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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft neuronale Wiederherstellung. Speziell
gewährt
die Erfindung einen speziellen Typ von Zellen, nämlich olfaktorisch einschlließende Glia
(OEG), die reversibel immortalisiert und in Kultur genommen sind,
die funktionsfähig
und sicher bei der Verwendung in einer Transplantation sind. Die Erfindung
findet spezielle Anwendung in Transplantationen, die auf neurale
Bereiche gerichtet sind, wie beispielsweise Gehirn, Rückenmark
und/oder periphere Nerven, eines Menschen, um die Wiederherstellung
einer akuten und chronischen Nervenschädigung nach Operation oder
Trauma zu fördern.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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OLFAKTORISCH EINHÜLLENENDE GLIA (OEG)
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Aus
den Untersuchungen von Ramón
y Cajal ist bekannt, dass die Fähigkeit
von erwachsenen Neuronen des Zentralnervensystems (ZNS) zur Regeneration
außerordentlich
beschränkt
ist. Im Gegensatz dazu verfügen
Neuronen aus dem peripheren Nervensystem über ein bemerkenswertes Vermögen zur
Regeneration, das unter anderen Faktoren auf spezielle Merkmale
der Schwann-Zellen (SC) mit eingehüllten PNS-Axonen zurückgeführt werden
kann. Diese Tatsache hat die Verwendung von peripheren Nerven und
SC-Transplantaten zur Verbesserung der Regeneration im ZNS mit viel
versprechenden Ergebnissen angeregt (Übersichtsarbeit in Jones LL,
et al., "Neurotrophic
factors, cellular bridges and gene therapy for spinal cord injury", J. Physiol 2001;
533: 83–89).
Nichtsdestoweniger macht die unvollständige ZNS-Regeneration mit
SC die Suche nach wirksameren Regenerationsmediatoren erforderlich.
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Aufgrund
ihrer speziellen Eigenschaften hat die Verwendung von OEG-Zellen
für eine
ZNS-Regeneration
während
der letzten Jahre starke Aufmerksamkeit erhalten. Das olfaktorische
System verfügt über bemerkenswerte,
differenzierte Eigenschaften innerhalb des Zentralnervensystems
erwachsener Säuger.
Während
der gesamten Lebenszeit eines Organismus werden von an dem olfaktorischen
Neuroepithelium vorhandene Vorläuferzellen
olfaktorische, sensorische Neuronen erneuert. Sensorische Neuronen
von Neugeborenen erweitern neue Axonen, die wachsen und in das ZNS
eintreten, um ihre entsprechenden Verknüpfungen in der glomerularen
Schicht der Bulbus olfactorius herzustellen. Diese olfaktorischen
Axonen sind von einem speziellen Typ von Gliazellen umgeben, die
als olfaktorisch einhüllende
Glia (OEG) bezeichnet wird.
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In
vivo OEG-Zellen exprimieren mehrere Marker, die für deren
Identifikation nach Isolation und Kultivierung verwendet worden
sind (siehe Ramon-Cueto A., Avila J. "Olfatory ensheathing glia: properties
and function", Brian
Res. Bull. 1998; 46: 175–187
und darin enthaltene Literaturstellen). Die OEG-Zellen teilen einige
Eigenschaften mit Schwann-Zellen und Astrocyten, obgleich sie ein
unterschiedliches Muster von Markern und Eigenschaften präsentieren,
mit denen ihre Klassifikation als eine andere Klasse von Gliazellen
möglich
ist.
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In
Kulturen sind zwei OEG-Zellvarianten identifiziert worden. In Serum-freiem
Medium haben Barnett und Mitarbeiter (Franceschini IA, Barnett SC. "Low-affinity NGF-receptor
and E-N-CAM expression define two types of olfactory nerve ensheathing
cells that share a common lineage". Dev. Biol. 1996; 173: 327–343) zwei extreme,
morpholigische Typen in den OEG-Zellkulturen identifiziert, nämlich eine
astrocytenähnliche
Flachzelle, die GFAP (Faserverbind) exprimiert und PSA-NCAM und
auf p75- NGFr negativ
ist sowie einen zweiten Type einer Schwann-ähnlichen Spindelzelle, die
p75-NGFr exprimiert mit diffusem Farben auf GFAP und negativ auf
PSA-NCAM. Alle diese Intermediat-Phänotypen sind möglich und
die Beobachtung dieser Phänotypen
selbst in einer erzeugten, klonierten Zelllinie stützt die
Ansicht, dass sie von einem gemeinsamen Präkursor abgeleitet sind. In
unseren OEG-Zellkulturen von erwachsenen Ratten und Human-Spendern
haben wir außerdem
sowohl morphologische Typen von Zellen als auch die Intermediat-Phänotypen
nachgewiesen.
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Anhand
der Daten, die aus unserem Labor und anderen Laboratorien erhalten
wurden, ist es zweifelsfrei, dass OEGs eindeutig von Astrocyten
oder Schwann-Zellen unabhängig
vom Alter des murinen oder humanen Spenders verschieden sind.
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Die
Fähigkeit
von OEG-Zellen zur Förderung
des Neuritenauswuchses lässt
sich zur Ermittlung von Neuritogenese- und/oder Regenerationsmodellen
in Kultur verwenden. Der Neuritenauswuchs in Kultur kann einfach
eine Neuritogenese anzeigen, wenn embryonische oder neonatale Neuronen
verwendet werden. Allerdings lasst sich die Neuritenextension von
Erwachsenen-ZNS-Neuronen als ein Kulturmodell für die ZNS-Regeneration betrachten.
So haben Wigley und Berry ein Modell für eine Co-Kultur aufgestellt,
indem retinale Erwachsenen-Ganglionzellen (nachfolgend RGC) auf
einschichtigen Gliazellen verwendet wurden. Erwachsenen-RGC, die
auf einer konfluenten Monoschicht von neonatalen, cortikalen Astrocyten
kultiviert wurden, sind zum erneuten Nachwachsenlassen von Neutriten über lange
Distanzen in der Lage (Wigley CB., Berry M. "Regeneration of adult rat retinal ganglion
cell processes in monolayer culture: comparisons between cultures
of adult and neonatal neurons",
Brain Res. 1988; 470: 85–98).
In einer neueren Untersuchung verwendeten Wigley und Mitarbeiter
das gleiche Modell, sie verglichen eine Monoschicht von erwachsenen
Ratten-OEG mit Neonatalastrocyten und SC. Sie demonstrierten, dass
erwachsene Ratten-OEG-Zellen das beste Substrat für eine Neuritenregeneration
von erwachsener RGC in Kultur und dieser Effekt hauptsächlich vom interzellularen
Kontakt und von Calcium abhängen.
Zelluläre
Oberflächenmoleküle (Faktoren
der Adhäsion, der
axonalen Führung
usw.) sind bei erwachsenen RGC wichtig, wie von Sonigra und Mitarbeitern
demonstriert wurde (Sonigra RJ, Brighton PC, Jacoby J, Hall S, Wigley
CB. "Adult rat olfactory
nerve ensheathing cells are effective promoten of adult central
nervous system neurite outgrowth in coculture", Glia 1999; 25: 256–269), wobei jedoch deren exakte
Identität
nicht bestimmt worden ist.
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Eine
anfängliche
Regeneration im ZNS ist mit Hilfe der Verwendung von PNS-Schwann-Zellen(SC)-Transplantaten
erzielt worden. ZNS-nachwachsende Axone sind zur Durchdringung in
diese permissive Umgebung in der Lage, wobei jedoch das Problem
in dem geringen Wirkungsgrad des Widereintritts in das zu der Läsion distalen
ZNS-Gewebes liegt. Frühere
Experimente haben gezeigt, dass OEG-Zellen in der Lage sind, den
Wiedereintritt peripherer, sensorischer Axonen in die Rückenmark-ZNS-Umgebung nach Rhizotomie
zu vermitteln. Der Wiedereintritt von regenerierenden Axonen in
das ZNS ist ebenfalls nach vollständiger Transektion des Rückenmarks
beobachtet worden, wen ein überbrückendes
Rohr mit SC- und OEG-Zellen eingesetzt wurde. Das Vorhandensein
von OEG-Zellen verringerte die Bildung von glialen Narben und schuf
einen axonalen Durchgang an der Grenzfläche Transplantat/Wirt. Diese
Methode bot eine Möglichkeit zur
Erhöhng
des Wirkungsgrades des Widereintritts von regenerierenden Axonen
in das ZNS-Wirtsgewebe. Die Anwendung des Modells einer vollständigen Transektion
von Ratten-Rückenmark,
ein außerordentliches Maß der ZNS-Regeneration,
die mehrere Trakte im Rückenmark
beeinflusst, ist ebenfalls mit einer begleitenden, funktionellen
Wiederherstellung demonstriert worden, was mit Hilfe von Verhaltenstests
gemessen wurde (Ramon-Cueto A, et al. "Functional recovery of paraplegic rats
and motor axon regeneration in their spinal cords by olfactory ensheathing
glia", Neuron 2000;
25: 425–435).
OEG-Zellen scheinen in der Lage zu sein, im ZNS-Wirtsgewebe zu migrieren und mit den
wachsenden Axonen mitzulaufen, womit eine für die ZNS-Regeneration günstige Mikroumgebung geboten
wird.
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Alle
diese Daten stützen
die Ansicht, dass OEG-Zellen sich funktionell von den anderen neuralen
Zellen, wie beispielsweise den Astrocyten oder Schwan-Zellen, unterscheiden.
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Eine
der wichtigsten Voraussetzungen für die Verwendung dieser Zellen
ist ein vollständiges
Verständnis
ihrer Wachstumsbedingungen. Bestimmte Mitogene für OEG-Zellen wurden anfänglich charakterisiert
wie Faktoren, die in einem mit Astrocyten konditioniertem Medium
(ACM) bestehen, die nicht an Heparin binden und mit Antikörpern gegen
Neuregulin-1 (NRG-1) gehemmt werden können. Darüber hinaus ist halbgereinigter,
boviner Hypophysenextrakt, der ein Ausgangsstoff für mehrere
gliale Mitogene und einschließlich
GGF einer NRG-1 ist, auf OEG aktiv.
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Während Experimente
an Ratten ausgeführt
wurden, die vermuten lassen, dass OEG-Zelltransplantate eine funktionelle
Wiederherstellung nach Rückenmarksverletzungen
begünstigen,
sind diese Untersuchungen auf Primaten ausgeweitet worden, wo die
supraspinale Kontrolle motorischer Funktionen grundlegend ist, um
eine funktionelle Wiederherstellung einzuschätzen. In diesem Zusammenhang
ist die Verfügbarkeit
einer nicht eingeschränkten
Quelle, auf die man zugreifen kann, von Human-OEG-Zellen zum Transplantieren
in Patienten von größter Bedeutung.
Wir haben Bedingungen für
eine verlängerte
Subkultur von erwachsenen Ratten-OEG-Zellen unter Verwendung einer
speziellen Mischung von trophischen Faktoren, biochemischen Verbindungen
und Medium definiert. Diese Kombination ermöglicht das Wachstum der Human-OEG-Zellen.
Allerdings verlieren nach längerer
Inkulturnahme OEG-Zellen ihre Fähigkeit,
die axonale Regeneration von erwachsenen ZNS-Neuronen zu unterstützen, obgleich
sie die Fähigkeit
aufrechterhalten, eine axonale Erweiterung von jungen Neuronen zu
stützen.
Eine derartige, lang anhaltende Inkulturnahme von OEG-Zellen scheint
keine Alternative dafür
zu sein, eine ausreichende Population zum Transplantieren zu erhalten.
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Die
WO 02/088337 offenbart
eine Methode, um große
Menge an OEG-Zellen zu erhalten, die das Infizieren von primären OEG-Zellen
mit retroviralen Vektoren umfasst, wobei diese Vektoren die telomerase-katalytische
Subeinheit Tert aufweisen, um modifizierte OEG-Zellen zu erhalten.
Allerdings wird nichts über
die Fähigkeit
dieser Zellen ausgesagt, die axonale Regeneration von erwachsenen
ZNS-Neuronen zu
unterstützen.
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Eine
Alternative dazu, über
eine unbegrenzte Menge an OEGs zu verfügen, ist die Erzeugung von
immortalisierten nicht-tumorgenen, klonalen Zelllinien, die die
axonale Regeneration unterstützenden
Eigenschaften von primären
OEG-Zellkulturen bewahren. Es sind klonierte Ratten-OEG-Zelllinie
durch Immortalisation unter Verwendung des SV40-großen-T-Antigens
entwickelt worden, das von einem konstitutiven, zellularen Promotor
exprimiert wird (Moreno-Flores MT, et al. "Immortalised olfactory ensheathing glia
promote axonal regeneration of rat retinal ganglion neurons", J. Neurochem. 2003;
85: 861871). Einige dieser immortalisierten Ratten-OEGs zeigten
sich vergleichbar mit primären
Ratten-OEG- Zellen
und SC hinsichtlich der Förderung
der axonalen Regeneration von erwachsenem RGN. Allerdings ist das
anhaltende Vorhandensein des Onkogens (in diesem Fall ein Gen, das
SV40-groß-T-Antigen
codiert) in diesen Zellen ein Problem insofern, dass es das Risiko
einer malignen Transformation erhöhen kann, die nach der Transplantation
erfolgt.
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Es
besteht immer noch ein Bedarf für
eine zugängliche
und nicht beschränkte
Quelle von Human-OEG-Zellen,
die die Eigenschaften der Förderung
der axonalen Regeneration bewahren und gleichzeitig die Erzeugung
von Tumoren vermeiden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der
Gegenstand unserer Erfindung beruht auf der Fähigkeit von OEG-Zellen, die
neuronale, axonale Regeneration in vitro und in vivo zu fördern, eine
Fähigkeit,
die bis jetzt von keinem anderen Zelltyp, primär oder genetisch modifiziert,
in diesem Umfang geteilt wird. Wir haben eine Möglichkeit gefunden, durch reversible,
genetische Modifikation und Auswahl unbegrenzter Mengen an OEG-Zellen
zu erhalten, die ihre Fähigkeit
zu einer axonalen Regeneration bewahren.
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Im
Verlaufe unserer Untersuchungen haben wir eine Prozedur gefunden,
primäre
Zellen umgekehrt zu immortalisieren und immortalisierte, klonierte
Zelllinien von OEGs von Human-Spendern zu erhalten. Wir haben in
Tests festgestellt, dass alle diese Zelllinien stark primären OEGs
hinsichtlich ihrer molekularen Marker ähneln. Vor allem haben wir
festgestellt, dass einige dieser Zelllinien ihre Fähigkeit
zur Unterstützung
der axonalen Regeneration von erwachsenen Neuronen selbst dann bewahren,
wenn der Prozess der Immortalisation umgekehrt wird.
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Nach
einem der Aspekte der vorliegenden Erfindung wird eine reversibel
immortalisierte oder umgekehrt immortalisierte, humane, olfaktorische,
einhüllende
Glia (OEG-Zelllinie) bereitgestellt. Diese Zelllinie kann in einer
Therapiemethode angewendet werden, wie beispielsweise in einer Methode
zur Förderung
der neuronalen Regeneration, indem diese Zellen in die Regionen
der Verletzung in dem Zentralnervensystem und/oder peripheren Nervensystem
transplantiert werden.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen
einer Population von funktionellen Human-OEG-Zellen zur Transplantation
in einen Patienten bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: (a) Bereitstellen
einer Probe von primären
OEG; (b) Immortalisieren der OEG-Zellen durch Transformieren der OEG-Zellen
mit einem Vektor, der ein entfernbares DNA-Segment aufweist, welches
ein Onkogen oder eine Kombination von Onkogenen enthält, wodurch
immortalisierte OEG-Zellen erzeugt werden; (c) Aufziehen der immortalisierten
OEG-Zellen; (d) Auswählen
derjenigen immortalisierten, klonalen OEG-Zelllinien, die die funktionellen
Eigenschaften von Eltern-OEG-Zellen bewahren (d. h. die Fähigkeit
eine axonale Regeneration erwachsener CNS-Neuronen auszulösen) und
(e) Entfernen des Onkogens (oder der Kombination von Onkogenen)
aus den immortalisierten OEG-Zellen, wobei die Entfernung zur Erzeugung
der Population von Human-OEG-Zellen für die Transplantation in den
Patienten führt.
Bevorzugt werden die OEG-Zellen aus einem Human-Spender erhalten,
und das Onkogen ist ein beliebiges Gen, das in der Lage ist, den
Eintritt in die Seneszenz zu umgehen, einschließlich solche, die SV40-groß-T-Antigen
codieren, telomerase-katalytische Subeinheit, Bmi-1-Protein oder
irgendeine Kombination dieser Onkogene.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine pharmazeutische Zusammensetzung
geschaffen, die diese funktionelle, menschliche, olfaktorische,
umhüllende
Glia(OEG)-Zelle aufweist und einen pharmazeutisch duldbaren Träger. In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Zelle eine reversibel immortalisierte OEG-Zelle.
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Das
Onkogen (oder eine Kombination von Onkogenen) wird entfernbar bevorzugt
erzeugt, indem es mit Rekombinase-Targetstellen flaniert wird und
das Entfernen durch Einführen
in die immortalisierten Zellen eines Gens erreicht wird, das zur
Erzeugung einer Rekombinase exprimiert wird, die speziell die Rekombinase-Targetstellen
erkennt. Bevorzugt ist die Rekombinase Cre-Rekombinase, während die
Rekombinase-Targetstellen loxP-Stellen sind.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
enthält
das entfernbare DNA-Segment ferner ein Suizidgen, das ein Genprodukt
codiert, welches die Zerstörung
der immortalisierten Zelle durch ein exogenes Mittel ermöglicht,
wenn das entfernbare DNA-Segment nicht aus den Zellen entfernt ist.
Bevorzugt ist das Suizidgen ein Gen, welches Herpes-simplex-Virus-Thymidinkinase
codiert und die Zellen durch Exponierung an Gancyclovir zerstört werden,
wenn das entfernbare DNA-Segment nicht aus den Zellen entfernt ist.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung gewährt
ein Verfahren zum Erzeugen einer Population von funktionellen Human-OEG-Zellen
zur Transplantation in einen Patienten, welches Verfahren umfasst:
(a) Bereitstellen einer Probe von primären OEG; (b) Immortalisieren
der OEG-Zellen durch Transformieren der OEG-Zellen mit einem Vektor,
der ein entfernbares DNA-Konstrukt aufweist, das ein Onkogen (oder
eine Kombination von Onkogenen) enthält, ein selektierbares Markergen
und ein Gen, das Herpes-simplex-Virus-Thymidinkinase
codiert, wobei die Gene zusammen an beiden Seiten von loxP-Stellen
flankiert sind; (c) Aufziehen der immortalisierten OEG; (d) Auswählen solcher
klonaler OEG-Zellen, die die funktionellen Eigenschaften von Eltern-OEG-Zellen
bewahren und (e) Umkehren der Immortalisierung der OEG-Zellen durch
Entfernen des DNA-Konstruktes aus den immortalisierten OEG-Zellen,
wobei das Entfernen durch Einführen
eines Gens in die immortalisierten OEG-Zellen erzielt wird, das
eine Cre-Rekombinaseaufspaltung
codiert, um die Exzision des DNA-Konstruktes an den loxP-Stellen
zu bewirkten, wobei die Exzision zur Erzeugung der Population von funktionellen
OEG-Zellen für
eine Transplantation in den Patienten ergibt.
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Populationen
von funktionellen Human-OEG-Zellen, die mit Hilfe der vorgenannten
Verfahren erzeugt werden, werden ebenfalls zusammen mit der Verwendung
von Human-OEG-Zellen bereitgestellt, die mit Hilfe der vorgenannten
Verfahren in der Erzeugung eines Medikaments zur Behandlung eines
Patienten auf neuronale Schädigung
erzeugt wurden, welches Verfahren das Transplantieren dieser OEG-Zellen in neuronale
Regionen umfasst, wie beispielsweise Gehirn, Rückenmark und/oder periphere
Nerven, die bei einem Patienten geschädigt oder verletzt sind, und
zwar in einer ausreichenden Menge solcher OEG-Zellen, um die neuronalen Schädigungen
oder Verletzungen in dem Patienten zu beheben oder die Wiederherstellsung
einer akuten oder chronischen Nervenschädigung nach chirurgischem Eingriff
oder Trauma zu fördern.
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Nach
einem anderen Aspekt gewährt
die Erfindung reversibel immortalisierte Human-OEG-Zellen, die eine
primäre
OEG-Zelle aufweisen, die mit einem DNA-Konstrukt transformiert ist,
welches zwei Rekombinase-Targetstellen aufweist, die ein Onkogen
flankieren (oder eine Kombination von Onkogenen), die zur Immortalisation
der OEG-Zelle beitragen, wobei die Immortalisation infolge der Exzision
des DNA-Konstruktes durch Spaltung an den Rekombinase-Targetstellen
reversibel ist, wenn die Targetstellen an einer Rekombinase exponiert
werden, die speziell die Targetstellen erkennt. Die Rekombinase-Targetstellen
sind vorzugsweise loxP-Stellen und die Immortalisation ist infolge
der Cre-Rekombinaseaufspaltung
an den loxP-Stellen reversibel. Das DNA-Konstrukt kann ferner ein
selektierbares Markergen einschließend und ferner ein Suizidgen
aufweisen, das ein Genprodukt codiert, welches zur Zerstörung der
immortalisierten OEG-Zelle durch ein exogenes Mittel in der Lage
ist, wenn das DNA-Konstrukt
nicht aus den Zellen entfernt ist. Bevorzugt ist das Suizidgen ein
Gen, welches Herpes-simplex-Virus-Thymidinkinase
codiert, während
das exogene Mittel Gancyclovir ist.
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In
einer der Ausführungsformen
wird eine reversibel immortalisierte Human-OEG-Zelllinie geschaffen.
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Nach
einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine reversibel immortalisierte
Human-OEG-Zelle geschaffen, die bei Transplantation in einen Patienten
funktionsfähig
ist, erzeugt durch Exponieren des DNA-Konstruktes im Inneren der
vorstehend beschriebenen, immortalisierten OEG-Zelle an einer Rekombinase,
welche das DNA-Konstrukt durch Aufspaltung an den Rekombinase-Targetstellen
exzidiert. Die Verwendung der vorstehend beschriebenen immortalisierten
OEG-Zellen in der Herstellung eines Medikaments zum Behandeln eines
Patienten auf neuronale Schädigung
wird ebenfalls gewährt,
wobei das Medikament eine ausreichende Menge dieser reversibel immortalisierten
OEG-Zelle zum Transplantieren in den verletzten Bereich eines Patienten
aufweist, um die neuronale Regeneration in dem Patienten zu fördern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
die allgemeine Morphologie von Human-OEG-Zellen nach Dissoziation
und Aufziehen für eine
Woche (DIV 1) oder nach fünf
aufeinander folgenden Passagen (DIV 2).
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2 zeigt
die Immunfluoreszenz von Human-OEG, gefärbt mit Antikörpern gegen
glialen Markern, wie beispielsweise Neuroligin, APP (22C11), S100
und GFAP.
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3 zeigt
die Expression von Vertretern der EGF-R-Familie. Es wurden Zellenextrakte,
die von Human-OEGs in verschiedenen Medien erhalten wurden, mit
Hilfe des Western-Blots mit Antikörpern gegen Erb B2, Erb B3
und Erb B4 analysiert. Als eine beladene Kontrolle wurde Tubulin
verwendet. Die Figur enthält
die Daten aus einem ähnlichen
Experiment mit einem Parallel-Kulturmedium aus etablierten Zelllinien
von Ratten-OEGs.
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4 zeigt
die axonale Regenerationsfähigkeit
von retinalen Ratten-Neuronen, gefärbt mit Antikörpern gegen
neuronale Proteine, wie beispielsweise neuronalspezifisches Tubulin
(334), axonalen Proteinen, wie beispielsweise MAPIB-SM131 (SM131)
oder MAP2 (305) oder dem somatodendritischen Protein MAP2 (514).
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5 zeigt
eine schematische Darstellung des lentiviralen Konstrukts pLOX-Ttag-Ires-TK,
welches als Onkogen das Gen enthält,
das SV40-groß-T-Antigen
codiert.
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6 eine
schematische Darstellung des lentiviralen Konstrukts pLOX-HTERT-Ires-TK,
das als Onkogen das Gen enthält,
welches die telomerase-katalytische Subeinheit codiert.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung des lentiviralen Konstrukts pLOX-CWBmil,
das als Onkogen das Gen enthält,
welches Bmi-1-Protein codiert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Bei
bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung gelangen auf dem
Fachgebiet gut bekannte Methoden der konventionellen Molekularbiologie,
Mikrobiologie und Methoden der rekombinanten DNA-Methoden zum Einsatz. Siehe hierzu beispielsweise
Sambrook et al., "Molecular
Cloning: A Laborstory Manual" (1989); "DNA Cloning: A Practical
Approach", Band
I und II (D. N. Glover ed. 1985); "Oligonucleotide Synthesis" (M. J. Gait ed.
1984); "Nucleic
Acid Hybridization" [B.
D. Hames & S.
Higgins Herausgeber (1985)]; "Transcription
and Translation" [B.
D. Hames & S.
J. Higgins Herausgeber (1984)]; "Animal
Cell Culture" [R.
I. Freshney, ed (1986)]; "Immobilized
Cells And Enzymes" [IRL
Press, (1986); B. Perbal, "A
Practical Guide To Molecular Cloning" (1984); oder "Current Protocols in Molecular Biology", Herausgeber Frederick
M. Ausubel et al., John Wiley & Sons,
1999.
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Der
Begriff "Nucleinsäure-Konstrukt" oder "DNA-Konstrukt" wird gelegentlich
verwendet, um codierende Sequenzen oder Sequenzen zu zeichnen, die
funktionsfähig
mit entsprechenden regulatorischen Sequenzen verknüpft sind
und in einen Vektor mm Transformieren einer Zelle insertiert sind.
Der Begriff kann austauschbar mit dem Begriff "transformierende DNA" verwendet werden. Ein solcher Nucleinsäure-Konstrukt kann eine
codierende Sequenz für
ein Genprodukt enthalten, das von Interesse ist, zusammen mit einem
selektierbaren Markergen und/oder Reportergen.
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Der
Begriff "funktionsfähig verknüpft" oder "funktionsfähig insertiert" bedeutet hierin,
dass die regulatorischen Sequenzen, die zur Expression der codierenden
Sequenz benötigt
werden, in ein Nucleinsäure-Molekül in den
entsprechenden Stellungen in Bezug auf die codierende Sequenz eingesetzt
sind, um so die Expression der codierenden Sequenz zu ermöglichen.
Die gleiche Definition gilt gelegentlich für die Anordnung anderer Kontrollelemente
der Transkription (zum Beispiel Enhancers) in einem Expressionsvektor.
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Der
Begriff "selektierbares
Markergen" bezieht
sich auf ein produktcodierendes Gen, das, wenn es exprimiert ist,
einen selektierbaren Phänotyp
beiträgt,
wie beispielsweise antibiotische Widerstandsfähigkeit auf einer transformierten
Zellen.
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Ein "Vektor" ist ein Replikon,
wie beispielsweise Plamid, Phage, Cosmid oder Virus, in den ein
anderes Nucleinsäure-Segement
funktionsfähig
insertiert werden kann, um eine Replikation oder Expression des
Segmentes zustande zu bringen. Spezieller bezieht sich der Begriff "viraler Vektor" auf einen Virus,
der zur Übertragung
einer fremden oder heterologen, genetischen Information an einen
Wirt in der Lage ist. Diese fremde genetische Information kann in
ein Proteinprodukt translatiert werden, was jedoch für die Fremdinformation keine
notwendige Voraussetzung ist.
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Die
Begriffe "Immortalisation" oder "immortalisiert" bezeichnen eine
Zelle oder einen Prozess zum Erzeugen einer Zelle, die in Kultur
unbegrenzt proliferiert und so den Eintritt in Seneszenz umgeht.
In der vorliegenden Erfindung bezeichnet die Immortalisation einen
Prozess, durch den eine primäre Zellkultur
in einer solchen Weise transformiert wird, die dazu führt, dass
sich die Zellen in einigen Punkten ähnlich wie eine Tumorzelle
verhalten und speziell in der proliferativen Charakteristik von
Tumorzellen.
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Der
Begriff "Selektion" bezieht sich auf
einen Prozess, mit Hilfe dessen immortalisierte, klonierte OEG-Zelllinien
einzeln auf ihre Fähigkeit
zur Unterstützung
des neuronalen Überlebens
und zur Förderung
der axonalen Regeneration von erwachsenen ZNS-Neuronen assayiert
wird, um ausschließlich
solche klonierte Zelllinien auszuwählen, die diese funktionellen
Eigenschaften aufrecht erhalten.
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Der
Begriff "Umkehr-Immortalisation" bezieht sich auf
einen Prozess, mit Hilfe dessen Zellen mit einem Mittel immortalisiert
werden, das ihnen zur Rückkehr
zu einem nicht-immortalisierten Zustand zu einem späteren Zeitpunkt
ermöglicht.
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Eine "reversibel immortalisierte" Zelle ist eine Zelle,
die sich momentan in einem immortalisierten Zustand befindet, jedoch
in einen nicht-immortalisierten Zustand zu einem späteren Zeitpunkt
zurückkehren kann,
indem der Prozess der Umkehr-Immortalisation angewendet wird, wie
er hierin beschrieben ist.
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Eine "revers-immortalisierte" Zelle ist eine Zelle,
die dem gesamten Prozess der Umkehr-Immortalisation unterworfen wurde und
sich nun in einem nicht-immortalisierten Zustand befindet.
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Der
hierin verwendete Begriff "funktionell" bedeutet, dass die
revers-immortalisierten OEG-Zellen in der Lage sind, eine axonale
Wiederherstellung von erwachsenen ZNS-Neuronen in vitro in einem
Co-Kultursystem
auszulösen
und damit immer noch über
die Fähigkeit
zur Förderung
der neuronalen Regeneration in vivo bei Transplantation in den neuralen
verletzten Bereich eines Patienten verfügt.
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Der
Begriff "Suizidgen" bezieht sich auf
ein Gen, das den Zellen, die reversibel immortalisiert wurden, einen
Lethalitäts-Phenotyp
vermittelt. In einer allgemeineren Bedeutung lässt sich das "Suizidgen" als ein negativ
selektierbares Markergen vorstellen. Die Expression seines Genproduktes
ermöglicht
der Zelle, getötet zu
werden, d. h. durch Behandlung der Zelle mit einem exogenen Mittel,
wie beispielsweise einem antibiotischen oder antiviralen Mittel.
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Der
Begriff "Rekombinase/Rekombinase-Target" bezieht sich auf
Paare miteinander in Wechselwirkung befindlicher Moleküle, von
denen das eine ein Rekombinase-Enzym ist und das andere eine DNA-Stelle ist,
die speziell von diesem Rekombinase-Enzym erkannt und aufgespalten
wird. Die Rekombinase/Rekombinase-Target sind paarig aufgrund der
spezifischen Wechselwirkung zwischen den beiden, d. h. das Binden
der Rekombinase an ihrer erkennenden DNA-bindenden Sequenz und Aufspalten
der DNA an dieser Stelle.
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Der
hierin verwendete Begriff "neuronale
Schädigung" bezeichnet jede
beliebige Schädigung
die zu irgendeiner funktionellen, neurologischen Beeinträchtigung
als Folge eines neuronalen Zelltodes, einer Desorganisation des
neuronalen Traktes, einer Axon-Degeneration oder einer Synapse-Eliminierung
führt,
die sich aus irgendeiner akuten oder chronischen, traumatischen
Verletzung oder irgendeinem degenerativen Krankheitszustand ergibt.
Die Förderung
der neuronalen, axonalen Regeneration kann somit die Reparatur von überlebenden,
neuronalen Kreisen in einer Vielzahl von Situationen erleichtern,
einschließlich
traumatischen Läsionen
des Hirns und des Rückenmarks,
axonale, regenerative Erkrankungen und einschließlich Multiple Sklerose und
neuronale, degenerative Erkrankungen, einschließlich unter anderem Alzheimer
Krankheit, Parkinson Krankheit, Huntington Krankheit, Motoneuron-Erkrankung
und spinozerebelläre
Ataxie.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung steht jetzt ein Mittel zur Verfügung, das Risiko einer malignen Transformation
von transplantierten Human-OEG-Zellen, die mit Hilfe der Immortalisierung
primärer
Human-OEG-Zellen und Erweiterung in Zellkultur erzeugt worden sind,
auf ein Minimum herabzusetzen. Die Erfinder haben reversibel immortalisierte
Human-OEG-Zellen unter Verwendung eines rekombinanten Virus, wie beispielsweise
ein Lentivirus, das ein Onkogen oder eine Kombination von Onkogenen
enthält,
die zum Auslösen
eines homogenen Wachstums in der Lage sind, mit Hilfe von Rekombinase-Targetstellen
flaniert. Die Exzision des Onkogens oder der Kombination von Onkogenen
aus den immortalisierten Zellen wird mit Hilfe einer ortsspezifischen
Rekombination, gefolgt von der Einführung in die Zellen eines Gens
erreicht, das die Rekombinase codiert und die Rekombinase-Targetstellen
speziell erkennt. Nach ortsspezifischer Rekombination und onkogener
Exzision hält
die Zellproliferation an und die Zellen entwickeln die Merkmale
primärer
Human-OEG-Zellen. Darüber
hinaus besitzen die Zellen ein minimales onkogenes Potential.
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Ein
bedeutendes Merkmal der revers-immortisierten Human-OEG-Zellen,
besteht, wie vorstehend beschrieben wurde, darin, dass das Risiko
ihrer malignen Transformation in Transplantationspatienten stark
verringert ist. Die sichere Verwendung dieser Zellen für eine OEG-Transplantation
ist gemäß der Erfindung
darüber
hinaus sogar noch durch die Zugabe eines "Suizidgens" zu dem anfänglichen viralen Konstrukt
verbessert worden, das zum Immortalisieren der Zellen verwendet
wurde. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das Suizidgen
ein Herpes-simplex-Virus-Thymidinkinase(HSV-tk)-Gen, das in den
lentiviralen Vektor zwischen den zwei lox-P-Stellen eingebaut wurde.
Wenn das Onkogen (oder Kombination von Onkogenen) erfolgreich mit
Hilfe der Cre-Rekombinase über
den vorstehend beschriebenen Mechanismus exzidiert wurde, wird auch das
HSV-tk-Gen exzidiert. Sofern es nicht exzidiert wurde, kann die
Zelle durch Behandlung mit Gancyclovir, einem antiviralen Mittel,
zerstört
werden, das auf das HSV-tk-Genprodukt zielt.
-
Damit
sind die reversibel immortalisierten Human-OEG-Zellen der Erfindung
Human-OEG-Zellen,
die ein heterologes DNA-Konstrukt aufweisen, das einen selektierbaren
Marker hat und ein Onkogen oder eine Kombination von Onkogenen,
mit denen die Zellen zur Proliferation in Kultur befähigt werden,
wobei das selektive Markergen und das Onkogen (oder Onkogene) gemeinsam
von den DNA-bindenden
Stellen für
eine Rekombinase flankiert werden. Wahlweise weist das DNA-Segment
ferner ein "Suizidgen" auf, das sich ebenfalls
im Inneren der Rekombinase-Bindungsstellen befindet. Die Erfindung
wird praktiziert, indem die primären Human-OEG-Zellen
mit dem DNA-Konstrukt transformiert werden, die transformierten
OEG-Zellen unter Standardbedingungen kultiviert werden, die zur
Erweiterung der Population von transformierten OEG-Zellen geeignet
sind, wonach die transformierten OEG-Zellen an der Rekombinase exponiert
werden, die die Bindungsstellen auf dem DNA-Konstrukt erkennt (zum
Beispiel durch Infizieren der transformierten OEG-Zellen mit einem viralen
Vektor, der ein die Rekombinase codierendes Gen enthält. Wenn
das DNA-Konstrukt ebenfalls ein "Suizidgen" enthält, werden
die OEG-Zellen darüber hinaus
Bedingungen ausgesetzt, die alle Zellen tuten werden, die noch das
DNA-Konstrukt enthalten, gefolgt von einer Behandlung mit Rekombinase.
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Die
Methode zum Erhalten und Einleiten von Kulturen von primären Human-OEG-Zellen
sind auf dem Fachgebiet gut bekannt. Beispielsweise kann primäre OEG von
dem Patienten oder Spender entweder in Form des Bulbus olfactorius
erhalten werden, der die offensichtlichen Schwierigkeiten und Risiken
in sich trägt, oder
aus der olfaktorischen Mucosa Lamina Propria. Mit der Erfindung
haben wir das Problem gelöst,
ausrechend OEG-Zellen zur Transplantation ausschließlich von
der beschränkten
Verfügbarkeit
der olfaktorischen Mucosa Lamina Propria zu erhalten. Die menschliche,
olfaktorische Mucosa lässt
sich relativ leicht mit Hilfe einer einfachen endoskopischen Prozedur
oder durch örtliche
Anästhesie
biopsieren (Feron et al. "new
techniques for biopsy and culture of human olfactory epithelial
neurons, Arch. Otorlaryngol. Head Neck. Surg. 1998; 124: 861–866).
-
Um
primäre
OEG-Zellen reversibel zu immortalisieren kann jedes beliebige Onkogen
oder Kombination von Onkogenen verwendet werden, wobei viele von
ihnen auf dem Fachgebiet bekannt sind. Das Gen, welches SV40-groß-T-Antigen
(SV40Tag) codiert, ist ein bekanntes Onkogen, das zum Immortalisieren
von primären
Zellen verwendet wird, wobei jedoch auch andere verwendet werden
können.
Diese schließen
die folgenden ein, ohne auf diese beschränkt zu sein: virale Onkogene,
wie sie auf dem Fachgebiet bekannt sind und zellulare Onkogene,
wie beispielsweise Bmi-1, telomerase-katalytische Subeinheit, c-Myc,
oder Gene, welche den Wachstumsfaktor-Rezeptor u. a. codieren. In
einer speziellen Ausführungsform
weist das DNA-Segment lediglich ein Onkogen auf. In einer anderen
speziellen Ausführungsform
weist das DNA-Segment eine Kombination von zwei oder mehreren Onkogenen
auf, wobei die Onkogene in diesem Fall in Tandem-Position oder in
irgendeiner anderen geeigneten Position vorliegen können.
-
Das
Onkogen/die Onkogene lässt
sichlassen sich mit Hilfe einer Vielzahl von Methoden zuführen, beispielsweise
im Inneren eines beliebigen Vektors, der zur Zuführung von genetischem Material
zu Zellen geeignet ist. Hierin werden Lentivirus-Vektoren exemplifiziert.
Andere geeignete Vektoren schließen Retrovirus-Vektoren ein,
speziell OncoRNA-Retroviren, sowie adeno-assoziierte Viren und Adenviren.
Beispiele für
Lentivirus-Vektoren schließen
Human-Immunodeficiency-Virus-Typ 1 (HIV-1) ein, von dem viele geeignete
Vektoren abgeleitet worden sind. Andere Lentiviren, die zur Verwendung
als Vektoren geeignet sind, schließen die Gruppe des Primaten-Lentivirus
ein und einschließlich
den Human-Immunodeficiency-Virus-Typ
2 (HIV-2), Human-Immunodeficiency-Virus-Typ 3 (HIV-3), Simian-Immunodeficiency-Virus
(SIV), Simian-AIDS-Retrovirus (SRV-1), Human-T-Zellen-lymphotropes
Virus-Typ 4 (HTLV4)
sowie die bovine Lentivirus-, equine Lentivirus-, feline Lentivirus-
und ovine/caprine Lentivirus-Gruppen. Zusätzlich zur Zuführung des
Onkogens/der Onkogene mit Hilfe der vorgenannten Methoden kann/können das
Onkogen/die Onkogene mit Hilfe anderer, auf dem Gebiet bekannter
Methoden zugeführt
werden, wie beispielsweise durch Elektroporation in die Zellen in ähnlicher
Weise, wie dieses in der
EP-235113 gelehrt
wird.
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In ähnlicher
Weise lässt
sich jedes beliebige selektierbare Markergen in dem DNA-Konstrukt,
welches das Onkogen führt,
verwenden, wobei viele von diesen auf dem Fachgebiet bekannt sind.
Mehrere selektierbare Markersysteme sowie Vektoren und andere Mittel,
um Onkogene in Zellen einzuführen,
wurden beispielsweise beschreiben in "Current Protocols in Molecular Biology", Herausgeber Frederick
M. Ausubel et. a., John Wiley & Sons,
2001.
-
Darüber hinaus
sind zahlreiche Beispiele für
geeignete "Suizidgene" auf dem Fachgebiet
bekannt. Zur Verwendung bevorzugt ist das HSV-tk-Gen, wobei jedoch
auch andere zur Anwendung gelangen können. Zahlreiche Beispiele
wurden ausgeführt
von Ausubel et al., 2001, supra.
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Zusätzlich zu
dem immortalisierenden Onkogen oder der Kombination von Onkogenen,
dem selektierbaren Markergen und dem Suizidgen kann das DNA-Konstrukt
ein oder mehrere gewünschte
Gene aufweisen, wie beispielsweise zur Unterstützung des Wachstums.
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Die
vorgenannten Gene können
funktionsfähig
mit einer oder mehreren 5' und/oder
3' exprimierenden-kontrollierenden
Regionen, die auf dem Fachgebiet bekannt sind. Hinsichtlich der
Promotoren können
die ebenfalls auf dem Fachgebiet bekannten konstitutiven oder induzierbaren
Promotoren zum Einsatz gelangen.
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Ebenfalls
auf dem Fachgebiet bekannt sind DNA-Rekombinase-Systeme, die zur
Verwendung in der Erfindung geeignet sind. Zur Verwendung bevorzugt
ist das Cre/lox-System (Cre-Rekombinase, LoxP-Bindungsstellen), wobei jedoch auch
andere Systeme angewendet werden können, einschließlich das FLP/FRT-System
von Saccharomyces cerevisiae, ohne darauf beschränkt zu sein. Es gilt als selbstverständlich,
dass, wenn das DNA-Konstrukt Target-Bindungsstellen für eine spezielle
Rekombinase enthält,
diese Rekombinase in der Umkehrung der Immortalisation der OEG-Zellen
zu verwenden ist.
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In
der
US-P-5629159 wird
eine Vielzahl von DNA-Konstrukten beschrieben, die zur Verwendung
in der Immortalisation und der Desimmortalisation von pankreatischen
Inselzellen und neuralen Zellen exemplifiziert wurden. Eine oder
mehrere dieser Variationen können
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Anwendung der hierin beschriebenen Methoden der
Umkehr-Immortalisation von OEG-Zellen angepasst werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung umfasst: (1) das Immortalisieren primärer Human-OEG-Zellen
mit einem lentiviralen Vektor, der das SV40-Tag-Gen enthält, das
HSV-tk-gen und ein geeignetes, selektierbares Markergen (zum Beispiel
Neo oder HSA, die das wämestabi1e
Antigen codieren), flankiert von loxP-Stellen; (2) Auswählen von
Transformanten und Aufziehen dieser in Kultur; (3) Umkehren der Immortalisation
durch Infizieren der Zellen mit einem geeigneten Vektor, wie beispielsweise
einem Adenovirus-Vektor, der ein exprimierbares Cre-Rekombinasegen
führt,
um das Onkogen zu exzidieren; sowie wahlweise (4) Zerstören von
Zellen, in denen das Onkogen nicht erfolgreich durch Behandeln der
Zellen nicht erfolgreich exzidiert wurde, indem die Zellen mit Gancyclovir
behandelt werden. Vektoren und Systeme für diesen Typ sind für die reversible
Immortalisierung zahlreicher primärer Zellen entwickelt worden
(Westerman & Leboulch,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93: 8971–8976, 1996), wobei diese jedoch
nicht für
die Umkehr-Immortalisation von primären OEG-Zellen angewendet wurden.
Was noch wichtiger ist, zum Zeitpunkt vor der vorliegenden Erfindung
war unbekannt, ob ein solches System zur Erzeugung von OEG-Zellen
verwendet werden könnte,
das in vivo nach der Transplantation funktionsfähig sein würde, indem deren Axon-Regenerationseigenschaften
bewahrt werden, und das ein ausreichend geringes, onkogenes Potential
hätte,
um für
eine solche Anwendung sicher zu sein.
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Es
sind bevorzugte Ausführungsformen
getestet worden, wie sie detailliert in den Beispielen beschrieben
werden. Zusammengefasst dargelegt, wurden OEG-Zellen von menschlichen
Bulbus olfactorius unter Anwendung eines rekombinanten Lentivirus,
der das Gen enthält,
welches SV40Tag, flankiert von loxP-Rekombinations-Targetstellen
codiert, gemäß dem Protokoll
immortalisiert, das von Dr. Trono's Laboratorium (Beispiel 1) beschrieben
wurde. Die Exzision von SV40Tag aus immortalisierten Zellen ließ sich dann
durch ortsspezifische Rekombination mit der Cre-Rekombinase erzielen.
Zellen, die mit diesem rekombinanten Virus immortalisiert wurden,
exprimierten das Onkogen [(SV40Tag in diesem Fall) oder irgendein
anderes Onkogen oder eine Kombination davon] und hielten nicht an,
sich zu teilen. Nach Exzision des SV40Tag mit Cre-Rekombinase codierenden
Gens hörten
die Zellen auf zu wachsen, und die DNA-Synthese fiel ab und die
Zellen wurden nach einer begrenzten Zeitdauer seneszent.
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Zusammengenommen
demonstrieren diese Ergebnisse, dass die Umkehr-immortalisierten
Human-OEG-Zellen,
die mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Verfahrens erzeugt wurden,
in vivo nach Transplantation als OEG-Zellen fungieren. Darüber hinaus
sind die Zellen hinsichtlich des onkogenen Potentials ausreichend
schwach, um für
die Transplantation in Patienten mit einem Bedarf für eine solche
Behandlung sicher zu sein. Obgleich ähnliche Protokolle der Umkehr-Immortalisation
für andere
Zelltypen eingesetzt worden sind, war die erfolgreiche Umkehr der
Immortalisation, um in vivo funktionelle Human-OEG-Zellen zu liefern, ein überraschendes
Ergebnis. So sind Human-OEG-Zellen, die nach einer Umkehr-Immortalisation erhalten
wurden, tatsächlich
zur Förderung
der neuronalen Regeneration in der Lage (Beispiel 2).
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Damit
demonstriert die vorliegende Erfindung, dass mit Hilfe transduzierender,
primärer
Human-OEG-Zellen mit einem rekombinanten Virus, der ein Onkogen
(oder eine Kombination von Onkogenen) einbaut, ein Suizidgen und
ein Rekombinase/Rekombinase-Targetsystem, eine wohldifferenzierte,
reversibel immortalisierte nicht-tumorgene Human-OEG-Zelllinie erzeugt
wird. Die erfolgreiche Erzeugung einer solchen Zelllinie wäre vor den
gemäß der vorliegenden
Erfindung beschriebenen Ergebnissen nicht vorhersagbar gewesen.
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Die
Transplantation von OEG-Zellen ist eine viel versprechende Alternaive,
um die Wiederherstellung des Nervensystems zu fördern, die neuronale Regeneration
und die Behandlung neuronaler Schädigung, Verletzungen oder SNC-Schädigungen,
einschließlich
traumatische Schädigungen
des Hirns und des Rückenmarks.
Axonale, degenerative Erkrankungen, einschließlich Multiple Sklerose, und
neuronale, degenerative Erkrankungen, einschließlich unter anderem Alzheimer
Krankheit, Parkinson-, Huntington-, Motoneuron-Erkrankungen, spinozerebellare
Ataxien, für
Patienten, die an Schädigungen,
Verletzungen und Läsionen
leiden. Mit der vorliegenden Erfindung ist eine wesentliche Einschränkung der
Entwicklung dieser Therapie im Zusammenhang mit der beschränkten Verfügbarkeit
von OEG-Zellen zur Transplantation überwunden worden.
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Daher
richtet sich die vorliegende Erfindung in einem der Aspekte auf
die Verwendung von Human-OEG-Zellen, die mit Hilfe der Verfahren
der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, auf die Herstellung eines
Medikamentes zur Behandlung eines Humanpatienten, der an einer neuronalen
Schädigung
leidet, indem eine Behandlung mit einer wirksamen Menge einer Zusammensetzung
erfolgt, die die vorgenannten definierten, revers-immortalisierten
OEG-Zellen enthält.
Die Zahlt der zur Anwendung gelangenden Zellen wird von der Größe der Läsion und
dem Zustand des zu behandelnden Patienten abhängen. Die Anwendung wird in
der Regel operativ erfolgen, um die Stelle der Läsion freizulegen, sodass die
erfindungsgemäßen Zellen
direkt aufgebracht werden können.
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Die
Behandlung kann autolog sein, indem auf diese Weise revers-immortalisierte
Human-OEG-Zellen verwendet
werden, die von OEG-Zellen des Patienten erzeugt wurden. Damit verringert
sich das Risiko nachteiliger Immunreaktionen, obgleich ein Nachteil
darin besteht, dass eine gewisse Zeitdauer von dem Moment benötigt wird,
in dem eine Probe von dem Patienten entnommen wird, bis ausreichend
revers-immortalisierte Zellen
für die
Behandlung erzeugt sind. Alternativ kann die Behandlung heterolog
sein, indem eine Bank von reversibel-immortalisierten oder revers-immortalisierten
Human-OEG-Zellen benutzt wird, die leicht verfügbar sind. Diese Bank von Zellen
umfasst eine Sammlung von reversibel-immortalisierten oder revers-immortalisierten
Human-OEG-Zellen, die entsprechend den hierin beschriebenen Methoden
der Erfindung hergestellt wurden, und das Selektieren die von solchen,
die sich durch eine große
Histokompatibilität
und Wirksamkeit zur Förderung
der axonalen Regeneration auszeichnen. Die Verfügbarkeit dieser Sammlung von
Zellen wird die zum Behandlung erforderliche Zeitdauer erheblich
herabsetzen, beispielsweise nach einer ZNS-Verletzung, obgleich
die Anwendung von immunsupressiven Verbindungen nötig sein
könnte.
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Eine
Bank von Zellen zur Transplantation, die reversibel-immortalisierte
und revers-immortalisierte
Human-OEG-Zellen aufweist, ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
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In
einer der Ausführungsformen
weist die erfindungsgemäße Zellbank
eine Bibliothek oder eine Vielzahl von reversibel-immortalisierten
oder revers-immortalisierten Human-OEG-Zelllinien auf, von denen
jede für
mindestens ein oder mehrere kritische Antigen-Gene homozygot ist,
d. h. Gene, die Histokompatibilitätsantigene codieren: Vorzugsweise
ist jede der Zelllinien im Bezug auf mindestens ein MHC(Major Histocompatibility
Complex)-Allel homozygot, das in einer Humanpopulation vorliegt,
wobei jeder Vertreter dieser Mehrzahl von Zelllinien für eine unterschiedliche
Reibe von MHC-Allelen im Bezug auf die übrigen Vertreter der Mehrzahl von
OEG-Zelllinien homozygot ist. Bevorzugt ist jeder Vertreter der
Bibliothek auf eine andere Kombination von Histokompatibilitäts- oder
MHC-Antigen-Allelen homozygot. Die Sammlung kann tiefgefroren aufbewahrt
und zu den Anwendungsstellen gebracht werden. Unter Anwendung der
Methoden der vorliegenden Erfindung lässt sich eine Reihe reversibel-immortalisierter
oder revers-immortalisierter Human-OEG-Zellen aus einer Bank solcher
Zellen selektieren, die im Bezug auf ein oder mehrere Histokompatibilitätsantigen-Allele
homozygot sind in dem Fall von MHC-Allelen, die zu einem MHC-Allel
eines Patienten mit Bedarf für
eine Transplantation passen.
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Es
kann eine Behandlungsmethode unter Anwendung der erfindungsgemäßen Human-OEG-Zellen mit
anderen Therapien kombiniert werden, wie beispielsweise die Anwendung
von neurotrophen oder Wachstumsfaktoren, pharmakologischen Mitteln,
die die Wirkung von Neurotransmittern nachahmen, antiapoptotischen
Mitteln, Mitteln, die in Wachstumshemmer von Axonen eingreifen sowie
physische Rehabilitation und Training. Es kann ein Polymergerüst angewendet
werden, um ein gerichtetes Wachstum der regenerierenden Axonen zu
ermöglichen.
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Ebenfalls
werden pharmazeutische Zusammensetzungen, die die erfindungsgemäßen Zellen
aufweisen, in Betracht gezogen. Die Zellen können bevorzugt einen pharmakologisch
geeigneten Träger
aufweisen, wie beispielsweise ein physiologisch kompatibles Vehikel,
einschließlich
die folgenden, ohne auf diese beschränkt zu sein: Kulturmedium,
wie beispielsweise Dulbecco's
Modified Eagle's
Medium, RPMI 1640, Fisher's,
Iscove's oder McCoy's Medium; oder bevorzugt
ein festes, halbfestes, gelatinöses
oder viskoses Trägermedium,
wie beispielsweise Collagen, Collagenglykosaminoglycan, Fibrin,
Polyvinylchlorid, Polyaminosäuren, wie
beispielsweise Polylysin oder Polyornithin, Hydrogele, Agarose,
Dextransulfat oder Silicon. In bestimmten Ausführungsformen kann das Trägermedium
Wachstumsfaktoren aufweisen oder andere Mittel, wie sie vorstehend
beschrieben wurden.
-
Wenn
als ein Vehikel ein fester, halbfester oder gelatinöser Träger verwendet
wird, können
Zellen in die flüssige
Phase des Vehikels eingeführt
werden, die anschließend
behandelt wird, sodass sie etwas fester wird. In den Ausführungsformen
der Erfindung, in denen das Vehikel eine feste Struktur hat, kann
das Vehikel in Form gepresst sein, die der Form der Schädigung angepasst
ist.
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Die
folgenden Beispiele werden zur detaillierteren Beschreibung der
Erfindung geboten. Sie dienen zur Veranschaulichung und nicht jedoch
zur Einschränkung
der Erfindung.
-
BEISPIEL 1
-
UMKEHR-IMMORTALISATION VON PRIMÄREN HUMAN-OEG-ZELLEN
UNTER ANWENDUNG DES CRE/LOX-SYSTEMS
-
In
den in diesem Beispiel beschriebenen Protokollen wurden Human-OEG-Zellen
unter Verwendung eines rekombinanten Lentivirus immortalisiert,
der das Gen enthält,
welches SV40Tag flankiert von loxP-Stellen codiert. Es wurden Zellen
vor und nach der Behandlung mit einem rekombinanten Adenovirus charakterisiert,
die das Gen, welches die Cre-Rekombinase codiert, transferieren
können,
um zu ermitteln, ob diese Vorgehensweise eine OEG-Zelllinie erzeugen
könnte,
die für
eine Transplantation klinisch anwendbar wäre.
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Es
wurden Human-Zellen aus post-mortem-Humangewebe von erwachsenen
Spender erhalten. Das Gewebe gehörte
männlichen
und weiblichen erwachsenen Spender des Bulbus olfactorius, wobei
die äußere Schicht
abgetrennt und mit 0,1% Trypsin digeriert war. Das Alter des Spenders
schien für
den Erfolg der Kultur keine Einschränkung zu sein. Das Gewebe wurde
mit steriler, Phosphat-gepufferter Salzlösung (PBS) gewaschen, die ein
Antibiotikum enthielt (Penicillin/Streptomycin) sowie Antifungin
(Primocin). Sodann wurde das Gewebe für 20 Minuten bei 37°C einer kontrollierten
Proteolyse mit einer Trypsinlösung
unterworfen. Nach Ablauf dieser Zeit wurde das Gewebe mechanisch
zerkleinert, indem das digerierte Material durch Pasteur-Pipetten
mit abnehmenden Durchmessern gezogen wurde, und in einem speziell
für diesen
Zelltyp beschaffenen Medium kultiviert. Das halbdefinierte Medium
enthielt bovinen Hypophysenextrakt, Forskolin, eine geringe Menge
an fötalem
Kälberserum,
hitzepassiviert, in Kombination mit Dulbeco's Modified Medium (DMEM), wie beschriebenen
wurde in Moreno-Flores MT, Lim F, Martin-Bermejo MJ, Diaz-Nido J,
Avila J, Wandosell F. "Immortalised
olfactory ensheathing glia promote axonal regeneration of rat retinal
ganglion neurons",
J. Neurochem. 2003; 85: 861–871.
-
Die
Human-Zellen wurden bei 37°C
in dem Medium in 7% CO
2 gehalten und anschließend als OEG-Zellen
nach den allgemeinen Kriterien charakterisiert, wie sie in Ramon-Cueto
A, Avila J. "Olfactory
ensheathing glia: properties and function". Brain Res. Bull. 1998; 46: 175–187, angegeben
sind. Die Ergebnisse sind in den
1 bis
3 gezeigt.
Tabelle 1 ist eine Zusammenfassung der verschiedenen Zellmarker,
die aus murinen OEG-Zellen, Astrocyten, Schwann-Zellen und Oligodendrocyten-O2-Astrocytenlinie und
Human-OEG-Zellen analysiert wurden. TABELLE 1 Analysierte Zellenmarker
Marker | Astrocyt-1 | O-2A | Schwann | mGE | hGe |
T.A | T.S. |
O4 | – | + | + | +– | +– | n.
d. |
p75NGFr | – | – | + | – | + | + |
PSA-N-CAM | – | – | – | + | – | n.
d. |
GFAP | +(f) | – | + | +(d) | +(f) | +/–(d) | +(d) |
GalC | – | + | + | – | – | n.
d. |
HHK-1 | – | + | + | – | – | n.
d. |
A2B5 | – | + | – | – | – | n.
d. |
GD3 | –/+ | + | – | – | – | n.
d. |
S100 | ++ | n. d. | + | ++ | ++ |
22C11 | + | n. d. | + | ++ | ++ |
Vim | + | n. d. | + | + | + |
Neuroligin | – | n. d. | n.
d. | ++ | ++ |
Erb2 | ++ | n. d. | n.
d. | ++ | +++ |
Erb3 | +++ | n. d. | n.
d. | +/++ | + |
Erb4 | +++ | n. d. | n.
d. | +/– | + |
3-PGDH | n.
d. | n. d. | n.
d | ++ | ++ |
- (f) Faserfärbung; (d): Diffusfärbung; n.
d.: nicht bestimmt
-
Um
diese Human-OEG-Zellen zu immortalisieren haben wir ein reversibles
System angewendet, das beschrieben wurde von Dr. D. Trono's Lab (Naldini L,
Blomer U, Gage FH, Trono D, Verma IM.
-
"Efficient transfer,
integration, and sustained long-term expression of the transgene
in adult rat brains injected with a lentiviral vector". Proc. Natl. Acad
Sci. U.S.A. 1996; 93: 11382–11388;
Salmon P, Oberholzer J, Occhiodoro T, Morel P, Lou J, Trono D. "Reversible immortalization
of human primary cells by lentivector-mediated transfer of specific
genes". Mol. Ther.
2000; 2: 404–414),
indem das lentivirale Konstrukt verwendet wurde, das bezeichnet
wurde durch pLOX-Ttag-Ires-TK (5) und als
Onkogen das Gen enthält,
welches SV40-groß-T-Antigen
codiert. Alternativ können
auch lentivirale Konstrukte verwendet werden, die bezeichnet werden
durch pLOX-HTERT-Ihres-TK (6), das
als Onkogen das Gen enthält,
welches die telomerase-kathalytische Subeinheit codiert, oder durch
pLOX-CWBmi1 (7), das als Onkogen das Gen
enthält,
welches Bmi-1-Protein codiert.
-
Aus
diesen Infektionen wurden etablierte Klone erhalten, die solchen
Human-Zellen mit der höchsten Wachstumsrate
folgten, wobei anfangs einige Klone erhalten worden waren und als
OEG-Zellen charakterisiert wurden. Beispielsweise exprimieren die
mit pLOX-Ttag-Ires-TK immortalisierten Zellen T-Antigen (> 85%), S100 und 3-PDGH.
-
BEISPIEL 2
-
REGENERATIONSASSAY VON ERWACHSENEN RETINALEN
AXONEN
-
Zur
Förderung
der axonalen Regeneration von erwachsenen retinalen Ratten-Ganglionneuronen (RGN)
wurde eine Standardprozedur angewendet, um das Regenerationsvermögen in Zellkultur
zu ermitteln. Diese Methode gibt die in vivo-Reparatureigenschaften
von OEG-Zellen besser wieder als andere neuritogene Assays.
-
Kurz
gesagt, wurde die Methode wie folgt angewendet: Es wurden von P60-Rattenaugen
Retinas zerlegt und mit 0,1% Trypsin digeriert. Die Digestion wurde
mit 2 mg/ml Sojabohnen-Inhibitor vor Trypsin angehalten und eine
feinteilige Suspension von Zellen erhalten, indem das digerierte
Material durch Pasteur-Pipetten mit abnehmenden Durchmessern gezogen
wurde. Die Zellen wurden zentrifugiert und erneut in einem definierten
Medium suspendiert (Moreno-Flores et al., 2003). Die RGN wurden
auf Monoschichten von Gliazellen aufgezogen: Primäre OEG oder
etablierte Zelllinien.
-
Für eine Immunocytochemie
wurde eine gemischte Kultur von neuronalen Human-OEG-Zellen mit
4% Paraformaldehyd nach sieben Tagen Kultur fixiert. 4 zeigt
das axonale Regenerationsvermögen
von retinalen Rattenneuronen, gefärbt mit Antikörpern gegen
neuronale Proteine, wie beispielsweise neuronales, spezifisches
Tubulin (334), axonale Proteine, wie beispielsweise MAP1B-SM131 oder MAP2 (305)
oder somatodendritisches Protein MAP2 (514).
-
Unsere
Daten zeigen, dass reversibel-immortalisierte Human-OEG-Zellen die
axonale Regeneration von erwachsener RGN in einem ähnlichen
Maß förderte wie
entweder primäre
OEG-Zellen oder klonierte Zelllinien von Ratten-OEG-Zellen.
-
Berücksichtige
man, dass mehrere neuere Untersuchungen die Fähigkeit von OEG-Zellen, die
in vivo ZNS-axonale Regeneration (Li Y, Field PM, Raisman G. "Repair of adult rat
corticospinal tract by transplants of olfactory ensheathing cells". Science 1997; 277:
2000–2002;
Li Y, Field PM, Raisman G. "Regeneration
of adult rat corticospinal axons induced by transplanted olfactory
ensheathing cells",
J. Neurosci. 1998; 18: 10514–10524;
Ramon-Cueto A. Plant GW, Avila J, Bunge MB. "Long-distance axonal regeneration in
the transected adult rat spinal cord is promoted by olfactory ensheathing
glia transplants".
J. Neurosci. 1998; 18: 3803–3815;
und Ramon-Cueto A, Cordero MI, Santos-Benito FF, Avila J. "Functional recovery
of paraplegic rats and motor axon regeneration in their spinal cords
by olfactory ensheathing glia".
Neuron 2000; 25: 425–435),
mit einer eindrucksvollen, motorischen und sensorischen funktionellen
Wiederherstellung selbst nach vollständiger Transektion des Rückenmarks
zu fördern
[Ramon-Cueto et al. 2000 siehe oben], und dass unsere neueren vorläufigen Experimente
zeigen, dass etablierte Zelllinien von einer Ratten-Quelle derartige neuronale,
regenerative Fähigkeiten
in Kultur und in vivo bewahrten, kommen wir zu der Schlussfolgerung, dass
die reversible Immortalisierung von Human-OEG-Zellen dieses nicht
als eine deutliche Verringerung in dem Regenerationsvermögen erzeugte,
selbst wenn die zugrunde liegenden Molekularmechanismen bisher nicht
bekannt sind.
-
Nach
unserer Kenntnis ist dieses das erste Mal, dass nachgewiesen worden
ist, dass reversibel immortalisierte Human-OEG-Zellen in der Lage
sind, die axonale Regeneration von kultivierten Neuronen aus reifer
Säuger-ZNS
zu unterstützen.
Unsere Human-OEG-Zelllinien stellen nützliche Mittel dar, um in der
Anwendung von OEG-Zellen sowohl in der Forschung als auch in Anwendungen
voranzukommen.
-
Diese
Zelllinien und ähnliche
solche können
allein oder in pharmazeutischen Zusammensetzungen, die diese aufweisen,
zur Behandlung von ZNS-Läsionen
verwendet werden.