JP2017501834A - 高眼圧症の治療管理のための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国仮出願第61/925,104号(2014年1月8日出願)に対する優先権を主張する。上記出願は、その全体が参照により本明細書に引用される。
本発明は、概して、生体内の細胞および組織に対する種々のレベルの制御を促進するためのシステム、デバイス、およびプロセスに関し、より具体的には、線維柱帯収縮性が眼圧上昇を治療するために変調される、生理学的介入のためのシステムおよび方法に関する。線維柱帯収縮性を改変するために、本発明によって想定されるアプローチとして、線維柱帯細胞収縮性に影響を及ぼす内因性経路を改変するための薬理学的薬剤と、眼圧の治療のために線維柱帯の収縮性を変調させるための遺伝子療法等の生物学的治療とが挙げられる。遺伝子療法は、線維柱帯収縮性に不規則的持続性改変をもたらすことができる遺伝子を導入し得るか、または内因性遺伝子発現を遮断し、線維柱帯収縮性を改変し、眼圧上昇を低減させるためのsiRNAまたは他の遺伝子法を使用して、内因性遺伝子を遮断し得る。遺伝子療法はまた、薬理学的もしくは生物学的薬剤を含む、外因性薬剤もしくは刺激、または光、電気、圧力、照射、もしくは超音波等の刺激に応答して、線維柱帯細胞収縮性に規則的改変をもたらす、遺伝子を導入し得る。オプシンが遺伝子療法を介して送達される遺伝子である、一実施形態では、光が、感光性となるように修飾された細胞への入力として利用され得る。薬理学的に活性化された外因性受容体が線維柱帯の収縮性を変調させるために利用される、本発明の別の実施形態では、遺伝子工学によって改変されたアゴニストが、遺伝子操作されている細胞を活性化するために使用され得る。
ある光活性化イオンポンプは、TM細胞を過分極させ、したがって、L型カルシウムチャネルの開放を減衰させることを誘発するために使用され得る。これは、細胞内カルシウムのレベルを低減させ、ひいては、TM細胞の収縮性を減少させるであろう。光遺伝学用途の文脈では、NpHRと呼ばれるハロロドプシン(高度好塩菌であるNatronomonaspharaonis由来)の発現増進バージョンが、起電性塩素ポンプとして作用し、黄色光による活性化に応じて、標的細胞の形質膜を横断する電荷の分離を増加させるように作用する。NpHRは、その光サイクルを通して移動するために一定光を要求する真のポンプとして特徴付けられ得る。2007年以降、NpHRに対するいくつかの修飾によって、その機能が改良された。DNA配列のコドン最適化に続く、その細胞内輸送の増進(eNpHR2.0およびeNpHR3.0)は、哺乳類組織において使用するためにより好適な改良された膜標的化およびより高い電流をもたらした。Science(2014年4月 344(6182):420−4)(参照することによってその全体として組み込まれる)等においてKarl Deisseroth,他によって最近説明された新しい種類のチャネルは、ChRに基づくが、アニオンではなく、カチオンが、チャネルを通過することを可能にするように修飾されている。青色光に応答して、この新しい「抑制性」チャネル(「iChR」または「SwiChR」と称され得る)は、開放し、大量のCl−イオンが通過することを可能にし、それによって、ニューロンをより効果的に過分極させ、したがって、より大きな効率および感度で細胞を阻害するであろう。
ある修飾型薬理学的活性化受容体もまた、TM細胞の過分極をもたらすために使用され得る。そのような薬理学的アクチュエータは、内因性アゴニストに対する任意の感受性の同時停止を伴う、合成/生物学的に不活性な化合物による選択的活性化のために遺伝子操作されている。例えば、その直交性アゴニストリガンド(クロザピン−N−酸化物(CNO))による修飾型Giタンパク質結合ヒトムスカリン性M4受容体(hM4Di)の活性化は、GIRKカリウムチャネルの活性化を介した細胞の過分極につながる。オプシンに対して上で述べたように、そのような過分極は、L型カルシウムチャネルの開放減少につながり、それによって、細胞内カルシウムレベルを低減させ、収縮性応答/緊張を減衰させ得る。
図2を参照すると、各構成では、概して、遺伝子物質が、最初に、送達されて、その後、所望の細胞中における発現の確認が続き得る。患者の眼への選択された外因性物質の送達は、他のシステムおよび/または構造に対するヒトの眼の独特な解剖学的位置付け/アクセスを利用し得る以下に説明されるもの等の1つ以上の方針に従い得る。
ウイルス発現系は、標的生体構造内のロバストな発現レベルのための高感染性/コピー数と組み合わせられた高速かつ多様な実装の二重利点を有する。組み換えウイルスベクター内にパッケージ化された所望のオプシン/プロモータ/触媒配列をコードするDNAの送達を含むもの等のウイルス発現技法が、標的生体構造に効果的に遺伝子導入するために哺乳類において利用され、成功を収めている。それらは、遺伝子物質を標的細胞核に送達し、それによって、そのような細胞が感光性タンパク質を生成するように誘発する。タンパク質は、次いで、細胞膜に輸送され、そこで、介入系の照明構成要素に機能的に利用可能にされる。感光性タンパク質構成の場合、典型的には、ウイルスベクターは、オプシン(例えば、Arch、NpHR等)、および特定のオプシンの発現を駆動するように選択され得るプロモータを含み得る、「オプシン発現カセット」と称され得るものをパッケージ化するであろう。アデノ随伴ウイルス(またはAAV)の場合、着目遺伝子(本実施例では、オプシン)は、約5000個の塩基の標準的バックボーン内に1つのみのオプシン発現カセットを伴う全長ゲノム構成にあり得る。代替実施形態は、相補的DNAの第2のコピーを合成するために全長ベクターを必要とすることを回避するために、相互に配列内で相補的であり、ウイルスエンベロープ内にカプセル化される、ヘアピンループによって接続される、オプシン発現カセットの2つのコピーを伴う自己相補的AAV構造を利用する。
プロモータは、ヒトシナプシンプロモータ(「hSyn」)またはヒトThy1プロモータ(「hThy1」)の場合におけるように、特定の細胞型(すなわち、ニューロン)においてのみ、その制御下、遺伝子のタンパク質発現を可能にする特定性を標的組織に与え得る。別の実施例は、カルシウム/カルモジュリン依存性キナーゼIIプロモータ(「CAMKII」)であり、これは、細胞集団の亜集合である、興奮性セルにおいてのみ、その制御下、遺伝子のタンパク質発現を可能にする。代替として、ヒトサイトメガロウイルス(「CMV」)プロモータまたはニワトリベータアクチン(「CBA」)プロモータ等、普遍的プロモータが、利用され得、各々は、特に、特定的ではなく、遺伝子療法試験において安全に利用されている。代替として、CAGプロモータとして知られる、ニワトリベータアクチンプロモータとサイトメガロウイルス即時型初期エンハンサの組み合わせが、利用され得る。代替として、例えば、アイソフォームEF1α1およびEF1α2からのものを含む、ヒト伸長因子−1アルファEF1αプロモータが、利用され得る。EF1α1プロモータは、脳、胎盤、肺、肝臓、腎臓、および膵臓における発現を与え得る。EF1α2プロモータは、我々が見出したTM細胞と同様に、脳、心臓、および骨格筋の最終分化細胞における発現を与え得る。
AH流に対する(すなわち、TM内の)抵抗を変調させることによってIOPを管理するために遺伝薬理学的技法が利用される実施形態では、標的細胞は、特定の化学リガンドに応答し、そのような薬理学的制御を提供するように、遺伝子的に操作または修飾され得る。例えば、線維柱帯内の細胞は、限定ではないが、その直交性に対して特定的に選択され得る(すなわち、薬理学的効果に影響を及ぼさない特定の化学リガンドに応答する)、DREADD、GluCl、またはPSAM−GlyRと称されるものを含む、Shapiro,他(ACS Chemical Neuroscience、2012年、3、619−629ページ(参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる))に説明されるもの等の直交性受容体をコードするヌクレオチドシーケンスを含む核酸を用いて修飾され得る。
オプシンが、本明細書に説明されるように、TMの細胞の収縮性を変調させることによって、AH流に対する抵抗の変化をもたらすために利用される実施形態では、選択される感光性膜貫通タンパク質は、光の吸収時に、タンパク質を活性化するように異性化する、発色団レチナールに共有結合され得る。注目すべきは、レチナール化合物が、十分な量でほとんどの脊椎動物細胞の中で見出され、したがって、この目的で外因性分子を投与する必要性を排除することである。感光性信号伝達タンパク質を使用した哺乳類細胞における光学制御のための最初の遺伝的にコードされた系は、ミバエ種であるキイロショウジョウバエにおいて立証され、そのようなタンパク質を発現する細胞は、脱分極およびスパイクの波動を伴って光ばく露に応答することが示された。ごく最近では、感光性ドメインを同一のタンパク質内のイオンポンプまたはイオンチャネルと組み合わせる、微生物からのオプシンもまた、細胞信号伝達を変調させ、単一の容易に発現されるタンパク質において、より高速の制御を促進し得ることが発見された。他のオプシン構成は、過刺激または過励振を伴わずに信号伝送を直接抑制することが見出されている。例えば、前述の塩素イオンポンプである、ハロロドプシン(「NpHR」)の光刺激が、黄色波長(約589nm)光照射に応答して、細胞を過分極させる。他のごく最近の変異体(「eNpHR2.0」および「eNpHR3.0」と称されるもの等)は、哺乳類細胞において向上した膜標的および光電流を呈する。アーキロドプシン3(「Arch」)および「eARCH」ならびにArchT、レプトスフェリアマクランス真菌オプシン(「Mac」)、増進バクテリオロドプシン(「eBR」)、およびグィラルディアセータロドプシン3(「GtR3」)等の光駆動プロトンポンプもまた、細胞を過分極し、信号伝達を遮断するために利用され得る。直接過分極は、正常な細胞抑制を模倣する、特定的かつ生理学的な介入である。好適な抑制性および刺激性オプシンは、例えば、第PCT/US2013/000262号(参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる)に説明されている。前述の組み込まれた参考文献において説明されるように、本明細書で使用される場合、感光性タンパク質という用語は、膜電位を変調するという文脈において、全ての前述のタイプのイオンチャネルおよびイオン輸送体/ポンプを指す。一実施形態では、前述のように、青色光に応答して、「抑制性」チャネル(「iChR」または「SwiChR」と称されるもの等)が、開放し、大量のClイオンが通ることを可能にし、それによって、ニューロンをより効果的に過分極させ、したがって、効率および感度を伴って、細胞を抑制するために利用され得る。
1.筐体からコントローラ/プログラマ:
a.患者使用
b.バッテリ寿命
c.フィードバックデータ
i.デバイス診断(エミッタ対向光センサによる直接光透過測定等)
2.コントローラ/プログラマから筐体:
a.デバイス診断に基づく更新された照射レベル設定
b.パルス方式の変更
c.組み込み回路の再構成
i.FPGA等
非限定的実施例として、Zarlink/MicroSEMI製等の低電力および/または低周波数のいずれかの近距離通信。
Claims (24)
- 患者の眼内の高血圧を治療するためのシステムであって、
光源と前記眼の標的組織構造との間に光学的に結合されている光送達要素を備え、
前記標的組織構造は、感光性タンパク質を有するように遺伝子操作されており、前記遺伝子操作されている標的組織構造の前記光送達要素を通して送達される放射へのばく露は、前記遺伝子操作されている標的組織構造の収縮性を変調し、前記眼内の眼圧を下げる、システム。 - 前記光送達要素は、直接、前記眼の角膜表面と接触するように構成されているコンタクトレンズを備えている、請求項1に記載のシステム。
- 前記コンタクトレンズは、前記眼の線維柱帯および前記眼のシュレム管から成る群から選択される構造に、前記眼に向かって入射する光を方向づけるように構成されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記コンタクトレンズは、前記眼の角膜、前記眼の角膜輪部、および前記眼の強膜から成る群から選択される中間組織構造を通して、前記眼に向かって入射する光を方向づけるように構成されている、請求項3に記載のシステム。
- 前記コンタクトレンズは、入射光を反射するように構成されている光学要素または区画を備えているようにさらに構成されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記コンタクトレンズは、入射光を集束させるように構成されている光学要素または区画を備えているようにさらに構成されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記コンタクトレンズは、入射光を反射することおよび集束させることの両方を行うように構成されている光学要素または区画を備えているようにさらに構成されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記コンタクトレンズは、スペクトルフィルタ処理要素を備えているようにさらに構成されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記光送達要素は、前記眼に向かって入射する放射の少なくとも一部を前記眼の標的組織構造に向け直すように構成されている眼内レンズを備えている、請求項1に記載のシステム。
- 前記眼内レンズは、埋め込み型プロテーゼを備えている、請求項9に記載のシステム。
- 前記眼内レンズは、前記眼の線維柱帯および前記眼のシュレム管から成る群から選択される構造に、前記眼に向かって入射する光を方向づけるように構成されている、請求項9に記載のシステム。
- 前記眼内レンズは、前記眼の角膜、前記眼の角膜輪部、および前記眼の強膜から成る群から選択される中間組織構造を通して、前記眼に向かって入射する光を方向づけるように構成されている、請求項11に記載のシステム。
- 前記眼内レンズは、入射光を反射するように構成されている光学要素または区画を備えているようにさらに構成されている、請求項9に記載のシステム。
- 前記眼内レンズは、入射光を集束させるように構成されている光学要素または区画を備えているようにさらに構成されている、請求項9に記載のシステム。
- 前記眼内レンズは、入射光を反射することおよび集束させることの両方を行うように構成されている光学要素または区画を備えているようにさらに構成されている、請求項9に記載のシステム。
- 前記光源は、前記患者に除去可能に結合されるように構成されている、搭載構造に結合される、請求項1に記載のシステム。
- 前記搭載構造は、眼鏡フレームを備えている、請求項16に記載のシステム。
- 前記光源は、前記患者の周囲の環境からの周囲光を備えている、請求項1に記載のシステム。
- 前記感光性タンパク質は、オプシンタンパク質である、請求項1に記載のシステム。
- 前記オプシンタンパク質は、抑制性オプシンタンパク質である、請求項19に記載のシステム。
- 前記抑制性オプシンタンパク質は、NpHR、eNpHR1.0、eNpHR2.0、eNpHR3.0、Mac、Mac3.0、Arch、ArchT、およびiChRから成る群から選択される、請求項20に記載のシステム。
- 前記オプシンタンパク質は、刺激性オプシンタンパク質である、請求項19に記載のシステム。
- 前記刺激性オプシンタンパク質は、ChR2、C1V1−T、C1V1−TT、CatCh、VChR1−SFO、およびChR2−SFOから成る群から選択される、請求項22に記載のシステム。
- 前記光源は、前記眼の標的組織構造に送達されるべき光のパルスを生成するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
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