WO2007118658A1 - Method of isolating postnatal and/or adult epithelial stem and precursor cells of the intestine with the aid of a monoclonal antibody - Google Patents

Method of isolating postnatal and/or adult epithelial stem and precursor cells of the intestine with the aid of a monoclonal antibody Download PDF

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WO2007118658A1
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intestine
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stem cells
intestinal
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Herwig Brunner
Petra Bareiss
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Peter und Traudl Engelhorn-Stiftung zur Förderung der Biotechnologie und Gentechnik
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Definitions

  • the present invention relates to a method for identifying and / or isolating live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the gut with an antibody or a fragment of the antibody and methods for diagnosing carcinomas of the gut and / or precursors thereof.
  • the invention relates to living postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine obtainable by the method according to the invention, pharmaceutical compositions comprising these precursor and / or stem cells, optionally in combination with growth factors, and their use for in in vitro test systems and for the treatment of tissue damage, in particular damage to the intestinal mucosa.
  • the invention relates to a kit for identifying and / or isolating these precursor and / or stem cells comprising at least one antibody.
  • Stem cells are undifferentiated or immature cells that are able to self-renew and differentiate into various specialized cell types. Once differentiated, stem cells can be used to regenerate damaged or defective tissues or organs. Stem cells can basically be of embryonic, fetal or adult origin.
  • the intestinal mucosa is one of the most regenerative tissues of the organism. There is little information on the proliferation and differentiation of stem cells of the intestinal epithelium and thus on the mechanisms of regeneration in comparison to hematopoietic or neural stem cells. In the large intestine, the stem cells are located in the base of the Intestinal crypts (Bach et al., "Sternal cells: the intestinal stem cell as a paradigm", Carcinogenesis 2000 Mar; 21 (3): 469-476). A human colonic mucosa of 500 ⁇ m 2 contains about 200 crypts.
  • stem cells there are between 1 to 36 stem cells per crypte, from which the corresponding cells of the intestinal epithelium, such as resorbing enterocytes, mucin-producing goblet cells and peptide-hormone-producing enteroendocrine cells differentiate (Pötten "Stem cells in gastrointestinal epithelium: numbers, characteristics and death ", Int J Radiat, Biol 1997 May; 71 (5): 573-579).
  • the stem cells are also found in the crypts, but their position lies on the located in Kryptenground Paneth'schen granule cells, which also emerge from the stem cells and produce antimicrobial substances.
  • the epithelium can be regenerated within a few days from the crypts.
  • the stem cells undergo a critical mitosis, which again results in a stem cell and an epithelial cell (Adami "The causation of cancerous and other new growths", The British Medical Journal, 1901 March 16, 621-628, Jones “epithelial stem cells", Bioessays, 1997, 19 (8): 683-690).
  • the intestine fulfills many vital functions. In addition to absorption and secretion performance, the gut has an important immunological function. Not only does the mucosal immune system play an important role as an immune organ of the body, particularly in bacterial and viral immune defense, but it is also involved in disordered immune responses. These include ulcerative colitis and Crohn's disease. In addition to these diseases, intestinal carcinomas are of great clinical importance. A common cause of intestinal carcinoma formation is a misregulation of intestinal stem cells (Wong "Cell Proliferation in Gastrointestinal Mucosa", J. Clin. Pathol 1999, 52: 321-333). Therefore, there is a great therapeutic potential in the discovery of markers in epithelial stem and / or progenitor cells of the intestine, the have higher malignant potential. This would allow the earliest possible prevention or diagnosis of intestinal carcinomas.
  • the inhibition and activation of the stem cell compartment and the direction of differentiation (determination) depend crucially on the growth factors and extracellular matrix in the microcompartment. Not only cells of the mucosa play a role in the differentiation of epithelial cells, but there is some evidence that neurons and fibroblasts outside the mucosa can influence the proliferation and determination of epithelial stem cells (Bjerknes "Modulation of specific intestinal epithelial progenitors by Enteric neuron ", Proc. Nadl. Acad., USA 2001, 98 (22): 12334-12336; Rizvi" Well-derived stem cells ", Surgery 2005; 127 (6): 585-590).
  • Three important signaling pathways involved in the regulation of the intestinal stem cell compartment are the wnt, noteh and hedgehoc signaling pathways. However, the exact mechanisms of stem cell regulation are still largely unknown.
  • epithelial stem and progenitor cells from the gut is an important methodological component for the generation of new intestinal mucosa in the living organism or in cell culture by means of tissue engineering techniques.
  • a corresponding need for functional mucosa for clinical applications exists, for example, in short intestine syndrome (short instestin syndrome) and in intestinal ulcers.
  • the intestine is next to the liver, the pancreas and the lungs to the endodermal cotyledon. Developmental biology has shown that the liver, pancreas and lungs develop from the foregut (Gilbert "Developmental Biology", 7 m Edition, Sinauer, 510 - 513). isolated - A -
  • Stem cells could possibly differentiate into hepatocytes, pancreatic cells and lung epithelial cells using appropriate growth factors. This would open up enormous market potential for the use of intestinal stem cells in the field of regenerative medicine.
  • the prerequisite for a targeted isolation of intestinal precursor and stem cells of the intestinal tract is, on the one hand, a surface epitope which is expressed by the corresponding cells, and one suitable antibody which recognizes this epitope on living cells.
  • this antibody can be used to carry out various isolation methods, for example via flow cytometry (FACS) or magnetic cell separation (MACS), and thus selectively isolate and enrich the cells.
  • FACS flow cytometry
  • MCS magnetic cell separation
  • embryonic stem cells express a variety of genes that are specific for the undifferentiated state of these cells.
  • the Stage-Specific Embryonic Antigens-1, -3 and -4 (SSEA-1, SSEA-3, SSEA-4) are glycoproteins expressed in early embryonic development and therefore are markers for embryonic stem cells (Solter and Knowles, Acad., U.S.A. 75: 5565-5569; Kannagi et al., 1983, EMBO J. 2: 2355-2361).
  • the increased expression of the enzyme alkaline phosphatase (AP) is another marker associated with undifferentiated embryonic stem cells.
  • Stem cell / progenitor cell markers include the membrane glycoprotein prominin / AC133, the transcription factor Tcf-4 and the transcription factor Cdx-1. The latter two factors are also found in the stem cell compartment of the fetal and adult intestine. However, since these are intracellular markers, they are unsuitable for the identification of living cells. So far, there are hardly any suitable markers for the identification and isolation of vital stem and progenitor cells of the intestinal epithelium.
  • a suitable antibody that binds to the antigen CD15 / SSEA-1 with high selectivity and with high affinity is the commercially available antibody W6D3 obtained by immunization of a Balb / c mouse with the retinoblastoma cell line WERI-RB1 and subsequent fusion of Immune spleen cells with the myeloma cell line SP2 / 0 was generated.
  • This antibody is deposited with the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ) under number DSM ACC 2760 under the Budapest Treaty. So far, however, no method for isolating epithelial cells in Kryptengrund of the intestine with an antibody or antibody fragment is described in the prior art, which binds to the antigen SSEA-1.
  • DSMZ German Collection of Microorganisms and Cell Cultures
  • This object is achieved in accordance with the invention by providing a method for identifying and / or isolating live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine with an antibody or a fragment of the antibody, the antibody being available from the Deutsche Sammlung von Microorganisms and cell cultures (DSMZ) under number DSM ACC 2760 according to the Budapest Treaty deposited hybridoma cell line W6D3 is available.
  • DSMZ Deutsche Sammlung von Microorganisms and cell cultures
  • the inventors were able to show for the first time that it is possible with the new method according to the invention using the antibody derived from the hybridoma cell line W6D3, postnatal and / or adult progenitor and / or stem cells of the lower To stain the crypts of the intestine not only in the fixed but also in the living state (see Figure 1, 2).
  • the invention relates to a method for identifying living postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine comprising the steps of: a) providing at least one antibody or fragment of the antibody, wherein the antibody is derived from the one of German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ) under the number DSM ACC 2760 under the Budapest Treaty deposited hybridoma cell line W6D3 is available. b) Providing a sample of living intestinal epithelial cells. c) contacting the at least one antibody or a fragment of the antibody from step a) with the sample from step b). d) identifying those living intestinal epithelial cells of the sample from step b) which bind to the at least one antibody or to a fragment of the antibody from step a).
  • DSMZ German Collection of Microorganisms and Cell Cultures
  • the sample of living intestinal epithelial cells is provided by first preferably the single-layered intestinal epithelium of the underlying lamina propria by means of an enzymatic
  • thermolysin solution or by means
  • thermolysin, trypsin, collagenase, dispase and / or papain and particularly preferably thermolysin and papain are preferably used as the enzyme.
  • the chemical separation of the intestinal epithelium is preferably carried out using calcium-binding substances, in particular chelating agents such as
  • Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), ethylene glycol tetraacetic acid (EGTA) and nitrilotriacetic acid (NTA), and more preferably using EDTA.
  • EDTA Ethylenediaminetetraacetic acid
  • EGTA ethylene glycol tetraacetic acid
  • NTA nitrilotriacetic acid
  • the subsequent identification of those living intestinal epithelial cells from the sample which bind to the antibody is carried out according to the invention preferably by incubation of the intact crypts, which were carefully isolated from the lamina basement, with the antibody.
  • the staining of the living intestinal progenitor cells of the lower crypt ground with the antibody produced from the hybridoma cell line W6D3 is clearly visible in Figure 2.
  • Figure 2A shows an immunofluorescence image of a crypt stained with the antibody produced from the hybridoma cell line W6D3.
  • the crypt ground (arrow) shows a clear signal.
  • Figure 2B represents a bright field image of the same crypt from A.
  • the staining with the antibody can also be carried out on fixed cells.
  • Figure 1 an immunohistological staining of fixed colon tissue with the antibody produced from the hybridoma cell line W6D3 is shown.
  • Figure 1A is a histological illustration of antibody binding to human acetone-fixed Kyrostat sections of the colon. Clearly a specific marking of the crypts bottom (arrows) can be recognized.
  • Figure 1 B shows proliferating progenitor and stem cells immunocytochemically stained with the KI67 antibody. The same epithelial cells were stained in the lower part of the crypts (arrows), as was the case with the antibody from the hybridoma cell line W6D3 in Figure 1 A. In Figure 1 B could thus be clearly identified with the KI-67 proliferation marker It can be shown that the antibody derived from the hybridoma cell line W6D3 stains the proliferative region in the crypts.
  • a further embodiment of the present invention preferably relates to a method of isolating the above-mentioned cells, comprising the steps of: a) separating the live intestinal epithelial cells from the above-mentioned sample, which consists of intact crypts. b) contacting at least one antibody or a fragment of the antibody which is known from the German
  • Microorganisms and cell cultures under the number DSM ACC 2760 according to the Budapest Treaty deposited hybridoma cell line W6D3 is available, with the isolated intestinal epithelial cells from step a). c) isolating those isolated intestinal epithelial cells from step b) which bind the at least one antibody or a fragment of the antibody.
  • the separation (dissociation) of the epithelial cells mentioned under step a) is preferred for further cell isolation.
  • the isolated epithelial cells can be labeled with antibodies and can then be separated.
  • the antibody obtainable from the hybridoma cell line W6D3 preferably binds to the antigen SSEA-1.
  • This antigen is expressed in early embryonic development.
  • expression of SSEA-1 is associated with neoplastic transformation and progression.
  • SSEA-1 is a suitable marker for both embryonic stem cells and intestinal cells associated with neoplastic transformation and progression.
  • the antibody used according to the invention which originates from the hybridoma cell line W6D3 deposited with the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ) under the number DSM ACC 2760 in accordance with the Budapest Treaty, is preferred by immunization of a Balb / c mouse with the retinoblastoma cell line WERI -RB1 and subsequent Fusion of immune spleen cells generated with myeloma cell line SP2 / 0. It has excellent properties regarding specificity and affinity for the antigen SSEA-1 and binds in the intestine with correspondingly high selectivity to intestinal stem and / or progenitor cells.
  • Suitable antibodies within the scope of the present invention may be monoclonal, polyclonal, monovalent and bivalent fragments.
  • various hosts including goats, rabbits, rats, mice, humans, and other hosts may also be immunized by injection with the protein or any fragment or oligopeptide thereof having immunogenic properties.
  • various adjuvants may be used to enhance the immunological response.
  • Peptides, fragments or oligopeptides are preferably used for the induction of antibodies of the protein which have an amino acid sequence of at least five amino acids and more preferably of at least ten amino acids.
  • Monoclonal antibodies can be prepared using techniques that provide for the production of antibody molecules by continuous cell lines in culture. These techniques include hybridoma, in particular human B-cell hybridoma and EBV hybridoma. The production of monoclonal antibodies by the fusion of spleen cells from immunized mice and myeloma cells was already described in 1975 by Kohler and Milstein ("Continuous cultures of fused cells secreting antibodies of predefined specificity" Nature, 1975, 256: 495-497). The techniques for the chemical selection of the hybridomas for the production of monoclonal antibodies resulting from such a fusion and the subsequent isolation of cell clones which secrete individual antibodies are also known in the art.
  • methods for the production of genetically engineered antibodies such as chimeric antibodies can be used.
  • constant regions in a mouse antibody are replaced by constant regions of a human antibody.
  • methods for the production of single-chain antibodies may be employed to produce, for example, single-chain antibodies which in a preferred embodiment are specific for the SSE ⁇ A-1 protein of the invention. These are obtained by engineering a construct from the gene segments for the two antibody variable regions linked by a segment for the peptide.
  • fragment is meant any fragment of the antibody that retains the antigen binding function, preferably for the SSEA-1 antigen of the antibody.
  • fragments include Fab, F (ab ') 2 , Fv 1 ScFv, and other fragments such as complementarity determining region (CDR) fragments, as well as fragments produced by a Fab expression library.
  • CDR complementarity determining region
  • the F (ab ') 2 fragments can be obtained by pepsin digestion of the antibody molecule and the Fab fragments by reducing the disulfide bridges of the F (ab') 2 fragments or by papain digestion of the antibody.
  • a Fab expression library can be constructed to allow rapid and easy identification of monoclonal antibody fragments with the desired specificity.
  • the immunoglobulins IgG, IgA, IgM, IgD and IgE can be used as antibodies. It is preferably an IgG Antibodies, and more preferably an IgGI antibody, since this is due to its smaller size, for example, against IgM antibodies particularly well suited to isolate cells by magnetic cell separation (MACS, Magnetic Cell Sorting). Furthermore, this antibody recognizes an epitope that is not recognized by other SSEA-1 antibodies.
  • the epithelial cells are isolated according to the invention (dissociated). It is particularly preferred to separate the intestinal epithelial cells by means of an enzyme / DNase solution.
  • the enzymes used are preferably collagenases, trypsin, dispases, thermolysin and / or papain. Papain is particularly preferred in the context of the present invention.
  • papain is particularly preferred in the context of the present invention.
  • the inventors advantageously achieved optimal cell separation with simultaneously high cell vitality.
  • an improved yield of epithelial cells could be observed which maintained their ability to express antigens, in particular of the SSEA-1 antigen, which were also free of mesenchymal cells and which allows the maintenance of continuously growing epithelial cells.
  • FIG. 3 shows a FACS analysis of dissociated human intestinal epithelial cells. A subpopulation of the labeled epithelial cells was clearly recognizable, which were labeled with the antibody produced from the hybridoma line W6D3.
  • the following methods are preferably used according to the invention: flow cytometry (Fluorescent Activated Cell Sorter (FACS)), magnetic cell sorting (MACS) or binding of cells to an antibody, which is preferred monoclonal antibody which is immobilized on a support, as for example in the Column chromatography is the case.
  • FACS Fluorescent Activated Cell Sorter
  • MCS magnetic cell sorting
  • binding of cells to an antibody which is preferred monoclonal antibody which is immobilized on a support, as for example in the Column chromatography is the case.
  • FACS Fluorescent Activated Cell Sorter
  • MCS magnetic cell sorting
  • binding of cells to an antibody which is preferred monoclonal antibody which is immobilized on a support, as for example in the Column chromatography is the case.
  • FACS Fluorescent Activated Cell Sorter
  • MCS magnetic cell sorting
  • binding of cells to an antibody which is preferred monoclonal antibody which is immobilized on a support, as for example in the Column
  • those cells After mixing the cell suspension with the antibody, those cells preferentially bind the antibody expressing the SSEA-1 antigen, whereupon these cells can be isolated from the non-antibody bound cells by the method described above.
  • Subpopulation be represented by means of FACS analysis.
  • the invention has been experimentally shown to be possible with the antibody of the cell line W6D3, unfixed live cells which are the binding site for the specific antigen, in particular the SSEA-1.
  • Mammalian intestine more preferably human intestine.
  • the invention relates to postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine, which are obtainable by the identification and / or isolation method described above.
  • the postnatal and / or epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine are preferably cultured in a suitable culture medium to perform cell culture experiments, for example for pharmacological and diagnostic studies.
  • the invention further relates to a pharmaceutical composition
  • a pharmaceutical composition comprising live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine obtainable by the above-mentioned method.
  • the pharmaceutical composition additionally comprises suitable
  • Suitable growth factors for the pharmaceutical composition according to the invention include epidermal growth factor (EGF), keratinocyte growth factor (KGF), hepatocyte growth factor (HGF) and transforming growth factor ⁇ (TGF - ⁇ ), which also binds to the same receptor as TGF. These two growth factors stimulate gastrointestinal epithelial cell proliferation.
  • the pharmaceutical Composition optionally optionally hormones and / or peptides.
  • enteroglucagon which contains the glicentin-related pancreatic polypeptide (GRPP), glucagon, oxyntomodulin and the glucagon-like peptides GLP-1 and GLP-2.
  • GLP-2 has been shown to be a potent stimulator of intestinal epithelial proliferation.
  • Another preferred peptide is gastrin, which has a trophic effect on intestinal cell lines.
  • prostaglandins as well as androgens and estrogens are preferred which can also stimulate cell proliferation.
  • the pharmaceutical composition according to the invention may further contain pharmaceutically customary carriers, adjuvants, additives and suitable buffers.
  • suitable buffers include, for example, TRIS, HCl, glycine and phosphate.
  • the pharmaceutical composition may further contain suitable diluents, preferably aqueous solutions of NaCl, lactose, mannitol, water and alcohols.
  • suitable additives include, for example, detergents, solvents, antioxidants and preservatives.
  • the invention further relates to the use of the precursor and / or stem cells obtained by the identification and / or isolation method according to the invention for the production of a
  • the precursor and / or stem cells obtained can be used for the treatment of tissue damage in the living organism or in cell culture by means of tissue engineering techniques.
  • Tissue engineering is the production of functional artificial cell and tissue associations based on cultured cells and various artificial matrices.
  • Tissue engineering for the treatment of tissue damage involves a number of different methodological approaches. These include the application of biologically active molecules, such as growth factors, hormones, proteins, etc., which can influence or restore intestinal functions as direct injections into the intestine (in vivo treatment).
  • tissue engineering methodologies include the transplantation of in vitro precursor and / or stem cells; artificially prepared ZeII polymer matrices for the implantation of precursor and / or stem cells or the extracorporeal (ex vivo) production of organ cells from precursor and / or stem cells.
  • the precursor and / or stem cells obtained by the method according to the invention are preferably used for the treatment of damage to the intestinal mucosa.
  • the precursor and / or stem cells are particularly preferably used for clinical applications in which there is a corresponding requirement for functional mucosa, as is the case in short intestine syndrome, intestinal ulcers and / or intestinal ischaemia.
  • isolated intestinal stem cells are transdifferentiated using suitable growth factors in hepatocytes, pancreatic cells and lung epithelial cells.
  • Transdifferentiation is the transformation of one cellular phenotype into another. Transdifferentiation is associated with a change in cell morphology associated with a change in the program of gene expression.
  • Suitable growth factors for converting intestinal stem cells into hepatocytes, pancreatic cells and lung epithelial cells are preferably Fibroblast Growth Factor (FGF), Dexamethasone, Insulin, Nicotinamide, Epidermal Growth Factor (EGF), Hydrocortisone, Transferrin, Glutamycin, Amphotericin, Progesterone.
  • dexamethasone and insulin are particularly preferably used for conversion into hepatocytes and nicotinamide for conversion into pancreatic cells.
  • the therapeutic potential of this tissue reprogramming due to the transdifferentiation potential of intestinal stem cells offers far-reaching opportunities for new treatment strategies in the field of regenerative medicine.
  • the precursor and / or stem cells obtained by the method according to the invention for the treatment of tissue damage to the liver, pancreas and / or lung, particularly preferably in combination with growth factors.
  • the precursor and / or stem cells or a culture of such cells for the preparation of an agent for the diagnosis of carcinomas of the intestine and / or precursors thereof.
  • the use of the precursor and / or stem cells and / or the culture of these cells for the preparation of an agent for characterizing cellular reactions to biological, chemical or pharmacological agents, is provided in the context of the present invention, in particular the use in a screening - Assay for the identification of drugs for the prevention and / or treatment of intestinal-associated diseases is intended.
  • the diseases associated with the intestine are preferably selected from the group consisting of damage to the intestinal mucosa, short bowel syndrome, intestinal ulcer and / or carcinoma of the intestine and / or precursors of carcinoma of the intestine.
  • Another embodiment of the present invention relates to the use of the above-described antibody or a fragment of the antibody of this antibody to identify and / or isolate live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the crypt base of the gut.
  • the present invention relates to the use of the antigen SSEA-1 for identifying and / or isolating live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the crypts base of the intestine. So far, only a few suitable markers for stem cells of the crypts reason of the intestine are known.
  • the Stage Specific Embryonic Antigen-1 (SSEA-1) is in the context of the present invention, a highly suitable marker, since it is expressed both in the crypts of the gut in healthy tissue and in larger quantities in pre- and / or carcinogenic tissues of the intestine. Expression of SSEA-1 has been found to be associated with neoplastic transformation and progression in the gut.
  • the SSEA-1 antigen is an ideal marker for both isolating healthy postnatal and / or adult intestinal epithelial progenitor and / or stem cells, as well as for diagnosing intestinal cancers and / or precursors thereof.
  • the invention also relates to a method for the diagnosis of carcinomas of the intestine and / or precursors thereof, which comprises the following steps: a) providing at least one antibody and / or a fragment of the antibody which is known from the Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) under the number DSM ACC 2760 according to the Budapest Treaty deposited hybridoma cell line W6D3 is available. b) providing a sample of living intestinal epithelial cells of a subject. c) contacting the at least one antibody or a fragment of the antibody from step a) with the sample from step b).
  • DSMZ Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen
  • step d) identifying those living intestinal epithelial cells of the sample from step b) which bind to the at least one antibody or a fragment of the antibody from step a).
  • step e) determining the extent of the reaction of the at least one antibody or a fragment of the antibody from step a) with the identified living intestinal epithelial cells from step d), as a measure of the diagnosis.
  • the detection of living cells to which the above-mentioned antibody specifically binds provides a significant advantage in diagnostic procedures during endoscopy in a patient's intestinal lumen, e.g. for tumor diagnosis.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the diagnosis of such carcinomas of the intestine and / or precursors thereof selected from the group consisting of colorectal carcinoma, familial adenomatous polyposis coli, hereditary non-polyposis colorectal cancer, ulcerative colitis, Chron's disease, chronic ulcerative colitis, benign adenoma of the colon.
  • the invention further relates to a kit for identifying and / or isolating living postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine which comprises at least one antibody or a fragment of this antibody as described above.
  • Figure 1 Immunohistological staining of fixed colon tissue with the antibody produced from the hybridoma line W6D3.
  • Figure 1 A shows the histological picture of antibody binding to human acetone-fixed cryostat sections of the colon. Clearly a specific marking of the crypts bottom (arrows) can be recognized.
  • Figure 1 B shows proliferating progenitor and stem cells immunocytochemically stained with the KI67 antibody. The same epithelial cells were stained in the lower part of the crypt (arrows), as was the case with the antibody from the hybridoma cell line W6D3 in Figure 1A.
  • Figure 2 Live staining of intestinal crypt cells with the antibody produced from the hybridoma cell line W6D3.
  • A Immunofluorescence image of a crypt stained with the antibody produced from the hybridoma cell line W6D3.
  • the crypt ground (arrow) shows a clear signal.
  • B bright field image of the same crypt from A.
  • Figure 3 FACS analysis of dissociated human intestinal epithelial cells. Significantly, a subpopulation of the labeled epithelial cells can be recognized, which were labeled with the antibody produced from the hybridoma cell line W6D3. example 1
  • HBBS Hanks Basal Salt Solution
  • the lamina intestinal, on which the epithelial layer is located was incubated for further separation of the crypts in a 2 mM EDTA-HBSS solution without Ca 2 VMg 2+, and the detaching crypts were rinsed out.
  • the submucosa was first incubated for 1 h in a 0.05% thermolysin solution at room temperature, and the crypts were rinsed from the lamina intestinal. Thereafter, the centrifugation (Eppendorf 5810 R) of the crypts was carried out at 8 g for 4 min and the inclusion of the pellet in 10 ml of HBSS solution. The centrifugation step was repeated twice to remove single cells from the suspension.
  • the remaining crypts were incubated in a papain solution (papain 0.2% / 0, 05% Dnase / 5 mM L-cysteine; SIGMA) for 1, 5 - incubated for 3 h at 37 0 C and then separated with a 2 ml pipette (dissociated). The enzymatic digestion was stopped by means of a trypsin inhibitor solution (10 mg / ml trypsin inhibitor, SIGMA). Subsequently, the cells were centrifuged at 350 g for 4 min, the pellet was taken up in PBS and the cell suspension was filtered through a filter with a pore diameter of 40 ⁇ m. The single suspension could then be used for cytometric analysis.
  • a papain solution papain 0.2% / 0, 05% Dnase / 5 mM L-cysteine; SIGMA
  • SIGMA trypsin inhibitor solution
  • the dissociated epithelial cells were taken up in 20 ⁇ l of polyglubin per 10 6 cells and then incubated with 25 ⁇ l of the
  • Antibody incubated at 4 0 C for 15 min in reaction tubes. After one
  • first human intestinal tissue was frozen and 12 ⁇ m thick cryostat sections were made in the cryotome. After a 10 minute fixation with ice-cold acetone followed by three washes, the tissue was blocked with 10% pig serum and the subsequent incubation of the antibody overnight at 4 ° C. After three washes for 5 min each, the tissue was treated with 3% H 2 O 2 blocked and after three further washes with a biotinylated goat anti-mouse IgG antibody incubated for 30 min. Visualization was performed using an avidin-biotin enhancer kit (DAKO) and a diaminobenzidine (DAB) stain. The binding of the antibody was additionally performed on intact crypts.
  • DAKO avidin-biotin enhancer kit
  • DAB diaminobenzidine
  • the crypts were previously carefully separated by means of an EDTA buffer solution by gentle rinsing with a pipette from the lamina intestinal. After several washes, detection of the first antibody produced by the hybridoma cell line W6D3 was done with a goat anti-mouse IgG-Cy3 labeled fluorescent second antibody. The analysis of the labeled cells was carried out with a fluorescence microscope (Zeiss).

Abstract

The present invention relates to a method of identifying and/or isolating live postnatal and/or adult epithelial precursor and/or stem cells of the intestine using an antibody or antibody fragment, and methods of diagnosing carcinomas of the intestine and/or precursors thereof. Moreover, the invention relates to live postnatal and/or adult epithelial precursor and/or stem cells of the intestine which are obtainable by the method according to the invention, to pharmaceutical compositions comprising these precursor and/or stem cells, if appropriate in combination with growth factors, and their use for in-vitro assay systems and for the treatment of damaged tissue, in particular damages to the intestinal mucous membrane. The invention furthermore relates to a kit for identifying and/or isolating these precursors and/or stem cells comprising at least one antibody.

Description

Verfahren zur Isolierung von postnatalen und/oder adulten epithelialen Stamm- und Vorläuferzellen des Darms mithilfe eines monoklonalenMethod for isolating postnatal and / or adult intestinal epithelial stem and progenitor cells using a monoclonal antibody
Antikörpersantibody
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren und/oder Isolieren von lebenden postnatalen und/oder adulten epithelialen Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms mit einem Antikörper oder einem Fragment des Antikörpers sowie Verfahren zur Diagnose von Karzinomen des Darms und/oder Vorstufen davon. Außerdem betrifft die Erfindung lebende postnatale und/oder adulte epitheliale Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich sind, pharmazeutische Zusammensetzungen umfassend diese Vorläufer- und/oder Stammzellen, gegebenenfalls in Kombination mit Wachstumsfaktoren, sowie deren Verwendung für in vitro-Testsysteme und zur Behandlung von Gewebeschädigungen, insbesondere von Schädigungen der Darmschleimhaut. Ferner betrifft die Erfindung einen Kit zum Identifizieren und/oder Isolieren dieser Vorläufer- und/oder Stammzellen, umfassend mindestens einen Antikörper.The present invention relates to a method for identifying and / or isolating live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the gut with an antibody or a fragment of the antibody and methods for diagnosing carcinomas of the gut and / or precursors thereof. Moreover, the invention relates to living postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine obtainable by the method according to the invention, pharmaceutical compositions comprising these precursor and / or stem cells, optionally in combination with growth factors, and their use for in in vitro test systems and for the treatment of tissue damage, in particular damage to the intestinal mucosa. Furthermore, the invention relates to a kit for identifying and / or isolating these precursor and / or stem cells comprising at least one antibody.
Stammzellen sind undifferenzierte oder unreife Zellen, die in der Lage sind, sich selbst zu erneuern und in verschiedene spezialisierte Zelltypen zu differenzieren. Sobald sie differenziert sind, können Stammzellen zur Regeneration von beschädigten oder defekten Geweben bzw. Organen verwendet werden. Stammzellen können grundsätzlich embryonischen, fötalen oder adulten Ursprungs sein.Stem cells are undifferentiated or immature cells that are able to self-renew and differentiate into various specialized cell types. Once differentiated, stem cells can be used to regenerate damaged or defective tissues or organs. Stem cells can basically be of embryonic, fetal or adult origin.
Die Darmmukosa gehört zu den regenerativsten Geweben des Organismus. Über die Proliferation und Differenzierung von Stammzellen des Darmepithels und somit über die Mechanismen der Regeneration gibt es bisher im Vergleich zu hämatopoetischen oder neuralen Stammzellen nur wenige Erkenntnisse. Im Dickdarm liegen die Stammzellen in der Basis der Darmkrypte (Bach et al., "Stern cells: the intestinal stem cell as a paradigm", Carcinogenesis 2000 Mar; 21 (3): 469 - 476) vor. Ein Kolonschleimhautbezirk des Menschen von 500 μm2 enthält ca. 200 Krypten. Man vermutet, dass zwischen 1 bis 36 Stammzellen pro Krypte vorhanden sind, aus denen sich die entsprechenden Zellen des Darmepithels, wie resorbierende Enterozyten, mucinproduzierende Becherzellen und Peptid-Hormon-produzierende enteroendokrine Zellen differenzieren (Pötten "Stem cells in gastrointestinal epithelium: numbers, characteristics and death", Int. J. Radiat. Biol. 1997 May; 71 (5): 573 - 579). Im Dünndarm finden sich die Stammzellen ebenfalls in den Krypten, ihre Position liegt jedoch über den im Kryptengrund lokalisierten Paneth'schen Körnerzellen, die ebenfalls aus den Stammzellen hervorgehen und antimikrobielle Substanzen produzieren. Nach toxischen Erkrankungen und Infektionen des Magen-Darm-Traktes (z.B. Ruhr und Cholera) kann aus den Krypten heraus innerhalb von wenigen Tagen das Epithel neu gebildet werden. Die Stammzellen durchlaufen dabei eine kritische Mitose, aus der wieder eine Stammzelle und eine Epithelzelle hervorgehen (Adami "The causation of cancerous and other new growths", The British Medical Journal. 1901 March 16. 621 - 628; Jones "Epithelial stem cells", Bioessays, 1997, 19 (8): 683 - 690).The intestinal mucosa is one of the most regenerative tissues of the organism. There is little information on the proliferation and differentiation of stem cells of the intestinal epithelium and thus on the mechanisms of regeneration in comparison to hematopoietic or neural stem cells. In the large intestine, the stem cells are located in the base of the Intestinal crypts (Bach et al., "Sternal cells: the intestinal stem cell as a paradigm", Carcinogenesis 2000 Mar; 21 (3): 469-476). A human colonic mucosa of 500 μm 2 contains about 200 crypts. It is believed that there are between 1 to 36 stem cells per crypte, from which the corresponding cells of the intestinal epithelium, such as resorbing enterocytes, mucin-producing goblet cells and peptide-hormone-producing enteroendocrine cells differentiate (Pötten "Stem cells in gastrointestinal epithelium: numbers, characteristics and death ", Int J Radiat, Biol 1997 May; 71 (5): 573-579). In the small intestine, the stem cells are also found in the crypts, but their position lies on the located in Kryptengrund Paneth'schen granule cells, which also emerge from the stem cells and produce antimicrobial substances. After toxic diseases and infections of the gastrointestinal tract (eg dysentery and cholera), the epithelium can be regenerated within a few days from the crypts. The stem cells undergo a critical mitosis, which again results in a stem cell and an epithelial cell (Adami "The causation of cancerous and other new growths", The British Medical Journal, 1901 March 16, 621-628, Jones "epithelial stem cells", Bioessays, 1997, 19 (8): 683-690).
Der Darm erfüllt viele lebenswichtige Funktionen. Neben der Resorption und Sekretionsleistung hat der Darm eine wichtige immunologische Funktion. Das mukosale Immunsystem besitzt nicht nur eine bedeutende Rolle als Immunorgan des Körpers, insbesondere bei der bakteriellen und viralen Immunabwehr, sondern ist auch an fehlgesteuerten Immunreaktionen beteiligt. Dazu gehören die Colitis ulcerosa und Morbus Crohn. Neben diesen Erkrankungen haben die intestinalen Karzinome eine große klinische Bedeutung. Ein häufiger Grund bei der intestinalen Karzinomentstehung ist eine Fehlregulation der intestinalen Stammzellen (Wong "Cell proliferation in gastrointestinal mucosa", J. Clin. Pathol. 1999, 52: 321 - 333). Daher besteht ein großes therapeutisches Potenzial in der Entdeckung von Markern in epithelialen Stamm- und/oder Vorläuferzellen des Darms, die ein höheres malignes Potenzial aufweisen. Damit könnte eine möglichst frühzeitige Prävention bzw. Diagnose von intestinalen Karzinomen erreicht werden.The intestine fulfills many vital functions. In addition to absorption and secretion performance, the gut has an important immunological function. Not only does the mucosal immune system play an important role as an immune organ of the body, particularly in bacterial and viral immune defense, but it is also involved in disordered immune responses. These include ulcerative colitis and Crohn's disease. In addition to these diseases, intestinal carcinomas are of great clinical importance. A common cause of intestinal carcinoma formation is a misregulation of intestinal stem cells (Wong "Cell Proliferation in Gastrointestinal Mucosa", J. Clin. Pathol 1999, 52: 321-333). Therefore, there is a great therapeutic potential in the discovery of markers in epithelial stem and / or progenitor cells of the intestine, the have higher malignant potential. This would allow the earliest possible prevention or diagnosis of intestinal carcinomas.
Die Hemmung und Aktivierung des Stammzellkompartiments und die Richtung der Differenzierung (Determination) hängen entscheidend von den Wachstumsfaktoren und der extrazellulären Matrix im Mikrokompartiment ab. Dabei scheinen nicht nur Zellen der Mukosa bei der Differenzierung der Epithelzellen eine Rolle zu spielen, sondern es gibt einige Hinweise, dass auch Neurone und Fibroblasten außerhalb der Mukosa die Proliferation und Determination der epithelialen Stammzellen beeinflussen können (Bjerknes "Modulation of specific intestinal epithelial progenitors by enteric neuron", Proc. Nadl. Acad. Sei. USA 2001 , 98 (22): 12334 - 12336; Rizvi "Gut- derived stem cells", Surgery 2005; 127 (6): 585 - 590). Drei bedeutende Signalwege, die an der Regulation des intestinalen Stammzellkompartiments beteiligt sind, sind die wnt, noteh und hedgehoc Signalwege. Die genauen Mechanismen der Stammzellregulation sind jedoch noch weitgehend unbekannt.The inhibition and activation of the stem cell compartment and the direction of differentiation (determination) depend crucially on the growth factors and extracellular matrix in the microcompartment. Not only cells of the mucosa play a role in the differentiation of epithelial cells, but there is some evidence that neurons and fibroblasts outside the mucosa can influence the proliferation and determination of epithelial stem cells (Bjerknes "Modulation of specific intestinal epithelial progenitors by Enteric neuron ", Proc. Nadl. Acad., USA 2001, 98 (22): 12334-12336; Rizvi" Well-derived stem cells ", Surgery 2005; 127 (6): 585-590). Three important signaling pathways involved in the regulation of the intestinal stem cell compartment are the wnt, noteh and hedgehoc signaling pathways. However, the exact mechanisms of stem cell regulation are still largely unknown.
Die Isolation von epithelialen Stamm- und Vorläuferzellen aus dem Darm ist ein wichtiger methodischer Baustein zur Generierung neuer Darmschleimhaut im lebenden Organismus oder in der Zellkultur mittels Techniken des Tissue Engineering. Ein entsprechender Bedarf an funktioneller Mukosa für klinische Anwendungen besteht beispielsweise beim Kurzdarmsyndrom ("short instestine"-Syndrom) und bei intestinalen Ulcera.The isolation of epithelial stem and progenitor cells from the gut is an important methodological component for the generation of new intestinal mucosa in the living organism or in cell culture by means of tissue engineering techniques. A corresponding need for functional mucosa for clinical applications exists, for example, in short intestine syndrome (short instestin syndrome) and in intestinal ulcers.
Ein weit größeres Potenzial könnte im möglichen Transdifferenzierungspotenzial intestinaler Stammzellen liegen. Der Darm gehört neben der Leber, dem Pankreas und der Lunge zum endodermalen Keimblatt. Aus der Entwicklungsbiologie ist bekannt, dass sich aus dem Vorderdarm die Leberanlage, das Pankreas und die Lunge entwickelt (Gilbert "Developmental Biology", 7m Edition, Sinauer, 510 - 513). Isolierte - A -A much greater potential could lie in the potential transdifferentiation potential of intestinal stem cells. The intestine is next to the liver, the pancreas and the lungs to the endodermal cotyledon. Developmental biology has shown that the liver, pancreas and lungs develop from the foregut (Gilbert "Developmental Biology", 7 m Edition, Sinauer, 510 - 513). isolated - A -
Stammzellen könnten sich möglicherweise unter Einsatz geeigneter Wachstumsfaktoren in Hepatozyten, Pankreaszellen und Lungenepithelzellen differenzieren. Dies würde ein enormes Marktpotenzial für die Verwendung von Darmstammzellen im Bereich der regenerativen Medizin erschließen.Stem cells could possibly differentiate into hepatocytes, pancreatic cells and lung epithelial cells using appropriate growth factors. This would open up enormous market potential for the use of intestinal stem cells in the field of regenerative medicine.
Während das therapeutische Potenzial von Stammzellen anerkannt wird, ist die Verwendung von humanen embryonalen Stammzellen Gegenstand von ethischer und sozialer Kritik, da diese mit der Zerstörung humaner Embryos für die Isolierung und Erzeugung dieser Zellen verbunden ist. Die Isolierung und Vermehrung adulter humaner Stammzellen mit Eigenschaften, die denjenigen embryonaler Stammzellen ähnlich sind, überwinden dieses ethische Dilemma.While recognizing the therapeutic potential of stem cells, the use of human embryonic stem cells has been the subject of ethical and social criticism, as it involves the destruction of human embryos for the isolation and production of these cells. The isolation and proliferation of adult human stem cells with characteristics similar to those of embryonic stem cells overcome this ethical dilemma.
Voraussetzung für eine gezielte Isolation von intestinalen Vorläufer- und Stammzellen des Darmeptihels ist zum einen ein Oberflächen-Epitop, das von den entsprechenden Zellen exprimiert wird, und ein geeigneter Antikörper, der dieses Epitop an lebenden Zellen erkennt.The prerequisite for a targeted isolation of intestinal precursor and stem cells of the intestinal tract is, on the one hand, a surface epitope which is expressed by the corresponding cells, and one suitable antibody which recognizes this epitope on living cells.
Mit diesem Antikörper können in einem zweiten Schritt verschiedene Isolationsverfahren, beispielsweise über eine Durchflusszytometrie (FACS) oder eine magnetische Zellseparation (MACS), durchgeführt werden und somit die Zellen selektiv isoliert und angereichert werden.In a second step, this antibody can be used to carry out various isolation methods, for example via flow cytometry (FACS) or magnetic cell separation (MACS), and thus selectively isolate and enrich the cells.
Auf molekularer Ebene exprimieren embryonale Stammzellen eine Vielzahl von Genen, die für den undifferenzierten Zustand dieser Zellen spezifisch sind. Die Stage-Specific Embryonic Antigens-1 , -3 und -4 (SSEA-1 , SSEA-3, SSEA-4) sind Glykoproteine, die in der frühen embryonalen Entwicklung exprimiert werden und daher Marker für embryonale Stammzellen sind (Solter und Knowles, 1978, Proc. Natl. Acad. Sei. USA 75: 5565 - 5569; Kannagi et al., 1983, EMBO J. 2: 2355 - 2361). Die erhöhte Expression des Enzyms Alkalische Phosphatase (AP) ist ein weiterer Marker, der mit undifferenzierten embryonalen Stammzellen assoziiert ist. Weitere Stammzell-/Vorläuferzellmarker umfassen das Membranglykoprotein Prominin/AC133, den Transkriptionsfaktor Tcf-4 und den Transkriptionsfaktor Cdx-1. Die beiden letztgenannten Faktoren findet man auch im Stammzell-Kompartiment des fötalen und adulten Darms. Da es sich jedoch um intrazelluläre Marker handelt, sind diese ungeeignet für die Identifikation von lebenden Zellen. Bisher gibt es kaum geeignete Marker für die Identifikation und Isolierung von vitalen Stamm- und Vorläuferzellen des Darmepithels.At the molecular level, embryonic stem cells express a variety of genes that are specific for the undifferentiated state of these cells. The Stage-Specific Embryonic Antigens-1, -3 and -4 (SSEA-1, SSEA-3, SSEA-4) are glycoproteins expressed in early embryonic development and therefore are markers for embryonic stem cells (Solter and Knowles, Acad., U.S.A. 75: 5565-5569; Kannagi et al., 1983, EMBO J. 2: 2355-2361). The increased expression of the enzyme alkaline phosphatase (AP) is another marker associated with undifferentiated embryonic stem cells. Further Stem cell / progenitor cell markers include the membrane glycoprotein prominin / AC133, the transcription factor Tcf-4 and the transcription factor Cdx-1. The latter two factors are also found in the stem cell compartment of the fetal and adult intestine. However, since these are intracellular markers, they are unsuitable for the identification of living cells. So far, there are hardly any suitable markers for the identification and isolation of vital stem and progenitor cells of the intestinal epithelium.
Gong et al. ("Expression of carbohydrate antigen 19-9 and stage-specific embryonic antigen 1 in nontumorous and tumorous epithelia of the human colon and rectum", J Natl. Cancer Inst. 1985, 75 (3): 447 - 454) und Hara et al. ("The expression of stage-specific embryonic antigen 1 in the noncancerous colorectal epithelia of familial Polyposis coli", Dis Colon Rectum. 1987, 30 (6): 440 - 443) beschreiben die Expression des stage- specific embryonic antigen 1 (SSEA-1), welches auch als CD15, LNF III (Lacto-N-fucopentaose III) oder Lewis-Antigen bezeichnet wird (Vogel et al. ("Heterogeneity among human bone marrow-derived mesenchymal stem cells and neural progenitor cells", Haematologica 2003, 88: 126 - 133) in den Krypten des Darms an fixierten Zellen. In diesen Veröffentlichungen wird beschrieben, dass die Expression von SSEA-1 mit der neoplastischen Transformation und Progression assoziiert ist und dass dieses Antigen ein geeigneter Marker zum Nachweisen von neoplastischer Transformation im menschlichen Darm darstellt.Gong et al. ("Expression of carbohydrate antigen 19-9 and stage-specific embryonic antigen 1 in non-tumorous and tumorous epithelia of the human colon and rectum", J. Natl. Cancer Inst. 1985, 75 (3): 447-454) and Hara et al , 1987, 30 (6): 440-443) describe the expression of stage-specific embryonic antigen 1 (SSEA) ("expression of stage-specific embryonic antigen 1 in the noncancerous colorectal epithelia of familial polyposis coli", Dis Colon Rectum. 1), which is also referred to as CD15, LNF III (lacto-N-fucopentaose III) or Lewis antigen (Vogel et al. ("Heterogeneity among human bone marrow-derived mesenchymal stem cells and neural progenitor cells", Haematologica 2003); 88: 126-133) in the crypts of the intestine on fixed cells These publications describe that the expression of SSEA-1 is associated with neoplastic transformation and progression and that this antigen is a suitable marker for detecting neoplastic transformation in human Intestine represents.
Ein geeigneter Antikörper, der mit hoher Selektivität und mit hoher Affinität an das Antigen CD15/SSEA-1 bindet, ist der kommerziell erhältliche Antikörper W6D3, der durch Immunisierung einer Balb/c-Maus mit der Retinoblastom-Zelllinie WERI-RB1 und anschließender Fusion von Immunmilzzellen mit der Myelom-Zelllinie SP2/0 generiert wurde. Dieser Antikörper ist bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) unter der Nummer DSM ACC 2760 gemäß dem Budapester Vertrag hinterlegt. Bisher ist jedoch im Stand der Technik noch kein Verfahren zum Isolieren von epithelialen Zellen im Kryptengrund des Darms mit einem Antikörper oder Antikörperfragment beschrieben, der an das Antigen SSEA-1 bindet. Ebenso ist die starke Markierung des aus der Hybridomazeillinie W6D3 stammenden Antikörpers an Vorläufer- und Stammzellen des Darmepithels nicht gezeigt worden.A suitable antibody that binds to the antigen CD15 / SSEA-1 with high selectivity and with high affinity is the commercially available antibody W6D3 obtained by immunization of a Balb / c mouse with the retinoblastoma cell line WERI-RB1 and subsequent fusion of Immune spleen cells with the myeloma cell line SP2 / 0 was generated. This antibody is deposited with the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ) under number DSM ACC 2760 under the Budapest Treaty. So far, however, no method for isolating epithelial cells in Kryptengrund of the intestine with an antibody or antibody fragment is described in the prior art, which binds to the antigen SSEA-1. Likewise, the strong labeling of the antibody derived from the hybridoma line W6D3 on precursor and stem cells of the intestinal epithelium has not been demonstrated.
Ausserdem wurde bisher die Detektion von SSEA-1 mit Antikörpern lediglich an fixierten epithelialen Zellen im Kryptengrund des Darms, jedoch nicht an lebenden Zellen beschrieben (Gong et al., supra). Die selektive Markierung lebender Vorläufer- und Stammzellen ist jedoch die Voraussetzung für eine erfolgreiche Isolation und Anreicherung dieser Zellpopulationen. Auch für die Identifizierung des Antigens SSEA-1 ist eine Lebendmarkierung vorteilhaft, um eine Lebend-Diagnose von SSEA-1 exprimierenden Tumorepithelzellen des Darms durchführen zu können.In addition, the detection of SSEA-1 with antibodies has only been described so far on fixed epithelial cells in the crypts of the intestine, but not on living cells (Gong et al., Supra). However, the selective labeling of live precursor and stem cells is the prerequisite for successful isolation and accumulation of these cell populations. Also for the identification of the antigen SSEA-1, a live marker is advantageous for performing a live diagnosis of SSEA-1 expressing intestinal tumor epithelial cells.
Vor diesem Hintergrund besteht daher ein Bedarf, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem epitheliale Vorläufer- und/oder Stammzellen identifiziert und/oder isoliert werden können.Against this background, therefore, there is a need to provide a method by which epithelial progenitor and / or stem cells can be identified and / or isolated.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Bereitstellung eines Verfahrens zum Identifizieren und/oder Isolieren von lebenden postnatalen und/oder adulten epithelialen Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms mit einem Antikörper oder einem Fragment des Antikörpers, wobei der Antikörper aus der bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) unter der Nummer DSM ACC 2760 gemäß dem Budapester Vertrag hinterlegten Hybridomazeillinie W6D3 erhältlich ist.This object is achieved in accordance with the invention by providing a method for identifying and / or isolating live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine with an antibody or a fragment of the antibody, the antibody being available from the Deutsche Sammlung von Microorganisms and cell cultures (DSMZ) under number DSM ACC 2760 according to the Budapest Treaty deposited hybridoma cell line W6D3 is available.
Überraschenderweise konnten die Erfinder zum ersten Mal zeigen, dass es mit dem neuen erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung des aus der Hybridomzelllinie W6D3 stammenden Antikörpers möglich ist, postnatale und/oder adulte Vorläufer- und/oder Stammzellen des unteren Kryptengrundes des Darms nicht nur im fixierten, sondern auch im lebenden Zustand zu färben (siehe Abbildung 1 , 2).Surprisingly, the inventors were able to show for the first time that it is possible with the new method according to the invention using the antibody derived from the hybridoma cell line W6D3, postnatal and / or adult progenitor and / or stem cells of the lower To stain the crypts of the intestine not only in the fixed but also in the living state (see Figure 1, 2).
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Identifizieren von lebenden postnatalen und/oder adulten epithelialen Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen mindestens eines Antikörpers oder eines Fragments des Antikörpers, wobei der Antikörper aus der bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) unter der Nummer DSM ACC 2760 gemäß dem Budapester Vertrag hinterlegten Hybridomazelllinie W6D3 erhältlich ist. b) Bereitstellen einer Probe aus lebenden Darmepithelzellen. c) Inkontaktbringen des mindestens einen Antikörpers oder eines Fragments des Antikörpers aus Schritt a) mit der Probe aus Schritt b). d) Identifizieren derjenigen lebenden Darmepithelzellen der Probe aus Schritt b), die an den mindestens einen Antikörper oder an ein Fragment des Antikörpers aus Schritt a) binden.More particularly, the invention relates to a method for identifying living postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine comprising the steps of: a) providing at least one antibody or fragment of the antibody, wherein the antibody is derived from the one of German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ) under the number DSM ACC 2760 under the Budapest Treaty deposited hybridoma cell line W6D3 is available. b) Providing a sample of living intestinal epithelial cells. c) contacting the at least one antibody or a fragment of the antibody from step a) with the sample from step b). d) identifying those living intestinal epithelial cells of the sample from step b) which bind to the at least one antibody or to a fragment of the antibody from step a).
Erfindungsgemäß wird die Probe aus lebenden Darmepithelzellen bereitgestellt, indem zunächst bevorzugt das einschichtige Darmepithel von der darunter liegenden Lamina propria mittels eines enzymatischenAccording to the invention, the sample of living intestinal epithelial cells is provided by first preferably the single-layered intestinal epithelium of the underlying lamina propria by means of an enzymatic
Verfahrens unter Verwendung einer Thermolysin-Lösung oder mittelsMethod using a thermolysin solution or by means
Einsatz von Calcium-freien Medien, denen Calcium-bindende Substanzen zugesetzt werden können, getrennt wird, um positive Zellpopulationen außerhalb des Epithels zu entfernen.Use of calcium-free media to which calcium-binding substances can be added is separated to remove positive cell populations outside the epithelium.
Der Grund für die Abtrennung der Darmepithelzellen von der Lamina Propria liegt darin, dass der aus der Hybridomazelllinie W6D3 stammende Antikörper im humanen Darm neben den intestinalen Epithelzellen auch Granulozyten der darunter liegenden Lamina propria und der wiederum darunter liegenden Submukosa färbt. Bei dem enzymatischen Verfahren wird bevorzugt als Enzym Thermolysin, Trypsin, Kollagenase, Dispase und/oder Papain und besonders bevorzugt Thermolysin und Papain eingesetzt. Die chemische Trennung des Darmepithels erfolgt bevorzugt unter Verwendung von Calcium-bindenden Substanzen, insbesondere von Chelatbildnem wieThe reason for the separation of the intestinal epithelial cells from the lamina propria is that in the human intestine, the antibodies originating from the hybridoma cell line W6D3, in addition to the intestinal epithelial cells, also stain granulocytes of the underlying lamina propria and of the underlying submucosa. In the enzymatic method, thermolysin, trypsin, collagenase, dispase and / or papain and particularly preferably thermolysin and papain are preferably used as the enzyme. The chemical separation of the intestinal epithelium is preferably carried out using calcium-binding substances, in particular chelating agents such as
Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Ethylenglykoltetraessigsäure (EGTA) und Nitrilotriessigsäure (NTA) und besonders bevorzugt unter Verwendung von EDTA.Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), ethylene glycol tetraacetic acid (EGTA) and nitrilotriacetic acid (NTA), and more preferably using EDTA.
Das darauffolgende Identifizieren derjenigen lebenden Darmepithelzellen aus der Probe, die an den Antikörper binden, erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt durch Inkubation der intakten Krypten, die vorsichtig von der Lamina propria isoliert wurden, mit dem Antikörper. Die Färbung der lebenden intestinalen Voräuferzellen des unteren Kryptengrundes mit dem aus der Hybridomzelllinie W6D3 produzierten Antikörper ist deutlich in Abbildung 2 zu erkennen. In Abbildung 2A ist eine Immunfluoreszenzaufnahme einer Krypte, die mit dem aus der Hybridomazelllinie W6D3 produzierten Antikörper gefärbt wurde, gezeigt. Der Kryptengrund (Pfeil) zeigt ein deutliches Signal. Abbildung 2B stellt eine Hellfeldaufnahme derselben Krypte aus A dar. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Färbung mit dem Antikörper auch an fixierten Zellen erfolgen. So ist gemäß Abbildung 1 eine immunhistologische Färbung von fixiertem Kolongewebe mit dem aus der Hybridomazelllinie W6D3 produzierten Antikörper gezeigt. Abbildung 1A ist eine histologische Darstellung der Antikörperbindung an humanen, acetonfixierten Kyrostatschnitten des Kolons. Deutlich ist eine spezifische Markierung des Kryptengrundes (Pfeile) zu erkennen. Abbildung 1 B zeigt proliferierende Vorläufer- und Stammzellen, die mit dem KI67-Antikörper immuncytochemisch gefärbt wurden. Dabei wurden die gleichen epithelialen Zellen im unteren Bereich der Krypte (Pfeile) angefärbt, wie dies beim Antikörper von der Hybridomazelllinie W6D3 in Abbildung 1 A der Fall war. In Abbildung 1 B konnte somit eindeutig mit dem KI-67 Proliferationsmarker gezeigt werden, dass der aus der Hybridomazelllinie W6D3 stammende Antikörper die proliferative Region in den Krypten anfärbt.The subsequent identification of those living intestinal epithelial cells from the sample which bind to the antibody is carried out according to the invention preferably by incubation of the intact crypts, which were carefully isolated from the lamina propria, with the antibody. The staining of the living intestinal progenitor cells of the lower crypt ground with the antibody produced from the hybridoma cell line W6D3 is clearly visible in Figure 2. Figure 2A shows an immunofluorescence image of a crypt stained with the antibody produced from the hybridoma cell line W6D3. The crypt ground (arrow) shows a clear signal. Figure 2B represents a bright field image of the same crypt from A. In a further preferred embodiment of the invention, the staining with the antibody can also be carried out on fixed cells. Thus, according to Figure 1, an immunohistological staining of fixed colon tissue with the antibody produced from the hybridoma cell line W6D3 is shown. Figure 1A is a histological illustration of antibody binding to human acetone-fixed Kyrostat sections of the colon. Clearly a specific marking of the crypts bottom (arrows) can be recognized. Figure 1 B shows proliferating progenitor and stem cells immunocytochemically stained with the KI67 antibody. The same epithelial cells were stained in the lower part of the crypts (arrows), as was the case with the antibody from the hybridoma cell line W6D3 in Figure 1 A. In Figure 1 B could thus be clearly identified with the KI-67 proliferation marker It can be shown that the antibody derived from the hybridoma cell line W6D3 stains the proliferative region in the crypts.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Isolieren der oben genannten Zellen bevorzugt, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Vereinzeln der lebenden Darmepithelzellen aus der oben genannten Probe, die aus intakten Krypten besteht. b) Inkontaktbringen mindestens eines Antikörpers oder eines Fragments des Antikörpers, der aus der bei der Deutschen Sammlung vonA further embodiment of the present invention preferably relates to a method of isolating the above-mentioned cells, comprising the steps of: a) separating the live intestinal epithelial cells from the above-mentioned sample, which consists of intact crypts. b) contacting at least one antibody or a fragment of the antibody which is known from the German
Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) unter der Nummer DSM ACC 2760 gemäß dem Budapester Vertrag hinterlegten Hybridomazelllinie W6D3 erhältlich ist, mit den vereinzelten Darmepithelzellen aus Schritt a). c) Isolieren derjenigen vereinzelten Darmepithelzellen aus Schritt b), die den mindestens einen Antikörper oder ein Fragment des Antikörpers binden.Microorganisms and cell cultures (DSMZ) under the number DSM ACC 2760 according to the Budapest Treaty deposited hybridoma cell line W6D3 is available, with the isolated intestinal epithelial cells from step a). c) isolating those isolated intestinal epithelial cells from step b) which bind the at least one antibody or a fragment of the antibody.
Das unter Schritt a) erwähnte Vereinzeln (Dissoziieren) der Epithelzellen ist für eine weitere Zellisolation bevorzugt. Die vereinzelten Epithelzellen lassen sich mit Antikörper markieren und können daraufhin abgetrennt werden.The separation (dissociation) of the epithelial cells mentioned under step a) is preferred for further cell isolation. The isolated epithelial cells can be labeled with antibodies and can then be separated.
Der aus der Hybridomazelllinie W6D3 erhältliche Antikörper bindet bevorzugt an das Antigen SSEA-1. Dieses Antigen wird in der frühen embryonalen Entwicklung exprimiert. Außerdem ist die Expression von SSEA-1 mit der neoplastischen Transformation und Progression assoziiert. Somit stellt SSEA-1 einen geeigneten Marker für sowohl embryonale Stammzellen als auch für mit neoplastischer Transformation und Progression assoziierte Zellen des Darms dar.The antibody obtainable from the hybridoma cell line W6D3 preferably binds to the antigen SSEA-1. This antigen is expressed in early embryonic development. In addition, expression of SSEA-1 is associated with neoplastic transformation and progression. Thus, SSEA-1 is a suitable marker for both embryonic stem cells and intestinal cells associated with neoplastic transformation and progression.
Der erfindungsgemäß verwendete Antikörper, der aus der bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) unter der Nummer DSM ACC 2760 gemäß dem Budapester Vertrag hinterlegten Hybridomazelllinie W6D3 stammt, wird bevorzugt durch Immunisierung einer Balb/c-Maus mit der Retinoblastom-Zelllinie WERI-RB1 und anschließender Fusion von Immunmilzzellen mit Myelom-Zelllinie SP2/0 generiert. Er weist hervorragende Eigenschaften hinsichtlich Spezifität und Affinität für das Antigen SSEA-1 auf und bindet im Darm mit entsprechend hoher Selektivität an intestinale Stamm- und/oder Vorläuferzellen.The antibody used according to the invention, which originates from the hybridoma cell line W6D3 deposited with the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ) under the number DSM ACC 2760 in accordance with the Budapest Treaty, is preferred by immunization of a Balb / c mouse with the retinoblastoma cell line WERI -RB1 and subsequent Fusion of immune spleen cells generated with myeloma cell line SP2 / 0. It has excellent properties regarding specificity and affinity for the antigen SSEA-1 and binds in the intestine with correspondingly high selectivity to intestinal stem and / or progenitor cells.
Geeignete Antikörper im Rahmen der vorliegenden Erfindung können monoklonale, polyklonale sowie monovalente und bivalente Fragmente sein.Suitable antibodies within the scope of the present invention may be monoclonal, polyclonal, monovalent and bivalent fragments.
Zur Herstellung der Antikörper können auch verschiedene Wirte, einschließlich Ziegen, Kaninchen, Ratten, Mäuse, Menschen und andere Wirte durch Injektion mit dem Protein oder einem beliebigen Fragment oder Oligopeptid davon, welches immunogene Eigenschaften aufweist, immunisiert werden. In Abhängigkeit von der Wirtsspezies können verschiedene Hilfsstoffe verwendet werden, um die immunologische Antwort zu verstärken. Bevorzugt werden dabei Peptide, Fragmente oder Oligopeptide zur Induktion von Antikörpern des Proteins verwendet, die eine Aminosäuresequenz aus mindestens fünf Aminosäuren und stärker bevorzugt aus mindestens zehn Aminosäuren aufweisen.To produce the antibodies, various hosts, including goats, rabbits, rats, mice, humans, and other hosts may also be immunized by injection with the protein or any fragment or oligopeptide thereof having immunogenic properties. Depending on the host species, various adjuvants may be used to enhance the immunological response. Peptides, fragments or oligopeptides are preferably used for the induction of antibodies of the protein which have an amino acid sequence of at least five amino acids and more preferably of at least ten amino acids.
Besonders bevorzugt sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung monoklonale Antikörper. Monoklonale Antikörper können unter Verwendung von Techniken hergestellt werden, die durch kontinuierliche Zelllinien in Kultur für die Produktion von Antikörpermolekülen sorgen. Diese Techniken umfassen die Hybridomtechnik, insbesondere die humane B- Zellhybridomtechnik sowie die EBV-Hybridomtechnik. Die Produktion von monoklonalen Antikörpern durch die Fusion von Milzzellen von immunisierten Mäusen und Myelomzellen wurde bereits 1975 von Kohler und Milstein ("Continuous cultures of fused cells secreting antibody of predefmed specificity" Nature; 1975, 256: 495 - 497) beschrieben. Die Techniken für die chemische Selektion der Hybridome für die Herstellung von monoklonalen Antikörpern, die aus einer solchen Fusion resultieren, und die nachfolgende Isolation von Zellklonen, die einzelne Antikörper sekretieren, sind ebenso im Fachgebiet bekannt. Darüber hinaus können Verfahren zur Herstellung von gentechnisch hergestellten Antikörpern, wie Chimären Antikörpern verwendet werden. Dabei werden bevorzugt konstante Regionen in einem Antikörper der Maus durch konstante Regionen eines Human-Antikörpers ersetzt. Alternativ können Verfahren für die Herstellung von Einzelketten-Antikörpern eingesetzt werden, um beispielsweise einzelkettige Antikörper herzustellen, die in einer bevorzugten Ausführungsform spezifisch für das SSEΞA-1 -Protein der Erfindung sind. Diese werden gentechnisch durch Expression eines Konstrukts aus den Gensegmenten für die beiden variablen Antikörperregionen gewonnen, die durch ein Segment für das Peptid verbunden sind.Particularly preferred within the scope of the present invention are monoclonal antibodies. Monoclonal antibodies can be prepared using techniques that provide for the production of antibody molecules by continuous cell lines in culture. These techniques include hybridoma, in particular human B-cell hybridoma and EBV hybridoma. The production of monoclonal antibodies by the fusion of spleen cells from immunized mice and myeloma cells was already described in 1975 by Kohler and Milstein ("Continuous cultures of fused cells secreting antibodies of predefined specificity" Nature, 1975, 256: 495-497). The techniques for the chemical selection of the hybridomas for the production of monoclonal antibodies resulting from such a fusion and the subsequent isolation of cell clones which secrete individual antibodies are also known in the art. In addition, methods for the production of genetically engineered antibodies, such as chimeric antibodies can be used. In this case, preferably constant regions in a mouse antibody are replaced by constant regions of a human antibody. Alternatively, methods for the production of single-chain antibodies may be employed to produce, for example, single-chain antibodies which in a preferred embodiment are specific for the SSEΞA-1 protein of the invention. These are obtained by engineering a construct from the gene segments for the two antibody variable regions linked by a segment for the peptide.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann anstatt des Komplett- Antikörpers auch ein Fragment des Antikörpers verwendet werden, ohne dass dies jeweils ausdrücklich erwähnt wird. Unter "Fragment" wird dabei jedes Fragment des Antikörpers verstanden, das die Antigenbindungsfunktion, bevorzugt für das SSEA-1 -Antigen des Antikörpers beibehält. Solche Fragmente sind beispielsweise Fab, F(ab')2, Fv1 ScFv und andere Fragmente, wie z.B. CDR-Fragmente ("complementarity determining region", hypervariable Region) sowie Fragmente, die durch eine Fab-Expressionbibliothek hergestellt werden. Die genannten Fragmente weisen die Bindungsspezifität des Antikörpers auf und können auch mit bekannten Verfahren rekombinant hergstellt werden. Die F(ab')2-Fragmente können durch Pepsinverdau des Antikörpermoleküls erhalten werden und die Fab-Fragmente durch Reduktion der Disulfidbrücken der F(ab')2-Fragmente oder durch Papain-Verdau des Antikörpers. Alternativ kann eine Fab-Expressionsbibliothek konstruiert werden, um schnelle und leichte Identifizierung monoklonaler Antikörperfragmente mit der gewünschten Spezifität zu ermöglichen.In the context of the present invention, instead of the complete antibody, it is also possible to use a fragment of the antibody without this being expressly mentioned in each case. By "fragment" is meant any fragment of the antibody that retains the antigen binding function, preferably for the SSEA-1 antigen of the antibody. Such fragments include Fab, F (ab ') 2 , Fv 1 ScFv, and other fragments such as complementarity determining region (CDR) fragments, as well as fragments produced by a Fab expression library. The fragments mentioned have the binding specificity of the antibody and can also be recombinantly produced by known methods. The F (ab ') 2 fragments can be obtained by pepsin digestion of the antibody molecule and the Fab fragments by reducing the disulfide bridges of the F (ab') 2 fragments or by papain digestion of the antibody. Alternatively, a Fab expression library can be constructed to allow rapid and easy identification of monoclonal antibody fragments with the desired specificity.
Erfindungsgemäß können als Antikörper die Immunglobuline IgG, IgA, IgM, IgD sowie IgE eingesetzt werden. Bevorzugt handelt es sich um einen IgG- Antikörper und besonders bevorzugt um ein IgGI -Antikörper, da dieser aufgrund seiner kleineren Größe beispielsweise gegenüber IgM-Antikörpem besonders gut geeignet ist, Zellen mittels magnetischer Zellseparation (MACS, Magnetic Cell Sorting) zu isolieren. Weiterhin erkennt dieser Antikörper ein Epitop, das von anderen SSEA-1 -Antikörpern nicht erkannt wird.According to the invention, the immunoglobulins IgG, IgA, IgM, IgD and IgE can be used as antibodies. It is preferably an IgG Antibodies, and more preferably an IgGI antibody, since this is due to its smaller size, for example, against IgM antibodies particularly well suited to isolate cells by magnetic cell separation (MACS, Magnetic Cell Sorting). Furthermore, this antibody recognizes an epitope that is not recognized by other SSEA-1 antibodies.
Zur weiteren Zellisolation werden die Epithelzellen erfindungsgemäß vereinzelt (dissoziiert). Besonders bevorzugt vereinzelt man die Darmepithelzellen mittels einer Enzym/DNase-Lösung. Als Enzyme werden dabei bevorzugt Collagenasen, Trypsin, Dispasen, Thermolysin und/oder Papain verwendet. Insbesondere bevorzugt ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung Papain. Mit einer Papain/DNase-Lösung wurde nach ausgiebigen Untersuchungen von den Erfindern vorteilhafterweise eine optimale Zellvereinzelung bei gleichzeitig hoher Zellvitalität erzielt. Gerade mit Papain als Enzym konnte eine verbesserte Ausbeute epithelialer Zellen beobachtet werden, welche ihre Fähigkeit zur Expression von Antigenen, insbesondere des SSEA-1 -Antigens aufrechterhielten, die zudem frei von mesenchymalen Zellen waren, und die den Erhalt kontinuierlich wachsender Epithelzellen ermöglicht. Somit hat sich Papain als ein besonders schonendes Enzym zur Zelldissoziation bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Integrität, insbesondere der Epitopenstruktur der Zellen erwiesen. So ist gemäß Abbildung 3 eine FACS-Analyse von dissoziierten humanen Darmepithelzellen dargestellt. Deutlich ist eine Teilpopulation der markierten Epithelzellen zu erkennen, die mit dem aus der Hybridomazeillinie W6D3 proudzierten Antikörper markiert wurden.For further cell isolation, the epithelial cells are isolated according to the invention (dissociated). It is particularly preferred to separate the intestinal epithelial cells by means of an enzyme / DNase solution. The enzymes used are preferably collagenases, trypsin, dispases, thermolysin and / or papain. Papain is particularly preferred in the context of the present invention. With a papain / DNase solution, according to extensive investigations, the inventors advantageously achieved optimal cell separation with simultaneously high cell vitality. Especially with papain as an enzyme, an improved yield of epithelial cells could be observed which maintained their ability to express antigens, in particular of the SSEA-1 antigen, which were also free of mesenchymal cells and which allows the maintenance of continuously growing epithelial cells. Thus, papain has been shown to be a particularly gentle enzyme for cell dissociation while maintaining integrity, particularly the epitope structure of the cells. Thus, Figure 3 shows a FACS analysis of dissociated human intestinal epithelial cells. A subpopulation of the labeled epithelial cells was clearly recognizable, which were labeled with the antibody produced from the hybridoma line W6D3.
Zur darauffolgenden Isolierung von intestinalen Stamm- und/oder Vorläuferzellen werden erfindungsgemäß bevorzugt folgende Verfahren eingesetzt: Durchflusszytometrie (fluorescent activated cell sorter (FACS)), magnetische Zellseparation (magnetic cell sorting (MACS)) oder Binden von Zellen an einen Antikörper, der bevorzugt ein monoklonaler Antikörper ist, der an einem Träger immobilisiert ist, wie dies z.B. bei der Säulenchromatographie der Fall ist. Bei der Durchflusszytometrie werden Zellen mit Antikörpern beladen, die einerseits spezifisch für einen Oberflächenmarker und andererseits mit einem Fluoreszenzfarbstoff gekoppelt sind. Diejenigen Zellen, die Marker-positiv sind, fluoreszieren, während die negativen Zellen dunkel bleiben. Es kann somit festgestellt werden, welcher Anteil einer Zellpopulation Marker-positiv ist. Gleichzeitig erlaubt ein Durchflusszytometer, die Größe und Granularität von Zellen zu erfassen. Bei der magnetischen Zellseparation werden die Zellen mit magnetischen Beads markiert, wobei diese Beads beispielsweise an die Antikörper gekoppelt sein können. Besonders bevorzugt werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die vereinzelten Darmepithelzellen mittels FACS isoliert.For the subsequent isolation of intestinal stem and / or progenitor cells, the following methods are preferably used according to the invention: flow cytometry (Fluorescent Activated Cell Sorter (FACS)), magnetic cell sorting (MACS) or binding of cells to an antibody, which is preferred monoclonal antibody which is immobilized on a support, as for example in the Column chromatography is the case. In flow cytometry, cells are loaded with antibodies that are coupled on the one hand specifically for a surface marker and on the other hand with a fluorescent dye. Those cells that are marker-positive fluoresce while the negative cells remain dark. It can thus be determined which proportion of a cell population is marker-positive. At the same time, a flow cytometer allows to detect the size and granularity of cells. In the case of magnetic cell separation, the cells are labeled with magnetic beads, which beads may be coupled to the antibodies, for example. In the context of the present invention, the isolated intestinal epithelial cells are particularly preferably isolated by means of FACS.
Nach Mischen der Zellsuspension mit dem Antikörper binden bevorzugt diejenigen Zellen den Antikörper, die das Antigen SSEA-1 exprimieren, woraufhin diese Zellen von den Zellen, die keinen Antikörper gebunden haben, nach dem oben beschriebenen Verfahren isoliert werden können.After mixing the cell suspension with the antibody, those cells preferentially bind the antibody expressing the SSEA-1 antigen, whereupon these cells can be isolated from the non-antibody bound cells by the method described above.
Wie aus Abbildung 3 ersichtlich ist, konnte mit dem erfindungsgemäßenAs can be seen from Figure 3, could with the inventive
Verfahren unter Verwendung des aus der Hybridomazelllinie W6D3 stammenden Antikörpers oder eines Fragments des Antikörpers, nach einerMethod using the hybridoma cell line W6D3 derived antibody or a fragment of the antibody, after a
Dissoziation des intestinalen Kryptenmaterials eine klar definierteDissociation of intestinal crypt material a well-defined
Subpopulation mittels FACS-Analyse dargestellt werden. In der vorliegendenSubpopulation be represented by means of FACS analysis. In the present
Erfindung konnte experimentell gezeigt werden, dass es mit dem Antikörper der Zelllinie W6D3 möglich ist, unfixierte lebende Zellen, welche die Bindungsstelle für das spezifische Antigen, insbesondere das SSEA-1-The invention has been experimentally shown to be possible with the antibody of the cell line W6D3, unfixed live cells which are the binding site for the specific antigen, in particular the SSEA-1.
Antigen auch noch nach der Dissoziation aufweisen, des unterenAntigen even after dissociation, of the lower
Kryptengrundes zu identifizieren und zu isolieren.To identify and isolate crypts reason.
Zur Identifizierung und/oder Isolierung von postnatalen und adulten epithelialen Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms wird bevorzugtFor identification and / or isolation of postnatal and adult intestinal epithelial progenitor and / or stem cells is preferred
Darm aus Säugetieren, besonders bevorzugt humaner Darm, verwendet.Mammalian intestine, more preferably human intestine.
Dabei handelt es sich erfindungsgemäß um Dick- und/oder Dünndarm, da sich sowohl in den Krypten des Dick- als auch des Dünndarms Vorläufer- und/oder Stammzellen befinden.These are according to the invention to large and / or small intestine, there Both precursor and / or stem cells are found in both the crypts of the large and small intestines.
Weiterhin betrifft die Erfindung postnatale und/oder adulte epitheliale Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms, welche nach dem oben beschriebenen Identifizierungs- und/oder Isolierungsverfahren erhältlich sind.Furthermore, the invention relates to postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine, which are obtainable by the identification and / or isolation method described above.
Die postnatalen und/oder epithelialen Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms werden bevorzugt in einem geeigneten Kultivierungsmedium kultiviert, um damit Zellkulturexperimente durchzuführen, beispielsweise für pharmakologische und diagnostische Studien.The postnatal and / or epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine are preferably cultured in a suitable culture medium to perform cell culture experiments, for example for pharmacological and diagnostic studies.
Die Erfindung betrifft ferner eine pharmazeutische Zusammensetzung, die lebende postnatale und/oder adulte epitheliale Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms, welche durch das oben genannte Verfahren erhältlich sind, umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die pharmazeutische Zusammensetzung zusätzlich geeigneteThe invention further relates to a pharmaceutical composition comprising live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine obtainable by the above-mentioned method. In a preferred embodiment, the pharmaceutical composition additionally comprises suitable
Wachstumsfaktoren, Hormone, Proteine und/oder eine Matrix. Die Hemmung und Aktivierung des Stammzellkompartiments und die Richtung der Differenzierung (Determination) hängen nämlich entscheidend von den Wachstumsfaktoren und der extrazellulären Matrix im Mikrokompartiment ab. Daher können isolierte Stammzellen unter Einsatz geeigneter Wachstumsfaktoren in Hepatozyten, Pankreaszellen und Lungenepithelzellen differenzieren. Dies stellt ein umfangreiches Potenzial für die Verwendung von Stammzellen im Bereich der regenerativen Medizin dar. Geeignete Wachstumsfaktoren für die erfindungsgemäße pharmazeutische Zusammensetzung umfassen den epidermalen Wachstumsfaktor (EGF), den Keratinozytenwachstumsfaktor (KGF), den Hepatozytenwachstumsfaktor (HGF) sowie den transformierenden Wachstumsfaktor α (TGF-α), welcher auch an denselben Rezeptor wie TGF bindet. Diese beiden Wachstumsfaktoren stimulieren die gastrointestinale epitheliale Zeilproliferation. Weiterhin kann die pharmazeutische Zusammensetzung gegebenenfalls bevorzugt Hormone und/oder Peptide umfassen. Bevorzugt ist dabei Enteroglucagon, welches das Glicentin- related pancreatic Polypeptide (GRPP), Glucagon, Oxyntomodulin und die Glucagon-ähnlichen Peptide GLP-1 und GLP-2 enthält. Insbesondere für GLP-2 ist gezeigt worden, dass es ein potenter Stimulator der intestinalen epithelialen Proliferation ist. Ein weiteres bevorzugtes Peptid ist Gastrin, das eine trophische Wirkung auf Darmzelllinien zeigte. Weiterhin sind Prostaglandine sowie Androgene und Östrogene bevorzugt, die ebenfalls die Zeilproliferation stimulieren können.Growth factors, hormones, proteins and / or a matrix. The inhibition and activation of the stem cell compartment and the direction of the differentiation (determination) depend crucially on the growth factors and the extracellular matrix in the microcompartment. Therefore, isolated stem cells can differentiate into hepatocytes, pancreatic cells and lung epithelial cells using appropriate growth factors. This represents an extensive potential for the use of stem cells in the field of regenerative medicine. Suitable growth factors for the pharmaceutical composition according to the invention include epidermal growth factor (EGF), keratinocyte growth factor (KGF), hepatocyte growth factor (HGF) and transforming growth factor α (TGF -α), which also binds to the same receptor as TGF. These two growth factors stimulate gastrointestinal epithelial cell proliferation. Furthermore, the pharmaceutical Composition optionally optionally hormones and / or peptides. Preferred is enteroglucagon, which contains the glicentin-related pancreatic polypeptide (GRPP), glucagon, oxyntomodulin and the glucagon-like peptides GLP-1 and GLP-2. In particular, GLP-2 has been shown to be a potent stimulator of intestinal epithelial proliferation. Another preferred peptide is gastrin, which has a trophic effect on intestinal cell lines. Furthermore, prostaglandins as well as androgens and estrogens are preferred which can also stimulate cell proliferation.
Die erfindungsgemäße pharmazeutische Zusammensetzung kann weiterhin pharmazeutisch übliche Träger-, Hilfsstoffe, Zusatzstoffe sowie geeignete Puffer enthalten. Geeignete Puffer umfassen beispielsweise TRIS, HCl, Glycin und Phosphat. Die pharmazeutische Zusammensetzung kann darüber hinaus geeignete Verdünnungsmittel, bevorzugt wässrige NaCI-, Lactose-, Manitol-Lösungen sowie Wasser und Alkohole enthalten. Geeignete Zusatzstoffe umfassen beispielsweise Detergenzien, Lösungsmittel, Antioxidanzien und Konservierungsstoffe. Eine Übersicht der für derartige Zusammensetzungen verwendbaren Substanzen ist z.B. in der neuesten Ausgabe von Remington's Pharmaceutical Sciences (Maack Publishing Co., Easton, Pa.) beschrieben.The pharmaceutical composition according to the invention may further contain pharmaceutically customary carriers, adjuvants, additives and suitable buffers. Suitable buffers include, for example, TRIS, HCl, glycine and phosphate. The pharmaceutical composition may further contain suitable diluents, preferably aqueous solutions of NaCl, lactose, mannitol, water and alcohols. Suitable additives include, for example, detergents, solvents, antioxidants and preservatives. An overview of the substances usable for such compositions is e.g. in the latest issue of Remington's Pharmaceutical Sciences (Maack Publishing Co., Easton, Pa.).
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Identifizierungs- und/oder Isolierungsverfahren erhaltenen Vorläufer- und/oder Stammzellen zur Herstellung einesThe invention further relates to the use of the precursor and / or stem cells obtained by the identification and / or isolation method according to the invention for the production of a
Arzneimittels zur Behandlung von Gewebeschädigungen in vivo und ex vivo.Drug for the treatment of tissue damage in vivo and ex vivo.
Erfindungsgemäß können die erhaltenen Vorläufer- und/oder Stammzellen zur Behandlung von Gewebeschädigungen im lebenden Organismus oder in der Zellkultur mittels Techniken des Tissue Engineering eingesetzt werden. Unter Tissue Engineering versteht man die Herstellung funktionsfähiger künstlicher Zell- und Gewebeverbände auf der Basis kultivierter Zellen und verschiedener künstlicher Matrizes. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst das Tissue Engineering zur Behandlung von Gewebeschädigungen eine Reihe unterschiedlicher methodischer Ansätze. Dazu gehören die Applikation von biologisch aktiven Molekülen, wie Wachstumsfaktoren, Hormonen, Proteinen etc., die als Direktinjektionen in den Darm Darmfunktionen beeinflussen bzw. wiederherstellen können (in vivo Behandlung). Hierzu gehören auch die Injektion resorbierbarer Polymere als Transporter von Wachstumsfaktoren, die Übertragung von Transgenen, die die Bildung von Wachstumsfaktoren in den Zielorganen anregen, sowie die Implantation dreidimensionaler Matrizes (Polymergröße), die eine Besiedlung mit körpereigenen Zellen ermöglichen. Weitere Tissue Engineering-Methodiken sind die Transplantation von in vitro gehaltenen Vorläufer- und/oder Stammzellen; künstlich hergestellter ZeII- Polymermatrizes zur Implantation von Vorläufer- und/oder Stammzellen oder die extrakorporale (ex vivo) Produktion von Organzellen aus Vorläufer- und/oder Stammzellen.According to the invention, the precursor and / or stem cells obtained can be used for the treatment of tissue damage in the living organism or in cell culture by means of tissue engineering techniques. Tissue engineering is the production of functional artificial cell and tissue associations based on cultured cells and various artificial matrices. In the context of the present invention Tissue engineering for the treatment of tissue damage involves a number of different methodological approaches. These include the application of biologically active molecules, such as growth factors, hormones, proteins, etc., which can influence or restore intestinal functions as direct injections into the intestine (in vivo treatment). These include the injection of resorbable polymers as growth factor transporters, the transmission of transgenes that stimulate the formation of growth factors in the target organs, and the implantation of three-dimensional matrices (polymer size) that allow colonization by the body's own cells. Other tissue engineering methodologies include the transplantation of in vitro precursor and / or stem cells; artificially prepared ZeII polymer matrices for the implantation of precursor and / or stem cells or the extracorporeal (ex vivo) production of organ cells from precursor and / or stem cells.
Bevorzugt werden die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Vorläufer- und/oder Stammzellen zur Behandlung von Schädigungen der Darmschleimhaut verwendet. Besonders bevorzugt werden die Vorläufer- und/oder Stammzellen für klinische Anwendungen eingesetzt, bei denen ein entsprechender Bedarf an funktioneller Mukosa besteht, wie es bei Kurzdarmsyndrom (short intestine-Syndrome), bei intestinalen Ulcera und/oder bei Ischämie des Darms der Fall ist .The precursor and / or stem cells obtained by the method according to the invention are preferably used for the treatment of damage to the intestinal mucosa. The precursor and / or stem cells are particularly preferably used for clinical applications in which there is a corresponding requirement for functional mucosa, as is the case in short intestine syndrome, intestinal ulcers and / or intestinal ischaemia.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt isolierte intestinale Stammzellen unter Verwendung geeigneter Wachstumsfaktoren in Hepatozyten, Pankreaszellen und Lungenepithelzellen transdifferenziert. Unter Transdifferenzierung versteht man die Umwandlung eines zellulären Phenotyps in einen anderen. Dabei geht die Transdifferenzierung mit einer Veränderung in der Zellmorphologie einher, welche mit einer Veränderung in dem Programm der Genexpression assoziiert ist. Geeignete Wachstumsfaktoren zur Umwandlung intestinaler Stammzellen in Hepatozyten, Pankreaszellen und Lungenepithelzellen sind bevorzugt der Fibroblast Growth Factor (FGF), Dexamethason, Insulin, Nikotinamid, Epidermal Growth Factor (EGF), Hydrocortison, Transferrin, Glutamycin, Amphotericin, Progesteron. Besonders bevorzugt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Dexamethason und Insulin zur Umwandlung in Hepatozyten und Nikotinamid zur Umwandlung in Pankreaszellen verwendet. Das therapeutische Potenzial dieses Gewebe- Reprogrammierens aufgrund des Transdifferenzierungspotenzials intestinaler Stammzellen bietet weitreichende Möglichkeiten für neue Behandlungsstrategien im Bereich der regenerativen Medizin.In a further embodiment of the present invention, preferably isolated intestinal stem cells are transdifferentiated using suitable growth factors in hepatocytes, pancreatic cells and lung epithelial cells. Transdifferentiation is the transformation of one cellular phenotype into another. Transdifferentiation is associated with a change in cell morphology associated with a change in the program of gene expression. Suitable growth factors for converting intestinal stem cells into hepatocytes, pancreatic cells and lung epithelial cells are preferably Fibroblast Growth Factor (FGF), Dexamethasone, Insulin, Nicotinamide, Epidermal Growth Factor (EGF), Hydrocortisone, Transferrin, Glutamycin, Amphotericin, Progesterone. For the purposes of the present invention, dexamethasone and insulin are particularly preferably used for conversion into hepatocytes and nicotinamide for conversion into pancreatic cells. The therapeutic potential of this tissue reprogramming due to the transdifferentiation potential of intestinal stem cells offers far-reaching opportunities for new treatment strategies in the field of regenerative medicine.
Daher ist es insbesondere bevorzugt, die Vorläufer- und/oder Stammzellen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wurden, zur Behandlung von Gewebeschädigungen der Leber, des Pankreas und/oder der Lunge, insbesondere bevorzugt in Kombination mit Wachstumsfaktoren einzusetzen.Therefore, it is particularly preferred to use the precursor and / or stem cells obtained by the method according to the invention for the treatment of tissue damage to the liver, pancreas and / or lung, particularly preferably in combination with growth factors.
Weiterhin bevorzugt ist die Verwendung der Vorläufer- und/oder Stammzellen bzw. einer Kultur aus solchen Zellen zur Herstellung eines Mittels zur Diagnose von Karzinomen des Darms und/oder Vorstufen davon.Further preferred is the use of the precursor and / or stem cells or a culture of such cells for the preparation of an agent for the diagnosis of carcinomas of the intestine and / or precursors thereof.
Auch die Verwendung der Vorläufer- und/oder Stammzellen und/oder der Kultur aus diesen Zellen zur Herstellung eines Mittels zur Charakterisierung von zellulären Reaktionen gegenüber biologischen, chemischen oder pharmakologischen Mitteln, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, wobei insbesondere die Verwendung in einem Screening- Assay zur Identifizierung von Arzneimitteln zur Prävention und/oder Behandlung von mit dem Darm assoziierten Krankheiten beabsichtigt ist.The use of the precursor and / or stem cells and / or the culture of these cells for the preparation of an agent for characterizing cellular reactions to biological, chemical or pharmacological agents, is provided in the context of the present invention, in particular the use in a screening - Assay for the identification of drugs for the prevention and / or treatment of intestinal-associated diseases is intended.
Die mit dem Darm assoziierten Krankheiten sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schädigungen der Darmschleimhaut, Kurzdarmsyndrom, intestinalem Ulcus und/oder Karzinomen des Darms und/oder Vorstufen von Karzinomen des Darms. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung des oben beschriebenen Antikörpers oder eines Fragments des Antikörpers dieses Antikörpers zum Identifizieren und/oder Isolieren lebender postnataler und/oder adulter epithelialer Vorläufer- und/oder Stammzellen des Kryptengrundes des Darms.The diseases associated with the intestine are preferably selected from the group consisting of damage to the intestinal mucosa, short bowel syndrome, intestinal ulcer and / or carcinoma of the intestine and / or precursors of carcinoma of the intestine. Another embodiment of the present invention relates to the use of the above-described antibody or a fragment of the antibody of this antibody to identify and / or isolate live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the crypt base of the gut.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Nutzung des Antigens SSEA- 1 zum Identifizieren und/oder Isolieren lebender postnataler und/oder adulter epithelialer Vorläufer- und/oder Stammzellen des Kryptengrundes des Darms. Bisher sind nur wenige geeignete Marker für Stammzellen des Kryptengrundes des Darms bekannt. Das Stage Specific Embryonic Antigen-1 (SSEA-1) ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein hervorragend geeigneter Marker, da es sowohl in den Krypten des Darms in gesundem Gewebe exprimiert wird als auch in größeren Mengen in prä- und/oder kanzerogenen Geweben des Darms. Man hat herausgefunden, dass die Expression von SSEA-1 mit der neoplastischen Transformation und Progression im Darm einhergeht. Daher stellt das SSEA-1 -Antigen einen idealen Marker sowohl zum Isolieren von gesunden postnatalen und/oder adulten epithelialen Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms als auch zur Diagnose von Karzinomen des Darms und/oder Vorstufen davon dar.Furthermore, the present invention relates to the use of the antigen SSEA-1 for identifying and / or isolating live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the crypts base of the intestine. So far, only a few suitable markers for stem cells of the crypts reason of the intestine are known. The Stage Specific Embryonic Antigen-1 (SSEA-1) is in the context of the present invention, a highly suitable marker, since it is expressed both in the crypts of the gut in healthy tissue and in larger quantities in pre- and / or carcinogenic tissues of the intestine. Expression of SSEA-1 has been found to be associated with neoplastic transformation and progression in the gut. Thus, the SSEA-1 antigen is an ideal marker for both isolating healthy postnatal and / or adult intestinal epithelial progenitor and / or stem cells, as well as for diagnosing intestinal cancers and / or precursors thereof.
Daher betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Diagnose von Karzinomen des Darms und/oder Vorstufen davon, welches die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen mindestens eines Antikörpers und/oder eines Fragments des Antikörpers, der aus der bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) unter der Nummer DSM ACC 2760 gemäß dem Budapester Vertrag hinterlegten Hybridomazelllinie W6D3 erhältlich ist. b) Bereitstellen einer Probe aus lebenden Darmepithelzellen einer Testperson. c) Inkontaktbringen des mindestens einen Antikörpers oder eines Fragments des Antikörpers aus Schritt a) mit der Probe aus Schritt b). d) Identifizieren derjenigen lebenden Darmepithelzellen der Probe aus Schritt b), die an den mindestens einen Antikörper oder ein Fragment des Antikörpers aus Schritt a) binden. e) Bestimmen des Ausmaßes der Reaktion des mindestens einen Antikörpers oder eines Fragments des Antikörpers aus Schritt a) mit den identifizierten lebenden Darmepithelzellen aus Schritt d), als Maßstab für die Diagnose.Therefore, the invention also relates to a method for the diagnosis of carcinomas of the intestine and / or precursors thereof, which comprises the following steps: a) providing at least one antibody and / or a fragment of the antibody which is known from the Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) under the number DSM ACC 2760 according to the Budapest Treaty deposited hybridoma cell line W6D3 is available. b) providing a sample of living intestinal epithelial cells of a subject. c) contacting the at least one antibody or a fragment of the antibody from step a) with the sample from step b). d) identifying those living intestinal epithelial cells of the sample from step b) which bind to the at least one antibody or a fragment of the antibody from step a). e) determining the extent of the reaction of the at least one antibody or a fragment of the antibody from step a) with the identified living intestinal epithelial cells from step d), as a measure of the diagnosis.
Die Detektion lebender Zellen, an die der oben genannte Antikörper spezifisch bindet, bietet beispielsweise einen entscheidenden Vorteil bei diagnostischen Verfahren während einer Endoskopie im Darmlumen eines Patienten, z.B. zur Tumordiagnose.For example, the detection of living cells to which the above-mentioned antibody specifically binds provides a significant advantage in diagnostic procedures during endoscopy in a patient's intestinal lumen, e.g. for tumor diagnosis.
Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Diagnose von solchen Karzinomen des Darms und/oder Vorstufen davon geeignet, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus colorektalem Karzinom, familiärer adenomatöser Polyposis coli, Hereditary Non-Polyposis Colorectal Cancer, ulcerativer Colitis, Morbus Chron, chronischer ulcerativer Colitis, benignem Adenom des Colon.The method according to the invention is particularly suitable for the diagnosis of such carcinomas of the intestine and / or precursors thereof selected from the group consisting of colorectal carcinoma, familial adenomatous polyposis coli, hereditary non-polyposis colorectal cancer, ulcerative colitis, Chron's disease, chronic ulcerative colitis, benign adenoma of the colon.
Die Erfindung betrifft ferner einen Kit zum Identifizieren und/oder Isolieren von lebenden postnatalen und/oder adulten epithelialen Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms, welcher mindestens einen wie oben beschriebenen Antikörper oder ein Fragment dieses Antikörpers umfasst.The invention further relates to a kit for identifying and / or isolating living postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine which comprises at least one antibody or a fragment of this antibody as described above.
Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen die angesprochenen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Identifizieren und/oder Isolieren von lebenden postnatalen und/oder adulten epithelialen Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms mit einem aus der Hybridomazelllinie W6D3 stammenden Antikörper oder einem Fragment des Antikörpers. Abbildungen:The following examples illustrate the stated advantages of the method according to the invention for identifying and / or isolating living postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine with an antibody or a fragment of the antibody derived from the hybridoma cell line W6D3. pictures:
Abbildung 1 : Immunhistologische Färbung von fixiertem Kolongewebe mit dem aus der Hybridomazeillinie W6D3 produzierten Antikörper.Figure 1: Immunohistological staining of fixed colon tissue with the antibody produced from the hybridoma line W6D3.
In Abbildung 1A ist die histologische Darstellung der Antikörperbindung an humanen, acetonfixierten Kryostatschnitten des Kolons gezeigt. Deutlich ist eine spezifische Markierung des Kryptengrundes (Pfeile) zu erkennen. Abbildung 1 B zeigt proliferierende Vorläufer- und Stammzellen, die mit dem KI67-Antikörper immuncytochemisch gefärbt wurden. Dabei wurden die gleichen epithelialen Zellen im unteren Bereich der Krypte (Pfeile) angefärbt, wie dies beim Antikörper von der Hybridomazelllinie W6D3 in Abbildung 1A der Fall war.Figure 1 A shows the histological picture of antibody binding to human acetone-fixed cryostat sections of the colon. Clearly a specific marking of the crypts bottom (arrows) can be recognized. Figure 1 B shows proliferating progenitor and stem cells immunocytochemically stained with the KI67 antibody. The same epithelial cells were stained in the lower part of the crypt (arrows), as was the case with the antibody from the hybridoma cell line W6D3 in Figure 1A.
Abbildung 2: Lebendfärbung von intestinalen Kryptenzellen mit dem aus der Hybridomazelllinie W6D3 produzierten Antikörper.Figure 2: Live staining of intestinal crypt cells with the antibody produced from the hybridoma cell line W6D3.
A: Immunfluoreszenzaufnahme einer Krypte, die mit dem aus der Hybridomazelllinie W6D3 produzierten Antikörper gefärbt wurde. Der Kryptengrund (Pfeil) zeigt ein deutliches Signal. B: Hellfeldaufnahme derselben Krypte aus A.A: Immunofluorescence image of a crypt stained with the antibody produced from the hybridoma cell line W6D3. The crypt ground (arrow) shows a clear signal. B: bright field image of the same crypt from A.
Abbildung 3: FACS-Analyse von dissoziierten humanen Darmepithelzellen. Deutlich ist eine Teilpopulation der markierten Epithelzellen zu erkennen, die mit dem aus der Hybridomazelllinie W6D3 produzierten Antikörper markiert wurden. Beispiel 1Figure 3: FACS analysis of dissociated human intestinal epithelial cells. Significantly, a subpopulation of the labeled epithelial cells can be recognized, which were labeled with the antibody produced from the hybridoma cell line W6D3. example 1
Verfahren zur Zellvereinzelung (Dissoziation) des DarmepithelsMethod for cell separation (dissociation) of the intestinal epithelium
Das Kolongewebe wurde drei mal mit einer kalten 1 %igen Penicillin/Streptomycin-HBSS (HBBS = Hanks Basal Salt Solution) Pufferlösung gewaschen. Danach erfolgte das vorsichtige mechanische Abziehen der Epithelschicht einschließlich der darunter liegenden Lamina propria von der sich wiederum unter der Lamina propria befindlichen Submukosa mittels zweier Präparationspinzetten.The colon tissue was washed three times with a cold 1% penicillin / streptomycin HBSS (HBBS = Hanks Basal Salt Solution) buffer solution. Thereafter, the cautious mechanical removal of the epithelial layer, including the underlying lamina propria, from the submucosa located below the lamina propria, took place by means of two preparation tweezers.
Anschließend wurde die Lamina propria, auf welcher sich die Epithelschicht befindet, zur weiteren Abtrennung der Krypten in einer 2 mM EDTA-HBSS- Lösung ohne Ca2VMg2+ inkubiert und die sich ablösenden Krypten wurden herausgespült. Alternativ wurde die Submukosa anstatt mit der EDTA- Lösung zunächst für 1 h in einer 0,05 %igen Thermolysin-Lösung bei Raumtemperatur inkubiert und die Krypten wurden durch Spülen von der Lamina propria getrennt. Danach erfolgte die Zentrifugation (Eppendorf 5810 R) der Krypten bei 8 g für 4 min und die Aufnahme des Pellets in 10 ml HBSS-Lösung. Der Zentrifugationsschritt wurde zwei mal wiederholt, um Einzelzellen aus der Suspension zu entfernen.Subsequently, the lamina propria, on which the epithelial layer is located, was incubated for further separation of the crypts in a 2 mM EDTA-HBSS solution without Ca 2 VMg 2+, and the detaching crypts were rinsed out. Alternatively, instead of the EDTA solution, the submucosa was first incubated for 1 h in a 0.05% thermolysin solution at room temperature, and the crypts were rinsed from the lamina propria. Thereafter, the centrifugation (Eppendorf 5810 R) of the crypts was carried out at 8 g for 4 min and the inclusion of the pellet in 10 ml of HBSS solution. The centrifugation step was repeated twice to remove single cells from the suspension.
Ein Teil des intakten Kryptenmaterials wurde für die Immuncytochemie mit dem Antikörper der Hybridomazeillinie W6D3 verwendet.Part of the intact crypt material was used for immunocytochemistry with the hybridoma cell line antibody W6D3.
Die übrigen Krypten wurden in einer Papain-Lösung (0,2 % Papain/0, 05 % Dnase/5 mM L-Cystein; SIGMA) für 1 ,5 - 3 h bei 37 0C inkubiert und anschließend mit einer 2 ml Pipette vereinzelt (dissoziiert). Das Abstoppen des enzymatischen Verdaus erfolgte mittels einer Trypsin-Inhibitor-Lösung (10 mg/ml Trypsininhibitor; SIGMA). Anschließend wurden die Zellen bei 350 g für 4 min zentrifugiert, das Pellet in PBS aufgenommen und die Zellsuspension über einen Filter mit einem Porendurchmesser von 40 μm filtriert. Die Einzelsuspension konnte daraufhin für zytometrische Analysen genutzt werden. Beispiel 2The remaining crypts were incubated in a papain solution (papain 0.2% / 0, 05% Dnase / 5 mM L-cysteine; SIGMA) for 1, 5 - incubated for 3 h at 37 0 C and then separated with a 2 ml pipette (dissociated). The enzymatic digestion was stopped by means of a trypsin inhibitor solution (10 mg / ml trypsin inhibitor, SIGMA). Subsequently, the cells were centrifuged at 350 g for 4 min, the pellet was taken up in PBS and the cell suspension was filtered through a filter with a pore diameter of 40 μm. The single suspension could then be used for cytometric analysis. Example 2
Anfärben der Zellen für die DurchflusszytometrieStaining the cells for flow cytometry
Für die zytometrischen Analysen wurden die dissoziierten Epithelzellen in 20 μl Polyglubin pro 106 Zellen aufgenommen und anschließend mit 25 μl desFor the cytometric analyzes, the dissociated epithelial cells were taken up in 20 μl of polyglubin per 10 6 cells and then incubated with 25 μl of the
Antikörpers bei 4 0C für 15 min in Reaktionsgefäßen inkubiert. Nach einemAntibody incubated at 4 0 C for 15 min in reaction tubes. After one
Waschschritt in FACS-Puffer (PBS; 0,1 % BSA; 0,025 % NaN3) wurden dieWashing in FACS buffer (PBS, 0.1% BSA, 0.025% NaN 3 ) was used
Zellen mit einem Ziege-anti-Maus-lgG1-Phycoerythrin Antiserum (1 : 15) fürCells with a goat anti-mouse IgG1-phycoerythrin antiserum (1:15) for
15 min bei 4 0C inkubiert. Nach einem weiteren Waschschritt ließen sich die Zellen mit einem Durchflusszytometer FACSCalibur, Becton Dickinson unter15 min at 4 0 C incubated. After another wash, the cells were submerged with a flow cytometer FACSCalibur, Becton Dickinson
Verwendung der Cell-Quest-Software (Becton Dickinson) analysieren.Using the Cell Quest software (Becton Dickinson).
Beispiel 3 Immunhistologische FärbungExample 3 Immunohistological staining
Für die histologischen Untersuchungen wurde zunächst humanes Darmgewebe eingefroren und 12 μm dicke Kryostatschnitte im Kryotom angefertigt. Nach einer lOminütigen Fixierung mit eiskaltem Aceton und anschließenden drei Waschschritten erfolgte die Blockierung des Gewebes mit 10 % Schweineserum und die anschließende Inkubation des Antikörpers über Nacht bei 4 0C. Nach drei Waschschritten für jeweils 5 min wurde das Gewebe mit 3 % H2O2 blockiert und nach drei erneuten Waschschritten mit einem biotinylierten Ziege-anti-Maus-lgG-Antikörper für 30 min inkubiert. Die Visualisierung erfolgte unter der Verwendung eines Avidin-Biotin-Verstärker- Kits (DAKO) und einer Diaminobenzidin (DAB)-Färbung. Die Bindung des Antikörpers wurde zusätzlich an intakten Krypten durchgeführt. Dazu wurden zuvor die Krypten mittels einer EDTA-Pufferlösung vorsichtig durch leichtes Spülen mit einer Pipette von der Lamina propria getrennt. Nach mehreren Waschschritten erfolgte die Detektion des Erstantikörpers, der von der Hybridomazelllinie W6D3 produziert wurde, mit einem Ziegen-Anti-Maus- lgG-Cy3-markierten, fluoreszierenden Zweitantikörper. Die Analyse der markierten Zellen wurde mit einem Fluoreszenzmikroskop (Zeiss) durchgeführt. For histological examinations, first human intestinal tissue was frozen and 12 μm thick cryostat sections were made in the cryotome. After a 10 minute fixation with ice-cold acetone followed by three washes, the tissue was blocked with 10% pig serum and the subsequent incubation of the antibody overnight at 4 ° C. After three washes for 5 min each, the tissue was treated with 3% H 2 O 2 blocked and after three further washes with a biotinylated goat anti-mouse IgG antibody incubated for 30 min. Visualization was performed using an avidin-biotin enhancer kit (DAKO) and a diaminobenzidine (DAB) stain. The binding of the antibody was additionally performed on intact crypts. For this purpose, the crypts were previously carefully separated by means of an EDTA buffer solution by gentle rinsing with a pipette from the lamina propria. After several washes, detection of the first antibody produced by the hybridoma cell line W6D3 was done with a goat anti-mouse IgG-Cy3 labeled fluorescent second antibody. The analysis of the labeled cells was carried out with a fluorescence microscope (Zeiss).

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Identifizieren und/oder Isolieren von lebenden postnatalen und/oder adulten epithelialen Vorläufer- und/oderA method for identifying and / or isolating live postnatal and / or adult epithelial precursors and / or adults
5 Stammzellen des Darms mit einem Antikörper oder einem Fragment des5 stem cells of the intestine with an antibody or a fragment of the
Antikörpers, wobei der Antikörper aus der bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) unter der Nummer DSM ACC 2760 gemäß dem Budapester Vertrag hinterlegten Hybridomazelllinie W6D3 erhältlich ist.Antibody, wherein the antibody is obtainable from the hybridoma cell line W6D3 deposited under the number DSMZ of the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ) under the Budapest Treaty.
1010
2. Verfahren zum Identifizieren der Zellen nach Anspruch 1 , umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen mindestens eines gemäß Anspruch 1 definierten Antikörpers oder eines Fragments des Antikörpers. i5 b) Bereitstellen einer Probe aus lebenden Darmepithelzellen. c) Inkontaktbringen des mindestens einen Antikörpers oder eines Fragments des Antikörpers aus Schritt a) mit der Probe aus Schritt b). d) Identifizieren derjenigen lebenden Darmepithelzellen der Probe aus Schritt b), die an den mindestens einen Antikörper oder an ein Fragment2. A method for identifying the cells according to claim 1, comprising the following steps: a) providing at least one antibody or a fragment of the antibody as defined in claim 1. i5 b) Providing a sample of living intestinal epithelial cells. c) contacting the at least one antibody or a fragment of the antibody from step a) with the sample from step b). d) identifying those living intestinal epithelial cells of the sample from step b) which are linked to the at least one antibody or to a fragment
20 des Antikörpers aus Schritt a) binden.20 of the antibody from step a) bind.
3. Verfahren zum Isolieren der Zellen nach Anspruch 1 oder 2, umfassend die folgenden Schritte: a) Vereinzeln der Darmepithelzellen aus Schritt b) von Anspruch 2. 5 b) Inkontaktbringen des mindestens einen Antikörpers oder eines3. A method for isolating the cells of claim 1 or 2, comprising the following steps: a) separating the intestinal epithelial cells from step b) of claim 2. 5 b) contacting the at least one antibody or a
Fragments des Antikörpers aus Schritt a) von Anspruch 2 mit den vereinzelten Darmepithelzellen aus Schritt c) von Anspruch 2. c) Isolieren derjenigen vereinzelten Darmepithelzellen aus Schritt b), die den mindestens einen Antikörper oder ein Fragment des Antikörpers 0 aus Schritt a) von Anspruch 2 binden.Fragment of the antibody from step a) of claim 2 with the isolated intestinal epithelial cells from step c) of claim 2. c) isolating those isolated intestinal epithelial cells from step b) containing the at least one antibody or a fragment of the antibody 0 from step a) of claim 2 bind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antikörper an das Antigen SSEΞA-1 bindet.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized that the antibody binds to the antigen SSEΞA-1.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man Darm aus Säugetieren, bevorzugt humanen Darm verwendet.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that one uses intestine of mammals, preferably human intestine.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man Dickdarm und/oder Dünndarm verwendet.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that one uses large intestine and / or small intestine.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man als Antikörper einen monoklonalen Antikörper oder ein Fragment eines monoklonalen Antikörpers verwendet.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that one uses as antibodies a monoclonal antibody or a fragment of a monoclonal antibody.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antikörper ein IgG-Antikörper ist.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the antibody is an IgG antibody.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antikörper ein IgGI -Antikörper ist.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the antibody is an IgGI antibody.
10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die vereinzelten Darmepithelzellen mittels Durchflusszytometrie (FACS), magnetischer Zellseparation (MACS) und/oder Säulenchromatographie isoliert.10. The method according to claim 1 or 3 to 9, characterized in that isolating the isolated intestinal epithelial cells by flow cytometry (FACS), magnetic cell separation (MACS) and / or column chromatography.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man die Darmepithelzellen mittels einer Enzym/DNAse-Lösung vereinzelt. 11. The method according to claim 1 or 3 to 10, characterized in that one separates the intestinal epithelial cells by means of an enzyme / DNAse solution.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass man das Enzym aus der Gruppe bestehend aus Kollagenasen, Trypsin, Dispasen, Thermolysin und/oder Papain auswählt.12. The method according to claim 11, characterized in that one selects the enzyme from the group consisting of collagenases, trypsin, dispases, thermolysin and / or papain.
13. Postnatale und/oder adulte epitheliale Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms, erhältlich durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 3 bis 12.13. Postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine, obtainable by a method according to claim 1 or 3 to 12.
14. Kultur aus postnatalen und/oder epithelialen Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms nach Anspruch 13.14. Culture of postnatal and / or epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine according to claim 13.
15. Pharmazeutische Zusammensetzung umfassend lebende postnatale und/oder adulte epitheliale Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms nach Anspruch 13, gegebenenfalls in Kombination mit Wachstumsfaktoren, Hormonen, Proteinen und/oder einer Matrix.A pharmaceutical composition comprising live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine according to claim 13, optionally in combination with growth factors, hormones, proteins and / or a matrix.
16. Verwendung der Vorläufer- und/oder Stammzellen nach Anspruch 13 zur Herstellung eines Arzneimittels zur Behandlung von16. Use of precursor and / or stem cells according to claim 13 for the manufacture of a medicament for the treatment of
Gewebeschädigungen in vivo und ex vivo.Tissue damage in vivo and ex vivo.
17. Verwendung der Vorläufer- und/oder Stammzellen nach Anspruch 13 oder 16 zur Herstellung eines Arzneimittels zur Behandlung von Schädigungen der Darmschleimhaut.17. Use of the precursor and / or stem cells according to claim 13 or 16 for the manufacture of a medicament for the treatment of damage to the intestinal mucosa.
18. Verwendung der Vorläufer- und/oder Stammzellen nach Anspruch 13 oder 16 bis 17 zur Herstellung eines Arzneimittels zur Behandlung des Kurzdarmsyndroms ("short-intestine"-Syndroms) und/oder des intestinalen Ulcus etc.18. Use of the precursor and / or stem cells according to claim 13 or 16 to 17 for the manufacture of a medicament for the treatment of the short bowel syndrome ("short-intestine" syndrome) and / or the intestinal ulcer etc.
19. Verwendung der Vorläufer- und/oder Stammzellen nach Anspruch 13 oder 16 bis 18 zur Herstellung eines Arzneimittels zur Behandlung von Gewebeschädigungen der Leber, des Pankreas und/oder der Lunge.19. Use of the precursor and / or stem cells according to claim 13 or 16 to 18 for the manufacture of a medicament for the treatment of Tissue damage to the liver, pancreas and / or lungs.
20. Verwendung der Vorläufer- und/oder Stammzellen nach Anspruch 13 und/oder der Kultur nach Anspruch 14 zur Herstellung eines Mittels zur Diagnose von Karzinomen des Darms und/oder Vorstufen davon.20. Use of the precursor and / or stem cells according to claim 13 and / or the culture according to claim 14 for the preparation of an agent for the diagnosis of carcinomas of the intestine and / or precursors thereof.
21. Verwendung der Vorläufer- und/oder Stammzellen nach Anspruch 13 und/oder der Kultur nach Anspruch 14 zur Herstellung eines Mittels zur Charakterisierung von zellulären Reaktionen gegenüber biologischen, chemischen oder pharmakologischen Mitteln.21. Use of the precursor and / or stem cells according to claim 13 and / or the culture according to claim 14 for the preparation of an agent for characterizing cellular reactions to biological, chemical or pharmacological agents.
22. Verwendung nach Anspruch 21 in einem Screening-Assay zur Identifizierung von Arzneimitteln zur Prävention und/oder Behandlung von mit dem Darm assoziierten Krankheiten.Use according to claim 21 in a screening assay for the identification of drugs for the prevention and / or treatment of intestinal-associated diseases.
23. Verwendung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Darm assoziierten Krankheiten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Schädigungen der Darmschleimhaut, Kurzdarmsyndrom, intestinalem Ulcus und/oder Karzinomen des Darms und/oder Vorstufen von Karzinomen des Darms.23. Use according to claim 22, characterized in that the diseases associated with the intestine are selected from the group consisting of damage to the intestinal mucosa, short bowel syndrome, intestinal ulcer and / or carcinomas of the intestine and / or precursors of carcinomas of the intestine.
24. Verwendung des Antikörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 7 bis 9 oder einem Fragment des Antikörpers zum Identifizieren und/oder Isolieren lebender postnataler und/oder adulter epithelialer Vorläufer- und/oder Stammzellen des Kryptengrundes des Darms.24. Use of the antibody according to any one of claims 1 to 3 or 7 to 9 or a fragment of the antibody for identifying and / or isolating live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the crypts reason of the intestine.
25. Verwendung des Antigens SSEA-1 zum Identifizieren und/oder Isolieren lebender postnataler und/oder adulter epithelialer Vorläufer- und/oder Stammzellen des Kryptengrundes des Darms.25. Use of the antigen SSEA-1 for identifying and / or isolating live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the crypts base of the intestine.
26. Verfahren zur in vitro- und/oder in wVo-Diagnose von Karzinomen des Darms und/oder Vorstufen davon, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen mindestens eines gemäß Anspruch 1 definierten Antikörpers und/oder eines Fragments des Antikörpers. b) Bereitstellen einer Probe aus lebenden Darmepithelzellen einer Testperson.26. A method for in vitro and / or in vivo diagnosis of carcinomas of the intestine and / or precursors thereof, comprising the following steps: a) providing at least one antibody as defined in claim 1 and / or a fragment of the antibody. b) providing a sample of living intestinal epithelial cells of a subject.
5 c) Inkontaktbringen des mindestens einen Antikörpers oder eines5 c) contacting the at least one antibody or a
Fragments des Antikörpers aus Schritt a) mit der Probe aus Schritt b). d) Identifizieren derjenigen lebenden Darmepithelzellen der Probe aus Schritt b), die an den mindestens einen Antikörper oder ein Fragment des Antikörpers aus Schritt a) binden. lo e) Bestimmen des Ausmaßes der Reaktion des mindestens einenFragment of the antibody from step a) with the sample from step b). d) identifying those living intestinal epithelial cells of the sample from step b) which bind to the at least one antibody or a fragment of the antibody from step a). lo e) determining the extent of the reaction of the at least one
Antikörpers oder eines Fragments des Antikörpers aus Schritt a) mit den identifizierten lebenden Darmepithelzellen aus Schritt d), als Maßstab für die Diagnose.Antibody or a fragment of the antibody from step a) with the identified live intestinal epithelial cells from step d), as a measure of the diagnosis.
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27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass Karzinome des Darms und/oder deren Vorstufen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus colorektalem Karzinom, familiärer adenomatöser Polyposis coli, Hereditary Non-Polyposis Colorectal27. The method according to claim 26, characterized in that carcinomas of the intestine and / or their precursors are selected from the group consisting of colorectal carcinoma, familial adenomatous polyposis coli, hereditary non-polyposis Colorectal
20 Cancer, ulcerativer Colitis, chronischer ulcerativer Colitis, Morbus20 Cancer, ulcerative colitis, chronic ulcerative colitis, Morbus
Chron, benignem Adenom des Colon etc.Chron, benign adenoma of the colon etc.
28. Kit zum Identifizieren und/oder Isolieren von lebenden postnatalen und/oder adulten epithelialen Vorläufer- und/oder Stammzellen des 5 Darms umfassend mindestens einen Antikörper nach einem derA kit for identifying and / or isolating live postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of the intestine comprising at least one antibody according to one of
Ansprüche 1 bis 3 oder 7 bis 9 oder ein Fragment des Antikörpers. Claims 1 to 3 or 7 to 9 or a fragment of the antibody.
29. Verfahren zur Behandlung von Gewebeschädigungen in vivo und ex vivo, umfassend die Verabreichung einer pharmazeutisch wirksamen Menge einer pharmazeutischen Zusammensetzung, die lebende postnatale und/oder adulte epitheliale Vorläufer- und/oder Stammzellen des Darms nach Anspruch 13, gegebenenfalls in Kombination mit Wachstumsfaktoren, Hormonen, Proteinen, und/oder einer Matrix umfasst, an einen Patienten. 29. A method of treating tissue damage in vivo and ex vivo, comprising administering to a pharmaceutically effective amount of a pharmaceutical composition, the living intestinal postnatal and / or adult epithelial progenitor and / or stem cells of claim 13, optionally in combination with growth factors, Hormones, proteins, and / or a matrix, to a patient.
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CN114134102A (en) * 2021-11-10 2022-03-04 杭州同创越诚基因科技有限公司 Method for separating crypts from colonic mucosal tissue and inducing colon organoids

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