KR970005044B1 - 혈관 내막의 내피 재생 방법 - Google Patents

혈관 내막의 내피 재생 방법

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알. 카라바시 안토니
이.쟈렐 부루스
케이.윌리암스 스튜어트
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토마스 제퍼슨 유니버시티
쥬씨 제이 서코넨
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Abstract

내용없음.

Description

혈관 내막의 내피 재생 방법
발명의 배경
발명의 분야
본 발명은, 예컨대 동맥 내막 절제술에 의하여 내막의 내피 세포가 본질적으로 벗겨진 환자의, 혈관 통로를 재생시키는 방법에 관한 것이다.
월리엄과 쟈렐이 1985년 6월 6일 출원한 미합중국 특허 제742,086호에는 환자에게 인식하기 위한 인공 또는 자연 발생의 이식체를 처리하는 방법을 개시하고 있는데, 그 방법은, 환자로부터 미세 혈관 내피 세포가 풍부한 조직을 얻고, 그 조직에서 미세 혈관 내피 세포를 분리하며 ; 상기 미세 혈관 내피 세포를 상기 이식체 상에 적용하여, 처리될 상기 이식체의 표면상에 상기 세포를 최소한 약 50%, 또는 그 이상의 교합(confluence)으로 제공되도록 하는 단계들을 포함하여 구성된다.
미합중국 제742,086호의 일부 계속 출원으로서 1986년 4월 4일에 출원된 미합중국 특허 제848,453호는, 인공 기재 물질을 제공하고, 또한 그 물질을 유형 IV/V 콜라겐으로 처리하여 인간 내피 세포의 유착, 중식 및 형태를 개선시키는 것으로 구성되는, 환자에게 이식할 이식체를 처리하는 방법을 공개하고 있다. 바람직한 실시 양태에서, 이 내피 세포는 이식 수술을 받는 환자의 내피 세포가 풍부한 조직으로부터 얻어지는 것이다.
쟈렐과 월리암이 1986년 11월 6일에 출원한 미합중국 특허927,745호에는 보철 표면 상에 내피 세포의 적용 범위를 결정하는 방법이 기술되어 있다.
상기 세가지 출원의 내용은 여기서 참고로 포함시켰다.
당 기술의 설명
아테롬성 동맥 경화는 아직도 미국인들 사이에서 가장 큰 사인이 되고 있다. 의술이 더욱 정교해짐에 따라, 효과적인 예방항적 또는 치료학적 약제의 작용 기전을 변화시키지 않고도, 폐쇄된 혈관에의 혈관 삽입술이 점점 더 많이 적용되고 있다. 예컨대, 병리학적 협착증에 대하여, 혈관의 경피 기구 확장술과 동맥의 혈관 내막 전제술은 병원에서 일반적으로 사용되는 방법이 되었다. 이러한 방법들과 기타 여러 방법들은 종종 성공을 거두지만, 수술후의 일반적인 합병증으로서 혈관벽에 이상이 일어난다. 이러한 이상 증세로는, 혈관의 혈전증 및 섬유증식(섬유 조직의 증식)에 의한 혈관벽의 통합성의 훼손, 평활근의 증식, 아테롬성 동맥 경화증으로 인한 재발성 협착증이 있다.
혈관을 연결시키는 내피 세포의 제거 또는 손상은, 혈관술 본래의 몇가지 일반적인 사항중 하나이며, 현재의 연구 자료는 이들 손상의 자발적 내피 재형성은 서서히, 부분적으로 일어나거나 또는 전혀 일어나지 않을 수도 있다고 제안하고 있다.
혈관의 내피 내막은 매우 복잡하고 다기능적인 세포 표면이다. 이들 세포는 혈액 및 그 주위의 혈관벽 성분 모두와 상호 작용하여 생리학적 항상성을 유지한다. 내피 손상의 효과는 생물학적 기전의 개발을 연구하기 위해 최근 고안된 몇가지 실험 모델에서 연구되어 왔다. 내피가 손상된 후, 혈관벽은 그의 비 혈전 형성성을 잃는다. 제일 먼저 일어나는 현상중 하나를 혈관 표면에 혈소판이 유착되는 것이며, 이는 처음 며칠간 계속되지만 다음 몇주 동안에는 감소된다(Steel, P., Chesebro, J., Stanson, A., Holmes, D., Dewanjee, M., Badimon, L., Fuster, V.,
Figure kpo00001
No. 1 : 105-112(1985)). 혈소판은 내피하층에 유착되며 방출 반응을 거치는데, 이것은 혈장 응고 시스템을 더욱 활성화시키게 된다(Osterud, B 일동.,
Figure kpo00002
74, P. 5260(1977)). 방출된 물질중 하나는 혈소판 유도 성장 인자(PDGF)이며, 이것은 조직 배양액 내에서 성장한 혈판 평활근 세포에 대한 유사 분열 물질이다. 이 인자의 국소적 방출은 동맥 내막의 과형성 및 아테롬성 동맥 경화증 발생에 아주 중요한 역할을 할 수 있다(Harker, L. 일동.,
Figure kpo00003
731(1976) : Friedman, R. 일동.,
Figure kpo00004
1191(1977)). 혈소판으로부터 방출된 기타 물질에는 헤파리티나아제(heparitinase) 및 혈소판인자 4가 있다. 후자의 단백질은 헤파린에 대해 높은 친화도를 보이며 내피 제거 후 혈관 내로 침투해 들어오는 것으로 알려져 있다(Goldgerg, J. D. 일동.,
Figure kpo00005
611(1980)). 또한, SMC 유사 분열 물질의 풍부한 공급원이기도 한 대식 세포가 손상된 부위에 종종 존재한다(Gimbrone, M. A. Jr., In : Jaffe, E. A., Editor,
Figure kpo00006
Martinus Nijhoff Publishers, pp. 97-107(1984)). 손상이 화학적인 것인지, 물리적인 것인지, 또는 생물학적인 것인지와는 상관 없이, 손상된 동맥 혈관벽의 최종 반응은 섬유-근육-탄력층의 반점(Plaque)을 형성하는 동맥 내막에서의 세포의 증식에 의하여 특징지어진다(Hoff, H.,
Figure kpo00007
121(1970)).
내피 세포는 분명히, 혈관 기능 장해의 병인학적 측면에서 중요한 역할을 한다. 손상 직후 손상되지 않은 내피의 즉각적인 복구가, 손상 후 즉시 일어나는 현상들을 감소시키거나 변화시킬지도 모른다는 것을 예측하게 한다. 그러므로, 본 발명의 목적은 내피 세포가 본질적으로 벗겨진 혈관 통로의 내막을 재생시키는 방법을 제공하는 것이다.
최근 몇 년 동안, 내피 세포(EC)의 분리 및 배양기 내에서의 그들의 생장에 대한 논문들이 나왔다. 내피 세포 성장 인자와 헤파린을 배양 매체에 첨가하면, 성인의 대혈관 EC는 배양기 내에서 50 배이상으로 된다(Jaffe, E. A. 일동.,
Figure kpo00008
52 : 2745(1973)) : Maciag, T., 일동.,
Figure kpo00009
: 420(1981) : Thornton, S. C. 일동., Science, 222 : 623-624(1983) : Jerrell, B. E., 일동.,
Figure kpo00010
1 : 757-764(1984)). 인체의 미세 혈관 EC는 또한, 콜라게나아제 소화와 페르콜(percoll) 구배(gradient) 정제에 이어 헤파린-ECPG 보충 매체 내에서 장시간 배양하므로써, 대량으로 통상적으로 분리되어 왔다(Jarrell 일동., Surgery, Vol. 100, No. 2, pp. 392-299(1986년 8월)).
EC 분리 및 배양에 있어서의 이러한 진전은, 이들 EC와 보철술에 있어 혈관 이식 부위와의 상호 작용을 이해하는데 매우 유효하다(Watkins, M. T. 일동.,
Figure kpo00011
36 : 588-596(1984) : 윌리암스, S. K. 일동.,
Figure kpo00012
38 : 618-629(1985) : Baker, K. S. 일동.,
Figure kpo00013
150 : 197-200(1985). 이들 연구에서, 인체의 EC는 항온 처리한지 10-30분 후에 인체 양막의 유형 IV/V 콜라겐 및 혈장 피복된 표면 모두에 굳게 유착되는 능력을 가지고 있음을 발견하였다(Jarrell, B. E. 일동., Ann. Surg., Vo1. 203, No. 6, pp. 671-678(1986년 6월)). 또다른 관찰은 지방 조직으로부터 얻은 신선하게 분리된 인간의 미세 혈관 EC 역시 이러한 성질을 가지며, 지방 1g당 106EC의 양으로 분리될 수 있다는 것이다(라도므스키. J 일동,
Figure kpo00014
42, 133-140(1987) : Jarrell, B. E. 일동, Surgery, Vol. 100, No. 2, pp 392-399(1986년 8월)).
한 가지 이상의 연구에 의하여, 내피 새포의 소딩(sodding)에 의하여 정상 동맥 혈관의 혈관 내막 절제술 후 발생된 신생 동맥 내막의 과형성 치로의 유용성을 시험했다. 부쉬, Jr., 하리 L., 자쿠보우스키, 조셉 A., 센티시, 조안나 M., Curl, 리차드 G., Hayes, 존 A., 및 데이킨, 다이얼 일동의, 개 모델에서의 경동맥 혈관 내막 절제술 후 발생하는 신생 동맥 내막의 과형성 : 내피 세포 시딩 대 페리오퍼레이티브 아스피린의 효과(혈관 의과술 저널 Vol. 3 No. 1 pp 118-125(1987년 1월))에 대한 연구에서, 내피 세포는 치료를 받기 위해 선택된 개의 정맥으로부터 얻어진다. 세포를 살균된 자연 발원 혈청 내에 현탁시키고, 이 현탁액을 개 동맥의 혈관 내막의 절제된 단편 내에 주사했다. 이 실험으로부터 저자는, 자연 발원 내피 세포로써 혈관 내막의 절제된 표면을 소딩시키는 것이 동맥 내에서의 증식 병변을 감소시켰다고 결론지었다.
발명의 요약
본 발명의 내막의 내피 세포가 본직적으로 벗겨진 환자의 혈관 통로를 그 환자 자신의 내피 세포를 사용하여 재생시키는 방법 및 그에 사용될 수 있는 치료약에 관한 것이다. 이 방법은, 내피 세포를 환자 자신의 미세 혈관으로부터 분리하고, 환자의 손상된 혈관 통로를 통한 혈류를 중단시키고, 환자의 미세 혈관으로부터 분리된 내피 세포를 상기 벗겨진 부위의 적어도 약 50%의 적용 범위로서 제공하기에 충분한 밀도로 환자의 혈관 통로의 벗겨진 부위의 표면에 적용하고, 혈관 통로를 통한 회복된 혈류에 의해 생성된 응력(shear)을 견디기에 충분한 혈관 내막에 세포가 유착되기에 충분한 시간 동안, 혈관 통로를 통하여 혈류를 중단시키는 것으로 이루어진다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 방법에 의하여 혜택을 볼 수 있는 환자는, 혈관 통로의 내피 세포 내막을 손상시키게 되는 수술, 예컨대 경피 가공 혈관 형성술을 받게 되는 사람이다. 여기서 사용된 본질적으로 벗겨진 내피 세포란, 환자의 부작용을 일으킬 정도로 내피 세포 내막이 제거되거나 손상된 혈관 통로를 의미한다. 그러한 손상은 수준 I, II 또는 III 손상으로 분류될 수 있는데, 수준 I 손상은 대개 기초막이 노출된 것이고, 수준 II 손상은 대개 기초막 아래, 간질성 콜라겐 및 내부 탄력층까지 노출된 것이며, 수준 III 손상은 내부 탄력층 파열 영역에 있어 혈관 증막 및 평활근 세포를 포함한 보다 깊은 층까지 노출된 것이다.
본 발명의 방법에 사용하기 위한 내피 세포는 바람직하게는 혈관 치료를 받는 환자로부터 얻는 것이지만, 뇌사(brain-dead) 상태이지만 심장은 박동하고 있는 사체 공여자나, 또는 환자 이외의 공여자로서 공여자의 수술 동안 그로부터 인간의 신주위(perinephric) 지방을 얻는 것도 가능할 수 있다. 대혈관 내피 세포와 미세 혈관 내피 세포 사이에 그들 본래의 조직에 있어 형태학적 및 기능적인 차이가 있을지라도, 미세 혈관 내피 세포, 즉 모세 혈관으로부터 유도된 세포, 세동맥 및 세정맥은 대혈관 세포 대신 적절히 작용할 수 있을 것이다. 미세 혈관 내피 세포는 신체 조직에서 풍부한 공급물로 존재하며, 따라서 본 발명에 사용하기 위한 내피 세포의 바람직한 공급원이다. 내피 세포가 비록 뇌, 폐, 망막, 부신, 간 및 근육 조직과 같은 조직으로부터 분리될 수 있다고 하더라도, 그 풍부함과 이용성으로 인하여, 그리고 그것의 제거가 치료받는 환자에게 역효과를 미치지 않도록 한다는 사실로 인하여, 세포에 대한 공급원으로서는 지방 조직의 사용이 바람직하다.
환자로부터 미세 혈관 내피 세포를 얻기 위하여, 지방 조직과 같은 공급 조직을 살균 상태를 취한 후 환자로부터 떼어낸다. 지방 조직 내의 미세 혈관 내피 세포는 효소 소화와 원심분리에 의해 이들의 관련 조직으로부터 빠르게 분리되고, 동 수술의 이후 단계 동안 환자의 손상된 혈관 내막 표면을 치료하는데 사용될 수 있다. 이 절차는 세포수를 증가시키기 위한 성숙한 내피 세포를 배양할 필요성을 완전히 배제하며, 또한 환자가 자신을 신선한 건강한 내피 세포로써 치료받을 수 있게 해준다.
조직을 배양할 필요 없이 다량의 내피 세포를 분리하기 위한 유용한 절차를 수술실에서 쉽게 수행될 수 있으며, 다음의 바람직한 실시 양태에 의하여 더욱 자세히 기술된다. 환자로부터 회수하거나 또는 공급원으로부터 기부된 지방 조직을, 완충제가 바람직하게는 포스페이트인 얼음 냉각 완충 염수(pH 7.4), 즉 포스 페인트 완충 염수(PBS)로 즉시 옮긴다. 조직을 예리한 가위로 잘게 썰고 완충액을 기울여 따른다. 대안적으로는, 지방 흡입(linposuction)에 의해 얻은 지방 조직을 내피 세포 공급원으로서 사용할 수 있다. 카제아나제 및 트립신을 함유하는 단백질 분해 효소 콜라게나제를 조직에 첨가하고, 조직이 분산될 때까지 37℃에서 항온 처리한다. 소화는 30분 내에 일어나며, 일반적으로 20분 내로 일어나야만 한다. 소화물을 살균 튜브에 옮기고 실온에서 5분 동안 테이블 탑 원심분리기 내에서 저속(700 × g)으로 원심분리시킨다. 그렇게 형성된 세포 펠릿은 95% 이상의 내피 세포로 구성된다. 이들 내피 세포는 세동맥, 모세관, 세정맥 등, 미세 혈관의 모든 요소로부터 유래된 것이기 때문에, 여기서 미세 혈관 내피 세포로서 기술된다. 이 미세 혈관 내피 세포 펠릿을 완충액으로 원심분리시키므로써 한 번 세척한 후에는, 적용을 위해 더 정제하지 않고 환자의 손상된 혈관 내막에 바로 사용할 수 있다. 적당한 완충액은 PBS와 같은 완충 염수 뿐만 아니라 정맥내 주입용액 및 복막 투성 용액을 포함한다.
대안적으로, 미세 혈관 내피 세포는 연속 구배(gradient)로 세포를 원심분리시키므로써 더 정제될 수 있다. 이 구배는 알부민, 덱스트란 또는 상업적으로 구입할 수 있는 밀도 구배 물질, 예컨대 페르콜(파마시아 Inc., 뉴욕, 피스카트웨이) 또는 니코덴즈(니에가르드 앤드 캄파니, 노르웨이)를 포함한 다수의 거대 분자량 용질로부터 형성될 수 있다. 구배 원심분리는 적혈구(red cells), 백혈구(whote cells) 및 평활근을 제거하기 위해 사용된다. 페르콜 45% 용액은 여기서 보고된 연구에서 일반적으로 사용된다. 세포를 페르콜 용액의 표면상에 층화하고 20분 동안 1300 × g에서 원심분리시킨다. 대안적으로는, 세포를 예비 형성된 페르콜 구배상에 층화하고 실온에서 5분 동안 400 × g에서 원심분리시킨다. 구배의 상부 말단에 내피 세포의 두꺼운 밴드가 생성된다. 이들 세포를 피펫으로 옮기고 포스페이트 완층 염수로 원심분리시켜 한 번 세척했다.
상기와 같이 분리된 내피 세포는 환자의 손상된 혈관 내막을 치료하는데 바로 사용될 수 있다. 이들을 혈액 또는 혈장과 혼합하여 환자의 혈관 내막 표면을 시딩(seeding)하는데 사용하거나, 완층 염수와 같은 비응괴(clotting) 배지와 혼합하여 표면을 소딩(sodding)시키는데 사용할 수 있다. 여기서 사용되는 시딩이란 용어는 매트릭스와 세포를 혼합한 후 그 혼합물을 시딩될 표면, 예컨대 혈관 내막 상으로 배치시키는 절차를 의미한다. 매트릭스는 세포를 현탁 및 트래핑시키는 부형제로서 사용될 수 있는 임의의 겔 또는 응괴 형상 물질, 예컨대 혈액 또는 혈장일 수 있다. 이 내피 세포 매트릭스 혼합물은 표면 및 이들이 증식하여 표면 상에서 성장할 수 있을 때까지 매트릭스 내에서 세포를 트래핑하고 있는 겔에 유착된다. 한편, 여기서 사용된 소딩이란 용어는, 소딩 절차의 주변 조건(예컨대 약 체온 내지 약 37℃의 온도)하에서, 겔이 아닌 단순한 매체, 예컨대 완층 용액 내에 세포를 혼합하고, 그 혼합물을 표면을 피복하기 위해 적용시키는 것을 수반하는 절차를 말한다. 소딩 공정에서 세포는, 구배로 인하여 처리되는 표면에 접근하고, 시딩 절차에서와 같이 혼합물의 일부 내에서 트래핑되기 보다는 표면에 직접 유착한다.
바람직한 실시 양태에 있어서, 세포를 원심분리(200 × g)에 의해 펠릿화하고 나서, 펠릿을 단백질 함유 완충 용액으로 재현탁시킨다. 이 재현탁은 패킹된 내피 세포의 부피 대 완층 용액의 부피비가 약 1 : 5 내지 1 : 15의 비율, 또는 바람직하게는 약 1 : 10의 비율에서 수행되어야 한다. 그리고나서, 이 재현탁은 손상된 혈관 통로의 내막을 소딩시키는데 사용될 수 있다.
소딩 전에 피브로넥틴(fibronectin), 혈소판이 결핍된 혈장, 알부민, 덱스트란 40 또는 덱스트란 70, 내피 세포 성장 인자 및 헤파린 설페이트를 포함하는 특정 시약을 세포 유착 및 분산을 돕기 위해 현탁액에 첨가 할 수 있다.
이 절차의 목적은 물론, 혈관 표면 상에 내피 세포의 교합층을 형성하거나 혈관 표면을 그의 손상 이전의 건강한 상태로 회복시키는 것이다. 이 목적을 달성하기 위하여, 혈관 내막 표면에 대한 세포의 초기 유착은 바람직하게는 적어도 약 50%의 초기 표면 적용 범위로서 제공되기에 충분해야만 한다. 50% 교합의 적용은 세포가 유착 세포층을 생성하기 위해 한 번 복제될 것을 요구한다. 하기와 같이, 시딩 또는 소딩 공정 동안 혈관 통로를 통하여 혈류를 제한할 필요가 있으며, 그러한 혈류 제한은 환자를 위하여 가능한 한 짧은 시간 동안 유지해야만 하고, 통로를 통한 회복된 혈류가 세포 복제를 방해할 수 있으므로, 가능한 한 다수의 내피 세포를 혈관 내막 표면에 적용하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 세포는 교합과 동등한 밀도, 즉 표면적 cm2당 약 105세포 이상의 밀도로 혈관 내막 표면 상에 시딩되거나 소딩되어야 한다. 혈관 통로 내막 유착을 허용하기에 충분한 시간 동안, 시딩 또는 소딩 시간 중에 혈관 통로를 통하여 혈류를 감소 또는 중단시키는 것이 필요하다. 더욱 바람직하게는, 혈류는 세포의 교합 단일층을 유착시키기에 충분한 시간 동안 감소 또는 중단된다. 특정 세동맥에 있어 혈류를 충분히 감소시키기 위하여, 치료될 부위 주변에 일시적 측로(shunt)를 사용하는 것이 필요할 수 있다. 또 다른 상황에서, 필요한 혈류의 감소를 수행하기 위하여, 동맥을 단순히 조이거나 상류를 수축시킬 수 있다. 특히, 소딩 절차에서는, 세포에 혈관벽에 대한 압력을 적용하는 것이 바람직하다. 혈관에 세포가 유착되는 것을 유도하기 위한 최적 온도는 약 37℃인 것으로 믿어진다. 내피 세포가 혈관 통로를 통한 혈류에 의해 생성된 응력을 견디기에 충분한 유착이 인정될 때, 혈류는 그 곳을 통하여 다시 흐를 수 있고, 따라서 통로의 앞서 벗겨진 부분은 천연 안티트롬보겐 표면에 의해 보호될 것이다.
양막으로부터 얻어진 인체 기초막에 대한 연구로부터, 유형 IV/V 콜라겐이 소딩 후 내피 세포의 분산과 빠른 유착을 지지하는 성질을 보인다고 제안했다. 반대로, 인간의 혈장으로부터 유도된 응괴 및 인간의 유형I/III 간질성 콜라겐을 유사한 조건하에서 시험했을 때는, 덜 빠른 분산을 지지하는 것으로 발견되었다. 손상된 혈관은 대치로 콜라겐 I/III 평활근 세포를 노출시키거나 혈장 단백질로써 피목되며, 내피 세포의 유착 및 분산을 위한 최적 이하의 표면을 제공할 것이다. 나머지 손상된 혈관벽의 예비 치료는 유착 및 분산 능력을 향상시킬 것이며 더욱 만족스러운 표면을 형성하게 한다. 그러므로 혈관벽은 하기 것 중 한가지 이상으로 예비 처리될 수 있다.
피브로넥틴
라이닌
EDTA로 제조되는 표면에 응괴된 혈장
용해된 콜라겐 IV/V
혈소판
적혈구 세포
덱스트란 40 또는 덱스트란 70
헤파린 설페이트
내피 세포 성장 인자
혈청
혈청 알부민
트롬보스폰딘
헤파란
헤파란 설페이트

Claims (8)

  1. 내막의 내피 세포가 벗겨진 환자의 혈관 통로를 재생시키는데 사용되는, 혈액 또는 혈장에 현탁된 미세 혈관 내피 세포를 포함하여 구성되는 약물.
  2. 내막의 내피 세포가 벗겨진 환자의 혈관 통로를 재생시키는데 사용되는, 세포 대 용액의 비율이 1 : 5 내지 1 : 15가 되도록 비응괴 완층 용액에 현탁시킨 미세 혈관 내피 세포를 포함하여 구성되는 약물.
  3. 제1항에 있어서, 단백질을 포함하여 구성된 약물.
  4. 제1항에 있어서, 피브로넥틴, 혈소판이 결핍된 혈장, 알부민, 덱스트란 40, 덱스트란 70, 내피 세포 성장 인자 또는 헤파린 설페이트로부터 선택된 세포 유착 보조제를 더욱 포함하여 구성되는 약물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 내피 세포는 환자의 지방 조직으로부터 유도되는 약물.
  6. 제2항에 있어서, 단백질을 포함하여 구성되는 약물.
  7. 제2항에 있어서, 피브로넥틴, 혈소판이 결핀된 혈장, 알부민, 덱스트란 40, 덱스트란 70, 내피 세포 성장 인자 또는 헤파린 설페이트로부터 선택된 세포 유착 보조제를 더욱 포함하여 구성되는 약물.
  8. 제2항에 있어서, 상기 내피 세포는 환자의 지방 조직으로부터 유도되는 약물.
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