PL189174B1

Methods of in vivo transferring a gene for wound healing purposes

Abstract

The present invention relates to an in vivo method for specific targeting and transfer of DNA into mammalian repair cells. The transferred DNA may include any DNA encoding a therapeutic protein of interest. The invention is based on the discovery that mammalian repair cells proliferate and migrate into a wound site where they actively take up and express DNA. The invention further relates to pharmaceutical compositions that may be used in the practice of the invention to transfer the DNA of interest. Such compositions include any suitable matrix in combination with the DNA of interest.

PL189174B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 13

Term

Term ended

Expired 11 April 2017, 9.5 years ago.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Granted
  4. Expired
  5. Today

12 claims: 2 independent, 10 dependent

  1. 1
    Zastrzeżenia patentowe 1. Zastosowanie kompozycji zawierającej biologicznie zgodną macierz zawierającą jedną lub więcej cząsteczek DNA kodujących polipeptydy o aktywności stymulującej rozrost naczyń, cząsteczki antysensowne lub rybozymowe do wytwarzania leku do pobudzania tworzenia się naczyń krwionośnych, przy czym macierz ta działa jako rusztowanie promujące przenikanie komórek.
  2. 2
    Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że co najmniej jedna cząsteczka DNA koduje czynnik wzrostu lub cytokinę.
  3. 3
    Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że co najmniej jedna cząsteczka DNA koduje czynnik wzrostu fibroblastów (FGF)-l, (FGF)-2, czynnik wzrostu śródbłonkowych komórek naczyń (VEGF) lub płytkopochodny czynnik wzrostu (PDGF).
  4. 4
    Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że macierz stanowi kompozycja kolagenowa, metalowa, biodegradowalnego lub zdefiniowanego chemicznie siarczanu wapnia, trifosforanu wapnia, hydroksyapatytu, kwasu polimlekowego, polibezwodnikowa, szkła biologicznego, glinianu, materiału bioceramicznego, materiału metalowego, biokompatabilngo i biodegradowalnego polimeru, oczyszczonych białek lub pół-oczyszczonych macierzy zewnątrzkomórkowych.
  5. 5
    Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że komórki stanowią komórki śródbłonkowe naczyń.
  6. 6
    Zastosowanie według zastrz. 1, znamienne tym, że komórkami są fibroblasty, komórki śródbłonkowe naczyń włosowatych, perycyty, jednojądrzaste komórki zapalne, segmentowe komórki zapalne, lub komórki tkanki ziarnistej.
  7. 7
    Zastosowanie kompozycji zawierającej biologicznie zgodną macierz zawierającą jedną lub więcej cząsteczek DNA kodujących cząsteczki antysensowne lub rybozymowe do wytwarzania leku do hamowania tworzenia się naczyń krwionośnych, przy czym macierz ta działa jako rusztowanie promujące przenikanie komórek.
  8. 8
    Zastosowanie według zastrz. 7, znamienne tym, że co najmniej jedna cząsteczka DNA koduje czynnik anty-angiogeniczny.
  9. 9
    Zastosowanie według zastrz. 7, znamienne tym, że co najmniej jedna cząsteczka DNA koduje trombospodynę, TGF-β lub angiostatynę.
  10. 10
    Zastosowanie według zastrz. 7, znamienne tym, że macierz stanowi kompozycja kolagenowa, metalowa, biodegradowalnego lub zdefiniowanego chemicznie siarczanu wapnia, trifosforanu wapnia, hydroksyapatytu, kwasu polimlekowego, polibezwodnikowa, szkła biologicznego, glinianu, materiału bioceramicznego, materiału metalowego, biokompatabilngo i biodegradowalnego polimeru, oczyszczonych białek lub pół-oczyszczonych macierzy zewnątrzkomórkowych.
  11. 11
    Zastosowanie według zastrz. 7, znamienne tym, że komórki stanowią komórki śródbłonkowe naczyń.
  12. 12
    Zastosowanie według zastrz. 7, znamienne tym, że komórkami są fibroblasty, komórki śródbłonkowe naczyń włosowatych, perycyty, jednojądrzaste komórki zapalne, segmentowe komórki zapalne, lub komórki tkanki ziarnistej. Niniejszy wynalazek dotyczy zastosowania kompozycji zawierającej biologicznie zgodną macierz do pobudzania wzrostu naczyń i zastosowanie kompozycji zawierającej biologicznie zgodną macierz do hamowania tworzenia się naczyń. 189 174 W niniejszym wynalazku wykorzystuje się sposób in vivo prezentacji i bezpośredniego transferu DNA, kodującego białko lecznicze, do komórek naprawczych ssaków. Sposób obejmuje wszczepienie macierzy, zawierającej DNA, o którym mowa (przytaczanej tu jako „macierz aktywowana genowo”), do miejsca świeżego zranienia. Komórki naprawcze, które powstają zwykle w żywej tkance, otaczającej ranę, proliferują i migrują do macierzy aktywowanej genowo, w której napotykają, wchłaniają i wykazują ekspresję DNA. Transfekowane komórki naprawcze działają zatem jako bioreaktory in situ (umiejscowione wewnątrz miejsca zranienia), które wytwarzają czynniki (RNA kodowane przez DNA, białka itd.), powodujące gojenie rany. Kompozycję stosowaną zgodnie z wynalazkiem można wykorzystać do przenoszenia DNA. Takie kompozycje obejmują każdą odpowiednią macierz w połączeniu z DNA, o którym mowa. 2. Tło wynalazku 2.1 Gojenie rany Aktualnie dostępne terapie, dotyczące gojenia ran obejmują podawanie białek terapeutycznych. Takie terapeutyczne białka mogą być czynnikami regulatorowymi, związanymi z normalnym procesem gojenia, takimi jak hormony układowe, cytokiny, czynniki wzrostu i inne białka, które regulują proliferację i różnicowanie się komórek. Czynniki wzrostu, cytokiny i hormony, które jak wiadomo, posiadają taką zdolność gojenia ran, obejmują, np. nadrodzinę czynnika wzrostu-β transformującego białka (D.A.Cox 1995, Cell Biology International, 19:357-371), kwasowy czynnik wzrostu fibroblastów (FGF) (J.Slavin, 1995, Cell Biology International, 19:431-444), czynnik stymulujący wzrost kolonii makrofagów (M-CSF) oraz czynniki regulatorowe wapnia, takie jak hormon przytarczyc (PTH). Stosowaniu białek terapeutycznych, czyli cytokin, towarzyszy wiele problemów w leczeniu zranień. Po pierwsze, oczyszczanie i/lub wytwarzanie rekombinacyjne białek terapeutycznych jest często drogie i czasochłonne. Jednak mimo najlepszych starań, preparaty oczyszczonych białek są często nie stabilne, czyniąc przechowywanie i stosowanie niewygodnym, a niestabilność białka może prowadzić do nieoczekiwanych reakcji zapalnych (na produkty rozpadu białek), które są toksyczne dla gospodarza. Po drugie, układowe dostarczanie białek terapeutycznych, to jest cytokin, może wiązać się z poważnymi nieoczekiwanymi skutkami ubocznymi w tkance niezranionej. Z powodu nieskutecznego dostarczenia do konkretnych komórek i tkanek organizmu, wymaga się podawania wysokich dawek białka, aby zapewnić wystarczającą ilość białka, osiągającego odpowiedni cel tkankowy. W związku z krótkim okresem półtrwania w organizmie spowodowanym rozkładem proteolitycznym, białka muszą także być podawane w sposób powtarzany, czego wynikiem może być wzrost reakcji odpornościowej na białka terapeutyczne. Krążenie wysokich dawek białek terapeutycznych jest często toksyczne z powodu skutków plejotropowych podawanych białek i w ich wyniku mogą mieć miejsce poważne skutki uboczne. Po trzecie, egzogeniczne dostarczenie rekombinowanych białek jest nieskuteczne. Dokonywano prób ograniczania podawania wysokich poziomów białek aż do unieruchamiania białek terapeutycznych w docelowym miejscu. Jednak takie podejście terapeutyczne komplikuje ponowne podanie białka w dawkowaniu powtarzającym się. Po czwarte, z powodu różnorodności białek, takich jak receptory błonowe, czynniki transkrypcyjne i wewnątrzkomórkowe białka wiążące, aktywność biologiczna zależy od prawidłowej ekspresji i lokalizacji w komórce. Dla wielu białek, prawidłowa lokalizacja komórkowa występuje, gdy białko jest zmodyfikowane w wyniku translacji, wewnątrz komórki. Zatem, takich białek nie można podawać egzogenicznie w taki sposób, aby były one prawidłowo wchłonięte i umiejscowione w komórce. W związku z tymi problemami, aktualne terapie gojenia ran białkami rekombinowanymi są nieskuteczne, ponieważ nie prezentują racjonalnej metody dostarczania egzogenicznych białek. Białka te, to jest cytokiny, wytwarzane są normalnie w miejscu ich działania w ilościach fizjologicznych i skutecznie dostarczane do powierzchniowo-komórkowych receptorów sygnalizujących. 2.2 Terapia genowa Terapię genową wyobrażano sobie początkowo jako terapię zamiany specyficznego genu, w celu korekcji wad wrodzonych, polegającą na dostarczeniu funkcjonalnie aktywnych genów terapeutycznych do docelowych komórek. 189 174 Początkowe podejścia w kierunku terapii genów somatycznych polegały na pośrednich sposobach wprowadzania genów do tkanek, i nazywano je terapią genową ex vivo, np. komórki docelowe usuwa się z organizmu, transfekuje lub infekuje wektorami, przenoszącymi rekombinowane geny i powtórnie wszczepia do organizmu („autologiczny transfer komórkowy”). Aktualnie dostępne są rozmaite techniki transfekcyjne i stosuje się je do trasferu DNA in vitro do komórek;włączając strącanie wapniowo-fosforanowe DNA, transfekcję DEAEdek-stranową, elektroporację, transfer lub transdukcję DNA, w której pośredniczą liposomy, za pomocą rekombinowanych wektorów wirusowych. Takie protokoły lecznicze ex vivo proponowano do przenoszenia DNA do różnych rodzajów komórek, włączając komórki naskórka (zgłoszenie patentowe US 4 868 116;Morgan i Mulligan WO 30 87/00201;Morgan i in., 1987, Science 237: 1476-1479;zgłoszenie patentowe US 4 980 286 Morgan i Mulligan), komórki śródbłonka (WO 89/05345), hepatocyty (WO 89/07136;Wolff i in., 1987, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84:3344-3348;Ledley i in., 1987, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84: 5335-5339;Wilson i Mulligan, WO 89/07136;Wilson i in., 1990 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 8437-8441), fibroblasty (Palmer i in., 1987 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84: 1055-1059;Anson i in., 1987 Mol. Biol. Med. 4:11-20;Roseberg i in., 1988, Science 242: 1575-1578;Naughton i Naughton, zgłoszenie patentowe US nr 4 963 489) limfocyty (Andreson i in., zgłoszenie patentowe US nr 5 399 346;R.M. Blaese i in., 1995, Science 270: 475-480) oraz krwiotwórcze komórki macierzyste (B.Lim i in., 1989, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 8892-8896;Anderson i in., zgłoszenie patentowe US nr 5 399 346). Obecnie podjęto próbę bezpośredniego transferu genu in vivo z preparatami DNA zamkniętego w liposomach (Ledley i in., 1987, J. Pediatrics 110:1);lub w proteoliposomach, które zawierają białka receptorowe otoczki wirusowej (Nicolau i in., 1983, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80: 1086);i DNA sprzężonego z kompleksem polilizyna-nośnik glikoproteinowy. Poza tym .stosowano „karabiny genowe” w celu dostarczenia genu do komórek (australijskie zgłoszenie patentowe nr 9 068 389). Przypuszczano nawet, że nagi DNA lub DNA związany z liposomami, może wchodzić w skład roztworów na płynnym podłożu, do wstrzyknięć do przestrzeni międzyj elitowych w celu przeniesienia DNA do komórek (Feigner WO 90/11092). Prawdopodobnie jednym z największych problemów związanych z aktualnie opracowanymi terapiami genowymi, czy ex vivo czy in vivo, jest niemożność skutecznego przeniesienia DNA do docelowej populacji komórek i uzyskania wysokiego poziomu ekspresji produktu genowego in vivo. Uważa się, że wektory wirusowe są układem najskuteczniejszym i rekombinowane wektory wirusowe niezdolne do powielania stosowano do transdukcji (to jest infekcji) komórek zarówno ex vivo jak in vivo. Takie wektory obejmowały wektory retrowirusowe, adenowirusowe i związane z adenowirusami oraz herpeswirusowe. Mimo wysokiej skuteczności przenoszenia genów głównymi wadami stosowania wektorów wirusowych są niemożność wielu wektorów wirusowych do zakażania komórek nie dzielących się;problemy związane z mutagenezą przy wprowadzaniu;reakcje zapalne wobec wirusa i możliwość wytwarzania wirusa pomocniczego i/lub wytwarzanie i transmisja wirusów szkodliwych dla innych pacjentów. Oprócz niskiej skuteczności większości rodzajów komórek wchłaniania i ekspresji obcego DNA, wiele populacji komórek docelowych znajduje się w organizmie w tak małych ilościach, że skuteczność prezentacji DNA wobec specyficznych rodzajów komórek docelowych jest nawet dodatkowo pomniejszona. Obecnie nie istnieje protokół czy metoda zwiększania skuteczności kierowania DNA do docelowej populacji komórkowej. 3. Streszczenie wynalazku Niniejszy wynalazek wykorzystuje nową metodę specyficznego kierunkowania i transferu DNA do komórek naprawczych ssaka, związanych z gojeniem rany, w celu ekspresji terapeutycznych produktów w miejscu zranienia. Metoda ta obejmuje podawanie macierzy aktywowanej genowo do miejsca świeżego zranienia w organizmie. W tym położeniu komórki naprawcze umiejscawiają się w miejscu zranienia, gdzie są transfekowane i ewentualnie wytwarzają czynniki kodowane przez DNA (RNA, białka itd.), które wzmagają gojenie rany. Wynalazek opiera się częściowo na odkryciu, że komórki naprawcze aktywne w procesie gojenia rany, proliferują i migrują z tkanki otaczającej do obszaru zranienia i przenikają 189 174 macierz aktywowaną genowo. Macierz działa jako rusztowanie, które pobudza wrastanie komórek i odwrotnie, transfer genów, poprzez miejscową akumulację komórek naprawczych blisko DNA. Chociaż w macierzy komórki naprawcze zaskakująco skutecznie wchłaniają DNA i wykazują jego ekspresję w postaci produktów translacji, to jest białek lub produktów transkrypcji, to jest nonsensownych lub rybozymowych. Transfekowane komórki naprawcze służą więc jako miejscowe bioreaktory wzmacniające wytwarzanie produktu genowego in vivo. Mimo, że jak wydaje się można stosować każdą liczbę sekwencji DNA, zaleca się sekwencje DNA, kodujące produkty translacji (to jest białkowe) lub produkty transkrypcji (to jest nonsensowne lub rybozymowe), które (a) pobudzają naprawianie tkanki;lub (b) są zdolne do przerwania procesu chorobowego (pozwalając przez to na normalne gojenie tkanki). Niniejszy wynalazek omija niedogodności procedur stosowanych aktualnie przy gojeniu ran, obejmujących podawanie białek terapeutycznych. Po pierwsze DNA, który jest zarówno stabilny jak i nie toksyczny, można bezpieczenie podawać w wysokich dawkach in vivo. Po drugie, podawanie powtarzające się, chociaż możliwe, nie jest potrzebne. Komórki, które wchłaniają i wykazują ekspresję DNA zapewniaaą dostarczenie produktu genowego w miejscu zranienia. Po trzecie, wynalazek możnaby praktykować w sposób, który bierze pod uwagę wymagania dawkowania czasowego. Przykładowo, DNA może być prezentowany w wektorach, które integrują się z genomem komórki docelowej. W tym przypadku, wszystkie komórki potomne będą zawierać i wykazywać ekspresję przeniesionego DNA działając przez to jako ciągłe źródło czynnika terapeutycznego. Dla kontrastu, można wykorzystać układy nie integrujące, w których DNA nie integruje się z genomem i gen nie przechodzi przez komórki potomne. W takim przypadku, gdy proces gojenia rany kończy się i produkt genowy nie jest więcej potrzebny, produkt genowy nie będzie podlegał ekspresji. Wynalazek pokazany jest w przykładach, które ukazują, że geny można przenosić w sposób powtarzalny i powodować ekspresję w różnych zranionych tkankach twardych i miękkich in vivo. Wynalazek omija problemy związane z aktualnie dostępnymi protokołami terapii genowej. Sposób według wynalazku ujawnia transfer genów do stosownej liczby komórek naprawczych, aby uzyskać efekty funkcjonalne, to jest przy nieobecności żadnego dodatkowego ukierunkowywania lub identyfikacji komórkowej przez osobę praktykującą. W metodach in vivo terapia in vivo wymaga pewnych form kierunkowania, które bardzo często nie działają. W wynalazku, ukierunkowanie nie jest problemem. Przez analogię, DNA działa bardziej jak „przynęta w „pułapce”: DNA napotyka „nieświadome” komórki naprawcze, które proliferowały i potem przemieściły się do macierzy aktywowanej genowo. Komórki te, odwrotnie, są zaskakująco zdolne do wchłaniania DNA i ekspresji w postaci czynnika terapeutycznego.
Independent claims12