NO331726B1 - Fusion peptide comprising a first domain comprising parathyroid hormone (PTH) and a second domain comprising a substrate domain, set and matrix comprising the fusion peptide, and methods for producing a matrix - Google Patents
Fusion peptide comprising a first domain comprising parathyroid hormone (PTH) and a second domain comprising a substrate domain, set and matrix comprising the fusion peptide, and methods for producing a matrix Download PDFInfo
- Publication number
- NO331726B1 NO331726B1 NO20043031A NO20043031A NO331726B1 NO 331726 B1 NO331726 B1 NO 331726B1 NO 20043031 A NO20043031 A NO 20043031A NO 20043031 A NO20043031 A NO 20043031A NO 331726 B1 NO331726 B1 NO 331726B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- matrix
- pth
- fusion peptide
- domain
- stated
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 146
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 title claims description 129
- 102000003982 Parathyroid hormone Human genes 0.000 title claims description 109
- 108090000445 Parathyroid hormone Proteins 0.000 title claims description 109
- 239000000199 parathyroid hormone Substances 0.000 title claims description 109
- 229960001319 parathyroid hormone Drugs 0.000 title claims description 109
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title claims description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 17
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 35
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims abstract description 29
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims abstract description 29
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 108010000196 Factor XIIIa Proteins 0.000 claims abstract 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 98
- BWGVNKXGVNDBDI-UHFFFAOYSA-N Fibrin monomer Chemical compound CNC(=O)CNC(=O)CN BWGVNKXGVNDBDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- 108010073385 Fibrin Proteins 0.000 claims description 58
- 102000009123 Fibrin Human genes 0.000 claims description 58
- 229950003499 fibrin Drugs 0.000 claims description 58
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 49
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 42
- 108010049003 Fibrinogen Proteins 0.000 claims description 32
- 102000008946 Fibrinogen Human genes 0.000 claims description 32
- 229940012952 fibrinogen Drugs 0.000 claims description 32
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 claims description 24
- 108090000190 Thrombin Proteins 0.000 claims description 21
- 229960004072 thrombin Drugs 0.000 claims description 21
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 claims description 19
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 17
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 17
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 claims description 17
- 230000000269 nucleophilic effect Effects 0.000 claims description 14
- OGBMKVWORPGQRR-UMXFMPSGSA-N teriparatide Chemical compound C([C@H](NC(=O)[C@H](CCSC)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@H](CCC(O)=O)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@@H](N)CO)C(C)C)[C@@H](C)CC)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CC=1N=CNC=1)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@@H](CCSC)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](CC=1N=CNC=1)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(O)=O)C1=CNC=N1 OGBMKVWORPGQRR-UMXFMPSGSA-N 0.000 claims description 14
- 108060008539 Transglutaminase Proteins 0.000 claims description 13
- 102000003601 transglutaminase Human genes 0.000 claims description 13
- 238000007259 addition reaction Methods 0.000 claims description 12
- XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N cysteine Natural products SCC(N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 235000018417 cysteine Nutrition 0.000 claims description 12
- 229940012957 plasmin Drugs 0.000 claims description 11
- 108010000684 Matrix Metalloproteinases Proteins 0.000 claims description 9
- 102000002274 Matrix Metalloproteinases Human genes 0.000 claims description 9
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 8
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 claims description 8
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000007515 enzymatic degradation Effects 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 17
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 abstract description 14
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 abstract description 13
- 108020001507 fusion proteins Proteins 0.000 abstract description 10
- 102000037865 fusion proteins Human genes 0.000 abstract description 10
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 abstract description 8
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract description 8
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 7
- 229940079593 drug Drugs 0.000 abstract description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 5
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 abstract description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 abstract description 3
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 abstract description 3
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 abstract description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 abstract description 2
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 abstract description 2
- HTTJABKRGRZYRN-UHFFFAOYSA-N Heparin Chemical compound OC1C(NC(=O)C)C(O)OC(COS(O)(=O)=O)C1OC1C(OS(O)(=O)=O)C(O)C(OC2C(C(OS(O)(=O)=O)C(OC3C(C(O)C(O)C(O3)C(O)=O)OS(O)(=O)=O)C(CO)O2)NS(O)(=O)=O)C(C(O)=O)O1 HTTJABKRGRZYRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 4
- 229920000669 heparin Polymers 0.000 abstract 4
- 229960002897 heparin Drugs 0.000 abstract 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 abstract 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 66
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 48
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 47
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 42
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 31
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 27
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 19
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 17
- 230000004044 response Effects 0.000 description 17
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 17
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 16
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 16
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 16
- AFOSIXZFDONLBT-UHFFFAOYSA-N divinyl sulfone Chemical class C=CS(=O)(=O)C=C AFOSIXZFDONLBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 description 15
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 15
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 14
- 102000005962 receptors Human genes 0.000 description 13
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 description 13
- -1 succinimidyl group Chemical group 0.000 description 13
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N L-Cysteine Chemical group SC[C@H](N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 241001494479 Pecora Species 0.000 description 11
- 150000001413 amino acids Chemical group 0.000 description 11
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 11
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 10
- 239000012038 nucleophile Substances 0.000 description 10
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 108010080379 Fibrin Tissue Adhesive Proteins 0.000 description 9
- IYMAXBFPHPZYIK-BQBZGAKWSA-N Arg-Gly-Asp Chemical group NC(N)=NCCC[C@H](N)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(O)=O IYMAXBFPHPZYIK-BQBZGAKWSA-N 0.000 description 8
- 102000035195 Peptidases Human genes 0.000 description 8
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 8
- 239000004365 Protease Substances 0.000 description 8
- 230000012292 cell migration Effects 0.000 description 8
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 8
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 8
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 8
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 7
- 210000002997 osteoclast Anatomy 0.000 description 7
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 7
- 230000017854 proteolysis Effects 0.000 description 7
- 230000002797 proteolythic effect Effects 0.000 description 7
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 7
- 108010085895 Laminin Proteins 0.000 description 6
- 102000007547 Laminin Human genes 0.000 description 6
- GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N Triethanolamine Chemical compound OCCN(CCO)CCO GSEJCLTVZPLZKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 6
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 6
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- 102000004889 Interleukin-6 Human genes 0.000 description 5
- 108090001005 Interleukin-6 Proteins 0.000 description 5
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 5
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 5
- 230000021164 cell adhesion Effects 0.000 description 5
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 5
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 5
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 5
- 125000000151 cysteine group Chemical group N[C@@H](CS)C(=O)* 0.000 description 5
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 5
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 229940100601 interleukin-6 Drugs 0.000 description 5
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- MWOGMBZGFFZBMK-LJZWMIMPSA-N (2s)-2-[[(2s)-2-[[2-[[(2s,3s)-2-[[(2s)-2-amino-3-(4-hydroxyphenyl)propanoyl]amino]-3-methylpentanoyl]amino]acetyl]amino]-3-hydroxypropanoyl]amino]-5-(diaminomethylideneamino)pentanoic acid Chemical compound NC(N)=NCCC[C@@H](C(O)=O)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)CNC(=O)[C@H]([C@@H](C)CC)NC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=C(O)C=C1 MWOGMBZGFFZBMK-LJZWMIMPSA-N 0.000 description 4
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PVVTWNMXEHROIA-UHFFFAOYSA-N 2-(3-hydroxypropyl)-1h-quinazolin-4-one Chemical compound C1=CC=C2NC(CCCO)=NC(=O)C2=C1 PVVTWNMXEHROIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 4
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 4
- 108060005980 Collagenase Proteins 0.000 description 4
- 102000029816 Collagenase Human genes 0.000 description 4
- 108010067306 Fibronectins Proteins 0.000 description 4
- 102000016359 Fibronectins Human genes 0.000 description 4
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 4
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 4
- 230000037182 bone density Effects 0.000 description 4
- 230000010478 bone regeneration Effects 0.000 description 4
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 4
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 4
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 4
- 229960002424 collagenase Drugs 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 4
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 4
- 150000004662 dithiols Chemical class 0.000 description 4
- 239000012039 electrophile Substances 0.000 description 4
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 4
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 4
- 102000006495 integrins Human genes 0.000 description 4
- 108010044426 integrins Proteins 0.000 description 4
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 description 4
- 239000003656 tris buffered saline Substances 0.000 description 4
- 108010052768 tyrosyl-isoleucyl-glycyl-seryl-arginine Proteins 0.000 description 4
- FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 4-amino-1-[(2r)-6-amino-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-[[(2r)-2-amino-3-phenylpropanoyl]amino]-3-phenylpropanoyl]amino]-4-methylpentanoyl]amino]hexanoyl]piperidine-4-carboxylic acid Chemical compound C([C@H](C(=O)N[C@H](CC(C)C)C(=O)N[C@H](CCCCN)C(=O)N1CCC(N)(CC1)C(O)=O)NC(=O)[C@H](N)CC=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 FWMNVWWHGCHHJJ-SKKKGAJSSA-N 0.000 description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 3
- 102000010834 Extracellular Matrix Proteins Human genes 0.000 description 3
- 108010037362 Extracellular Matrix Proteins Proteins 0.000 description 3
- 108010071289 Factor XIII Proteins 0.000 description 3
- 101001135770 Homo sapiens Parathyroid hormone Proteins 0.000 description 3
- 101001135995 Homo sapiens Probable peptidyl-tRNA hydrolase Proteins 0.000 description 3
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 3
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 229940012444 factor xiii Drugs 0.000 description 3
- 102000058004 human PTH Human genes 0.000 description 3
- 210000002758 humerus Anatomy 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 229920002601 oligoester Polymers 0.000 description 3
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 3
- XQQUSYWGKLRJRA-RABCQHRBSA-N (2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-6-amino-2-[[(2s,3s)-2-amino-3-methylpentanoyl]amino]hexanoyl]amino]-3-methylbutanoyl]amino]propanoyl]amino]-3-methylbutanoic acid Chemical compound CC[C@H](C)[C@H](N)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](C(C)C)C(O)=O XQQUSYWGKLRJRA-RABCQHRBSA-N 0.000 description 2
- 108010039627 Aprotinin Proteins 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000006386 Bone Resorption Diseases 0.000 description 2
- 101001135732 Bos taurus Parathyroid hormone Proteins 0.000 description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 108010088842 Fibrinolysin Proteins 0.000 description 2
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N Glycolic acid Chemical compound OCC(O)=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108060003393 Granulin Proteins 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HNDVDQJCIGZPNO-YFKPBYRVSA-N L-histidine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 2
- 102100022746 Laminin subunit alpha-1 Human genes 0.000 description 2
- 101710200522 Laminin subunit alpha-1 Proteins 0.000 description 2
- 102100027448 Laminin subunit beta-1 Human genes 0.000 description 2
- 101710186246 Laminin subunit beta-1 Proteins 0.000 description 2
- 108010038807 Oligopeptides Proteins 0.000 description 2
- 102000015636 Oligopeptides Human genes 0.000 description 2
- 108010067372 Pancreatic elastase Proteins 0.000 description 2
- 102000016387 Pancreatic elastase Human genes 0.000 description 2
- 241001415846 Procellariidae Species 0.000 description 2
- 150000003926 acrylamides Chemical class 0.000 description 2
- HFBMWMNUJJDEQZ-UHFFFAOYSA-N acryloyl chloride Chemical compound ClC(=O)C=C HFBMWMNUJJDEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 102000003801 alpha-2-Antiplasmin Human genes 0.000 description 2
- 108090000183 alpha-2-Antiplasmin Proteins 0.000 description 2
- 230000001195 anabolic effect Effects 0.000 description 2
- 229960004405 aprotinin Drugs 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000008468 bone growth Effects 0.000 description 2
- 230000010072 bone remodeling Effects 0.000 description 2
- 230000024279 bone resorption Effects 0.000 description 2
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 2
- 230000004956 cell adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000033077 cellular process Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 230000001054 cortical effect Effects 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 210000002744 extracellular matrix Anatomy 0.000 description 2
- ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N glutamine Natural products OC(=O)C(N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 2
- HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N histidine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CN=CN1 HNDVDQJCIGZPNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- ZPNFWUPYTFPOJU-LPYSRVMUSA-N iniprol Chemical compound C([C@H]1C(=O)NCC(=O)NCC(=O)N[C@H]2CSSC[C@H]3C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@H](C(N[C@H](C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CC=4C=CC(O)=CC=4)C(=O)N[C@@H](CC=4C=CC=CC=4)C(=O)N[C@@H](CC=4C=CC(O)=CC=4)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CCCCN)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CSSC[C@H](NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H](CCC(O)=O)NC(=O)[C@H](C)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H](CCCCN)NC(=O)[C@H](CC=4C=CC=CC=4)NC(=O)[C@H](CC(N)=O)NC(=O)[C@H](CC(N)=O)NC(=O)[C@H](CCCNC(N)=N)NC(=O)[C@H](CCCCN)NC(=O)[C@H](C)NC(=O)[C@H](CCCNC(N)=N)NC2=O)C(=O)N[C@@H](CCSC)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)O)C(=O)N[C@@H](CSSC[C@H](NC(=O)[C@H](CC=2C=CC=CC=2)NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H]2N(CCC2)C(=O)[C@@H](N)CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N2[C@@H](CCC2)C(=O)N2[C@@H](CCC2)C(=O)N[C@@H](CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)O)C(=O)NCC(=O)N2[C@@H](CCC2)C(=O)N3)C(=O)NCC(=O)NCC(=O)N[C@@H](C)C(O)=O)C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@@H](CC=2C=CC=CC=2)C(=O)N[C@H](C(=O)N1)C(C)C)[C@@H](C)O)[C@@H](C)CC)=O)[C@@H](C)CC)C1=CC=C(O)C=C1 ZPNFWUPYTFPOJU-LPYSRVMUSA-N 0.000 description 2
- 108010088381 isoleucyl-lysyl-valyl-alanyl-valine Proteins 0.000 description 2
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 description 2
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000012705 liquid precursor Substances 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 2
- 210000002901 mesenchymal stem cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 2
- 238000010647 peptide synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 2
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 150000004053 quinones Chemical class 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 2
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DTGFBBFYTMOQGC-ZMPKAQECSA-N (1e)-2-[6-[[amino-[(e)-[amino-(4-chloroanilino)methylidene]amino]methylidene]amino]hexyl]-1-[amino-(4-chloroanilino)methylidene]guanidine;2-[2-[bis(carboxymethyl)amino]ethyl-(carboxymethyl)amino]acetic acid;(2r,3s,4r,5r)-2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanoic aci Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O.OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O.OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O.C=1C=C(Cl)C=CC=1NC(/N)=N/C(N)=NCCCCCCN=C(N)\N=C(/N)NC1=CC=C(Cl)C=C1 DTGFBBFYTMOQGC-ZMPKAQECSA-N 0.000 description 1
- NTEDOEBWPRVVSG-FQUUOJAGSA-N (2s)-1-[(2r)-2-[[(2s)-2-[[2-[[(2s)-2-[(2-aminoacetyl)amino]-5-(diaminomethylideneamino)pentanoyl]amino]acetyl]amino]-3-carboxypropanoyl]amino]-3-hydroxypropanoyl]pyrrolidine-2-carboxylic acid Chemical compound NC(N)=NCCC[C@H](NC(=O)CN)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(=O)N[C@H](CO)C(=O)N1CCC[C@H]1C(O)=O NTEDOEBWPRVVSG-FQUUOJAGSA-N 0.000 description 1
- HZHXMUPSBUKRBW-FXQIFTODSA-N (4s)-4-[[2-[[(2s)-2-amino-3-carboxypropanoyl]amino]acetyl]amino]-5-[[(1s)-1-carboxyethyl]amino]-5-oxopentanoic acid Chemical compound OC(=O)[C@H](C)NC(=O)[C@H](CCC(O)=O)NC(=O)CNC(=O)[C@@H](N)CC(O)=O HZHXMUPSBUKRBW-FXQIFTODSA-N 0.000 description 1
- WDRZVZVXHZNSFG-UHFFFAOYSA-N 1-ethenylpyridin-1-ium Chemical compound C=C[N+]1=CC=CC=C1 WDRZVZVXHZNSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003923 2,5-pyrrolediones Chemical class 0.000 description 1
- 125000000981 3-amino-3-oxopropyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C(=O)N([H])[H] 0.000 description 1
- 125000004042 4-aminobutyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])N([H])[H] 0.000 description 1
- KFDVPJUYSDEJTH-UHFFFAOYSA-O 4-ethenylpyridine;hydron Chemical compound C=CC1=CC=[NH+]C=C1 KFDVPJUYSDEJTH-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 108010027612 Batroxobin Proteins 0.000 description 1
- 208000020084 Bone disease Diseases 0.000 description 1
- 101150041968 CDC13 gene Proteins 0.000 description 1
- 208000024172 Cardiovascular disease Diseases 0.000 description 1
- 108010001857 Cell Surface Receptors Proteins 0.000 description 1
- 108010014258 Elastin Proteins 0.000 description 1
- 102000016942 Elastin Human genes 0.000 description 1
- 241001125671 Eretmochelys imbricata Species 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 102000003886 Glycoproteins Human genes 0.000 description 1
- 108090000288 Glycoproteins Proteins 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 102100034710 Laminin subunit gamma-1 Human genes 0.000 description 1
- 101710095658 Laminin subunit gamma-1 Proteins 0.000 description 1
- KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N Lysine Natural products NCCCCC(N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000000422 Matrix Metalloproteinase 3 Human genes 0.000 description 1
- 102000005741 Metalloproteases Human genes 0.000 description 1
- 108010006035 Metalloproteases Proteins 0.000 description 1
- 238000006845 Michael addition reaction Methods 0.000 description 1
- 208000001132 Osteoporosis Diseases 0.000 description 1
- 208000006735 Periostitis Diseases 0.000 description 1
- 108090000316 Pitrilysin Proteins 0.000 description 1
- 102000013566 Plasminogen Human genes 0.000 description 1
- 108010051456 Plasminogen Proteins 0.000 description 1
- 108010001014 Plasminogen Activators Proteins 0.000 description 1
- 102000001938 Plasminogen Activators Human genes 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 description 1
- HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N Trichloro(2H)methane Chemical compound [2H]C(Cl)(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-MICDWDOJSA-N 0.000 description 1
- 241000251539 Vertebrata <Metazoa> Species 0.000 description 1
- 108010031318 Vitronectin Proteins 0.000 description 1
- 102100035140 Vitronectin Human genes 0.000 description 1
- 150000008360 acrylonitriles Chemical class 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000033115 angiogenesis Effects 0.000 description 1
- 238000010171 animal model Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 230000003592 biomimetic effect Effects 0.000 description 1
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 description 1
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000006664 bond formation reaction Methods 0.000 description 1
- 210000002805 bone matrix Anatomy 0.000 description 1
- 239000008366 buffered solution Substances 0.000 description 1
- 210000004899 c-terminal region Anatomy 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001506 calcium phosphate Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 230000024245 cell differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000008619 cell matrix interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005754 cellular signaling Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 210000001612 chondrocyte Anatomy 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 229960005188 collagen Drugs 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229920006037 cross link polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000030609 dephosphorylation Effects 0.000 description 1
- 238000006209 dephosphorylation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000001212 derivatisation Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 210000003275 diaphysis Anatomy 0.000 description 1
- 229940042399 direct acting antivirals protease inhibitors Drugs 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 231100000673 dose–response relationship Toxicity 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000004821 effect on bone Effects 0.000 description 1
- 229920002549 elastin Polymers 0.000 description 1
- 230000035194 endochondral ossification Effects 0.000 description 1
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 1
- 210000002745 epiphysis Anatomy 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 108010053299 glycyl-arginyl-glycyl-aspartyl-seryl-proline Proteins 0.000 description 1
- 210000003709 heart valve Anatomy 0.000 description 1
- 230000023597 hemostasis Effects 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005847 immunogenicity Effects 0.000 description 1
- 230000000415 inactivating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N itaconic acid Chemical class OC(=O)CC(=C)C(O)=O LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 125000001909 leucine group Chemical group [H]N(*)C(C(*)=O)C([H])([H])C(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000000816 matrix-assisted laser desorption--ionisation Methods 0.000 description 1
- 102000006240 membrane receptors Human genes 0.000 description 1
- 150000002734 metacrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- FQPSGWSUVKBHSU-UHFFFAOYSA-N methacrylamide Chemical class CC(=C)C(N)=O FQPSGWSUVKBHSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000003226 mitogen Substances 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 210000001616 monocyte Anatomy 0.000 description 1
- 230000001002 morphogenetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000921 morphogenic effect Effects 0.000 description 1
- 108091005763 multidomain proteins Proteins 0.000 description 1
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 1
- 230000001722 neurochemical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000926 neurological effect Effects 0.000 description 1
- 230000009689 neuronal regeneration Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000010534 nucleophilic substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 210000002990 parathyroid gland Anatomy 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 1
- 239000000137 peptide hydrolase inhibitor Substances 0.000 description 1
- 210000003460 periosteum Anatomy 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 1
- 229940127126 plasminogen activator Drugs 0.000 description 1
- 229920001713 poly(ethylene-co-vinyl alcohol) Polymers 0.000 description 1
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 1
- 229920001444 polymaleic acid Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000003389 potentiating effect Effects 0.000 description 1
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 description 1
- 125000006239 protecting group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009822 protein phosphorylation Effects 0.000 description 1
- 230000000541 pulsatile effect Effects 0.000 description 1
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007634 remodeling Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000008458 response to injury Effects 0.000 description 1
- 238000004366 reverse phase liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000004007 reversed phase HPLC Methods 0.000 description 1
- 239000012146 running buffer Substances 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 108091006024 signal transducing proteins Proteins 0.000 description 1
- 102000034285 signal transducing proteins Human genes 0.000 description 1
- 230000019491 signal transduction Effects 0.000 description 1
- 238000001542 size-exclusion chromatography Methods 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 108091007196 stromelysin Proteins 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 210000002435 tendon Anatomy 0.000 description 1
- 229940124597 therapeutic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 150000007944 thiolates Chemical class 0.000 description 1
- 238000011200 topical administration Methods 0.000 description 1
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000013518 transcription Methods 0.000 description 1
- 230000035897 transcription Effects 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 1
- QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H tricalcium bis(phosphate) Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O QORWJWZARLRLPR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229940078499 tricalcium phosphate Drugs 0.000 description 1
- 229910000391 tricalcium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019731 tricalcium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
- 210000005167 vascular cell Anatomy 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
- 230000029663 wound healing Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07K—PEPTIDES
- C07K19/00—Hybrid peptides, i.e. peptides covalently bound to nucleic acids, or non-covalently bound protein-protein complexes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07K—PEPTIDES
- C07K14/00—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/10—Transferases (2.)
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Zoology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Gastroenterology & Hepatology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
- Peptides Or Proteins (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
Abstract
Det er beskrevet proteiner som er inkorporert i protein eller polysakkaridmatriser for anvendelse i vevsreparasjon, regenerasjon og/eller gjenoppbygging og/eller legemiddellevering. Proteinene kan inkorporeres slik at de blir frigjort ved degradering av matriks, ved enzymatisk virkning og/eller diffusjon. Som vist i eksemplene er én metode å binde heparin til matriks ved enten kovalent eller ikke-kovalente metoder, for å danne en heparinmatriks. Heparinet binder deretter ikke-kovalent heparin-bindende vekstfaktorer til proteinmatriks. Alternativt kan et fusjonsprotein konstrueres som inneholder en tverrbindingsregion så som en Faktor XIIIa substrat og den native proteinsekvens. Inkorporering av degraderbare koblinger mellom matriks og de bioaktive faktorer kan være spesielt nyttig når langtids legemiddellevering er ønskelig, f.eks. i tilfelle av nerveregenerering, hvor det er ønskelig å variere graden av legemiddelfrigjøring romlig som en funksjon av regenerering, f.eks. hurtig nær grensesnittet mot det levende vev og mer langsomt lenger inn i skadesonen. Ytterligere fordeler inkluderer den lavere totale legemiddeldose i leveringssystemet, en romlig regulering av frigjøring som tillater en større prosentandel av legemidlet å bli frigjort på den tid hvor det er størst cellulær aktivitet.Proteins are incorporated in protein or polysaccharide matrices for use in tissue repair, regeneration and / or reconstruction and / or drug delivery. The proteins can be incorporated to be released by matrix degradation, by enzymatic action and / or diffusion. As shown in the Examples, one method is to bind heparin to matrix by either covalent or non-covalent methods, to form a heparin matrix. The heparin then binds non-covalently heparin-binding growth factors to the protein matrix. Alternatively, a fusion protein may be constructed containing a cross-linking region such as a Factor XIIIa substrate and the native protein sequence. Incorporating degradable links between matrix and the bioactive factors can be particularly useful when long-term drug delivery is desired, e.g. in the case of nerve regeneration, where it is desirable to vary the degree of drug release spatially as a function of regeneration, e.g. fast near the interface to the living tissue and more slowly into the injury zone. Further advantages include the lower total drug dose in the delivery system, a spatial release regulation that allows a larger percentage of the drug to be released at the time of greatest cellular activity.
Description
Tittel: Fusjonspeptid som omfatter et første domene som omfatter paratyroidhormon (PTH) og et andre domene som omfatter et substratdomene, sett og matriks som omfatter fusjonspeptidet, og fremgangsmåte til å fremstille en matriks. Title: Fusion peptide comprising a first domain comprising parathyroid hormone (PTH) and a second domain comprising a substrate domain, kit and matrix comprising the fusion peptide, and method for preparing a matrix.
Oppfinnelsen angår fusjonspeptider som inneholder PTH og en aminosyresekvens som tillater bindingsinteraksjoner til matriser, sett og matrikser som omfatter fusjonspeptidet og fremgangsmåte for fremstilling av matriks med et matriksmateriale og fusjonspeptidene. The invention relates to fusion peptides that contain PTH and an amino acid sequence that allows binding interactions to matrices, sets and matrices that comprise the fusion peptide and method for producing matrix with a matrix material and the fusion peptides.
Paratyroidhormon (PTH) er et 84 aminosyrers peptid som er fremstilt og sekrert av paratyroidkjertelen. Hormonet spiller en hovedrolle ved kontroll av serumkalsiumnivåer gjennom dets virkning på forskjellige vev, inkludert ben. Undersøkelser på mennesker med forskjellige former av PTH har vist en anabolsk effekt på ben, som gjør dem interessante for behandling av osteoporose og beslektede benlidelser (US patent nr. 5 747 456 (Chorev et al.) og WO 00/10596 (Eli Lilly & Co.). Paratyroidhormonet virker på celler ved å bindes til en celleoverflatereseptor. Denne reseptoren er kjent for å finnes på osteoblaster, som er cellene ansvarlig for dannelse av nytt ben. Parathyroid hormone (PTH) is an 84 amino acid peptide produced and secreted by the parathyroid gland. The hormone plays a major role in the control of serum calcium levels through its action on various tissues, including bone. Human studies with different forms of PTH have shown an anabolic effect on bone, which makes them interesting for the treatment of osteoporosis and related bone disorders (US Patent No. 5,747,456 (Chorev et al.) and WO 00/10596 (Eli Lilly & Co.).Parathyroid hormone acts on cells by binding to a cell surface receptor known to be found on osteoblasts, which are the cells responsible for forming new bone.
Det N-terminale 34 aminosyrers domene på det menneskelige hormon er blitt rapportert å være biologisk ekvivalent til full lengde hormon. PTH 1-34 og dens virkningsmåte er først blitt rapportert i US patent nr. 4 086 196. Siden forskning er blitt gjort på PTH 1-34 og andre trunkerte versjoner av den native humane PTH-form, så som f.eks. PTH1-25, PTH1-31 og PTH1-38 (se f.eks. Rixon RH, et al., J. Bone Miner. Res., 9 (8): 1179-89 (aug. 1994). The N-terminal 34 amino acid domain of the human hormone has been reported to be biologically equivalent to the full-length hormone. PTH 1-34 and its mode of action were first reported in US Patent No. 4,086,196. Since research has been done on PTH 1-34 and other truncated versions of the native human PTH form, such as PTH1-25, PTH1-31 and PTH1-38 (see, e.g., Rixon RH, et al., J. Bone Miner. Res., 9 (8): 1179-89 (Aug. 1994).
Mekanismen hvorved PTH har innflytelse på bengjennoppbygging er komplisert, noe som har ført til motstridende resultater og deretter et betydelig antall undersøkelser på de nøyaktige mekanismer involvert. Det er blitt vist at hvis PTH blir administrert systemisk på en kontinuerlig måte vil bentettheten reduseres. I motsetning til dette er det blitt rapportert at hvis samme molekyl blir administrert på pulsativ måte vil bentettheten øke (se f.eks. WO 99/31137 (Eli Lilly & Co.)). Denne tilsynelatende inkonsekvens kan forklares ved mekanismen hvorved PTH modulerer bengjenoppbygging og deretter de observerbare parametere for bentetthet. I modent ben har PTH-reseptoren bare blitt vist å være tilstede på overflaten til celler i osteoblastlinjen, men ikke på osteoklaster. Rollen som PTH spiller i bengjenoppbygging er rettet gjennom osteoblastene i motsetning til osteoklastene. Cellene på forskjellige stadier i osteoblastlinjen responderer imidlertid forskjellig når de bindes til PTH. Derfor kan de dramatiske forskjellene som er observert når PTH blir administrert ved å bruke forskjellige metoder forklares ved å forstå de forskjellige effektene som det samme molekyl har på forskjellige celler i osteoblastlinjen. The mechanism by which PTH influences bone regeneration is complex, leading to conflicting results and subsequently a significant number of investigations into the exact mechanisms involved. It has been shown that if PTH is administered systemically in a continuous manner, bone density will be reduced. In contrast, it has been reported that if the same molecule is administered in a pulsatile manner, bone density will increase (see, eg, WO 99/31137 (Eli Lilly & Co.)). This apparent inconsistency can be explained by the mechanism by which PTH modulates bone remodeling and subsequently the observable parameters of bone density. In mature bone, the PTH receptor has only been shown to be present on the surface of cells of the osteoblast lineage, but not on osteoclasts. The role that PTH plays in bone regeneration is directed through the osteoblasts as opposed to the osteoclasts. However, the cells at different stages of the osteoblast lineage respond differently when bound to PTH. Therefore, the dramatic differences observed when PTH is administered using different methods can be explained by understanding the different effects that the same molecule has on different cells of the osteoblast lineage.
Når PTH bindes til en mesenchymal stamcelle blir cellen indusert til å differensieres i en preosteoblast. Således ved å tilsette PTH til systemet skjer en økning i preosteoblastpopulasjonen. Disse preosteoblastcellene har imidlertid også PTH-reseptoren og den påfølgende binding av PTH til reseptoren på disse cellene fører til en forskjellig reaksjon. Når PTH bindes til preosteoblaster resulterer det i to separate konsekvenser som fører til benresorpsjon. Først inhiberes den ytterligere differensiering av preosteoblaster i osteoblaster. Dernest øker den sekresjonen av interleukin 6 (IL-6) fra preosteoblastene. IL-6 både inhiberer preosteoblastdifferensiering så vel som å øke preosteoklastdifferensiering til osteoklaster. Denne dobbeltresponsen fra cellene i osteoblastlinjen er det som tilveiebringer den komplekse reaksjonen mellom bengjenoppbygging og PTH-eksponering. Hvis PTH blir dosert periodisk i korte tidsperioder blir mesenchymstamcellene indusert til å differensieres i osteoblaster. De korte doseringsperioder forhindrer derved de nylig dannede preosteoblaster til å danne IL-6 som forhindrer aktivering av osteoklastene. Derfor i løpet av doseringsintervallene kan disse nylig dannede preosteoblaster ytterligere differensieres til osteoblaster, som resulterer i bendannelse. Hvis en konstant dose av PTH blir applisert vil imidlertid preosteoblastene ha mulighet til å begynne å produsere IL-6, og således aktivere osteoklastene og inhibere seg selv, noe som gir den motsatte virkning benresorpsjon. When PTH binds to a mesenchymal stem cell, the cell is induced to differentiate into a preosteoblast. Thus by adding PTH to the system there is an increase in the preosteoblast population. However, these preosteoblast cells also have the PTH receptor and the subsequent binding of PTH to the receptor on these cells leads to a different reaction. When PTH binds to preosteoblasts it results in two separate consequences leading to bone resorption. First, the further differentiation of preosteoblasts into osteoblasts is inhibited. Second, it increases the secretion of interleukin 6 (IL-6) from the preosteoblasts. IL-6 both inhibits preosteoblast differentiation as well as enhances preosteoclast differentiation into osteoclasts. This dual response of the cells of the osteoblast lineage is what provides the complex reaction between bone remodeling and PTH exposure. If PTH is dosed periodically for short periods of time, the mesenchymal stem cells are induced to differentiate into osteoblasts. The short dosing periods thereby prevent the newly formed preosteoblasts from producing IL-6 which prevents activation of the osteoclasts. Therefore, during the dosing intervals, these newly formed preosteoblasts can further differentiate into osteoblasts, resulting in bone formation. If a constant dose of PTH is applied, however, the preosteoblasts will have the opportunity to start producing IL-6, thus activating the osteoclasts and inhibiting themselves, which gives the opposite effect of bone resorption.
Ved vevsreparasjon eller regenerasjon må celler migrere inn i en sårseng, proliferere, uttrykke matrikskomponenter eller danne ekstracellulær matriks og danne en endelig vevsfasong. Cellepopulasjoner med flere celler må ofte delta i denne morfogenetiske responsen, som ofte inkluderer vaskulære celler og nerveceller. Matriser er blitt demonstrert i stor grad å øke, og i noen tilfelle er blitt funnet å være essensielle for at dette skal skje. Tilnærminger er blitt gjort ved å utvikle matriser fra naturlige eller syntetisk opprinnelse eller en blanding av begge. Naturlige celle-innvokste matriser blir utsatt for gjenoppbygning ved cellulær innflytelse, alt basert på proteolyse, dvs. ved plasmin (degradere fibrin) og matriksmetalloproteonaser (degradere kollagen, elastin, etc). Slik degradering er i stor grad lokalisert og skjer bare ved direkte kontakt med den migrerende celle. I tillegg er levering av spesifikke cellesignalproteiner så som vekstfaktorer meget godt regulert. I den naturlige modell er makroporøs celleinvoksende matriser ikke anvendt, men heller mikroporøse matriser som cellene kan degradere, lokale og ved behov, idet cellene migrerer inn i matriks. På grunn av vurderinger i forhold til immunogenisitet, kostbar produksjon, begrenset tilgjengelighet, porsjonsvariabilitet og rensing, har matriser basert på syntetiske forløpermolekyler, så som modifisert polyetylenglykol, blitt utviklet for vevsregenerasjon i og/eller på kroppen. During tissue repair or regeneration, cells must migrate into a wound bed, proliferate, express matrix components or form extracellular matrix and form a final tissue shape. Multicellular cell populations must often participate in this morphogenetic response, which often includes vascular cells and nerve cells. Matrices have been demonstrated to greatly increase, and in some cases have been found to be essential for this to occur. Approaches have been made by developing matrices from natural or synthetic origins or a mixture of both. Natural cell-ingrown matrices are subjected to reconstruction by cellular influence, all based on proteolysis, i.e. by plasmin (degrade fibrin) and matrix metalloproteonases (degrade collagen, elastin, etc). Such degradation is largely localized and only occurs in direct contact with the migrating cell. In addition, the delivery of specific cell signaling proteins such as growth factors is very well regulated. In the natural model, macroporous cell-ingrowing matrices are not used, but rather microporous matrices that the cells can degrade, locally and when necessary, as the cells migrate into the matrix. Due to considerations in relation to immunogenicity, expensive production, limited availability, portion variability and purification, matrices based on synthetic precursor molecules, such as modified polyethylene glycol, have been developed for tissue regeneration in and/or on the body.
Mens mye arbeid er blitt gjort i å studere de systemiske virkninger av PTH har forskning ikke undersøkt lokal eller topisk administrering av PTH. Idet PTH har en direkte anabolsk virkning på osteoblastcellelinjen burde den ha et sterkt potensiale til å tilhele bendefekter i tillegg til å influere bentetthet hvis det presenteres på en egnet måte på det stedet hvor det er en defekt. Når defekten er blitt fylt med preosteoblaster kan, hvis PTH-signalet blir skrudd av de nylig dannede preosteoblaster deretter differensiert til osteoblaster og begynne å konvertere sårsengen, først inn i vevd benvev og deretter til en moden benstruktur. While much work has been done in studying the systemic effects of PTH, research has not examined local or topical administration of PTH. As PTH has a direct anabolic effect on the osteoblast cell line, it should have a strong potential to heal bone defects in addition to influencing bone density if it is presented in a suitable way at the site where there is a defect. Once the defect has been filled with preosteoblasts, if the PTH signal is turned off the newly formed preosteoblasts can then differentiate into osteoblasts and begin to convert the wound bed, first into woven bone tissue and then into a mature bone structure.
Det er derfor en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe PTH i en form som kan bindes til en matriks for vevsreparasjon, regenerasjon og gjenoppbygging. It is therefore an aim of the present invention to provide PTH in a form that can be bound to a matrix for tissue repair, regeneration and reconstruction.
Det er en ytterligere hensikt å presentere PTH i en form som er egnet for topisk eller lokal administrering til en pasient for å tilhele bendefekter. It is a further object to present PTH in a form suitable for topical or local administration to a patient to heal bone defects.
Fusjonspeptider som inneholder et paratyroidhormon (PTH) i ett domene og et substratdomene i stand til å bli kovalent tverrbundet til en matriks i et annet domene, og sett som inneholder slike fusjonsproteiner eller peptider er beskrevet heri. Fusjonsproteiner som bindes kovalent til naturlige eller syntetiske materialer for å danne matriser, som kan brukes til å tilhele bendefekter. Eventuelt blir alle komponentene for dannelse av matriks applisert til en bendefekt og matriks blir dannet på applikasjonsstedet. Fusjonspeptidet kan inkorporeres i matriks slik at enten blir fusjonspeptidet som en helhet eller bare den respektive PTH-sekvensen i det første domenet frigjort ved degradering av matriks, enzymatisk og/eller hydrolytisk virkning. Fusjonspeptidet kan også inneholde en degraderbar binding mellom det første og det andre domenet som inneholder hydrolytiske eller enzymatiske spaltingssteder. Særlig inneholder fusjonspeptidet PTH i ett domene, et substratdomene i stand til å bli kovalent tverrbundet til en matriks i et andre domene, og et degraderings sted mellom første og andre domene. Fortrinnsvis er PTH humant PTH, skjønt PTH fra andre kilder, så som bovint PTH kan være egnet. PTH kan være PTH 1-84 (nativt), PTH 1-38, PTH 1-34, PTH 1-31 eller PTH 1-25 eller enhver modifisert eller allelisk versjon av PTH-utvisende egenskaper, dvs. bendannelse, lik til det foregående. Degraderingssetet tillater at leveringshastigheten kan varieres på forskjellige lokalisasjoner i matriks avhengig av cellulær aktivitet på det stedet og/eller i matriks. Ytterligere fordeler inkluderer den lavere totale legemiddeldose i leveringssystemet, og romlig regulering av frigjøring som tillater en større prosentandel av legemidlet å bli frigjort på den tiden hvor det er størst cellulær aktivitet. Fusion peptides containing a parathyroid hormone (PTH) in one domain and a substrate domain capable of being covalently cross-linked to a matrix in another domain, and kits containing such fusion proteins or peptides are described herein. Fusion proteins that covalently bind to natural or synthetic materials to form matrices, which can be used to heal bone defects. Optionally, all the components for formation of matrix are applied to a bone defect and matrix is formed at the application site. The fusion peptide can be incorporated into the matrix so that either the fusion peptide as a whole or only the respective PTH sequence in the first domain is released by degradation of the matrix, enzymatic and/or hydrolytic action. The fusion peptide may also contain a degradable bond between the first and second domains containing hydrolytic or enzymatic cleavage sites. In particular, the fusion peptide contains PTH in one domain, a substrate domain capable of being covalently cross-linked to a matrix in a second domain, and a degradation site between the first and second domains. Preferably, the PTH is human PTH, although PTH from other sources, such as bovine PTH, may be suitable. PTH can be PTH 1-84 (native), PTH 1-38, PTH 1-34, PTH 1-31 or PTH 1-25 or any modified or allelic version of PTH exhibiting traits ie bone formation similar to the above . The degradation site allows the rate of delivery to be varied at different locations in the matrix depending on cellular activity at that location and/or in the matrix. Additional advantages include the lower total drug dose in the delivery system, and spatial regulation of release that allows a greater percentage of the drug to be released at the time of greatest cellular activity.
Teknikkens stand er også beskrevet i US 5171670 A, US 6136564 og US 5840837. The state of the art is also described in US 5171670 A, US 6136564 and US 5840837.
Kort beskrivelse av figurene Brief description of the figures
Fig. 1 er et fluorescensdeteksjonskromatogram av plasmindegraderte peptidinneholdende fibringeler og fritt peptid. Størrelseseksklusjonskromatografi av en degradert fibringel med a.2PIi-7-ATIIIi2i-i34 peptidet inkorporert (-), med det samme peptid fritt tilsatt den degraderte fibringel som inneholder inkorporert peptid Fig. 1 is a fluorescence detection chromatogram of plasmin-degraded peptide-containing fibrin gels and free peptide. Size exclusion chromatography of a degraded fibrin gel with the a.2PIi-7-ATIIIi2i-i34 peptide incorporated (-), with the same peptide freely added to the degraded fibrin gel containing incorporated peptide
(...), og fritt peptid alene (--), er vist. Det N-terminale leucinresidu ble dansylert (forkortet dL). Det frie peptid eluerte på lengre tider, tilsvarende en lavere molekylvekt, enn peptidet inkorporert i fibringelen under koagulering, noe som viser kovalent tilfesting til degradert fibrin og således kovalent inkorporering via virkningen av faktor XHIa-aktivitet. Fig. 2 er en kurve av inkorporeringen av dLNQEQVSPLRGD (SEKV. ID nr. 1) i fibringeler med eksogen faktor XIII tilsatt. Når 1 U/ml ble tilsatt øket inkorporeringsnivået slik at mer enn 25 mol peptid/mol fibrinogen kunne oppnås. Fig. 3 er en kurve av inkorporering av bidomenepeptidet, dLNQEQVSPLRGD (SEKV. ID nr. 1) inn i ufortynnet fibrinlim. Tre separate sett ble testet og i hvert tilfelle kunne et høyt nivå av inkorporering observeres, som nådde 25 mol peptid/mol fibrinogen. Konsentrasjonen av eksogent peptid som var nødvendig for maksimal inkorporasjon var minst 5 mM, sannsynligvis på grunn av diffusjonsbegrensninger i den meget tette fibrinmatriks som blir skapt. Inkorporeringsnivået var meget konsistent, hvor hvert sett tilveiebrakte en lignende inkorporeringsprofil. (...), and free peptide alone (--), are shown. The N-terminal leucine residue was dansylated (abbreviated dL). The free peptide eluted at longer times, corresponding to a lower molecular weight, than the peptide incorporated into the fibrin gel during coagulation, which shows covalent attachment to degraded fibrin and thus covalent incorporation via the effect of factor XHIa activity. Fig. 2 is a curve of the incorporation of dLNQEQVSPLRGD (SEQ ID NO: 1) into fibrin gels with exogenous factor XIII added. When 1 U/ml was added, the level of incorporation was increased so that more than 25 mol peptide/mol fibrinogen could be obtained. Fig. 3 is a curve of incorporation of the bidomain peptide, dLNQEQVSPLRGD (SEQ ID NO: 1) into undiluted fibrin glue. Three separate sets were tested and in each case a high level of incorporation could be observed, reaching 25 mol peptide/mol fibrinogen. The concentration of exogenous peptide required for maximal incorporation was at least 5 mM, probably due to diffusion limitations in the very dense fibrin matrix that is created. The level of incorporation was very consistent, with each kit providing a similar incorporation profile.
Produkter og metoder for reparasjon av hardt vev, regenerasjon eller gjenoppbygging, særlig for benvekst, ved å bruke naturlige og syntetiske matriser som har PTH frigjørbart inkorporert deri, er beskrevet heri. De naturlige matrisene er biokompatible og biodegraderbare og kan dannes in vitro eller in vivo på implantasjonstidspunktet. PTH kan inkorporeres i matrisene og bibeholde dens fulle bioaktivitet. PTH kan frigjørbart inkorporeres, ved å bruke teknikk som tilveiebringer kontroll over hvordan og når og til hvilken grad PTH blir frigjort, slik at matriks kan brukes for vevsreparasjon direkte eller indirekte, ved å bruke matriks som en kontrollert frigjøringshærer. Products and methods for hard tissue repair, regeneration or reconstruction, particularly for bone growth, using natural and synthetic matrices having PTH releasably incorporated therein are described herein. The natural matrices are biocompatible and biodegradable and can be formed in vitro or in vivo at the time of implantation. PTH can be incorporated into the matrices and retain its full bioactivity. PTH can be releasably incorporated, using techniques that provide control over how and when and to what extent PTH is released, such that the matrix can be used for tissue repair directly or indirectly, using the matrix as a controlled release agent.
Definisjoner Definitions
"Biomateriale" som generelt brukt heri refererer seg til et materiale ment å etablere et grensesnitt med biologiske systemer for å evaluere, behandle, forsterke eller erstatte ethvert vev, organ eller funksjon i kroppen avhengig av materialet enten permanent eller temporært. Betegnelsen "biomateriale" og "matriks" blir brukt synonymt heri og betyr et tverrbundet polymert nettverk som, avhengig av typen av matriks, kan svelles med vann men ikke oppløses i vann, dvs. danne en hydrogel som forblir i kroppen over en viss tidsperiode og oppfyller visse støttefunksjoner for traumatisert eller defekt hardt vev. "Biomaterial" as generally used herein refers to a material intended to establish an interface with biological systems to evaluate, treat, augment or replace any tissue, organ or function of the body depending on the material either permanently or temporarily. The terms "biomaterial" and "matrix" are used synonymously herein and mean a cross-linked polymeric network which, depending on the type of matrix, can swell with water but not dissolve in water, i.e. form a hydrogel that remains in the body over a certain period of time and fulfills certain support functions for traumatized or defective hard tissue.
"PTH-fusjonspeptid" som generelt brukt heri refererer seg til et peptid som inneholder minst et første og et andre domene. Et domene inneholder en PTH (nativ eller trunkerte former, spesielt PTH 1-34) og det andre domenet inneholder et substratdomene som skal tverrbindes til en matriks. Et enzymatisk eller hydrolytisk degraderingssete kan også være tilstede mellom det første og det andre domenet. "PTH fusion peptide" as generally used herein refers to a peptide containing at least a first and a second domain. One domain contains a PTH (native or truncated forms, especially PTH 1-34) and the other domain contains a substrate domain to be cross-linked to a matrix. An enzymatic or hydrolytic degradation site may also be present between the first and second domains.
"Sterk nukleofil" som generelt brukt heri betegner et molekyl som er i stand til å donere et elektronpar til en elektrofil i en polar bindingsdannende reaksjon. Fortrinnsvis er den sterke nukleofilen mer nukleofil enn vann ved fysiologisk pH. Eksempler på sterke nukleofiler er tioler og aminer. "Strong nucleophile" as generally used herein denotes a molecule capable of donating an electron pair to an electrophile in a polar bond-forming reaction. Preferably, the strong nucleophile is more nucleophilic than water at physiological pH. Examples of strong nucleophiles are thiols and amines.
"Konjugert umettet binding" som generelt brukt heri referer seg til alterneringen av karbon-karbon, karbon-heteroatom eller heteroatom-heteroatom multiple bindinger med enkle bindinger, eller koblingen av en funksjonell gruppe til et makromolekyl, så som en syntetisk polymer eller et protein. Slike bindinger kan gjennomgå tilsettingsreaksjoner. "Conjugated unsaturated bond" as generally used herein refers to the alternation of carbon-carbon, carbon-heteroatom, or heteroatom-heteroatom multiple bonds with single bonds, or the attachment of a functional group to a macromolecule, such as a synthetic polymer or a protein. Such bonds can undergo addition reactions.
"Konjugert umettet gruppe" som generelt brukt heri refererer seg til et molekyl eller en region av et molekyl som inneholder en alternering av karbon-karbon, karbon-heteroatom eller heteroatom-heteroatom multiple bindinger med enkle bindinger, som har en multippel binding som kan gjennomgå tilsettingsreaksjoner. Eksempler på konjugerte umettede grupper inkluderer men er ikke begrenset til vinylsulfoner, akrylater, akrylamider, kinoner og vinylpyridinium, f.eks. 2- eller 4-vinylpyridium og itakonater. "Conjugated unsaturated group" as generally used herein refers to a molecule or a region of a molecule containing an alternation of carbon-carbon, carbon-heteroatom, or heteroatom-heteroatom multiple bonds with single bonds, which has a multiple bond that can undergo addition reactions. Examples of conjugated unsaturated groups include but are not limited to vinylsulfones, acrylates, acrylamides, quinones and vinylpyridinium, e.g. 2- or 4-vinylpyridium and itaconates.
"Syntetiske forløpermolekyler" som generelt brukt heri betegner molekyler som ikke eksisterer i naturen. "Synthetic precursor molecules" as generally used herein refers to molecules that do not exist in nature.
"Naturlig forekommende forløperkomponenter eller polymerer" som generelt brukt heri betegner molekyler som kan finnes i naturen. "Naturally occurring precursor components or polymers" as generally used herein refers to molecules that can be found in nature.
"Funksjonalisere" som generelt brukt heri betegner modifisering av et molekyl på en måte som resulterer i tilfesting av en funksjonell gruppe eller rest. F.eks. kan et molekyl funksjonaliseres ved innføring av et molekyl som gjør molekylet til en sterk nukleofil eller en konjugert umettethet. Fortrinnsvis blir et molekyl, f.eks. PEG, funksjonalisert til å bli en tiol, amin, akrylat eller kinon. Proteinet kan spesielt bli effektivt funksjonalisert ved delvis eller fullstendig reduksjon av disulfidbindinger for å danne fri tioler. "Functionalize" as generally used herein refers to the modification of a molecule in a manner that results in the attachment of a functional group or residue. E.g. a molecule can be functionalized by introducing a molecule that makes the molecule a strong nucleophile or a conjugated unsaturation. Preferably, a molecule, e.g. PEG, functionalized to become a thiol, amine, acrylate or quinone. In particular, the protein can be efficiently functionalized by partial or complete reduction of disulfide bonds to form free thiols.
"Funksjonalitet" som generelt brukt heri betegner antall reaktive seter på et molekyl. "Functionality" as generally used herein refers to the number of reactive sites on a molecule.
"Funksjonalitet av grenpunkter" som generelt brukt heri betegner antall armer som strekker seg fra ett punkt i molekylet. "Branch point functionality" as generally used herein refers to the number of arms extending from one point in the molecule.
"Adhesjonssete eller celletilfestingssete" som generelt brukt heri betegner en peptidsekvens til hvilke et molekyl, f.eks. en adhesjonspromoterende reseptor på overflaten til en celle bindes. Eksempler på adhesjonsseter inkluderer men er ikke begrenset til RGD-sekvens fra fibronektin, og YIGSR (SEKV. ID nr. 2) sekvens fra laminin. Fortrinnsvis blir adhesjonsseter inkorporert i biomaterialet ved å inkludere et substratdomene som er tverrbindbar til en matriks. "Adhesion site or cell attachment site" as generally used herein refers to a peptide sequence to which a molecule, e.g. an adhesion-promoting receptor on the surface of a cell binds. Examples of adhesion sites include, but are not limited to, the RGD sequence from fibronectin, and the YIGSR (SEQ ID NO:2) sequence from laminin. Preferably, adhesion sites are incorporated into the biomaterial by including a substrate domain that is crosslinkable to a matrix.
"Biologisk aktivitet" som generelt brukt heri betegner funksjonelle begivenheter mediert av et protein av interesse. I noen utforminger inkluderer dette hendelser assayet ved å måle interaksjonene til et polypeptid med et annet polypeptid. Det inkluderer også å assaye virkningen som proteinet av interesse har på cellevekst, differensiering, død, migrering, tilfesting, interaksjoner med andre proteiner, enzymatisk aktivitet, proteinfosforylering eller defosforylering, transkripsjon eller translasjon. "Biological activity" as generally used herein refers to functional events mediated by a protein of interest. In some embodiments, this includes events assayed by measuring the interactions of a polypeptide with another polypeptide. It also includes assaying the effect that the protein of interest has on cell growth, differentiation, death, migration, attachment, interactions with other proteins, enzymatic activity, protein phosphorylation or dephosphorylation, transcription or translation.
"Sensitivt biologisk molekyl" som generelt brukt heri betegner et molekyl som er funnet i en celle, eller i en kropp, eller som kan anvendes som et terapeutisk middel fra en celle eller en kropp, som kan reagere med andre molekyler i sitt nærvær. Eksempel på sensitive biologiske molekyler inkluderer men er ikke begrenset til peptider, proteiner, nukleinsyrer og legemidler. Biomaterialer kan fremstilles i nærvær av sensitive biologiske materialer, uten negativt å påvirke de sensitive biologiske materialene. "Sensitive biological molecule" as generally used herein denotes a molecule that is found in a cell, or in a body, or that can be used as a therapeutic agent from a cell or a body, that can react with other molecules in its presence. Examples of sensitive biological molecules include but are not limited to peptides, proteins, nucleic acids and drugs. Biomaterials can be produced in the presence of sensitive biological materials, without adversely affecting the sensitive biological materials.
"Regenerere" som generelt brukt heri betyr å vokse tilbake en del eller alt av noe, så som hardt vev, særlig ben. "Regenerate" as generally used herein means to grow back part or all of something, such as hard tissue, especially bone.
"Multifunksjonell" som generelt brukt heri betegner mer enn én elektrofil og/eller nukleofil funksjonell gruppe pr. molekyl (dvs. monomer, oligo- og polymer). "Multifunctional" as generally used herein denotes more than one electrophilic and/or nucleophilic functional group per molecule (ie monomer, oligo- and polymer).
"Selvselektiv reaksjon" som generelt brukt heri betyr at den første forløperkomponent i en sammensetning reagerer mye hurtigere med den andre forløperkomponent i sammensetningen og vice versa enn med andre forbindelser tilstede i en blanding eller på reaksjonsstedet. Som brukt heri bindes nukleofilen fortrinnsvis til en elektrofil og en elektrofil bindes fortrinnsvis til en sterk nukleofil heller enn til andre biologiske forbindelser. "Self-selective reaction" as generally used herein means that the first precursor component of a composition reacts much more rapidly with the second precursor component of the composition and vice versa than with other compounds present in a mixture or at the reaction site. As used herein, the nucleophile is preferably attached to an electrophile and an electrophile is preferably attached to a strong nucleophile rather than to other biological compounds.
"Tverrbinding" som generelt brukt heri betyr dannelsen av kovalente bindinger. Den kan imidlertid også betegne dannelsen av ikke-kovalente bindinger, så som ioniske bindinger, eller kombinasjoner av kovalente og ikke-kovalente bindinger. "Cross-linking" as generally used herein means the formation of covalent bonds. However, it can also denote the formation of non-covalent bonds, such as ionic bonds, or combinations of covalent and non-covalent bonds.
"Polymert nettverk" som generelt brukt heri betyr produktet av en fremgangsmåte i hvilken hovedsakelig alle monomerer, oligo- eller polymerer blir bundet ved intermolekylære kovalente bindinger gjennom deres tilgjengelige funksjonelle grupper for å resultere i et stort molekyl. "Polymeric network" as generally used herein means the product of a process in which substantially all monomers, oligo- or polymers are linked by intermolecular covalent bonds through their available functional groups to result in a large molecule.
"Fysiologisk" som generelt brukt heri betyr tilstander slik som de som blir funnet i levende vertebrater. Særlig betegner fysiologiske tilstander tilstandene i det menneskelige legemet, så som temperatur, pH, etc. Fysiologiske temperaturer betyr særlig temperaturområdet mellom 35°C til 42°C, fortrinnsvis rundt 37°C. "Physiological" as generally used herein means conditions such as those found in living vertebrates. In particular, physiological conditions denote the conditions of the human body, such as temperature, pH, etc. Physiological temperatures mean in particular the temperature range between 35°C to 42°C, preferably around 37°C.
"Tverrbindingstetthet" som generelt brukt heri betegner den gjennomsnittelige molekylvekt mellom to tverrbindinger (Mc) til de respektive molekyler. "Crosslink density" as generally used herein refers to the average molecular weight between two crosslinks (Mc) of the respective molecules.
"Ekvivalent vekt" som generelt brukt heri betegner mmol av funksjonell gruppe/g av stoffet. "Equivalent weight" as generally used herein denotes mmol of functional group/g of substance.
"Svelling" som generelt brukt heri betegner økning i volum og masse ved opptak av vann av biomaterialet. Betegnelsen "vannopptak" og "svelling" blir brukt synonymt i foreliggende søknad. "Swelling" as generally used herein denotes an increase in volume and mass due to absorption of water by the biomaterial. The terms "water absorption" and "swelling" are used synonymously in the present application.
"Likevektstilstand" som generelt brukt heri er den tilstanden i hvilken en hydrogel gjennomgår ingen masseøkning eller tap når det lagres under konstante betingelser i vann. "Equilibrium state" as generally used herein is the state in which a hydrogel undergoes no mass gain or loss when stored under constant conditions in water.
I. Matriser og PTH I. Matrices and PTH
A. Matriksmaterialer A. Matrix materials
Matriks blir dannet ved å tverrbinde ionisk, kovalent eller ved kombinasjoner derav forløpermolekyler til et polymert nettverk eller ved å svelle én eller flere polymere materialer, dvs. matriser, for å danne et polymert nettverk som har tilstrekkelig interpolymere rom til å tillate innvekst eller migrering inn i matriks av celler. Matrix is formed by cross-linking ionically, covalently or by combinations thereof precursor molecules into a polymeric network or by swelling one or more polymeric materials, i.e. matrices, to form a polymeric network having sufficient interpolymeric spaces to allow ingrowth or migration into in the matrix of cells.
I én utforming blir matriks dannet av proteiner, fortrinnsvis proteiner som er naturlig tilstede i pasienten inn i hvilken matriks skal implanteres. Et spesielt foretrukket matriksprotein er fibrin, skjønt matriser laget av andre proteiner, så som kollagen og gelatin kan også anvendes. Polysakkarider og glykoproteiner kan også anvendes til å danne matriks. Det er også mulig å anvende syntetiske polymerer som er tverrbindbare ved ionisk eller kovalent binding. In one design, the matrix is formed from proteins, preferably proteins that are naturally present in the patient into which the matrix is to be implanted. A particularly preferred matrix protein is fibrin, although matrices made from other proteins such as collagen and gelatin can also be used. Polysaccharides and glycoproteins can also be used to form a matrix. It is also possible to use synthetic polymers which can be cross-linked by ionic or covalent bonding.
Fibrinmatriser Fibrin matrices
Fibrin er et naturlig materiale som er blitt rapportert for flere biomedisinske anvendelser. Fibrin er blitt beskrevet som materialet for celleinnvekstmatriser i US patent nr. 6 331 422 (Hubbell et al.). Fibringeler er blitt brukt som forseglingsmidler på grunn av dets evne til å bindes til mange vev og dets naturlige rolle i sårheling. Noen spesifikke applikasjoner inkluderer anvendelse som et forseglingsmiddel for vaskulær transplantattilfesting, hjerteventiltilfesting, benposisjonering ved brudd og senereparasjon (Sierra, D.H., Journal of Biomaterials Applications, 7:309-352 (1993)). I tillegg er disse geler blitt brukt som legemiddelleveringsanordninger og for nevronal regenerering (Williams et al., Journal of Comparative Neurobiology, 264, 284-290 (1987)). Skjønt fibrin tilveiebringer en fast understøttelse for vevsregenerasjon og celleinnvekst er det noen aktive sekvenser i monomeren som direkte forsterker disse prosesser. Fibrin is a natural material that has been reported for several biomedical applications. Fibrin has been described as the material for cell growth matrices in US Patent No. 6,331,422 (Hubbell et al.). Fibrin gels have been used as sealants due to its ability to bind to many tissues and its natural role in wound healing. Some specific applications include use as a sealant for vascular graft attachment, heart valve attachment, fracture bone positioning, and tendon repair (Sierra, D.H., Journal of Biomaterials Applications, 7:309-352 (1993)). In addition, these gels have been used as drug delivery devices and for neuronal regeneration (Williams et al., Journal of Comparative Neurobiology, 264, 284-290 (1987)). Although fibrin provides a firm support for tissue regeneration and cell growth, there are some active sequences in the monomer that directly enhance these processes.
Fremgangsmåten med hvilke fibrinogen blir polymerisert til fibrin er også blittkarakterisert. Initielt spalter en protease det dimere fibrinogenmolekyl på to symmetriske seter. Det er flere mulige proteaser som kan spalte fibrinogen, inkludert trombin, reptilase og protease III, og hver av dem ødelegger proteinet på et forskjellig sete (Francis et al., Blood Cells, 19:291-307, 1993). Når fibrinogenet er spaltet skjer et cellepolymeriseringstrinn i hvilket fibrinogenmonomerene kommer sammen og danner en ikke-kovalent tverrbundet polymergel (Sierra, 1993). Denne selvmontasjen skjer fordi bindingsseter blir eksponert etter proteasespalting har skjedd. Når de er eksponert kan disse bindingsseter i senteret av molekylet bindes til andre seter på fibrogenkjedene, som er tilstede på endene av peptidkjedene (Stryer, L. In Biochemistry, W.H. Freeman & Company, NY, 1975). På denne måten blir et polymert nettverk dannet. Faktor XHIa, en transglutaminase aktivert fra faktor XIII ved trombinproteolyse kan deretter kovalent tverrbinde polymernettverket. Andre transglutaminaser eksisterer og kan også være involvert i kovalent tverrbinding og transplantering til fibrinnettverket. The process by which fibrinogen is polymerized to fibrin has also been characterized. Initially, a protease cleaves the dimeric fibrinogen molecule at two symmetrical sites. There are several possible proteases that can cleave fibrinogen, including thrombin, reptilase, and protease III, each of which destroys the protein at a different site (Francis et al., Blood Cells, 19:291-307, 1993). When the fibrinogen is cleaved, a cell polymerization step occurs in which the fibrinogen monomers come together and form a non-covalently cross-linked polymer gel (Sierra, 1993). This self-assembly occurs because binding sites are exposed after protease cleavage has occurred. When exposed, these binding sites in the center of the molecule can bind to other sites on the fibrogen chains, which are present on the ends of the peptide chains (Stryer, L. In Biochemistry, W.H. Freeman & Company, NY, 1975). In this way, a polymeric network is formed. Factor XHIa, a transglutaminase activated from factor XIII by thrombin proteolysis can then covalently cross-link the polymer network. Other transglutaminases exist and may also be involved in covalent cross-linking and grafting to the fibrin network.
Når en tverrbundet fibringel er dannet blir den påfølgende degradering tett kontrollert. En av nøkkelmolekylene i kontrollering av degradering av fibrin er a2-plasmininhibitor (Aoki, N., Progress in Cardiovascular Disease, 21: 267-286, 1979). Dette molekylet virker på tverrbinding til a-kjeden i fibrin gjennom virkning av faktor XHIa (Sakata, et al., Journal of Clinical Investigation, 65: 290-297, 1980). Ved å feste seg selv til gelen kan en høy konsentrasjon av inhibitor lokaliseres til gelen. Inhibitoren virker deretter ved å forhindre binding av plasminogen til fibrin (Aoki et al., Thrombosis and Haemostasis, 39:22-31, 1978) og inaktivere plasmin (Aoki, 1979). a2-plasmininhibitoren inneholder et glutaminsubstrat. Den eksakte sekvensen er blitt identifisert som NQEQVSPL (SEKV. ID nr. 12), hvor det første glutaminet er den aktive aminosyre for tverrbinding. Once a cross-linked fibrin gel is formed, subsequent degradation is tightly controlled. One of the key molecules in controlling the degradation of fibrin is α2-plasmin inhibitor (Aoki, N., Progress in Cardiovascular Disease, 21: 267-286, 1979). This molecule acts on cross-linking of the α-chain in fibrin through the action of factor XHIa (Sakata, et al., Journal of Clinical Investigation, 65: 290-297, 1980). By attaching itself to the gel, a high concentration of inhibitor can be localized to the gel. The inhibitor then acts by preventing the binding of plasminogen to fibrin (Aoki et al., Thrombosis and Haemostasis, 39:22-31, 1978) and inactivating plasmin (Aoki, 1979). The α2-plasmin inhibitor contains a glutamine substrate. The exact sequence has been identified as NQEQVSPL (SEQ ID NO: 12), where the first glutamine is the active amino acid for cross-linking.
Det har blitt vist at bidomenepeptider, som inneholder en faktor XHIa substratsekvens og en bioaktiv peptidsekvens kan tverrbindes inn i fibringeler og at dette bioaktive peptidet bibeholder sin cellulære aktivitet in vitro (Schense, J.C., et al. (1999) Bioconj. Chem. 10:75-81). It has been shown that bidomain peptides containing a factor XHIa substrate sequence and a bioactive peptide sequence can be cross-linked into fibrin gels and that this bioactive peptide retains its cellular activity in vitro (Schense, J.C., et al. (1999) Bioconj. Chem. 10: 75-81).
Syntetiske matriser Synthetic matrices
Tverrbindingsreaksjoner for dannelse av syntetiske matriser for anvendelse i kroppen inkluderer (i) fri radikal polymerisering mellom to eller flere forløpere som inneholder umettede dobbeltbindinger, som beskrevet i Hern et al., J. Biomed. Mater. Res. 39:266-276 (1998), (ii) nukleofil substitusjonsreaksjon så som f.eks. mellom en forløper som inkluderer en amingruppe og en forløper som inkluderer en suksinimidylgruppe som beskrevet i US patent nr. 5 874 500 til Rhee et al., (iii) kondensasjons- og tilsettingsreaksjoner og (iv) Michael-type tilsetningsreaksjon mellom en sterk nukleofil og en konjugert umettet gruppe eller binding (som en sterk elektrofil). Særlig foretrukket er reaksjonen mellom et forløpermolekyl som har en tiol eller amingruppe som den nukleofile gruppe og et forløpermolekyl inkludert akrylat eller vinylsulfongruppe som elektrofile grupper. Mest foretrukket som den nukleofile gruppe er tiolgruppen. Michael-type tilsetningsreaksjoner er beskrevet i WO 00/44808 (Hubbell et al.). Michael-type tilsetningsreaksjoner tillater in situ tverrbinding av minst en første og en andre forløperkomponent under fysiologiske betingelser på en selvselekterende måte, selv i nærvær av sensitive biologiske materialer. Når én av forløperkomponentene har en funksjonalitet av minst to, og minst én av de andre forløperkomponentene har en funksjonalitet større enn 2, vil systemet selvselektivt reagere til å danne et tverrbundet tredimensjonalt biomateriale. Crosslinking reactions to form synthetic matrices for use in the body include (i) free radical polymerization between two or more precursors containing unsaturated double bonds, as described in Hern et al., J. Biomed. Mater. Res. 39:266-276 (1998), (ii) nucleophilic substitution reaction such as e.g. between a precursor including an amine group and a precursor including a succinimidyl group as described in US Patent No. 5,874,500 to Rhee et al., (iii) condensation and addition reactions and (iv) Michael-type addition reaction between a strong nucleophile and a conjugated unsaturated group or bond (as a strong electrophile). Particularly preferred is the reaction between a precursor molecule having a thiol or amine group as the nucleophilic group and a precursor molecule including acrylate or vinyl sulfone group as electrophilic groups. Most preferred as the nucleophilic group is the thiol group. Michael-type addition reactions are described in WO 00/44808 (Hubbell et al.). Michael-type addition reactions allow in situ cross-linking of at least one first and one second precursor component under physiological conditions in a self-selective manner, even in the presence of sensitive biological materials. When one of the precursor components has a functionality of at least two, and at least one of the other precursor components has a functionality greater than 2, the system will self-selectively react to form a cross-linked three-dimensional biomaterial.
Fortrinnsvis er de konjugerte umettede gruppene eller konjugerte umettede bindingene akrylater, vinylsulfoner, metakrylater, akrylamider, metakrylamider, akrylonitriler, vinylsulfoner, 2- eller 4-vinylpyridinium, maleimider eller kinoner. Preferably, the conjugated unsaturated groups or conjugated unsaturated bonds are acrylates, vinylsulfones, methacrylates, acrylamides, methacrylamides, acrylonitriles, vinylsulfones, 2- or 4-vinylpyridinium, maleimides or quinones.
De nukleofile grupper er fortrinnsvis tiolgrupper, aminogrupper eller hydroksylgrupper. Tiolgrupper er hovedsakelig mer reaktive enn uprotonerte amingrupper. Som tidligere angitt er pH en viktig verdi i foreliggende vurdering: den deprotonerte tiol er hovedsakelig mer reaktiv enn den protonerte tiol. Derfor, tilsetningsreaksjoner som involverer en konjugert umettethet, så som et akrylat eller kinon, med en tiol for å konvertere to forløperkomponenter i en matriks vil ofte best utføres hurtigst og selvselekterende ved en pH på ca. 8. Ved pH på ca. 8 er de fleste tioler av interesse deprotonerte, (og således mer reaktive) og de fleste aminene av interesse er fremdeles protonerte (og således mindre reaktive). Når en tiol blir brukt som første forløpermolekyl er en konjugatstruktur som er selektiv i sin reaktivitet for tiolene relativt til aminer meget ønskverdig. The nucleophilic groups are preferably thiol groups, amino groups or hydroxyl groups. Thiol groups are mainly more reactive than unprotonated amine groups. As previously indicated, pH is an important value in the present assessment: the deprotonated thiol is mainly more reactive than the protonated thiol. Therefore, addition reactions involving a conjugated unsaturation, such as an acrylate or quinone, with a thiol to convert two precursor components in a matrix will often be best performed most rapidly and self-selectively at a pH of about 8. At a pH of approx. 8, most thiols of interest are deprotonated (and thus more reactive) and most amines of interest are still protonated (and thus less reactive). When a thiol is used as the first precursor molecule, a conjugate structure that is selective in its reactivity for the thiols relative to amines is highly desirable.
Egnede første og andre forløpermolekyler inkluderer proteiner, peptider, polyoksyalkylener, poly(vinylalkohol), poly(etylen-ko-vinylalkohol), poly(akrylsyre), poly(etylen-ko-akrylsyre), poly(etyloksazolin), poly(vinylpyrrolidon), poly(etylen-ko-vinylpyrrolidon), poly(maleinsyre), poly(etylen-ko-maleinsyre), poly(akrylamid), og poly(etylenoksid)-ko-poly(propylenoksid)-blokkopolymerer. Et spesielt foretrukket forløpermolekyl er polyetylenglykol. Suitable first and second precursor molecules include proteins, peptides, polyoxyalkylenes, poly(vinyl alcohol), poly(ethylene-co-vinyl alcohol), poly(acrylic acid), poly(ethylene-co-acrylic acid), poly(ethyloxazoline), poly(vinylpyrrolidone), poly(ethylene-co-vinylpyrrolidone), poly(maleic acid), poly(ethylene-co-maleic acid), poly(acrylamide), and poly(ethylene oxide)-co-poly(propylene oxide) block copolymers. A particularly preferred precursor molecule is polyethylene glycol.
Polyetylenglykol (PEG) tilveiebringer en egnet byggeblokk. Man kan lett kjøpe eller syntetisere lineære (med det menes med to ender) eller grenede (med det menes mer enn to ender) PEG og deretter funksjonalisere PEG-endegrupper til å innføre enten en sterk nukleofil, så som en tiol, eller en konjugert struktur, så som et akrylat eller et vinylsulfon. Når disse komponentene enten blandes med hverandre eller med en tilsvarende komponent i en lett basisk omgivelse, vil en matriks dannes ved reaksjon mellom første og andre forløperkomponent. En PEG-komponent som kan omsettes med en ikke-PEG-komponent, og molekylvekten eller hydrofilisiteten til hver forbindelse kan kontrolleres for å manipulere de mekaniske egenskaper, permeabilitet og vanninnhold til det resulterende biomaterialet. Polyethylene glycol (PEG) provides a suitable building block. One can easily purchase or synthesize linear (by which is meant two ends) or branched (by which is meant more than two ends) PEG and then functionalize PEG end groups to introduce either a strong nucleophile, such as a thiol, or a conjugated structure , such as an acrylate or a vinyl sulfone. When these components are either mixed with each other or with a corresponding component in a slightly basic environment, a matrix will be formed by reaction between the first and second precursor components. A PEG component can be reacted with a non-PEG component, and the molecular weight or hydrophilicity of each compound can be controlled to manipulate the mechanical properties, permeability and water content of the resulting biomaterial.
Disse materialene er generelt nyttige i medisinske implantater, som beskrevet i mer detalj nedenfor. Ved dannelsen av matriser, spesielt matriser som er ønskelig å degraderes in vivo, tilveiebringer peptider en meget egnet byggeblokk. Det er enkelt å syntetisere peptider som inneholder to eller flere cysteinresiduer og denne komponent kan deretter lett tjene som den første forløperkomponent med nukleofile grupper. F.eks. vil et peptid med to fri cysteinresiduer lett danne en matriks når det blandes med en PEG-tri-vinylsulfon (en PEG som har tre armer med vinylsulfoner på hver av dets armer) ved fysiologisk eller lett høyere pH (f.eks. 8-9). Gelateringen kan også fortsette godt ved til og med høyere pH, men med den potensielle bekostning av selvselektivitet. Når de to flytende forløperkomponentene blandes sammen, reagerer de over en periode på noen minutter til å danne en elastisk gel, som består av et nettverk av PEG-kjeder, som bærer knutene til nettverket med peptidene som forbindende koblinger. Peptidene kan selekteres som proteasesubstrater, slik at det dannes et nettverk som er i stand til å bli infiltrert og degradert av celler, som det er gjort i et proteinbasert nettverk, så som i en fibrinmatriks. Fortrinnsvis er sekvensene i domenene substrater for enzymene som er involvert i cellemigrering (f.eks. som substratet for enzymer så som kollagenase, plasmin, metalloproteinase (MMP) eller elastase), skjønt egnede domener skal ikke være begrenset til disse sekvenser. En spesiell nyttig sekvens er et substrat for enzymet plasmin (se eksempler). Degraderingsegenskaper til gelene kan manipuleres ved å forandre detaljene i peptidet som tjener som tverrbindingsknuter. Man kan lage en gel som er degraderbar ved kollagenase, men ikke plasmin, eller ved plasmin men ikke kollagenase. Videre er det mulig å gjøre at gelen degraderer hurtigere eller langsommere i respons til et slikt enzym, ganske enkelt ved å forandre aminosyresekvensen slik at Km eller kcat, eller begge i den enzymatiske reaksjonen forandres. Man kan således lage et biomateriale som er biomimetisk, ved at det er i stand til å bli gjenoppbygd med de normale gjenoppbyggingsegenskapene til cellene. F.eks. viser et slikt studie substratsteder for den viktige proteaseplasmin. Gelatering av PEG med peptidet er selvselekterende. These materials are generally useful in medical implants, as described in more detail below. In the formation of matrices, especially matrices that are desirable to be degraded in vivo, peptides provide a very suitable building block. It is easy to synthesize peptides containing two or more cysteine residues and this component can then easily serve as the first precursor component with nucleophilic groups. E.g. will a peptide with two free cysteine residues readily form a matrix when mixed with a PEG-tri-vinyl sulfone (a PEG that has three arms with vinyl sulfones on each of its arms) at physiological or slightly higher pH (e.g. 8-9 ). Gelation can also proceed well at even higher pH, but at the potential cost of self-selectivity. When the two liquid precursor components are mixed together, they react over a period of a few minutes to form an elastic gel, which consists of a network of PEG chains, which carry the knots of the network with the peptides as connecting links. The peptides can be selected as protease substrates, so that a network is formed that is capable of being infiltrated and degraded by cells, as is done in a protein-based network, such as in a fibrin matrix. Preferably, the sequences in the domains are substrates for the enzymes involved in cell migration (eg as the substrate for enzymes such as collagenase, plasmin, metalloproteinase (MMP) or elastase), although suitable domains should not be limited to these sequences. A particularly useful sequence is a substrate for the enzyme plasmin (see examples). Degradation properties of the gels can be manipulated by changing the details of the peptide that serve as cross-linking nodes. You can make a gel that is degradable by collagenase but not plasmin, or by plasmin but not collagenase. Furthermore, it is possible to make the gel degrade faster or slower in response to such an enzyme, simply by changing the amino acid sequence so that Km or kcat, or both in the enzymatic reaction are changed. One can thus create a biomaterial that is biomimetic, in that it is capable of being rebuilt with the normal rebuilding properties of the cells. E.g. Such a study shows substrate sites for the important protease plasmin. Gelation of PEG with the peptide is self-selective.
Eventuelt kan biofunksjonelle midler inkorporeres i matriks for å tilveiebringe kjemisk binding til andre arter (f.eks. vevsoverflate). Å ha proteasesubstrater inkorporert i matriks er viktig når matriks blir dannet fra PEG-vinylsulfon. Utover matriser dannet fra reaksjonen av PEG-akrylater og PEG-tioler, inneholder matriser dannet fra PEG-vinylsulfoner og PEG-tioler ikke hydrolytisk degraderbare bindinger. Derfor tillater inkorporering av proteasesubstrater matriks å degradere i kroppen. Optionally, biofunctional agents can be incorporated into the matrix to provide chemical binding to other species (eg tissue surface). Having protease substrates incorporated into the matrix is important when the matrix is formed from PEG-vinyl sulfone. In addition to matrices formed from the reaction of PEG acrylates and PEG thiols, matrices formed from PEG vinyl sulfones and PEG thiols do not contain hydrolytically degradable bonds. Therefore, incorporation of protease substrates allows the matrix to degrade in the body.
De syntetiske matriser er operasjonelt enkelt å danne. To flytende forløpere blir blandet; én forløper inneholder et forløpermolekyl med nukleofile grupper og den andre forløpermolekyl inneholder de elektrofile grupper. Fysiologisk saltoppløsning kan tjene som oppløsningsmiddel. Minimal varme blir dannet ved reaksjonen. Derfor kan gelateringen utføres in vivo eller in vitro, i direkte kontakt med vev, uten uheldig toksisitet. Således kan polymerer andre enn PEG anvendes, enten telegeletisk modifisert eller modifisert på sine sidegrupper. The synthetic matrices are operationally easy to form. Two liquid precursors are mixed; one precursor contains a precursor molecule with nucleophilic groups and the other precursor molecule contains the electrophilic groups. Physiological saline can serve as a solvent. Minimal heat is generated by the reaction. Therefore, the gelation can be carried out in vivo or in vitro, in direct contact with tissue, without adverse toxicity. Thus, polymers other than PEG can be used, either telegeletically modified or modified on their side groups.
For de fleste tilhelingsindikasjoner er hastigheten av celleinnvekst eller migrering av celler inn i matriks i kombinasjon med en tilpasset degraderingshastighet av matriks essensiell for den totale tilhelingsrespons. Potensialet til hydrolytiske ikke-degraderbare matriser til å bli invadert av celler er primært en funksjon av nettverkstetthet. Hvis det eksisterende rom mellom grenpunktene eller knutene er altfor små i forhold til størrelsen av cellene eller hvis hastigheten av matriksdegardering, som resulterer i at det dannes mer rom i matriks, er altfor langsom, vil en meget begrenset tilhelingsrespons observeres. Tilhelingsmatriser funnet i naturen, så som f.eks. fibrinmatriser, som blir dannet som en respons på skade i kroppen er kjent for å bestå av et meget løst nettverk som lett kan invaderes av celler. Infiltrasjonen blir promotert av ligander for celleadhesjon som er en integrert del av fibrinnettverket. For most healing indications, the rate of cell ingrowth or migration of cells into the matrix in combination with an appropriate degradation rate of the matrix is essential to the overall healing response. The potential of hydrolytic non-degradable matrices to be invaded by cells is primarily a function of network density. If the existing space between the branch points or nodes is too small in relation to the size of the cells or if the rate of matrix degradation, which results in the formation of more space in the matrix, is too slow, a very limited healing response will be observed. Healing matrices found in nature, such as e.g. fibrin matrices, which are formed as a response to injury in the body, are known to consist of a very loose network that can be easily invaded by cells. The infiltration is promoted by ligands for cell adhesion which are an integral part of the fibrin network.
Matriser fremstilt fra syntetiske hydrofile forløpermolekyler, så som polyetylenglykol, sveller i vandige omgivelser etter dannelse av det polymere nettverk. For å oppnå en tilstrekkelig kort geleringstid (mellom 3 og 10 min. ved en pH på mellom 7 og 8 og en temperatur i området 36-38°C) og kvantitativ reaksjon under in situ dannelse av matriks i kroppen, må startkonsentrasjonen av forløpermolekylene være tilstrekkelig høy. Under slike betingelser vil svelling etter nettverksdannelse ikke finne sted, og de nødvendige utgangskonsentrasjoner ville føre til matriser som var altfor tette for celleinfiltrasjon når matriks ikke er degraderbar i vandige omgivelser. Således er svelling av det polymere nettverk viktig for å forstørre og utvide rommet mellom grenpunktene. Matrices prepared from synthetic hydrophilic precursor molecules, such as polyethylene glycol, swell in aqueous environments after formation of the polymeric network. In order to achieve a sufficiently short gelation time (between 3 and 10 min. at a pH of between 7 and 8 and a temperature in the range 36-38°C) and quantitative reaction during in situ matrix formation in the body, the initial concentration of the precursor molecules must be sufficiently high. Under such conditions, swelling after network formation would not take place, and the required starting concentrations would lead to matrices that were far too dense for cell infiltration when the matrix is not degradable in an aqueous environment. Thus, swelling of the polymeric network is important to enlarge and expand the space between the branch points.
Uten hensyn til startkonsentrasjonene av forløpermolekylene sveller hydrogeler laget fra de samme syntetiske forløpermolekyler, så som en firearmet PEG-vinylsulfon og et peptid med SH-grupper, til samme vanninnhold i likevektstilstand. Dette betyr at desto høyere startkonsentrasjonen til forløpermolekylet er, jo høyere er endevolumet til hydrogelen når den når likevektstilstanden. Hvis rommet tilgjengelig i kroppen er altfor lite for å tillate tilstrekkelig svelling og spesielt hvis bindingen dannet fra forløperkomponentene ikke er hydrolytisk degraderbare, vil hastigheten av celleinfiltrasjon og tilhelingsresponsen reduseres. Som en konsekvens må det optimale mellom to motsatte krav for anvendelse i kroppen finnes. God celleinfiltrasjon og påfølgende tilhelende responser er blitt observert med et tredimensjonalt polymert nettverk dannet fra reaksjonen av en trifunksjonell forgrenet polymer med minst tre armer hovedsakelig like i molekylvekt og et andre forløpermolekyl som er minst et bifunksjonelt molekyl. Forholdet mellom ekvivalent vekt av de funksjonelle grupper til første og andre forløpermolekyler er mellom 0,9 og 1,1. Molekylvektene til armene i det første forløpermolekyl, molekylvekten til den andre forløpermolekyl og funksjonaliteten til forgreningspunktene er valgt slik at vanninnholdet i det resulterende polymere nettverk er mellom likevektprosent og 92 vekt% av den totale vekt av det polymere nettverk etter at vannopptaket er avsluttet. Avslutning av vannopptak kan oppnås enten når likevektskonsentrasjonen er nådd eller når rommet tilgjengelig i biomaterialet ikke tillater ytterligere volumøkning. Det er derfor foretrukket å velge startkonsentrasjoner for forløperkomponentene å være så lave som mulig. Dette er viktig for alle svellbare matriser men særlig for de matriser som gjennomgår cellemediert degradering og ikke inneholder hydrolytisk degraderbare koblinger i det polymere nettverk. Regardless of the initial concentrations of the precursor molecules, hydrogels made from the same synthetic precursor molecules, such as a four-armed PEG-vinylsulfone and a peptide with SH groups, swell to the same water content in the equilibrium state. This means that the higher the initial concentration of the precursor molecule, the higher the final volume of the hydrogel when it reaches the equilibrium state. If the space available in the body is far too small to allow sufficient swelling and especially if the bond formed from the precursor components is not hydrolytically degradable, the rate of cell infiltration and the healing response will be reduced. As a consequence, the optimum between two opposing requirements for application in the body must be found. Good cell infiltration and subsequent healing responses have been observed with a three-dimensional polymeric network formed from the reaction of a trifunctional branched polymer with at least three arms substantially equal in molecular weight and a second precursor molecule that is at least a bifunctional molecule. The ratio between the equivalent weight of the functional groups of the first and second precursor molecules is between 0.9 and 1.1. The molecular weights of the arms of the first precursor molecule, the molecular weight of the second precursor molecule and the functionality of the branching points are chosen so that the water content of the resulting polymeric network is between the equilibrium percentage and 92% by weight of the total weight of the polymeric network after the water uptake has ended. Termination of water uptake can be achieved either when the equilibrium concentration is reached or when the space available in the biomaterial does not allow further volume increase. It is therefore preferred to choose starting concentrations for the precursor components to be as low as possible. This is important for all swellable matrices, but especially for those matrices which undergo cell-mediated degradation and do not contain hydrolytically degradable links in the polymeric network.
Balansen mellom geleringstid og lav startkonsentrasjon særlig for hydrolytisk ikke-degraderbare geler vil optimaliseres basert på strukturen av forløpermolekylene. Spesielt må molekylvekten til armene til første forløpermolekyl, molekylvekten til andre forløpermolekyl og graden av forgrening, dvs. funksjonaliteten til forgreningspunktene, justeres tilsvarende. Den virkelige reaksjonsmekanismen har liten innflytelse på dette mellomspill. The balance between gelation time and low initial concentration, especially for hydrolytically non-degradable gels, will be optimized based on the structure of the precursor molecules. In particular, the molecular weight of the arms of the first precursor molecule, the molecular weight of the second precursor molecule and the degree of branching, i.e. the functionality of the branching points, must be adjusted accordingly. The real reaction mechanism has little influence on this interlude.
Hvis det første forløpermolekyl er en tre- eller firearmet polymer med en funksjonell gruppe i enden av hver arm og hvis det andre forløpermolekyl er et lineært bifunksjonelt molekyl, fortrinnsvis et peptid som inneholder minst to cysteingrupper, da er molekylvekten til armene til det første forløpermolekyl og molekylvekten til det andre forløpermolekyl fortrinnsvis valgt slik at koblingene mellom grenpunktene etter dannelse av nettverket har en molekylvekt i området på mellom 10 og 13 kD (under de betingelser at koblingene er lineære, ikke grenede), fortrinnsvis mellom 11 og 12 kD. Dette tillater en utgangskonsentrasjon på summen av første og andre forløpermolekyl et område på mellom 8-12 vekt%, fortrinnsvis mellom 9 og 10 vekt% av den totale vekten til første og andre forløpermolekyl i løsning (før nettverkdannelse). I tilfelle at forgreningsgraden til første forløpermolekyl blir øket til 8 og det andre forløpermolekyl fremdeles er et lineært bifunksjonelt molekyl, blir molekylvekten til bindingen mellom grenpunktene fortrinnsvis øket til en molekylvekt på mellom 18 og 24 kDa. I det tilfellet av forgreningsgraden til andre forløpermolekyl blir øket fra lineær til en tre- eller firearmet forløperkomponent øker molekylvekten, dvs. lengden av bindingene, tilsvarende. I en foretrukket utforming av foreliggende oppfinnelse blir det valgt en sammensetning som inkluderer som det første forløpermolekyl en trifunksjonell trearmet 15 kD polymer, dvs. hver arm har en molekylvekt på 5 kD, og som det andre forløpermolekyl et bifunksjonelt lineært molekyl med en molekylvekt i området fra mellom 0,5-1,5 kD, mer fortrinnsvis rundt 1 kD. Fortrinnsvis er den første og den andre forløperkomponent et polyetylenglykol. If the first precursor molecule is a three- or four-armed polymer with a functional group at the end of each arm and if the second precursor molecule is a linear bifunctional molecule, preferably a peptide containing at least two cysteine groups, then the molecular weight of the arms of the first precursor molecule is and the molecular weight of the second precursor molecule preferably chosen so that the links between the branch points after formation of the network have a molecular weight in the range of between 10 and 13 kD (under the conditions that the links are linear, not branched), preferably between 11 and 12 kD. This allows an initial concentration of the sum of the first and second precursor molecules in a range of between 8-12% by weight, preferably between 9 and 10% by weight of the total weight of the first and second precursor molecules in solution (before network formation). In the event that the degree of branching of the first precursor molecule is increased to 8 and the second precursor molecule is still a linear bifunctional molecule, the molecular weight of the bond between the branch points is preferably increased to a molecular weight of between 18 and 24 kDa. In the case of the degree of branching of the second precursor molecule being increased from linear to a three- or four-armed precursor component, the molecular weight, i.e. the length of the bonds, increases accordingly. In a preferred embodiment of the present invention, a composition is chosen which includes as the first precursor molecule a trifunctional three-armed 15 kD polymer, i.e. each arm has a molecular weight of 5 kD, and as the second precursor molecule a bifunctional linear molecule with a molecular weight in the range from between 0.5-1.5 kD, more preferably around 1 kD. Preferably, the first and second precursor components are a polyethylene glycol.
I en foretrukket utforming inkluderer første forløperkomponent som funksjonelle grupper konjugerte umettede grupper eller bindinger, mest foretrukket et akrylat eller en vinylsulfon og de funksjonelle grupper til andre forløpermolekyl inkluderer en nukleofil gruppe, fortrinnsvis en tiol eller aminogrupper. I en annen foretrukket utforming av foreliggende oppfinnelse er første forløpermolekyl en firearmet 20 kD In a preferred embodiment, the first precursor component includes as functional groups conjugated unsaturated groups or bonds, most preferably an acrylate or a vinyl sulfone and the functional groups of the second precursor molecule include a nucleophilic group, preferably a thiol or amino groups. In another preferred embodiment of the present invention, the first precursor molecule is a four-armed 20 kD
(hver arm en molekylvekt på 5 kDa) polymer som har funksjonelle grupper ved avslutning av hver arm og det andre forløpermolekyl er et bifunksjonelt lineært molekyl med en molekylvekt i området fra mellom 1-3 kD, fortrinnsvis mellom 1,5 og 2 kD. Fortrinnsvis er første forløpermolekyl et polyetylenglykol som har vinylsulfongrupper og det andre forløpermolekyl er et peptid som har cysteingrupper. I begge foretrukne utforminger varierer startkonsentrasjonen av summen av første og andre forløpermolekyl fra 8-11 vekt%, fortrinnsvis mellom 9 og 10 vekt% av totalvekten av første og andre forløpermolekyl og vann (før dannelsen av polymere nettverk), fortrinnsvis mellom 5 og 8 vekt% for å oppnå en geleringstid på under 10 min. Disse sammensetningene har en geleringstid ved pH 8,0 og 37°C på ca. 3-10 min. etter blanding. (each arm a molecular weight of 5 kDa) polymer which has functional groups at the end of each arm and the second precursor molecule is a bifunctional linear molecule with a molecular weight in the range of between 1-3 kD, preferably between 1.5 and 2 kD. Preferably, the first precursor molecule is a polyethylene glycol having vinyl sulfone groups and the second precursor molecule is a peptide having cysteine groups. In both preferred embodiments, the initial concentration of the sum of the first and second precursor molecules varies from 8-11% by weight, preferably between 9 and 10% by weight of the total weight of the first and second precursor molecules and water (before the formation of polymeric networks), preferably between 5 and 8% by weight % to achieve a gelation time of less than 10 min. These compositions have a gelation time at pH 8.0 and 37°C of approx. 3-10 min. after mixing.
Når matriks inneholder hydrolytisk degraderbare koblinger, dannet f.eks. ved de foretrukne reaksjoner mellom akrylater og tioler, er nettverktstetthet med hensyn på celleinfiltrasjon spesielt viktig i begynnelsen, men i vandige omgivelser vil koblingene hydrolyseres og nettverket vil bli løsere, for å tillate celleinfiltrasjon. Med en økning i den totale forgreningsgrad til det polymere nettverk må molekylvekten til mellomkoblingene, dvs. lengden av koblingene øke. When the matrix contains hydrolytically degradable links, formed e.g. in the preferred reactions between acrylates and thiols, network density with respect to cell infiltration is particularly important initially, but in aqueous environments the linkages will hydrolyze and the network will become looser, to allow cell infiltration. With an increase in the total degree of branching of the polymeric network, the molecular weight of the intermediate links, i.e. the length of the links, must increase.
B. Celletilfestingssteder B. Cell attachment sites
Celler interagerer med sine omgivelser gjennom protein-protein, protein-oligosakkarid og protein-polysakkaridinteraksjoner på celleoverflaten. Ekstracellulære matriksproteiner tilveiebringer en vert med bioaktive signaler til cellen. Dette tette nettverk er nødvendig for å undersøtte cellene; og mange proteiner i matriks er blitt vist å kontrollere celleadhesjon, spredning, migrering og differensiering (Carey, Annual Review of Physiology, 53:161-177, 1991). Noen av de spesifikke proteiner som har blitt vist å være spesielt aktive inkluderer laminin, vitronektin, fibronektin, fibrin, fibrinogen og kollagen (Lander, Journal of Trends in Neurological Science, 12:189-195, 1989). Mange studier av laminin er blitt utført og det er blitt vist at laminin spiller en vital rolle i utviklingen og regenerasjon av nerver in vivo og i nerveceller in vitro (Williams, Neurochemical Research, 12:851-869, 1987), så vel som i angiogenese. Cells interact with their environment through protein-protein, protein-oligosaccharide and protein-polysaccharide interactions on the cell surface. Extracellular matrix proteins provide a host with bioactive signals to the cell. This dense network is necessary to subdivide the cells; and many matrix proteins have been shown to control cell adhesion, proliferation, migration and differentiation (Carey, Annual Review of Physiology, 53:161-177, 1991). Some of the specific proteins that have been shown to be particularly active include laminin, vitronectin, fibronectin, fibrin, fibrinogen and collagen (Lander, Journal of Trends in Neurological Science, 12:189-195, 1989). Many studies of laminin have been carried out and it has been shown that laminin plays a vital role in the development and regeneration of nerves in vivo and in neurons in vitro (Williams, Neurochemical Research, 12:851-869, 1987), as well as in angiogenesis.
Noen av de spesifikke sekvensene som direkte interagerer med cellulære reseptorer og forårsaker enten adhesjon, spredning eller signaltransduksjon er blitt identifisert. Some of the specific sequences that directly interact with cellular receptors and cause either adhesion, spreading or signal transduction have been identified.
Laminin, et stort multidomeneprotein (Martin, Annual Review of Cellular Biology, 3:57-85, 1987) er blitt vist å bestå av tre kjeder med flere reseptorbindende domener. Disse reseptorbindende domenene inkluderer YIGSR (SEKV. ID nr. 2) sekvensen til laminin Bl-kjede (Graf et al., Cell, 48:989-996, 1987; Kleineman et al., Archives of Biochemistry andBiophysics, 272:39-45, 1989; og Massia et al., J. of Biol. Chem., 268:8053-8059, 1993), LRGDN (SEKV. ID nr. 3) til laminin A-kjede (Ignatius et al.,./, of Cell Biology, 111:709-720, 1990) og PDGSR (SEKV. ID nr. 4) til laminin Bl-kjede (Kleinman et al., 1989). Flere andre gjenkjennelsessekvenser for celler er også blitt identifisert. Disse inkluderer IKVAV (SEKV. ID nr. 5) til laminin A-kjeden (Tashiro, et al., J. of Biol. Chem., 264:16174-16182, 1989) og sekvensen RNIAEIIKDI (SEKV. ID nr. 6) til laminin B2-kjeden (Liesi, et al., FEBS Letters, 244:141-148, 1989). Reseptorene som bindes til disse spesifikke sekvensene er også ofte blitt identifisert. Et undersett av cellulære reseptorer som har vist seg å være ansvarlig for mye av bindingen er integrinsuperfamilien (Rouslahti, E., J. of Clin. Investigation, 87:1-5, 1991). Integriner er protein heterodimerer som består av a- og P-underenheter. Tidligere arbeid har vist at tripeptidet RGD bindes til flere pi og P3 integriner (Hynes, R.O., Cell, 69:1-25, 1992; Yamada, KM., J. of Biol. Chem., 266:12809-12812, 1991), IKVAV (SEKV. ID nr. 5) bindes til en 110 kDa reseptor (Tashiro, et al., J. of Biol. Chem., 264: 16174-16182, 1989); Luckenbill-Edds, et al., Cell Tissue Research, 279:371-377, 1995), YIGSR (SEKV. ID nr. 2) bindes til en 67 kDa reseptor (Graf, et al., 1987) og DGEA (SEKV. ID nr. 7), en kollagensekvens bindes til a2, Pi integrin (Zutter & Santaro, Amer. J. ofPathology, 137:113-120, 1990). Reseptoren for RNIAEIIKDI (SEKV. ID nr. 6) sekvensen er ikke blitt rapportert. Laminin, a large multidomain protein (Martin, Annual Review of Cellular Biology, 3:57-85, 1987) has been shown to consist of three chains with multiple receptor binding domains. These receptor binding domains include the YIGSR (SEQ ID NO:2) sequence of laminin B1 chain (Graf et al., Cell, 48:989-996, 1987; Kleineman et al., Archives of Biochemistry andBiophysics, 272:39-45 , 1989; and Massia et al., J. of Biol. Chem., 268:8053-8059, 1993), LRGDN (SEQ ID NO: 3) to laminin A chain (Ignatius et al.,./, of Cell Biology, 111:709-720, 1990) and PDGSR (SEQ ID NO: 4) to laminin B1 chain (Kleinman et al., 1989). Several other recognition sequences for cells have also been identified. These include IKVAV (SEQ ID NO: 5) of the laminin A chain (Tashiro, et al., J. of Biol. Chem., 264:16174-16182, 1989) and the sequence RNIAEIIKDI (SEQ ID NO: 6) to the laminin B2 chain (Liesi, et al., FEBS Letters, 244:141-148, 1989). The receptors that bind to these specific sequences have also often been identified. A subset of cellular receptors that has been shown to be responsible for much of the binding is the integrin superfamily (Rouslahti, E., J. of Clin. Investigation, 87:1-5, 1991). Integrins are protein heterodimers consisting of α and β subunits. Previous work has shown that the tripeptide RGD binds to several pi and P3 integrins (Hynes, R.O., Cell, 69:1-25, 1992; Yamada, KM., J. of Biol. Chem., 266:12809-12812, 1991) , IKVAV (SEQ ID NO: 5) binds to a 110 kDa receptor (Tashiro, et al., J. of Biol. Chem., 264: 16174-16182, 1989); Luckenbill-Edds, et al., Cell Tissue Research, 279:371-377, 1995), YIGSR (SEQ ID NO: 2) binds to a 67 kDa receptor (Graf, et al., 1987) and DGEA (SEQ ID NO: 2) ID No. 7), a collagen sequence binds to α2, Pi integrin (Zutter & Santaro, Amer. J. of Pathology, 137:113-120, 1990). The receptor for the RNIAEIIKDI (SEQ ID NO: 6) sequence has not been reported.
I en ytterligere foretrukket utforming er peptidsetene for celleadhesjon inkorporert i matriks, nemlig peptidene som bindes til adhesjonspromoterende reseptorer på celleoverflatene i biomaterialene til foreliggende oppfinnelse. Slike adhesjonspromoterende peptider kan velges fra gruppen som beskrevet ovenfor. Særlig foretrukket er RGD-sekvensen fra fibronektin, YIGSR (SEKV. ID nr 2) sekvensen fra laminin. Inkorporering av celletilfestingsseter er en spesielt foretrukket utforming med syntetiske matriser, men kan også inkluderes med noen av de naturlige matrisene. Inkorporeringen kan foretas f.eks. enkelt ved å blande et cysteininneholdende celletilfestingspeptid med forløpermolekylet inkludert den konjugerte umettede gruppe, så som PEG-akrylat, PEG-akrylamid eller PEG-vinylsulfon noen minutter før blanding med den gjenværende forløperkomponent som inkluderer den nukleofile gruppe, så som en tiolinneholdende forløperkomponent. Hvis celletilfestingssetet ikke inkluderer et cystein kan det kjemisk syntetiseres til å inkludere et. Under dette første trinn vil det adhesjonspromoterende peptid bli inkorporert i én ende av forløperen flertalls funksjonalisert med en konjugert umettethet; når det gjenværende multitiol blir tilsatt systemet vil det dannes et tverrbundet nettverk. En annen viktig implikasjon av den måten som nettverket blir fremstilt her, er effektiviteten av inkorporering av pendante bioaktive ligander så som adhesjonssignaler. Dette trinn må være kvantitativt siden f.eks. ubundne ligander (f.eks. adhesjonsseter) kunne inhibere interaksjonen av celler med matriks. Som beskrevet senere er derivatisering av forløperen med slike pedante oligopeptider utført i et første trinn i støkiometrisk stort overskudd (minimum: 40-ganger) av flerarmede elektrofile forløpere over tioler og er derfor definitivt kvantitative. Bortsett fra å forhindre uønsket inhibisjon er denne gjennomføring biologisk enda mer signifikant: celleadferd er ekstremt sensitiv til små forandringer i ligandtettheter og presis kunnskap om inkorporerte ligander hjelper å konstruere og forstå cellematriksinteraksjoner. Som oppsummering har konsentrasjon av adhesjonsseter kovalent bundet i matriksen signifikant innflytelse på graden av celleinfiltrasjon. F.eks. for en gitt hydrogel kan et RGD-konsentrasjonsområde inkorporeres i matriks som understøtter celleinnvekst og cellemigrering på en optimal måte. Det optimale konsentrasjonsområdet for adhesjonsseter så som RGD er mellom 0,04 og 0,05 mM og enda mer fortrinnsvis 0,05 mM spesielt for en matriks som har et vanninnhold mellom likevektskonsentrasjon og 92 vekt% etter avslutning av vannopptak. In a further preferred design, the peptide sites for cell adhesion are incorporated in the matrix, namely the peptides that bind to adhesion-promoting receptors on the cell surfaces in the biomaterials of the present invention. Such adhesion-promoting peptides can be selected from the group as described above. Particularly preferred is the RGD sequence from fibronectin, the YIGSR (SEQ ID NO: 2) sequence from laminin. Incorporation of cell attachment sites is a particularly preferred design with synthetic matrices, but may also be included with some of the natural matrices. The incorporation can be done e.g. simply by mixing a cysteine-containing cell attachment peptide with the precursor molecule including the conjugated unsaturated group, such as PEG-acrylate, PEG-acrylamide, or PEG-vinylsulfone a few minutes before mixing with the remaining precursor component that includes the nucleophilic group, such as a thioline-containing precursor component. If the cell attachment site does not include a cysteine it can be chemically synthesized to include one. During this first step, the adhesion-promoting peptide will be incorporated at one end of the precursor mostly functionalized with a conjugated unsaturation; when the remaining multithiol is added to the system, a cross-linked network will form. Another important implication of the manner in which the network is produced here is the efficiency of incorporation of pendant bioactive ligands such as adhesion signals. This step must be quantitative since e.g. unbound ligands (eg adhesion sites) could inhibit the interaction of cells with matrix. As described later, derivatization of the precursor with such pedantic oligopeptides is carried out in a first step in stoichiometrically large excess (minimum: 40-fold) of multi-armed electrophilic precursors over thiols and are therefore definitively quantitative. Apart from preventing unwanted inhibition, this implementation is biologically even more significant: cell behavior is extremely sensitive to small changes in ligand densities and precise knowledge of incorporated ligands helps to engineer and understand cell-matrix interactions. In summary, the concentration of adhesion sites covalently bound in the matrix has a significant influence on the degree of cell infiltration. E.g. for a given hydrogel, an RGD concentration range can be incorporated into the matrix that supports cell growth and cell migration in an optimal way. The optimal concentration range for adhesion sites such as RGD is between 0.04 and 0.05 mM and even more preferably 0.05 mM especially for a matrix that has a water content between equilibrium concentration and 92% by weight after completion of water uptake.
Utmerkede benhelingsresultater kan oppnås ved å holde graden av cellemigrering og graden av matriksdegradering konstant. Med hensyn på matrikskonstruksjon (spesielt PTH 1-34 kovalent bundet) gir en firearmet polyetylenglykol med en molekylvekt på ca. 20000 Da tverrbundet med et proteasedegraderingssete CGRPQGIWGQDRC (SEKV. ID nr. 8) og 0,050 mM GRGDSP (SEKV. ID nr. 9) spesielt gode celleinvekstresultater og tilheling av bendefekter. Startkonsentrasjonen for PEG og peptid under 10 vekt% av den totale vekt av molekylene og vann (før svelling). Gelene har en uforseglbar konsistens og tillater osteoblaster og forløperceller lett å infiltrere matriks. Excellent bone healing results can be achieved by keeping the rate of cell migration and the rate of matrix degradation constant. With regard to matrix construction (especially PTH 1-34 covalently bound), a four-armed polyethylene glycol with a molecular weight of approx. 20000 Da cross-linked with a protease degradation site CGRPQGIWGQDRC (SEQ ID NO: 8) and 0.050 mM GRGDSP (SEQ ID NO: 9) particularly good cell growth results and bone defect healing. The starting concentration for PEG and peptide below 10% by weight of the total weight of the molecules and water (before swelling). The gels have an unsealable consistency and allow osteoblasts and precursor cells to easily infiltrate the matrix.
Matriksmaterialet er fortrinnsvis biodegraderbart ved naturlig tilstedeværende enzymer. Hastigheten av degradering kan manipuleres ved graden av tverrbinding og inklusjon av proteaseinhibitorer i matriks. The matrix material is preferably biodegradable by naturally occurring enzymes. The rate of degradation can be manipulated by the degree of crosslinking and inclusion of protease inhibitors in the matrix.
C. Tverrbindbare substratdomener C. Crosslinkable substrate domains
PTH-fusjonspeptidet kan tverrbindes og kovalent bindes til matriser gjennom det tverrbindbare substratdomenet til PTH-fusjonspeptid. Typen av substratdomene er avhengig av typen av matriks. For inkorporering i fibrinmatriser er transglutaminasesubstratdomener spesielt foretrukket. Transglutaminasesubstratdomenet kan være et Faktor XHIa subtratdomene. Dette faktor XHIa substratdomenet kan inkludere GAKDV (SEKV. ID nr. 10), KKKK (SEKV. ID nr. 11), eller NQEQVSPL (SEKV. ID nr. 12). Koblingen mellom PTH og transglutaminasesubstratdomenet kan utføres ved kjemisk syntese. The PTH fusion peptide can be cross-linked and covalently attached to matrices through the cross-linkable substrate domain of the PTH fusion peptide. The type of substrate domain depends on the type of matrix. For incorporation into fibrin matrices, transglutaminase substrate domains are particularly preferred. The transglutaminase substrate domain may be a Factor XHIa substrate domain. This factor XHIa substrate domain may include GAKDV (SEQ ID NO: 10), KKKK (SEQ ID NO: 11), or NQEQVSPL (SEQ ID NO: 12). The linkage between PTH and the transglutaminase substrate domain can be accomplished by chemical synthesis.
Transglutaminasesubstratdomenet kan være et substrat for en transglutaminase utover Faktor XHIa. Det mest foretrukne Faktor XHIa substratdomenet har en aminosyre sekvens så som NQEQVSPL (SEKV. ID nr. 12) (heri referert til som "TG"). Andre proteiner som transglutaminase gjenkjenner, så som fibronektin, kunne kobles til transglutaminasesubstratpeptidet. The transglutaminase substrate domain may be a substrate for a transglutaminase other than Factor XHIa. The most preferred Factor XHIa substrate domain has an amino acid sequence such as NQEQVSPL (SEQ ID NO: 12) (herein referred to as "TG"). Other proteins that transglutaminase recognizes, such as fibronectin, could be linked to the transglutaminase substrate peptide.
For inkorporering av PTH i en matriks dannet av syntetiske forløperkomponenter må PTH-fusjonspeptidet eller ethvert annet peptid som skal inkorporeres syntetiseres med minst én tilleggscysteingruppe (-SH) fortrinnsvis i N-terminus til PTH som det tverrbindbare substratdomenet. Cysteinet kan enten være direkte festet til PTH eller gjennom en koblingssekvens. Koblingssekvensen kan i tillegg inkludere en enzymatisk degraderbar aminosyresekvens, slik at PTH kan spaltes fra matriks ved enzymer i hovedsakelig nativ form. Den fri cysteingruppe reagerer med den konjugerte umettede gruppe til forløperkomponenten i en Michael-type tilsettingsreaksjon. I tilfelle av PTH 1-34 er bindingen til en syntetisk matriks for PTH 1-34 gjort mulig ved å feste en ytterligere aminosyresekvens til N-terminus i PTHi-34som inneholder minst ett cystein. Tiolgruppen til cysteinet kan reagere med en konjugert umettet binding på den syntetiske polymer for å danne en kovalent binding. I mulighet (a) er bare et cystein festet til peptidet, i mulighet (b) er en enzymatisk degraderbar, spesielt en plasmindegraderbar sekvens festet som en kobling mellom cysteinet og peptidet. Sekvensen GYKNR (SEKV. ID nr. 15) mellom det første domenet og det andre domenet, cysteinet, gjør koblingsplasminet degraderbart. For incorporation of PTH into a matrix formed from synthetic precursor components, the PTH fusion peptide or any other peptide to be incorporated must be synthesized with at least one additional cysteine group (-SH) preferably in the N-terminus of PTH as the crosslinkable substrate domain. The cysteine can either be directly attached to PTH or through a linker sequence. The linking sequence can also include an enzymatically degradable amino acid sequence, so that PTH can be cleaved from the matrix by enzymes in mainly native form. The free cysteine group reacts with the conjugated unsaturated group of the precursor component in a Michael-type addition reaction. In the case of PTH 1-34, the binding to a synthetic matrix for PTH 1-34 is made possible by attaching an additional amino acid sequence to the N-terminus of PTHi-34 containing at least one cysteine. The thiol group of the cysteine can react with a conjugated unsaturated bond on the synthetic polymer to form a covalent bond. In option (a) only a cysteine is attached to the peptide, in option (b) an enzymatically degradable, especially a plasmin degradable sequence is attached as a link between the cysteine and the peptide. The sequence GYKNR (SEQ ID NO: 15) between the first domain and the second domain, the cysteine, makes the linker plasmin degradable.
Således kan PTH-fusjonspeptider ytterligere modifiseres til å inneholde et degraderbart sete mellom tilfestingssetet, dvs. det andre domenet (dvs. Faktor XHIa substratdomenet eller cysteinet) og PTH, dvs. det første domenet. Disse setene kan være degraderbare enten ved ikke-spesifikk hydrolyse (dvs. en esterbinding) eller de kan være substrater for spesifikke enzymatiske (enten proteolytiske eller polysakkariddegraderende) degradering. Disse degraderbare setene tillater konstruksjon av mer spesifikk frigjøring av PTH fra matriser så som fibringeler. F.eks. tillater degradering basert på enzymatisk aktivitet frigjøringen av PTH å være kontrollert av en cellulær prosess heller enn ved diffusjon av faktoren gjennom gelen. Det degraderbare setet eller binding blir spaltet av enzymet frigjort fra cellene som invaderte matriks. Thus, PTH fusion peptides can be further modified to contain a degradable site between the attachment site, i.e. the second domain (i.e. the Factor XHIa substrate domain or cysteine) and PTH, i.e. the first domain. These sites may be degradable either by non-specific hydrolysis (ie, an ester bond) or they may be substrates for specific enzymatic (either proteolytic or polysaccharide-degrading) degradation. These degradable sites allow the engineering of more specific release of PTH from matrices such as fibrin gels. E.g. degradation based on enzymatic activity allows the release of PTH to be controlled by a cellular process rather than by diffusion of the factor through the gel. The degradable site or bond is cleaved by the enzyme released from the cells that invaded the matrix.
Degraderingssetene tillater PTH å frigjøres med lite eller ingen modifikasjon til den primære peptidsekvens, som kan resultere i høyere aktivitet til faktoren. I tillegg tillater frigjøringen av faktoren å bli kontrollert ved cellespesifikke prosesser, så som lokalisert proteolyse heller enn diffusjon fra noen porøse materialer. Dette tillater faktorer å frigjøres med forskjellige hastigheter i det samme materialet avhengig av plassering av celler i materialet. Dette reduserer også mengden av total PTH som er nødvendig, siden dets frigjøring blir kontrollert ved cellulære prosesser. Konservering av PTH og dens biotilgjengelighet er klare fordeler ved å utnytte celleproteolytisk aktivitet over anvendelse av diffusjonskontrollerte frigjøringsanordninger. I én mulig forklaring for den sterke tilheling av en bendefekt med PTH kovalent bundet til en matriks er det ansett viktig at PTH blir administrert lokalt over en utstrakt tidsperiode (ikke bare en enkel pulsert dose) men ikke på en kontinuerlig måte. Dette blir utført ved en langsom degradering, gjennom enten enzymatisk spaltning eller hydrolytisk spaltning av matriks. På denne måte blir molekylet levert gjennom en pseudopulsert virkning som skjer over en forlenget tidsperiode. Når en forløpercelle infiltrerer matriks vil den møte et PTH-molekyl og kan differensieres til en preosteoblast. Hvis den spesielle celle imidlertid ikke fortsetter å frigjøre bundet PTH fra matriks vil den effektivt konverteres til en osteoblast og begynne å produsere benmatriks. Endelig er de terapeutiske virkninger av peptider lokalisert til den defekte region og blir deretter forsterket. The degradation sites allow PTH to be released with little or no modification to the primary peptide sequence, which may result in higher activity of the factor. In addition, it allows the release of the factor to be controlled by cell-specific processes, such as localized proteolysis rather than diffusion from some porous materials. This allows factors to be released at different rates in the same material depending on the location of cells in the material. This also reduces the amount of total PTH needed, since its release is controlled by cellular processes. Conservation of PTH and its bioavailability are clear advantages of exploiting cell proteolytic activity over the use of diffusion-controlled release devices. In one possible explanation for the strong healing of a bone defect with PTH covalently bound to a matrix, it is considered important that PTH is administered locally over an extended period of time (not just a simple pulsed dose) but not in a continuous manner. This is carried out by a slow degradation, through either enzymatic cleavage or hydrolytic cleavage of the matrix. In this way, the molecule is delivered through a pseudo-pulsed effect that occurs over an extended period of time. When a precursor cell infiltrates the matrix, it will encounter a PTH molecule and can differentiate into a preosteoblast. However, if that particular cell does not continue to release bound PTH from the matrix, it will effectively convert to an osteoblast and begin producing bone matrix. Finally, the therapeutic effects of peptides are localized to the defective region and are then enhanced.
Enzymer som kunne anvendes for proteolytisk degradering er tallrike. Proteolytiske degraderbare seter kunne inkludere substrater for kollagenase, plasmin, elastase, stromelysin eller plasminogenaktivatorer. Eksempel på substrater er opplistet nedenfor. P1-P5 angir aminosyrer 1-5 stillinger mot aminoterminus i proteinet fra det setet hvor proteolyse skjer. Pl'-P4' angir aminosyrer 1-4 stillinger mot karboksyterminus til proteinet fra det setet hvor proteolyse skjer. Enzymes that could be used for proteolytic degradation are numerous. Proteolytic degradable sites could include substrates for collagenase, plasmin, elastase, stromelysin or plasminogen activators. Examples of substrates are listed below. P1-P5 indicate amino acids 1-5 positions towards the amino terminus in the protein from the site where proteolysis occurs. Pl'-P4' indicate amino acids 1-4 positions towards the carboxy terminus of the protein from the site where proteolysis occurs.
I en annen foretrukket utforming kunne et oligo-esterdomene innskytes mellom det første og det andre domenet. Dette kunne utføres ved å bruke en oligoester så som oligomerer av melkesyre. In another preferred design, an oligoester domain could be inserted between the first and second domains. This could be done by using an oligoester such as oligomers of lactic acid.
Ikke-enzymatisk degraderingssubstrater kan bestå av enhver binding som gjennomgår hydrolyse ved en syre- eller basekatalysert mekanisme. Disse substrater kan inkludere oligoestere så som oligomerer av melkesyre eller glykolsyre. Hastigheten av degradering av disse materialer kan kontrolleres gjennom valget av oligomer. Non-enzymatic degradation substrates can consist of any bond that undergoes hydrolysis by an acid- or base-catalyzed mechanism. These substrates may include oligoesters such as oligomers of lactic acid or glycolic acid. The rate of degradation of these materials can be controlled through the choice of oligomer.
D. PTH D. PTH
Betegnelsen "PTH" som brukt heri inkluderer den humane sekvensen til PTH 1-84 og alle trunkerte, modifiserte og alleliske versjoner av PTH som utviser bendannelsesegenskaper når de bindes kovalent til biodegraderbare naturlige eller syntetiske matriser. Foretrukne trunkerte versjoner av PTH er PTH 1-38, PTH 1-34, PTH 1-31 eller PTH 1-25. Mest foretrukket er PTH 1-34. Fortrinnsvis er PTH human PTH, skjønt PTH fra andre kilder, så som bovint PTH kan være egnet. The term "PTH" as used herein includes the human sequence of PTH 1-84 and all truncated, modified and allelic versions of PTH that exhibit bone formation properties when covalently bound to biodegradable natural or synthetic matrices. Preferred truncated versions of PTH are PTH 1-38, PTH 1-34, PTH 1-31 or PTH 1-25. Most preferred is PTH 1-34. Preferably, the PTH is human PTH, although PTH from other sources, such as bovine PTH, may be suitable.
Fremgangsmåter til inkorporering og/eller frigjøring av bioaktive faktorer Methods for incorporating and/or releasing bioactive factors
I én foretrukket utforming for inkorporering av et PTH i matriks, inkluderer matriks fibrin som er dannet fra fibrinogen, en kalsiumkilde og trombin og PTH-fusjonspeptid vil inkorporeres i fibrin under koagulering. PTH-fusjonspeptid er konstruert som fusjonspeptid som inkluderer to domener, et første og et andre, hvorav ett domene, det andre, er et substrat for et tverrbindingsenzym så som Faktor XHIa. Faktor XHIa er en transglutaminase som er aktiv under koagulering. Dette enzym, dannet naturlig fra faktor XIII ved avspaltning med trombin, funksjonerer slik at det fester fibrinkjeder til hverandre via amidbindinger, dannet mellom glutaminsidekjeder og lysinsidekjeder. Enzymet funksjonerer også ved å feste andre peptider til fibrin under koagulasjon, f.eks. celletilfestingsseter forutsatt at de inkluderer også en faktor XHIa. Spesifikt har sekvensen NQEQVSP (SEKV. ID nr. 16) blitt vist å funksjonere som et effektivt substrat for Faktor XHIa. Som beskrevet heri før er den enten direkte koblet til PTH eller den kan inkludere et degraderingssete mellom PTH (første domene) og NQEQVSP (SEKV. ID nr. 16) sekvensen (andre domene). Som sådan kan PTH-fusjonspeptid inkorporeres i fibrinet under koagulasjon via et Faktor XHIa substrat. In one preferred embodiment for incorporating a PTH into a matrix, the matrix includes fibrin formed from fibrinogen, a calcium source and thrombin, and the PTH fusion peptide will be incorporated into the fibrin during coagulation. PTH fusion peptide is constructed as a fusion peptide that includes two domains, a first and a second, of which one domain, the second, is a substrate for a cross-linking enzyme such as Factor XHIa. Factor XHIa is a transglutaminase that is active during coagulation. This enzyme, formed naturally from factor XIII by cleavage with thrombin, functions so that it attaches fibrin chains to each other via amide bonds, formed between glutamine side chains and lysine side chains. The enzyme also functions by attaching other peptides to fibrin during coagulation, e.g. cell attachment sites provided they also include a factor XHIa. Specifically, the sequence NQEQVSP (SEQ ID NO: 16) has been shown to function as an efficient substrate for Factor XHIa. As described herein before, it is either directly linked to PTH or it may include a degradation site between PTH (first domain) and the NQEQVSP (SEQ ID NO: 16) sequence (second domain). As such, the PTH fusion peptide can be incorporated into the fibrin during coagulation via a Factor XHIa substrate.
Konstruksjon av fusjonsproteiner for inkorporering Construction of fusion proteins for incorporation
PTH-fusjonspeptid som inkluderer et første domene som inkluderer PTH, et andre domene som inkluderer et substratdomene for et tverrbindingsenzym og eventuelt et degraderingssete mellom det første og det andre domenet kan inkorporeres i fibringelene ved å bruke flere forskjellige skjemaer. Fortrinnsvis inkluderer det andre domenet et transglutaminasesubstratdomene og enda mer fortrinnsvis inkluderer det et Faktor XHIa substratdomene. Mest fortrinnsvis inkluderer Faktor XHIa substratdomenet NQEQVSP (SEKV. ID nr. 16). Når dette PTH-fusjonspeptid er tilstede under polymeriseringen av fibrinogen, dvs. under dannelsen av fibrinmatriks, blir den direkte inkorporert i matriks. PTH fusion peptides that include a first domain that includes PTH, a second domain that includes a substrate domain for a cross-linking enzyme, and optionally a degradation site between the first and second domains can be incorporated into the fibrin gels using several different schemes. Preferably, the second domain includes a transglutaminase substrate domain and even more preferably it includes a Factor XHIa substrate domain. Most preferably, Factor XHIa includes the substrate domain NQEQVSP (SEQ ID NO: 16). When this PTH fusion peptide is present during the polymerization of fibrinogen, i.e. during the formation of fibrin matrix, it is directly incorporated into the matrix.
Degraderingssetet mellom det første og det andre domenet til PTH-fusjonspeptidet kan være et enzymatisk degraderingssete som beskrevet tidligere. Fortrinnsvis er degraderingssetet spaltbart med et enzym valgt fra gruppen som består av plasmin og matriksmetalloproteinase. Ved omhyggelig seleksjon av Km og kcat for dette enzymatiske degraderingssetet, kunne degradering kontrolleres for å skje enten før eller etter proteinmatriks og/eller ved å utnytte like eller ulike enzymer til å degradere matriks, med plassering av degraderingssetet skreddersydd for hver type av protein og applikasjon. Dette PTH-fusjonspeptid kunne være direkte tverrbundet inn i fibrinmatriks som beskrevet ovenfor. Inkorporering av et enzymatisk degraderingssete forandrer imidlertid frigjøringen av PTH under proteolyse. Når de celleavledede proteaser når det sekvenserte fusjonspeptid kan de spalte det konstruerte protein og det nylig dannede degraderingssetet. Det resulterende degraderingsprodukt vil inkludere det frigjorte PTH, som vil nå være nesten fri for enhver konstruert fusjonssekvens, så vel som ethvert degraderbart fibrin. The degradation site between the first and second domains of the PTH fusion peptide may be an enzymatic degradation site as described previously. Preferably, the degradation site is cleavable with an enzyme selected from the group consisting of plasmin and matrix metalloproteinase. By careful selection of the Km and kcat for this enzymatic degradation site, degradation could be controlled to occur either before or after the protein matrix and/or by utilizing the same or different enzymes to degrade the matrix, with the location of the degradation site tailored to each type of protein and application . This PTH fusion peptide could be directly cross-linked into fibrin matrix as described above. However, incorporation of an enzymatic degradation site alters the release of PTH during proteolysis. When the cell-derived proteases reach the sequenced fusion peptide they can cleave the engineered protein and the newly formed degradation site. The resulting degradation product will include the released PTH, which will now be nearly free of any engineered fusion sequence, as well as any degradable fibrin.
II. Fremgangsmåter til anvendelse II. Procedures for application
Matrisene kan brukes til reparasjon, regenerering eller gjenoppbygging av vev, og/eller frigjøring av PTH, før eller ved tidspunktet for implantasjon. I noen tilfeller vil det være ønskelig å indusere tverrbinding på administrasjonsstedet for å konformere matriks til vevet på implantasjonsstedet. I andre tilfeller vil det være egnet å fremstille matriks før implantasjon. The matrices can be used for tissue repair, regeneration or reconstruction, and/or release of PTH, before or at the time of implantation. In some cases, it will be desirable to induce cross-linking at the site of administration in order to conform the matrix to the tissue at the site of implantation. In other cases, it will be suitable to prepare a matrix before implantation.
Celler kan også tilsettes matriks før eller på samme tidspunkt som implantasjon, eller til og med påfølgende implantasjon, enten ved eller påfølgende tverrbinding av polymeren for å danne matriks. Dette kan være i tillegg til eller istedenfor tverrbinding av matriks for å produsere interstitielle rom konstruert til å promotere celleproliferasjon eller innvekst. Cells can also be added to the matrix before or at the same time as implantation, or even subsequent implantation, either by or subsequent cross-linking of the polymer to form the matrix. This may be in addition to or instead of matrix cross-linking to produce interstitial spaces designed to promote cell proliferation or ingrowth.
Skjønt i de fleste tilfeller vil det være ønskelig å implantere matriks for å promotere cellevekst eller proliferasjon vil i noen tilfelle de bioaktive faktorer anvendes til å inhibere hastigheten av celleproliferasjon. En spesifikk applikasjon er å inhibere dannelsen av adhesjoner etter kirurgi. Although in most cases it will be desirable to implant matrix to promote cell growth or proliferation, in some cases the bioactive factors will be used to inhibit the rate of cell proliferation. A specific application is to inhibit the formation of adhesions after surgery.
III. Applikasjonsfremangsmåte III. Application procedure
I den foretrukne utforming blir materialet gelert in situ i eller på kroppen. I en annen utforming kan matriks dannes utenfor kroppen og deretter appliseres i den predannede fasong. Matriksmaterialet kan fremstilles fra syntetiske eller naturlige forløperkomponenter. Uten hensyn til typen av forløperkomponent brukt bør forløperkomponentene adskilles før applikasjon av blandingen til kroppen for å hindre kombinasjon eller kontakt med hverandre under betingelser som tillater polymerisasjon eller gelering av komponentene. For å forhindre kontakt før administrering kan et sett som adskiller sammensetningene fra hverandre anvendes. Ved å blande under betingelser som tillater polymerisasjon danner sammensetningene en bioaktiv faktor supplementert tredimensjonalt nettverk. Avhengig av forløperkomponentene og deres konsentrasjoner kan gelering skje omtrent øyeblikkelig etter blanding. Slik hurtig gelering gjør injeksjon, dvs. å skvise det gelerte materialet gjennom en injeksjonsnål nesten umulig. In the preferred design, the material is gelled in situ in or on the body. In another design, the matrix can be formed outside the body and then applied in the preformed shape. The matrix material can be prepared from synthetic or natural precursor components. Regardless of the type of precursor component used, the precursor components should be separated prior to application of the mixture to the body to prevent combination or contact with each other under conditions that allow polymerization or gelation of the components. To prevent contact before administration, a kit that separates the compositions from each other can be used. By mixing under conditions that allow polymerization, the compositions form a bioactive factor supplemented three-dimensional network. Depending on the precursor components and their concentrations, gelation can occur almost instantaneously after mixing. Such rapid gelation makes injection, i.e. squeezing the gelled material through an injection needle, almost impossible.
I én utførelsesform blir matriks dannet fra fibrinogen. Fibrinogen geleres til å danne en matriks gjennom en kaskade av forskjellige reaksjoner når det bringes i kontakt med trombin og en kalsiumkilde ved egnet temperatur og pH. De tre komponentene, fibrin, trombin og kalsiumkilden bør lagres separat. Så lenge minst én av de tre komponentene er holdt separat kan imidlertid de andre to komponentene kombineres før administrering. In one embodiment, matrix is formed from fibrinogen. Fibrinogen is gelled to form a matrix through a cascade of different reactions when brought into contact with thrombin and a calcium source at a suitable temperature and pH. The three components, fibrin, thrombin and the calcium source, should be stored separately. However, as long as at least one of the three components is kept separate, the other two components can be combined before administration.
I en første utforming blir fibrinogen oppløst (som kan inneholde ytterligere aprotinin for å øke stabiliteten) i en bufferoppløsning ved fysiologisk pH (i et område fra pH 6,5-8,0, fortrinnsvis fra pH 7,0-7,5) og lagret separat fra en oppløsning av trombin i en kalsiumkloridbuffer (f.eks. konsentrasjonsområdet fra 40-50 mM). Bufferoppløsningen for fibrinogen kan være en histidinbufferoppløsning ved en foretrukket konsentrasjon på 50 mM inkludert ytterligere NaCl ved en foretrukket konsentrasjon på 150 mM eller TRIS-buffersaltoppløsning (fortrinnsvis ved en konsentrasjon på 33 mM). In a first embodiment, fibrinogen is dissolved (which may contain additional aprotinin to increase stability) in a buffer solution at physiological pH (in a range from pH 6.5-8.0, preferably from pH 7.0-7.5) and stored separately from a solution of thrombin in a calcium chloride buffer (eg concentration range from 40-50 mM). The buffer solution for fibrinogen can be a histidine buffer solution at a preferred concentration of 50 mM including additional NaCl at a preferred concentration of 150 mM or TRIS buffer saline (preferably at a concentration of 33 mM).
I en foretrukket utforming er det tilveiebrakt et sett som inneholder et fusjonsprotein, fibrinogen, trombin og en kalsiumkilde. Eventuelt kan settet inneholde et tverrbindingsenzym, så som Faktor XHIa. Fusjonsproteinet inneholder en bioaktiv faktor, et substratdomene for et tverrbindingsenzym og et degradasjonssted mellom substratdomenet og bioaktiv faktor. Fusjonsproteinet kan være tilstede i enten fibrinogen- eller trombinoppløsning. I en foretrukket utforming inneholder fibrinogenoppløsningen fusjonsproteinet. In a preferred embodiment, a kit containing a fusion protein, fibrinogen, thrombin and a calcium source is provided. Optionally, the kit may contain a cross-linking enzyme, such as Factor XHIa. The fusion protein contains a bioactive factor, a substrate domain for a crosslinking enzyme and a degradation site between the substrate domain and bioactive factor. The fusion protein can be present in either fibrinogen or thrombin solution. In a preferred embodiment, the fibrinogen solution contains the fusion protein.
Oppløsningene blir fortrinnsvis blandet ved hjelp av en toveis sprøyteanordning, i hvilken blanding skjer ved å presse innholdet av begge sprøytene gjennom et blandekammer og/eller nål og/eller statisk blandeanordning. The solutions are preferably mixed using a two-way syringe device, in which mixing takes place by pushing the contents of both syringes through a mixing chamber and/or needle and/or static mixing device.
I en foretrukket utforming er både fibrinogen og trombin lagret separat i lyofilisert form. Hver av de to kan inneholde fusjonsproteinet. Før anvendelse blir tris- eller histidinbuffer tilsatt fibrinogenet, bufferen kan ytterligere inneholde aprotinin. Det lyofiliserte trombin blir oppløst i kalsiumkloridoppløsningen. Deretter blir fibrinogen- og trombinoppløsninger plassert i separate beholdere ampuller sprøytelegemer og blandet ved en toveis sammenkoblingsanordning, så som en toveis sprøyte. Eventuelt er beholderne/ampullene/sprøytelegemene todelte for således å ha to kammer adskilt ved en justerbar adskillelse som er perpendikulær til sprøytekroppveggen. Ett av kamrene inneholder det lyofiliserte fibrinogen eller trombin, mens det andre kammeret inneholder en egnet bufferoppløsning. Når stempelet blir presset ned beveger skillet seg og frigjør bufferen i fibrinogenkammeret for å oppløse fibrinogenet. Når både fibrinogen og trombin er oppløst blir begge todelte sprøytelegemene festet til en toveis sammenkoblingsanordning og innholdet blir blandet ved å presse dem gjennom injeksjonsnålen festet til koblingsanordningen. Eventuelt inneholder koblingsanordningen en statisk blande anordning for å forbedre blandingen av innholdene. In a preferred design, both fibrinogen and thrombin are stored separately in lyophilized form. Either can contain the fusion protein. Before use, tris or histidine buffer is added to the fibrinogen, the buffer may additionally contain aprotinin. The lyophilized thrombin is dissolved in the calcium chloride solution. Then, fibrinogen and thrombin solutions are placed in separate containers, ampoules, syringe bodies and mixed by a two-way coupling device, such as a two-way syringe. Optionally, the containers/ampoules/syringe bodies are two-parted to thus have two chambers separated by an adjustable separation that is perpendicular to the syringe body wall. One of the chambers contains the lyophilized fibrinogen or thrombin, while the other chamber contains a suitable buffer solution. When the plunger is pushed down, the partition moves and releases the buffer in the fibrinogen chamber to dissolve the fibrinogen. When both fibrinogen and thrombin are dissolved, both bipartite syringe bodies are attached to a two-way coupling device and the contents are mixed by forcing them through the injection needle attached to the coupling device. Optionally, the coupling device contains a static mixing device to improve the mixing of the contents.
I en foretrukket utforming blir fibrinogen fortynnet åtte ganger og trombinet blir fortynnet tyve ganger før blanding. Dette forholdet resulterer i en geleringstid på ca. In a preferred embodiment, the fibrinogen is diluted eightfold and the thrombin is diluted twentyfold prior to mixing. This ratio results in a gelation time of approx.
1 min. 1 min.
I en annen foretrukket utforming blir matriks dannet fra syntetiske forløperkomponenter som er i stand til å gjennomgå en Michael-tilsettingsreaksjon. Siden den nukleofile forløperkomponent (multitiol) bare reagerer med multiakseptorkomponenten (den konjugerte umettede gruppe) ved basisk pH, er de tre komponentene som må lagres separat før blanding: basen, den nukleofile komponent og multiakseptorkomponenten. Både multiakseptorkomponenten og multitiokomponenten er lagret som oppløsninger i buffere. Begge sammensetningene kan inkludere celletilfestingssetet og ytterligere det bioaktive molekylet. Således kan den første sammensetning i systemet f.eks. inkludere oppløsningen til den nukleofile komponent og den andre sammensetning til systemet kan inkludere oppløsningen til multiakseptorkomponenten. Enten én eller begge av de to sammensetninger kan inkludere basen. I en annen utforming kan multiakseptor og multitiol inkluderes som en oppløsning i første sammensetning og den andre sammensetning kan inkludere basen. Sammenkobling og blanding skjer på samme måte som tidligere beskrevet for fibrinogen. Den todelte sprøytekroppen er på samme måte egnet for de syntetiske forløperkomponentene. Istedenfor fibrinogen og trombin er multiakseptor- og multitiolkomponentene lagret i pulverisert form i ett av kamrene det andre kammer inneholder den basiske buffer. In another preferred embodiment, the matrix is formed from synthetic precursor components capable of undergoing a Michael addition reaction. Since the nucleophilic precursor component (multithiol) only reacts with the multiacceptor component (the conjugated unsaturated group) at basic pH, the three components that must be stored separately before mixing are: the base, the nucleophilic component, and the multiacceptor component. Both the multiacceptor component and the multithio component are stored as solutions in buffers. Both compositions may include the cell attachment site and further the bioactive molecule. Thus, the first composition in the system can e.g. include the resolution of the nucleophilic component and the second composition of the system may include the resolution of the multiacceptor component. Either one or both of the two compositions may include the base. In another embodiment, the multiacceptor and multithiol may be included as a solution in the first composition and the second composition may include the base. Linking and mixing takes place in the same way as previously described for fibrinogen. The two-piece syringe body is similarly suitable for the synthetic precursor components. Instead of fibrinogen and thrombin, the multiacceptor and multithiol components are stored in powdered form in one of the chambers, the other chamber contains the basic buffer.
Oppsummert vedrører foreliggende oppfinnelse dermed et fusjonspeptid som er kjennetegnet ved at det omfatter et første domene som omfatter paratyroidhormon In summary, the present invention thus relates to a fusion peptide which is characterized in that it comprises a first domain comprising parathyroid hormone
(PTH) og et andre domene som omfatter et substratdomene, som er kovalent tverrbindbart til et fibrinmatriksmateriale eller til et syntetisk matriksmateriale, slik at fusjonspeptidet kan bli koblet til matriksen gjennom det andre domenet. (PTH) and a second domain comprising a substrate domain, which is covalently cross-linkable to a fibrin matrix material or to a synthetic matrix material, so that the fusion peptide can be linked to the matrix through the second domain.
Oppfinnelsen vedrører videre sett som omfatter fusjonspeptidet ifølge oppfinnelsen. The invention further relates to kits comprising the fusion peptide according to the invention.
I tillegg gjelder oppfinnelsen en matriks som er egnet for cellulær vekst eller innvekst der denne omfatter fusjonspeptidet ifølge oppfinnelsen, hvori fusjonspeptidet er kovalent bundet til matriks. In addition, the invention relates to a matrix which is suitable for cellular growth or ingrowth where this comprises the fusion peptide according to the invention, in which the fusion peptide is covalently bound to the matrix.
Videre vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte til å fremstille en matriks, der fremgangsmåten omfatter Furthermore, the invention relates to a method for producing a matrix, where the method comprises
å tilveiebringe minst ett matriksmateriale som er i stand til å danne en tverrbundet matriks, hvori matriksmaterialet er valgt fra gruppen som består av proteiner og syntetiske materialer, providing at least one matrix material capable of forming a cross-linked matrix, wherein the matrix material is selected from the group consisting of proteins and synthetic materials,
å tilsette fusjonspeptidet som angitt i ethvert av kravene 1-10 til matriksmaterialet, og adding the fusion peptide as set forth in any of claims 1-10 to the matrix material, and
tverrbinde matriksmaterialet, slik at fusjonspeptidet er koblet til matriks gjennom det andre domenet. crosslink the matrix material, so that the fusion peptide is connected to the matrix through the second domain.
De følgende eksempler er inkludert for å vise foretrukne utforminger av oppfinnelsen. The following examples are included to show preferred embodiments of the invention.
Eksempel 1: Matriser som inneholder kovalent bundet TGPTH. Example 1: Matrices containing covalently bound TGPTH.
Syntese av TGPTH Synthesis of TGPTH
PTH 1-34-mer peptid som viser lik aktivitet til hele proteinet, og proteiner av denne lengde kan syntetiseres ved standard faststoffpeptidsyntesemetoder. PTH 1-34-mer peptide that shows equal activity to the entire protein, and proteins of this length can be synthesized by standard solid-state peptide synthesis methods.
Alle peptidene ble syntetisert på fast harpiks ved å bruke en automatisert peptidsynteseanordning som benytter standard 9-fluoroenylmetyloksykarbonylkjemi. Peptider ble renset ved cl8-kromatografi og analysert ved å bruke revers fasekromatografi via HPLC for å bestemme renhet så vel som massespektroskopi (MALDI) for å identifisere molekylvekten til hvert produkt. Ved å bruke denne metode, det følgende peptid (heretter referert til som "TGPTH") ble syntetisert: NH3-Asn-Gln-Glu-Gln-Val-Ser-Pro-Leu-Ser-Val-Ser-Glu-Ile-Gln-Leu-Met-His-Asn-Leu-Gly-Lys-His-Leu-Asn-Ser-Met-Glu-Arg-Val-Glu-Trp-Leu-Arg-Lys-Lys-Leu-Gln-Asp-Val-His-Asn-Phe-COOH (SEKV. ID nr. 17). All peptides were synthesized on solid resin using an automated peptide synthesizer using standard 9-fluoroenylmethyloxycarbonyl chemistry. Peptides were purified by cl8 chromatography and analyzed using reverse phase chromatography via HPLC to determine purity as well as mass spectroscopy (MALDI) to identify the molecular weight of each product. Using this method, the following peptide (hereafter referred to as "TGPTH") was synthesized: NH3-Asn-Gln-Glu-Gln-Val-Ser-Pro-Leu-Ser-Val-Ser-Glu-Ile-Gln -Leu-Met-His-Asn-Leu-Gly-Lys-His-Leu-Asn-Ser-Met-Glu-Arg-Val-Glu-Trp-Leu-Arg-Lys-Lys-Leu-Gln-Asp-Val -His-Asn-Phe-COOH (SEQ ID NO: 17).
In vivo resultater In vivo results
Aktiviteten til TGPTH for å forsterke benregenerasjon ble testet i en TISSUCOL<®>matriks i en boret hull defekt i en sau. Åtte mm hull som var 12 mm dype ble dannet i den proksimale og distale femur og humerus hos sau. Disse hullene ble fylt med en in situ polymeriseringsfibringel. Defektene ble etterlatt tomme, fylt med TISSUCOL<®>eller TGPTH tilsatt til TISSUCOL<®>fibrin ved 400 ug/ml før polymerisering. I hvert eksempel i hvilke TISSUCOL<®>ble brukt, ble den fortynnet fire ganger fra en tilgjengelig standardkonsentrasjon, og førte til en fibrinogenkonsentrasjon på 12,5 mg/ml. The activity of TGPTH to enhance bone regeneration was tested in a TISSUCOL<®> matrix in a drilled hole defect in a sheep. Eight mm holes 12 mm deep were made in the proximal and distal femur and humerus of sheep. These holes were filled with an in situ polymerization fibrin gel. The defects were left empty, filled with TISSUCOL<®>or TGPTH added to TISSUCOL<®>fibrin at 400 ug/ml before polymerization. In each example in which TISSUCOL<®> was used, it was diluted fourfold from an available standard concentration, resulting in a fibrinogen concentration of 12.5 mg/ml.
Defektene ble tillatt å tilheles i 8 uker. Etter denne tilhelingsprosessen ble dyrene avlivet, benprøvene ble fjernet og analysert ved mikrodatamaskinassistert topografi (u.CT). Prosenten av defekt volum fylt med kalsifisert benvev ble deretter bestemt. Når defektene ble etterlatt tomme var det ingen dannelse av kalsifisert vev på innsiden av fibrinmatriks. Når bare en fibringel blir tilsatt var det praktisk talt ingen bentilheling. Imidlertid ved tilsetting av 400 u.g/ml av TGPTH øket tilhelingsnivået dramatisk hvor defekten var 35 % med kalsifisert ben. The defects were allowed to heal for 8 weeks. After this healing process, the animals were euthanized, the bone samples were removed and analyzed by microcomputer-assisted topography (u.CT). The percentage of defect volume filled with calcified bone tissue was then determined. When the defects were left empty there was no formation of calcified tissue inside the fibrin matrix. When only a fibrin gel was added there was virtually no bone healing. However, with the addition of 400 µg/ml of TGPTH, the level of healing increased dramatically where the defect was 35% with calcified bone.
Eksempel 2: Tilhelingsrespons med modifisert PTH 1-34 tilfestet en fibrinmatriks Example 2: Healing response with modified PTH 1-34 attached to a fibrin matrix
Materialer Materials
Den modifiserte versjon av PTH1-34som kan inkorporeres i en fibrinmatriks ble undersøkt for tilhelingsrespons i rottekraniedefekt med kritisk størrelse. The modified version of PTH1-34 that can be incorporated into a fibrin matrix was investigated for healing response in critical size rat skull defect.
En fibringel ble fremstilt fra TISSUCOL<®>settet (Baxter AG, CH-8604 Volketswil/ZH) fibrinforseglingsforløperkomponenter. Fibrinogenet ble fortynnet i steril 0,03 M Tris-bufret oppløsning (TBS, pH 7,4) til å danne en ca. 8 mg/ml oppløsning og trombinet ble fortynnet i steril 50 mM CaCh oppløsning for å danne en 2 U/ml oppløsning. Den endelige konsentrasjon av fibrinogen var 1:8 opprinnelig TISSUCOL<®->formulering (ca. 100 mg/ml) og 1:160 opprinnelig TISSUCOL<®->trombinkonsentrasjon (ca. 500 IE/ml). En forutbestemt mengde av TG-pl-PTHi.34eller TGPTH1.34ble deretter tilsatt trombinet, og blandet for å danne en homogen konsentrasjon. A fibrin gel was prepared from the TISSUCOL<®> kit (Baxter AG, CH-8604 Volketswil/ZH) fibrin sealant precursor components. The fibrinogen was diluted in sterile 0.03 M Tris-buffered solution (TBS, pH 7.4) to form an approx. 8 mg/ml solution and the thrombin was diluted in sterile 50 mM CaCl solution to form a 2 U/ml solution. The final concentration of fibrinogen was 1:8 original TISSUCOL<®->formulation (about 100 mg/ml) and 1:160 original TISSUCOL<®->thrombin concentration (about 500 IU/ml). A predetermined amount of TG-pl-PTHi.34 or TGPTH1.34 was then added to the thrombin, and mixed to form a homogeneous concentration.
For å danne fibringelen ble de fortynnede forløpere blandet sammen ved å injisere fibrinogenet i røret som inneholder trombinet. I tilfelle av saueboredefekten (som beskrevet nedenfor) ble denne blanding deretter injisert øyeblikkelig inn i en boredefekt dannet i saueporøst ben, hvor en fibringel ble dannet innen 1-5 min. I den første serie av dyreeksperimenter ble effektiviteten til et fusjonsprotein som inneholder PTH1.34som den bioaktive faktor To form the fibrin gel, the diluted precursors were mixed together by injecting the fibrinogen into the tube containing the thrombin. In the case of the sheep drill defect (as described below), this mixture was then injected immediately into a drill defect formed in sheep porous bone, where a fibrin gel formed within 1-5 min. In the first series of animal experiments, the effectiveness of a fusion protein containing PTH1.34 as the bioactive factor
(NQEQVSPL YKNRSVSEIQLMHNLGKHLNSMERVEWLRKKLQDVHNF, (NQEQVSPL YKNRSVSEIQLMHNLGKHLNSMERVEWLRKKLQDVHNF,
SEKV. ID nr. 18) ved tilheling av kortikalt ben testet i en smådyrmodell. Sekvensen YKNR (SEKV. ID nr. 19) gjør bindingsplasminet degraderbart ("TG-pl-PTHi.34). TG-pl-PTHi-34ble fremstilt ved kjemisk syntese. Rensing ble utført gjennom revers fase HPLC (C18-kolonne) ved å bruke en TFA som motion og som resulterte i et endelig produkt som var et TFA-salt. Renheten til TG-pl-PTHi.34ble bestemt til å være 95 %. SEQ. ID no. 18) in cortical bone healing tested in a small animal model. The sequence YKNR (SEQ ID NO: 19) renders the binding plasmin degradable ("TG-pl-PTHi.34). TG-pl-PTHi-34 was prepared by chemical synthesis. Purification was performed through reverse phase HPLC (C18 column) by using a TFA as counterion and which resulted in a final product which was a TFA salt The purity of TG-pl-PTHi.34 was determined to be 95%.
Tilhelingsresponsen ble undersøkt ved både korte (3 uker) og lange tilhelingstider (7 uker) for å bestemme om en forbedring i tilheling kunne observeres. The healing response was examined at both short (3 weeks) and long healing times (7 weeks) to determine if an improvement in healing could be observed.
Rottekraniedefekt med kritisk størrelse Rat cranial defect of critical size
Rotter ble anestesert og kraniebenet ble eksponert. Periosteum på den ytre overflaten av kraniet ble trukket tilbake slik at det ikke ville spille noen rolle i tilhelingsprosessen, og en enkel 8 mm rund defekt ble dannet. Defektstørrelsen ble valgt idet det tidligere har blitt bestemt at defekter på 8 mm eller større ikke spontakt tilheles av seg selv, og er defekter med kritisk størrelse. Defekten ble deretter tilpasset med en predannet fibrinmatriks og dyret ble tillatt å tilheles i 3 og 7 uker. Defektregionen ble deretter eksplantert og analysert ved radiologi så vel som histologi. Rats were anesthetized and the cranial bone was exposed. The periosteum on the outer surface of the skull was retracted so that it would play no role in the healing process, and a simple 8 mm round defect was created. The defect size was chosen as it has previously been determined that defects of 8 mm or larger do not spontaneously heal by themselves, and are defects of critical size. The defect was then patched with a preformed fibrin matrix and the animal was allowed to heal for 3 and 7 weeks. The defect region was then explanted and analyzed by radiology as well as histology.
Resultater Results
Når TG-pl-PTHi-34ble undersøkt på 3 ukers tidspunktet var tilhelingsnivået meget likt det observert med en fibrinmatriks alene. 3 ukers tidspunktet ble valgt som et tidlig tidspunkt idet andre kraftige morfogener, inkludert rhBMP-2 viste en sterk tilhelings virkning ved 3 uker. I kontrast var tilhelingsvirkningen for TG-pl-PTHi.34ikke observerbar på dette tidlige tidspunkt. Da det lange tidspunkt (7 uker) ble analysert ble imidlertid en moderat doseavhengig forbedring observert i tilheling i rottekraniedefekten med kritisk størrelse med tiletting av modifisert PTH1.34til fibrinmatrisene. Resultatet er vist i tabell 3. Når høye doser av modifisert PTH1.34ble anvendt øket tilhelingsresponsen med 65 %. When TG-pl-PTHi-34 was examined at the 3-week time point, the level of healing was very similar to that observed with a fibrin matrix alone. The 3 week time point was chosen as an early time point as other potent morphogens, including rhBMP-2 showed a strong healing effect at 3 weeks. In contrast, the healing effect for TG-pl-PTHi.34 was not observable at this early time point. However, when the long time point (7 weeks) was analyzed, a moderate dose-dependent improvement in healing was observed in the critical size rat skull defect with the addition of modified PTH1.34 to the fibrin matrices. The result is shown in table 3. When high doses of modified PTH1.34 were used, the healing response increased by 65%.
Disse resultatene viser at når PTH1.34er inkorporert i en fibrinmatriks bibeholder den noe aktivitet som vist ved den beskjedne økning i bendannelse. These results show that when PTH1.34 is incorporated into a fibrin matrix it retains some activity as shown by the modest increase in bone formation.
Boredefekt i saueben Boring defect in sheep bone
TG-pl-PTHi-34ble også testet i en defektmodell i lange ben for å teste virkningen av dette hormonet på tilheling av ben. I boredefektmodell hos sau ble 8 mm sylindriske boredefekter som var ca. 15 mm dype plassert i både den proksimale og distale region på femur og humurusben. Siden defekten var plassert i epifysen til de lange knoklene, var defekten omgitt av trabekulært ben med et tynt lag av kortikalt ben på kanten av defekten. Disse defekter ble deretter fylt med en in situ polymerisering fibrin (ca. 750 ul) som inneholdt forskjellige doser av TG-pl-PTHi-34eller TGPTH1-34. Dyrene ble tillatt å tilheles i 8 uker og ble deretter avlivet. Defekten ble analysert med u-CT og histologi. TG-pl-PTHi-34 was also tested in a long bone defect model to test the effect of this hormone on bone healing. In the drilling defect model in sheep, 8 mm cylindrical drilling defects that were approx. 15 mm deep located in both the proximal and distal regions of the femur and humerus bone. Since the defect was located in the epiphysis of the long bones, the defect was surrounded by trabecular bone with a thin layer of cortical bone at the edge of the defect. These defects were then filled with an in situ polymerization fibrin (approximately 750 µl) containing different doses of TG-pl-PTHi-34 or TGPTH1-34. The animals were allowed to heal for 8 weeks and then sacrificed. The defect was analyzed with u-CT and histology.
I denne serien av eksperimenter ble tre typer av sammensetninger testet. Først ble TG-pl-PTHi-34testet over et stort konsentrasjonsområde. deretter, en annen modifisert PTHi_34, TGPTHi_34In this series of experiments, three types of compositions were tested. First, TG-pl-PTHi-34 was tested over a large concentration range. then, another modified PTHi_34, TGPTHi_34
nr. 17) ble anvendt som bare hadde en transglutaminasesekvens i aminoterminus uten et degraderingssete. Således kunne TGPTH1.34bare frigjøres ved degradering av fibrinmatriks i seg selv. TGPTH1-34ble fremstilt og renset på samme måte som TG-pl-PTHi-34. Renheten ble bestemt å være 95 %. TGPTH1.34ble testet ved flere No. 17) was used which only had a transglutaminase sequence at the amino terminus without a degradation site. Thus, TGPTH1.34 could only be released by degradation of fibrin matrix itself. TGPTH1-34 was prepared and purified in the same manner as TG-pl-PTHi-34. The purity was determined to be 95%. TGPTH1.34 was tested at several
konsentrasjoner som var like konsentrasjonene til TG-pl-PTHi.34for å sammenligne effektiviteten. Avslutningsvis ble matriser fremstilt i nærvær av granulært materiale, med enten TGPTH1.34eller TG-pl-PTHi.34. Det granulære materialet var en standard trikalsiumfosfat/hydroksyapatittblanding som var innbakt i matriks under gelering. concentrations that were similar to those of TG-pl-PTHi.34 to compare efficacy. Finally, matrices were prepared in the presence of granular material, with either TGPTH1.34 or TG-pl-PTHi.34. The granular material was a standard tricalcium phosphate/hydroxyapatite mixture that was baked into the matrix during gelation.
Virkningen av å tilsette disse granuler på effektiviteten til PTH 1.34 ble undersøkt. The effect of adding these granules on the effectiveness of PTH 1.34 was investigated.
Resultater Results
Som en kontroll ble umodifisert fibrin testet. Når hver av de modifiserte PTH1.34molekyler ble plassert i defekten i de lange knokler, ble en signifikant forbedring i tilhelingsresponsen observert over anvendelse av fibrinmatriser (kontroll) alene. Anvendelse av fibrin alene resulterte i liten tilheling, bare 20 % av den opprinnelige defekten var fylt med nylig dannet ben. As a control, unmodified fibrin was tested. When each of the modified PTH1.34 molecules was placed into the defect in the long bones, a significant improvement in the healing response was observed over the use of fibrin matrices (control) alone. Application of fibrin alone resulted in little healing, only 20% of the original defect was filled with newly formed bone.
TG-pl-PTHi-34ble testet i en konsentrasjonsserie fra 20-1000^g/ml. For hver testede dose ble en signifikant økning i tilhelingsresponsen observert. F.eks. når 100 u.g/ml TG-pl-PTHi-34ble brukt, ble tilhelingsgraden øket til nesten 60 %. TG-pl-PTHi-34 was tested in a concentration range from 20-1000 µg/ml. For each dose tested, a significant increase in the healing response was observed. For example when 100 µg/ml TG-pl-PTHi-34 was used, the healing rate was increased to almost 60%.
I en andre serie av eksperimenter ble TGPTH].34testet. Anvendelse av TGPTH].34øket også bentilheling. F.eks. forbedret anvendelse av 400 u.g/ml tilhelingsresponsen til 40 % og 1000^g/ml øket bentilhelingen til 65 %. Således resulterte tilsettingen av hver modifiserte PTHi-34-sekvens i en sterkere tilhelingsrespons enn kontrollen. In a second series of experiments, TGPTH].34 was tested. Application of TGPTH].34 also increased bone healing. E.g. application of 400 µg/ml improved the healing response to 40% and 1000 µg/ml increased bone healing to 65%. Thus, the addition of each modified PTHi-34 sequence resulted in a stronger healing response than the control.
Endelig når hvert modifiserte PTHi-34-molekyl ble bundet til matriks og en granul-/matriksblanding ble anvendt ble effektiviteten til PTH].34opprettholdt. Dette ble testet for både TG-pl-PTHi.34(se tabell 4) så vel som for TGPTH1-34(se tabell 5). Histologisk evaluering viste høy infiltrasjon i den opprinnelige defekt av spindel-og osteoblastforløperceller understøttet på en ekstracellulær matriks. Aktive osteoider med store runde osteoblaster var vanlig og tegn på endokondrial bendannelse (kondrocytter) ble observert. Ved 8 uker kunne osteoklaster og friske tegn på redannelse finnes. Men ulik resultatene oppnådd fra kontinuerlig eksponering til systemisk PTH, ble ingen reaksjon fra osteoklaster observert og ny bendannelse var signifikant større enn absorpsjon i og rundt det defekte området. Ingen fremmedlegeme inflammatorisk reaksjon ble detektert (dvs. ingen gigantceller og bare mildt nærvær av monocytt). Granuler var fremdeles tilstede i prøver med tilsatte mineralpartikler. Finally, when each modified PTHi-34 molecule was bound to matrix and a granule/matrix mixture was used, the efficacy of PTH].34 was maintained. This was tested for both TG-pl-PTHi.34 (see Table 4) as well as for TGPTH1-34 (see Table 5). Histological evaluation showed high infiltration in the original defect by spindle and osteoblast precursor cells supported on an extracellular matrix. Active osteoids with large round osteoblasts were common and signs of endochondral bone formation (chondrocytes) were observed. At 8 weeks, osteoclasts and fresh signs of remodeling could be found. However, unlike the results obtained from continuous exposure to systemic PTH, no reaction from osteoclasts was observed and new bone formation was significantly greater than absorption in and around the defect area. No foreign body inflammatory reaction was detected (ie, no giant cells and only mild monocyte presence). Granules were still present in samples with added mineral particles.
Eksempel 3: Fremstilling av forløperkomponenter for syntetiske matriser Fremstilling av PEG-vinylsulfoner Example 3: Preparation of precursor components for synthetic matrices Preparation of PEG-vinylsulfones
Kommersielt tilgjengelige grenede PEG'er (4-arm PEG, molekylvekt 14800, 4-arm PEG, molvekt 10000 og 8-arm PEG, molvekt 20000; Shearwater Polymers, Huntsville, AL, USA) ble funksjonalisert på OH-endene. Commercially available branched PEGs (4-arm PEG, molecular weight 14800, 4-arm PEG, molecular weight 10000, and 8-arm PEG, molecular weight 20000; Shearwater Polymers, Huntsville, AL, USA) were functionalized on the OH ends.
PEG-vinylsulfoner ble fremstilt under argonatmosfære ved å reagere en diklormetanoppløsning av forløperpolymerer (tidligere tørket over molekylærsikter) med NaH og deretter, etter hydrogenutvikling, med divinylsulfon (molare forhold: OH 1: NaH 5: divinylsulfon 50). Reaksjonen ble utført ved romtemperatur i 3 dager under argon med konstant omrøring. Etter nøytraliseringen av reaksjonsoppløsningen med konsentrert eddiksyre ble oppløsningen filtrert gjennom papir inntil den var klar. Den avledede polymer ble isolert ved utfelling i iskald dietyleter. Produktet ble gjenoppløst i diklormetan og gjenutfelt i dietyleter (med grundig vasking) to ganger for å fjerne alt overskudd av divinylsulfon. Endelig ble produktet tørket under vakuum. Avledningen ble konfirmert med<]>H NMR. Produktet viste karakteristiske vinylsulfontopper på 6,21 ppm (to hydrogener) og 6,97 ppm (ett hydrogen). Graden av endegruppekonversjon ble funnet å være 100 %. PEG-vinylsulfones were prepared under an argon atmosphere by reacting a dichloromethane solution of precursor polymers (previously dried over molecular sieves) with NaH and then, after hydrogen evolution, with divinylsulfone (molar ratio: OH 1:NaH 5:divinylsulfone 50). The reaction was carried out at room temperature for 3 days under argon with constant stirring. After the neutralization of the reaction solution with concentrated acetic acid, the solution was filtered through paper until clear. The derived polymer was isolated by precipitation in ice-cold diethyl ether. The product was redissolved in dichloromethane and reprecipitated in diethyl ether (with extensive washing) twice to remove any excess divinyl sulfone. Finally, the product was dried under vacuum. The derivation was confirmed by<]>H NMR. The product showed characteristic vinyl sulfone peaks at 6.21 ppm (two hydrogens) and 6.97 ppm (one hydrogen). The degree of end group conversion was found to be 100%.
Fremstilling av PEG-akrylater Production of PEG acrylates
PEG-akrylater ble fremstilt under argonatmosfære ved å reagere en azeotropisk tørket toluenoppløsning av forløperpolymerer med akryloylklorid, i nærvær av trietylamin (molare forhold: OH 1: akryloylklorid 2: trietylamin 2,2). Reaksjonen fortsatte under omrøring natten over i mørke ved romtemperatur. Den resulterende blekgule oppløsning ble filtrert gjennom en nøytral aluminaseng; etter inndamping av oppløsningsmidlet ble reaksjonsproduktet oppløst i diklormetan, vasket med vann, tørket over natriumsulfat og utfelt i kald dietyleter. Utnytte: 88 %; konversjon av OH til akrylat: 100 % (fra<!>H NMR analyse). PEG acrylates were prepared under an argon atmosphere by reacting an azeotropically dried toluene solution of precursor polymers with acryloyl chloride, in the presence of triethylamine (molar ratio: OH 1: acryloyl chloride 2: triethylamine 2.2). The reaction was continued with stirring overnight in the dark at room temperature. The resulting pale yellow solution was filtered through a neutral alumina bed; after evaporation of the solvent, the reaction product was dissolved in dichloromethane, washed with water, dried over sodium sulfate and precipitated in cold diethyl ether. Utilization: 88%; conversion of OH to acrylate: 100% (from<!>H NMR analysis).
<]>H NMR (CDC13): 3,6 (341H (14800 4arm: 337H teor.), 230 (10000 4arm: 227H teor.), eller 210H (20000 8 arm: 227H teor.), PEG-kjedeprotoner), 4,3 (t, 2H, -CH2-CH^-0-CO-CH=CH2), 5,8 (dd, 1H, CH2=CH-COO-), 6,1 og 6,4 (dd, 1H, CH^CH-COO-) ppm. <]>H NMR (CDC13): 3.6 (341H (14800 4arm: 337H theor.), 230 (10000 4arm: 227H theor.), or 210H (20000 8 arm: 227H theor.), PEG chain protons), 4.3 (t, 2H, -CH2-CH^-0-CO-CH=CH2), 5.8 (dd, 1H, CH2=CH-COO-), 6.1 and 6.4 (dd, 1H , CH^CH-COO-) ppm.
FT-IR (film på ATR-plate): 2990-2790 (v C-H), 1724 (v C=0), 1460 (vsCH2), 1344, 1281, 1242, 1097 (vas C-O-C), 952, 842 (vsC-O-C) cm'<1.>FT-IR (film on ATR plate): 2990-2790 (v C-H), 1724 (v C=0), 1460 (vsCH2), 1344, 1281, 1242, 1097 (vas C-O-C), 952, 842 (vsC- O-C) cm'<1.>
Peptidsyntese Peptide synthesis
Alle peptider ble syntetisert på fast harpiks ved å bruke en automatisert peptidsyntetiseringsanordning (9050 Pep Plus Synthesizer, Millipore, Framingham, USA) med standard 9-fluorenylmetyloksykarbonylkjemi. Hydrofobe "renovatører" All peptides were synthesized on solid resin using an automated peptide synthesizer (9050 Pep Plus Synthesizer, Millipore, Framingham, USA) with standard 9-fluorenylmethyloxycarbonyl chemistry. Hydrophobic "renovators"
(scavengers) og spaltede beskyttende grupper ble fjernet ved utfelling av peptidet i kald dietyleter og oppløsning i deionisert vann. Etter lyofilisering ble peptidene gjenoppløst i 0,03 M Tris-bufret saltoppløsning (TBS, pH 7,0) og renset ved å bruke (scavengers) and cleaved protective groups were removed by precipitation of the peptide in cold diethyl ether and dissolution in deionized water. After lyophilization, the peptides were redissolved in 0.03 M Tris-buffered saline (TBS, pH 7.0) and purified using
HPLC (Waters; Milford, USA) på en størrelseseksklusjonskolonne med TBS, pH 7,0 som løpende buffer. HPLC (Waters; Milford, USA) on a size exclusion column with TBS, pH 7.0 as running buffer.
Matriksdannelse ved konjugattilsettingsreaksjoner Matrix formation by conjugate addition reactions
MMP-sensitive geler dannet ved konjugattilsetting med en peptidkoblet nukleofil og en PEG-koblet konjugert umettethet som tillater proteolytisk cellemigrasjon. MMP-sensitive gels formed by conjugate addition with a peptide-linked nucleophile and a PEG-linked conjugated unsaturation allowing proteolytic cell migration.
Syntesen av geler blir utført fullstendig gjennom Michael-type tilsettingsreaksjon av tiol-PEG på vinylsulfon-funksjonalisert PEG. I et første trinn ble adhesjonspeptider tilfestet pendant (f.eks. peptid Ac-GCGYGRGDSPG-NH2(SEKV. ID nr. 20)) til et flerarmet PEG-vinylsulfon og deretter ble denne forløper tverrbundet med et ditiolinneholdende peptid (f.eks. MMP-substratet Ac-GCRDGPQGIAGFDRCG-NH2(SEKV. ID nr. 21)). I en typisk gelfremstilling for tredimensjonal in vitro undersøkelser, ble 4arm-PEG-vinylsulfon (molvekt 15000) oppløst i en TEOA-buffer (0,3 M, pH 8,0) for å gi en 10 % (vekt/vekt) oppløsning. For å gjøre gelene celleklebende, ble det oppløste peptid Ac-GCGYGRGDSPG-NH2(SEKV. ID nr. 20) (samme buffer) tilsatt til denne oppløsning. Adhesjonspeptidet ble tillatt å reagere i 30 min. ved 37°C. Deretter ble tverrbinderpeptidet Ac-GCRDGPQGIQGQDRCG-NH2(SEKV. ID nr. 21) blandet med ovennevnte oppløsning og gelene ble syntetisert. Gelering skjedde innenfor noen minutter mens tverrbindingsreaksjonen imidlertid ble utført i 1 time ved 37°C for å garantere fullstendig reaksjon. The synthesis of gels is carried out entirely through Michael-type addition reaction of thiol-PEG on vinylsulfone-functionalized PEG. In a first step, adhesion peptides were attached pendant (e.g. peptide Ac-GCGYGRGDSPG-NH2(SEQ ID NO: 20)) to a multi-armed PEG-vinyl sulfone and then this precursor was cross-linked with a dithioline-containing peptide (e.g. MMP -the substrate Ac-GCRDGPQGIAGFDRCG-NH2 (SEQ ID NO: 21)). In a typical gel preparation for three-dimensional in vitro studies, 4-arm-PEG-vinyl sulfone (mol weight 15000) was dissolved in a TEOA buffer (0.3 M, pH 8.0) to give a 10% (w/w) solution. To make the gels cell-adhesive, the dissolved peptide Ac-GCGYGRGDSPG-NH2 (SEQ ID NO: 20) (same buffer) was added to this solution. The adhesion peptide was allowed to react for 30 min. at 37°C. Then, the crosslinker peptide Ac-GCRDGPQGIQGQDRCG-NH2 (SEQ ID NO: 21) was mixed with the above solution and the gels were synthesized. Gelation occurred within a few minutes while the cross-linking reaction was however carried out for 1 hour at 37°C to guarantee complete reaction.
MMP- ikke-sensitive geler dannet ved konjugattilsetting med en PEG-koblet nukleofil og en PEG-koblet konjugat umettethet som tillater ikke-proteolytisk cellemigrering. MMP-insensitive gels formed by conjugate addition with a PEG-linked nucleophile and a PEG-linked conjugate unsaturation allowing non-proteolytic cell migration.
Syntesen av geler ble også fullført fullstendig gjennom Michael-type tilsettingsreaksjon av tiol-PEG på vinylsulfon-funksjonalisert PEG. I et første trinn ble adhesjonspeptider fremstilt pendant (f.eks. peptidet Ac-GCGYGRGDSPG-NH2(SEKV. ID nr. 20)) til et flerarmet PEG-vinylsulfon og deretter ble denne forløper tverrbundet med en PEG-ditiol (m.v. 3,4 kD). I en typisk gelfremstilling for tredimensjonale in vitro undersøkelser ble 4arm-PEG-vinylsulfon (molvekt 15000) oppløst i en TEOA-buffer 0,3 M, pH 8,0) for å gi en 10 % (vekt/vekt) oppløsning. For å gjøre gelene celleklebende ble det oppløste peptid AC-GCGYGRGDSPG-NH2(SEKV. ID nr. 20) (i samme buffer) ble tilsatt denne oppløsning. Adhesjonspeptidet ble tillatt å reagere i 30 min. ved 37°C. Deretter ble PEG-ditiolforløperen blandet med overnevnte oppløsning og gelene ble syntetisert. Geleringen skjedde innenfor noen minutter, mens tverrbindingsreaksjonen imidlertid ble utført i 1 time ved 37°C for å garantere fullstendig reaksjon. The synthesis of gels was also completely completed through Michael-type addition reaction of thiol-PEG onto vinyl sulfone-functionalized PEG. In a first step, adhesion peptides were prepared pendant (e.g. the peptide Ac-GCGYGRGDSPG-NH2(SEQ. ID no. 20)) to a multi-armed PEG-vinyl sulfone and then this precursor was cross-linked with a PEG-dithiol (m.v. 3,4 kD). In a typical gel preparation for three-dimensional in vitro studies, 4-arm-PEG-vinylsulfone (mol weight 15000) was dissolved in a TEOA buffer 0.3 M, pH 8.0) to give a 10% (w/w) solution. To make the gels cell-adhesive, the dissolved peptide AC-GCGYGRGDSPG-NH2 (SEQ ID NO: 20) (in the same buffer) was added to this solution. The adhesion peptide was allowed to react for 30 min. at 37°C. Then the PEG-dithiol precursor was mixed with the above solution and the gels were synthesized. The gelation occurred within a few minutes, while the cross-linking reaction was however carried out for 1 hour at 37°C to guarantee complete reaction.
Matriksdannelse ved kondensasjonsreaksjon Matrix formation by condensation reaction
MMP-sensitive geler dannet ved kondensasjonsreaksjoner med en peptid X-kobler som inneholder multiple aminer og en elektrofil aktiv PEG som tillater proteolytisk cellemigrering. MMP-sensitive gels formed by condensation reactions with a peptide X-linker containing multiple amines and an electrophilic active PEG that allows proteolytic cell migration.
MMP-sensitive hydrogeler ble også dannet ved å utføre en kondensasjonsreaksjon mellom MMP-sensitivt oligopeptid som inneholder 2 MMP-substrater og 3 Lys (Ac-GKGPQGIAGQKGPQGIAGQKG-NH2(SEKV. ID nr. 22) og en kommersielt tilgjengelig (Shearwater polymers) difunksjonell dobbelester PEG-N-hydroksysuksinimid (NHS-HBS-CM-PEG-CM-HBA-NHS). I et første trinn ble et adhesjonspeptid (f.eks. peptidet Ac-GCGYGRGDSPG-NH2) (SEKV. ID nr. 20) reagert med en liten fraksjon av NHS-HBS-CM-PEG-CM-HBA-NHS og deretter ble denne forløper tverrbundet til et nettverk ved å blandes med peptidet Ac-GKGPQGIAGQKGPQGIAGQKG-NH2(SEKV. ID nr. 22) som bærer tre e-aminer (og ett primært amin). I en typisk gelfremstilling for 3-dimensjonell in vitro undersøkelser, ble begge komponenter oppløst i 10 mM PBS ved pH 7,4 for å gi en 10 % (vekt/vekt) oppløsning og hydrogeler ble dannet på mindre enn én time. MMP-sensitive hydrogels were also formed by performing a condensation reaction between MMP-sensitive oligopeptide containing 2 MMP substrates and 3 Lys (Ac-GKGPQGIAGQKGPQGIAGQKG-NH2(SEQ ID NO: 22)) and a commercially available (Shearwater polymers) difunctional double ester PEG-N-Hydroxysuccinimide (NHS-HBS-CM-PEG-CM-HBA-NHS) In a first step, an adhesion peptide (e.g. the peptide Ac-GCGYGRGDSPG-NH2) (SEQ ID NO: 20) was reacted with a small fraction of NHS-HBS-CM-PEG-CM-HBA-NHS and then this precursor was cross-linked into a network by mixing with the peptide Ac-GKGPQGIAGQKGPQGIAGQKG-NH2 (SEQ ID NO: 22) carrying three ε-amines (and one primary amine).In a typical gel preparation for 3-dimensional in vitro studies, both components were dissolved in 10 mM PBS at pH 7.4 to give a 10% (w/w) solution and hydrogels were formed in less than one hour.
I motsetning til de foreliggende hydrogeler dannet ved Michael-type reaksjon, er den ønskede selvselektivitet ved denne tilnærming ikke garantert siden aminer tilstede i biologiske materialer så som celler eller vev også ville reagere med difunksjonelt aktiverte doble estere. Dette er også riktig for andre PEG som bærer elektrofile funksjonaliteter så som PEG-oksykarbonylimidazol (CDI-PEG), eller PEG-nitrofenylkarbonat. In contrast to the present hydrogels formed by Michael-type reaction, the desired self-selectivity by this approach is not guaranteed since amines present in biological materials such as cells or tissues would also react with difunctionally activated double esters. This is also true for other PEGs that carry electrophilic functionalities such as PEG-oxycarbonylimidazole (CDI-PEG), or PEG-nitrophenyl carbonate.
MMP- ikke-sensitive hydrogeler dannet ved kondensasjonsreaksjoner med en PEG-amin-tverrbinder og en elektrofilt aktiv PEG som tillater ikke-proteolytisk cellemigrering. Hydrogeler ble også dannet ved å utføre en kondensasjonsreaksjon mellom kommersielt tilgjengelige forgrenede PEG-aminer (Jeffaminer) og den samme di funksjonelle doble ester PEG-N-hydroksysuksinimid (NHS-HBS-CM-PEG-CM-HBA-NHS). I et første trinn ble adhesjonspeptidene (f.eks. peptidet Ac-GCGYGRGDSPG-NH2) (SEKV. ID nr. 20) reagert med en liten fraksjon av NHS-HBS-CM-PEG-CM-HBA-NHS og deretter ble denne forløper tverrbundet til et nettverk ved blanding med det multiarmede PEG-amin. I en typisk gelfremstilling for tredimensjonale in vitro undersøkelser ble begge komponenter oppløst i 10 mM PBS ved pH 7,4 for å gi en 10 % (vekt/vekt) oppløsning og hydrogeler ble dannet på mindre enn 1 time. MMP-insensitive hydrogels formed by condensation reactions with a PEG-amine cross-linker and an electrophilically active PEG that allow non-proteolytic cell migration. Hydrogels were also formed by performing a condensation reaction between commercially available branched PEG-amines (Jeffamines) and the same difunctional double ester PEG-N-hydroxysuccinimide (NHS-HBS-CM-PEG-CM-HBA-NHS). In a first step, the adhesion peptides (e.g. the peptide Ac-GCGYGRGDSPG-NH2) (SEQ ID NO: 20) were reacted with a small fraction of NHS-HBS-CM-PEG-CM-HBA-NHS and then this precursor cross-linked into a network by mixing with the multi-armed PEG-amine. In a typical gel preparation for three-dimensional in vitro studies, both components were dissolved in 10 mM PBS at pH 7.4 to give a 10% (w/w) solution and hydrogels were formed in less than 1 h.
Igjen i motsetning til de foreliggende hydrogeler dannet ved Michael-type reaksjon, er den ønskede selvselektivitet i denne tilnærming ikke garantert siden aminer tilstede i biologiske materialer så som celler eller vev også vil reagere med difunksjonelle aktuerte doble estere. Dette er også riktig for andre PEG som bærer elektrofile funksjonaliteter så som PEG-oksykarbonylimidazol (CDI-PEG), eller PEG-nitrofenylkarbonat. Again in contrast to the present hydrogels formed by Michael-type reaction, the desired self-selectivity in this approach is not guaranteed since amines present in biological materials such as cells or tissues will also react with difunctional activated double esters. This is also true for other PEGs that carry electrophilic functionalities such as PEG-oxycarbonylimidazole (CDI-PEG), or PEG-nitrophenyl carbonate.
Eksempel 4: Benregenerasjon med syntetiske enzymatisk degraderbare matriser Example 4: Bone regeneration with synthetic enzymatically degradable matrices
To forskjellige startkonsentrasjoner av de enzymatisk degraderbare geler ble anvendt. I hver av disse ble konsentrasjonen av RGD og den aktive faktor (CplPTH ved 100 fig/ml) holdt kontant. Det polymere nettverk ble dannet fra en 4-armet forgrenet PEG funksjonalisert med fire vinylsulfonendegrupper med molekylvekt o på 20 kD (molekylvekt for hver av armene 5 kD) og ditiolpeptid med følgende sekvens Gly-Cys-Arg-Asp-(Gly-Pro-Gln-Gly-Ile-Trp-Gly-Gln)-Asp-Arg-Cys-Gly (SEKV. ID nr. 21). Begge forløperkomponentene ble oppløst i 0,3 M trietanolamin. Startkonsentrasjonen til det funksjonaliserte PEG (første forløpermolekyl) og ditiolpeptidet (andre forløpermolekyl) ble variert. I ett tilfelle var konsentrasjonen 12,6 vekt% av den totale vekt av sammensetningen (første og andre forløperkomponent pluss trietanolaminoppløsning). 12,6 vekt% tilsvarer en 10 vekt% oppløsning beregnet på basis av bare den første forløperkomponent. (100 mg/ml første forløpermolekyl). Den andre startkonsentrasjonen var 9,5 vekt% av den totale vekt av sammensetningen (første og andre forløperkomponent + trietanolaminoppløsning) som tilsvarer 7,5 vekt% på basis av bare det første forløpermolekyl (75 mg/ml første forløpermolekyl) av total vekt. Dette har den følge at mengden av ditiolpeptid ble forandret slik at det molare forhold mellom vinylsulfoner og tioler ble opprettholdt. Two different starting concentrations of the enzymatically degradable gels were used. In each of these, the concentration of RGD and the active factor (CplPTH at 100 µg/ml) was kept constant. The polymeric network was formed from a 4-armed branched PEG functionalized with four vinyl sulfone end groups with molecular weight o of 20 kD (molecular weight for each of the arms 5 kD) and dithiol peptide with the following sequence Gly-Cys-Arg-Asp-(Gly-Pro-Gln -Gly-Ile-Trp-Gly-Gln)-Asp-Arg-Cys-Gly (SEQ ID NO: 21). Both precursor components were dissolved in 0.3 M triethanolamine. The initial concentration of the functionalized PEG (first precursor molecule) and the dithiol peptide (second precursor molecule) was varied. In one case, the concentration was 12.6% by weight of the total weight of the composition (first and second precursor components plus triethanolamine solution). 12.6% by weight corresponds to a 10% by weight solution calculated on the basis of only the first precursor component. (100 mg/ml first precursor molecule). The second starting concentration was 9.5% by weight of the total weight of the composition (first and second precursor component + triethanolamine solution) which corresponds to 7.5% by weight on the basis of only the first precursor molecule (75 mg/ml first precursor molecule) of the total weight. This has the consequence that the amount of dithiol peptide was changed so that the molar ratio between vinyl sulphones and thiols was maintained.
Gelen som hadde utgangspunkt fra en startkonsentrasjon på 12,6 vekt% svellet til en konsentrasjon på 8,9 vekt% av den totale vekt av det polymere nettverk + vann, således hadde matriks et vanninnhold på 91,1. Gelen som hadde utgangspunkt i en startkonsentrasjon på 9,5 vekt% svellet til en avsluttende konsentrasjon på 7,4 vekt% av den totale vekt av det polymere nettverk pluss vann, og hadde således et vanninnhold på 92,6. The gel, which started from an initial concentration of 12.6% by weight, swelled to a concentration of 8.9% by weight of the total weight of the polymeric network + water, thus the matrix had a water content of 91.1. The gel which started from an initial concentration of 9.5% by weight swelled to a final concentration of 7.4% by weight of the total weight of the polymeric network plus water, and thus had a water content of 92.6.
For å utforske virkningen av denne forandring ble disse materialene testet i saueboredefekten. Her ble 750 ul defekt plassert i det porøse ben til diafysene i sauefemur og humerus og fylt med en in situ relaterende enzymatisk gel. Følgende mengde av kalsinert vev ble oppnådd, bestemt ved hjelp av^CT, hvori hver gruppe var N=2: To explore the impact of this change, these materials were tested in the sheep bore defect. Here, a 750 ul defect was placed in the porous bone of the diaphyses of the sheep femur and humerus and filled with an in situ relating enzymatic gel. The following amount of calcified tissue was obtained, determined by ^CT, in which each group was N=2:
Ved å gjøre gelene mindre tette og lettere for cellepenetrasjon var den resulterende tilhelingsreaksjon med tilsetting av en aktiv faktor sterkere. Virkningen av å ha avsluttende faste konsentrasjoner på under 8,5 vekt% er klart fra disse resultater. Det er derved klart at konstruksjonen av matriks er essensiell for å tillate tilheling av sårdefekter. Hver av disse hydrogelene var sammensatt av store kjeder av polyetylenglykol, endekoblet for å danne en matriks. Detaljene vedrørende hvordan de var koblet sammen, via enzymatiske degraderingsseter, tettheten til sammenkoblerne og flere andre variabler var imidlertid essensielt for å tillate en funksjonell tilhelingsrespons. Disse forskjellene meget klart observert i saueboredefektmodellen. By making the gels less dense and easier for cell penetration, the resulting healing reaction with the addition of an active factor was stronger. The effect of having final solids concentrations below 8.5% by weight is clear from these results. It is therefore clear that the construction of the matrix is essential to allow healing of wound defects. Each of these hydrogels was composed of large chains of polyethylene glycol, end-linked to form a matrix. However, the details of how they were linked, via enzymatic degradation sites, the density of the linkers and several other variables were essential to allow a functional healing response. These differences very clearly observed in the sheep borer defect model.
Eksempel 5: Bendannelse med syntetiske hydrolytisk degraderbare matriser PTH 1-34 fusjonspeptid ble testet i en syntetisk gel så vel som i saueboredefektmodellen nøyaktig som beskrevet for fibrinmatrisene. Et hydrogelnettverk ble dannet ved å blande sammen akrylert 4-arm polyetylenglykol, MV 15000 (Peg 4<*>15Acr) med en lineær polyetylenglykolditiol med MV 3500. Gjennom en Michael-type reaksjon, hvor de to komponentene blir blandet i en buffer på 0,3 M trietanolamin ved pH 8,0, de resulterende tiolater som blir dannet ved denne pH kan deretter reagere med konjugert umettethet til akrylatet for å danne en kovalent binding. Ved å blande sammen multifunksjonelle forløpere slik at den kombinerte multifunksjonaliteten er større eller lik 5, blir et hydrogel dannet. I tillegg kan bioaktive faktorer tilsettes til matriks gjennom et identisk reaksjonsskjema. I dette tilfellet kunne bioaktive faktorer, inkludert celleadhesjonsmotiver eller morfogene eller mitogene faktorer bindes til matriks ved tilsetting av et cystein, den tiolinneholdende aminosyre til sekvensen. Her har vi tilsatt et cystein til celleadhesjonssekvensen, RGD, og mer spesifikt, RGDSP (SEKV. ID nr. 23) så vel som til PTHi-34-sekvensen og begge ble bundet til matriks via akrylatene i tverrbinderen. Deretter vil disse nylig dannede hydrogeler ha tallrike estere nær en tiol som er blitt vist å være hydrolytisk ustabil. Denne ustabiliteten tillater gelene langsomt å degraderes og bli erstattet av nylig dannet vev. Example 5: Bone Formation with Synthetic Hydrolytically Degradable Matrices PTH 1-34 fusion peptide was tested in a synthetic gel as well as in the sheep bore defect model exactly as described for the fibrin matrices. A hydrogel network was formed by mixing together acrylated 4-arm polyethylene glycol, MV 15000 (Peg 4<*>15Acr) with a linear polyethylene glycol dithiol of MV 3500. Through a Michael-type reaction, where the two components are mixed in a buffer of 0 .3 M triethanolamine at pH 8.0, the resulting thiolates that are formed at this pH can then react with the conjugated unsaturation of the acrylate to form a covalent bond. By mixing together multifunctional precursors such that the combined multifunctionality is greater than or equal to 5, a hydrogel is formed. In addition, bioactive factors can be added to the matrix through an identical reaction scheme. In this case, bioactive factors, including cell adhesion motifs or morphogenic or mitogenic factors could be bound to the matrix by the addition of a cysteine, the thioline-containing amino acid to the sequence. Here we have added a cysteine to the cell adhesion sequence, RGD, and more specifically, RGDSP (SEQ ID NO: 23) as well as to the PTHi-34 sequence and both were bound to the matrix via the acrylates in the crosslinker. Subsequently, these newly formed hydrogels will have numerous esters near a thiol that have been shown to be hydrolytically unstable. This instability allows the gels to slowly degrade and be replaced by newly formed tissue.
Disse spesielle geler, hydrolytisk degraderbare med RGD og PTH kovalent bundet til matriks, ble testet i saueboredefekt modellen for å teste evnen til matriksbundet C-PTH1.34til å forsterke benvekst. For å bestemme mengden av forsterking ble 0, 100 og 400 ug/ml PTHi.34-fusjonspeptid tilsatt matriks. Når dette var gjort ble en økning i bendannelse observert med tilsetting av PTH 1.34.1 hver test ble tilhelingsreaksjonen målt ved samme tidspunkt på 8 uker. Dette ble sammenlignet med defekter som ble etterlatt tomme. Når den syntetisk graderbare matriks uten PTH-fusjonspeptid ble anvendt ble tilhelingsreaksjonen målt til ca. 40 %. Dette betyr at 40 % av det opprinnelige defekte volum ble fylt med nylig dannet benvev. Deretter når 400 u.g/ml modifisert PTHi-34-fusjonspeptid ble anvendt øket tilhelingsresponsen til ca. 60 %. I sammenligning når defektene ble etterlatt tomme ble ca. 10 % fylt med kalsinert vev. Disse data er vist i tabell 6 nedenfor. These special gels, hydrolytically degradable with RGD and PTH covalently bound to matrix, were tested in the sheep borer defect model to test the ability of matrix-bound C-PTH1.34 to enhance bone growth. To determine the amount of amplification, 0, 100 and 400 µg/ml PTHi.34 fusion peptide was added to the matrix. When this was done, an increase in bone formation was observed with the addition of PTH 1.34.1 each test, the healing reaction was measured at the same time of 8 weeks. This was compared to defects that were left empty. When the synthetically gradable matrix without PTH fusion peptide was used, the healing reaction was measured at approx. 40%. This means that 40% of the original defective volume was filled with newly formed bone tissue. Then, when 400 µg/ml modified PTHi-34 fusion peptide was used, the healing response increased to approx. 60%. In comparison, when the defects were left empty, approx. 10% filled with calcined tissue. These data are shown in table 6 below.
I sammenligning til en som defekt hadde tilsetting av den hydrolytisk degraderbare PEG-gel alene en stor virkning på bentilheling, idet mengden av kalsinert vev økte med 300 %. Når PTH 1-34 ble koblet til denne matriks øket tilhelingen til og med ytterligere med nivået opptil 50 % høyere enn da matriks var anvendt alene og 500 % høyere enn det tilhelingsnivå oppnådd når defekten ble etterlatt tom. In comparison to one that was defective, addition of the hydrolytically degradable PEG gel alone had a large effect on bone healing, with the amount of calcined tissue increasing by 300%. When PTH 1-34 was coupled to this matrix, healing was even further increased with levels up to 50% higher than when matrix was used alone and 500% higher than the level of healing achieved when the defect was left empty.
Claims (19)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US10/024,918 US20020168718A1 (en) | 1997-04-03 | 2001-12-18 | Enzyme-mediated modification of fibrin for tissue engineering |
PCT/EP2002/012458 WO2003040235A1 (en) | 2001-11-07 | 2002-11-07 | Synthetic matrix for controlled cell ingrowth and tissue regeneration |
PCT/US2002/041114 WO2003052091A1 (en) | 2001-12-18 | 2002-12-18 | Growth factor modified protein matrices for tissue engineering |
US10/325,021 US7247609B2 (en) | 2001-12-18 | 2002-12-18 | Growth factor modified protein matrices for tissue engineering |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20043031L NO20043031L (en) | 2004-07-15 |
NO331726B1 true NO331726B1 (en) | 2012-03-12 |
Family
ID=35013296
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20043031A NO331726B1 (en) | 2001-12-18 | 2004-07-15 | Fusion peptide comprising a first domain comprising parathyroid hormone (PTH) and a second domain comprising a substrate domain, set and matrix comprising the fusion peptide, and methods for producing a matrix |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100925070B1 (en) |
HK (1) | HK1067147A1 (en) |
NO (1) | NO331726B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017198258A1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-11-23 | Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. | Method for forming a functional network of human neuronal and glial cells |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5428014A (en) * | 1993-08-13 | 1995-06-27 | Zymogenetics, Inc. | Transglutaminase cross-linkable polypeptides and methods relating thereto |
-
2002
- 2002-12-18 KR KR1020047009700A patent/KR100925070B1/en active IP Right Grant
-
2004
- 2004-07-15 NO NO20043031A patent/NO331726B1/en not_active IP Right Cessation
- 2004-12-22 HK HK04110140A patent/HK1067147A1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR100925070B1 (en) | 2009-11-04 |
HK1067147A1 (en) | 2005-04-01 |
NO20043031L (en) | 2004-07-15 |
KR20040101195A (en) | 2004-12-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8034618B2 (en) | PTH containing cell growth matrix | |
AU2009201588B2 (en) | Growth factor modified protein matrices for tissue engineering | |
AU2002363343B2 (en) | Synthetic matrix for controlled cell ingrowth and tissue regeneration | |
US8318674B2 (en) | Local treatment of bone defects | |
CA2445239C (en) | Drug delivery matrices to enhance wound healing | |
AU2002363343A1 (en) | Synthetic matrix for controlled cell ingrowth and tissue regeneration | |
EP2106263A2 (en) | Water soluble reactive derivatives of carboxy polysaccharides and fibrinogen conjugates thereof | |
EP1828244A2 (en) | Michael-type addition reaction functionalised peg hydrogels with factor xiiia incorporated biofactors | |
KR102071111B1 (en) | Biomaterial induced growth factor mimicking peptide and method for manufacturing the same and application of the same | |
EP1465989B1 (en) | Growth factor modified protein matrices for tissue engineering | |
NO331726B1 (en) | Fusion peptide comprising a first domain comprising parathyroid hormone (PTH) and a second domain comprising a substrate domain, set and matrix comprising the fusion peptide, and methods for producing a matrix | |
EP1864681A1 (en) | Growth factor modified protein matrices for tissue engineering | |
EP1837040A2 (en) | Drug delivery matrices to enhance wound healing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |