함유하는 대식 세포 또는 수지상 세포일 수 있다. 본 발명에서는 시험관 내에서 활성화되는 APC의 첨가가 바람직하지만, 생체 내에 많은 수의 APC만의 첨가도 이용할 수 있다.
대안적 구체예에서, 면역 세포는 증식력 및 병원체 및 변형된 세포에 대한 결합 활성을 증가하기 위해 유전적으로 변형된다.
면역 세포는 상기 기술한 내인성 위치뿐 아니라 혈액 또는 림프와 같은 말초 위치에서 얻을 수 있다. 예컨대, T 세포는 공여자의 말초로부터, 또는 골수 또는 비장 내 T 세포 기원세포(progenitor)로부터 얻을 수 있다.
항체를 이용하여 몇몇 T 세포의 아집단을 선택할 수 있다. 예컨대, T 세포상의 특이적 표면 수용체에 대한 항체를 이용하여 CD8로부터 CD4를, 그리고 이들 T 세포의 다른 아형을 미경험 및 기억 세포로 분별 및 단리할 수 있다.
클론 B 세포는 T 세포와의 공동 배양에 의해 시험관 내에서 성장할 수 있다. 면역 세포의 다른 공동 배양을 이용할 수 있다.
T 세포 및 B 세포는 IL-2에 의해 증식한다. NK 세포는 IL-12에 응답한다. 이들 사이토킨을 이용하여 면역 세포의 시험관 내 증식을 향상시킬 수 있다.
감염된 영역에 면역 세포를 이식 또는 주입함으로써 국소 감염을 치료할 수 있다. 대안으로, 전신 주입(예컨대 정맥 내)을 이용할 수 있다. 전반적(pervasive) 감염 또는 전신 감염(예컨대 패혈증)의 경우 전신 주입이 바람직하다. 유사한 전략을 채용하여 면역 세포로 체내 조직을 복구 또는 재생할 수 있다.
면역 세포의 확장(expansion) 또한 배지 내 젊은 혈청의 존재에 의해 수행할 수 있다. 대안으로, 특이적 성장 인자, 호르몬의 적절한 양 및 질을 이용할 수 있다. 클론 노쇠를 이 방식으로 관리할 수 있다. 예컨대, T 세포는 다른 체세포(예컨대 결합 조직 세포)가 그러하듯이 배지에서 노쇠한다. 시험관 내 T 세포 복제 노쇠는 배지가 항원 및 덧세포(accessory cell)가 없이 IL-2 및 IL-4를 함유할 때 지연 또는 제거할 수 있다. 따라서, 항원 수용체 및 외인성 인터류킨을 통한 간헐적 재활성화에 의해 단리된 다클론 또는 단일클론 T 세포를 장기 배지에서 성장시킬 수 있다. 대안으로, (텔로머라제 활성화, 예컨대 hTERT를 통한) 텔로미어 첨가의 도입을 통한 클론 확장의 재현을 수행하여, 항원과 싸우는 데 적절한 개수의 특이적 림프구를 얻을 수 있다.
감염
만성 감염은 감염된 영역에 면역 세포를 배치하여 치료할 수 있다. 많은 기능들 중에서도, 면역 세포의 감염 전투력을 향상시키기 위해 건강한 조직으로부터의 섬유모세포를 감염된 조직에 이식할 수 있다. 섬유모세포는 감염 상태의 소거를 보조하기 위해 조직에 대해 건강한 구조를 구축할 수 있다. 섬유모세포는 감염과 싸워서 이를 소거하는 데 이용할 수 있다. 섬유모세포는 패혈증과 같은 전신 감염에 대항하여 이용할 수도 있다.
만성 염증
만성 염증은 조직을 손상하고, 알츠하이머 병(AD) 및 아테롬성 경화증과 같은 관련 질환 및 노화를 촉진한다. 질환, 손상, 암, 병원체 또는 외래 항원의 침입은 면역 반응 및 사이토킨 및 케모킨의 배출에 주로 기인하여 염증 과정을 일으킬 수 있다. 염증은 증가된 혈류, 림프구 진입, 면역 세포 및 조직 복구에 관련된 것과 같은 다른 세포 유형의 화학 유인, 및 감염의 자기근절(self-containment)을 일으킨다. 염증은 팽윤, 열 및 통증을 유발할 수 있다. 면역 세포 및 동원 및 확장된 기타 세포 유형이 제거되는 경우 염증 감소가 발생한다.
만성 염증은 곤란하게 조절된 염증 과정이다. 염증 영역에서 국소 섬유모세포는 화학 유인 및 기타 염증 신호를 중단하지 않는다. 이 실패는 면역 세포의 유지 및 부적절한 생존으로 이어진다. 기질 섬유모세포는 염증 동안 생존 신호를 생산할 수 있고 염증 반응의 종료시에 세포는 생존 신호를 중단하고 이는 세포자멸사 및 후속하는 불필요한 작동 세포의 식세포로 이어진다. 대식 세포, 수지상 세포 및 림프구와 같은 면역 세포는 서로 그리고 다른 면역 세포와 상호작용하지만, 섬유모세포 활성화가 면역 세포와의 동조화 및 상호작용에서 핵심 역할을 수행한다. 섬유모세포는 손상을 반영하는 염증성 침투물의 속성 및 속도를 제어하는 국소 세포성, ECM 및 사이토킨 미세환경을 변경한다. 후천성 면역 반응으로의 전이를 의도하는 급성 염증이 손상 부위에서 기질 섬유모세포의 조절 곤란에 의해 만성 지속성 조직 손상성 염증으로 이탈될 때 만성 염증의 결과가 나타날 수 있다. 적합한 ECM, 사이토킨 및 케모킨 환경의 제공과 같은 적절한 섬유모세포 작용이 만성 염증을 방지할 수 있다. 섬유모세포는 NF-κB 경로 조절을 통해 사이토킨 생산을 제어할 수 있다.
선천성 면역에서 후천성 면역 반응으로의 전형적인 전이는 처음에 급성 염증 반응을 포함하며, 이때 예컨대 항원 또는 죽은 세포는 조직 대식 세포 및 섬유모세포를 활성화시켜 더 많은 면역 염증성 세포를 동원하는 사이토킨 및 케모킨을 생산하도록 한다. 미성숙 수지상 세포 또한 활성화되어 항원과 함께 림프절로 이동하여 여기에서 후천성 면역 반응이 우세하게 만들어진다. 조직 복구 및 면역 기억이 정상적인 상황에서 뒤따른다. 만성 염증에서는 섬유모세포는 생존 지향성 인자(즉 IFN-β) 및 유지 지향성 인자(즉 SDF-1)와 같은 케모킨 및 사이토킨의 분비를 계속하고, 이는 조직 내 면역 세포의 축적을 증가시키고, 림프 응집체로서 나타나고 조직 복구를 방지한다.
바람직한 구체예에서 만성 염증은 비염증성 조직으로부터 얻은 기질 섬유모세포로 치료할 수 있다. 치료는 혈류로 섬유모세포를 주입함으로써 행할 수 있다. 대안으로, 만성 염증이 조직과 같이 국소적이라면, 기질 섬유모세포를 조직 또는 그 근처에 이식할 수 있다.
또한, 류마티스 관절염에서와 같이, 관절의 염증 반응을 소거하기 위해 비류마티스 섬유모세포를 이용할 수 있다. 다른 자가면역 질환을 유사한 방식으로 대응할 수 있다.
조직 섬유증
섬유증은 정상적인 조직 복구 및 유지 과정의 조절 곤란이 조직 흉터를 일으키는 것으로 기술할 수 있다. 섬유증은 종종 조직의 경화를 일으킨다. 조직 섬유증은 대부분의 형태의 만성 조직 손상에서 최종 공통 병원성 경로이다. 원인은 다른 것들 중에서도 염증, 감염, 노화, 경화증, 혈관 기능 장애, 대사 기능 장애, 자가면역 질환, 림프부종(비배액성 림프절의 팽윤에 기인한 섬유증), 화학 요법, 방사선 요법, 숙주 대 이식편 반응, 화상, 상처, 고혈압, 당뇨 상태, 장기간의 팽윤 또는 부종, 환경적 상해, 유전 질환에 기인할 수 있다. 섬유증은 기관 손상 및 부전의 결과를 낳고 이때 정상적인 조직 환경을 섬유성 병변으로 점진적으로 교체하는 것이 발생한다. 섬유증은 조직 구조물 또는 미세 환경의 왜곡을 낳고 이는 조직 기능 장애를 일으킨다. 섬유증은 결합 조직에서의 섬유모세포와 같은 과량의 세포 생산, 성장 인자, 사이토킨 및 TGFβ와 같은 케모킨의 과도한 배출, 콜라겐을 포함한 과량의 ECM의 과량 생산 및 침착 및 섬유모세포의 근육섬유모세포로의 전이 분화에 의해 유발될 수 있다.
조직 섬유증은 조직 내에 과량의 콜라겐 침착을 포함한다. 섬유증의 조직 위치의 다수는 간질(interstitial) 또는 세포간으로서 분류된다. 조직 섬유증은 대부분의 조직에서 일어날 수 있다. 주요 기관은 피부, 심장, 폐, 신장, 간 및 골수를 포함한다. 다른 조직은 다른 조직 또는 기관 유형들 중에서도 근육, 수정체, 췌장, 뼈, 혈관, 신경 섬유, 힘줄, 인대, 식도, GI 관, 장, 창자, 식도, 생식 구조체, 내분비 기관(예컨대 갑상선, 뇌하수체선 및 시상 하부), 관형 구조체(예컨대 요관 및 요도)를 포함한다. 섬유증은 주로 국소적으로 조직을 영향을 주지만, 전신 피부경화증에서와 같이 전신성일 수 있다.
섬유증은 다른 것들 중에서도 전신 경화증, 혼합성 결합 조직 질환, 골경화증, 다발 경화증, 혈관염을 포함한 많은 경화 상태에서 일어난다.
전신 경화증에서, 미만성 경화증은 피부, 관절 조직 및 내장 기관(예컨대 심장, 신장, 폐, GI 관 및 식도)에 존재한다. 혈관염에서 혈관벽의 어떠한 층도 영향을 받은 부위에서 (주로 염증에 의해) 섬유성이 될 수 있음과 함께, 내막 비대 및 탄력판(elastic lamina)의 파괴를 동반할 수 있다. 영향받는 주 혈관은 동맥이지만, 세동맥, 정맥, 세정맥 및 모세혈관이 관계될 수 있다.
섬유증은 과량의 콜라겐 섬유 및 ECM을 현저하게 포함한다. 경화증은 때때로 유리질성의 ECM의 과량의 비섬유성 침착을 기술할 수 있다. 본 명세서에서 기술하는 섬유증은 섬유증 및 경화증 분자 특성 모두를 포함하며, 본 발명은 둘 모두에 적용된다.
새로운 섬유모세포 및 과량의 콜라겐을 함유하는 흉터 조직이 종종 상피 세포에 근접해 있다. 따라서, 신장 섬유증에서와 같이 상피 기관에서 섬유모세포의 축적이 있다. 상피에서 중간엽으로의 전이 또는 상피 세포의 특정 집단의 섬유모세포로의 전이 분화가 섬유증에서 일어날 수 있다. 다른 과정들이 섬유증을 유도할 수 있다. 트롬빈 및 인자 Xa와 같은 응고 인자는 PAR-1 단백질 분해 활성 및 PDGF 및 CTGF ECM 성장 인자의 후속 배출에 기인해 섬유지향성이다. AGE는 RAGE-ERK1/2MAP 키나제 신호 경로를 통해 관형 상피에서 근육섬유모세포로의 전이를 유도할 수 있다.
간질 섬유모세포가 신장, 폐 및 간과 같은 기관 섬유증에서 주된 작동 세포이다. 이 섬유모세포는 조직 자체로부터, 상피에서 섬유모세포로의 전환으로부터 오며, 일부는 골수로부터 올 수 있다. 섬유모세포는 섬유 조직에서의 섬유모세포의 섬유 생성 표현형에서의 이질성을 표현하는 조직 내 섬유모세포의 아집단을 나타낼 수 있다. 섬유모세포에서 근육섬유모세포로의 전환은 TGFβ에 의해 유도될 수 있다. TGFβ 독립성 섬유 비생성 근육섬유모세포 표현형에 대조적으로, 특이적인 근육섬유모세포 표현형은 섬유증을 만들어 낼 수 있다. 8개의 아미노산 펩티드인 Ang Ⅱ는 TGFβ 상향 조절에 의해 섬유생성 지향성이다. 섬유증에 기여할 수 있는 다른 세포 유형은 면역 세포, 예컨대 대식 세포, 단핵구, 호산구 및 T 세포, 골수 기원 세포, 혈소판 및 성장 조정 매개자(예컨대 상피 세포 손상에 의해 촉발됨)를 배출하는 염증 세포, 간의 간성상(stellate) 세포 및 췌장의 성상 세포를 포함한다.
HGF는 섬유증을 예방할 수 있고, TGFβ의 발현의 억압, 콜라게나제 활성 증가, 간 세포 증식의 자극, 간 세포 세포자멸사 억압 및 근육섬유모세포(이는 간에서 섬유성 변화와 관계있는 주된 세포 유형임) 조정에 의해 작용한다. 섬유모세포 및 간 세포가 HGF를 만든다.
피부 조직에서, 흉터 형성은 상처 치유 응답에 보통 기인하며, 켈로이드 형성을 포함하여 위축성 또는 비대성일 수 있다. 또한, 진피 및 피하 섬유증, 지방피부 경화증, 피부 및 피하 층의 점진적 경화가 정맥 질환 또는 자가면역 질환(예컨대 피부 경화증)과 같은 다른 원인에 의해 발생한다.
간 경화증은 예컨대 알코올 또는 바이러스 감염에 의한 만성 간 손상에 기인하며, 간의 광범위한 섬유성 흉터 형성 및 기능 장애가 특징이다. 다른 간 질환의 예는 화학적 독소, 낭성 섬유증 연관 간 질환, 또는 만성 담즙 정체성 간 질환에서의 담관 손상에 기인한 담즙성 유형 간 섬유증을 포함한다. 섬유모세포 및 간 세포가 HGF를 만들며 이들 세포 유형을 간 섬유증 제거에 이용할 수 있다.
골 섬유증은 골모세포 활성의 손상 때문에 뼈를 파괴할 수 있다. 이는 과량의 ECM 및 MMP 활성의 손실에 의해 유발된다. 섬유증은 파골 세포를 유인한다. 손상된 골모세포 기능은 골감소증 및 머리얼굴 이상형태증으로 이어진다. 파골 세포 활성의 증가가 조직 파괴의 증가에 기인하여 관절염, 골용해 및 골다공증에서 일어난다. 골모세포 또는 섬유모세포의 이식이 골 섬유증을 제거할 수 있다.
골수 섬유증은 많은 기관 및 조직에서의 세포의 재보충에 영향을 주는 줄기 세포의 생산을 억제한다. 골수 섬유증은 기질 섬유모세포, 특히 골수 기질로부터의 것을 이식하여 제거할 수 있다.
신장 섬유증은 많은 상이한 신장 질환에 의해 유발될 수 있다. 사구체 경화증(국소-분절)이 노화 동안 발생한다. 다른 것들은 특히 당뇨병성 신장병증, 루프스 신장염, 고혈압성 사구체 손상, 신장 피부 경화증, IgA 신장병증, 겸형 세포 신장병증, 사구체 신염, 신장염 증후군, 세뇨관 손실과 함께 신장 이식 후의 만성 이식편 기능 장애를 포함한다. 신장 섬유증은 간질성 또는 세뇨관간질성 섬유증으로 분류할 수 있다. 섬유모세포로의 상피 전이분화, RAGE 작용, 레닌-안지오텐신 및 엔도텔린 계 손실이 신장 섬유증을 유발하는 기전들 중 일부이다. ACE 억제제는 신장 섬유증 (예를 들어, 노화와 관련된)을 예방할 수 있다. 혈관간 세포는 ECM을 분해할 수 있고, 신장 섬유아세포가 신장 섬유증을 제거하도록 사용될 수 있다.
심장 섬유증은 기타 원인 중, 염증, 노화에 따른 심부전, 심장 손상, 심장 비대로부터 발생할 수 있다.
섬유증은 육아종성 자가면역성 갑상선염과 같은 많은 조직, 비폴립 (염증 세포에 의한), 염증성 장질환 (장 근섬유아세포가 관련된), 근조직 (예를 들어, 탈신경성 골격근), 만성 췌장염 (췌장 성상 세포가 관련된), 연조직 지방층염에 의한 정맥질환, 수정체 상피 세포 유사분열 및 연장된 섬유 세포로의 분화에 따른 수정체의 지속적 성장에 의한 수정체 혼탁 (백내장)에서 발생한다.
폐 섬유증은 폐 손상, 그 이후의 염증, 섬유성 증식 (예를 들어, 특이 간질성 섬유아세포 및 근섬유아세포 친섬유화성 표현형)으로 시작되고, 섬유증 (ECM 침착, 유조직의 역 리모델링 (adverse remodeling), 폐 기능이상 및 부전)으로 종결된다. 폐 섬유증은 상피 세포 손상 (즉, 제 II형 폐포 세포), 간엽 세포 (섬유아세포, 근섬유아세포) 증식, 및 폐 유조직의 리모델링을 특징으로 하는, 진행성 만성 염증 폐 질환이다. 다양한 사이토카인 (cytokines), 케모카인 (chemokines), 및 성장인자는 상피 세포로부터 방출되어, 섬유아세포 및 근섬유아세포 증식 및 분화, 그리고 그 발달 및 진행과 연관된 세포사멸 (apoptosis)의 조절에 영향을 줄 수 있다. 상피 손상은 또한 응집 메커니즘을 모집할 수 있다. 골수 전구 세포 및 섬유아세포는 폐 섬유증에서 모집될 수 있다. 폐포 상피 세포 활성은 섬유아세포 및 근섬유아세포 표현형 전환의 형성을 초래할 수 있다. 폐 손상으로 모집된 폐 섬유아세포는 이상 조절되어 섬유증을 촉진시킨다.
폐 섬유증은 폐 내의 섬유상 흉터 조직의 비정상적 형성으로서, 흉터 형성은 질환 또는 환경적 상해에 따른 염증에 의해 진행된다. 폐 섬유증은 호흡을 어렵게 만드는 폐의 강직을 초래하고, 이는 폐 질환의 마지막이다. 폐포 (산소와 이산화탄소를 교환하는 기낭), 폐 모세혈관 및 폐포 사이의 간질 (interstitium space)은 섬유증에 의해 왜곡되고 흉터로 남는다. 폐 섬유증은 또한 간질성 폐 섬유증, 섬유화 폐포염, 간질성 폐렴, 및 함만-리치 (Hamman-Rich) 증후군으로 알려져 있다. 폐 섬유증의 가장 흔한 형태는 미지의 원인으로부터의 특발성 질환, 직업성 질환 및 사르코이드증이다. 이들은 기타 질환 중 COPD, IIPs (특발성 간질성 폐렴), IPF (특발성 폐 섬유증 또는 간질성 폐 섬유증, DIP, 및 UID, 여기서 DIP 및 UID는 다른 단계에 있는 IPF를 정의함), 골수 및 장기 이식, 먼지 입자의 직업적 흡입, 방사선 치료 및 화학요법 후의 이식편대숙주 (graft-versus-host) 질환을 포함한다.
흉막 섬유증은 폐기종에서 발생한다. 섬유증은 천식, 만성 기관지염 및 미숙아의 만성 폐 질환 (CLD)에서 발생할 뿐만 아니라, 결핵, 알레르겐, 자가면역 질환 (류마티스 관절염, 전신홍반루푸스, 전신성 경화증, 공피증)과 같은 감염 및 질환, 실리카, 석면 (중피 세포 내), 및 기타 직업적으로 흡입된 입자로부터 발생한다. 메토트렉세이트, 블레오마이신, 시클로포스파미드, 아미다론, 및 니티오퓨란토인과 같은 약물 또한 섬유증을 야기할 수 있다.
현재 섬유증을 위한 치료법은 없다. 덱사메타존은 폐 섬유증식을 감소시키는 것이 아니라, 염증을 감소시킨다.
COPD 진행은 강 (lumen) 내 염증 점액 삼출물 및 림프 여포를 형성하는 선천성 및 적응성 염증 면역 세포에 의한 벽의 침윤을 축적시킨다. 이러한 변화는 이들 기도 벽의 두께를 증가시키는 회복 또는 리모델링 과정과 연관된다. IIPs (특발성 질환 간질성 폐렴)은 5개의 하위군을 포함한다: 통상성 간질성 폐렴 (UIP), 세기관지염 간질성 폐렴 (BIP), 탈락성 간질성 폐렴 (DIP), 거대 세포 간질성 폐렴 및 림프성 간질성 폐렴.
섬유증은 폐 내에서 반상(patchy) 또는 확산일 수 있다. 반상 섬유증은 정상 및 염증/섬유화 폐 유조직의 교호 영역을 보여준다. 확산 섬유증은 염증 과정에 의해 침범되어 질환과 연관된 정상 폐 유조직이 없는 전체 폐 유조직을 포위한다. 흔한 만성 염증 폐 질환에 의해 침범되는 해부학적 위치는 흉막하 또는 말초 확산된다. 손상에 있어서, 소엽 및 선포의 원위부는 구심력에 의해 폐 유조직으로 향하는 흉막하 영역으로부터의 염증 및 섬유증에 의해 정의된다. 염증 과정에서의 세기관지 중심 확산은 접촉성 기관지 주변 폐포 중격으로의 확산과 함께 기관지 혈관 다발에 집중된다. 폐포 중격 확산은 소엽 전체에 걸친 염증 또는 섬유증에 기인한 두꺼워진 폐포 중격이다. 염증이 장측흉막, 소엽간 중격 및 중격 보존이 거의 안 된 기관지혈관 다발을 따라간다면, 상기 과정은 임파선 전이성이다. UIP는 유조직 손상의 반상 흉막하 및 말초 확산이다. 비특이성 간질성 폐렴 (NIP)으로부터의 폐 손상은 폐포 중격 패턴을 갖는 확산이다. DIP는 확산이고, 흡연자의 대식세포에 의해 공간 충전된 폐포 중격 염증 및 섬유증을 동반하는 손상의 흡연자형이다. 폐포 중격은 반응성 폐포세포에 의해 정렬되고, 단핵성 침윤 및 중격 콜라겐의 약한 증가에 의해 두꺼워진다. 간질성 폐 질환과 관련된 호흡기 세기관지염은 반상이고, 약한 기관지 주변 섬유증과 같이 확산하는 세기관지 중심이다. 특발성 기질화 폐렴은 세기관지 중심 반상이고, 기도 및 공간 내 섬유점액성 결합 조직 플러그를 사용하는 일시적으로 동질인 과정이다. 림프성 간질성 폐렴은 T 세포, 플라즈마 세포 및 대식세포를 포함하고, 주로 확산하는 폐포 중격인, 짙은 확산 림프성 침윤이다. 사르코이드증에서의 폐 섬유증의 전형적인 특성은 IPF 또는 UIP에서와 다르다. 이는 중간 및 상부 폐 영역에서 시작하여, 폐문 후퇴, 견인 폐기종 및 섬유낭종 변화와 상엽 부피 손실을 초래하고, 폐 사르코이드증 내의 육아종성 염증에 의해 주로 기인된다. 과립 형성은 낮은 용해도의 항원성 물질의 조직 침착으로 시작한다. 이는단핵성 식세포에 의해 대식되고, CD4+ T 세포와의 반응을 위한 항원 제시 세포의 표면 위에 표시된 class II MHC 내 펩티드로서 나타난다. 이들 T 세포 및 단핵성 식세포에 의해 생성된 사이토카인 및 케모카인은 육아종을 발육한다. 사르코이드증에서, 육아종은 뒤에 잔류하는 흉터 조직을 남기는 것으로 해결될 수 있다. 만성 염증의 환자에 있어서, 육아종은 육아종의 주변에서 시작하여, 유리질화 및 콜라겐 침착으로 중심을 향해 전개하는 섬유상 변화를 발전시킨다.
IPF는 병인 불명의 섬유상 폐 질환의 집단으로 분류된다. 초기 IPF로는 대식세포에 의해 지배되는 폐포염 및 적은 수의 호중구, 림프구, 및 호산구가 있고, 상피 내 제 II형 폐포 세포가 증가한다. IPF의 중간 단계에서, 폐포 벽이 두꺼워지는 것은 섬유증을 발생시킨다. 후기 단계에서, 염증과 함께 정상 구조에 있어서의 현저한 변화 및 섬유증과 함께 폐포 벽의 확장이 있다. 뇌에서, 별아교세포 또는 아교 세포는 신경 조직의 제거된 흉터에 사용될 수 있다.
ECM 분해 세포 또는 프로테아제 분비 활성 (MMPs)을 갖는 세포의 사용은 조직 흉터를 제거할 수 있다. 육아종, 낭종 및 폴립은 유사한 방식으로 처리될 수 있다. 바람직한 실시예로, 섬유아세포가 사용된다. 통상 조직에 서식하나, 섬유증으로부터 위치에서 제거되는 섬유아세포는 분리되고, 생체 외 확장되고, 이식될 수 있다. 대안으로, 다른 형태의 섬유아세포, 예를 들어 뼈로부터 또는 말초 순환 또는 비장으로부터 분리된 골수 섬유아세포가 사용될 수 있다. 대안으로, 다른 섬유아세포 (예를 들어, 진피 섬유아세포)가 사용될 수 있다. 면역 세포 (예를 들어, 대식세포)와 같은 다른 세포 형태가 사용될 수 있다.
조직 기능은 흉터 제거에 의해 다시 획득될 수 있다. 조직 섬유증은 많은 조직 내에서 정상 섬유아세포 표현형과 같은 환자의 세포 기능을 악화시킨다. 조직 기능은 섬유증 제거 세포로 조직의 기능성 세포를 이식함으로써, 또는 섬유증이 제거된 후 증가될 수 있다.
섬유종 (FIBROIDS)
자궁 섬유종 ("근종", "섬유근종", 또는 "자궁근종")은 통상 자궁의 결합 조직 및 근육 내에 나타나는 양성 (비종양성) 종양이다. 이들은 통상 지속적으로 성장하는 단일 평활 근육 세포로부터 발달한다. 섬유종은 크기가 상당히 다양할 수 있다. 대부분의 시간 섬유종은 천천히 성장하나, 다른 것들은 보다 빠르게 발달한다. 이들은 통상 시간에 따라 더 크게 성장한다. 자궁 내의 위치, 수 및 크기에 따라, 섬유종은 경도의 골반 압박감으로부터 매우 심한 통증, 과다월경출혈, 성교 중 통증, 유산 및 임신 장해에 이르는 범위의 증상을 초래할 수 있다. 자궁 내의 위치에 따라, 이들은 점막하, 점막내 또는 유경성 점막하일 수 있다. 이식된 섬유아세포는 섬유종 조직을 제거하거나 또는 크기를 감소시키는 데 사용될 수 있다.
유착
유착은 흔한 부인과 시술, 예를 들어 비대증 및 소파술, 제왕절개술, 자궁적출술, 자궁내막증 근종 절제술 (섬유종 제거)의 수술적 처치, 난소 수술 및 난관 재건 수술을 포함하는 모든 종류의 수술에서의 흔하고도 때때로 심각한 결과이다. 골반 영역 내의 수술 후 형성되는 유착은 수술 후 골반 통증, 불임, 및 소장 폐색의 주된 원인 중 하나이다.
난소를 제외한 모든 복부 및 골반 장기는, 적어도 부분적으로 복막 내에 싸여있다. 복막이 수술중에 또는 다른 과정으로 손상될 때, 손상 부위에는 염증이 발생한다. 염증은 또한 흉터 조직 (예를 들어, 섬유소 기질)의 섬유상 띠의 발달을 촉진함으로써 유착 형성의 원인이 된다. 일반적으로, 이들 섬유소 띠는 결국 섬유소 용해를 통해 용해되고 손상된 부위는 지속적으로 치료된다. 간혹 수술의 성격이 이 영역으로의 혈류 감소 (국소 빈혈)를 초래하고, 이것이 섬유소 용해를 억제할 수 있다. 섬유소 띠가 용해하지 않으면, 이들은 정상적으로 분리되는 골반 장기 또는 조직과 함께 결합 또는 연결되어 성장하는 유착으로 발달할 수 있다. 유착 위치 내 또는 근처에 이식된 섬유아세포는 유착을 감소 또는 제거하는데 사용될 수 있다. 혈류를 증가시키는 세포, 예를 들어 내피 세포는 섬유소 용해 단백질 및 섬유소 기질을 분해하고 유착을 제거하는 인자를 방출하는 데 사용될 수 있다.
혈액 및 그 질환 - 빈혈증
빈혈증은 헤모글로빈 양의 감소에 의해 통상 측정되는. 혈액 내 적혈구 (적혈구)의 정상 수치보다 낮은 상태이다. 헤모글로빈은 산소를 수송하는 적혈구 내의 적색 안료이다. 적혈구 형성 (적혈구 발달)은 전능 조혈 줄기 세포 (HSC)로 시작하여, 골수계로 분화하고, 콜로니 형성 단위 적혈구 (CFU-E)를 형성한다. CFU-E는 정적아구로 성숙되는 전정적아구 (proerythro모세포s)로 분화하고, 헤모글로빈을 합성한다. 이들 세포는 이후, 그들의 핵을 압출하여, 성숙 적혈구가 되기 전 2일 동안 혈액 내를 순환하는 골수 망상적혈구가 된다. 신장의 모세혈관 내피 세포에 의해 주로 생성되는 에리트로포이에틴 (EPO), 당단백질 호르몬은 골수 내 적혈구 생성의 조절을 책임진다. 상기 호르몬의 이차적 양은 건강한 성인 간의 간세포 내에서 합성된다. 만삭아뿐 아니라 미숙아에서, 간은 EPO 생성의 주된 위치이다. 신장은 태생 직후 EPO 합성의 주된 위치가 된다. EPO 생성은 신장 동맥 순환에 있어서 감소된 산소 함량에 의해 촉진된다. 순환하는 EPO는 적혈구 전구체의 표면의 EPO 수용체에 결합하여, 기능성 적혈구로의 성숙 및 복제를 일으킨다.
본 발명에 의해 치료 가능한 빈혈증의 잠재적 원인 및 형태는 많다. 비타민 B12 결핍에 의한 빈혈증의 일 형태는 악성 빈혈증이다. 이 빈혈증은 비타민 B12 흡수에 필요한 위선의 위벽 세포에 의해 생성되는 물질인, 내인성 인자의 결핍에 의해 야기된다. 이번에는, 비타민 B12가 적혈구 형성을 위해 필요하다. 이러한 결핍은 위의 수술적 제거, 유전적 조건, 기타 질환 또는 노화에 의해 야기될 수 있다. 본 발명은 자가 위벽 세포의 이식 또는 주입에 의한 치료의 일 형태를 개시한다. 또 다른 형태의 빈혈증은 만성 질환에 버금간다. 신장의 내부 구조가 천천히 손상되는 것과 같이 (예를 들어, 노화에 의함), 만성 신장 부전 또는 기능이상은 수년에 걸쳐 발생하여, 에리트로포이에틴의 생성에 있어서 기능 이상성 세포 변화를 야기한다. 발생하는 빈혈증은 적혈구를 생성하도록 하는 EPO로부터 골수로의 적절한 자극의 결핍에 기인한다. 본 발명의 실시예는 자가 신장 모세혈관 내피 세포의 신장으로의 이식 또는 주입으로, EPO 생성이 적혈구 수를 증가케 하는 것에 의한 치료의 일 형태를 포함한다. 이 방법은 수혈 대신에 사용될 수 있다. 이 방법은 또한 적혈구 생성을 손상시키는 기타 신체적 조건, 예를 들어 골수의 화학요법 또는 방사선 치료에 사용될 수 있다.
의학적 치료 및 수술을 위한 수혈을 요구하는 고령화 사회에 의해, 수혈은 수요가 증가하고 있다. 또한, 재생불량성, 악성, 겸상-세포와 같은 빈혈증은 감염 (예를 들어, 말라리아)에 의해 기인하고, 이들은 혈류 내 보다 많은 적혈구를 요구하는 노화에 의해 기인한다. 보조 세포의 이식에 의해 생체 내 적혈구 생성을 증가시키는 상기의 방법 외에, 본 발명의 또 다른 실시예는 전구 세포의 생체 외 확산(및 이후 전구 세포로서 확산 후 또는 성숙 적혈구로의 생체 외 분화 후, 개체 내로 주입될 수 있음)에 의해, 적혈구를 얻는 것이다.
헤모글로빈의 비독성 형태와 같은 산소 요법은 단지 수일에 불과한 짧은 반감기로 인하여 효과가 좋지 않다. 그러나, 성숙 적혈구는 120일의 수명을 갖는다. IL-3, GM-CSF 및 EPO의 존재 하에서, 기질 세포 (분비된 조절 및 성장인자 및 ECM) 및 줄기 세포는 적혈구 계통을 통해 증대한다. 골수, 말초 혈액, 제대혈 또는 기타 원으로부터 유래된 CD34+ 조혈 전구 세포가 줄기 세포원으로 사용될 수 있다. 바람직한 실시예는 자가원 (autologous source)이다. 전구 세포는 생체 외 증식되고, 사이토카인 (예를 들어, EPO, IL-3, 줄기 세포 인자)으로 생체 외 분화되고, 예를 들어 기질 세포와 공동배양될 수 있다. 적혈구가 사용되거나 또는 성숙 적혈구가 사용될 수 있다. 성숙 적혈구는 외인성 인자를 회수한, 기질 공동배양을 유지함으로써, 생체 외 생성될 수 있다. 골수 환경 내에 존재하는 다른 세포 형태가, 적혈구 세포의 증식 및 이들 세포 (예를 들어, 핵 제거를 유도하는 대식세포)의 분화를 위해, 생체 외에서 사용될 수 있다. 적혈구 세포의 생체 외 생성 단계는, 초기 계통 전구 세포의 증식, 이후 이들 세포의 후기 적혈구 계통 세포로의 분화 및 이들 세포의 기능성 핵 제거된 세포로의 성숙일 수 있다. 적혈구 발달의 임의의 단계에서 세포가 사용될 수 있으나, 바람직한 실시예는 핵 제거된 성숙 적혈구이다.
암
암은 변형된 유전자 질환이다. 시간에 따라, DNA는 원-암유전자를 활성화하고, DNA-복구 기구에 의해 정정될 수 없는 DNA 오류의 불균형을 만드는 종양억제 유전자를 비활성화하는 변화를 축적한다. 암은 체세포의 끊임없는 클론 확산이 침입, 파괴 및 침식에 의해 정상 조직을 죽이는 질환이다. 암, 종양 또는 악성종양의 발달은 통상 여러 단계로 발생한다: 1) 세포에 손상이 발생하여, 단백질, DNA 또는 신호 전달경로가 변화하는 개시 단계. 대부분의 경우, 암은 악성 세포의 클론을 형성하기 위하여 증식하는 단일 줄기 세포로부터 유래한다. 2) 정상적으로 제거되는 손상이, 그렇지 않고 지속되어 세포를 더욱 손상시키도록 허용되는 촉진 단계. 3) 세포가 이제 분화 (퇴화) 및 증식의 정상적 프로그램을 벗어나는 발암 단계. 성장은 정상적인 생화학적 전달경로에 의해 적절히 조절되지 않고, 비정상 성장, 혈관신생 (새로운 관 형성) 침입 및 전이가 발생한다. 4) 임상 질환은 나스 효과 ( nass effect) 및 매우 다양한 임상 증례를 만드는 조직 기능이상을 나타낸다. 5) 전이는 비연속적 성장 및 몸의 다른 부분으로의 파급을 위한 능력을 발달시키는 암 세포의 미시적 군을 특징으로 한다. 개시 및 촉진은 내생성 (예를 들어, 유전적 소인, 유전적 변이, 비조절 유전자 발현 또는 암유전자에 의한 비정상 활성)이거나, 또는 외인성 (예를 들어, 발암물질에의 노출, 환경적 영향 및 노화)일 수 있다. 암 세포 표현형은 6가지의 "특성"을 갖는다: 증식을 멈추는 신호 및 분화시키는 신호의 손실, 지속적 증식의 증가된 능력, 세포사멸의 회피, 조직 및 혈관신생의 침입.
전체 종양은 종종 급속히 확장하기는 하나, 개개의 종양 세포는 정상 세포보다 빠르게 성장하지 않는다. 몇몇 인자는 종양 성장을 위한 최적의 가능성을 제한하고, 종양 성장의 동역학을 결정한다. 이들은 혈액 공급의 필요, 이에 따른 혈관신생의 중요성을 포함한다. 물리적 장벽은 일부 종양이 접촉 억제와 같은 성장 피드백 메커니즘을 유지하게 한다. p53와 같은 기능적 종양 억제유전자는 종양 성장을 느리게 하고, 약한 증식 및 암 내의 유전적 이상에 대한 면역 반응은 항원성 종양을 많이 만들어낸다.
일단 종양 "생성 (take)"이 발생하면, 종양 세포군 내의 모든 증가는 종양에 모이는 신생 모세혈관 내의 증가에 의해 진행되게 된다. 따라서, 대부분의 경우, 종양 성장, 침입 및 전이는 종양으로 혈액을 공급하는 새로운 관을 형성하는 능력에 의존할 것이므로, 암에 있어서 혈관신생이 중요하다. 암에서 두 가지 형태의 혈관신생이 발생한다. 종양 그 자체는 직접 혈관신생으로 혈관신생 유발전구 인자를 만든다. 간접 혈관신생 동안, 종양에 의해 야기되는 염증 또는 산소결핍 중 어느 하나에 반응하는 기질 조직은 성장인자를 만든다.
모든 악성 종양은 국부적으로 침입하고, 대부분 시간의 경과에 따라 전이할 것이다. 종양은 4 가지 다른 패턴으로 퍼진다. 1) 직접 침입에서, 종양은 이웃하는 조직을 침입하고 파괴하는 캡슐을 남긴다. 종양은 라미닌, 피브로넥틴 및 프로테오글리칸과 같은 세포 유착 단백질의 결합을 통해, 또한 단백질분해효소의 활성에 의해 기저막을 침입한다. 2) 세포의 느슨한 클러스터로 체공의 시딩(seeding)이 발생한다. 3) 암 세포가 림프 관에 들어갈 때, 림프 전이 발생한다. 4) 암 세포의 혈행성 전이는 통상 장기 분포의 패턴을 따른다.
전이 위치는 암 세포가 그들이 들어가는 제1 모세혈관계로 침출하는 해부학적 구조에 의해 결정된다. 주성을 통해, 어떤 조직은 특정 암 세포를 유인하는 특정 수용체를 발현한다. 전이의 정도는 종양 세포 생존 및 새로운 위치에서의 전이증식에 의해 결정될 것이다.
암 형태는 관련되는 조직의 형태에 따라 분류될 수 있을 것이다. 선암 (adeno암)은 세포 내막의 특정 내부 장기 내에서 개시되고, 선천적 (분비) 성질을 갖는 암이다. 육종은 뼈, 연골, 지방, 근육, 혈관, 또는 기타 결합 또는 지지 조직의 암을 나타낸다. 편평상피 세포 (상피, 표피) 암은 장기의 상피를 포함한다.
가장 흔한 암은 소세포암 (편평상피암) 및 비-소세포암 (편평상피암, 선암, 및 대세포암의 표피 형태)을 포함하는 폐암이다. 유방암은 관상피내 (즉, 관세포)의 80% 이하의 침입 또는 침투성 암인 것을 특징으로 한다. 대부분의 대장암은 선암이다. 초기 전립선암의 95%를 초과하는 것이 선암이다.
소아암은 백혈병, 림프구 또는 기타 혈액 세포 형태로부터 유래한 혈액암을 포함한다. 림프종은 임의의 림프 조직 또는 림프 결절에서 유래한다. 뼈암은 골아세포 또는 피골세포에서 발생하는 골육종, 에윙육종 (Ewing's sarcoma), 및 연골 세포에서 발생하는 연골육종을 포함한다. 간의 암은 주로 간암 (hepatomas)이다. 연조직 육종은 근육 세포에서 발생하는 횡문근육종을 포함한다. 기타 암은 뇌 종양, 예를 들어 아교 세포에서 발생하는 교모세포종, 신장의 신아세포종, 망막의 망막모세포종, 및 신경 세포에서 발생하는 신경모세포종을 포함한다.
혈액 및 림프계 암은 체내 더 깊은 림프 결절의 호지킨병, 백혈병, 체내 상부 림프 결절의 림프종 및 플라즈마 세포에서 발생하는 다발골수종을 포함한다.
피부암은 멜라노사이트에서 발생하는 악성 흑색종, 편평상피 상피 세포에서 발생하는 편평상피 세포 암, 피부 T세포 림프종, 피부 내 혈관 내피 세포에서 발생하는 암인 카포시 육종 (AIDS와 가장 흔히 관련됨)을 포함한다.
소화기도암은 후두, 구강, 구순 및 구인두인 두부암 및 경부암 및 구강 또는 구순의 두부암 및 경부암을 포함한다. 이들 암은 상피 편평상피세포에서 발생한다. 식도암은 약 50%가 선암이고, 약 50%가 편평상피세포암일 수 있다. 위암은 주로 선암에서 기인한다. 췌장암은 관, 포상 및 유두상 세포로부터가 90%를 초과한다. 간암은 2가지 주된 세포 형태를 갖는 선암이다: 간세포 (hepatocytes) 및 담관암 (담관에서 발생). 대장 및 직장 암은 선암이다. 항문암은 편평상피세포암이다.
남성 생식계 및 비뇨기계의 암은 신장, 방광, 고환 및 전립선을 포함한다. 약 85%의 신장 세포암은 원위세관으로부터의 선암이고, 투명세포 또는 과립 세포암일 수 있다. 방광암은 약 90%가 상피세포로부터 유래된 이행 세포암이다. 6% 내지 8%는 편평상피세포암이고, 2%는 선암이다. 단세포형을 나타내는 종양을 갖는 고환암은 27%가 정상피종, 3%가 배아암, 3%가 고환 기형종, 2%가 난황낭 종양, 0.03%가 융모막암이다. 나머지 암은 하나 이상의 세포 형태를 포함한다.
여성 특이적 암 및 비뇨기계암은 신장 및 방광 암, 유방암, 상피 세포 (선암)로부터 또는 생식세포로부터 발생하는 난소암을 포함한다. 자궁 체부의 부인과 암은 자궁내막 선조직으로부터의 자궁내막 선암 및 근육 세포에서 발생하는 육종이다. 경부암은 상피 세포 (즉, 편평상피- 원주상피 경계부)에서 발생한다. 질암은 상피 편평상피세포에서 발생하고, 외음부암은 상피 편평상피세포, 상피 기저세포에서 발생하고, 또는 육종이다. 융모막암은 임신 중 융모상피에서 발생한다.
내분비암은 세 층의 부신 피질 (즉, 사구체대, 섬망대 및 망상대)의 세포에서 발생하는 부신피질암, 유암종, APUD 세포에서 발생하는 위장암, 내분비 췌장에서 발생하는 도세포암, 부갑상선암, 부신 크로마핀 세포의 갈색 세포종, 성선자극세포 분비 성장 호르몬, 갑상선자극세포 분비 갑상선 자극 호르몬, 부신피질자극호르몬 분비세포 분비 부신피질자극호르몬, 프로락틴 분비세포 분비 프로락틴, 및 생식샘자극세포 분비 난포자극 호르몬 및 황체형성 호르몬을 포함하는 뇌하수체 종양 암을 포함한다. 갑상선암은 유두상 세포암, 여포성 세포암, 휘틀 세포암 및 수질암을 포함한다.
많은 기타 암들이 존재한다. 예를 들어, 뇌 종양은 별아교 세포, 뇌실막 세포, 및 희돌기신경 교세포에서 발생하는 아교 종양을 포함한다. 비-아교 종양은 피네오사이트 (pineocytes) 또는 피네오블라스트 (pineo모세포s)로부터의 솔방울샘 종양, 생식세포 종양, 수막종, 및 맥락총 종양을 포함한다. 뼈 종양, 유암종, 후복강막 육종, 연조직 종양 및 미지의 원발성 위치의 암은 더 많은 예이다. 몇몇 암 치료법이 존재한다. 수술은 수술이 가능한 위치의 종양에는 최고의 선택이나, 전이성 질환에는 그렇지 않다. 방사선 치료는 암 세포 DNA를 파괴하는데 사용된다. 화학요법은 혈액종양에 가장 효과가 있고, 높은 증식성 세포를 타겟으로 한다. 몇몇 형태의 화학 요법제는 DNA에 결합 및 가교하는 알킬화제, 몇몇 주된 효소를 "포이즌(poisoning)"하여 DNA 합성을 억제하는 대사길항제, 및 천연 제품이다. 생물학적 치료는 혈관신생 억제제, 암 세포에 대한 항체, 백신 또는 사이토카인을 사용하는 면역 치료, 유전자 치료, 및 골수 및 말초 혈액 줄기 세포 이식일 수 있다.
암 치료 및 면역을 위한 면역 세포 배양
본 발명의 어떤 실시예는 암 치료에 관한 것이다. 상기한 바와 같이, 면역 세포는 생체 외에서 얻어지고 배양될 수 있고, 따라서 적은 시료로부터 다수의 세포로 확장할 수 있다. 유사하게, 암 세포는 환자로부터 얻을 수 있고, 배양으로 확장할 수 있다. 배양된 면역 세포 또는 암 세포는 환자의 암을 치료하기 위하여 환자 내로 도입될 수 있다. 하기 실시예는 자가 세포의 측면에서 기술되었으나, 선천적 또는 면역표현형을 달성하기 위해 조작된 적절한 전구체 세포 및 줄기 세포뿐 아니라, 동종 세포, 매치되는 공여자로부터의 세포, 유전적으로 연관된 공여자로부터의 세포, 및 어린 공여자로부터의 세포 모두가 사용될 수 있다. 또한, 세포는 한번에 또는 일련의 시간에 걸쳐, 또는 임상적으로 관찰 가능한 효과를 달성하기에 필요한 만큼 반복하여 재도입될 수 있다. 또한, 이하 기술되는 다양한 유용한 단백질 또한, 예를 들어, 면역 세포의 "생성"을 증가하기 위해 도입될 수 있다. 세포는 멀리, 종양 또는 종양 근처에, 또는 종양 영역 근처, 특히 종양을 기르는 혈관 내로, 예를 들어, 종양으로부터 1-50 cm의 거리에 도입될 수 있다.
일 실시예에서, 암 세포는 암 환자로부터 얻어진다. 예를 들어, 온화한 열 또는 화학적 변성제에 의해, 세포는 붕괴되고, 그들의 함량도 선택적으로 변성된다. 붕괴된 암 세포 또는 그 부분은 환자 내로 재도입된다. 암 세포 항원의 재등장은 면역계가 환자의 암 상태 개선 효과를 일으키게 한다. 세포는 혈류 내로 주입될 수 있고, 또는 골수 공간과 같은 면역 세포의 보관소로서 기능 하는 체내의 부분으로 도입될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 면역 세포는 환자로부터 얻어지고 배양으로 확장된다. 면역 세포는 암 항원의 동정에 특히 민감한 세포, 예를 들어, 대식세포, 세포독성 T-세포, 자연살해세포, B-세포, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 배양된 면역 세포는 다양한 기술에 사용될 수 있다. 면역 세포는 정제된 형태로, 다른 세포 형태에 대하여 풍부한 상태로, 또는 다른 세포 형태와 혼합물로 존재할 수 있다.
제1 기술에서, 배양된 면역 세포는 환자 내로 재도입되어, 환자의 면역계를 증가시킨다. 특정의 이론으로 한정되지 않고, 증가된 수의 세포는 면역계의 반응을 보강하는 역할을 한다. 몇몇 실시예에서, 면역 세포는 혈류, 조직, 또는 골수 내로 도입된다. 다른 실시예에서, 면역 세포는 종양의 위치로 도입된다. 단일 종양 또는 복수의 종양이 면역 세포와 함께 주입되어, 환자의 면역계를 활성화한다. 대안적으로, 직접적으로 종양을 공격하고/하거나 환자의 면역계를 활성화하는 도입된 면역 세포와 함께, 환자 종양의 모두 또는 실질적으로 모두가 주입될 수 있다.
제2 기술에서, 배양된 면역 세포는 환자로부터의 암 세포로, 또는 암 세포와 혼합되어 배양된다. 암 세포는 원발성 세포 또는 환자로부터 취한 암 세포로부터 배양된 세포일 수 있다. 면역 세포 및 암 세포는 함께 확장될 수 있고, 또는 별도로 확장된 후 서로에게 도입될 수도 있다. 면역 세포는 암 세포와 함께 또는 암 세포 없이, 환자 내로 도입된다. 특정의 이론으로 한정되지 않고, 면역 세포는 활성화되어 암 세포에 대해 반응하거나, 또는 환자의 면역계에 반응을 더욱 야기시킨다. 암 세포에 반응하는 면역 세포를 활성화시키는 생물학적 기술은 공동배양 또는 혼합 단계와 조합하여 수행될 수도 있다.
일부 측면에서, 면역 세포는 암의 마커로서 도입된다. 면역 세포는 암에 대해 감작되고, 암을 보이게 하는 적절한 마커로 물들여진다. 이후 암이 정확히 진단 및 치료될 수 있다.
또한, 다양한 종양 세포는 단독으로 또는 세포 외 기질과 함께 주입되어 암을 치료할 수 있다. 세포는 생체 외 확장되고, 변성되고, 그 후 혈류 내로 다시 주입되거나 또는 종양 위치 또는 근처에 놓일 수 있다. 세포 및 ECM은 암 세포에 대한 환자의 면역 반응을 최적으로 촉진하는데 사용될 수 있다. ECM은 암 세포 항원에 대한 보조제로 행동할 수 있다. 생체 외 확장된 암 세포로부터의 ECM은 단독으로 특정 암에 대한 면역 반응을 촉진하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 또 다른 측면에서, 환자의 T 세포 또는 B 세포 (예를 들어, 분리된 말초 혈류)는 암 세포의 존재 하에 생체 외 활성화될 수 있고, 이후 개체 내로 재주입될 수 있다. 본 발명의 또 다른 측면에서, 자가 세포, 암 또는 정상 (예를 들어, 섬유아세포)는 유전적으로 개질되어 종양 억제유전자와 같은 항암 단백질을 운반할 수 있다.
연골 결손
연골은 통상 간엽에서 발달한다. 간엽 세포는 증식하여 단단히 패킹된다. 세포는 현저한 원형 또는 난원형 핵과 함께 원형이 된다. 간극 결합이 세포 사이에 존재한다. 연골 모세포로의 분화는, 미세 제 II형 콜라겐 필라멘트, 제 IX형 콜라겐 및 연골 프로테오글리칸 코어 단백질의 정교한 네트워크로 구성된, 주변의 호염기성 할로 기질을 분비하는 세포에 특징이 있다. 일부 위치에서, 기질의 지속적인 분비는 세포를 더욱 분리하고, 전형적인 초자 연골을 생성한다. 다른 위치에서는, 많은 세포가 섬유아세포가 되고, 콜라겐 합성이 우세하다. 연골모세포 활성은 분리된 군 또는 콜라겐 섬유의 짙은 다발에 의해 둘러싸인 세포열 내에만 나타나, 흰색 섬유연골을 생성한다. 다른 위치에서, 초기 세포 연골의 기질은 일차적으로 문합 옥시탈란 섬유에 의해, 이후 엘라스틴 섬유에 의해 투과된다. 모든 경우에 있어서, 발달하는 연골은 이층 연골막으로 분화하는 응축 간엽으로 둘러싸인다. 바깥층 세포는 섬유아세포가 되고, 혈관 간엽에 의해 외부로 정렬된 짙은 콜라겐 기질을 분비한다. 안쪽층 세포는 분화되었으나, 주로 휴지기인 연골모세포 또는 전연골모세포를 포함한다.
연골은 하중 지지 결합 조직의 일 형태이고, 따라서 몇몇의 기타 인체 구조 성분으로서, 그 위치는 모든 관절을 덮고 있다. 이는 지속적이고, 또한 종종 급격한 간질 성장 및 부가 성장을 위한 능력을 갖는다. 부가 성장은 내부, 연골막의 연골화층의 세포의 지속적인 증식의 결과이다. 연골은 약간의 탄성 및 신축성과 함께, 장력, 응압 및 전단에 대한 높은 내성을 갖는다. 연골은 뼈와의 교차점 및 분비된 영양분이 풍부한 활액 유체에 의해 매끄러워진 활액 표면을 제외하고는, 섬유 연골막으로 덮여있다.
연골은 세포외 기질 (ECM) 및 두 종류의 세포, 연골모세포 및 연골세포에 의해 형성된다. 다른 결합 조직과 유사하게, ECM이 주성분이고, 조직에 구별되는 특징을 부여한다. 연골의 종류 (예를 들어, 초자, 신축성 또는 섬유연골)에 따라, ECM은 외관, 조성, 및 그 섬유의 특성이 다양하다.
연골 세포는 그들이 분비하는 기질 내 작은 열공을 채운다. 연골 발달에서 초기 세포 (즉, 연골모세포)는 작고, 편평하고, 외형이 불규칙하다. 새로 생성된 연골모세포는 간극 결합을 포함하는 세포간 접촉을 종종 유지한다. 새 기질의 합성에 의해 딸세포가 분리될 때, 이들은 사라진다. 성숙 연골세포는 분열 능력을 잃은 성숙한 연골 세포이고, 대사적으로 덜 활성이고, 더 크고 더 둥글게 된다. 연골세포의 초미세구조는 단백질을 만들고 분비하는데 활성인 세포의 전형적 형태이다.
대부분의 연골 세포는 대개 연골막인 혈관으로부터 떨어져 위치한다. 영양 물질 및 대사물은 연골막 모세혈관 네트워크와 연골세포 사이의 기질을 가로지르는 농도 경사를 따라 확산한다. 이 배열은 연골을 실제로 혈관으로 만들고, 조직의 두께를 한정한다. 영양분 관으로부터 이보다 더 멀리 위치한 연골 세포는 생존할 수 없고, 그들의 주위 기질은 통상 석회화된다. 더 큰 연골에서, 일부 태내 연골의 급격한 성장 동안, 혈관 연골관이 조직을 가끔 침투하여 추가의 영양원을 제공한다.
ECM은 콜라겐 및, 일부의 경우, 고도로 수화된 기질 내에 묻힌 신축성 섬유로 구성된다. 성분은 비 통상적인 기계적 성질을 제공하는 연골에 독특한 것이다. 기질은 복잡한 화학적 성질을 갖는다. 이는 다양한 기타 부수적 성분, 주로 단백질 또는 당단백질과 함께, 주로 물 및 긴 교차직조된 프로테오글리칸 분자의 그물에 내에 위치하는 용해된 염으로 구성된다. 콜라겐 제 II형은 연골 건조중량의 50% 이하를 형성한다. 이는 다른 경우 척삭, 척추간 디스크의 핵 탈출증, 눈의 유리체, 및 원발성 각막 기질 내에서 주로 발견되는 대부분의 다른 조직과 어느 정도 화학적으로 구별된다. 연골막의 바깥층에 있는 콜라겐 및 백색 섬유연골 형태인 많은 콜라겐이 콜라겐 제 I형이다. 연골의 콜라겐 섬유는 상대적으로 짧고 얇고, 그들 표면과 연결된 프로테오글리칸의 측면 투사에 의해 연결된 3차원적 그물을 형성하는 특징적인 교차-밴드를 갖는다. 프로테오글리칸 및 기타 유기 분자는 콜라겐 섬유를 섬유소간 기질과, 그리고 연골 세포와 연결한다. 관절 연골에서, 세포 표면에 가까운 콜라겐 섬유는 특히 폭이 좁고, 눈의 유리체와 같은 비-연골 조직 내 제 II형 콜라겐의 섬유와 유사하다. 연골은 적은 양의, 제 IX, X 및 XL형을 포함하는 기타 연골 특유의 군을 포함한다. 콘드로이친 설페이트 및 케라틴 설페이트가 물 내에 보유되게 돕는 일부 특성은 연골에 특이하지만, 일반적으로 프로테오글리칸은 일반적인 결합 조직의 그것과 유사하다. 연골세포는 기질의 모든 주요 성분을 합성하고 분비한다. 콜라겐은 제 I형 프로콜라겐 사슬보다는 제 II형이 만들어지는 것을 제외하고는, 섬유아세포 내에서와 동일한 방식으로, 조면소포체 내에서 합성된다.
연골 종류는 초자, 관절, 섬유 및 신축성 연골을 포함한다.
초자 연골은 유리모양의 푸르스름한 유백광 외관을 갖는다. 이는 견고하고 어느 정도 신축성이고, 늑골, 코, 후두, 기관, 및 기관지의 일부 내에서 발견될 수 있다. 모든 임시의 관절 연골 및 대부분의 관절 연골은 초자이다. 세포의 형태 및 배열, 섬유 및 프로테오글리칸 성분은 상이한 위치 및 연령에 따라 다양하다. 연골세포는 연골막 근처에서 편평하고, 조직 내 깊은 곳에서 원형 또는 각형이다. 이들은 종종 2개 이상으로 모여, 공통의 부모 연골모세포의 자손인 세포소를 형성한다. 기질은 대체로 호염기성 및 이염성이고, 특히 열공성 캡슐 내에서, 최근에 형성된 영역 기질은 연골세포의 열공에 인접한다. 미세 콜라겐 섬유는 바구니형 네트워크로 배열되나, 열공을 바로 둘러싸는 좁은 영역에는 종종 존재하지 않는다. 둘러싸는 연골주위 기질과 함께 세포소는 종종 연골로 언급된다. 초자 연골은 사춘기 이후 특히 늑골 및 후두 위치에서 석회화하는 경향이 있고, 그 재생 능력이 약하다.
관절 초자 연골은 활액 유체에 담구어진 평활한, 저항 표면을 제공하는 활액관절 내에서 관절 표면을 덮고, 이는 거의 마찰 없는 움직임을 허용한다. 관절 연골의 기본적인 기능은 움직임의 범위 및 기능성 활성 내내 다양한 하중 지지이다. 다른 관절 구조의 신축성과 함께 그 신축성은 스트레스를 없애고, 특히 극한 움직임에 있어서 전체 관절에 약간의 유연성을 준다. 관절 연골은 연골하 뼈 위의 스트레스를 감소시키고 마찰을 최소화하는 충격 흡수제로서 특히 효과적이다. 관절 연골은 골화하지 않고, 밑에 놓인 뼈의 형태로 성형된다. 이는 볼록한 뼈의 표면 위로 중심부가 가장 두껍고, 그 반대는 오목한 표면이다. 그 두께는 성숙기로부터 노년에 이르기까지 감소한다. 관절 연골의 표면은 연골막이 없다. 활액막은 그 구조 주변을 둘러싸고 겹쳐지고, 이후 융합된다.
성인 관절 연골은 관절 표면의 표면으로부터 중심으로 4 층으로 구조 형태적 대상분포를 나타낸다. 영역 1, 표면 또는 접선 층은 얇은 3 μm의 무세포층인 자유 관절 표면이다. 이는 단백질 코팅에 의해 표면이 덮인 미세 콜라겐 제 II형 섬유를 포함한다. 상기 영역의 더 깊은 곳은 작은 타원형 또는 긴 형태인 세포이다. ㅇ이들은 편평하고 표면에 대해 평행이고, 상대적으로 비활성이고, 미세 접선 섬유에 의해 둘러싸여 있다. 이 영역 내 더 깊은 곳의 콜라겐 섬유는 규칙적인 접선이고, 그들의 직경 및 밀도는 깊이에 따라 증가한다. 영역 2, 이행 또는 중간 층은 더 크고, 더 둥글고, 단일 또는 세포소 중 어느 하나인 세포를 포함한다. 대부분의 세포는 경사 콜라겐 섬유로 둘러싸인 전형적인 활성 연골세포이다. 영역 3, 방사층은 사이에 낀 방사 콜라겐 섬유와 함께, 수직관에 종종 배치되는 크고 둥근 세포를 포함하는 더 깊은 층이다. 다른 경우로, 단독 또는 군 중 어느 하나인 세포는 미세 섬유를 갖고, 피브로넥틴 및 제 II형, 제 IX형 및 제 XI형 콜라겐을 포함하는 연골주위 기질로 캡슐화된다. 영역 4, 속층(deeper layer) 또는 석회화층은 골단의 연골하 뼈 (즉, 늑골아래 골 판) 가까이에 위치한다. 영역 3과 4 사이의 교차점은 조수면이라 부른다. 노화에 따라, 관절 연골은 얇아지고, 조수면 영역의 증가 및 석회화 연골의 뼈로의 교체에 의해 퇴화한다. GAGs의 농도는 특히 나이와 함께, 위치에 따라 다양하다. 케라틴 설페이트의 비율은 주로 세포소 사이의 오래된 기질 내 두께에 따라 선형적으로 증가하는 반면, 콘드로이친 설페이트는 열공 주위에 모인다. 연골 내 GAGs의 순환율은 콜라겐의 순환율보다 빠르나, 세포로부터의 거리 및 노화에 따라 감소한다.
상기한 구조적 조직은 연골 성장판 내에 존재한다. 이는 연골내 골화가 위쪽에 위치하는 석회화 연골로 신장하는 것에 의해, 방사 골단 성장을 따른다. 이것은 성숙기에 멈추나, 상기 영역은 일생 동안 지속된다.
관절 연골의 세포는 분열할 수 있으나, 증식율은 어린 뼈에서를 제외하고는 낮다. 노화와 함께, 표면 세포는 정상적인 연결부 표면으로부터 점차 사라져, 속층부터 세포에 의해 교체된다. 퇴행 세포는 상기 4 영역의 어디에서도 발생할 수 있다. 이는 특히 표면층에서, 노화의 진행에 따른 연골의 세포충실성의 점진적 감소를 설명한다. 관절 연골은 활액막의 관, 활액 유체 및 인접하는 수질 강의 늑골아래 관으로부터의 확산에 의한 영양분의 유래이다.
총-두께의 관절 연골 손상 후, 치료는 바람직한 초자 연골 보다는 제 I형 콜라겐 및 생성되는 섬유상 연골을 생성한다. 이 "회복" 연골"은 거의 탄성이 없고, 이를 퇴행성 관절염의 발달을 위한 완벽한 먹이로 만드는 특성을 약하게 지닌다. 무릎의 총-두께의 관절 연골 결손에 대한 임상결과는 통증, 부종, 기계적 증상, 기능 및 운동 불능이고, 최종적으로 퇴행성 관절염이다.
섬유연골은 단단한 섬유속의 불투명 백색 섬유 조직이다. 이는 섬유아세포 및 연골세포의 작은 다발간 군을 포함한다. 척추간 디스크와 같은 구조는 다량의 섬유연골을 포함하고, 우수한 인장강도 및 신축성을 갖는다. 더 적은 양의 섬유연골을 갖는 구조는 관절 디스크, 관절와 (glenoid) 및 절구 테두리, 힘줄용 골고랑의 연골 내막 및 일부 관절 연골을 포함한다. 이들은 신축성을 덜 가지나, 반복적인 압력 및 마찰에 대해 더 큰 내성이 있다. 섬유연골은 대개 영역 1 내 두꺼운 콜라겐 섬유의 단단한 평행한 다발을 형성하는 기질 내 섬유아세포에 의해 합성된 프로테오글리칸 및 제 I형 콜라겐의 막대한 양에 의해 다른 종류의 연골과 구별된다. 연결부 내의 섬유연골은 종종 제 II형 콜라겐이 결핍되고, 이와 함께 별개 종류의 결합 조직을 나타낼 수 있다. 섬유연골은 노화에 따라 거의 퇴화하지 않는다.
신축성 연골은 외이, 각연골, 후두개 및 피열 연골의 정점에서 발생한다. 이는 전형적인 연골세포를 포함하나, 그 기질은 황색 신축성 섬유에 의해 침투된다. 신축성 연골이 발생하는 대부분의 위치는 후두 음파 생성, 또는 귀 속 음파의 수집 및 전달과 같은 진동 기능을 갖는다. 신축성 연골은 퇴행에 내성이 있고, 외상성 손상 후에 어느 정도 재생될 수 있다.
확장된 연골세포는 성장인자, 세포사멸 억제 인자, 프로테아제 억제 인자 또는 단백질 that stimulate 혈류 (vasodilators, 혈관신생 단백질) 또는 가능한 면역 단백질 또는 전구-염증 단백질, 영양분, 수송 단백질과 함께, 퇴행 위치 내로 이식될 수 있다. 연골 세포, 그들의 전구체, 또는 생체 외 배양된 연골은, 예를 들어 세포 또는 조직의 "생성"을 증가시키기 위해, 유용한 단백질 또는 여기에 기재된 기타 인자와 함께 이식될 수 있다.
관절 또는 초자 연골세포는 바람직하게는 노화에 따라 변화하는 조수면 계 내로 이식될 수 있다. 영역 1 또는 2와 같은 초기 영역으로부터의 연골세포 또는 연골모세포는, 노화 연골 영역의 고화 또는 석회화를 감소시키기 위해, 조수면으로의 이식에 사용될 수 있다.
일부 실시예는 연골세포, 예를 들어, 생체 외 확장된 자가 연골세포의 관절경 주입에 의한, 기본적으로 무릎 또는 어깨를 포함하는 주요 연결부의 총-두께 관절 초자 연골 손상의 치료방법이다. 이식용 자가 연골세포는, 회복되는 연결부의 건강한 비중요 하중 지지 영역으로부터 관절경을 통해 생체 검사로부터 얻을 수 있다. 이식된 세포는 연골의 다른 건강한 위치로부터 취한 세포에서 유래할 수 있다. 연골세포의 전구 세포가 사용될 수 있다. 연골막 줄기 세포가 사용될 수 있다. 연골모세포가 사용될 수 있다. 영역 1-3으로부터 위치한 세포가 세포 분리용으로 바람직하다. 다른 종류의 연골 (예를 들어 섬유연골, 초자, 관절, 및 신축성)로부터의 연골세포 또는 전구 세포는, 제자리 (in situ) 세포의 정상 위치용으로 사용되는 것이 바람직하다. 다른 방법으로, 한 종류의 연골로부터의 세포가 다른 종류의 연골을 위해 사용될 수 있다.
자가 연골세포는 연골세포 증강 성장인자, 염기성 섬유아세포 성장인자 (bFGF), 인슐린 성장 인자 (IGF) 및 전환 성장 인자 β (TGF-β)를 사용하여, 생체 외 확장될 수 있다. 방법은 예를 들어, 골절에 의해 야기되는 늑골 또는 코의 초자 연골의 치료를 포함한다. 방법은 신축성 연골을 생성하는 자가 연골세포의 주입에 의해, 회복되는 목소리에서 변성을 만들어 내고 있는 후두 손상의 치료를 포함한다.
반월연골 (MENISCUS)
반월연골은 슬개골 밑에 놓인 반달 모양의 연골 조각이다. 정상 무릎에는 두 가지의 반월상 연골이 있고, 그들의 역할은 슬개골에 가해지는 충격의 약 1/3을 흡수하는 것이다. 반월연골은 가장 많은 부분을 위한 혈관이고, 이는 외상성 파열 또는 골절 후, 매우 약한 치료 조건으로 중요하다. 본 발명의 실시예는 주입, 시딩 (seeding) 또는 연골세포, 골수로부터 유래된 연골세포 또는 줄기 세포의 전구체의 적용을 포함하는 반월연골의 손상 회복이다.
척추간 디스크
척추간 디스크는 제2 경추골에서 천골까지 척추체의 인접하는 표면 사이의 주된 결합니다. 그들의 두께는 여러 영역에서, 그리고 각각의 디스크 내에서 다양하다. 디스크는 상부 흉부 영역에서 가장 얇고, 요추 영역에서 가장 두껍다. 각각의 디스크는 외측 판상섬유륜 및 내측 핵 탈출증으로 구성된다. 섬유륜은 다량의 섬유연골 및 외측 콜라겐 영역 (제 I형 및 제 II형 콜라겐이 풍부한)에 의해 둘러싸인 미소량의 초자 연골을 포함한다. 이들 세 구조는 판 내로 편재된다.
척추간 디스크의 내측 코어, 핵 탈출증은 태어났을 때 척삭 세포 내에 풍부한 연성의 젤라틴상 물질로 구성된다. 이들 세포는 생후 10년 후에 사라지고, 점액 물질은 섬유아세포 및 연골 세포에 의해 점진적으로 교체된다. 핵은 태어났을 때에는, 흡수성 응집 프로테오글리칸의 높은 함량으로 인하여 매우 연성이고, 콜라겐 섬유 및 섬유연골을 생성하는 섬유아세포 및 연골 세포에 의해 점차 침입되는 것과 같이, 시간에 따라 경화된다. 디스크 내 섬유연골의 총 비율은 노화에 따라 증가한다.
어떤 실시예는 초자 연골 및 섬유연골을 생성하는 (예를 들어, 자가) 연골세포 성분의 주입에 의해 회복되고, 고쳐지고, 또는 부피가 커지는, 척추간 디스크의 퇴행, 파열, 탈장 또는 퇴화인 손상에 관한 것이다. 대안으로, 디스크에 유사 ECM을 생성하는 세포, 특히 섬유아세포와 같이 프로테오글리칸을 생성하는 세포가 사용될 수 있다. 다른 방법은 상기 손상이 응집된 프로테오글리칸을 생성하여 핵 탈출증의 고화를 되돌리는 자가 연골세포 성분의 주입에 의해 회복되고, 고쳐지고, 또는 부피가 커지는, 척추간 디스크의 퇴행, 파열, 탈장 또는 퇴화인 것이다. 또 다른 측면에서, 유전적 변형 세포 (예를 들어, 연골세포, 섬유아세포)가 프로테오글리칸을 생성하는 데 사용될 수 있다. 성인 간엽 줄기 세포 또는 상기한 바와 같은 다른 종류의 세포는, 하이아루로난 겔 (hyaluronan gel) 또는 프로테오글리칸과 함께, 운반체로서 사용될 수 있다.
누출관
누출관은
하나의 상피화된 표면으로부터 또 다른 상피화된 표면으로의 비정상 경로에 의해 발생하고, 통상 유강 (hollow) 내부 장기 (예를 들어, 장 또는 항문)를 손상시키고 노출시키는 만성 상처이다. 누출관은 신체의 많은 부분에서 발생할 수 있다. 누출관 자연 폐쇄의 비율은 약 70%이다.
누출관은 다양한 의학적 원인을 치료하는 데 실패한다. 가장 흔한 것은 인접 조직의 동시 감염 및 퇴행이다. 내부 누출관은 동일한 장기 또는 조직 (예를 들어, 대장 누출관과 같은 위장관의 두 부분), 또는 다른 장기 또는 조직 (예를 들어, 직장질 누출관) 사이인, 인접하는 내부 장기 또는 조직 사이의 소통이다. 외부 누출관은 장피 누출관과 같이, 내부 장기 또는 조직을 갖는 피부 또는 또 다른 외부 표면 상피를 포함한다.
가장 흔한 종류의 누출관 중 하나인 장피 누출관은, 85%의 경우, 수술 과정으로부터의 합병증에 따른 결과이다. 의학적 치료, 외상성 또는 주사 투여, 만성 상처, 손상, 감염 또는 만성의 미해결 조직 염증 또한 흔한 원인이다. 장피 누출관은 유체를 외부로 배출하고, 배출이 1일 당 500 ml 초과이면 "고 주입 누출관"으로, 배출이 1일 당 200 ml 미만이면 "저 주입 누출관"으로 구분될 수 있다. 배출된 유체는 물, 전해질, 단백질 및 기타 영양분을 포함하고, 따라서 정상적으로 폐쇄된 장기의 외부 노출로부터, 영양실조, 탈수 및 패혈증 및 감염 위험이 높은 전해질 불균형에 기인한 심각한 질병률을 야기한다.
궤양대장염 또는 크론씨병과 같은 염증 장질환은, 장의 일 부분에서 또 다른 (장피누공-경장 누출관) 또는 장 및 피부 (장피 누출관)로의 누출관은 초래하는 질환의 일 예이다. 크론씨병을 갖는 환자의 30% 이하는 일부 지점에서 누출관을 발달시킬 것이다. 일부 다른 누출관은 트라키오-에소파직 (tracheo-esophagic) 누출관과 같은 선천적 결손을 나타낸다. 태내 기관 및 식도 간의 소통은 치명적일 수 있는 심각한 임신 또는 신생아 합병증을 야기할 수 있다.
항문 누출관 (치루)
화농성 항문직장 감염은 두 카테고리로 구분될 수 있다 - 항문직장 농양 및 항문직장 누출관. 항문직장 농양 배출은 환자의 약 50%가 치료된다. 나머지 50%는 항문 내 만성 누출관을 발달시킨다. 대부분의 누출관은 감염성 유래이나, 크론씨병, 암, 방사선 치료 또는 비통상적 감염 또한 누출관을 생성할 수 있다. 치루는 고름 또는 유체가 발산되는 적색, 과립 구진의 존재에 의해 통상 진단된다.
모든 항문직장 누출관은 해부학적으로 4개 군 중 하나로 구분된다. 조직 연관을 결정하고, 치료 후 합병증을 예상하기 위하여, 분류는 중요하다. 다른 조직, 특히 배설 조절에 중요한 근육 구조가 관련된 때에는, 치료 후 배설 조절 불능의 위험이 증가한다. 가장 흔한 종류의 치루는 간괄약근형 누출관이고, 여기서 누출관은 내부 및 외부 괄약근 사이의 조직 내에 분기한다. 관통 괄약근형 누출관은 두 괄약근 사이의 조직으로부터 좌골직장와 내로 통과한다. 괄약근상부 누출관은 치골직장근의 위쪽으로 통과하고, 괄약근외 누출관은 항문주위 피부로부터 좌골직장 지방을 통해 통과하여, 근육을 직장으로 상승시킨다.
직장질루는 질과 직장 또는 항문관 사이가 연결되는 것이다. 환자는 질로 가스가 통과한 느낌이 있다는 것에서부터 질로 딱딱한 변이 통과했다는 것에 이르기까지 다양한 증상을 호소한다. 이것은 흔히 질 감염 및 대변실금과 관련되어 있다. 직장질루는 질 개구가 외음부에 가까울 때는 하부, 질 개구가 높이 있지만 경부보다 낮을 때는 중부, 질 개구가 경부보다 높을 때는 상부로 분류한다. 하부 직장질루는 일반적으로 산과 손상에 의해 유발된다. 중부 직장질루는 더욱 심각한 산과 손상으로부터 생길 수 있지만, 직장 신생물의 수술적 절제, 방사선 치료 손상 또는 후직장 농양 배액 후에 생길 수도 있다. 상부 직장질루는 수술 또는 방사선 치료 손상으로부터 생긴다. 크론병은 모든 레벨의 직장질루뿐 아니라 장 상부와 질 사이의 장질루를 유발할 수 있다.
루는 신체의 여러 다른 부분에서 생길 수 있다. 이들 중 일부는 동정맥(동맥과 정맥 사이), 담즙(담관을 피부 표면에 연결하는 담낭 수술 과정에서 형성), 방광(방광과 장 사이의 연통 또는 방광과 질이 가장 일반적임), 기관지흉막(기관지와 흉막 공간 사이), 경부(예, 자궁 경부 또는 경부의 비정상 개구), 두개동(두개내 공간과 부비동 사이), 위(위로부터 피부 표면), 복막후(자궁과 복강 사이), 치주(치근관과 잇몸 사이 연통), 폐동정맥(폐 내의 동맥과 정맥 사이), 및 제대(배꼽과 장의 연결)이다.
루 치유를 촉진하는 현행 방법은 일반적으로 시간 소모적이며 고가인 수술 절차를 포함한다. 시일런트는 루의 폐쇄에 제한적인 성공을 거두었다. 이들 보고는 그 성공이 제한적임을 보여준다. 루를 치료 및 폐쇄하기 위한 안전하고, 침입성이 최소이며 효과적인 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
따라서, 구체예들은 (예컨대, 자가) 섬유아세포를 환자에게, 예를 들어 루도관을 따라 이식하여 상처 종류로서의 루의 치유 및 폐쇄를 실현하는 방법을 포함한다. 자가 섬유아세포는, 루를 포함하는 조직(들)과 동일한 특성을 나타내는 조직으로부터 유도할 수 있다. 자가 섬유아세포는, 루를 포함하는 조직과 동일한 조직으로부터 유도할 수 있다. 자가 섬유아세포는, 루를 포함하는 조직과 상이한 조직으로부터 유도할 수 있다. 다른 간엽 세포 및 줄기 세포와 상처 치유 세포 종류를 사용할 수 있다.
바람직하게는 비제한적인 예로서 결함을 완전히 폐쇄하기 위한 시도로서 주사, 내시경 주입 또는 국소 투여에 의한 반복 치료로서 자가 섬유아세포를 1회 이상 상이한 양으로 투여할 수 있다. 치료된 결함은 의원성 루, 자발성 루, 암에 대한 방사선 치료로 인한 루, 허혈로 인한 루, 주로 2차 염증으로 인한 그러나 비제한적으로는 감염으로 인한 루, 위, 십이지장, 췌장, 공장, 결장 또는 항문 조직의 장피부루를 포함할 수 있다. 또한, 루는 방광, 질, 자궁방광 또는 방광질 루일 수 있다. 루는 기관식도, 기관피부, 식도피부 또는 기관지흉막 루일 수 있다.
위장
성인의 평균 장의 관 길이는 10 m이다. 이것은 골과 산으로 접힌 2차원 구조, 증식성 소와(crypt) 및 분화 융모를 구성한다. 융모는 전례없는 세포 주기 재생률을 나타낸다(1일 ~700억의 비율로 대체). 위장의 내층인 장 상피는 신체와 외부 세계 사이에 장벽을 구성하여, 영양소를 흡수하고 가능한 병원균에 대해 방어한다.
성인 소장의 상피는 연속 2차 시트를 형성한다. 새로운 세포가 소와에 더해지고 몇일 뒤에 장 융모 중단에 도달하면 세포고사에 의해 제거된다. 소와 하부의 줄기 세포 및 파네스(Paneth) 세포는 이 흐름으로부터 배제된다. 파네스 세포는 소와 하부에서 상부로 위치 1∼3을 점유하며, 줄기 세포는 그 위에 위치 4에서 발견된다. 세포 보유 소와 니치층은 기저층에 의해서만 분리되는 전문 섬유아세포(예, 근상피 섬유아세포)의 초와 나란히 있다. 장 상피는 섬세한 상피 세포 단일층으로 이루어진다. 이들 세포는 강 내부의 관련 미소식물군과 소화되지 않는 부피를 유지하면서 음식물을 소화하고 생물학적 빌딩 블록의 생성 믹스를 흡수한다. 이들 모든 작업은 4 종류의 분화 세포가 분배받아 실시한다. 이들 세포는 성인의 장 소와에 존재하여 오직 하나의 줄기 세포로부터 유도된다. 2가지 주요 계통의 분화 세포 종류, 즉 장세포 또는 흡수성 계통 및 분비성 계통이 장 상피에 존재한다. 이들 분비성 계통은 술잔세포, 장내분비 계통 및 파네스 세포를 포함한다. 장세포는 소장에 많고, 히드롤라제를 분비하고 영양소를 흡수한다. 술잔 세포는 보호성 뮤신을 분비한다. 장내분비 계통 세포는 이들이 분비하는 호르몬, 예컨대 세로토닌, 물질 P 또는 세크레틴을 기준으로 추가로 하위분류될 수 있다. 소와의 매우 아랫 부분에 존재하는 파네스 세포는 항미생물제 및 리소자임을 분비하여 장내 미생물량을 조절한다.
당질층 장세포는 접합에 의해 함께 연결된 표면 흡수 세포로서, 필라멘트 당단백질로 코팅된 미세융모를 포함한다. 당질층은 효소 락타제, 말타제, 수크라제, α-덱스트리나제, 트레할라제, 아미노펩티다제 및 엔테로키나제를 포함한다. 락토스 불내인성은 락타제의 결핍에 기인하는 것이다. 이러한 결핍은 개체군의 대부분에서 널리 존재하며, 나이 영향으로 증가한다.
흡수능은 연령에 따라 변하거나, 감소한다. 줄기 세포를 사용하면 흡수능을 향상시킬 수 있다. 소와 위치 4로 세포를 이식하는 것이 바람직하다. 줄기 세포를, 예컨대 락타제를 포함하도록 유전자 변형시켜 이 세포를 사용하여 피험체의 락토스 불내인성을 고칠 수 있다. 위장을 따라 비타민 B12를 흡수하는 위벽 세포에 대한 전구체를 이식하여 악성 빈혈을 개선할 수 있다. 위벽 세포의 이식은 비타민 D의 위장 흡수를 개선할 수 있다. 그러한 세포를 이식하여 위장과 관련된 결함 또는 증상을 해결할 수 있다.
후감각
후감각에 대한 말초 수용체는 비강의 후배측부가 정렬된 감각 상피면 양측에 위치한다. 감각 상피는 c.5 ㎠의 면적을 차지하고, 비강의 나머지 호흡 점막의 연분홍색과는 대조적으로 착색된 황갈색으로서 측비벽의 후면 상층부를 덮고 있다. 완전한 구조는 후각 점막으로서 알려져 있다. 이 점막은 호흡기 상피보다 두꺼운 상피로 구성되는데, 최대 100 ㎛로 측정된다. 이 상피는 원통형, 섬모성의 가중층이다. 이는 2부류의 기저 세포 및 미세융모를 함유하는 원통형 지주 또는 지지 세포 중에 위치하는 후각 수용체 뉴론을 함유한다. 수평 기저 세포는 기저 라미나에 대하여 가장 가깝고 납작하게 펴져서 있다. 구형 기저 세포는 형태가 둥글고 타원형이다. 후각 상피는, 지주 세포의 미세융모 및 감각 섬모가 묻혀있는 얇은 유체층을 분비하는 (바우만의) 서브상피 후각선 및 후각 수용체 뉴론의 축삭 돌기를 함유하는 기초 고유판의 상층에 존재한다.
후각 수용체 뉴런은 섬모화된 가는 양극성 뉴런으로, 상피의 중간 영역에 핵이 위치하고, 하나의 비분지된 정점의 수상돌기 및 수초가 제거된 기저의 축색돌기를 갖는다. 수 개의 축색돌기가 기저 라미나(lamina)를 관통하고 초성화 후각 글리아 세포에 의해 즉시 초성화되는 작은 내피 섬유속을 형성한다. 50 개에 이르는 섬유속의 군이 결합하여 더 큰 후각 뉴런 뿌리를 형성하여, 전두엽의 궤도 표면상의 후각고랑(olfactory sulcus)의 전방 말단에 위치하는, 사판으로 알려진 비강의 지붕에서 뼈 구조를 관통하여 후구(olfactory bulb)에 들어간다. 후구에는 투명한 라미나 구조가 있다. 표면으로부터 안쪽으로 후각 뉴런 층, 사구 층, 외부 그물모양 층 (승모판의 군생하는 세포의 주된 및 2차 수상돌기로 구성된다), 승모판 세포, 내부 그물모양 층, 및 미립 세포 층이다. 후구의 주된 뉴런은 승모판의 군생하는 세포로 그 축색돌기가 2차 감각 뉴런과 시냅시스를 형성하여 후각 트랙, 이후에 제1 두개골 뉴런, 후각 뉴런을 형성한다.
따라서, 후각 상피는 신경상피이고, 그 뉴런은 뉴런의 손상이나 손실 후에 기저 세포로부터 연속적으로 재생되는 유일한 신경세포이다. 개별 수용체 뉴런은 평균 1~3 개월의 수명을 갖는다. 뉴런이 퇴화할 때는 죽은 세포들은 탈락되거나 재돌기 세포에 의하여 내세포화(phagocytose)된다. 상피의 기저에 위치하는 줄기세포는 주기적 체세포 분열을 거쳐 성장하는 축색돌기와 수상돌기로 분화하는 새로운 후각 수용체 뉴런을 생성시킨다. 수용체 세포 손실 및 대체 속도는 손상시키는 자극에 대한 노출 후에 증가한다. 회전(turnover)되는 역량은 천천히 그러나 꾸준히 나이에 따라 감소하여, 노인들의 전형적인 증상인 노화에 따른 후각 능력의 저하의 원인이 된다.
섬모의 막 수용체는 향을 감지하고, 수백만의 감각 세포(뉴런) 중에서 각 수용체는 10.000의 부분집합 또는 매우 다른 감지가능한 향을 감지한다. 향기 분자가 수용체에 결합할 때 신경 세포는 탈분극화되고 활동 전위가 유발된다. 일차 향의 수는 분류의 방법에 따라 여섯개 내지 수 다스이다. 인간에 있어서 향기에 대해 구별되는 수용체 집단의 레퍼토리는 아마도 약 30개이다. 이는 이 정도 수의 구체적인 후각상실증(특정 향을 감지하지 못함)이 있기 때문이다. 향기 반응은 두 기작에 의하여 종료된다. 첫째, 바우만(Bowman) 샘에 의해 전달되는 분비물에 의한 향기 분자의 수분 희석에 의해 도움을 받음으로써 냄새를 맡아서 형성되는 공기 흐름이 증가한다. 둘째, 향기 분자는 재돌기 세포 및 그 효소들에 의해 수산화 및 글루코르화(glucoronidate)를 통해 불활성화된다.
따라서, 몇몇의 실시 태양은 기저 줄기세포를 상피 기저에 삽입하는 것이다. 예를 들어, 노화 및 질병에 의한 일상적으로 손실되는 냄새를 향상시키기 위한 새로운 후각 수용체 뉴런을 제공하는 것이 바람직한 증가이다. 본 발명의 다른 측면에 따라, 뇌의 어느 부분에서든 성상세포가 분리될 수 있으나, 외측뇌실 (lateral venticle)의 내막으로부터 분리되는 것이 바람직하다. 이 세포들은 후구로 이동한다. 이 세포들은 기저 줄기세포를 보충하기 위해 사용된다. 이러한 세포 또는 그 전구체는 유용한 단백질, 인자, 또는 ECM과 결합되거나 되지 않은 채로 여기 기술되는 바와 같이 분리, 확장, 및 삽입될 수 있다.
맛
미각은 미뢰라고 불리는 수천 개의 감각 세포의 흩어져 있는 군에 의존한다. 미뢰는 작은 배럴 형상의 구강 점막의 내피 분화조직이고, 주로 혀에서 발생하고, 후두개(epiglottis), 연구개, 및 인두에 소수 위치한다. 미뢰는 혀의 후단부의 혀등 점막의 균상의 작은 돌기부에 주로 존재하고, 소수는 혀의 전단부 2/3에 걸쳐 흩어져 있다. 약 1000 미뢰는 혀의 측면에 분포한다. 각 미뢰는 직경이 약 50 ㎛이고, 세 타입(길고, 가는 미각 세포, 조세포, 작은 기저 세포)의 방추형상의 상피-유사 세포 50 ~ 150개로 이루어지는 배럴 형상의 클러스터로 구성된다. 각 클러스터는 점막 상피의 타원강 내에 위치하고, 점막 표면상의 2㎛의 구멍인 미공에 정점으로 수렴한다. 미공을 통해 미각 목적물을 운반하는 침이 들어와 신경 세포의 신경 탈분극을 일으킨다. 신경 세포는 복수의 수용체를 갖는 미세융모로 가득차고 수상돌기 또는 축색돌기를 형성하지 않는 세포막으로 특징지어진다.
미뢰는 약 14일의 수명을 갖는다. 새로운 미뢰는 혀 상피의 신경자극 전달에 대한 반응으로 형성된다. 이것은 기저 세포의 미각 및 보조세포로의 발생을 자극하는 것으로 생각된다. 보조세포는 미각-세포 분화의 세포 주기 내의 단계일 수 있다.
혀 내부의 외분비 샘으로부터 상피 표면으로 전달되는 세로스 분비는 미뢰의 세척을 도와, 감각 세포의 미세 융모 내의 미각 수용체를 흥분시키는 분자의 용해 및 감지를 허용한다. 수용체 미각 능력은 네 개의 주요 카테고리로 구분된다: 단맛, 신맛, 짠맛 및 쓴맛. 이 맛 자극은 미각 극으로 들어가서 감각 세포 수용체와 접촉하여 세포를 탈분극하여 활동전위를 일으켜 신경전달물질을 분비하게 하고, 이것이 미뢰 내의 구심성 신경 말단을 자극하여 신호를 몇몇 뇌 신경 및 대뇌피질으로 전달됨으로써 감지된다.
단일 구심성 신경은 화학적 자극에 따라 하나 이상의 타입의 신호를 전달할 수 있다. 그러므로 하나의 미뢰는 복수의 또는 4가지 모든 일차적 맛 자극에 의해 흥분될 수 있다. 달고 짠맛은 주로 혀의 말단에서 감지되고, 신맛은 혀의 측면 가장자리에서, 쓴맛은 주로 혀의 후단 표면에서 감지된다. 비록 상기 기술된 영역들이 주로 특정한 맛을 감지할 수 있지만, 모든 영역들이 모든 맛에 반응할 수 있다. 미각은 노화 및 특정 질병과 함께 쇠퇴한다.
따라서, 본 발명의 몇몇의 실시 태양은, 노화 또는 질병으로 인하여 상실된 미각을 향상시키기 위하여, 예를 들어, 기저 미각 세포 및 조세포로 발생할 수 있는 혀 상피의 줄기세포의 삽입하는 것에 관한 것이다.
노화 조직 및 기관
노화는 개체의 수명동안 최적의 조직 및 기관 기능으로부터 변화되는 것을 나타내는 생리학적 기능장애로 정의된다. 노화는, 본문 및 당 분야에 알려진 기술에 걸쳐 기술된 다른 것들 중에서, 개체의 질병, 해로운 상태 및 세포 활동의 근원이 된다.
노화 조직의 표현형의 주된 변화는 결합조직 성분의 변경이다. 일반적으로, 결합 조직의 양의 감소가 관찰된다. 일부 결합조직 단백질 및 관련된 분자들은, 다른 것들 중에서, 콜라겐의 다른 형태(타입 I-IX), 피브리노겐의 다른 형태, 프로테오글리칸 바이글리칸, 데코린, 베르시칸, 아그레칸, 헤파린 결합 프로테오글리칸, 비트로넥틴, 트롬보스폰딘, 오스테오넥틴, 엘라스틴, 피브릴린, 라멜린, 히알루론산, 엘라스틴이다.
조직은 나이에 따라 영양실조로 되고, 변경되거나 또는 기능이 손상된다. 종종, 구조 단백질의 더 높은 생산, 반대로 단백질 분해효소에 의한 조직의 특정 세포 타입의 분해에 의한 조직 비대가 일어난다. 때때로, 젊은 세포보다 적은 양의 구조 단백질 또는 ECM이 생산되어 기능의 퇴화가 일어난다. 영양실조는 조직 비대가 일어나는 조직의 특정 영역 및 기능 퇴화가 일어나는 다른 영역의 조합일 수 있다. 예를 들어, MMP 활성은 노화 조직에서 더 높고, 광손상된 피부 및 구조 단백질의 발현은 젊은 피부에서 낮다. 섬유아세포를 형성하는 결합 조직의 삽입은 어떤 또는 모든 활성을 변경시켜 노화되거나 광손상된 피부의 구조 및 기능을 개선시킬 수 있다.
또한, 결합 조직 성분(예를 들어, 엘라스틴, 프로테오글리칸)의 변경에 의하여 조직의 탄력성이 손실된다. 예를 들어, 이는 젊은 성인에 비해 노인들에게서 폐 조직의 기능의 현저한 감소 및 신장 조직의 기능의 40% 감소에 반영된다. 추가적으로, 노화된 조직에서는 수분 또는 수화의 손실이 일어난다(예를 들어, 적은 양의 프로테오글리칸). 더욱이, 노화된 조직에서는 피부의 긴장감(turgor)이 손실된다. 또한, 일차적으로 감소한 결합조직의 변경 때문에, 조직의 부피가 감소한다.
노화 및 질병 조직에서는 적절한 수의 세포 타입의 손실로 인하여 넓은 범위의 기능장애가 유발된다. 이는 결과적으로, 다른 활성 중에서, 적은 세포수 및 유전자 발현의 변경으로 인하여 ECM 기질, 단밸질, 효소 활성(프로테아제), 세포 접착, 세포 이동, 세포 증식, 세포 분화, 호르몬, 성장 인자 생산, 신호전달경로, 피드백 기작, 조직 항상성 및 영양실조 조직 형태를 변경시킨다. 삽입된 세포 수의 증가 또는 노화에 따라 감소하는 특이 단백질과 제휴로 인하여 노화된 조직을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 삽입된 세포와의 ECM 상호작용을 증가시키기 위한 피브로넥틴의 첨가는 세포의 삽입 또는 "흡수"를 향상시키고 노화된 조직을 향상시킬 수 있다.
많은 노화 조직에서, 첨가된 세포는, 어떠한 세포 내부 결핍에 대한 도움을 제공하기 위하여, 특정한 성장인자 및 호르몬이 같이 삽입될 때 더 효과적일 수 있다.
본 발명의 한 측면에서, 골수 모세포가 골수(예를 들어, 스트로마)에 삽입 또는 주입되어, 모세포의 수를 보충함으로써, 노화로 인하여 기능장애 또는 기능 저하된 모든 조직 및 기관을 다시 젊어지게 하기 위하여 사용될 수 있다. 본 발명은 바디를 전체적으로 젊어지게 하기 위하여 사용될 수 있다. 바람직한 실시 태양에서, 보다 젊은 세포가 늙은 환자에게 사용된다. 다른 바람직한 실시 태양에서, 보다 젊은 혈액 전체/분획된 혈액/혈장/혈청이 늙은 환자에게 규칙적이고, 반복적인 간격으로 주입되어 조직 및/또는 생리적 기능을 향상시킬 수 있다. 선택적으로, 어떤 조직이 모세포의 보충이 필요하다면, 자가 조직의 모세포, 보다 젊은 세포(자가- 또는 비자가-) 및/또는 보다 젊은 혈액 전체/분획된 혈액/혈장/혈청이 관심 조직에 주입 또는 삽입될 수 있다.
선택적으로, 모세포는 선택된 기관 또는 조직에 직접 삽입되어 사용될 수 있다.
조직의 노화 과정에서 세포 수의 감소는 본 발명에서 회복될 수 있다. 세포 및/또는 조직에 존재하는 세포외 매트릭스의 보충은 조직 및 기관 기능성을 회복 또는 향상시킬 수 있다. 세포 및/또는 세포외 매트릭스는 또한 다른 타입의 결합 조직으로부터 조직을 회복 또는 향상하기 위하여 사용될 수 있다. 다른 예는 한 개체의 생리적으로 보다 젊은 기관의 결합조직 성분 또는 조직의 세포를 동일 개체의 다른 조직에 사용하는 것이다. 한 예로, 방사, 햇빛, 온도 또는 화학물질과 같은 환경적인 상해에 쉽게 영향을 받지 않는 결합 조직 원으로부터의 섬유아세포를 사용하는 것이다. 선택적으로, 보다 젊은 공여체의 조직으로부터의 세포 및/또는 세포외 매트릭스가 다른 또는 늙은 호스트의 같은 또는 다른 조직에 사용될 수 있다. 여기 다른 부분에 기재된 바와 같이, 다른 젊음 및 기능적인 특성은 보다 젊은 세포 및 보다 젊은 혈액/혈장/혈청의 사용에 의하여 이용될 수 있다.
기관 조직 엔지니어링 및 기관 조질 재생
기관 대체 및 합성
손실되거나 완전히 파괴 또는 노화되어 퇴화된 기관의 문제에 대하여 자가이식, 이식, 삽입, 생체 내 합성 (조직 재생) 또는 시험관 내 합성(조직 엔지니어링)과 같은 접근 방법이 있다. 자가이식은 외과적인 해결방법이나, 종종 공여 조직의 부족에 의하여 제약을 받는다. 다른 개체로부터의 이식은 주된 복잡하고 고비용의 외과적인 개입이고, 종종 면역적인 거부의 문제뿐만 아니라 입수 가능성 부족의 문제가 있다. 합성 삽입은 일부 의약적 조건에서 매우 유용하지만 수명의 제약을 갖는다. 조직 엔지니어링 및 조직 재상은 손상된 기관의 기능을 대체할 수 있는 기관을 발생시키거나, 증가된 수의 세포의 삽입 또는 기관의 늙은 세포에 젊은 또는 복제된 세포를 보충함으로써 노화와 관련된 쇠퇴를 정정하여 기관을 정상 기능으로 되돌리기 하여 사용될 수 있다.
생물학적인 조직 및 기관은 세포외 매트릭스(ECM)로 알려진 복잡한 분자 프레임워크 내에 위치하는 분화된 세포로 구성된다. 조직에 적절한 3차원 구조를 제공할 뿐만 아니라, ECM은 이동, 증식, 및 분화와 같은 중요한 세포 기능에 영향을 미치는 신호 전달을 촉진한다.
3차원 생물질로 진행되는 조직 엔지니어링은 기본적으로 회복, 분리, 및 시험관 내 배양 및 필요한 조직에 따른 적당한 세포 타입의 시딩(SEEDING)으로 이어지는 조직 성장을 유지하고 촉진하기 위한 골격으로서 최적의 물질을 선택하는 것과 관련된다.
거의 모든 골격은 합성 또는 천연 중합체에 의하여 형성된다. 조직 엔지니어링 적용에 흔히 사용되는 합성 중합체는 폴리알파수산화산, 폴리오르소에스테르, 폴리우레탄 및 히드로겔을 포함한다. 콜라겐-기저 물질이 광범위하게 사용되는 천연 중합체이다. 여러 가지 도전 중에, 결정된 조직을 최적으로 발생시키는 세포 환경을 생성하는 최적의 골격의 이슈가 중대한 것이다. 다양한 3차원 바이오엔지니어링, 생분해성 골격 공급은 접착성 기질을 제공할 수 있고, 생체 내 조직 재생뿐만 아니라 시험관 내 세포 배양을 위한 3차원 물리적 지지 매트릭스로서 작용할 수 있다.
자가 조직성 기관의 조직 엔지니어 또는 재생을 위해 필요한 세포는 생체검사 방법에 의하여 개체로부터 수확될 수 있다. 전 기관의 손상 및 파괴로 인하여 이것이 불가능할 경우, 원하는 세포로 분화되도록 유인된 미분화 간충직 세포, 배아 또는 성인 줄기세포 또는 바람직하게는 공여체로부터의 세포가 다른 공급원이 될 수 있다. 적절한 세포 밀도가 얻어질 때까지 세포를 선택된 골격으로 확장, 적재 및 파종(SEED)할 수 있고, 따라서 좋은 기관 기능이 재확립된다.
경미한 화학적 노출로부터 보호되는 젊은 세포 타입, 조직 공급원
ECM , 및 혈청
인간과 동반 또는 비동반하는 자가 세포가 환자로 삽입에 사용될 수 있다. 개체의 사전 연대순의 생체 검사로부터, 늙은 세포보다는, 젊은 자가성 세포 및/또는 혈청이 사용, 수득 및 저장(예를 들어, 냉동보존)될 수 있다. 다른 바람직한 실시 태양에서, 유전적으로 유사한 세포 또는 혈청이 자가성 세포에 의해 대체될 수 있다. 몇몇 실시태양에서, 자가성 세포는 세포 재도입의 날짜로부터 수년 전에, 예를 들어, 1 ~ 80년 사이, 예를 들어, 5, 10, 또는 15년, 심사숙고하여 명시적으로 언급된 가치의 모든 범위 및 가치로, 환자로부터 취해진 세포로부터 유래한다.
추가적으로, 비-태양, 화학 또는 방사 노출된 세포가 환자에 도입되기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 조직 공급원, 예를 들어, 귀 뒤 조직, 또는 엉덩이 지역은 태양 및 화학적 노출로부터 자연적으로 보호된다. 세포 표현형은 삽입된 후의 호스트의 조직 위치에 유사한 것으로 선택될 수 있다. 본문에 기술된 특정 조직의 세포 타입은 환자의 자연적인 운명 조직에 가장 유사한 기관의 형성을 위하여 사용되는 위치에 삽입된다.
3차원 또는 2차원으로 합성된 ECM이 사용될 수 있다. ECM은 삽입물에 포함될 수 있다. 이종, 동종 또는 자가 ECM 또는 그 구성 성분이 자가 또는 비자가 세포와 함께 사용될 수 있다. 사용가능한 매트릭스는 천연 및 합성을 포함하고, 바람직하게 생분해성이며 시간이 흐름에 따라 분해 또는 다른 기작에 따라 제거되는 면역유전적 결정인자를 포함할 수 있다. 매트릭스는, 다른 가능성들 중에서, 매트리카인, ECM 단백질의 모티브 또는 도메인, MMPs 또는 그 저해제, 인티그린과 같은 ECM 수용체, 성장인자, 사이토카인, 케모카인, 프로-응고 서열, 플라스민 분해 위치, 프로염증 서열을 포함할 수 있고, 이들은 원하는 세포 증식, 분화, 및 다른 기능적인 산물을 촉진할 수 있다. 배양되는 세포는 밀집된 3차원 매트릭스를 (예를 들어 접촉 저해를 극복하는 적당한 혈청의 공급을 통하여)생산할 수 있고, 이 3차원 매트릭스 내의 세포는 독특한 접착군을 형성한다. ECM은 배양에 포함되거나 세포와 함께 환자에게 삽입될 수 있다.
일반적으로 밑에 있는 스트로마 섬유아세포와 함께 생체 내에 정상적으로 존재하는 줄기세포 또는 다른 세포의 공-배양이 내피, 상피 또는 줄기세포와 같은 세포들의 증식, 분화 및 생존을 촉진하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 공-배양이 자가 혈청 및/또는 젊은 혈청을 사용하여 증대될 수 있다.
다른 측면
일반적으로, 구조의 치료는 그 부분에서 체세포 또는 모세포에 의하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 미성숙 섬유 아세포(간충직 섬유아세포)가 같은 조직 공간에 성숙 섬유아세포 및 다른 섬유아세포 계대의 섬유아세포와 함께 놓여 진다. 다른 해부학적 위치로부터 유래한 섬유아세포는 특징적인 표현형을 갖는다. 머리와 목 부분의 섬유아세포는 중배엽이 아닌 신경관(neural crest)(내배엽 유래)으르부터 유래한다. 또한 섬유아세포는 다른 세포 기원으로 인한 표현형 및 기능적 특징의 수와 관련하여 이질적이다.
일반적으로, 줄기세포는 위치하는 조직 재생 및 분화에 관한 잠재능이 제한되지 않는 것이 알려져 있다. 골수 줄기세포는 조혈 또는 비조혈 간충직 줄기세포, 근육, 심장, 간, 도관세포, 다른 간충직 세포 타입으로 분화할 수 있고, 주변 기관을 형성시키기 위하여 순환을 통해 조직 섬유아세포의 모세포로 수집된다.
뇌는 줄기세포처럼 행동하는 성상세포의 첨가에 의하여 재생될 수 있다. 뇌의 어떤 부분의 성상세포도 사용될 수 있지만, 외측뇌실의 내막이 바람직한 공급원이다. 이 세포들은 후구로 이동할 수 있다. 이 세포들은 성숙한 뇌세포, 성상세포, 소교세포 및 올리고덴드로사이트, 및 뉴런을 형성할 수 있다. 아마도 기억으로 인한 상위영역은 아니어도, PD, 뇌의 운동, 및 감각계, AD는 유용하게 변경될 수 있다.
따라서, 몇몇 실시형태는 조직으로부터 세포 및/또는 세포외 매트릭스를 얻는 것을 포함한다. 또한 자가 세포 및/또는 세포외 매트릭스가 조직으로부터 얻어질 수 있다. 세포 배양은 자가 혈청 및 세포 배양을 위한 다른 혈청을 이용할 수 있다. 조직으로부터 유래하는 세포 및/또는 세포외 매트릭스는 세포 또는 ECM이 유래한 조직과 같은 조직으로 도입될 수 있다. 선택적으로, 세포 또는 ECM은 다른 조직으로 재삽입될 수 있다. 또한, 세포는 신생아, 태아 또는 생리적으로 보다 젊음과 같은 젊은 인간 기증자 또는 다른 인간 기증자로부터 얻어질 수 있다.
위식도역류 질환
식도는 약 8인치 길이로 인두로부터 위까지 이어지는 근육성 도관이다. 식도는 세 개의 외막: 길이방향으로 배치되는 두꺼운 근육 섬유와 환상의 두 군으로 이루어지는 외부 또는 근육; 중간 또는 소공의 결합조직의 두꺼운 막으로, 세번째 막과 접촉하여 근육성 점막을 형성하는 평활근의 구별되는 층; 매우 역동적인 편평상피로 구성되는 내부 또는 점막을 갖는다. 식도의 상부 및 하부 말단은 괄약근을 갖는다: 상부는 인두 근육의 작용 및 식도 벽의 탄력적인 특성에 의하여 닫혀져 있는 환상연골의 수준이고; 반대로 하부 식도 괄약근(LES)은 내부 근원성 톤 및 전후 신경절 뉴런의 신경 전달 경로로 인하여 닫혀있다. 따라서, 이는 음식에 포함된 복수의 물질, 호르몬, 신경전달물질뿐만 아니라, LES와 위 사이의 압력의 구배를 제거하거나 낮추는 복부 압력의 미묘한 변화에 의하여서도 영향을 받는다.
위식도역류(GER) 또는 위식도역류 질환(GERD)을 치료하기 위한 본 발명의 바람직한 실시태양을 전달하는 경로는 식도 내강으로 도입된 내시경 및 비정상적으로 팽창된 LES 내강의 적당한 시각적 거리에 위치하는 그 말단이다. 또한, 내시경의 작용 관을 통해 도입되어 LES의 근육층에 독점적으로는 아니어도 바람직하게 제제를 주사하기 위하여 LES 주변 조직으로 진출된 바늘을 통해, LES 내강의 리모델링/벌킹 및 이상적인 협소화를 이룰 수 있다. 주사는 3시 및 9시 위치에서 둘로 나누어서 수행할 수 있다. 처치는 단일의 정확한 주사에 의하여 이루어져야 한다. 만일 다수의 주사가 필요하다면, 물질이 분출되어 손실될 수 있기 때문이다. 같은 이유로 바늘은 회수전 2-3분 동안 위치가 유지되어야 한다. 사용되기에 바람직한 세포 타입은 괄약근 및 근아세포, 평활근세포, 가로무늬근세포의 결합조직으로, 괄약근의 근육 조직 주변으로 주입되는 섬유아세포 및/또는 지방선구세포/지방세포이다. 또한, 간충직 줄기세포 및 상피세포가 사용될 수 있다. 선택적으로, 결합조직 세포는 근육 영역으로, 근육 세포 타입 또는 줄기세포가 괄약근의 결합조직 영역으로 삽입될 수 있다. 바람직하게, 하나의 세포 타입이 사용되고 괄약근의 결합조직 영역, 근육 영역, 또는 두 영역 모두에 주입된다. 바람직한 실시 태양에서, 섬유아세포 및/또는 지방선구세포는 괄약근의 결합조직 영역 또는 괄약근 영역으로 삽입된다. 이 세포 타입은 괄약근 영역 또는 다른 조직으로부터 얻어질 수 있다. 바람직하게 자가 세포가 이용된다.
또한, 횡경막 탈장을 처치하기 위한 개복 수술이나 복강경 수술 과정에서, 생존가능한 세포 화합물을 외과적으로 치료되는 조직에 직접 주사함으로써 외과적 처치의 불충분한 결과를 강화한다.
GERD에 적용할 수 있는 중요한 세부사항들이 본 출원에 통합되는 참고문헌에 자세히 기재되어 있다: 미국 특허 출원 제09/632,581(2000. 8. 3. 출원)에 우선권을 주장하는 미국 특허 출원 제60/037,961 및 10/129,180 (2002. 5. 3. 출원)에 우선권을 주장하는 미국 특허 출원 제60/163,734 및 PCT 출원 제 호 (2006. 9. 14. 출원): 조직의 결함 치료 및 강화 방법. 이 출원들은 개시내용의 일부를 구성하며, GERD에 적용가능한 추가의 자세한 정보를 제공한다.
세포 타입 및 배양
본 발명에 개시되는 어떤 실시 태양은 자가 세포에 관한 것이다. 비-자가 세포가 사용될 수 있지만, 기능장애를 일으키는 유전적 질병에서와 같이 자가세포가 해로울 수 있는 경우에만 적절하게 적용된다. 예를 들어, 유의적으로 다른 면역 타입의 특징을 갖는 비-자가 세포를 유지하기 위하여 면역 억제가 필요할 수 있다.
다른 세포 타입이 적절하게 피험자의 조직의 기능성에 필적하거나 이를 자극하여 조직 결함을 치료한다면, 피험자의 조직에 존재하는 것과 다른 세포 타입 또는 변형된 세포 타입(예를 들어, 유전적으로 변경된)이 조직결함의 치료를 위하여 사용될 수 있다.
결함을 갖는 조직의 토착(native) 세포 타입이 치료에 사용될 수 있다. 토착 세포는 조직에서 대체되는 세포 타입과 동일하거나 기능적으로 동등한 세포 타입 또는 세포를 수용하는 위치에 있는 세포 타입을 의미한다. 토착 세포는 손상 위치, 손상되지 않은 동일한 조직 타입, 또는 환자 이외의 공여체의 대응되는 조직으로부터 얻을 수 있다. 본 발명의 방법에 따라 사용될 수 있는 세포 타입들 중에서, 본 명세서의 다른 부분에 기술된 세포 타입 및 사용될 수 있는 세포의 예를 제공하는 하기 분류에 기술된 세포 타입이 포함된다: 각질화 상피 세포, 습윤 중층 배리어 상피 세포, 외분비성 분비 상피 세포, 호르몬 분비 세포, 상피 흡수 세포(소화관, 외분비샘 및 비뇨생식관), 대사 및 저장 세포, 배리어 기능 세포(폐, 소화관, 외분비샘 및 비뇨생식관), 폐쇄된 내부 체공 내막 상피 세포, 운동성 있는 섬모 세포, 세포외 매트릭스 분비 세포, 수축성 세포, 혈액 및 면역계 세포, 감각 전달 세포, 자율 신경 세포, 감각 기관 및 주변 뉴런 보조세포, 중추신경게 뉴련 및 신경교세포, 렌즈 세포, 색소 세포, 생식 세포, 너스 세포(NURSE CELL).
각질화 상피 세포: 각질화 상피 세포는 체내의 여러 조직에 존재하고, 예를 들어, 상피의 케라티노사이트(분화하는 상피 세포), 상피 기저세포(줄기세포), 손톱 및 발톱의 케라티노사이트, 손톱 조상 (NAIL BED) 기저 세포 (줄기세포), 수질 모축 세포(medullary hair shaft cell), 피질 모축 세포(cortical hair shaft cell), 큐티클 모축 세포(cuticular hair shaft cell), 큐티클 모근초 세포(cuticular hair root sheath cell), 헉슬리층의 모근초 세포(hair root sheath cell of huxley's layer), 헨레층의 모근초 세포(hair root sheath cell of henle's layer), 외부 모근초 세포(external hair root sheath cell), 및 모발 매트릭스 세포(줄기세포)를 포함한다.
습윤 중층 배리어 상피 세포 : 습윤 중층 배리어 상피 세포는 체내 다양한 조직에 존재한다. 다양한 조직은, 예를 들어, 각막, 혀, 구강, 식도, 항문관, 요도 말단, 및 질의 중층편평상피의 표면 상피 세포; 각막, 혀, 구강, 식도, 항문관, 요도 말단 및 질 상피의 기저세포(줄기세포); 및 비뇨기 상피 세포(방광 내막 및 요로관)을 포함한다.
외분비성 분비 상피 세포: 외분비성 분비 상피는 체내의 다양한 조직에 존재한다. 외분비성 분비 상피세포는 예를 들어,침샘 점막 세포(폴리사카라이드-풍부한 분비), 침샘 장액성 세포(글리코프로테인 효소-풍부한 분비), 혀의 본에브너샘(von Ebner's gland) (미뢰 세척), 젖샘 세포(우유 분비), 눈물샘 세포(눈물 분비), 귀의 귀지샘 세포(귀지 분비), 외분비 땀샘 검정 세포 (글리코프로테인 분비), 외분비 땀샘 투명 세포(작은 분자 분비), 아포크린 땀샘 세포(향기 분비, 성호르몬 민감성), 눈꺼풀의 몰(moll)샘 세포 (분화된 땀 분비), 피지 샘 세포 (지질-풍부한 피지 분비), 코의 바우만(bowman's)샘 세포 (후각 상피 세척), 십이지장의 브루너(bruner's)샘 세포 (효소 및 알칼리성 점액), 정낭 세포(정자 유영을 위한 프럭토즈를 포함하는 정액 성분 분비), 전립선샘 세포(정액 성분 분비), 용도망울샘 세포(점액 분비), 샘 세포(질윤활제 분비), 리트레샘(Littre's gland) (점액 분비), 자궁내막 세포(탄수화물 분비), 호흡기 및 소화관의 분리된 배상세포(점액 분비), 위내막 점액 세포 (점액 분비), 위샘 효소원 세포(펩시노겐 분비), 위샘 산분비 세포 (염산 분비), 췌장 선방세포(바이카보네이트 및 소화 효소 분비), 소장의 파네트(Paneth) 세포 (라이소자임 분비), 폐의 타입 II 폐세포(표면개질제 분비) 및 폐의 클라라 세포를 포함한다.
호르몬 분비 세포 :
호르몬 분비 세포는 체내의 다양한 조직에 존재한다. 다양한 조직은 예를 들어, 뇌하수체 전엽 세포, 성장 자극세포, 유선 자극세포, 갑상선자극 세포, 성선자극 세포, 부신피질자극 세포와 같은 뇌하수체 전엽세포; 멜라노사이트 자극 호르몬을 분비하는 뇌하수체 중엽 세포; 옥시토신, 바소프레신 등을 분비하는 신경분비 세포; 세로토닌, 엔도르핀, 소마토스타틴, 가스트린, 세크레틴, 콜레시스토카인, 인슐린, 글루카곤 또는 봄베신 등을 분비하는 소화관 및 호흡기관 세포; 갑상선 상피 세포, 또는 부여포 세포와 같은 갑상선샘 세포; 부갑상선 주세포 및 호산성 세포와 같은 부갑상선샘 세포; 스테로이드 호르몬(미네랄코르티코이드 및 글루코 코르티코이드) 등을 분비하는 크로마핀 세포와 같은 아드레날샘 세포; 테스토스테론을 분비하는 정소의 레이디히 (Leidig's) 세포; 에스트로겐을 분비하는 난소 여포의 속난포막 세포; 프로게스테론을 분비하는 파괴된 난소 여포의 황체; 신장 사구체옆장치 세포(레닌 분비); 신장의 치밀반점 (macula densa)세포; 신장의 극주위(peripolar) 세포; 및 메산기알(mesangial) 세포를 포함한다.
상피 흡수 세포 : 상피 흡수성 세포는 체내의 다양한 조직에 존재한다. 상피 흡수성 세포(소화관, 외분비성 샘, 및 비뇨생식관)는 예를 들어, 내장 브러쉬 보더 세포(미세융모 수반), 외분비샘 줄무늬 관 세포, 담즙 상피 세포, 신장 근위세뇨관 브러쉬 보더 세포, 신장 원위 세뇨관, 소관 원심성 무섬모 세포, 부고환 주세포 및 부고환 기저 세포를 포함한다.
대사 및 저장 세포: 대사 및 저장 세포는 체내의 다양한 조직에 존재한다. 다양한 조직은 예를 들어 헤파토사이트(간 세포), 흰색 지방 세포, 갈색 지방 세포, 및 간 지방세포를 포함한다.
배리어 기능 세포 : 배리어 기능 세포는 체내의 다양한 조직에 존재한다. 배리어 기능 세포는 (폐, 외분비 샘 및 비뇨생식관에서와 같이)는 예를 들어 타입 I 폐세포(폐의 내막 공기 공간), 췌장관 세포 (샘포중심세포), 민무늬관 세포 (땀샘, 침샘, 젖샘 등의), 신장 사구체 외벽 세포, 신장 사구체 족세포, 헨레씨 고리의 가는 단편 (Loop of Henle thin segment) 세포 (신장의), 신장 집합관 세포, 및 관 세포(정낭, 전립선 샘 등의)을 포함한다.
폐쇄된 내부 체공의 내막 상피 세포 : 폐쇠된 내부 체공의 내막 상피 세포는 체내의 다양한 조직에 존재한다. 다양한 조직은 예를 들어, 혈관 및 림프 관 내피 유공(fenestrated) 세포, 혈관 및 림프관 내피 연속 세포, 혈관 및 림프관 내피 비장 세포, 윤활 세포(관절공 내막, 히알루론산 분비), 장막 세포(복막, 늑막, 심막강 내막), 편평상피 세포 (귀의 외림프 공간 내막), 편평상피 세포 (귀의 내림프 공간 내막), 미세융모를 갖는 내림프 낭의 원주세포(귀의 내림프 공간 내막), 미세융모를 갖지 않는 내림프 낭의 원주세포(귀의 내림프 공간 내막), 흑세포 (dark cell) (귀의 내림프 공간 내막), 전정막 세포 (귀의 내림프 공간 내막), 혈관선조 기저 세포 (귀의 내림프 공간 내막), 혈관선조 주변세포 (귀의 내림프 공간 내막), 클라우디우스 세포(귀의 내림프 공간 내막), 버처 세포 (귀의 내림프 공간 내막), 맥락총 세포 (뇌척수액 분비), 연막-거미막 편평상피 세포, 눈의 색소 침착된 섬모 상피 세포, 눈의 색소 침착되지 않은 섬모 상피 세포, 각막 내피 세포를 포함한다.
운동성을 갖는 섬모화된 세포 : 운동성을 갖는 섬모화된 세포는 체내의 다양한 조직에 존재한다. 다양한 조직은 예를 들어, 호흡기 관 섬모화된 세포, 난관 섬모화된 세포 (여성), 자궁내막 섬모화된 세포(여성), 고환망 섬모화된 세포(남성), 수출소관 섬모화된 세포 (남성), 및 중추신경계의 섬모화된 뇌실막 세포 (뇌공 내막)을 포함한다.
세포외 매트릭스 분비 세포 : 세포외 매트릭스 분비 세포는 체내의 다양한 조직에 존재한다. 다양한 조직은 예를 들어, 에나멜 모세포 (치아 에나멜 분비), 귀의 전정기관의 플라눔 세미루나툼 (planum semilunatum) 상피 세포 (프로테오글리칸 분비), 치간 코르티 기관 상피 세포(모발세포를 덮는 텍토리알 분비), 느슨한 결합조직 섬유아세포, 섬유아세포, 건 섬유아세포, 골수 망상 조직 섬유아세포, 다른 비상피 섬유아세포, 혈액 모세 주위세포, 무척추동물 디스크의 수핵. 백아아세포/백아세포 (치아근 뼈 유사 백아 분비), 치아모세포/치아세포 (치아 상아질 분비), 히알린 연골조직 연골세포, 섬유연골조직 연골세포, 탄성 연골조직 연골세포, 골아세포/솔세포, 골모세포(골아세포의 줄기세포), 눈 유리체의 유리체세포, 귀 림프주변 공간의 성상 세포, 수축세포, 홍골격근 세포 (느린), 백골격근 세포(빠른), 중도 골격근 세포, 근육 방추의 핵낭 세포, 근육 방추의 핵쇄세포, 위성세포 (줄기세포), 일반 심장근 세포, 결정성 심근 세포, 푸르키예(Purkinje) 섬유 세포, 민무니근 세포 (다양한 타입), 홍채의 근상피 세포, 외분비샘의 근상피세포, 및 적혈구를 포함한다.
혈액 및 면역계 세포 : 혈액 및 면역계 세포는 기재하는 바의 신체 내 다양한 조직에 존재하며, 예컨대 적혈구(erythrocyte, red blood cell), 거대핵세포(혈소판 전구체), 단핵구, 결합 조직 대식 세포(다양한 유형), 표피 랑게르한스 세포, 파골 세포(뼈 내), 가지돌기 세포(림프 조직 내), 미세아교 세포(중추 신경계 내), 중성구 과립구, 호산구 과립구, 호염기 과립구, 비만 세포, 조력 t 세포, 억제 t 세포, 세포 독성 t 세포, b 세포, 자연 살상 세포, 그물 적혈구, 줄기 세포 및 혈액 및 면역계에 대한 수임 기원체(다양한 유형)를 포함한다.
감각 변환 세포( transducer cell ) : 감각 변환 세포는 기재하는 바의 신체 내 다양한 조직에 존재하며, 예컨대 눈의 광 수용체 막대 세포, 눈의 광 수용체 청색 감작성 원뿔 세포, 눈의 광 수용체 녹색 감작성 원뿔 세포, 눈의 광 수용체 적색 감작성 원뿔 세포, 코르티 기관의 귀 내유모 세포, 코르티 기관의 귀 외유모세포, 귀의 전정기의 i형 유모 세포(가속 및 중력), 귀의 전정기의 ii형 유모 세포(가속 및 중력), i형 미각 발아 세포, 후각 수용체 뉴런, 후각 상피의 기저 세포(후각 뉴런에 대한 줄기 세포), i형 목동맥토리 세포(혈액 ph 센서), ii형 목동맥토리 세포 (혈액 ph 센서), 표피의 메르켈 세포(촉각 센서), 촉각 감작성 1차 감각 뉴런(다양한 유형), 추위 감작성 1차 감각 뉴런, -감작성 1차 감각 뉴런, 통증 감작성 1차 감각 뉴런(다양한 유형), 고유 감각성 1차 감각 뉴런(다양한 유형); 자율 신경 세포, 예컨대 콜린성 신경 세포(다양한 유형), 아드레날린성 신경 세포(다양한 유형), 펩티드성 신경 세포(다양한 유형); 감각 기관 및 말초 뉴런 지지 세포, 예컨대 코르티 기관의 내주 세포, 코르티 기관의 외주 세포, 코르티 기관의 속손가락 세포, 코르티 기관의 손가락 세포, 코르티 기관의 경계 세포, 코르티 기관의 세포, 전정기 지지 세포, I형 미각 발아 지지 세포, 후각 상피 지지 세포, 신경집 세포, 위성 세포(캡슐화 말초 신경 세포체), 창자 아교 세포; 중추 신경계 뉴런 및 아교 세포, 예컨대 뉴런 세포(다양한 유형), 별아교 세포(다양한 유형) 및 희소 돌기 아교 세포; 렌즈 세포, 예컨대 앞 렌즈 상피 세포 및 결정 함유 렌즈 섬유 세포; 염료 세포, 예컨대 멜라닌 세포 및 망막 착색 상피 세포; 배아 세포, 예컨대 난조 세포/난모 세포, 정자 세포, 정모 세포, 정조 세포(정모 세포에 대한 줄기 세포) 및 정자; 및 버팀 세포, 예컨대 난포 세포, 써토리 세포(고환 내) 및 가슴샘 상피 세포를 포함한다.
따라서, 이들 세포는 본 명세서에 기재된 방법을 이용하여 본 명세서에 설명하는 단백질 및 다양한 인자를 이용하여 이식 및/또는 배양에 이용 가능하다. 일부 구체예에서, 결함이 있는 인간 개체에서 결함을 보정하는 방법은, 시험관 내에서 다수의 생활 가능 세포를 배양하여 생활 가능 세포의 수를 늘리고 시험관 내에서 배양된 세포 및/또는 ECM을 제조하는 단계; 및 결함을 치료하기 위해 개체의 조직에 시험관 내에서 배양된 세포 및/또는 단백질의 유효 부피를 배치하는 단계에 의한 포유 동물 세포의 사용을 포함할 수 있다. 설명한 바와 같이, 이러한 세포는 줄기 세포, 배아 줄기 세포를 포함할 수 있으며, 세포는 신체 세포 핵 전이에 의해 클로닝되거나, 세포 유형은 횡단 분화되거나, 또는 다른 세포 유형으로 전환된다. 세포는 본 명세서에서 설명하는 바와 같이 예컨대 자가 혈청을 함유하는 매질 또는 혈청 무함유 매질 중에서 배양할 수 있다.
일반적으로, 세포 유형, 조직 내 세포 유형의 상세 및 적절한 세포 및 조직 배양 기술은 예컨대 문헌들[Atlas of Functional Histology, Kerr, J.B., Mosby, 1999, Gray's Anatomy: The Anatomical Basis of Clinical Practice, 39th Edition, Standring, S., Ed., Elsevier, 2005, Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Techniques, Freshney, R. I., ed., (Alan R. Liss & Co., New York 1987); Animal Cell Culture: A Practical Approach, Freshney, R. I. ed., (IRL Press, Oxford, England (1986); Culture of Animal Cells: A Manual of Basic Techniques, Freshney, R.I., Wiley-Liss, Inc., New York, 2000, and Methods in Molecular Biology Volume 290 Basic Cell Culture Protocols 3rd Edition Cheryl D. Helgason and Cindy L. Miller Human Press Inc., Totowa, New Jersey, 2005](이들 각각은 본 명세서에서 참고로 인용함)에 기재된 바와 같이, 다양한 세포 유형, 1차 세포, 줄기 세포 및 다능성 세포를 비롯한 세포의 단리 및 증대에 이용 가능하다. 섬유 모세포, 유두 및 그물 섬유 모세포를 비롯한 특정 세포 유형의 단리 및 배양을 위한 특정 기술은 미국 특허 제09/632,581호(2000년 8월 3일 출원됨) 및 제10/129,180호(2002년 5월 3일 출원됨)(이들은 본 명세서에서 참고로 인용함)에 개시되어 있다. 단리는 조직 샘플로부터 세포의 정제된 군을 얻는 것을 지칭한다. 증대는 세포의 수를 증가시키는 것을 지칭한다. 일반적으로, 증대 및 분화는 서로 역관계에 있어서, 세포를 분화시키는 경향이 있는 배양 조건은 증대를 억제한다. 조직으로부터 추출된 다수의 세포로 시작하는 방법 또는 조직의 효소 소화가 바람직한데, 이는 이들 세포가 세포 배가가 적은 개체로의 도입을 위해 수거되어, 결함을 치료하는 데에 해롭거나 활성이 없을 수 있는 거의 노인성인 세포 또는 노인성 세포의 사용을 피할 수 있기 때문이다.
조직 내 결함의 확대 및 수복을 위한 조성물 및 방법
본 명세서에 이미 설명한 구체예를, 실질적으로 본 명세서에서 재생되는, 발명의 명칭이 "조직 내 결함의 확대 및 수복을 위한 조성물 및 방법"인 2006년 9월 14일 출원된 PCT 출원 에 기재된 물질 및 방법과 조합하여 사용할 수 있다.
환자의 이식 부위로의 살아 있는 세포의 성공적 적응을 개선시키기 위한 물질 및 방법을 본 명세서에 설명한다. 이식 부위로서 작용할 수 있는 다양한 결함의 예를 제공한다. 개선된 방법의 일부 구체예는, 시험관 내에서 증대된 세포(자가성 또는 비자가성)로 환자의 결함을 치료하는 단계, 및 세포를 회합된 단백질(들)과 함께 조직 결함에 이식하는 단계를 포함한다. 일부 구체예는, 시험관 내에서 자가 세포의 배양물을 증대시켜 환자의 결함을 치료하는 단계, 및 면역량의 가용성 단백질을 포함하는 비겔화성 생리적 용액에 자가 세포를 현탁하는 단계, 및 세포 및 단백질을 환자의 결함에 침착시켜 결함 또는 결함 부근에 있는 조직을 수복 또는 확대하는 단계를 포함한다. 세포는 결함의 치료를 위한 단백질을 첨가하거나 첨가하지 않고 겔화성 용액에서 사용할 수 있다. 면역원성 및/또는 세포 부착 매개 단백질을 비롯한 다양한 단백질이 설명되어 있다.
개선된 방법의 다른 구체예는, 시험관 내에서 세포의 배양물을 증대시켜 환자의 결함을 치료하는 단계, 및 미리 결정된 세포 자멸사 억제 인자를 갖는 세포를 환자에 침착시켜 결함 내에 또는 결함 부근에 중요 결함을 갖는 결함에서 조직을 수복 또는 확대하는 단계를 포함한다.
다른 구체예에서, 시험관 내에서 세포의 증대된 배양물 + 정제된 혈청 단백질이 결함에 침착되어 조직을 수복 또는 확대한다. 다른 구체예는, 시험관 내에서 세포의 배양물을 증대시켜 환자의 결함을 치료하는 단계, 및 결함에 미리 결정된 단백 분해 효소 억제 인자를 갖는 세포를 침착시키는 단계를 포함한다. 다수의 치료를 위해 세포의 증대를 이용할 수 있지만, 일부 결함은 조직 또는 다른 공급원으로부터 얻어진 세포를 증대시키지 않고 세포를 단리함으로써 치료할 수 있다. 세포주 뿐 아니라 제공자로부터 유래된 세포의 1차 배양물도 사용할 수 있다.
다른 구체예는 시험관 내에서 세포의 배양물을 증대시켜 환자의 조직을 치료하는 단계, 및 세포를 조직에 이식하여 노화에 의해 초래된 부족에 대해 조직을 치료하는 단계를 포함한다.
다른 구체예는 비자가성인 세포로 환자의 조직을 치료하는 단계, 시험관 내에서 세포의 배양물을 증대시키는 단계, 및 조직 결함에 세포를 이식하는 단계를 포함한다.
다른 구체예는 결함에 면역량의 단백질을 침착시켜 결함 또는 결함 부근에 있는 조직을 수복 또는 확대함으로써 환자의 결함을 치료하는 단계를 포함한다. 다른 구체예는 결함을 치료하기 위해 비면역원성 단백질을 사용할 수 있다. 추가의 구체예를 또한 본 명세서에 기재한다.
추가의 구체예는 사용할 수 있는 결함을 치료하기 위해 유전자용 담체를 이식하는 유전자 요법의 이용을 포함한다. 중요한 유전자를 함유하는 다양한 세포 유형이 담체가 될 수 있다. 유전자 부호화 단백질을 함유하는 다른 형태의 담체도 사용할 수 있다.
또한, 생체 내 이식을 위해 3차원 조직을 시험관 내에서 합성할 수 있다.
조직은 노화 효과로 인해 시간 경과에 따라 결함이 생긴다. 그러나 다행스럽게, 조직에 살아 있는 세포를 첨가함으로써 다수의 조직 결함을 치료할 수 있음이 발견되었다. 노화의 한 가지 효과는 조직 내 탄성의 손실에 있다. 이는 조직의 외관 및 이의 기능에 영향을 미친다. 본 명세서에 시험관 내에서 자가 세포의 배양물을 증대시키는 단계, 및 조직에 자가 세포를 이식하여 노화에 의해 초래된 결함에 대한 조직을 치료하는 단계에 의한 환자의 조직의 치료 방법이 개시된다. 노화하고 병든 조직은 적당 수의 세포 유형의 손실로 인해 대부분 기능을 못 하게 된다. 이는 하기 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 다른 작용 중에서 ECM 매트릭스, 단백질 및 효소 활성(단백 분해 효소), 세포 부착, 세포 이동, 세포 증식, 세포 분화, 호르몬 및 성장 인자 생성, 신호화 경로, 피드백 기전, 조직 항상성 및 이영양성 조직 형태를 변경시키는 세포 발현의 변화 및 세포 개체의 감소를 초래한다.
일반적으로, 결합성이거나 결합 조직 세포를 함유하는 노화 조직은 수분 또는 수화물 함량 감소, 프로테오글리칸 또는 기저 물질 함량 감소 및 긴장 및 터거의 감소를 나타낸다. 예컨대 피부에서, 이는 모든 조직층에서 그러하지만, 특히 진피 및 피하 층에서 그러하다. 노화 조직은 종종 ECM 감소 및 단백 분해 효소 활성 증가를 포함한다. 이러한 변화를 개선시키는 단백질(예, 프로테오글리칸)과 같은 인자 및/또는 세포(예, 섬유 모세포)는 특이적인 신생 조직 변수 및 기능에 대해 노화 조직을 수복 또는 회복시킬 수 있다.
최신 세포 배양 기술을 이용하는 경우, 비교적 작은 조직 샘플로부터 풍부한 살아 있는 세포를 얻을 수 있다. 따라서, 환자 조직 내 결함을 치료하기 위해 환자 또는 다른 공급원으로부터의 조직 샘플을 취하고, 조직으로부터 세포를 얻고, 세포 수를 증대시키고, 세포를 환자에게 재도입할 수 있다. 환자의 조직에 배양된 세포를 이식하는 것은 새로운 부위로 이식된 세포를 "활착"시키는 것을 돕는 도전이며, 과거에는 충분히 해명되지 않았다. 환자 자신의 신체로부터 유래하는 자가 세포를 사용하는 경우라도, 세포는 새로운 부위 및 용도로 통합되어야 하거나, 또는 산소, 영양소 공급원을 수용하기 위한 수단 및 대사 활성을 유지하기 위한 수단을 개발해야 한다.
살아 있는 세포는 통상적으로 이식 후 일시적으로 이들을 지탱할 수 있지만 이식 후 빨리 조정해야 하는 일정량의 내부 공급원을 가질 수 있다. 예컨대, 세포는 새로운 환경에 대해 적당히 반응해야 한다. 이들의 반응의 일부는 새로운 환경으로부터 세포가 수용하는 신호에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 적당한 신호가 없으면, 세포는 약하게 반응하게 사멸될 수 있다. 따라서, 세포를 명령하는 적당한 신호를 제공하기 위해 이식 과정 동안 세포에 단백질 및 다른 생체 분자를 제공함으로써 조정 과정을 촉진할 수 있다. 이러한 단백질은 생화학적 신호를 제공하여, 특정 대사 반응을 자극하거나, 유용한 단백질의 생성을 촉진하거나, 또는 세포의 적응을 돕는다. 또한, 이러한 단백질은 이식 부위에서 세포 고정용 지지체를 제공하거나 또는 바람직하지 않은 신호를 커버함으로써 기계적 이점을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 단백질의 일부는 세포 이식시에 제공되거나 또는 세포에 의해 생성된 다른 유용한 생체 분자에 대한 저장소로서 역할을 할 수 있다.
유용한 단백질의 일군은 면역원성 단백질이다. 몇몇 이전의 과학자들은 이식물과 회합된 세포 및 다른 물질이 실질적으로 비면역원성일 필요가 있다고 강조했지만, 면역원성 단백질을 적절히 제어된 방식으로 사용하면 하기 상세히 논의하는 바와 같이 유용할 수 있다. 간단히 말하자면, 반응이 유용할 수 있는 한 가지 이유는, 면역제가 면역 세포를 활성화시키면서 면역 반응을 유도하여, 시토킨을 생성시키기 위해 염증이 대식 세포 및 다른 세포의 유도를 유발하게 할 수 있기 때문이다. 또한, 면역 반응은 국소 부위 염증 및 홍반을 생성시킬 수 있다. 염증 및 홍반은 혈류를 증가시킨다. 혈류 증가는 산소 및 영양소의 이식 부위로의 전달을 강화한다. 또한, 섬유 모세포의 증식, 세포외 매트릭스 분자의 침착, 혈관 형성, 및 성장 유도 및 생존 강화 인자의 분비의 증가는 모두 면역 반응과 관련되어 있다. 또한, 면역 반응은 도입시 주위 국소 영역의 흉터 형성도 초래할 수 있다. 흉터 형성은 그 자체로 조직을 확대할 수 있다. 반응은 이식된 세포 이외의 세포를 이용하여 도입된 단백질과 관련될 수 있기 때문에, 이식된 세포는 면역 반응에 의해 피괴되지 않는다.
다른 특정 구체예는 예컨대 조직 내 결함에서와 같이 결함을 치료하기 위해 결함 또는 결함 부근의 위치로 단백질을 도입하는 것을 포함한다. 다수의 결함 보정은 결함 가까이에 세포를 배치하여 수행할 수 있지만, 다른 결함 치료 및 보정은 세포를 원위 배치하여 수행할 수 있다. 일례는 개체에게 세포를 전신 도입하는 것이다. 다른 예는 결함을 치료하기 위해 하나의 조직 또는 결함과 동일한 조직의 원위 부분에 세포를 배치하는 것이다. 이러한 경우, 단백질은 면역원성일 수 있다. 일부 구체예는, 결함 또는 결함 부근에 있는 조직을 수복 또는 확대하기 위해 환자의 결함에 면역량의 단백질을 침작시키는 단계를 포함하는, 환자의 결함의 치료 방법이다. 단백질은 예컨대 세포 부착 매개 단백질, 혈청 단백질, 단백 분해 효소 억제제 또는 본 명세서에 기재된 다른 단백질일 수 있다. 단백질이라는 용어는 프로테오글리칸 및 또한 3개 이상의 잔기를 갖는 펩티드를 포함한다. 잔기는 자연에서 발견되는 아미노산, 또는 예컨대 변경된 주쇄 또는 측쇄를 갖는 합성 잔기일 수 있다. 단백질은 화학적 합성, 재조합 DNA에 의해 예컨대 자연 공급원과 같은 다양한 공급원으로부터, 또는 세포 배양 해독계로부터 얻을 수 있다. 다양한 단백질을 본 명세서에 기재한다. 다른 화학 물질, 중합체 또는 단백질과 배합 또는 조화될 수 있는 단백질의 분절을 사용할 수 있으며, 대안적으로 스플라이싱된 형태도 사용할 수 있음을 인지할 것이다.
환자의 결함을 치료하는 개선된 방법은 시험관 내에서 세포의 배양물을 증대시키는 단계, 및 세포를 예컨대 면역량의 세포 단백질을 더 포함하는 생리학적 용액에 현탁시키는 단계, 및 환자의 결함에 세포(및/또는 단백질)를 침착시켜 결함 또는 결함 부근에 있는 조직을 수복 또는 확대하는 단계를 포함한다. 세포는 자가성일 수 있다. 단백질은 부착(ECM과 같은 다른 단백질 또는 세포에의 부착) 매개 단백질 또는 프로테오글리칸, 예컨대 피브로넥킨 또는 라미닌일 수 있다. 특정 구체예에서, 용액은 비겔활성이고 및/또는 단백질은 겔화되지 않으며, 용액 및/또는 단백질은 신체에 도입시 겔화되지 않는다. 대신, 단백질은 이식 부위에서 도입된 세포와 및/또는 세포 또는 ECM 및 조직과 회합되지 않는다. 세포는 결함 치료를 위한 단백질을 첨가하거나 첨가하지 않고 겔화성 용액으로 사용할 수 있다. 세포는 적절한 경우 다양한 조직 배양물 매트릭스와 함께 사용할 수 있다. 특정 작용 기전에 구속하려는 것은 아니지만, 단백질은 일반적으로 이식 부위로부터 이의 확산을 늦추는 다수의 특이적 또는 비특이적 결합 사건에 의해 이식 부위로부터 한정된 거리로 확산될 것으로 예상된다. 그 결과, 단백질은 일반적으로 이식 부위에서 또는 이식 부위 부근에서 이의 효과를 나타낸다. 동시에, 비겔화 상태에 있기 때문에, 단백질은 겔화된 단백질에 비해 이용 가능성 및 확산성이 강화되거나, 가교 결합되어 수화 겔을 형성한다. 면역원성 단백질의 경우, 이는 이식된 세포의 "활착"을 강하시키기 위해 면역 반응을 동원하는 역할을 할 수 있다. 겔은 정지시 일부 현탁액 또는 콜로이드 분산액이 되는 반고체의 젤리 유사 상태를 지칭한다. 가교 결합된 겔은 불용성이다. 겔화성 용액은 겔을 형성할 수 있는 액체, 예컨대 시간 경과에 따라 겔의 pH가 변화하거나 온도가 변화하는 용액, 현탁액 또는 분산액이다.
유용한 단백질 또는 인자의 다른 군은 미리 결정된 세포 자멸자 억제 인자이다. "미리 결정된"이란 용어는 환자에 도입하기 위한 특정 인자의 선택을 지칭한다. 세포가 세포 배양물 또는 조직 공급원에서 유래되는 복합 혼합물 내에 존재하는 경우, 일부 인자가 이론상 때때로 우연히 세포와 함께 환자에게 도입될 수 있음이 인지되었다. 그러나, 이러한 인자의 우연한 포함은 특정 농도, 양 또는 소정 효과를 달성하기 위해 의도적으로 도입 및/또는 조정될 수 있는 미리 결정된 인자를 선택하는 것과는 상이하다. 세포 자멸사의 예방 및/또는 억제는 유리하게는 환자에게 도입 후 조정 시간 동안 이의 수명을 연장함으로써 이식된 세포의 "활착"을 강화한다. 인자는 단백질, 천연 또는 합성 기원의 분자, 프로테오글리칸, 다당류, 글리코스아미노글리칸, 호르몬 및 소분자 약물을 비롯한 생물학적 활성 분자를 지칭하는 광범위한 용어이다.
세포를 조직에 이식하기 위한 세포 자멸사 억제 인자의 선택은 부분적으로는 세포 및 조직에 따라 달라지는데, 이는 일부 생물학적 인자가 특정 세포 또는 생물학적 환경에 대해서만 세포 자멸사를 억제하기 때문이다. 특정 세포에 대한 세포 자멸사를 억제하는 인자를 설명하는 연구가 있는 과학적 문헌은 풍부하므로, 당업자는 본 출원에 적절한 인자를 선택하기 위한 가이드로서 이러한 문헌을 이용할 수 있다. 하기의 세포 자멸사 인자에 대한 상세한 논의는 적절한 인자를 선택하기 위한 추가의 정보를 제공한다.
다른 구체예는 시험관 내에서 세포의 배양을 증대시키는 단계, 및 환자의 결함에 미리 정해진 세포 자멸사 억제 인자로 세포를 침착시켜 결함 또는 결함 부근에 있는 조직을 수복 또는 확대하는 단계를 포함하는, 환자의 결함의 치료 방법이다. 세포는 예컨대 자가성일 수 있다.
유용한 단백질의 다른 군은 혈청 단백질이다. 혈청 단백질은 자가성의 또는 다른 제공자 공급원으로부터 용이하게 입수할 수 있다는 장점이 있다. 혈청 단백질은 시험관 내 세포의 유지에 중요한 것으로 밝혀졌으며, 유사하게 이식 부위에서 생체 내 세포를 유지하는 데에 효과적일 수 있다. 혈청 단백질의 효과는 완전히 이해되지 않고 있지만, 일부 측면에서, 이는 세포 부착 인자, 성장 인자, 다양한 수송 단백질 및/또는 응고 매개(procoagulation) 인자와 관련이 있을 수 있다. 일반적으로, 시험관 내 세포 배양에 사용되는 혈청 인자는 이식된 세포와 함께 적용될 경우 몇 가지 이점을 제공하는 데에 사용된다. 일부 구체예에서, 혈청 단백질은 세포와의 상호 작용에 완전히 이용 가능하도록, 그리고 필요한 경우 세포 수용체 상호 작용, 신호화 경로의 전달, 내재화 및/또는 세포 하향 조절을 받도록, 용액 또는 현탁액 중에 존재하며, 가교 결합되거나 겔화되지 않는다. 혈청 인자는 하기에 더욱 상세히 설명한다. 구체예는 시험관 내에서 세포의 배합물을 증대하는 단계, 및 세포 및 혈청 단백질을 포함하는 조성물을 제조하는 단계, 및 결함에 조성물을 침착시켜 결함 또는 결함 부근에 있는 조직을 수복 또는 확대하는 단계에 의한 환자의 결함의 치료 방법이다. 세포는 예컨대 자가성일 수 있다.
유용한 단백질의 다른 군은 단백 분해 효소 억제제이다. 단백 분해 효소는 단백질을 분해하는 효소이다. 이는 그 자체로 세포 및/또는 세포에 필요한 세포 인자를 손상시킬 수 있다. 하기에 더욱 상세히 설명하는 단백 분해 효소 억제제를 단백 분해 효소의 작용을 유리하게 제한하기 위해 이식 위치에 도입할 수 있다. 구체예는 시험관 내에서 세포의 배합물을 증대하는 단계, 및 환자의 결함에 미리 결정된 단백 분해 효소 억제 인자를 침착시켜 결함 또는 결함 부근에 있는 조직을 수복 또는 확대하는 단계에 의한 환자의 결함의 치료 방법이다. 세포는 예컨대 자가성일 수 있다.
유용한 단백질 및 인자의 다른 군은 응고를 유도하는 단백질 또는 다른 인자이다. 응고 매개 단백질은 혈액 손실 및 이식 부위의 출혈을 감소시키는 데에 유용하다. 이들 단백질은 또한 이식 부위에 대한 세포 수의 도입을 강화하는 다수의 세포 유형을 위한 분열 촉진자이다.
이들 단백질 및 다른 것들은 결함의 치료 및/또는 세포의 시험관 내 증대에 유용할 수 있다.
이들 단백질 및 다른 것들은 생체 내에서 이식되는 조직의 시험관 내 3차원 합성에 유용할 수 있다. 바람직하게는, 조직 성분은 생체 내 환경을 엄밀하게 모의한다. 대안적으로, 조직 성분은 기능성이지만, 생체 내 천연 환경과는 상이하다. 이 허용은 기관 또는 조직의 시험관 내 합성을 포함한다.
결함을 치료하기 위한 조성물은 본 명세서에 기재한 단백질 또는 인자와 세포를 혼합하여 형성시킬 수 있다. 따라서, 자가 세포 또는 자가 세포를 이식 부위로의 세포의 도입을 돕는 유용한 단백질과 배합할 수 있다.
또한, 본 발명은 예컨대 본 명세서에 기재한 세포, 단백질 또는 다른 인자에 더해, 또는 이것과 함께 히알루론산 또는 BOTOX를 사용하여 환자 조직의 통상적인 치료와 함께 사용할 수 있다. 따라서, 공지된 치료를 이용한 치료 전에, 이와 동시에 또는 이것 후에 수행할 수 있다. 예컨대, 히알루론산 또는 BOTOX를 주름의 치료를 위해 세포와 배합할 수 있다. BOTOX는 보툴리닌 톡신에 대한 브랜드명으로서, 면역원성이 강하고 신경 근육 상호 작용으로 인해 주름을 냉동 마취시키는 데 효과가 있다. 따라서, 세포 요법과 동시에, 이것 전에 또는 이것 후에 주입된 BOTOX를 주름과 같은 결함의 단기 및 장기 확대에 사용할 수 있다. 이는 콜라겐(예컨대 브랜드명 ZYMED 또는 ZYPLAST)과 같은 다른 상업적으로 이용 가능한 치료에도 그러할 수 있다. 히알루론산(예, 브랜드명 RESTYLANE)은 면역원성이 낮지만, 또한 세포 요법을 이용한 단기, 장기 확대에 이점을 제공한다. 칼슘 히드록실아파타이트(브랜드명 Radiesse), 중합체, 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트(브랜드명 Artecoll) 또는 상이한 단백질을 비롯한 생체 물질의 다른 브랜드도 상기 문맥에서 사용 가능하다.
면역원성
세포 또는 단백질의 이식은 면역 반응을 초래할 수 있다. 이식하는 이종 발생성 또는 동종 이형성 세포의 주된 관심은, 이들이 이식된 세포를 파괴하거나 또는 이를 절충하는 숙주로부터 면역 반응을 유발하여 세포의 치료 가치를 감소 또는 소실시키느냐 하는 것이다. 자가 세포를 사용하면 면역 반응을 감소 또는 제거하여 치료 요법의 가치를 보존할 수 있다. 면역제는 종종 숙주가 이질물로서 인지하는 단백질 또는 탄수화물 분자이다.
면역제는 유리하게는 이식된 세포와 함께 첨가할 수 있다. 사실상, 면역원성 비세포 제제에 대한 면역 반응은 이 제제가 세포에 대한 반응을 유발하지 않는 경우 이식된 세포의 효과를 거부하지 않는데, 예컨대 이는 제제가 면역계에 대해 세포를 확인하는, 세포에 대한 표면 마커이기 때문이다. 대신, 면역 반응은 특정 제제에 직접 관련되며, 세포는 간접적으로만 영향을 받는다. 특히, 비자가 세포와 달리 자가 세포를 면역원성 단백질과 배합할 수 있으며, 세포가 면역계로부터 특이적 공격을 받지 않도록 면역제와의 친밀힌 회합을 필요로 할 것으로 예상할 수 있다.
면역 반응은 도입된 세포의 숙주 거부를 일으키지 않으면서 조직 내 결함의 치료에 이익이 될 수 있다. 면역제는 면역 세포를 활성화하는 면역 반응, 및 면역 반응에 의해 생성된 시토킨을 수반하는 염증 반응의 다수의 측면을 유도할 수 있다. 예컨대, 면역 반응은 국소 부위 염증 및 홍반을 초래한다. 염증 및 홍반은 혈류, 및 영양소의 부위로의 전달을 증가시킨다. 백혈구, 특히 대식 세포 및 다형핵 유형은 부위로 이동하여, 섬유 모세포 또는 세포에 의한 결합 조직 매트릭스 침착을 조절하는 시토킨 또는 성장 인자를 생성시킨다. 이 일련의 사건 후에 섬유 모세 증식 및 세포외 매트릭스의 침착의 증가를 반영하는 섬유 증식이 이어진다. 혈관 형성이 일어나서, 영양소를 전달하기 위한 국소 혈액 및 영양소 공급이 증가하여 도입된 세포의 생존 및 증식이 증가한다. 대식 세포 및 다른 면역 세포는 도입된 세포의 생존 및 증식을 증가시킬 수 있는 시토킨 및 성장 인자를 분비한다. 염증이 감소될 때, 혈관 형성이 중지되고 섬유 증식이 완료된다.
면역 반응은 또한 도입부의 주위 국소 영역에 흉터 형성을 초래할 수 있다. 흉터 형성은 그 자체로 확대 조직일 수 있다. 흉터 형성은 콜라겐 및 다른 세포외 매트릭스 단백질 및 분자의 합성을 증가시킨다. 흉터 형성은 의도하는 결함 부위로부터 세포의 이동을 방지하는 세포의 국소화를 유지할 수 있다. 변경된 혈관계 구조가 흉터, 육아 조직 및 콜라겐에서 발견되며, 다른 세포외 매트릭스 침착 및 리모델링이 혈관 신생 경로를 따라 일어난다.
세포 생존, 성장 및 세포외 매트릭스 생성을 강화시키는 면역원성 혈청 및 ECM 단백질 및 분자를 결함의 조직 확대 및 수복을 위해 살아 있는 세포와 배합할 수 있다. 예컨대, 성장 인자를 세포와 함께 포함시키는 것이 유리할 수 있고 세포 단독보다 우수할 수 있다. 종종, 단백질의 실질적으로만 이용 가능한 형태 또는 가장 바람직한 형태는 재조합 이종 발생 또는 동종 이형 형태 또는 비재조합 이종 발생 또는 동종 이형 형태이다. 이종 발생성은 다른 종으로부터의 공급원(조직, 세포, 단백질, 거대 분자, 분자)을 지칭한다. 동종 이형성 또는 동족은 종 내 다른 개체로부터의 공급원을 지칭한다. 자율성 또는 자가성은 동일한 개체로부터의 공급원을 지칭한다.
이종 소 혈청은, 예를 들어 피부의 피하 영역으로 숙주에 주사하는 경우 과민성 반응(주사 부위 근처의 혈관의 확장으로 인한 붉어짐 또는 홍반)을 유도하는 면역 단백질이다. 실질적으로, 환자의 약 90%가 시판되는 소 콜라겐 이식에 반응하는 항체를 발달시킨다. 유사하게는, 리폴리사카리드(LPS)는 O-항원, 코어 다당류 및 지질로 구성된다. O-항원은 매우 면역성이며, 항체 생성을 촉진한다. 또는, 예를 들어 인간 숙주에 이식된 소 혈청 알부민은 면역성이며 특정 실시양태에서 사용될 수 있다.
면역 반응
많은 유형의 면역 반응이 발생할 수 있다. 중화 항체, 결합 항체 또는 과민성 반응은 면역 반응의 유형이다. 상기 반응은 T-세포 도움 없이 있을 수 있으며, 일시적인 것으로 약물 동태학을 변경시키고, 샘플 항체를 유도하지 않는다.
과민성 반응은 미생물 및 동물 단백질(예를 들어, 아프로티닌)로부터의 생체 이물 생성물, 및 인간 기원 생성물과 함께 발생하는 것으로 확인되었다. 과민성 반응은 치료 단백질을 내인성 인자가 성숙하고, 비작용성이며, 변형되고, 생리학적으로 무의미한 수준으로 부재 또는 존재하는 환자에게 투여하는 경우에 발생한다. 결합 항체는 단백질이 항원성이고 면역 반응을 유도할 수 있는 민감성 징후이다. 결합 항체는 에피톱 번짐 및 중화 항체 성장을 촉진시킬 수 있다.
결합 조직 면역 반응에 관여하는 일부 세포는 B 및 T 림프구와 대조적으로 세포에 접착하는 대식세포(단핵성 식세포)이다. 랑게르한스 세포는 골수로 이루어진 수지상 세포이고, 상부 표시로 순환하며, 림프절과 연통하는 항체 제시 세포이다. 조직구는 결합 조직과 같은 조직에서의 대식세포이다. 조직구는 활성적으로 식세포성이며, 순환 혈액의 단백 백혈구로부터 유도될 수 있다. 조직 적합 항체 또는 특이성 항체 프로세싱은 개별적으로 다를 수 있고, 동일한 단백질에 항체 반응을 특이적으로 생성할 수 있다. 고정적으로 또는 일시적으로 존재하는 추가적인 면역 세포는 T 및 B 세포, 단핵 백혈구, 호염기성 백혈구, 호중성 백혈구 및 비만 세포를 포함하는 림프구이다.
혈액 및 조직 내에 많은 면역 세포가 있다. T 및 B 세포 이외에 다양한 면역 세포가 혈액 내에서 순환한다. 과립구는 혈액 순환 내 백혈구 57∼71%로 구성되며, 이의 세포질 과립의 염색 특성으로 인해 주로 다른 3개 유형의 다형핵 백혈구를 의미한다. 호염기성 백혈구, 호중성 백혈구 및 호산성 백혈구는 모두 상이한 기능을 보유한 성숙한 골수계 세포이다. 림프구는 B 또는 T 세포 7 내지 12 u이고, 원형 내지 난형의 핵을 함유한다. 대식세포는 골수 내 줄기 세포로부터 생성되는 혈액 내 단핵 백혈구로부터 유도되는 단핵 식세포 및 종양제거 세포이다. 이들은 세포 배양에서 부착 세포로서 성장한다. 단핵 백혈구는 혈액 내 백혈구의 3∼5%를 구성한다. 대식세포는 또한 간 내 쿠퍼 세포(Kupffer cell) 및 결합 조직 내 대식세포로서 알려져 있다. 이들은 IL-I, 프로테아제, 리파아제, 산 가수 분해 효소, 보체 성분 C1∼C5, 인자 B 및 D, 프로페르딘, C3b 불활성화제 및 β-1H를 생성한다. 비만 세포는 결합 조직이며, 이의 과립의 저장 부위로부터 다양한 화학적 매체를 분비함으로써 즉각적인 I형 과민반응 및 염증성 반응에서 작용한다. 비만 세포는 알레르겐(예를 들어, 이종 혈청)에 제1 노출된 형질 세포에 의해 형성된 IgE와 결합하는 IgE 항체 수용체를 함유하는 멤브레인을 갖고 감작화된다. 비만 세포는 I형 과민성 반응, 염증성 및 알르레기성 반응에서 작용한다.
수지상 세포는 면역촉진 작용을 강화시키고, 항원 제시 세포이다. 피부 표피의 랑게르한스 세포는 항원 제시 세포이다. 이들 세포는 피부에서의 항원의 흡수 및 이의 림프절로의 이송을 통한 지연형 과민증을 발달시킨다.
대식세포는 손상된 조직의 회복을 촉진시키는 섬유 모세포 및 혈관 상피 세포의 성장 인자를 생성한다. 대식세포는 다른 염증성 세포, 특히 호중성 백혈구를 모집하는 시토킨을 생성하고, 염증의 많은 전신 영향, 예컨대 발열에 원인이 된다. 대식 세포 이종 입자, 예컨대 미생물, 항원을 포함하는 거대 분자, 및 손상되거나 죽은 자가-조직, 예컨대 노화 적혈구. 이들은 또한 항원 특이성 T 림프구에 의해 인식되는 이종 항원을 나타내기 때문에, 항원 제시 세포이다. 대식세포는 세포 매개된 면역의 주요 효과기 세포 중 하나이며, 체액성 면역 반응에 의해 이종 항원을 옵소닝(opsonize) 처리하거나 제거한다.
세포 매개된 면역은 항체가 관여하지 않는 면역 반응이다. 대신에 이는 세포내 병원체 파괴, 표면 상에 항원 에피톱을 나타내는 세포를 용해시키는 항원 특이성 세포독성 T-림프구의 생성, 및 후천성 및 선천성 면역 반응에 관여하는 다른 세포의 작용을 변경시키는 항원 촉진된 세포로부터의 다양한 시토킨의 방출을 위한 대식세포 및 NK-세포의 활성을 포함한다. 미생물 및 바이러스 감염된 세포를 제거하는 이의 작용 이외에, 세포 매개된 면역은 이식 거부에서 주요한 작용을 한다.
체액 매개된 면역은 주로 후천성 면역 반응을 특징으로 하는 B 세포에 의해 생성되는 항체를 포함한다.
면역원은 B 또는 T 세포 반응을 유도시키고, 이러한 반응의 생성물과 상호반응한다. 면역원은 항체와 흔히 혼용하는 용어이지만, 항원은 항체가 반응하는 물질을 실질적으로 의미한다. 따라서, 면역원은 항체 반응 이상을 유도할 수 있기 때문에 항원인 것으로 한정되지 않는다. 분자량이 1000 이상인 단백질 및 다당류가 전형적인 면역원이다. 항원은 항체 및/또는 특정 면역원에 의해 촉진되는 면역 반응의 T 림프구 수용체와 반응하는 물질이다. 항체는 단백질, 탄수화물(복합 및 단일 당), 지질 및 인지질, 핵산, 호르몬, 중간 대사 산물 및 오토코이드일 수 있다. 불완전한 항원 또는 합텐은 단독으로 면역 반응을 유도하지 않으나, 이의 생성물, 예를 들어 항체와 반응할 수 있다. 합텐은 담체 분자와의 공유 결합에 의해 면역성이 된다. 주요 면역원은 단백질 및 다당류인 반면에, 지질이 합텐으로서 작용할 수 있다. 면역성이기 위해서, 수용체와는 이종인 것으로 인식되는 물질이 필요하다. 주요 분자 크기 및 복합성, 숙주 인자, 예컨대 반응성(면역 능력)에 대한 유전 인자, 및 상기 면역원으로의 이전 노출이 면역형성능을 결정하는 인자이다.
면역학적 반응은 프라이밍 되거나 감작화되는 항체에 또는 항체 이전에 절대 대면하지 않는 항체와의 림프 세포의 생체 내 또는 시험관 내 반응이다. 면역학적 반응은 항체 형성, 세포 매개된 면역 또는 면역학적 관용으로 구성될 수 있다. 방어적 면역성 및 과민성은 체액성 항체 및 세포 매개된 면역 반응으로부터 유도될 수 있다.
알르레기는 광범위한 환경성 항체에 대한 변경된 면역 반응성을 의미한다. 알르레기는 또한 과민증을 의미하고, 보통 아토피성/아나필랙시스 유형의 I형 즉각적인 과민증을 나타낸다. 유도되는 반응이 항체에 반응성인 면역 보호 유형보다 민감성이거나 알르레기성인 경우에 감작화된다. 이소알레르겐은 유사한 크기, 아미노산 조성, 펩티드 핑거프린드 및 기타 특징을 갖는 알레르기성 결정자이다. 이들은 동일한 알레르겐의 분자 변이체이고, 민감한 대상체를 개별적으로 감작화시킬 수 있다. 동종항원은 동일 종의 유전적으로 상이한 멤버에 주입되는 경우에 면역 반응을 유도하는 종의 멤버에서 확인되는 항원이다. 2개 멤버의 동종항원은 동일한 결정자를 가질 수 있다. 그렇지 않은 경우, 이들은 서로에 대해 알르레기성일 수 있으며, 동종이계 항원으로 일컬어진다. 관용원은 면역학적 관용을 유도할 수 있는 항체이다(관용은 개별적인 세포로서 림프구를 포함하는 반면에, 미반응성은 전체 유기체의 특질임). 항원에 대한 관용성 대 면역성의 생성은 항체의 물리적 상태(가용성 또는 미립자성), 투여 경우, 수용자 면역 시스템의 성숙 정도 및 면역 형성능에 따라 다르다. 정맥 내 투여되는 가용성 항체는 많은 상황에서 관용성을 나타내기 쉬울 수 있으나, 피부로 주입되는 미립자성 항체는 면역성을 나타내기 쉽다.
면역성 반응의 탐지
혈청 내 면역성 반응을 탐지하기 위한 많은 분석 방법들이 존재한다. 분석은 특이적, 감작성이어야 하며, 및 친화력이 낮은 항체를 탐지할 수 있어야 한다. 이용할 수 있는 몇몇의 분석으로는 항체 중화의 확인을 위한 바이오센서 분석, 생물학적 분석, 방사선면역 침전(RIP) 및 효소 결합 면역흡수 분석(ELISA) 결합 분석이 있다. 각각의 분석 유형은 기타 요인 중 샘플 및 항체의 특성에 따른 이점을 가진다. 바이오센서 면역분석은 항체 동종형, 하위 부류 및 해리 속도를 결정하며, 친화력인 낮은 항체를 탐지하는데 바람직한 방법이다. 단백질로의 항체의 결합에 대한 분석으로는 ELISA(단백질 코팅, 항체 샘플 첨가, 탐지체, 예컨대 라벨링된 단백질의 항체(통상적인 방법) 또는 라벨링된 단백질(브릿지 방법)로의 첨가), RIP(여기서, 방사선활성 라벨링된 단백질이 항체 샘플에 의해 침전됨), 면역블롯팅 및 BIA 코어 방법(표면 플라스몬 공명)이 있다. BIA 코어 방법에서 단백질은 고정화되고, 단백질을 첨가하여 항체 샘플의 결합을 억제한다. 농도, 동종형, 상대 친화도 및 항체의 특이성을 결정할 수 있다. 생물학적 분석은 항체가 치료적 면역 단백질의 생물학적 영향을 상쇄시킬 수 있는지를 결정한다. 생물학적 분석은 배양 세포에서 수행할 수 있으며, 여기서 생물학적 반응, 예컨대 증식은 단백질 첨가 후, 상기 단백질에 대한 항체 샘플의 + 및 -로 측정할 수 있다. 항체 효과 측정을 위한 다른 종말점은 시토킨 방출(ELISA 측정), mRNA 발현 또는 아폽토시스(카스파제 또는 기타 아폽토시스 분석)일 수 있다. 상기 세포는 생물학적 분석에서의 천연 1차 세포, 세포계 또는 공학적으로 처리된 세포계일 수 있다.
면역형성능은 때때로 T 세포 에피톱 확인, 컴퓨터 알고리듬의 사용 및 환자 혈청과의 반응을 기준으로 예측될 수 있다. 적정, 교차 반응성, 중화 및 발달 및 지속의 동태를 조사하는 다른 동물에서의 평가를 또한 적용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 많은 인자가 신규한 에피톱, 응집화, 글리코실화, 분해, 산화, 탈아미드화의 분자 구조를 포함하는 단백질의 면역형성능; 단백질의 면역조절 특징; 단백질 형성 방법; 불순물의 종류; 치료의 투여 경로, 투여량, 빈도 및 지속 시간; 환자의 면역 상태 및 유전적 배경 및 질환 또는 결점을 결정한다. 그러나, 면역 시스템은 현 분석 방법이 할 수 없는 면역성의 단백질에서의 변형을 탐지할 수 있는 궁극적인 시스템이다.
면역형성능 인자
많은 인자가 단백질이 면역성이 되도록 할 수 있다. 천연적으로 발생하거나, 합성되거나, 정제되거나 재조합형인 단백질은 이의 면역형성능 잠재성에서 이러한 많은 인자를 공유한다. 한 인자는 투여 경로일 수 있다. 항체의 면역 반응은 상기 항체의 진입 입구에 따라 다를 수 있다. 피하 또는 피부 내 투여가 보통 정맥 내 또는 근육 내 경로보다 일정하게 항체에 대한 면역 반응을 생성한다. 그 이유는 상기 조직 내의 압도적인 항원 제시 세포에 기인할 수 있다. 상피의 진피 및 랑게르한스 세포 중의 대식세포는 T 세포에 대해 항원을 제시하는 항원 제시 세포이다. 또다른 인자는 어쥬반트 또는 물질이 장기간 동안 주입 부위에 항원을 천천히 방출하는 것을 촉진시켜 항원 침착 부위에 대식세포를 유인하는 피하 주사의 잔류 효과(depot effect)이다. 또다른 이유는 더욱 한정된 공간에서의 단백질의 응집(응집체를 형성하거나 유지함)일 수 있다. 치료제의 투여량, 수준 및 기간은 면역 반응에 영향을 미칠 수 있다.
빈번히 투여하여 면역 반응을 증가시킬 수 있다. 보다 적은 투여량으로 면역 반응을 증가시킬 수 있으나, 단백질의 많은 투여(정맥내)는 관용을 유도할 수 있다. 생성물 기원은 중요하다. 이종 단백질(이종개체성 또는 동족이계성)에 대한 면역 반응이 예상되며, 일부 자가 단백질에 대해서도 예상된다. 피코몰 수준으로만 존재하는 재조합형 시토킨, 예컨대 트롬보포이에틴이 면역 반응을 유도한다.
면역 반응의 신속성 및 이의 강도 및 지속성은 투여 경로 및 이전 또는 진행 환경 노출을 비롯한 많은 요인에 따라 다르다. 생성물 관련 인자, 예컨대 어쥬반트의 존재 또는 응집체의 유형 및 농도 및 임의의 선천적인 면역 조절 활성(1차 구조, 예컨대 서열)은 소정의 투여량 처방에서의 면역형성능을 증가시킬 수 있다. 분자 구조의 변경이 또한 면역 반응을 유도할 수 있다. 네오결정자(neodeterminant), 예컨대 파트너 항체, 시그날 또는 리드 펩티트와 치료 단백질과의 융합, 아미노산 변형에 의해 생성된 것 또는 부적절하거나 불완전한 글리코실화에 의해 생성된 것이 면역형성능의 공급원이다.
글리코실화는 이들이 결합된 단백질의 면역형성능을 강하게 조절할 수 있다. 글리코실화는 자가 조직성, 동종이계성, 이종개체성의 공급원에서, 및 진핵 생물 시스템에 의해 생성된 재조합형 당단백질에 대한 광범위한 이질성을 유도할 수 있는 복합 해독 후 변형이다. 숙주 세포 유형에서의 차이, 세포의 생리학적 상태 및 단백질의 구조적 제약이 면역형성능, 안정성, 단백질 활성에 대한 민감성 및 생물학적 활성에서의 다양성을 유도한다. 이러한 미세이질성(microheterogeneity)은 단백질의 면역형성능에 영향을 미칠 수 있다. 뱃치 대 뱃치의 불일치성 및 불안정성이 있을 수 있다. 글리코실화는 분비 효율성, 세포 외 안정성 및 가용성에 영향을 미친다. 이질 단백질의 N-글리코실화는 세포 내 단백질 가수 분해 가공성(프로테아제 공격 감소), 분비 효율성 및 진핵 숙주 세포로부터 분비되는 단백질의 해독 후 능력에 주요한 영향을 미친다. 대장균(E. coli) 숙주 세포는 진핵 글리코실화능을 가지며, 따라서 이러한 유형의 제조를 통해 유도되는 치료제는 글리코실화의 후천적 프로파일뿐만 아니라, 단백질의 면역형성능에 영향을 미치는 다른 해독 후 변형의 숙주를 나타내게 된다. 진핵 세포의 효과는 많은 가능한 경로, 예컨대 포유류 이종 당, 이스트 만난 또는 식물성 당에 의해 매개될 수 있다. 이들 중 일부는 재조합형 단백질 경로를 통해 결합될 수 있다. 적합한 글리코실화 아미노산 잔류물의 부재로서 단백질의 면역형성능을 증가시키는 네오결정자를 생성할 수 있다. 단백질 상의 글리코실화 잔류물의 변형은 항체 형성을 유도할 수 있다. 항체는 비보호된 글리코실화 부분을 갖는 단백질에 대해 발달하고, 예를 들어 재조합형 인간 GM-CSF에 의해, 또는 더욱 가용성인 단백질(예를 들어, INF-β)을 형성함으로서 발생한다.
재조합형 당단백질, 프로테오글리칸 또는 단백질 상의 탄수화물 자리가 존재하여 단백질의 면역형성능을 유도할 수 있다. 예를 들어, 단백질 상에 일반적으로 제지되지 않는 글리코실화 부분을 첨가함으로써 면역 반응을 또한 유도할 수 있다. 돼지 기간의 단백질은 숙주 항체와 상호 반응하고 기관의 면역 거부를 유발시키는 혈관 상피 상의 당 잔류물(갈락토스 α 1,3 갈락토스)을 함유한다. 인간 내 혈청 항체의 약 1%가 사익 당 잔류물과 연관된다. 이는 인간, 침팬치 및 고릴라를 제외한 모든 포유류의 세포 글리코컨쥬게이트 상에 존재한다. 상기 당 잔류물을 갖는 조직 또는 세포는 보체 및 백혈구가 관여하는 신속한 거부를 유도할 수 있다. 또다른 해독 후 변형은 특히 인산화 또는 탈인산화, 지질 부분의 추가 또는 감소, 메틸화, ADP-리보실화, 산화, 형태 변화를 비롯한 단백질의 면역형성능에 영향을 줄 수 있고, 이는 활성 및 안정성에 필요하다.
재조합형 단백질의 광범위한 용도는 동물 인간 기원의 생성물보다는 생물학적 안정성으로부터 기인한다. 그러나, 전형적으로 이질성인 단백질 또는 동종이계성 단백질인 재조합형 단백질은 일반적으로 면역 반응을 생성할 수 있다. 항체는 인간종에 속하는 인간 단백질과 다양한 정도로 발달하며, 천연 형태와 동종이다. 이의 예로는 인슐린, 성장 호르몬, 과립구-대식세포 집락-자극 인자, 인자 Ⅷ, 에리트로포이에틴, 인터류킨-2 및 인터페론 α 및 β을 들 수 있다. 일부 연구는 인간 인터페론 제조에 의해 80% 초과의 항체를 형성하는 경우는 나타낸다. 에리트로포이에틴에 의한 100% 사건의 보고서가 있다. 당뇨병의 44%가 재조합형 인간 인슐린에 의한 항체 생성을 유도하였다. 인간 성장 호르몬에서, 63% 사건이 메티오닌 재조합형 인간 성장 호르몬에 의해 관찰되었다.
항체, 또는 재조합형 단백질로의 면역 반응을 생성하는 메카니즘이 진행중인 과학적 연구의 주제이다. 불순물 또는 오염물이 면역 반응을 촉진시킬 수 있다. 추가적인 요인을 하기 기술하였다.
크기 : 작은 단백질 또는 펩티드가 크거나 복잡한 단백질보다 항체 반응을 유도하기 덜 쉽다.
자가항체 : 자가 항체는 환자가 이미 면역 반응을 보이는 단백질로서 투여된다.
변성 : 단백질 변성은 단백질의 1차 구조 또는 면역 시스템에 대한 변형된 형태의 네오결정자를 나타낸다.
응집화 : 이는 면역 반응을 유도하는 중요한 메카니즘이다.
동질 단백질이 응집체에 의해 항체를 빈번히 유도한다. 항체 생성은 느려질 수 있고, 항체 결합은 치료 후 나타나며, 시간에 따라 사라진다. 단백질 응집체는 단량체 형태의 면역 반응성을 유도한다. 이는 효율적인 B-세포 활성을 유도하는 상당량의 B-세포 수용체를 가교시켜 시행할 수 있으며, 항원 프로세싱 및 제시를 강화시켜 친화성이 높은 IgG 항체를 생성시키는 데 중요한 T-세포 레퍼토리를 효율적으로 모집할 수 있다. 항체를 생성(예컨대, 중화)하는 단백질 응집체의 능력은 응집체 내 분자의 천연 형성의 보존에 따라 다를 수 있다. 형성된 단백질의 응집체는 항체를 생성(결합)할 뿐만 아니라, 항체를 중화시키는 것을 생성하는 데 있어서 보다 덜 영향력을 가진다. 성장하는 단백질, 접촉 부위 또는 에피톱 내의 선형 결정자에 대한 항체로서 중화 활성을 설명할 수 있다. 단백질 응집체는 많은 치료 단백질, 예컨대 I형 인터페론, rHu (재조합형 인간) 인터류킨-2 및 인간 성장 호르몬에서 발생하는 것으로 나타났었다. 예를 들어, IFN-α-IFN-α 및, 더욱 바람직하게는 HSA-IFN-α가 제형 및 저장 중에 형성한다.
재조합형 수단에 의해 박테리아성 시스템에 생성된 단백질은 봉입체에서 일반적으로 응집된다. 작용성을 위해서, 단백질을 리폴딩하고 재생하여 이를 가용성이게 하는 것이 필요하다. 모두 분해되는 것은 아니다. 여과하여 응집 및 변성을 유도할 수 있다. 응집된 인간 성장 호르몬, 인슐린 및 IgG가 단량체보다 더욱 면역성인 것으로 확인되었다. 물리적 또는 화학적 단백질 변형이 응집에 대한 추가 원인이다.
재조합형 동물 또는 인간 단백질에 대한 면역 반응이 빈번히 있게 된다. 인간 재조합형 단백질에 대한 면역 반응에서의 요인은 하기 3개의 주된 카테고리로 분류될 수 있다: (1) 박테리아, 이스트, 식물 또는 포유류 세포에서의 숙주 세포 생성을 포함하는 재조합형 단백질의 공급원; 임의의 오염 단백질의 존재, 글리코실화 차이 및 전술된 요인; (2) 부형제의 사용을 포함하는 제형 인자, 화학적 및 물리적 단백질 변형, 예컨대 변성 및 응집화; (3) 임상적 요인, 예컨대 투여 경로, 치료 투여량 지속 시간, 자가항체의 존재, 환자의 질환 상태 및 연령.
제형 : 단백질 생성물의 제형에서의 성분을 포함함으로써, 단백질 분자, 및 공기 및 유리와 같은 표면에서의 소수성 상호 작용과 다른 경우에 상실할 수 있는 단백질의 선척적인 형태를 보전함으로써 생체 내 활성을 최대화시킬 수 있다. 또한 성분을 첨가하여 산화 또는 탈아민에 의한 단백질 분해를 방지한다. 대형 단백질, 예컨대 알부민을 제형 내에 부형제로서 포함할 수 있고, 면역 반응에 기여할 수 있다. 대형 단백질의 목적은 소수성 상호반응을 억제하는 것이지만, 이들은 생성물과의 응집화 또는 단백질 부가물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 인터페론-α-인간 혈청 알부민은 인터페론 α에 대한 면역 반응을 촉진시킨다. IFN-α 제형은 HSA가 가용성, 열적 안정성 및 활성 단백질의 표면 흡수를 방지하는 능력이 우수하기 때문에 이를 함유한다. HSA는 또한 다른 단백질과 상호 반응한다.
비이온성 세제와 같은 다른 부형제는 미셀 형성을 유도하거나, 어쥬반트 활성을 가질 수 있는 유기 분자 및 금속 이온 리칭시킬 수 있다.
어쥬반츠: 어쥬반트 활성은 제형보다는 다른 공급물로부터 유래할 수 있다. 어쥬반트는 B 세포 및 기타 항체 제시 세포 개체군 상에 존재하는 톨 유사 수용체(toll-like receptor)(예컨대, 대식세포) 또는 기타 인식 분자와의 직접적인 어쥬반트 활성을 발휘할 수 있는 미생물 숙주 세포 단백질, 올리고뉴클레오티드 또는 다당류에 존재할 수 있다. 단백질 생성물 그 자체가 어쥬반트일 수 있다. 예를 들어 I형 인터페론, 인터류킨 2 및 GM-CSF는 이들 자체에 대한 면역 반응을 상향조절한다. 이는 다른 생물학적 치료제, 내인성 (자가) 단백질 및 소규모 약물 분자인 경우에 전형적이다.
대부분의 단백질은 열, 광 및 기계적 교반에 민감하며, 이들 조건은 응집화 및 변성을 유도한다. 또한, 저장 조건 및 시간은 이들 파라미터에 영향을 줄 수 있다. 조건을 조정하는 것은 단백질 대 단백질의 상호반응을 비롯한 면역형성능을 유도하는 단백질 변화를 유도할 수 있다. 단백질 응집체는 또한 스트레스 조건, 예컨대 온도 및 pH 극한으로의 노출, 고위 공기/물 또는 고체/물 계면의 도입 및 약학 첨가제의 첨가에 의해 유도될 수 있다.
생성물 기원: 생성물 기워의 효과의 보편적인 예로는 디설파이드 결합으로 결합된 2개의 사슬로 구성되고 분자량이 5,900인 폴리펩티트 호르몬, 인슐린이 있다. A-사슬은 21개의 아미노산을 가지며, B-사슬은 30개의 아미노산을 가진다. 소 인슐린은 3개의 아미노산 변화로 인간 인슐린과 다르다. 돼지 및 소 인슐린 간의 구조적 차이점은 동물-공급원 인슐린의 항원성을 유도한다. 돼지 인슐린은 1 아미노산 변화로 인간 인슐린과 다르다. 소 인슐린은 인간 공급원(재결합성)보다 더욱 면역성인 돼지 공급원(60% 발생율)보다 더욱 면역성이었다. 재조합형 단백질의 대부분이 해당 인간 단백질과 거의 동일한 아미노산 서열을 가지지만, 예를 들어 개별적인 다형체를 고려하는 경우, 숙주가 관용하는 것과 재조합 단백질이 함유하는 것과 수많은 아미노산 차이가 있을 수 있다. 인슐린에 대한 국부 반응은 피부 감작화 IgE 항체의 형성에 즉각적인 과민증(I형 알르레기) 및 T-림프구 촉진 후 지연성 과민증에 기인한다. 기타의 것들은 재조합형 인슐린으로 치료되는 당뇨병 내의 IgG 및 IgE 인슐린 특이성 항체 둘 모두에 대해 나타낸다. 요약하면, 인슐린에 대한 면역 반응은 인간 항체의 B 림프구 생성, 피부 감작화 항체(IgE)를 특징으로 하는 즉각적인 과민증, 및 중화 항체(IgG)과의 드문 인슐린 저항이다. 또한, T-림프구는 지연성 과민증, 국부 지연성 알르레기를 나타낸다. 피부는 면역 반응의 불특정 역할에 의한 지방 위축 또는 이상 비대를 나타낼 수 있다. 인슐린에 대한 국부 피부 반응은 인슐린 투여 후 몇 시간 내에 주사 부위에서의 찌르는 듯하거나, 화끈거리거나 가려운 감각으로 구성되는 온건한 반응으로서 인식된다. 다른 경우에, 상기 반응은 국부 팽창, 홍반(면역원 주사 부위의 혈관의 확장으로 인함), 주사 부위에서의 경화 및 임시 알르레기성 두드러기 형성으로 나타낸다.
상이한 부류의 단백질 치료제는 면역성, 예컨대 동물 유도 단백질, 인간 유도 단백질, 동종 서열 및 상이한 서열의 인간 재결합성 단백질, 화학적 변형, 융합 또는 혼성 단백질 및 항체 치료제, 완전 인간 항체 또는 인간화, 쥐 또는 잡종 항체에 의한 것일 수 있다. 환자에게 유입된 단백질은 환자의 효능에 영향을 미치지 않거나 치료제의 약물 동태학을 변경시킬 수 있는 항체를 유도할 수 있다. 대부분의 생물 약학물, 주로 재조합형 DNA를 통한 단백질은 보통 새로운 항체 또는 면역 관용으로의 반응을 통해 항체 형성을 유도하며, 이로써 면역원이 된다.
면역 단백질 치료제의 추가 예로는 인자 Ⅷ, IFNα2a 및 GM-CSF에 의해 확인되는 바와 같이 상기 치료제의 효과를 상쇄시킬 수 있고, EPO 및 MGDF로 확인되는 바와 같이 부작용을 유발시키는 천연 단백질과 교차 반응할 수 있다. 천연 단백질과 동종이고 결합 또는 중화 항체에 의해 면역성인 재조합형 단백질의 예로는 IFN-α2a, GM-CSF, G-CSF, IFN-β, Epo, IL-2, GnRH, HCG; 서열 변이체이고, 면역성이며, IFN-β 및 IFN-α Con 1인 재조합성 단백질; 화학적으로 개질(페글리화 MGDF)되거나 혼성(GM-CSF/IL-3 혼성 또는 TNFR2-Ig)이고 면역성인 재조합형 단백질; 천연 세포로 제조되고 면역성이며 비인간 단백질 칼시토닌 및 인슐린, 인간 단백질 글루코세레보시다제 및 인자 Ⅷ인 단백질이 있다. 항체는 발형 시스템(예를 들어, 대장균 단백질)로부터 유도되는 단백질 관련 비생산물에 대해 항체가 발견된다. 항체는 단지 결합이거나, 결합 및 중화일 수 있다. 환자 변이성 및 환경 영향은 GM-CSF와 같은 치료제에 대해 항체가 다른 환자에서 확인할 수 있다.
1차 구조 : 다형체는 단백질의 유전자 코팅에서 현저하며, 동일한 화학종의 상이한 개별체 중에서도 면역 반응에 원인이 된다. 일반적으로 개별체 중 코팅 서열에서 1%의 차이가 있으며 화학종 간에 더 큰 차이가 있다. 따라서, 동일한 화학종의 상이한 개별체로부터의 재조합형 및 정제형 단백질은 코팅 영역의 모든 1000개의 염기쌍에 대해 10개의 염기 변이를 가지게 되거나, 33개의 아미노산 또는 3,300 달톤 단백질 또는 폴리펩티드가 변이로 인해 1개의 아미노산 교환을 가지게 된다. 이러한 교환은 면역관용되는 단백질 상대부위와 항체가 다르게 되기 때문에 면역 반응을 유도할 수 있다. 이식 가능한 세포와 병용하여 사용되는 정제 또는 재조합형 단백질은 이러한 면역 잠재성을 보유하게 된다. 반응 T 세포는 항체 중 몇몇 선형 아미노산 서열과 빈번히 특이적이다. 따라서, 다형체로 인한 1차 구조의 차이는 면역성인 단백질을 유도할 수 있다. 이종 단백질은 단일 주사 후 신속한 항체 생성을 유도하며, 장시간 지속된다.
다른 아미노산이 아닌 개질된 아미노산인, 아미노산 서열의 다른 변화(예를 들어, 탈아미드화, 사화)는 면역 반응을 유도할 수 있다.
혈청 내 단백질은 환자의 연령에 따라 면역성일 수 있다. 환자의 나이가 많을수록 AGE, 진전 글리코실화 말단 생성물의 양이 많아지게 된다. 상기 단백질은 당 부분과 가교하며, 연령에 따라 증가한다. AGE는 혈청 내의 많은 유형의 단백질, 예컨대 아밀로이드, 헤모글로빈, 알부민 및 β2-마이크로글로불린을 포함한다. AGE는 또한 ECM 중 및 세포 내에 존재한다. AGE 생성물로서 가교하는 ECM의 예로는 골라겐, 엘라스틴, β-아밀로이드, 신경섬유원 농축, 알츠하이머 및 기타 질환 조직 내에 존재하는 다른 응축물이다. 리포단백질, 예컨대 LDL은 면역성일 수 있다. 인간 혈청으로부터 단리되는 면역 복합체는 개질된 LDL, 예컨대 말론디알데히드-개질된 LDL, N(카르복시메틸)리신-개질된 LDL, 산화된 LDL 및 진전 글리코실화 말단 생성물(AGE)-개질된 LDLdhk 반응하는 자가항체를 함유한다.
합성 항원은 살아있는 세포가 아닌 실험 합성에 의해 배타적으로 유도된다. 합성 폴리펩티드 항원은 리신(폴리-L-리신)을 포함할 수 있는 아미노산으로 구성되는 골격을 가진다. 상이한 아미노산의 측쇄는 골격에 부착된 후, 동종중합체에 의해 연신되거나, 동종중합체를 통해 결합된다. 특이성은 분자의 아미노산 잔류물의 수, 특성 및 구체적인 배열에 의해 결정되며, 합텐으로의 추가 커플링에 의해 더욱 복잡하게 형성되고, 다양한 화합물에 의해 유도체화된다. 크기는 천연 항원보다 덜 중요하다. 따라서, p-아조벤젠아르소네이트-N-아세틸-L-티로신, 451 분자량 또는 3개의 L-리신 잔류물에 커플링된 p-아조벤젠아르소네이트, 분자량 750은 면역성일 수 있다. 폴리리신은 시험관 내 및 생체 내 세포를 위한 결합 분자로서 사용될 수 있다.
세포 배양으로부터의 물질은 면역성일 수 있다. 예를 들어, 세포 이식에서 잔존하는 세포 배양에 사용된 단백질, 세포 배양 용기로부터 세포를 배출하는 데 사용되는 트립신 소화, 세포 증식을 위한 혈청 단백질, 세포 결합에 사용되는 ECM 분자 또는 혈청 분자, 예컨대 파이브로넥틴 및 기타 세포 부착 단백질이 세포 이식으로 이송될 수 있다. 대안적으로, 많은 분자 또는 단백질을 상기 처리의 안정성 또는 효율을 향상시키기 위해 세포 이식에 첨가할 수 있다.
혈청을 사용하는 경우, 동종 혈청이 배양 세포에 대한 바람직한 실시양태이며, 세포의 이식으로 존재하거나 그 자체로 존재할 수 있다. 자가 조직 패밀리 혈청은 교체될 수 있고, 패밀리 멤버 혈청이 수득되는 데 사용된다. 월등한 성장 및 이식 특성을 위해 보다 젊은 패밀리 멤버로부터의 자가 조직 패밀리 혈청을 사용하는 것이 이로울 수 있다. 패밀리 멤버로부터의 혈청은 면역성인 동종이계 단백질을 보다 높은 농도로 함유하는 비-자가 조직 인간 혈청을 사용하는 경우보다 면역성인 동종이계 단백질을 덜 함유한다.
결함을 치료하기 위해, 면역제는, 단독으로 사용하는 경우 0∼100 v/v% 또는 0∼100 v/v%의 농도, 및 세포 조성물의 일부로서 사용되는 경우 0 v/v% 초과 내지 100 v/v% 미만의 농도로 변동할 수 있다.
자가 조직 세포과 관련하여, 중합체, 폴리펩티트, 아미노산 서열, 단백질, 혈청 단백질, 세포외 매트릭스 단백질 및 비단백질 분자를 비롯한 면역제(분자)의 함유물을 대상체 세포와 함께 상기 대상체에 유입시킬 수 있다. 또한, 세포가 없는 면역제를 혼입하여 결함을 치료할 수 있다.
세포 및 혈청 유형
예를 들어, 섬유 모세포, 근육 세포, 내피 세포, 상피 세포, 간엽조직 세포 및 미숙 또는 성체 줄기 세포를 비롯한 다양한 세포를 상기 방법으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 줄기 세포 또는 자가 조직 세포, 또는 상이한 (비-자가 조직) 및 다양한(인간 및 동물) 공급원으로부터의 다른 세포 유형을 사용하여 결함을 교정할 수 있다.
전형적으로, 세포는 미수의(uncommitted) 만능 세포를 분화된 말단 세포로의 분화 단계를 통해 진행한다. 분화는 세포가 상당히 특성화되는 절차이며, 제1 상태에서 또다른 안정한 상태로의 이동을 특징으로 한다. 다양한 세포 유형을 통한 분화 및 이의 진전의 경로는 세포의 계열이다. 완전히 분화하지 않은 세포의 예로는 만능 생식 세포 또는 생식 세포가 있다. 이식된 세포는 말단 분화되거나 비분화될 수 있다. 비분화된 세포는 말단 분화를 거치지 않고, 따라서 완전히 분화되지 않거나 단지 부분적으로 분화되는 세포를 의미한다. 세포의 말단 분화는 일반적으로 성체 조직 내에서 확인되며, 비분화 세포의 마지막 정상 분화 단계를 의미한다. 예를 들어, 망상 또는 유두형 피부 섬유 모세포는 말단 분화된 세포의 예인 반면, 망상 또는 유두형 망상 모세포로의 완전한 분화 이전의 더모사이트(dermocyte) 또는 기타 원종 세포는 피부 섬유 모세포 계에서의 비분화 또는 부분 분화 전구체 세포이다.
배아 줄기(ES) 세포는 상실배 단계에서 수득하는 경우 분화 만능일 수 있다. 만능 세포는 생식 세포를 비롯한 체세포에서 임의의 세포 유형으로 분화할 수 있다. 생식 줄기 세포는 분화 만능 부류이다. 미숙 배반포 단계로부터 수득되는 전능 세포는 이미 일부 분화를 거치게 되어 배아 줄기 세포로부터 유도되는 상기 세포는 외배엽, 중배엽 또는 내배엽 계를 다양한 세포 유형으로 추가 분화시키는 능력을 가지고 있지만, 생식 세포로 분화할 수 없다. 따라서, 거의 모든 세포 유형이 배아 줄기 세포 기원의 만능 세포로부터 분화될 것으로 기대할 수 있다. 3개의 특별한 세포 계 중 하나로 추가 분화하는 만능 세포는 빈번히 다기능 세포로 언급된다. 상기 세포는 잔존하여 특정 세포 유형으로 전환하는 한정된 수의 분화를 보유한다. 줄기 세포의 증식 가능성은 거의 무한정이다.
성체 줄기 세포는 다기능 유형이며, 많은 조직, 아마도 모든 조직에서 존재한다. 탯줄의 줄기 세포 및 태아 줄기 세포는 다기능 또는 전능 유형일 수 있다.
사용될 수 있는 세포 유형은 성체, 태아, 신생, 탯줄, 배아 조직 또는 체세포 핵 전이로부터 유래하는 것이며, 이들은 줄기 세포로서 제시할 수 있다. 세포는 1차 배양과 같이 살아있는 공급원으로부터 직접 단리하거나 세포계로 성장시킬 수 있다. 세포 줄기는 완전히 미분화되어(분화 만능) 생식 세포를 비롯한 임의의 세포 유형의 계를 발생시키거나 부분 분화되어(분화 전능, 다기능) 한정된 세포 유형 또는 다중 계의 세트를 형성하는 가능성을 가질 수 있다. 줄기 세포는 자가 조직 또는 이형 또는 이종 공급원으로부터 유래할 수 있다. 성체 줄기 세포의 일부 예로는 조혈 줄기 세포, 골수 줄기 세포, 비분별된 골수 줄기 세포, 간엽 줄기 세포, 신경 줄기 세포 및 다기능 성체 원종 세포가 있다. 골수 세포는 4종의 세포 계, 조혈 줄기 세포, 간엽 줄기 세포, 다기능 성체 원종 세포 및 원종 내피 세포를 함유할 수 있다.
ES 및 다른 비-자가 조직 줄기 세포는, 이들이 분화하거나 시험관 내 및 생체 내에서 성장하는 바와 같이 비-자가 조직 면역 단백질 및 분자를 발현시킨다. 배반포로부터 유래하는 배아 줄기 세포, 태아의 생식 세포로부터 유래하는 배아 생식 세포계, 배아체로부터 유래하는 줄기 세포 및 상기 공급원으로부터 유래하는 하류 중간 줄기 세포를, 기여자/수용자 불상용성 및 이식편 거부를 극복하기 위해 세포를 변형시키지 않는 한, 이형 세포, 예컨대 체세포 핵 전이에 의해 유도되는 배아 줄기 세포로서 사용할 수 있다.
교차분화는 하나의 세포 유형에서 다른 유형을 전환될 수 있는 세포를 의미한다. 교차분화는 말단 분화된 세포를 또다른 세포 유형으로 전화시키는 것을 의미한다.
한 세포 유형을 소정의 세포 유형으로 전환시키는 것인, 본 발명의 전구체 세포의 세포 교차분화 또는 분화는 시험관 내 또는 생체 내에서 수행할 수 있다. 시험관 내에서, 세포의 이전, 도중 또는 이후에 세포 외 매트릭스(특히, 소정의 세포 유형으로부터의 ECM)을 첨가하여 세포를 소정의 세포 유형으로 전환시킬 수 있다. 대안적인 방법에서, 소정의 목표 세포 표현형으로부터의 세포 추출물을 세포에 첨가하여 소정의 세포 유형을 생성할 수 있다. 제3 방법에서, 소정의 세포 유형으로 세포를 함께 배양함으로써 소정의 세포 유형으로 전환을 수행할 수 있다. 대안적으로, 세포에 일시적 형태로 특이적 호르몬 및/또는 성장 인자를 첨가하여 소정의 세포 유형을 생성할 수 있다. 특이적 세포 표현형을 유지를 소정의 세포 유형 ECM, 세포 추출물, 소정의 세포 유형과의 공배양물 및 성장 인자 및 호르몬과 같은 기타 인자를 연속적으로 투입함으로써 수행할 수 있다. 시험관 내 세포 외 매트릭스 또는 세포 추출물은 세포 유형이 잔류하는 조직으로부터, 또는 소정의 세포 유형의 배양 및/또는 확장으로부터 수득할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 전구체 세포의 분화, 세포 유형의 교차분화 및 특정 세포 표현형의 유지는 소정의 세포 유형의 ECM 중 세포 유형을 시험과 내에서 항온처리하여 수행할 수 있고, 시험관 내의 소정의 세포 유형 또는 소정의 조직 ECM으로부터 수득할 수 있다. 생체 내에서, 소정의 세포 유형의 환경으로의 이식(세포외 매트릭스 또는 특이성 계 내 세포 유형(들))은 이식된 세포를 소정의 세포 유형으로 전환시킬 수 있다. 일시적, 순차적 및/또는 공간적 인자를 도입하여 세포를 소정의 세포 유형으로 분화 또는 교차 분화하는 상기 방법 등을 적용할 수 있다.
3 또는 2 차원으로 합성된 ECM을 사용할 수 있다. ECM을 이식물에 포함시켜 세포 표현형 유지, 세포 생존 및 아노이키스의 억제를 더욱 보장할 수 있다. 이종, 동종이계 또는 자가 조직 ECM 또는 이의 구성물은 자가 조직 또는 비-자가 조직 세포와 함께 사용할 수 있다. 사용될 수 있는 매트릭스는 천연 또는 복합 매트릭스를 포함하며, 생분해성인 것이 바람직하고, 시간에 따라 분해 또는 기타 메카니즘에 의해 제거되는 면역 결정자를 함유할 수 있다. 매트릭스는 분자의 다양한 물리적 형태를 함유할 수 있다. 이들은 뼈대, 나노 섬유, 스폰지, 폼일 수 있고, 다수의 중합체 유형, 이원중합체, 단백질, 하전 또는 소수성 표면 등이 성분으로서 사용될 수 있다. 매트릭스는 상이한 단백질, 분자 및 중합체와 각각의 층에서 다층화될 수 있다. 매트릭스는 이식에 유리한 다양한 단백질을 일부 또는 전부 함유할 수 있다. 매트릭스는 많은 기타 가능물들 중 ECM 단백질의 매트리킨, 모티브 또는 도메인, MMP 또는 이의 억제제, ECM 수용체, 예컨대 인테그린, 성장 인자, 시토킨, 케모킨, 예비응고 서열, 플라스민 분해 영역, 예비염증 서열을 함유하며, 이는 소정의 세포 증식, 분화 및 기타 작용 성과를 촉진시킬 수 있다. 배양 내 세포는 고밀도 3-D 매트릭스(예를 들어, 접촉 억제를 극복하는 적절한 혈청 공급을 통함)를 생성할 수 있고, 상기 3-D 매트릭스 내의 세포는 접착의 고유 부류를 형성한다. 파이브로넥틴의 긴 피브릴을 함유하는 미소 섬유 접착제 및 3D 매트릭스 접착제는 인테그린 α5β1 및 파이브로넥틴에 의존적이다. 세포는 3D 매트릭스에 더욱 신속히 점착하고, 2D 매트릭스 또는 3D 콜라겐 겔보다 더욱 신속한 이동, 증식 및 형태학적 변화를 보유한다.
혈청을 사용하는 경우, 자가 조직 혈청은 세포를 배양하고 세포를 이식하는 바람직한 실시양태이다. 특히, 매우 유전적으로 유사한 자가 조직 패밀리 혈청은 교체될 수 있으며, 패밀리 멤버 혈청을 수득하는 데 사용한다. 월등한 성장 및 이식 특성을 위해 보다 젊은 패밀리 멤버로부터의 패밀리 혈청이 바람직하다. 노령의 혈청 대신에 젊은 혈청은 증식, 세포 점착 및 이동, 및 세포 표현형의 유지 또는 분화를 촉진하는 인자를 함유한다. 젊은 혈청은 줄기 세포 및 분화된 세포의 증식을 촉진한다. 젊은 혈청은, 노령의 혈청과는 반대로, 성장 인자 및 호르몬의 상이한 농도 및/또는 유형을 비롯한 젊은 표현형과 관련된 인자를 함유한다. 관련되지 않는 인간으로부터의 젊은 혈청은 바람직한 실시양태, 특히 ES 또는 줄기 세포의 배양에 사용할 수 있다.
인간 세포, 예컨대 배야 줄기 세포, 줄기 세포 및 기타 줄기 세포, 예컨대 참조 인용된 것들을 포함하는 본 발명에서 기술된 세포 유형은 혈청이 없고 인간 또는 자가 조직 혈청을 함유하는 세포 배양 배지에서 성장할 수 있다 상기 혈청 배지 조건은 미분화된 세포를 유지하거나, 비분화된 세포를 일부 또는 전부 분화된 세포 유형 상태로 분화시키는 데 사용할 수 있다. 태아로 성장하는 ES 세포에 있어서, 소 혈청 및 마우스 영양 세포가 동물 유도된 요건 모두에 사용된다. 전형적으로 ES 세포는 마우스 섬유 모세포 영양 층 사이에서 성장하여 미분화된 상태를 유지한다. 바람직한 실시양태에서, 영양층으로서의 대상체 자체의 섬유 모세포의 용도가, ES 또는 기타 줄기 세포가 다른 세포 유형으로 분화하는 것을 방지하는 데 사용될 수 있다. 다른 인간 세포 유형 및 자가 조직 인간 세포가 영양층에 대한 대체 방법으로서 사용될 수 있다. 또한, 상기 세포 유형으로부터의 ECM 및 성장 인자를 세포 대신에, 또는 영양층을 위한 세포와 병용하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 특히 섬유 모세포가 분비하는 성장 인자, 예컨대 섬유 모세포 성장 인자(예를 들어, FGF 2, 내피 성장 인자, 혈소판 유도 성장 인자, 인슐린 성장 인자, 변형 성장 인자 패밀리 β)를 조합하여 또는 그 자체로 사용하여 비분화 상태를 유지할 수 있다.
동물 혈청은 질병을 전염시키거나, 세포를 면역성으로 하며, 숙주에 의해 거부되는 오염물의 단점을 가진다. 소 혈청은 ES 세포로 흡수되는 N-글리코실뉴라민산을 함유하며 세포 거부를 유발시킨다. 상기 시알산은 인간 혈청에 존재하는 시알산 특이성 항체와의 면역 반응을 발생시킨다. 동물 혈청은 오염물을 포함하며, 따라서 줄기 세포의 증가된 면역형성능 및 이후 숙주에 의한 거부를 유발시키는 줄기 세포의 면역형성능을 변화시킬 수 있다. 동물 혈청은 또한 유사한 결과로서 유사한 방식으로 정상 비줄기 세포를 오염시킬 수 있다.
인간 혈청은 배아 줄기 세포, 기타 줄기 세포 유형 및 체세포 유형에 존재하는 상기 문제를 나타낼 수 있다. ES, 기타 줄기 세포 및 체세포 배양에 바람직한 혈청은 인식된 대상체의 혈청 또는 강화된 세포 성장을 위한 젊은 인간 혈청이다. 바람직한 실시양태에서, 상기 대상체로부터의 자가 조직 혈청을 사용하여 대상체에 이식되는 세포를 배양한다. 상기 세포는 비자기이식성일 뿐만 아니라 자가 조직성인 세포, 예컨대 줄기 세포, 분화된 성체 세포, 태아 및 유아 세포일 수 있다. 또다른 바람직한 실시양태에서, 유전자적으로 매치하는 혈청 또는 일반적인 개체군, 예컨대 패밀리 멤버보다 대상체에 유전자적으로 유사한 개별체가 배양 세포에 사용될 수 있다.
또다른 바람직한 실시양태에서, 젊은 인간으로부터의 혈청은 대상 혈청 또는 노령의 혈청 대신에 배양 세포에 사용한다. 이는 조직 줄기 세포의 촉진을 비롯한 보다 양호한 생존 및 증식을 유도할 수 있다. 이는 특히 젊은 혈청이 성장 촉진 물질의 적절한 질 및/또는 양을 함유하는 줄기 세포 유형에 있어서 특히 보편적일 수 있다. 이로써, 생체 내 젊은 혈청은 줄기 세포 성장 및 유전자 발현을 촉진하여 생존할 수 있다. 세포 배양은 유사한 이유에서 젊은 혈청을 사용할 수 있다. 혈청은 또다른 공급원은 임의의 인간 혈청일 수 있다. 양막 유체가 세포 배양을 위한 인간 혈청의 공급원일 수 있다. 혈청이 없는 배지를 또한 사용할 수 있다. 사용될 수 있는 또다른 혈청은 탯줄 혈청 또는 혈액 및 여포성 유체 또는 혈청이다. 성장 인자(예를 들어, 인슐린, 셀레늄, 트렌스페린), 우유, 당 치환체, 예컨대 덱스트린, 아가로스를 무혈청 배지에 사용하는 무혈청 조건을 적용할 수 있다. 상기 대체 혈청 공급원의 이점은 증가된 세포 증식 능력, 감소된 노화 및 배양된 체세포의 아폽토시스를 포함한다.
또다른 바람직한 실시양태에서, 젊은 전혈, 분화된 혈액, 플라즈마 및/또는 혈청을 대상체 조직 또는 전체 바디에 이식 또는 주입한다. 젊은 전혈 또는 분화된 혈액은 원종 세포뿐만 아니라, (젊은) 플라즈마 또는 혈청에서 또한 발견할 수 있는 다른 인자, 예컨대 호르몬, 성장 인자, 및 상대적으로 노령인 조직 또는 질환의 조직의 작용을 회복 또는 향상시키는 기타 인자를 함유할 수 있다. 바람직한 기여자 전혈, 분화된 혈액, 플라즈마 또는 혈청은 숙주와 상용성이거나(예를 들어, 조직 적합성, ABO 유형, Rh 상용성), 임의의 역 반응(예를 들어, 면역 반응)을 유발시키지 않는다. 젊은 전형, 분화된 혈액, 플라즈마 또는 혈청은 혈액, 플라즈마 또는 혈청을 받는 환자보다 젊은, 예를 들어 5년, 10년, 15년, 20년, 30년, 40년 또는 50년 이상 젊은 사람으로부터의 전혈, 분화된 혈액, 플라즈마 또는 혈청을 의미한다. 실시양태는 환자로부터 수취하거나, 이후, 예를 들어 20년 후까지 보관된 혈청 및/또는 세포를 포함한다. 실시양태는 젊은 사람인 기증자를 선택하고, 이의 가족력 기준으로 기증자를 선택하는 것을 포함한다; 혈액 기증이 다른 연령의 사람들 사이에서 이루어지는 반면, 이러한 기증은 의도적이 아닌 우연한 선택으로 이루어지는 것으로 생각된다. 젊은 연령의 기증자 및/또는 근친 관계의 기증자를 지혜롭게 선택함으로써 환자에게 이용가능한 줄기 세포, 다기능 세포 및 기타 인자를 제공하게 된다. 가족 관계의 정도를 선택은, 예를 들어 형제간, 부모 및 자식, 조카 또는 조카딸 및 이의 삼촌 또는 숙모, 조부모 및 손자간의 유전적 유사도가 10% 이상, 25% 이상, 50% 이상이며, 사촌간에는 유전적 유사도가 10% 이상이다. 예를 들어, 자식은 부모와 유전적으로 50%가 유사하고, 삼촌은 조카와 유전적으로 25%가 유사하다. 다중 또는 반복 주입을, 예를 들어 매주, 매달 또는 그 이외의 반복 단위로 적용할 수 있다. 특정 이론에 구속됨 없이, 환자에게 주입된 혈액, 플라즈마 및 혈청 인자가 환자 인체에 의해, 예를 들어 결합, 병상 또는 노령을 치료할 필요한 조직에 연관될 수 있다. 관찰 또는 진단 시험에 의해 결정되는 바와 같이 반복적인 치료를 조직 기능이 강화될 때까지 수행할 수 있다.
동물 혈청 또는 동물 영향 세포 유형(예를 들어, 세포 공배양)을 특정 세포 적용에 사용할 수 있다.
시험관 내 세포 증식을 위해 사용되는 혈청 농도는 세포 유형 및 세포 증식 유형(예를 들어, 매트릭스)에 따라서 0% 초과 내지 100%, 바람직하게는 20% 미만으로 다를 수 있다. 혈청은 0% 초과 내지 100% 미만 범위의 농로로 세포에 포함된다. 이식 중에 세포 없이 사용되는 혈청은 0% 초과 내지 100%의 농도로 사용할 수 있다.
혈청 유도된 단백질은 세포 배양 배지에서 단독으로, 조합인 경우, 첨가된 전체 혈청의 구성성분으로, 또는 세포 배양 배지에 첨가된 전체 혈청을 첨가함으로써 사용할 수 있다. 혈청 유도된 단백질을 세포 증식 프로세스 중의 배양 배지, 또는 이식물에 첨가할 수 있다. 혈청-유도된 단백질은 특히 이종, 동종이계, 자가 조직 및/또는 재조합형, 펩티드 공급원으로부터 수득할 수 있다.
혈청-유도된 단백질은 임의로 면역성일 수 있다. 혈청-유도된 단백질(들)은 단독으로 또는 세포와 함께 나란히 대상체에 이식하여 조직 결함을 치료할 수 있다. 단독으로, 이들은 이식물 조성물 중 0 v/v% 또는 w/w% 초과 내지 100 v/v% 또는 w/w%의 함량으로 존재할 수 있다. 세포와 나란히, 혈청 유도된 단백질(들)은 0 v/v% 또는 w/w% 초과 내지 100 v/v% 또는 w/w% 미만의 농도에서 변할 수 있다. 당업자라면 명확하게 언급되지 않는 모든 범위, 예를 들어 0.1∼50 v/v% 또는 w/w%, 0.2∼20 v/v% 또는 w/w%, 또는 1∼20 v/v% 또는 w/w%를 고려하는 것이 이해되게 된다.
배양 배지는 이식물 내의 세포에 0% 초과 내지 100% 미만 범위 농도로 포함될 수 있다. 세포 없이 배양 배지를 이식물 중 100% 농도 이하로 사용할 수 있다. 배양 배지(예를 들어, 마지막 세포 통과 배지)는 시험관 내 세포에 의해 생성된 단백질 및 기타 인자를 함유하고, 이식 절차에서 사용할 수 있는 조건화된 배지를 고려할 수 있다. 조건화된 배지는 세포 그 자체 의해 생성되는 혈청 유도된 단백질을 함유할 수 있다. 추가로, 조건화된 배지는 전체 혈청 또는 혈청 유도된 단백질의 첨가체를 함유할 수 있다. 조건화된 배지는 세포의 효율성을 증가시켜 결함을 치료할 수 있다.
시험관 내에서 세포를 배양하는 기술이 많은 유형의 세포에 대해 알려져 있다. 분화된 거의 분화된 세포의 배양은 오랜 기간 연구되어, 당업자가 샘플 또는 시판되는 공급원으로부터 세포를 단리시키고, 상기 세포를 유지하며, 이의 수를 증가시키기 위해 이를 증식시키기 위해 필요한 조건을 결정하기 위한 세포 배양 문헌의 통상적인 연구를 수행할 수 있다. 줄기 세포 및 전능 세포의 배양은 이 당시 강도 높은 과학 연구의 과제였으며, 따라서 이러한 많은 세포 유형에 대한 배양 기술이 공지되고, 새로운 기법 및 줄기 세포가 계속적으로 발견되었다. 본 발명에는 공지되고 발견된 모든 세포 유형의 장점을 적용할 수 있는 물질 및 방법이 기술된다. 본 특허 출원의 참조 부분은 관련 세포 배양 기법의 일부를 예시하는 다양한 공개물을 포함하지만, 다수의 세포 배양 문헌을 총망라하는 목록은 의도하지 않는다.
배아 줄기 세포, 줄기 세포 및 기타 세포 유형, 예컨대 본 발명에서 참조 인용된 기사에서 기술되는 것을 포함하는 인간 세포는 혈청이 없거나 인간 또는 자가 조직 혈청을 함유하는 세포 배양 배지에서 성장할 수 있다. 상기 혈청 배지 조건은 미분화된 세포를 유지하거나, 미분화된 세포를 일부 또는 전부 분화된 세포 유형 상태로 분화시키는 데 적용될 수 있다. 인간 영향 세포 유형 및 ECM은 또한 상기 이유에서 동물 영향 세포를 대신하여 사용할 수 있다. 소정의 분화된 세포 유형 및 소정의 세포 유형의 ECM은 상기 분화 목적으로 사용될 수 있다. 동물 혈청은 특정 세포 적용뿐만 아니라 동물 영향 세포 유형에 사용할 수 있다.
자가 조직 세포는 본 발명에서 바람직하다. 노령보다는, 젊은 자가 조직 세포가 바람직하며, 이는 대상체의 이전 연대기적 생체 조직 절편으로부터 수득되거나 저장(예를 들어, 냉동 보전)되는 세포일 수 있다. 더욱 효율적으로 작용할 수 있는 다른 비자가 조직 세포를 사용할 수 있고, 자가 조직 세포가 수지상일 수 있는 경우, 기능장애 특성을 부여하는 유전적 질환을 갖는 경우와 같이 사용할 수 있다. 또다른 바람직한 실시양태에서, 유전적으로 유사한 세포는 자가 조직 세포를 대체할 수 있다. 따라서, 예를 들어 노령의 세포보다 젊은 세포를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 세포는 거부를 유도하지 않는 패밀리 멤버(예를 들어, 조직 적합성 분자와 매칭하는 세포)로부터 수득할 수 있다. 대안적으로, 거부를 유도하지 않는 비유전적으로 유사하고, 비자가 조직성인 세포를 사용할 수 있다. 젊은 세포는, 예를 들어 젊은 성체, 성체이전, 신생아, 태아 및 배아 세포를 포함한다. 젊은 세포는 노령의 세포가 젊은 세포와 동일한 기능 프로파일을 갖지 않고, 이의 수의 증가가 동반하는 조직 기능장애에 여전히 불충분한 경우에 특히 중요하다.
또한, 태양, 화학물질 또는 방사선에 노출되지 않은 세포가 대부분의 목적에서 본 발명에 사용하기 바람직하다. 세포 표현형은 유용성 증대 및 환자로부터의 세포 분리의 용이성이 고려되어야 하고 이것이 이식되는 조직 부위에 적절하여야 한다.
결함부의 복구 및/또는 증대에 유용한 일부 세포 유형은 접착 상태에서 배양될 수 있는 세포를 포함한다. 이들은 예컨대 연결 조직, 진피, 근막 또는 고유 판상 조직으로부터 유도되는 섬유아세포를 포함한다. 다른 세포는 전-지방세포 또는 지방세포이다. 연골세포 및 골아세포가 일부 경우에 사용될 수 있지만 종종 연성 조직에 대한 경우가 해당되는 석회질 침착이 불리한 조직에 적합하지 않다. 그러나, 연골세포 및 골아세포는 연골 조직 또는 골조직에 적당하다. 다른 세포 유형은 특히 상피, 내피, 근육 (평활근, 골격근 및 심근)을 포함한다. 세포는 세포 (자가 조직)를 수용한 환자로부터의 샘플, 환자와 동일한 종의 다른 환자로부터의 샘플 (동종 이계) 및 다른 종으로부터의 샘플 (이종 발생)을 포함하는 조직 샘플로부터 얻을 수 있다. 조직의 제거 또는 생검을 이용하여 샘플을 얻을 수 있다.
본원의 특정 실시양태는 자가 조직 세포에 대하여 개시된 것이다. 그러나, 예컨대 기능 이상 특성을 부여하는 유전 질환에서와 같이 자가 조직 세포가 치명적일 수 있는 경우에 적용에 적절하다면 비자가조직 세포를 사용할 수 있다. 일부 경우, 현저히 구분되는 면역형 특성을 갖는 비자가조직 세포를 지속시키기 위하여 면역 억제가 필요할 수 있다.
천연 조직에 존재하는 것과는 상이한 세포 유형 또는 변형된 세포 유형 (예컨대, 유전자 변형됨)은, 이들 다른 세포 유형이 천연 조직의 기능성에 적절히 필적하거나 또는 자극함으로써 조직 결함을 치유한다면, 사용되어 조직 결합을 치료할 수 있다. 결함을 갖는 조직에 대하여 천연 세포와 본질적으로 동일한 세포 유형을 치료의 바람직한 실시양태에서 사용될 수 있다. 본원에 개시된 방법에 따라 사용될 수 있는 세포 유형 중에는 사용될 수 있는 본원 및 세포의 예를 제공하는 이하의 분류에 개시된 것들, 즉 각질 형성 상피 세포, 습윤 상태의 중층 장벽 상피 세포, 외분비 상피 세포, 호르몬 분미 세포, 상피 흡수 세포 (소화관, 외분비샘 및 비뇨생식기계), 대사 및 저장 세포, 장벽 기능 세포 (폐, 소화관, 외분비샘 및 비뇨생식기계), 상피 세포가 라이닝된 폐쇄된 내부 체강, 추진 기능을 갖는 섬모형 세포, 세포외 기질 분비 세포, 수축 세포, 혈액 및 면역계 세포, 감각 변환 세포, 자율 신경 세포, 감각 기관 및 말초 신경 지지 세포, 중추 신경계 신경 및 신경교세포, 렌즈 세포, 색소 세포, 배아 세포 및 너스 세포가 포함된다.
단백질 및 거대분자
예컨대 세포외 기질로부터의 단백질, 혈청에서 유도된 인자 또는 성장 인자와 같은 다양한 단백질 또는 다른 거대분자를 이들 방법과 함께 사용하여 결함 조직(들)의 기능을 개선 또는 복구할 수 있다. 단백질 또는 거대분자는 세포와 병용되거나 또는 세포 없이 투여될 수 있다.
단백질은 이종, 동종이계 또는 자가 조직 공급원으로부터 정제에 의하여 얻을 수 있다. 단백질은 재조합 수단에 의하여 얻을 수 있거나 또는 이종, 동종이계 또는 자가 조직 형태에서 화학적으로 합성될 수 있다. 전체 단백질, 도메인 또는 모티프, 단편, 또는 특이적 서열이 첨가되는 단백질의 공급원일 수 있다.
재조합 단백질은 동물원으로부터 이용할 수 있는 혈청 단백질에 대한 원형질 유도 불순물 및 프리온 오염의 위험을 감소시킨다. 이용 가능한 다수의 재조합 형태의 예에는 인간 혈청 알부민, 피브로넥틴 및 그 단편, 페투인, 트랜스페린, 및 본 문헌에 열거된 것들을 비롯한 다수의 다른 단백질이 포함되지만 이에 한정되지 않는다.
상기 개시된 및/또는 혈청, ECM, 성장 인자, 시토카인, 미토겐, 호르몬 등에 존재하는 임의의 인자를 본 발명에서 단독으로 또는 해당 신체 또는 해당 또는 전체 기관의 조직에 첨가된 세포와 함께 사용할 수 있다. 조직 결함에 유리할 경우 이들 인자의 억제제를 사용할 수 있다. 또한, 단백질의 기능을 나타내는 전단백질, 단편, 도메인, 모티프 및 펩티드와 같은 모든 형태를 사용할 수 있다. 이들 형태는 천연 공급원, 재조합, 화학 합성, 단백질 가수분해 및 다수의 다른 인간이 만든 수단으로부터 얻을 수 있다. 단백질의 자가 조직, 동종이계 또는 이종 공급원을 사용할 수 있다.
추가의 유용한 단백질 및 인자는 60/037,961호를 우선권으로 주장하는 미국 특허 출원 일련 번호 09/632,581호 (2000년 8월 3일자 출원); 60/163,734호를 우선권으로 주장하는 10/129,180호 (2002년 5월 3일자); 및 2006년 9월 14일자 출원된 PCT 출원 [제목 "조직내 결함의 복구 및 증대를 위한 조성물 및 방법(Compositions And Methods for the Augmentation and Repair of Defects in Tissue)"]; 및 2005년 9월 21일자 출원된 60/719,743호에 개시되어 있으며 이들 각각은 본원에 참고 문헌으로 인용되어 있다.
세포외 기질
세포외 기질 (ECM)은 포유동물 조직에서 세포를 둘러싸는 구조적 실체이다. 세포외 기질은 조직으로의 조직화 및 세포 활성을 지지하는 다수의 기능을 가진다. 일부 세포외 기질의 기능은 예컨대 탄성, 복원성 또는 삼투 특성과 같은 기계적 특성과 관계가 있다. 다른 세포외 기질의 기능은 세포가 제공하는 세포 신호 전달 개시와 관계가 있다. 그리고, 일부 양태에서, 세포외 기질은 예컨대 세포 접촉 또는 세포 단백질 가수분해 활성에 대한 응답으로 또는 경시적으로 방출되는 성장 인자에 대한 저장소로서 작용할 경우 세포에 유용한 다른 분자에 대하여 스캐폴드로서 작용한다. 일반적으로, 세포외 기질은 콜라겐과 같은 구조 단백질, 피브릴린, 피브로넥틴 또는 라미닌과 같은 특성화된 단백질로부터 제조된다. 프로테오글리칸 (점액다당류라고도 함)은 세포외 기질의 고분자량 성분과 복합체를 형성하는 글리코스아미노글리칸 (GAGs)이라 불리는 이당류 반복 단위의 사슬에 의하여 수식된 단백질 코어를 가진다. 프로테오글리칸은 프로테오글리칸 상의 연결 단백질을 통하여 히알루라논을 갖는 초분자 구조를 형성할 수 있다. 실시양태는 토토 또는 이의 부분, 예컨대, 단백질 코어, 다당류 사슬 또는 특정 프로테오글리칸에서 초분자 구조를 사용하는 것을 포함한다.
일반적으로, 세포는 궁극적으로 제 위치에 성공적으로 적응하기 위하여 적당한 세포외 기질을 필요로 하며, 대부분의 조직은 세포외 기질의 특정 배열을 특징으로 한다. 세포외 기질은 생화학적 개시, 및 세포 생존, 증식 및 다른 세포 및 기관과의 상호작용을 위한 구조적 토대를 제공한다. 따라서, 세포와 세포외 기질 또는 세포외 기질 분자를 이식 부위에 도입하는 것은 이식의 "수용성" 증대를 도울 뿐만 아니라 지나친 세포 사멸의 예상할 수 없는 효과를 회피함으로써 재현성 있는 결과를 제공하는데 도움이 된다. 세포 및/또는 단백질 및/또는 인자의 상이한 조합을 서로 함께 사용하여 결함을 치료할 수 있다.
용액 또는 현탁액으로서 세포외 매트릭스 분자를 도입하는 것은 세포 및 이식 부위와의 상호 작용에 대한 이들의 이용 가능성을 보장하는 데에 도움이 된다. 세포외 매트릭스 분자의 용액은, 세포외 매트릭스 분자가 확실히 용해되는 상태를 지칭한다. 이 용어의 사용은 당분야의 상황에 맞는다. 그러나, 세포외 매트릭스 분자는 다른 분야의 용어론에서는 현탁 또는 콜로이드 분산되는 것으로서 특징화될 수 있음을 인지해야 한다. 또한, 가용성 상태에서, 세포외 매트릭스 분자는 에너지 또는 다른 분자에 대한 빌딩 블록으로서 대사를 위한 세포에 더 용이하게 이용 가능할 수 있다.
사실상, 세포외 매트릭스는 예컨대 세포 부착 및/또는 일부 세포 유형의 분화를 촉진하기 위해, 특정 환경에서 시험관 내에서 세포를 배향하기 위한 유용한 보조제로서 인식되어 왔다. 그리고, 특정 세포는 이식 부위에서 생존을 강화하거나 소정량의 부피를 생성시키기 위해, 특정 유형의 세포외 매트릭스의 겔 또는 수화 겔과 함께 이식되어 왔다. 그러나, 이러한 접근법은, 겔이 세포에 대한 산소 및 영양소 확산을 방해하고 또한 최종적으로 세포에 의한 부위의 리모델링을 방해하는 장벽이라는 데에 난점이 있다. 또한, 이러한 겔은 이식된 세포와 주위 세포의 상호 작용 및 운동을 방해한다. 예컨대, 겔화된 콜라겐 또는 히알루론산은 산소 및 인자가 다른 세포로부터 이식된 세포 장소로 유동하는 것을 방해하여, 겔 내에서의 또는 겔을 통한 세포 운동을 방해한다
대조적으로, 단백질의 가용성 형태를 사용하면, 단백질이 도입된 세포 및/또는 이식 부위에 있는 세포 및 조직과 자유롭게 회합 가능해진다. 또한, 단백질의 가용성 형태는 세포와의 상호 작용에 완전히 이용 가능하고, 필요할 경우 세포 내재화 및/또는 세포 하향 조절을 받게 된다. 또한, 특정 작용 기전에 구속되지 않고, 단백질은 일반적으로 부위로부터 이의 확산을 늦추는 다수의 특이적 또는 비특이적 결합 사건을 가짐으로써 이식 부위로부터 한정된 거리에 확산할 것으로 기대할 수 있다. 그 결과, 단백질은 일반적으로 이식 부위에서 또는 그 부근에서 이의 효과를 발휘한다. 면역원성 단백질의 경우, 면역 반응이 일반적으로 도입된 세포의 부근에 제공되어, 세포 바로 부근 너머에서 반응을 유발하는 역할을 한다. 이 반응은 이식된 세포의 "활착(take)"을 강화하기 위해 면역 반응을 동원하는 역할을 할 수 있다.
세포 표면 상으로의 단백질의 흡수는 세포 반응 뿐 아니라, 다른 세포, 단백질, 생체 물질과의 세포 상호 작용을 매개한다. 세포 배양 및 이식 모두에서 단백질 흡수는 세포의 활성을 명령할 수 있다.
세포외 매트릭스는 조직에서 다수의 기능을 한다. 세포외 매트릭스는 조직 및 기관에 대한 강도 및 물리적 지지를 제공한다. 시험관 내 및 생체 내에서, 이는 예컨대 섬유 모세포 및 다른 세포 유형의 배양을 위한 피브로넥틴과 마찬가지로 세포의 생존 가능성에 유용하다. 전체 또는 특정 성분으로서의 생체 내 및 시험관 내 세포외 매트릭스는 세포 증식, 부착, 확산, 이동, 분화, 생존 가능성, 호르몬 상호 작용, 및 세포와 이의 환경 사이의 다른 상호 작용의 제어에 관련된다. 신체 조직은 통상적으로 각각 특징적인 패턴으로 정렬된 세포외 매트릭스 분자의 자체적인 혼합을 특징으로 하는 고유의 세포외 매트릭스를 갖는다. 일반적으로, 고차원으로 분화되고 특이화된 유형의 세포는 세포외 매트릭스를 활발하게 분비한다. 또한, 결합 조직에서, 결합 조직 내 세포외 매트릭스 거대 분자의 상당 부분이 섬유 모세포에 의해 분비된다. 따라서, 피부에서, 섬유 모세포는 대부분의 세포외 매트릭스를 생성시키는 경향이 있다. 또한, 뼈에서, 골 모세포는 세포외 매트릭스의 대부분을 생성시키는 경향이 있다. 세포외 매트릭스는 또한 다수의 혈청 단백질, 성장 인자, 시토킨, 케모킨 및 호르몬을 함유한다.
세포외 매트릭스 분자의 2가지 주요 부류가 세포외 매트릭스를 구성한다. 첫번째 것은 구조적 및 부착적 기능 모두를 갖는 콜라겐, 엘라스틴, 피브로넥틴 및 라미닌과 같은 섬유상 단백질이다. 두번째 것은 섬유상 단백질이 혼입된 수화도가 높은 겔과 유사한 "기저 물질"을 만드는 프로테오글리칸의 형태로 단백질에 공유 결합된, 글리코스아미노글리칸(GAG)으로 지칭되는 다당류 사슬이다. 글리코스아미노글리칸은 일반적으로 반복되는 이당류 단위를 함유하는 긴 비분지쇄형 다당류이다. 이당류 단위는 통상적으로 2개의 개질된 당인 N-아세틸갈락토사민(GalNAc) 또는 N-아세틸글루코사민(GlcNAc), 및 글루쿠로네이트 또는 이두로네이트와 같은 우론산을 함유한다. 글리코스아미노글리칸은 통상적으로 음하전되어 있고, 용액에 고점도를 부여한다. 글리코스아미노글리칸은 통상적으로 구조적 지지를 제공하는 낮은 압축성을 부여한다. 글리코스아미노글리칸은 히알루론산, 더마탄 설페이트, 콘드로이틴 설페이트, 헤파린, 헤파란 설페이트 및 케라탄 설페이트를 포함한다. 글리코스아미노글리칸이 풍부한 겔은 압축력에 견디고, 분자의 확산을 가능하게 하며, 수화도가 높고, 조직에 탄성을 부여한다. 고무 유사 엘라스틴 섬유는 특히 탄성 및 탄력을 부여한다.
하기 세포외 매트릭스 분자의 예로는 다른 것들 중에서 아넥신, 연골 매트릭스 단백질(콘드로넥틴), 콘드로아드헤린, 콜라겐, 덴틴 세포외 매트릭스 단백질, 엘라스틴, 피브릴린, 피브린, 피브리노겐, 피브로넥틴, 피불린, 젤라틴(변성 콜라겐), 특정 당단백질, 특정 글리코스아미노글리칸(GAG), 성장 인자, 히알루로난, 라미닌, 잠재성 형질 전환 성장 인자-β 결합 단백질, 연결 단백질, 매트릭스 GLa 단백질, 미세 원섬유 관련 당단백질, 지질, 단당류, 니도겐(nidogen), 올리고당류, 오스테오칼신, 오스테오넥틴, 오스테오폰틴, 특정 다당류, 프로라르긴, 프로콜라겐, 다수의 프로테오글리칸, 특정 혈청 단백질, 테나신, 트롬보스폰딘, 비트로넥틴 및 본 빌레브란트 인자(von Willebrand factor)가 있다.
세포외 매트릭스 분자는 정제에 의해 자가성 또는 이종성(동종 이형성, 이종 발생성) 공급원으로부터 얻을 수 있다. 세포외 매트릭스 분자는 자가성, 동종 이형성 또는 이종 발생성일 수 있으며, 예컨대 화학적, 생물학적(예컨대 세포 무함유 해독계) 합성에 의해 그리고 재조합 DNA 수단에 의해 제조할 수 있다. 세포외 매트릭스 단백질은 이의 고유 부류 내에서 다양할 수 있다. 대안적인 스플라이싱된 형태, 아이소형, 해독후 개질물, 절편, 모티프, 도메인, 기능성 분절, 및 예컨대 재조합 DNA 제조 또는 화학적 개질을 통한 단백질의 첨가 또는 삭제된 특징부가 사용 가능한 다양한형태의 예이다.
다양한 세포 유형의 세포외 매트릭스 성분은 세포외 매트릭스와 회합함으로써 세포외 매트릭스 거대 분자가 될 수 있는 안코린(anchorin), 안키린, 피브로넥틴, 오스테오넥틴, 비트로넥틴, 프로콜라겐, 콜라겐 유형, 라미닌, 피브릴린, 엘라스틴, 프로테오글리칸, 아넥신, 인테그린, 성장 인자 및 혈청 단백질(예, 알부민)을 포함한다.
기저막은 피부 내 진피로부터 표피를 분리하는 것처럼, 결합 조직으로부터 일부 중간엽 세포 및 상피 조직을 분리하는 시트 유사 ECM이다. 이의 ECM은 콜라겐 IV형, 라미닌 및 헤파린 관련 단백질을 비롯한 다수의 단백질로 구성되어 있으며, 종종 콜라겐 VII형 및 미세 원섬유 다발에 의해 결합 조직에 부착된다. 기저막은 대부분의 조직에 존재한다. 이는 피부에서는 라미닌, 콜라겐 IV형을 통해 표피-진피 연결부를 연결하고, 동맥에서는 내피층을 내피밑층 및 민무늬근층과 연결하며, 다른 조직에서는 상피층을 각각의 결합 조직층과 연결한다. 이 구조는 콜라겐 IV 및 라미닌의 2개의 과도하게 연관된 네트워크를 수반한다. 라미닌 네트워크는 주로 라미닌과의 라미닌 상호 작용에 의해 유지되며, 이의 응집은 Ca++에 의존한다. 엔탁틴과 같은 ECM 단백질은 2개의 네트워크를 가교한다. 라미닌의 부착 특성은 기저막 단백질의 세포 표면 당지질에 대한 결합을 수반한다.
세포외 매트릭스 단백질의 대부분은 대부분의 세포로 구성되며, 대부분의 조직에 일정한 정도로 존재한다. 하기에 단백질의 우세 발현을 나타내는 일부 조직을 설명한다.
세포 부착 매개 단백질
다수의 세포외 매트릭스 분자는 세포 부착 매개 단백질이다. 세포 부착 매개 단백질은 세포 표면 부착 수용체와 특이적으로 상호 작용함으로써 세포 부착을 매개하는 이의 세포 부착성 절편을 비롯한 단백질, 펩티드, 프로테오글리칸 및 당단백질이다. 특이적으로 상호 작용한다는 용어는 수용체 대 리간드 또는 리간드 대 리간드 결합 사건에서와 같이 2개의 분자 사이의 인지를 수반하는 상호 작용을 지칭한다. 특이적 상호 작용의 예로는 효소와 기질의 자물쇠-열쇠(lock-and-key) 상호 작용, 및 RGD 서열에 대한 인테그린 수용체의 결합이 있다. 비특이적 상호 작용의 예로는 충전-충전(charge-charge) 상호 작용에 의한 다중 양이온에 대한 세포 부착(예, 폴리리신)이 있다.
일반적으로, 부착 단백질은 효과적인 농도로 존재할 경우 세포 확산을 매개한다. 세포 표면 부착 인자의 중요 부류는 인테그린이다. CAM 및 카드헤린과 같은 세포 부착 분자는 세포를 서로 결합시켜 세포 부착 매개 단백질로서 역할을 할 수 있다. 세포 부착 및 확산에 참여하는 수용체 및 세포 표면 분자는 또한 안코린 및 안키린을 포함한다. 기질 부착 분자(SAM)는 다양한 서열 모티브를 다른 부착 분자와 공유하는 세포외 분자이다. SAM의 대부분의 종골(prominent)은 피브로넥틴 및 면역 글로불린 유사 도메인의 III형 반복부와 유사한 분절이다. SAM는 서로의 거동을 연결하고, 서로의 거동에 영향을 미치며, 이를 결합하는 세포에 의해 생성될 필요는 없다.
조직은 세포 및 주로 세포에 의해 생성되는 세포외 매트릭스로 구성된다. 조직 뿐 아니라 배양물 내 세포 수는 세포 자멸사 및 증식 및 생존 인자 사이의 균형에 의해 결정된다. 세포 형태는 세포 성장, 세포 분열, 세포 생존 및 세포 표현형에 영향을 미친다. 하층(substratum) 상에 세포가 확산되고 이동하면서 세포 형상이 변화하는데, 이는 플라스틱, 유리 또는 금속과 같은 세포외 밀로(milleau) 또는 표면이다. 섬유 모세포, 상피 세포 및 다른 부착 세포 유형은 이들의 형태가 원형이 되는 시험관 내 현탁액 중에서 증식하지 않는다. 이들 세포는 세포 증식에 의존하는 고정물이다. 세포가 기질에 부착될 때, 세포는 부착 부위에서 국소 부착부를 형성하여 성장 및 증식을 시작한다. 부착 부위는, 세포외 매트릭스가 세포-표면 매트릭스 수용체, 예컨대 인테그린과 상호 작용하는 장소이다. 그 다음 인테그린은 세포 형태, 세포 성장, 세포 분열, 세포 생존, 유전자 발현 및 세포 표현형의 상기 변수를 제어하는 세포 골격 네트워크에 연결된다.
다른 기능 중에서 조직 형태 발생, 세포 확산 및 이동, 기질 상의 세포 증식, 아노이키스(anoikis) 방지, 세포-ECM 상호 작용, 세포로의 ECM 정보의 전달, 세포 활성화(예, 백혈구), 신체 내 상이한 위치로의 세포의 유출, 분화, 배아 형성, 암 전이, 유전자 발현에 세포 부착이 관련된다.
세포 부착 분자의 대부분의 부류는 다른 거대 분자 중에서 CAM(면역 글로불린 수퍼 패밀리 세포 부착 분자), 인테그린, 카드헤린, 렉틴, 셀렉틴, ECM 및 혈청 단백질이다. 이 중에서 상이한 군의 CAM은 인테그린이다. 세포 부착은 부착, 확산 및 국소 부착 및 스트레스 섬유 형성의 3 단계로 일어난다. 부착에서, 인테그린 및 신데칸과 같은 보조 수용체는, 인테그린을 활성화시켜 집락화시키는 ECM 리간드와 상호 작용하여, ECM 리간드에 대한 친화도를 증가시킨다. 미세 섬유의 형성 및 세포 확산을 통해, 세포는 ECM 리간드와의 표면 접촉을 증가시킨다. 이는 강한 부착과 약한 부착 사이의 상태를 구성한다. 그 다음 ECM 단백질 수용체를 구성하는 국소 부착 및 악틴 함유 스트레스 섬유의 말단을 막 및 ECM에 연결하는 이 섬유의 형성에 의해 증명되는 바와 같이, 이의 세포 골격(예, 탈린, 빈쿨린, α-악티닌)을 조직하기 위해 적당한 ECM 신호가 세포를 촉진할 때, 강한 부착 상태가 나타난다. 부착 상태는 세포 증식 및 화생 동안 조정 및 변화를 거치고, 상처 치유 및 형태 발생 및 종양 세포 전이 동안 조직 리모델링을 거친다.
세포 부착은 성장 인자 수용체의 생물학적 작용을 일으키는 이 수용체의 리간드 독립적 활성화를 유도할 수 있다. 성장 인자는 부착 분자로 하여금 부착 독립적 신호를 촉진하게 유도할 수 있다.
다른 기능 중에서 피브로넥틴 및 비트로넥틴과 같은 부착 인자는 시험관 내 및 생체 내 세포 이동을 증가시킨다. 부착, 세포 확산, 세포 이동 및 세포 증식은 세포 부착시 일어나는 세포 거동의 순차 단계이다.
인테그린 은 인접 세포 상에 또는 ECM 내에 위치하는 부착 분자 사이의 상호 작용을 매개하는 막 단백질이다. 이 과정은 세포 부착, 확산, 이동, 증식, 생존, 아노이키스, 분화, 유전자 발현, 상처 치유 및 다수의 다른 과정에 영향을 미친다. 인테그린은 국소 부착을 거치는 다중 분자 신호화 복합체의 일부일 수 있다. 인테그린은 인테그린 수용체가 이의 리간드를 결합시키고 신호가 세포에 전달된 후 일어나는 내외 신호화 특성(리간드에 대한 결합 친화도를 변화시키기 위한 세포내 인테그린 활성화) 및 외내 신호화 특성 모두를 나타낸다. 기초 결합력(avidity), 낮은 결합력 및 높은 결합력은 인테그린의 3가지 활성화 상태이다. 구조 ECM과 세포 골격의 연결은 또한 막 단백질 복합체, 예컨대 미토겐으로 활성화된 단백질 키나아제(MAPK) 및 이의 통로에의 신호화능 및 조절능을 부가하는 세포내 키나아제를 함유한다.
16개 이상의 상이한 α 및 8개의 동종성이 높은 β 소단위가 각각 다양한 ECM 성분 또는 다른 세포 함유 부착 분자에 대한 특이적 친화도 및 인지도를 갖는 22개의 상이한 이질이합체로 화합한다. 국소 부착 키나아제(FAK) 또는 다른 세포내 티로신 키나아제는 인테그린 매개 생존 및 아노이키스에 대한 내성을 부여할 수 있다. FAK는 폴리리신에 플레이팅(비특이적 부착)되는 것 보다는 피브로넥틴에 플레이팅(특이적 부착)된 섬유 모세포에서 더욱 활성이 크다. 표면 또는 매트릭스에 대한 세포 부착을 매개하는 데에 비특이적 부착을 이용할 수는 있지만, 특이적 매개 부착이 종종 유리하게 특이적 세포 반응을 촉진한다.
대부분의 ECM 단백질은 세포 부착을 촉진하는 매트릭스-매트릭스 및 매트릭스-세포 상호 작용에 관련된다. 인테그린에 대한 혈청 단백질 리간드 및 ECM의 예로는 콜라겐, 라미닌, 니도겐/엔탁틴, 피브로넥틴, 테나신, 피브릴린, 피블린, 보네시알로 단백질, 프로테오글리칸, 펄레칸(perlecan), 비트로넥틴, 피브리노겐, 피브린, 트롬보스폰딘, 본 빌레브란트 인자, 젤라틴, 변성 콜라겐, 다른 변성 ECM 또는 혈청 단백질, 혈액 응고 인자 X, ICAM(세포간 부착 분자) 및 이의 아이소형, VCAM (혈관 세포 부착 분자), MAdCAM[점막 주소 단백질(addressin) 세포 부착 분자] 및 오스테오폰틴이 있다. 재조합 또는 단백질 분해 절편에 의해 얻어진 특이적 도메인은 인테그린에 대한 결합 부위 뿐 아니라 다른 ECM 부위도 함유할 수 있다.
리간드 선택 및 인테그린 아형의 예는 다음과 같다: α1β1 및 α2β1은 콜라겐(I, II 및 VI 형 포함), 라미닌, E1X 또는 라미닌의 E8 도메인을 결합시킨다. α3β1은 라미닌 5, 다른 라미닌 아이소형, 피브로넥틴, 콜라겐 및 니도겐/엔탁틴을 결합시킨다. α4β1은 피브로넥틴, 피브로넥틴의 IIICS 영역(펩티드 CS1 및 CS5), 제2 헤파린 결합 영역 HepII 및 VACM-1을 결합시킨다. α5β1은 피브로넥틴, 피브로넥틴의 III10 영역 내 RDG 서열, 변성 콜라겐, 콜라겐 내 RDG 서열, L1 세포 부착 분자, 비트로넥틴 및 인슐린 유사 성장 인자 결합 단백질 1을 결합시킨다. α6β1, α7β1, α6β4는 라미닌 1, 2, 4, 5 및 리미닌의 E8 영역을 결합시킨다. α8β1은 RGD 의존성 피브로넥틴, 비트로넥틴 및 테나신인 피브로넥틴을 결합시킨다. α9β1은 콜라겐, 라미닌 및 테나신을 결합시킨다. αvβ1은 비트로넥틴, 피브로넥틴 및 오스테오폰틴을 결합시킨다. αIIbβ3은 피브로넥틴, 피브로넥틴의 III 10 영역 내의 RDG 서열, 비트로넥틴, 피브리노겐, 본 빌레브란트 인자, 트롬보스폰딘, 라미닌 및 피불린-2를 결합시킨다. αvβ3은 피브로넥틴, 비트로넥틴, 본 빌레브란트 인자, 트롬보스폰딘, 테나신, 트롬빈, 오스테오폰틴, 피불린, 피브릴린, 젤라틴, 변성 콜라겐, PECAM-1 또는 CD31(세포 대응 수용체 혈소판 내피 세포 부착 분자-1), 펄레칸, L1 세포 부착 분자, MAGP-2(미세 원섬유 관련 당단백질 2) 및 cry61을 결합시킨다. αvβ5는 오스테오폰틴 및 비트로넥틴을 결합시킨다. αvβ6은 피브로넥틴 및 비트로넥틴을 결합시킨다. αvβ8은 비트로넥틴을 결합시킨다. α4β7은 MadCAM-1, VCAM-1, 피브로넥틴 및 피브로넥틴이 IIICS 영역을 결합시킨다. αEβ7은 E-카드헤린을 결합시킨다. αLβ2는 ICAM -1, -2 및 -3을 결합시킨다. αMβ2는 iC3b(비활성 보완 인자 3b), 혈액 응고 인자 X, 피브리노겐, I-CAM -1 및 -2를 결합시킨다. α5β3 및 α5β3은 RGD 의존성 인테그린을 결합시킨다.
리간드의 본래 형태가 (변성 콜라겐에 대한 것이 아닌) 인테그린 결합에 중요할 수 있다. 항체에 의해 인테그린이 활성화되면 리간드에 대한 충분한 결합이 가능해진다. 예컨대, 활성 형태에 있을 경우, α2β1은 콜라겐 및 라미닌을 결합시킨다. 리간드 결합 후, α1β1 및 α2β1 모두는 콜라겐 겔 수축, MMP-1 유전자 활성화 및 I형 콜라겐의 α1 사슬의 발현 감소와 같은 세포 반응을 유도한다.
인테그린을 발현하는 세포 유형의 일부는 다음과 같다: α2β1은 섬유 모세포, 각질 세포 및 다수의 다른 세포 유형에서 발현된다. α1β1은 민무늬근 세포, 간 세포, 혈액 모세관의 내피 세포와 같은 기저막과 가깝게 접촉하고 있는 세포, 성상교 세포, 신경 능선 세포, 신경 세포 및 다수의 다른 세포 유형에서 발견된다. α3β1은 대부분의 세포 유형에서 발견된다. 이는 라미닌-6과 회합하는 라미닌-5를 결합시켜 에필리그린을 형성하는데, 이는 내배엽 또는 외배엽 유래의 기관 및 림프절의 상피 기저막에서 발견된다. α6β1은 대부분의 조직에서 발현된다. α7β1, 라미닌-1 수용체는 골격근 및 심장근의 근육 대롱 및 근육 모세포에서 발견된다. α6β4는 중추 신경의 신경 주위 섬유 모세포, 신경집 세포, 내피, 상피 및 미숙 가슴샘 세포에서 발견된다. α6β4 인테그린은 반결합체 내에 위치한다. 환형 펩티드 CRRETAWAC는 α5β1에 결합한다. 제9 피브로넥틴 III형 반복부는 선택도를 부여하고 인테그린에 대한 피브로넥틴의 친화도를 증가시키는 서열 PHSRN을 함유한다. 피브로넥틴은 고정부 의존성 성장을 매개하여, 세포가 피브로넥틴에 부착할 때 세포 증식 유전자를 상향 조절한다. 또한, MMP-1, 3 및 9는 발현 및 분비가 증가한다. αvβ8은 뇌, 감각 뉴런, 태반, 난소, 자궁, 신장 및 흑색종 세포에서 발견된다. αvβ6은 상피 세포에서 발견되고, β5는 다수의 세포 유형에서 발현된다. αvβ3은 파골 세포에서 발견되며, 뼈 리모델링 및 흡수, 혈관 형성 및 종양 성장에 관련된다. α8은 발육 동안 민무늬근, 성인 조직 내 다른 수축 세포, 중간엽 세포 및 신경 세포에서 발견된다. α5는 조직 내 어디에서나 발현된다.
β 소단위는 조직 특이성을 제공한다. 피브로넥틴에 대한 α5β1 및 αvβ1 결합은 세포 확산을 유도한다. α5β1은 피브로넥틴 상에서 이동하고, 피브로넥틴 매트릭스를 생성할 수 있으며, 인테그린은 세포 표면 상에 확산 분포된 채로 유지된다. αvβ1 및 αvβ3은 비트로넥틴을 결합시키며, 이 인테그린은 국소 접촉부를 형성하고, 혈액 응고에 관련되는 보완 인자 및 혈청 단백질의 세포내 이입(혈액으로부터의 제거)을 유발한다. 예컨대, iC3b는 인테그린에 의해 옵소닌화된다. 비트로넥틴 또는 다른 단백질에 의한 이러한 옵소닌화는 본 발명에서 혈액 덩어리의 주입 부위를 제거하는 데에 유용하다. αIIbβ3은 혈소판 활성화 및 응집을 유도하여 피덩어리 형성을 초래하는 피브리노겐을 결합시킨다. 이 작용은 본 발명에서 주입물 또는 이식물에 의해 초래되는 출혈을 제한하는 데에 유용하다. 인테그린은 가용성 피브리노겐, 피브로넥틴, 비트로넥틴, 본 빌레브란트 인자 및 불용성 피브리노겐 및 피브로넥틴의 γ 사슬의 HHLGGAKQAGDV 서열을 인지한다. β3은 혈액 및 ECM 모두에 존재하는 단백질을 결합시키는 세포 부착소(cytoadhesin) 패밀리의 멤버이며, 통상적인 β2 소단위를 갖는 백혈구 인테그린이 세포-세포 상호 작용에 관련되고, 면역 과정에서 주로 세포 표면에 고정된 대응 수용체를 결합시킨다. β1 함유 인테그린은 주로 ECM 단백질에 대한 수용체이다. β7은 면역 고정에 관련되고, β1, 2, 3 인테그린은 인테그린이 모여서 액틴 섬유를 세포의 멤버에 고정시키는 국소 접촉부를 형성한다.
RGD 인테그린 결합 서열을 함유하는 ECM 단백질의 일부, 인테그린 수용체의 일부 및 인테그린을 발현하는 세포의 일부는 다음과 같다: 피브로넥틴은 섬유 모세포, 혈소판, 대식 세포, 각질 세포 및 기억 T 세포에 의해 생성된 α5β1을 결합시킨다. 피브로넥틴 및 비트로넥틴은 내피 세포에 의해 생성된 αvβ1을 결합시킨다. 피브로넥틴 및 테나신은 섬유 모세포, 민무늬근 세포 및 신경 세포에 의해 생성된 α8β1을 결합시킨다. 피브로넥틴, 비트로넥틴, 트롬보스폰딘 및 본 빌레브란트 인자는 대식 세포, 내피 세포, 혈소판 및 B 림프구에 의해 생성된 αvβ3을 결합시킨다. 피브로넥틴, 비트로넥틴 및 테나신은 암종에 의해 생성된 αvβ6을 결합시킨다. 피브로넥틴, 라미닌 및 트롬보스폰딘은 신장 사구체 세포 및 B 림프구에 의해 생성된 α3β1을 결합시킨다. 피브로넥틴 및 VCAM은 대식 세포, 림프구, NK 세포, 호산구 및 가슴샘 세포에 의해 생성된 α4β1을 결합시킨다. 피브로넥틴, 비트로넥틴, 콜라겐, 피브리노겐, 트롬보스폰딘 및 본 빌레브란트 인자는 혈소판에 의해 생성된 αIIIβ3을 결합시킨다. 피브로넥틴, 콜라겐 및 라미닌은 콩팥 세뇨관 상피 세포에 의해 생성된 αvβ8을 결합시킨다. 비트로넥틴은 섬유 모세포 및 간암 세포에 의해 생성된 αvβ5를 결합시킨다. 콜라겐 및 라미닌은 섬유 모세포, 내피 세포, 혈소판, B 및 T 세포에 의해 생성된 α2β1을 결합시킨다. 라미닌은 골격 및 심장 세포 및 암 세포에 의해 생성된 α7β1을 결합시킨다. 피브리노겐은 백혈구(대식 세포, 단핵구, 과립구) 상에서 발견되는 αmβ2 및 αxβ2를 결합시킨다. 조직 트랜스글루타미나아제(tTG)는 베타 1 및 베타 3 인테그린에 대한 보조 수용체로서 기능하며, 아이소펩티드 가교 결합에 의해 ECM 단백질을 안정화시킨다.
RGD 의존성 인테그린은 α5β1, α8β1, αvβ1, αvβ3, αvβ6, α11bβ3, α3β1이며, RDG 고리를 함유하는 피브로넥틴의 제10 III형 반복부에 결합한다. 단백질의 제9 III형 반복부 도메인은 보조 역할을 한다. α4β1 인테그린은 세포 접촉부를 CS1의 LVD, CS5 영역의 REDV 및 피브로넥틴의 제14 III형 반복 도메인의 IDAPS에 결합시킨다. 피브로넥틴(III 1-C)의 제1 III형 반복 도메인은 수용체로서의 세포 표면 HPSG 및 β1 인테그린을 결합시킨다. 이 펩티드는 세포 부착 및 확산을 유도한다.
다수의 인테그린 리간드가 모단백질의 부착 활성도를 유지하는 짧은 펩티드로 추가로 환원될 수 있는 단백질 분해 또는 재조합 절편으로 환원될 수 있다. 피브로넥틴 및 비트로넥틴의 RDG, 피브리노겐의 QAGDV, 피브로넥틴의 LDV 및 VCAM-1의 IDSP는 이들 펩티드의 일부이다. 인테그린을 결합시키는 다른 펩티드는 비트로넥틴에 존재하고, αvβ3을 결합시키는 서열 GRGDS, 피브리노겐에 함유된 KGWTVFQKRLDGSV의 서열, 및 αmβ2 인테그린을 결합시키는 더 짧은 펩티드 KYGQKRLDGS로 구성된다. ICAM 내 IETP 및 LETS 서열, 및 예컨대 ICAM-2로부터 유도된 펩티드 GSLEVNCSTTCNQPVEGGLETS는 인테그린을 결합시킨다.
펩티드 서열 내에 세포 부착 RGD 부위를 함유하는 단백질은 피브로넥틴 및 VTGRGDSPA, HVPRGDVDH, 비트로넥틴 및 QVTRGDVFT, 피브리노겐 및(α1 EILRGDFSS, α2 G DSRGDSAT, α3 SYNRGDSTF 및 γ 사슬 GNSRGDN), 본 빌레브란트 인자 및 MDERGDCVP, GSPRGDSQS, 오스테오폰틴 및 YDGRGDSW, 뼈 시알로 단백질-2 및 GEPRGDNYR, 테나신 및 ISRRGDMSS, 트롬보스폰딘-1 및 GDGRGDACK, 피불린-2 및 SVPRGDLDG, 피브릴린-1 및 IRPRGDNGD, 피브릴린-2 및 FANRGDVLT, FGPRGDGSL, 라미닌 및 α1-사슬 FALRGDNPQ, VEKRGDREE, 콜라겐 및 XGXRGDREE, 니도겐/엔탁틴 및 IGFRGDGRT, 펄레칸 및 ASFRGDKVT, L1 부착 분자 및 ITWRGDGRD, LQERGDSDK, 메타르기딘(metargidin)(금속 단백 분해 효소 디스인테그린 단백질) 및 RPTRGDCDL, 트롬빈 및 EGKRGDACE, 인슐린 성장 인자 결합 단백질-1 및 PEIRGDPNC, 에치노이딘(echinoidin) 및 VPSRGDIDS, 티그린 및 SKDRGDQPP, HIV-Tat 단백질 및 SQPRGDPTG, PNLRGDLQV 및 족구병 바이러스의 VP1, SRRRGDMST 및 콕사키바이러스 A9의 VP1, RALRGDMAN 및 에초바이러스 22의 VP-1, 페르탁틴 및 TIRRGDALA, HAIRGDTFA 및 아데노바이러스 2형의 펜톤 기저 단백질, 선상 적혈구 응집소(Filamentous Hemagglutinin) 및 LAARGDGAL, 뱀독으로부터의 뉴로톡신 및 디스인테그린, 환형 RGD 펩티드 및 거머리 단백질로부터의 마틴 및 데코르신을 포함한다.
세포 결합을 위한 다른 펩티드 서열은 YIGSR, RNIAEIKDI 및 SIKVAV를 포함한다. 콜라겐 유사 펩티드와 같은 다른 서열은 세포 부착을 촉진할 수 있는 콜라겐 IV 및 XVIII에서 발견되는 동족 서열이다. 피브리노겐의 선형 서열 GWTVFQKRLDSV는 RLD가 필수적인 인지 부위이다. 라미닌은 P1, E3, E8 및 EX와 같은 상이한 세포 결합 절편을 갖는다.
화학적으로 합성되거나, 효소로 유도되거나 또는 펩티드 라이브러리로부터 유도된(무작위화된) 합성 RGD 펩티드는 X-3X-2X-1R+1G+2D+3X+4X+5X+6의 서열과 같이 만들 수 있다. +4 위치는 피브로넥틴 세포 부착 및 확산에 결정적이다. 이 위치에 아미노산이 없으면, 세포 부착 및 확산 활성도가 소실된다. 이 위치에 아스파라긴이 존재하면, 피브로넥틴 세포 부착이 억제되고, 이 위치에 트레오닌이 존재하면, 비트로넥틴 세포 부착이 억제된다. 소수성 또는 트립토판 치환은 인테그린 αIIβb3에 대한 특이성을 증가시키고, +4,+5 위치에 아스파라긴-프롤린이 존재하면 αvβ3 및 α5β1에 대한 활성도가 증가한다. RDG 서열을 함유하지 않는 단백질 내 일련의 서열은 RGD 유전 가능(heritiable) 방식으로 인테그린에 결합할 수 있다. 예로는 피브리노겐의 γ 사슬의 서열 KQAGDV, 디스인테그린 바르부린(barbourin)의 KGD, RYD 모티프를 함유하는 단백질, 예컨대 스트레타비딘, OPG-2 및 PAC-1 항체 및 레쉬마니아의 gp63 표면 당단백질이 있다. 따라서, 인테그린에 대한 RDG 고리 결합은 원격 효과, 고리 형상, 길이 및 가요성 및 인접 잔기를 비롯한 일련의 구조적 기준에 의해 결정된다.
일부 단백질은 자연적인 형태에서 친화도가 더 큰 수용체를 결합시키고, 다른 단백질은 변성시 더 강하게 상호 작용한다. 예컨대, 혈청 피브로넥틴은 더 신장된 형태로 있을 때보다 고정 또는 변성되었을 때 친화도가 훨씬 큰 세포를 결합시킬 수 있다. 피브로넥틴 소절편은 세포에 결합한다. 라미닌-1의 한정된 단백질 분해는 높은 세포 부착 및 인테그린 결합을 위한 RGD 모티프를 방출한다. 유사하게, 콜라겐의 단백질 분해는 삼중 나선 영역에서 발견되는 다수의 RGD 서열을 노출시킨다. RGD 함유 단백질은 잠재적인 세포 부착 리간드이다. 일부 RGD 부위가 보조 결합 부위 및 결합을 위한 리간드 형태를 필요로 하는 것으로 보이는 반면, 다른 인테그린은 선형 RGD 부위를 결합시킬 수 있다.
인테그린-리간드 결합은 2가 양이온에 의존적일 수 있다. 일반적으로, 이는 마그네슘 또는 망간 이온에 의해 촉진되고, 칼슘 또는 EDTA와 같은 2가 양이온 킬레이트제에 의해 억제된다. 결합 친화도 및 결합력 모두 영향을 받는다. 예컨대, α5β1은 망간에 대한 고친화도 부위, 마그네슘 및 칼슘에 대한 저친화도 부위, 및 칼슘에 대한 고친화도 부위를 갖는다. 낮은 농도에서, 칼슘은 고친화도 부위에 결합하여 세포 부착을 비롯한 마그네슘 결합을 촉진한다. 그러나, 높은 농도에서, 칼슘은 저친화도 마그네슘 부위에 결합하여 세포 부착을 억제한다.
리간드에 대한 결합을 유도하는 인테그린 수용체에 대한 활성화 항체가 존재하여 인테그린이 활성될 수 있다. ECM 단백질에 대한 인테그린 매개 부착은 ECM 단백질 상의 세포 고정 및 이동을 담당한다. 인테그린 매개 세포-세포 접촉은 또한 이동, 세포 형상 변화, 유전자 발현 및 분비와 같은 세포 반응을 유도한다. 이 반응은 백혈구 운동과 같은 염증 및 면역 과정에 관련되는 면역 시스템의 세포 상에서 발견될 수 있다.
인테그린 작용은 종종 성장 인자에 의해 유도된다. 예컨대, α5β5 및 α5β3 인테그린은 TGF-β1의 존재 하에 입 및 피부 내 섬유 모세포의 근육 세포 모섬유로의 분화에 관련되고, α5β5는 신장 조직에 관련된다. 안지오제닌은 내피 및 섬유 모세포 세포 부착 및 확산을 지지한다. 세포 부착 및 이의 수용체에 대한 성장 인자 결합은 화학 또는 방사선 요법으로부터의 DNA 손상에 대한 내성을 매개할 수 있다.
디스인테그린은 RGD 서열을 함유하는 폴리펩티드 또는 단백질로서, 인테그린 수용체에 결합함으로써 인테그린-리간드 상호 작용을 경쟁적으로 억제한다. 예컨대, 뱀독으로부터의 VLO4, VB7, VA6 및 EOA, 및 RGD 모티프를 함유하는 단백질(단백 분해 효소)의 도메인은 피브로넥틴에 결합하는 αvβ1 인테그린에 대한 세포 부착을 억제한다. VLO5 및 EO5는 MLD 및 VGD 모티프를 함유하며, α4β1 인테그린이 VCAM-1에 부착하는 것을 차단한다. EMS11은 양쪽 인테그린을 억제한다. 상이한 디스인테그린 서브패밀리는 ADAM을 함유하고, ADAM(디스인테그린 및 금속 단백 분해 효소 유사) 매트릭스와 관련되어 있다. 따라서, 부착 기능이 차단되고, 디스인테그린이 혈소판 응집 억제제로서 작용한다. 에치스타틴은 팔보리딘 및 키스트린이 그러하듯이 뼈 흡수 및 혈소판 응집을 억제한다. RGD 인테그린의 다른 길항 물질은 펩티드 Gly-Arg-Gly-Asp-Ser, Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro-Lys 및 Gly-Arg-Gly-Asp-Thr-Pro를 포함한다.
대부분의 ECM 당단백질은 세포 부착을 촉진하고, 세포 이동, 증식, 세포 생존 및 분화를 초래하는 세포 골격 인지를 초래한다. ECM 단백질, 매트릭스 세포 단백질의 다른 부류는 세포-매트릭스 상호 작용의 조정자 및 유도자로서 기능한다. 이는 TSP 1 및 2, 테나신 및 오스테오넥틴(SPARC)을 포함한다. 매트릭스 세포 단백질은 가용성 및 불용성 단백질 모두로서 기능한다. 가용성 단백질로서, 이는 부착 상태에서 세포에 대해 탈부착(de-adhesive) 효과를 가질 수 있다. TSP1, 테나신 및 오스테오넥틴(SPARC)에 의한 세포 부착은 세포 유형 및 단백질 용해도에 의존적이다.
ECM-인테그린 상호 작용이 단백질 분해, 매트릭스 세포 단백질 TSP1, 테나신-C 및 오스테오넥틴 또는 인테그린 길항 물질에 의해 중단될 경우, 탈부착이 발생할 수 있다. 탈부착은 시험관 내 세포 배양물로부터 세포를 제거하는 데에 사용될 수 있다.
폴리(2-히드록시에틸 메타크릴레이트)는 성장 표면에 대한 세포의 부착을 감소시키는 반면, 폴리리신은 음하전된 세포 막 및 양하전된 표면 사이의 정전기적 상호 작용을 강화시킨다. 이는 세포에 대한 대향하는 비특이적 부착 부위 효과의 예이다.
CAM : CAM의 상이한 군 중에 인테그린, 면역 글로불린-세포 부착 분자, 카드헤린, 셀렉틴, CD44 관련 분자 및 막 프로테오글리칸이 있다. CAM은 인테그린 또는 다른 Ig 수퍼 패밀리 CAM을 결합시키는 막 당단백질이다.
Ig 수퍼 패밀리의 멤버는 ICAM(세포간 부착 분자), VCAM-1(혈관 부착 분자), PECAM-1(혈소판-내피-세포 부착 분자) 및 NCAM(신경 세포 부착 분자)을 포함한다. 다른 CAM은 ALCAM(활성화된 백혈구 세포 부착 분자), BCAM(기저 세포 부착 분자), BOC, CDO, CEACAM-1, CAM의 L1 패밀리(뉴런 생존, ECM 단백질로의 인테그린 매개 세포 이동 및 신경 돌기 생성을 촉진하는 L1 CAM-2 포함)를 포함한다. 콘탁틴(-1 내지 -6)은 CAM 패밀리의 멤버이다. 콘탁틴-1은 L1, NCAM, 뉴로칸, 포스파칸 및 테나신과 상호 작용한다. 콘탁틴-2 및 -4는 피브로넥틴 III형 유사 반복부를 함유한다. EpCAM(상피 세포 부착 분자)은 신장, 간, 피부, 상피, 췌장, 배아 세포 및 암종에서 발현된다. 추가의 멤버는 카드헤린, 예컨대 4, 6, 8, 11, 12, 17 및 데스모글레틴-1 내지 -3이다. 다른 멤버는 ESAM, 키렐(Kirrel) 2, 넥틴(예, -2, -4), OCAM, 백혈구 인테그린에 결합하는 ICAM(예, -1 내지 -5), 상피 및 내피 세포의 세포간 연결부에서 발현되는 JAM-A(연결성 부착 분자 A), 내피 세정맥, 심장 및 태반에 위치하는 JAM-B, 및 T, NK 및 가지돌기 세포에 대한 부착 리간드인 JAM-C를 포함한다. CAM 막 LAMP(변연계 관련 막 단백질)은 뉴런 성장 및 안내에 관련된다. MadCAM-1(점막 주소 단백질 세포 부착 분자-1)은 점막 부위로의 림프구 귀소에 관련된다. NCAM 및 NrCAM은 신경 발육에 관련된다. RAGE(고급화 무효소 당화 최종 생성물에 대한 수용체) 리간드는 AGE(고급화 무효소 당화 최종 생성물), 아밀로이드-베타 펩티드, S100 단백질 수퍼 패밀리의 몇 개의 멤버 및 HMG-1이다. RAGE는 뉴런 생성, 생존, 재생 및 염증 매개 반응을 매개할 수 있다. RAGE는 당뇨병, 알츠하이머 전신 아밀로이드증, 세포 자멸사, 종양 성장 및 노화 조직에 관련된다. TROP-2는 암종에서 발현된다. N-CAM 및 다른 CAM의 폴리시알릴화(polysialylation)는 이들 단백질이 당화 패턴의 일부이다. VCAM-1은 인테그린 VLA-4, α4β1 및 α4β7을 결합시킨다. 이는 대식 세포 및 내피 세포와 같이 백혈구에 의해 발현되는 세포 표면 단백질이다. VCAM-1은 IL-1β, IL-4, TNFα 및 IFNγ에 의해 유도된다. 활성화된 인테그린은 염증 부착 기전 동안 백혈구의 롤링을 정지시키고, 내피 상의 VCAM-1 리간드에 결합함으로써 혈관 내피에 부착한다. 혈관벽을 통한 염증 부위로의 백색 혈액 세포의 혈관 밖 유출은 VCAM-1/VLA-4/α4β7 상호 작용에 의해 매개된다. 가용성 VCAM-1은 혈청 및 체액에 존재한다. PECAM-1(CD31)은 내피 세포, T 세포, 혈소판, 백혈구, 예컨대 단핵구 및 호중구 상에서 발현되며, 혈장에 존재한다. 이는 α5β3 백혈구 인테그린을 결합시킨다. PECAM-1은 혈관 내피 세포 내 세포간 연결부를 통한 백혈구의 내피 횡단 이동(transendothelial migration)에 필요하며, 순환 형태에 의해 조정된다.
ICAM 및 VCAM은 αLβ2에 대한 세포간 부착 리간드이다. VCAM-1은 α4β1 인테그린을 서열 QIDSL과 결합시킨다. ICAM-1, 2, 3은 대응 수용체이다. ICAM-1은 내피 세포, 섬유 모세포, 백혈구, 표피 각질 세포 및 상피 세포와 같은 다수의 세포 유형에서 발견된다. 면역 글로불린 수퍼 패밀리 멤버는 IFNγ, TNFα, IL-1β 및 LPS에 의해 자극받는다. 가용성 ICAM-1 및 다른 ICAM은 세포 표면 상에서 단백 분해 효소에 의한 분열로부터 생성되는 혈청에서 발견된다. ICAM-2는 림프구, 단핵구, 혈관 내피에서 발견되고, ICAM-3은 백혈구 및 표피 랑게르한스 세포에서 발견된다. ICAM-1은 백혈구 인테그린 LFA-1 및 Mac-1을 결합시킨다. ICAM-2는 부착을 매개하여 T 세포 응집, NK 세포 이동 및 NK 세포 독성에 대한 보조 자극 신호를 제공한다. ICAM-3은 랑게르한스 세포에 의한 T 세포 자극에 관련된다. VCAM-1 및 MadCAM-1은 세정맥의 내피 세포 상에서 발현된다.
카드헤린 은 세포-세포 및 세포-ECM 접촉에 수반되는 막 칼슘 의존성 당단백질 세포 부착 분자의 패밀리이다. 카드헤린은 세포 골격과 상호 작용을 하는 세포내 도메인, 막 도메인 및 보존된 시스테인 잔기과 함께 몇 개의 Ig 유사 사슬내 디설피드 결합 고리를 함유하는 세포외 도메인을 갖는다. 세포-세포 연결부는 인접 세포의 막 상에 위치하는 동일한 카드헤린의 세포외 도메인 사이의 상호 작용에 의해 형성된다. 부착 결합은 카드헤린의 세포내 도메인과 카테닌 α, β 및 γ 및 액틴 세포 골격의 결합에 의해 안정화된다. 데스모콜린과의 결합에서, 데스모글레틴 아이소형은 상피 세포-세포 부착 구조에서 발견되는 결합체의 부착 성분을 형성한다. 전형적인 카드헤린은 칼슘 의존성 부착을 매개하기 위한 DXD 및 DXNDN 반복부를 함유하는 막 단백질의 세포외 도메인을 함유한다.
카드헤린은 모든 고상 조직에 존재하며, 세포 이동, 세포 분극, 조직 형태 발생, 유지 및 재생을 비롯한 다수의 과정을 조절한다. 카드헤린, 또는 카드헤린의 세포외 세포 결합 도메인은 이들 내의 이식된 세포의 세포-세포 결합 및 현장 세포에 대한 세포-세포 결합을 일으키는 데에 사용될 수 있다.
렉틴 은 탄수화물 부분이 단당류, 당단백질, 당지질 및 다른 유사 부분을 포함하는 탄수화물 결합 단백질이다. 렉틴은 세포를 접합시킬 수 있다. 렉틴은 다른 아강(R, M, L, M-렉틴 및 칼넥신) 중에서 C형 렉틴 및 수용체, 갈렉틴, Ig형 렉틴, 콜렉틴 및 셀렉틴을 포함한다. C형 렉틴은 다양한 리간드를 가지며, 세포 부착(셀렉틴) 및 당단백질 청소 및 선천 면역(콜렉틴)에 관련된다. C형 렉틴은 리간드 결합에 대해 칼슘 의존적일 수 있다.
렉틴 패밀리의 멤버 중 일부는 CD 72, CD94, 연골 렉틴, CL-P1, CLEC-1, -2, DC-SIGN(가지돌기 세포 특이적 ICAM-3 그라빈 비인테그린), DC-SIGN 관련 단백질, DCI 수용체, 덱틴-1, -2a, DLEC, Fc 엡실론 RII, 피콜린, 란게린, 레일린(Layillin) 및 LOX-l(렉틴과 유사한 산화되고 밀도가 낮은 지질 단백질 수용체 1)이다. 이 멤버들은 다른 세포 유형 중에서 활성화된 내피 세포, 혈관 민무늬근 세포, 대식 세포, 장 및 가지돌기 세포 상에 위치한다. MBL(만난 결합 렉틴)은 선천 면역 방어 단백질의 콜렉틴 패밀리에 속한다. MBL-1, -2, MDL-1, NKG2(A, C, D)는 세포외 C형 렉틴 유사 도메인을 갖는다. 다른 렉틴은 NK 킬러, Reg 2, Reg(예, I, II, III, IIIa, IV), SCGF, SIGN 수용체 1, 수용체 4 및 SP-D 상에서 발현되는 NKp(80, 30, 44, 46)를 포함한다.
셀렉틴은 세포 부착에 관련되며, 탄수화물 결합 단백질(예, 시알릴화 루이스 및 무친과 같은 푸코실화 탄수화물)인 3개의 패밀리 멤버를 갖는다. 세포외 도메인은 EGF 유사 모티프, 보완 조절 단백질에 대한 모티그 및 탄수화물 결합 모티프를 함유한다. E-셀렉틴(내피 백혈구 부착 분자-1 또는 ELAM-1)은 IL-1β 또는 TNF-α의 존재 하에 혈관 내피 세포 상에서 발현된다. L-셀렉틴(백혈구 셀렉틴 또는 LAM-1)은 백혈구 상에서 발현된다. P-셀렉틴(GMP-140)은 활성화된 혈소판 및 내피 세포에 의해 발현된다. PSGL-1(P-셀렉틴 당단백질 리간드-1)은 P-셀렉틴에 대한 리간드이며, 모든 백혈구 상에 존재한다. 셀렉틴 L, E 및 P는 세포-세포 부착에 관련되며, 세포외 아미노 말단, 이어서 EGF 유사 도메인, 그 다음 몇 개의 보완 조절 도메인, 막 도메인 및 짧은 세포질 꼬리에 C형 렉틴 도메인을 갖는다. L-셀렉틴(LECAM-1)은 톨링(tolling)을 매개하고, HEV 세포 상에서 설포시알릴 루이스 x 항원과의 상호 작용에 의해 높은 내피 세정맥 상에 정지하고, 림프구 순환의 기초이다. 이는 림프구가 만성 염증 부위인 중추 림프절로 이동하고 호중구가 급성 염증 부위로 진입하는 것을 가능하게 한다. P 및 E-셀렉틴과 함께, L-셀렉틴은 내피 세포와 순환 백혈구와의 초기 상호 작용을 매개하여 내피 상에서 백혈구의 롤링을 생성시킨다. E-셀렉틴은 염증 매개에 시토킨 IL-1 및 TNFα에 의해 염증 동안 내피 세포에 의해 상향 조절된다. 셀렉틴 E, ∼115 kDa 세포 표면 당단백질은 IL-1β 및 TNF-α에 반응하여 혈관 내피 세포 상에서 발현되며, 면역 세포에 의해 발현되는 sLex 항원은 롤링, 및 염증 부위에 대한 염증 세포의 정지를 매개한다. E-셀렉틴은 백혈구 상에서 E-셀렉틴 리간드에 대한 결합을 통해 염증 동안 혈관벽에 대한 유동 백혈구의 부착을 매개한다. 초기 상호 작용 후, 혈관의 ECM으로 백색 혈액 세포의 혈관 밖 유출이 발생하는 ICAM-I 및 VCAM-I 상호 작용이 일어난다. E-셀렉틴 리간드는 E-셀렉틴의 렉틴 도메인에 결합된 시알릴화되고 푸코실화된 분자인 기억 T 세포의 아집단, 호중구 및 단핵구 상에 존재한다. 따라서, 백혈구 혈관 밖 유출 동안 부착(인테그린 매개) 및 신호화 사건(케모킨, 세포-세포 접촉)으로 염증 및 림프구 귀소가 생긴다. P-셀렉틴은 내피에 대한 백혈구 및 호중구 부착에 관련된다.
시알로어드헤신은 MAG, CD22, CD33 및 신경집 세포 말이집 단백질을 포함한다. 시알로어드헤신은 이 I형 시알릴 렉틴 아군을 한정하는 시알산 잔기를 함유하는 세포 표면 글리칸이다. 가용성 형태가 혈장 및 조직에 존재한다.
콜렉틴(콜라겐 유사 렉틴)은 만난 결합 단백질(MBP), 콘글루티닌, 폐 계면활성제 단백질 SP-A 및 D를 포함한다. 이는 항체 없는 선천 면역에서 역할을 한다. 콜렉틴은 미생물 본체를 제거한다. MBP는 렉틴 경로를 통해 보완 시스템을 활성화시킬 수 있다.
갈렉틴은 N-아세틸-락토사민 함유 당단백질 특이성을 갖는 탄수화물 결합 단백질의 패밀리로서, 세포-표면 당단백질에 결합한다. 갈렉틴은 세포 혈장 막 상에 그리고 ECM 내에서 당 포합체에 결합한다. 갈렉틴은 ECM 내에서 글리칸 가교 결합을 촉진하며, 리간드로서 β-갈락토시드를 갖는다. 세포외 갈렉틴은 당 결합 단백질 및 비당 결합 단백질로서의 세포내 갈렉틴의 역할을 한다. 염증은 갈렉틴 발현을 유도한다. 멤버의 일부는 갈렉틴-1 내지 -13 및 갈렉틴-3 BP(결합 단백질)이다. 갈렉틴-1은 대부분의 조직에 풍부하며, 부세포고사성(proapoptic)이며, 세포 부착을 차단하고, 항염증성이며, 자가 면역을 억제하고, 항증식성이다. 갈렉틴(예, -3)은 피브로넥틴 또는 라미닌의 세포 부착을 저지할 수 있으며, 분열 촉진성이고, 세포 증식 억제성이며, 항세포고사성이고, 면역 세포(예, 백혈구, 상피 세포, 암 세포)에서 IL-1과 같은 염증 매개 시토킨 생성을 증가시킨다. 갈렉틴-7은 피부에서 생성되며, 갈렉틴-8은 간, 신장, 심장근, 뇌 및 다른 조직에서 ECM과의 상호 작용을 차단한다. 갈렉틴-12는 지방 세포에 의해 생성되며, 세포 자멸사 및 세포 주기 정지를 유도한다.
Ig형 또는 I-렉틴은 MAG(시글렉 4) 및 다른 시글렉(시알산 결합 Ig 유사 렉틴)을 포함한다. 시글렉(예, 1-11, F, L1)은 면역 글로불린 수퍼 패밀리의 멤버이다. 시알산은 세포 상호 작용을 매개하고, 종종 면역계에 관련된다. 시글렉은 세포 부착에 관련된다. 시글렉은 큰 세포외 도메인, 시알산 결합 도메인, 막 도메인 및 세포질 도메인(시글렉-1 제외)을 갖는다. MAG는 신경집 세포 및 희돌기 교세포에 의해 발현되는 반면, 다른 시글렉은 다양한 면역 세포 유형에 의해 발현된다(대식 세포에 의해 1,11; B 세포에 의해 2, 6, 10; 관강 내 상피에 의해 L1; 단백구에 의해 3, 5, 7, 9, 10; 호산구에 의해 8, 10; 과립구에 의해 5, 9; 골수 전구체에 의해 3; 태반에 의해 6).
세포외 도메인은 ECM 내에서 2개의 당단백질을 서로 다른 것에 연결시킬 수 있거나, 또는 세포로 가는 ECM 단백질은 상기 세포 부착 분자와 함께 처리될 수 있다. 다수의 렉틴, 일반적으로 CAM, 당 운반 중합체, 중합 전해질 중합체 또는 수화 겔이 세포 부착에 이용될 수 있다.
일부의 다른 부착 분자, AMIGO(암포테린으로 유도된 유전자 및 ORF)는 막 단백질이다. CD2(분화의 군집)는 T 세포 상에서 발현되는 막 당단백질이고, CD58에 대한 표적이다. CD58(림프구 기능과 관련된 항원 또는 LFA-3)은 다른 세포 중에서 섬유 모세포, 내피 및 상피 세포, 백혈구, 적혈구 상의 수용체이다..
특정한 다른 렉틴은 분열 촉진 활성(예, 림프구), 예컨대 콘카나발린 A, 억새풀 렉틴, 다양한 응집소, 예컨대 백혈구 응집소(leucoagglutinin) PHA-L 및 식물 적혈구 응집소 PHA-P를 유도한다.
배양물 내 세포는 고밀도(dense) 3-D 매트릭스(예컨대 접촉 억제를 극복하는 적당한 혈청 보충물)를 생성시킬 수 있으며, 이들 3-D 매트릭스 내 세포는 상이한 부류의 부착물을 형성한다. 피브로넥틴의 긴 원섬유를 함유하는 원섬유 부착물 또는 3D 매트릭스 부착물은 인테그린 α5β1 및 피브로넥틴에 의존적이다. 세포는 더욱 빨리 3D 매트릭스에 부착하고, 2D 매트릭스 또는 3D 콜라겐 겔보다 더욱 빨리 이동, 증식 및 형태 변화한다.
세포의 정상적인 부착 및 증식은 부착 인자 및 ECM 성분에 의존적이다. ECM 단백질 및 세포 유형 부착의 일부 예를 상기에 설명하였고, 예를 선택하자면 다수의 다른 세포 유형 중에서 콜라겐 I형 및 중간엽 세포, 예컨대 섬유 모세포, 근육 세포 및 다른 세포, 예컨대 간 세포, 신경집 세포, 뉴런이 있다. 다른 예로는 콜라겐 II형 및 연골 세포 뿐 아니라, 콜라겐 IV형 및 상피, 내피, 섬유 모세포, 근육 및 신경 세포가 있다. 피브로넥틴(혈장, 세포, 재조합 절편 III-C, 재조합 절편 III-C 및 혈장 피브로넥틴 복합체, 작은 피브로넥틴 절편, 피브로넥틴 유사 조작 단백질, 수퍼 피브로넥틴, 헤파린 결합 절편의 피브로넥틴 도메인, 3OkDa, 젤라틴 결합 절편, 45kDA, 헤파린 및 젤라틴 결합 절편, 7OkDa, 피브로넥틴 부착 촉진 펩티드 Typ-Gln-Pro-Pro-Arg-Ala-Arg-Ile 또는 Lys-Asn-Asn-Gln-Lys-Ser-Glu-Pro-Leu-Ile-Gly-Arg-Lys-Lys-Thr)은 중간엽 세포, 섬유 모세포, 상피, 내피 및 뉴런 세포에 부착한다. 젤라틴은 다수의 세포 유형을 결합시킨다. 비트로넥틴은 중간엽 세포(섬유 모세포), 내피 세포 및 혈소판을 결합시킨다. 라미닌은 상피, 내피, 간 세포, 근육 및 종양 세포와 상호 작용한다. 테나신은 중간엽, 상피 및 뉴런 세포를 결합시킨다. 트롬보스폰딘은 섬유 모세포, 민무늬근 세포, 내피 세포, 뉴런 및 뼈 모세포를 결합시킨다.
호르몬, 성장 인자, 시토킨, 케모킨 및 다른 분자(약물)는 다른 세포 및 ECM에 대한 특이적인 세포 유형의 세포 부착에 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 데프레닐은 뉴런 및 비뉴런 세포(섬유 모세포)의 부착을 증가시키며, 파킨슨병, 알츠하이머병, 죽상 경화증 및 종양 형성에 관련되는 효소(MAOB) 억제제이다.
인장 또는 압력과 같은 기계적 자극은 콜라겐, 테나신-C, MMP 등과 같은 ECM 발현을 변경시킬 수 있다. 세포-매트릭스 부착 부위는 ECM으로부터 세포 골격으로의 그리고 인테그린이 신호화 캐스케이드에 대한 열쇠인 역방향에서 기계 감각적 변환 전달력으로서 작용할 수 있다. ECM, 세포 골격, 신호 전달 및 스트레스 반응 유전자의 조절 유전자 발현이 일어난다. ECM은 기계적 정보가 기능부의 세포 및 조직 수준으로 전달되는 주요 수단이다. 인테그린 국소화와 같은 신호화 경로에 대한 주요한 링크가 변경된다.
세포외 매트릭스 부착 단백질
세포외 매트릭스 단백질은 다른 세포외 단백질 및 그 자신과 상호 결합하는 결합 부위를 갖는다. 세포를 결합시키는 대부분의 ECM 단백질은 또한 다른 세포외 단백질을 결합시키기 위한 다른 부위를 갖는다. 따라서, 세포 부착 단백질은 또한 세포외 매트릭스에 대한 결합을 위한 도메인을 갖는다.
세포 부착 단백질의 무손상, 절편화, 재조합 부분 또는 다른 형태를 이식물의 ECM 매트릭스에 대한 세포의 결합을 촉진시키는 데에 이용할 수 있다. 추가로, 유사한 작용에 의해 세포의 시험관 내 배양이 촉진될 수 있다.
ECM 단백질 및 다른 단백질의 도메인은 특이적 세포 또는 단백질을 결합시킬 수 있으며, 생리학적 역할을 할 수 있다. 예컨대, 피브로넥틴 III 반복부의 세포 부착 도메인 또는 헤모펙신 도메인은 혈관 형성 및 종양 성장을 차단할 수 있다. ECM 단백질은 성장 인자 수용체와 상호 작용하는 도메인을 갖는다. 콜라겐은 디스코이딘 도메인 수용체와 상호 작용하는 도메인을 가지며, 섬유 모세포 및 상피 세포에 대한 MMP 생성 감소, ECM 반전, 이동 및 세포 증식을 증가시킨다. 매트리킨(matrikine)(ECM 단백질의 작은 펩티드 절편) 또는 테나신-C, 라미닌-5, 콜라겐 및 데코린 내 도메인은 EGF 작용을 수행하는 EGF 수용체와 상호 작용한다. 매트리킨은 잠재적인 조직 수복 활성도를 가질 수 있다. 예컨대, GHK(글리실-히스티딜-리신)는 세포 증식 및 항산화제 효소의 증가 및 상처 수축을 유도하는 콜라겐에 결합한다. 다른 ECM 단백질은 EGF 수용체와 상호 작용하는 EGF 유사 반복부를 갖는다. ECM 단백질, 예컨대 피브로넥틴, 히알루론산 및 다른 단백질 유형(예, 열 충격 단백질)은 (예컨대 대식 세포 상의) 톨 유사(Toll-like) 수용체(TLR) 패밀리 리간드일 수 있다. 이는 염증 반응을 개시하고, 병원체에 대한 선천 면역을 유도한다. 또한, TLR에 의해 활성화된 조절 T 림프구는 강화된 면역 억제 기능을 나타내고, 또한 세포 증식에 대한 섬유 모세포 등을 활성화시킬 수 있다. 섬유 모세포 및 다른 세포 유형에 의해 생성된 ECM은 세포 면역 반응에 영향을 미친다. 프로테오글리칸(예, 테스티칸, CSPG)과 같은 ECM은 세포의 세포 부착을 조정할 수 있다.
세포 결합 부위를 갖는 임의의 ECM 단백질을 생체 내 및 시험관 내 세포 부착에 이용할 수 있다. 결합 부위는 RGD 도메인 뿐 아니라, 다른 공지된 도메인 또는 상기 기재한 예에 한정되지 않는 다른 부위일 수 있다. 주입된 단백질 또는 세포의 이동을 제한하기 위해 부착을 돕는 다른 단백질에 대한 결합 부위를 갖는 단백질을 이용할 수 있다. 유사하게, 다른 것 중에서 영양소 전달체, 운반 단백질, 단백 분해 효소 억제제, 세포 자멸사 억제제와 같은 다른 기능물은 이러한 특성을 나타내는 이들 ECM 단백질을 포함할 수 있다.
당단백질
당단백질은 약 1% 내지 약 60%의 탄수화물을 함유할 수 있는 생체 분자이다. 당단백질이라는 용어는 더 높은 %의 탄수화물을 가질 수 있는 프로테오글리칸을 포함한다. 다수의 매트릭스 당단백질이 세포 표면 수용체 뿐 아니라 다른 매트릭스 분자와 상호 작용하는 상이하고 기능적으로 활성인 펩티드 도메인을 함유한다. 이 이종 군의 단백질은 O 및/또는 N 결합을 통해 단백질 코어에 공유 결합된 탄수화물을 함유한다. 당단백질은 세포의 이동 및 부착을 촉진함으로써 세포 거동에 영향을 미칠 수 있다.
대부분이 당단백질인 세포 부착 매개 단백질은 트롬보스폰딘, 본 빌레브란트 인자, 피브로넥틴, 비트로넥틴, 콘드로넥틴, 프로콜라겐 및 콜라겐 I형, III형, IV형, V형 및 다수의 II형 내지 XIX형, 라미닌, 피브릴린, 피브리노겐, 엔탁틴, MAGP, LTBP, 오스테오폰틴, 프로콜라겐 C 단백 분해 효소, 덴틴 세포외 매트릭스, 포스포포린 및 아넥신을 포함한다. 피브로넥틴 III형 및 EGF 반복부는 다수의 부착 당단백질에 공통적이다. 다수는 수용체의 인테그린 패밀리를 통해 세포 부착을 매개하는 RGD(Arg-Gly-Asp) 서열 및 RGD 함유 폴리펩티드를 보유한다.
세포 부착 영역은 피브로넥틴(III 반복 영역) 및 다른 단백질의 세포 결합 도메인을 포함한다. 세포 결합 도메인은 세포가 결합하는 짧은 아미노산 서열을 함유한다. 이는 RGD(Arg-Gly-Asp), RGDS(Arg-Gly-Asp-Ser), RGDSP(Arg-Glp-Asp-Ser-Pro), LDV(Leu-Asp-VaI), REDV(Arg-Glu-Asp-Val) 및 Pro-His-Ser-Arg-Asn 아미노산 서열을 포함한다. 이 세포 부착 서열은 단독으로, 또는 합성 분자, 펩티드, 폴리펩티드 또는 단백질과 같은 분자의 일부로서 사용될 수 있다.
RGD 서열 함유 단백질은 피브로넥틴, 엔탁틴, 라미닌, 콜라겐 및 피브리노겐을 포함한다. 이 RGD 서열을 함유하는 펩티드는 이 펩티드를 모방하는 항응고 약물의 개발에 유용할 수 있다. RGD 서열은 세포-표면 매트릭스 수용체의 인테그린 패밀리의 몇 개 멤버에 의해 인지된다.
세포 부착 매개 단백질 콜라겐에 관해, 콜라겐 I형 내지 XIX형(1-19)을 구성하는 34개 이상의 유전자로 부호화된 19개의 상이한 유전자 유형이 존재한다. 약 25개의 α 사슬이 확인되었다. 콜라겐 섬유가 매트릭스를 강화시키기도 하고 매트릭스를 조직화하기도 한다. 결합 조직에서 발견되는 콜라겐의 주요 유형은 I형, II형, III형, V형, VII형 및 XI형이다. 다수 유형의 콜라겐이 세포 부착 및 증식을 촉진한다. I형은 피부 및 뼈의 그물 부분의 주요 콜라겐이고, III형은 피부의 유두 부분의 주요 콜라겐이다.
우세한 조직 위치 및 콜라겐 유형은 다음과 같다: I형은 결합 조직 및 내부 기관 내 ECM의 주요 구조 성분으로, 피부, 힘줄, 뼈, 각막 및 뼈에서 발견되고; II형은 연골 및 유리체에서 발견되고; III형은 피부, 대동맥, 창자, 자궁에서 발견되고; IV형은 상피 및 내피 세포의 아래에 존재하고 근육, 지방 및 신경 세포를 둘러싸며 결합 조직의 위에 존재하는 기저 막 내 주요 성분으로서, 이는 세포 부착 및 증식을 촉진할 수 있고; V형은 피부, 뼈 및 태반 조직에서 발견되고; VI형은 피부, 각막, 연골 및 자궁에서 발견되며; VII형은 피부, 식도, 양막에서 발견되며; VIII형은 내피 세포 및 데스메막에서 발견되고; IX형은 유리체 및 연골에서 발견되며; X형은 석회화 연골에서 발견되고; IX형은 연골 및 척추 원반에서 발견되며; XII형은 피부, 힘줄 및 연골에서 발견되며; XIII형은 표피 및 내피 세포에서 발견되고; XIV형은 피부, 힘줄 및 연골에서 발견되며; XV형은 신장, 심장, 난소, 고환 및 태반에서 발견되고; XVI형은 민무늬근, 심장 및 신장에서 발견되며; XVII형은 망막 내 광 수용체 시냅스 및 외부 분절에서 그리고 피부 내 특정화된 상피의 반결합체에서 발견되는데, 이는 원뿔형 및 막대형으로 발현되며; XVIII형은 신장, 간 및 폐에서 발견되고; XIX형은 섬유 모세포 세포주에서 발견된다. 조직 배치를 위한 특이적인 콜라겐 유형은 자연 조직 위치에 있는 것이 바람직하다. 그러나, 보통 상이한 조직에 존재하는 다른 콜라겐 유형을 이종 조직 배치에 이용할 수 있다. I형 콜라겐은 골 모세포, 연골 세포 및 섬유 모세포(예, 힘줄 및 인대), 폐 II형 상피 세포, 민무늬근, 가로무늬근 및 심장근 세포, 대동맥, 정맥 및 모세관 내피 세포를 포함하나 이에 한정되지 않는 시험관 내 세포의 부착 및 접착을 개선시킨다.
콜라겐은 다수의 도메인을 함유한다. 콜라겐은 다수의 다른 단백질과 상호 작용한다. 콜라겐의 특성 중 일부를 하기에 기재한다: 콜라겐 I은 DGEA 세포 부착 부위, N 연결된 히드록시리신 당화 부위, COL2(콜라겐 2) 도메인, 콜라겐 분해 효소, N-단백 분해 효소 및 C-단백 분해 효소 분해 부위를 갖는다. 콜라겐 I은 콜라겐 III 또는 V와 관련이 있다. 콜라겐 II는 콜라겐 IX에 대한 가교 결합을 통해 프로테오글리칸 피브로모듈린 및 데코린의 단백질 코어와 상호 작용을 하며, 스트로멜리신 및 콜라겐 분해 효소 분해 부위를 갖는다. 콜라겐 III은 콜라겐 2 도메인 및 콜라겐 분해 효소 분해 부위를 함유한다. 콜라겐 IV는 라미닌, 니도겐, 헤파린 설페이트 프로테오글리칸, 헤파린 및 세포 결합 부위와 상호 작용하며, N 결합된 당화 부위를 함유한다. 콜라겐 V형은 I형 및 III형 콜라겐과 상호 작용하며, MMP-9 분해 부위, N 결합된 당화 부위 및 콜라겐 2 도메인을 함유한다. 콜라겐 VI은 히알루노난, II형 및 XIV형 콜라겐, 비글리칸 및 콘드로이탄 설페이트 프로테오글리칸 NG2 수용체와 상호 작용한다. 이는 또한 N 결합된 히드록시리신 당화 부위, 피브로넥틴 III형 반복부, NC2, NC1 및 나선 도메인을 함유한다. 콜라겐 VIII은 N-당화 부위, 피브로넥틴 III형 반복부, NC1, NC2 및 나선 도메인을 함유한다. 콜라겐 VIII은 콜라겐 분해 효소 분해 부위, NC1, NC2 및 나선 도메인을 함유한다. 콜라겐 IX은 II형 콜라겐과 상호 작용하고, 콜라겐 원섬유를 다른 세포외 매트릭스 단백질에 연결한다. 이는 스트로멜리신 분해부 및 N-당화 부위, 콜라겐 1, 2, 3 및 NC 1, 2, 3 도메인을 함유한다. 이의 α2(IX) 사슬이 글리코스아미노글리칸 사슬을 함유할 수 있기 때문에, 이는 프로테오글리칸으로 고려될 수 있다. 이는 콜라겐 원섬유 사이의 또는 어그리칸(aggrecan) 네트워크와의 가교로서 작용할 수 있다. 콜라겐 X는 콜라겐 분해 효소 분해부 및 N-당화 부위, NC1, NC2 및 나선 도메인을 갖는다. 콜라겐 XI은 콜라겐 V와 상호 작용하며, C-단백 분해 효소 및 N 결합된 당화 부위, 콜라겐 2 및 나선 도메인을 갖는다. 콜라겐 XII는 데코린의 글리코스아미노글리칸 사슬 및 피브로모듈린의 단백질 코어와 상호 작용하며, N 결합된 당화 및 글리칸화 부위, 피브로넥틴 III형 반복부, 콜라겐 1, 2, NC1, 2 및 3 도메인을 함유한다. 콜라겐 XIII형은 콜라겐 1, 2, 3, 4 및 NC 1, 2, 3, 4 도메인을 함유한다. 콜라겐 XIV형은 IX형 및 XII형이 그러하듯이 프로테오글리칸과 상호 작용하거나 또는 프로테오글리칸 형태로 존재한다. 이는 데코린의 글리코스아미노글리칸 사슬, VI형 콜라겐 및 프로콜라겐 I N-단백 분해 효소와 회합한다. 이는 N 결합된 당화 부위, 콜라겐 1, 2 및 NC 1, 2, 3 도메인 및 피브로넥틴 II형 반복부를 함유한다. 콜라겐 XV는 N 결합된 당화 부위, O 결합된 글리코스아미노글리칸, NC1-1O 및 콜라겐 1-9 도메인을 함유한다. 콜라겐 XVI은 N 결합된 당화 부위, COL 1-10 및 NC1-11 도메인을 함유한다. 콜라겐 XVII은 N 결합된 당화 부위, 항원 서열, 면역 우세 부위, COL 1-15 및 NC 1-16 도메인을 함유한다. 콜라겐 XVII은 피부에서 기저 각질 세포 부착에 필요한 반결합체 복합체의 일부로서, 그리고 ECM에 대한 망막 간체 광 수용체 세포 매트릭스의 일부로서 BPAG1(디스토니아) 및 라미닌을 결합시킨다. 콜라겐 XVIII은 N 결합된 당화 부위, O 결합된 글리코스아미노글리칸, RGD 부착 부위, COL1-10 및 NC 1-11 도메인을 함유한다. 콜라겐 XIX은 N 결합된 당화 부위, COL1 -5 및 NC 1-6 도메인을 함유한다.
섬유 형성 콜라겐은 I형, II형, III형, V형 및 XI형이고, 시트 유사 네트워크를 형성하는 원섬유성이 아닌 콜라겐은 IV형, VIII형, X형이고, 미세 원섬유는 콜라겐 VI형으로 구성되며, 짧은 필라멘트는 콜라겐 VII형으로 구성된다. 불연속 삼중 나선(FACIT)(콜라겐 IX, XII 및 XIV)를 갖는 콜라겐과 회합된 원섬유는 콜라겐 I 및 II에 의해 형성된 원섬유와 회합된다. 콜라겐 VI는 ECM에 세포를 가교시킨다. 콜라겐 원섬유 밀도는 기계적 자극 하에서 국소 세포-ECM 생물 역학 및 섬유 모세포 기능의 조절을 돕는다. 예컨대, 섬유 모세포 증식은 콜라겐-원섬유 밀도가 낮은 ECM 하에서 증가된다.
피부와 같이 노화되고 광 손상되는 조직에서, 섬유 모세포와 콜라겐 및 다른 ECM과의 상호 작용이 감소한다. 대부분의 콜라겐 유형은 단백질을 안정화시키키 위한 세포내 가교 결합 부위를 갖는다. 콜라겐은 적절한 가교 결합으로 치유 조직의 강성도 및 인장 강도를 크게 증가시킨다. 가교 결합은 또한 콜라겐과 다른 ECM 분자 사이에서 일어난다. 콜라겐 및 다른 ECM 단백질의 가교 결합은 해로울 수 있는 조직 노화에서 증가한다.
콜라겐 유사 펩티드는 라미닌 5, 콜라겐 I, III, IV 및 β1 인테그린과 같은 다른 ECM 단백질의 합성을 증가시킬 수 있는 콜라겐 IV 및 XVIII에서 발견되는 동족 서열이다. 다른 짧은 ECM 펩티드도 유사한 효과를 가질 수 있다. 콜라겐 유사 펩티드는 세포 부착, 분화, ECM 합성 및 항세포 자멸사를 촉진한다.
콜라겐 유사 도메인 또는 펩티드는 다수의 단백질 및 콜라겐의 삼중 나선 영역에 존재한다. 예컨대, 혈청 만노오스 결합 단백질에서, 콜라겐 유사 도메인은 혈청 단백 분해 효소 결합 부위를 함유한다. Gly-X-Y 반복 패턴은 콜라겐 유사 펩티드 또는 도메인에 존재한다. 이들 펩티드의 일부는 서열에서 반복되는 프롤린-히드록시프롤린-글리신 잔기를 함유한다.
콜라겐은 다른 세포 특성 중에서 세포 부착, 이동 및 증식 뿐 아니라 세포 응집을 유도할 수 있다.
FN 절편 45 및 70과 함께 시클로필린-C(CyCAP)와 회합된 단백질은 MMP-13 발현을 유도할 수 있다. CyCAP는 콜라겐, 피브로넥틴 및 다른 ECM 단백질 발현을 변경시키는 ECM 및 MMP 발현에 영향을 미친다.
단백질의 CCN 패밀리는 ECM 및 원형질에 존재하는 조절 단백질이다. 패밀리 단백질은 CYR61, CTGF (CCN2), N0V(CCN3), WISP-1 (CNN4), WISP-2 (CCN5) 및 WISP-6 (CCN6)으로 표시된다. 이 패밀리의 멤버는 특히 세포 접착 특성을 가진다. CYR61 (CCN1, 시스테인-풍부 헤파린-결합 단백질, IGFBP-10) 및 FISp-12 (결합 조직 성장 인자의 뮤린 상동체)는 간질 및 상피 세포, 내피 세포 및 섬유아세포의 ECM 합성, 세포 접착, 이동 및 증식을 촉진하는 ECM 단백질이다. 단백질은 예컨대 내피 세포에서 αvβ3 및 α6β1 인테그랄을 결합시킴으로써 프로-혈관신생 활성을 가진다. Cyr61은 세포내 세포 골격 네트워크를 통해 기계적 변환 작용의 역할을 할 수 있다. 기계적 자극은 cyr61이 적절한 ECM 생성, 성장 인자 생성 (예컨대, 평활근 세포 중의 VEGF) 및 인테그린 상호 작용 (예컨대, αv)을 매개함으로써 물리적 미세환경이 변화된 결과로서 표현형, 모폴로지 및 작용이 변화된 세포를 적응시킬 수 있다. 비정상 발현은 아테롬성 동맥 경화증 및 재발협착증의 원인이 될 수 있다. 결합 조직 인자 (CCN2, CTGF)는 성장 인자, 인테그린 및 다른 ECM 성분과의 상호 작용을 매개하는 도메인을 함유하는 분비 단백질이다. CTGF 결합 조직 생성을 촉진한다. CTGF는 프로콜라겐 합성, 콜라겐 침착, 신생혈관 형성, 혈관 신생, 연골 형성, 상처 치료, 세포 증식 (예컨대, 섬유아 세포, 내피 세포, 연골 세포) 및 분화 (예컨대, 연골 세포)을 촉진한다. CTGF는 세포 (예컨대, 섬유아 세포)에 대한 화학 유인 물질이다. CTGF는 섬유 아세포에서 TGFβ에 의하여 유도되며 IL-1α의 각질화 세포 생성은 섬유 아세포에 의한 CTGF 생성을 억제한다. CTGF는 혈관 평활근 세포에서 아폽토시스를 촉진한다. CTGF의 과다한 생성은 조직 섬유증을 발생시킬 수 있다. CTGF는 관상 상피 세포에서 NF-κB 경로를 활성화시킬 수 있다. CTGF는 섬유 아세포에 의한 매트릭스 수축을 촉진한다. NOV/CCN3 (신아세포종 과다 발현 유전자)은 동맥벽의 평활근에서 고도로 발현된다. CCN3은 세포 접착, 이동 및 세포 생존을 지원한다. 이것은 인테그린 α5β3, α5β1, α6β1 및 헤파란 설페이트 프로테오글리칸과 상호 작용한다. 이것은 RGD 부위가 결여된 인테그린에 결합한다. CCN3은 내피 세포에 작용하여 혈관 신생을 자극한다.
디스트로글리칸(DG)은 두 서브유닛, 세포외 α 및 ECM으로부터 세포 중의 세포내 세포 골격으로 연속적인 연결을 형성하는 막횡단 β에 의하여 형성된 접착 분자이다. DG는 세포 접착, 성장 및 증식에 영향을 준다. DG는 수용체 클러스터 안정화 (라미닌 상호 작용을 통한 아세틸콜린 수용체)에 필요하며, 세포 골격을 각각의 근 섬유를 둘러싸는 기저막에 연결하는 근섬유막에서와 같이 세포 골격을 기저막에 연결하는 막에 걸쳐 있다. 펠리칸, 라미닌, 아세틸콜린에스테라제 (예컨대, 신경근 연접부의 기저막 단백질)은 DG와 상호 작용한다. DG는 펠리칸에 결합함으로써 아세틸콜린에스테라제 편재화를 통해 시냅스 기저막을 보조한다. 신경근 연접부는 신경 말단, 시냅스 기저막 및 시냅스 후막을 통하여 운동 뉴런으로부터 근육으로 신호를 전달한다. αDG는 라미닌 수용체이다. 라미닌 및 αDG는 세포 표면 상에 함께 회합하여 콜라겐, 엔트액틴 및 펠리칸과 같은 다른 ECM을 결합시킨다. DG는 O-마노실화된다. DG는 디스트로핀을 ECM에 연결할 수 있다. 디스트로글리칸 및 사르코글리칸은 심근 세포에 존재한다.
가용성 트로포엘라스틴은 엘라스틴의 생합성 전구체이며 세포외 공간으로 분비되어 원형질막 근처에 있는 탄성 섬유에 회합된다. 엘라스틴은 대부분의 조직에 존재하며 대동맥에 풍부하다. 엘라스틴은 동맥벽의 평활근 세포의 과도한 증식을 방지할 수 있다. 탄성 섬유는, 엘라스틴에 결합하며 탄성 섬유의 보전에 필요한 피브릴린을 포함하는 다수의 글리코단백질을 함유하는 미세원섬유의 시스로 커버된다.
엘라스틴 (분자량 54,000)은 다수의 조직에서 무작위 배향되고 상호 연결된 네트워크를 형성하는 탄성 섬유의 주요 단백질이다. 이것은 건조 중량으로 피부에서 2% 내지 대동맥에서 50%를 구성한다. 이 단백질은 고도의 소수성이어서 체내 최다 단백질 및 내화학성 단백질 중 하나가 된다. 엘라스틴은 주로 조직에 탄성 및 복원력을 제공하며 세포 접착을 촉진한다. 이의 펩티드는 화학 주성인 것으로 밝혀졌다. 트로포엘라스틴, 단일 폴리펩티드 사슬의 교번 스플라이싱은 다수의 상이한 이소폼을 생성시킨다. 대부분의 단백질에서처럼 스플라이싱은 조직 특이적 및 발생적 방식으로 조절된다. 미세원섬유 성분과 회합하여, 개개의 사슬은 회합하여 탄성 섬유를 형성한다. 리실 산화효소에 의한 특이적 리신의 탈아민화는 공유 가교결합을 가능하게 하여 탄성 섬유를 안정화시킨다. 엘라스틴은 소수성 가교결합 및 대안적으로 스플라이싱된 반복단위 및 a β 나선형 모티프를 함유한다. 엘라스틴은 시험관에서 내피 세포 및 평활근 세포를 포함하는 세포의 부착을 개선시킨다. 유리하게는 엘라스틴 및 트로포엘라스틴을 세포와 함께 또는 세포 없이 결함 부분에 첨가하여 처리된 결함 부분의 탄성 및 복원력을 증대시킬 수 있다. 세포 (예컨대, 섬유 아세포, 평활근 세포, 연골 세포, 내피 세포 등)는 엘라스틴을 결합시키는 엘라스틴 수용체를 가진다. 세포는 엘라스틴-결합 단백질 (EBP) 및 엘라스틴 중에 존재하는 VGVAPG 헥사펩티드 서열과의 상호 작용을 통해 엘라스틴 (α 엘라스틴)을 인식한다. 엘라스틴은 피브릴린-1과 함께 피브릴린-1의 RGD 부위를 통해 세포에 결합한다. 엘라스틴은 세포 부착 및 세포 이동 그리고 세포 (예컨대, 평활근 세포)의 표현형 특성 변경에서 소정의 역할을 담당할 수 있다. 엘라스틴은 섬유 아세포, 내피 세포, 평활근 세포 및 대부분의 다른 세포 유형에 의하여 발현된다.
세포외 기질 단백질-1 (ECM-1), 85 kDa 글리코단백질은 피부, 연골 조직 및 뼈를 비롯한 다수의 조직에서 발현된다. 이것은 혈관 신생을 비롯한 세포 증식의 촉진 (예컨대, 내피 세포), 골형성 및 분화 조절 (예컨대, 각질 형성 세포) 작용을 한다. ECM-1은 진피에서 접착 단백질로서, 콜라겐 회합 및 성장 인자 결합을 조절한다. ECM-1은 펠리칸, 주요 헤파린 설페이트 프로테오글리칸에 결합한다. ECM-1은 상처 치료, 흉터 형성 및 피부 노화에서 역할한다. ECM-2는 여성 기관의 조직과 세포를 비롯한 지방 조직 및 다른 세포에 의하여 만들어진다. 프로테오글리칸 케라토칸 및 데코린에 대한 상동성이 존재한다. ECM-1은 예컨대 폰 빌레브란트 인자 및 오스테오넥틴을 갖는 단백질-단백질 상호 작용에 연루되는 작용성 도메인, 류신이 풍부한 반복단위 영역을 갖는 도메인, RGD 서열을 함유하며, 단백질의 5번째 N-말단은 세포 증식 (예컨대, 림프구 세포)을 자극한다. ECM-2는 림프구 생성 및 조혈 작용에서 소정의 역할을 담당한다.
피불린-1 (분자량 61,000)은 ECM 및 원형질 내의 글리코단백질 (33 ug/ml)이다. 이것은 섬유 아세포에 의하여 분비되고, 피브로넥틴, 엔트액틴 그 자체, 다른 세포외 기질 단백질 및 칼슘 결합 커패시티를 가지며, I형 및 EGF 반복단위를 함유하고, N-결합 글리코실화 및 교번 스플라이싱 부위를 가진다. 적어도 3개의 교번 스플라이스 형태가 존재한다. 피불린-1 및 2는 다른 세포외 단백질 또는 리간드에 대하여 광범위한 결합 범위를 가진다. 피불린-2 (분자량 126,000)는 또한 기질의 형성에서 소정의 역할을 담당하며 심장, 태반 및 난소에서 발견된다. 이것은 I형 및 EGF 반복단위, RGD 부위를 함유하며 N-결합 글리코실화 부위를 가진다. 피불린-3 (487 aa) 및 피불린-4 (443 aa)는 피불린-1C와 밀접한 관계가 있다. 둘 다 피브릴린에 의하여 공유되는 C-말단 구형 도메인 및 중앙의 EGF-유사 칼슘 결합 도메인을 가진다. 유리하게는 피불린을 세포와 함께 또는 세포 없이 결함 부위에 첨가하여 피브로넥틴의 보유성을 증대시키고, 기계적 지지를 제공하며, 세포 접착을 증대시킨다.
피브로넥틴은 시험관 및 생체 내에서 세포의 생존에 공헌한다. 이것은 피부, 대부분의 다른 조직 및 다른 세포 유형 (예컨대, 내피 세포)에서 섬유 아세포에 의하여 발현되며 간에서 만들어진다. 피브로넥틴 (분자량 440,000)은 하나의 말단에서 이황화물 결합에 의하여 결합된 2 개의 큰 서브유닛으로 된 이량체이다. 단일의 큰 유전자는 비슷한 크기의 약 50 개의 엑손을 함유한다. III형 피브로넥틴 반복단위 중 일부는 인테그린에 결합된다. RGDS 서열을 갖는 세포-결합 도메인은 피브로넥틴의 10번째 III형 반복단위에 위치한다. 9번째 III형 반복단위에서 상승작용적 세포 결합 서열은 세포-표면 수용체 및 피브로넥틴의 EDA 스플라이싱된 서열, 연결 세그먼트 I (CS-I)에 대한 주요 부착 부위이다. 피브로넥틴의 첫번째 II형 반복단위는 세포 표면 헤파린 설페이트 프로테오글리칸 및 세포의 인테그린을 갖는 세포 접착 도메인을 가진다. 피브로넥틴은 피브린, 헤파린, 젤라틴, 콜라겐 및 인자 XIIIa 트랜스글루타미나제 가교결합 결합 도메인을 함유한다. 피브로넥틴은 그 자체에 결합될 수 있다. 중앙 세포 결합 도메인은 인테그린 수용체를 통하여 대부분의 접착 세포에 의하여 인식된다. 또한, 이것은 피브로넥틴 기질 회합체에 포함된다. 약 50 개의 교번 스플라이싱된 피브로넥틴의 변종이 존재한다. 다수의 상이한 단백질 이소폼은 ED-A, ED-B 및 II-CS 영역의 교번 스플라이싱된 형태 및 이후 번역후 변이로 인한 것이다. 가용성 혈청 피브로넥틴은 혈액 응고, 상처 치료, 염증 작용 및 식균 작용을 증대시킨다. 불용성 피브로넥틴은 ECM에 침착되며 세포 표면에서 회합된다. 피브로넥틴은 ECM 중의 다수의 단백질을 결합시킨다. 피브로넥틴은 콜라겐 침착의 주형으로서 작용할 수 있다. 인테그린 수용체와의 상호 작용은 유전자 발현 및 세포의 거동을 변화시킬 수 있다. 인테그린은 궁극적으로 핵, 핵 기질 및 유전자 발현에 영향을 주는 액틴 필라멘트, 세포 골격 및 미오신 단백질과 상호 작용한다. 피브로넥틴은 잠재성 TGFβ 결합 단백질-1과 같은 결합 단백질의 기질 회합을 조절한다. 원형질 및 세포에서 형성된 피브로넥틴은 세포 접착, 세포 이동, 세포 형상, 세포 생존, 세포 증식 및 분화에 영향을 준다.
암 세포는 피브로넥틴을 덜 생성시키며 일반적으로 배양 기층에 대한 접착이 불량하여 액틴 필라멘트의 조직화된 세포내 다발 또는 스트레스 섬유를 발달시키거나 평탄화시키지 못한다. 피브로넥틴을 통해, 세포는 세포외 기질에 부착하여 성장 및 증식된다. 세포 성장, 증식 및 생존의 기층에의 부착 의존성은 부착-의존성으로서 공지되어 있다. 이것은 인테그린 및 이들이 발생시키는 세포내 신호에 의하여 매개된다. 세포에 대한 피브로넥틴 결합은 아노이키스 또는 기질 탁착 아폽토시스를 방지한다. 피브로넥틴은 RGD, IDAPS, LDV 및 REDV 세포 접착 부위를 가진다. 단백질은 피브린, 헤파린, 콜라겐, DNA 및 세포에 대한 결합 부위를 가진다. 피브로넥틴은 I형, II형, III형 반복단위, ED-A, ED-B 및 IIICS 교번 스플라이스 도메인, N 및 O-결합 글리코실화 부위 및 인자 XIIIa 트랜스글루타미나제 가교결합 부위를 함유한다. 부착-의존성 세포는 다수의 개소에서, 특히 시험관내 배양에 대하여 비-부착-의존성 세포 유형과 구분되는 것으로 인식된다.
레트로넥틴은 이. 콜리(E. coli)에서 만들어지는 피브로넥틴 세포 결합 도메인의 시판 재조합 DNA 버전인 세포 접착 매개 단백질이다. 레트로넥틴은 중앙 세포-결합 도메인 [III형 반복단위 (8-10)], 헤파린-결합 도메인 II (III형 반복단위 12-14) 및 교번 스플라이스 IIICS 영역을 갖는 연결 세그먼트 CS-1 부위의 3 개의 작용성 도메인을 갖는 574 개의 아미노산 (63,000)으로 구성된다. 재조합 DNA 수단에 의하여 제조되는 것들을 비롯한 다른 피브로넥틴 변종은 상업적으로 입수 가능하다. 예컨대, 분자량 31,000의 피브로넥틴(C279)의 세포-결합 도메인 단편은 3 개의 III형 반복단위(1118-10)로 이루어진다. 프로넥틴 F는 베타-시트 형태로 결정화되는 유전자 조작된 실크 피브로인으로부터의 서열 (GAGAGS)9 및 RGD 세포 결합 도메인을 함유하는 피브로넥틴 10 아미노산 서열을 사용한다. 이것은 인간 피브로넥틴에서 유래하는 다중 세포 부착 부위를 가진다. 프로넥틴 F는 평판 배양 효율 개선, 더 양호한 세포 성장, 더 빠르고 더 강한 접착 및 더 많은 생체내 유사 모폴로지를 위해 사용된다. 이것은 섬유 아세포, 골세포, 배아 세포, 내피 세포, 상피 세포, 눈에서 유도된 세포, 신경교세포, 조혈 세포, 근육 세포, 신경 세포, 실질 세포 및 종양 세포에서 작용하는 것으로 입증되었다. 프로넥틴 F PLUS는 피브로넥틴, 콜라겐 및 폴리리신의 작용성 원소와 결합된다. 프로넥틴 L은 라미닌 알파 사슬로부터의 IKVAV 에피토프를 갖는 시약이다. 제1의 III형 반복단위의 재조합 C-말단 부분 (단백질 III 1-C)은 피브로넥틴 기질 회합체에서 조력하며 세포 부착 및 분산에 사용될 수 있다. 이러한 세포 결합 도메인은 세포 (예컨대, 평활근)에서 ERK1/2 활성화를 자극하며 인테그린 및 HSPG 수용체를 통하여 작용한다.
피브릴린-1 및 피브릴린-2는 결합 조직 미세원섬유의 주요 하위단위인 세포 접착 매개 글리코단백질 (분자량은 각각 311,00 및 314,000임)이다. 이들은 결합 조직 세포 (예컨대, 섬유 아세포) 및 다른 세포 유형에서 만들어진다. 피부에서, 미세원섬유는 진피의 탄성 섬유로부터 상피에 가까운 진피-상피 연접부의 기저막으로 연장된다. 평활근 세포는 분리된 미세원섬유에 부착된다. 이것은 엘라스틴이 회합되어 탄성 섬유를 형성하는 스캐폴드를 제공한다. 단백질은 EGF, TGF-β1 수용체 반복단위, RGD 세포 접착 및 N-결합 글리코실화 부위를 함유한다.
피브리노겐은 트롬빈에 의하여 절단되어 불용성 섬유소 응괴를 생성시키는 가용성 원형질 세포 접착 매개 단백질이다. 이것은 분자량이 각각 약 50,000인 두 세트의 α, β 및 λ 사슬로 이루어진 육량체이다. α 사슬은 피브로넥틴에 가교결합될 수 있다. 두 유형의 λ 사슬은 교번 스플라이싱된다. α 사슬은 RGD 세포 접착, α2-플라스킨 억제제 결합, 수용체 가교결합 및 트롬빈 절단 부위를 가지며; β 사실은 ai 트롬빈 절단 및 N-결합 글리코실화 부위를 가지고; λ 사슬은 칼슘 결합, N-결합 글리코실화, 가교결합 및 QAGDV 세포 접착 부위를 가진다.
Frem 1 (Fras1-관련 세포외 기질 단백질)은 내피/간엽 상호 작용 및 상피 재구성, 기저막 접착, 상피 분화 및 상피 접착의 진피 매개자에 관여하는 세포외 기질 단백질이다. Fras1-관련 ECM 단백질 2 및 3은 단백질 패밀리의 멤버이다.
라미닌은 조직의 모든 기저막에 존재하는 세포 접착 매개 글리코단백질 (예컨대, 820 kD)이다. 이것은 피부 섬유 아세포, 대식 세포, 내피 세포, 상피 세포, 폐의 Schwann 세포에 의하여 발현되며 대부분의 연결 세포 유형에 편재한다. 라미닌은 예컨대 상피 세포에 대한 접착 분자이다. 이들 단백질은 세포-표면 수용체 (인테그린) 및 IV형 콜라겐, 엔트액틴/니도겐, 헤파린, 글리코스아미노글리칸 및 헤파란 설페이트 프로테오글리칸과 같은 다른 기저막 성분을 통하여 세포와 상호 작용하여 기저막 성분에 대한 세포 부착을 촉진한다. 이들은 발달, 분화 및 이동, 세포 부착, 세포 유지, 세포 증식, 전이 및 세포 성장에 관여한다. 예컨대, 라미닌-1은 시험관내 및 생체내에서 세포 접착, 세포의 이동, 성장 및 분화를 증가시킨다. 라미닌은 진피 접착 및 신경계 (CNS, PNS)에서 시냅스 발달에 중요하며 예컨대 성상세포 시알산 잔기는 신경 형성을 조절하는 라미닌 기질 회합체를 컨트롤한다. 피부에서, 라미닌, 콜라겐 XVII 및 디스토닌 (BPAG1)은 각질 형성 세포 접착에 필요한 반교소체 복합체의 일부를 형성한다. 망막에서 이들 단백질은 ECM에 막대 감광 세포 세포질을 고정한다. 라미닌의 작용은 종종 인테그린 패밀리, α 디스트로글리칸 및 펠리칸과 같은 HPSG가 관련된 단백질-단백질 및 단백질-탄수화물 상호 작용에 의하여 매개된다.
라미닌은 헤파린 및 세포 결합 부위를 함유한다. 라미닌의 α1 사슬 (분자량 337,000)은 EGF 및 G 반복단위, N-결합 글리코실화 부위 및 IKVAV, RGD 및 GD-6 세포 접착 부위를 함유한다. α2 사슬 (분자량 343,000)은 EGF 및 G 반복단위 및 N-결합 글리코실화 부위를 가진다. α3a 사슬 (분자량 189,000) 및 α3b 사슬 (분자량 202,000)은 EGF 및 G 반복단위 및 N-결합 글리코실화 부위를 가진다. α5 사슬 (분자량 393,000)은 EGF 및 G 반복단위, N-결합 글리코실화 부위, 및 RGD 및 LRE 세포 접착 부위를 가진다. β1 사슬 (분자량 198,000)은 EGF 반복단위, N-결합 글리코실화 분위, 및 LGTIPG, RYWLPR, PDSGR 및 YIGSR 세포 접착 부위를 가진다. β2 사슬 (분자량 196,000)은 EGF 반복단위 및 N-결합 글리코실화 부위를 가진다. λ1 사슬 (분자량 177,000)은 EGF 반복단위 및 N-결합 글리코실화 부위 및 RNIAEIIKDI (p20) 세포 접착 부위를 가진다. λ2 사슬 (분자량 131,000)은 EGF 반복단위 및 N-결합 글리코실화 부위를 가진다. 세포외 기질 단백질 (1-10, I, S)로서 적어도 12 종의 상이한 유형의 라미닌이 존재한다. 라미닌에서 유도된 YIGSR 펩티드는 신경교세포, 뉴런 및 I형 콜라겐 또는 프로넥틴 F 상에서 성장된 세포의 배양에서 세포의 부착을 개선시킬 수 있다.
잠재성 형질 변환 성장 인자-β 결합 단백질 (LTBP)은 TGFβ 결합 단백질의 멤버인 세포 접착 매개 단백질이다. 혈소판 단백질 버전은 섬유 아세포 버전보다 작다. 교번 스플라이싱된 변종 또는 단백질 가수분해 변종이 존재한다. 단백질의 피브릴린 패밀리와 유사한 모티프가 존재한다. 단백질은 EGF 및 TGFβ1 반복단위 및 N-결합 글리코실화 부위를 함유한다. LTBP1은 RGD 세포 부착 부위를 가진다.
미세원섬유에 회합된 글리코단백질-1 및 2 (MAGP) (분자량 20,000)는 탄성 조직 및 비탄선 조직에서 발견되는 12 nm 미세원섬유의 성분이다. 탄성 조직에서, 이들 단백질은 탄성 섬유 내로 혼입된다. MAGP2는 N-결합 글리코실화 부위 및 RGD 세포 결합 모티프를 가진다. 미세원섬유에 회합된 단백질-1 (분자량 52,000) 및 미세원섬유에 회합된 단백질-2 (분자량 40,000)는 탄성 섬유 미세원섬유와 회합된 단백질/글리코단백질이다. MAGP (예컨대, MAGP-2)는 피브릴린에 결합되고 콜라겐 발현 (I형)을 유도할 수 있으며 프로콜라겐 형태를 안정화시킨다.
미스틱(mystique)은 콜라겐 및 피브로넥틴에 대한 세포 접착을 통해 세포 부착 및 이동을 촉진시키는 IGFI 조절 PDZ-LIM 도메인 단백질이다. 이것은 액틴 세포 골격에 위치된다.
니도겐 또는 엔트액틴 (분자량 136,000)은 기저막의 인테그랄 성분이며 라미닌 및 IV형 콜라겐과 회합하는 세포 접착 매개 황산화 글리코단백질이다. 이것은 EGF, 티로글로불린 및 LDL 수용체 반복단위, EF-핸드-2형이 양이온 결합, O-결합 설페이션, N-결합 글리코실화, 트랜스글루타미나제 가교결합 및 RGD 세포 접착 부위를 가진다. 니도겐 1 및 2는 기저막 단백질이다. 니도겐은 기저막 콜라겐 IV형에 결합한다.
오스테오넥틴 또는 SPARC (시스테인이 풍부한 산성 분비 단백질) (분자량 35,000)는 골조직, 내피 조직, 상피 조직 및 연성 결합 조직에 의하여 합성된다. 이것은 골형성 및 무기질화, 조직 분화 및 재구성, 상처 치유, 혈관 신생, 종양 형성, 신호 변환 및 세포간 커뮤니케이션에 관여된다. 오스테오넥틴은 섬유 아세포 이동 및 따라서 육아 조직 형성을 증대시킴으로써 상처 치유를 촉진한다. 이것은 다수의 다른 조직 중에서 골조직, 피부 조직, 유리 조직 및 수양에서 발현된다. 이것은 내피 작용, 내피 세포 증식 및 세포-ECM 상호 작용을 조절하는 기질 단백질이다. 이것은 VEGF 생성을 억제하며 항혈관신생성이다. SPARC는 소정 세포 유형에 대한 항-세포 접착 단백질이다. 세포 접착은 세포 유형 및 단백질 용해도에 의존한다.
오스테오폰틴 또는 뼈의 시알로 단백질 I (분자량 36,000)은 골기질, 태반, 신장의 혈관 및 원위 세관, 중추 신경계 및 종양 조직에서 발견되는 세포 접착 매개 글리코단백질이다. 이것은 파골 세포를 부착하며 수산화인회석에 결합된다. 이것은 RGD 접착 부위를 가지며 인테그린을 통해서 그리고 비-인테그린 상호 작용을 통하여 세포를 결합시킨다. OPN은 대식 세포, 평활근, 내피 세포 및 신경교세포에 대하여 화학 주성이다. OPN은 단백질 분해 효소 트롬빈, 엔테로키나제, MMP-3 및 -7에 의하여 변형된다.
프로콜라겐 C-프로테아제 (분자량 115,000)는 원섬유 프로콜라겐 I형, II형, III형, V형 및 XI형의 C 프로펩티드를 제거하는 세포 접착 효소이다. 이러한 제거는 원섬유 및 더 큰 섬유로의 콜라겐의 세포외 자가-회합에서 속도 제한 단계를 촉매하며 모든 결합 조직의 회합체에서 중요하다. C-프로테아제 활성의 원인이 되는 단백질은 일부 조직에서는 대안적 스플라이싱된 형태로서 골형성 단백질-1 및 포유동물 톨로이드와 관계가 있다. 이 단백질은 EGF 반복단위 및 BMP-1 특이 서열을 가진다. 프로콜라겐 I N-프로테아제는 I형 및 II형 프로콜라겐의 아미노-프로펩티드를 콜라겐으로 절단한다. 이것은 RGD 세포 접착 부위 및 프로페르딘 반복단위를 가진다.
스폰딘 1 및 2는 ECM 세포 접착 단백질이다. 스폰딘 1은 세포 (예컨대, 뉴런, 평환근 세포) 성장 및 부착을 촉진한다. 단백질은 폐, 뇌, 심장, 신장, 간, 고환, 태반, 골격근 및 난소와 같은 다수의 조직에 존재한다. 스폰딘 2는 뉴런 세포의 접착을 촉진하며 대식 세포의 식균 작용을 위한 옵소닌으로서 박테리아에 결합된다. 단백질은 본질적인 면역 반응의 개시에 필요하다.
테나신-C (분자량 241,000)는 종양의 간질 및 다수의 발달중인 기관에 존재하는 세포 접착 매개 글리코단백질이다. 이것은 세포 배양액 중의 피브로넥틴 기질 상에서의 섬유 아세포의 분산 및 접착 억제와 같이 세포-기질 접착에서 작용한다 (소정의 세포 유형에 대하여 항-접착 활성). 이것은 형태 발생 동안 세포 이동, 성장 조절, 상처 치유, 조직 재구성 및 분화에서 작용한다. 단백질은 EGF, 피브로넥틴 III형 및 교번 스플라이싱된 반복단위, N-결합 글리코실화 및 RGD 세포 접착 부위를 가진다. 테나신-R (분자량 150,000)은 중추 신경계에서 발견되며 테나신-C 및 테나신 패밀리의 다른 멤버와 유사한 도메인을 함유한다. 이것은 섬유 아세포, 성상 세포 및 뉴런에 대하여는 반발 기질이지만 망막 세포에 대하여는 접착성이다. 테나신-X (분자량 386,000)는 패밀리의 다른 멤버만큼 양호하게 글리코실화되지 않으며 RGD 서열을 함유하지 않는다. 이것은 대부분의 조직 및 발달중인 태아 조직에 존재한다. 이것은 ECM의 조직화제 및 안정화제이다. 콜라겐 밀도 감소 및 탄성 섬유 단편화는 존재하는 단백질 없이 피부에서 일어난다. 테나신-Y (분자량 207,000)는 배아 조직, 심장 조직 및 골격근 조직에 존재한다. 이것은 EGF 및 피브로넥틴 III형 반복단위를 가진다. 테나신은 또한 배아 간엽 세포에 의하여 생성되며 상피 조직 분화를 돕는다.
트롬보스폰딘-1 (TSP-1) (분자량 129,000)은 혈소판, 섬유 아세포 및 평활근 세포에 의하여 만들어지는 세포 접착 매개 단백질이며, 상처 치유, 혈관 신생, 발달 및 종양 형성 동안 세포 접착 (인테그린, CD36, 프로테오글리칸 및 설파티드), 성장, 배발생 및 세포 이동과 증식의 조절에 관여한다. 단백질은 콜라겐, 라미닌, 피브로넥틴 및 피브리노겐을 결합시킨다. 이것은 EGF, 3형 및 프로페르딘 반복단위와, N-결합 글리코실화, 헤파린-결합, RGD 세포 접착, VTCG 세포 접착 및 혈소판 접착 부위를 가진다. 단백질은 교번 스플라이싱된 변종을 가진다. 트롬보스폰딘-2 (분자량 129,000)은 EGF, I형 및 III형 반복단위와, N-결합 글리코실화 및 RGD 세포 부착 부위를 가진다. 트롬보스폰딘-3 (분자량 104,000)은 뇌, 폐 및 연골 조직에 존재한다. 이것은 EGF 및 III형 반복단위와 N-결합 글리코실화 부위를 가진다. 트롬보스폰딘-4 (분자량 106,000)는 심근 및 골격근에 존재하며 EGF 및 III형 반복단위와 N-결합 글리코실화 및 RGD 세포 접착 부위를 가진다. 트롬보스폰딘-5 (분자량 83,000)는 모든 연골 조직 및 눈의 유리질에 존재한다. 테나신 및 트롬보스폰딘은 세포 유형에 따라 세포 접착을 촉진하거나 또는 억제할 수 있다. 트롬보스폰딘은 피브로넥틴, 피브리노겐, 프로테오글리칸, 라미닌 및 콜라겐과 같은 다른 ECM 성분과 상호 작용할 수 있다. TSP 1 및 2는, 세포-기질 상호 작용을 조절하는 외에, 항-혈관신생 특성도 또한 가진다. 트롬보스폰딘-1의 3개의 1형 반복단위 (3TSR)는 혈관 신생 억제제일 수 있는 천연 도메인이다. 테나신과 마찬가지로, 트롬보스폰딘은 세포 유형에 따라 세포 접착을 촉진하거나 또는 억제할 수 있다.
비트로넥틴 (VN) (분자량 54,000)은 원형질 및 ECM에 존재하는 세포 접착 매개이다. 이것은 세포 접착 (인테그린 수용체)에, 분산 인자로서, 세포 이동에, 세포 증식 증대에, 지혈, 조직 복구 및 재구성, 식균 작용, 면역 작용에 관여하며, 보체 및 응고 경로에서 단백질에 결합하고 세포 용해를 억제한다. 이것은 간, 혈소판, 대식 세포 및 평활근 세포에 존재한다. 이것은 헤포펙신 반복단위, 소마토메딘 B 및 헤파린-결합 도메인, RGD 세포 접착, 프로테아제 절단, 인자 XIIIa 트랜스글루타미나제로 촉매된 가교결합 및 N-결합 글리코실화 부위를 가진다. VN은 연골 주위의 단백질 가수분해 및 세포 운동성을 조절한다. 재조합 VN 및 VN의 40 아미노산 헤파린 결합 도메인으로 이루어지는 융합 단백질 (GST)은 세포 (섬유 아세포) 접착을 지원한다.
비트로넥틴 및 인슐린-유사 성장 인자는 피부 및 뼈에서 증대된 세포 이동 및 증식을 자극할 수 있다. 상처 치유의 촉진에는 피부 세포, 이들 세포의 이동 및 증식을 증대시키는 성장 인자 및 필요할 경우 이들을 지원하는 스캐폴드의 존재가 필요하다. 비트로넥틴 및 인슐린-유사 성장 인자와 같은 성장 인자는 세포의 활성을 증대시키며 동물 생성물을 포함하지 않는 배지에서 자가 조직 세포의 배양을 도울 수 있다.
폰 빌레브란트 인자 (분자량 309,000)는 혈관 손상 분위에서 혈소판-혈관 벽 상호 작용을 촉진함으로써 지혈의 유지에서 중요한 다량체 원형질 세포 접착 매개 글리코단백질 (5-10 ug/ml)이다. 이것은 내피 하층에 대한 혈소판 접착을 촉진하며 콜라겐 및 헤파린을 결합시킨다. 단백질은 A5B5C 및 D 반복단위, RGD 세포 접착 부위, GPIb 및 N-결합 글리코실화 부위를 함유한다. 이 인자는 세포 접착을 촉진한다.
뼈, 연골 조직 및 상아질 접착성 글리코단백질의 한 특성은 오스테오폰틴, 뼈 시알로 단백질, 오스테오칼신 및 GIa 기질 단백질에 존재하는 이들의 음이온성 성질이다. 골격의 글리코단백질은 이온 농도 및 골세포 대사에 직접적으로 영향을 주는 능력을 가진다. 이들 글리코단백질은 유리하게는 세포 영양 및 이온 특성의 결함 부분에 첨가될 수 있으며, 뼈 및 연골 조직의 결함 부분을 비롯한 결함 부위에 위치되도록 뼈 또는 연골 조직에서 발견되는 세포를 비롯한 세포와 조합될 수 있다.
콘드로넥틴 또는 연골 조직 기질 단백질 (분자량 54,000)은 비-관절 연골 조직의 주요 성분이다. 이것은 II형 콜라겐 원섬유에 결합하여 이것을 가교결합시킬 수 있으며 특히 콜라겐과 같이 ECM에 대한 연골 세포의 세포 접착에 관여한다. 이것은 폰 빌레브란트 인자 A 반복단위와 EGF 반복단위 및 N-결합 글리코실화 부위를 함유한다. 이것은 적어도 연골 세포에 대한 세포 접착 단백질로서 작용한다.
콘드로아드헤린은 연골 조직에서 류신 반복단위가 풍부한 글리코단백질 (분자량 41,000)이다. 이것은 예컨대 콜라겐 II형, 라미닌, 비트로넥틴, 피브로넥틴 및 다른 ECM 단백질과 같이 가소성 물질에 대한 연골 세포의 세포 부착을 매개할 수 있다.
상아질 세포외 기질 단백질은 모두 뼈의 그것과 구분되는 포스포포린, 상아질 시알로 단백질 및 상아질 기질 단백질(DMP1)을 비롯한 다수의 비-콜라겐 단백질을 함유한다. DMP1 (분자량 53,000)은 두개관 및 전구 에나멜 모세포에서 발현되며, RGD 및 N-결합 글리코실화 부위를 가진다. 상아질 시알로 단백질 (분자량 95,000)은 탄수화물 함량이 30%로 높고 시알산 함량이 10%이며 치아 모세포 및 전분비 에나멜 모세포를 분화시킴으로써 만들어진다. 이것은 조성에 있어서 오스테오폰틴 및 뼈의 시알로 단백질과 유사하며 N-결합 글리코실화 부위를 가진다. 포스포포린 (분자량 95,000)은 상아질 형성에서 소정의 역할을 담당하며 RGD 세포 접착 부위를 가진다. RGD 또는 다른 공지된 세포 접착 매개 모티프를 포함하는 이러한 부류의 단백질은 세포 접착 매개 단백질이다.
기질 세포외 포스포글리코단백질 (MEPE)은 골조직 및 상아질 조직에 존재한다. MEPE의 덴토딘, 23 aa (아미노산) 펩티드 유도체는 치수 줄기 세포 증식 및 분화를 자극한다. 증대된 세포 증식은 펩티드에서 RGD 및 SGDG 모티브를 필요로 한다. 덴토닌은 p16을 하향 조절하며, 유비퀴틴 단백질 리가제 E3 및 인간 유비퀴틴-관련 단백질 SUMO-I를 상향 조절한다.
βig-h3 (TGFβ에서 유도된 유전자 생성물)은 TGF-β에 의한 유도성 ECM 접착 단백질이다. 이것은 피부, 각막 및 다수의 다른 결합 조직에서 현저하다. 683 아미노산 분비 단백질은 카르복실-말단 RGD 서열 및 140 개의 아미노산으로 이루어진 4 개의 상동성 도메인을 함유한다. 이것은 골아 세포 특이 인자 2 (OSF-2), 드로소필라 파시클린-I 및 미코박테리아 소 MPB70과 같은 다른 세포 접착 단백질에 대하여 상동성이다. 이 단백질은 세포 접착, 이동 및 증식 (예컨대, 상피)을 촉진한다.
추가의 ECM 단백질
효소는 ECM에 존재한다. 예컨대 리실 산화효소 및 트랜스글루아미나제는 ECM 콜라겐, 엘라스틴 및 다른 단백질의 가교결합 및 안정화에 필요하다.
BMP-1은 ECM 전구체 단백질을 성숙한 ECM 단백질로 절단한다. 다수의 다른 효소들 중에서 메탈로프로테아제, ADAMTS, 수포옥시드 디스무타제가 ECM에 존재한다.
수퍼옥시드 디스무타제 (SOD)는 조직의 간질에서 헤파린 설페이트 프로테오글리칸에 부착되는 세포외 SOD-3를 포함하는 몇가지 형태로 존재한다. 이것은 또한 혈관의 내피 및 원형질 사이에 위치한다. SOD는 림프, 원형질, 활액 유체를 포함하는 세포외 유체 중에 존재하며 세포에 의하여 생성되는 자유 라디칼을 파괴하는 항산화제로서 작용한다. 심장, 폐, 피부, 췌장, 태반, 신장, 골격근 및 간을 포함하는 다수의 조직은 SOD3을 발현시킨다. 다른 SOD 형태는 Mn, Cu 및 Zn SOD이다.
조직 트랜스글루타미나제 (tTG)는 베타 1 및 베타 3 인테그린에 대한 공동 수용체로서 작용하며 콜라겐, 비트로넥틴, 피브로넥틴 및 피브리노겐과 같은 이소펩티드 가교결합에 의하여 ECM 및 혈청 단백질을 안정화시킨다. 응고 트랜스글루타미나제 인자 XIIIa는 혈청에 존재한다. 트랜스글루타미나제는 ECM 및 혈청에 존재하는 다수의 효소 중 하나이다.
리실 산화효소 (LOX)는 ECM, 특히 진피에서 리신으로 유도된 가교결합을 촉매한다. 아민 산화효소를 함유하는 이러한 코퍼 및 리실-티로실 공동 인자는 특정 단백질의 안정화를 돕는 다른 단백질 중에서 콜라겐, 엘라스틴 및 ECM을 가교결합한다. LOX는 조절 및 활성 메카니즘을 갖는 다작용성 단백질이다. 피브로넥틴은 단백질 가수분해 활성에 대하여 높은 친화도를 갖는 리실 산화효소를 결합시킨다. LOX는 연령 증가에 따른 병태 및 상처 치유, 섬유 형성, 비대성 흉터 형성, (예컨대, 켈로이드), 당뇨병성 피부 및 경피증에 관여한다.
키티나제 3-유사 1은 관절 연골 세포, 활액 세포, 간, 골수, 비장, 뇌에서 발현되지만 섬유 아세포에서는 발현되지 않는 39 kDa 글리코단백질이다. 이것은 대식 세포 성숙에 관여한다.
HS6ST2 (헤파란 설페이트 6-O-설포트랜스퍼라제 2)와 같은 헤파란 설페이트 (HS) 설포트랜스퍼라제는 HS 및 세포 접착, 이동, 증식, 분화, 염증 작용, 혈액 응고 작용 및 다른 다양한 과정을 일으키는 다수의 단백질 사이의 상호 작용에 필요하다.
엔도스타틴 (콜라겐 XVIII), 프로락틴, 피브로넥틴, 앤지오스타틴 및 간세포 성장 인자와 같은 다른 단백질은 원형질에서 유도된 혈관 신생 억제제이다. 앤지오스타틴은 플라스미노겐의 아미노-말단 단편이다. 엔도스타틴은 콜라겐 XVIII의 카르복실-말단 도메인의 절단 생성물이다. 엔도스타틴은 HUVE 및 HMVE 세포에서 아폽토시스를 촉진한다.
엔도글린은 내피 세포의 표면에서 발현된다. 이것은 TGFβ 수용체 복합체의 한 성분이며 심혈관 발달 및 혈관 재구성에서 소정의 역할을 담당한다. 엔도글린은 세포외 도메인, 막횡단 도메인 및 세포원형질 도메인을 가진다. 엔도글린은 액틴 세포골격 조직화를 조절한다.
에프린은 단백질-티로신 키나제인 V 부류 수용체에 대한 리간드인 단백질 패밀리이다. 에프린 A형은 글리코실포스파디딜이노시톨 결합을 통하여 막에 결합되며 에프린 B형은 I형 막 단백질이다. 에프린-A1과 같은 에프린은 앤지오포이에틴-1 및 트롬보스폰딘-1 활성을 증가시키는 혈관 신생 유도 단백질로서, p21과 같은 세포 주기 유전자를 유도하며, 세포-세포 상호 작용 (인테그린, MMP, Rho),에 영향을 주고 신경계 (발달 및 안내)에 관여한다. EphA1은 2개의 피브로넥틴 III형 도메인, 구형이며 시스테인이 풍부한 도메인을 함유하는 수용체이다. 에프린은 신경 조직에서 발현된다.
세포외 기질 히스톤 H1은 다른 ECM 단백질 중에서도 펠리칸을 결합시키며, 세포 증식 (예컨대, 근아세포)을 자극한다.
피브스타틴은 피브로넥틴의 III형 도메인 12-14를 함유하는 단편이다. 이것은 기저막 및 혈청에 대하여 내생적이며 혈관 신생 및 종양 성장의 억제제이다.
FP-1은 예컨대 모발 주기의 다른 단계가 아닌 성장 단계에서 모발 주기-의존적 방식으로 모낭 유두 세포에 의하여 발현되는 세포외 기질 단백질 (549 아미노산)이다.
매트릴린은 콜라겐-의존성 및 독립성 필라멘트 네트워크를 형성하는 ECM의 어댑터 단백질이다. 매트릴린 1, 2, 3 및 4는 공지되어 있다. 일부 다른 ECM 결합 단백질 콜라겐 I, 라미닌-니도겐 복합체, 피브릴린-2 및 피브로넥틴과 같이, 매트릴린은 ECM 단백질을 결합시킨다.
기질 GIa 단백질 (분자량 12,000)은 연골 조직 및 내장 기관과 같은 다수의 조직에서 발현되며 동맥에서 석회성 물질의 침착에 대한 억제제로서 작용한다. 이것은 비타민 K-의존성 단백질이다. 뼈에서, 1,25 히드록시비타민 D3은 기질 GLA 단백질 발현을 상향 조절하지만 신장에서는 그러하지 않다. 이것은 세포와 함께 또는 결합 부위에 첨가되어 일부 경우 석회화 물질의 침착을 억제할 수 있다.
민딘은 면역 반응에서 다중적인 작용을 가진다.
케라틴은 표피, 모발, 손톱, 뿔 조직 및 치아 에나멜 유기 기질에 존재하는 섬유상 구조 단백질의 한 부류이다. 2 개의 주요 배좌 기는 α 및 β 케라틴이다.
오스테오칼신 (분자량 11,000)은 골아세포 및 치아 모세포에 의하여 제조되며 뼈에 가장 풍부한 단백질이다. 단백질은 수산화인회석에 결합하여 무기질화된 뼈의 회합을 돕는다. 단백질은 비타민 K 의존적으로 합성되며 1,25 히드록시비타민 D3으로 자극된다.
PRELP 또는 프로라르긴 (분자량 44,000)은 연골 조직, 대동맥, 공막, 신장, 간, 피부 및 힘줄과 같은 많은 유형의 조직에 존재하며 류신이 풍부한 반복단위를 가진다.
결함을 치료하기 위하여, ECM 및 성장 인자는 >0% 내지 100% (단독으로 사용될 경우) 및 >0% 내지 <100% (세포 조성물의 일부일 경우) 농도로 달라질 수 있다.
프로테오글리칸
프로테오글리칸은 아그레칸, 아그린, 바마칸, BEHAB (뇌에 풍부한 히알루로난), 비글리칸, 브레비칸, 데코린, 피브로모둘린, 헤파란 설페이트 프로테오글리칸, 케라토칸, 루미칸, 뉴로칸, 펠리칸, 신데칸 및 베르시칸을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 프로테오글리칸은 본원에 개시된 다른 세포 또는 인자와 함께 또는 본원에 개시된 다른 세포 또는 인자 없이 위치될 수 있으며, 다른 인자를 위한 저장체로서 기계적 지지 작용을 할 수 있고, 세포, 수화물 및 벌크 조직에 개시 신호를 제공할 수 있으며 다른 세포외 기질 작용 중에서도 수용체로서 작용할 수 있다.
프로테오글리칸은 1 이상의 글리코스아미노글리칸 (GAG) 부사슬이 부착된 코어 단백질을 함유한다. 프로테오글리칸은 조직 수화 및 탄성에 주요한 영향을 주는 매우 산성이며 친수성인 글리코스아미노글리칸 (GAG) 사슬을 가진다. 프로테오글리칸은 기계적 지지를 제공하며, 또한 세포에 대한 성장 인자의 이용성을 컨트롤하고, 혈액 및 조직 세포 사이에서 영양 물질, 대사 물질 및 호르몬의 빠른 확산을 가능하게 한다. 탄수화물 복합체의 글리코스아미노글리칸 기는 콘드로이틴 설페이트, 더마탄 설페이트, 케라틴 설페이트, 헤파란 설페이트 및 히알루로난을 포함한다. 탄수화물 기는 다른 세포외 기질 단백질에 결합할 수 있다. 프로테오글리칸은 95 중량%의 탄수화물을 함유한다.
GAG 사슬은 공극 크기 및 전하 밀도가 달라지는 겔을 형성할 수 있으며, 따라서 크기, 전하 또는 둘 다에 따라 세포 및 분자의 수를 조절하기 위한 선택적 체로서 작용할 수 있다. 프로테오글리칸은 세포간 화학적 신호 전달의 역할을 할 수 있다. 이들은 단백질 성장 인자와 같은 각종 분비 신호 분자를 결합시켜 그 신호 전달 활성을 증대 또는 억제할 수 있다. 예컨대, PG의 헤파란 설페이트 사슬은 섬유 아세포 성장 인자 (FGFs)에 결합되며, 상기 성장 인자는 다양한 세포 유형을 자극하여 성장 인자 분자를 올리고머화에 의하여 증식시킴으로써 이들 성장 인자 분자들이 그 세포-표면 수용체, 막횡단 티로신 키나제를 가교결합 및 활성화할 수 있다. 다른 신호 분자는 GAG 사슬에 결합하지만, 다른 것들은 예컨대 데코린에 대한 형질 변환 성장 인자 D (TGF-D)와 같은 PG의 코어 단백질에 결합한다. 데코린에의 결합은 성장 인자의 활성을 억제한다.
프로테오글리칸은 또한 프로테아제 및 프로테아제 억제제와 같은 다른 유형의 분비 단백질에 결합하여 그 활성을 조절한다. 이러한 결합은 단백질이 생성되는 부위에 근처에서 단백질을 부동화하여 그 활성 범위를 제한하고; 단백질의 활성을 차단하며; 지연 방출을 위해 단백질 저장소를 제공하고; 단백질 분해를 방지함으로써 단백질의 활성을 연장시키며; 세포-표면 수용체에 제공하기 위한 단백질 농도를 변화시킬 수 있다. 예컨대, 헤파란 설페이트 프로테오글리칸은 염증 부위에서 혈관의 내피 표면 상의 케모카인을 부동화한다. 이러한 연장된 기간의 케모카인 부동화는 백혈구가 혈류를 떠나 염증 조직으로 이동하도록 자극한다. 프로테오글리칸은 세포 접착 및 성장 인자를 포함하는 ECM 성분과 상호 작용한다. 프로테오글리칸 (예컨대, CSPG)는 세포 부착을 조절할 수 있다.
일부 프로테오글리칸 (신데칸, 베타글리칸)은 또한 지질 이층을 가로질러 삽입되거나 또는 글리코실포스파티딜이노시톨 (GPI) 앵커에 의하여 상기 이층에 부착된 원형질막의 인테그랄 성분이다.
막횡단 프로테오글리칸은 다른 프로테오글리칸 및 콜라겐과 같은 기질 성분과 상호 작용하는 중요한 세포 접착 분자이다. 가용성 프로테오글리칸 및 막횡단 프로테오글리칸 모두 고친화도 수용체에 대한 성장 인자를 안정화, 활성화 또는 전위시킬 수 있는 저친화도 성장 인자 수용체로서 작용한다.
모두는 아닐지라도 대부분의 프로테오글리칸, 특히 더 큰 단백질 코어는 교번 스플라이싱된 변종 또는 이소폼을 가진다. 그리고 열거된 대부분의 프로테오글리칸은 대부분의 세포에 의하여 생성되며 대부분의 조직에서 어느 정도로 존재한다. 지배적인 단백질 발현을 포함하는 일부 조직 및 세포 유형이 이하에 개시되며 열거되지 않은 다른 조직 또는 세포 유형도 또한 이들 단백질 중 다수를 발현시킬 수 있다.
아그레칸은 히알루로난 결합 도메인 및 결합 단백질을 통하여 히알루로난과 상호 작용한다. 아그레칸은 히알루로난 분자당 약 100 개의 프로테오글리칸 분자를 가지며 조직에 높은 삼투압을 야기한다. 코어 단백질의 질량은 220 킬로달톤이며, 복합체는 2.6 x 106 달톤이다. 아그레칸은 약 87%의 콘드로이탄 설페이트, 6%의 케라탄 설페이트, 7%의 단백질을 가지며, 면역글로불린, 연결 단백질, EGF, 렉틴 및 CCP 반복단위를 함유한다. 이것은 케라탄 설페이트 및 콘드로이탄 설페이트 부착 도메인을 함유하며, N-결합 글리코실화 부위를 가진다. 이것은 테나신-C를 비롯한 다수의 다른 ECM 단백질을 결합한다. 아그레칸 및 다수의 이소폼 또는 교번 스플라이싱된 변종은 연골 조직, 척수 및 피부 세포외 기질에 존재한다. 이것은 조직에 팽압을 부여한다. SOX9와 같은 전사 인자 및 레티노산과 같은 비타민 유도체는 아그레칸 유전자 발현을 상향 조절한다. 도메인의 교번 스플라이싱된 변종 및 아그레칸을 비롯한 프로테오글리칸의 변경된 리딩 프레임을 본 발명에 사용할 수 있다.
아그린은 배아기 닭의 뇌에서 신경근 연접부의 근섬유 기저막에 존재하는 주요 헤파란 설페이트 프로테오글리칸이다. 아그린의 질량은 225 킬로달톤이며 적어도 8 종의 상이한 이소폼으로서 존재한다. 이것은 EGF, G 및 Kazal-유사 반복단위, 9 개의 폴리스타틴-유사 반복단위, 3 개의 라미닌 구형 G 도메인을 함유하며, N-결합 글리코실화 부위를 가진다. 이것은 시냅스 기저판의 한 성분이며 아세틸콜린 수용체가 배양된 근관 상에 밀집하도록 촉진한다. 분자의 N-말단 절반은 ECM과의 엄격한 상호 작용에 관여한다. 아그린의 막 및 가용성 형태가 존재한다.
바마칸은 콘드로이탄 설페이트 프로테오글리칸으로서, 기저막에 존재한다. 이것은 분자량이 138,000이며, 유사분열에서 염색체 스캐폴드를 안정화하고 O-결합 글리코실화 부위를 함유하는 단백질을 갖는 구조적 특징이 있다.
BEHAB는 브레비칸의 N-말단 절반과 동일하며 뇌에서 히알루로난 및 프로테오글리칸 사이의 상호 작용을 안정화시키는 결합 단백질로서 작용하다. 이것은 면역글로불린 반복단위 및 히알루로난-결합 단백질의 프로테오글리칸 직렬 반복 패밀리를 갖는 약 371 개의 아미노산을 함유하며 N-결합 글리코실화 부위를 가진다.
베타글리칸 (분자량 36,000)은 콘드로이탄 설페이트 및 더마탄 설페이트를 함유하며 세포 표면 및 기질에 위치된다. 이것은 TGF-β를 결합한다.
비글리칸 (분자량 약 41,000)은 단백질 사슬이 류신이 풍부한 반복단위를 함유하는 소형 콘드로이탄/더마탄 설페이트 프로테오글리칸 패밀리의 멤버이며, 데코린 및 피브로모둘린과 같은 다른 프로테오글리칸의 서열과 고도로 상동성이다. 비글리칸은 대동맥 및 연골 조직에서 1차의 소형 프로테오글리칸이다. 이것은 피브로넥틴, TGFD 및 콜라겐 I형 및 VI형에 결합할 수 있다.
브레비칸은 콘드로이탄 설페이트 프로테오글리칸으로서, 프로테오글리칸, 아그레칸, 베르시칸 및 뉴로칸의 히알루로난-결합 패밀리의 멤버이다. 이것은 분자량이 96,000이며 뇌에 존재한다. 이것은 면역글로불린, 결합 단백질, EGF, 렉틴 및 CCP 반복단위, 히알루론산 결합 도메인 및 N-결합 글리코실화 부위를 함유한다.
데코린 (분자량 38,000)은 소형 콘드로이탄 설페이트/더마탄 설페이트 패밀리 멤버이며 그 단백질 코어는 류신이 풍부한 반복단위 및 N-결합 글리코실화 부위를 함유한다. 이것은 뼈, 힘줄, 공막 및 각막에 비교적 풍부하다. 이것은 콜라겐 섬유 형성에 필요하다. 이것은 TFG-β 및 콜라겐 I형 및 II형 원섬유에 결합할 수 있다. 데코린은 간질 세포에 의하여 발현되며 세포 증식에 관여한다. 데코린의 과다 발현은 다수의 세포 유형에서 성장을 억제할 수 있다. 이것은 신생 세포 성장을 억제할 수 있다. 데코린은 TGFβ와 상호 작용하여 그 활성을 중화하며, EGF 수용체에 결합하며, 시클린-의존성 키나제의 강한 억제제인 p21과 상호 작용하여 이를 유도한다.
피브로모둘린은 혈청 단백질 LRG 및 혈소판 표면 단백질 GPIb와 상동성을 공유하는 류신-풍부 반복단위 코어 단백질을 갖는 소형 콘드로이틴 설페이트/더마탄 설페이트 프로테오글리칸의 멤버이다. 이것은 콜라겐 섬유 형성을 조절할 수 있으며 피부, 힘줄, 공막, 각막 및 연골 조직을 비롯한 대부분의 조직에 존재한다. 데코린과 마찬가지로, 피브로모둘린은 시험관에서 I형 및II형 콜라겐 원섬유를 결합시키며 콜라겐 원섬유 회합에서 소정의 역할을 담당한다. 피브로모둘린은 케라탄 설페이트 글리코스아미노글리칸 사슬로 치환된다. 이것은 티로신 설페이션 및 N-결합 글리코실화 부위를 가진다.
헤파란 설페이트 프로테오글리칸 (HSPG)은 다수의 조직에 존재하며 세포에 성장 인자를 결합시키고 분리시키는 능력을 가진다. 이것은 O-결합 글리코실화 부위를 가진다. HSPG는 펠리칸 및 프로테오글리칸의 신데칸 패밀리를 포함한다. 이들 프로테오글리칸은 세포 성장, 분화 및 성장 인자의 운반 작용을 한다. 글리피칸-1은 세포질로부터 핵으로의 성장 인자 운반의 가능한 역할을 담당한다. 다른 HSPG는 세포 사이의 세포외 기질에 성장 인자를 운반한다. 헤파란 설페이트 프로테오글리칸은 예컨대 조직으로 HSPG를 도입하기 전에 첨가되거나 또는 도입한 후에 발생되는 성장 인자 저장소로서 작용할 수 있다. HSPG는 특히 라미닌, 피브로넥틴, 콜라겐 IV형, VEGF, 그 당 성분을 통한 VEGF 수용체, FGFs (FGF2), 도킹 분자로서 MMP와 같은 다수의 ECM 성분에 결합한다.
케라토칸 (분자량 40,000)은 각막내 3 종의 케라탄 프로테오글리칸 중 하나이다. 이것은 류신이 풍부한 반복단위 및 N-결합 글리코실화 부위를 가진다.
루미칸은 소형 케라탄 설페이트 프로테오글리칸으로서, 분자량이 39,000이며, 그 코어 단백질은 류신이 풍부한 프로테오글리칸 데코린, 비글리칸 및 피브로모둘린에 대하여 상동성이다. 이것은 각막, 근육, 대동맥 및 간질에 존재한다. 루미칸은 N-결합 글리코실화 부위를 가진다.
LYVE-1 (림프관 내피 히알루로난 수용체)은 D-글루쿠론산 및 N-아세틸-D-글루코사민의 교번 단위로 구성되는 고분자량 중합체이다. 히알루로난은 대부분의 조직의 ECM 중에 있으며 조직 발달, 재구성, 항상성 및 다른 작용을 조절한다.
뉴로칸은 콘드로이틴 설페이트 프로테오글리칸으로서, 분자량이 137,000이고, 면역글로불린, 결합 단백질, EGF, 렉틴 및 CCP 반복단위, 히알루론산 결합 도메인, RGD 세포 접착 부위 및 N-결합 글리코실화 부위를 가진다. 이것은 뇌에 존재한다.
펠리칸 (분자량 468,000)은 모든 기저막 및 헤파린 설페이트 프로테오글리칸의 특이적 인테그랄 성분이다. 이것은 기저막에서 라미닌, 콜라겐 IV형과 상호 작용하며 세포에 대한 부착 기질로서 작용한다. 펠리칸 필터 분자는 신장 사구체의 기저판에서 혈류로부터 소변으로 통과한다. 따라서, 이것은 구조적으로 기저판에서 필터링 작용을 한다. 헤파린 설페이트는 거대 분자의 필터링에 영향을 미친다. 이것은 LDL 수용체, 면역글로불린, EGF 및 G 반복단위, 및 N-결합 글리코실화 부위를 함유한다. 코어 단백질은 그 자신, 니도겐 및 다른 기저막 성분과 상호 작용한다. 세포 결합은 RGD 부위 및 RGD 독립 부위를 통하여 일어날 수 있다. 펠리칸은 다중의 생리학적 역할을 담당하는 발달중인 조직 및 성인 조직에 널리 분포되어 있다. 헤파란 설페이트 사슬은 FGF-2와 같은 각종 성장에 결합하여 그 활성을 강하게 한다. 헤파린 설페이트 프로테오글리칸 및 헤파린 설페이트는 콜라겐 I 원섬유와 결합하여 이것과 상호 작용한다.
신데칸 (약 분자량 30 kDa)은 콘드로이틴 설페이트 및 헤파란 설페이트을 함유하며, 섬유 아세포 및 내피 세포를 비롯한 다수의 세포 유형의 표면에 위치하고, 여기서 이들은 기질 단백질에 대한 수용체로 작용한다. 예컨대, 이들은 세포 표면 상의 피브로넥틴 및 세포 내부의 세포골격 단백질 및 신호 전달 단백질과 상호 작용함으로써 인테그린 작용을 조절한다. 신데칸은 FGF에 결합하며 이들을 동일한 세포 상의 FGF 수용체 단백질에 부여한다. 신데칸은 세포 접착에 관여한다. 신데칸은 헤파린 설페이트 프로테오글리칸의 패밀리이다. 신데칸 1 내지 4가 존재한다. 신데칸 2은 헤파린 설페이트 프로테오글리칸 1, 세포-표면-회합 HPSG 또는 피브로글리칸으로서 공지되어 있다. 신데칸 3은 N-신데칸으로서 공지되어 있다. 신데칸 4 (암피글리칸, 리우도칸)는 세포내 신호 전달에서 수용체로 작용한다.
테스티칸은 뇌에서 고도로 발현되는 세포외 멀티-도메인 콘드로이틴 설페이트 프로테오글리칸이며, 세포 부착 및 생체내 신경 돌기 성장을 조절한다. 테스티칸 1 및 3은 MT1-MMP 및 MT3-MMP 활성을 억제하며 테스티칸 2은 다른 테스티칸 패밀리 멤버의 억제 활성을 억제한다.
베르시칸 (분자량 264,000)은 섬유 아세포에 의하여 분비되는 대형 콘드로이틴 설페이트 프로테오글리칸이다. 베르시칸은 히알루론-결합 도메인에 대한 아그레칸, 렉틴, 보체 컨트롤 단백질 및 EGF 반복단위데 대하여 고도로 상동성인 도메인을 함유한다. 베르시칸은 또한 면역글로불린, 결합 단백질 반복단위 및 N-결합 글리코실화 부위를 가진다. 콘드로이탄 설페이트 프로테오글리칸 패밀리의 다른 멤버와 마찬가지로, 베르시칸은 각각 다중 모티프를 함유하는 특유의 N- 및 C-말단 구형 영역을 가진다. 베르시칸은 콜라겐 type I, 피브로넥틴, 테나신-R, 피브릴린-1, 피불린-1 및 -2, 히알루로난, P- 및 L- 세렉틴, 케모카인, 및 세포 표면 단백질 인테그린 β1, EGF 수용체, CD44, 및 P-세렉틴 글리코단백질 리간드-1과 같은 다른 ECM 구성 성분을 포함하는 다양한 결합 파트너를 가진다. 베르시칸은 세포내 신호 전달, 세포 인식 및 세포외 기질 성분과 세포 표면 글리코단백질의 결합에 관여한다.
히알루로난은 복구 및 조직 형태 형성 동안 세포 이동을 촉진시킬 수 있는 반복적인 디사카라이드 당 단위의 긴 주쇄로서, 연접부에서 윤활제로서 작용할 수 있으며 상처 치유에서 다량으로 생성된다. 히알루로난의 작용 중 다수는 프로테오글리칸 및 다른 단백질과의 특이적 상호 작용에 의존한다. CD44는 세포 표면 상의 히알루로난 수용체이다.
결합 단백질 (분자량 40,000)은 프로테오글리칸 및 히알루로난을 결합시켜 ECM에서 거대분자 회합체를 형성한다. 이것은 아그레칸, 베르시칸, 뉴로칸 및 다른 프로테오글리칸과 상호 작용하는 연골 조직 및 다른 결합 조직에 있다. 이것은 연결 반복단위, 면역글로불린 반복단위 및 N-결합 글리코실화 부위를 가진다. 연결 분자는 ECM 회합, 세포 접착 및 세포 이동에 관여하는 단백질 내 히알루로난-결합 도메인이다. TSG-6, ECM에서 35 kDA 분비 글리코단백질은, 연결 모듈 도메인을 함유하며 히알루로난 및 아그레칸과 상호 작용한다. TSG-6은 전염증 인자 TNF, IL-I, 또는 LPS에 의하여 섬유 아세포, 연골 세포, 활액 세포 및 단핵 세포에서 유도성이다. TSG-6은 플라스민 억제제 IαI의 증대 및 결합을 통하여 항염증 작용을 한다.
결함부는 프로테오글리칸 또는 프로테오글리칸들, 글리코실화되거나 글리코실화되지 않은 코어 단백질 부분, 단백질 코어의 도메인, 단백질 코어 및 PG의 교번 스플라이싱된 버전, 히알루론산 사슬, 결합 단백질, PG의 모티프 또는 단편, 또는 GAG 부사슬, 단당류 잔기 (단당류, 이당류, 올리고당류, 다당류)로 치료될 수 있다.
결함부를 치료하기 위하여, 프로테오글리칸, ECM 및 성장 인자는 >0% 내지 100% (단독으로 사용될 경우) 및 >0% 내지 <100% (세포 조성물의 일부일 경우)의 농도로 달라질 수 있다.
세포외 기질 함량
이식 영역에서 세포외 기질 생성 또는 ECM 함량 증가는 결함 치료에 유리할 수 있다. 이것은 특히 결합 조직 결함에 있어서 그러하지만, 작용을 위해 존재하는 ECM에 의존하는 대부분의 조직에서 중요하다. 따라서, 단백질, 성장 인자, 시토카인, 케모카인, 호르몬, ECM 단백질, 혈청 단백질, 면역 형성 단백질 및 ECM의 합성을 증가시키는 다른 단백질 또는 분자와 같은 세포 또는 거대분자의 첨가가 이러한 경우 바람직하다. ECM 단백질 및 성분을 이식 영역에 첨가하여 영역의 ECM 함량을 즉시 증가시킬 수 있다. 문헌을 통해 분리된 섹션은 ECM 함량에 영향을 주는 그러한 단백질 및 분자를 개시하며 문헌을 통해 상세히 개시된다. 또한, 당업자가 인식하고 있으며 ECM 함량을 증가시키지만 개시되지 않은 다른 단백질 및 분자 및 세포 유형이 포함되어 있다. 또한, 특히 물리적 또는 기계적 요법과 같은 업계에 공지된 따른 치료들이 이식 영역에서 ECM 함량을 증가시키기 위한 이용 가능한 치료로서 포함될 수 있다.
혈청 단백질 및 분자
또다른 세트의 유용한 단백질은 혈청 단백질이다. 혈청 단백질의 이점은, 예컨대 이들이 혈액을 흘려, 혈액을 응고시키고, 비응고된 단백질로부터의 상청액을 회수함으로써 자가 조직 공급원 또는 다른 공여체 공급원으로부터 용이하게 이용할 수 있다는 점이다. 혈청 단백질은 생체내 세포의 유지에 중요한 것으로 입증되었고, 마찬가지로, 이식 부위에서 생체내 세포를 유지하는 데 효과적일 수 있다. 소정의 단백질 겔이 세포 스캐폴드로서 사용되었지만, 가용성 형태의 혈청 단백질의 사용은 종래적인 것이 아니다. 일반적으로, 생체내 세포의 배양에 사용되는 혈청 인자는 이식 세포와 함께 도포되는 경우 유리하게 사용될 수 있다. 혈청 단백질은 바람직하게는 용액 또는 현탁액이며 겔화되거나 또는 가교결합되지 않아 필요할 경우 세포 수용체/형질 도입 경로/내재화 및/또는 세포 하향 조절을 위해 개체 및 세포와의 상호 작용 (흡수)에 완전히 이용될 수 있다.
원형질은 혈액 부피의 약 50% 내지 약 55%이다. 이것은 약 92% 유체 및 7% 단백질 및 1% 호르몬, 지질, 당, 무기염 및 가스이다. 혈청은 피브리노겐 및 응고 인자의 제거 후에 잔존하는 원형질의 일부이다 (이들의 양은 더 적지만, 헤모글로빈, 보체 시스템 및 다른 원형질 단백질이 혈청 중에 존재함). 혈청은 또한 라미닌, 테나신, 피브로넥틴 및 콜라겐과 같은 세포외 기질 단백질 및 분자를 함유한다. 혈청은 특히 다양한 거대분자 단백질, 수불용성 분자에 대한 담체 단백질, 영양 물질 및 단백질 인자, 부착 인자, 호르몬, 성장 인자, 시토카인, 케모카인, 림포카인, 독성 성분을 중화하거나 또는 배지를 완충시키는 단백질을 제공한다.
혈청 중의 단백질은 결함의 개선된 수정을 위해 결함부에로 도입되는 세포 조성물에 도입될 수 있다. 환자에 도입되는 단백질은 또한 세포의 배양 과정에 관여하는 동일한 단백질일 수 있다. 단백질은 그 자체로 또는 다른 단백질과 조합하여 동일한 목적으로 사용될 수 있다. 혈청 단백질의 효과는 완전히 이해되어 있지 않지만 일부 양태에서 이것은 세포 접착 인자, 성장 인자, 및/또는 각종 운반 단백질의 존재와 관련이 있을 수 있다. 혈청 중 다수의 단백질은 혈청의 주요 성분임에도 불구하고 그 작용이 여러 면에서 분명하지 않다. 세포에 대한 혈청 및 그 단백질의 주요 작용은 특히 세포 부착, 세포 분산, 세포 운동, 세포 이동, 영양, 미량 원소, 비타민 및 에너지 대사, ECM 생성, 호르몬 운반, 세포 자극, 세포 증식, 세포 분화, 세포 보호 및 세포 생존이다. 피브로넥틴과 같은 접착 단백질은 국소적인 세포외 기질 및 세포 표면에 존재하는 인테그린에 대한 세포의 결합을 증대시킨다. 피브로넥틴은 또한 이식된 세포의 분화를 촉진하거나 또는 유지할 수도 있다. 피브로넥틴은 아폽토키스 또는 아노이키스로부터의 세포 보호에 그리고 세포 생존에 유용하다. 피브로넥틴은 또한 식균 작용을 돕는 옵소닌으로서 작용한다. 다른 접착 단백질은 주입 또는 이식 부위로부터 세포가 멀리 이동하는 것을 방지할 뿐만 아니라 상기 열거한 피브로넥틴에서처럼 다른 유사한 커패시티로 작용할 수 있다. 일부 다른 접착 단백질 (하기 참조)은 비트로넥틴 및 라미닌을 포함한다. 혈청 단백질은 콜레스테롤 및 지방산 운반을 위한 알부민 (지방산, 호르몬, 성장 인자 및 비타민 운반체), 트랜스페린 (철 운반체), 세룰로플라스민 (구리 운반체), 페리틴 (철 운반체), 지단백질 (HDL, LDL, VLDL, apoA1, 아포지단백질 A-II, 아포지단백질 B)과 같은 지질 및 미량 원소에 대한 담체 단백질로서 작용할 수 있다.
혈청 단백질은 또한 세포 이식에서 생존 및 성장을 위한 즉각적인 영양 공급원으로서 작용할 수 있다. 일부 혈청 단백질은 운반 단백질이다. 다른 단백질은 세포 부착 인자, 성장 인자, 프로테아제 억제제, 세포독 소멸제 또는 다른 다양한 활성의 숙주로서 필요하다. 예컨대, 피브로넥틴은 세포 부착을 촉진하며 태아 혈청 중에 존재하는 페투인은 세포 부착을 촉진한다. 성장 인자 및 호르몬은 다수의 세포 및 조직 유형에 대하여 유사 분열 유발성일 수 있다.
단백질은 화학적 번역 시스템, 재조합 번역 시스템 또는 세포를 포함하지 않는 번역 시스템에 의하여 정제되거나 또는 제조될 수 있다. 분자량 30,000 미만의 소형 단백질에 대한 화학적 접근 방법은 신속한 제조 및 바이러스, 프리온 및 엔도톡신과 같은 생물학적 오염 물질의 신속한 제거를 가능하게 한다.
원형질 또는 혈청에서 농도 범위가 9,500을 초과하는 단백질은 알부민에 대하여는 거의 밀리몰 (6700 mg/lOOml 이하), 종양 괴사 인자 (TNF)와 같은 단백질에 대하여는 펨토몰, 순환으로 그 내용물을 방출하는 사멸 중의 세포로부터의 "누출" 단백질에 대하여는 더 낮은 수준에서 개시된다. 알부민은 원형질에서 50 질량%를 초과하는 단백질이다. 또한, 면역글로불린, 트랜스페린, 피브리노겐, 보체 성분, 아포지단백질 및 소수의 다른 단백질이 원형질에서 99 질량%의 단백질에 관여한다. 면역글로불린 농도는 약 IgA, 70 내지 400 mg/100ml; IgG, 700 내지 1,600 mg/100 ml; IgM, 40 내지 230 mg/100 ml이다.
혈청 단백질은 본원에 개시된 소정의 성장 인자, 시토카인, 세포외 기질 분자, 세포 접착 인자 및 운반 단백질을 포함할 수 있다. 세포는 예컨대 결함 부위에서 환자에의 이식을 위해 혈청 단백질과 조합될 수 있으며, 혈청 인자(들)과 조합될 수 있는 세포는 이들의 임의의 조합을 포함하여 그 자체로 사용될 수 있다.
혈청 중의 각종 단백질의 대략적인 농도는, 단백질 및 폴리펩티드가 40∼80 mg/ml; 알부민이 20∼67 mg/ml; 페투인이 10∼20 mg/ml; 글로불린이 1∼15 mg/ml; α-1 글로불린이 1 내지 3 mg/ml; α-2 글로불린이 6 내지 10 mg/ml; β 글로불린이 7 내지 12 mg/ml; 그리고 γ 글로불린이 7 내지 16 mg/ml; α1 산 글리코단백질 (오로소무코이드)이 0.5 내지 1.2 mg/ml; 트랜스페린이 2∼4 mg/ml; 프로테아제 억제제 α1-안티트립신 및 α2-마크로글로불린이 0.5∼2.5 mg/ml; 피브로넥틴 (저온 불용성 글로불린)이 1∼10 ug/ml; 보체에 결합하는 비트로넥틴 또는 S 단백질이 20 ug/ml; EGF, FGF, IGF I and II, PDGF, IL-I, IL-6, 인슐린, VEGF, 앤지오게닌, 다른 성장 인자가 1∼100 ng/ml 이하; IgE 50 ug/ml; 리놀레산이 0.01∼0.1 uM; 햅토글로빈이 0.3 내지 2.0 mg/ml; 세룰로플라스민이 0.3 mg/ml; α2-마이크로글로불린이 2.5 mg/ml; 햅토글로불린이 2 mg/ml; 헤모펙신이 1 mg/ml; 전-알부민 또는 트랜스티레틴이 200-350 ug/ml; β2 글리코단백질이 20∼25 mg/ml; α2+베타-지단백질 (LDL)이 4∼7 mg/ml; α-고밀도 지단백질이 0.6 내지 1.5 mg/ml; 고밀도 지단백질이 2∼4 mg/ml; 피브린이 2∼5 mg/ml; C3이 0.9 내지 1.8 mg/ml; C4가 0.1 내지 0.4 mg/ml이고; C-반응성 단백질은 원형질 중에 <8 ug/ml의 미량로 존재하지만, 염증, 외상, 조직 괴사 또는 악성 종양은 2,000 배 수준으로 증가될 수 있으며; 올레산, 에탄올아민, 포스포에탄올아민은 알부민과 같은 단백질에 결합된다. 미량 원소 및 철, 구리 및 아연은 혈청 단백질에 결합할 수 있다.
혈청 중의 단백질은 페투인 (A&B), 시알로 페투인, 보체 C1-C9, ACE (앤지오텐신 전환 효소), 앤지오텐신 II, 항트롬빈 III, 항키모트리신, β2-마이크로글로불린, 카르복시펩티다제, CRP C-반응성 단백질, 겔솔린, 단백질 C, 글리코포린, 분획 IV 글로불린, HS 알파 2 글리코단백질, TPA 조직 플라스미노겐 A 활성화제 및 억제제 (PAl-I), 알칼리성 포스파타제, 락테이트 탈수소 효소 및 다수의 다른 효소 활성, 파라티로이드 호르몬, 트로포닌, 아넥신 V (혈관 항응고 활성을 갖는 단백질의 칼슘 및 인지질 결합 패밀리의 멤버), 혈관작용성 앤지오텐신, PAP1, PP4, CPB-1, CaBP33, VACa, 앤코린 CII, 리포코르틴-V, 엔도넥신 II, 트롬보플라스틴 억제제, 햅토글로불린, 마크로글로불린, S1OO 단백질, α1 산 글리코단백질 (오로소무코이드), α1 글리코단백질, β2 글리코단백질, 저온 아글루티닌, 크리오글로불린, 크리오피브리노겐, 혈소판 인자 4, 응고 및 보체 단백질, 게렐린 (성장 호르몬의 분비 촉진제), 콜레스테롤 대사 단백질, 예컨대 혈청 레시틴 콜레스테롤 아실트랜스퍼라제, 콜레스테롤 에스테르 전달 단백질, 및 지단백질 리파제, aP2의 지방 세포 생성, 지단백질 리파제, 아딥신, 아디포넥틴, 렙틴 및 레시스틴, 원형질 엔도크린 호르몬, 예컨대 인슐린 및 파라토르몬, IGFBP3, TNF와 같은 성장 인자, α 페토단백질, 혈청 결합 단백질, 예컨대 만노즈, 성호르몬 글로불린 및 다른 결합 단백질을 포함한다.
시험한 무혈청 배양에서의 보조제 및 활성 농도 일부가 하기에 열거되어 있다. 일부는 생체 내 혈청 농도에 상응하며 일부는 시험관 내 세포 활성에 대해 상응하지 않는다.
많은 조직 성장 인자, 사이토카인, 케모카인, 호르몬 및 보조제는 0.1 내지 100 ng/ml 범위에서 세포 배양에 활성이다. 세포 배양을 위한 조직 성장 인자의 일부 일예는 EGF, 0.1-10 ng/ml; 헤레굴린(heregulin, HRG), 10-100 ng/ml; β-셀룰린(cellulin), 1-50 ng/ml; αFGF, βFGF, 1-10 ng/ml; IGF-I, IGF-II 1-50 ng/ml; 각질세포 성장 인자(KGF), 1-50 ng/ml; PDGF, 1-50 ng/ml; TGF-βl, 2, 3, 4, 5의 TGF과, 0.1-10 ng/ml; 악티빈(activin) A,B,C, 1-100 ng/ml; 인히빈(inhibin) A, B, 1-100 ng/ml; 뉴트로핀(neurotropin) 또는 NGF, 1-10 ng/ml; GDNF, 10-100 ng/ml; NT3, 10-100 ng/ml; NT 4/5, 10-100 ng/ml; SMDF, 0.01-2O nM; BDNF, 1-50 ng/ml; CTNF, 1-50 ng/ml; 세로토닌(serotonin), 0.05-0.2 μg/ml; T-세포 성장 인자의 사이토카인, 0.01-l μg/ml; TNFα, 0.1-100 ng/ml; TNFβ, 0.01-1 μg/ml; G-MCSF, 0.01-1 μg/ml; GCSF, 0.01-1 μg/ml; 인터류킨(interleukin), 1-100 ng/ml; 결합 단백질 또는 이동 단백질, 1-5 ng/ml; 세룰로플라즈민(ceruloplasmin), 1-5 IU/ml; BSA, 1-25 μg; α2-마크로글로블린 0.1-5 mg; 폴리스타틴(follistatin) 10-100 ng; IGF-I 결합 단백질, 0.01-lO μg/ml; 레티노이드(retinoid) 결합 단백질, 0.01-lO μg/ml; 인슐린 호르몬, 0.1-10 μg/ml; 난포 자극 호르몬, 1 ng-l μg/ml; 황체화 호르몬, l ng-l μg/ml; 황체화 호르몬 분비 호르몬, 1-10 ng; 글루카곤(glucagon), 10-100 ng/ml; 부갑상선 호르몬, 2-100 ng/ml; 성장 호르몬(소마토트로핀), 50 ng/ml; 소마토스타틴(somatostatin), 10-500 ng/ml; TSH, 1-10 ng/ml; TRH, 1-10 μg/ml; T3, 20 nM; T4, 100 nM; 칼시토닌(calcitonin), 0.4-25 ng/ml; 캐룰린(caerulin), 250-430 μg/ml; GLP, 20-100 pg/ml; 가스트린(gastrin), 100-200 pg/ml; 서브스탄스 P, 0.1-20 μg/ml; 히드로코르티손(hydrocortisone), 10-8M; 테스토스테론(testosterone), 10-9 내지 10-7M; 에스트라디올(estradiol), 10-9 내지 10-8M; 프로게스테론(progesterone), 10-9 내지 10-7M; 프로스타글란딘(prostaglandin)-El, E2a, 및 F, 10-100 ng/ml; 부착 인자의 일부는 피브로넥틴일 수 있음, (CIg) 10 μg/ml 또는 층; 라미닌(laminin), 1-5 μg/ml; 라민(lamin), 10 μg/ml 또는 층; 콜라겐 층; 폴리라이신 층; 다른 첨가제들 중 일부는 미량 원소 혼합물일 수 있음; 트롬빈(thrombin), 10-1000 ng/ml; 아프로테이닌(aproteinin), 10-100 μg/ml; 비타민, 지방산, 0.1-1 μM; 리놀레산, 0.01-0.1 μM; 인지질, ~2 mg/ml; 및 콜레스테롤, 10 μM일 수 있다. 상기 인자 및 나머지들의 더 낮거나 더 높은 농도는 세포 배양에서 그리고 세포 이식에서 사용될 수 있다.
배양에서, 가장 보편적으로 필요한 첨가제 일부는 인슐린(1-10 μg/ml) (그 작용 중 하나로서 평판 배양 효율을 향상시킴), 트란스페린(transferrin)(1-100 μg/ml), 히드로코르티손(그 작용 중 하나로서 클로닝 효율을 향상시킴) 및 셀레늄(10-3O nM)일 수 있다. 일부 세포는 소 지질단백 또는 지질-농후 소 혈청 알부민의 형태로 지질 요구량을 추가한 바 있다. HDL 및 LDL은 무혈청 배지 제제에서 또는 혈청 농후 배지의 첨가제로서 사용될 수 있다. 생체 내 VLDL 및 LDL은 간에서 세포로 콜레스테롤을 전달하며 반면에 HDL은 콜레스테롤을 세포에서 간으로 이동시킨다. 열불활성화는 혈청에서 보체를 제거하고 혈청에서 이뮤노글로불린의 세포독성 작용을 감소시킨다.
여러 기능들, 이를테면 세포 생존, 분화, 분화의 유지 및 증식은 재조합 단백질로서의 형태를 비롯하여, 세포 배양 또는 세포 이식에서 다른 형태로 존재한 혈청 내 성장 인자, 사이토카인, 케모카인 또는 호르몬(예, 상피 성장 인자, PDGF, TNF, 인터류킨, 등)에 의해 수행될 수 있다.
급성기 및 만성기 반응은 다양한 혈청 단백질의 농도를 증가시킨다. 감염, 신체 손상 또는 염증 자극(급성 또는 만성) 후에, 급성기 간-유도 플라즈마 단백질이 제조된다: C-반응성 단백질(CRP), 혈청 아밀로이드 P 보체(SAP), 혈청 아밀로이드 A 또는 혈청 아밀로이드 결합 단백질(SAA), 알파 1-산 당단백질(AAG 또는 오로소뮤코이드) 및 피브리노겐. 이들은 미생물 침습에 대한 향상된 보호를 제공하며(주사 및 이식을 수행할 때 도움이 됨), 조직 손상을 제한하고(주사 및 이식을 수행할 때 도움이 됨) 조직 보수와 재생에 관련되어 있고(숙주 및 외래 조직 파편의 청소), 항상성으로 신속한 복귀를 촉진한다. CRP는 특히 옵소닌화, 향상된 식작용 및 수동 보호를 초래하는 세포 표면 수용체와 반응한다. 이것은 또한 보체 경로의 활성화, 크로마틴 단편의 포획, 종양 세포의 성장 및 전이 억제 및 다형핵 기능의 조절 작용이 있다. SAA는 2차 아밀로이드증에서 단백질 AA의 전구체이다. AAG는 면역조절 작용을 할 수 있고 다양한 종류의 약물을 결합한다. 피브리노겐은 응괴 형성외에, 피브린과 보체 수용체 3형에 결합한다. 피브리노겐은 상처 치유에 중요하다. 각 단백질의 농도는 비감염성, 감염성 및 연결 조직 질환 상태에 따라 달라진다. CRP 및 SAA는 1000-배 정도로 농도가 증가할 수 있고, AAG 및 피브리노겐은 약 2 내지 4배로 증가될 수 있다. 이들 단백질은 또한 간외 조직에서 섬유모세포 지방세포, 내피세포 및 단핵구에 의해 생성될 수 있다. IL-6, IL-I, TNFα, 인터페론 감마 및 다른 자극 인자와 같은 사이토카인이 연관되어 있다. SAP는 피브리넥틴, 헤파란 설페이트 및 데마탄 설페이트를 결합한다. AP 침전은 엘라스타제 억제제일 수 있다. SAA들(SAA 1, 2, 3, 및 4)은 급성기 반응 중에 고밀도 지질단백(HDL3)의 제3 분획물과 결합하는 작은 아포지방단백이다. 이것은 apoA1을 대체하며 따라서 콜레스테롤 대사작용을 방해하고 아마도 혈관병을 촉진한다.
급성기 혈청 단백질은 급성 염증 중에 증가된다. 이들은 α-1 항트립신, α-1 당단백, 아밀로이드 A & P, 항트롬빈 III, C-반응성 단백, Cl 에스테라제 억제 물질, 세룰로플라즈민, 하프토글로빈, 오로소뮤코이드, 플라즈미노겐 및 트란스페린이다. 급성기 반응에 관련된 다른 혈청 단백질은 보체 단백질 C2, C3, C4, C5, C9, 인자 B, Cl 억제 물질, C4 결합 단백질, 응고 단백질, 피브리노겐 및 폰 빌레브란트 인자이다.
아밀로이드증은 염증 상태 중에 발생된다. 아밀로이드 P(180kD)는 가용성 혈청 단백질이고 아밀로이드 침착물의 작은 요소이다. 이것은 정상 αl-당단백이며 C-반응성 단백질과 상동성이 밀접하다. 이것은 아밀로이드 피브릴에 친화성이 있다. 아밀로이드 AA(8.5kDa)는 비면역 글로불린이며 만성 염증으로 인해 아밀로이드증에서 아밀로이드 침착물을 90%까지 구성한다. 만성 염증은 SAA 수준을 증가시킨다. SAA는 AA 아밀로이드의 혈청 전구체이다. 이것은 고밀도 지질단백의 단백질 성분으로 구성되며 급성기 반응물로서 작용한다. 아밀로이드 AL은 면역글로불린 경쇄, 이들의 N-말단 단편, 또는 이들 둘의 조합으로 구성된다. 아밀로이드는 연령에 따라 증가하여 생성된다.
SAA는 혈청에서 12 kDa 단백질이며 AA 부류의 아밀로이드 피브릴 단백질의 전구체이다. SAA는 간에서 형성되어, 순환하는 HDL3 지질단백과 결합한다. AA로 전환은 아미노 및 카르복시 말단 펩티드를 분해하여 원섬유 아밀로이드 침착물을 형성하는 8.5 kDa 단백질을 수득함으로서 완성된다. 염증 중에, SAA 수준은 1000배로 증가될 수 있다.
SAP는 180 내지 212 kDa 혈청 단백질이며 모든 아밀로이드 침착물 중 작은 제2 요소이다. 이것은 염증 중에 증가하지 않으며 아밀로이드 침착물 10%를 구성한다. 이것은 정상 αl 혈청 당단백과 구분될 수 없으며 C-반응성 단백질과 상동성이 밀접하다.
α-태아단백은 혈청 알부민과 상동성이 있고 태아 혈청에서 정상적으로 존재한다. 이것은 억제인자 T 림프구 기능을 촉진하고 보조 T 림프구 작용을 감쇄시킴으로서 면역억제를 유도한다.
αl-마이크로글로불린(1)은 리포칼린관의 30kDa 단백질이며, 면역조절 역할이 있고 미토겐으로서 작용한다. 이 단백질은 항원 자극과 과립구의 이동을 차단한다. 이것은 세포 이식에서 과립 형성을 방지할 수 있다. 이것은 면역원성 시약을 사용한 후 면역 반응을 줄일 수 있다.
안지오텐신-레닌 시스템. 안지오텐신 II는 섬유모세포 미토겐이며 이틀 세포사의 유도인자이다. ACE I은 안지오텐신-전환 효소 억제제이다. 안지오텐신 II는 심장 섬유모세포 증식과 심장 근육세포 및 섬유모세포 분화에 영향을 미친다. 안지오텐신 II는 레닌-안지오텐신 시스템을 조절하며, 이 시스템은 혈압, 혈관 내 용적 및 전해질 균형의 주요 조절인자이다. 안지오텐신 II는 알도스테론 방출의 혈관수축제 및 자극제이다. 안지오텐신 II는 ECM 침착을 촉진한다. 삼펩티드인 XPP(여기서, X는 C, M, S, T 또는 K임)는 안지오텐신-전환 효소의 억제제이다. 적어도 7개의 다른 안지오텐신(1-7)이 존재한다.
β2 마이크로글로불린은 T 림프구의 성숙을 촉진하며 주화성 인자이다. 이것은 주조직 적합 복합체 I형 단백질의 요소이다.
C-반응성 단백질(CRP)(115 kDa)은 혈장에서 <8 μg/ml에 미량으로 존재한다. 염증, 트라우마, 조직 괴사 또는 악성 종양이 2000배 수준으로 증가될 수 있다. IL-6은 그의 생성을 조절한다. CRP는 보체 경로를 활성화할 수 잇다.
세룰로플라즈민은 구리를 결합하고 8% 탄수화물을 함유한다.
보체는 20개의 가용성 혈장 단백질의 시스템이며 면역 복합체의 식작용을 보조하는데 중요한 역할을 수행하고, 이 복합체는 보체 시스템을 확성화한다. 보체 시스템 단백질은 C1, C1 에스테라제 억제 물질, C1 억제 물질, C1q, C1r, C1s, C2, C2a, C2b, C3, C3a, C3b, C3bi, C3c, C3 전환 효소, C3d, C3dg, C3e, C3f, C3g, Ce 전활성체, C4, C4a, C4A, C4b, C4B, C4b 결합 단백질, C4bi, C4b 불활성 물질, C4c, C4d, C5, C5a, C5b, C5 전환 효소, C6, Cl, C8 및 C9를 포함한다. 응고 캐스케이드에서 방출되고 관련된 소 펩티드 및 단백질은 세포 면역 반응에 영향을 미친다. C1 에스테라제 억제 물질은 활성화 C1을 방해하며, 이에 의해 C2b의 생성을 줄이고 부종 발생을 방지한다. C1 에스테라제 억제 물질은 본 발명에서 이식으로부터 발생될 수 있던 과도한 부기 또는 수분 보유를 방지하는데 유용할 수 있다.
사이토케라틴은 혈청에 존재한 세포사 단백질이다.
CRISP-3은 외분비에서 그리고 중성구 과립구의 분비 과립에 존재하는 28kDa 시스테인-농후 단백질 3이며 선천 면역에서 역할을 수행한다. CRISP-3은 혈장에서 고농도롤 존재하며 혈장 단백질 알파1B-당단백질(A1BG)에 결합된다.
사이토카인은 항체와 T 세포 면역 시스템 상호작용을 조정하고 면역 반응성을 증대하는 면역 시스템 단백질이다. 사이토카인은 인터류킨 1, 종양 괴사 인자, α 및 β 인터페론, 집락 자극 인자와 같은 대식세포에 의해 제조된 모노카인 및 인터류킨들, 인터페론들, GM-CSF, 림포톡신, TCGF, T 세포 성장 인자 1(IL-2) 또는 T 세포 성장 인자 2(IL-4)와 같은 림포카인을 포함한다. 성장 인자는 나머지들 중에서, PDGF, 에리트로포이에틴, IL-2(T 세포 성장 인자)와 같이 세포의 성장과 증식을 촉진하는 사이토카인일 수 있다. 사이토카인은 단범위일 수 있는 광범위한 작용을 가진 단백질 매개체이다. 이들은 면역 조절, 염증, 조혈, T 세포 서브셋 분화, 종양, ECM 생산 및 조직 보수를 비롯한 모든 생물학적 방법에서 역할이 있다. 사이토카인은 T 세포 성장(IL-2, IL-4, IL-7, IL-15, IL-21), 염증(IL-I, IL-6, TNF, IFN-γ) 및 염증의 억제(IL-4, IL-IO, TGF-β)에서와 같이 세포 증식에 관련되어 있다. ECM 또는 혈청 분자와 같이, 사이토카인은 항체 또는 가용성 수용체와 같은 치료 단백질에 접근가능하다. PMN 및 사이토카인 IL-8, IL-6, IL-lα 및 IL-β, 및 TNF-α는 염증 및 조직 손상에 관련되어 있다. 사이토카인은 분화에 관련되어 있다. 간질 세포와 줄기 세포는 IL-3, GM-CSF 및 EPO의 존재하에 에리트로이드 결합을 통해 진행되며, 반면에 줄기 세포는 IL-3 및 TPO의 존재하에 거핵세포 또는 혈소판으로 분화한다. 줄기 세포는 Flt-3L, IL-3, GM-CSF 및 IL-6의 존재하에 골수 전구세포를 생성하며, G-CSF 또는 GM-CSF로 후속 노출에 의해 과립구를 생성하거나, IL-3, IL-6, GM-CSF, M-CSF로 노출에 의해 단핵구를 생성한다. 줄기 세포는 IL-3 및 SCF의 존재하에 증식되며, IL-3의 존재하에 줄기 세포는 IL-2, IL-4, IL-7에 노출될 때 T 세포로 분화하거나, IL-7, IL- 4, IL-5, IL-6에 노출될 때 B 세포로 분화하며, IL-2의 존재하에 NK 세포로 분화하는 림프 전구세포를 생성한다. 면역 조절에서 사이토카인은 IL-IO, TGF-β, 및 T 조절 세포, APC(항원 표시 세포) 및 작동 T 세포와 같은 세포를 포함한다. T 세포 분화에서 사이토카인은 TH0의 TH1로 세포 전환에서 IL-4, IL- 15를 포함하고 THO의 TH2로 세포 전환에서 IL-27, IFN-γ, IL- 12 p70, IL-15, TRANCE, IL-23을 포함한다. 사이토카인은 종양 조절에서 T 세포에 의해 생성된 자가분비 IFN-γ, T 및 NK 세포에 의해 생성된 IFN-γ를 포함한다. IFN-γ는 대식세포와 수지상 세포상에 작용하여 퍼포린의 NK 세포 방출과 같이, T 및 NK 세포에 작용하는 IL-2를 생성한다.
엔도텔린은 혈관 내피 세포에 의해 제조된 21개 아미노산 펩티드이며 혈관수축제이다. 엔도텔린-1은 섬유모세포 및 근육모세포 미토겐이다.
피브린은 피브리노겐의 피브린 모노머로 분해를 통해 형성된다. 피브리노겐은 플라즈민에 의해 분해될 수 있다. 피브리노겐은 340 kDa이다. 피브리노겐 B 쇄 및 가용성의 부분 분해된 피브리노겐은 섬유모세포 미토켄일 수 있다. 피브린/피브리노겐은 혈액 응고를 촉진하고 주사액으로부터 부위에서 출혈을 제한하는데 유용할 수 있다.
피브로넥틴은 접착 촉진 이합체 당단백질이다. 50개 이상의 다르게 스플라이스된 변이체가 존재한다. 사펩티드(Arg-Gly-Asp-Ser)는 세포 접착을 보조한다. 피브로넥틴은 피브린, Clq, 헤파린, 트란스글루타미나제, 콜라겐 I, II, III, V, VI형 및 설페이트화 프로테오글리칸 결합 부위를 갖고 있다. 피브로넥틴은 세포-기질 접착, 접촉 억제, 세포 이동, 세포 분화, 염증 및 상처 치유에 작용한다. 혈장 피브로넥틴은 가용성이며 2개의 통상 슬라이스된 도메인 EIIA 및 EIIIB의 부재에 의해 불용성 세포 피브로넥틴과 다르다. 피브로넥틴에 대한 추가 설명은 ECM 분야에서 상기에 열거되어 있다.
혈청은 당화 혈청 단백질(GSP), 이를테면 알부민 및 혈청 단백질을 포함한다. 이들 AGE(진행된 당화 최종 산물) 대부분은 본 발명에서 RAGE 가용성 수용체 또는 AGE에 대해 친화성이 있는 RAGE 수용체의 세포외 부분의 결합 도메인과 배양에 의해 격리될 수 잇다.
혈청은 슈퍼옥사이드 디스무타제, 카탈라제, 글루타티온 퍼옥시다제 및 글루타티온 트란스퍼라제와 같이 산화적 손상으로부터 세포를 보호하는 항산화제 효소를 함유한다. 알부민 결합 빌리루빈이 또한 산화적 손상에 대한 세포보호성이 있다.
혈청 글로불린은 알파, 베타 및 감마형으로 분리된다.
일부 성장 인자는 또한 특이 세포형의 분화를 유도한다. 예를 들어, 분화를 유도하는 펩티드 호르몬은 멜라민 세포에 대해 멜라노트로핀, 갑상선에 대해 티로트로핀, 적혈구 모세포에 대해 에르트로포이에틴, 유방 상피에 대해 프롤락틴, 및 유방 상피에 대해 인슐린을 포함한다. 분화를 유도하는 사이토카인은 뉴론에 대해 NGF, 아교세포에 대해 아교세포 성숙 인자, 신장 상피에 대해 에피모르핀, 2형 별아교세포에 대해 CNTF, 간세포에 대해 HGF 및 멜라닌 세포와 기관지 상피에 대해 신장 TGFβ를 포함한다.
혈청에서 성자 인자 일부를 열거하면 다음과 같다. 대부분 또한 상기 ECM 섹션에서 설명되어 있다. 성장 인자는 EGF(상피 성장 인자), FGF(섬유모세포 성장 인자), PDGF(혈소판 유래 성장 인자), 인슐린 성장 인자(IGF I, II) 및 IGF 결합 단백질과 같이 미토겐 활성(많은 다른 기능들 중에서)을 가진 폴리펩티드이다. 성장 인자는 내분비계의 세포에 의해 제조된 폴리펩티드, 이를테면 뇌하수체로부터 성장 호르몬과 기능상 중첩된다. 예를 들어, 호르몬 인슐린과 프로게스테론, 및 성장 인자 아디포넥틴(지방 조직에 작용) 및 렙틴이 내분비 인자이다.
수송 단백질은 호르몬 결합 또는 성장 인자 결합 단백질일 수 있고 또한 호르몬이 표적 세포에 작용하거나 작용할 수 없도록 다양한 호르몬의 적절한 전달을 위해 또는 적절한 격리에 중요하다. 티록신 결합 글로불린은 티록신을 결합한다. 트란스코르틴은 코르티솔과 다른 스테로이드 호르몬을 결합한다. 다른 수송 단백질은 영양 물질을 운반할 수 있다. 트란스코발라민은 비타민 B 12에 대한 주요 수송 단백질이다. B12는 면역 B 세포 반응과 세포 에너지 대사작용에 필요하다. 트란스페린(당단백질)은 철을 혈액으로부터 세포상의 수용체로 수송한다. 혈청에서 주요 철 수송 단백질은 특이 막 수용체 CD71에 결합한다. 이것은 시험관 내 세포의 성장에 필요하다. 성장 인자가 고려될 수 있다. 왜냐하면 세포 증식은 많은 수의 수용체를 발현하며 트란스페린 결합이 DNA 합성에 필요하기 때문이다. 철 수송에서 그의 역할외에도, 트란스페린은 철 수송과 관련이 없는 기능을 가진 사이토카인으로서 작용한다. 이것은 시험관 내에서 면역 및 다른 세포 형태의 세포 증식 인자로서 작용할 수 있다. 페리틴은 철-함유 단백질이며, 저장된 철원으로서 역할을 수행하고 철 세포독성을 방지한다.
성장 인자는 통상적으로 때로 100개 만큼 큰 아미노산의 폴리펩티드이다. 성장 인자는 세포 표면에 흡수되며, 특이 세포 표면 단백질(성장 인자 수용체)에 부착한다. 미토겐으로서 작용하는 성장 인자의 존재하에, 세포는 G1, S, G2 및 M기를 통과하여, 크기가 2배가 된 다음 분할한다. 혈청 성장 인자는 G1의 제1 2/3을 자극하는데 필요하며, 그 후 세포는 그 주기경에 분할한다. 혈청 성장 인자 없이, 세포는 휴지기(G0)로 그 주기를 나오며, 이것은 혈청 성장 인자의 첨가시 원상태로 돌아갈 수 있다. 성장 인자에 대한 간단한 설명은 다음 내용을 포함한다:
BDNF(뇌-유래 뉴로트로픽 인자)는 BEGF-A가 하는 것처럼 줄기 세포의 근육 및 혈관 세포로 분화를 촉진한다.
FGF(섬유모세포 성장 인자)는 중심 140 코어 및 헤파린에 대한 강한 친화성을 갖고 있다. 많은 FGF는 섬유모세포 및 다른 세포형의 성장을 자극한다. FGF 1은 상처 치유, 많은 세포형의 혈관 형성 및 유사분열 유발에 중요하다.
조혈세포 성장 인자는 다른 계통의 혈구 세포의 증식과 분화를 지지하는 조혈 조절인자과이다. 에리트로포이에틴과 집락 자극 인자는 이러한 과에 속한다. 에티트로포이에틴은 피부와 다른 조직의 상처 치유를 개선하는데 사용될 수 있다. 성장 인자는 적혈구 세포의 생성을 증가한다. G-CSF(과립구 집락 자극 인자)는 골수에서 과립구의 형성을 촉진한다. G-CSF는 사이토카인, 면역 또는 염증 자극에 대한 반응에서 섬유모세포, 내피 세포, 대식세포, T, B 및 비만 세포에 의해 제조되며 골수 세포를 자극하는데 IL-3과 상승적으로 작용한다. GM-CSF는 과립구-대식세포, 적혈구, 거핵세포, 및 호산구 전구세포에 대한 성장 인자이다. 이것은 과립구, 단핵구, 대식세포 및 호산구에 대한 생존 인자 및 활성체이다. GM-CSF(과립구 대식세포-집락 자극 인자)는 조혈세포에 대한 성장 인자이다. GM-CSF는 백혈구의 생성을 자극하고 조혈을 개시한다. GM-CSF는 또한 내피 세포가 이동하고 증식하도록 유도한다. GM-CSF는 종양 세포를 증식한다.
인슐린류 성장 인자 또는 소마토메딘은 간과 섬유모세포와 같은 많은 세포형에 의해 제조된다. 이들의 혈액으로 방출은 소마토트로핀에 의해 자극된다.
PDGF는 섬유모세포 및 내막 평활근 증식을 위한 것과 같이, 연결 조직 미토겐이다. 이것은 혈관수축을 유도하고, 화학 주성 작용이 있으며 세포 내 효소를 활성화한다.
TGF(전환 성장 인자)는 다양한 세포가 이들의 표현형을 변경하도록 유도하는 폴리펩티드이다.
TGF-α는 EGF(상피 성장 인자)와 그의 50개 아미노산 중 1/3을 공유하는 5.5 kDa 폴리펩티드이다. TGF-α는 세포 성장(상피 및 상피성 세포의 증식)을 자극하고 모세관 형성을 촉진한다. TGF-α는 비부착 세포 성장을 유도하고 접촉 억제의 상실을 유발할 수 있다.
TGF-β는 단백질의 C-말단 영역에서 모두 구조적으로 유사하고 이들의 세포 성장 조절과 분화에서 유사한 기능을 가진 5개(1-5) 아형이 있다. TGF-β는 세포형에 다른 성장을 조절하고 다른 성장 인자의 존재 또는 부존재를 조절한다. 이것은 세포외 매트릭스(예, 피브로넥틴, 콘드로이틴/더마틴 설페이트 프로테오글리칸, 콜라겐 및 글리코스아미노글리칸)의 침착, 프로테아제 억제제 및 세포외 매트릭스에 대한 세포 부착을 조절한다. TGF-β는 성처 치유를 향상시키고 과립화 조직을 유발한다. 이것은 골모세포와 연골세포의 증식을 증가한다. 이것은 섬유모세포를 근섬유모세포로 분화한다. 이것은 항미생물 효과에 필요한 세포독성 활성과 슈퍼옥사이드 음이온 형성의 발생을 방지함으로써 골수세포 증식을 차단하고 자연사 세포의 인터페론 α 유발 활성화를 차단하며, T-림프구의 IL-2 유발 증식을 감소하고, 세포독성 T 림프구로 T 세포 전구체 분화를 억제하며 대식세포 역활성화를 억제한다. 이것은 MHC 클래스 II 분자 발현을 감소시킬 수 있다. 이것은 또한 알러지 반응에서 Fcε 수용체 발현을 감소시킨다. 따라서, TGF-β는 조직과 기관 이식에서 면역억제제로서 강력한 가치가 있다. 또한 이것은 항염증제로서 사용된다. 왜냐하면 이것은 T 및 B 세포 둘 다의 성장을 억제하기 때문이다. 따라서, 이것은 면역 반응을 줄이고, ECM 침착을 증가하고 ECM의 분해를 억제하는데 사용될 수 있다.
TNF α(종양 괴사 인자 α 또는 카켁틴(cachectin))은 박테리아 엔도톡신 또는 다른 미생물 산물에 의해 자극될 때 대식세포, 단핵구, T 림프구, B 림프구, NK 세포 및 다른 세포형에 의해 생성된 세포독성의 157 아미노산 잔기 모노카인이다. TNF α는 염증, 상처 치유 및 조직 재형성에 관련되어 있고, 패혈 쇼크, 조직의 출형성 괴사, 기관 정지 및 카켁시아를 유발할 수 있다. TNF α는 백혈구 보충을 증가하고, 혈관형성을 유도하며 섬유모세포 증식을 촉진한다.
TNF β는 섬유모세포 증식을 자극하고, 배양에서 종양 세포를 죽이며, 대부분의 TNFα 작용을 자극하는 25 kD 단백질이다. 이것은 세포용해 T 세포, 림포카인-활성화 킬러 세포, 자연살 세포 및 보조-킬러 T 세포가 이들의 표적에 치명적인 손상을 유도하는 매개체이다.
VEGF(혈관 내피 성장 인자 또는 바스쿨로트로핀(vasculotropin))는 이소형 A, B, C, D를 갖고 있다. VEGF는 혈관 내피를 위한 미토겐이며 혈관형성을 촉진한다. VEGF는 세포 이식 부위의 혈액 공급을 향상시킬 수 있다.
면역글로불린은 혈청에서 약 20 mg/ml로 존재한다. IgG는 가용성 항원에 대한 항체를 형성하고, 정상 면역글로불린의 73%를 나타내며 체액을 보호한다. IgE는 리아긴 과민성을 매개하며 알러지원에 노출하고 3일 후에 피크를 나타낸다. IgA는 위장관 및 호흡기관을 통해 들어가는 병원체에 대한 항체를 형성하며, 체액에 우세한 면역글로불린이고, 면역글로불린의 19%를 형성하며 신체 표면을 보호한다(대부분 점막 밑에서 합성된다). IgM은 그람 음성 유기체에 대한 천연 항체이며 초기 항체 반응을 형성하고 혈류를 보호한다. 면역글로불린은 항원에 의한 자극에 대한 반응으로 합성된 성숙 B 세포 산물이다. 항체 분자는 혈장 세포에 의해 생성된 한정된 특이성의 면역글로불린이다. IgM, IgG 및 IgA는 3개의 우세한 부류이며, 반면에 IgD 및 IgE는 전체 면역글로불린의 1% 미만을 포함한다. 면역글로불린 상과 멤버는 면역 반응에 참여하며 구조상 면역글로불린과 유사성을 나타낸다. 이 과에는 CD 2, 3, 4, 7, 8, 28, T 세포 수용체, MHC 클래스 I 및 II, 백혈구 기능 결합 항원 3 (LF A-3), IgG 수용체 및 많은 다른 단백질이 포함된다.
금속-결합 단백질은 하프토글로빈, 헤모펙신, 세룰로플라즈민, 슈퍼옥사이드 디스무타제, 페리틴, 및 트란스페린을 포함한다.
음성 급성기 반응물은 알부민-프리-알부민, 트란스페린, apoAl, Apo Al 1, α2-HS 당단백질, 인터-α-트립신 억제제, 및 히스티딘-농후 당단백질을 포함한다.
존재한 다른 단백질은 αl-산 당단백질, 헤메 옥시게나제, 만노스-결합 단백질, 백혈구 단백질 1, 지질단백질(a), 및 지질다당류-결합 단백질이다.
라미닌은 세포 부착, 이동 및 분화를 촉진하는 기저막 당단백질(820 kDa)이다. 라미닌은 대식세포, 내피세포, 상피세포 및 슈반 세포에 의해 생성되며 기저막 요소 콜라겐 IV형, 헤파린 및 글리코스아미노글리칸에 세포 부착을 촉진한다.
지질단백질(고밀도 및 저밀도) 및 매우 낮은 밀도(킬로마이크론) apo Al, 아포지방단백 A-II 및 아포지방단백 B는 콜레스테롤 및 지방산 수송에 사용된다. 아포지방단백 E는 저밀도 지질 및 고밀도 콜레스테롤 에스테르를 결합한다. 지질단백은 다양한 세포형, 이를테면 혈관간세포의 세포 증식을 증가시킬 수 있다.
림포카인은 IL-2, IL-3 및 γ 인터페론과 같이 세포 증식, 성장 및 분화를 촉진하는 면역 세포 생성 사이토카인이다.
마크로글로불린은 IgG 클래스에 속한다. 820 및 900 kDa IgM은 둘 다 α2 마크로글로불린이다.
미크로글로블린은 분자량이 40 kDa 이하인 글로불린 또는 그의 단편이다. β2-미크로글로불린은 MHC 클래스 I 분자이다.
플라즈미노겐은 단백질 분해 효소 플라즈민의 불활성 전구체이다. 이것은 조직, 체액 및 혈장에 존재한 β 글로불린이다. 플라즈민은 피브린을 가수분해하고 혈관 내 혈액 응고의 용해를 촉진하는 90 kDa 효소이다. 이것은 응고, 섬유소 용해, 염증에 관련되어 있고 B 세포 증식을 자극한다. 플라즈민은 배양에서 접촉 억제로부터 세포의 탈출을 촉진할 수 있으며 따라서 시험관 내 섬유모세포 증식을 증가시키는데 사용될 수 있다. 프라즈미노겐 활성제는 대식세포에 의해 생성된 효소이며 플라즈미노겐을 플라즈민으로 전환한다.
노화 세포 항원은 IgG 자기항체를 결합하는 늙은 적혈구 세포상에 나타나는 신생항원이다. 이것은 또한 림프구, 혈소판, 중성구, 성인의 간 및 배아 신장 세포상에서 발견된다(배양에서).
혈청 확산 인자는 세포의 부착을 용이하게 하고 확산, 증식 및 분화하는 이들의 능력을 용이하게 하는 65 및 75 kD 당단백질이다(예, 비트로넥틴).
물질 P는 국소 부위에서 방출될 때(예, 관절에서) 염증을 유발할 수 있는 타키키닌이다. 이것은 IL-1, IL-6 및 TNF-α의 합성을 단핵구에 의해 용이하게 한다.
수프레신은 림프구 증식을 억제하면서, 세포 성장을 음성적으로 조절하는 뇌하수체 및 림프구에 의해 생성된 63 kDa 단백질이다. 이것은 B 세포 보다 T 세포 상에서 더 효과적이다. 이것은 TGF-β와 유사한 특성을 가지고 있지만, 구조적으로 다르다.
내피세포상에 발현되고 혈장에 존재한 다중 EGF 세포외 도메인을 가진 막횡단 단백질인, 트롬보모듈린(TM)은 트롬빈에 결합하는 하나의 콘드로이틴/더마탄 설페이트 쇄를 함유하며 활성화 단백질 C에 대한 보조인자이다. TM은 트롬빈 활성을 감소시키며 단백질 C 활성화에 의해, 인자 Va 및 VIIIa를 비활성화하고 백혈구 활성화를 조절하며, 기관 손상을 감소시킨다. 따라서 TM은 응고와 염증 공정을 줄인다. 단백질 C 및 S는 생리적 항응고제이다.
흉선 체액 인자(THF)인, 흉선 호르몬은 티모신, 티모포이에틴(티민), 혈청 흉선 인자, 티모펜틴, 등과 같이 흉선에서 흉선 상피 세포에 의해 제조된 가용성 펩티드이며 림프구의 분화 및 기능을 지배한다. 티물린은 혈청 및 흉선에서 노나펩티드이며 T 림프구 활성을 향상시킨다.
조직 인자는 응고에 관련되어 있고 내피세포 및 다른 세포형에서 막횡단 수용체로서 존재하며 또한 세포외 단백질(예, 동맥 경화성 플라크)로서 존재할 수 있다.
투프친(tuftsin)은 식작용을 향상시키는 테트라펩티드이며 류코키닌 글로불린 유래 물질로부터 유도된다.
우비퀴틴(ubiquitin)은 혈액에서 유리되어 발견되거나 세포질의, 핵 또는 막 단백질에 결합된 7 kDa 단백질이며 분해를 위한 단백질을 표시한다.
VCAM-1(혈관세포 부착 분자 1)는 활성화 골수 섬유모세포, 다른 섬유모세포, 근육모세포, 조직 대식세포, 수지상 세포 및 활성화 내피 세포 상에서 발견된다. 이것은 림프구와 단핵구가 면역 반응을 위해 이들 세포에 결합하는 것을 용이하게 한다.
비트로넥틴(보체 S 단백질, 혈청 확산 인자, 소마토메딘 B, 에피볼린, VTN, VN). 비트로넥틴은 혈청에서 75 kDa 세포 부착 당단백질이다(효소적으로 65 kDa와 10 kDa 형태로 분해될 수 있음). 이 단백질은 응고, 보체, 섬유소 용해 단백질과 결합하고 C5b67과 결합하여 지질 막으로 그의 삽입을 차단한다. 비트로넥틴은 세포 배양 혈청에서 주요 세포-부착 단백질이다. 제1의 44 아미노산 서열은 혈청에서 발견된 소마토메딘 B와 동일하다. 이 단백질은 헤파린, 콜라겐, 플라즈미노겐, PAI-1(플라즈미노겐 활성체 억제 물질 I), C9 및 퍼포린을 위한 결합 도메인이 있다. 비트로넥틴은 C5b-9 및 트롬빈-항트롬빈 복합체와 결합하여, 포획제로서 작용한다. 비트로넥틴에 의한 이 옵소닌화는 혈전의 주사 부위를 제거하는데 유용할 수 있다. 혈장 VN은 응고, 섬유소 용해, 보체 활성화, 세포외 고착 또는 부착 및 세포 증식, 확산, 이동 및 부착을 조절한다. 이들 특징 모두 본 발명에서 이용될 수 있다. VN은 1형 플라즈미노겐 활성체 억제인자(PAI-1)의 피브린과 상호작용을 매개함으로써 섬유소 용해를 억제한다. VN은 ECM에서 그리고 혈청에서 PAI-1을 결합한다. VN은 응고 중에 피브린과 결합하여서 지혈과 염증을 조절한다. VN은 PAI-1과 유로키나제 결합 부위를 함유하는 N-말단 단부, 여러가지 다른 인테그린을 결합하는 RGD 서열, 트롬빈-항트롬빈 III 복합체를 결합하는 산성 아미노산의 스트링, 및 콜라겐 결합 부위로 구성된다. C-말단 단부는 글리코스아미노글리칸, PAI-1 및 헤파린을 위한 결합 부위를 함유한다. μPAR은 μPAR 상에서 고친화성 결합 부위를 통해 비트로넥틴으로 부착을 촉진할 수 있다.
폰 빌레브란트 인자는 손상 후 출혈을 정지시키는 필수 다합체 당단백질이다. 이 단백질은 혈액, 내부 혈소판, 내피세포, 및 혈관벽의 내피밑 세포외 매트릭스에 존재한다. 이것은 콜라겐, 헤파린, 인자 VIII 및 GPIb(혈소판 당단백질) 결합 도메인을 함유한다. 이 단백질은 손상 부위에서 혈소판 부착과 트롬빈 형성을 매개한다. 이 인자는 본 발명에서 주사 부위에서 출혈을 제한하는데 유용하다.
상처 치유 인자는 신경 β-NGF, NT-3 및 Ll (디스트로글리칸)을 포함한다. 피부 상처는 PDGF(예, BB, AB), VEGF 121, 165, Angl, ECM 단백질, 등을 이용한다. 불유합 골 결함은 BMP-2, IGF-I 및 PTH1-34를 이용한다.
세포 결합 부위를 가진 모든 혈청 단백질은 생체 내 및 시험관 내에서 세포 부착에 이용될 수 있다. 결합 부위는 상기에 제공된 일예를 포함하나, 이들에 한정되지 않는 다른 공지의 도메인 또는 부위 뿐아니라 RGD 도메인일 수 있다. 주사된 단백질 또는 세포의 이동을 제한하도록 부착에서 보조하는 다른 단백질을 위한 결합 부위를 가진 단백질이 이용될 수 있다. 유사하게, 영양물질 전달과 같은 다른 기능에서, 수송 단백질, 프로테아제 억제제, 아포프토시스 억제제, 아노이키스 억제제는 특히 이러한 특성을 나타내는 이들 혈청 단백질을 포함할 수 있다.
호르몬, 대부분의 성장 인자, 사이토카인, 케모카인, 많은 ECM 단백질 및 효소가 혈청에 존재한다. 혈청에서 프로틴의 프로 형태 또는 전구체 형태를 위한 효소의 전화은 활성 단백질을 생성한다. 단백질에 대한 더 상세한 내용은 이어지는 세포 성장, 증식 및 다른 섹션에서 예시되어 있다.
결함을 처리하기 위해, 혈청 단백질은 세포와 결합하여 사용될 때 0%를 초과하고 100% w/w보다 적고 단독으로 사용될 때 0%를 초과하고 100% w/w까지의 농도 범위일 수 있다.
응혈 촉진제
응고 시스템은 피브린의 생성을 초래하는 적어도 12개의 혈청 단백질을 포함하는 상호작용의 캐스캐이드이다. 본 발명에서 응혈 촉진제로서 지칭한, 혈액 응고 캐스캐이드 인자는 과학 문헌에서 설명된 바 있다. 이러한 인자는 본 발명에서 설명한 물질, 예를 들어 세포 또는 단백질과 배합될 수 잇다. 응혈 촉진제는 세포 또는 단백질의 이식(예, 주사)으로 인한 출혈을 중지시키는데 유용할 수 있다. 응혈 촉진제는 세포수 증가를 위한 세포 미토겐으로서 유용할 수 있다. 특정 이론에 매이지 않고, 이들 인자는 하기에 설명한 바와 같이, 환자 또는 이식 성공에 유용한 이식된 세포로부터 반응을 유발할 수 있다고 믿어진다.
혈액 응고는 혈장 지모겐이 피브린 응고를 초래하는 활성 효소로 전환되는 일련의 반응을 나타낸다. 응고 시스템은 인자(F) 및 활성화 인자(a): 인자 I(피브리노겐), II(프로트롬빈), IIa(트롬빈), III, IV, V, Va, VII, VIIa, VIII, VIIIa, IX, IXa, X, Xa, XI, XIa, XII(하게만 인자), XIIa, XIII, XIIIa, 프레칼리크레인, 및 고분자량 키니노겐을 포함한다. 키니노겐 경쇄의 His 농후 도메인은 응고 공정에 연관될 수 있다. 인자 VIIa 및 다른 응고 단백질은 이식 부위에서 출혈을 조절하는데 이용될 수 있다.
외인적 및 내인적 응고 경로는 통상의 경로로 모인다. 세포 모델, 조직 인자 또는 응고의 외인적 경로에서, 개시기는 상해시 내피밑 조직 결합 FVII 및 FVIIa로부터 조직 인자(TF)에 의해 시작된다. 이 TF 및 FVIIa 복합체는 FX 및 FIX를 단백질분해로 활성화한다. 보조인자 FVa가 있는 FXa는 프로트롬빈(FII)이 트롬빈으로 분해할 때 혈장 FV를 활성화한다. 다음 단계인, 일차처리기에서, 트롬빈은 상처 부위에서 혈소판을 활성화하여 이들 과립으로부터 FV를 방출한다. 트롬빈은 방출된 FV를 FVa로 활성화하고 FVIII를 FVIIIa로 활성화하여 폰 빌레브란트 인자에 결합시키고 이들 인자와 FXI는 양성 피드백 루프에서 FXIa로 트롬빈 활성화를 위한 활성화 혈소판에 결합한다. 전파기에서, 인지질은 트롬빈과 FXa 형성을 증가하는 FVa-FXa(프로트롬비나제) 및 FVIIIa-FIXa 복합체를 활성화하기 위한 보조인자로서 작용한다. 혈소판 표면상의 FXIa는 FIX를 활성화하여 더 많은 FVIIIa-FIXa를 생성한다. 트롬빈은 피브리노겐을 피브린 중합체로 분해하고 FXIII를 FXIIIa로 활성화한다. 가용성 피브린은 FXIIIa와 상호작용하여 혈전(가교된 피브린 네트워크)을 형성한다. FXIII는 피브린과 다른 단백질을 가교결합하여 향상된 응고 강도와 피브린 용해에 대한 내성을 얻는 트란스글루타미나제이다. 접촉 활성화 경로 또는 내인 경로에서 표면상(예, 음하전된)에서 인자 XII를 활성 세린 프로테아제 형태(인자 XIIa)로 자기활성화하는 것이 유발점이다. 이 경로는 2개의 다른 접촉 활성화 단백질, 혈정 프레칼리크레인 및 고분자량 키니노겐의 존재하에 최적이다. 이들 인자 및 FXI는 주로 시험관 내 응고에서 관련되어 있다. FXIIa는 프레칼리크레인-키니노겐 복합체를 활성화하여 더 많은 FXII를 활성화하는 칼리크레인을 생성한다. FXI는 또한 FXIIa에 의해 활성화되며 따라서 FIX를 활성화한다. FIXa가 FX를 활성화할 때, 2개의 경로 모이며, 그 이유는 FX가 TF-경로에서 이용되기 때문이다.
다작용 세린 프로테아제인, 트롬빈은 피브리노겐을 피브린 혈전으로 전환함으로써 혈액 응고에서 중심적 역할이 있다. 트롬빈은 트롬빈 수용체 PAR-1(프로테아제-활성화 수용체 1)의 단백질분해 활성화에 의해 섬유모세포를 자극하여 프로콜라겐을 생성한다. 트롬빈은 섬유모세포, 평활근 세포 및 내피세포와 같은 중간엽세포를 위한 강력한 미토겐이다. 트롬빈에 의한 PDGF 형태 AA 및 AB의 자기분비 방출은 세포 증식을 증가한다. 트롬빈은 ECM에 결합될 때 세포 상호작용을 증가시키며, 성처 치유에 유용할 수 있다. 트롬빈은 섬유모세포, 내피세포 및 혈관 세포를 비롯한 많은 세포로부터 IL-1, -6 및 -8의 방출을 증가한다. 트롬빈은 섬유모세포를 위한 화학 유인 물질이다. 트롬빈, 인자 VIIa 및 PAR-1 수용체 작용제는 CTGF 및 IGFBP 10(cyr61)을 유도한다. 트롬빈은 또한 섬유모세포의 평활근 근섬유 모세포로 분화를 통해 성처 수축을 증가한다. 트롬빈은 내피세포에서 트롬보스폰딘-1을 조절한다. 죽상 경화증, 재협착 및 사구체신염과 같은 일정한 질병 상태에서, ECM 결합 트롬빈은 세포와 상호작용하여 과도한 세포 증식 및 ECM 침착을 생성한다. 트롬빈은 주로 PAR-1 활성화에 의해, 세포(예, 섬유모세포, 평활근 세포, 내피세포)에서 프로콜라겐과 피브로넥틴과 같이 ECM 생성을 자극한다. 트롬빈은 신생 ECM을 재형성한다. 트롬빈은 MMP의 잠재적 형태를 활성화하여 일정한 MMP를 조절한다. 대부분의 트롬빈 작용은 PAR-1 수용체(또는 가용성 PAR-1의 이용) 및 후속 시그널 경로를 활성화하는 단백질에 의해 매개될 수 있다. 트롬빈의 시험관 내 및 생체 내 내재는 세포 증식과 ECM 합성을 향상시킬 수 있다. 트롬빈은 주사 부위에서 출혈을 제한할 수 있다.
응고 프로테아제는 섬유모세포 및 다른 세포형을 위한 미토겐일 수 있다. 예를 들어, 인자 VIIa, Xa, XIIIa(그러나 IXa는 아님)는 섬유모세포 미토겐이다. 인자 Xa는 섬유모세포 상에 작동 세포 프로테아제 수용체-1을 결합하고 PAR-1이 시그널 수용체인 PDGF의 후속 자가분비 방출에 의한 섬유모세포 미토겐이다. 인자 VII 활성화 프로테아제(FSAP)는 프로유로키나제를 활성화한다. FSAP의 억제는 응고를 보조한다. 트롬빈은 응고에서 주요 프로테아제이다. 많은 응고 프로테아제는 시험관 내에서 그리고 생체 내 이식 부위에서 섬유모세포 및 다른 세포형의 세포 증식을 위한 미토겐으로서 작용할 수 있다. 다른 단백질에 의한 PAR 수용체의 자극은 또한 세포(예, 섬유모세포)에 의한 ECM 생성을 증가할 수 있다.
TF-FVIIa 복합체는 세포 이동, 사이토카인의 생성, 혈관형성, 화학주성 및 세포 생존을 하게 한다. 응고 캐스캐이드 중에 방출된 소 펩티드 및 단백질은 세포 면역 반응에 효과가 있다.
응고 공정의 억제제 또는 항응고제는 조직 인자 경로 억제제(TFPI)이다. TFPI는 FXa를 결합하는 내피세포에 의해 생성되며 TF 및 FVIIa와 복합체를 형성한다. 이것은 FXa와 FVIIa를 위한 2개의 활성 부위를 가진다. 트롬보모둘린(TM)은 세포(예, 내피세포) 상에서 트롬빈 및 그의 막횡단 수용체에 결합함으로써 억제제로서 작용한다. TM-트롬빈 복합체는 또한 단백질 C 활성화 및 보조인자 단백질 S의 존재를 통해 FVa 및 FVIIIa를 비활성화한다. 보체 C1-에스테라제 억제제는 칼리크레인, FXIa 및 FXIIa를 결합하는 C1 단백질의 비활성체이다. 트롬빈의 주요 억제제는 세린 프로테아제 억제제의 세르핀과의 멤버인, 항트롬빈(AT)이다. AT는 또한 FXa, FXIa, FXIIa 및 내인 및 통상의 경로에서 다른 응고 인자를 억제한다. 항트롬빈 효과는 GAG 또는 헤파핀 설페이트 또는 헤파린을 함유한 프로테오글리칸의 존재하에 증대된다. 이것은 헤파린 작용의 주요 항응고제 기구이다. 또 다른 트롬빈 억제제는 재조합 단백질 비발리루딘이다. PAR-1 및 -4 수용체의 세포외 도메인은 트롬빈 수용체 시그널 및 혈소판 활성화를 길항작용할 수 있다. 펩두신은 몇가지 G 단백질 수용체의 제3 세포 내 루프를 기초로 한 세포 침투 팔미톨일화 펩티드이다. 펩두신은 수용체의 세포 내 표면을 표적화함으로써 억제한다. PAR-1 길항제는 트롬빈 유발 혈소판 활성화를 취소하고 침습성 심장 시술 후 재협착 및 혈관 손상 후 신생내막 형성을 막는데 이용될 수 잇다. 단백질 Z-의존 프로테아제 억제제(ZPI)는 인자 Xa의 헤파린-독립 억제제이다. 단백질 Z는 효과를 위해 혈장에서 ZPI와 복합체를 형성한다. 간에서 제조된 혈장 당단백질인, 단백질 C는 이것이 트롬빈에 의해 활성화될 때 항응고제가 되며 내피세포 표면 상에 위치한 TM과 상호작용한다. 이것은 응고 공정의 TM에 의한 억제에 대한 제2 형태이다. 단백질 C는 막-결합 FV(Va) 및 VIII(VIIIa)를 분해함으로써 항응고제로서 작용한다. 단백질 S는 단백질 C의 작용을 촉진함으로써 억제제이다. 히루딘은 거머리 침샘 유래 항응고제 펩티드이다. 안넥신 V 및 쿠니츠 프로테아제 억제제는 항응고제 및 응고 프로테아제에 대한 다른 프로테아제 억제제이다.
섬유소 분해 시스템은 피브린 응고체를 용해하며 플라즈미노겐을 포함하며, 플라즈미노겐 활성화제(세린 프로테아제 조직형 플라즈미노겐 활성화제[t-PA] 및 유로키나제형 플라즈미노겐 활성화제[u-PA])에 의한 플라즈민으로 그의 전환, 및 피브린 응고를 피브린 분해 산물과 피브린 인자 VII 활성화 프로테아제(섬유소 분해의 활성화제)로 플라즈민 전환을 포함한다. 내피세포는 효소 전구체 플라즈미노겐을 플라즈민으로 분해하는 조직형 플라즈미노겐 활성화제(t-PA)를 분비한다. t-PA는 피브린의 부재하에 플라즈미노겐 활성화제 억제제 형-1(PAI-1)에 의해 억제된다. 피브린의 부재하에, t-PA와 플라즈미노겐은 피브린에 결합한다. 또 다른 경로는 유로키나제형 플라즈미노겐 활성화제(u-PA)를 사용한다. FXIIa, 칼리크레인 및 플라즈민(피드백 루프)은 u-PA를 활성화한다.
섬유소 분해 시스템에 대한 억제제는 플라즈미노겐 활성화제 억제제(PAI-1, PAI-2)이다. 플라즈민 억제제 α2-항플라즈민(AP)은 간에 의해 분비되어 플라즈민-항플라즈민 복합체를 형성한다. 섬유소 분해는 또한 TM-트롬빈 형성에 의해 향상되는 트롬빈 활성화 섬유소 분해 억제제(TAFI)를 통한 트롬빈에 의해 억제된다. TAFI는 피브린 상에 t-PA 및 플라즈미노겐을 위한 결합 부위를 분해함으로써 작용한다. uPA는 섬유모세포 및 평활근을 비롯한 세포를 위한 미토겐이다. 플라즈미노겐 활성화제는 시험관 내에서 그리고 생체 내 이식 부위에서 섬유모세포 및 다른 세포형의 세포 증식을 위한 미토겐으로서 작용할 수 있다. 세린 프로테아제인, 플라즈민은 피브린 응고체를 용해하며 단일-쇄 플라즈미노겐으로부터 전환된다. 플라즈민은 중쇄 A와 경쇄 B로 구성된다. 중쇄 A는 5개의 크링글 도메인을 함유하며 처음 4개의 크링글 도메인을 함유한 단편은 안지오스타틴이라 불리는 혈관형성 억제제이다. 플라즈민은 배양에서 접촉 억제로부터 세포의 탈출을 용이하게 할 수 있으며 따라서 시험관 내에서 세포 증식(예, 섬유모세포)을 증가하는데 사용될 수 있다. 플라즈민은 본 발명의 주사 부위로부터 형성된 혈전 제거에 보조할 수 있다. 플라즈민은 이식 부위 혈전상에 그의 작용을 통해 생체 내에서 세포 증식을 증가할 수 있다.
칼리크레인은 혈장에 그리고 조직 및 샘 분비물에 존재한, 키니노겐을 분해하여 브라디키닌을 생성하는 효소이다. 칼리크레인은 혈액 응고의 내인 기구를 활성화할 수 있다. 브라디키닌은 통증 수용체, 평활근에 효과가 있고 중성구에 화학주성 효과가 있다. 브라디키닌은 혈관확장을 유도하고 모세관 침투성을 증가시키는 노나펩티드이다. 칼리크레인은 면역계, 요 나트륨 분비에 영향을 미치는 레닌의 방출 및 키닌의 합성을 야기하며 강력한 혈관확장제로서 작용한다. 칼리크레인-키닌 시스템은 지역적 혈류의 유지와 물 및 전해질의 배출을 통해 혈압을 조절하는 혈관압박(vasopressive) 펩티드로 구성된다. 칼리크레인 억제제는 혈청에 존재한다.
프레칼리크레인은 혈액 응고의 내인 기구를 활성화할 수 있는 칼리크레인을 생성한다. 키니나제는 키니닌을 비활성 펩티드로 분해하는 혈장 효소이다. 키니나제 I은 키닌을 분해하며 반면에 키니나제 II는 키닌을 분해하고 안지오텐신 I로부터 안지오텐신 II를 유리한다. 혈장 α-2 글로불린인, 키니노겐은 키닌의 전구체이다. 키닌은 강력한 혈관운동 효과를 나타내며, 신체의 대부분혈관의 혈관확장을 야기하고 혈관 침투성을 촉진한다. 혈관확장은 혈액 영양물질과 성장 인자를 이식 부위로 전달하는데 유용할 수 있다.
지혈은 정상 환경하에 혈액 유동성을 촉진한다. 지혈은 혈장 단백질(응고 및 섬유소 분해 인자), 혈과벽 자체 및 혈소판으로 구성된다.
염증
응고 및 염증은 일체화 되어 있다. 염증은 세포 부착 단백질의 생성, 트롬빈 생성, 보체 활성화 및 사이토카인 방출 및 생성을 초래하는 몇가지 경로의 체액 및 세포 상호작용에 의해 매개된 혈관 조직에 대한 보호 반응이다. 플라즈민/플라즈미노겐 활성화제 시스템은 염증과 관련된 프로테아제 네트워크에 대해 중요하다. CRP 및 피브리노겐은 염증 표식의 일부이다. 염증은 조직 인자를 발현하는 사이토카인-활성화 단핵 세포에 의한 트롬빈 생성을 유발한다. 내피세포 및 백혈구 상의 트롬빈 수용체 활성화는 IL-I, IL-6, IL-8, MCP-I와 같은 염증 및 화학주성 사이토카인 및 P와 E-셀렉틴 및 ICAM-I와 같은 세포 부착 분자를 생성하고 방출한다. 단백질 분해 활성 조직 인자-FVIIa 복합체는 PDGF-BB 자극 화학주성과 IL-8 및 TNF-α의 단핵구 생성을 유도한다. 트롬빈은 단핵구를 위한 화학 유인 물질이며 과립 함량(content)(PDGF)을 방출하는 혈소판 활성화제이며, 세포 표면상에 P-셀렉틴, CD40 리간드 및 gpIIb/IIIa를 발현한다. 피브리노겐은 활성화 혈소판을 조직 인자 생성과 사이토카인 방출을 유도하는 백혈구에 결합한다. 셀렉틴과 인테그린은 백혈구(L-셀렉틴)가 내피를 횡단하여 염증 부위로 이행하는 내피(P 및 E 셀렉틴) 이행을 보조한다. 이행은 ICAM-1과 PECAM(혈소판/내피세포 부착 분자-1)에 의존한다. 케모카인과 성장 인자를 포함하는 염증성 단백질은 백혈구를 염증 부위로 지향한다. 염증성 단백질의 일예는 면역 복합체, 산화된 LDL, TNFα, IL-8, MCP-I(단핵구 화학 유인물질 단백질-1), PDGF(BB), C-반응성 단백질(CRP), 및 포르밀-Met-Leu-Phe(fMLP)이다. 섬유모세포, 내피세포 및 수지상 세포와 같은 간질 세포에 의해 제조된, 케모카인 SDF-I(간질 유래 인자) 및 사이토카인 TGFβ, 및 CXCR4 케모카인은 염증을 촉진할 수 있다. 성장 인자에 의해 조절된, 전사 인자 NF-κB는 많은 염증성 유전자 및 단백질을 조절한다. NF-κB 또는 AP-I 활성의 억제제, 이를테면 PPARα, PPARγ, ERα 및 LXR(간 X 수용체)는 염증을 차단한다. NF-κB 또는 AP-1와 반대작용을 하는 단백질은 염증을 촉진할 수 있다. 피브로넥틴, 콜라겐(예, III형) 및 다른 ECM 단백질은 염증을 조절하도록 돕는 조직 보수와 혈관형성의 초기 중에 세포 부착과 이동을 위한 매트릭스를 제공한다.
염증 분자의 일예는 특히 사이토카인 IL-α, IL-β, IL-6, TNFα, F2- 이소프로스탄, 보체 단백질, 인터페론, 집락-자극 인자, 많은 케모카인, 일정한 성장 인자이다.
본 발명에서 염증에 대한 장점은 혈류 증가와 원하는 세포형의 화학 유인이 존재하며, 효과가 일시적이고 단백질의 작용 면적을 이식 부위로 제한하며, 조직 재형성과 보수, 면역 세포의 부위로 침투 향상 및 그외에 다른 유익한 단백질, 성장 인자, 호르몬, ECM 단백질, 등이 전달된다는 것이다. 케모카인과 사이토카인은 필요한 경우 ECM 생성을 촉진하는 다른 면역 세포를 유인한다.
일시적 염증은 향상된 혈류, 영양물질 및 호르몬 전달을 비롯한 다수의 유익한 이벤트를 촉진하며 따라서 이식된 세포의 대사작용, 생존 및 증식 뿐아니라 세포 살포를 완성하는 것이 바람직하다. 또한 조직에 이미 그대로 존재한 세포에 대해 유익하다.
혈류
이식 부위에서 혈류 증가는 결함 처치에 유익할 수 있다. 영양물질, 성장 인자, 호르몬, 생존 인자의 전달 증가 및 많은 다른 유용한 기능이 본 발명에서 설명한 바와 같이 얻어질 수 있다. 따라서 세포 또는 단백질, 호르몬, 성장 인자, 사이토카인, 케모카인, ECM 단백질, 혈청 단백질, 면역원 단백질 및 혈류를 증가시키는 다른 단백질과 분자와 같은 거대분자의 첨가가 바람직하다. 이것은 혈관확장, 혈관형성, 염증, 응고, 보체 반응 및 면역 반응을 국소로 증가시키는 단백질을 포함한다. 문헌을 통한 별도 섹션에서 이들 혈류 공정을 설명하고 있다. 또한, 이들 공정에 영향을 미치는 세포형, 단백질 및 분자가 문헌 전반적으로 상술되어 있다. 또한, 혈류를 증가하지만 설명되어 있지 않은 다른 세포형, 단백질 및 분자가 본 분야의 통상 기술자가 인정하는 한 포함된다. 추가로, 이식 부위에서 혈류를 증가하는 다른 많은 이용가능한 요법 중에 본 기술에서 공지된 다른 처치법, 이를테면 열 또는 혈관확장을 생성하는 초음파 또는 시약과 같은 물리적 또는 기계적 요법이 존재한다.
혈관 직경은 혈관이 혈관확장 중에 이완할 때 증가하며, 이에 의해 조직 관류를 증가시킨다. 부족한 혈관확장은 산화질소 생성 감소와 혈관수축 증가(예, 엔도텔린-1)를 포함한다. 이들 이벤트는 노인에게 우세할 수 있다. 안지오포이에틴은 혈관확대와 혈류를 향상시킨다. 향상된 혈류는 초기 선천 면역 반응 및 그외에 적응 면역 반응을 증가시킨다. 조직 보수의 증가가 향상된다. 산화질소 생성을 증가하는 단백질 또는 프라임 내피세포가 혈관확장에 이용될 수 있다.
혈관형성은 내피세포가 위에 부착하고, 이동하며 침입하는 단백질 매트릭스를 필요로 한다. 따라서 ECM 단백질은 내피 네트워크와 이들의 행동을 지지한다. 세포 부착은 주로 인테그린에 의해 매개된다. 내피세포에의해 분비되고 이동과 침습 중에 세포를 지지하는 MMP는 ECM의 단백질 분해를 조절한다. 지지 세포는 섬유모세포 및 벽세포를 포함하며, 이들은 미소 혈관계 중에서 내피세포에 인접한 세포(예, 혈관주위 세포, 평활근 세포)이다.
혈관형성은 VEGF 및 그의 이소폼(예 121 및 165), 안지오게닌 1, 매트릭스 부착 인자 L1 및 에프린 B2와 같은 성장 인자에 의해 촉진된다. 매트리세포 단백질 테나신, 오스테오넥틴, TSP-1 및 -2는 주로 내피 행동을 조절한다. TSP와 오스테오넥틴은 항-혈관형성적이다. 매트리세포 단백질은 프로-혈관형성(예, VEGF) 및 항-혈관형성(예, 안지오스타틴, PEDF) 사이의 균형을 조절한다. Tie 수용체는 혈관형성, 혈관생성 및 조혈에서 역할이 있는 내피 및 조혈 전구세포 상에 발현된다. Tie-1은 내피세포 분화 및 그의 내피 완전성의 유지에 관련되어 있다. Tie-2는 리간드로서 안지오포이에틴-1 및 -2가 있고 혈관형성에 관련되어 있다.
상해 후에, 성처 층에서 과립화 조직의 형성 중 혈관형성이 일어난다. 조직에서 높은 혈관화는 조직 완전성과 재형성을 위한 필요 세포형의 이동, 이를테면 각질세포와 섬유모세포에 의해 상처 치유를 하는 것을 촉진한다. 성장 인자 수용체 티로신 키나제는 혈관형성과 혈관생성에서 중심 역할을 한다.
노인들은 조직의 모세관 밀도가 적고 새 혈관을 만들고 조직을 보수하는데 더 오래 걸린다. 이것은 혈관형성 성장 인자와 ECM의 농도 감소를 수반하고, 더 많은 TSP-2 활성을 수반한다.
혈관형성 성장 인자는 이용될 수 있으며 VEGF, PDGF, FGF2, TGF-β, 및 스테로이드 호르몬(VEGF와 같은 혈관형성 성장 인자의 합성과 가능을 향상시킴)을 포함한다. TNFα는 내피세포에서 PDGF 시그널화 및 혈관형성 향상을 유도한다. 사이토카인의 전달을 증가하는 염증 세포의 유입 또는 기능의 부재는 혈관형성을 억제한다. 따라서 사이토카인 생성 세포 또는 사이토카인 생성 세포의 내재를 화학유인하거나 활성화하는 단백질이 혈관형성을 보조하는데 이용될 수 있다.
화학유인 물질
특이 세포형의 이식 부위로 이동은 결함 처치에 유용할 수 있다. 특이 세포형의 이동은 ECM 단백질과 생존 인자의 생성을 도출하고, 본 발명에서 설명된 다른 바람직한 기능 중에서, 응고된 혈액을 제걸하는데 생산적일 수 있다. 따라서 세포 또는 단백질, 호르몬, 사이토카인, 케모카인, 면역원 단백질, 혈청 단백질, ECM 단백질 및 특이 세포형을 유인하는 다른 단백질과 분자와 같은 거대분자의 첨가가 바람직하다. 이것은 이식 부위로 이동하도록 다른 세포형에 신호를 주는 이식 부위에 첨가되는 첨가 세포 또는 단백질에 의해 분비된 단백질을 포함한다. 예를 들어, 피부에서 연결 조직으로 성장 인자를 첨가하면 그 자리에 섬유모세포가 이식 부위로 이동하도록 유인할 수 있다. 혈관확장, 혈관형성, 염증, 응고, 보체 반응 및 면역 반응을 국소로 증가하는 단백질 중 일부는 화학유인 물질 또는 세포 이동원으로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 상해 후 혈관형성 증가는 상처층으로 각질세포 및 섬유모세포 이동을 촉진할 수 있다. 상술된 이들 공정에 영향이 있는 단백질, 분자 및 세포형을 문헌 전반에 걸쳐 별도 섹션에서 설명한다. 또한, 혈류를 증가하나 여기서 기재되어 있지 않은 다른 단백질, 분자, 및 세포형은 본 분야의 통상 기술자가 인정하는 한 포함된다.
연결 조직 성장 인자 및 트롬빈은 섬유모세포를 위한 화학 유인 물질의 일예이다.
수송 단백질
미네랄, 지방산, 성장 인자, 사이토카인, 호르몬 및 많은 다른 분자에 대해 담체로서 때로 요구되는 단백질은 본 발명에서 수송 단백질로서 지칭한다. 수송 단백질은 예를 들어 지질, 미네랄 및 글로불린과 철을 결합하는 트란스페린을 위한 담체(독성을 적게 하지만 생물이용성이 있게 함)로서 알부민을 포함한다. 혈청은 다양한 수송 단백질을 함유한다. 이들 수송 단백질 중 대부분은 다작용성이며 또한 생리적 및 조절 경로 역할이 있다.
알부민은 혈청의 주요 단백질이며, 삼투압을 조절하고, 음이온을 결합하며 또한 혈액이 혈관 밖으로 누출하지 않도록 돕는다. 알부민은 조직 성장과 치유에 중요하다. 많은 다른 혈청 단백질처럼, 알부민은 간에서 제조된다. 이것은 연구시 면역원으로서 이용된다. 지방산, 빌리루빈, 호르몬, 성장 인자, 비타민 및 다른 큰 음이온, 선택된 호르몬(예, 코르티솔, 티록신), 및 많은 약물용 수송 단백질로서 작용한다. 알부민 결합 빌리루빈은 산화적 손상에 대해 세포보호성이 있다. 혈청 글로불린과 알부민은 호르몬과 다른 물질을 운반한다. 프레-알부민(트란스티레틴)은 혈청 담체 단백질이다.
일부 글로불린 단백질은 또한 간에 의해 제조되지만 나머지는 면역 시스템에 의해 형성된다. 일부 글로불린은 금속, 이를테면 혈액에서 철 또는 구리를 수송하고, 감염과 싸우는데 돕는 수송 단백질이다. 글로불린 단백질의 일부는 급성 반응 단백질(ARP), α-1 항트립십, 합토글로빈, 세룰로플라즈민, CRP, C3, α-1 산 당단백질, CRP-베타-감마, 합토글로빈-알파2, AFP, 스테로이드 결합 단백질(이를테면 코르티솔 결합 단백질은 세포 성장과 증식을 위해 스테로이드를 전달함), TBG, 면역글로불린 IgG, IgM, IgD, IgG, IgA, 알파-2- 마크로글로불린, 베타 지질단백, 및 보체의 요소들이다.
글로불린은 알파, 베타 및 감마형으로 분리된다. 알파-1 글로불린은 α-1 항트립신, 티록신 결합 글로불린(T3, T4, 레티놀, RT3U)을 포함한다. 알파-2 글로불린은 합토글로빈, 세룰로플라즈민, HDL 및 α2-마크로글로불린을 포함한다. 베타 글로불린은 트란스페린, 플라즈미노겐 및 베타-지질단백(LDL)을 포함한다. 감마 글로불린은 면역글로불린 M, G, 및 A를 함유한다. 글로불린은 면역글로불린에 대한 진부한 용어이다. 중성 pH에서 전기영동 중에 애노드 쪽으로 따라서 혈청 글로불린 중 가장 양이온성으로 γ 글로불린은 운동성이 가장 느리며, β 글로불린은 다음으로 가장 느리고, 이어서 α-2 및 α-1 글로불린이다. 처음에 글로불린은 이들의 용해도를 특징으로 하였다(예, β 유글로불린, 염 용해성이 있고 전기영동 글로불린의 일부인 수불용성 글로불린). 면역글로불린 클래스는 IgM, IgG, IgA, IgD 및 IgE이다.
호르몬 결합 및 성장 인자 결합 단백질은 혈액 및 세포외 유체에서 호르몬 및 성장 인자를 이들의 표적 세포 수용체로 수송하는데 필요하다. 이러한 수송은 세포 생존, ECM 합성 증가, 아포프토시스 또는 항-아포프토시스, 세포 증식, 세포 부착 촉진, 등을 초래한다. 이들 결합 단백질 대부분은 또한 다작용성 생리적 및 조절 경로 단백질이다. 소수 호르몬은 혈액에 용해되어 순환하지만, 대부분은 가용성 혈장 단백질에 결합된 혈액에서 운반된다. 호르몬 및 성장 인자 결합 단백질(HBP)은 혈액과 같은 세포외 유체로 존재한다. 이러한 수송 단백질의 일예는 다음과 같다: 안드로겐 결합 단백질(ABP)은 테스토스테론을 수송한다. 곤나달 스테로이드 결합 글로불린(GBG)은 테스토스테론과 디히드로테스테론을 수송한다. 또한 혈청 결합 단백질로서 알려진, 인간 성장 호르몬 결합 단백질(GHBP, 237 aa 단백질)은 인간 성장 호르몬을 수송한다. 인슐린류 성장 인자는 인슐린류 성장 인자-결합 단백질(IGFBP 1-10)에 의해 수송된다. 트란스티리에틴(T4 결합 단백질, 갑상선-결합 프레-알부민)은 갑상선(티록신) 호르몬 비타민 A, 레티놀을 위한 결합 단백질이고, 독성 β-아밀로이드를 격리하고 지혈에 관련되어 있다. 티록신-결합 글로불린 및 알부민은 또한 이들 물질을 수송한다. 티록시-결합 글로불린은 혈청에서 티록신과 트리요오도트리오닌을 위한 일차 담체이다. 레티노이드 결합 단백질(RBP)은 비타민 A와 같은 레티노이드를 결합한다. 간세포에 의해 58 kda 당단백질로서 제조된, LBP(지질다당류-결합 단백질)는 BP(살균성/침투성 증가 단백질)를 포함하는 지질-결합 단백질과의 멤버이다. LBP는 급성기 반응 중 혈청에서 증가되며, LPS 해독을 증가하는 HDL로 LPS를 촉매적으로전이하고, 가용성 CD14와 함께 인지질 수송에서 작용하며, LPS 유도된 면역 반응을 촉진하고 IL-8 분리를 유발한다. 리포칼린은 친지성 분자의 세포외 담체이며 세포 표면 수용체 및 프로테아제와 상호작용한다. 코르티솔 결합 단백질은 세포 성장과 증식을 위해 스테로이드를 전달하며, 코르티코트로핀-방출 호르몬-결합 단백질(CRHBP), 알부민, 스테로이드를 위한 혈장 결합 단백질(스테로이드 결합 글로불린) 및 코르티코스테로이드 결합 단백질은 이들 스테로이드를 수송하고 이들의 작용에 보조하며, 성 호르몬-결합 글로불린(SHBG), 비타민 D-결합 단백질(VDBP), TGF-β 결합 단백질, BMP 결합 단백질, PLTP(인지질 에스테르 전이 단백질 및 CETP(콜레스테롤 에스테르 전이 단백질)), 만노스 결합 단백질, 보체 결합 단백질, FGF를 위한 성장 인자 결합 단백질, HB-FGF, 잠재 TGFβ 결합 단백질(LTBP), NGF 및 헤파린 결합 단백질이 존재하며 본 발명에서 열거한 특정 호르몬, 성장 인자, 사이토카인, 영양물질, 미량 원소 및 본 발명에서 열거한 나머지들에 특이한 많은 다른 글로불린과 단백질 몇몇은 혈청에 존재한다. 담체 단백질의 일부는 이들의 기질에 매우 특이하지만 나머지, 이를테면 알부민은 광범위한 특이성을 나타내며 기질에 대한 결합 친화성을 낮춘다. 알부민 및 다른 혈청 단백질은 호르몬과 다른 인자의 활성 형태를 전달할 수 있다. 예를 들어, NGF(신경 성장 인자)는 혈청에서 담체 단백질에 결합한다.
호르몬 결합 단백질(HBP)은 운반 호르몬 단백질 이상의 역할을 할 수 있으며, 핵을 포함하는, 수용체 수준으로뿐만 아니라 세포내 수준으로 작용하는 다작용성 조절 단백질로서 존재할 수 있다. 이들은 세포 증식, 분화, 생존, 아포토시스, 이동, 전파, 세포 크기 등에 영향을 미친다. 예를 들어 VDBP는 숙주 방어를 개선하며, SHBG는 성 스테로이드 신호 전달에서의 중간체이다. 일부 인자는 이송 및 작용에 한 유형 초과의 결합 단백질을 사용한다. 예를 들어, DHEA는 에스트로겐 및 안드로겐 스테로이드에 대한 전구체이다. 순환하는 DHEA는 코르티코이드 스테로이드 결합 글로불린(CBG), 알부민 및 SHBG에 의해 결합된다. 생물학적으로 이용할 수 있는 형태의 테스토스테론은 유리 스테로이드 및 알부민 결합형을 포함한다. IGFBP는 리간드 IGF와 독립적인, 별개의 성장 인자 작용을 갖는다. HBP(헤파린 결합 단백질)은 세린 프로테아제와 구조적으로 유사하나 프로테아제 활성은 없고, 내피 세포에서 세포간 간격을 야기하고 백혈구 혈관 이입을 허용함에 있어서 파라크린(paracrine)으로서 중요하다. 리포칼린은 작은 소수성 분자에 밀접한 특이성을 갖는 세포외 리간드-결합 단백질의 부류이다. 이들은 영양분 이송 및 프로테아제 상호 작용에서 기능한다. 예는 혈장 레티놀-결합 단백질 전구체(PRBP), 빌린-결합 단백질 전구체(BBP), β-락토글로불린 전구체 및, 세린형 엔도펩티다제 억제제 활성을 갖는 프로테이나아제 억제제 12(예를 들면, 췌장 트립신 억제제, 조직 인자 경로 억제제)이다.
영양분은 ECM, 혈청 및 유동 결합 단백질에 의해 세포로 또는 세포 내부로 운반된다. 이 결과로, 에너지 대사 작용, 세포 생존, 성장 및 증식 등이 증진된다. 콜레스테롤 및 지방산은 알부민 및 특정 지방단백질에 의해 운반된다. 트랜스페린 및 페리틴 철을 운반한다. 아포트랜스페린은 헴(hem)의 형태가 아니며, 홀로트랜스페린(holotransferrin)은 헴의 형태이다. 세루플라즈민(Ceruplasmin)은 구리를 이송한다. 글루코스 이송 단백질은 당을 세포에 공급한다. 지방단백질(HDL, LDL, VLDL, apoA1, 아포지방단백질 A-II, 아포지방단백질 B)은 콜레스테롤 및 지방산을 이송한다. 지방산 결합 단백질(FABP)은 지방산을 이송한다. 트란스코발라민은 비타민 B 12의 주요한 이송 단백질이다. 다수의 기타 영양분 이송 단백질들이 있다. 이송 단백질(예를 들면, 알부민)은, 약물, 단백질 및 다른 분자의 반감기를 연장할 수 있다.
또한, 혈청 단백질 및 이송 단백질은 세포 이식 및 세포 배양에서, 다른 작용들 중에서도 세포 생존, 증식, 분화를 위한 즉석 영양원의 역할을 할 수 있다.
성장 인자 및 사이토카인
다양한 유형의 성장 인자가 ECM 및 혈청에 존재한다. 성장 인자는 특정 세포형 및 조직에 의해 생성된다. 성장 인자는 이들이 목표로 하는 세포에 대해 종종 유사분열 촉진성이다. 또한, 성장 인자는 다른 작용 중에서도 분화, ECM 합성 또는 분해, 프로테아제 및 프로테아제 억제제 생성, 화학유인, 대사 작용에 연관되어 있다. 다수의 성장 인자는 협력하여 또는 단독으로 생물학적 기능에 작용할 수 있다. 다수의 성장 인자는, 예컨대 TGF-α, TGF-β, PDGF, FGF, EGF 및 IGF로 존재한다.
예는 하기에서, 혈청 단백질에 관한 부분 및 본원에 걸쳐 열거되어 있다. 성장 인자는 세포와 함께 결함 부위에서 조직에 첨가될 수 있다. 성장 인자에 결합하는 세포외기질 분자, 예를 들면, 헤파란 설페이트 프로테오글리칸은 인자를 위한 저장체의 역할을 하도록 유리하게 첨가될 수 있다. 성장 인자 및 사이토카인은 ECM 및 혈청에 존재한다. 인자 중 일부는 내피 성장 인자, EGF, HGF, 뉴레굴린(neuregulin), PDGF, IGF-1, IGF-1I, FGFs, 인터로이킨, 인터페론, TGF, NGF, 뉴로로이킨(neuroleukin), GRP, CSF-1, G-CSF, TNF, EGF, VEGF 및 기타 등등이다.
결함을 치료하기 위해, ECM, 성장 인자, 사이토카인, 케모카인, 호르몬, 혈청 단백질 및 기타 단백질은, 단독으로 사용될 경우 0% 초과 내지 100% 이하의 농도로 변화할 수 있고, 세포 조성의 부분의 경우에는 0% 초과 내지 100% 미만의 농도로 변화할 수 있다.
세포 성장 및 증식 - 성장 인자, 사이토카인, 케모카인 , 호르몬
성장 인자, 사이토카인, 케모카인 및 호르몬은 세포 증식 및 성장을 증진시키는 것으로 가장 잘 알려진 단백질 또는 내분비물이나, 특히 분화, 아포토시스, 세포 생존, 세포 유착, 세포 전파, 세포 이동, 단백질 분해, 혈관신생, 조직 형태 형성, 생체항상성 및 재생, 상처 치유, ECM 생성, 암 과정에서의 역할도 한다. 이들 인자 작용은 세포형 특이적 방식이다. 세포 수는 세포 증식, 아포토시스, 단백질 분해, 생존 및 다른 과정에 의해서만 결정되는 것은 아니나, 세포 수는 특히 증식, 아포토시스, 단백질 분해, 생존을 억제하는 억제 인자에 의해 역시 조절된다. 상기 열거한 작용들 외에도 이 세포형 특이적 인자들을 갖는 세포의 전이 또는 세포 배양은 시딩 및 대사 작용을 촉진함으로써, 세포 생존을 보장하고, 치료를 최적화할 수 있다.
일반적으로 호르몬은 소수의 생물학적 작용으로 중복성이 낮으며(낮은 다면 발현), 반면 사이토카인 및 성장 인자는 다중 작용을 갖는 상이한 단백질에 의해 포괄되는 높은 중복성(높은 다면 발현)을 종종 보인다. 성장 인자, 사이토카인, 케모카인 및 호르몬은, 상이하게(내분비물, 외분비물, 파라크린, 오토크린) 또는 상이한 단백질 유형 또는 크기 부류로 만들어졌을지라도, 세포에의 이들의 작용에 관한 동일한 맥락으로 종종 사용된다. 따라서 EPO는, 예를 들어, 내분비물(따라서 호르몬)이나 성장 인자 또는 사이토카인으로도 분류된다. 일부 사이토카인도 역시 케모카인 또는 성장 인자로 열거된다. 따라서 본 발명의 목적으로, 분류는 교체될 수 있다.
성장 인자, 사이토카인 및 폴리펩티드 호르몬은, 구조 유사점 및 작용 기작을 비롯한 다수의 유사점을 공유한다. 높은 친화성의 특이적 수용체에 결합함으로써 극소량으로 다른 세포에 영향을 주는, 한 세포로부터 방출된 모든 표시 단백질(represent protein)은 일반적으로 세포면에 있다. 신호 전달 경로를 순서대로 개시하는 특정 세포면 수용체 및 일부 수용체와 리간드에 결합하는 단백질들은 독특한 구조적 유사성을 공유한다. 또한 다수는, 활성화된 세포면 수용체가 자신의 메세지를 세포 핵에 전달하는 세포내 신호 전달 성분을 공유한다. 일부 리간드-수용체 복합체는 또한 핵으로 직접 이동하며, 전사 인자에 작용한다. 성장 인자, 호르몬 및 사이토카인의 다수의 활성은 ECM, 이송 단백질 및 혈청 단백질과의 상호 작용으로 결정된다. 활성은, 신호 전달 경로의 일부인 세포 막통과 수용체에 결합함으로써 발현된다. 예를 들어, 막통과 수용체는 막 결합 포스폴리파제 C(PLC)에 연결된 G 단백질일 수 있다. 수용체 활성화는 PIP2(포스파티딜리노시톨 4,5 비스포스페이트)를 분할하여 디아시글리세롤(DAG) 및 D-미요-이노시톨-1,4,5-트리포스페이트(IP3)를 형성한다. IP3는 내부 원형질 망상 조직에 결합하여 칼모둘린을 차례로 활성화하는 칼슘 저장물을 방출한다. DAG, 칼슘/칼모둘린 및 활성화된 PKC(단백질 키나제 C)는, 전사 인자를 직접 활성화하는 칼모둘린 키나제 II의 기동을 비롯한 유전자 전사 및 세포 작용의 다수의 양상을 조절하는 단백질 키나제 연쇄반응을 일으킨다. 대부분의 폴리펩티드 호르몬 및 일부 성장 인자와 사이토카인은, 효소 아데닐레이트 시클라제(AC)와 연관된 다른 G-단백질에 열결된 수용체에 결합한다. 효소는, 단백질 키나제 A(PKA)를 활성화하고 단백질 키나제 연쇄반응을 일으키는 cAMP를 생성한다. 다른 성장 인자 및 사이토카인은, 특이적 세포 작용을 특수화하는 유전자 발현을 궁극적으로 조절하는 단백질 키나제 연쇄반응을 일으키는 단백질 티로신 키나제(PTK)(예를 들면, JAK 키나제)를 활성화한다.
세포 배양에 사용되는 일부 호르몬 및 성장 인자 보충물은 알도스테론, 덱사메서손, 하이드로코티존, 테스토스테론, 디히드로테스토스테론, β 에스트라디올, 티록신, 트리요오도-L-티로닌, 티로트로핀-방출 호르몬, 황체 형성 호르몬 방출 호르몬, 프로게스테론, 인슐린, 글루카곤, 프로스타글란딘 D2, E1, E2, F2, 리놀레산, 소마토스타틴, 성장 호르몬, 트롬빈 및 트랜스페린을 포함한다.
다수의 성장 인자는 일족(family) 또는 상일족(superfamily), 예컨대 TNF, EGF, FGF, IGF, VEGF, PDGF, Hedgehog, TGF-β 상일족, 프로테오글리칸 및 조절제, Wnt-관련 단백질의 일원이거나, 다른 성장 인자, 예컨대 SCF, Flt-3 및 M-CSF이다. 개개 일원 및 일부 작용은 하기에 열거한다.
EGF (상피 성장 인자) 일족 일원은 ErbB1-4 수용체 티로신 키나제를 사용하여, 다른 작용 중에서도 세포 증식, 분화, 운동성, 아포토시스, 발달, 상처 치유를 조절한다. EGF 리간드 일원은 미토겐일 수 있다. 모든 일원은, 단백질이 막통과 전구체로서 합성되어 인접 세포를 자극하는 역할을 하는 곳인 이들의 세포외 도메인에 1 이상의 EGF 구조 단위를 가진다. 전구체는 종종 가용성의 성숙한 단백질로 분화된다.
EGF 일원 중 일부가 이어진다. EGF(6 kDa)은, 다른 세포형들 중에서도 혈소판 및 케라티노사이트에 의해 만들어지며, 소변, 혈청 및 악하선에 존재한다. EGF는 세포외 도메인에서 EGF 구조 단위를 함유하는 막 결합 전구체이다. 성숙한 서열은 가용성이다. EGF는, 섬유아세포, 상피 세포, 신경교 세포 및 내피 세포의 세포형을 포함하는 모든 세 배엽을 목표로 한다. 이것은 중간엽 세포, 예컨대 섬유아세포, 연골 세포, 전립선, 혈관, 상피, 내피 및 상피(케라티노사이트) 세포의 세포 증식 및 분화를 촉진한다. EGF는 상피 발달, 혈관신생을 유발하고, 위산 분비를 억제하며, 상처 치유를 촉진한다. EGF는 ECM 메탈로프로테이나아제(예를 들면, 콜라게나제, 스트로멜리신)를 자극한다. EGF는 IGF-1 및 TGF-β와 상승 작용적이다. 헤파린 결합 EGF(HB-EGF)는 섬유아세포, 케라티노사이트 및 평활근 세포 미토겐이고, 섬유아세포에 의해 FGF-2의 오토크린 방출을 유발하며, 단핵 세포, 대식 세포, 혈관 내피 세포 및 대동맥 평활근 세포를 포함하는 다수의 세포형에 의해 만들어진다. HB-EGF는 가용성 단백질로 분할되는, 세포외 도메인에서의 EGF 모티프(motif)를 갖는 막통과 단백질이다. 이것은 EGF, TGFα 및 AR(암피레귤린)처럼 EGF 수용체에 결합한다.
또한, 미토겐의 EGF 일족은 TGFα, AR 및 다른 피질, SDGF(래트 슈와노마 유도 성장 인자), VGF(우두 성장 인자), HER2/erbB2/neu 수용체에 대한 리간드, 에피겐 및 베타셀룰린(betacellulin)을 포함한다. TGF-α는 세포-세포 유착에 관여되며, 이의 발현은 만연된다. NRG는, 선택적 스플라이싱(alternative splicing)을 통해 단일 헤레굴린 유전자로부터 만들어진 다중 분비된 또는 막-결합된 아형(isoform)으로 이루어진 헤레굴린(뉴레굴린) 일족의 일원이다. 모든 일원은 티로신 키나제 수용체의 erbB 일족을 활성화하는 EGF형 도메인을 공유한다. NRG1은 신경계에서 발현되며 막통과 도메인 또는 세포질 꼬리를 갖지 않는다. 헤레굴린은 상피, 종양 및 슈반 세포에 대해 유사분열 촉진성이다. 뉴레굴린은, 선택적 스플라이싱을 통해 14개 이상의 가용성 또는 막통과 단백질을 코딩하는 당단백질 NRG-1 내지 NRG-4이다. 세포외 도메인은, ErbB3 또는 ErbB4 수용체 티로신 키나제에 결합하기 위한 EGF형 도메인을 함유한다. 막통과 아형은 단백질 분해적으로 분할되면서, 가용성 성장 인자를 방출할 수 있다. NRG 아형에는 세 가지 유형이 있다: 1형(헤레굴린) 및 II형(신경교 성장 인자)은 Ig 유사 도메인 N-말단 내지 EGF 도메인을 가지며, III형(감각 및 운동 뉴런 유도 인자)은 대신 시스테인 농후 도메인을 갖는다. NRG는 신경능 줄기 세포 유래의 슈반 세포의 분화 및 발달을 촉진하며, 핍지교종 계통(oligodendroglial lineage)을 정착시키는 데 조력한다. NRG-1은 세포의 증식을 자극한다. 뉴레굴린(NRG)은 뉴레굴린-3, NRG1 아형 GGF2 및 SMDF, NRG1-α 및 β1을 포함한다. EGF 일족의 일원인 다른 피질은 에피레귤린을 포함한다. 에피겐 상피 세포에 작용한다. 암피레귤린은 막통과 전구체로서 만들어지며, 가용성 형태는 프로테아제 분할에 의해 방출되어 진다. 이것은 결장, 레아스트(reast), 난소, 신장, 위암 세포 등의 상피 세포에서 발현된다. 이것은 케라티노사이트, 상피 세포 및 섬유아세포의 증식을 자극한다. EGF 일족의 일원인 베타셀룰린(BTC)은 막통과 전구체로서 만들어지며, 세포외 도메인에 1 이상의 EGF 모티프를 갖는다. 가용성 형태는 단백질 분해성 분할에 의해 생성된다. BTC는 헤파린 결합 단백질이다. 베타셀룰린은 대부분의 조직에서 발현된다. BTC는 EGF 수용체에 결합하며, 섬유아세포, 상피 및 혈관 평활근 세포에 대해 유사분열 촉진성이다. EGF는 IGF-1 및 TGFβ와 상승 작용화할 수 있다.
EGF 수용체(예를 들면, 칼모둘린)에 결합하는 것은, 다수의 시스템에서의 세포 증식의 공통적인 특징인 Ras/Raf/MEK/ERK 경로의 억제 조절을 통해 섬유아세포 세포 증식을 증대시킬 수 있다. 따라서, 이 경로를 변경하는 인자는 세포 증식을 조절할 수 있다. 이 경로의 지속된 활성화는 섬유아세포 및 다른 세포형의 노쇠 또는 아포토시스를 유발할 수 있다.
23개의 일부 FGF(섬유아세포 성장 인자) 일족 일원은 FGF R1-R5 수용체를 사용하며, 세포 성장, 이동, 증식, 생존, 형상, 운동성, 대사 조절, 조직 회복, 상처 치유, 아포토시스, 혈관신생, 배아 발달, 패턴 형성 및 신경 영양적 영향, 예컨대 수초 형성(myelation), 회돌기세포 발달 및 신경 재생에서 기능하는 중배엽, 내피 세포 및 신경외배엽 기원 세포에서 작용한다. 수용체는 1형 막통과 티로신 키나제의 일족이다. 다른 성장 인자와는 달리, FGF는 헤파린 또는 헤파린 설페이트 프로테오글리칸(HSPG)과 협력하여 작용함으로써 FGF 수용체를 활성화한다. 일원들은 FGF 결합 단백질, 예컨대 FGFBP(FGF 결합 단백질), 가역적 방식으로 FGF 산성 및 염기성 비공유 결합으로 결합하는 저친화성 헤파린 결합 단백질에 의해 조절된다. FGFBP는, 수용체 결합 및 생물학적 작용에 필요한 것으로 알려진 구조를 형성하는 5개의 세포내 이황화물 가교를 형성하는 10개의 보존된 시스테인 잔기를 공유한다. FGF는 섬유아세포, 내피 세포, 대식 세포, 성상 세포, 회돌기세포, 신경모세포, 케라티노사이트, 골아세포, 장내 원주형 상피 세포, 뇌하수체 호염기성 세포 및 호산성 세포, 평활근 세포 및 멜라노사이트를 포함하는, 모든 중배엽 세포 및, 신경외배엽성, 외배엽 및 내배엽 및 배아 기원의 다양한 세포에서 발현된다. FGF는 유사분열 촉진성 펩티드이다. FGF 산성은 FGF1(∼16 kDa)이고, FGF 염기성은 FGF2(∼18 kDa)이다. FGF 1 및 2는 섬유아세포, 평활근 세포, 혈관 내피 세포 및 신경교 세포를 포함하는 중배엽 및 외배엽 유도 세포의 범위에 작용한다. FGF2는 섬유아세포, 내피, 상피(망막 색소 상피 세포), 기질 세포(예를 들면, 골수) 미토겐이다. FGF 2는 다수의 상이한 세포형, 예컨대 상피, 내피, 섬유아세포, 평활근, 망막 색소 상피 및 신경원 세포의 아포토시스를 억제한다. FGF2는 조혈모 세포 발달 및 유착성 기질 세포층 형성을 촉진한다. FGF2는 다수의 다른 유전자의 전사 및 활성을 조절함으로써, 거의 모든 기관계의 세포 증식, 분화 및 생존에 관여한다. FGF2는 내피 세포에 대해 주화성이며, 뉴런 분화, 생존 및 재생을 유발한다. FGF2는 혈관신생, 상처 치유, 조직 회복, 배아 발달, 분화 및 신경원 작용에서의 역할을 한다. 또한, FGF1은 β-ECGF 또는 β-내피 세포 성장 인자로도 알려져 있다. 뇌조직에서 형성되는 성상 아교 성장 인자(AGF-1, AGF-2)는 FGF-1의 일원이며, 성상 아교 세포에 대해 유사분열 촉진성이다. FGF3 및 FGF4는 배아 발달에 관여하고, 섬유아세포 및 내피 세포에 대해 유사분열 촉진성이며, 모르포겐이고, 혈관신생을 촉진한다. FGF5 및 FGF6는 모르포겐이고, 섬유아세포 및 내피 세포에 대해 유사분열 촉진성이다. FGF5는 척추 운동 뉴런에 대한 생존 인자이다. FGF5는 뉴런과 연관된다. 이것은 골격근의 신경 영양적 인자이고, 세포 이동 동안 근아세포 분화에 관여하며, 혈관신생에서의 역할을 한다. FGF 일족의 일원은 섬유아세포 성장을 자극할 필요가 없다. 7개 이상의 FGF 폴리펩티드는 세포 증식, 분화 및 작용의 효력있는 조절제이다. FGF 7(케라티노사이트 성장 인자)은 기질 세포(예를 들면, 섬유아세포)에 의해 만들어지나, 상피 세포에 의해서는 아니며, 피부 케라티노사이트 및 상피(전립선, 폐포, 장내) 세포를 포함하는 상피 세포의 증식, 분화 및 세포 보호를 자극한다. FGF 9는 신경(신경교 세포, 회돌기세포 성상 세포 전구 세포) 세포 및 중간엽 세포(섬유아세포)에 대한 신경교 활성화 인자 및 스테로이드 조절된 미토겐과 생존 인자이며, 오토크린 및 파라크린 방식으로 작용한다. FGF 10은 상처 치유에 관여하며, 상피(요로상피 세포) 및 표피 세포에 대한 미코겐이나, 섬유아세포에 대한 것은 아니다. FGF 17은 섬유아세포의 동맥 및 골 발달과 증식에 관여한다. FGF 23는 골연화증을 예방한다. FGF8 b 및 c는 안드로겐에 의해 유도될 수 있는, FGF 8의 아형이며, 악성 종양 세포를 증식시킬 수 있다. 또한, FGF는 골전구 세포 증식, 골형성, 안구 발달 및 망막 세포 구제를 촉진한다.
IGF (인슐린형 성장 인자). IGF-1(소마토메딘 C 또는 A, ∼7 kDa) 및 IGF-2(증식 자극 활성 또는 MSA, ∼7 kDa)는 프로인슐린과 구조상 동형인 일족에 속한다. 이 인자들은 생체 내 및 시험관 내의 다양한 조직(예를 들면, 간, 폐) 및 세포형(예를 들면, 섬유아세포)에서 발현된다. IGF는 오토크린, 파라크린 및 내분비물 작용을 갖는다. IGF-1 수용체는 모든 세포형 및 조직에서 발현된다. IGF는 중간엽 기원의 세포를 목표로 하며, 대부분의 세포형에 결합한다. 세포 증식, 분화, 대사 작용, 상처 치유 및 아포토시스는 IGF 성장 인자의 작용 중 일부이다. IGF(예를 들면, IGF-1)는 성장 호르몬의 성장 촉진 활성을 매개하고, 특히 섬유아세포, 골아세포, 평활근 세포, 림프구, 연골 세포, 신경아교 세포, 전적아구에 대해 유사분열 촉진성이며, 간에서 만들어진다. IGF-2는 IGF-1과 유사한 다수의 활성을 가지며, 태아 발달을 자극한다. 미스티크(Mystique)는 콜라겐 및 파이브로넥틴에의 세포 유착을 통해 세포 유착 및 이동을 촉진하는 IGFI 조절된 PDZ-LIM 도메인 단백질이다.
IGF 결합 단백질(IGFBP)은 IGF 인자의 활성을 조절하며, 또한 고유한 대생물 활성을 갖는다. 이들은 다수의 조직, 체액 및 혈청에 존재한다. 글리코실화, IGFBP의 인산화 및 단백질 분해는 IGF에 대한 이들의 친화성을 변화시킨다. IGFBP 일족은 IGFBP1-6, IFBP-7, NOV/CCN3, 엔도칸(endocan), CTGF/CCN2 및 ALS를 함유한다. ALS(Acid Labile Subunit)은 간에 의해 만들어지며, 혈청에서 IGFBP-3 또는 IGFBP-5 및 복합체와 IGF1 또는 IGF2를 결합시킴으로써, 순환에서 IGF/IGFBP 복합체의 반감기를 증대시킨다. CTGF/CCN2는 결합성 조직 성장 인자이다. 엔도칸은 신장 혈관계 및 폐의 폐포벽에서 내피 세포에 의해 발현되는 더마탄 설페이트 프로테오글리칸이다. IL-1β, LPS, TNF-α는 엔도칸을 증가시키고, IFN-γ는 엔도칸 발현을 감소시킨다. 엔도칸은 ICAM-1에 대한 면역 세포 결합을 억제한다. IGFBP는 IGF 작용을 억제 또는 향상할 수 있다. IGFBP의 단백질 분해가 IGF 친화성을 감소시키는 결과로, 세포 수용체에 결합하기 위한 IGF가 방출된다. 칼리크레인, 카텝신 및 MMP 프로테아제는 IFGBP 2∼6을 상이한 특이성으로 분할한다. 일부 IFGBP는 그곳에 고유한 대생물 활성, 예컨대 혈관신생 및 섬유아세포 증식의 유도자인 IFGBP1O(cyr61, CNN1) 또는 골에서의 광물 및 ECM 침착을 변경하는 IGFBP5를 갖는다. IFGBP는 이들과 연관된 프로테아제, 예컨대 IFGBP-3 프로테아제를 갖는다. IGFBP-3는 혈청 중의 주요한 IGF 결합 단백질이며, 혈소판의 알파 입자 및 비실질조직 간 세포에 존재한다. IGFBP-3는 IGF-1과 IGF-2를 결합한다. 이는 FSH(여포 자극 호르몬)을 억제한다. PDGF, EGF, 바소프레신 및 봄베신은 IGFBP-3의 섬유아세포 합성을 자극하며, 피부 섬유아세포에서는 TGFβ에 의해 자극된다. IGFBP-1은 RGD 인테그린 수용체 인식 서열을 함유하고, 대부분의 조직, 특히 간, 신장, 혈청 및 혈액에서 발현된다. 코르티코스테로이드 및 인슐린은 IGFBP-1의 수준을 조절한다. IGFBP-2는 중추 신경계에서 가장 많이 발현되며, IGF-2에 우선적으로 결합한다. IGFBP-5는 특히 섬유아세포, 근아세포, 골아세포에 의해 만들어지고, 골 추출물에서 현저한 IGFBP이며, 수산화인회석에 대한 친화성이 강해서 골세포에 결합한다. ECM에 결합하는 것은 이를 단백질 분해로부터 보호하고, IGF 활성을 증진시키는 반면, 가용성 IGFBP-5는 비활성 단편으로 분할된다. IGFBP-6는 혈청 및 CSF에서 현저하게 발견되며, 섬유아세포, 난소 세포 및 전립선 세포에 존재한다.
PDGF (혈소판 유래 성장 인자, 31 kDa 이량체) 및 VEGF(혈관 내피 성장 인자) 일족 일원은 다수의 세포형에 대해 유사분열 촉진성이고, 맥관유래이며, 상처 치유, 종양 형성 및 배아 발달에서의 역할을 한다. 일원은 보존된 시스테인 잔기를 갖는 80∼90개의 아미노산 서열을 갖는다. PDGF는 결합성 조직에서 주로 작용한다. PDGF 일원은 PDGF-AA, AB, BB, 수용체 Rα와 Rβ, PIGF 및 PIGF-2이다. PDGF는 혈소판, 대식 세포, 단핵 세포, 거대핵세포, 섬유아세포, 평활근 세포, 케라티노사이트, 형질전환된 및 내피 세포에 의해 만들어진다. 이것은 중간엽 및 신경외배엽성 기원의 세포, 예컨대 섬유아세포, 연골 세포, 평활근 및 신경교 세포, 특정 내피 세포와 상피 세포, 호중구 및 단핵 세포에 대해 유사분열 촉진성(κB 결합 활성을 자극함) 및 주화성이다. PDGF는 섬유아세포 및 신경교에서 주요한 성장 인자이다. 이것은 ECM(예를 들면 콜라겐 합성의 자극, 콜라게나제 및 트롬보스폰딘 활성 및 분비), 뉴런 생존, 재생 및 분화의 변화에서 중요하다. PDGF는 호중구와 단핵 세포에 의한 호중구 식세포작용과 입자 방출 및 간질(Leydig) 세포에 의한 스테로이드 합성을 자극한다. PDGFRα 및 PDGFRβ는 수용체 티로신 키나제(RTK)의 부류 III 아족의 일원이다. 가용성 PDGFRα는 내피, 중피 및 회돌기세포 전구 세포 및 혈장에 존재한다. 두 수용체 모두는 성장 인자에 결합함으로써 PDGF에 길항성이다. PDGFRα는 모든 세 PDGF 아형을 결합하는 반면, PDGFRβ는 PDGF-BB 및 AB(AA는 아님)를 결합한다. 재조합 PDGF(베카플라민)는 치료상으로 사용될 수 있다. PDGF는 특정 생물학적 작용에 대해 EGF 및 IGF-1와 상승 작용화할 수 있다.
다른 일족 일원은 VEGF-A, B, C, D 및 뉴로필린(예를 들면, 1 및 2)이다. VEGF 수용체는 티로신 키나제이고, 내피 세포에 존재한다. VEGF는 내피 세포, 이들의 전구 및 단핵 세포 상의 미토겐으로 작용하면서, 혈관신생에서 중추적인 역할을 한다. Akt, Src, 병소 유착 키나제 및 칼시뉴린 경로는 세포 생존, 증식, 이동, 혈관 투과성, 세뇨관형성 및 유전자 발현의 다수의 VEGF 작용을 매개한다. VEGF-D는 폐, 근육, 심장 및 소장에서 발현되며, VEGF 수용체 2 및 3에 대한 리간드이다. 이것은 림프 및 내피 세포에서 발현된다. VEGF-D는 림프 내피 세포의 성장 및 분화의 조절에 관여한다. EG-VEGF(내분비선 유도된 혈관 내피 성장 인자)는 내피 세포 미토겐 및 주화성 인자이다. EG-VEGF는 매듭 구조를 함유하는 분비된 단백질의 프로키네티신 일족의 일원이다. VEGF 성장 인자는 아형, 예컨대 VEGF 121 및 165를 갖는다. PD-ECGF(인간 혈소판 유도된 내피 세포 성장 인자)는 일부 세포형에는 미코겐이고, 다른 것들에게는 성장 억제제이다. 이것은, 다른 세포형 중에서도 섬유아세포, 평활근 세포, 혈소판에 의해 만들어지며, 간, 폐, 비장, 림프절, 림프구 및 성상 세포에 존재한다. 이것은 주화성 및 맥관유래 활성을 갖는다. 이것은 내피 세포 미토겐이며, 신경원 생존 능력 및 신경교 세포 증식 억제(cytostasis)에 관여한다. P/GF(태반 성장 인자)는 VEGF 일족의 일원이다. 이것은 제대 정맥 내피 세포, 태반, 악성 종양 세포에서 발현되며, 혈관신생에 관여한다. 이것은 단핵 세포, 내피 세포 및 전구에 대해 유사분열 촉진성이다. 이것은 Flt-1에 결합한다. VEGF R1, R2, R3는 내피 세포로 제한되는 5개의 티로신 키나제 수용체(RTK) 중 하나이다. 다른 것들은 Flt-1, FIk-1, Flt-4, Tie-1 및 Tie-2이다. 모든 RTK는 혈관신생 및 혈관형성에서 중추적 역할을 한다. VEGF R1, R2, R3는 내피 세포 증식을 촉진한다. 가용성 VEGF R은 VEGF 작용에 길항작용하는 데 사용될 수 있다. TGF-β 상일족은 세포 증식, 이동, 분화, 형태 형성 및 다수의 다른 작용에 관련된다. 상일족은, 골 형태형성 단백질(BMP), 성장 분화 인자(GDF), 액티빈, 인히빈(inhibin), GDNF(신경교 세포 유도된 신경 영양적 인자) 리간드, TGF-β 일원, 및 다른 리간드, 예컨대 Lefty, Nodal 및 MIS(뮐러관 억제 물질; Mullerian Inhibiting Substance)/AMH의 아족으로 배열된 30개 아성의 단백질로 이루어진다. 일원은 단백질의 분비된 C-말단 세그먼트이고, 6∼7개의 시스테인 잔기를 보존시킴으로써, 수용체 특이성 및 생물학적 작용을 수여하는 매듭 구조를 형성한다. TGF는 EGF 일족의 일원이다. TGF는 대부분의 성체 및 배양중의 다수의 배아 조직과 다수의 세포형에서 만들어진다. TGF는 막통과 전구체로서 합성되며, 세포외 도메인에 하나 또는 여러 개의 EGF 모티프를 함유한다. 이 사이토카인의 가용성 형태는 막통과 단백질의 단백질 분해성 분할에 의해 방출된다. TGFβ 아족 일원은 TGFβ(∼25 kDa 이량체), β1, 1.2, 2, 3, 5, 잠복성 TGF-β1, β bp(결합 단백질) 1, 및 LAP(TGF-β1)을 포함한다. TGF-β 일반적으로, 중간엽 세포 및, 상피 또는 신경외배엽성 세포의 억제에 대해 자극성(예를 들면, 유사분열 촉진성)이다. TGFβ는 다수의 세포형에 의존하는 아포토시스의 억제제 또는 자극제이다. TGFα는 혈소판, 대식 세포, 케라티노사이트, 형질전환된 세포, 종양, 배아 조직, 뇌하수체, 뇌에 의해 만들어지며, 호중구를 활성화하고, 혈관신생, 골형성을 자극한다. TGFα는 섬유아세포, 케라티노사이트 및 골전구 세포를 포함하는 다수의 세포에 대해 유사분열 촉진성이다. TGFα는 세포-세포 유착, 인접 세포의 죽스트라크린(juxtracrine) 자극을 매개하고, 상피 발달을 유발하며, 혈관신생을 촉진하고, 케라티노사이트 이동을 자극한다. TGFα는 EGF 수용체에 결합하여 자신의 효과를 매개함으로써, EGF 활성에 대해 유사점을 보인다. 리간드 결합은 수용체 티로신 키나제를 활성화한다. TGFβ는 혈소판, 대식 세포, 림프구에 의해 만들어지며, 섬유아세포를 포함하는 다수의 세포형에 대해 유사분열 촉진성이다. TGFβ는 케라티노사이트 증식을 억제하고, 편평상피 분화를 유발한다. TGFβ는 섬유 조직 형성, 골 형성 및 혈관신생을 자극한다. TGF는 증식을 자극하고 다중 세포 반응을 촉진할 수 있다. 자신의 세린/트레오닌 키나제 수용체에 결합하는 TGF-β의 하류 신호 전달은, 유전자 발현 조절을 위한 핵으로의 전좌를 위해 Smad 2 또는 3 내지 Smad 4와의 복합체를 궁극적으로 활성화하는 Smad 일족 일원에 의해 수행된다. 다른 호르몬 또는 성장 인자, 예컨대 인슐린에 의한 Smad의 억제는 TGF-β 유발형 아포토시스를 억제한다. TGFβ1 및 β2는 혈소판과 골에서 농도가 가장 높으나, 농도가 낮은 다수의 세포형에 의해 생성된다. TGFβ3는 중간엽 기원의 세포에 주로 존재하고, TGFβ4는 연골 세포에 존재한다. TGFβ 1, 2, 3는 중간엽 유도 세포에 대해 유사분열 촉진성이고, 간세포, 케라티노사이트 및 다수의 상피, T 및 B 세포의 증식을 억제한다. TGFβ 생성은 IL-2, EGF, PDGF, TGFβ1, 에스트로겐 및 상처에 의해 자극된다. 생성은 안드로겐에 의해 억제된다. TGFβ는, 잠재성 연관 펩티드(LAP)와의 비공유 결합적 상호 작용에 의해 비활성 복합체에서 세포에 의해 분비된다. 이 복합체는 종종 추가의 단백질, 잠복성 TGFβ 결합 단백질(LTBP)에 결합되어, 큰 잠복성 TGFβ 복합체를 형성한다. 이 복합체들은 형성되어 TGFβ의 활성을 엄격하게 조절한다. LAP은 다른 TGFβ 형태와도 역시 화합할 수 있다. 따라서 LAP은 TGFβ 활성의 중화제이다. TGFβ2, TGFβ1.2 및 TGFβ5는 세포의 IL-4 의존성 증식을 억제한다. 수용체는 거의 모든 세포형에 존재하며, TGFβ의 효과는 세포형 및 성장 조건에 좌우된다. 세 크기의 수용체는 TGFβ에 대해 대부분 세포형에 의해 만들어진다. III형(250∼35O kDa)은 막 결합 및 가용성 형태 모두에 존재하는 프로테오글리칸이고, TGFβ1, β2 및 β3를 결합하나, 신호 전달에 관여하지는 않는다. 막 결합 II형 수용체는 TGFβ1, β3, β5 및 TGFβ2를 결합한다. 막 결합 I형 수용체는 TGFβ를 결합하기 위해 II형 수용체가 있어야 한다. 가용성 II형 수용체는 TGFβ 길항제일 수 있다. 가용성 III형 수용체는, 친화성이 가장 높은 TGFβ2 및 친화성이 낮은 다른 TGFβ 아형을 결합하며, 길항성 TGFβ2 활성을 보인다. 가용성 수용체는 특정 세포형에 의해 분비된다.
BMP는 일족 일원 2, 3, 3b, 4, 5, 6, 7 및 8을 포함한다. 20개 이상의 관련 BMP가 있다. BMP는 골 및 연골 형성, 조직 형태 형성 및 배발생에 관여하며, 여기서 BMP는 다수의 세포형, 예컨대 중간엽, 상피, 조혈모 및 신경원 세포의 성장, 분화, 주화성 및 아포토시스를 조절한다. BMP의 마이오스타틴 일원은, 근아세포 증식을 억제하고, 근육 세포 크기를 증대시킬 수 있다. GDF 일원은 GDF-1 내지 GDF-15를 포함하고, BMP 일족의 일원이다. GDF-5는 근육발생, 연골세포분화, 골 형태 형성 및 뉴런의 생존과 분화를 조절한다. GDF-6(BMP-13)은 근육발생, 연골세포분화, 골 형태 형성, 뉴런의 생존 및 분화에 관여한다.
뉴로필린(Npn)은 종종 반발 축색돌기 유도에 관여하는 세마포린 패밀리의 유형 II 분비 구성원을 결합하는 횡단막 유형 I 수용체이다. Npn은 내피 세포 및 종양 세포에 의해 만들어지고 VEGF165에 대한 수용체이다. 뉴튜린(NTN)은 뉴런의 생존과 발생을 촉진시킨다. 뉴튜린은 아르테민, 뉴튜린, 퍼세핀 및 GDNF를 구성원으로 포함하는 GDNF (신경교 세포주 유도 신경영양성 인자) 패밀리의 구성원이다. 아르테민은 도파민성 및 교감 뉴런을 비롯한 뉴런의 생존, 발생 및 성장을 촉진한다. GDNF는 뉴런의 발생 및 증식을 촉진한다. GDNF는 뉴런(운동뉴런, 중뇌 도파민성 뉴런, 퍼킨제 세포, 교감 뉴런)의 생존을 촉진하고 골격근 세포, 송과체세포, 뉴런, 슈반 세포, 성상세포 및 세르톨리 세포에 의해 발현된다. 액티빈 패밀리 구성원은 중배엽, 골 리모델링, 조혈 생성, 신경 세포 분화, 형태 형성을 유도하고 생식에 관여한다. 이것은 FSH 분비를 자극한다. 구성원들은 액티빈 A, B, C, AB, 및 인히빈 A 및 B이다.
TGFβ 상과 중 다른 구성원들은 왼쪽 A 및 B이다. 인히빈은 FSH 억제 단백질이다. TGFβ 상과 구성원들 중 단백질 조절제 및 억제제는 암니온레스, BAMBI/NMA, 코르딘, 코르딘형 1 및 2, CRIM1, 크립토, 크로스베인레스-2, 크립틱, 데코린, FLRG, 폴리스타틴, 폴리스타틴형 1, GASP-1 및 2, NCAM-1, 노긴, 스마드 1, 4, 5, 7, 8, SOST, 라텐트 TGFβ bp1, TMEFF1 및 2, 바소린 및 세르베루스/DAN 패밀리를 포함한다. 세르베루스/DNA 패밀리는 BMP 길항제로 이루어지고 분비된 당단백질 구성원인 카론테, DAN, 세르베루스, 그렘린/DRM, Cer1(세르베루스 관련), 단테 및 PRDC (DAN 및 세르베루스에 관련된 단백질)이다. 코르딘은 BMP 길항제인 분비된 당단백질이다. 크립틱은 중배엽 분화에 관여한다. 크립토와 함께 상기 단백질들은 신호 전달 단백질의 EGF-CFC 패밀리 중 일부이다. 데코린, 적게 분비되는 콘드로이틴/더마탄 설페이트 프로테오글리칸은 조립되어 ECM에 관여하고 EGF 수용체의 활성을 통해 종양 세포주 성장을 억제한다. 폴리스타틴 관련 유전자 단백질(FLRG)은 TGFβ에 의해 그리고 액티빈은 스마드 단백질에 의해 상향 조절된다. 폴리스타틴은 처음에는 여포 자극 호르몬 억제 물질이 되는 것을 보여주었다. 이것은 액티빈 결합 길항제이다. GASP(성장 및 분화 인자 조합 혈청 단백질)는 폴리스타틴, WAP, 쿠니츠 및 네트린 프로테아제 억제제 도메인으로 인한 프로테아제 억제제이다. 노긴은 피부, 골격근, 폐, 중추 신경계 및 기타 성인 말초 조직에서 발현되고 BMP 생물활성을 길항시키는 BMP 결합 단백질이다. SOST(스클레로스틴)은 용골세포에서 발현되고 골 발생에 관여한다.
TNF 상과는 TNFSF(종양 괴사 인자 상과)1-18 구성원으로 이루어져 있다. 일부는 TNFβ (TNSF1, 림포톡신), TNFα (TNFSF2, 카케틴), CD40 리간드 (TNFSF5), Fas 리간드 (TNFSF 6), CD27 리간드 (TNFSF 7), CD30 리간드 (TNFSF 8), TWEAK (TNFSF 12), APRIL (TNFSF13), BAFF/BLyS (TNFSF 13B), LIGHT (TNFSF 14), VEGI (TNFSF15) 및 GITR 리간드 (TNFSF 18)로 잘 공지되어 있다. TNFSF 중 다수는 세포사멸에 관여한다. TNFα 및 TNFβ와 같은 나머지는, 특정 세포 유형(예, 섬유아세포, 용골세포, PMN 세포)의 세포 증식을 자극할 수 있다. TNFα (카케틴)은 그 중에서 성상세포, 내피 세포, 평활근 세포, 전이 세포, LAK 세포, 단핵세포, 대식세포, 림프세포, 호중구 및 NK 세포에 의해 생성된다. TNFα는 생물학적 활성 막 또는 가용형에서 발생한다. TNFα 및 β는 염증성 반응, 세포독성 (즉, 혈관 내피 세포), 종양 성장, 숙주 방어, 면역 반응을 매개하고 세포사멸을 유도할 수 있다.
TNFα 생성은 TNF, IL-1, IL-2, GM-CSF, M-CSF에 의해 자극되고 IFNα, IFNβ, TGFβ, IL-4, IL-6, IL-10, IL-11, IL-13 및 GM-CSF에 의해 억제된다. TNF1sR (수용체), TNFRSF1A 또는 TNF R2는 TNF 수용체의 가용성 세포외 도메인을 포함하는 가용성 TNF 수용체이다. 혈청에서 가용성 TNF 수용체는 TNF의 활성을 중화할 수 있다. 예를 들어, TNFR-p60 유형 B 및 TNFR-p80 유형 A는 TNFα 및 TNFβ와 결합할 수 있다. 가용성 수용체는 또한 TNF의 저장소로도 작용할 수 있다. TNFR은 지방 세포, 섬유아세포 및 근세포와 같은 중간엽 유형, 면역 세포 및 기타를 비롯한 다수의 세포 유형에 의해 만들어 진다. TNFα는 가용성 TNFα 수용체, IL-6, IL-1 수용체 길항제, 및 C-반응성 단백질의 수준을 상승시킨다. 25 kDa 당단백질인 TNFβ는 활성된 T 및 B 세포에서 발현된다. TNFβ는 NFκB 활성, 세포사멸, 성장 정지(growth arrest), 종양 세포독성 및 케모카인 생성을 유도하는 수용체 TNFRSF3을 사용하고 세포 면역 기능 및 림프성 기관발생의 조절에 관여한다. CD30 (TNFRSF8)은 바이러스 감염된 T 및 B 세포, 활성된 정상 T 및 B 세포, 상피 세포, 단핵세포 및 과립세포 상에서 발현된다. CD30 리간드의 수용체 결합은 세포 증식, 활성, 분화 및 세포사멸을 매개한다. RANK (TNFRSF11A) 수용체는 부신, 소장, 흉선, 간, 결장, 골격근 및 수지상 세포에서 가장 높은 수준으로 존재하도록 광범위하게 발현된다. 이는 TRANCE 유도된 용골세포 분화를 억제한다. 이것은 말초 혈액 T 림프세포에서 IL-4 및 TNF-β에 의해 유도된다. TRANCE, RANK 리간드, OPGL 및 ODF (용골세포 분화 인자)는 RANK 수용체에 대한 리간드이다. RANK는 T 세포 성장, 수지상 세포 활성, 용골세포발생 및 림프절 기관발생을 초래한다. 오스테오프로테그린 수용체 (OPGR, TNFRSF11B)는 섬유아세포를 비롯한 다수의 세포에 의해 생성되고 용골세포 발생을 억제한다. OPG는 RANK 리간드와 결합하는 가용성 TNF 수용체이고 RANK 리간드의 효과에 균형을 이루게 하기 위한 유인 수용체이다. TRAIL (TNF 관련 세포사멸 유도 리간드 또는 TNFSF1O)은 유형 II 막횡단 단백질이고 다수의 세포 유형 및 조직에서 발현된다. TRAIL 수용체는 TRAIL 유도 세포사멸을 길항시키는 2개의 유인 수용체 (TRAIL R3, 4) 및 세포사멸 신호를 전달하는 2개의 수용체 (TRAIL R1, 2)로 이루어진다. OPG 리간드 (TRANCE, RANKL) 및 TRAIL 리간드는 OPGR과 상호작용하고 세포사멸, 면역계 및 용골세포발생에서 역할을 갖는다. 상기 리간드는 또한 TRAIL 수용체 1-4와 결합한다. HVEM (허피스바이러스 도입 매개체)는 TNF 수용체형 유형 I 막 단백질 및 TNF/NGF 수용체 상과의 막이다. Fas (CD95 또는 TNFRSF6)는 간, 심장, 폐, 신장, 흉선 등에서 발현된다. 막 및 가용형이 존재한다. Fas 리간드는 세포사멸에 의해 면역 반응을 조절하여 항상성 및 면역 특권을 유지하는 유형 II 막 단백질이다. 이것은 호중구에 대한 화학유인물질이고 전염증 상태이다. 막 전구체는 메탈로프로테아제에 의해 분해되어 막 결합 Fas의 잠재적 세포독성을 억제할 수 있는 가용성 Fas 리간드를 발생시킨다. HVEM은 세포사멸을 억제할 수 있다. LIGHT는 림포톡신과 상동성이 있고, 유도가능한 발현을 제시하며 HVEM에 대해 HSV 당단백질 D와 경쟁한다. LIGHT는 유형 II 막 단백질이다. LIGHT는 T 세포에 의해 생성되고, LTβR (림포톡신 베타 수용체) 및 유인 수용체 (TR6)와 결합하며, IFNγ에 의해 향상되는 종양 세포에서 세포사멸을 유도할 수 있다. TNFSF8 (CD30L)은 면역 세포 및 기타 세포 유형에서 이의 CD30 또는 TNFRSF8 유형 I 막횡단 수용체를 통해 세포 증식, 활성, 분화 및 세포사멸을 유도하는 유형 II 막 단백질이다. GITR (글루코코르티코이드 유도 TNF 수용체, TNFRSF18)은 말초 혈액 T 세포, 흉선, 골수, 비장 및 림프절에서 발현되는 유형 I 막횡단 단백질이다. 이것은 T 세포 작용을 조절하고 TCR 세포사멸로부터 T 세포를 보호한다. GITR 리간드 (TNFSF18)는 내피 세포에서 발현된다. 일반적으로, TNF는 특이적 정상 세포를 유사분열시킬 수 있지만 전이 세포 및 특이적 세포 유형에서는 세포사멸을 개시한다.
TNF 수용체 (TNFR)는 조절 신호를 상기 세포에 전달한다. TNF 수용체는 시스테인 풍부 모티브를 포함하는 세포외 도메인을 갖는 모든 유형 I 막횡단 당단백질이다. 프로테아제 분해 또는 대체 접합에 의해 밝혀진 가용성 수용체가 제공되어 활성 TNF 리간드를 농축시킬 수 있다. 대부분의 수용체들은 세포 생존력을 조절한다. FasR 및 TNFR 유형 I은 세포사멸의 신호를 전달하기 위한 DD (세포질 데스 도메인)를 포함한다. 다른 수용체, 예컨대 TNFR 유형 II, 림포톡신-β 수용체 (LT-βR) 및 CD30은 DD 도메인 없이 세포사멸의 신호 전달을 한다. TNF 수용체를 위한 일부 복합 단백질은 TRADD, FADD, RIP, MADD, 및 RAIDD를 비롯한 DD 도메인을 갖는다. TNFR1 (TNFR-A, TNFR p55, TNFR p60, CD120a)은 TNFα, TNFβ 또는 LT-α와 결합하고, TRADD-FADD, TRAF-2, SODD, TANK, RAIDD, GCK 및 RIP와 조합되고, 가용형이 밝혀져 있고, 광범위하게 발현되며 세포사멸 및 염증에 작용한다. TNFR2 (TNFR-B, TNFR p75, TNFR p80, CD120b)는 TNFα, TNFβ, LT-α와 결합하고, TRAF-1 및 TRAF-2, TRIP와 복합체를 형성하고, 가용형이 밝혀져 있고, 조혈계를 비롯하여 광범위하게 발현되며, 세포사멸 및 염증에 작용한다. LT-βR (TNFrrp)는 LT-α 1/β2, LIGHT와 결합하고, TRAF-5와 복합체를 형성하고, 광범위하게 발현되며 세포사멸 및 림프절 발생에 관여한다. Fas 수용체 (Apo 1, CD95)는 Fas 리간드와 결합하고, DD를 포함하고, FADD, Daxx, FAF와 복합체를 형성하고, 대체 접합된 가용형을 갖고, 림프세포 및 다수의 조직에서 발현되며, 세포사멸 및 면역 특권에 작용한다. CD27 (Tp55)은 CD27 리간드와 결합하고, TRAF-2 및 TRAF-5와 복합체를 형성하고, 가용형이 밝혀져 있고, 휴면 중인 T 세포에서 발현하며 보조자극에 관여한다. CD30 (Ki-1)은 CD30 또는 CD153 리간드와 결합하고, TRAF-1, TRAF-2, TRAF-3, TRAF-5와 복합체를 형성하고, 조혈계 및 호지킨 임파종에서 발현되며, 세포사멸 및 음성 선택에서 작용한다. CD40은 CD40 리간드, TBAM, TRAP와 결합하고, TRAF-2,3,5,6과 복합체를 형성하고, 가용형이 밝혀져 있으며, T 및 B 세포 및 세포 생존 및 이소타입 스위치에 대한 암종에서 발현된다. RANK (TRANCE R, ODF R)는 RANK 리간드 (OPGL), TRANCE와 결합하고, TRAF-2, TRAF-3, TRAF-4, TRAF-6과 복합체를 형성하고, 광범위하게 발현되며 세포 생존, 골량 조절 및 림프절 발생에 관여한다. OPG (OCIF)는 RANKL과 결합하는 분비된 가용성 수용체이고, 광범위하게 발현되며, 골량 조절 및 림프절 발생에 관여한다.
헤지호그 패밀리 구성원은 신경발생, 골 형성, 혈액생성 및 성선 발생에 관여한다. 소닉, 데져트, 및 인디안 헤지호그 구성원은 Gas1 및 Hip에 의해 조절될 수 있다. 인디안 및 소닉 헤지호그는 태아 및 안구 발생 및 망막 세포 재건에 중요한 역할을 한다. 소닉은 모발, 수염, 치아, 뼈 및 전장 등의 조직의 발생에 역할을 갖는다. 이것은 신경 및 조혈 계통의 줄기 세포 운명을 조절한다.
Wnt는 다른 기능들 중에서 태아 발생의 주요 조절자이며, 줄기 세포 조직화, 유지, 조직 분화, 세포 부착, 이주, 발암 유도에 중요하다. Wnt는 다수의 세포 유형에 존재한다. Wnt 리간드 중 19개 이상의 구성원은 Wnt 1, 2, 2b, 3, 3a, 4, 5a, 5b, 6, 7a, 7b, 8a-d, 9a, 9b, 10a, 10b, 11, 12, 13, 14, 14b, 15 및 16을 비롯한 분비된 당단백질이다. Wnt-3a는 근육에서 근세포 응집, 카데린-베타-카테닌 안정화에 의한 접착을 유도하고 BMP-2 연골 분화에 관여한다. Wnt 3a 및 4는 섬유아세포가 섬유소 분해 산물에 의해 둘러싸여지도록 하여 상처 치료에 관여한다. Wnt 3은 모발 여포 및 에나멜 상피의 예비수질 세포에서 발현된다. Wnt 관련 단백질은 베타-카테닌, GSK-3, 케르멘-1, 2, LRP-1,-6, ROR 1, 2, WISP-1/CCN4이다. LRP-6 (저밀도 지질단백질 수용체 관련 단백질-6)은 베타-카테닌을 안정화시키는 Wnt 신호 전달 경로에서 프리즐드 단백질을 갖는 보조수용체이다. 단백질 중 딕코프 패밀리는 LRP-6과 상호작용한다. 단백질 중 프리즐드 패밀리, 1-10은, 보존된 세포외 시스테인 풍부 도메인을 포함하는 Wnt 단백질에 대한 수용체이다. 상기 수용체는 섬유아세포, 근섬유아세포, 평활근 세포, 및 다수의 다른 세포 유형에 존재한다. 프리즐드 관련 단백질들은 sFRPs 1-4 및 MFRP이다. 단백질 중 딕코프 패밀리, 1-4는, Wnt 신호전달을 조절하는 분비된 단백질 (가용성 수용체)이다. Wnt 신호전달에서 다른 가용성 수용체는 노린, WISE, WIF, 세르베루스 및 sFRP (분비된 프리즐드 관련 단백질, 분비된 세포사멸 관련 단백질) 구성원이다. Wnt 억제제는 Soggy-1 및 WIF-1을 포함한다.
프로테오글리칸은 성장 인자로 제공될 수 있다. 이러한 패밀리는 어그레칸, 바이글리칸, 데코린, 엔도칸, 엔도레펠린, 글리피칸(예, 2, 3, 6), 미메칸 및 테스티칸(예, 1, 2, 3) 구성원을 포함한다. 상기 구성원들은 수용체의 생물학적 작용의 활성 또는 억제를 결정하는 성장 인자 수용체와 결합할 수 있다. 어그레칸 고분자는 히알루론산의 단쇄에 연결 단백질을 통해 비공유 결합한다. 데코린은 EGF 수용체를 활성화하고 조립되어 ECM에 관여한다. 글리피칸 3은 다수의 신호 전달 경로, 예컨대 IGF, FGF, BMP 및 Wnt의 조절에 관여한다. 테스티칸 및 세포외 멀티도메인 콘드로이틴 설페이트 프로테오글리칸은 시험관내 세포 부착을 조절하고 리소좀 프로테아제형 카텝신 L, 및 MT1 및 MT3 MMP의 활성을 억제한다.
다른 성장 인자들은 섬유아세포, 간세포에 의해 만들어진 HGF (간세포 성장 인자), 다기능성 성장 인자를 포함하고 플라스마에 존재한다. HGF는 상피 세포를 자극하여 세뇨관형성(예, 콜라겐 겔 내의 상피 세포) 및 세포 성장 및 운동성을 형성한다. 이것은 간세포, 케라틴세포, 멜라닌세포, 내피 세포 및 상피 세포에 대한 미토겐이다. HGF는 세포 이주의 촉진에 의한 배양에서 세포 콜로니의 상피 및 혈관 내피의 분리를 촉진한다. HGF는 아디포사이토카인이다. HGF 프로펩티드는 세포외 혈청 프로테아제에 의해 활성형으로 분해된다. HGF는 TGFβ 작용, 예컨대 섬유아세포의 근섬유아세포로의 전이분화를 억제한다. HGF는 치아의 형태형성에서 상피-중간엽 상호작용을 매개한다. 이의 c-Met 티로신 키나제 수용체를 통해 HGF는 세포 이주, 세포 성장, 세포 운동성, 종양 세포에서 암 침투 및 전이에 관여한다. HGF는 잠재적 혈관신생 활성을 갖는다. 트롬보포이에틴은 트롬보생성 및 거핵세포생성을 조절하는 Mpl 원발암유전자 수용체에 대한 리간드이다.
NGF (신경 성장 인자, 26 kDa 이량체)는 α, β, 및 γ 아단위를 포함한다. α 및 γ 아단위는 세린 프로테아제의 칼리크레인 패밀리의 구성원이다. β 아단위는 자율 신경계 및 말초 신경계에서 향신경성 활성, 주화성, 면역 조절, 분화, 및 뉴런 발생을 비롯한 NGF의 생물학적 활성을 갖는 β-NGF를 대표한다. 이것은 콜린성 뉴런을 위한 전뇌 기저부에서 영양 인자이고, 생체내 뉴런들을 표적하고, 배양에서 뉴런 세포의 분화 및 생존을 유도하며 다수의 세포 유형에 대한 유사분열 특성을 갖는다. NGF는 생체내 신경 세포의 성장 및 생존을 향상시킨다. NGF의 α 및 γ 아단위는 세린 프로테아제의 칼리크레인 패밀리의 구성원이다. NGF는 혈청에서 담체 단백질과 결합한다. NGF는 턱밑샘을 비롯한 다수의 조직에 의해 생성된다. NGFR은 TNF 수용체 패밀리의 일부인 유형 I 막횡단 수용체이다. 이것은 뉴런 및 비뉴런 세포 상의 조직에서 광범위하게 발현된다. 막 수용체의 세포외 도메인을 포함하는 가용성 NGFR은 혈청, 체액에 존재하고, 키토카인과 결합함으로써 NGF를 길항시킬 수 있다. NGFR은 세포 이주, 유전자 발현 및 세포사멸을 조절한다. p75 NGFR (NGFR)은 신경계에 발현되며 NGF, BDGF, NT3 및 NT4와 결합한다.
뉴로트로핀(NT)은 특정 신경 (해마, 콜린, 운동) 세포의 분화 및 생존에 필요한 향신경성 인자의 NGF 패밀리의 구성원이다. NT(NT-3)는 다른 조직 중 피부, 골격근, 태반, 심장, 해마상융기, 소뇌에서 발견되었다. BDNF, NT-4/5 및 TrkB는 다른 뉴로트로핀이다. TrkB는 세포 증식을 유도하는 BDNF를 억제한다. BDNF는 특정 뉴런의 분화 및 생존에 필요하며 이것은 소뇌, 해마상융기, 태아 안구, 태반, 뇌하수체, 심장, 폐, 골격근 및 척수에 존재한다. 상기 리간드는 TrkB 티로신 키나제 수용체와 결합한다. 이것은 뇌간 도파민성 뉴런, 해마 뉴런, 신경관 감각 세포, 전뇌 기저부 콜린성 뉴런 및 망막 신경절 세포를 자극한다.
38 kDa인 결합 조직 성장 인자 (CTGF, CCN2, 인슐린형 성장 인자 결합 단백질 관련 단백질 2)는 섬유아세포, 연골세포 및 혈관 내피 세포 미토겐 및 화학유인물질이다. CTGF는 (예를 들어, 피부에서) 콜라겐 침전 등의 ECM 생성을 자극한다. 과잉 CTGF는 조직 섬유형성에 관여한다. CTGF는 존재하는 프로테아제 및 TGFβ의 과잉 응고시 섬유화 방지 요법에 유용할 수 있다. CTGF는 혈관신생 인자이다. CTGF는 TGFβ 유도된 콜라겐 합성을 매개한다.
헤파속신, NOV/CCN3 및 프로그라뉼린은 성장 인자이다. 엔지오포이에틴 (예, Ang-1,2, 3/4)은 Tie-2 수용체 티로신 키나제의 작용제 및 길항제 그리고 혈관신생의 조절제이다. MSP (대식세포 자극 단백질 또는 간세포 성장 인자형 단백질[HGFI] 또는 산란 인자-2 [SF2])는 HGF 성장 인자 패밀리의 구성원이다. MSP는 상피 세포 아노이키스를 방지한다. MSP는 케라틴세포를 증식시키고, 용골세포형 세포에 의한 대식세포 세포 이주 및 형태, 골 재흡수에 작용하고, 대식세포에서 IFN 또는 LPS 유도된 iNOS 발현을 억제하며, 대식세포에 대한 화학유인물질이다. MSP는 RON/STK, 대식세포, 케라틴세포, 혈관 내피 세포, 상피 세포, 뉴런, 및 림프세포 상에 존재하는 티로신 키나제 수용체와 결합한다. Flt-3 리간드는 조혈 전구체의 성장 및 분화 및 프로-B 세포의 증식을 자극하는 다수의 조혈 키토카인과 공동작용한다. Flt-3은 생식, 신경 및 조혈을 비롯한 다수의 조직에서 발견된다. 막횡단 단백질 형태는 길항제로서 Flt-3 리간드에 작용하는 가용형으로 단백질가수분해할 수 있다. M-CSF는 섬유아세포, 상피 세포, 골수 기질 세포, 성상세포, 케라틴세포, 골아세포, 신장 혈관간 세포, 대식세포, 단핵세포, B 세포, T 세포, 비만 세포 및 내피 세포를 비롯한 다수의 세포에 의해 생성된다. M-CSF는 대식세포 전구체 증식 및 분화에 관여한다. SCT (줄기 세포 인자)는 멜라닌형성, 초기 혈액생성, 배우자형성, 미숙 및 성숙 세포 증식 (예, 비만 세포, 멜라닌세포, 골수 세포)에서 역할을 하고 전구체 세포 (예, 조혈, B, T 세포), 비만, 생식 및 신경로 세포, 멜라닌세포, 뉴런, 신장, 폐, 내장 및 태반 세포에서 발현된다. LDGF (백혈병 유도 성장 인자)는 면역 세포에 의해 생성된다. 평활근종 유도 성장 인자는 평활근형 세포에 대한 미토겐이다. 백혈구 유도 성장 인자 (예, LDGF-3)는 지질다당질 활성 후 배양시 대식세포에 의해 생성된 주요 섬유아세포 미토겐이다. 상기 단백질은 다른 사이토카인 및 케모카인 인자, 예컨대 PBP (혈소판 기저 단백질), CTAP-3 (결합 조직 활성 단백질-3), β 트롬보글로불린, 및 NAP-2 (호중구 활성 단백질-2)에 대한 전구체이다. 뉴레귤린 (NGR1, 2, 3)은 erb-2 수용체 (예, 인산화)를 자극하고 근세포 증식에 영향을 미치는 펩티드 패밀리이다. 뉴로류킨은 T 세포 (렉틴 자극)에 의해 생성된 뉴런 성장 인자 및 림포카인이고 면역글로불린 분비를 유도한다. 신경영양성 인자들은 신경 성장 인자, 뇌 유도 신경영양 인자, 섬모 신경영양성 인자, 신경로 세포주 유도 신경영양성 인자, IL-6 및 FGF-2를 포함한다. 펩티드 YY는 장 상피에 대한 성장 인자이다. 혈소판 인자 4 또는 이의 24 카르복시 말단 단편은 유사분열 활성을 억제하고 종양 세포의 세포 증식 및 생존을 제어하고 MAP 키나제 경로(Raf, MEK1 /2, ERK1 /2 포함)의 억제제로서 작용하는 FGF와 결합한다.
내피 성장 인자는 다수의 장기에 의해 만들어진 가용성 미토겐이며 헤파린과 친화력을 갖는 2개의 단쇄 폴리펩티드의 혼합물이다. 인자들은 유사분열성 및 주화성이고, 내피 세포를 자극하여 성장하며 산성 및 염기성 FGF에 관련된다.
M-CSF (대식세포 콜로니 자극 인자)는 혈청, 소변, 및 기타 체액에 존재한다. M-CSF는 섬유아세포, 활성된 대식세포, 분비 상피 세포, 골수 기질 세포, 사이토카인 및 LPS 활성 내피 세포에 의해 만들어진다. M-CSF는 대식세포에 대해 유사분열하고, 대식세포를 상승시켜 종양 세포를 살해하고, 사이토카인 및 대식세포로부터의 염증 인자 방출을 조절하며 용골세포를 분화시킨다. 15-30 kDa 당단백질인 G-CSF (과립세포-대식세포 콜로니 자극 인자)는 활성된 T 림프세포, 섬유아세포, 내피 세포 및 대식세포와 같은 다수의 세포 유형에 의해 생성된다. 이것은 호중구성, 호산성 과립세포 및 대식세포의 증식을 자극하고 골수 전구체 세포, 적혈구 및 거핵세포 전구체의 증식을 개시한다. TNFα, IFNγ 및 내독소는 단핵세포 및 대식세포에 의한 생성을 자극한다. 섬유아세포, 내피 세포, 골수 기질 세포 및 성상세포의 LPS, IL-1 또는 TNFα 자극은 G-CSF를 분비시킨다. 이것은 염증 및 수선 및 정상 상태의 조혈의 유지에 관여한다. CSF-1 (콜로니 자극 인자 또는 M-CSF, 대식세포 콜로니 자극 인자)은 다수의 세포 유형, 예컨대 섬유아세포, 내피 세포, 단핵세포 및 대식세포에 의해 생성된 14-21 kDa 동종이량체 당단백질이다. 이것은 골수 전구체 세포의 증식 및 분화를 자극하여 대식세포를 형성하며 단핵세포 및 대식세포 생존에 필요하다. Gly-His-Lys는 섬유아세포, 신장 세포, 호산성 및 간종양 세포에 대한 성장 인자이다.
EPO (에리스로포이에틴)는 신장에 의해 만들어지고 적혈구 전구체 세포의 증식 및 분화를 자극하여 적혈구생성을 조절한다. 이의 수용체는 유형 I 막횡단 단백질이며 가용성 분해 산물은 플라즈마에 존재한다.
수용체 티로신 키나제(예, 성장 인자)는 다른 세포 기능 중에 증식, 분화 및 운동성을 제어하는 MAPK 신호 전달 경로를 활성화할 수 있다. 예를 들어, 골아세포 분화 및 골 형성은 MAPK 경로에 의해 Cbfa1 전사 인자를 통해 활성화된다. MAPK 경로는 ECM 신호, 골아세포 성장 인자, 예컨대 BMP 및 FGF-2에 의해, 그리고 다른 성장 인자 중 부갑상선 호르몬 및 분자 신호에 의해 자극될 수 있다.
다수의 ECM 및 혈청 단백질은 성장 인자로 고려되거나 또는 성장 인자 작용에 필요할 수 있다. 프로테오글리칸은 성장 인자를 고립시키고 이의 방출은 성장 인자 작용을 지시한다. 다수의 세포 유형, 예컨대 섬유아세포, 상피 및 평활근, NK 및 T 세포, 대식세포, 용골세포는 사이토카인, 성장 인자 또는 염증 매개체에 반응한다. 세포 부착은 수용체의 생물학적 작용을 초래하는 성장 인자 수용체의 리간드 독립 활성을 촉발시킬 수 있다. 성장 인자는 부착 분자를 유도하여 부착 독립 신호를 촉진시킬 수 있다. 세포 부착 단백질은 세포 양상의 신호 전달 경로에서 수용체와 상호작용한다. 예를 들어, OPN (오스테오폰틴)은 RGD 도메인으로 인해 인테그린 α5β1, α5β3 및 α5β5와 결합하는 RDG 함유 당단백질이다. OPN은 또한 CD44 및 인테그린 α8β1 또는 α9β1과 RGD 비상호작용한다. 이러한 수용체와의 상호작용을 통하여, OPN은 대식세포, 평활근, 내피 및 신경로 세포에 대해 주화성이다.
상기 입증된 바와 같이, 성장 인자는 나머지 중에서 세포 부착, 세포 이주, 세포 증식, 세포사멸, 아노이키스, 단백질가수분해, 분화, ECM 합성 및 분해, 상처 치료를 포함하는 다수의 방법에 관여한다.
사이토카인
사이토카인은 작은 범위의 세포외 폴리펩티드 또는 광범위한 작용의 소 단백질 매개체이다. 성장 인자 및 사이토카인 용어는 종종 상호교환하여 사용되며 다수의 예에서 공통의 경로를 공유한다. 마찬가지로 일부의 케모카인과 중첩된다. 면역 세포와 상피 세포, 및 다른 세포 유형, 예컨대 섬유아세포는 사이토카인의 생성에 관여한다. 사이토카인은 감염, 염증, 림포카인 (면역 세포에 의해 생성된 사이토카인), 응집, 박테리아성 내독소 등에 대한 다수의 세포에 의해 발현된다. 사이토카인은 또한 면역 세포가 결합 조직을 비롯한 모든 조직에 침투하기 때문에 다른 면역 및 비면역 기능 및 생리적 과정에도 관여한다. 따라서 세포에 의해 생성된 사이토카인, 사이토카인에 의해 유인된 면역 세포, 사이토카인에 의해 유도된 다른 세포는 ECM 및 조직 내 다른 성분에 영향을 미친다. 대부분의 사이토카인은 분비되지만, 일부는 세포막에서 발현될 수 있고 다수는 ECM 및 혈청에 존재한다. 사이토카인은 세포내 전달 및 2차 전달자 신호 전달 경로에 연결된 표적 세포 막 상의 특이적 수용체와 결합한다. 예를 들어, IL-2, 4, 7, 15 및 21은 T 세포 성장에, TNF, IL-1, IL-6, IFNγ는 염증에, 그리고 IL-4, IL-1O, TGFβ는 염증의 억제에 관여한다.
인터페론 및 인터루킨은 1차 사이토카인 중 일부이다. 상기 및 성장 인자 부분 하에 기술하지 않은 다른 사이토카인은 하기 및 본문 전반에 걸쳐 열거되어 있다.
인터페론은 그 자체로 바이러스 방지제는 아니다. 이들은 바이러스, 항원, 미토겐, 이중 가닥 DNA, 또는 렉틴에 의해 자극한 다음 T 림프세포, 섬유아세포 및 기타 세포 유형에 의해 만들어진 면역조절 단백질 군이다. 상기 인터페론은 종양 세포, 바이러스 및 박테리아를 파괴하기 위한 대식세포 등의 면역 세포의 능력을 향상시켜 항바이러스 특성 및 면역조절 기능을 갖는다. 20-25 kDa인 인터페론 α (IFN α)는 대식세포 및 B 세포를 비롯한 대부분의 세포 유형에 의해 합성되는 당단백질을 포함한다. 이러한 부류의 인터페론은 바이러스의 복제를 방지할 수 있고, 증식을 방지하고, 발열성이고, 자연 살해 세포를 자극하고, 유형 I MHC 항원의 발현을 증가시키며 항체 반응의 대체를 통해 면역조절한다. 인터페론 β (IFN β 또는 섬유아세포 인터페론)는 섬유아세포에 의해 생성된 25-35 kDa 당단백질이고 다른 세포 유형 중에서 T 세포를 활성화시키고 바이러스의 복제를 방지한다. 이는 케라틴세포의 분화를 유도할 수 있다. IFN-α 및 IFN-β 생성은 바이러스, 성장 인자, 사이토카인 및 ds RNA에 의해 유도된다. 상기 IFN는 분화를 유도하고 다수의 세포 유형 및 변형된 세포주 또는 종양 세포주의 증식을 억제한다.
인터페론 γ (IFN γ)는 활성화된 T 림프세포 및 자연 살해 세포에 의해 생성된 사이토카인, 림포카인, 21 내지 24 kDa 동종이량체 단백질이다. 이것은 증식 방지, 전염증, 면역조절 및 항바이러스 특성을 갖는다. IFNγ는 섬유아세포에 의해 콜라겐의 합성을 감소시킨다. 이것은 세포내 미생물 및 종양 세포를 파괴하는 능력을 증가시키는 단핵 식세포 및 대식세포의 활성화제이다. 이는 다수의 세포가 유형 II MHC 분자를 발현하도록 유도하고 또한 유형 I의 발현을 증가시킨다. IFNγ는 B 및 T 림프세포의 분화 및 성숙을 촉진시키고, B 세포에 의한 면역글로불린의 분비를 상승시키고, 용골세포 활성을 억제하며 MHC 부류 I 및 II 항원 및 사이토카인 생성을 유도한다. 이것은 자연 살해 세포, 호중구 및 혈관 내피 세포를 활성화시킨다. IFNγ 수용체는 대부분의 모든 세포 유형에서 발견되고 IL-1O 수용체와 관련된다. β 및 γ 인터페론은 다수의 세포 유형에서 TNF, IL-1, IL-2, 및 콜로니 자극 인자에 대한 MHC 분자, β2-미세글로불린, 사이토카인 수용체의 발현을 증가시킨다. 인터페론은 일반적으로 성장을 억제한다.
인터루킨은 림프세포, 단핵세포 및 다른 선별 세포에 의해 만들어진 사이토카인 군이다. 인터루킨은 다른 생물학적 기능 외에 T 세포, B 세포 및 조혈 줄기 세포의 성장을 촉진한다. 인터루킨은 세포 증식 및 분화, DNA 합성, 다른 활성 분자의 분비를 증가시키고 면역 및 염증 자극에 반응하는 가용성 인자이다. 이들은 백혈구 및 기타 세포 유형 성장 관련 활성을 자극한다.
인터루킨 패밀리 중 32개 이상의 구성원이 있다. 인터루킨 중 다수는 면역 세포의 증식 및 인터루킨을 비롯한 면역 인자들의 분비에 의해 면역 반응을 돕는다. 기존의 인터루킨 중 일부 및 이의 기존의 공급원, 표적 및 기능은:
IL-1은 IL- 1α 및 IL-β의 두개의 단백질이 대표적이다. ∼17 kDa인 IL-1α는 다수의 세포에 의해 만들어지는 다면발현성 인자이다. IL-1α는 B, T 및 DC 세포 및 단핵세포를 표적으로 한다. 이것은 T, B 및 NK 세포, 소표세포, 대교세포를 자극하며, 뉴런의 전기생리학을 조절한다. ∼17 kDa인 IL-1β는 다수의 세포에 의해 만들어지고 B 및 T 세포 및 단핵세포를 표적으로 한다. 다면발현성 인자로서, 이것은 다수의 세포 유형을 자극하고 염증의 주요 매개체이다. IL-1은 섬유아세포, T 및 B 세포, 헬퍼 T 세포, 간세포, 대식세포, 연골세포, 내피 세포, 상피 세포, 추가의 림프세포 및 기타 세포 유형의 증식을 자극한다. 염증은 다른 세포 유형 중에서 대식세포, 골아세포, 단핵세포, 케라틴세포, 간세포, 섬유아세포, 신경로(희돌기교세포, 성상세포, 소교세포), 쿠퍼 세포, 상피 세포 (흉선, 침샘)에 의해 IL-1의 생성을 촉진한다. IL-1은 B-세포 작용, 발열, IL-2 생성 및 콜라게나제의 합성을 자극한다. IL-1은 리보다당류 또는 CD4+ T 림프세포와 상호작용에 의해 자극되었던 활성화된 단핵 식세포에 의해 만들어진다. IL-1β는 인터루킨 1β 전환 효소(ICE)에 의해 가공된다. IL-α 및 β는 모두 다양한 생물학적 작용을 갖는 다수의 세포 유형 상에서 작용하는 전염증 사이토카인이다. IL-1β 경로는 TGF-β, IL-1O, IL-13 및 IFNα에 의해 억제된다. IL-1은 케라틴세포, 섬유아세포에 대해 유사분열하고, IL-2 생성을 자극하며 B-세포 작용을 자극한다.
다수의 수용체가 IL-1과 상호작용하는 데 이용가능하다. IL-1은 2가지 일반적인 유형의 수용체를 가지며, 그 중 하나인 유형 I 트랜스멤브레인은 섬유아세포, 내피 세포 및 T 세포 상에 주로 존재하며, IL-1 생물학적 반응을 매개한다. 나머지 하나인 유형 II 트랜스멤브레인 및 용해성 수용체는 IL-1이 그 유형 I 수용체에 결합하는 것을 방지하는 유인 수용체(decoy receptor)로서 작용을 한다. 유형 II는 B 림프구, 호중구, 단핵구, 백혈구 및 내피 세포 상에 존재한다. IL-1 수용체 악세서리는(receptor accessory)는 IL-rα와 아니라 IL- lα 또는 β 존재 하에 유형 I 수용체와 이종이량체화하여 IL-1 생물학적 과정을 수행할 수 있다. 용해성 수용체 I는 IL-1 작용의 길항물질이다. IL-1R4는 2가지 형태, 트랜스멤브레인 유형 I 단백질(ST2L) 및 용해성 단백질(ST2)을 갖는다. ST2는 ECM 내에 침착되어 있고, 세포 유착과 관련이 있다. IL-1 수용체 6(R6)은 섬유아세포, 내피 세포, 각질세포, 단핵구, 신장, 상피 세포(폐), 뇌 맥관계 및 고환 상에서 발현된다. IL-1R6은 IL-1 F9(IL-1 H1)에 의한 전사 인자 NF-kB의 활성화를 매개하며, 이 작용은 IL-1 F5에 의해 길항작용되며, IL-1RAcP, 6OkDa는 많은 세포에 의해 이루어지며, IL-1R 유형 1 및 IL1-α 또는 IL1-β와 복합체를 형성한다. IL-1RA, 17kDa는 섬유아세포, 마크로파지, 단핵구 및 호중구로 이루어지며, IL-1의 방출, IL-2의 분비, IL-2 수용체의 발현, 및 PGE2의 자극을 억제한다.
IL-2, 15kDa는 활성화된 림프구(예를 들면, 활성화된 T 세포), 표적 T, B, NK 및 LAK 세포, 단핵구 및 희돌기 교세포로부터 이루어진다. IL-2는 활성화된 림프구 T, NK 및 B, 및 종양-침윤 림프구를 증식한다. IL-2는 이들 세포를 성숙시켜 표적 세포를 치사시킬 정도로 세포독성이 되며, 그리고 종양 감시(tumor surveillance)와 관련이 있다. IL-2는 호중구를 활성화시키고, IFNγ, 혈액 단핵 세포로부터 유래한 TNFα, β, T 세포 상의 IL-2 수용체, c-myc RNA 및 트랜스페린 수용체를 유도한다. IL-Rα는 IL-2를 결합시키고, T 및 B 세포, 및 면역계를 활성화한다. 클루코코르티코이드 및 CTLA-4는 IL-2 생성을 억제한다.
IL-3 (다-CSF), 15-28kDa 당단백질은 활성화된 T 세포(항원 또는 미토겐 자극된 것), 단핵구, 각질세포, NK, 비만 세포, 내피 세포, 뉴런, 성상세포, 상피 세포(흉선) 및 많은 계통으로 분류된 표적 조혈 전구 세포로 이루어지며, 조혈 및 전-B 세포(pre-B cell) 발생 및 자가-재생, 및 다능성 줄기 세포(multipotential stem cell)의 생존 및 분화에서 작용을 한다. IL-3은 호산구에 대하여 화학주성인자(chemoattractant)이다. 또한, IL-3은 다능성 조혈 줄기 세포 및 다양한 계통 분화된 전구세포(various lineage committed progenitor), 예컨대 과립구 및 마크로파지의 증식 및 분화를 자극하고, 비만 세포, 호산구, 마크로파지 및 호염기구의 활성을 조절한다. IL-3 수용체는 골수 전구세포, 마크로파지, 비만 세포, 호산구, 거핵구, 호염기구 및 기타 골수양 세포 상에 존재한다.
IL-4, 13-2OkDA 당단백질은 헬퍼 및 활성화된 T 세포, 비만 세포 및 호염기구에 의해 이루어진다. IL-4는 B 및 T 세포, 단핵구, 마크로파지, 비만 세포, 적혈구양 전구세포, 섬유아세포 등을 표적화하고, B 세포의 증식 및 Ig의 분비를 표적화하며, IgG 및 IgE의 생성을 촉진하고, T 헬퍼 서브세트를 조절하며, 비만 세포를 성숙시키고, 특이적 세포의 증식을 자극하며, 항-종양 효과를 갖는다. 선택적 스플라이스 변형(alternate splice variant) IL-45-2는 IL-4 길항물질이다.
IL-5, 22-40 kDa 당단백질은 T 세포, 비만 세포 및 호산구에 의해 이루어지고, 이들 세포의 증식, 분화 및 활성화를 조절함으로써 호산구, 호염기구 및 B 세포를 표적화하며, IgM 및 IgA 생성을 강화한다. IL-5 수용체는 트랜스멤브레인 단백질이다. 용해성 수용체 α는 IL-5를 결합시키고, IL-5 길항물질일 수 있다.
IL-6, 21-28kDa 당단백질(혈청내에서 α2-마이크로글로불린, 42-45kDa에 의해 복합체가 형성되는 경우)은 섬유아세포, 내피 세포, 간세포, 각질세포, 성상세포, 맥관 내피 세포, 종양 세포, 골수, 근섬유, T 및 B 세포, 자극된 단핵구 및 마크로파지에 의해 이루어진다. 그것은 혈청, 우유 및 류마티스성 관절염 환자의 활액 내에 존재한다. IL-6은 말초 혈액 단핵구, T 및 활성화된 B 세포, 신경 세포, 섬유아세포, 간세포 및 상피 세포를 표적화한다. IL-6은 염증반응, T 세포 및 신경 증식, B 세포에서 혈장 세포로의 성숙, 영양세포 발달, 면역 반응, 숙주 방어(host defence), 조혈, 각질세포 분화 및 급성 기 반응 매개(acute phase raction mediation)와 관련이 있다. IL-6은 항-염증성 사이토킨, 예컨대 IL-1rα 및 IL-10의 생성을 자극할 수 있고, 전염증성 사이토킨 TNF-α의 생성을 억제한다. IL-6 생성은 유사분열촉진성 또는 항원성 자극, LPS, 칼슘, IL-1, IL-2, IFN, TNF, PDGF, 바이러스에 의해 상향조절되고, IL-4 및 IL-13에 의해 억제된다. Gp130은 OSM 및 CNTF 활성을 억제하는 혈청내 존재하는 용해성 형태로 단백분해적으로 절단되는 멤브레인 결합된 단백질이다. Gp130은 IL-6 패밀리 구성원(예를 들면, LIF, OSM, CNTF)에 의해 사용된 일반적인 신호 전달 수용체 성분이다. 용해성 또는 멤브레인 결합된 Gp130에 대한 IL-6 또는 IL-11의 결합은 신호 전달을 유발한다.
IL-7, ~15-25 kDa 당단백질은 각질세포, 골수 및 흉선 기질 세포에 의해 이루어지며, T 및 B 전구 세포 증식 및 거핵구를 표적화한다. IL-7은 미성숙 및 성숙 T 세포 및 흉선세포 성장, 거핵구 및 전-B 세포 발달, 및 흉선세포 및 림프구의 증식과 관련이 있다. 수용체의 IL-7 트랜스멤브레인 및 용해성 형태는 전-B 및 T 세포 및 골수 세포 상에 존재한다. IL-8(CSCL8), 8kDa는 섬유아세포, 내피 세포, 각질세포, 간세포, 연골세포, 종양 세포, T 세포, 호중구, 및 활성화된 단핵구를 비롯한 많은 세포 유형에 의해 이루어진다. LPS, 바이러스, TNF 및 IL-1과 같은 전염증성 자극시, IL-8은 T 및 B 림프구, 호중구, 단핵구, NK 세포, 호염기구, 호산구, 조혈 줄기 세포, 섬유아세포, 내피 세포 및 평활근 세포, 각질세포 및 흑색종 세포를 표적화한다. IL-8은 호중구 활성화, 화학주성, 전-염증성 반응 및 세포 유착 분자와 관련이 있다. IL-8은 호중구, 호염기구 및 T 세포에 대한 화학주성 인자이다. CD11은 내피 세포 및 내피하(subendothelial) ECM에 대한 호중구 유착성을 강화시키고, 각질세포에 대한 코-미토겐(co-mitogen), 흑색종 세포에 대한 성장 인자이며, 혈관형성 활성을 갖는다. IL-4, -10, TGFβ, 글리코코르티코이드, 및 비타민 D3은 IL-8 생성을 억제한다. IL-9는 활성화된 Th2(T 헬퍼 2) 또는 호지킨 림프종 세포에 의해 이루어지며, T 세포 및 전구 적혈구양 세포를 표적화하고, IL-4에 의한 B 세포 성장 및 IL-3에 의한 비만 세포의 성장을 촉진한다. IL-9는 T 세포 생존을 촉진하고, 특이적 면역 세포, 예컨대 T-헬퍼 세포, 거핵구 및 비만 세포의 증식을 자극하며, 혈청, T 세포, 호중구, 비만 세포 및 마크로파지 내에 존재하는 트램스멤브레인 및 용해성 수용체를 갖는다. IL-1O, 18kDa는 Th2, 각질세포, B1, 활성화된 CD8 및 CD4 세포에 의해 이루어진다. IL-10은 섬유아세포, 마크로파지, 과립구, 호산구, 비만 세포 및 B 세포를 표적화하고, CD8 T 세포에 대한 화학주성인자이다. IL-10은 B 세포 생육력을 촉진시키고, 면역 세포, 예컨대 비만 세포, 흉선세포 및 B 세포의 증식을 강화시키며, Ig 분비를 증가시키고, 항원-제시의 능력을 강화시키며, 부류 II MHC 발현을 하향 조절하고, 단핵구, 마크로파지 및 T 세포의 활성화 및 세포독성을 억제한다. IL-11, 23kDa는 골수 기질 및 간엽 세포에 의해 이루어지며, 조혈 줄기 세포를 표적화하고, 적혈구생성 및 간 급성-기 단백질 활성(acute-phase protein activity)을 자극하며, B 세포의 T-세포 의존적 성숙(IgG 생성)을 자극하고, 골수 세포 유도된 전구 세포의 사이클링 속도를 증가시키며, 지방생성 억제 인자(AGIF)로서 전-지방 세포(pre-adipocyte)의 분화를 억제하고, 거핵구생성과 관련이 있다. IL-11은 IL-6 반응성 세포 및 기타 세포에 대한 미토겐이고, 신호 전달을 위한 IL-6 신호 전달자 gp130를 사용한다(LIF, OSM 및 CNTF가 한 바와 같다). IL-11은 특이적 면역글로불린 분비 B 세포의 T 세포 의존적 발달을 자극한다. IL-11 Rα는 멤브레인 절단된 용해성 수용체인 수용체이다. 이 수용체는 모든 조직 내에 그리고 배아 발달 동안 gp130 단백질을 발현하는 세포 및 전능성 및 분화성 배아 줄기 세포 내에 존재한다. IL-12 p70, 7OkDa 이종이량체(heterodimer)는 마크로파지, 수지상 세포 및 단핵구에 의해 이루어지고, T, B 및 NK 세포를 표적화한다. IL-12는 세포 매개된 면역 반응을 조절하고, NK 활성을 자극하며, IFN-γ 생성을 유도하고, 세포 증식 및 NK 및 T 세포의 세포독성을 강화하며, Th1 반응을 유도한다. IL-12 p40 동종이량체는 마크로파지, 단핵구 및 수지상 세포에 의해 이루어지고, 마크로파지 화학주성, 전염증반응(proinflammation)과 관련이 있으며, IL-12 p70에 대한 길항물질이다. IL-12는 T 세포 및 NK 세포 성장을 활성화하고, IFN-γ를 유도한다. IL-13, 12.5kDA는 NK 및 비만 세포, 활성화된 CD 8, Th CD4 및 Th2 세포에 의해 이루어진다. IL-13은 B 세포 및 단핵구 계통을 표적화하고, 마크로파지 세포독성 활성을 억제하며, 염증성 사이토킨 발현을 억제하고, IL-1RA 발현을 상향조절하며, B 세포 상의 CD23 발현을 유도하고, 단핵구 및 마크로파지의 분화를 조정하며, CD72의 발현 및 부류 II MHC 유전자 발현을 강화한다. IL-14는 T 세포 및 PHA 자극후 B 세포주에 의해 이루어지고, B 세포를 표적화하며, 면역글로불린의 분비를 억제하고, 활성화된 B 세포에 대한 미토겐이다. IL-15, 14-15 kDa는 태아 성상세포, 섬유아세포, 상피 세포, 유착성 말초 혈액 단핵 세포 및 IL-1 β, IFN-γ 또는 TNF-α에 반응하는 소교세포(microglia)에 의해 이루어진다. IL-15는 단핵구, NK 세포를 표적화하고, T, B 및 NK 세포 자극 활성, NK 세포 성숙, T 세포 매개된 면역 반응, 세포융해 세포 생성 및 시험관내 LAK 세포 활성을 비롯한 IL-2에 대한 활성이 유사하다. IL-15는 면역 세포에 대한 미토겐이다. IL-15는 T, B 및 비림프성 세포에서 발현되는 그 수용체 IL-15Rα에 결합한다. IL-15의 그 수용체에 대한 결합은 TRAF2 결합의 경우 TNFR1과 비교하여 섬유아세포에서 TNFα 매개된 아폽토시스를 억제한다. IL-16(림프구 화학주성 인자)은 섬유아세포, 상피 및 비만 세포, 호산구 및 활성화된 CD8+ 세포에 의해 이루어진다. IL-16은 T 세포, 마크로파지, 호산구, 흉선 및 림프 결절내 세포, 비장 백혈구, 소뇌 및 골수를 표적화한다. IL-16은 HIV 복제를 억제하고 CD4+ T 세포를 화학주성으로 유인한다. IL-17, 15-25kDa는 CD4+ 기억 T 세포에 의해 이루어지고, 섬유아세포, 기질 세포, 내피 세포 및 상피 세포를 표적화하며, 혈관형성 및 호중구 성숙과 관련이 있다. IL-17은 IL-6 및 IL-8 생성 및 섬유아세포내 ICAM-1의 표면 발현을 유도하고, NF-κB를 활성화하며, T 세포 증식을 보조-자극한다. IL-17R은 모든 세포 및 조직 내에 존재한다. IL-18, 24kDa는 활성화된 마크로파지, 각질세포, 상피 세포(장), 골아세포, 부신 피질 세포, 및 쿠퍼 세포를 비롯한 많은 세포 유형에 의해 이루어진다. IL-18은 T 세포를 표적화하고, 전-염증성 사이토킨이며, T 세포 및 NK 세포에 의한 IFN-γ 생성 및 말초 혈액 단핵 세포내 GM-CSF를 유도하며, T 헬퍼 유형 I 사이토킨, IL-2, GM-CSF 및 T 세포내 IFNγ를 유도한다. 또한, IL-18은 Th1 세포에 의한 Fas 리간드 생성을 강화시키고, 혈관형성에 역할을 한다. IL-18 Rα는 IL-1 패밀리의 구성원이며, IL-12와 함께 면역조절 기능을 공유하고, 비장, 폐, 간, 심장, 장, 전립선, 흉선 및 백혈구를 비롯한 많은 조직에서 발현된다. IL-19는 활성화된 단핵구 및 B 세포에 의해 이루어지고, 활성화된 T 세포 및 단핵구를 표적화한다. IL-19는 단핵구에 의해 IL-6 및 TNF-α를 유도하고, 아폽토시스, 단핵구에 의한 반응성 산소 종 생성을 유도하며, 활성화된 T 세포에 의한 IL-4, IL-5, IL-1O, IL-13 생성을 유도하고, 천식과 관련이 있다. IL-20은 단핵구 및 각질세포에 의해 이루어진다. IL-20은 각질세포를 표적화하고, 각질세포 분화, 증식 및 기능을 조절한다. IL-21은 활성화된 T 세포에 의해 이루어지고, 수지상 세포, T 세포, B 세포 및 NK 세포를 표적화하며, 골수 전구 세포의 증식, 및 CD40에 의한 B 세포 증식을 자극하고, T 세포 및 NK 세포를 자극한다. IL-22, 25kDa는 NK 및 CD4+ Th1 세포, T 및 비만 세포에 의해 이루어지고, 전염증성이며, 급성 기 단백질 합성을 유도한다. IL-23은 활성화된 수지상 세포에 의해 이루어지고, T 세포를 표적화하며, 전-염증성이고, 미접촉(navie) 및 기억 T 세포 증식을 유도한다. IL-24, 35kDa는 단핵구, 멜라닌세포, 섬유아세포, 유방 상피 및 혈관 평활근 세포, B, 미접촉 T 및 NK 세포에 의해 이루어지고, 아폽토시스(예를 들면, 암 세포)를 유도한다. IL-24는 단핵구에서 IL-6 및 TNF-α 및 거핵구에서 분화를 유도한다. IL-25는 Th2 세포, 골수 기질 세포에 의해 이루어지고, 혈청 IgG, IgE 및 호산구 생성 및 염증반응을 유도하며, 림프구의 증식과 관련이 있고, IL-4, IL-5 및 IL-13의 유도를 통한 효과를 매개한다. IL-26, 36kDa는 T, NK 및 Th1 세포에 의해 이루어지고, 상피 세포를 표적화하며, IL-8의 분비, IL-10 및 CD54 발현을 유도한다. IL-27은 성숙한 수지상 세포에 의해 이루어지고, NK 및 미접촉 CD+ T 세포를 표적화하며, 미접촉 CD+ T 세포의 증식을 유도하고, Th1 반응의 활성화인자이다. IL-28A, IL-28B 및 IL-29는 수지상 세포에 의해 이루어지고, 바이러스 감염 또는 dsRNA에 의해 유도된다. 이들은 대부분의 조직을 표적화하지만, 뇌 및 척수를 표적화하고, 부류 I MHC를 상향조절하며, 항-바이러스성 활성을 갖는다. IL-30은 활성화된 APC(항원 제시 세포)에 의해 이루어지고, NK 및 미접촉 CD4+ T 세포를 표적화한다. IL-31은 활성화된 T 세포에 의해 이루어지고, 상피 세포 및 활성화된 단핵구를 표적화하며, 알러지성 반응 및 피부염과 관련이 있다.
IL-32는 활성화된 T 및 NK 세포, 미토겐 활성화된 림프구, IFN-γ 처리된 상피 세포에 의해 이루어지고, 마크로파지를 표적화하며, 염증성이고, TNF-α, IL-8 및 MIP -2 생성을 유도한다.
아폽토시스를 촉진하는 인터류킨은 세포 아폽토시스를 방지하도록 중성화될 수 있다. 조직 손상은 인터류킨, 예컨대 IL-6, IL-8, IL-1α 및 IL-1β에 의해 야기될 수 있다. IL-11은 동일계에서 그리고 시험관내에서 전-지방세포 증폭을 촉진하는 데 사용할 수 있다. IL-13은 염증반응에서 사이토킨을 감소시킬 수 있으므로, 면역원성 제제에 대한 반응을 감소시킨다.
기타 사이토킨은 Mer, Axl 및 Dtk 수용체 티로신 키나제를 포함하며, 이들의 세포외 부분은 Ig-유사 도메인 및 2개의 피브로넥틴 III 도메인을 함유한다. 기타 사이토킨은 세포 유착 분자(예를 들면, 중성) 내에서 그리고 수용체 티로신 포스파타제 내에서 발견된다. 이들 수용체에 대한 한가지 리간드는 비타민 K-의존성 성장-지연-특이적 단백질(Gas 6)이며, 항응고 인자 단백질 S와 관련이 있다. Gas 6의 결합은 세포 증식, 유주 및 아폽토시스 방지를 유도하는 수용체 자가인산화를 유도한다.
분비된 MIF는, IL-4 및 IFNγ 그리고 기타 사이토킨이 하는 바와 같이, 마크로파지 유주를 억제하고, 염증성 반응에서 역할을 한다.
온코스타틴 M(OSM)은 LIFR(수용체)을 결합하고, 섬유아세포에 대하여 유사분열촉진성이며, 플라스미노오겐 활성화인자 활성을 자극하고, 내피 세포에서 IL-6 생성을 유도하며, LDL 흡수 및 LDL 수용체 생성을 자극한다. OSM은, 글리코코르티코이드의 존재 하에, 분화를 유도할 수 있다. Gp 130, IL-6, LIF 및 CNTF 수용체 복합체의 신호 전달 성분, Gp130은 OSM 신호를 전달하는 일 없이 OSM을 결합한다.
CNTF(ciliary neurotrophic factor)는 뉴런 세포 유형, 예컨대 해마 뉴런, 교감 신경절 뉴런, 배아 운동 뉴런 및 배근 신경절 감각 뉴런에 대한 생존 인자이다. 그 폴리펩티드는 특이적 세포 유형에 대하여 유사분열촉진성이고, IL-6, IL-11, LIF 및 OSM과의 그 수용체 복합체내 신호 전달 서브유닛으로서 gp130과 공유한다. 모두가 4개 나선형 다발을 갖는다. CNTFRα는 중추 신경계 및 말초 신경계에 한정된다. 용해성 수용체는 말초 신경 손상으로 인하여 골격근으로부터 방출될 수 있고, 그것은 뇌척수액 내에 존재한다.
PTN(Pleiotrophin)은 헤파린-결합 발생적으로 조절된 사이토킨이다. 그것은 섬유아세포, 내피 세포 및 상피 세포에 대하여 유사분열촉진성이다.
SCF(stem cell factor), MGF(mast cell growth factor) 및 SLF(steel-factor)는 비만 세포의 증식 및 성숙을 자극하고, 멜라닌형성, 조혈, 생식자발생, 및 신경계 발생과 관련이 있다. SCF는 다능성 조혈 줄기 세포 성숙을 촉진한다. SCF는 많은 성장 인자, 예컨대 IL-1, -3, -6, -7 및 Epo와 상승효과적으로 상호작용하며, 이는 골수양, 림프양 및 적혈구양 계통 콜러니 형성을 유도한다. SCR은 섬유아세포, 내피 세포, 골수 및 세르톨리 세포에 의해 생성된다. SCF 수용체는 장, 신장, 폐, 태반, 아교 세포, 뉴런, 멜라닌 세포, 배아, 비만, 종양 및 조혈 세포, B 및 T 전구 세포에서 발현된다. SCFR(수용체)는 혈장 내에 존재하는 용해성 형태로 단백분해적으로 절단될 수 있으며, SCF 길항물질이다.
LIF(Leukemia inhibitory factor)는 2가지 멤브레인 당단백질(LIF Raα 및 gpl30)로 구성된 그 수용체에 결합한다. LIF 및 그 수용체는 온코스타틴 M, 카디오프토핀-1(cardiotrophin-1) 및 CNTF(ciliary neurotrophic factor)의 효과를 매개한다. LIFRα는 2개의 사이토킨 수용체 도메인 및 3개의 피브로넥틴 유형 III 반복부를 함유하는 789 aa 세포외 도메인을 지닌 유형 I 멤브레인 단백질이다. 용해성 LIFRα는 혈장 내에 존재하고, LIF 길항작용 활성을 갖는다. LIF는 줄기 세포, 간세포, 조혈 세포, 및 암종 세포에 대하여 유사분열촉진성이다. LIF는 배아 줄기 세포 분화를 억제한다.
CT-1(cardiotrophin-1)은 IL-6, IL-11, LIF, OSM 및 CNTF로 구성된 패밀리의 구성원이다. 그것은 심장, 골격근, 간, 폐, 신장 및 기타 조직에서 발현된다. 그것은 많은 세포 유형에 대하여 유사분열촉진성이다.
DCC(deleted in colorectal cancer)는 4개의 Ig 유사 반복부 및 6개의 피브로넥틴 유형 III 유사 반복부를 함유하는 세포외 도메인을 지닌 유형 I 트랜스멤브레인인 종양 억제인자 단백질이다. DCC는 액손 유도를 위한 네트린에 대한 수용체이다. DCC, 카스파제 기질은 네트린에 의해 결합되지 않는 한 아폽토시스를 촉진한다.
DNAM-1은 T 및 NK 세포 및 마크로파지 상에 발현되는 유형 I 트랜스멤브레인 당단백질이다. DNAM-1은 CTL 및 NK 세포에 대한 종양 세포의 유착과 관련이 있는 신호 전달 유착 분자이며, 활성화된 PKC 경로에 의존적인, 세포의 세포독성을 매개한다.
Tie(Ig 및 EGF 상동성 도메인 1을 지닌 티로신 키나제)는 3개의 EGF-유사 모티프가 측부에 위치하고 이어서 트랜스멤브레인 단백질의 세포외 도메인에서 피브로넥틴 유형 III-유사 반복부가 뒤따르는 2개의 면역글로불린 모티프를 함유하는 수용체 티로신 키나제(RTK)를 포함한다. 이들 수용체는 혈관형성, 맥관형성 및 조혈에서 역할을 하는 내피 및 조혈 전구 세포 상에서 발현된다. Tie-1은 내피 세포 분화 및 내피 통합성의 유지와 관련이 있다. Tie-2는 리간드로서 안지오포이에틴(angiopoietin)-1 및 -2를 가지며, 혈관형성과 관련이 있다. 안지오포이에틴-1(Angl) 및 -2(Ang2)는 혈관형성 및 성인 맥관구조의 유지와 관련이 있는 분비된 리간드이다. Ang 2는 Ang1 및 Tie-2에 대한 길항물질일 수 있다.
TPO(thrombopoietin)는 c-Mp1 원형-암유전자(proto-oncogene) 수용체에 대한 리간드이고, 거핵구형성 및 혈전형성을 조절한다. 그것은 일부 세포 유형에 대하여 미토겐으로서 작용할 수 있다.
uPA(urokinase-type plasminogen activator)는 수용체 uPAR, 세포 유주에 요구되고 조직 파괴를 야기하는 세린 프로테아제에 대한 리간드이다. uPAR은 uPA 프로테아제 활성을 편재화하고, 신호 전달 과정을 개시하여 탄백질 티로신 키나제, 유전자 발현, 화학주성 및 세포 유착을 활성화한다. uPAR은 정상 인테그린 유착 기능을 억제할 수 있고, uPAR 상에서 고 친화성 결합 부위를 통한 비트로넥틴에 대한 유착을 촉진힌다. uPAR의 선택적 스플라이스 변형은 분리된 용해성 형태를 생성한다. 우로키나제 수용체 유도된 펩티드 SRSRY는 비트로넥틴에 대한 유착을 촉진시킬 수 있다.
안지오제닌은 혈장내에 존재하며, 120 ng/ml 만큼 높게 갖는다. 그것은 혈광형성과 관련이 있으며, 내피 세포 미토겐이다. 안지오제닌은 내피 및 섬유아세포 세포 유착 및 전연을 지지한다. 안지오어레스틴은 종양-억제 특성을 지닌 항-혈관형성 단백질이다.
B7-1 및 -2 리간드와 CD28 및 CTLA-4 수용체는 T 세포 및 B 세포 반응을 조절하는 경로를 동시 자극한다. B7-1은 활성화된 B 및 T 세포 및 마크로파지 상에서 발현된다. B7-2는 수지상 세포, 랑게르한스, 기억 B, 배아 중심 B 및 말단 혈액 수지상 세포, 단핵구 상에서 발현되고, IFNγ에 의해 유도될 수 있다. CD28/B7 상호작용은 bc1-XL의 상향조절에 의해 T 세포 아폽토시스를 방지한다. CD4는 유형 I 멤브레인 당단백질이거나 흉선세포 및 T 세포에서 발현된 용해성 수용체이며, gp120 단백질을 결합하는 HIV 진입(HIV entry)의 보조-수용체이다. CD6은 T 세포 활성화와 관련이 있고, 유착 수용체이며, T 세포에 대하여 유사분열촉진성이고, ALCAM, 활성화된 백혈구 세포 유착 분자를 결합하며, B 세포, T 세포, 호중구 세포 및 흉선세포에서 발현된다. CD14는 단핵구 및 파크로파지 상에 발현된다.
케모킨
일반적으로, 케모킨, ~8 to 14 kDa는 G-단백질 커플링된 수용체를 통해 백혈구를 활성화하거나 화학주성 유인하는 용해성 사이토킨이다. 또한, 케모킨은 다른 면역 및 비면역 기능, 그리고 생리학적 과정과 관련이 있는데, 그 이유는 면역 세포가 결합 조직을 비롯한 모든 조직에 퍼져 있기 때문이다. 따라서, 케모킨에 의해 유인된 면역 세포 및 케모킨에 의해 유인된 기타 세포는 조직에서 ECM 및 기타 성분에 영향을 미친다. HIV는 호스트 세포로 진입하는 케모킨 수용체를 사용한다. 케모킨은 염증반응, 감염성 질환, 및 정상적 및 병리학적 면역 반응에 역할을 한다. 염증반응 유도자는 감염, 알레르겐, 자가항원, 동종항원, 종양 등을 포함한다.
면역 세포를 제외한 기타 세포는 케모킨, 예컨대 섬유아세포, 상피, 내피 및 평활근 세포를 이룬다. 선천성 면역성에서 후천성 면역 반응으로의 전이는 추가의 염증성 세포를 보충하는 케모킨을 생성하는 조직 마크로파지 및 섬유아세포를 활성화하는 신호를 수반한다. 수지상 세포는 성숙하여 후천성 면역 반응 동안 배출 림프 결절에 특이적인 항원과 함께 유주한다.
많은 케모킨은 IL-1 및 TNF의 조절 하에 존재한다. 50개 이상의 구성원이 내재하는 4가지 주요 서브패밀리 케모킨(CXC, CC, CX3C, 및 C)을 결합하는 4가지 서브패밀리로 분류된 18개 이상의 사이토킨 수용체가 존재한다. 2가지 주요 군의 케모킨이 현존한다. 하나의 군은 백혈구를 보충하는 염증성 자극에 의해 유도되는 염증성 케모킨이다. 나머지 다른 군, 항상성 케모킨은 면역계 및 조혈계의 발달 및 유지(항상성)을 지원하도록 조직 및 특정 세포 유형에서 구성적으로 발현된다. 종양 세포 생성된 케모킨은 생존 신호를 제공하는 자가분비적 또는 측분비적 성장 인자일 수 있다. 종양 세포 및 기질 세포에 의한 염증성 케모킨의 생성은 백혈구를 보충하고, 침윤 및 전이에 역할을 한다. 케모킨은 GAG, 예컨대 헤파란(HS), 콘드로이틴 설페이트(CS) 또는 그 GAG를 함유하는 프로테오글리칸(PG)을 결합할 수 있고, 케모킨의 그 수용체에 대한 제시를 촉진하거나 지연한다. HSPG는 케모킨 전달을 촉진하고, 반면에 CSPG(versican)은 케모킨 결합을 약하게 하므로, 부수적 림프양 조직에서 일어나는 바와 같은 인터그린 매개된 세포 유착을 하향 조절한다. 흉선세포 분화에서와 같이 특이적 세포 유형 분화에 요구되는 세포 유주 및 세포 증식은 케모킨 및 ECM 변화를 수반한다.
일부 케모킨은 다음과 같다:
CCL1(TCA-3)은 CC 베타 패밀리의 구성원이고, 면역 세포에서 화학주성을 유도한다. CCL2(MCP-1)는 면역 세포, 예컨대 단핵구 또는 호염기구에 대하여 화학주성을 나타내고, 섬유아세포와 같은 세포에서 PDGF에 의해 유도된다. CCL2는 수퍼옥사이드 음이온을 발생시키고, 단핵구에서 유착 분자 및 사이토킨 생성을 조절하며, 호염기구로부터 히스타민 방출을 활성화하고 강화한다. CCL2는 병변 부위에서 백혈구 축적, 염증반응 및 아테롬성 경화증 및 과민성 반응을 비롯한 기타 질환 상태에서 역할을 한다. MIP(macrophage inflammatory proteins 1 to 3)는 T 및 B 세포, 그리고 항원 또는 미토겐 자극후 단핵구 내에 존재한다. 그것은 면역 세포, 예컨대 단핵구 및 호산구에 대하여 화학주성인자이고, 호염기구로부터 히스타민 분비를 유도한다. CCL3(MIP-1α, 70 aa) 및 CCL4 (MIP-1β, 69 aa)는 마크로파지, T 및 B 세포, 및 항원 또는 미토겐 자극후 단핵구에 의해 생성된다. 양자의 케모킨은 염증성 단백질, 단핵구 화학주성인자, 조혈 줄기 세포 증식의 억제제이며, 림프구에 대한 유착 효과를 갖는다. CCL5(RANTES)는 T 세포(B 세포가 아님), 섬유아세포(예를 들면, 활액), 신세뇨관 상피 및 종양 세포에서 발현된다. RANTES는 면역 및 염증 과정, 트롬빈 자극된 혈소판을 통한 호산구 및 단핵구 상에서의 화학주성의 매개시 역할을 한다. CCL6은 단핵구, 호중구, T 세포에서 발현되고, GM-CSF 또는 IL-4에 의해 유도된다. CCL6은 단핵구에 대한 화학주성인자이다. CCL7(MCP-3 또는 MARC)은 단핵구, 호산구 및 T-림프구 화학주성인자이다. MCPs-1 내지 -3은 호염기구로부터 히스타민 분비를 유도한다. CCLlO(interferon γ inducible protein 10)은 단핵구, 섬유아세포, 내피 세포, 각질세포, 골아세포, 성상세포, 평활근 세포, 비세포(splenocyte), 및 활성화된 T 림프구에서 IFNγ, LPS, IL-1β, TNFα, IL-12 및 바이러스에 의해 유도된다. CCL1O은 혈관형성의 억제제이며, 흉선 의존적인 항종양 효과를 가지며, T 세포 및 기타에 대하여 화학주성인자이다. 그 수용체는 IL-2 활성화된 T 세포에서 고도로 발현된다. CCL11(eotaxin)은 호산구 화학주성인자이다. CCL 12 (SDF-1α, 기질 세포 유도된 인자 1α)는 T 세포 및 단핵구에 대하여 화학주성인자이고, HIV-1에 의한 감염의 억제제이다. SDF-1α 및 SDF-1β는 기질 세포 의존적 전-B 세포에 대하여 유사분열촉진성이다. SDF는 섬유아세포를 비롯한 다수의 세포에서 이루어진다. CCL12는 CSCR4에 대한 리간드이다. CCL 13(MCP-4)은 내피 세포, 상피 세포(기관지, 유형 II 폐포) 세포, 림프구, 마크로파지 등에 의해 생성된다. CCL 14는 혈장 및 다양한 조직, 예컨대 근육, 간, 장, 골수 및 비장 내에 존재한다. 그것은 T 세포, 단핵구, 호산구의 화학주성을 촉진하고, HIV-1 M-트로픽 감염을 억제한다. 플라스민 또는 uPA는 활성 펩티드에 대한 CCL14a 프로펩티드 전환을 매개한다. CCL15(MlP-1δ, leukotactin-1)는 T, B, NK 및 수지상 세포 및 단핵구에 의해 이루어진다. 그것은 T 세포, 호산구, 단핵구에 대하여 화학주성인자이고, 과립구-마크로파지, 적혈구양 및 다능성 전구 세포에 의한 콜러니 형성을 억제한다. CCL16(HCC-4)은 간에서 발현되고, 림프구 및 단핵구 화학주성인자이다. CCL17은 흉선, 폐, 소장, 결장 및 말단 혈액 단핵 세포에서 발현된다. 그것은 T 세포에 대하여 화학주성인자이고, T 세포 상에 존재하는 CCR-4에 대한 리간드이다. CCL20 (MIP3α)은 림프구에 대하여 화학주성인자이고, 골수양 전구세포의 증식을 억제하며, 재대혈 전구체(수지상 세포) 상에 존재하는 CCR-6에 대한 리간드이다. CCL19(MIP3β)는 림프구에 대하여 화학주성인자이고, 림프양 조직, B 및 T 세포 상에 존재하는 CCR-7에 대한 리간드이며, 항-염증성 IL-10에 의해 하향조절된다. 미드킨, 내피 세포, 성상세포, 및 상피 세포에 의해 생성된 15kDa 헤파린-결합 분자(신세뇨관 및 윌름즈 신장 종양)은 알츠하이머병 노인반 내에 존재한다. 미드킨은 상피-중간엽 상호작용 및 신경계 발달, 예컨대 뉴런 과다성장에서 역할을 한다. CCL21(6Ckine)은 림프양 조직에서 이루어진 CC 케모킨이고, 림프구, 예컨대 T 세포 및 흉선세포에 대하여 화학주성인자이고, 단핵구에 대해서는 화학주성인자가 아니다. CCL22(macrophage-derived chemokine, MDC)는 마크로파지, 단핵구 및 수지상 세포에서 발현되고, 면역 세포 화학주성인자이다. CCL23(myeloid progenitor inhibitory factor, MPIF-1)은 골수, 폐, 간 등에서 존재하고, CCR1에 대한 리간드이며, 수지상 세포, 단핵구, 및 골아세포 전구체의 화학주성인자 및 활성화인자이다. CCL24(eotaxin-2)는 호산구, 호염기구 및 휴지 T 세포에 대한 화학주성인자이다. CCL25(thymus-expressed chemokin or TECK)는 흉선 및 소장에서 수지상 세포에 의해 발현된 CC 케모킨이다. CCL25는 활성화된 마크로파지, 수지상 세포 및 흉선세포에 대하여 화학주성인자이다. CCL26(Eotaxin-3)은 맥관 내피 세포, 심장 및 난소에서 생성된다. 그것은 화학주성을 유도한다. CCL28은 상피 세포에서 발현되고, 화학주성인자이다.
CXCL1(GROα)은 면역 세포, 예를 들어, 호중구, 단핵구, T 림프구, 호염구, B 세포 및 기타 세포 유형, 예를 들어, 섬유아세포, 멜라노사이트, 내피 및 흑색종 세포를 활성화시킨다. 이는 성장 자극중인 정상세포에 의해 그리고 종양성세포 내에서 만들어진다. GRO는 섬유아세포, 단핵구, 멜라노사이트 및 상피 세포 내에서 혈청, PDGF, 및 염증성 매개자(IL-1, TNF)에 의해 유도된다. 이 세가지 GRO 단백질은 호중구 유인자 및 활성자이다(호염구 또한 해당됨). 이들은 IL-8 수용체 유형 B에 결합한다. CXCL5는 단핵구 및 호중구에서 생산되는 상피 세포 유래 호중구 활성화 펩티드이며, 섬유아세포(예, 폐), 내피 및 상피 세포에서 프로염증성 시토카인 IL-1 및 TNF에 의해 유도된다. 이는 호중구 유인자 및 활성자이다. CSCL6(과립구 화학주성 단백질-2, GCP-2)은 호중구 화학유인자이며, 섬유아세포의 LPS 유도로 생산된다. CXCL7(NAP-2)은 CSCR-2에 결합하여, 호중구 및 호염구를 활성화 및 화학유인한다. CSCL1O은 성상세포, 소교세포 및 마크로파지 내에서 IFNs α,β,γ 및 LPS에 의해 유도된다. 이는 또한 T 세포, 비장림프구, 케라티노사이트, 성상세포, 평활근 세포 및 골아세포 내에도 존재한다. 이는 T 세포에 대한 화학유인자, 신생혈관형성 저해제이며, 항암 효과를 가진다. CXCL13은 B 림프구 화학유인자이다. CX3CL1(프랙탈카인)은 멤브레인에 결합되며, 가용성 형태로 절단된다. 이는 내피 세포와 소교세포 내에서 염증에 의해 상향조절된다. 이는 T 세포, 단핵구, 호중구에 대해 화학주성이며, 백혈구 부착을 촉진한다.
XCL1(림포탁틴)은 NK 세포 및 림프구에 대해 화학주성 활성을 가진다. CINC(시토카인-유도된 호중구 화학유인자)는 호중구 유인자 및 활성자인 CXC 케모카인의 그룹이다. CINC는 염증성 부위로 호중구를 침윤시키는데 역할을 담당하며, 호중구 화학유인자이다. CINC는 섬유아세포, 마크로파지 및 육아조직에서 만들어진다. IP-1O은 단핵구, T 및 NK 세포, TIL(종양 침윤 림프구), 조혈 줄기 세포 및 내피 세포를 표적화한다. PF-4는 호중구, 단핵구, 비만 세포, 호산백혈구, 조혈 줄기 세포, 섬유아세포, 내피 및 종양 세포를 표적화한다. SPF-1은 호중구, 단핵구, T 림프구, 및 조혈 줄기 세포를 표적화한다. MIG는 T 림프구 및 TIL을 표적화한다. ENA(상피 세포-유래된 호중구-활성화 펩티드)는 케모카인의 CSC 서브패밀리의 멤버이다. 이는 호중구, 주화성 및 엘라스타아제 방출을 활성화한다. KC는 CXC 서브패밀리의 멤버이며, 호중구 유인자 및 활성자이다. KC는 염증에서 역할을 담당하며, 단핵구는 죽상판경화 내피 상에서 억류되며, 알츠하이머병에서 역할을 담당한다. LIX(LPS 유도된 CSC 케모카인)는 LPS 또는 기타 제제에 의해 자극된 상피 세포 및 섬유아세포에 의해 생산된다. 이는 덱사메타손에 의해 하향조절된다. 이는 호중구에 대한 화학유인자 및 활성자이며, CSCR2 수용체에 결합한다. MAG(마이엘린 연관된 당단백질)는 세포외 도메인 내에 5 Ig-유사 도메인을 갖는 유형 I 트랜스멤브레인 당단백질이다. MAG은 면역글로불린 시알로어드헤신 슈퍼패밀리의 일부로 유착 단백질이다. 이는 슈반 세포 및 수초 올리고덴드로사이트 상에서 발현된다. 이는 엑손과 마이엘린 간에 상호작용에서 역할을 담당한다. 가용성 MAG은 혈장 및 조직 내에 존재하며, 상처 후 뉴런 재생 저해에 기여할 수 있다. 바이러스 CMV UL146 및 147 단백질은 CXC 케모카인과 서열이 유사하며, 호중구의 탈과립 및 주화성을 유도한다. 바이러스 MCV 유형 II 케모카인 유사 단백질은 단핵구 주화성을 저해한다.
케모카인은 특정 세포 유형 상의 수용체에 결합함으로써 이들의 작용에 영향을 준다. 상호작용 중 일부는 다음과 같다:
다형핵 세포는 CCR1 결합 MIP-1α, RANTES 및 MCP-3, 및 CCR8 결합 리간드 309를 발현한다. B 세포는 CCR7 결합 MIP-3b/ELC를 발현한다. 마크로파지는 수용체 CCR1 결합 MIP-1α, RANTES 및 MCP-3, CCR2 결합 MCP-1 내지 -4, CCR5 결합 RANTES, MIP-1α, 및 MIP-IO 및 CCR8 결합 리간드 309를 발현한다. 호산백혈구는 수용체 CCR1 결합 MCP-3, 4, MIP-1α, RANTES5 CCR2 결합 MCP-3, 4, 에오탁신-1, RANTES, 및 CCR3 결합 에오탁신, MCP-3, -4 및 RANTES를 발현한다. 호염구는 MCP-1 내지 -5에 대해서는 CCR2를, MCP-3, -4, 에오탁신-1, -2, RANTES, 및 CCR4 결합 TARC에 대해서는 CCR3을 발현한다. 단핵구는 수용체 CCR1 결합 MCP-3, -4, MIP-1α, RANTES, CCR2 결합 MCP-1 내지 -5, CCR5 결합 MIP-1α, MP-1β, RANTES, 및 CCR8 결합 I-309를 발현한다. MDC, HCC-1, TECK은 단핵구에 작용하는 추가적인 케모카인이다. 활성화된 T 세포는 수용체 CCR1 결합 MCP-3, -4, MIP-1α, RANTES, CCR2 결합 MCP-1 내지 -5, CCR4 결합 TARC, CCR5 결합 MIP-1α, MIP-1β, RANTES, CCR7 결합 MIP-3β, CX3CR3 결합 IP-1O, MIG, I-TAC을 발현한다. 활성화된 T 세포는 케모카인 PARC, SLC 및 엑소더스-2 또한 사용한다. 휴지 T 세포는 수용체 CCR3 결합 에오탁신, MCP-3, -4, RANTES, CCR6 결합 MIP3α/LARC, CCR8 결합 리간드 309를 발현한다. 휴지 T 세포에 작용하는 추가적인 케모카인은 PARC, DC-CK1, 림포탁틴 및 SDF-1이다. 수지상 세포는 CCR1 결합 MCP-3, -4, MIP-1α, RANTES, CCR2 결합 MCP-1 내지 -5, CCR3 결합 MCP-3, -4, 에오탁신 1, 2, RANTES, CCR4 결합 TARC, CCR5 결합 MIP-1α, MIP-1β, RANTES, CCR6 결합 MIP-3α, 및 CXCR4 결합 SDF-1을 발현한다. 수지상 세포에 작용하는 다른 케모카인은 MDC 및 TECK이다. 호중구는 CSCR1 결합 IL-8 및 GCP-2, CSCR2 결합 IL-8, GCP-2, GRO-α, -β, -γ 및 ENA-78을 발현한다. 호중구에 작용하는 다른 케모카인은 NAP-2 및 LIX이다. 내츄럴 킬러 세포는 CCR2 결합 MCP-1 내지 -5, CCR5 결합 MIP-1α, MIP-1β, RANTES, CX3CR1 결합 프랙탈카인 및 CXCR3 결합 IP-10, MIG 및 I-TAC를 발현한다.
면역 세포, 케모카인 및 시토카인은 이하 언급한 여러 질병 상태에 관여한다:
호중구 및 IL-8, GRO-α, β, γ, 및 ENA-78은 급성 호흡곤란 증후군과 같은 염증성 질환에 관여한다. 호중구 및 IL-8, ENA-78은 세균성 폐렴에 관여한다. 호산백혈구 및 MCP-1, -4, T 세포 및 MIP-1α, 단핵구 및 에오탁신 및 호염구 및 RANTES는 천식 침윤에 관여한다. T 세포, 단핵구는 침윤하며, IP-10은 사르코이도시스에 관여한다. 단핵구, 호중구 및 MIP-1α, MCP-1, IL-8, ENA-78은 류마티스성 관절염에 관여한다. 단핵구, 호중구 및 MIP-1β는 퇴행성관절염에 관여한다. 단핵구 및 MCP-1, T 세포 및 RANTES, 호중구 및 IP-10은 사구체신염에 관여한다. T 세포 및 MCP-1 및 호중구 및 IP-10, MIG, GRO-β, IL-8은 건선에 관여한다. 단핵구 및 MCP-1, 호중구 및 MIP-1α, T 세포 및 에오탁신, 호산백혈구 및 IP-1O 및 IL-8은 염증성 장 질환에 관여한다. T 세포 및 MCP-1 내지 -4, 및 단핵구 및 IP-1O은 아테롬성 동맥경화증에 관여한다. T 세포 및 MCP-1 및 단핵구 및 IP-10은 바이러스성 수막염에 관여하며, 호중구 및 IL-8 및 단핵구 및 GRO-α, MCP-1, MIP-1α 및 1β는 세균성 수막염에 관여한다.
성장 인자, 시토카인 또는 케모카인에 대한 일부 주요 수용체 카테고리, 수용체 유형 및 리간드 결합 사슬은 다음과 같다:
헤마토포이에틴 도메인 수용체 카테고리: 1) IL-12(IL-12Rβ1 및 β2 사슬에 결합), 렙틴(렙틴 R 이량체에 결합) 및 G-CSF(G-CSF R 이량체에 결합)을 위한 IL-6 수용체 유형; 2) IL-6(IL-6rα 및 gp130 사슬에 결합), IL-11(IL-Ra 및 gp130 사슬에 결합), OSM(OSMRα 또는 LIFRα 및 gp130 사슬에 결합), LIF(LIFRα 및 gp130 사슬에 결합), CNTF(CNTFRα, LIFRα 및 gp130 사슬에 결합)에 대한 IL-6 및 gp130 공유 수용체 유형; 3) EPO(EPO-R 사슬에 결합), TPO(TPO-R 또는 c-Mlp 사슬에 결합), 성장 호르몬(GH)(GH R 사슬에 결합), 프로락틴(PRL R 사슬에 결합)에 대한 GH 단량체 수용체 유형; 4) IL-2(IL-Ra, IL-Rβ, 및 γc 사슬에 결합), IL-4(IL-4Rα 및 γc 사슬에 결합), IL-7(IL-7Rα 및 γc 사슬에 결합), IL-9(IL-9Rα 및 γc 사슬에 결합), IL-13(IL-13α 및 IL-4α 사슬에 결합), IL-15(IL-15Rα, IL-2Rβ 및 γc 사슬에 결합)에 대한 IL-2 공유 γ 사슬 수용체 유형; 5) IL-3(IL-3Rα 및 βc 사슬에 결합), IL-5(IL- 5Rα 및 βc 사슬에 결합), GM-CSF(GM-CSFRα 및 βc 사슬에 결합)에 대한 IL-3 공유 β 사슬 수용체 유형.
분류 II 시토카인 수용체 카테고리: IL-1O(IL-1OR1 및 IL-10R2 사슬에 결합), IFNγ(IFNGR1 및 IFNGR2에 결합), 및 IFNα/β(IFNAR1 및 IFNAR2에 결합)에 대한 헤테로이량체 인터페론 수용체 유형.
포스포티로신 키나제(PTK) 수용체 카테고리: 1) EGF(EGF R 사슬에 결합), TGFα(EGF R 사슬에 결합), 암피레굴린(EGF R 사슬에 결합), HB-EGF(EGF R 사슬에 결합), BTC(EGF R 또는 ErbB4 R 사슬에 결합), HRGs(ErbB2, ErbB3 또는 ErbB4 사슬에 결합), GGF(ErbB2, ErbB3, 또는 ErbB4 사슬에 결합)에 대한 분류 I(시스테인) 수용체 유형; 2) 인슐린(인슐린 R, IGF-I R, 또는 IGF-II R 사슬에 결합), IGF-I(IGFI R 사슬에 결합) 및 IGF-II(IGFI R, IGFII R, 또는 인슐린 R 사슬에 결합)에 대한 분류 II(시스테인) 수용체 유형; 3) CSF-1(M-CSF R 사슬에 결합), SCF(c-Kit R 사슬에 결합), Flk-2L(Flk-2 R 사슬에 결합), PDGF-A(PDGFα 및 PDGFβ R 사슬에 결합) 및 PDGF-B(PDGFα 및 PDGFβ R 사슬에 결합), VEGFs(VEGFR-1, -2, 또는 -3 사슬에 결합), PIGF(VEGFR-1 사슬에 결합)에 대한 분류 III(Ig) 수용체 유형; 4) FGFs(FGF R-1, -2, -3, -4 사슬에 결합)에 대한 분류 IV(Ig, 헤파린) 수용체 유형; 5) NGF(TrkA 또는 p75NGF R 사슬에 결합), BDNF(TrkB 또는 p75NGF R 사슬에 결합), NT-3(TrkC 또는 p75NGF R 사슬에 결합), NT-4(TrkB 또는 p75NGF R에 결합)에 대한 분류 V(시스테인) 수용체 유형; 6) HGF(HRG-R(c-Met) 사슬에 대한 결합)에 대한 분류 VI(c-Met) 수용체 유형.
세린/트레오닌 키나제 수용체 카테고리: 1) TGFβ-1 내지 -5(TGF-βR 유형 I, II 및 III 사슬에 결합)에 대한 TGFβ, 분류 I, II, III 수용체 유형; 2) 액티빈, 인히빈, BMP(TGFβR/BMPRs 유형 I 및 II 사슬에 결합)에 대한 TGFβ, 분류 I, II 수용체 유형.
TNF 수용체 카테고리: TNFα 결합 to(p75TNF R, p55 TNF R 사슬에 결합), TNFβ(p75TNF R, p55 TNF R 사슬, LTR에 결합), CD40 리간드(CD40 R 사슬에 결합), CD27 리간드(CD27 R 사슬에 결합), Fas 리간드(Fas R 사슬에 결합), RANK 리간드(RANK R, OPG R 사슬에 결합)에 대한 TNF 수용체 유형.
Ig-유사 수용체 카테고리: IL-1α(IL-IR 사슬에 결합), IL-1β(IL-IR 사슬에 결합), 및 IL-18(IL-18 R 사슬에 결합)에 대한 Ig-유사 수용체 유형.
Serp.7 트랜스멤브레인 G 단백질 커플링된 수용체 카테고리: 1) IL-8, GRO, MIP-2, NAP(CXC(α) 케모카인 수용체에 결합)에 대한 C-X-C 시토카인 수용체 유형; 2) MCP-1-3, RANTES, MIP-1(CC(β) 케모카인 수용체 사슬에 결합)에 대한 C-C 시토카인 수용체 유형.
호르몬
4가지의 주요 유형의 호르몬이 존재한다: 1) 펩티드, 단백질 및 변형된 아미노산 호르몬 2) 스테로이드 호르몬 3) 티로신 또는 아민-유래된 호르몬 및 4) 지방산 유도체. 펩티드 및 아민 호르몬은 수용성이므로, 분해되기 이전에 매우 제한적인 시간 동안 자유롭게 순환한다. 단백질 호르몬은 표적 세포로 이송되는 결합 단백질을 가질 수 있다. 스테로이드 및 타이로드 호르몬은 지질 가용성이며, 혈액 내에서 혈장에 결합된 단백질에 의해 긴 혈장 반감기를 가지며 운반된다.
호르몬은 천연적으로 오토크린, 파라크린 또는 엔도크린일 수 있으나, 엔도크린 작용이 우세하다. 오토크린 작용시, 화학물질에 의한 세포 신호 자체가 합성되며, 이는 세포질 또는 세포 표면상의 수용체에서 발생할 수 있다. 파라크린 신호는 하나의 세포로부터 발산되어, 근처 세포상의 수용체, 예를 들어, 염증성 시토카인 및 시냅스 신경전달물질과 함께 상호작용한다. 엔도크린 신호는 혈액으로 분비되고, 혈액 및 조직에 의해 표적 세포로 운반되는 화학물질이다. 모두 세가지 메카니즘에서 호르몬은 단지 성장 인자, 시토카인 및 케모카인과 함께, 혈청, ECM 및 일부 경우에는 신체(신경계, 림프) 내 다른 체액에 존재한다.
여러 조직 회복 또는 결손 증가를 위해 조직(예, 연결 조직)에 사용되는 호르몬이 이하와 같다. 대부분의 호르몬은 잘 알려져 있으며, 이들의 작용 모드도 당업계에 잘 알려져 있다. 호르몬 및 성장 인자는 동시에 용어면에서 혼용해서 사용된다. 예를 들어, EPO는 엔도크린 호르몬이나, 종종 성장 인자로 분류된다.
성장 인자, 시토카인 및 케모카인과 함께, 호르몬은 시험관내 및 생체내에서 특정 세포 유형에 추가되어, 아폽토시스, 아노이키스 및 프로테아제 활성을 저해하고, ECM 생산을 증가시키며, 세포 유착, 세포 스프레딩, 세포 이동, 세포 증식을 증가시키고, 분화를 촉진하며, 최적 생존 및 세포 활성을 위한 대사를 증강시키고, 조직을 재생시킬 수 있다. 이러한 기여는 조직 결함을 치료하는데 사용된다.
일부 호르몬은 혈액 내에 용해되어 순환되나, 대부분의 호르몬은 가용성 혈장 단백질에 결합되어 혈액 내에서 운반된다. 호르몬 및 성장 인자 결합 단백질(HBP)은 혈액과 같은 세포외 체액 내에 존재한다.
여러 호르몬에는 다음을 들 수 있다: 엔도테린-1(잠재적인 내인성 혈관수축신경 및 평활근 미토겐), 티로이드-자극 호르몬(TSH, 201 aa 단백질), 여포-자극 호르몬(FSH, 204 aa 단백질), 황체형성 호르몬(LH, 204 aa 단백질), 황체형성 호르몬 방출 호르몬, 프로락틴(PRL, 198 aa 단백질), 성장 호르몬(GH, 191 aa 단백질), 부신피질자극 호르몬(ACTH, 39 aa 펩티드), 항이뇨 호르몬(ADH, 바소프레신, 9 aa 펩티드), 옥시토신(9 aa 펩티드), 티로트로핀-방출 호르몬(TRH, 3 aa 펩티드), 고나도트로핀-방출 호르몬(GnRH, 10 aa 펩티드)은 성 스테로이드인 에스트로겐 및 안드로겐을 비롯한 여러 상이한 유형의 호르몬의 양을 조절하는 뇌하수체상에서 작용하며, GnRG의 합성 유사체는 트립토렐린 펩티드(Pyr-His-Trp-Ser-Tyr-D-Trp-Leu-Arg-Pro-Gly-NH2), 성장 호르몬-방출 호르몬(GHRH, 40 aa 펩티드), 코르티코트로핀-방출 호르몬(CRH, 41 aa 펩티드)이고, 소마토스타틴(14 및 28 aa 펩티드)은 성장 호르몬 및 위-장-췌장 펩티드 호르몬의 방출을 저해하고, 멜라노사이트 자극 호르몬(MSH), 도파민(티로신 유도체), 멜라토닌(트립토판 유도체), 티록신(테트라-요오딘티로닌 또는 T4, 트리-요오딘티로닌 또는 T3, 티로신 유도체), 칼시토닌(32 aa 펩티드), 파라티로이드 호르몬(PTH, 84 aa 단백질), 스테로이드, 예를 들어, 글루코코르티코이드(코르티솔, 코르티코스테론), 미네랄로코르티코이드(알도스테론), 안드로겐(테스토스테론, 디히드로테스토스테론), 에스트로겐(에스트라디올, 에스트라트리올, 에스트론), 프로게스테론, 안드로스텐디온, 프레그네놀론, 디히드로에피안드로스테론(DHEA), DHEA-S, 안드로스텐디올, 7-케토 DHEA, 인간 융모성 생식선자극 호르몬(HCG), 아드레날린(에피네프린, 티로신 유도체), 노르아드레날린(노르에핀프린, 티로신 유도체), 인슐린(51 aa 단백질), 글루카곤(29 aa 단백질), 아밀린(37 aa 단백질), 글루카곤 유사 펩티드(GLP-1)는 분화, 조직 재성 및 세포질보호를 촉진하는 사이토시토카인 활성을 가지며, 에리트로포이에틴(EPO, 166 aa 단백질), 칼시트롤(스테로이드 유도체), 칼시페롤(비타민 D3), 심방-나트리우레틱 펩티드(ANP, 28, 32 aa 펩티드), 가스트린(14 aa 펩티드), 세크레틴(27 aa 펩티드), 콜레시스토키닌(CCK, 8 aa 펩티드), 뉴로펩티드 Y(36 aa 펩티드), 뉴로피신, 오렉신, 그렐린(28 aa 펩티드), PYY3-36(34 aa 펩티드), 인슐린-유사 성장 인자(IGF-1, 70 aa 단백질), 안지오텐시노겐(485 aa 단백질), 트롬보포이에틴(332 aa 단백질), 렙틴(167 aa 단백질), 아디포넥틴(117 aa 단백질), 레닌-안지오텐신 시스템, 레티노이드, 프로리페린, 칼시토닌, 혈장 고나도트로핀, 태반 성장 호르몬(PGH), 프로락틴, 부세렐린, 고세렐린, 루프로렐린, 송과선 펩티드(에피탈민) 및 호르몬, 및 안지오텐신(예, 1-7). 다른 단백질 및 펩티드 호르몬 또한 성장 인자로 분류된다.
렙틴은 특정 세포의 조혈작용, 체중, 재생 및 세포 증식에 관여하는 지방 조직에 의해 제조된다. 렙틴 수용체(OB-R)는 세포외 도메인을 함유하는 가용성 형태를 포함하는 유형 I 시토카인 트랜스멤브레인 단백질이다. OBR은 시상하부 및 폐, 신장, 프로제니터 조혈 세포, 및 맥락층을 비롯한 여러 다른 조직에 존재한다. 가용성 OB-R은 렙틴에 대한 안타고니스트일 수 있다.
인슐린은 세포 대사 및 성장을 위한 글루코즈 및 아미노산 섭취를 자극한다. 이 호르몬은 여러 다른 작용 중에서도 당신생과정, 지방산 합성 및 이송을 촉진한다.
프로락틴(PRL)은 하수체 전엽, 태반, 뇌, 섬유아세포(예, 피부), 자궁, 데시두아스(deciduas), T, B, NK 및 유방암 세포에서 제조된다. 이는 젖샘 자극성 호르몬이며, PBMC에 의해 분비되는 증식성 성장 인자로서 재생 기능 및 면역조절에 관여한다. 프로락틴은 PBMC를 자극하여 IFNγ를 생성한다. 프로락틴 수용체는 시상하부, 간, 신장, 난소, 정소, 프로스트레이트, 정낭, 호중구, 마크로파지, 단핵구, CD34+ 프로제니터, NK, T 및 B 세포에 존재하는 유형 I 트랜스멤브레인 당단백질이다.
GRP(가스트린 방출 펩티드 또는 봄베신)는 섬유아세포, 평활근 세포, 뉴런 및 소-세포 폐암종 세포를 표적화하는 신경 및 엔도크린 세포 유래의 3kD 폴리펩티드이다.
심방-나트리우레틱 펩티드(ANP)는 심방 내에서 혈액 부피의 증가 및 정맥압에 반응하여 생성된다. ANP는 말초 및 신장 혈관의 혈관확장을 초래한다.
남성에 대해 테스토스테론으로 호르몬을 대체하는 경우, 프로염증성 시토카인(IL-1β 및 TNFα, 내피 세포 내 VCAM-1, 프로트롬빈성 PAI-1 및 피브리노겐, LDL, 체중 표지 및 내장 지방 중량의 혈중 수치를 감소시킬 수 있다. 이 호르몬 대체는 항염증성 시토카인(IL-1O), 혈관 내피 및 평활근 세포 증식, 혈관확장, 및 인슐린 민감도를 증가시킬 수 있다. 여성에 대해 내인성 호르몬을 대체하는 요법의 경우, 항죽상판경화일 수 있다.
에이코사노이드와 같은 유리 지방산 유도체는 호르몬이다. HETE(히드로페록시에이코사테트라노산), 루코트리엔, 예를 들어, B4, B4 R1 및 시스테이닐 루코트리엔, 프로스타글란딘, 예를 들어, PGE 1, 2, PGF1a, PGJ2, 및 트롬복산, 예를 들어, A2 및 B2는 에이코사노이드이다. 에이코사노이드가 관여하는 일부 기능에는 다음의 것을 들 수 있다: HETE는 레닌 생산을 저해하고, 인슐린 분비를 자극하며, 세포 유착(종양 세포) 및 내피 세포 수축을 유도하고, 안지오텐신 II 유도된 알도세론 생산을 유도하며, 백혈구(다형핵 및 평활근 세포(혈관)에 대해 화학주성이다. 시스테이닐 루코트리엔은 염증 매개자이며, 평활근 수축을 초래하고, 모세관 침투성을 증가시킨다. PGE1은 세포 증식(예, 혈관 평활근 세포)을 증가시키며, 혈관확장, 혈소판 응고 및 인슐린-유사 효과에 관여한다. PGE2는 혈관확장, 신장 헤모다이나믹 조절, 나트륨 분비, 골 재흡수, 열조절 및 항염증성 및 프로염증성 반응에서 작용한다. PGF1a는 물 및 전해질 배출을 조절하며, 혈관수축제 및 기도수축제이다. PGJ2는 지방생성에 관여한다. 트롬복산 A2는 혈소판 응집, 혈관수축 및 재생성에 관여하며, B2는 간경변 및 혈전증 마커이다.
상기 호르몬에 대한 대사물질 및 관련 패밀리 호르몬이 사용될 수 있다. 지적되는 인 시투 호르몬에서 이들에 대한 저해자가 사용될 수 있다. 이들 호르몬 및 성장 인자 중 많은 것은 나이에 따라 농도가 변화된다. 시험관내 또는 세포 임플란테이트 내 세포에 대해 특정 호르몬을 첨가하면, 본 발명에서 이미 언급한 여러 다른 변수들 중에서, 증식, 유착, 이동, 스프레딩, 생존, 아폽토시스, 분화를 비롯하여 성장 인자, 시토카인 및 케모카인에 유사한 여러 세포 인자에 영향을 주어, 결함을 치료하는데 유용하다.
앞선 섹션에서, 원치않는 호르몬, 성장 인자, 시토카인, 케모카인 작용의 저해는 수용체 또는 리간드, 천연 저해자, 결합 단백질, 안티센스 올리고뉴클레오티드, 간섭 RNA 및 가용성 수용체에 대한 항체를 사용하여 수행될 수 있다. 프로패션한 이러한 인자들을 사용하면, 성장 인자, 시토카인, 케모카인 또는 호르몬의 활성 성질을 나타내는, 천연, 프로 또는 전구체 형태, 재조합, 단편, 도메인 또는 결합 단백질 형태 및 합성 단백질 또는 펩티드의 사용에 의해 수행될 수 있다. 이러한 인자들을 사용하는 다른 전략들 또한 유용하다.
세포 증식 - 미토겐
미토겐은 세포 분열을 자극한다. 세포 증식은 미토겐 경로에 의해 증가되며, 성장 저해자 경로(예, p53 경로)에 의해 저해된다.
시험관내 및 생체내 세포 증식을 증강 또는 자극하는 분자, 주로 단백질을 본 발명에 사용할 수 있다. 이들에는, 오토크린, 파라크린 및 엔도크린 방식으로 작용하는 공지된 성장 인자, 시토카인, 케모카인, 및 호르몬, 세포 주기에 영향을 주는 ECM 및 혈청 단백질이 포함된다. 예를 들면, ECM 단백질은 세포 증식 중에 인테그린 활성화의 미토겐-활성화된 단백질 키나제 하류의 자극을 통해 특정 단백질 발현을 조절할 수 있다. 미토겐 케스케이드는 호르몬 수용체-아데닐레이트 사이클라제-cDMAP 단백질 키나제, 호르몬 수용체-티로신 단백질 키나제, 및 호르몬 수용체-포스포리파제 C 경로와 같은 특정 경로에 의해 조직에서 일어날 수 있다. 수용체 티로신 키나제는 2개의 브랜치로 구성되며, 분화 유사 EGF를 증식 및 저해할 수 있는 성장 인자; 및 FGF, 인슐린 또는 IGF-1와 같이 자체에 의해 미토겐성일 수 없는 다른 인자에 의한 증식에 요구되거나 또는 미토겐성인 성장 인자 2가지이다. 여러 신호화 경로가 유사분열생식에 존재한다.
미토겐은 폭넓은 세포를 자극한다. 따라서, PDGF는 다른 세포 중에서도 섬유아세포, 평활근 세포, 신경아교세포에 작용하며, EGF는 표피, 상피 및 비상피 세포에 작용하고, 에리트로포이에틴은 주로 적혈구 세포 전구체를 유도하며, TFG-β는 세포 유형 중 일부는 자극하고 다른 일부는 억제한다.
본 발명에 사용되는 세포 중 일부에 대한 미토겐 일부의 예는 다음에 주어진다. 보다 완벽한 예는 본 명세서를 통해 주어질 것이며, 당업계에 공지되어 있다.
예비-지방세포는 혈청, EGF, 헤파린, 히드로코르티손 및 IL-11에 의해 증식되도록 자극되어진다. 혈청은 예비-지방세포 분화에 저해성이다. 분화는 인슐린, 덱사메타손, L-티록신, 및 d-바이오틴의 존재하에 진행된다. 분화된 지방세포는 혈청, EGF, 헤파린 및 히드로코르티손을 함유하는 영양 배지를 가진다. 지방세포는 TGF-β, IGF-1, IL-8, IL-6, 안지오포이에틴-유사 4/PGAR, TNF-α, M-CSF, VEGF, 렙틴, 레시스틴, ASP(아실화 자극 단백질), 및 아디포넥틴을 세포외로 생산한다. ACR p30(아디포넥틴 apM1)은 총 혈장 단백질의 0.01%이며, 면역 세포의 아폽토시스를 유도할 수 있다. 아디포넥틴은 인슐린-민감화 펩티드이다.
표피 세포 증식은 성장 인자 EGF, HB-EGF, TGFα, βFGF, βNGF, FGFs(FGF-7 및 10), 인터루킨, 뇌하수체 호르몬 및 기타 면역 시토카인에 의해 자극된다. 이들 세포는 케라티노사이트로부터 IL-6을 방출하는 IL-1α를 생산하며, 이들의 성장을 자극한다. 케라티노사이트는 또한 IL-3, IL-4, IL-8 및 GM-CSF을 생성한다. 케라티노사이트는 테스토스테론을 5 알파 디히드로테스토스테론으로 전환한다. 안드로겐 및 비타민 A는 케라티노사이트에 대해 미토겐성이다. 케라티노사이트-유래된 인자들은 표피 멜라노사이트의 증식 및 분화를 조절한다. 케라티노사이트에 대한 미토겐은 IL-8, βNGF, HGF, 암피레굴린, KGF(FGF7), HB-EGF, 뇌하수체 호르몬, EGF, TGFα, 인슐린, 히드로코르티손, 트랜스페린 및 에핀프린을 포함한다. 케라티노사이트 성장 저해자는 극저 세포에서 생성된 TGFβ, IFNα, γ, TNF 및 폴리펩티드 칼론을 포함한다.
멜라노사이트에 대한 미토겐은 HGF, FGF6, 콜레라 독소, 포르볼 에스테르(TPA, PMA), 시상하부 호르몬, FGF2, 히드로코르티손 및 루코트리엔 C4를 포함한다.
상피 세포는 ECM 단백질 CYR61, 플레이오프로핀, 헤레굴린, βNGF, EGF, FGF2, FGFlO, HGF, 암피레굴린, 베타셀룰린, KGF, 뇌하수체 호르몬, 펩티드 YY, 프로락틴, 인슐린, 히드로코르티손 인슐린, 글루코코르티코이드(예, 히드로코르티손), 콜레라 독소, 뇌하수체 호르몬, 트리요오도-L-티로닌, 트랜스페린 및 레티노산에 의해 증식되도록 자극된다. 혈청 및 안드로겐은 상피 세포의 증식을 저해할 수 있다.
내피 세포는 ECM-I, ECM 단백질 CYR61, 플레이오프로핀, βNGF, EGF, FGF2, FGF4, FGF5, FGF6, FGFlO, VEGF, EG-VEGF, PD-ECGF, HGF, 베타셀룰린, GM-CSF, IL-I, 뇌하수체 호르몬, 혈청, 헤파린, 히드로코르티손, IGF-1(긴 R3), 뇌하수체 호르몬, 안지오젠신, 페튜인, 아포 트랜스페린(철 함량 낮음) 또는 홀로 트랜스페린(철로 포화됨)에 의해 증식되도록 자극된다.
평활근 세포는 혈청, EGF, FGF2 및 인슐린에 의해 증식되도록 자극된다.
골격근 세포는 혈청, 페튜인, EGF, FGF2, 인슐린 및 덱사메타손의 의해 증식되도록 자극된다. 골격근 세포는 인슐린의 존재하에 분화된다.
섬유아세포 증식은 TGFα, TGFβ, TNF, IL-1, PDGF(AA, AB), CTGF, 트롬빈, 응고 프로테아제, 혈액 응고 인자 Xa, VIIa, 및 XIIIa, 피브리노겐, 가용성의 부분적으로 분해된 피브리노겐, EGF, HB-EGF, FGFs(예, FGF-2, 4, 5, 6, 9, 17), IGF(예, IGF-1), 인슐린, 다양한 인터루킨(예, IL-I), MDGF(백혈구-유래된 성장 인자, LDGF-3), 안지오텐신 II, 엔도테린-1, 유로키나제-유형 플라스미노겐 활성자(uPA), CYR61, 온코스타틴 M, 플레이오프로핀, 백혈병 저해 인자, 암피레굴린 및 베타셀룰린에 의해 자극된다. 피부 파필라 섬유아세포는 뇌하수체 호르몬에 의해 증식되도록 자극된다. 비단백질 인자가 본 발명에 사용될 수 있다. 예를 들어, 아시아티코시드, 트리테르펜 글리코시드는 피부 섬유아세포와 같은 섬유아세포를 비롯한 세포의 증식을 증가시킨다.
특정 렉틴은 콘카나발린 A, 포크위드 렉틴, 루코아글루티닌 PHA-L 및 피토헤마글루티닌 PHA-P과 같은 여러 아글루틴과 같은 미토겐 활성을 유도한다.
세포 주기는 G1 내지 S(DNA 복제) 내지 G2 내지 M(유사분열, 세포질분열)기의 4개의 연속적인 기로 특징지워진다. G1 및 G2기는 주요한 S 및 M기를 개시하기 이전에 내부 및 외부 환경에 세포를 적응시킨다. G1기는 특히 환경 신호가 우호적이지 않은 경우 세포 분열을 지연시킬 수 있다. 실제로, 세포는 세포 증식을 개시하기 이전에 긴 기간 동안 유지되는 특정 휴지기인 GO기에 도달할 수 있다. G1기의 위탁 지점에 도달하는 경우 세포는 S기로 진행된다.
세포 주기의 이벤트 중 대부분은 사이클린-Cdk(사이클린 의존성 키나제) 활성에 의해 개시된다. G1기 동안, Cdk 활성은 Cdk 저해자(CKI), 사이클린 단백질분해 및 사이클린 유전자 전사 감소로 인해 낮다. G1 및 G1/S-Cdk에서 증가는 후기 G1기에서 저해자를 이겨, S-Cdk를 활성화시키며, 이로써 DNA 복제 근원에서 단백질이 인산화되어 DNA 합성이 개시된다. S기 이후, M기 Cdk는 활성화되어, 유사분열을 이끈다. 성숙 촉진 인자는 G2/M 기 전이를 초래하는 단백질 키나제이다. M-Cdk는 M 기를 종결시키는 사이클린 단백질분해 및 세포질분열의 개시에 의해 불활성화된다. 따라서, 세포 주기는 다양한 체크포인트에서, 저해 메카니즘, DNA 회복 및 세포외 조건에 의해 조절된다.
단백질, 주로 효소가 세포 주기를 조절한다. Cdk(사이클린 의존성 키나제)는 세포 주기를 통한 세포 진행에 따라 활성이 변화되는 단백질 키나제의 패밀리이다. 사이클린은 Cdk에 결합하여, 세포 주기를 통한 사이클린 농도를 주기적으로 변화시킴으로써 이의 활성을 변화시킴으로써, Cdk의 주된 조절자로 작용한다. 사이클린-Cdk 복합체의 활성은 세포 주기 이벤트를 개시한다. 사이클린에는 4가지 분류가 있다: G1기의 끝에서 Cdk(Cdk2)에 결합하여, 세포가 DNA 복제를 개시하도록 하는 G1/S 사이클린(사이클린 E). S-사이클린(예, 사이클린 A)은 S기 동안 Cdk(Cdk2)에 결합하며, DNA 복제 개시에 요구된다. M 사이클린(예, 사이클린 B)은 Cdk(예, Cdk1)에 결합하여 유사분열을 촉진한다. G1 사이클린(사이클린 D)은 Cdk(예, Cdk4, Cdk6)에 결합하여 후기 G1기에서 제한점을 통한 세포의 통과를 촉진한다. 사이클린-Cdk 복합체의 완전한 활성화는 CAK(Cdk 활성화 키나제)에 의해 수행된다. 사이클린-Cdk 복합체는 Wee1 키나제에 의한 인산화 및 포스파타아제 Cdc25에 의해 증가된 이들의 활성으로 저해될 수 있다. 또한, Cdk 저해자 단백질(CKI)은 사이클린-Cdk 복합체를 조절한다. 사이클린은 여러 다른 세포간 단백질이 그러하듯이 유비퀴틴 의존성 메카니즘에 의해 단백질분해된다. 속도 제한 단계는 유비퀴틴 리가제에 의해 촉매화된다. Cdk 활성은 G1기에서 Hct1 활성화, p27 단백질의 증가 및 사이클린 유전자 전자 억제로 조절된다. E2F는 S기 도입시 요구되는 단백질을 암호화하는 여러 유전자(G1/S 사이클린 및 S 사이클린)에 결합함으로써 S기 유전자 발현을 활성화한다. 인산화되지 않은 망막아세포종 단백질인 Rb는 E2F에 결합함으로써 세포 주기 진행을 저해한다.
G1 체크포인트는 G1/S-Cdk 및 S-Cdk 복합체의 활성화를 저해함으로써 S기로의 진행을 차단한다. 예를 들어, DNA 손상이 발생하는 경우 생산되는 주된 유전자 조절 단백질인 p53은, G1/S-Cdk 및 S-Cdk에 결합하여 이들의 활성을 저해하는 p21, CKI 단백질과 같은 다은 유전자의 전사를 증가시킨다. Mdm2는 p53에 결합하여, 유비퀴틴 리가제로 작용하여 단백질분해를 위해 표적화하고 p53 수준을 조절한다. 다른 CKI로는 Gl/S-Cdk 및 S-Cdk를 저해하는 p27 및 G1기에서 G1-Cdk를 저해하는 p16이 있다. 일부 유비퀴틴 리가제 및 이들의 활성자로 SCF, APC, Cdc20 및 Hct1을 들 수 있다.
다양한 키나제 경로는 JNK, p38 단백질 키나제, ERK(세포외 신호-조절된 키나제) 및 MAPK(미토겐 활성화된 단백질 키나제), 키나제 슈퍼패밀리를 비롯한 증식에 관여된다. 수용체 티로신 키나제(예, 성장 인자)는 다른 세포 작용 중에서도 증식, 분화 및 이동을 조절하는 MAPK 신호화 경로를 활성화할 수 있다. 여러 미토겐-활성화된 단백질 키나제에 MAPK1-15, MAP2K1-7, MAP2K1IP1, MAP2K1P1, MAP3K1-15, MAP3K7IP1, MAP3K7IP2, MAP4K1-K5, MAPK6PS1-6, MAPK8IP1-P3, MAPK8IPP, MAPKAP1 및 MAPKAPK2-K5이 포함된다. Spry(예, dSpry)는 여러 성장 인자 수용체의 리간드 유도된 피드백 저해자이다. 내피 세포 내에서 FGF 및 VEGF 수용체 활성의 저해는, 예를 들어, EGF 자극화된 세포에서 일어난다. Spry는 MAPK 활성화를 증강시킨다. 성숙 촉진 인자는 유사분열 및 감수분열 주기를 초래하는 단백질 키나제이다. 사이클린은 세포 주기에서 작용하여, p34cdc2(성숙 촉진 인자의 촉매 서브유닛임)와 복합체를 형성함으로써, 성숙 촉진 인자를 활성화시키는 조절 단백질이다. 사이클린 의존성 키나제는 세포 증식을 촉진한다. Rb, 망막아세포종 종양 저해자 경로는 E2F 활성을 조절함으로써 세포 증식 조절에서 중요한 역할을 담당한다. 인자의 E2F1-3 및 E2F 패밀리는 G1/S 전이를 통한 진행을 위한 전사 활성자로 작용한다. pRB(망막아세포종 단백질), p130, p1O7, p27Kip1, p19Ink4d 및 기타 사이클린-의존성 키나제 저해자는 세포 주기 정지를 초래할 수 있으며, 이들 단백질에 대한 저해자가 세포 증식을 증가시킬 수 있다. 수용체 결합을 통한 Ras/Raf/MEK/ERK 경로의 조절은 여러 시스템에서 세포 증식의 공통된 특징이다. 따라서, 이러한 경로를 변화시키는 인자는 세포 증식을 조절할 수 있다.
RelB는 전사 조절자의 NF-κB/Rel 패밀리의 한 멤버이고, 섬유아세포, 간세포, 면역 세포 및 다른 유형의 세포와 피부, 뇌, 신장, 소장 및 다른 유형의 조직에 존재한다. RelB는 휴지 상태의 섬유아세포 (및 다른 유형의 세포)에 존재는 하지만 활성은 없다(IκB에 결합되어 있다). RelB 및 NF-κB는 PDGF, TNF-α, 포르볼 에스테르 또는 혈청의 존재에 의해 DNA 결합 활성을 증가시킴으로써 활성화된다. PDGF와 같은, 세포내 cAMP 레벨을 증가시키는 제제는 세포 주기의 G0/G1 기를 횡단한다. RelB는 세포 증식을 촉진한다. PDGF는 휴지 상태의 세포 및 세포 주기가 진행되고 있는 세포 둘 다에서 세포 주기 횡단을 개시시키고 유지한다. 전사 조절자의 NFκB 패밀리는 RelA, RelB, c-Rel, p100, p105, NFκB1 및 NFκB2로 구성된다. 상기 경로는 수개의 성장 인자, 사이토킨, 케모카인 및 수용체 및 특정 유형의 세포에서 세포 증식을 촉진시키는 항-아폽토시스성 단백질을 생성한다. 몇몇 자극과 함께 일부 유형의 세포에서, 상기 경로는 아폽토시스를 유도할 수 있다.
발암 유전자, 원형 발암 유전자는 일반적으로 유사분열생식을 증가시키고, 종양 억제제는 유사분열생식을 감소시킨다.
혈청, ECM 및 조직액 내에 존재하는 성장 인자, 시토카인, 케모카인 또는 호르몬에 의한 파라크라인, 오토크라인 또는 엔도크라인 작용은 특정 세포 증식을 억제시킬 수 있다. 예를 들어, TGF-β는 다수의 상피 세포에 대한 세포 성장 억제제이다. 가장 흔한 억제제는 세포 주기의 G1 레벨에서 작용한다. 이들 억제제와 반대로 작용하는 단백질 또는 세포를 세포 주기로 돌아가게 함으로써 작용하는 단백질은 세포의 세포 증식을 위해 유용하다.
중요한 외세포성 단백질, 예를 들어 성장 인자, ECM 및 세포 주기를 조절하기 위해 여러 가지 내세포성 단백질 활동을 조절하는 혈청 단백질이 본 발명에 유용하다. 세포 주기를 조정하고, 외세포성 단백질에 의해 조절될 수 있는 내세포성 단백질의 일부는 하기 리스트의 단백질을 포함한다:
사이클린 부류는 사이클린 D1, D2, G2, H, I, G1/S-특이성 사이클린 D3, C, E 및 G2/유사분열-특이성 사이클린 A, B1 및 G1을 포함한다. 발암 유전자 및 종양 억제제는 p53 종양 항원, p21, MDM2-유사 p53-결합 단백질 또는 MDMX, p33ING1, WAF1 또는 야생형 p53 활성화된 단편 1, SDI1, CAP20, 망막아세포종-회합된 단백질 1 또는 RB1, RB2 또는 RBL2 망막아세포종-유사 단백질 2, 130 kDa 망막아세포종-회합된 단백질, CHOP 또는 C/EBP 상동 단백질 및 jun-B, N-myc 원형 발암 유전자, c-myc 원형 발암 유전자, c-myc-결합 단백질 MM-1, 프리폴딩 5, raf1 원형 발암 유전자, GRB-IR/GRB10, B-raf 원형 발암 유전자 또는 RAFB1, CDC42 GTP아제-활성화 단백질, Ab1 상호작용자 2 또는 Abl-2 및 Ab1 결합 단백질 3을 포함한다. DNA 폴리머라제, 복제 인자 및 토포이소머라제는 증식성 시클릭 핵 항원 또는 PCNA, 사이클린, 복제 인자 C 36kDa, C 37kDa, C 38kDa, C 4OkDa, 단일 스트랜드 DNA 결합 단백질, 복제 단백질 A 70-kDa를 포함한다. DNA 합성, 재조합 및 수복 단백질은 유비퀴틴-단백질 리가제, 유비퀴틴-접합 효소 E2A, 유비퀴틴 캐리어 단백질, HR6A, 운동실조 모세혈관 확장증 돌연변이된 단백질, DNA 손상 유도성 전사체 1 및 3, 및 RAD23A를 포함한다. 염색질 단백질, 히스톤 아세틸트랜스퍼라제, 데아세틸라제, 전사 단백질 및 활성화 인자 및 억제제를 포함하는 인자는 CAF1 p48 서브유닛, 망막아세포종-결합 단백질 4, RBAP48, msil 단백질 상동체, RBP2 망막아세포종 결합 단백질, RBQ1 망막아세포종 결합 단백질, RBQ3, RBBP3, 혈청 응답 인자 및 결합 단백질, PRB-결합 단백질 E2F1, E2F 전사 인자 3, 5, p73, PURA 또는 퓨린 풍부 요소 결합 단백질 A 및 단일 스트랜드 DNA-결합 단백질 알파 또는 PUR-알파 및 전사 인사 DP2를 포함한다. CDK 억제제는 사이클린-의존성 키나제 억제제 2A 또는 CDKN2A, 다른 CDKN 2B, 2D, 1A, 1C, p57, KIP2, p19-INK4D, INK4A 및 윌+홈도그(weel+homdog)를 포함한다. 키나제 활성화제 및 억제제는 CMM2, MLM, 다발성 종양 억제제 또는 MTS 1, 2, CIP-1 또는 CDK-상호작용 단백질 1을 포함한다. 내세포성 키나제 네트웍 멤버는 CMM3 또는 피부 악성 흑색종 단백질 3, PSK-J3, PSSALRE, PLSTIRE, PITALRE, KKIALRE, CDK-활성화 키나제 1 또는 CAK 1, 세린/트레오닌 키나제 1 또는 STK1, K35, 세포 분열 단백질 키나제 9, 세포 분열 사이클 단백질 2-유사 4 또는 CDC2L4, p21 활성화된 키나제 1 또는 PAK1, PCTK1, 2 또는 PCTAIRE 단백질 키나제 1, 2, CDC2-관련 단백질 키나제, 콜린에스테라제-관련 세포 분열 조절자 또는 CHED, MAP 키나제 또는 MAPK, 미토겐-활성화된 단백질 키나제 또는 MAPKK, MAPKKK, p38, p38β, 8, 9, 10, 11, 외세포성 신호 조절 키나제 또는 ERK 1, 3 ,5, ERK3 관련 단백질, p21 활성화된 키나제 2 또는 PAK2, hPAK65, 단백질 키나제 B 또는 PKB, 글리코겐 신타제 키나제 3 알파 또는 GSK3A 및 단백질 키나제 B를 포함한다. 내세포성 단백질 포스파타제는 M-기 유도자 포스파타제 1, 2 또는 MPI 1, 2를 포함한다. 내세포성 트랜스듀서, 이펙터 및 조절자, 세포골격 및 유동성 단백질 및 세포 주기 조절 키나제는 DRTF1 폴리펩티드 1, 세포 분열 조절 단백질 2 상동체 또는 CDC2, 사이클린-의존성 키나제 또는 CDK 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 세포 분열 단백질 키나제 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, CDC-유사 키나제 또는 CLK1, 2, 3, 사이클린-의존성 키나제-유사 또는 CDKL1, 폴로-유사 키나제 또는 PLK, 세포 분열 주기 단백질 2-유사 5 또는 CDC2L5, 미토겐-활성화된 단백질 키나제/ERK키나제 또는 MEK 1, 2, 5, 6, 스트레스-활성화된 단백질 키나제 키나제 3 또는 SAPKK3, 미토겐-활성화된 단백질 키나제, 예를 들어 MAPK 3, 4, 6, 7, 12, MAPK/ERK 키나제 키나제 3 또는 MEKK3, MAX-상호작용 단백질 2 또는 MX12 및 p34 단백질 키나제를 포함한다. 아폽토시스 관련 단백질은 GADD45 또는 성장 정지 및 DNA 손상 유도성 단백질 및 GADD 153을 포함한다. 사멸 키나제는 akt1 원형 발암 유전자 및 rac 알파 세린/트레오닌 키나제를 포함한다. 스트레스 응답 단백질은 스트레스-활성화된 단백질 또는 SAP, SAP 키나제, jun N-말단 키나제 또는 JNK 1, 2, 3A2를 포함한다. GTP/GDP 교환자, GTPase 활성 조절자, G 단백질, 다른 세포 주기 단백질은 CDC6-관련 단백질, CDC 10 단백질 상동체, CDC 16HS, CDC27HS 단백질, CDC37 상동체, PBR3, 사이클린-의존성 키나제 5 활성화제 조절자 서브유닛 1 또는 2 또는 CDK5R2 또는 1, 신경 CDK5 활성화제 또는 NCK5A, 아이소폼 NCK5AI, 세포 분열 주기 25 상동체 A, B, C, HU2 또는 CDC25, E2F 이량체화 파트너 1, 2 또는 TFDP1, 2, DRTF1 폴리펩티드 1 또는 DP1, RBP1 이소폼 I 및 II, RBQ 망막아세포종 결합 단백질, RBQ-3, p53-의존성 세포 성장 조절자 CGR19, GAS1 또는 성장 정지-특이성 단백질 1, NEDD5 단백질 상동체, DIFF6, KIAAO158 및 유비퀴틴을 포함한다. G 단백질은 RAC1 또는 ras-관련 C3 보툴리늄 독소 기질 1, ras-유사 단백질 TC25, CDC42 상동체, 및 G25K GTP-결합 단백질을 포함한다.
분화
일반적으로, 분화 과정에서는 세포 증식이 감소하고 실질적으로 정지한다. 분화는 비분화 세포 유형을, 결함을 치료하는 적합한 조직 기능을 특정화하는 소정의 표현형을 가진 세포 유형으로 확장시키는 역할을 한다. 전구체 세포의 분화는 적합한 유도제를 첨가하여 세포 배양물 중에서 발생할 수 있다. 이식 후, 분화는 세포 및 ECM 중의 동일계내 환경적 신호에 따라 발생할 수 있다. 이식물과 함께 단백질 및 분자를 도입하면 세포 분화가 효과적으로 일어나는데, 그 이유는 적합한 공간(예를 들어, 3 차원 ECM) 및 일시적인 환경적 신호는 이미 조직 내에 존재하기 때문이다. 이들 신호는 세포-세포, 세포-ECM 및 세포와의 3차원 상호작용을 포함한다. 생리적인 분화 유도제는 ECM 단백질, 혈청 단백질, 호르몬, 사이토카인, 케모카인, 성장 인자, 다른 거대분자, 소 분자 등일 수 있다. 또한, 현재의 세포 유형의 분화를 유지하는 인자를 사용할 수도 있다. 예를 들어, MIP-1α는 줄기 세포 표현형을 유지시키는 반면, LIF는 배아 줄기 세포 분화를 방해하거나, 또는 TGFβ는 치조 유형II 분화를 방해한다.
가용성 분화 유도제의 예로는 HGF 및 신장 세포(예를 들어, 관 형성), HGF 및 간세포, KGF 및 각질 형성세포 및 전립선 상피세포, 성장 인자 및 호르몬 및 배아 세포, 멜라노트로핀 및 멜라닌 형성세포, 트리오트로핀 및 티로이드 세포, 인슐린, 프로락틴, TGFβ 및 상피세포, TGFβ 및 멜라닌 형성세포, βNGF 및 뉴론, 신경교 성숙 인자 및 신경교 세포, IFNγ 및 신경아세포종, CNTF 및 성상세포, EPO 및 적아세포, G-CSF, GM-CSF, IL-1, IL-6 및 조혈모세포, 칼슘 및 각질 형성세포, 비타민 D 및 단핵구 및 골아세포, 레티노이드 및 내피세포, 상피세포 및 암 세포, 하이드로코티손 및 간세포, 및 상피세포 및 신경교를 들 수 있다. 다른 예는 본 명세서 및 당업계에 존재하는 다른 문헌을 통해 제공된다.
아폽토시스 억제 인자
아폽토시스
조직에서 부적절한 세포 수의 상실은 조직 결함을 초래한다. 세포의 상실은 아폽토시스에 의해 촉진된다.
아폽토시스는 특정 "사멸" 신호에 의해 개시되는 세포의 내세포성 사멸 프로그램이다. 세포는 성장 및 증식을 위해서뿐만 아니라, 생존하기 위해서도 다른 세포로부터의 신호를 필요로 한다. 생존 인자가 없는 경우, 세포는 아폽토시스에 의해 사멸한다. 좋은 예는 신경계의 발생 중에 접촉하는 표적 세포에 의해 분비되는 생존 인자에 대한 신경 세포 사이의 경쟁이다. 조직 내 다른 세포들은 인접하거나 이웃하고 있는 세포에 의해 생성된 생존 신호에 의해 유사한 방식으로 조절되는 것으로 생각된다. 생존 인자는 일반적으로 세포 표면 수용체에 결합하며, 세포 증식 및 세포 성장을 위해 미토겐 및 성장 인자도 동일한 방식으로 거동한다.
아폽토시스성 세포는 세포골격의 해체, 염색사 응축 및 단편화(뉴크레오좀내 단편화), 막 블레빙, 궁극적인 세포 붕괴 및 주변 세포와 면역세포(식세포)에 의한 흡수를 포함하는 프로그램된 일련의 형태적 변화를 일으킨다. 아폽토시스성 마커는 효소 활성, 예를 들어 카스파제 3 활성, 폴리(ADP-리보스) 폴리머라제(PARP) 절단, 감소된 세포 메카니즘, 타협된 막 투과성 및 핵 막 단백질(라민)의 절단에서 증가한다. 대조적으로 괴사성 세포는 세포 팽윤 및 파괴를 초래하는 핵, 세포질 및 라이소좀 막을 특징으로 한다. 아폽토시스의 억제는 세포의 면역원성을 초래할 수 있다
아폽토시스를 촉진하는 단백질은 다수의 경로를 통해 그러한 작용을 하는데, 그러한 경로의 예로는 내부 경로 또는 미토콘드리아 경로 및 외부 경로 또는 세포질 경로를 들 수 있다. 화학물질 및 방사선, 예를 들어 암 치료에서의 화학 요법 및 방사선 요법은 예를 들어 내부 경로를 개시시킨다. 중요한 경로인 내부 경로는 중요한 세포내 소기관인 미토콘드리아에 의해 개시된다. 사이토크롬 c 및 Smac/DIABLO가 미토콘드리아로부터 방출된다. Bcl-2 패밀리 멤버는 활성화를 억제하고, 단지 BH3/Bax 패밀리 멤버는 방출의 활성화를 개시시킨다. 사이토크롬 c는 세포질 어댑터 분자 내의 형태적 변화를 야기시키고, 이어서 Apaf-1은 카스파제-9의 소환 및 올리고머화를 가능하게 한다. 카스파제-9은 활성화된다. 이렇게, 카스파제 활성화는 아폽토시스성 경로를 개시한다. 카스파제는 불활성 프로효소로 합성되고, 차후에 단백질 분해되어 활성 카스파제를 형성한다: 카스파제-1(ICE, 인터루킨-lβ 전환 효소), 카스파제-2(ICH-1), 카스파제-3(CPP32, 야마, 아포파인), 카스파제-4 (TX, ICH-2, ICErel-II), 카스파제-5(ICErel-III), 카스파제-6(Mch2), 카스파제-7 (Mch3, ICE-LAP3, CMH-1), 카스파제-8(MACH, FLICE, Mch5), 카스파제-9(ICE-LAP6, Mch6), 카스파제-10(Mch4, FLICE2), 및 카스파제 DRONC. 다른 카스파제 이외에 카스파제의 기질은 SREBP, AP-24, D4-GDI, DFF, 라민, PARP, MMP 등을 들 수 있다.
대부분의 세포에서 카스파제 활성화는 OMM(미토콘드리아 외막)의 투과성을 필요로 한다. Bax는 미토콘드리아 외막의 채널 형성 단백질인데, 세포질로의 사이토크롬 c의 투과성 전이 및 방출을 초래한다. 사이토크롬 c는 카스파제 9의 소환 및 이의 APAF-1(아폽토시스성 프로테아제 활성화 인자 1)과의 상호작용을 위해 호스트 인자와 함께 보조인자로서 작용하는데, 그 결과 절단 및 활성화가 일어난다. 다른 인자는 Smac/DIABLO(카스파제의 제2 미토콘드리아 유도된 활성화제/pI가 낮은 직접 IAP 결합 단백질)을 포함하는데, 이는 IAP(아폽토시스 단백질의 억제제), 즉 활성화된 카스파제를 억제하는 단백질의 기능을 차단한다. OMM 투과성화는 전체적인 카스파제 캐스케이드를 개시하여 세포 사멸을 완성한다. Bcl-2 패밀리의 멤버는 OMM 투과성화를 조절한다.
외부 경로는 사멸-수용체 리간드에 의해 개시된다. 예를 들어, 그의 수용체에 결합하는 Fas 리간드 또는 그의 수용체에 결합하는 TRAIL 리간드는 아폽토시스를 개시한다. 이들 상호작용은 프로카스파제-8을 소환하는데, 이는 향후 어댑터 분자 FADD/Mort1에 의한 카르파제-8 올리고머화 및 자가단백질분해 활성화를 촉발한다. TRADD, RIP, RAIDD 및 프로카스파제 2를 통해 TNF-α는 이펙터 카스파제 3, 6 및 7을 활성화시킨다. TNF-α 및 FAS 리간드는 프로카스파제 8을 유도하여 내부 경로인 BID를 통해 더 적은 정도로 카스파제를 형성시킨다. 세포성 수용체의 클러스터링은 종종 아폽토시스를 초래하는 신호 전달 경로의 제1 단계이다.
아폽토시스는 활성화제 경로, 예를 들어 p53 경로 또는 종양 괴사 인자 또는 세포 표면 사멸 수용체에 결합하는 TNF/뉴론 성장 인자에 의해 촉진된다. 아폽토시스는 생존 인자 또는 항-아폽토시스 경로에 의해 억제된다.
아폽토시스의 촉진에 관련된 단백질은 리간드, 리간드 수용체, 어댑터 단백질, 프로테아제(예를 들어, 카스파제) 등을 포함하나, 이로 제한되는 것은 아니다. 가용성 TRAIL, Fas, 및 TNFα는 몇몇 대표적인 리간드이다. 리간드의 예로는 TNFα(TNFSF2, LT-α), βNGF(신경 성장 인자), BDNF, NT-3 및 -4, OX40L, TNFSF9(4-IBB), CD30(TNFSF8), CD27(TNFSF7), CD40(TNFSF5), CD95 또는 Fas(TNFSF6), TRAIL(TNFSFlO, 종양 괴사 인자 관련 아폽토시스 유도 리간드, Apo-2), TNFSF11A(RANK), TNFSF11B(OPG), TNFSF 12(TWEAK), TNFSF 13(APRIL), TNFSF 13B(BAFF/BLyS), TNFSF14(LIGHT), TNFSF15(VEGI), TNFSF18(GITR), FASα, IL-18, 기타 인터류킨, 및 TRANCE(TNFSF11, TNF-관련된 활성화 유도된 사이토킨), TNF-β(TNFSF1, 림프독소 β, LT-β)의 TNF 리간드 슈퍼패밀리를 들 수 있다. 아폽토시스성 리간드를 위한 수용체로는 TNF RI(TNFRSFIA), TNFRII(TNFRSFIB), TNFRSF3(LTβR), TNFRSF5(CD40), TNFRSF6(CD95, Apo-1/Fas), TNFRSF7(CD27), TNFRSF8(CD30), TNFRSF9(4-1BB), TNFRSF11A(RANK, NF-κB의 수용체 활성화제), TNFRSF11B(오스페오프로테게렌, 분비된 가용성 단백질), TNFRSF 14 (HVEM), NGFR(p75 뉴로트로핀 R), OX40, ATAR, TRAMP, TACI 및 TRAIL-수용체의 사멸 수용체, 종양 괴사 인자 수용체-1(TNFR1)의 TNF/NGF(신경 성장 인자) 수용체 패밀리를 들 수 있다. TRAIL 및 TRANCE 신호 경로를 활성화시키는 수용체는 (TNFRSFlOA), (TNFRSFlOB), (TNFRSFlOC), (TNFRSFlOD), DR3, DR4 및 DR5이다. 미토콘드리아 단백질로는 사이토크롬 C, 단백질, 예를 들어 BID, Biml, HRK, Bcl-w, Bik, Bcl-X, Bcl-XL, Bcl-XS, Bfl-1, Bax, Nip-3, Blk, Bok/Mtd, Bak, Bad, BCL2L13, BCL-2, BCL-10, A1, Smac/DIABLO 및 MCL-1의 내세포성 Bcl-2 패밀리를 들 수 있다. 프로테아제로는 프로카스파제(예를 들어, 3, 8, 9), 억제제 카스파제 2, 8, 9, 이펙터 카스파제 3, 6, 7 및 카스파제 1(ICE), 4, 5, 10, 11, 12, 13, 14-20, tBid(Bcl2 관련 단백질 Bid의 카스파제 8 절단형), APAF-1(아폽토시스성 프로테아제 활성화 인자 1) 및 외세포성 그란자임 B, A 및 C를 들 수 있다. 어댑터로는 Fas 관련 사멸 도메인 단백질(FADD), CIDE(세포 사멸 유도성 DFFA 유사 이펙터 단백질), CIDE-B, TRAF2, TRAF6, TRAF4, TRAF1, RIP, I-TRAF, Flash, Apaf-1, DAP-키나제2, Myd88, CRADD, TRAF6, Bar 및 Trip을 들 수 있다. 일부는 상기 부류에 포함되어 있지만, 다른 단백질로는 GADD45, p53, 심장/Rip2, Chk2, RAD 53, Mdm2, IAP-2, BCL-10, CIDE-A, RPA, Hus1, p63, p33, Rb(망막아세포종 단백질), β-아밀로이드 및 단편, 예를 들어 1-40, 1-42 및 1-43 아미노산, DFF40, DFFA, Chk1 , Nod/CARD4, 아폴론/브루스(Apollon/Bruce), FAF, DAXX, RAIDD, BH3 단백질, MADD, FAP, jun, NOP30, ATM 및 퍼포린을 들 수 있다. 다른 아폽토시스 관련 단백질로는 NIK, Ikk1, Ikk2, Ikk3, IκB, NF-κB, TACI, NF-AT, Ras, Raf, MEK, ERK, ELK1, ASK1, MKK3, MKK6, p38, Atf2, Rac1, Pak, MEKK, NFκB, JNKK, JNK, Jun, c-myc, N-myc, 종양 억제제 유전자, p53 (과발현은 아폽토시스를 유도함), p33, p21, p300, Rb, β-아밀로이드, 아시너스, A1(Bcl-2 패밀리의 멤버), ASC(아폽토시스 관련된 반점 유사 단백질), ASK-1(아폽토시스 신호전달 조절 키나제-1), BAFF, BAR, Bcl-10, Bcl-xs, Bim, Blys, Bnip3L, CAD (카스파제 활성화된 데옥시리보뉴클레아제), CARD9, CARD11, DAP 키나제 2(사멸 관련 단백질), DEDAF, DNA 단편화 인자, DRAK(DAP 키나제 관련된 아폽토시스 유도성 단백질 키나제), 엔도뉴클레아제 G, DNase, NAC, Pak-2, PKCδ, RICK(Fas-유도된 아폽토시스를 조절함), 세포 주기 조절성 키나제(예를 들어, Cdk2, MAP 키나제), p400, E1A 및 표면 칼레티쿨린을 들 수 있다.
TNF-α는 강력한 전염증성 및 프로아폽토시스성 매개자이다. 사이토카인은 포크헤드 박스 클래스-O 1(FOXO1, FKHR)을 포함하는 다수의 전사 인자를 활성화시킨다. FOXO3 또는 FKHR-L1 및 FOXO4 또는 AFX는 유전자 발현을 통해 아폽토시스를 조절한다. 아폽토시스에 전자 인자가 관련되는 예는 FKHRL-1이 세포질 내에서 몰수되도록 FKHRL-1을 인산화시키는 단백질 키나제인 Akt이다. 세포에 성장 인자가 없는 경우, FKHRL-1은 그의 인산화되지않은 상태로 복귀하고, 핵으로 진입하여 FAS 리간드를 전사하고, 세포 사멸을 촉발시킨다.
호르몬 제거, 예를 들어 트롬보사이트로부터의 글루코코르티코이드의 제거 또는 섬유아세포로부터의 혈청의 제거는 아폽토시스를 유발할 수 있다.
단백질은 세포 유형 또는 단백질 멤버의 상호작용에 따라 아폽토시스성일 수도 있고 항-아폽토시스성일 수도 있다. 예를 들어, 내세포성 Bcl-2 패밀리 멤버는 전-아폽토시스 또는 항-아폽토시스 특성 둘 다를 보유할 수 있다. Bax 동종이량체는 아폽토시스성인 반면, Bcl-2 또는 Bcl-XL과의 Bax 이종이량체는 세포 사멸을 차단한다. Bcl-2와의 Bad 이종이량체는 세포 사멸을 촉진한다. Bcl-2 및 그의 근접한 동족체 Bcl-XL 및 Bcl-w는 4개의 BH 도메인(BH 1-4)을 보유한다. BH3 도메인은 이들뿐만 아니라 Bax 및 Bak의 전-아폽토시스성 활성을 필요로 한다. 어떤 수용체 유형 활성화, 예를 들어 PAR-1 활성화는 다수의 세포 유형, 예를 들어 섬유아세포, 뉴론 세포, 내피 세포, 상피 세포 및 종양 세포에서 트롬빈(천연 아고니스트) 또는 합성 수용체 활성화제의 양에 따라 아폽토시스를 유도하거나 억제할 수 있다. 다수의 시스템에서 세포 증식의 통상적인 특징인 Ras/Raf/MEK/ERK 경로를 변경시키는 단백질은 세포 증식을 조절할 수 있고 또한 아폽토시스를 억제할 수 있다. 세포 증식을 조절하는 미토겐 활성화된 단백질 키나제의 활성화는 아폽토시스를 억제할 수 있다(예를 들어, 섬유아세포). 상기 경로의 지연된 활성화는 섬유아세포 및 다른 세포 유형의 아폽토시스를 유발할 수 있다. 전사 인자 NFκB는 전-아폽토시스성 유전자 또는 항-아폽토시스성 유전자 및 세포 유형에 따른 단백질을 유도할 수 있다.
항-아폽토시스를 통해 세포 생존을 촉진하는 것으로 공지된 전형적인 단백질 중에는 다음과 같은 것이 있다: 서비빈(survivin), IAP-1, XIAP, NAIP, DIAP1, c-FLIP, cIAP, cIAP-1, cIAP-2, CrmA, ARC, IEX-1L, Bcl-2, BIRC5, CASPER, BAG-I, Bax, Bcl-6, 우수르핀(usurpin), ICAD, 리빈(livin)(단백질 7을 포함하는 바쿨로바이러스 LAP 반복단위, 카스파제 억제제), 단백질 C 및 단백질 A20IAP(아폽토시스 단백질의 억제제). 서비빈은 인간 암, 예를 들어 결장암, 방광암, 뇌암, 폐암, 피부암 및 기타 암에서 발현된다. 전-아폽토시스성 단백질 또는 항-아폽토시스성 단백질에 대한 억제제는 암세포를 제거하고, 정상 세포를 유지하기 위해 사용할 수 있다.
세르핀(serpin) 유사 우두 단백질 CrmA(사이토킨 반응 개질제 A) 및 바쿨로바이러스 p35 단백질은 TNF 및 CD95(FAS) 유도된 아폽토시스를 억제한다. P35는 다수의 신호 전달 경로에 의해 촉발된 아폽토시스를 억제하나, CrmA는 대개 카스파제 1 및 8을 억제한다. 테트라펩티드 서열 억제제의 예로는 카스파제 3, 7 및 10에 대한 DEVD 및 카스파제 1, 4 및 5에 대한 WEHD를 들 수 있다. 플루오로메틸케톤으로서 개질된 VAD는 다른 단백질과 비특이적으로 반응할 수 있지만, 대부분의 카스파제에 대해 활성이 있다. 후술하는 테트라펩티드가 알데히드로 커플링되는 경우, 그들은 카스파제의 강력한 억제제이다: 카스파제 6, 7, 8, 1에 대한 VEID; 카스파제 1, 4에 대한 YVAD; 카스파제 8에 대한 LETD; 카스파제 4, 5, 9에 대한 LEHD.
포획 기와 함께 합성될 수 있는 다른 억제제, 비가역적이고 비독성인 다른 억제제의 예로는 플루오로메틸케톤(FMK), 카스파제 1에 대한 WEHD, 카스파제 2에 대한 VDVAD, 카스파제 3에 대한 DEVD, 카스파제 4에 대한 YVAD, 카스파제 6에 대한 VEID, 카스파제 8에 대한 IETD, 카스파제 9에 대한 LEHD, 카스파제 10에 대한 AEVD, 및 카스파제 13에 대한 LEED를 들 수 있다. 추가의 억제제는 카스파제 1에 대한 Ac-YVAD-CHO, 카스파제 3에 대한 Ac-DEVD-CHO, 카스파제 6에 대한 Ac-VEID-CHO, 카스파제 8에 대한 Ac-IETD-CHO, 및 VKD 및 VAD 서열을 포함하는 pan 억제제를 들 수 있다.
성장 인자, 전자 인자, 키나제, 데코이 수용체, ECM 및 혈청 단백질 등의 단백질은 아폽토시스를 억제할 수 있다. 카스파제 또는 기타 전-아폽토시스 단백질을 억제하는 전사 인사 단백질 및 TNF 수용체 및 기타 아폽토시스성 수용체에 함유된 사멸 도메인의 억제제가 유용하다. 기타 예는 AFP 수용체(알파-페토단백질 수용체)의 아고니스트 결합 및 단백질 키나제 B(AKT)(전사 인자 NF-κB의 활성화에 의해 아폽토시스에서 단백질을 인산화하고 불활성화시킴)이다. 섬유아세포 성장 인자, 예를 들어 FGF-2 또는 FGF-9는 다수의 상이한 세포 유형, 예를 들어 상피세포, 내피세포, 섬유아세포, 평할근세포 및 뉴론 세포의 아폽토시스를 억제한다. 그의 수용체에 IL-15 Rα에 대한 IL-15의 결합은 섬유아세포에서 TNFα 매개된 아폽토시스를 억제한다. IGF는 아폽토시스를 정지시킨다. NF-κB 경로는 어떤 세포 유형에서 항-아폽토시스의 단백질을 코딩한다. 데코이 수용체 유사 TRAIL 데코이 수용체 DCR-1 내지 DCR-5는 아폽토시스 경로를 위해 필요한 사멸 도메인이 결여되어 있다. 수용체의 사멸 도메인은 아폽토시스를 억제하는 SODD에 의해 결합될 수 있다. 사멸 이펙터 도메인 또는 카스파제 활성화 소환 도메인을 함유하는 어댑터 단백질 또는 단백질 분해에 의해 활성화된 막 표면에서 프로카스파제에 대한 억제제는 아폽토시스를 억제하는 데 유용할 수 있다.
가용성 수용체는 아폽토시스를 억제하는 데 유용할 수 있다. 예를 들어, TRANCE, 즉 TNF 패밀리의 멤버는 데코이 수용체로서 기능하는 분비된 수용체 단백질 오스테오프로테게린에 결합한다. TRANCE 및 TRAIL은 오스테오프로테게린을 위한 리간드이다. TRANCE는 또한 RANK에 대한 리간드이다. RANK는 NF-κB를 활성화시킬 수 있다. 가용성 RANK는 TRANCE에 경쟁적으로 결합함으로써 TRANCE 유도된 활성을 억제할 수 있다. 유사하게, 데코이 TRAIL 수용체는 동일한 능력으로 사용할 수 있다. 따라서, 가용성 수용체는 아폽토시스 경로를 억제하는 적합한 수용체에 결합하는 리간드를 억제할 수 있다. 대부분의 아폽토시스 수용체는 천연적으로 또는 재조합 DNA 수단에 의해 가용성 형태로 존재할 수 있다. TNF-α 또는 기타 성장 인자, 호르몬 또는 신호 전달 단백질을 억제하는 단백질은 아폽토시스를 억제할 수 있다. 따라서, 리간드 또는 경막 수용체, 또는 ECM 또는 혈청 단백질(전-아폽토시스성 단백질과 상호작용하고 중성화시킴)을 포함하는 공지된 전-아폽토시스성 단백질에 대한 항체를 사용할 수 있다. 모노클로날 항체, 폴리클로날 항체, 융합 단백질, 예를 들어 Fc 등은 아폽토시스성 단백질의 활성을 억제하는데 사용할 수 있다. 리간드 활성을 차단하는 가용성 수용체 및 리간드 결합 유도된 아폽토시스를 길항하는 데코이 수용체, 예를 들어 TRAIL 리간드 및 리간드에 결합하는 다른 거대분자는 이들 아폽토시스성 단백질의 활성을 억제하는 데 사용할 수 있다. 또한, 카스파제와 같은 프로테아제의 억제제도 아폽토시스를 차단한다. 프로카스파제의 프로테아제 억제제는 아폽토시스를 차단할 수 있다. 차단 펩티드 또는 아폽토시스 단백질에 대해 경쟁하는 펩티드를 사용할 수도 있다. 아폽토시스성 신호 전달 경로의 여러 가지 부분에 대한 억제제를 사용할 수 있다.
AGE(후기 당화 최종 생성물)은 ECM 형성을 궁극적으로 감소시키는 RAGE 수용체와의 상호작용을 통해 아폽토시스를 촉진한다. RAGE에 대한 항체는 AGE인 단백질의 결합을 억제한다. 더 높은 비율의 섬유아세포 아폽토시스는 노화 조직, 좋지 않은 상처 치유, 당뇨병 조직 및 염증에서 관찰된다. 더 높은 비율의 아폽토시스는 이들 조직에서 AGE의 형성과 함께 일어난다. RAGE 수용체는 면역글로불린 슈퍼패밀리의 멤버이다. RAGE 가용성 수용체, 상기 수용체의 외세포성 부분, AGE 결합 위치를 함유하는 펩티드, AGE에 대한 항체 또는 RAGE 수용체에 대한 항체의 투여는 AGE에 결합하여 제거하고 RAGE 신호 전달을 부인하기 위해 사용할 수 있다. 유사한 전략은 아폽토시스를 위한 다른 리간드 및 수용체와 함께 사용할 수도 있다.
아폽토시스에 대한 억제제는 생체 내에서 세포의 생존을 가능하게 할 것이다. 아폽토시스를 억제하는 물질 및 모든 단백질은 본 발명에서 사용될 수 있다. 아폽토시스를 억제하는 분자 또는 단백질은 전-아폽토시스성 단백질 및 수용체와의 상호작용 또는 항-아폽토시스성 인자 자체로서 작용함으로써 작용할 수 있다. 이들 항-아폽토시스성 인자들은 본 발명을 위해 단독으로 사용될 수도 있거나, 또는 이식된 세포와 함께 사용될 수도 있다. 이는 항-아폽토시스 활성의 생성을 위한 신호 전달 경로의 상이한 부분을 조절하는 단백질을 포함한다.
단백질 및 다른 분자는 세포의 프로그램된 사멸 또는 아폽토시스를 억제하는 세포 이식물 및/또는 생체 내에서 성장한 세포에 첨가할 수 있다. 이들 항-아폽토시스성 단백질 및 물질은 이식후 세포의 생존을 촉진시키고, 세포의 효과를 최적화하는데 필요하다. 이들 항-아폽토시스성 제제의 일부의 예는 상기한 바와 같다. 리간드에 대한 판 카스파제 억제제, 예를 들어 FAS 또는 TNF에 대한 항체 또는 아폽토시스를 촉진하는 기타 리간드가 세포와 함께 사용될 수 있다. 아폽토시스에 대한 외부 경로를 위한 수용체에 대한 항체의 차단을 사용할 수 있다. 아폽토시스성 단백질의 생성을 방해하는 안티센스, siRNA 및 다른 내세포성 제제의 봉입을 사용할 수 있다.
아폽토시스를 촉진하기 위한 유사한 전략이 상기 시나리오에 사용될 수 있는데, 세포의 과발현(예를 들어, 암 세포, 섬유증 생성 세포)을 제거할 필요가 있다.
아노이키스( Anoikis )
세포 배양, 세포 분리, 냉장보존 및 이식, 따라서 타협성 세포 이식 또는 주입 중에 높은 비율의 아폽토시스가 존재한다. 외세포성 매트릭스로부터의 세포 이탈에 기인하는 아폽토시스는 '아노이키스'라 칭하는 현상이다. 아노이키스는 기질에 대한 부적절하거나 또는 부적합한 부착에 의해 정상 세포에서 유도되는 아폽토시스성 반응이다. 아폽토시스의 모든 특징, 예를 들어 핵 단편화 및 막 블레빙이 아노이키스 중에 관찰된다. 아노이키스는 정상적인 상피세포와 외세포성 매트릭스 사이의 상호작용의 붕괴 후, 최초로 관찰된다. 세포는 성장 및 생존을 위해 세포-매트릭스 부착에 매우 의존적이다. 따라서, 외세포성 매트릭스 또는 혈청 기질의 제거는 세포의 사멸을 초래한다.
다세포성 유기체에서, 세포는 단독으로 존재하는 것이 아니라 이웃하는 세포 및 세포외 환경과 회합한다. ECM(외세포성 매트릭스)는 이러한 환경의 일부이고, 세포가 부착하는 물리적인 스캐폴드로서 부분적으로 작용한다. 또한, ECM은 세포에게 조직 또는 장기 내의 그들의 상황에 대한 정보, 증식, 이동, 분화 및 생존에 필요한 정보를 제공한다. 대부분의 세포-ECM 상호작용은 인테그린, 즉 원형질막의 세포질 면에 상에서 다수의 단백질과 상호작용하는 ECM 단백질에 대한 경막 이종이량체성 수용체에 의존적이며, 세포-ECM 부착 복합체(병소 복합체 및 병소 부착물)를 형성한다. 이들 복합체는 ECM과 세포골격 사이에 구조적 링크를 제공하고, 분자를 신호전달하는 스캐폴드로서 작용한다. 신호, 예를 들어 부착 활성화된 티로신 키나제(예를 들어, pp125FAK)는 세포-ECM 부착 복합체로부터 전파되어 다수의 잘 특성화된 경로를 활성화시키는데, 이들 다수의 경로는 아노이키스의 억제에 일정 역할을 담당한다. pp125FAK으로부터의 전파는 미토겐 활성화된 단백질 키나제, PI3K(포스포이노시티드 3-키나제), Src 및 기타 를 포함하는 신호전달 네트웍의 웹이다. 단백질 키나제 신호전달 경로는 긍정적인 측면 및 부정적인 측면 둘 다에서 아노이키스를 조절한다.
손상되지 않은 유기체에서, 아노이키스는, 세포가 부적합한 위치에서 생존할 수 없음을 보장한다. 따라서, 아노이키스는 세포 분리 또는 현탁 상태의 세포에 의해 야기되는 아폽토시스이다. 아노이키스는 세포 부착의 상실 또는 부적합한 세포 부착에 의해 유도된다. 외세포성 매트릭스 상의 부착은 세포가 올바른 위치에 존재하는지 여부를 결정하여 아폽토시스에 의해 이탈된 세포를 제거하는데 중요하다. 본 발명에서 ECM 단백질 및 혈청 단백질의 리스트는 아노이키스를 예방함으로써 잇점을 제공할 수 있으며, 따라서 시험관 내에서 증가된 세포 수율을 위해서뿐만 아니라 세포 이식물의 생존을 촉진할 수 있다. 아노이키스는, 시험관 내에서 이루어진 기질 제거로부터 세포를 안정화시키기 위해, 세포 생성된 ECM, 세포 결합 부위를 함유하는 분해되지 않은 ECM, 세포 수용체에 단백질 도메인을 결합하는 세포를 여전히 함유하는 부분적으로 분해된 ECM, 개별적인 또는 연합된 ECM 구성물, 손상되지 않은 세포 결합 부위를 가진 ECM의 단편, 세포 결합 부위 및 ECM 결합 부위를 함유하는 재조합 또는 합성 단백질 서열의 봉입에 의해 회피할 수 있다. 따라서, 세포 부착 단백질은 항-아노이키스 단백질이다. 디스인테그린은 전-아노이키스 단백질이다. 단백질은 세포 수축 및 이탈을 통해 아노이키스를 유도할 수 있고, 따라서 이들 단백질(예를 들어, 결합 단백질 또는 항체)에 대한 억제제는 본 발명에서 이러한 메카니즘에 의해 아노이키스를 예방하기 위해 사용될 수 있다.
혈청, 성장 인자, 사이토카인 또는 세포 마이토젠의 회수는 아노이키스를 유발할 수 있다. 상기와 같은 동일 인자들의 존재는 아노이키스에 의한 세포 사멸을 방지할 수 있다. 예를 들어, IGF-1은 아노이키스로부터 섬유아세포를 보호하고, HGF(간세포 성장 인자)는 간세포를 보호한다. 내장 글로벳 세포에 의해 분비되는 펩티드인 TFF-3(트레포일 인자-2)는 아노이키스에 대한 내성을 유도하고, 신경영양성 티로신 키나제 수용체인 TrkB는 비악성 상피 세포의 카스파제 관련 아노이키스의 강력하고 특이적인 억제제인 것으로 밝혀졌다. 종양 마커로서 널리 사용되는 일부 단백질, 예컨대 인간 암배아 항원(CEA)은 여러 유형의 인간 암에서 상향조절되어 아노이키스에 의한 세포 사멸을 억제하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 단백질은 그 기질에 대한 유착 및 고착을 모니터링하는 조직 구조 감시 메카니즘을 차단함으로써 전이 과정을 촉진할 수 있다. 카베올린-1은 유방암 세포의 성장, 아노이키스 및 침윤을 억제하고, v-src, v-Ha-Ras와 같은 발암 유전자에 의한 상피 세포의 형질 변환, 포볼 에스테르를 사용한 처리 또는 HGF(간세포 성장 인자) 등의 이동성 인자에의 노출은 모두 탈착 유도 아폽토시스에 대한 감수성을 감소시킨다. 세포 사멸에 관여하는 일부 유전자, 예를 들어 TRAIL의 발현은 고착에 의해 억제될 수 있는 것으로 밝혀졌으며, 이는 그렇지 않다면 아노이키스가 일어날 수 있는 세포의 아폽토시스를 방지하는 메카니즘을 제공할 수 있다. 기저에 세포 이식편 또는 세포 배양물을 제공하는 것은 ECM 또는 혈청 단백질을 첨가하여 수행할 수 있다.
아노이키스는 국소적 유착 키나제 활성을 통해 인테그린에 의해 억제될 수 있다. 포스파티딜이노시톨 3-키나제/Akt 및 마이토젠 활성화 단백질 키나제는 이러한 억제를 매개할 수 있다. 스트레스에 의해 활성화된 단백질 키나제/Jun 아미노 말단 키나제 경로는 아노이키스를 촉진한다. Bcl-2 및 관련 단백질들 역시 아노이키스에 참여할 수 있다. pp125FAK와 같은 국소적 유착 단백질의 특징 분석에 의해 다수의 경로가 유착을 아폽토시스의 억제에 연결시킨다는 것이 밝혀졌다. 아노이키스는, 예를 들어 Erk 매개 bim 억제 경로를 통해 작용하는 인자들에 의해 G1/S 세포 주기 지체를 통해 저지될 수 있다. 따라서, 리간드-인테그린 상호작용의 존재는 아노이키스를 방지할 수 있다.
ECM 또는 혈청 단백질, 예컨대 피브로넥틴 및 비트로넥틴은 그 인테그린 수용체를 통해 다양한 세포 유형에서 생존 신호를 전달하는 데 있어서 중요한 역할을 한다. 아노이키스 과정은 세포내 인테그린과 세포외 기질 성분들을 연루시킨다. 여러 세포 유착 단백질 중에서도 피브로넥틴 및 비트로넥틴은 RGD 및 ECM에 결합하는 보조 도메인(예컨대 피브로넥틴 내의 헤파린 결합 도메인)을 통해 많은 세포 유형에 생존 신호를 제공한다. 따라서, ECM 또는 혈청 성분에의 결합이 아노이키스를 방지하는 데 이용될 수 있다. 세포 유착은 기저로의 세포의 증식을 증강시켜 아노이키스를 방지한다. 세포 유착에 의해 증식을 증가시키는 단백질이 본 발명에 사용될 수 있다.
트리펩티드(Arg-Gly-Asp) RGD는 중요한 세포 유착 모티프이다. 이것은 다수의 세포외 단백질 및 혈청 단백질 내에 포함되어 있다. 인테그린 패밀리의 유착 수용체는 아노이키스를 방지하고 세포 성장, 증식, 이동 및 분화를 증강시키는 데 관여하며, 비공유 결합된 α 서브유닛 및 β 서브유닛에 의해 형성된다. 활성화 항체는 수용체와, RGD 서열을 포함하는 리간드, 예컨대 피브로넥틴, 비트로넥틴 및 피브리노겐을 활성화시킬 수 있다. 활성화 항체, 예컨대 TS2/16, 8A2, TASC, 9EG7, 12G10 및 HUTS는 인테그린을 활성화시켜서, 피브로넥틴과 같은 단백질 상의 결합되어야 하는 상승작용적 부위 대신에 RGD 모티프만이 존재하면 되도록 할 수 있다. 또한, 세포 유착 부위의 한 유형에 결합할 수 있는 인테그린은 다른 부위에 결합할 수 있다. 예를 들어, LDV 서열에 결함하는 α4β1 인테그린은, 항체로 활성화될 때, 역시 피브로넥틴의 RGD 서열에 결합할 것이다. 활성화 항체는 또한 리간드의 특이성을 변화시킬 수 있으며, 예를 들어 TS2/16은 콜라겐 수용체 α2β1과 라미닌과의 상호작용 증가를 유도한다. 일반적으로 아노이키스를 방지하는 단백질에 대한 수용체의 활성화는 항체를 사용하여 행할 수 있다.
프로테아제 억제제
프로테아제 억제제는 특정 프로테아제의 작용을 특이적으로 억제한다. 일부 억제제는 1종 또는 몇 종의 프로테아제에만 협소적으로 작용하지만, 다른 억제제(예를 들어, 아프로티닌, α2-매크로글로불린)는 더 광범위하게 작용한다. 프로테아제 억제제는 본원에 기재된 세포 및/또는 기타 인자, 예를 들어 세포외 기질 분자 및 세포 유착 단백질과 함께 첨가될 수 있으며, 이들 중 일부는 프로테아제 억제제로서 작용하기도 한다. 프로테아제 억제제는 배양액 중의 프로테아제 활성을 제어하고 세포의 취급(예를 들어, 배양액으로부터 트립신을 사용한 세포 해리)을 제어하기 위해 세포의 시험관내에서도 사용될 수 있다. 프로테아제 억제제는 단백질의 단백질 분해 파괴율을 감소시키며 이식된 물질, 예를 들어 세포 또는 단백질의 파괴 속도를 늦추는 데 유익하게 사용될 수 있다. 특정 이론에 구속되기를 원하는 것은 아니지만, 프로테아제 억제제는 이식된 물질이 그 물질의 도입에 의해 유발된 단백질 분해 활성의 초기 발생을 통해 지속되도록 보조할 수 있다.
다수의 프로테아제 억제제가 알려져 있으며 특정 프로테아제의 억제가 필요할 때 종종 발견되거나 생성될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 환자에게 도입하기 위해 특정 세포외 기질 분자를 선택하고 세포외 기질을 공격하는 프로테아제를 억제하는 프로테아제 억제제를 선택한다. 예를 들어, 플라스민 억제제를 피브린과 병용하거나, TIMP를 콜라겐과 병용하거나, 특정 TIMP를 애그리칸과 병용한다. 사용 시, 원하는 세포외 기질 분자를 선택하고 그 후 세포외 기질 분자를 공격하는 프로테아제의 억제제를 선택하여 세포외 기질 분자의 함께 환자에게 도입한다. 또한, 기질(예를 들어, 특정 세포외 기질 분자) 또는 프로테아제의 수용체 역시 경쟁적 결합과 같은 메카니즘을 통해 프로테아제에 대한 억제제로서의 기능을 할 수 있다. 경쟁적 기질 및 비경쟁적 억제제가 가장 흔히 이용되는 억제 메카니즘이다.
프로테아제 억제제는 또한 세포 배양 과정에서 프로테아제 활성(예를 들어, 트립신)을 소멸시키는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 억제제는 세포의 계대배양 및/또는 회수 과정에서 세포의 프로테아제 방출 후에 프로테아제를 소멸시킨다. 또한, 세포 이식편 내에 봉입함으로써 세포를 이식한 후 생체내 세포의 추가적인 프로테아제 분해를 방지하기 위해 프로테아제 억제제를 사용할 수도 있다.
프로테아제는 다른 세포 및 세포외 기질에 대한 세포 유착을 감소시킬 수 있고, 세포외 기질 단백질의 가교 및 안정화에 필요한 세포외 기질에 존재하는 단백질 및 효소, 예컨대 트랜스글루타미나제 또는 라이실 옥시다제의 분해에 의해 세포외 기질을 탈안정화시킬 수 있다. 프로테아제는 또한 특정 성장 인자 및 사이토카인의 절단을 활성화시킬 수 있다. ECM을 분해하는 프로테아제의 두 가지 일반 부류는 일반적으로 결합형 Ca++ 또는 Zn++에 의존하는 기질 메탈로프로테아제와, 그 활성 부위에 고반응성 세린을 보유하는 세린 프로테아제이다. 단백질 분해를 조절 또는 억제하기 위한 몇 가지 제어 방법으로는, 여러 프로테아제 억제 방법 중에서도 특히, 조직형 플라스미노겐 활성제를 통한 플라스미노겐 활성제에 의한 플라스미노겐 전구체에서 플라스민으로의 전환 등의 전구체의 국소 활성화에 의한 것; 이동성 세포의 선두에 위치하는 결합형 유로키나제형 플라스미노겐 활성제(uPA) 등의 세포 수용체를 통한 흡수에 의한 것; TIMP 등의 억제제의 분비에 의한 것; 프로테아제 활성을 소멸시키기 위한 과잉 기질의 존재에 의한 것; GASP(성장 및 분화 인자 관련 혈청 단백질) 등의 단백질 내의 폴리스타틴, WAP, 쿠니츠(Kunitz) 및 네트린(Netrin) 프로테아제 억제제 도메인 등의 프로테아제 억제제의 특정 도메인의 존재에 의한 것 또는 억제제 도메인 단독 또는 조합의 존재에 의한 것; 프로테아제 생산 또는 활성, 프로테아제 억제제 생산 또는 활성, 프로테아제 또는 그 신호 전달 경로에의 수용체 결합 활성을 제어하는 성장 인자 및 기타 단백질에 의한 것; 특정 프로테아제를 분해하는 특정 프로테아제를 사용하는 것; 글리코실화된 단백질 등의 단백질 분해를 방지하기 위해 변형된 (예를 들어, 천연 세포에 의한 자연적 방법, 재조합 DNA 기법, 화학적 방법 등으로) 단백질을 사용하는 것을 들 수 있다.
이하에서는 프로테아제, 그 기질 및 단백질 억제제, 예컨대 α1-안티트립신, α1-안티키모트립신, α2-안티플라스민, 헤파린 보조 인자 II, 플라스미노겐 활성제 억제제 1, 프로테아제 기질 메탈로프로테아제(MMP) 및 메탈로프로테아제의 조직 억제제(TIMP) 중 일부를 열거한다.
프로테아제의 주요 일반 부류로는 4 가지, 즉, 메탈로프로테아제, 세린 프로테아제, 아스파틱 프로테아제 및 시스테인 프로테아제가 있다. 대부분이 엔도펩티다제이고 일부가 엑소펩티다제이다. 다수의 프로테아제와 프로테아제 억제제가 혈장과 ECM 내에 존재한다. 모든 프로테아제 부류의 일반 억제제는 고농도의 프로테아제 기질, 가용성 프로테아제 수용체 등의 결합 단백질 또는 프로테아제 기질의 도메인 및 혈장 단백질 α2-매크로글로불린 존재 하에 존재할 수 있다. 프로테아제 부류, 하위 부류 또는 개별 프로테아제에 대하여 다수의 특이적 프로테아제 억제제가 이용 가능하다.
메탈로프로테아제는 MMP, 파파리신, BMP-1, ADAMTS와 같이 분비되거나, MT-MMP, ADAM, ACE, 네프릴리신과 같이 막 결합형이거나, THOP1 및 인슐리신과 같이 세포질형일 수 있다. 대부분 아미노펩티다제 또는 엑소펩티다제와 달리 엔도펩티다제이다. MMP(기질 메탈로프로테아제)는 ECM 단백질을 분해하여 다양한 생물학적 분자를 처리한다. MMP는 프로-메탈로프로테아제와 헤모펙신 유사 도메인을 보유한다. MMP는 세포 또는 혈청 프로테아제에 의한 단백질 분해에 의해 제거되어 활성 MMP 분자를 형성하는 프로도메인을 포함하는 불활성 전구체로서 합성된다.
MMP 및 그 ECM 기질 중 일부는 이하에 열거한다. MMP의 특이적 억제제는 TIMP이다. MMP의 조절은 MMP의 전구효소 활성화를 통해 이루어질 수도 있다. MMP는 전구형의 절단에 의해 다른 MMP 및 단백질을 활성화시킬 수 있다. 각질 형성 세포, 섬유아세포, 조골 세포, 면역 및 내피 세포를 비롯한 다수의 세포 유형이 MMP를 생산한다.
MMP1(섬유아세포 콜라게나제, 콜라게나제-1)(분자량 54,000)은 ECM 구조적 기질 콜라겐 I, II, III, VII, VIII, X, 젤라틴(비삼중 나선의 콜라겐), 기타 ECM 기질 프로테오글리칸, 버시칸, 퍼레칸, 아그리칸, 프로테오글리칸 연결 단백질, 테나스신-C, 엔탁틴, 카제인, 서핀, 및 비구조적 ECM 성분 기질 오보스타틴, L-셀렉틴, IL-1β, MMP-2, -9, α1-안티키모트립신, α1-안티트립신/α1-프로테이나제 저해제, IGFBP-3, IGFBP-5, SDF-I 및 TNF-α 펩티드(재조합)를 절단한다. 플라스민, 플라스미노겐 활성자 및 세포 프로테아제는 MMP1을 활성화한다. MMP2(젤라티나제 A, 콜라게나제)(분자량 74,000)는 넓게 발현되고, 변성된 콜라겐, 콜라겐 I, IV, V, VII, X, XI, XIV, 젤라틴, 피브로넥틴, 아그리칸, 버시칸, 프로테오글리칸 연결 단백질, 엘라스틴, MBP, 오스테오넥틴, 라미닌-1, -5, 및 비구조적 ECM 성분 기질 MMP-1, -9, -13, IGFBP-3, -5, IL-1β, TGF-β, FGF 수용체1 및 TNF-α 펩티드(재조합)를 절단한다. 그것은 피브로넥틴 II형 반복 및 콜라겐 결합 영역을 함유한다. 상피 세포 및 암종에 의해 발현되는 MMP3(스트로멜리신-1, 프로테오글리카나제, 트랜신)은 콜라겐 I, II, III, IV, V, IX, X, 젤라틴, 변성된 콜라겐, 피브로넥틴, 아그리칸, 퍼레칸, 버시칸, 프로테오글리칸 연결 단백질, 프로테오글리칸, 데코린, 엘라스틴, 라미닌, 오스테오넥틴, 엔탁틴, MBP, 카제인, 및 비구조적 ECM 성분 기질 오바스타틴, 플라스미노겐, α1-프로테이나제 피브리노겐, α1-안티키모트립신, L-셀렉틴, 프로 IL-1β, IL-β, IGFBP-3, 프로-MMP-1, -8, -9, MMP-7, -8, -9, -13, MMP-2/TIMP-2, 프로-HB-EGF, 프로-TNFα 및 SDF-I을 분해한다. MMP3은 프로-MMP1, 프로-MMP8, 프로젤라티나제 B(프로-MMP9)를 활성화하고, 피브로넥틴 단편 45에 의해 유발된다. 플라스민은 프로MMP3의 절단에 의해 MMP3을 활성화시킨다. MMP7(메트릴리신, 호중성 콜라게나제)(분자량 30,000)은 변성된 콜라겐, 젤라틴, 콜라겐 유형 I, III, IV, V, X, 피브로넥틴, 데코린, 아그리칸, 프로테오글리칸 연결 단백질, 엘라스틴, 라미닌, 엔탁틴, 카제인 및 비구조적 기질 플라스미노겐, 트랜스페린, 신데칸, MBP, β4-인테그린, MMP-I, -2, -9, MMP9/TIMP-1, 프로-MMP-2,-7, 프로-TNFα, 데펜신, E-카드헤린, Fas 리간드 및 인슐린을 분해한다. MMP7은 프로콜라게나제를 활성화한다. MMP8(호중성 콜라게나제-2)(분자량 53,000)은 콜라겐 유형 I, II, III, V, VII, VIII, X, 젤라틴, 피브로넥틴, 라미닌, 엔탁틴, 아그리칸 및 비구조적 ECM 성분 기질 α2-항플라스민 및 프로-MMP-8을 분해한다. MMP9(젤라티나제 B)(분자량 78,000)는 사이토카인, 성장 인자들 및 미토겐에 의해 유발되는 ECM에서 주요한 프로테아제이다. 간엽 세포, 치조 대식 세포, 과립성 백혈구 및 종양 세포에 의해 생성된 MMP9는 종양 전이, 기저막 전도 및 파골 흡수에서 주요한 역할을 한다. MMP-9는 콜라겐 I, IV, V, VII, X, XIV, 젤라틴, 피브로넥틴, 아그리칸, 버시칸, 프로테오글리칸 연결 단백질, 엘라스틴, 엔탁틴, 오스테오넥틴, MBP, 및 비구조적 ECM 기질 IL-1β, 플라스미노겐, TGFβ, 프로-TNFα, CXCL5, IL 2-수용체 및 SDF1을 분해한다. MMP 9는 스트로멜리신 절단 부위 및 피브로넥틴 II형 반복을 가진다. 상피 세포 및 암종에 의해 발현되는 MMP1O(스트로멜리신-2)(분자량 54,000)은 변성된 콜라겐 I, III, IV, V, 콜라겐 유형 III, IV 및 V, 젤라틴, 엘라스틴, 피브로넥틴, 라미닌, 엔탁틴, 아그리칸, 카제인 및 비구조적 ECM 성분 기질 프로-MMP-1, -8, -10 및 MMP-1, -8을 분해한다. MMP11(스트로멜리신-3)(분자량 55,000)은 섬유성 콜라겐, 젤라틴, 라미닌, 카제인을 비롯한 다양한 세포외 구조적 메트릭스 성분 및 비구조적 ECM 성분 기질 α1-안티트립신, α1-프로테이나제 저해제 및 IGFBP-I을 분해한다. MMP11은 대부분의 조직 및 섬유아세포, 골수세포 및 암종을 비롯한 세포 유형에서 발현된다. MMP11은 세린 프로테아제 저해제를 절단한다. 대식 세포 및 골수세포에서 발현되는 MMP12(대식 세포 메탈엘라스타제)(분자량 54,000)는 콜라겐 IV, 젤라틴, 피브로넥틴, 비트로넥틴, 용해성 및 불용성 엘라스틴, 라미닌, 엔탁틴, 피브린, 카제인, MBP, 및 비구조적 ECM 기질 피브리노겐 및 플라스미노겐을 절단한다. MMP12는 조직 리모델링에서 역할을 한다. MMP13(콜라게나제-3)(분자량 54,000)은 콜라겐 I, II, III, IV, V, IX, X, XI, XIV, 젤라틴, 오스테오넥틴, 아그리칸, 퍼레칸, 라미닌, 거대 테나스신 C, 피브로넥틴, 재조합 피브로넥틴 단편 및 비구조적 ECM 성분 기질 플라스미노겐, 플라스미노겐 활성자 2, 프로-MMP-9, -13 및 SDF-I을 분해한다. TNFα 및 IL-1β 또는 α는 예를 들어 진피 섬유아세포에서 FN 단편 45 및 70과 같이 MMP-13 발현을 증가시킨다. MMP-14(MT1-MMP)는 콜라겐 I, II, III, 젤라틴, 피브로넥틴, 비트로넥틴, 엔탁틴, 프로테오글리칸, 아그리칸, 더마탄 설페이트 프로테오글리칸, 퍼레칸, 테나스신, 라미닌, 피브린, 카제인, COMP(연골 올리고머 메트릭스 단백질) 및 비구조적 ECM 기질 조직 트랜스글루타미나제, SDF-1, CD44, gC1qR, αvβ3 인테그린, 프로-TNFα, 프로-MMP-2, -13 및 MMP-2, -13을 분해한다. MMP-15(MT2-MMP)는 ECM 기질 콜라겐 유형 I, II, III, 젤라틴, 피브로넥틴, 비트로넥틴, 엔탁틴, 아그리칸, 퍼레칸, 라미닌, 테나스신, 및 비구조적 ECM 기질 조직 트랜스글루타미나제, 프로-MMP-2, -13 및 MMP-2를 분해한다. MMP-16(MT3-MMP)은 콜라겐 I, III, 젤라틴, 피브로넥틴, 비트로넥틴, 아그리칸, 퍼레칸, 라미닌, 카제인 및 비구조적 ECM 기질 프로-MMP-2, -13 및 MMP-2를 절단한다. MMP-17(MT4-MMP)은 젤라틴, 피브로넥틴 및 피브린을 절단한다. MMP-18(제노푸스 콜라게나제-4)은 콜라겐 I을 절단한다. MMP-19(RASI)는 콜라겐 I, IV, 젤라틴, 피브로넥틴, 아그리칸, 라미닌, 엔탁틴, 테나스신-c, COMP, 카제인을 절단한다. MMP-20(에나멜리신)은 아멜로게닌, 아그리칸 및 COMP을 절단한다. MMP-21(제노푸스 MMP, MMP23A)은 비구조적 ECM 기질 α1-안티트립신을 절단한다. MMP-22(MMP-23B)는 또한 닭 MMP로서 알려져 있다. MMP-23(시스테인 배열 메트릭스 메탈로프로테이나제 또는 CA-MMP)은 젤라틴을 절단한다. MMP-24(MT5-MMP)는 젤라틴, 피브로넥틴, 콘드로이틴 및 더마탄 설페이트 프로테오글리칸을 절단하나, 콜라겐 I 또는 라미닌을 절단하지는 않는다. MMP-25(MT6-MMP 또는 류코리신)는 콜라겐 IV, 젤라틴 및 비구조적 ECM 기질 프로-젤라티나제 A를 절단한다. MTMMP는 푸린(골지 연관 MMP 활성자) 인지 도메인을 함유한다. MMP-26(메트릴리신-2, 엔도메타제)은 콜라겐 IV, 젤라틴, 피브로넥틴, 카제인 및 비구조적 ECM 기질 피브리노겐, α1 및 β1-프로테이나제 저해제를 절단한다. MMP-28(에필리신)은 카제인을 절단한다. MMP-27 및 기타 MMP가 또한 존재한다. MMP-4, -5, -6 및 -29는 인간에게서 풍부하고, 더 이상 사용되지 않는다.
메탈로프로테이나제의 조직 저해제 또는 TIMP는 MMP의 활성화 및 단백질분해 작용을 조절한다. TIMP 메카니즘은 아연 결합 활성 부위 도메인으로의 결합에 의해 MMP 작용을 차단하는 것이다. TIMP는 용해성 단백질로서 케라티노사이트, 섬유아세포, 조골 및 상피 세포를 비롯한 다수의 세포들에 의해 제조된 21∼28 kDa 단백질이다. TIMP는 발달, 세포 성장 조절, 암 세포 침입 및 전이, 갑상선 강화 및 퇴행성 질환에서 역할을 가진다. TIMP1(분자량 23,000)은 프로MMP9에 단단하게 결합한 섬유아세포 및 다른 세포 유형에 존재하고, 그것의 발현은 사이토카인 및 성장 인자들에 의해 조절된다. TIMP 2는 분자량이 24,000이며, 프로MMP2에 단단하게 결합되고, 구조적으로 발현된다. TIMP 3(분자량 24,000)은 망막과 맥락막 및 다른 조직들에 존재하고, 혈관신생의 저해제이며, 세포 주기 의존 방식으로 조절된다. 그것은 MMP1, 스트로멜리신-1, 젤라티나제 A 및 B를 저해한다. TIMP 4는 분자량이 26,000이며, 심장에서 가장 높게 발현되고, 종양 침입을 저해할 수 있다. TIMP는 대부분의 ADAM, ADAMTS 및 하기에 기재된 다른 프로테아제에 대한 저해제이다. MMP는 또한 전사적 프로-효소 활성 및 저장 수준(예를 들어, MMP-7, -8, -9는 세포 내 저장물로부터 방출에 의해 조절될 수 있다)에서 또한 조절될 수 있다. MMP의 구조적 영역은 PRCGVPD 모티프를 함유하고 지모겐(전구체) 잠복을 유지하는 프로도메인이다. 이 모디프와 상호작용하는 분자 및 단백질은 MMP를 비활성 형태로 유지할 수 있다. 활성 부위는 HEXGHXXGXXH 서열 모디프를 포함하는 아연-결합 도메인이고, 이 모디프를 붕괴시키거나 이 모티프에 결합하는 분자는 프로테아제를 비활성화할 수 있다. 헤모펙신 도메인은 MMP7을 제외한 모든 MMP에 존재하고, 기질과의 상호작용을 촉진한다. 경쟁하여 이 도메인에 결합하는 분자들은 MMP를 지연시키거나 비활성화한다. 박테리아성 공급원을 비롯한 콜라게나제는 α2-매크로글로불린뿐 아니라 세럼 또는 달걀 흰자에서 기인한 오보스타틴에 존재하는 특이적 콜라게나제 저해제 α1-안티트립신으로 켄칭될 수 있다.
분비된 메탈로프로테아제 ADAMTS는 ADAMS 프로테아제의 서브세트이고, 트롬보스폰딘(TS) 도메인뿐 아니라 프로, 메탈로프로테아제, 디스인테그린형 및 시스테인 풍부 세포외 도메인을 함유한다. ADAMTS 1∼13은 ADAMTS1, ECM과 연관된 프로테아제를 포함하고, 아그리칸을 절단하고, α2-매크로글로불린에 결합하고, FGF2 유도된 혈관화 및 VEGF 유도된 혈관신생을 억제한다. 프로테아제는 정상적인 성장, 급성 염증, 무기질 침착된 작은 혹 및 뼈 형성 및 기관 조직에 관여한다. ADAMTS2는 콜라겐 생합성 및 섬유 형성에 관여하는 프로콜라겐 I 및 II N-프로테이나제이다. ADAMTS4(아그리카나제-1)는 아그리칸 및 브레비칸을 절단한다. ADMATS5(아그리카나제-2)는 아그리칸을 절단한다. ADAMTS8은 혈관화 및 혈관신생을 저해한다. ADAMST9는 수상돌기 세포에서 발현된다. ADAMTS13은 폰 빌레브란트(von Willebrand) 인자를 절단한다. ADAMTS2 및 ADAMS 14는 프로콜라겐을 절단한다.
ADAM(디스인테그린 및 메탈로프로테아제)는 세포-세포 상호작용, 발달 및 다른 과정에 관여하는 80∼120 kDa 막 결합 프로테아제이다. ADAM은 40개의 플러스 구성원 과의 일부로서, 다양한 기능을 가진다. 대부분의 ADAM은 I형 막전이 단백질로서, ADAMTS의 세포외 도메인뿐 아니라 세포외 EGF, 막전이(TM) 및 세포질 도메인을 함유한다. ADAM을 보완적으로 TM 도메인 전에 접합하여 ADAM 11, 12, 17, 28 등과 같은 용해성 분비된 형태를 생성할 수 있다. ADAM 9는 인슐린 B 사슬을 절단한다. ADAM 10은 막 결합 노치 수용체, 프로TNFα 및 IV형 콜라겐의 세포외 도메인을 절단한다. α2 마이크로글로불린을 절단하고, IGFB3에 결합하여 절단하고, α 액티닌-2에 결합하는 ADAM12는 세포(예를 들어, 신경세포)의 부착 및 이동에 관여하고, 근아세포 융합을 돕는다. ADAM15는 RGD 도메인을 함유하고, α5β3 인테그린과 상호작용하는 부착 분자로서 기능을 한다. ADAM17(TACE 또는 TNFα 전환 효소)은 TNF 리간드 및 염증에 관여하는 용해성 TNF 수용체를 산출하는 수용체를 처리한다. ADAM17은 L-셀렉틴, TRANCE, HER4 JM-a, 노치 1 수용체를 처리하고, α 세크레타제 활성을 함유한다. ADAM19는 조골 분화에 관여한다.
ADAMS에 존재하는 디스인테그린 도메인은 레포리신 전구체로부터 산출된 뱀독 펩티드에 대해 서열 유사성을 나타낸다. 디스인테그린 도메인은 RGD 인테그린 결합 부위를 가지며, 혈소판 인테그린 αIIb/β3에 결합한다. 대부분의 ADAMS는 디스인테그린 도메인에 RGD 부위를 가지나, 여전히 인테그린에 결합한다. 예를 들어, ADAM2 디스인테그린 도메인 또는 ADAM12의 ECD 모디프는 세포-세포 상호작용을 지지한다. ADAM의 프로 도메인은 약 200개의 아미노산으로 이루어지고, ECM MMP 및 레프로리신을 잠재 형태로 유지하는 시스테인 스위치 모디프를 함유한다. 아연은 이러한 잠재적인 MMP 및 레프로리신을 활성화한다. ADAM에서 시스테인 스위치는 자체촉매작용과, MMP 및 레프로리신 분해를 방지한다.
아연 결합 부위가 모든 ADAMSTS에 존재하는 반면, 모든 ADAMS이 이 자리를 보유하지는 않는다. 리프롤리신은 메친신(metzincin) 패밀리의 일부이다. 진신(zincin)은 금속 단백 분해 효소를 함유하며, 아연 금속 단백 분해 효소는 모두 촉매화에 Zn을 필요로 하는 단백 분해 효소 또는 펩티드 분해 효소이다.
BMP-1(프로콜라겐 C-단백 분해 효소)은 아스타신 패밀리의 아연 단백 분해 효소이다. BMP-1은 ECM 전구체 단백질을 성숙 단백질, 예컨대 콜라겐, 비글리칸, 라미닌 5, 덴틴 매트릭스 단백질-1, 리실 산화 효소 등으로 분해한다. 파파리신(임신 관련 혈장 단백질 A1 및 A2)은 IGFBP-4 및 -5 방출 생활성 IGF를 형성하는 A1과 같은 단백질을 분해한다.
AGE(안지오텐신 전환 효소) 및 ACE-2는 혈압 항상성 및 체액 염 균형을 유지하는 레닌-안지오텐신 시스템을 조절하는 막 단백질이다. ACE는 면역에 관련되고, ACE-2는 RAS의 음성 조절자로서 심장 기능에 관련된다. ACE-2는 안지오텐신 I 및 II를 분해한다. ACE의 가용성 혈청 및 체액 형태는 분해 효소(secretase, sheddase)에 의해 형성된다. ACE는 아밀로이드 β-펩티드(Aβ)를 분해하고, 이의 응집, 침착, 원섬유 형성을 지연시키고, 아밀로이드 세포 독성을 억제한다. 아미노펩티드 분해 효소(APN)는 세포외 아연 금속 단백 분해 효소 도메인을 갖는 막 단백질이다. 이는 조직에서 널리 발현되며, 펩티드로부터 N-말단 아미노산을 분해하여 단백질을 불활성화시킨다. 이는 세포 부착, 전이, 및 항원 처리 및 전달에 관련된다. 아미노펩티드 분해 효소 PILS는 아연 금속 단백 효소이며, TNFR1 및 IL-6 수용체 엑토도메인(ectodomain) 분해를 촉진한다. PILS는 항원 전달 및 고혈압에 관련된다. 메티오닌 아미노펩티드 분해 효소(MAP)는 신생 단백질로부터 개시제인 Met 잔기를 제거한다. 카르노신 디펩티드 분해 효소(혈청 카르노시나아제)는 카르노신, 호모카르노신 및 관련 펩티드를 분해한다.
ECE는 멤버가 8개인 네프릴리신(NEP)의 멤버이며, 큰 엑토도메인을 갖는 아연 II형 막 단백 분해 효소로 구성된다. NEP 패밀리는 또한 PEX, XCE, DINE, Kell 및 NEP 유사 단백질을 포함한다. NEP의 가용성 형태가 존재한다. ECE-I 및 ECE-2는 다른 생활성 펩티드 중에서 엔도텔린-1, 브래디키닌, 뉴로텐신, 안지오텐신 I, 물질 P, 디노르핀 B, 프로엔케팔린에서 유도된 펩티드(예, 펩티드 E, BAM 18 및 22, PEN-LEN, 프로호르몬 전환 효소 1의 내부 억제제)를 분해한다. Kell은 엔도텔린을 분해한다. 네프릴리신은 심방 나트륨 이뇨 펩티드를 순환시키는 엔케팔린 및 아밀로이드 β 펩티드를 분해한다. NEP2는 타키키닌 및 엔케팔린을 분해한다. 다른 막 단백 분해 효소인 EMMPRIN은 2개의 Ig 세포외 도메인을 갖는다. 이는 다른 것 중에서 인테그린, 카베올린-1 및 MCT1과 상호 작용하며, MMP-1, -2, -3 및 -9 생성과 같은 세포외 금속 단백 분해 효소 활성을 유도한다.
이들 금속 단백 분해 효소의 일반적인 억제제는 고농도의 단백 분해 효소 기질 및 α2-마크로글로불린이다. 다른 조절자는 리포칼린-2, TIMP-1, -2, -3, -4, 테스티칸 1-3, RECK 및 PCPE를 포함한다. RECK는 MMP-9를 억제하고, 리포칼린은 시스테인 단백 분해 효소의 억제제이다. 리폴칼린은 작은 소수성 분자에 대해 친밀한 특이성을 갖는 세포외 리간드 결합 단백질의 패밀리이다. 이들은 예컨대 단백 분해 효소 억제제 12 및 세린형 펩티드 내부 분해 효소 억제제(예, 판크레아트산 트립신 억제제, 조직 인자 경로 억제제) 활성을 가지며 단백 분해 효소 상호 작용에서 기능한다. 테스티칸은 뇌에서 높게 발현되는 세포외 다중 도메인 콘트로이틴 설페이트 프로테오글리칸으로서, 세포 부착 및 시험관 내 신경 돌기 성장을 조정한다. 테스티칸 1 및 3은 MT(막 형태) 1-MMP 및 MT3-MMP 활성을 억제하며, 테스티칸 2는 다른 테스티칸 패밀리 멤버의 억제 활성을 억제한다.
세린 단백 분해 효소 는 응고 및 보완을 비롯한 다수의 생물학적 과정에 관련된다. 이 부류의 단백 분해 효소의 멤버는 트립신, 키모트립신, 엘라스타아제, 단백 분해 효소 K, 안지오스타틴, 보완 성분(C1r, C1s, C2), 보완 인자 D, MASP, 카텝신 A, 응고 인자 II(트롬빈), VII, X, XI, 그랜자임(granzyme), 예컨대 B, D, G, H, 칼리크레신, 예컨대 아이소형 3-8, 10, 11, 14, 15, 혈장 칼리크레인, 플라스미노겐, uPA, 단백 분해 효소 K, 트립타아제, 예컨대 아이소형 α, β-1, γ-1,5, TSP50, HGF 활성화제, HTRA, 푸린, 코린, DPP6, DPPIV, 스피네신 및 마랍신을 포함한다.
종래의 보완 경로는 인지 단백질 C1q의 착체인 C1, 및 2개의 세린 단백 분해 효소, C1r 및 C1s에 의해 유도된다. C1 인지 후, C1r은 자가 활성화한 후, 기질 C4 및 C2를 분해하는 C1s를 활성화시킨다. C1은 C2를 2개의 사슬 C2A 및 C2b로 분해한다. C2a는 본 빌레브란트 인자 도메인 및 세린 단백 분해 효소 도메인을 함유하는 반면, C2B는 3개의 스시(Sushi) 도메인을 함유한다. 보완 인자 D(아딥신)는 대안적인 보완 경로에서 초기의 단백 분해 단계이며, C3.3과의 착체 상태로 인자 B를 분해한다. 이는 가역성 입체 형태 변화에 의해 조절된다. 보완 MASP3은 만난 결합 렉틴(MBL) 보완 경로에 관련되는 MASP의 멤버이다.
트롬빈 전구체, ∼62 kDa는 α, β 및 γ 트롬빈의 몇 가지 형태로 처리된다. 트롬빈은 피브리노겐을 피브린으로 분해하며, 응고 인자 V, VII, VIII, XIII를 활성화시키고, 단백질 C 및 트롬보모듈린과 착체를 형성한다. 트롬빈은 혈소판을 활성화시키고, 단백 분해 효소로 활성화된 수용체(PAR)를 통해 신호화 경로를 조절힌다. 응고 인자 VII은 조직 인자(TF)에 결합한다. 응고 인자 X는 트롬빈을 활성화시킨다. 인자 X는 인자 Xa에 대한 내인성 및 외인성 경로 모두에 의해 활성화된다. 인자 XI는 키니노겐과 착체를 형성하고, 혈액 응고물과의 접촉 또는 혈소판 표면 상에서 트롬빈 매개 활성화에 의해 XIa로 전환된다. 그 다음, XIa는 인자 IX를 IXa로 전환시킨 후, IXa가 인자 X를 Xa로 활성화시킨다. Xa는 트롬빈 활성화를 매개한다. uPA(u-플라스미노겐 활성화제, 우로키나아제)는 플라스미노겐을 플라스민으로 전환시킨다.
칼리크레인(KLK) 패밀리는 15개 이상이 멤버(KLK1-15)를 갖는다. KLK3은 PSA(프로스테이트 특이적 항원)로서 공지되어 있다. KLK4는 에나멜 메트릭스 세린 단백 분해 효소 1로서 공지되어 있다. KLK5는 피부, 뇌 및 가슴에서 발견되며, 각질층 트립틱 효소이다. KLK5는 ECM 단백질 콜라겐 I형, II형, III형, IV형, 피브로넥틴 및 라미닌을 소화한다. KLK5는 비트로넥틴에 대한 플라스미노겐 활성화제 억제제의 결합을 조절한다. KLK5는 종양 진행, 특히 침입 및 혈관 형성에 관련된다.
그랜자임 세린 단백 분해 효소는 세포 독성 T 림프구 및 자연 살상 세포 과립에서 발견된다.
트립타아제는 트립신 유사 특이성을 가지며, 이 단백 분해 효소는 치마아제 및 카텝신 G와 함께 비만 세포를 통한 염증 및 알러지 반응의 매개체이다. 트립타아제 β-1(비만 세포 단백 분해 효소 7)은 피브리노겐 분해를 통한 항응고 활성을 나타낸다. 트립신은 양하전된 리신 및 아르기닌 측쇄에 대한 기질 특이성을 갖는다. 이들 분해 부위 중 다수가 ECM 단백질 상에 존재한다.
엘라스타아제는 면역 및 이자 세포를 비롯한 다양한 세포 유형에 의해 제조되며, 혈액에 존재하고, 엘라스틴 및 다수의 다른 단백질(예, 어그리칸) 상에서 작용한다.
스피네신은 II형 막 세린 단백 분해 효소이다. 마랍신은 이자에서 생성된다. 혈장 HGF 활성화제는 단쇄 HGF 전구체를 활성 이질 이합체로 분해한다. 트롬빈은 순환하는 비활성 HGF 활성화제 효소원을 활성화시킨다. HTRA, 예컨대 HTRA2는 BIR 도메인 결합에 의한 카스파아제 활성의 LAP 매개 억제를 제거하며, 또한 세린 단백 분해 효소로서 역할을 한다. 푸린은 세린 단백 분해 효소의 섭틸리신 수퍼 패밀리 내 프로단백질 전환 효소 패밀리의 멤버이다. 카텝신 A는 리소솜 카르복시펩티드 분해 효소이다. 엔테로펩티다아제는 트립시노겐을 나중에 키모트립신, 카르복시펩티드 분해 효소 및 엘라스타아제를 활성화시키는 트립신으로 분해함으로써 이자 단백 분해 효소를 활성화시킨다. 디펩티딜 펩티드 분해 효소 IV(DPPIV)는 올리고펩티드 및 폴리펩티드의 N-말단으로부터 디펩티드를 분해한다. 이는 SDF-1 α, MDC, 프로칼시토닌과 같은 케모킨의 분해에 관련되며, T 세포 활성화 분자에서 역할을 하고, HIV 진입을 위한 보조 인자이다. 이는 다수의 세포 유형의 표면 상에 존재하며, 혈청 및 다른 체액 중에 가용성 형태로 존재한다.
대부분의 세린 프로테아제 치모겐의 활성 또는 저해제 결합에 의한 비활성에 의해 조절된다. 서핀은 세린 프로테아제의 프로테아제 활성 부위뿐 아니라 비프로테아제 단백질에 결합하는 35개 이상의 구성원(예를 들어, A1, A5, B5, C1, D1, E1[PAI-1], E2, F1, F2, G1[C1 저해제], I2)을 가진다. 상기 결합은 공유적으로 프로테아제를 트랩한다. 서핀은 혈액 응고, 염증, 면역, 혈관생성, 암 및 재생에 관여한다. uPAR(u-플라스미노겐 활성제 수용체)은 그것의 세포외 도메인을 통해 uPA에 결합하는 막전이 단백질이다. 플라스미노겐 크링글 5(플라스미노겐 중쇄 A 중 5개의 크링글 도메인 중 하나)는 세린 프로테아제를 저해한다. 응고 인자 III(조직 인자)은 응고 인자 VII에 대한 결합 단백질 또는 수용체이다. 에코틴은 트립신, 키모트립신, 엘라스타제, 인자 Xa, XIIa, 플라즈마 칼리크레인, 그란자임 B 및 uPA를 비롯한 세린 프로테아제의 일반적인 저해제이다. EPR-I 또는 효과기 세포 프로테아제 수용체-1은 인자 Xa에 대한 막전이 당단백질 수용체이다. GASP-I(세럼 단백질-1과 연관된 성장 및 분화 인자)은 WAP, 폴리스타틴, 면역글로불린, 쿠니츠 및 네트린 도메인을 함유한다. WAP, 폴리스타틴 및 네트린 도메인은 프로테아제 저해에 관여한다. GASP-I은 GDF 8 및 11을 저해한다. 네트린은 라미닌 연관 액손 유도 분자 과의 일부이고, 신경 세포, 슈만 세포, 파골 세포 및 섬유아 세포에서 발견된다. 트래핀은 엘라핀(엘라스타제 특이적 저해제)을 포함하고, 또한 피부 유래 항류코프로테아제로서 알려져 있다. 트래핀은 다른 것들 중에 유체에서 발견되는 SLPI(분비 백혈구 프로테아제 저해제)이고, 호중성 프로테아제, 엘라스타제, 카텝신 G, 키모트립신, 트립신의 저해제이다. HAI(HGF 활성제 저해제, HAI-1, 2, 2A, 2B)는 막전이 I형 단백질이고, HGFA를 억제한다. HAI의 용해성 형태는 엑토도메인 쉐딩(shedding)에 의해 형성된다. 다른 세린 프로테아제 저해제는 아프로티닌(예를 들어, 트립신, 플라스민, 칼리크레인의 유력한 저해제), α1-안티트립신, 플라스미노겐 활성제 저해제-1, EPCR, 류펩틴, 안티페인, 키모스타틴, 엘라스타틴, 칼리크레인 저해제, 대두 트립신 저해제, TFPI-2, 히루딘, 비쿠닌 및 I-α-I 과의 구성원 및 쿠니츠, 카잘 및 STI-쿠니츠 과의 구성원을 포함한다. 대두 트립신 및 칼리크레인 저해제는 엘라스타제의 엘라스틴용해 활성이 아닌 단백질가수분해를 저해한다. C1 에스터라제 저해제는 보체 연쇄반응의 개시 성분에 간섭하고, α1-키모트립신은 키모트립신에 대한 저해제이다. α1-안티트립신(A1AT)은 다른 프로테아제 중에서 트립신, 키모트립신 및 엘라스타제를 저해하는 세럼 당단백질이다. 아밀로이드 단백질은 엘라스타제 저해제가 될 수 있다. 달걀 흰자로부터 유래된 오보뮤코이드는 소정의 엘라스타제, 트립신 및 키모트립신을 저해한다. IaI(인터-알파-저해제), 염기성 췌장 트립신 저해제 및 리마콩 트립신 저해제는 플라스민을 저해한다.
유력한 트립신 저해제로는 α1-안티트립신, 아프로티닌, 트립스타틴, 대두 트립신 저해제, 리마콩 트립신 저해제, 염기성 췌장 트립신 저해제(쿠니츠), 및 달걀 흰자로부터의 오보스타틴 및 오보뮤코이드가 있다. 트립신 소화는 세포 배양에서 세포를 거둬드리고 통과시키기 위해서 ECM으로부터 세포를 자유롭게 하는 데 사용될 수 있다. 트립신은 양으로 하전된 리신 및 아르기닌 측쇄에서 단백질을 절단하고, 트립신 저해제는 세포에 대한 트립신 손상을 멈추기 위해 사용될 수 있다.
아스파르트산 프로테아제 는 구성원: BACE-I, BACE-2, 프레세닐린-1, 프레실린-2, 카텝신 D, 카텝신 E, β 및 γ 세크라타제를 함유한다. BACE(베타-부위 APP-절단 효소)는 널리 표현된 펩신 과의 막 결합 구성원이고, 아밀로이드 전구체 단백질(APP)(예를 들어, 알츠하이머 병)을 절단한다. BACE-2는 β 세크라타제 활성 이외에 α 세크라타제 활성을 가진다. 카텝신 D는 펩신 과의 리소좀 구성원이고, 카텝신 E는 세포내 구성원이다. D 구성원은 리소좀에서 단백질을 분해하고, 펩티드의 항원 표시에 관여한다. 세크라타제는 여러 가지 성장 인자, 사이토카인, 수용체, 세포 부착 분자 및 엑토효소의 막 인접 도메인을 절단한다. 활성 γ 세크라타제는 프레세닐린(막전이), 니타스트린, Aph-1, Pen-2를 포함한다. 알츠하이머 병에서 플라크의 성분인 아밀로이드 β는 β 및 γ 세크라타제에 의해 APP로부터 절단된다. 카텝신은 리소좀의 프로테아제이다. 일반적인 저해제, 펩스타틴 및 펩티드 VdLPFFVdL은 프로테아제의 이 부류에서 효과적인 저해제이다.
시스테인 프로테아제 는 2개의 과, 아폽토시스에 관여하는 사이토졸의 아스파르트산 특이적 캐스페이즈 및 단백질 분해에 관여하는 리소좀의 카텝신으로 이루어진다. 프로테아제의 몇몇은 캐스페이즈-1 ∼ 캐스페이즈-13, 첫째로 리소좀의 카텝신 1, 3, 6, B, C, F, H, L, O, S, V, X, 카텝신형 프로테아제, 레구메인, 파파인 및 세퍼라제이다. 캐스페이즈는 잠재적인 치모겐으로서 생성되고 자가단백질분해 또는 다른 캐스페이즈를 비롯한 다른 프로테아제에 의해 활성화된다. 3개의 작용기는 사아토카인 활성된 캐스페이즈-1, -4, -5, -13; 아폽토시스 개시 캐스페이즈-2, -8, -9, -10; 및 아폽토시스 실행 캐스페이즈-3, -6, 및 -7이다. 캐스페이즈는 다른 것들 중 APAF1, CFLAR 또는 FLIP, NOL3 또는 ARC에 의해 자극된다.
캐스페이즈 저해제는 NAIP, cIAP-1, cIAP-2, XIAP, 서바이빈(캐스페이즈 3, 7 또는 9에 결합) 및 리빈(캐스페이즈-9를 저해)을 포함하는 IAP과 구성원이다. DAIBLO 및 Omi는 IAP 활성을 조절한다. 시스테인 프로테아제의 첨가의 저해제는 시스타틴 A, B, C, D, E/M, F5 H, H2, S, SA, SN, 페투인 A 및 B, HPRG, 키니노겐, 키니노스타틴, 리포칼린-1, 아프로티닌 및 α2-매크로글로불린을 포함한다. 시스타틴 A 및 B는 파파인 과의 시스테인 프로테아제에 대한 세포내 저해제이다. 시스타틴 C는 조직 및 체액에 존재하고, 리소좀의 프로테아제를 저해한다. 시스타틴 E/M은 또한 트렌스글루타미나제에 대한 기질로서, 생존능력 및 각질층 및 모낭의 형성이 요구된다. 시스타틴 F는 조혈 세포에 의해 생성된다. 플라즈마 당단백질 키니노겐은 중쇄 및 경쇄 안으로 진행하여 활성 펩티드 브래디키닌을 방출한다. 경쇄의 His 풍부 도메인은 응고 활성과 연관이 있다. 플라즈마 칼리크레인은 키니노겐을 브래디키닌 및 Hka로 절단한다. HKa의 도메인 5('키니노스타틴'이라고 함)는 항 신생 활성을 나타낸다. 아프로티닌은 조직 및 플라즈마 칼리크레인을 저해한다. 리포칼린은 친유성 분자의 세포외 운반체이고, 세포 표면 수용체 및 프로테아제와 상호작용한다.
다른 부류의 프로테아제는 프로테아좀 다촉매성 엔도펩티다제, 렌닌 및 HIV 프로테아제과 같은 산 프로테아제, 유비퀴틴-프로테아좀 및 미토콘드리아 프로테아제를 포함한다. 천연 발생 프로테아제 저해제가 이러한 부류로 존재한다.
프로테아제 모든 부류의 일반적인 비특이적 저해제는 α2-매크로글로불린으로서, 인간 세럼 당단백질은 상보적인 성분 C3, 4, 5와 유사한 서열을 가진다. 그것은 각각 180 kDa인 4개의 동일한 서브유닛을 함유하고, 넓은 범위의 특이성을 가진다. 불가역적인 프로테아제 저해제는 메카니즘을 트랩함으로써 프로테아제를 저해한다. 트랩된 프로테아제는 그것의 활성을 잃어 거대 기질에 대해 활성적이 된다.
플라즈마에서 발견된 α-매크로글로불린 상보적인 과의 다른 비특이적 및 일반적인 저해제는 α1-매크로글로불린 및 α1-저해제 III을 포함한다. 세포외 과정의 단백질 가수분해를 저해하는 α1-매크로글로불린, 725Kd 당단백질은 응고, 섬유소 분해 및 염증의 프로테이나제로부터 기인된다. 두 프로테아제 모두 래트로부터 얻어진다.
프로테아제 저해제는 저분자량 저해제(LMWI)로 분류될 수 있고, 이들 많은 예의 단백질의 천연 발생 저해제는 앞서 기재하였다. 이들 중 대부분이 독성인 LMWI는 합성물이거나 프로테아제 활성 부위에서 아미노산을 불가역적으로 변형시키는 박테리아 또는 균류로부터 얻어진 것이다. 이것들은 페닐메탄 술포닐 플루오리드(PMSF), 암스타틴, 안티페인, APMSE, 베스타틴, 벤즈아미딘, 키모스타틴, 3,4-디클로로이소코우마린, DFP, E-64, 엘라스타티날, 류펩틴, 펩스타틴, 디포틴 A 및 B, 1,10-페난트롤린, 포스포라미돈, TLCK 및 TPCK를 포함한다. 이들 작은 분자 또는 생활성 펩티드 중 몇몇은 또한 엑소펩티다제를 저해한다.
일반적인 또는 특이적 단백질 저해제가 사용될 수 있다. 단편, 도메인, 모티프 및 다른 형태의 저해제가 이용될 수 있다. 예를 들어, 폴리스타틴, WAP, 루니츠 및 네트린 프로테아제 저해제 도메인은 그들의 천연 발생 단백질 저해제(예를 들어, GASP)인 프로테라제에 대해 효과적일 수 있다. 더욱이, 프로테아제 활성 및 프로테아제 저해제 활성의 신호 경로를 조절하는 인자(예를 들어, 단백질, 성장 인자)가 사용될 수 있다.
거대분자(단백질)는 노화 동안 존재한다
조직의 세포 개체수 감소는 조직에서 생리적 노화, 기능적 및 형태학적 결함을 촉진하고, 이들 모두는 조직 결함으로서 분류된다.
ECM와 같은 거대분자, 세럼 및 다른 단백질은 노화로 인해 변형된 발현, 활성 및 구조를 가질 수 있다.
AGE(진행성 당화 종말생성물)는 조직에서 형성된다. 예를 들어, 콜라겐과 모든 다른 ECM 및 세럼 단백질은 나이가 들면 비효소적으로 당화된다. 당 부가물은 종종 리신 및 히드록시리신 잔기에 결합한다. AGE는 다른 치명적인 작용 중에서 리간드 결합, 다른 거대분자와의 상호작용, 단백질의 면역원성 증가, 단백질의 프로테아제 감수성 감소, 단백질의 폴리펩티드 내의 단백질의 교차결합 증가, 단백질에 대한 세포내 및 세포간 교차결합, LDL 및 면역글로불린과 같은 비당화 단백질의 트랩핑 증가, 섬유아 세포 및 평활근 세포에서와 같은 비정상 세포 증식의 증가, ECM 성분 증가를 비롯한 많은 세포 작용 및 단백질 작용에 영향을 미친다. AGE는 세럼 단백질, 예컨대 헤모글로빈 β2-마이크로글로불린, 콜라겐, 엘라스틴, β-아밀로이드 등과 같은 ECM 단백질을 비롯한 대부분의 단백질과 상호작용하여, TNFα과 같은 사아토카인 생성 및 전사 인자 경로 NF-κB를 증가시키고, 조직의 염증을 증가시키고 세포의 아폽토시스를 증가시킨다. 대부분의 AGE는 당화 단백질을 비롯한 세럼에 존재한다.
AGE(진행성 당화 종말생성물)는 ECM 형성을 궁극적으로 감소시키는 RAGE 수용체와의 상호작용을 통해 아폽토시스를 촉진한다. RAGE에 대한 항체들은 AGE인 단백질의 결합을 저해한다. AGE는 또한 아폽토시스에 영향을 미치지 않고 NF-κB 활성을 유발한다. 더 높은 속도의 섬유아 세포 아폽토시스는 노화 조직, 부족한 상처 치료, 당뇨성 조직 및 염증에서 관찰된다. 아폽토시스의 조절은 이러한 조직들에 대한 치료의 효능을 증가시킬 수 있다. 더 높은 속도의 아폽토시스는 US2006/036750에서 이러한 조직들에서의 AGE 형성과 비례한다. RAGE 수용체는 면역글로불린 초과의 구성원이다. RAGE 용해성 수용체 외에도, 수용체의 세포외 부분 및 AGE 결합 부위를 함유하는 펩티드는 결합하여 세럼 및 ECM으로부터 AGE를 제거하는 데 사용될 수 있다. 카모신은 AGE의 형성을 방지할 수 있다. ALT-711 및 다른 교차결합 파괴자는 AGE를 제거할 수 있다. 단백질을 비롯한 항산화 공급원은 AGE 형성 또는 세포 및 단백질의 산화를 방지하는 데 첨가될 수 있다. 예를 들어, 초과산화물 불균등화 효소(superoxide dismutase)(예를 들어, SOD-3)는 ECM 및 세럼에 존재하여, 세포를 보호한다.
아밀로이드, 특히 β 아밀로이드는 세럼 및 조직에서 노화와 함께 증가한다. 특이적 단백질 또는 분자는 아밀로이드 β를 중성화할 수 있다. 안지오텐신 전환 효소는 아밀로이드 β-펩티드(Aβ)를 분해하고, 그것의 집적, 퇴적, 섬유 형성을 늦추고, 아밀로이드 세포독성을 저해한다. 네프릴리신 및 다른 프로테아제는 아밀로이드 β 펩티드를 절단할 수 있다. 아밀로이드 전구체 전환에 대한 저해제, 예컨대 β 및 γ 세크라타제에 대한 저해제는 아밀로이드 β 펩티드 형성을 방지할 수 있다. 당화는 아밀로이드의 형성을 유발할 수 있다.
ECM 단백질은 조직 노화에 따라 양이 감소할 수 있다. 섬유성 콜라겐, 1차 구조 단백질은 노화된 조직에서 감소한다(심장 제외). 피브로넥틴은 노화된 조직 및 노화된 기관의 상처에서 감소한다. 대부분의 다른 ECM 단백질은 노화된 조직에서 낮게 조절된다. 기저막 단백질 및 다른 ECM 단백질은 당뇨병 및 동맥경화증과 같은 다양한 병상에서 증가할 수 있다.
노화된 세포가 얻어지는 것 이외에 상이한 노화된 공급원으로부터 얻어진 단백질이 사용될 수 있다. 더 어린 세럼은 단독으로 사용하거나 또는 세포와 함께 사용하거나, 또는 더 어린 ECM 단백질 또는 다른 단백질은 단독으로 또는 세포와 함께 사용하여 결함을 치료할 수 있다. 상이한 노화된 공급원으로부터의 세포 및 이러한 세포들에 의해 생성된 단백질은 연대적으로 저장된 자가조직 세포를 비롯한 결함을 치료하는 데 사용될 수 있다.
성장 인자, 사이토카인, 케모카인, 호르몬, ECM 및 세럼 단백질은 나이에 따라 질적 및 양적으로 변화한다. 적당한 형태를 가진 생체 밖 및 생체 내 세포의 배양, 형상 및 이들 인자 또는 호르몬의 농도는 본 발명의 세포 생존, 거동 및 증식을 증대시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 피부 섬유아 세포의 경우, 에스트로겐및 프로게스테론은 메탈로프로테이나제를 저해함으로써 ECM 분해를 억제하고, 에스트로겐은 콜라겐, 히알루론산, GAG 및 특이적 프로테오글리칸과 같은 ECM 합성을 증가시킨다. 피부 두께는 유지되거나 증진될 수 있다. 또한 케라티노사이트 분열증식은 이러한 스테로이드에 의해 증가되는 한편, 에스트로겐은 표피 위축을 방지하는 아폽토시스를 억제한다. 상처 치료에 있어서, 에스트로겐은 대식 세포를 자극하여 케라티노사이트 NGF, GM-SCF 생성, 섬유아 세포에서 βFGF 및 TGF-베타 1 생성을 산출하는데, 이는 강화된 상한 신경재감응(re-innervation), 재상피하(re-epithelialization) 및 과립 조직 형성을 초래한다. 노화된 조직(예를 들어, 피부)에서는, 구조적 ECM이 만드는 것이 비해 과도한 프로테아제 활성이 있다. TIMP-I은 콜라겐, 엘라스틴 및 다른 ECM 성분을 분해하는 MMP 1, 2, 및 3을 저해한다. 다른 TIMP는 첨가의 MMP를 억제하고, 따라서 ECM을 보호한다. 피부와 같은 조직의 UV 노화는 또한 근섬유를 감소시키고, MMP-1, -2 및 -9를 증가시키고, 트로포엘라스틴, 콜라겐 및 TIMP의 합성을 변형시키는 사이토카인 TGFα 및 IL-1β와 연관이 있다. 조직 저해제의 첨가는 임플란테이트에서 ECM 제조하는 세포의 분해를 방지할 수 있다.
소정의 호르몬 농도 및 인자들은 나이에 따라 변화할 수 있다. 성장 호르몬, IGF-I, DHEA, 성 스테로이드 및 다수의 다른 것들은 중년층에서 양적으로 감소한다. 호르몬의 증가된 농도는 세포 배양에서 사용될 수 있거나 임플란테이트에서 세포와 함께 배양될 수 있다. 호르몬 및 인자들은 단독으로 또는 세포와 함께 또는 세포 없이 임플란트에서 조직 결함을 보정하는 데 사용될 수 있다.
세포 노화 텔로미어, 세포 정지 세럼 철회
다수의 체성 세포를 성장시키기 위한 3가지 제약은 세포 정지, 세포 노화 및 세포-세포 접촉 저해이다. 세포 정지는 세럼이 없는 배지를 사용하거나 또는 세럼을 철회하는 경우에 발생하며, 세럼을 사용하여 G1∼S 상으로 유도될 때까지 세포가 GO 세포 주기상에 잠겨있는 세포 분배증식의 휴지를 일으킨다. 세포-세포 접촉 저해는 세포가 더 낮은 밀도에서 자생할 때까지 생체 내 세포가 융합 및 증식을 멈추는 경우에 발생한다. 세포 증식의 이러한 저해는 성장을 위한 세럼 인자의 손실에서 기인할 수 있다.
세포 노화는 유전적으로 지시된 복제 수명이 많은 수의 체성 세포를 제한하여 세포가 G1 세포 주기상에 영원히 남아있는 경우에 발생한다. 종종 섬유아 세포는 연구되고 있고, 이러한 세포들은 대개 40∼80 개체수 배증으로 그들의 수명에 도달한다. 방사선, 산소성 스트레스 및 고유 인자들은 p53, Rb 및 p16/INK4A와 같은 종양 억제 단백질의 활성을 촉진함으로써 세포를 노화되도록 할 수 있다. 본질적으로 텔로미어 단축은 노화에 책임이 있다.
노화는 멈춰질 수 있고, 복제 수명의 영속성은 엡스타인바(Epstein-Barr) 바이러스, 원숭이 바이러스 40 T 항원, 아데노바이러스 E1A nd E1B, 또는 인간 유두종바이러스 E6 및 E7로부터 바이러스성 유전자를 사용한 바이러스 형질변환에 의해 수행될 수 있다. 바람직한 구체예에서, hTERT(텔로머레이즈 역전사효소)의 외인성 발현은 세포에서 텔로미어 길이를 유지 또는 회복하는 데 사용된다.
이러한 프로세스에 관여하는 많은 단백질은 세포 주기 단백질로서 존재한다.세포 주기가 G1 기인 세포 증식의 억제제로서, 억제성 단백질을 켄칭하거나 세포 주기 단백질을 활성화시켜 세포 주기가 S 기 및 그 이후로 들어가도록 하는 단백질로, 세포 휴지 또는 노화의 억제제를 넘는 것도 본 발명의 범주이다.
주기화 세포는 예컨대 혈청에 존재하는 성장 인자의 존재하에서 증식한다. 회수는 가역적 출구가 세포 주기의 G0 기로 들어가도록 야기한다.
TGF-β, 레티노이드, p53, 히스톤 아세틸라제 억제제, p38, p27, pl9, pl6, pl4, p21, 및 pRb는 노화를 촉발할 수 있는 단백질 체크포인트이다. p53 및 pRb는 노화 표현형을 유지하는 주요 경로이고 텔로미어 경로는 노화로부터의 탈출구이다. DNA 손상 시 p53이 생성되며, 텔로미어의 단축화는 DNA 손상을 나타낼 수 있다. p53은 사이클린 의존적 키나제를 억제하는 p21을 생성한다.
휴지 및 노화 동안 세포 주기의 G1 기에서 세포 성장의 정지는 사이클린 의존적 키나제 억제제(CDKI)가 관여한다. CIP/KIP 패밀리 p21CIP1, P27KIP1 및 p57KIP2 및 INK4 패밀리 p15INK4b, p16INK4a, p18INK4c, p19INK4d, pRb, plO7, pl30 및 p53의 CDKI가 또한 성장 정지에 관여한다. 휴지 세포에서, p21, p53이 발현된다. 미토겐은 p21 및 p53 억제제를 하향 조절하고 IDl 및 ID2, c-myc, c-fos, cdk 4 및 cdk 5, 사이클린 A, C, Dl, E, c-H-RAS, JUNB, c-JUN, CDK 4, 5, 6, CDC2, 사이클린E-CDK2 키나제, PCNA, 히스톤, DHFR, TS, TK, E2F-1, RNR 및 인산화 pRb를 유도한다. 미토겐은 p21 및 p16 CDK 억제제를 하향 조절할 수 있다. 노화 세포에서, 미토겐이 IDl, 2, c-FOS, 사이클린 E-CDK2 키나제, 사이클린 A, CDCD2, E2F-1, RNR, 히스톤, PCNA, DHFR을 유도할 수 없고 pRB가 미인산화 상태로 존재하는 것을 제외하고는 유사한 프로파일이 관찰되었다. 미토겐은 p21 및 p16 억제제를 하향 조절할 수 없다.
노화 세포는 특히 콜라게나제, 스트로몰리신, 플라스미노겐 활성 인자, 플라스민 및 TIMP 활성의 증가를 생성한다. 일반적으로, 구조적 ECM 합성이 감소하고 프로테아제 활성이 증가한다. 세포가 시험관 내에서 증식하지 않기 때문에 노화에 도달하지 않는 것은 중요하다. 그러나, 증식 과정 동안 세포 노화에 도달하지 않은 것도 중요하다. 그렇지 않으면 이식을 위해 적절한 세포수에 도달하는 것이 어렵거나 불가능하다. 또한, 세포는 이식된 조직에 손상을 야기할 수 있는 변경된 표현형을 가질 수 있다(ECV 합성 부족, 과도한 프로테아제 활성 등). 또한, 세포는 면역계가 인지하는 부적합한 단백질의 생성 및 변경된 유전자 발현 프로파일로 인하여 거부될 수 있다.
미성숙 세포 노화는 DNA 손상, 산화 스트레스, 과도한 증식 또는 세포 배양 조건이 변화하여 세포가 적응할 수 없는 배양 쇼크(예를 들어, 세포 성장을 위한 플라스틱 표면상의 영양 공급 세포 층)에 의해 발생할 수 있다. 인슐린 유사 성장 인자 I은 시험관 내에서 세포(예를 들어, 골격근 위성세포)의 복제 생명 주기를 연장시킬 수 있다. G1/S기를 증가시킬 수 있는 기타 이와 같은 인자도 역시 그러하다. Ras 또는 Raf와 같은 종양 형성 유전자의 과발현, 또는 바람직한 구체예에서 특정 성장 인자 또는 특정 ECM 성분 예컨대 피브로넥틴 및 세포 부착 단백질을 사용하여 세포의 증식을 유지시킬 수 있다.
노화는 텔로미어 단축화가 위기를 초래할 때까지 레티노블라스토마(pRB) 및 p53 종양 억제 경로를 억제하여 극복할 수 있다. 세포의 임의 복제 단계에서 TERT(텔로미어 역전사 효소)의 내인성 발현으로 증식에 있어서 세포 불멸화가 야기된다. 캡핑되지 않은 텔로미어는 세포 주기 정지 또는 아폽토시스 또는 유전적 불안정성을 일으킨다. 텔로미어 침식은 CDKI를 작용하게 하는 DNA 손상 형태를 나타낼 수 있다. 텔로미어는 각 개체 집단이 배증되면서 길이가 연속적으로 감소되는(50 내지 200염기쌍) 선형 진핵 세포 염색체의 말단에 존재하는 직렬 반복부(TTAGGG/CCCTAA)n이다. 텔로미어는 염색체 말단의 손상 및 융합을 보호하여서, 핵 내에서 염색체의 복제 및 위치화를 가능하게 한다. 시험관 내에서 세포를 텔로머라제 cDNA, 터트 cDNA 또는 기타 텔로머라제 인자로 형질감염시켜서 텔로머라제 활성을 유지시키는 것은 본 발명의 일부이다. DNA 복구 관련 효소 및 텔로미어 결합 단백질은 텔로미어/DNA 복구 복합체 및 관련 단백질 예컨대 TRF-2, TRF-1, Rad51D, Mre11/Rad50/Nbs, DNAPKcs, Ku70/80, Wrn, POT1, PIP1, TIN2, hRAP1, Blm, ERCC1/XPF을 포함하여 사용할 수 있다. 텔로머라제의 제어는 암세포를 치료할 수 있거나 본 발명에서 사용하기 위한 세포의 치료적 양에 충분하도록 적절한 체세포 분열을 보장할 수 있다. 노화는 미토겐에 내성이지만 하류 종양형성유전자 예컨대 cMyc 및 ElA, 사이클린 El, 및 p16의 하류에서 작용하는 것들을 유도하여 극복할 수 있다. 바이러스 단백질은 최종 분화된 세포(예를 들어, 골격근 분화된 세포에서 T-바이러스 온코단백질 또는 E1A)를 재활성화시키거나 p53 또는 SV40의 불활성화는 노화 세포가 세포 주기의 S기로 재진입한다. 종양 억제 유전자 및 단백질 예컨대 p21, pRb 및 p53의 억제제를 본 발명에서 사용할 수 있다. 노화 억제 전략에 의한 노화 또는 반전의 방지는 본 발명의 일부이다. 이는 바람직하게, 세포 배양 중에 텔로미어 보존 또는 부가를 일으키는 텔로미어 활성을 증가시키는 인자 또는 TERT를 첨가하여 수행한다. 이러한 조작은 세포 이식 전 어떠한 시기에도 수행할 수 있다.
세포 접촉 억제는 보다 낮은 밀도로 재접종하거나 혈청 또는 혈청 인자를 첨가하여 극복할 수 있다. 재접종 없이, 혈청 또는 혈청 인자는 시험관 내에서 세포의 3차원 응집 및 형성을 일으킬 수 있다. 따라서, 스캐폴드를 도입하지 않고 조직 또는 장기 합성을 위해서, 조직 성분 및 세포의 천연적인 3차원 어레이를 시험관 내에서 형성시킬 수 있다. 부가적으로, 이러한 어레이의 배양은, 세포가 시험관 내 천연 조직 환경에 대해 프라이밍하게 되므로, 세포를 이식에 보다 적합하게 할 수 있다.
세포에 분자 및 단백질 첨가
분자 및 단백질은 이식 전 세포에 첨가할 수 있다. 분자 및 단백질은 개체에 도입된 세포의 조성물 또는 동시주입물의 일부로서 첨가하거나 세포의 시험관내 증식물을 위해 첨가할 수 있다. 분자 또는 단백질의 첨가 목적은 세포의 효과 또는 그 자체의 결함을 개선하거나 유지할 수 있다는 것이다. 세포 접종, 이식 부위에 세포 부착, 세포 이동, 생존, 증식, 영양 공급, 대사 작용, 세포의 분화 및 성장은 분자 또는 단백질의 첨가로 세포에 부여할 수 있는 바람직한 특성이다. 분자 또는 단백질은 경우에 따라 면역원성일 수 있다. 혈청 내 단백질 및 기타 분자는 경우에 따라 면역원성일 수 있고 또한 결함의 치료 및/또는 세포 배양에 중요한 활성을 제공한다. 따라서, 여기서 기술하는 다양한 단백질 및 기타 인자는 경우에 따라 면역원성일 수 있고 여기서 기술하는 조성물 및 방법의 일부, 예를 들어, 세포 배양물에 도입하는 물질 또는 환자에게 세포와 함께 도입하는 물질로서 사용할 수 있다. 그리고, 예를 들어, 단백질 또는 다른 인자는 세포를 성장시키기 위한 세포 배양 배지 또는 혈청의 일부일 수 있다. 세포 배양 배지 유래 인자는 세포와 함께 남겨져서 환자에게 도입되거나, 또는 다르게는, 배양 배지 유래 인자는 환자에게 도입하기 위한 세포에 부가될 수 있다.
일 구체예에서, 배양된 세포는 기계적, 물리적 또는 화학적 수단, 예를 들어, 스크래핑, 진동, 필링, 트립신 처리, 압력 또는 킬레이팅제 사용 등을 통해서 회수한다. 세포를 원심분리, 세정 및 생리적 용액, 배양 배지 또는 삼투압 평형 조제물에 재현탁할 수 있다. 세포 회수물은 세포를 함유하는 용액에 인자들을 첨가하여 인자들과 함께 배양할 수 있다. 사전결정된 시간 동안 세포를 인자와 접촉하도록 유지시킨다. 상기 시간은 세포와 인자가 상호작용하여 목적하는 정도로 세포내 또는 세포상에 혼입되도록 한다. 상기 세포를 예를 들어, 항온배쓰 또는 인큐베이터에서 배양시킬 수 있다.
세포를 흡착성 단백질의 유효량과 함께 배양할 수 있다. 단백질을 세포 회수물에 부가하고, 세포의 농도 및 수에 적당한 농도로 첨가하면, 세포 표면에 부착한다. 이어서, 단백질이 세포 상에서 이용할 수 있는 세포 표면 수용체와 특이적으로 상호 작용할 수 있다. 특이적 상호 작용은 세포에 신호를 제공하여서 이식전 또는 환자에 도입 후 세포 회수물에서 목적하는 효과를 얻을 수 있다. 흡착성 단백질은 따라서 회수된 세포에만 결합하고 다른 표면 또는 물질에는 결합하지 않는다. 세포에만 결합하는 단백질은 세포에 의해 흡수되거나 분해된다. 이러한 흡착성은 종종 이로운데, 유도된 신호 전달, 단백질의 흡수 또는 분해는 대체로 세포 대 단백질 상호작용을 조절하는 핵심이기 때문이다. 대조적으로, 메트릭스에서, 조직의 일부이거나, 표면에 부착하는 단백질은 세포에 또는 세포 상에 흡착되는 것을 방해받는다. 세포 흡착성은 세포 상의 수용체에 특이적으로 결합하고 세포에만 특이적으로 결합하는 흡착성 단백질을 의미하는 용어이다. 이러한 정의에 따라서, 세포 흡착성 단백질은 매트릭스 또는 조직에 존재하는 단백질이 아니다. 유효량은 세포의 상당 부분에 반응을 야기시키기에 충분한 양을 의미한다. 단백질로 세포를 처리하는 의도는 세포에서 목적하는 효과를 생성하여서, 어떠한 결과가 일어나도록 상기 인자에 충분한 수의 세포 및 세포 수용체를 노출시키고자 하는 것이다. 유효량은 따라서 인자에 미량 노출 또는 우연한 노출과 쉽게 구별가능하다. 그러나, 단백질 관련 발명의 구체예는 적절하다면 흡착성 또는 비흡착성 단백질을 포함할 수 있다.
환자에 도입하기 위한 세포의 회수물은 세포 배양물 또는 환자에 존재하는 세포 군과 구별되는 일정한 특징을 갖는다. 환자에게 도입하기 위한 회수물은 예를 들어, 주의를 요하는 멸균법, 적절한 수 및 농축된 세포 회수물, 목적하지 않은 부작용이 없는 신중하게 선택된 시약 등을 요구하는데, 예를 들어, 적절한 혈청, 성장 인자 및 다른 성분을 사용한다. 대조적으로, 세포 배양물은 계대 또는 분석 목적을 위한 세포의 저농축물, 상이한 시약의 사용 및 상이한 디바이스의 사용이 포함된다. 또한, 통상의 업자는 세포를 함유하는 조직 및 세포의 형태 시각화 또는 생화학적 마커 사용을 통해서 환자에게 본래 존재하는 세포와 배양된 세포를 구별할 수 있다.
열거된 단백질 및 이들의 개별 패밀리 구성원도 본 발명의 일정 구체예에 표함된다. 여기서 기술한 단백질은 변형(예를 들어, 화학적으로)시키거나 다르게는 스플라이싱하여 상이한 특징 및 능력을 나타낼 수 있다. 다수의 단백질은 인간 게놈 프로젝트에서 보는 바와 같이 다르게 스플라이싱되고 당분야의 당업자는 이들 다르게 스플라이싱된 형태를 본 발명에 포함시킬 수 있다. 당분야에서 공지이고 명세서 전반에서 언급된 것들 중에서, 단백질 고유의 기능적 단편, 도메인, 모티프 및 서열을 사용할 수 있다.
추가적으로, 아미노산의 중합체 또는 다른 화학 조성물을 본 발명의 세포와 함께 사용할 수 있다. 많은 혈청 단백질 및 ECM 단백질 및 기타 단백질 인자는 수용체를 통해 작용하여 신호 전달 경로를 수행한다. 다수의 이들 수용체는 트랜스막 단백질이다. 수용체, 특히 수용체의 가용성 형태는 의도하는 신호 전달 경로를 촉발하는데 사용할 수 있거나 적절한 생물학적 리간드를 결합시키서 천연 수용체 경로를 억제하는데 사용할 수 있다. 다양한 신호 전달 경로 또는 신호 전달 경로에 관여하는 단백질을 제어하는 인자를 여기서 기술하는 바와 같이 사용할 수 있다.
디바이스
본 발명의 조성물은 피하 시린지, 복강경 또는 조직의 결함 및 위치에 따른 기타 수단인 디바이스를 이용하여 전달할 수 있다. 예를 들어, 개체의 진피 결함을 복구하기 위한, 피하 시린지는 시린지 챔버, 여기에 배치된 위치부 및 챔버와 연결되는 오리피스 및 세포(예컨대 유두, 망상, 근막 섬유아세포, 전지방세포, 근아세포, 근섬유아세포, 기타 섬유아세포 유형, 기타 세포 유형 또는 이의 조합)를 포함하는 현탁물을 보유한다. 바람직한 구체예에서, 세포는 개체로부터 유래하고 면역원성일 수 있거나 배양 배지로부터 유래(예컨대, 혈청 유래)된 단백질을 함유한다. 챔버내 현탁물이 위치한 약학적 허용 담체 용액 및 피하 주사바늘을 오리피스에 고정한다. 이것으로 그리고 다른 조직으로의 다른 세포를 이용한 복강경 주사로도 유사한 경우는 효능이 있었다. 조직으로 단백질 및/또는 세포를 전달하는 다른 수단은 화학적 수단 예컨대 침투제, 혈관 확장제에 의해서, 물리적 수단 예컨대 흡착, 분무, 초음파, 탄핵 전달, 전기 천공 등을 통해 수행할 수 있다. 결함(예컨대, 스텐트)를 치료하기 위해 사용하는 이식물 또는 디파이스는 조직, 바람직하게는 자기 유래 조직으로 싸여져 있어서 도입된 조직에 대한 숙주 반응을 방지하고, 디바이스의 "포획(take)"을 증가시킬 수 있다.
상기 조직은 디바이스에 부착되기 전 시험관내에서 3차원적으로 만들 수 있다. 개별적으로 또는 조직과 함께 디바이스는 이에 세포, 바람직하게는 자기 유래 세포를 부착시킬 수 있다. 단백질과 같은 부착 인자를 사용하여 세포를 디바이스에 결합시킬 수 있다. 세포 또는 조직은 또한 결함을 치료하거나 궁극적으로 초과사용된 디바이스(예를 들어, 생분해성 스텐트)를 교체하기 위해 단백질과 같은 세포 인자를 생성하기 위해 사용할 수 있다. 상기에서 기술한 바와 유사한 기능적 방식으로, 단백질 또한 분자가 또한 디바이스에 부착된다. 디바이스에 부착 또는 피복은 전체적이거나 부분적일 수 있다.
인간 환자에서 결함의 치료 및 생체내 테스트
이러한 적용법에는 노화와 관련된 상태 유래의 조직 결함에 단백질과 같은 거대분자(또는 분자) 및/또는 세포를 이식하는 방법 및 재료를 포함한다. 이러한 치료의 유용한 목적 중 하나는 나이에 따라서 대체로 감소하는 조직 탄성을 증가시킬 수 있다는 것이다. 조직은 신체에서 특정 기능을 함께 수행하는 세포의 컬렉션이다. 많은 조직들이 신체 내에 존재하는데, 예를 들어, 진피, 폐, 신경, 신장, 장기, 근육, 근막, 결합부, 골 등이다. 과영양증, 위축증 또는 이영양증에 의해 영향을 받은 많은 조직을 포함하여 조직의 형태를 변화, 변형 및/또는 회복하는데 유용한 것으로 기술한 프로세스들을 여기서 기술한다. 다른 구체예는 이들 및 추가적인 조직 구조 및/또는 기능을 제공하기 위한 단백질 및/또는 조직과 함께 존재하는 조직의 비대로 인한 기타 결함을 회복하기 위한 것이다.
다른 조직 결함을 치료하기 위한 방법 및 조성물을 기술한다. 결함은 이하의 60/037,961을 우선권 출원으로 하는 미국 특허 출원 09/632,581(2000년 8월 3일 출원) 및 60/163,734를 우선권 출원으로 하는 10/129,180(2002년 5월 3일 출원)에 기술되어 있는 것들을 포함하며, 여기서는 이러한 결함의 치료법에 대한 구체적은 설명을 추가적으로 제공하는데, 이들 각각을 본 발명에서 참조하여 포함시킨다. 결함은 뇨실금을 일으키는 비뇨기 괄약근 결함, 항문 괄약근 변성 또는 결함에 의한 대변실금, 방광 요관 역류를 야기하는 수뇨관 오리피스 변성 또는 결함, 및 위식도 역류와 같은 위식도 괄약근 결함을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 피부 결함은 주름 또는 리티드(rhytid), 함몰 반흔 또는 다른 피부 함몰, 튼살, 입술 형성 부전, 두드러진 비순 주름, 두드러진 뺨(melolabial) 주름, 여드름 반흔, 코 성형술 후 요철, 위축성 반흔, 비후성 반흔(예를 들어, 켈로이드), 손상에 의한 반흔, 백신, 수술, 다른 요인 중에서, 셀룰라이트, 피부 처짐, 노화 피부, 피부 박화 및 피부 확대 요구 등을 포함한다. 유방 조직 결핍, 상처 및 화상, 헤르니아, 치주병 및 장애, 힘줄, 근육 및 인대 파열, 대머리, 및 조직량 조절 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
일반적으로, 증대 및 복구를 실시하는 방법은 여기서 기술하는 바와 같이 세포 또는 다른 조성물을 치료하려는 결함 또는 주변 또는 증대 부위의 조직에 위치시키는 것을 포함할 수 있다. 비록 많은 결함 보정이 결함에 인접한 세포에 의해 발생할 수 있지만, 다른 결함 치료 및 보정은 세포의 원위치에서 발생할 수 있다. 일례는 개체에게 세포를 전신 도입하는 것이다. 다른예는 결함을 치료하기 위해서 결함과 동일한 조직의 한 조직 또는 말초 조직에 세포를 위치시키는 것이다. 세포는 단일 상태일 수 있는데, 이는 세포의 약 3/4 이상이 다른 세포에 부착되지 않은 것을 의미한다. 이 세포는 서로 떨어져 있을 수 있는데, 이는 세포 수의 약 절반 이상이 주입시 다른 세포에 부착되어 있지 않다는 의미이다. 세포는 서로 부분적으로 떨어져 있을 수 있는데, 이는 세포 수의 약 절반 이상이 약 10 세포 이하의 군으로 존재한다는 의미이다. 또한, 세포는 서로 부착할 수 있는데, 이는 세포수의 약 절반 이상이 약 50 세포 이상의 군으로 존재할 수 있다는 의미이다. 세포는 예를 들어, 3차원 매트릭스에서, 또는 롤러 보틀에서 또는 세포 배양 플라스크에서 들어올린 것과 같이, 예를 들어, 시트로 존재할 수 있다. 세포의 정확한 위치화 및 방식은 치료할 결함 또는 목적하는 증대에 따라 좌우되고, 일반적으로 조직의 구조 및 기능과 관련이 있다.
본 발명의 특정 구체예 및 추가 측면
본 발명의 추가 구체예는 다음의 (A)-(T)를 포함한다.
(A) 자기 유래 세포의 시험관 내 조제물 및 면역원성 세포 흡착성 단백질을 포함하는 조성물 또는 방법; (B) 배양된 세포를 형성하기 위하여 시험관 내에서 자기 유래 세포의 배양물을 증가시키는 단계, 환자에게 도입하기 위한 배양 세포를 회수하는 단계, 및 환자의 결함부 또는 근처에 세포 배양 배지 혈청 유래 단백질과 함께 배양된 세포를 위치시키는 단계를 포함하는 환자에서 결함의 치료 방법 또는 조성물; (C) 시험관 내에서 자기 유래 세포 배양물을 증가시키는 단계, 환자에게 도입하기 위하여 상기 세포를 회수하는 단계, 상기 세포를 세포에만 단백질이 결합되도록 결합 면역원성 세포 흡착성 단백질의 유효량과 상기 세포를 항온 반응시키는 단계로서, 상기 단백질은 세포 상의 세포 표면 수용체와 특이적으로 상호 작용하는 것인 단계, 및 상기 세포를 결함부 또는 근처의 조직을 회복 또는 증대시키기 위해 환자의 결함부 또는 그 근처에 세포를 위치시키는 단계를 포함하는 방법 또는 조성물; (D) 자기 유래 세포를 주는 개체에 대해 면역원성인 면역원성 세포 흡착 단백질 및 자기 유래 세포의 시험관 내 조제물을 포함하는 조성물 또는 방법; (E) 자기 유래 세포의 배양물을 시험관 내에서 증가시키는 단계 및 결함부 또는 근처에서 조직을 증대 또는 회복시키기 위하여 환자의 결함부 또는 근처에서 사전 결정된 아폽토시스 억제 단백질과 함께 세포를 위치시키는 단계를 포함하는 환자에서 결함을 치료하는 방법 또는 조성물; (F) 시험관 내에서 자기 유래 세포 배양물을 증가시키는 단계 및 세포 및 정제된 흡착성 혈청 단백질을 포함하는 혼합물을 준비하는 단계, 및 결함부 또는 근처의 조직을 증대 또는 회복시키기 위해서 결함부 또는 근처에 상기 혼합물을 위치시키는 단계를 포함하는 환자에서 결함을 치료하는 방법 또는 조성물; (G) 시험관 내에서 자기 유래 세포의 배양물을 증가시키는 단계 및 결함부 또는 근처 조직을 증대 또는 회복시키기 위하여 환자에서 결함부 또는 근처에 세포 및 미리 결정된 프로테아제 억제 인자를 포함하는 혼합물을 위치시키는 단계를 포함하는 환자에서 결함을 치료하는 방법 또는 조성물; (H) 시험관 내에서 자기 유래 세포의 배양물을 증가시키는 단계 및 노화에 의해 야기된 결핍에 대해 조직을 치료하기 위하여 조직 결함부 또는 근처에 자기 유래 세포를 이식하는 단계를 포함하는 환자에서 조직을 치료하는 방법 또는 조성물; (I) 결함부 또는 근처 조직을 증대 또는 회복시키기 위하여 환자의 결함부 또는 근처에 세포 흡착 매개 단백질을 위치시키는 단계를 포함하는 환자에서 결함을 치료하는 방법 또는 조성물; (J) 시험관 내에서 자기 유래 세포의 배양물을 증가시키는 단계 및 흡착성 면역원성 단백질을 추가로 포함하는 비겔성 생리적 용액중에 자기 유래 세포를 배양하는 단계 및 결함부 또는 근처 조직을 증대 또는 회복시키기 위해서 환자의 결함부 또는 근처에, 세포 및 단백질, 선택적으로 예를 들어, 불용성 단백질, 세포외 매트릭스 단백질(세포외 매트릭스 단백질 포함) 또는 혈청 단백질의 혼합물을 위치시키는 단계를 포함하는 환자에서 결함을 치료하는 방법 또는 조성물; (K) 시험관 내에서 자기 유래 세포의 배양물을 증가시키는 단계, 환자에 도입하기 위한 세포를 회수하는 단계, 및 결함부 또는 근처의 조직을 증대 또는 회복하기 위하여 환자에서 결함부 또는 근처에 세포 및 단백질의 혼합물을 위치시키는 단계를 포함하는 환자에서 결함을 치료하는 방법 또는 조성물; (L) 자기 유래 혈청 중에서 자기 유래 이외의 세포를 배양하는 단계 및 환자에게 자기 유래 이외의 세포를 도입하는 단계를 포함하는 환자의 치료 방법 또는 조성물; (M) 배양된 세포를 형성하기 위하여 시험관 내에서 자기 유래 세포의 배양물을 증가시키는 단계, 환자에게 도입하기 위하여 배양된 세포를 회수하는 단계, 및 환자에서 결함부 또는 근처에 혈청 유래 단백질과 함께 배양된 세포를 위치시키는 단계를 포함하는 환자에서 결함을 치료 하는 방법 또는 조성물; (N) 조직 결함부 또는 근처에 포유류 세포를 위치시키는 단계를 포함하는 조직 결함의 치료 방법 또는 조성물; (O) 개체에서 조직 결함부 또는 근처에 포유류 세포 및 면역원성 단백질을 위치시키는 단계를 포함하는 환자에서 조직 결함의 치료 방법 또는 조성물; (P) 예를 들어, 노화에 의한 결핍에 대해 조직을 치료하기 위하여, 조직 결함부 또는 근방에 이식하기 위해 환자보다 어린 공여체 유래의 전혈, 분획혈, 혈장 및/또는 혈청을 이용하여 시험관 내에서 자기 유래 세포를 증가시키는 단계를 포함하는 환자 치료 방법 또는 조성물; (Q) 자기 유래 세포로부터 증가된 세포의 배양물과 함께 환자에게 환자보다 어린 공여체 유래의 전혈, 분획혈, 혈장 및/또는 혈청을 이식하는 단계를 포함하는 환자의 치료 방법 또는 조성물; (R) 예를 들어, 노화에 의해 야기된 결핍에 대해 조직을 치료하기 위하여, 조직 결함부 또는 근방에서 환자보다 어린 공여체 유래의 세포 및/또는 전혈, 및/또는 분획혈 및/또는 혈장 및/또는 혈청을 이용하는 단계를 포함하는 환자의 치료 방법 또는 조성물; (S) 예를 들어, 예컨대 노화에 의하여 야기된 결핍에 대하여 조직, 조직들 또는 전신을 치료하기 위해, 환자보다 어린 공여체 유래의 세포 및/또는 전혈, 및/또는 분획혈 및/또는 혈장 및/또는 혈청을 이용하는 단계를 포함하는 환자의 치료 방법 또는 조성물; 및 (T) 예를 들어, 예컨대 노화에 의해 야기된 결핍에 대하여 조직, 조직들 또는 전신을 치료하기 위해, 환자보다 어린 공여체 유래의 세포 및/또는 전혈, 분획혈, 및/또는 혈청을 이용하는 단계를 포함하는 방법 또는 조성물.
상기 (A)-(T)의 특징, 단계 또는 추가 성분은 경우에 따라서, 하기에 로마 숫자로 표시된 이하 성분을 하나 이상으로, 부분조합을 포함하여 임의 자체 일관된 조합으로 지정할 수 있다: (i) 단백질은 재조합 단백질, 가용성 단백질, 불용성 단백질, 세포외 메트릭스 단백질, 혈청 단백질, 성장 인자, 호르몬, 사이토카인, 케모카인 또는 세포 흡착 단백질이다; (ii) 단백질은 자기 유래 이외의 것이다; (iii) 단백질은 세포의 배양 동안 사용되거나 세포의 배양이 완료된 후에 세포에 첨가한다; (iv) 단백질은 세포 결합 부위를 포함하거나 ECM 결합 부위를 추가로 포함한다; (v) 단백질은 프로테오글리칸, 피브로넥틴, 비트로넥틴, 콘드로넥틴, 라미닌, 테나신, 피브리노겐, 피브린, 피뷸린, 본 빌레브란트 인자, 아그레칸 또는 엘라스틴이다; (vi) 조직에 추가적인 탄성을 제공하는 단백질을 추가로 포함한다; (via) 단백질은 조직에 추가 탄성을 제공한다; (vii) 결함은 리티드, 튼살, 함몰 반흔, 피부 반흔, 입술 형성 부전, 두드러진 비순 주름, 두드러진 뺨(melolabial) 주름 및 여드름유래 반흔화로 이루어진 군으로부터 선택한다; (viii) 결함은 피부 처짐, 피부 박화, 비대성 반흔, 켈로이드, 상처, 화상, 헤르니아, 유방 결핍, 인대 파열, 힘줄 파열, 근육 파열, 대머리, 치주 장애, 치주 질환 및 괄약근 구조 결핍으로 이루어진 군으로부터 선택한다; (ix) 결함은 조직 기능이상, 조직 이영양증, 처짐, 박화, 탄성 손실, 단백질 프로파일 변화, 조직량 감소, 세포외 매트릭스량 저하, 프로테오글리칸 감소, 조직 긴장도 저하, 조직 수분 감소, 프로테아제 활성량 증가, 세포수의 결여, 전구 세포 또는 줄기 세포 결여로 이루어진 군으로부터 선택된 노화에 의한 결핍이다;(x) 단백질은 아크레칸, 아그린, 바마칸, 뇌 농축 히아루로난, 비글리칸, 브레비칸, 데코린, 피브로모듈린, 케라토칸, 루미칸, 뉴로칸, 퍼레칸, 신데칸, 헤파란 설페이트 프로테오글리칸 및 베르시칸으로 이루어진 군으로부터 선택된 프로테오글리칸이다; (xi) 단백질은 아폽토시스 억제 단백질, 아노이키스 억제 단백질, 혈관생성 단백질, 혈관 확장 단백질, 프로염증성 단백질, 필러 또는 증대 단백질, 분화 단백질, 세포 미토겐, 세포외 매트릭스 생성 프로모터, 화학주성 인자, 세포 배양 배지 혈청 유래 단백질, 프로응혈 단백질, 수송 단백질 또는 프로테아제 억제이다; (xii) 결함부에 세포와 함께 아폽토시스 단백질을 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xiii) 결함부에 세포와 함께 아노이키스 억제 단백질을 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xiv) 결함부에 세포와 함께 프로테아제 억제 인자를 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xv) 결함부 또는 근방에 세포와 함께 수송 단백질을 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xvi) 결함부 또는 근처에 세포와 함께 프로응혈 단백질을 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xvii) 결함부 또는 근처에 세포와 함께 세포 배양 배지 혈청 유래 단백질을 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xviii) 결함부 또는 근처에 세포와 함께 화학 주성인자를 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xix) 결함부 또는 근처에 세포와 함께 세포외 매트릭스 생성 프로모터를 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xx) 결함부 또는 근처에 세포와 함께 세포 미토겐을 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xxi) 결함부 또는 근처에 세포와 함께 분화 단백질을 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xxii) 결함부 또는 근처에 세포와 함께 필러 또는 증대 단백질을 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xxiii) 결함부 또는 근처에 세포와 함께 프로염증 단백질을 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xxiv) 결함부 또는 근처에 세포와 함께 혈관 확장 단백질을 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xxv) 결함부 또는 근처에 세포와 함께 혈관 생성 단백질을 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xxvi) 자기 유래 세포는 유두상 섬유아세포, 망상 섬유아세포, 근막 섬유아세포, 전지방세포 또는 지방세포를 포함한다; (xxvii) 자기 유래 세포는 진피 섬유아세포를 포함한다; (xxviii) 자기 유래 세포는 고유판 섬유아세포, 기질 섬유아세포, 근섬유아세포, 진피 유두상 섬유아세포, 근육 세포, 평활근 세포, 골격근 세포, 가로무늬근 세포, 근아세포, 상피세포, 내피 세포 또는 표피 세포를 포함한다; (xxix) 자기 유래 세포는 간엽 세포, 비분화 간엽 세포 또는 줄기 세포이다; (xxx) 단백질은 자기 유래 또는 자기 유래 이외의 것이다; (xxxi) 단백질은 세포 배양 중에 사용하거나 세포 배양이 완료된 후에 세포에 첨가한다; (xxxii) 단백질은 세포 결합 부위를 포함하거나 또는 ECM 결합 부위를 함유한다; (xxxiii) 단백질은 세포 미토겐, 분화 단백질, 필러 또는 증대 단백질, 프로염증 단백질, 혈관 확장 단백질, 혈관생성 단백질, 화학 주성인자, 혈관 확장 인자, ECM 생성 프로모터, 세포 증식 단백질, 분화 단백질 또는 세포 배양 배지 혈청 유래 단백질이다; (xxxiv) 자기 유래 세포는 유두상 섬유아세포, 망상 섬유아세포, 근막 섬유아세포, 전지방세포 및 지방세포로 이루어진 군으로부터 선택한다; (xxxv) 자기 유래 세포는 진피 섬유아세포를 포함한다; (xxxvi) 자기 유래 세포는 고유판 섬유아세포, 기질 섬유아세포, 근섬유아세포, 진피 유두상 섬유아세포, 근육 세포, 평활근 세포, 골격근 세포, 가로무늬근 세포, 근아세포, 상피세포, 내피 세포 또는 표피 세포를 포함한다; (xxxvii) 자기 유래 세포는 간엽 세포, 미분화 간엽 세포 또는 줄기 세포이다; (xxxvii) 단백질은 아노이키스를 억제하는데 유효한 양의 가용성 또는 흡착성 세포외 매트릭스 분자이다; (xxxviii) 세포외 매트릭스 분자는 아폽토시스 또는 아노이키를 억제하는데 유효한 (유효) 양의 피브로넥틴 또는 비트로넥틴이다; (xxxix) 단백질은 종양 괴사 인자, Fas, βNGF, RANK, TRAIL, RAGE 수용체 또는 아폽토시스 수용체의 억제제이다; (xl) 아폽토시스 수용체 억제제는 PDGF, IGF, FGF, IL-15, 디코이 수용체, 가용성 수용체 또는 아폽토시스 수용체에 대한 항체이다; (xli) 결함부 또는 근방에 세포와 함께 세포외 매트릭스 분자를 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xlii) 세포외 매트릭스 분자는 자기 유래 세포에 의해 시험관 내에서 생성된다; (xliii) 결함부 또는 근방에서 세포와 함께, 아그레칸, 아그린, 바마칸, 뇌 농축 히아루론난, 비글리칸, 브레비칸, 데코린, 피브로모듈린, 헤파란 설페이트 프로테오글리칸, 케라토칸, 루미칸, 뉴로칸, 페레칸, 신데칸 및 베르시칸으로 이루어진 군으로부터 선택된 프로테오글리칸을 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xliv) 결함부 또는 근방에 프로테아제 억제 인자를 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (xlv) 결함을 갖는 조직 또는 세포의 공급원으로 사용되는 조직은 근막, 결합, 유두상 조직, 망상 조직, 고유판, 지방, 힘줄 또는 인대이다; (xlvi) 결함을 갖는 조직 또는 세포의 공급원으로 사용된 조직은 진피, 기질, 모낭 영역, 진피 유두, 표피 조직, 상피 조직 또는 근조직이다; (xlvii) 자기 유래 세포는 진피 섬유아세포, 유두상 섬유아세포, 망상 섬유아세포, 근막 섬유아세포, 전지방세포 또는 지방세포를 포함한다; (xlviii) 자기 유래 세포는 고유판 섬유아세포, 기질 섬유아세포, 근섬유아세포, 진피 유두상 섬유아세포, 근세포, 평활근 세포, 골격근 세포, 가로무늬근 세포, 근아세포, 상피 세포 또는 표피 세포를 포함한다; (xlix) 자기 유래 세포는 간엽 세포 또는 미분화 간엽 세포를 포함한다; (1) 아노이키스 억제 단백질, 혈관생성 단백질, 혈관 확장 단백질, 프로염증 단백질, 필러 또는 증대 단백질, 분화 단백질, 세포 미토겐, 세포외 매트릭스 생성 프로모터, 화학 주성 인자, 세포 배양 배지 혈청 유래 단백질, 프로응혈 단백질, 수송 단백질 또는 프로테아제 억제 인자 중 하나 이상과 아폽토시스 억제 단백질을 병용하는 단계를 추가로 포함한다; (1i) 자기 유래 세포를 혈청 단백질과 함께 배양한다; (1ii) 혈청 단백질은 혈청 단백질 혼합물의 일부이다; (liii) (상기 혼합물은) 혈청 단백질에 특이적으로 결합하는 세포 배양 배지 인자를 추가로 포함한다; (liv) 혈청 단백질은 알부민이고 세포 배양 배지 인자는 지질이다; (lv) 혈청 단백질은 페리틴이고 세포 배양 배지 인자는 철이다; (lvi) 혈청 단백질은 수송 단백질이다; (xlvii) 혈청 단백질은 수송 단백질이고 혈청 성장 인자, 사이토카인, 케모카인 또는 호르몬에 결합한다; (lviii) 혈청 단백질은 트랜스페린, 트랜스코발라민, 고밀도 지단백질, 저밀도 지단백질, 세룰로플라스민 또는 호르몬 결합 단백질이다; (lix) 결함부 또는 근방에, 세포와 함께 세포외 매트릭스 분자를 도입하는 단계를 추가로 포함한다; (Ix) 세포외 매트릭스 분자는 자기 유래 세포로부터 시험관 내에서 생성된다; (lxi) (혼합물은) 아폽토시스 억제 단백질, 아노이키스 억제 단백질, 혈관생성 단백질, 혈관 확장 단백질, 프로염증 단백질, 필러 또는 증대 단백질, 분화 단백질, 세포 미토겐, 세포외 매트릭스 생성 프로모터, 화학 주성 인자, 세포 배양 배지 혈청 유래 단백질, 프로응혈 단백질, 수송 단백질 또는 프로테아제 억제 인자를 추가로 포함한다; (1ii) 혈청 단백질은 아폽토시스 억제 단백질, 아노이키스 억제 단백질, 혈관생성 단백질, 혈관 확장 단백질, 프로염증 단백질, 필러 또는 증대 단백질, 분화 단백질, 세포 미토겐, 세포외 매트릭스 생성 프로모터, 화학 주성 인자, 세포 배양 배지 혈청 유래 단백질, 프로응혈 단백질, 수송 단백질 또는 프로테아제 억제 인자이다; (liii) 결함을 갖는 조직 또는 세포의 공급원으로 사용되는 조직은 근막, 결합, 유두상 조직, 망상 조직, 고유판, 지방, 힘줄 또는 인대이다; (1iv) 프로테아제 억제 인자는 메트릭스 메탈로프로테아제 억제제, 메탈로프로테아제의 조직 억제제, 알파 항트립신, 대두 트립신 억제제 또는 알파2 마크로글로불린이다; (1v) 단백질은 겔 내에서 가용성 단백질, 불용성 단백질, 세포외 매트릭스 분자, 혈청 단백질, 성장 인자, 호르몬, 사이토카인 또는 세포 부착 단백질이다; (1vi) 단백질은 면역원성이다; (1vii) 단백질은 세포 배양중에 사용되거나 세포 배양이 종료된 후에 세포에 첨가한다; (1viii) 단백질은 세포 결합 부위를 포함하고 또는 ECM 결합 부위를 추가로 함유한다; 및/또는 (1ix) 면역원성 단백질, 혈청 유래 단백질, 혈청 단백질 기타 단백질은 예를 들어, 0.1% 보다 높은 농도 또는 0.15∼20%의 농도로 존재한다.
추가 구체예는 본 발명의 일정 구체예의 측면으로서 단독으로 또는 조합하여 사용하는 것을 고려하는데, 이들은 이미 기술한 구체예 L, M, N, O, P, Q, R, S 및T를 포함한다. 이들 구체예는 적절하다면 다음의 요소들과 조합할 수 있다(또한, 구체예 A-K와 조합하여 사용할 수 있음): (1x) (자기 유래 이외의) 세포는 줄기 세포, 탯줄 세포, 체세포 핵 이동 세포, 배아 줄기 세포 또는 성체 줄기 세포이다; (lxi) 인간 혈청에 세포를 배양하는 단계를 포함하는 세포로 환자를 치료하는 것에 있어서, 상기 세포는 경우에 따라서 포유 동물 세포, 줄기 세포, 배아 줄기 세포, 탯줄 줄기 세포, 태아 줄기 세포, 체세포 핵 이동 줄기 세포, 성체 줄기 세포, 자기 유래 줄기 세포, 자기 유래 세포 또는 자기 유래 이외의 세포이고, 경우에 따라서, 결함을 치료하기 위해 환자에게 상기 세포를 도입하는 단계를 포함한다; (lxii) 인간 혈청에서 배양한 세포는 이 세포를 부여받는 환자보다 어린 개체로부터 채취한 것이다; (lxiii) 인간 혈청에서 배양한 세포는 성인이 아닌 개체로부터 채취한 것이고, 세포는 경우에 따라서 포유 동물 세포, 줄기 세포, 배아 줄기 세포, 탯줄 줄기 세포, 태아 줄기 세포, 체세포 핵 이동 줄기 세포, 성체 줄기 세포, 자기 유래 줄기 세포, 자기 유래 세포 또는 자기 유래 이외의 세포이다; (lxiv) 가족 구성원 유래 혈청을 사용하여 세포를 배양한다; (lxv) 탯줄 혈청에서 세포를 배양한다; (lxvi) 인간 태아 혈청에서 세포를 배양한다; (lxvii) 조직 결함부 또는 근처에 포유 동물 세포를 위치시키는 단계를 포함하는 환자에서 조직 결함을 치료하는 것으로, 여기서 포유 동물 세포는 경우에 따라 자기 유래 세포이다; (lxviii) 자기 유래 세포는 이 세포를 환자가 받을 때 환자의 세포 보다 어린 것이다; (lxix) 포유 동물 세포 또는 혈청은 개체와 조직적합성을 갖는다; (lxx) 포유 동물 세포는 환자의 가족 구성원 유래이다; (lxxi) 가족 구성원은 환자보다 어리다; (lxxii) 포유 동물 세포는 젊은이, 사춘기 이전 어린아이, 신생아, 태아 또는 배아 조직에서 얻는다; (lxxiii) 개체보다 어린 세포 및/또는 혈청을 사용하여 조직 결함을 치료한다; (lxxiv) 개체에서 조직 결함부 또는 근방에 포유 동물 세포 및 면역원성 단백질을 위치시키는 단계를 포함하는 환자에서 조직 결함을 치료하는 것으로서, 포유 동물 세포는 경우에 따라 자기 유래 세포이다; 그리고 (lxxv) 환자에게 도입되는 세포 및/또는 혈청은 유전적으로 관련있는 가족 구성원인 공여체로부터 유래한다.
모든 특허, 특허 출원, 공개물, 저널 논문 및 여기에 언급된 출판물을 도입된 주제가 본 발명에서 명시한 내용에 모순되지 않는 정도로 여기서 참조하여 포함시킨다. 여기서 기술한 다양한 구체예의 요소들은 기능적 구체예를 얻도록 적절하게 서로 조합할 수 있고 짜맞출수 있다.

Claims (1)

  1. 개체에서 조직 결함의 치료 방법으로서,
    결함을 선택하는 단계, 및
    (a) 단백질의 유효량을 도입하는 단계, 및/또는
    (b) 세포를 얻고, 이 세포를 시험관 내에서 증가시키고, 세포의 유효량을 포함하는 조성물로 상기 세포를 개체에게 위치시키는 단계를 포함하고,
    상기 결함은 뇨실금을 일으키는 비뇨기 괄약근 결함, 대변실금, 방광요관 역류, 위식도 괄약근 결함, 위식도 역류, 주름, 리티드(rhytid), 함몰 반흔 또는 다른 피부 함몰, 튼살, 입술 형성 부전, 두드러진 비순 주름, 두드러진 뺨(melolabial) 주름, 여드름 반흔, 코 성형술 후 요철, 위축성 반흔, 비후성 반흔, 상처, 셀룰라이트, 피부 처짐, 노화 피부, 피부 확대 및 피부 박화의 요구, 유방 조직 결핍, 상처, 화상, 헤르니아, 치주병, 힘줄 파열, 인대 파열, 대머리, 조직량 조절, 조직 또는 장기 섬유증 또는 경화증, 조직 반흔화, 조직 상처, 치열, 누공, 난청, 골결함, 골다공증, 골연화증, 골감소증, 뼈골절, 골이영양증, 골 대사 결함, 치조골 결함, 암, 심혈관 질환, 심장 질환, 동맥 질환, 정맥 질환, 관절 결함, 연골 결함, 추간판 결함, 알츠하이머병, 파킨슨병, 신경질환, 척수 손상, 척추판 결함, 두발 노화, 피부 태닝, 피부 색소 형성, 건선, 습진, 안질환, 백내장, 근시, 노안, 원시, 황반 변성증, 눈 근육 기능 이상, 야간 시력, 색맹, 누선 기능 이상, 간질성 폐질환, 폐질환, 신장 기능 이상, 신장 골이영양증, 간 기능이상, 기능 이상성 췌장, 췌장염, 당뇨병, 내분비 기관 기능장애, 갑상선, 부갑상선, 시상하부, 뇌하수체, 부신, 송과선, 시각 교차핵, 또는 내분비 췌장의 질환, 면역계 장애, 만성 염증, 유착, 유섬유증, 감염, 미각 또는 후각 결함, 장 결함, 혈액 질환, 혈압, 치아 증식, 조직 쿠션화, 신체 체온 조절, 조직의 기계적 강도, 족 비대증, 장기 또는 조직 교환, 장기 또는 조직 합성 및 전신 회복으로 이루어진 군의 구성원인 방법.
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