TWI626052B - 關節軟骨修復用組合物之注射劑型 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種促進關節軟骨再生之組合物、以及使用它修復關節軟骨之方法。該關節軟骨修復用組合物係包括富含血小板纖維釋放液及幹細胞,可用於促進關節軟骨再生,達到預防及治療關節炎的功效。該幹細胞係胚胎幹細胞、成體幹細胞、或誘導型多能幹細胞。該富含血小板纖維蛋白釋放液係含有從TGF-β1、VEGF、PDGF、EGF、FGF、NGF、及IGF中所選出之至少一種生長因子。

Description

關節軟骨修復用組合物之注射劑型
本發明係關於一種促進關節軟骨再生之組合物及其使用方法。
關節軟骨(Articular cartilage)主要功能是吸收硬骨對關節面的衝擊力、傳遞關節面上下硬骨的應力、降低關節面之間的摩擦力。關節軟骨內沒有血管、淋巴系統及神經,而且只包含單一種細胞種類-軟骨細胞(chondrocytes),軟骨細胞本身的生長受到了限制,因此,關節軟骨受損後很難自我修復。
骨關節炎(osteoarthritis,OA),又稱退化性關節炎(Degenerative Joint Disease,DJD),是一種慢性的關節疾病,症狀包括關節疼痛、觸痛(tenderness)、僵硬(stiffness)、鎖緊(locking),有時會有關節積液(effusion)的發生。主要發生於中、老年族群,但近年來隨著飲食西化、運動風氣盛行等,骨關節炎有逐漸年輕化的趨勢,因此如何預防及治療骨關節炎,儼然成為全世界最重要的課題之一。
關於骨關節炎的療法,也有許多替代醫學(Alternative medicine)的出現,市面上有許多營養補充劑被作為OA治療的產品出售。研究顯示出葡萄糖胺是前趨軟骨的一個組成部分。但是使用葡萄糖胺的有效性是有爭議的,最近的研究發現它是只等於或僅輕微優於安慰劑(Burdett and McNeil 2012)。儘管確定葡萄糖胺比較沒有功效,它仍然是一個可行 的治療選擇方案。因為它作為治療骨關節炎的使用通常是安全的(Henrotin,Mobasheri et al.2012)。
Phytodolor、SAMe和SKI 306X(一種中草藥混合物)也可有效改善關節炎疼痛,也有初步證據支持酪梨/大豆未皂化物(avocado/soybean unsaponifiables,ASU)和玫瑰果油是有效果的。另外,乳香萃取物(Boswellia serrata)稍微有少量的改善人與骨關節炎中疼痛和功能的效果。(Rosenbaum,O'Mathuna et al.2010)
骨關節炎治療從傳統療法到現代療法的討論,若骨關節炎是屬於輕微損傷,則可以使用傳統療法,注射止痛藥和關節內注射劑來延緩症狀,如果不能達到療效,則以手術方式進行治療,手術治療目的是固定鬆脫的關節軟骨、減輕痛楚及改善關節功能,例如:修補關節內鬆脫的軟骨及骨頭、清除關節內鬆脫的軟骨塊和微骨折術。其中,微骨折術是在骨頭上鑽多個小孔,使軟骨坑洞底部滲血,刺激纖維軟骨形成疤痕組織,助長軟骨癒合,是最常見的軟骨手術。
另外還有,骨軟骨移植和自體軟骨細胞移植,骨軟骨移植是從膝關節內次要部位,取出符合受傷部位尺寸的軟骨,植入軟骨缺損處,雖然手術能成功,也能排除免疫反應的風險,但是次要部位的軟骨會較薄弱。自體軟骨細胞移植(ACI)則是從膝關節內次要部位取出正常的活軟骨組織,然後將軟骨細胞培養在實驗室,繁殖到足夠數量,再把軟骨細胞植到軟骨缺損位置中,此方法中新的軟骨細胞狀態會與天然的關節軟骨相似。如果關節病變情形非常嚴重,臨床醫生就會進行搶救類型的手術,如截骨術或全關節置換術。
但是,上述之軟骨手術、骨軟骨移植、及自體軟骨細胞移植,患者都必須要歷經手術流程才能達到修復的效果,對於常見於老年人的骨關節炎疾病患者而言,無非是一項困難的挑戰。
為了尋找有效且方便的治療方法,目前的研究以幹細胞為基礎的治療方式為其主流,有研究指出脂肪間葉幹細胞以富含血小板血漿(Platelet-Rich Plasma,PRP)進行體外培養後用於修復小鼠的關節軟骨;然而,脂肪間葉幹細胞在體外培養的過程中可能會因為PRP中所含的抗凝劑及牛凝血酶而產生排斥反應,並且可能會有交叉感染的風險,導致治療效果不如預期。
綜上所述,上述之治療方法雖然能夠修復關節軟骨,但皆有須解決之問題點,所以,亟待開發出一種能夠解決現行關節軟骨治療技術之缺陷、且又能夠充分發揮優異的醫療效果之組合物。
因而,有鑑於此,本發明人乃對於上述習用技術之問題點潛心研究的結果,發現將幹細胞、及富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor加以組合使用於修復關節軟骨時,不但能夠提供超越使用一般的關節軟骨修復技術之優異效果,而且幹細胞不需要事先進行體外培養;又因富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor中不含有抗凝劑及牛凝血酶,能夠降低排斥反應及交叉感染的可能性。
根據本發明之一觀點可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其包括幹細胞及富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor;其中,該幹細胞係為胚胎幹細胞、成體幹細胞、或誘導型多能幹細胞;該富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor含有從TGF-β1(Transforming growth factor-β1)、VEGF(Vascular endothelial growth factor)、PDGF(Platelet-derived growth factor)、EGF(Epidermal growth factor)、FGF(Fibroblast growth factor)、NGF(Nerve growth factor)、及IGF(Insulin-like growth factor)中所選出之至少一種生長因子。
根據本發明之一觀點可以提供一種關節軟骨修復用組合物,上述之富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor係經由對於哺乳動物自體的血液進行離心,取出中間層塊狀物質,經靜置一特定時間後所得到之富含生長因子的釋放液其中;該特定時間一般為1小時以上;較佳為2小時以上;更佳為3小時以上;特佳為4小時以上;最佳為5小時以上。
根據本發明中之一觀點可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其中該富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor中之PDGF的濃度為在15pg/mL以上;較佳為20pg/mL以上;更佳為25pg/mL以上;特佳為30pg/mL以上;最佳為35pg/mL以上。
根據本發明中之一觀點可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其中該富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor中之VEGF的濃度為在0.5pg/mL以上;較佳為0.7pg/mL以上;更佳為0.9pg/mL以上;最佳為1.5pg/mL以上。
根據本發明中之一觀點可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其中該富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor中之EGF的濃度為在0.01pg/mL以上;較佳0.03pg/mL以上;更佳為0.05pg/mL以上;最佳為0.07pg/mL以上。
根據本發明中之一觀點可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其中該富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor中之IGF的濃度為在1.0pg/mL以上;較佳為3.0pg/mL以上;更佳為5.0pg/mL以上;最佳為7.0pg/mL以上。
根據本發明中之一觀點可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其中該富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor中之FGF的濃度為在0.01pg/mL以上;較佳為0.02pg/mL以上;更佳為0.05pg/mL以上;最佳為0.08pg/mL以上。
根據本發明中之一觀點可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其中該富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor中之NGF的濃度為在0.01pg/mL以上;較佳為0.05pg/mL以上。
根據本發明中之一觀點可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其中該富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor中之TGF-β1的濃度為在0.5pg/mL以上;較佳為1.0pg/mL以上;更佳為1.5pg/mL以上;最佳為2.0pg/mL以上。
根據本發明中之一觀點可以提供一種關節軟骨修復用組合物,上述之幹細胞可為任何合宜的幹細胞,包括例如:胚胎幹細胞、成體幹細胞、或誘導型多能幹細胞;但上述之幹細胞並非人類全能幹細胞。
根據本發明中之一觀點可以提供一種關節軟骨修復用組合物,上述之成體幹細胞包括但不限於臍帶血幹細胞、周邊血幹細胞、神經幹細胞、表皮幹細胞、肌肉幹細胞、脂肪幹細胞、骨髓幹細胞、眼角膜幹細胞、肝臟幹細胞、或腸上皮幹細胞;較佳為臍帶血幹細胞、周邊血幹細胞、神經幹細胞、表皮幹細胞、肌肉幹細胞、脂肪幹細胞、或骨髓幹細胞;更佳為臍帶血幹細胞、周邊血幹細胞、神經幹細胞、肌肉幹細胞、脂肪幹細胞、或骨髓幹細胞;特佳為臍帶血幹細胞、周邊血幹細胞、脂肪幹細胞、或骨髓幹細胞;最佳為脂肪幹細胞。
根據本發明中之一觀點可以提供一種關節軟骨修復用組合物,上述之脂肪幹細胞為自人類、或哺乳類動物之脂肪組織中分離而得。
根據本發明之又一觀點還可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其係同時使用、或依序使用。
根據本發明之其他觀點還可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其中該載劑包含賦形劑、稀釋劑、增稠劑、填充劑、結合劑、崩解 劑、潤滑劑、油脂或非油脂的基劑、介面活性劑、懸浮劑、膠凝劑、輔助劑、防腐劑、抗氧化劑、穩定劑、著色劑等。
根據本發明之其他觀點亦可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其係以注射方式投予。
根據本發明之其他觀點還可以提供一種關節軟骨之修復方法,其係包括對於需要修復關節軟骨之個體投與或施打一富含血小板纖維蛋白釋放液,該富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor係含有從TGF-β1、VEGF、PDGF、EGF、FGF、NGF、及IGF中所選出之至少一種生長因子;以及一幹細胞,其為胚胎幹細胞、成體幹細胞、或誘導型多能幹細胞。
由下文的說明,可更進一步瞭解本發明的特徵及其優點,閱讀時請參考第1圖至第5圖。
圖1為本發明中比較例1至比較例4、及實施例1之關節軟骨的外觀。
圖2為本發明中比較例1至比較例4、及實施例1之關節軟骨外觀之ICRS細項得分。
圖3為本發明中比較例1至比較例4、及實施例1之關節軟骨的組織切片染色圖。
圖4為本發明中比較例1至比較例4、及實施例1之關節軟骨切片之ICRS平均得分。
圖5為本發明中比較例1至比較例4、及實施例1之關節軟骨切片之ICRS細項得分。
以下,針對本發明的實施態樣列舉不同的具體實施例而更加詳盡地敘述與說明,以便使本發明的精神與內容更為完備而易於瞭解;然而,本項技藝中具有通常知識者應當明瞭本發明當然不受限於此等實例而已,亦可利用其他相同或均等的功能與步驟順序來達成本發明。
首先,對於本說明書中所使用的特定用語或名詞進行描述性的說明。
除非本說明書另有定義以外,在本文中所用的科學與技術詞彙之含義與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。
在本文中,「治療(treatment或treating)」之用語係指對於具有某種醫療狀況、症狀、疾病、病症或其先期狀況的個體或患者,實施可達成藥學和/或生理效果的預防性、治癒性或緩和性之處置,藉以部分或完全減輕嚴重性、延遲發生進程、及/或抑制該醫療狀況之一或多個病徵、異常及/或疾病出現機率之行為。前述病徵、疾病、異常和/或醫療狀況可以是關節軟骨損傷。
在本文中,「有效量(an effective amount)」之用語係指對於受損關節軟骨直接或間施用(administered、administering、或administration)之醫學藥物,在經過適當的給藥期間後,能夠達到修復關節軟骨組織之效果、或者治療關節軟骨損傷之目的所施用之特定用量。
在本文中,前述之「醫學藥物」係指能透過局部和/或全身性作用而誘發所期待的藥學和/或生理反應之具有藥學上活性之物質,通常包括醫藥化合物(compound)、調配物(formulation)、組合物(composition)、藥劑(agent)、醫藥品(medicine or medicament)、或者藥學活性化合物的前驅藥(prodrug)、衍生物(derivative)、或類似物(analog)等。
在本文中,「個體(subject)」或「患者(patient)」可彼此交替使用。該「個體」或「患者」分別指可接受所述化合物和/或方法治療的動物,包括但不限於例如包含狗、貓、馬、羊、豬、牛等之任何的哺乳類動物,以及人類、非人類的靈長類。除非另有具體說明以外,該「個體」或「患者」可包括雄性與雌性兩種性別。又,適合接受本發明之組合物和/或方法治療之個體或患者,較佳者為人類。
在本文中,對於用以界定本發明範圍的數值與參數,本質上不可避免地含有因個別測試方法所致的標準偏差,因而大多是以約略的數量值來表示,然而於具體實施例中則盡可能精確呈現的相關數值。在本文中,「約」通常視本發明所屬技術領域中具有通常知識者的考量而定,一般係指代表實際數值落在平均值的可接受標準誤差之內,例如,該實際數值為在一特定數值或範圍的±10%、±5%、±1%、或±0.5%以內。
在本文中,各實施例所獲得數據皆利用統計分析來判定不同組別之間是否有差異。選用One-way ANOVA(Analysis of variance)檢定法,對各組之間進行比較,當p值小於0.05認為具有統計學上的顯著差異。
亦即,本發明之揭示內容可以提供一種用於治療修復用組合物,其包括幹細胞及血小板纖維蛋白釋放液;其中,該幹細胞係為胚胎幹細胞、成體幹細胞、或誘導型多能幹細胞;該血小板纖維蛋白釋放液係含有從TGF-β1、VEGF、PDGF、EGF、FGF、NGF、及IGF中所選出之至少一種的生長因子。
更且,根據本發明之另一實施方式還可以提供一種關節軟骨修復用組合物,上述之載劑包含賦形劑、稀釋劑、增稠劑、填充劑、結合劑、崩解劑、潤滑劑、油脂或非油脂的基劑、介面活性劑、懸浮劑、膠凝劑、輔助劑、防腐劑、抗氧化劑、穩定劑、著色劑等。
又且,根據本發明之另一實施方式還可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其係為液體、凍乾粉末、晶球、或緩效釋放劑之劑型;較佳者為液體、晶球、或緩效釋放劑之劑型;更佳者為晶球、或緩效釋放劑之劑型;最佳為以緩效釋放劑之劑型。
另外,根據本發明之其他觀點還可以提供關節軟骨修復用組合物,其中上述之賦型劑係指可和藥學製劑中其他成分相容且與生物體相容者,例如,囊封材料或諸如吸收促進劑、抗氧化劑、黏合劑、緩衝液、包覆劑、著色劑、稀釋劑、崩解劑、乳化劑、補充劑、填充劑、調味劑、保濕劑、潤滑劑、防腐劑、推進劑、釋放劑、殺菌劑、甜味劑、增溶劑、濕潤劑及其混合物等之各種添加劑。
再者,在本發明之某些較佳實施方式中,可以提供一種關節軟骨修復用組合物,其中上述之輔劑可以包括但不限於微晶纖維素、碳酸鈣、磷酸二鈣或甘胺酸等;其中上述之崩解劑可以包括但不限於澱粉、藻酸或特定的矽酸鹽等;其中上述之顆粒黏合劑可以包括但不限於用聚乙烯吡咯烷酮、蔗糖、明膠、或相思樹膠(acacia);其中上述之潤滑劑可以包括但不限於硬脂酸鎂、十二烷基硫酸鈉或滑石等;其中上述之賦形劑可以包括但不限於乳糖、蔗糖、甘露醇、山梨醇、玉米澱粉、小麥澱粉、稻米澱粉、馬鈴薯澱粉、明膠、或黃蓍膠等。
又,在本發明之其他較佳實施方式中,係將含有本發明之組合物的液態配方製作成無菌注射溶液或懸浮液;例如,製作成適合於以靜脈內注射、肌肉內注射、皮下注射或腹膜內注射等方式施用的溶液;適合使用於上述無菌注射溶液或懸浮液中之稀釋劑,舉例來說,例如,其可以包括但不限於1,3-丁二醇、甘露醇、水、林格氏溶液、等張性氯化鈉溶液;亦可以使用例如油酸等之脂肪酸、甘油酯衍生物、或者是例如橄欖油或菜籽油等之藥學可接受的天然油脂。
再者,在本發明之另一較佳實施方式中,亦可將本發明上述之組合物與藥學可接受的高分子輔劑一起製成緩效釋放之劑型。上述之高分子輔劑包含親水性聚合物,舉例來說,例如,其可以使用包括但不限於甲基纖維素(Methyl Cellulose)、羥丙基纖維素(Hydroxypropyl Cellulose)、羥丙基甲基纖維素(Hydroxypropyl Methyl Cellulose)、羧乙烯聚合物(Carboxypolymethylene,Carbopol,Cabomer)、聚環氧乙烷(polyethylene oxide)、羧甲基纖維素鈉(Carboxymethyl Cellulose Sodium)、海藻素、玻尿酸、明膠等。
以下,藉由實施例來說明本發明之特定實施態樣,但本發明之內容範疇並不受限於此等實施例而已。
首先,說明本發明比較例及實施例中之各項試驗的標準操作方法。
《再生關節軟骨外觀及組織切片評估方法》
將各比較例及實施例中所使用的兔子犧牲後使用鋸骨刀取下右後膝手術部位的關節,然後用國際軟骨修復學會(International Cartilage Repair Society,ICRS)的評分標準進行評分,如表1所示,使用protocol A(subchondral drilling軟骨下鑽孔),其中根據評估缺陷修復程度,邊界區整合程度,與宏觀外貌(ICRS Cartilage Injury Evaluation Package,2000),進行6人次以上之評估,即可由評分結果來評估治療成效。
接著,將骨頭樣本裝在塑膠罐中,放入脫鈣液中,約三至四天更換一次,更換約四至五次,並視情況檢查脫鈣程度,以物理性針刺法判定脫鈣終點,使用的細針若能順利戳刺入骨組織則可以順利切片。
脫鈣液的配製為等體積的50% formic acid(250ml 88% formic acid+250ml ddH2O)跟20%sodium citrate(100g sodium citrate+500ml ddH2O)混合。
脫鈣後骨樣品使用組織修片刀進行切片後,將固定之組織寄送至台灣動物科技研究所切片室切片。將組織切成大約4μm厚度的組織切片,分別進行蘇木紫和伊紅(Hematoxylin & Eosin;H&E)及甲苯胺藍 (Toluidiue blue)染色,並在光學顯微鏡下觀察了解關節軟骨組織再生情形,並進行拍照。
HE染色,可以觀察出骨組織結構的完整,結構清晰。細胞核呈不同程度紫紅色,鮮艷、清晰、對比度強、而且長期保存不褪色。甲苯胺藍染色可以染出樣品中膠原蛋白的含量,可以依照染色的深淺程度,判斷出膠原蛋白的含量。
然後,依照ICRS國際軟骨修復組織的組織學評分系統(THE INTERNATIONAL CARTILAGE REPAIR SOCIETY,ICRS)(Mainil-Varlet,Aigner et al.2003),如表2所示,分別針對組織學下軟骨的表面、基質、細胞分佈、細胞族群的存活率及軟骨下硬骨與軟骨礦物質化的程度進行評分,進行6人次以上之評估,即可由評分結果來評估治療成效。
《比較例1》
選用雌性紐西蘭白兔作為實驗動物,每隻兔子年齡約10週齡,體重約2公斤。將兔子依實驗動物飼養中心標準作業程序飼養至16週齡,體重增加至約3公斤,使其骨骼發育完全,再進行軟骨缺損手術。
軟骨缺損手術係於兔子右後肢股骨(femur)關節內髁處,製造出一個直徑3mm、深度2mm的傷口。縫合傷口後,於傷口處塗抹適量的萬靈素軟膏(Oxineomycin Ointment,中國化學製藥股份有限公司製造),並給予止痛劑Carprofen(4mg/kg)及抗生素Cephazolin(25mg/kg,中國化學製藥股份有限公司製造)。
軟骨缺損手術後一周傷口癒合,觀察若兔子無異狀即開始拆線,不做任何處理,連續飼養12週後犧牲兔子,根據上述之《再生關節軟骨外觀及組織切片評估方法》評估兔子的再生關節軟骨外觀及組織。結果,本比較例1之經連續飼養12週後的未經任何處理之關節軟骨外觀情況如圖1之照片所示,而關節軟骨組織切片情況為如圖3之光學顯微鏡照片所示。
《比較例2》
首先,製備脂肪間葉幹細胞R。
將兔子脂肪組織泡在含有冰PBS(含1X-2X P/S/A;250ml)的血清瓶中,並置放在冰上保持溫度。搖晃瓶子,用以清洗脂肪組織,抽掉液體,加入200mL含有PBS及P/S/A的溶液,清洗2-3次。把脂肪組織倒在10或15公分的培養皿中,將紅色的筋膜肉剔除,並剪碎脂肪組織。將剪碎的脂肪組織裝在離心管中(10ml脂肪組織/50ml離心管),加滿PBS,然後搖30分鐘,其間可換新的PBS或新的離心管。
將洗完的碎片脂肪組織夾到新的離心管中(25ml脂肪組織/離心管),倒入濃度為0.1-0.2%的膠原酶(collagenase type I,Sigma),其中 膠原酶與碎片脂肪組織的體積比至少1:1,然後將離心管放置37℃的水浴槽,每5分鐘搖一次,反應15分鐘以上或操作此消化程序至體積剩下5%的脂肪組織便可停止反應。
將離心管靜置,等油滴上浮到脂肪與水之間,取水層(25ml/管),再以PBS加滿,然後以500xg離心5分鐘後,將最上面白色的油吸掉,分半加滿PBS,然後離心10分鐘。組織可再用PBS清洗,收殘留物一起離心,其中細胞與紅血球都會沉澱,但紅血球不會貼在培養皿上。去除離心管內的上清液,使離心管內剩約5-10ml,接著使用吸管(pipet)混合後,再以100μm尼龍篩進行過濾。再加入PBS,離心10分鐘後去除上清液,然後加入培養基並培養在培養皿上,待1-2天細胞貼附在培養皿上後,將一半的培養基置換。之後,每兩天換一次培養基,同時檢查細胞的分化能力。
將上述初代培養的脂肪間葉幹細胞以流式細胞儀(FACSAriaTM,Becton Dickinson)進行純化,並以α MEM培養液,培養於37℃的培養箱中,使細胞型態更加專一化,也呈現較一致性的紡錘狀外貌,進而得到脂肪間葉幹細胞R。
接著,選用雌性紐西蘭白兔作為實驗動物,每隻兔子年齡約10週齡,體重約2公斤。將兔子依實驗動物飼養中心標準作業程序飼養至16週齡,體重增加至約3公斤,使其骨骼發育完全,再進行軟骨缺損手術。
軟骨缺損手術係於兔子右後肢股骨(femur)關節內髁處製造出一個直徑3mm、深度2mm的傷口。縫合傷口後,於傷口處塗抹適量的萬靈素軟膏(Oxineomycin Ointment,中國化學製藥股份有限公司製造),並給予止痛劑Carprofen(4mg/kg)及抗生素Cephazolin(25mg/kg,中國化學製藥股份有限公司製造)。
軟骨缺損手術後一周傷口癒合,觀察若兔子無異狀即開始拆線,然後,將脂肪幹細胞R(數量為1x106個)及1.0mL之磷酸鹽緩衝生理鹽水 (PBS)混合均勻從兔子右膝蓋關節注射入關節囊中,隔週後重複施打相同劑量。
連續飼養12週後犧牲兔子,並根據上述之《再生關節軟骨外觀及組織切片評估方法》評估兔子的再生關節軟骨外觀及組織。結果,本比較例2之經連續飼養12週後以脂肪間葉幹細胞R處理之關節軟骨外觀情況如圖1之照片所示,而關節軟骨組織切片情況為如圖3之光學顯微鏡照片所示。
《比較例3》
首先,製備富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor。
將兔子全身麻醉後,剔除頸部毛髮,由外頸靜脈採取6ml血液,直接放入不含抗凝劑之真空採血管(BD® Vacutainer SSTTM REF 367988 Sterile BD,Franklin Lakes NJ USA),其中試管底部含有凝膠,可令紅血球穿透而將紅血球完全分離於底部。接著,以3000rpm離心10分鐘後,取出中間層的凝膠,再將其靜置於滅菌管內5小時,收取釋放液,即為富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor。
然後,分析血小板纖維蛋白釋放液GX Factor中之生長因子的濃度,並紀錄於表3。
本發明所製備出的富含血小板纖維蛋白釋放液GX Factor,較習知技術具備以下優點:(1)製備過程不必添加抗凝血劑與凝血酶;(2)製程時間較短;(3)為自體產物,沒有免疫反應等問題;(4)只需經過一次離心即能自然形成緻密的纖維蛋白基質,此結構較有耐受性,且能牽絆白血球於其間,因此具有抗感染等作用,並能緩慢地釋放生長因子與活性蛋白質等,使作用時間增長;(5)所含的生長因子和細胞激素濃度更高,治癒效果更佳。
接著,選用雌性紐西蘭白兔作為實驗動物,每隻兔子年齡約10週齡,體重約2公斤。將兔子依實驗動物飼養中心標準作業程序飼養至16週齡,體重增加至約3公斤,使其骨骼發育完全,再進行軟骨缺損手術。
軟骨缺損手術係於兔子右後肢股骨(femur)關節內髁處製造出一個直徑3mm、深度2mm的傷口。縫合傷口後,於傷口處塗抹適量的萬靈素軟膏(Oxineomycin Ointment,中國化學製藥股份有限公司製造),並給予止痛劑Carprofen(4mg/kg)及抗生素Cephazolin(25mg/kg,中國化學製藥股份有限公司製造)。
軟骨缺損手術後一周傷口癒合,觀察若兔子無異狀即開始拆線,然後,將1mL之血小板纖維蛋白釋放液GX Factor從兔子右膝蓋關節注射入關節囊中,隔週後重複施打相同劑量。
連續飼養12週後犧牲兔子,並根據上述之《再生關節軟骨外觀及組織切片評估方法》評估兔子的再生關節軟骨外觀及組織。結果,本比較例3之經連續飼養12週後以血小板纖維蛋白釋放液GX Factor處理之關 節軟骨外觀情況如圖1之照片所示,而關節軟骨組織切片情況為如圖3之光學顯微鏡照片所示。
《比較例4》
首先,將比較例3所得之脂肪間葉幹細胞R誘導為軟骨細胞C。
將脂肪間葉幹細胞R以1500rpm,離心10分鐘,去除上清液後,用軟骨化培養基(SH30889.02)以1x106細胞/毫升回溶,取1mL的細胞溶液置於15mL試管後再離心。去除上清液,並加入5mL培養液,鬆開蓋子培養28天,每三天換一次培養基。分化後的軟骨細胞以甲苯胺染色(Toluidine Staining)進行鑑定,確定脂肪間葉幹細胞R已被誘導為軟骨細胞C。
接著,選用雌性紐西蘭白兔作為實驗動物,每隻兔子年齡約10週齡,體重約2公斤。將兔子依實驗動物飼養中心標準作業程序飼養至16週齡,體重增加至約3公斤,使其骨骼發育完全,再進行軟骨缺損手術。
軟骨缺損手術係於兔子右後肢股骨(femur)關節內髁處製造出一個直徑3mm、深度2mm的傷口。縫合傷口後,於傷口處塗抹適量的萬靈素軟膏(Oxineomycin Ointment,中國化學製藥股份有限公司製造),並給予止痛劑Carprofen(4mg/kg)及抗生素Cephazolin(25mg/kg,中國化學製藥股份有限公司製造)。
軟骨缺損手術後一周傷口癒合,觀察兔子無異狀即開始拆線,然後,將軟骨細胞C(數量為1x106個)配置於0.2mL之PBS中,並與0.8mL的上述比較例3所製得的血小板纖維蛋白釋放液GX Factor混合均勻後從兔子右膝蓋關節注射入關節囊中,隔週後重複施打相同劑量。
連續飼養12週後犧牲兔子,並根據上述之《再生關節軟骨外觀及組織切片評估方法》評估兔子的再生關節軟骨外觀及組織。結果,本 比較例4之經連續飼養12週後以軟骨細胞C混合血小板纖維蛋白釋放液GX Factor處理之關節軟骨外觀情況如圖1之照片所示,而關節軟骨組織切片情況為如圖3之光學顯微鏡照片所示。
《實施例1》
選用雌性紐西蘭白兔作為實驗動物,每隻兔子年齡約10週齡,體重約2公斤。將兔子依實驗動物飼養中心標準作業程序飼養至16週齡,體重增加至約3公斤,使其骨骼發育完全,再進行軟骨缺損手術。
軟骨缺損手術係於兔子右後肢股骨(femur)關節內髁處製造出一個直徑3mm、深度2mm的傷口。縫合傷口後,於傷口處塗抹適量的萬靈素軟膏(Oxineomycin Ointment,中國化學製藥股份有限公司製造),並給予止痛劑Carprofen(4mg/kg)及抗生素Cephazolin(25mg/kg,中國化學製藥股份有限公司製造)。
軟骨缺損手術後一周傷口癒合,觀察若兔子無異狀即開始拆線,然後,將上述比較例2所製得的脂肪幹細胞R(細胞數量為1x106個)配製於0.2mL之PBS中,並與0.8mL的上述比較例3所製得的血小板纖維蛋白釋放液GX Factor混合均勻後從兔子右膝蓋關節注射入關節囊中,隔週後重複施打相同劑量。
連續飼養12週後犧牲兔子,並根據上述之《再生關節軟骨外觀及組織切片評估方法》評估兔子的再生關節軟骨外觀及組織。結果,本比較例4之經連續飼養12週後以脂肪幹細胞R混合血小板纖維蛋白釋放液GX Factor處理之關節軟骨外觀情況如圖1之照片所示,而關節軟骨組織切片情況為如圖3之光學顯微鏡照片所示。
《再生關節軟骨外觀評估結果》
圖1係顯示比較例1至4及實施例1中之兔子關節軟骨的外觀,其中比較例1的膝蓋軟骨表面缺陷、粗糙,有明顯的傷口邊緣界線,且 出現骨關節炎(OA)的外觀特點,包括軟骨磨損、纖維性顫動(fibrillation)、糜爛(erosion)、骨贅形成(osteophyte formation)等。與比較例1相比,比較例2的軟骨缺陷區域有部分修復,其修復的涵蓋體積約60%,但是仍然觀察到斷裂狀的組織及軟骨小空洞化的情形。而比較例3、實施例1及比較例4的軟骨缺陷部位,可明顯看出已經有修補現象,且表面較比較例1呈現平坦光滑。其中,實施例1之外觀最接近正常軟骨的外觀,軟骨缺陷部位充滿了類似於透明軟骨的組織,缺陷部位處的傷口邊緣界線較不明顯,且與周圍原生軟骨有良好結合。由此可知,本發明之組合物促進軟骨組織再生的能力較佳。
然後,將比較例1-4與實施例4之再生關節軟骨外觀的平均評分結果記錄於表4中
在ICRS外觀評分系統中,最高分12分為正常軟骨的情形,由表4可知,其中實施例1的平均得分最高(9.1905±1.38701),是治療效果最好的組別,且較接近正常軟骨的情形。
接著,將ICRS的外觀評分,分成缺陷修復程度、邊界區整合程度、及宏觀外貌等細項來觀察,如圖2所示,也可以看出不論是在缺陷修復程度、邊界區整合程度、宏觀外貌上,比較例2、比較例3、比較例4、及 實施例1皆比比較例1都有較高的得分,其中又以實施例1具有較佳的缺陷修復程度。
《再生關節軟骨組織切片評估結果》
請參考圖3,未經任何治療處理的比較例1,其再生組織為一薄層的新軟骨,包含未成熟的軟骨組織和少量的細胞聚集,其軟骨結構混亂、軟骨細胞過少、組織型態不一致,並且有小裂縫的出現等各種骨關節炎的症狀。值得注意的事,比較例1的修復組織中沒有觀察到軟骨層,其裸露在關節最外層的是硬骨層。
比較例2的表層軟骨出現不規則的厚度,軟骨下骨的不垂直整合,以及形成不夠充分。再生軟骨的表面,也能觀察出不規則狀、斷裂狀的現象,缺陷部位充滿了纖維軟骨組織和軟骨樣的透明軟骨組織的混合物,因此仍然會有纖維組織的形成。
比較例3的修復組織,雖然與周圍正常軟骨整合得情形良好,而且軟骨表面層也形成了光滑溫和狀的組織修復,軟骨下骨的形成情形良好,但仍在表層軟骨中,觀察到纖維組織的存在,並且同樣觀察到不規則狀、斷裂狀的現象。
雖然實施例1與比較例4的缺陷部位都覆蓋著透明軟骨樣的組織。然而,實施例1的軟骨斷裂情形較少,缺陷填充率和缺陷的表面層的條件也較好,其關節軟骨結構是正常的,軟骨表面顯示出非常溫和的不規則性,並且是平滑且不間斷的,軟骨組織有適當的厚度、細胞的分佈正常和軟骨基質是一致性且良好。軟骨細胞在內層的柱狀組織以及表層的透明軟骨的生長表現,再生組織與周圍軟骨的整合良好。
由圖3的結果顯示雖然各組的缺陷部位都有出現軟骨樣(cartilage-like)的修復組織,但是生長出的軟骨完整性不一致,其中又以實施例1,即給予本發明之組合物的再生軟骨,更類似原生軟骨的特徵。
然後,依據國際軟骨修復組織的組織學評分系統(THE INTERNATIONAL CARTILAGE REPAIR SOCIETY,ICRS)進行修復評分,並將評分結果記錄於表5中。
圖4為顯示各組關節軟骨切片的平均得分,在ICRS組織學評分系統中,最高分18分為正常軟骨的情形,其中實施例1的平均得分最高(14.8333±1.72713),是治療效果最好的組別,且較接近正常軟骨的情形。
接著,將ICRS的切片評分,分成軟骨表面、基質、細胞分布、細胞族群的存活率、軟骨下骨和軟骨礦物質化程度等細項來觀察,如圖5所示,也可以看出不論是在軟骨表面、基質、細胞分佈、細胞族群的存活率、軟骨下骨和軟骨礦物質化程度上,比較例2、比較例3、比較例4及實施例1皆比比較例1都有較高的得分,其中又以實施例1具有較高的得分,顯示本發明之組合物具有良好的軟骨修復再生能力,並能減緩骨關節炎的發展過程,具有預防與治療骨關節炎之療效。
上文實施方式揭露了本發明的具體實施例,然其並非用以限定本發明,本發明所屬技術領域中具有通常知識者,在不悖離本發明之原理與精神的情形下,當可對其進行各種更動與修飾,因此本發明之保護範圍當以附隨申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

  1. 一種關節軟骨修復用組合物之注射劑型,其係包括幹細胞及富含血小板纖維蛋白釋放液;其中該幹細胞為胚胎幹細胞、成體幹細胞、或誘導型多能幹細胞、且非人類全能幹細胞;該富含血小板纖維蛋白釋放液係經由對於哺乳動物自體的血液進行離心,取出中間層塊狀物質,經靜置一特定時間後而得,且含有從TGF-β1、VEGF、PDGF、EGF、FGF、NGF、及IGF中之至少一種的生長因子;以及該組合物係不事先於體外培養,而是以直接注射方式投與至需要修復關節軟骨之個體。
  2. 如請求項2所記載之關節軟骨修復用組合物之注射劑型,其中該特定時間為1小時以上。
  3. 如請求項1所記載之關節軟骨修復用組合物之注射劑型,其中該PDGF的濃度為在15pg/mL以上。
  4. 如請求項1所記載之關節軟骨修復用組合物之注射劑型,其中該VEGF的濃度為在0.5pg/mL以上。
  5. 如請求項1所記載之關節軟骨修復用組合物之注射劑型,其中該EGF的濃度為在0.01pg/mL以上。
  6. 如請求項1所記載之關節軟骨修復用組合物之注射劑型,其中該IGF-1的濃度為在1.0pg/mL以上。
  7. 如請求項1所記載之關節軟骨修復用組合物之注射劑型,其中該FGF及該NGF的濃度為在0.01pg/mL以上。
  8. 如請求項1所記載之關節軟骨修復用組合物之注射劑型,其中該TGF-β1的濃度為在0.5pg/mL以上。
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