KR20230017163A - 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 세포 및 이의 용도 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미토콘드리아-풍부화된 세포가 질환 및 장애를 치료하는 데 유용하다는 발견을 기반으로 한다. 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 약제학적 조성물 및 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 사용하는 치료 방법이 개시되어 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은 35 U.S.C. §119 하에 2020년 3월 31일자로 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제63/003,184호의 우선권의 이익을 주장하며, 전체 내용은 본 명세서에 전문이 참조에 의해 원용된다.
발명의 분야
본 발명은 대체적으로 유전자 조작 세포를 사용하는 약제학적 조성물 및 치료 방법, 및 보다 구체적으로는 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 림프구에 관한 것이다.
의학 및 치료 접근법의 엄청난 발전에도 불구하고, 암은 산업화된 국가에서 가장 생명을 위협하는 질환 중 하나로 남아 있다. 표준 치료 전략, 예를 들어, 수술, 화학 요법 및 방사선의 조합은 대부분의 경우 원발성 종양의 치료에 효율적일 수 있지만, 이러한 전략은 종종 전이성 종양을 성공적으로 치료하지 못하고 파종성 종양 세포를 통한 질환의 진행을 예방하지 못한다. 최근, 세포-기반 면역 요법, 특히 T 림프구의 입양 전이는 질환의 전이성 확산을 예방하고, 표준 요법에 불응성인 대상체를 포함하여 말기 질환을 갖는 대상체의 삶의 질을 개선시키는 것을 목표로 암 치료에 대한 매우 잠재적인 대체 양식으로 부상하였다. T-세포 기반 면역요법은 T-세포가 조직에 침투하여 활성화되고 표적 세포를 제거할 수 있는 자연적인 능력을 이용한다. 암 세포에 발현된 항원 표적을 특이적으로 인식하는 유전자 조작 T-세포(예를 들어, T-세포 수용체(TCR) 및 키메라 항원 수용체(CAR)-형질도입 T 세포)는 임상 시험에 이용되었으며 유망한 결과를 달성하였다.
T 세포-기반 요법의 스펙트럼은 자가면역 장애를 포함하도록 추가로 확장되고 있다. 전임상 및 임상 연구의 예비 결과는 자가면역에서, 특히 불리한 자가면역 반응을 조절함에 있어서 CAR T 요법의 적용을 뒷받침한다.
T-세포 수용체(TCR)는 주요 조직적합성 복합체(MHC) 분자에 결합된 펩타이드로서 항원의 단편을 인식하는 역할을 하는 T 세포 또는 T 림프구의 표면에서 발견되는 분자이다. TCR과 항원 펩타이드 사이의 결합은 상대적으로 낮은 친화도를 가지고 퇴화하며: 즉, 많은 TCR이 동일한 항원 펩타이드를 인식하고 많은 항원 펩타이드가 동일한 TCR에 의해 인식된다.
TCR은 2가지 상이한 단백질 사슬로 구성된다. 인간에서, T 세포의 95%에서 TCR은 알파(α) 사슬과 베타(β) 사슬(각각, TRA 및 TRB에 의해 인코딩됨)로 이루어지는 반면, T 세포의 5%에서 TCR은 감마 및 델타(γ/δ) 사슬(각각, TRG 및 TRD에 의해 인코딩됨)로 이루어진다. 이 비율은 개체발생 동안 및 질환 상태(예컨대, 백혈병)에서 변경된다. 또한 종에 따라 상이하다. 4개 유전자좌의 오쏠로그(orthologue)가 다양한 종에서 맵핑되었다.
직경이 0.5 내지 1.0 ㎛의 범위인 막 결합 세포소기관인 미토콘드리아는 세포 에너지를 공급하고 세포의 대사 기능에서 중심적인 역할을 한다. 미토콘드리아는 거의 모든 진핵 세포에서 발견되며 세포 유형에 따라 수와 위치가 다르다. 미토콘드리아는 자체 DNA(mtDNA)와, RNA 및 단백질 합성을 위한 자체 기구를 함유한다. mtDNA는 37개의 유전자만 함유하므로, 포유동물 신체의 대부분의 유전자 산물은 핵 DNA에 의해 인코딩된다.
미토콘드리아의 주요 기능은 전자-수송 사슬 및 산화적-인산화 시스템("호흡 사슬")에 의해 아데노신 트라이포스페이트(ATP)로서 에너지를 생성하는 것이다. 추가적으로, 미토콘드리아는 피루베이트 산화, 크렙스 회로 및 아미노산, 지방산 및 스테로이드 대사와 같은 진핵 세포에서 수많은 필수 작업을 수행한다. 미토콘드리아가 관여하는 추가적인 과정은 열 생산, 칼슘 이온 저장, 칼슘 신호 전달, 세포예정사(아폽토시스) 및 세포 증식을 포함한다.
세포 내부의 ATP 농도는 전형적으로 1 내지 10 mM이다. ATP는 단순당 및 복합당(탄수화물) 또는 지질을 에너지원으로 사용하는 산화환원 반응에 의해 생산될 수 있다. 복합 연료가 ATP로 합성되기 위해서는, 상기 연료가 먼저 더 작고 더 단순한 분자로 분해되어야 한다. 복합 탄수화물은 글루코스와 프럭토스와 같은 단순당으로 가수분해된다. 지방(트라이글리세라이드)은 대사되어 지방산과 글리세롤을 제공한다.
글루코스를 이산화탄소로 산화시키는 전체 과정은 세포 호흡으로 알려져 있으며 글루코스 1개 분자로부터 ATP 약 30개 분자를 생산할 수 있다. ATP는 다수의 별개의 세포 과정에 의해 생산될 수 있다. 진핵 생물에서 에너지를 생성하는 데 사용되는 3가지 주요 경로는 해당과정 및 시트르산 회로/산화적 인산화이며, 이들 모두 세포 호흡과 베타-산화의 구성요소이다. 비광합성 진핵생물에 의한 이러한 ATP 생산의 대부분은 미토콘드리아에서 일어나며, 이는 전형적인 세포 총 부피의 거의 25%를 구성할 수 있다.
숙주 세포 또는 조직으로 미토콘드리아의 전달을 유도하려는 시도가 보고되었다. 대부분의 방법은 주사에 의한 미토콘드리아의 적극적인 전달을 필요로 한다. 리포솜과 같은 비히클 내부에 둘러싸인 미토콘드리아의 전달도 또한 알려져 있다. 미토콘드리아 전달은, 온전한 전체 미토콘드리아가 아니라 mtDNA가 전달되었다는 것만 확립되었지만, 시험관내에서 세포 사이에서 자발적으로 발생할 수 있음이 추가로 밝혀졌다. 엔도사이토시스 또는 내재화에 의한 시험관내 미토콘드리아 전달도 또한 입증되었다.
본 발명은 미토콘드리아-풍부화된 세포가 질환 및 장애를 치료하는 데 유용하다는 획기적인 발견을 기반으로 한다. 본 발명은 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 약제학적 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 사용하는 치료 방법을 제공한다.
일 실시형태에서, 본 발명은 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포 및 약제학적으로 허용 가능한 담체를 포함하는 약제학적 조성물을 제공하며, 여기서 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 외인성 미토콘드리아-풍부화된 것이다.
일 양태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 T 세포를 수득하는 단계; 외인성 미토콘드리아를 수득하는 단계; 외인성 미토콘드리아가 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건 하에 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 접촉시킴으로써 미토콘드리아-풍부화된 T 세포를 생산하는 단계; 및 키메라 T 세포 수용체(TCR) 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산을 미토콘드리아-풍부화된 T 세포에 도입함으로써 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계를 포함하는 방법에 의해 생산되며, 여기서 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 T 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높다. 일 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아가 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 106개 T 세포당 약 0.088 내지 176 mU 시트레이트 신타제(CS) 활성의 비로 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션하는 것을 포함한다.
추가적인 양태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 T 세포를 수득하는 단계; 키메라 T 세포 수용체(TCR) 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산을 T 세포에 도입함으로써 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계, 외인성 미토콘드리아를 수득하는 단계; 및 외인성 미토콘드리아가 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건 하에 유전자 조작 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 접촉시킴으로써 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계를 포함하는 방법에 의해 생산되며; 여기서 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높다. 일 양태에서, 외인성 미토콘드리아가 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 106개 T 세포당 약 0.088 내지 176 mU 시트레이트 신타제(CS) 활성의 비로 유전자 조작 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션하는 것을 포함한다.
특정 양태에서, 유전자 조작 T 세포 및 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 CAR-T 세포이다. 또 다른 양태에서, 유전자 조작 T 세포 및 미토콘드리아-풍부화된 T-세포는 TCR-T 세포이다. 다양한 양태에서, 외인성 미토콘드리아는 인간 세포에서 유래된다. 일부 실시형태에서, 인간 세포는 인간 태반, 인간 혈액 세포, 인간 줄기 세포 또는 인간 체세포 유래의 것이다. 일부 실시형태에서, 인간 세포는 배양물에서 성장된 세포이다. 특정 양태에서, 줄기 세포는 유도 만능 줄기 세포, 배아 줄기 세포 또는 만능 세포이다. 또 다른 양태에서, 외인성 인간 미토콘드리아는 동계 또는 동종이계이다. 추가 양태에서, 외인성 미토콘드리아는 자가 조직이다.
일 양태에서, 약제학적 조성물은 이를 필요로 하는 대상체의 체중 ㎏당 적어도 1×105 내지 5×1010개의 미토콘드리아-풍부화된 T 세포 또는 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T-세포 세포를 갖는다. 일부 실시형태에서, 용량 증량이 수행된다.
특정 양태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T-세포는 미토콘드리아 풍부화 전 T-세포에서의 상응하는 수준에 비해서 증가된 미토콘드리아 DNA 함량; 증가된 시트레이트 신타제(CS) 활성 수준; 증가된 SDHA 및 COX1로부터 선택되는 적어도 하나의 미토콘드리아 단백질의 함량; 증가된 O2 소비율; 증가된 ATP 생산율; 또는 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나를 갖는다.
다양한 양태에서, 외인성 미토콘드리아가 T 세포 또는 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 약 16 내지 37℃ 범위의 온도에서 약 0.5 내지 30시간 범위의 시간 동안 T 세포 또는 유전자 조작 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션하는 것을 포함한다. 추가적인 양태에서, 외인성 미토콘드리아는 미토콘드리아-풍부화된 T 세포 또는 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T-세포에서 총 미토콘드리아 함량의 1% 초과를 구성한다.
일 양태에서, 질환 또는 장애는 암이다. 특정 양태에서, 암은 혈액암이다. 또 다른 양태에서, T 세포는 자가 조직 또는 동종이계이다.
추가적인 실시형태에서, 본 발명은 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 대상체에게 투여하는 것을 포함하는, 이를 필요로 하는 대상체에서 질환 또는 장애를 치료하는 방법을 제공하며, 여기서 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 외인성 미토콘드리아로 풍부화된다.
일 양태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 T 세포를 수득하는 단계; 외인성 미토콘드리아를 수득하는 단계; 외인성 미토콘드리아가 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건 하에 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 접촉시킴으로써 미토콘드리아-풍부화된 T 세포를 생산하는 단계; 및 키메라 T 세포 수용체(TCR) 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산을 미토콘드리아-풍부화된 T 세포에 도입함으로써 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계를 포함하는 방법에 의해 생산되며, 여기서 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 T 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높다. 일부 실시형태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 T 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높다. 일 양태에서, 외인성 미토콘드리아가 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 106개 T 세포당 약 0.088 내지 176 mU 시트레이트 신타제(CS) 활성의 비로 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션하는 것을 포함한다.
추가적인 양태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 T 세포를 수득하는 단계; 키메라 T 세포 수용체(TCR) 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산을 T 세포에 도입함으로써 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계, 공여자로부터 외인성 미토콘드리아를 수득하는 단계; 및 외인성 미토콘드리아가 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건 하에 유전자 조작 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 접촉시킴으로써 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계를 포함하는 방법에 의해 생산되며; 여기서 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높다. 일 양태에서, 외인성 미토콘드리아가 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 106개 T 세포당 약 0.088 내지 176 mU 시트레이트 신타제(CS) 활성의 비로 유전자 조작 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션하는 것을 포함한다.
일 양태에서, 대상체는 인간 대상체이다. 또 다른 양태에서, 질환 또는 장애는 암이다. 특정 양태에서, 암은 혈액암이다. 특정 양태에서, 투여는 정맥내, 복강내, 동맥내, 척추강내, 및 근육내 투여에 의한다. 일 양태에서, 투여는 정맥내 투여에 의한다.
추가적인 양태에서, 치료 방법은 또한 화학요법제, 방사선 또는 다른 항암 요법을 대상체에게 투여하는 것을 포함한다. 추가 양태에서, 약제학적 조성물은 화학요법제, 방사선 또는 다른 항암 요법의 투여와 동시에, 병용하여 또는 투여 후에 투여된다. 특정 양태에서, 외인성 미토콘드리아는 인간 세포에서 유래된다. 일부 실시형태에서, 인간 세포는 인간 태반, 인간 혈액 세포, 줄기 세포 또는 체세포 유래의 것이다. 일부 실시형태에서, 인간 세포는 배양물에서 성장된 세포이다. 특정 양태에서, 줄기 세포는 유도 만능 줄기 세포, 배아 줄기 세포 또는 만능 세포이다. 특정 양태에서, 외인성 미토콘드리아는 동종이계 또는 자가 조직이다. 일 양태에서, 외인성 미토콘드리아에 의한 풍부화 후, 미토콘드리아-풍부화된 T 세포 또는 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T-세포에서 총 미토콘드리아 함량의 적어도 1%는 외인성 미토콘드리아를 포함한다. 다양한 양태에서, 외인성 미토콘드리아가 T 세포, 또는 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 약 16 내지 37℃ 범위의 온도에서 0.5 내지 30시간 범위의 시간 동안 T 세포, 또는 유전자 조작 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션하는 것을 포함한다.
도 1a 내지 도 1c는 미토콘드리아-풍부화된 CAR-T 세포를 나타내는 도면. 도 1a: 세포 활성화 5일 후 미토콘드리아-풍부화된 CAR-T 세포의 ATP 수준 및 시트레이트 신타제 활성을 나타낸다. 도 1b는 세포 활성화 10일 후 미토콘드리아-풍부화된 CAR-T 세포의 ATP 수준 및 시트레이트 신타제 활성을 나타낸다. 도 1c는 세포 활성화 5일째 및 10일째에 4.4 mU 미토콘드리아-풍부화된 CAR-T 세포에서 측정된 외인성 mtDNA의 백분율을 나타낸다.
도 2는 활성화된 T 세포 및 활성화되지 않은 T 세포의 증식 및 활성화 후 CAR-T %를 나타낸다. A1: 7000 g에서 4.4 mU 태반 미토콘드리아-풍부화된 CAR-T 세포; A2: 400 g에서 4.4 mU 태반 미토콘드리아가 풍부한 CAR-T 세포; UnT: 형질도입되지 않은 풍부화되지 않은 세포; Tr: 미토콘드리아 풍부화 조건을 거치지 않은 형질도입된 세포; Ctrl: 외인성 미토콘드리아를 풍부화 과정에 도입하지 않고 미토콘드리아 풍부화 조건을 거친 형질도입된 세포.
도 2는 활성화된 T 세포 및 활성화되지 않은 T 세포의 증식 및 활성화 후 CAR-T %를 나타낸다. A1: 7000 g에서 4.4 mU 태반 미토콘드리아-풍부화된 CAR-T 세포; A2: 400 g에서 4.4 mU 태반 미토콘드리아가 풍부한 CAR-T 세포; UnT: 형질도입되지 않은 풍부화되지 않은 세포; Tr: 미토콘드리아 풍부화 조건을 거치지 않은 형질도입된 세포; Ctrl: 외인성 미토콘드리아를 풍부화 과정에 도입하지 않고 미토콘드리아 풍부화 조건을 거친 형질도입된 세포.
본 발명은 미토콘드리아-풍부화된 세포가 질환 및 장애를 치료하는 데 유용하다는 획기적인 발견을 기반으로 한다. 본 발명은 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 약제학적 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 사용하는 치료 방법을 제공한다.
본 조성물 및 방법을 기재하기 전에, 본 발명은 기재된 특정 조성물, 방법, 및 실험 조건으로 제한되지 않음을 이해하여야 하며, 이는 이와 같은 조성물, 방법, 및 조건이 다양할 수 있기 때문이다. 또한 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시형태를 기재하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 첨부된 청구범위에서만 제한될 것이기 때문에 제한하는 것으로 의도되지 않음을 이해하여야 한다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 단수형 표현은 문맥이 명백하게 달리 표시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "방법"에 대한 지칭은 본 개시내용 등을 읽을 때 당업자에게 명백할 본 명세서에 기재된 유형의 하나 이상의 방법, 및/또는 단계를 포함한다.
본 명세서에 언급된 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은 각각의 개별 간행물, 특허, 또는 특허 출원이 참조에 의해 원용되는 것으로 구체적이고 개별적으로 표시된 것처럼 동일한 정도로 본 명세서에 참조에 의해 원용된다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기재된 것과 유사하거나 동등한 임의의 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 테스트에 사용될 수 있지만, 수정 및 변형이 본 개시내용의 사상 및 범주 내에 포함된다는 것이 이해될 것이다. 이제 바람직한 방법 및 재료를 기재한다.
본 발명은 암의 면역요법을 위한 약제학적 조성물 및 이의 용도를 제공하며, 약제학적 조성물은 생체외에서 외인성 미토콘드리아-풍부화된 비유전적으로 변형된 림프구 및 유전적으로 변형된 림프구(예를 들어, CAR T-세포)를 포함하는 인간 성숙 림프구를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "림프구"는 질환으로부터 신체를 방어하는 데 주요 역할을 하는 백혈구를 지칭하며, T-세포, 자연 살해 세포(NK 세포), B 세포 및 이들의 혼합물을 포함한다. 상기 열거된 면역 세포 유형이 추가 하위세트로 나뉠 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 일부 실시형태에서, 림프구는 성숙 림프구이다. 일부 실시형태에서, 림프구는 비유전적으로 변형된 림프구이다. 다른 실시형태에서, 림프구는 유전적으로 변형된 림프구이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "성숙 림프구"는 중심 림프 조직에서 선택 및 성숙으로 이어지는 발달을 경험한 완전히 분화된 또는 최종적으로 분화된 림프구를 지칭한다. 성숙 후, 림프구는 순환 및 말초 림프 기관(예를 들어, 비장 및 림프절)으로 들어간다. 일부 실시형태에 따르면, 용어 "성숙 림프구"는 림프 선조 세포(progenitor cell) 또는 림프구 전구 세포(precursor cell)를 포함하지 않는다. 다른 실시형태에 따르면, 용어 "성숙 림프구"는 또한 림프구 전구 세포를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "림프구 전구 세포"는 림프구로 분화되기 전에 보통 중간 세포를 구성하는 부분적으로 분화된 단일분화성 세포를 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "단일분화성"은 단지 하나의 세포 유형으로만 분화할 수 있는 능력을 갖는 세포를 지칭한다. 전구 세포와 달리, 선조 세포는 다능성이어서, 별개의 세포 유형으로 분화할 수 있는 잠재력을 갖는다.
세포의 성숙도는 마커 발현, 기능, 통합 및 비분열과 같은 분석을 기반으로 하여 평가될 수 있다. 예를 들어, T 세포와 관련하여, 성숙한 T 세포는 CD4 또는 CD8 중 하나의 발현(그러나, 둘 모두는 아님, 즉 이들은 단일 양성임), 및 CD3의 발현을 특징으로 한다. 이와 같은 마커의 발현은 당업계에 알려진 방법에 의해, 예를 들어, FACS 분석 또는 면역조직학적 염색 기법에 의해 결정될 수 있다.
T-세포 수용체(TCR)는 주요 조직적합성 복합체(MHC) 분자에 결합된 펩타이드로서 항원의 단편을 인식하는 역할을 하는 T 세포 또는 T 림프구의 표면에서 발견되는 단백질 복합체이다. TCR과 항원 펩타이드 사이의 결합은 상대적으로 낮은 친화도를 가지고 퇴화한다. TCR은 2가지 상이한 단백질 사슬로 구성된다. 인간에서, T 세포의 95%에서 TCR은 알파(α) 사슬과 베타(β) 사슬(각각, TRA 및 TRB에 의해 인코딩됨)로 이루어지는 반면, T 세포의 5%에서 TCR은 감마 및 델타(γ/δ) 사슬(각각, TRG 및 TRD에 의해 인코딩됨)로 이루어진다. 이 비율은 개체발생 동안 및 질환 상태(예컨대, 백혈병)에서 변경된다. γδ T 세포를 활성화시키는 항원 분자는 아직 대부분 알려져 있지 않다. 그러나, γδ T 세포는 MHC-제한이 없으며 APC의 MHC 분자에 의해 제시되는 펩타이드를 필요로 하기 보다는 전체 단백질을 인식할 수 있는 것으로 보인다. Vγ9 및 Vδ2 유전자 단편을 사용하는 인간 γδ T 세포는 말초 혈액에서 주요 γδ T 세포 집단을 구성한다.
본 발명은 부분적으로 T-림프구가 외인성 미토콘드리아로 풍부해지는 것을 수용하고, 외인성 미토콘드리아로 림프구를 풍부화시키는 것이 미토콘드리아 함량, 세포 생존, 지방산 산화(FAO) 및 ATP 생산을 증가시킬 수 있다는 발견을 기반으로 한다. 어떠한 이론이나 메커니즘에 구속되지 않으면서, 외인성 미토콘드리아와 함께 림프구를 공동-인큐베이션하는 것이 온전한 미토콘드리아의 림프구로의 전이를 촉진시킨다고 가정한다. 미토콘드리아 풍부화에 의해 림프구의 미토콘드리아 기능성을 개선시키는 것이 이식 후 림프구의 생체내 기능성을 개선시켜 세포-기반 면역요법을 향상시킬 수 있다고 추가로 가정한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "세포-기반 면역요법"은 유전적으로 변형된 또는 비유전적으로 변형된 면역 세포, 예를 들어, T-세포를 대상체에게 적용하는 것을 포함하는 요법에 관한 것이다. 이러한 치료적 접근법은 광범위한 암 질환뿐만 아니라, 감염성 질환 및 자가면역 장애를 치료하는 데 사용될 수 있다.
본 발명은 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포 및 약제학적으로 허용 가능한 담체를 포함하는 약제학적 조성물을 제공하며, 여기서 유전자 조작 T 세포는 외인성 미토콘드리아-풍부화된 것이다. 본 발명은 또한 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 대상체에게 투여하는 것을 포함하는 이를 필요로 하는 대상체의 치료 방법을 제공하며, 여기서 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 외인성 미토콘드리아-풍부화된 것이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "약제학적 조성물"은 활성 성분, 및 선택적으로 약제학적으로 허용 가능한 담체, 희석제 또는 부형제를 포함하는 제형을 지칭한다. 용어 "활성 성분"은 "유효 성분"을 호환 가능하게 지칭할 수 있으며, 투여 시 필요로 하는 효과를 유도할 수 있는 임의의 작용제를 지칭하는 것을 의미한다. 활성 성분의 예는 화학적 화합물, 약물, 치료제, 소분자 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
"약제학적으로 허용 가능한"이란, 담체, 희석제 또는 부형제가 제형의 다른 성분과 상용성이고 이의 수용자 또는 제형의 활성 성분의 활성에 유해하지 않아야 함을 의미한다. 약제학적으로 허용 가능한 담체, 부형제 또는 안정화제는 당업계, 예를 들어, 문헌[Remington's Pharmaceutical Sciences, 16th edition, Osol, A. Ed. (1980)]에 잘 알려져 있다. 약제학적으로 허용 가능한 담체, 부형제, 또는 안정화제는 이용되는 투약량 및 농도에서 수용자에게 무독성이며, 완충제, 예컨대, 인산염, 시트르산염, 및 기타 유기산; 아스코브산 및 메티오닌을 포함하는 항산화제; 방부제(예컨대, 옥타데실다이메틸벤질 암모늄 클로라이드; 헥사메토늄 클로라이드; 벤잘코늄 클로라이드, 벤제토늄 클로라이드; 페놀, 부틸 또는 벤질 알코올; 알킬 파라벤, 예컨대, 메틸 또는 프로필 파라벤; 카테콜; 레조르시놀; 사이클로헥산올; 3-펜탄올; 및 m-크레졸); 저분자량(약 10개 미만의 잔기) 폴리펩타이드; 단백질, 예컨대, 혈청 알부민, 젤라틴, 또는 면역글로불린; 친수성 중합체, 예컨대, 폴리비닐피롤리돈; 아미노산, 예컨대, 글리신, 글루타민, 아스파라긴, 히스티딘, 아르기닌, 또는 라이신; 단당류, 이당류, 및 글루코스, 만노스 또는 덱스트린을 포함한 기타 탄수화물; 킬레이트제, 예컨대, EDTA; 당류, 예컨대, 수크로스, 만니톨, 트레할로스 또는 솔비톨; 염-형성 반대 이온, 예컨대, 나트륨; 금속 착물(예를 들어, Zn-단백질 착물); 및/또는 비이온성 계면활성제, 예컨대, TWEEN™, PLURONICS™ 또는 폴리에틸렌 글라이콜(PEG)을 포함할 수 있다. 담체의 예는 리포솜, 나노입자, 연고, 미셀, 마이크로스피어, 마이크로입자, 크림, 에멀션, 및 겔을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 부형제의 예는 부착 방지제, 예컨대, 마그네슘 스테아레이트, 결합제, 예컨대, 당류 및 이의 유도체(수크로스, 락토스, 전분, 셀룰로스, 당 알코올 등), 젤라틴 및 합성 중합체와 같은 단백질, 윤활제, 예컨대, 활석 및 실리카, 및 방부제, 예컨대, 항산화제, 비타민 A, 비타민 E, 비타민 C, 레티닐 팔미테이트, 셀레늄, 시스테인, 메티오닌, 시트르산, 황산나트륨 및 파라벤을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 희석제의 예는 물, 알코올, 식염수, 글리콜, 광유 및 다이메틸 설폭사이드(DMSO)를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
용어 "치료"는 본 명세서에서 용어 "치료적 방법"과 호환 가능하게 사용되며, 1) 진단된 병리학적 병태 또는 장애의 증상의 치유, 늦춤, 완화, 및/또는 진단된 병리학적 병태 또는 장애의 진행 중단, 및 2) 예방/방지 조치 둘 모두를 지칭한다. 치료를 필요로 하는 사람은 이미 특정 의학적 장애를 갖는 개체뿐만 아니라, 궁극적으로 장애를 얻을 수 있는 개체(즉, 예방 조치를 필요로 하는 개체)를 포함할 수 있다.
용어 "치료적 유효량", "유효 용량", "치료적 유효 용량", "유효량" 등은 연구자, 수의사, 의사 또는 기타 임상의가 추구하는 조직, 시스템, 동물 또는 인간의 생물학적 또는 의학적 반응을 이끌어 낼 대상 화합물의 양을 지칭한다. 유효량은 본 명세서에 기재된 바와 같이 결정될 수 있다.
용어 "~의 투여" 및/또는 "투여하는"은 치료를 필요로 하는 대상체에게 치료적 유효량의 약제학적 조성물을 제공하는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 투여 경로는 경장, 국소 또는 비경구일 수 있다. 이와 같이, 투여 경로는 정맥내, 복강내, 동맥내, 척추강내, 및 근육내 투여를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 어구 "비경구 투여" 및 "비경구로 투여되는"은 경장 및 국소 투여 이외의 투여 방식을 의미한다. 약제학적 조성물은 투여 방법에 따라 다양한 단위 투약 형태로 투여될 수 있다. 적합한 단위 투약 형태는 캡슐, 주사제, 이식 가능한 지속 방출 제형, 및 지질 복합체를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
특정 양태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 T 세포를 수득하는 단계; 외인성 미토콘드리아를 수득하는 단계; 외인성 미토콘드리아가 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건 하에 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 접촉시킴으로써 미토콘드리아-풍부화된 T 세포를 생산하는 단계; 및 키메라 T 세포 수용체(TCR) 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산을 미토콘드리아-풍부화된 T 세포에 도입함으로써 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계의 방법에 의해 생산되며, 여기서 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 T 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높다. 특정 양태에서, 외인성 미토콘드리아가 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 106개 T 세포당 약 0.088 내지 176 mU 시트레이트 신타제(CS) 활성의 비로 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 접촉시키는 것을 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 조혈모세포를 수득하는 단계; 공여자로부터 외인성 미토콘드리아를 수득하는 단계; 외인성 미토콘드리아가 조혈모세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건 하에 미토콘드리아-풍부화된 조혈모세포를 생산하는 단계; 미토콘드리아-풍부화된 조혈모세포를 미토콘드리아-풍부화된 T 세포로 분화시키는 단계; 및 키메라 T 세포 수용체(TCR) 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산을 미토콘드리아-풍부화된 T 세포에 도입함으로써 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계의 방법에 의해 생산되며, 여기서 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 외인성 미토콘드리아 함량은 조혈모세포의의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높다. 특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아가 조혈모세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 106개 조혈모세포당 약 0.088 내지 176 mU 시트레이트 신타제(CS) 활성의 비로 조혈모세포를 외인성 미토콘드리아와 접촉시키는 것이다.
추가 실시형태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 T 세포를 수득하는 단계; 키메라 T 세포 수용체(TCR) 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산을 T 세포에 도입함으로써 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계, 외인성 미토콘드리아를 수득하는 단계; 외인성 미토콘드리아가 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건 하에 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계의 방법에 의해 생산되며; 여기서 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 T 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높다. 특정 양태에서, 외인성 미토콘드리아가 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 106개 T 세포당 약 0.088 내지 176 mU 시트레이트 신타제(CS) 활성의 비로 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 접촉시키는 것을 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 용어 "미토콘드리아 함량"은 기능성 및 비기능성 미토콘드리아 함량을 지칭한다. 일부 실시형태에 따르면, 용어 "미토콘드리아 함량"은 기능성 미토콘드리아 함량을 지칭한다.
용어 "T 세포" 및 "T 림프구"는 본 명세서에서 호환 가능하게 사용된다. T 세포는 다양한 면역-관련 기능을 제공함으로써 면역 반응을 제어하고 형성하는 데 중요한 역할을 하는 특정 유형의 림프구이다. T 세포는 세포 표면에 T-세포 수용체(TCR)의 존재에 의해 다른 림프구와 구별될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "T 세포"는 세포독성 T 세포, T 헬퍼 세포, 조절 T 세포 및 자연 살해 T 세포(NKT)를 포함한다. 일부 실시형태에 따르면, T 세포는 T 세포 전구체이다. 다른 실시형태에 따르면, T 세포는 성숙한 T 세포이다. 일부 실시형태에 따르면, T 세포는 완전히 분화된 T 세포이다. 본 발명의 방법에서, 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 수득된 T 세포는 외인성 미토콘드리아가 풍부화되기 전에 적극적으로 변경되거나 변형되지 않는다(예를 들어, mtDNA 또는 미토콘드리아 기능의 감소). 보다 구체적으로, T 세포의 미토콘드리아 기능 및/또는 미토콘드리아 DNA는 외인성 미토콘드리아와 접촉하기 전에 적극적으로 변경되거나 변형되지 않는다.
일부 실시형태에 따르면, T 세포는 유전자 조작 T 세포이다. 추가 실시형태에 따르면, 유전자 조작 T 세포는 T-세포 수용체(TCR)-형질도입 T 세포 및 키메라 항원 수용체(CAR)-형질도입 T 세포로부터 선택된다. 각각의 가능성은 본 발명의 별개의 실시형태를 나타낸다. 특정 실시형태에 따르면, 유전자 조작 T 세포는 CAR-T 세포이다.
일부 실시형태에서, 유전자 조작 T 세포는 대상체에 대해 자가 조직이다. 일부 실시형태에서, 유전자 조작 T 세포는 대상체에 대해 동종이계이다. 특정 실시형태에서, 동종이계 T 세포는 대상체와 적어도 부분적으로 HLA-일치되는 공여자로부터 수득된다. 특정 실시형태에서, 유전자 조작 T 세포가 대상체에 대해 동종이계일 때, 상기 기재된 방법은 대상체와 미토콘드리아-풍부화된 인간 줄기 세포 사이의 유해한 면역원성 반응을 예방, 지연, 최소화하거나 없애는 작용제를 대상체에게 투여하는 단계를 추가로 포함한다. 각각의 가능성은 본 발명의 별개의 실시형태를 나타낸다. 특정 실시형태에서, 유해한 면역원성 반응은 이식편대숙주질환(GvHD)이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "T 세포는 대상체에 대해 자가 조직이다"는 대상체 자신의 세포인 것을 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "T 세포는 대상체에 대해 동종이계이다"는 상이한 공여자 개체 유래의 세포를 지칭한다.
용어 "CAR-형질도입 T 세포" 및 용어 "CAR-T 세포"는 본 명세서에서 호환 가능하게 사용되며, 특정 항원을 표적화하는 키메라 항원 수용체(CAR)를 발현하도록 유전적으로 변형된 T 세포를 지칭한다. 특정 실시형태에 따르면, 항원은 암 세포의 표면 상에 존재한다. 일부 실시형태에 따르면, 암 세포는 혈액암 세포이다. 일부 실시형태에 따르면, CAR-T 세포는 CD19, CD30, CD33, CD123, FLT3 및 BCMA로부터 선택되지만 이에 제한되지 않는 항원을 표적화하는 CAR을 발현한다.
당업자에게 알려진 바와 같이, CAR-T 세포는 대상체로부터 단리되고 렌티바이러스 또는 레트로바이러스 벡터 또는 비-바이러스 유전자 전달 시스템을 사용하여 생체외 유전자 조작을 거쳐 특정 종양 표적에 특이적인 조작된 CAR을 발현한다. 그 다음 이러한 재프로그래밍된 CAR-T 세포는 확장되고, 필요한 경우 선택되며, 면역억제 예비 요법을 받은 후 대상체에 주입된다. 본 발명의 원리에 따르면, 단리된 T 세포의 생체외 유전자 조작은 미토콘드리아 풍부화 과정 전 또는 후에 수행될 수 있다.
이식 후, CAR-T 세포는 항원 결합을 겪고 말초 혈액에서 증폭되며, 여기에서 종양 부위로 이동하고 상응하는 항원을 발현하는 종양 세포를 확인하고 살해한다. 이는 CAR-T 세포의 광범위한 증식과 종양 항원의 방출을 촉발할 수 있으며, 이는 대상체의 면역계를 활성화시켜 비-CAR-T 면역 세포를 보충하여, 에피토프 확산으로부터 교차-프라이밍으로 알려진 과정으로 추가 항종양 반응을 유발할 수 있다.
이식 후 CAR-T 세포의 수가 검출 불가능한 수준으로 떨어지면, 질환 재발이 빈번하게 관찰된다. 이제 외인성 미토콘드리아로 CAR-T 세포를 풍부화시키면 생체내에서 CAR-T 세포의 생존과 활성을 향상시켜 세포의 치료 효과를 확장하고 증폭할 수 있다고 제안된다.
용어 "TCR-형질도입 T 세포" 및 용어 "TCR-T 세포"는 본 명세서에서 호환 가능하게 사용되며 T-세포 수용체(TCR)를 발현하도록 유전적으로 변형된 T 세포를 지칭한다. 표면에 발현되는 단백질을 인식하는 CAR-T 세포와 달리, T 세포 수용체(TCR)는 세포 내부에 있는 종양-특이적 단백질을 인식할 수 있다. 종양-특이적 단백질이 단편으로 분해되면, 주요 조직적합성 복합체, 또는 MHC라고 하는 또 다른 단백질과 함께 세포 표면에 나타난다. TCR은 종양-특이적 단백질 단편/MHC 조합물을 인식하도록 조작된다.
일부 실시형태에 따르면, 유전자 조작 T 세포는 포유동물 대상체, 바람직하게는 인간 대상체에서 유래된다.
일부 실시형태에 따르면, 본 발명의 T 세포는 상응하는 T 세포와 비교하여 더 낮은 미토콘드리아 막 전위를 갖는 T 세포이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포"는 유전자 조작되고(즉, TCR 또는 CAR을 인코딩하는 핵산이 세포 내로 도입됨) 외인성 미토콘드리아가 삽입된 T 세포를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "미토콘드리아-풍부화된 T 세포"는 외인성 미토콘드리아가 삽입된 T 세포를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "유전자 조작 T 세포"는 유전자 조작된(즉, TCR 또는 CAR을 인코딩하는 핵산이 세포 내로 도입됨) T 세포이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "미토콘드리아-풍부화된 조혈모세포"는 외인성 미토콘드리아가 삽입된 조혈모세포이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "줄기 세포"는 일반적으로 임의의 포유동물 줄기 세포를 지칭한다. 줄기 세포는 다른 유형의 세포로 분화할 수 있고 분열하여 동일한 유형의 줄기 세포를 더 많이 생산할 수 있는 미분화 세포이다. 줄기 세포는 전능성(totipotent) 또는 만능성일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "인간 줄기 세포"는 일반적으로 인간에서 자연적으로 발견되는 모든 줄기 세포, 및 생체외에서 생산 또는 유래된 모든 줄기 세포를 지칭하며, 인간과 양립 가능하다. "선조 세포"는 줄기 세포와 마찬가지로 특정 유형의 세포로 분화하는 경향이 있지만, 이미 줄기 세포보다 더 특이적이며 "표적" 세포로 분화하도록 강요된다. 줄기 세포와 선조 세포 간의 가장 중요한 차이점은 줄기 세포는 무한정 복제할 수 있는 반면, 선조 세포는 제한된 횟수만 분열할 수 있다는 것이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "인간 줄기 세포"는 "선조 세포" 및 "완전히 분화되지 않은 줄기 세포"를 추가로 포함한다.
특정 실시형태에서, 줄기 세포는 만능 줄기 세포(PSC)이다. 다른 실시형태에서, PSC는 비-배아 줄기 세포이다. 일부 실시형태에 따르면, 배아 줄기 세포는 본 발명의 범주에서 명시적으로 제외된다. 일부 실시형태에서, 줄기 세포는 유도 PSC(iPSC)이다. 특정 실시형태에서, 줄기 세포는 배아 줄기 세포이다. 특정 실시형태에서, 줄기 세포는 골수 세포에서 유래된다. 특정 실시형태에서, 줄기 세포는 CD34+ 세포이다. 특정 실시형태에서, 줄기 세포는 중간엽 줄기 세포이다. 다른 실시형태에서, 줄기 세포는 지방 조직에서 유래된다. 또 다른 실시형태에서, 줄기 세포는 혈액에서 유래된다. 추가 실시형태에서, 줄기 세포는 제대혈에서 유래된다. 추가 실시형태에서 줄기 세포는 구강 점막에서 유래된다. 특정 실시형태에서, 장애의 질환으로 고통받는 대상체 또는 건강한 대상체로부터 수득된 줄기 세포는 골수 세포 또는 골수-유래 줄기 세포이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "만능 줄기 세포(PSC)"는 무한정 증식할 수 있을 뿐만 아니라, 체내에서 복수의 세포 유형을 생성할 수 있는 세포를 지칭한다. 전능 줄기 세포는 신체의 다른 모든 세포 유형을 생성할 수 있는 세포이다. 배아 줄기 세포(ESC)는 전능 줄기 세포이고 유도 만능 줄기 세포(iPSC)는 만능줄기 세포이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "유도 만능 줄기 세포(iPSC)"는 인간 성인 체세포로부터 생성될 수 있는 만능 줄기 세포의 유형을 지칭한다. 본 명세서에서 iPSC가 생성될 수 있는 체세포의 일부 비제한적인 예는 섬유아세포, 내피 세포, 모세혈관 세포, 각질형성세포, 골수 세포 상피 세포를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "배아 줄기 세포(ESC)"는 배반포의 내부 세포괴에서 유래된 전능 줄기 세포의 종류를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "골수 세포"는 일반적으로 인간의 골수에서 자연적으로 발견되는 모든 인간 세포, 및 인간의 골수에서 자연적으로 발견되는 모든 세포 집단을 지칭한다. 용어 "골수 줄기 세포" 및 "골수-유래 줄기 세포"는 골수에서 유래한 줄기 세포 집단을 지칭한다.
일부 실시형태에서, 자가 조직 또는 동종이계 인간 줄기 세포는 만능 줄기 세포(PSC) 또는 유도 만능 줄기 세포(iPSC)이다. 추가 실시형태에서, 자가 조직 또는 동종이계 인간 줄기 세포는 중간엽 줄기 세포이다.
여러 실시형태에 따르면, 인간 줄기 세포는 지방 조직, 구강 점막, 혈액, 제대혈 또는 골수에서 유래된다. 각각의 가능성은 본 발명의 별개의 실시형태를 나타낸다. 특정 실시형태에서, 인간 줄기 세포는 골수에서 유래된다.
특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 골수조혈 세포를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "골수조혈 세포"는 골수혈구형성, 예를 들어, 골수의 생산 및 골수에서 발생하는 모든 세포, 즉 모든 혈액 세포의 생산에 관여하는 세포를 지칭한다.
특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 적혈구조혈 세포를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "적혈구조혈 세포"는 적혈구형성, 예를 들어, 적혈구(red blood cell, erythrocyte)의 생산에 관여하는 세포를 지칭한다.
특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 다능성 조혈모세포(HSC)를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "다능성 조혈모세포" 또는 "혈구모세포"는 조혈 과정을 통해 다른 모든 혈액 세포를 생성하는 줄기 세포를 지칭한다.
특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 공통 골수 선조 세포, 공통 림프 선조 세포, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 중간엽 줄기 세포를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "공통 골수 선조체"는 골수 세포를 생성하는 세포를 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "공통 림프 선조체"는 림프구를 생성하는 세포를 지칭한다.
특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 거핵구, 적혈구, 비만 세포, 근아세포, 호염기구, 호중구, 호산구, 단핵구, 대식세포, 자연 살해(NK) 세포, 소림프구, T 림프구, B 림프구, 형질 세포, 망상 세포, 또는 이들의 임의의 조합을 추가로 포함한다. 각각의 가능성은 본 발명의 별개의 실시형태를 나타낸다.
특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 중간엽 줄기 세포를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "중간엽 줄기 세포"는 조골세포, 연골세포, 근세포 및 지방세포를 포함하는 다양한 세포 유형으로 분화할 수 있는 다능성 기질 세포를 지칭한다.
특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 골수조혈 세포를 포함한다. 특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 적혈구조혈 세포로 이루어진다. 특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 다능성 조혈모세포(HSC)를 포함한다. 특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 공통 골수 선조 세포, 공통 림프 선조 세포, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 거핵구, 적혈구, 비만 세포, 근아세포, 호염기구, 호중구, 호산구, 단핵구, 대식세포, 자연 살해(NK) 세포, 소림프구, T 림프구, B 림프구, 형질 세포, 망상 세포, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 특정 실시형태에서, 골수 유래 줄기 세포는 중간엽 줄기 세포로 이루어진다. 특정 실시형태에서, 줄기 세포는 말초 혈액으로부터 수득된 복수의 인간 골수 줄기 세포를 포함한다.
조혈모세포(HSC)는 다른 혈액 세포를 생성하는 줄기 세포이다. 이 과정을 조혈이라고 한다. 조혈모세포는 골수 및 림프라고 하는 계통에서 다양한 유형의 혈액 세포를 생성한다. 골수 및 림프 계통은 둘 모두 수지상 세포 형성에 관여한다. 골수 세포는 단핵구, 대식세포, 호중구, 호염기구, 호산구, 적혈구, 및 거핵구 내지 혈소판을 포함한다. 림프구 세포는 T 세포, B 세포, 및 자연 살해 세포를 포함한다.
CD34 항원으로도 알려진 조혈 선조 세포 항원 CD34는 인간에서 CD34 유전자에 의해 인코딩되는 단백질이다. CD34는 세포 표면 당단백질의 분화 클러스터이며 세포-세포 접착 인자로 기능한다. 특정 실시형태에서, 골수 줄기 세포는 골수 선조 세포 항원 CD34를 발현한다(CD34+임). 특정 실시형태에서, 골수 줄기 세포는 CD34를 발현하지 않는다. 특정 실시형태에서, 골수 줄기 세포는 그의 외막 상에 골수 선조 세포 항원 CD34를 제시한다. 특정 실시형태에서, CD34+ 세포는 제대혈 유래의 것이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "CD34+ 세포"는 기원에 관계없이 CD34 양성인 것을 특징으로 하는 조혈모세포를 지칭한다. 특정 실시형태에서, CD34+ 세포는 골수, 혈액에 동원된 골수 세포로부터 수득되거나, 제대혈로부터 수득된다.
특정 실시형태에서, 조혈모세포를 포함하는 줄기 세포는 질환 또는 장애로 고통받는 대상체의 말초 혈액으로부터 수득된다. 특정 실시형태에서, 줄기 세포는 건강한 사람의 말초 혈액으로부터 수득된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "말초 혈액"은 혈액 시스템에서 순환하는 혈액을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "자가 조직 세포" 또는 "자가 조직인 세포"는 대상체 자신의 세포인 것을 지칭한다. 용어 "자가 조직 미토콘드리아"는 대상체 자신의 세포 또는 모계 관련 세포로부터 수득된 미토콘드리아를 지칭한다. 용어 "동종이계 세포" 또는 "동종이계 미토콘드리아"는 상이한 공여자 개체 유래의 세포 또는 미토콘드리아를 지칭한다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 바와 같이 용어 "동계"는 거부 없이 개체 간에 이식을 허용하기에 충분한 유전적으로 동일한 것 또는 유전적으로 거의 동일한 것을 지칭한다. 미토콘드리아의 맥락에서 용어 "동계"는 동일한 모계 혈통을 의미하는 용어 "자가 조직 미토콘드리아"와 호환 가능하게 사용될 수 있다. 동종이계 미토콘드리아-풍부화된 세포는 외인성 미토콘드리아와 내인성 미토콘드리아가 실질적으로 유전적으로 상이한 반면, 동종 미토콘드리아-풍부화된 세포는 외인성 미토콘드리아가 모계의 유전적으로 관련된 세포에서 유래되므로, 외인성 미토콘드리아와 내인성 미토콘드리아가 유전적으로 동일하거나 거의 동일하다는 것을 의미한다.
용어 "질환" 및 "장애"는 정상으로 간주되지 않거나 생리학적 상태와 상이한 임의의 고통을 지칭하는 것을 의미한다. 질환 및 장애는 사실상 체내 임의의 기관, 조직, 또는 기능에 영향을 미칠 수 있다. 질환 및 병태의 비제한적인 예는 암, 근육 질환 및 장애, 글리코겐-축적 질환 및 장애, 혈관 내피 장애 또는 질환, 뇌 장애 또는 뇌 질환, 태반 장애 또는 태반 질환, 흉선 장애 또는 흉선 질환, 자가면역 질환, 신장 질환 또는 장애, 췌장 장애 또는 췌장 질환, 전립선 장애 또는 전립선 질환, 신장 장애 또는 신장 질환, 혈액 장애 또는 혈액 질환, 심장 질환 또는 심장 장애, 피부 장애 또는 피부 질환, 면역 및 염증성 질환 및 장애, 뼈 질환 또는 뼈 장애, 위장 질환 또는 위장 장애, 및 눈 질환 또는 눈 장애를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "질환 또는 장애로 고통받는 대상체" 또는 "질환 또는 장애를 갖는 대상체"는 특정 병태에 의해 유발된 쇠약 효과를 경험하는 인간 대상체를 지칭한다. 장애는 암, 연령 관련 장애, 신장 질환, 췌장 질환, 간 질환, 근육 장애, 뇌 질환, 1차 미토콘드리아 질환 또는 2차 미토콘드리아 질환뿐만 아니라, 기타 질환 또는 장애를 지칭할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "공여자"는 외인성 세포 또는 미토콘드리아를 제공하는 공여자를 지칭한다. 일부 실시형태에서, 공여자는 질환 또는 장애를 앓지 않거나 대상체가 고통받는 동일한 장애의 질환을 앓고 있지 않다. 특정 실시형태에서, 공여자는 대상체이고 세포 및/또는 미토콘드리아는 자가 조직이다.
미토콘드리아와 관련하여 용어 "외인성" 또는 "분리된 외인성"은 수용 세포 외부에 있는 공급원 유래의 미토콘드리아를 지칭한다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아는 수용 세포의 공여자와 상이한 공여자 세포에서 유래되거나 이로부터 단리된다. 일부 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아는 수용 세포와 동일한 대상체 유래의 공여자 세포에서 유래되거나 이로부터 단리된다. 예를 들어, 외인성 미토콘드리아는 공여자 세포로부터 정제, 단리 또는 수득된 후 공여자 세포와 동일한 대상체 또는 상이한 공여자로부터 수용 세포로 도입되어, 외인성 미토콘드리아를 각각 자가 조직 및 동종이계로 만들 수 있다. 특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아는 전체 미토콘드리아이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 미토콘드리아의 맥락에서 용어 "단리된" 및 "부분적으로 정제된"은 다른 세포 구성요소로부터 정제되거나 적어도 부분적으로 정제된 외인성 미토콘드리아를 포함한다. 외인성의 단리되거나 부분적으로 정제된 미토콘드리아에서 미토콘드리아 단백질의 총량은 샘플 내의 세포 단백질 총량의 10% 내지 90%이다.
특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아는 미토콘드리아-풍부화된 세포에서 총 미토콘드리아 함량의 적어도 1%를 구성한다. 특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아는 미토콘드리아-풍부화된 세포에서 총 미토콘드리아 함량의 적어도 3%를 구성한다. 특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아는 미토콘드리아-풍부화된 T 세포에서 총 미토콘드리아 함량의 적어도 10%를 구성한다. 일부 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아는 미토콘드리아-풍부화된 T 세포에서 총 미토콘드리아 함량의 적어도 약 1%, 3%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% 또는 30%를 구성한다. 특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아에서 미토콘드리아 단백질의 총량은 세포 단백질 총량의 10% 내지 80%, 20 내지 80%, 40 내지 70%, 20 내지 40%, 또는 20 내지 30%이다. 각각의 가능성은 본 발명의 별개의 실시형태를 나타낸다. 특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아에서 미토콘드리아 단백질의 총량은 샘플 내의 세포 단백질 총량의 10% 내지 80%이다. 특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아에서 미토콘드리아 단백질의 총량은 미토콘드리아와 기타 세포내 분획의 합한 중량의 10% 내지 80%이다. 다른 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아에서 미토콘드리아 단백질의 총량은 미토콘드리아와 다른 세포내 분획의 합한 중량의 80% 초과이다.
특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아는 인간 세포 또는 인간 조직으로부터 수득된다. 특정 실시형태에서, 세포는 태반, 배양물에서 성장된 태반 세포, 또는 혈액 세포로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시형태에서, 미토콘드리아는 인간 줄기 세포로부터 수득된다. 일부 실시형태에서, 인간 세포는 인간 체세포이다. 일부 실시형태에서, 인간 세포는 배양물에서 성장된 세포이다.
특정 실시형태에서, 본 발명에 의해 제공되는 방법 및 약제학적 조성물은 미토콘드리아 생합성을 촉진시키는 작용제를 미토콘드리아 공여자에게 투여하는 단계를 추가로 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "미토콘드리아 생합성"은 미토콘드리아의 성장 및 분열을 지칭한다. 특정 실시형태에서, 미토콘드리아 생합성을 촉진시키는 작용제는 에리스로포이에틴(EPO) 또는 이의 염이다. 특정 실시형태에서, 작용제는 재조합 인간 에리스로포이에틴 및 단리된 인간 에리스로포이에틴으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
미토콘드리아와 관련하여 용어 "내인성"은 세포에 의해 생성/발현/생산되고 외부 공급원으로부터 세포 내로 도입되지 않는 미토콘드리아를 지칭한다. 일부 실시형태에서, 내인성 미토콘드리아는 세포의 게놈에 의해 인코딩되는 단백질 및/또는 기타 분자를 함유한다. 일부 실시형태에서, 용어 "내인성 미토콘드리아"는 용어 "숙주 미토콘드리아"와 동등하다.
본 발명의 원리에 따르면, 외인성 인간 미토콘드리아가 세포 내로 도입되어 외인성 미토콘드리아로 이들 세포를 풍부화시킨다. 이와 같은 풍부화는 세포의 미토콘드리아 함량을 변화시킨다는 것을 이해하여야 하며: 미경험 인간 세포는 실질적으로 하나의 숙주/자가 조직 미토콘드리아 집단을 갖는 반면, 자가 조직 미토콘드리아가 아닌 외인성 미토콘드리아-풍부화된 세포는 실질적으로 두 미토콘드리아 집단, 즉 숙주/자가 조직/내인성 미토콘드리아의 제1 집단 및 도입된 미토콘드리아(즉, 외인성 미토콘드리아)의 다른 집단을 갖는다. 따라서, 용어 "풍부화된"은 외인성 미토콘드리아를 수용/통합한 후 세포의 상태를 지칭한다. 특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아는 자가 조직 미토콘드리아이다. 외인성 미토콘드리아가 자가 조직 미토콘드리아인 경우 단 하나의 미토콘드리아 집단이 있고 풍부화는 총 미토콘드리아 함량을 지칭한다. 두 집단이 여러 측면에서, 예를 들어, 이들 집단의 미토콘드리아 DNA에서 다를 수 있으므로, 미토콘드리아의 두 집단 사이의 수 및/또는 비율을 결정하는 것은 간단하다. 예를 들어, 총 미토콘드리아 함량의 적어도 1%의 외인성 미토콘드리아를 포함하는 인간 세포는 99:1의 비율로 숙주/자가 조직/내인성 미토콘드리아 및 외인성 미토콘드리아를 포함하는 것으로 간주된다. 예를 들어, "총 미토콘드리아의 3%"는 풍부화 후 원래(내인성) 미토콘드리아 함량이 총 미토콘드리아 함량의 97%이고 도입된(외인성) 미토콘드리아가 총 미토콘드리아 함량의 3%임을 의미하며, 이는 (3/97=) 3.1% 풍부화와 동등하다. 또 다른 예에서, "총 미토콘드리아의 33%"는 풍부화 후 원래(내인성) 미토콘드리아 함량이 총 미토콘드리아 함량의 67%이고 도입된(외인성) 미토콘드리아가 총 미토콘드리아 함량의 33%임을 의미하며, 이는 (33/67=) 49.2% 풍부화와 동등하다.
일부 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아가 세포 내로 도입된 후 외인성 미토콘드리아로부터 내인성 미토콘드리아의 확인/식별은, 예를 들어, 내인성 미토콘드리아와 외인성 미토콘드리아 사이의 mtDNA 서열의 차이, 예를 들어, 상이한 일배체형을 확인하는 것, 외인성 미토콘드리아의 공급원 조직에서 비롯된 특정 미토콘드리아 단백질, 예를 들어, 태반 유래의 사이토크롬 p450 콜레스테롤 측쇄 절단(P450SCC), 갈색 지방 조직 유래의 UCP1 등을 확인하는 것, 및 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 수단에 의해 수행될 수 있다.
이형세포질성은 세포 또는 개체 내에 하나 초과 유형의 미토콘드리아 DNA가 존재하는 것이다. 이형세포질성 수준은 돌연변이체 mtDNA 분자 대 야생형/기능성 mtDNA 분자의 비율이며 미토콘드리아 질환의 중증도를 고려함에 있어 중요한 요소이다. 더 낮은 수준의 이형세포질성(충분한 양의 미토콘드리아가 기능성임)은 건강한 표현형과 연관이 있는 반면, 더 높은 수준의 이형세포질성(불충분한 양의 미토콘드리아가 기능성임)은 병리와 연관이 있다. 특정 실시형태에서, 풍부화된 세포, 예컨대, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 이형세포질성 수준은 대상체 또는 공여자로부터 수득되거나 이에서 유래된 세포의 이형세포질성 수준보다 적어도 1%, 3%, 5%, 15%, 20%, 25%, 또는 30% 더 낮다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "접촉"은 세포 내로 외인성 미토콘드리아의 진입을 촉진시키기 위해 미토콘드리아와 세포(예를 들어, T 세포 및 유전자 조작 T 세포)를 충분히 근접시키는 것을 지칭한다. 용어 미토콘드리아를 세포(예를 들어, T 세포 및 유전자 조작 T 세포)에 도입 또는 삽입하는 것은 용어 접촉과 호환 가능하게 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 어구 "외인성 미토콘드리아가 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건" 및 "외인성 미토콘드리아가 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건"은 일반적으로 시간, 온도, 원심분리, 배양 배지 및 미토콘드리아와 수용 세포 사이의 근접성과 같은 매개변수를 지칭한다. 예를 들어, 인간 세포와 인간 세포주는 액체 배지에서 일상적으로 인큐베이션되며, 37℃ 및 5% CO2 대기에서 조직 배양 인큐베이터와 같은 멸균 환경에 보관된다. 본 명세서에서 개시되고 예시된 대안적인 실시형태에 따르면, 세포는 인간 혈청 알부민이 보충된 염수 중에서 실온에서 인큐베이션될 수 있다.
특정 실시형태에서, 세포는 약 16 내지 37℃ 범위의 온도에서 0.5 내지 30시간 범위의 시간 동안 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션된다. 특정 실시형태에서, 세포는 약 1 내지 30 또는 약 5 내지 25시간 범위의 시간 동안 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션된다. 특정 실시형태에서, 인큐베이션은 약 20 내지 30시간 동안이다. 일부 실시형태에서, 인큐베이션은 적어도 약 1, 5, 10, 15, 20, 21, 22, 23 또는 24시간 동안이다. 다른 실시형태에서, 인큐베이션은 최대 5, 10, 15, 20 또는 30시간이다. 특정 실시형태에서, 인큐베이션은 24시간 동안이다. 특정 실시형태에서, 인큐베이션은 세포 내의 미토콘드리아 함량이 초기 미토콘드리아 함량과 비교하여 평균 1% 내지 45%만큼 증가될 때까지이다.
일부 실시형태에서, 인큐베이션은 실온(16℃ 내지 30℃)에서 수행된다. 다른 실시형태에서, 인큐베이션은 37℃에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 인큐베이션은 5% CO2 분위기에서 수행된다. 다른 실시형태에서, 인큐베이션은 공기에서 발견되는 수준 초과로 추가된 CO2를 포함하지 않는다.
또 다른 실시형태에서, 인큐베이션은 인간 혈청 알부민(HSA)이 보충된 배양 배지에서 수행된다. 추가적인 실시형태에서, 인큐베이션은 HSA가 보충된 염수 중에서 수행된다. 특정 예시적인 실시형태에 따르면, 외인성 미토콘드리아가 인간 줄기 세포에 들어갈 수 있도록 하여 상기 인간 외인성 미토콘드리아로 상기 인간 줄기 세포를 풍부화시키는 조건은 4.5% 인간 혈청 알부민이 보충된 염수 중에서 실온에서의 인큐베이션을 포함한다.
특정 실시형태에서, 인큐베이션은 37℃에서 수행된다. 특정 실시형태에서, 인큐베이션은 적어도 6시간 동안 수행된다. 특정 실시형태에서, 인큐베이션은 적어도 12시간 동안 수행된다. 특정 실시형태에서, 인큐베이션은 12 내지 24시간 동안 수행된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "풍부화시키는"은 미토콘드리아 함량, 예를 들어, 온전한 미토콘드리아의 수, 또는 포유동물 세포의 미토콘드리아의 기능성을 증가시키도록 설계된 임의의 작용을 지칭한다. 특히, 외인성 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 풍부화 전의 동일한 T 세포와 비교하여 향상된 기능을 나타낼 것이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "풍부화키는" 및 "풍부화"는, 인간 세포의, 미토콘드리아 함량, 예를 들어, 온전하거나 기능성이거나 건강한 미토콘드리아의 수를 증가시키는, 생체외에서 수행되는 임의의 작용을 지칭한다. 본 발명의 원리에 따르면, 외인성 미토콘드리아는 인간 T 세포에 도입되어 외인성 미토콘드리아로 이들 세포를 풍부화시킨다. 일부 실시형태에 따르면, 외인성 미토콘드리아는 미토콘드리아-풍부화된 T-세포 및 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포에서 총 미토콘드리아의 1% 초과, 2% 초과, 3% 초과, 4% 초과, 5% 초과, 10% 초과, 15% 초과 또는 20% 초과를 구성한다.
시트레이트 신타제(CS)는 미토콘드리아 기질에 국한되지만, 핵 DNA에 의해 인코딩된다. 시트레이트 신타제는 크렙스 회로의 첫 번째 단계에 관여하며, 일반적으로 온전한 미토콘드리아의 존재에 대한 정량적 효소 마커로 사용된다(Larsen S. et al., J. Physiol., 2012, Vol. 590(14), pages 3349-3360; Cook G.A. et al., Biochim. Biophys. Acta., 1983, Vol. 763(4), pages 356-367).
미토콘드리아 용량은 CS 활성 단위 또는 본 명세서에 설명된 미토콘드리아 양의 다른 정량화 가능한 측정의 mtDNA 복제 수에 관하여 표현될 수 있다. "CS 활성의 단위"는 1 ㎖ 반응 부피에서 1분 동안 1마이크로몰 기질의 전환을 가능하게 하는 양으로 정의된다.
일부 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아로 세포(예를 들어, T 세포 및 유전자 조작 T 세포)를 풍부화시키는 것은 백만 개의 세포당 적어도 0.044 내지 최대 176 밀리단위(mU)의 시트레이트 신타제(CS) 활성; 백만 개의 세포당 적어도 0.088 내지 최대 176 mU의 CS 활성; 백만 개의 세포당 적어도 0.2 내지 최대 150 mU의 CS 활성; 백만 개의 세포당 적어도 0.4 내지 최대 100 mU의 CS 활성; 백만 개의 세포당 적어도 0.6 내지 최대 80 mU의 CS 활성; 백만 개의 세포당 적어도 0.7 내지 최대 50 mU의 CS 활성; 백만 개의 세포당 적어도 0.8 내지 최대 20 mU의 CS 활성; 백만 개의 세포당 적어도 0.88 내지 최대 17.6 mU의 CS 활성; 또는 백만 개의 세포당 적어도 0.44 내지 최대 17.6 mU의 CS 활성의 미토콘드리아 용량을 세포 내로 도입하는 것을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "미토콘드리아 함량"은 세포 내 미토콘드리아의 양, 또는 복수의 세포 내 미토콘드리아의 평균 양을 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "증가된 미토콘드리아 함량"은 미토콘드리아 풍부화 전 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높은 미토콘드리아 함량을 지칭한다.
특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아로 풍부화된 세포의 미토콘드리아 함량은 미경험 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높다. 다양한 실시형태에 따르면, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 미토콘드리아 풍부화 전 세포의 미토콘드리아 함량보다 적어도 1%, 적어도 5%, 적어도 10%, 적어도 25%, 적어도 50%, 적어도 100%, 적어도 200% 또는 그 이상 더 높다. 특정 실시형태에서, T 세포 또는 유전자 조작 T 세포는 신선하게 사용된다. 특정 실시형태에서, T 세포 또는 유전자 조작 T 세포는 동결 및 해동된다.
특정 실시형태에서, 세포 또는 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 시트레이트 신타제의 함량을 결정함으로써 결정된다. 특정 실시형태에서, 미경험 세포 또는 풍부화된 세포의 미토콘드리아 함량은 시트레이트 신타제의 활성 수준을 결정함으로써 결정된다. 특정 실시형태에서, 미경험 세포 또는 풍부화된 세포의 미토콘드리아 함량은 시트레이트 신타제의 함량과 상관관계가 있다. 특정 실시형태에서, 미경험 세포 또는 풍부화된 세포의 미토콘드리아 함량은 시트레이트 신타제의 활성 수준과 상관관계가 있다. CS 활성은 상업적으로 입수 가능한 키트에 의해, 예를 들어, CS 활성 키트 CS0720(Sigma)을 사용하여 측정될 수 있다.
미토콘드리아 DNA 함량은 핵 유전자로 정규화된, 미토콘드리아 풍부화 전후에 미토콘드리아 유전자의 정량적 PCR을 수행함으로써 측정될 수 있다.
특정 상황에서, 미토콘드리아 풍부화 전의 동일한 세포는 CS 및 ATP 활성을 측정하고 풍부화 수준을 결정하기 위한 대조군의 역할을 한다.
특정 실시형태에서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "검출 가능하게 더 높은"은 정상 값 및 증가된 값 사이의 통계적으로 유의한 증가를 지칭한다. 특정 실시형태에서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "검출 가능하게 더 높은"은 비병리학적 증가, 즉 실질적으로 더 높은 값과 연관된 병리학적 증상이 명백하게 되지 않는 수준을 지칭한다. 특정 실시형태에서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "증가된"은 미토콘드리아 풍부화 전의 상응하는 세포 또는 건강한 대상체 또는 복수의 건강한 대상체 또는 상응하는 세포(예를 들어, T 세포 및 유전자 조작 T 세포)에서의 상응하는 미토콘드리아에서 발견되는 상응하는 값보다 1.05배, 1.1배, 1.25배, 1.5배, 2배, 3배, 4배, 5배, 6배, 7배 또는 그 이상인 값을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "증가된 미토콘드리아 DNA 함량"은 미토콘드리아 풍부화 전 세포에서의 미토콘드리아 DNA 함량보다 검출 가능하게 더 높은 미토콘드리아 DNA의 함량을 지칭한다. 미토콘드리아 함량은 SDHA 또는 COX1 함량을 측정함으로써 결정될 수 있다. 명세서 및 청구범위의 맥락에서 "정상 미토콘드리아 DNA"는 미토콘드리아 질환과 연관된 것으로 알려진 돌연변이 또는 결실을 보유하고/가지고 있지 않은 미토콘드리아 DNA를 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "정상적인 산소(O2) 소비율"은 건강한 개체 유래의 세포에서 평균 O2 소비량을 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "시트레이트 신타제의 정상 활성 수준"은 건강한 개체 유래 세포에서 시트레이트 신타제의 평균 활성 수준을 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "정상적인 아데노신 트라이포스페이트(ATP) 생산율"은 건강한 개체 유래의 세포에서 평균 ATP 생산율을 지칭한다.
외인성 미토콘드리아에 의한 세포의 풍부화 정도는 산소(O2) 소비율, 시트레이트 신타제의 함량 또는 활성 수준, 아데노신 트라이포스페이트(ATP) 생산율을 포함하지만 이에 제한되지 않는 기능성 및/또는 효소 분석에 의해 결정될 수 있다. 대안적으로, 외인성 미토콘드리아에 의한 세포의 풍부화는 공여자의 미토콘드리아 DNA의 검출에 의해 확인될 수 있다. 일부 실시형태에 따르면, 외인성 미토콘드리아에 의한 세포의 풍부화 정도는 이형세포질성의 변화 수준 및/또는 세포당 mtDNA의 복제 수에 의해 결정될 수 있다.
TMRM(테트라메틸로다민 메틸 에스터) 또는 관련 TMRE(테트라메틸로다민 에틸 에스터)는 미토콘드리아 막 전위의 변화를 확인함으로써 살아있는 세포에서 미토콘드리아 기능을 평가하는 데 일반적으로 사용되는 세포-투과성 형광 염료이다. 일부 실시형태에 따르면, 풍부화 수준은 TMRE 또는 TMRM을 이용하여 염색함으로써 결정될 수 있다.
일부 실시형태에 따르면, 미토콘드리아는 온전한 미토콘드리아, 파열된 미토콘드리아 및/또는 미토콘드리아 단백질, 미토콘드리아 핵산, 미토콘드리아 지질 및 미토콘드리아 당류로 이루어진 군으로부터 선택되는 미토콘드리아 구성성분을 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 미토콘드리아 막의 온전성은 당업계에 알려진 임의의 방법에 의해 결정될 수 있다. 비제한적인 예에서, 미토콘드리아 막의 온전성은 테트라메틸로다민 메틸 에스터(TMRM) 또는 테트라메틸로다민 에틸 에스터(TMRE) 형광 프로브를 사용하여 측정된다. 각각의 가능성은 본 발명의 별개의 실시형태를 나타낸다. 현미경 하에 관찰되고 TMRM 또는 TMRE 염색을 나타내는 미토콘드리아는 온전한 미토콘드리아 외막을 갖는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "미토콘드리아 막"은 미토콘드리아 내막, 미토콘드리아 외막, 및 이들 모두로 이루어진 군으로부터 선택되는 미토콘드리아 막을 지칭한다.
특정 실시형태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포에서 미토콘드리아 풍부화의 수준은 세포에서 총 미토콘드리아 DNA의 적어도 통계적으로 대표되는 부분을 서열결정하고 숙주/내인성 미토콘드리아 DNA 및 외인성 미토콘드리아 DNA의 상대적 수준을 결정함으로써 결정된다. 특정 실시형태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포에서 미토콘드리아 풍부화의 수준은 단일 뉴클레오타이드 다형성(SNP) 분석에 의해 결정된다. 특정 실시형태에서, 가장 큰 미토콘드리아 집단 및/또는 가장 큰 미토콘드리아 DNA 집단은 숙주/내인성 미토콘드리아 집단 및/또는 숙주/내인성 미토콘드리아 DNA 집단이고/거나; 두 번째로 큰 미토콘드리아 집단 및/또는 두 번째로 큰 미토콘드리아 DNA 집단은 외인성 미토콘드리아 집단 및/또는 외인성 미토콘드리아 DNA 집단이다.
특정 실시형태에 따르면, 외인성 미토콘드리아로 세포를 풍부화시키는 것은 당업계에서 인식되는 통상적인 분석에 의해 결정될 수 있다. 특정 실시형태에서, 미토콘드리아-풍부화된 인간 유전자 조작 T 세포에서 미토콘드리아 풍부화의 수준은 (i) 숙주/내인성 미토콘드리아 DNA 및 외인성 미토콘드리아 DNA의 수준; (ii) 시트레이트 신타제(CS), 사이토크롬 C 산화효소(COX1), 석시네이트 탈수소효소 복합체 플라빈단백질 서브유닛 A(SDHA) 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 미토콘드리아 단백질의 수준; (iii) CS 활성의 수준; 또는 (iv) (i), (ii) 및 (iii)의 임의의 조합에 의해 결정된다. 이들 다양한 매개변수를 결정하는 방법은 당업계에 잘 알려져 있다.
특정 실시형태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포에서 미토콘드리아 풍부화의 수준은 (i) 숙주 미토콘드리아 DNA 및 외인성 미토콘드리아 DNA의 수준; (ii) 시트레이트 신타제 활성의 수준; (iii) 석시네이트 탈수소효소 복합체 플라빈단백질 서브유닛 A(SDHA) 또는 사이토크롬 C 산화효소(COX1)의 수준; (iv) 산소(O2) 소비율; (v) 아데노신 트라이포스페이트(ATP) 생산율 또는 (vi) 이들의 임의의 조합 중 적어도 하나에 의해 결정된다. 각각의 가능성은 본 발명의 별개의 실시형태를 나타낸다. 이러한 다양한 매개변수를 측정하는 방법은 당업계에 잘 알려져 있다.
일부 실시형태에서, 외인성 인간 미토콘드리아로 세포를 풍부화시키는 것은 세포를 외인성 인간 미토콘드리아와 함께 인큐베이션한 후에 미토콘드리아-풍부화된 세포(예를 들어, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포)를 세척하는 것을 포함한다. 이 단계는 줄기 세포에 들어가지 않은 세포 파편이나 미토콘드리아 막 잔여물 및 미토콘드리아가 실질적으로 없는 미토콘드리아-풍부화된 세포를 제공한다. 일부 실시형태에서, 세척은 인간 세포를 상기 외인성 인간 미토콘드리아와 함께 인큐베이션한 후 미토콘드리아-풍부화된 세포를 원심분리하는 것을 포함한다. 일부 실시형태에 따르면, 방법은 유리 미토콘드리아, 즉 세포에 들어가지 않은 미토콘드리아, 또는 다른 세포 파편으로부터 분리된 미토콘드리아-풍부화된 세포를 생산하고, 약제학적 조성물은 유리 미토콘드리아로부터 분리된 미토콘드리아-풍부화된 세포를 함유한다. 일부 실시형태에 따르면, 방법은 검출 가능한 양의 유리 미토콘드리아를 포함하지 않는 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생산하고 약제학적 조성물은 검출 가능한 양의 유리 미토콘드리아를 포함하지 않는 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 포함한다.
특정 실시형태에서, 상기 기재된 방법은 인큐베이션 및/또는 접촉 전 또는 동안 외인성 미토콘드리아와 함께 T 세포 또는 유전자 조작 T 세포를 농축시키는 것을 추가로 포함한다. 특정 실시형태에서, 상기 기재된 방법은 인큐베이션 또는 접촉 전, 동안 또는 후에 T 세포 또는 유전자 조작 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 함께 원심분리하는 것을 추가로 포함한다. 일부 실시형태에서, 다양한 실시형태에서 상기 기재된 방법은 세포를 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션하기 전, 동안 또는 후에 단일 원심분리 단계를 포함한다.
특정 실시형태에서, 원심분리 속도는 7,000 g 또는 8,000 g이다. 추가 실시형태에 따르면, 원심분리는 300 g 내지 8000 g; 500 g 내지 6000 g; 1000 g 내지 5000 g; 2000 g 내지 4000 g; 2500 g 내지 8500 g; 3000 g 내지 8000 g; 4000 g 내지 8000 g; 5,000 내지 l0,000 g 7000 g 내지 8000 g 또는 2500 g 초과의 속도로 수행된다. 일부 실시형태에서, 원심분리는 2분 내지 30분; 3분 내지 25분; 5분 내지 20분; 또는 8분 내지 15분 범위의 시간 동안 수행된다.
일부 실시형태에서, 원심분리는 2 내지 6℃; 4 내지 37℃; 4 내지 10℃ 또는 16 내지 30℃ 범위의 온도에서 수행된다. 특정 실시형태에서, 원심분리는 4℃에서 수행된다. 일부 실시형태에서, 다양한 실시형태에서 상기 기재된 방법은 세포를 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션하기 전, 동안 또는 후에 단일 원심분리한 다음, 세포를 30℃ 미만의 온도에서 휴지시키는 것을 포함한다. 일부 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아가 인간 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 세포를 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션하기 전, 동안 또는 후에 단일 원심분리한 다음, 세포를 16 내지 28℃ 범위의 온도에서 휴지시키는 것을 포함한다.
일부 실시형태에서, 방법은 대상체의 체중 킬로그램당 적어도 105 내지 1010; 5×105 내지 1.5×107; 또는 5×105 내지 4×107개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생성하고/거나 약제학적 조성물은 대상체의 체중 킬로그램당 적어도 105 내지 1010; 5×105 내지 1.5×107; 또는 5×105 내지 4×107개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 함유한다. 일부 실시형태에서, 방법은 대상체의 체중 킬로그램당 적어도 106 내지 107개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 농도로 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생성하고/거나 약제학적 조성물은 대상체의 체중 킬로그램당 적어도 106 내지 107개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 농도로 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 함유한다. 다른 실시형태에서, 방법은 대상체의 체중 킬로그램당 적어도 105 또는 적어도 106개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 농도로 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생성하고/거나 약제학적 조성물은 대상체의 체중 킬로그램당 적어도 105 또는 적어도 106개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 농도로 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 함유한다. 일부 실시형태에서, 방법은 총 적어도 5×105 내지 최대 5×109개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 농도로 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생성하고/거나 약제학적 조성물은 총 적어도 5×105 내지 최대 5×109개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 농도로 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 함유한다. 일부 실시형태에서, 방법은 총 적어도 106 내지 최대 109개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 농도로 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생성하고/거나 약제학적 조성물은 총 적어도 106 내지 최대 109개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 농도로 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 포함한다. 다른 실시형태에서, 방법은 총 적어도 2×106 내지 최대 5×108개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생성하고/거나 약제학적 조성물은 총 적어도 2×106 내지 최대 5×108개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 포함한다.
특정 실시형태에서, T 세포는 신선하다. 특정 실시형태에서, T 세포는 동결된 다음 인큐베이션 전에 해동된다. 특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아는 신선하다. 특정 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아는 동결된 다음 인큐베이션 전에 해동된다. 특정 실시형태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 신선하다. 특정 실시형태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 동결된 다음 투여 전에 해동된다.
특정 실시형태에서, 그 다음 T 세포는 저장되고 해동 후에 사용된다. 추가 실시형태에서, 외인성 미토콘드리아는 동결된 다음, 저장되고 사용 전에 해동된다. 추가 실시형태에서 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 동결 및 저장 없이 사용된다. 또 다른 실시형태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 동결, 저장 및 해동 후에 사용된다. 생존력을 보존하기 위해 세포 제제의 동결 및 해동에 적합한 방법은 당업계에 잘 알려져 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "동결-해동 주기"는 외인성 미토콘드리아를 0℃ 미만의 온도로 동결시키고, 미토콘드리아를 정의된 기간 동안 0℃ 미만의 온도에서 유지하며, 외인성 미토콘드리아를 실온 또는 체온 또는 외인성 미토콘드리아로 세포를 치료할 수 있는 0℃ 초과의 임의의 온도로 해동시키는 것을 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "실온"은 전형적으로 18℃ 내지 25℃의 온도를 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "체온"은 35.5℃ 내지 37.5℃, 바람직하게는 37℃의 온도를 지칭한다.
다른 실시형태에서, 동결-해동 주기를 거친 미토콘드리아는 -20℃ 이하; -4℃ 이하 또는 -70℃ 이하의 온도에서 동결되었다. 다른 실시형태에 따르면, 미토콘드리아의 동결은 점진적이다. 일부 실시형태에 따르면, 미토콘드리아의 동결은 급속-동결을 통한 것이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "급속-동결"은 미토콘드리아에 극저온 온도를 가함으로써 미토콘드리아를 빠르게 동결시키는 것을 지칭한다.
다른 실시형태에서, 동결-해동 주기를 거친 미토콘드리아는 해동 전에 적어도 30분 동안 동결되었다. 다른 실시형태에 따르면, 동결-해동 주기는 해동 전 적어도 30, 60, 90, 120, 180, 210분 동안 외인성 미토콘드리아를 동결시키는 것을 포함한다. 각각의 가능성은 본 발명의 별개의 실시형태를 나타낸다. 다른 실시형태에서, 동결-해동 주기를 거친 미토콘드리아는 해동 전 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 24, 48, 72, 96 또는 120시간 동안 동결되었다. 다른 실시형태에서, 동결-해동 주기를 거친 미토콘드리아는 해동 전 적어도 4, 5, 6, 7, 30, 60, 120, 365일 동안 동결되었다. 다른 실시형태에 따르면, 동결-해동 주기는 해동 전 적어도 1, 2, 3주 동안 외인성 미토콘드리아를 동결시키는 것을 포함한다. 다른 실시형태에 따르면, 동결-해동 주기는 해동 전 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6개월 동안 외인성 미토콘드리아를 동결시키는 것을 포함한다. 각각의 가능성은 본 발명의 별개의 실시형태를 나타낸다. 다른 구체예에 따르면, 동결-해동 주기 후 외인성 미토콘드리아의 산소 소비량은 동결-해동 주기 전 외인성 미토콘드리아의 산소 소비량과 동일하거나 더 높다.
특정 실시형태예에 따르면, 해동은 실온에서 수행된다. 다른 실시형태에서, 해동은 체온에서 수행된다. 다른 실시형태에 따르면, 해동은 본 발명의 방법에 따라 미토콘드리아를 투여할 수 있는 온도에서 수행된다. 다른 실시형태에 따르면, 해동은 점진적으로 수행된다.
특정 실시형태에서, 상기 기재된 방법은 골수 세포의 말초 혈액으로의 동원을 유도하는 작용제를 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자에게 투여하는 선행 단계를 추가로 포함한다.
특정 실시형태에서, 골수에서 생산된 골수 세포/줄기 세포의 말초 혈액으로의 동원을 유도하는 작용제는 과립구-집락 자극 인자(G-CSF), 과립구-대식세포 집락 자극 인자(GM-CSF), 1,1'-[1,4-페닐렌비스(메틸렌)]비스[1,4,8,11-테트라아자사이클로테트라데칸](Plerixafor, CAS 번호 155148-31-5), CXCR4 저해제, 이들의 염, 및 이들의 임의의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 각각의 가능성은 본 발명의 별개의 실시형태를 나타낸다.
특정 실시형태에서, 상기 기재된 방법은 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 및/또는 공여자의 말초 혈액으로부터 세포를 단리하는 것을 추가로 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "말초 혈액으로부터 단리하는 것"은 혈액의 다른 구성성분으로부터 T 세포 또는 조혈모세포를 단리하는 것을 지칭한다.
성분채집 동안, 대상체 또는 공여자의 혈액은 하나의 특정 구성성분을 분리하고 나머지를 순환계로 되돌리는 장치를 통과한다. 따라서 신체 외부에서 수행되는 의료 절차이다. 특정 실시형태에서, 단리는 성분채집에 의해 수행된다.
특정 실시형태에서, 세포는 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 수득되고, 세포는 (i) 정상적인 산소(O2) 소비율; (ii) 정상적인 시트레이트 신타제의 함량 또는 활성 수준; (iii) 정상적인 아데노신 트라이포스페이트(ATP) 생산율; 또는 (iv) (i), (ii) 및 (iii)의 임의의 조합을 갖는다.
특정 실시형태에서, T 세포일 수 있는 세포는 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 수득되고, T 세포는 질환 또는 장애로 고통받지 않는 대상체와 비교하여 (i) 감소된 산소(O2) 소비율; (ii) 감소된 시트레이트 신타제의 함량 또는 활성 수준; (iii) 감소된 아데노신 트라이포스페이트(ATP) 생산율; 또는 (iv) (i), (ii) 및 (iii)의 임의의 조합을 갖는다.
특정 실시형태에서, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 미토콘드리아 풍부화를 거치지 않은 상응하는 T 세포와 비교하여 (i) 증가된 산소(O2) 소비율; (ii) 증가된 시트레이트 신타제의 함량 또는 활성 수준; (iii) 증가된 아데노신 트라이포스페이트(ATP) 생산율; (iv) 증가된 미토콘드리아 DNA 함량 또는 (v) (i), (ii), (iii) 및 (iv)의 임의의 조합을 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "증가된 산소(O2) 소비율"은 미토콘드리아 풍부화 전 산소(O2) 소비율보다 검출 가능하게 더 높은 산소(O2) 소비율을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "증가된 적어도 하나의 미토콘드리아 단백질의 함량"은 미토콘드리아 풍부화 전 세포에서 핵-인코딩 또는 미토콘드리아-인코딩 미토콘드리아 단백질, 예를 들어, CS, COX1 및 SDHA의 함량보다 검출 가능하게 더 높은 상기 미토콘드리아 단백질의 함량을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "증가된 시트레이트 신타제의 함량 또는 활성 수준"은 미토콘드리아 풍부화 전 시트레이트 신타제의 함량 값 또는 활성 수준보다 검출 가능하게 더 높은 시트레이트 신타제의 함량 또는 활성 수준을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "증가된 아데노신 트라이포스페이트(ATP) 생산율"은 미토콘드리아 풍부화 전 아데노신 트라이포스페이트(ATP) 생산율보다 검출 가능하게 더 높은 아데노신 트라이포스페이트(ATP) 생산율을 지칭한다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 암, 감염성 질환 또는 자가면역 질환으로 이루어진 군으로부터 선택되는 질환을 치료하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 복수의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 포함하는 치료적 유효량의 약제학적 조성물을 이를 필요로 하는 대상체에게 투여하는 것을 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 질환은 암이다. 용어 "암"은 한 부위(일차 부위)에서 시작하여 암(악성 종양)을 양성 종양과 구별하는 다른 부위(이차 부위, 전이)로 침범하여 퍼질 가능성이 있는 비정상적이고 제어되지 않는 세포 증식을 특징으로 하는 군 질환을 지칭한다. 거의 모든 장기가 영향을 받을 수 있으며, 인간에게 영향을 미칠 수 있는 100가지 초과 유형의 암을 야기한다. 암은 유전적 소인, 바이러스 감염, 이온화 방사선에의 노출, 환경 오염 물질 노출, 담배 및/또는 알코올 사용, 비만, 잘못된 식단, 신체 활동 부족 또는 이들의 임의의 조합을 포함한 많은 원인으로 인해 발생할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "신생물" 또는 "종양"(이의 문법적 변형을 포함함)은 양성 또는 암성일 수 있는 조직의 새롭고 비정상적인 성장을 의미한다. 관련된 양태에서, 신생물은 다양한 암을 포함하지만 이에 제한되지 않는 신생물성 질환 또는 장애를 나타낸다. 예를 들어, 이와 같은 암은 전립선, 췌장, 담도, 결장, 직장, 간, 신장, 폐, 고환, 유방, 난소, 췌장, 뇌 및 두경부 암, 흑색종, 육종, 다발성 골수종, 백혈병, 림프종 등을 포함할 수 있다.
골수와 같은 혈액-형성 조직, 또는 면역계의 세포에서 시작되는 암은 혈액암(hematologic cancer, 또는 blood cancer)으로 지칭된다. 혈액암은 혈액 세포의 생산과 기능에 영향을 미치며, 백혈병, 림프종, 및 다발성 골수종의 3가지 주요 유형으로 분류된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "백혈병"은 비정상적인 백혈구의 급속한 생산에 의해 유발되는 혈액을 지칭한다. 백혈병의 예는 급성 림프모구성 백혈병(ALL), 급성 골수성 백혈병(AML), 만성 림프구성 백혈병(CLL), 만성 골수성 백혈병(CML) 및 털세포 백혈병을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "림프종"은 림프계에 영향을 미치는 혈액암의 유형을 지칭한다. 림프종의 예는 AIDS-관련 림프종, 피부 T-세포 림프종, 호지킨 림프종, 균상 식육종, 비호지킨 림프종, 원발성 중추신경계 림프종, 세자리 증후군, 피부 T-세포 림프종, 및 발텐스트롬 마크로글로불린혈증을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "골수종"은 형질 세포의 암이다. 골수종의 예는 만성 골수증식성 신생물, 랑게르한스 세포 조직구증, 다발성 골수종, 형질 세포 신생물, 골수이형성 증후군, 및 골수이형성/골수증식성 신생물을 포함한다.
일부 실시형태에서, 암은 혈액암이다. 특정 실시형태에서, 암은 급성 림프모구성 백혈병(ALL), 급성 골수성 백혈병(AML), 만성 림프구성 백혈병(CLL), 만성 골수성 백혈병(CML), 털세포 백혈병, 호지킨 림프종, 비호지킨 림프종 또는 다발성 골수종을 포함한다.
일부 양태에서, 투여는 하나 이상의 추가적인 치료제와 조합될 수 있다. 어구 "병용 요법", "~와 함께" 등은 반응을 증가시키기 위해 하나 초과의 약물 또는 치료를 동시에 사용하는 것을 지칭한다. 본 발명의 조성물은, 예를 들어, 암을 치료하기 위해 사용되는 다른 약물 또는 치료와 조합하여 사용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 조성물을 대상체에게 투여하는 것은 임의의 항암 요법과 조합될 수 있다. 이와 같은 요법은 본 발명의 조성물의 투여 전, 투여와 동시에, 또는 투여 후에 투여될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "항암 요법" 또는 "항암 치료"는 암을 치료하는 데 사용될 수 있는 임의의 치료법, 예컨대, 수술, 방사선요법, 화학요법, 면역요법, 및 면역관문 저해제 요법을 지칭하는 것을 의미한다.
다음 실시예는 본 발명의 실시형태를 추가로 예시하기 위해 제공되지만, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 다음 실시예는 사용될 수 있는 것들의 전형이지만, 당업자에게 알려진 다른 절차, 방법 또는 기법이 대안적으로 사용될 수 있다.
실시예
실시예 1
일 양태에서, 본 발명은 본 명세서에 기재된 바와 같은 대상체를 치료하는 다음 방법을 제공한다:
동결/해동 주기를 사용하여 미토콘드리아가 동결/해동된 본 명세서에 기재된 바와 같이 미토콘드리아로 단리된 T-세포를 풍부화시킨다.
키메라 T 세포 수용체 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산 중합체를 세포에 도입한다.
미토콘드리아-풍부화된 세포를 대상체에게 투여한다.
실시예 2
일 양태에서, 본 발명은 본 명세서에 기재된 바와 같은 대상체를 치료하는 다음 방법을 제공한다:
키메라 T 세포 수용체 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산 중합체를 단리된 T 세포에 도입한다.
미토콘드리아로 세포를 풍부화시킨다.
풍부화된 세포를 대상체에게 투여한다.
실시예 3
건강한 인간 공여자 유래의 말초 혈액 단핵 세포(PBMC)를 해동하고 인터루킨 2와 함께 배양하였다. 회수 2일 후, 세포를 OKT3(50 ng/㎖)를 사용하여 활성화시켰다(즉, 프로토콜의 0일째).
CD28 공동자극 도메인이 있는 CD19-CAR을 인코딩하는 레트로바이러스를 이용한 형질도입을 위해 비조직 배양 플레이트를 2일째에 실온에서 밤새 레트로넥틴으로 코팅하였다. 3일째에 바이러스를 해동하고, 레트로넥틴-코팅 플레이트에 첨가한 다음, 32℃에서 2시간 동안 회전시켰다. 그 다음, 바이러스를 플레이트로부터 제거하고 활성화된 공여자 세포를 도말하고(0.5×106/㎖), 인큐베이터에 두었다. 대조군으로서, 형질도입되지 않은 세포를 바이러스가 없는 플레이트에 도말하였다. 세포를 10% 소 태아 혈청(FBS), 및 IL-2(100 IU/㎖)가 보충된 RPMI 배지에서 성장시키고 배지를 2 내지 3일마다 교체하였다.
미토콘드리아 풍부화를 위해, 건강한 개체의 태반으로부터 단리된 동결보존된 미토콘드리아(MNV-PLC)를 해동하고 세포 활성화 5일째 또는 10일째에 1×106개 세포당 0.88 mU 또는 4.4 mU CS 활성으로 세포에 첨가하였다. 미토콘드리아-풍부화된 세포뿐만 아니라, 비풍부화 세포를 4℃에서 5분 동안 7000 g(A1) 또는 400 g(A2)에서 원심분리하였다. 원심분리 후, 세포를 동일한 배지(100 U/ml IL-2가 보충된 RPMI-10% FCS)에 현탁시키고 37℃에서 22시간 동안 인큐베이션하였다. 22시간 후, 세포를 수확하고, 세척한 다음, RPMI에 재현탁시켰다. 서열결정 분석에 의해 세포에서 외인성 태반 미토콘드리아의 존재를 확인함으로써 미토콘드리아 풍부화를 검증하였다. 동일한 절차를 거치고 외인성 미토콘드리아 없이 37℃에서 22시간 동안 인큐베이션된 CAR-T 세포가 대조군의 역할을 하였다.
4.4 mU 또는 0.88 mU의 MNV-PLC를 이용한 CAR-T 세포의 처리는 서열 분석에 의해 검증된 바와 같이 미토콘드리아 풍부화를 초래하였다. CAR-T 세포의 미토콘드리아 풍부화는 세포 활성화로부터 5일째 또는 10일째에 실현 가능하였다. 5일째에 수행된 미토콘드리아 풍부화는 90.3 내지 95.5% 생존력, 대조군 세포와 비교하여 ATP 함량에서 1.05 내지 1.21배 증가 및 대조군 세포와 비교하여 정규화된 CS 활성에서 1.7 내지 2.6배 증가를 초래하였다. 10일째에 수행된 미토콘드리아 풍부화는 88.5 내지 92.7%의 생존력, 대조군 세포와 비교하여 ATP 함량에서 1.02 내지 1.53배 증가 및 대조군 세포와 비교하여 정규화된 CS 활성에서 1.7 내지 2.13배 증가를 초래하였다. 대조군 세포는 외인성 미토콘드리아를 과정에 도입하지 않고 증대 조건을 거친 형질도입된 세포였다. (도 1b). 10일째에 수행된 미토콘드리아 풍부화는 5일째에 수행된 미토콘드리아 풍부화와 비교하여 외인성 미토콘드리아 통합에서 2배 또는 3배 증가하였다(A1에서 8.14% 대 4.03%, A2에서 6.34% 대 2.7%)(도 1c). T-세포 증식 능력과 형질도입 효능은 미토콘드리아 풍부화에 의해 손상되지 않았다(도 2).
본 발명이 상기 실시예를 참조하여 기재되었지만, 수정 및 변형이 본 발명의 사상 및 범주 내에 포함된다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 다음 청구범위에 의해서만 제한된다.
Claims (35)
- 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포 및 약제학적으로 허용 가능한 담체를 포함하되, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 외인성 미토콘드리아-풍부화된, 약제학적 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는,
a) 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 T 세포를 수득하는 단계;
b) 외인성 미토콘드리아를 수득하는 단계;
c) 외인성 미토콘드리아가 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건 하에 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 접촉시킴으로써 미토콘드리아-풍부화된 T 세포를 생산하는 단계; 및
d) 키메라 T 세포 수용체(TCR) 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산을 미토콘드리아-풍부화된 T 세포에 도입함으로써 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계
를 포함하는 방법에 의해 생산되되, 상기 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 T 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높은, 약제학적 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는,
a) 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 T 세포를 수득하는 단계;
b) 키메라 T 세포 수용체(TCR) 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산을 T 세포에 도입함으로써 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계,
c) 외인성 미토콘드리아를 수득하는 단계;
d) 외인성 미토콘드리아가 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건 하에 유전자 조작 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 접촉시킴으로써 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계
를 포함하는 방법에 의해 생산되되, 상기 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높은, 약제학적 조성물. - 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 유전자 조작 T 세포 및 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 CAR-T 세포인, 약제학적 조성물.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 유전자 조작 T 세포 및 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 TCR-T 세포인, 약제학적 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 외인성 미토콘드리아는 인간 세포에서 유래된, 약제학적 조성물.
- 제6항에 있어서, 상기 인간 세포는 인간 태반, 배양물에서 성장된 인간 태반 세포, 인간 혈액 세포, 줄기 세포 및 체세포로부터 선택되는, 약제학적 조성물.
- 제7항에 있어서, 상기 줄기 세포는 유도 만능 줄기 세포, 배아 줄기 세포 및 만능 줄기 세포로 이루어진 군으로부터 선택되는, 약제학적 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 외인성 미토콘드리아는 동계 또는 동종이계인, 약제학적 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 외인성 미토콘드리아는 자가 조직인, 약제학적 조성물.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약제학적 조성물은 대상체의 체중 ㎏당 적어도 5×105 내지 5×1010개의 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 포함하는, 약제학적 조성물.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T-세포는, 미토콘드리아 풍부화 전 T-세포에서의 상응하는 수준에 비해서,
(a) 증가된 미토콘드리아 DNA 함량;
(b) 증가된 시트레이트 신타제(CS) 활성 수준;
(c) 증가된 SDHA 및 COX1로부터 선택되는 적어도 하나의 미토콘드리아 단백질의 함량;
(d) 증가된 O2 소비율;
(e) 증가된 ATP 생산율; 또는
(f) 이들의 임의의 조합
중 적어도 하나를 갖는, 약제학적 조성물. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외인성 미토콘드리아가 T 세포 또는 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 약 16 내지 37℃ 범위의 온도에서 0.5 내지 30시간 범위의 시간 동안 T 세포 또는 유전자 조작 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션하는 것을 포함하는, 약제학적 조성물.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외인성 미토콘드리아는 미토콘드리아-풍부화된 T 세포 또는 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T-세포에서 총 미토콘드리아의 적어도 1%를 구성하는, 약제학적 조성물.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질환 또는 장애는 암인, 약제학적 조성물.
- 제15항에 있어서, 상기 암은 혈액암인, 약제학적 조성물.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 T 세포는 자가 조직 또는 동종이계인, 약제학적 조성물.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외인성 미토콘드리아가 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 106개 T 세포당 약 0.088 내지 176 mU 시트레이트 신타제(CS) 활성의 비를 포함하는, 약제학적 조성물.
- 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 대상체에게 투여하는 단계를 포함하는 이를 필요로 하는 대상체에서 질환 또는 장애를 치료하는 방법이되, 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는 외인성 미토콘드리아가 풍부화되어 대상체를 치료하는, 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는,
a) 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 T 세포를 수득하는 단계;
b) 외인성 미토콘드리아를 수득하는 단계;
c) 외인성 미토콘드리아가 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건 하에 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 접촉시킴으로써 미토콘드리아-풍부화된 T 세포를 생산하는 단계; 및
d) 키메라 T 세포 수용체(TCR) 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산을 미토콘드리아-풍부화된 T 세포에 도입함으로써 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계
를 포함하는 방법에 의해 생산되되, 상기 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 T 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높은, 방법. - 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포는,
a) 키메라 T 세포 수용체(TCR) 또는 키메라 항원 수용체(CAR)를 인코딩하는 핵산을 질환 또는 장애로 고통받는 대상체 또는 공여자로부터 수득된 T 세포에 도입함으로써 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계;
b) 외인성 미토콘드리아를 수득하는 단계; 및
c) 외인성 미토콘드리아가 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건 하에 유전자 조작 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 접촉시킴으로써 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포를 생산하는 단계
를 포함하는 방법에 의해 생산되되, 상기 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T 세포의 미토콘드리아 함량은 T 세포의 미토콘드리아 함량보다 검출 가능하게 더 높은, 방법. - 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대상체는 인간 대상체인, 방법.
- 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질환 또는 장애는 암인, 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 암은 혈액암인, 방법.
- 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 투여는 정맥내, 복강내, 동맥내, 척추강내, 및 근육내 투여에 의하는 것인, 방법.
- 제19항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투여는 정맥내 투여에 의하는 것인, 방법.
- 제19항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 화학요법제, 방사선 또는 다른 항암 요법을 대상체에게 투여하는 것을 추가로 포함하는, 방법.
- 제19항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 약제학적 조성물은 화학요법제, 방사선 또는 다른 항암 요법의 투여와 동시에, 병용하여 또는 투여 후에 투여되는, 방법.
- 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외인성 미토콘드리아는 인간 세포 또는 조직에서 유래된, 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 인간 세포는 태반, 배양물에서 성장된 태반 세포, 혈액 세포 및 줄기 세포로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
- 제30항에 있어서, 상기 줄기 세포는 유도 만능 줄기 세포, 배아 줄기 세포 및 만능 줄기 세포로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
- 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외인성 미토콘드리아는 동종이계 또는 자가 조직인, 방법.
- 제19항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 외인성 미토콘드리아에 의한 풍부화 후, 미토콘드리아-풍부화된 T 세포 또는 미토콘드리아-풍부화된 유전자 조작 T-세포에서 총 미토콘드리아의 적어도 1%는 외인성 미토콘드리아를 포함하는, 방법.
- 제19항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외인성 미토콘드리아가 T 세포 또는 유전자 조작 T 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 약 16 내지 37℃ 범위의 온도에서 0.5 내지 30시간 범위의 시간 동안 T 세포 또는 유전자 조작 T 세포를 외인성 미토콘드리아와 함께 인큐베이션하는 것을 포함하는, 방법.
- 제19항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외인성 미토콘드리아가 세포에 들어갈 수 있도록 하는 조건은 106개 세포당 약 0.088 내지 176 mU 시트레이트 신타제(CS) 활성의 비를 포함하는, 방법.
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