(57)【要約】【課題】骨欠損、軟骨欠損、および／または骨軟骨欠損を修復するための、改良された骨形成デバイス、およびその使用方法を提供すること。【解決手段】骨欠損および軟骨欠損の修復のための改良された骨形成デバイスおよびそれを使用する方法が本明細書において開示される。このデバイスおよび方法は、当該分野におけるデバイスよりもより少ない骨形成タンパク質を用いて増強された安定性を有する修復組織の加速された形成を促進する。本発明の修復に受容可能である欠損は、重症サイズ欠損、非重症サイズ欠損、非癒合性骨折、骨折、骨軟骨欠損、肋骨下欠損、および離断性骨軟骨炎のような変性疾患から生じる欠損を含むがこれらに限定されない。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
明細書に記載の発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（継続出願のデータ）
本願は、１９９７年３月２０日に出願された同時係属中の米国仮出願番号０８／８２２．１８６の継続出願であり、その内容の全体が本明細書で参考として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本明細書において開示される発明は、骨形成タンパク質を用いた、骨および軟骨欠損修復のための物質および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
真の軟骨形成組織モルフォゲンとして作用する能力がある、１つのクラスのタンパク質が現在同定されている。すなわち、これらのタンパク質は、前駆細胞の、機能的な骨、軟骨、腱および／または靭帯組織への増殖および分化をそれ自体で誘導し得る。このクラスのタンパク質を、本明細書中で「骨形成タンパク質」または「形態形成タンパク質」または「モルフォゲン」と呼ぶ。これらには、当初は異所性の軟骨内性骨形態形成を誘導するそれらの能力により同定された、骨形態形成タンパク質（ＢＭＰ）ファミリーのメンバーが含まれる。骨形成タンパク質は、一般的に、増殖因子のＴＧＦ−βスーパーファミリーのサブグループとして当該分野で分類されている（Ｈｏｇａｎ（１９９６）Ｇｅｎｅｓ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  １０：１５８０−１５９４）。タンパク質のモルフォゲンファミリーのメンバーは、哺乳動物骨形成タンパク質−１（ＯＰ−１、ＢＭＰ−７およびＤｒｏｓｏｐｈｉｌａホモログ６０Ａとしても知られる）、骨形成タンパク質−２（ＯＰ−２、ＢＭＰ−８としても知られる）、骨形成タンパク質−３（ＯＰ−３）、ＢＭＰ−２（ＢＭＰ−２ＡまたはＣＢＭＰ−２Ａ、およびＤｒｏｓｏｐｈｉｌａホモログＤＰＰとしても知られる）、ＢＭＰ−３、ＢＭＰ−４（ＢＭＰ−２ＢまたはＣＢＭＰ−２Ｂとしても知られる）、ＢＭＰ−５、ＢＭＰ−６、ならびにそのマウスホモログＶｇｒ−１、ＢＭＰ−９、ＢＭＰ−１０、ＢＭＰ−１１、ＢＭＰ−１２、ＧＤＦ３（Ｖｇｒ２としても知られる）、ＧＤＦ８、ＧＤＦ９、ＧＤＦ１０、ＧＤＦ１１、ＧＤＦ１２、ＢＭＰ−１３、ＢＭＰ−１４、ＢＭＰ−１５、ＧＤＦ−５（ＣＤＭＰ−１またはＭＰ５２としても知られる）、ＧＤＦ−６（ＣＤＭＰ−２としても知られる）、ＧＤＦ−７（ＣＤＭＰ−３としても知られる）、ＸｅｎｏｐｕｓホモログＶｇｌおよびＮＯＤＡＬ、ＵＮＩＶＩＮ、ＳＣＲＥＷ、ＡＤＭＰ、ならびにＮＥＵＲＡＬを含む。このファミリーのメンバーは、共通の構造特色を共有する。（前駆体「プロ形態」からプロセシングされ、二量体化する能力がある成熟ポリペプチド鎖を生じ、そして約９７〜１０６アミノ酸のカルボキシ末端活性ドメインを含む）分泌ポリペプチド鎖をコードする。全てのメンバーは、このドメインにおけるシステインの保存パターンを共有し、そしてこれらのタンパク質の活性形態は、単一のファミリーメンバーのジスルフィド結合ホモ二量体、または２つの異なるメンバーのヘテロ二量体のいずれかであり得る（例えば、Ｍａｓｓａｇｕｅ（１９９０）Ａｎｎｕ．Ｒｅｖ．Ｃｅｌｌ  Ｂｉｏｌ．６：５９７；Ｓａｍｐａｔｈら、（１９９０）Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２６５：１３１９８を参照のこと）。特許文献１；特許文献２、Ｏｚｋａｙｎａｋら（１９９０）ＥＭＢＯ  Ｊ．  ９：２０８５−２０９３、Ｗｈａｒｔｏｎら（１９９１）ＰＮＡＳ  ８８：９２１４−９２１８）、（Ｏｚｋａｙｎａｋ（１９９２）Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．  ２６７：２５２２０−２５２２７、および特許文献２）；（Ｃｅｌｅｓｔｅら（１９９１）ＰＮＡＳ  ８７：９８４３−９８４７）；（Ｌｙｏｎｓら（１９８９）ＰＮＡＳ  ８６：４５５４−４５５８）もまた参照のこと。これらの開示は、これらの骨形成タンパク質の、アミノ酸およびＤＮＡの配列ならびに化学的および物理的特徴を記載する。Ｗｏｚｎｅｙら（１９８８）Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２４２：１５２８−１５３４）；ＢＭＰ９（特許文献３、１９９３年１月７日に公開）；ＤＰＰ（Ｐａｄｇｅｔｔら（１９８７）Ｎａｔｕｒｅ  ３２５：８１−８４；およびＶｇ−１（Ｗｅｅｋｓ（１９８７）Ｃｅｌｌ  ５１：８６１−８６７）もまた参照のこと。
【０００４】
従って、軟骨内性骨形成を生じる形態形成事象の上記のカスケードを誘導し得る真の骨形成タンパク質は、今や、同定され、単離され、そしてクローニングされた。天然に存在しても、または合成的に調製されても、これらの骨形成因子は、遊走性前駆細胞の接着、増殖、および分化を可能にするマトリクスまたは基質に関連して哺乳動物に移植された場合、接近可能な前駆細胞の補充を誘導し得、そしてそれらの増殖を刺激し得、それにより軟骨細胞および骨芽細胞への分化を誘導し得、そして中間軟骨の分化、血管新生、骨形成、再造形、および最後に骨髄分化をさらに誘導し得る。さらに、非常に多くの開業医は、これらの骨形成タンパク質が、天然に存在するマトリクス材料（例えば、コラーゲン）または合成的に調製されたポリマー性マトリクス材料のいずれかと混合された場合に、真の置換骨が他の状態で生じない条件下で、骨形成（軟骨内性骨形成を含む）を誘導する能力を証明した。例えば、マトリクス材料と合わされた場合、これらの骨形成タンパク質は、大きな分節性骨欠損、脊髄固定、および骨折において新骨の形成を誘導する。
【０００５】
天然に存在するマトリクス（例えば、コラーゲン）は、不活性材料（例えば、プラスチック）で置換され得るが、プラスチックは、再吸収せず、そして単純な幾何学的構成を必要とする適用に制限されるので、適切な代用品ではない。現在まで、生分解性ポリマーおよびコポリマーもまた、非癒合欠損の修復のために骨形成タンパク質と混合されるマトリクスとして使用されてきている。このようなマトリクスは、上記の不十分な点のいくつかを克服し得るが、これらのマトリクスの使用は、特性（例えば、ポリマー化学、粒子の大きさ、生体適合性、および操作可能性に重要な他の事項）の決定および制御を必要とする。例えば、孔はマトリクスおよびマトリクスの生体分解物へのタンパク質の吸収を確実にするような様式でポリマー中に形成されねばならない。従って、ポリマー性マトリクスの使用の前に、適切なサイズの孔の形成を誘導するようなポリマーの処理のさらなる工程を行う必要がある。
【０００６】
骨形成タンパク質との混合物においてコラーゲンまたはポリマー性マトリクスのいずれかを含む標準骨形成デバイスは、手術中の操作に対してより受け入れられにくくなる。標準骨形成デバイスはしばしば、乾燥した砂っぽい内容を有し、そして欠損部位が手術中に潅水されか、ならびに／あるいは術後にその部位が血液および／または他の体液で浸潤される場合はいつでも、洗い流され得る。これらの組成物への特定の物質の添加手術中の操作についてより扱いやすい組成物を提供することを補助し得る。米国特許第５，３８５，８８７号、同５，５２０，９２３号、同５，５９７，８９７号および国際公開ＷＯ９５／２４２１０は、このような目的のための、合成ポリマーマトリクス、骨形成タンパク質、およびキャリアを含む組成物を記載する。しかし、このような組成物は、マトリクスの他の型、特に生物学的に誘導されるマトリクス（いくつかの形態のコラーゲンを含む）との会合が意図される、特定の主張されている有害な免疫学的反応を克服することが所望されているので、合成ポリマーマトリクスに限定されてきた。従って、これらの組成物は、上記のように、ポリマー化学、粒子の大きさ、生体適合性などを最適化するための同様な実施可能性の問題に悩まされている。
【０００７】
手術中の操作をかなり簡単にし、そして合成ポリマーマトリクスにたよらない、骨欠損および軟骨欠損を修復するための組成物および方法の必要性が残存する。新骨形成および新軟骨形成の速度および質を増強し得る方法および組成物の必要性もまた残存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，０１１，６９１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２６６，６８３号明細書
【特許文献３】国際公開第９３／００４３２号パンフレット
【特許文献４】米国特許第５，３８５，８８７号明細書
【特許文献５】米国特許第５，５２０，９２３号明細書
【特許文献６】米国特許第５，５９７，８９７号明細書
【特許文献７】国際公開９５／２４２１０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、骨欠損、軟骨欠損、および／または骨軟骨欠損を修復するための、改良された骨形成デバイス、およびその使用方法を提供することである。これらは：手術中の操作をより簡単にし；合成ポリマー化学マトリクスの使用に伴う、ポリマー化学、粒子の大きさ、および生体適合性の問題を除去し；そして現在の当該分野におけるデバイスおよび方法を用いて達成され得るよりも低い用量の骨形成タンパク質を用いて骨形成の加速およびより安定な軟骨修復を可能にする。さらに、本発明の目的は、非治癒性、非癒合性欠損を修復するため、および軟骨欠損および骨軟骨欠損における関節軟骨の修復を促進するための、骨形成デバイスおよびその使用方法を提供することである。本発明のさらに別の目的は、手術を介在させない骨欠損および軟骨欠損の修復のためのデバイスおよび方法を提供することである。これらおよび他の目的は、本明細書において開示される本発明の利点および特徴とともに、以下の説明、図面および請求の範囲から明らかである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（発明の要旨）
本発明は、骨形成タンパク質および非合成性、非ポリマー性マトリクス（例えば、コラーゲンまたはβリン酸三カルシウム（β−ＴＣＰ））を、結合剤と混合することによって、骨修復能力および軟骨修復能力の増強を伴う改良された骨形成デバイスを得たという知見に基づく。このような改良されたデバイスは、修復速度を加速し得るのみならず、これらのデバイスはまた、高品質で安定な修復組織（特に、軟骨組織）の形成を促進し得る。さらに、上記の利点は、標準骨形成デバイスによって要求されるよりも有意に少ない骨形成タンパク質を用いて達成され得る。理論に拘束されることを望まないが、上記の予測されない特性は、おそらく、非ポリマー性マトリクスおよび結合剤との間の補完的または相乗的な相互作用に帰し得る。存在する整形技術および再構築技術に鑑みて、これらの知見は、予期されず、そしてこれまで理解されていなかった。
【００１１】
本発明は、１つの局面において、局所的な骨形成および軟骨形成を誘導するための新規のデバイスを提供する。このデバイスは、骨形成タンパク質、非合成性非ポリマー性の物質由来のマトリクス、および結合剤を含む。本明細書において意図される場合、このデバイスは、好ましくは、骨形成タンパク質（例えば、ＯＰ−１、ＯＰ−２、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−５、およびＢＭＰ−６であるがこれらに限定されない）を含む。現在好ましい骨形成タンパク質はＯＰ−１である。本明細書において使用される場合、用語「モルフォゲン」、「骨モルフォゲン」、「骨形態形成タンパク質」、「ＢＭＰ」、「骨形成タンパク質」、および「骨形成因子」は、ヒト骨形成タンパク質１（ｈＯＰ−１）により代表されるタンパク質のクラスを含む。ｈＯＰ−１のヌクレオチドおよびアミノ酸配列は、それぞれ、配列番号１および２において提供される。説明を容易にするために、ｈＯＰ−１を、代表的な骨形成タンパク質として本明細書中以下に引用する。しかし、ＯＰ−１は、骨形成タンパク質として作用する能力がある真の組織モルフォゲンのＴＧＦ−βサブクラスを代表するのみで、そして記載を制限すると意図されないことが当業者により認識される。他の公知の、および有用なタンパク質は、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−３、ＢＭＰ−３ｂ、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−５、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−８、ＢＭＰ−９、ＢＭＰ−１０、ＢＭＰ−１１、ＢＭＰ−１２、ＢＭＰ−１３、ＢＭＰ−１５、ＧＤＦ−１、ＧＤＦ−２、ＧＤＦ−３、ＧＤＦ−５、ＧＤＦ−６、ＧＤＦ−７、ＧＤＦ−８、ＧＤＦ−９、ＧＤＦ−１０、ＧＤＦ−１１、ＧＤＦ−１２、ＮＯＤＡＬ、ＵＮＩＶＩＮ、ＳＣＲＥＷ、ＡＤＭＰ、ＮＥＵＲＡＬ、およびそれらの骨形成的に活性なアミノ酸改変体を含む。好ましい実施態様において、本発明において有用なタンパク質は、任意のこれらのタンパク質の生物学的に活性な種改変体を含み、これは、保存的アミノ酸配列改変体、縮重ヌクレオチド配列改変体によりコードされるタンパク質、および本明細書中に定義されるような保存された７つのシステイン骨格を共有し、そして本明細書中に開示される骨形成タンパク質をコードするＤＮＡ配列にハイブリダイズする能力があるＤＮＡ配列によりコードされる骨形成的に活性なタンパク質（これらには、ＯＰ−１、ＢＰＭ−５、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−４、あるいはＧＤＦ−５、ＧＤＦ−６またはＧＤＦ−７を含むがこれらに限定されない）を含む。別の実施態様において、有用な骨形成タンパク質は、保存された７つのシステインドメインを共有し、そして本明細書中で定義されるようなＣ末端活性ドメイン内で、少なくとも７０％のアミノ酸配列相同性（類似性）を共有する骨形成タンパク質を含む。さらに別の実施態様において、本発明の骨形成タンパク質は、ＯＰＸ（配列番号３）および包括配列７および８、または包括配列９および１０を含む、本明細書において定義された包括（ｇｅｎｅｒｉｃ）配列の任意の一つを有する骨形成的に活性なタンパク質として定義され得る。
【００１２】
ＯＰＸは、骨形成ＯＰ−１およびＯＰ−２タンパク質の種々の種間での相同性を提供し、そして本明細書中以下および配列番号３に示されるアミノ酸配列により記載される。包括配列９は、ｈＯＰ−１により定義される６つのシステイン骨格を含む９６アミノ酸配列であり（配列番号２の残基３３０〜４３１）、そしてここで残りの残基は、ＯＰ−１、ＯＰ−２、ＯＰ−３、ＢＭＰ−２、ＢＭＰ−３、ＢＭＰ−４、ＢＭＰ−５、ＢＭＰ−６、ＢＭＰ−８、ＢＭＰ−９、ＢＭＰ−１０、ＢＭＰ−１１、ＢＭＰ−１５、ＧＤＦ−１、ＧＤＦ−３、ＧＤＦ−５、ＧＤＦ−６、ＧＤＦ−７、ＧＤＦ−８、ＧＤＦ−９、ＧＤＦ−１０、ＧＤＦ−１１、ＵＮＩＶＩＮ、ＮＯＤＡＬ、ＤＯＲＳＡＬＩＮ、ＮＵＲＡＬ、ＳＣＲＥＷ、およびＡＤＭＰとの相同性を提供する。すなわち、非システイン残基の各々は、この列挙された群のタンパク質における対応する残基から独立して選択される。包括配列１０は、１０２アミノ酸配列であり、これは、包括配列９のＮ末端に付加された５アミノ酸配列を含み、そしてｈＯＰ−１（配列番号２の３３０〜４３１）の７システイン骨格を規定する。包括配列７および８は、それぞれ、９６および１０２アミノ酸配列であり、これらは、ｈＯＰ−１によって規定される６システイン骨格（包括配列７）または７システイン骨格（包括配列８）のいずれかを含み、そしてここで残りの残基の非システインは、  ＯＰ−１、ＯＰ−２、ＯＰ−３、ＢＭＰ２、ＢＭＰ３、ＢＭＰ４、６０Ａ、ＤＰＰ、Ｖｇ１、ＢＭＰ５、ＢＭＰ６、Ｖｇｒ−１、およびＧＤＦ−１との相同性を提供する。
【００１３】
以下に教示するように、好ましいマトリクスは非合成性の非ポリマー性材料であり、そして天然に存在し得るか、または生物学的材料に由来し得る。好ましいマトリクスの例には、コラーゲン、鉱物質除去骨、およびβ−ＴＣＰが挙げられるがこれらに限定されない。１つの現在好ましいマトリクスはコラーゲンである。別の現在好ましいマトリクスはβ−ＴＣＰである。従って、本発明のデバイスは、主要成分として合成ポリマー性マトリクス（例えば、αヒドロキシ酢酸および／またはαヒドロキシプロピオン酸（これらはそれらのラセミ体混合物を含む）のホモポリマーまたはコポリマー）を含まない。
【００１４】
結合剤に関して、本発明のデバイスは、好ましくは、ゲル形成剤、増粘剤、懸濁剤および／または乳化剤として有用な薬剤を含む。現在好ましい結合剤の群は、アルキルセルロース群；特にメチルセルロース（例えば、カルボキシメチルセルロース）である。他の適切な結合剤には、他のセルロースゴム、アルギン酸ナトリウム、デキストラン、およびゼラチン粉末が含まれる。別の特に好ましい結合剤は、フィブリンのり（ｇｌｕｅ）である。本明細書において使用される場合、用語「フィブリンのり」とは、哺乳動物フィブリノーゲンおよびトロンビンを含む組成物を意味する。特定の実施態様において、本発明の改良されたデバイスは、さらに、生理食塩水または他の水性生理的溶液のような（しかし、これらに限定されない）湿潤剤を含む。
【００１５】
本発明の改良されたデバイスは、種々の配置が想定され得る。配置は、部分的に、使用される結合剤および湿潤剤の型に依存する。本明細書において開示されるように、１つの現在好ましい実施態様は、パテ・コンシステンシー（ｐｕｔｔｙ  ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）有し得る。この特定の配置は、本発明の方法に従って開口欠損を処置するのに特に適している。改良された骨形成デバイスの別の現在好ましい実施態様は、粘性液体コンシステンシーを有し得る。この特定の配置は、本明細書に開示された方法に従って、閉口欠損を処置するのに特に適している。改良されたデバイスの配置に応じて、そのデバイスの欠損部位への提供は、種々の送達態様によって達成され得る。例えば、パテは、欠損中および／または周辺に充填され得るか、または大きな内径の装置からビーズとして押し出され得る。あるいは、粘性液体は、欠損へおよび／または周辺に注入され得るか、または、代替的に、欠損の表面にブラシで塗られるおよび／または塗られ得る。骨欠損および軟骨欠損を修復するためのこれらの可能性のある種々の実施態様の開発は、本明細書において例示される。
【００１６】
好ましい結合剤の特徴のうち、デバイスに以下：柔軟性（ｐｌｉａｂｌｅ）、成型可能性、および／または可鍛性；注入可能性；骨、軟骨、筋肉および他の組織への粘着性；術中の洗浄および／または灌流の際の崩壊に対する抵抗性；および術中、縫合中、および術後の退去に対する抵抗性などを付与する能力が存在する。さらに、特定の好ましい実施胃態様において、結合剤は、低い割合で存在する場合、前述の特性および利点を達成し得る。例えば、現在好ましい改良されたデバイスは、約１部の結合剤および約５部のマトリクスを含む。特定の他の好ましい実施態様において、約１部の結合剤および約１０部のマトリクスを含むが、さらに他の実施態様は、約１部の結合剤および約２５部のマトリクスを含む。別の現在好ましいデバイスは、約５部のマトリクスに対して約３部の結合剤を含む。特定の結合剤は、マトリクスと等量でまたはそれより多い比率で使用され得る。別の現在好ましいデバイスは、１部の結合剤および３部のマトリクスを含む。本明細書において例示するように、広範に多岐にわたる比率の改良されたデバイスは、骨形成および軟骨形成を誘導し得る。本明細書において例示されているのは、約１：１〜４：１、ならびに約１：２〜１：５、および１：１０〜１：２５、ならびに１：２５〜１：５０の範囲の結合剤の部対マトリクスの部を有する改良されたデバイスである。マトリクスに対する結合剤の任意の比率を使用して、本発明を実施し得る。
【００１７】
さらに、本発明は、改良された骨形成デバイスが１つを超えるマトリクス材料を組み合わせて含み得ること；相対比率は所望の臨床結果を達成するのに変更し得、そして日常的に通常の技術を使用して決定し得ることを意図する。現在好ましいマトリクスはコラーゲン、特にウシコラーゲンである。別の適切なマトリクスは、鉱物質除去骨である。さらに他の適切なマトリクスは、種々のカルシウム：リン酸（Ｃａ／Ｐ）モル比、種々の空隙率および結晶性を有するヒドロキシアパタイト（ＨＡｐ）；生体活性セラミック；およびリン酸カルシウムセラミックなどである。さらに、ＨＡｐ／リン酸三カルシウム比率が操作されている上述の混合物もまた、本明細書において意図される。特に好ましい実施態様において、マトリクスはβ−リン酸三カルシウム（β−ＴＣＰ）である。
【００１８】
別の局面において、本発明は、骨、軟骨または骨軟骨欠損の修復のための局所性の骨形成または軟骨形成を誘導するための方法を提供する。本発明の方法は、少なくとも軟骨内骨、膜内骨、および関節軟骨の形成を誘導するのに有用であることが意図される。本明細書において開示されるように、修復の方法は、上記の改良された骨形成デバイスを用いる閉口および開口欠損の両方の処置を含む。本明細書において教示されるように、本発明の方法は、欠損部位を満たすのに充分な容積である改良されたデバイスを用いて、ならびにそのような容積ではない改良されたデバイスを用いて実施され得る。さらに、本発明の知見の結果として、手術の介入を必要とすることなく骨および／または軟骨欠損修復を促進するための実施態様が今や利用可能である。このような方法の利用可能性は、糖尿病のような易感染性（ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅｄ）個体、喫煙者、肥満個体、および手術の介入が必要な場合に健康全体および体の末端（ｅｘｔｒｅｍｉｔｉｅｓ）への損なわれた血流が危険に晒される他の者にとって意義深い。欠損の例は、重要なサイズ欠損、重要ではないサイズ欠損、非癒合骨折、骨折、骨軟骨欠損、軟骨欠損、および歯周欠損が含まれるがこれらに限定されない。
【００１９】
別の局面において、本発明は、上記の方法の実施のためのキットを提供する。本明細書において意図されるように、局所性の骨形成または軟骨形成を誘導するためのキットの１つの実施態様は、骨形成タンパク質およびマトリクスが同じ容器に包装されている改良されたデバイスを含む。他の実施態様において，骨形成タンパク質、マトリクスおよび結合剤が同じ容器に存在する。さらに他の実施態様において、湿潤剤もまた、他のキット成分から分離されて提供され、そして包装される。
【００２０】
本発明が、開業医に、哺乳動物関節に存在する関節軟骨の修復を含む骨修復および軟骨修復のための改良された材料および方法を提供するので、本発明は、それ以外で、当該分野の方法およびデバイスを用いて遭遇する問題を克服する。例えば、本発明は、欠損部位で線維軟骨ではなく、本物のヒアリン軟骨の形成を誘導し得る。機能的なヒアリン軟骨は、欠損部位で骨の関節をなす（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）表面で形成し、そして時とともには線維軟骨に変性しない。対照的に、先行技術の方法は、一般に、最終的には、欠損部位での線維軟骨の発達をもたらす。ヒアリン軟骨とは異なり、線維軟骨は、関節をなす連結をそれらの完全な能力にまで回復させる生理学的能力を欠く。従って、改良された骨形成デバイスを本方法に従って使用する場合、開業医は、機能的に関節をなす連結における骨軟骨欠損または軟骨欠損を実質的に回復させ得、そして先行技術の方法の代表的な線維軟骨の所望されない形成を避け得る。本明細書において意図されるように、本発明は、さらに、関節において機械的および機能的に生存性の置換の形成をもたらす骨格関節において無血管性の組織を修復のための同種異系置換材料を具現化する。
【００２１】
まとめると、本発明の方法、デバイス、およびキットは、自然には治癒しない骨欠損を修復するため、ならびに、特に骨折の修復および固定（ｆｕｓｉｏｎ）（脊髄固定を含む）において、新骨形成の速度および／または質を促進および増強するために、軟骨形成または内膜骨形成を誘導するために使用され得る。本発明の方法、デバイスおよびキットはまた、骨軟骨欠損および／または肋軟骨下欠損の修復を誘導（すなわち、新骨および／または重層する表面軟骨の形成を誘導）し得る。本発明は、変質または変性疾患（例えば、離断性骨軟骨炎であるがこれに限定されない）から生じる欠損の修復の際の使用に特に適切である。これはまた、反復性再構成手術を必要とする患者、ならびにガン患者における使用に特に適している。他の適用には、補綴修復、脊髄固定、側弯症、頭部／顔部修復、および大量の異種移植片修復が含まれるがこれらに限定されない。
【００２２】
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）局所性の骨形成または軟骨形成を誘導するためのデバイスであって、以下：
骨形成タンパク質；
非合成、非ポリマー性物質に由来するマトリクス；および
結合剤、
を含む骨形成デバイス。
(項目２）前記骨形成タンパク質が、ＯＰ−１；ＯＰ−２；ＯＰ−３；ＢＭＰ２；ＢＭＰ
３；ＢＭＰ４；ＢＭＰ５；ＢＭＰ６；ＢＭＰ９；ＢＭＰ−１０；ＢＭＰ−１１、ＢＭＰ−１２、ＢＭＰ−１５、ＢＭＰ−１６、ＤＰＰ；Ｖｇ１；Ｖｇｒ；６０Ａタンパク質；ＧＤＦ−１；ＧＤＦ−３、ＧＤＦ−５、ＧＤＦ−６、ＧＤＦ−７、ＧＤＦ−８、ＧＤＦ−９、ＧＤＦ−１０、ＧＤＦ−１１；およびそれらの各々のアミノ酸配列改変体からなる群より選択される、項目１に記載のデバイス。
(項目３）前記骨形成タンパク質が、ＯＰ−１；ＯＰ−２、ＢＭＰ２；ＢＭＰ４；ＢＭＰ
５；ＢＭＰ６；およびそれらの各々のアミノ酸配列改変体からなる群より選択される、項目１に記載のデバイス。
(項目４）前記骨形成タンパク質が、ヒトＯＰ−１の、保存された７つのシステインドメ
インを含む、Ｃ末端１０２〜１０６アミノ酸と少なくとも７０％の相同性を有するアミノ酸配列を含む、項目１に記載のデバイス。
(項目５）前記骨形成タンパク質がＯＰ−１である、項目１に記載のデバイス。
(項目６）少なくとも２つの異なる骨形成タンパク質を含む、項目１に記載のデバイス。
(項目７）前記マトリクスが、コラーゲン、鉱質除去骨、アパタイト、ヒドロキシアパタ
イト、リン酸三カルシウム、およびそれらの混合物からなる群より選択される、項目１に記載のデバイス。
(項目８）前記マトリクスがコラーゲンである、項目１に記載のデバイス。
(項目９）前記マトリクスがβ−リン酸三カルシウムである、項目１に記載のデバイス。
(項目１０）少なくとも２つの異なるマトリクス物質を含む、項目１に記載のデバイス。
(項目１１）前記結合剤が、マンニトール、デキストラン、白色ワセリン、マンニトール
／デキストランの組合せ、マンニトール／白色ワセリンの組合せ、ゴマ油、アルキルセルロース類、フィブリンのり、およびそれらの混合物からなる群から選択される、項目１に記載のデバイス。
(項目１２）前記結合剤がアルキルセルロース類からなる群より選択される、項目１に記
載のデバイス。
(項目１３）前記結合剤がメチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、ヒド
ロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシアルキルセルロース、およびそれらの混合物からなる群より選択される、項目１に記載のデバイス。
(項目１４）前記結合剤がカルボキシメチルセルロースまたはそのナトリウム塩である、
項目１に記載のデバイス。
(項目１５）前記結合剤がフィブリンのりであり、該フィブリンのりが哺乳動物フィブリ
ノーゲンおよびトロンビンの混合物である、項目１に記載のデバイス。
(項目１６）前記デバイスが少なくとも２つの異なる結合剤を含む、項目１に記載のデバ
イス。
(項目１７）湿潤剤をさらに含む、項目１に記載のデバイス。
(項目１８）前記湿潤剤が生理食塩水である、項目１７に記載のデバイス。
(項目１９）局所性の骨形成または軟骨形成を誘導するためのデバイスであって、以下：
約１．２５ｍｇの骨形成タンパク質ＯＰ−１；
約１０００ｍｇのコラーゲンマトリクス；および
少なくとも約１８０ｍｇのカルボキシメチルセルロース、
を含む、デバイス。
(項目２０）少なくとも約２．５ｍｇのＯＰ−１をさらに含む、項目１９に記載のデバイ
ス。
(項目２１）少なくとも約２００ｍｇのカルボキシメチルセルロースをさらに含む、項目
１９または２０に記載のデバイス。
(項目２２）局所性の骨形成または軟骨形成を誘導するためのデバイスであって、以下：
約０．４ｍｇの骨形成タンパク質；
約１０００ｍｇのコラーゲンマトリクス；および
少なくとも約２０ｍｇのフィブリンのり、
を含む、デバイス。
(項目２３）約４０ｍｇのフィブリンのりをさらに含む、項目２２に記載のデバイス。
(項目２４）局所性の骨形成または軟骨形成を誘導するためのデバイスであって、以下：
約１．２ｍｇの骨形成タンパク質；
約１０００ｍｇのβ−リン酸三カルシウム；および
少なくとも約４０ｍｇのフィブリンのり、
を含む、デバイス。
(項目２５）約２２０ｍｇのフィブリンのりをさらに含む、項目２２または２４に記載の
デバイス。
(項目２６）前記フィブリンのりが哺乳動物フィブリノーゲンとトロンビンとの混合物で
ある、項目２２または２４に記載のデバイス。
(項目２７）前記トロンビン含量が約２．０Ｕ〜約２５Ｕである、項目２６に記載のデバ
イス。
(項目２８）前記トロンビン含量が約５．０Ｕ〜約２５Ｕである、項目２６に記載のデバ
イス。
(項目２９）前記トロンビン含量が約２．５Ｕ〜約５．０Ｕである、項目２６に記載のデ
バイス。
(項目３０）約２０ｍｇ〜約１８０ｍｇのフィブリノーゲン含量をさらに含む、項目２６
に記載のデバイス。
(項目３１）骨形成タンパク質およびキャリアを含む局所性の骨形成または軟骨形成を誘
導するためのデバイスであって、該キャリアが５０部（ｗ／ｗ）のマトリクスに対して１部（ｗ／ｗ）の結合剤を含む、デバイス。
(項目３２）前記キャリアが２５部（ｗ／ｗ）のマトリクスに対して１部（ｗ／ｗ）の結
合剤を含む、項目３１に記載のデバイス。
(項目３３）前記キャリアが１０部（ｗ／ｗ）のマトリクスに対して１部（ｗ／ｗ）の結
合剤を含む、項目３１に記載のデバイス。
(項目３４）前記キャリアが５部（ｗ／ｗ）のマトリクスに対して１部（ｗ／ｗ）の結合
剤を含む、項目３１に記載のデバイス。
(項目３５）前記キャリアが５部（ｗ／ｗ）未満のマトリクスを含む、項目３１に記載の
デバイス。
(項目３６）骨形成タンパク質およびキャリアを含む局所性の骨形成または軟骨形成を誘
導するためのデバイスであって、該キャリアが１部（ｗ／ｗ）のマトリクスに対して１０部（ｗ／ｗ）の結合剤を含む、デバイス。
(項目３７）前記キャリアが１０部（ｗ／ｗ）未満の結合剤を含む、項目３６に記載のデ
バイス。
(項目３８）生理食塩水をさらに含む、項目１９、２２、２４、３１、または３６に記載
のデバイス。
(項目３９）骨欠損、軟骨欠損または骨軟骨欠損の修復のために局所性の骨形成または軟
骨形成を誘導するための方法であって、以下の工程：
項目１、１９、２２、２４、３１、または３６に記載のデバイスを欠損部位に提供する工程、
を包含する、方法。
(項目４０）前記骨形成が軟骨内骨形成である、項目３９に記載の方法。
(項目４１）前記軟骨形成が関節軟骨形成である、項目３９に記載の方法。
(項目４２）前記欠損部位が、以下：重症サイズ欠損、非重症サイズ欠損、分節非癒合欠
損、非癒合性骨折、骨折、骨軟骨欠損、および肋軟骨下欠損からなる群より選択される、項目３９に記載の方法。
(項目４３）前記欠損部位に提供される骨形成デバイスの容積が該欠損部位を満たすのに
充分である、項目３９に記載の方法。
(項目４４）局所性の骨形成または軟骨形成を誘導するためのデバイスであって、以下：
骨形成タンパク質ＯＰ−１；
コラーゲンマトリクス；および
カルボキシメチルセルロース、
を含むデバイス。
(項目４５）局所性の骨形成または軟骨形成を誘導するためのデバイスであって、以下：
骨形成タンパク質ＯＰ−１；
コラーゲンマトリクス；および
フィブリンのり、
を含むデバイス。
(項目４６）項目１に記載のデバイスを用いる局所性の骨形成または軟骨形成を誘導する
ためのキットであって、以下：
（ａ）骨形成タンパク質およびマトリクス物質を収容するように適合されている第一の容器；および
（ｂ）結合剤を収容するように適合されている第二の容器、
を含み、ここで、該骨形成タンパク質およびマトリクス物質が部分（ａ）の該第一の容器に提供され、そして該結合剤が部分（ｂ）の該第二の容器に提供される、キット。
（項目４７）湿潤剤を収容するように適合されている第三の容器をさらに含む、項目４６に記載のキット。
（項目４８）前記第一の容器および前記第二の容器が同一である、項目４６に記載のキット。
【００２３】
本発明の上記および他の目的、ならびに特徴、ならびに本発明自体は、添付の図面とともに読む場合に、以下の説明からより完全に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、標準ＯＰデバイスの部（ｗ／ｗ）に対する種々の結合剤の部（ｗ／ｗ）の粘着特性を示すグラフである。
【図２】図２は、改良された骨形成デバイスの統合性に対する種々の容積の湿潤剤の効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（好ましい実施態様の詳細な説明）
請求された発明の主題をより明白および正確に記載するために、以下の定義を、以下の記載された説明および添付の請求の範囲において使用される特定の用語の意味に関する指針を提供することが意図される。
【００２６】
「骨形成」とは、軟骨内骨の形成または膜内骨の形成を意味する。ヒトにおいて、骨形成は、胎児発達の最初の６〜８週の間に開始する。間葉性起源の前駆幹細胞は、所定の部位に移動し、そこでそれらは：（ａ）濃縮、増殖、および骨形成細胞（骨芽細胞）へと分化し、これは、頭蓋骨において観察されるプロセスであり、これは「膜内骨形成」という；または（ｂ）濃縮、増殖、および中間体としての軟骨形成細胞（軟骨芽細胞）へと分化し、これは次いで、骨形成細胞を置換するかのいずれかである。より具体的には、間葉幹細胞は、軟骨細胞へと分化する。次いで、軟骨細胞は、石灰化し、肥大し、そして分化された骨芽細胞によって作製された新たに形成された骨によって置換され、これはここでその部位に存在する。次いで、鉱化した骨は、広範に再造形され、その後、機能性骨髄要素で満たされた小骨によって占められるようになる。このプロセスは、長い骨において観察され、そして「軟骨内骨形成」という。胎児期の後、骨は胚の軟骨内骨発達の細胞プロセスを模倣することによって傷害の際にそれ自身を修復する能力を有する。すなわち、骨髄、骨膜、および筋肉からの間葉前駆幹細胞は、欠損部位に移動し、そして上記の事象のカスケードが開始するように誘導され得る。そこで、それらは、蓄積、増殖、および軟骨へと分化し、これは、次いで、新たに形成された骨と置換する。
【００２７】
「骨」とは、主に、ヒドロキシアパタイト、コラーゲン（主にＩ型コラーゲン）の形態で沈着したカルシウムおよびリン酸の成分、および骨細胞（例えば、骨芽細胞、骨細胞、および破骨細胞）、ならびに真の軟骨内骨の内部で形成する骨髄を含む石灰化（鉱化）された結合性の組織、をいう。骨組織は、他の組織（軟骨組織を含む）とは有意に異なる。具体的には、骨組織は、細胞、および二相性の媒体（鉱化、無機成分（主にヒドロキシアパタイト結晶）および有機成分（主にＩ型コラーゲン）を含む）から構成される脈管化した組織である。グリコサミノグリカンは、２％未満のこの有機成分および１％未満の二相性媒体自身、または骨組織自体を構成する。さらに、軟骨組織と比較して、骨組織に存在するコラーゲンは、非常に組織化された平行の配置で存在する。骨欠損は、変性性、外傷性、またはガン性の病因であれ、再構成手術のてごわい挑戦を提起する。特に困難なのは多重組織複合体（例えば、哺乳動物関節において生じる）の部分を含む骨格部分の再構築または修復である。
【００２８】
「軟骨形成」とは、コラーゲンの原線維（ＩＸ型およびＸＩ型のような他の少数の型を伴う、主なＩＩ型コラーゲン）、種々のプロテオグリカン、他のタンパク質および水を含む、細胞外ネットワーク中に包埋された軟骨細胞を含む結合組織の形成を意味する。「関節軟骨」とは、特に関節中の骨の部分の関節をなす表面を覆い、そして骨と骨が直接接触しない関節での動きを可能にし、これによって、向かい合った骨表面の摩擦および損傷を予防する、無血管非鉱化組織である、硝子軟骨または関節軟骨をいう。正常で健常な関節軟骨は、「硝子質」と呼ばれ、すなわち、すりガラス状の外観の特徴を有する。生理学的条件下において、下にある関節軟骨組織は、非常に血管化した小骨を含有する、助軟骨下骨と呼ばれる、鉱化骨表面にある。関節をなす骨の末端に見出される、関節軟骨、すなわち硝子軟骨は、特殊化した、組織学的に異なる組織であり、そして圧縮圧力に対する負荷耐性の分散、および、関節機能の一部である滑らかな滑りを担う。関節軟骨は、自己再生特性をほとんど、または全く有さない。従って、関節軟骨が裂るか、または厚さがすり減った場合、そうでなければ時間、疾患、または外傷の関数として傷つけられた場合、下にある骨表面を保護する能力が損なわれる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）。正常な関節軟骨において、上記の細胞外ネットワークの合成と破壊との間には平衡が存在する。しかし、例えば、互いに接触した、誤って配置された骨の間の摩擦に起因する反復外傷に供される組織において、または関節軟骨による正味の損失によって特徴付けられる関節性疾患（例えば、変形性関節症）において、合成と分解との間に不均衡が生じる。
【００２９】
骨格関節における関節の別の型には、線維軟骨および弾性軟骨が含まれる。二次的な軟骨性関節が線維軟骨ディスクによって形成され、これは脊柱の中の椎骨を連結させる。線維軟骨において、ムコ多糖ネットワークは顕著なコラーゲン束により組み合わされており、そして軟骨細胞は、硝子軟骨中よりも広範に散乱されている。弾性軟骨は、エラスチン線維と組織学的に類似であるコラーゲン線維を含む。軟骨組織（関節軟骨を含む）は、他の結合組織とは異なり、血管、神経、リンパ管および基底膜を欠失する。軟骨は軟骨細胞からなり、これは水、コラーゲン、プロテオグリカン、および非コラーゲン性のタンパク質ならびに脂質からなる、豊富な細胞外環境を合成する。コラーゲンはプロテオグリカンを捕獲するため、および組織に抗張力を提供するために働く。ＩＩ型コラーゲンは軟骨組織中の顕著なコラーゲンである。プロテオグリカンは、タンパク質コアに共有結合した、可変数のグルコサミフグリカン鎖、硫酸ケラチン、コンドロイチン硫酸および／またはデルマタン硫酸、ならびにＮ結合型（ｌｉｎｅｄ）およびＯ結合型オリゴサッカリドから構成される。
【００３０】
関節軟骨、すなわち硝子軟骨は、その形態およびその生化学の両方により他の形態の軟骨から区別され得る。瘢痕組織に生じる線維性軟骨組織のような特定のコラーゲンは、例えば、ケロイドおよび瘢痕型組織の典型であり、すなわち毛細血管および豊富で、不規則な、組織崩壊したＩ型コラーゲンおよびＩＩ型コラーゲンの束から構成される。対照的に、関節軟骨は、表層帯対中間帯対深部帯によって形態学的に特徴付けられ、これは、組織表面から骨に隣接した組織基底部へと、特徴の、特徴的な段階的変化を示す。表層帯において、例えば、軟骨細胞は扁平になっていて、そして細胞外ネットワーク中に埋め込まれた、垂直に配置されたコラーゲンおよび少量のプロテオグリカンを含む表面に平行に存在する。中間帯では、軟骨細胞は球形であり、そしてプロテオグリカンおよび斜めに組織化されたコラーゲン線維かつ豊富な細胞外ネットワークによって囲まれている。深部帯において、骨に接近して、コラーゲン線維は垂直に配向されている。硫酸ケラチンが豊富なプロテオグリカンは、軟骨表面からの距離の増加に伴って濃度が増加する。関節軟骨微細構造の詳細な記載については、例えば、ＡｙｄｅｌｏｔｔｅおよびＫｕｅｔｔｅｎｅｒ、（１９８８）、Ｃｏｎｎ．Ｔｉｓｓ．Ｒｅｓ．１８：２０５；Ｚａｎｅｔｔｉら、（１９８５）、Ｊ．Ｃｅｌｌ．Ｂｉｏｌ．  １０１：５３；ならびにＰｏｏｌｅら、（１９８４）、Ｊ．Ａｎａｔ．１３８：１３．を参照のこと。生化学的に、関節性コラーゲンは、ＩＩ型コラーゲンおよびＩＸ型コラーゲンの存在によって、ならびによく特徴付けられているプロテオグリカンの存在によって、ならびに軟骨性骨形成と関連したＸ型コラーゲンが存在しないことによって、同定され得る。
【００３１】
関節表面において、２つの型の欠損が認識される。すなわち、全層欠損および表層欠損である。これらの欠損は、関節に対する物理的な損傷の状況が異なるだけでなく、各型の損傷が誘発し得る修復反応の性質もまた、異なる。関節をなす表面の全層欠損（本明細書中で「骨軟骨欠損」とも呼ばれる）には、硝子軟骨、石灰化軟骨層、ならびに血管および骨髄を伴う助軟骨下骨組織に対する損傷が含まれる。骨板は感覚神経終末を含むので、全層欠損は重篤な痛みを引き起し得る。このような欠損は、一般に重篤な外傷から、および／または後期段階の変形性関節症（例えば、変形性関節症）の間に起こる。全層欠損は、時として、出血および助軟骨下骨からの修復反応の誘導を導き得る。しかし、このような例において、形成された修復組織は、生体力学的特性が不十分な、血管化した線維型の軟骨であり、そして長期間の基礎としては存続しない。対照的に、関節軟骨組織における表層欠損は、軟骨組織自体に制限される。このような欠損はまた、本明細書中において、「軟骨欠損」または「助軟骨下欠損」と呼ばれ、これは治癒せず、そして修復反応の傾向もみせないので著名である。表層欠損は、軟骨表面における亀裂、くぼみ（ｄｉｖｏｔ）または裂溝として現れ得る。これらは、全層欠損において見出されるような、出血する血管を含まない（血斑）。表層欠損は既知の原因を有さかもしれないが、これらはしばしば軟骨組織の摩滅を導く、機械的障害の結果である。このような機械的障害は、関節に対する外傷（例えば、関節への裂傷半月組織の置換、半月板切除術）によって、靭帯の裂傷、関節の配列不正（ｍａｌａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、または骨折による関節の弛緩によって、または遺伝性疾患によって引き起こされ得る。表層欠損はまた、変性性関節症（例えば、変形性関節症）の初期段階の特徴である。軟骨組織は神経支配も血管化もされないので、表層欠損は治癒せず、しばしば全層欠損へと変性する。
【００３２】
本明細書中で意図される「欠損」または「欠損部位」は、修復を必要とする、骨性構造破壊を規定し得る。欠損はさらに、骨軟骨欠損を規定し得、これは骨および重層軟骨の両方の構造破壊を含む。欠損は「間隙」の形態をとり得、これは、例えば、骨または関節の構造的完全性における、裂孔、腔、孔、または他の実質的な破壊などのような三次元的欠損を意味することが理解される。欠損は、事故、疾患、手術および／または補綴破壊の結果であり得る。特定の実施態様において、欠損は内因性修復または自然修復が可能ではない容積を有する間隙である。このような欠損は、一般に対象骨の直径の２倍であり、そしてまた、「重症サイズ」欠損とも呼ばれる。例えば、イヌの尺骨欠損モデルでは、当該分野においてこのような欠損は約３〜４ｃｍ、一般に少なくとも約２．５ｃｍの、自然修復し得ない裂孔であると認識される。例えば、Ｓｃｈｍｉｔｚら、Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｏｒｔｈｏｐａｅｄｉｃｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ２０５：２９９−３０８（１９８６）；およびＶｕｋｉｃｅｖｉｃら、Ａｄｖａｎｃｅｄ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ａｎｄ  Ｃｅｌｌ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  ６巻、２０７−２２４頁（１９９３）（ＪＡＩ  Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．）を参照のこと。これらの開示は、本明細書中に参考として援用される。ウサギおよびサル分節欠損モデルにおいて、裂孔はそれぞれ約１．５ｃｍおよび２．０ｃｍである。他の実施態様において、欠損は非重症サイズ分節欠損である。たとえ生化学的には本発明の実施により可能な修復より劣っているとはしても、一般に、これらはいくらか自然修復し得る。特定の他の実施態様において、欠損は、骨軟骨栓子のような、骨軟骨欠損である。このような欠損は、重層軟骨全体を通り抜け、そして少なくとも部分的には下にある骨構造に侵入する。対照的に、軟骨欠損または助軟骨下欠損は、それぞれ部分的にまたは全体的に重層軟骨を通り抜けるが、下にある骨を含まない。本発明を用いる修復が可能である他の欠損には、非癒合性骨折；骨腔；腫瘍切除；新しい骨折（伸延性または非伸延性）；頭部／顔面奇形；歯周欠損および歯周不正；脊椎固定；ならびにガン、変形性関節炎を含む関節炎、および離断性骨軟骨炎のような他の骨変性性障害のような疾患から生じる欠損が含まれるが、これらに限定されない。
【００３３】
「修復」とは、欠損における間隙または構造的不連続面を少なくとも部分的に充填するために充分な、新規骨形成および／または軟骨形成を意味することが意図される。しかし、修復は、完全な治癒プロセスまたはその欠損前の生理学的／構造的／機械的状態に欠損を回復するのに１００％有効な処置を意味しないし、またはさもなければ必要ともしない。
【００３４】
本明細書中で意図されるように、「マトリクス」とは、骨誘導性基質（ｏｓｔｅｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）として作用し得、そして浸潤細胞が付着し得、増殖し得、そしてついに骨形成となるモルフォゲン性プロセスに関与し得る足場構造を有し得る、非ポリマー性非合成物質を意味する。本明細書中で意図されるように、マトリクスは、α−ヒドロキシ酢酸および／もしくはα−ヒドロキシプロピエン酸（α−ｈｙｄｒｏｘｙ  ｐｒｏｐｏｎｉｃ  ａｃｉｄ）（これらのラセミ体混合物を含む）のホモポリマーまたはコポリマーを含むポリマー性マトリクスのような、ポリマー性合成物質を含まない。詳細には、本明細書中に意図されるようなマトリクスはグリコール酸、乳酸および酪酸（これらの誘導体を含む）のホモポリマーもコポリマーも含まない。例えば、本発明のマトリクスは、生物学的物質または天然から供給される物質または天然に存在する物質由来であり得る。適切なマトリクスは粒状で多孔質でなければならず、多孔性は、骨形成の誘導、特に軟骨内骨形成での有効性に対して重要な特性である。用語、「マトリクス」とは、軟骨内骨形態形成に関連する特定の細胞事象が生じる際に、本質的に三次元形態を有する構造成分または基質を意味し；マトリクスは、浸潤細胞の付着、増殖および分化のための間隙を有する、浸潤細胞に対する一時的な足場構造として作用することが理解される。本発明は、改良された骨形成デバイスが、組み合わされた１つ以上のマトリクス物質を含み得ること；相対的比率を変更して所望の臨床的結果を達成し得、そして当該分野の技能を使用して日常的に決定し得ることを意図する。現在好ましいマトリクスはコラーゲン、特にウシコラーゲンである。別の適切なマトリクスは、鉱物質除去された骨である。さらに他の適切なマトリクスは、少し名を挙げると、種々のカルシウム：リン酸（Ｃａ／Ｐ）モル比、多孔性および結晶性のヒドロキシアパタイト（ＨＡｐ）；生物活性セラミックス；およびリン酸カルシウムセラミックスである。さらに、ＨＡｐ／リン酸三カルシウム比が操作される、前述の混合物もまた、本明細書中で意図される。これらのマトリクスは、顆粒形態、ブロック形態、および粉末形態で、商業的に得られ得る。例えば、Ｐｙｒｏｓｔ（登録商標）はウシ骨由来のＨＡｐブロックであり（Ｏｓｔｅｏ  ＡＧ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）；Ｃｏｌｌａｐｔａ（登録商標）はコラーゲンを含むＨＡｐスポンジであり（Ｏｓｔｅｏ  ＡＧ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）；リン酸三カルシウム（β−ＴＣＰ）はＰｈａｒｍａ  ＧｍｂＨ（Ｇｅｒｍａｎｙ）からＣｅｒａｓｏｂ（登録商標）として、ならびにＣｌａｒｋｓｏｎ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．（Ｓ．Ｗｉｌｌｉａｍｓｐｏｒｔ，ＰＡ）またはＯｓｔｅｏｎｉｃｓ（Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）から得られ得；ＴＣＰ／ＨＡｐ顆粒混合物はＯｓｔｅｏｎｉｃｓ（Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）から得られ得；ならびに１００％ＨＡｐ粉末または顆粒はＣＡＭ（Ｏｓｔｅｏｔｅｃｈ，ＮＪの子会社）から得られ得る。特定の前述のマトリクスの調製および特徴付けは当該分野において徹底的に記載されており、そして日常的な実験および当該分野の技能しか必要としない。例えば、米国特許４，９７５，５２６；米国特許５，０１１，６９１；米国特許５，１７１，５７４；米国特許５，２６６，６８３；米国特許５，３５４，５５７および米国特許５，４６８，８４５を参照のこと（これらの開示は本明細書中に参考として援用される）。他の前述のマトリクスはまた、当該分野においてよく記載されている。例えば、ＬｅＧｅｒｏｓおよびＤａｃｕｌｓｉ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｂｉｏａｃｔｉｖｅ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ，ＩＩ  １７−２８頁（１９９０，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ）のような生体適合物質論文；および、Ｙａｎｇ  Ｃａｏ，Ｊｉｅ  Ｗｅｎｇ  Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  １７，（１９９６）４１９−４２４頁のような他の公開された記載；ＬｅＧｅｒｏｓ，Ａｄｖ．Ｄｅｎｔ．Ｒｅｓ．２，１６４（１９８８）；Ｊｏｈｎｓｏｎら、Ｊ．Ｏｒｔｈｏｐａｅｄｉｃ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９６，１４巻、３５１−３６９頁；ならびにＰｉａｔｔｅｌｌｉら、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ  １９９６、１７巻、１７６７−１７７０頁を参照のこと（これらの開示は本明細書中に参考として援用される）。
【００３５】
焼結、高焼性β−ＴＣＰ（β−リン酸三カルシウム）は現在好ましいマトリクスである。焼結β−ＴＣＰは、焼結ＨＡｐｓおよび焼結２相リン酸カルシウム（ＢＣＰ）よりも高い溶解速度を有する。Ｂ−ＴＣＰが骨形成を支持する能力は、部分的に、マトリクス中のＣａ／Ｐ顆粒のサイズに基づくようである。約２１２μｍと約４２５μｍとの間の粒子サイズを有する焼結β−ＴＣＰが最も好ましく、そしてＣｌａｒｋｓｏｎ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．（Ｓ．Ｗｉｌｌｉａｍｓｐｏｒｔ，Ｐ．Ａ．）またはＯｓｔｅｏｎｉｃｓ（Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）から得られ得る。移植される場合、この範囲内のサイズの粒子を含むデバイスは、本明細書中の他の場所に記載されるように、ラットの皮下部位に移植された場合、画像分析による高い吸収率、および低い炎症応答を示す。
【００３６】
「骨形成デバイス」とは、少なくともマトリクス中に分散された骨形成タンパク質を含む組成物を意味することが理解される。本明細書中に開示されるように、「改良された骨形成デバイス」は、骨形成タンパク質、上に規定されるようなマトリクス、および以下に規定するような結合剤を含む。対照的に、「標準骨形成デバイス」は、骨形成タンパク質およびマトリクスを含むが、結合剤を含まず；標準骨形成デバイスは、合成、ポリマー性マトリクス、または上に規定するようなマトリクスのいずれかを含み得る。以下に記載する実施例および教示において、標準骨形成デバイスはさらに以下の通りに称される；標準デバイス、ＯＰデバイス、ＯＰ−１デバイスまたはＯＰ。改良された骨形成デバイスはさらに以下の通りに称される：ＣＭＣ含有デバイス、ＣＭＣ含有標準デバイス、ＣＭＣ／ＯＰ−１デバイス、ＯＰ−１／ＣＭＣ／コラーゲン、ＯＰＣＭＣ／コラーゲンおよびフィブリンのり含有改良デバイス。本明細書中で使用される場合、「偽デバイス」は骨形成タンパク質を含まず、そして公知の骨誘導性因子を全く含まずに処方される。本発明はまた、本明細書中に規定されるように、少なくとも２つの異なる骨形成タンパク質および／または少なくとも２つの異なるマトリクスを含む改良されたデバイスが意図される。改良されたデバイスの他の実施態様は、本明細書中に規定されるように、少なくとも２つの異なる結合剤をさらに含み得る。さらに他の実施態様において、前述の改良されたデバイスのいずれか１つは、本明細書中に規定されるように、さらに浸潤剤を含み得る。前述の実施態様のいずれかはまた、市販されている造影剤のような放射線不透過性成分を含み得る。一般に、このような薬剤には３つの周知の型（ヒドロキシアパタイト、硫酸バリウムおよび有機ヨウ素）が存在する。放射線不透過性成分を含有するデバイスは、本明細書中他の場所に記載されるような、閉鎖欠損部位でのデバイス投与に対して特に有用である。適切な放射線不透過性成分の同定は、当該分野の技能および日常的な実験のみを必要とする。例えば、ＥｈｒｌｉｃｈおよびＭｃＣｌｏｓｋｅｙ，Ｐａｔｉｅｎｔ  Ｃａｒｅ  ｉｎ  Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ（Ｍｏｓｂｙ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ，１９９３）；Ｃａｒｏｌ，Ｆｕｃｈ’ｓ  Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ，  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｃ．Ｔｈｏｍａｓ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ，１９９３）；およびＳｎｏｐｅｋ，Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，（Ｗ．Ｂ．Ｓａｕｎｄｅｒｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ，１９９２）を含むＸ線撮影の論文（これらの開示は本明細書中に参考として援用される）を参照のこと。
【００３７】
改良されたデバイスの好ましい実施態様は、骨、軟骨、筋肉および／または他の組織に接着性である。これらは改良された取り扱い特性を有し、そして手術の間の潅注および縫合の際の移動に対して耐性である。同様に、これらは粘着性であり、そして、潅注および／または血液のような体液の浸潤によって洗い流されたり、崩壊したり、または希釈されることはない。好ましい実施態様は、関節をなす連結でさえ、手術後も接着性を保つ。特に重要なことは、改良されたデバイスが欠損部位に容易に限定されるということである。機能的には、本発明の改良された骨形成デバイスは加速された骨形成および／または軟骨形成ならびにより質の高いより安定な修復組織を誘導し、そして標準骨形成デバイスで必要とされるよりも低い用量の骨形成タンパク質で、利点を達成し得る。従って、骨形成タンパク質と、非合成非ポリマー性マトリクスおよび結合剤との混合物は、今や当業者が本明細書中に例示するように利用し得る、予想外の特性を有する。１つの現在好ましい実施態様は、ＯＰ−１、コラーゲンマトリクス、および結合剤カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を含む。以下に議論するように、結合剤ＣＭＣに関連する利点は、比較的少ない量で存在する場合でさえも、その有効性が存在することである。例えば、本明細書中に例示される特定の実施態様において、ＯＰ−１は約１０００ｍｇのコラーゲン当たり、および約１８０〜２００ｍｇのＣＭＣ当たり、約１．２５〜２．５０ｍｇの範囲の量において使用され得る。他の現在好ましい実施態様は、ＯＰ−１、コラーゲンマトリクスおよび結合剤フィブリンのり；またはＯＰ−１、β−ＴＣＰマトリクスおよび結合剤フィブリンのりを含む。本明細書中に例示される特定の実施態様において、約４０ｍｇのフィブリンのりが１０００ｍｇのβ−ＴＣＰまたは１０００ｍｇのコラーゲンとともに使用され得る。なお他の実施態様において、約２０ｍｇのフィブリンのりは１０００ｍｇのコラーゲンとともに使用されて骨形成および／または軟骨形成を支持し得る。これらのマトリクスおよび結合剤は、改良された骨形成デバイスに関連する、上述の好ましい取扱い特徴の全てを示す。
【００３８】
特定の他の実施態様において、これらの量のタンパク質、マトリクスおよび結合剤は、欠損の修復に関係する状態および状況に従って、増加または減少され得る。生理食塩水のような湿潤剤がさらに添加され得る。以下に例示されるように、開口欠損部位での移植について好ましい構造は、パテのコンシステンシーを呈する。これは、移植の前に外科医によって成形および適合される。この構造は、本明細書中に教示されるのと同様の方法で、マトリクス対結合剤対湿潤剤の割合を調整することによって達成される。以下にさらに例示されるように、閉鎖欠損は、よりゆるんだ、より流動性の、粘性液体に似たデバイス構造で処置され得る。このような構造は、外科的介入を伴わずに欠損部位に注入され得る。さらに、マトリクス対結合剤対湿潤剤の割合を単に調整することにより本実施態様を達成し得る。現在好ましい改良されたデバイスは、約１部の結合剤（ｗ／ｗ）対約５部のマトリクス（ｗ／ｗ）を含む。本明細書中以下に記載されるように、改良されたデバイスを調製するために他の割合が使用され得、これは結合剤および／またはマトリクスの性質に依存する。
【００３９】
もちろん、改良された骨形成デバイスの任意の処方物に必須である特徴は、処方物が欠損部位で、たとえ一過性であるとしても、骨形成タンパク質の少なくとも局所的な供給源を提供するのに有効でなければならないことである。以下に例示するように、改良された骨形成デバイスの結合剤含量は、タンパク質の放出／保持の反応速度には影響を与えない。これは、タンパク質の脱着が大きすぎたので隔離性物質（セルロース誘導体物質を含むと規定される）の非存在下では、ポリマー含有標準デバイスが臨床的に有意な骨誘導効果を示さなかったという対照的な所見に鑑みれば予想外である。（例えば、米国特許５，５９７，８９７を参照のこと）以下に例示されるように、本明細書中に規定される結合剤が存在する場合でさえ、タンパク質は改良されたデバイスからなお脱着されるが、骨誘導性効果は容易に明らかである。理論によって拘束されることを所望しないが、本発明に関連する予想外の特徴および利益は、タンパク質結合剤相互作用にはあまり関連しないようであり、そして結合剤−マトリクス相互作用により関連するようである。詳細には、本明細書中に規定される結合剤は、本発明によって必要とされるマトリクスと相乗的に補完および／または相互作用するようである。このことは、これまで認められておらず、そしてこの組合せは先行技術の教示によって思いとどませられていた（例えば、米国特許５，５２０，９２３；５，５９７，８９７およびＷＯ９５／２４２１０を参照のこと）。
【００４０】
用語「単一」デバイスとは、骨形成タンパク質、マトリクス、および結合剤を含む、単一の、予め混合された処方物として開業医に提供される、改良された骨形成デバイスをいう。用語「非単一」デバイスとは、使用前に混合するように、少なくとも２つの別々の包装で開業医に提供される、改良された骨形成デバイスをいう。代表的には、非単一デバイスは、少なくとも骨形成タンパク質およびマトリクスとは別々に包装された結合剤を含む。用語「キャリア」は、各々が本明細書中に規定されるような、結合剤とマトリクスとの混合物をいう。従って、例えば、本明細書中に開示されるような改良された骨形成デバイスとは、骨形成タンパク質およびキャリアを包含する。
【００４１】
骨形成タンパク質に加えて、種々の増殖因子、ホルモン、酵素、治療用組成物、抗生物質、または他の生物活性薬剤もまた、改良された骨形成デバイスの内に含まれ得る。従って、ＥＧＦ、ＰＤＧＦ、ＩＧＦ、ＦＧＦ、ＴＧＦ−αおよびＴＧＦ−βのような種々の公知の増殖因子は改良された骨形成デバイスと組み合わされ得、そして欠損部位に送達され得る。改良された骨形成デバイスはまた、化学療法剤、インシュリン、酵素、酵素インヒビターおよび／または化学誘引物質／走化因子を送達するために使用され得る。
【００４２】
「骨形成タンパク質」、すなわち骨モルフォゲンタンパク質は、一般的に、最終的に骨軟骨内性骨形成になる、モルフォゲン性事象の完全なカスケードを誘導し得るタンパク質を意味すると理解される。本明細書中の他の場所に記載されるように、このクラスのタンパク質は、ヒト骨形成タンパク質（ｈＯＰ−１）により代表される。本発明の実施に有用な他の骨形成タンパク質は、ＯＰ−１、ＯＰ−２、ＯＰ−３、ＢＭＰ２、ＢＭＰ３、ＢＭＰ４、ＢＭＰ５、ＢＭＰ６、ＢＭＰ９、ＤＰＰ、Ｖｇ１、Ｖｇｒ、６０Ａタンパク質、ＧＤＦ−１、ＧＤＦ−３、ＧＤＦ−５，ＧＤＦ−６，ＤＧＦ−７、ＢＭＰ１０、ＢＭＰ１１、ＢＭＰ１３、ＢＭＰ１５、ＵＮＩＶＩＮ、ＮＯＤＡＬ、ＳＣＲＥＷ、ＡＤＭＰ、またはＮＥＵＲＡＬ，およびそれらのアミノ酸配列改変体の骨形成的に活性な形態を含む。１つの現在好ましい実施態様において、骨形成タンパク質は、以下のいずれか１つを含む：ＯＰ−１、ＯＰ−２、ＯＰ−３、ＢＭＰ２、ＢＭＰ４、ＢＭＰ５、ＢＭＰ６、ＢＭＰ９、ならびにそれらのアミノ酸配列改変体およびホモログ（それらの種ホモログを含む）。特に好ましい骨形成タンパク質は、ヒトＯＰ−１、ＢＭＰ２、および関連タンパク質の、保存された７システインドメインを定義する、Ｃ末端１０２〜１０６アミノ酸と、少なくとも７０％の相同性を有するアミノ酸配列を含むものである。本発明の特定の好ましい実施態様は、骨形成タンパク質ＯＰ−１を含む。特定の他の好ましい実施態様は、生理学的生理食塩水に可溶化された成熟ＯＰ−１を含む。本明細書中の他の場所でさらに記載されるように、出願人の発明での使用に適した骨形成タンパク質は、ＲｅｄｄｉおよびＳａｍｐａｔｈにより記載される当該分野で認識されるバイオアッセイを用いる日常的な実験により同定され得る。「アミノ酸配列相同性」は、アミノ酸配列の類似性を意味すると本明細書中で理解される。相同配列は、同一のまたは類似したアミノ酸残基を共有し、ここで類似した残基は、整列された参照配列における対応アミノ酸残基の保存的置換であるか、または対応アミノ酸残基の許容される点変異である。従って、参照配列と７０％アミノ酸相同性を共有する候補ポリペプチド配列は、任意の７０％の整列された残基が、参照配列における対応残基と同一か、またはその保存的置換のいずれかである配列である。保存的変化の例は、１つの疎水性残基（例えば、イソロイシン、バリン、ロイシン、もしくはメチオニン）への別の疎水性残基の置換、または１つの極性残基への別の極性残基の置換（例えば、アルギニンへのリジンの置換、グルタミン酸へのアスパラギン酸の置換、もしくはグルタミンへのアスパラギンの置換など）を含む。用語「保存的変化」はまた、置換ポリペプチドに対して惹起された抗体がまた非置換ポリペプチドと免疫反応性であれば、非置換親アミノ酸の代わりの置換アミノ酸の使用を含む。
【００４３】
本発明において有用なタンパク質は、骨形成タンパク質として同定された真核生物タンパク質（本明細書中に参考として援用される、米国特許第５，０１１，６９１号を参照のこと）（例えば、ＯＰ−１、ＯＰ−２、ＯＰ−３、およびＣＢＭＰ−２タンパク質、ならびにアミノ酸配列関連タンパク質（例えば、ＤＰＰ（Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａに由来）、Ｖｇｌ（Ｘｅｎｏｐｕｓに由来）、Ｖｇｒ−１（マウスに由来）、ＧＤＦ−１（ヒトに由来、Ｌｅｅ（１９９１），ＰＮＡＳ  ８８：４２５０−４２５４を参照のこと）、６０Ａ（Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａに由来、Ｗｈａｒｔｏｎら（１９９１）ＰＮＡＳ  ８８：９２１４−９２１８を参照のこと）、ドーサリン−１（ニワトリに由来、Ｂａｓｌｅｒら（１９９３）Ｃｅｌｌ  ７３：６８７−７０２およびＧｅｎｂａｎｋ登録番号Ｌ１２０３２を参照のこと）、およびＧＤＦ−５（マウスに由来、Ｓｔｏｒｍら（１９９４）Ｎａｔｕｒｅ  ３６８：６３９−６４３を参照のこと））を含む。ＢＭＰ−３もまた好ましい。さらなる有用なタンパク質は、米国特許第５，０１１，６９１号に開示される生合成形態形成構築物（例えば、ＣＯＰ−１、３〜５、７、および１６）、ならびに当該分野で公知の他のタンパク質を含む。さらに他のタンパク質は、ＢＭＰ−３ｂ（Ｔａｋａｏら、（１９９６）Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍ．２１９：６５６−６６２を参照のこと）、ＢＭＰ−９（ＷＯ９５／３３８３０を参照のこと）、ＢＭＰ−１５（ＷＯ９６／３５７１０を参照のこと）、ＢＭＰ−１２（ＷＯ９５／１６０３５を参照のこと）、ＣＤＭＰ−１（ＷＯ９４／１２８１４を参照のこと）、ＣＤＭＰ−２（ＷＯ９４／１２８１４を参照のこと）、ＢＭＰ−１０（ＷＯ９４／２６８９３を参照のこと）、ＧＤＦ−１（ＷＯ９２／００３８２を参照のこと）、ＧＤＦ−１０（ＷＯ９５／１０５３９を参照のこと）、ＧＤＦ−３（ＷＯ９４／１５９６５を参照のこと）、およびＧＤＦ−７（ＷＯ９５／０１８０２）の骨形成的に活性な形態を含む。
【００４４】
さらに他の有用なタンパク質は、本明細書中に記載されるような骨形成タンパク質をコードするＤＮＡにハイブリダイズする能力があるＤＮＡによりコードされるタンパク質、および関連アナログ、ホモログ、ムテイン（生合成改変体）などを含む（以下を参照のこと）。改良された骨形成デバイスの、本明細書中で意図された、特定の実施態様は、マトリクスに機能的におよび／または安定に結合された骨形成タンパク質を含む。
【００４５】
本明細書中で使用される場合、「結合剤」とは、本明細書中に規定されるような骨形成タンパク質およびマトリクスと混合した場合に、骨形成および／または軟骨形成を促進する、任意の生理学的に適合性である物質を意味する。特定の好ましい結合剤は、標準骨形成デバイスより少ない骨形成タンパク質を使用して、このような修復を促進する。他の好ましい結合剤は、標準の骨形成デバイスと同量の骨形成タンパク質を使用して修復を促進し得る一方、いくつかは修復を促進するためにより多くを必要とする。本明細書中に教示されるように、当業者は任意の適切な結合剤の使用に有効な量のタンパク質を、日常的な実験のみを用いて、決定し得る。好ましい結合剤の他の特徴の中でも、少しだけ名前を挙げるとデバイスを以下のようにする能力である：柔軟、成形可能および／または可鍛性；注入可能；骨、軟骨、筋肉および他の組織に対して接着する；手術中の洗浄および／または灌注の際の崩壊に対して耐性；ならびに手術中、縫合中および術後の移動に対して耐性。さらに、特定の好ましい実施態様において、結合剤は、低い割合で存在する場合に、前に記載した特徴および利点を達成し得る。例えば、現在好ましい改良されたデバイスは、約１部の結合剤および約５部のマトリクスを含む。別の現在好ましいデバイスは、約３部の結合剤および約５部のマトリクスを含む。さらに他の好ましいデバイスは、約１部の結合剤および約１０部のマトリクスを含む一方、他のデバイスは約１部の結合剤および約２５部または約５０部のマトリクスを含む。特定の結合剤はマトリクスに対して同じ割合またはより多い割合で使用され得るが、このような薬剤は以下で教示されるように、可能なマトリクス希釈効果を同定するために試験されるべきである。
【００４６】
本明細書中で有用であるとして意図されるそれらの結合剤は、以下を含むが、これらに限定されない：当該分野で認識される懸濁剤、粘度生成剤、および乳化剤。特に、セルロースガム誘導体、アルギン酸ナトリウム、およびゼラチン粉末のような当該分野で認識される薬剤が使用され得る。より詳細には、アルキルセルロースのようなセルロース薬剤が好ましく、これは、メチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、およびヒドロキシアルキルセルロースのような薬剤（ほんの数例を示す）を包含する。現在、とりわけもっとも好ましいのは、カルボキシメチルセルロース（そのナトリウム塩を包含する）である。以下に例示されるように、本発明において使用するために適切な他の結合剤は、以下を包含するが、これらに限定されない：デキストラン、マンニトール、白色ワセリン、ゴマ油、およびそれらの混合物。最後に、またとりわけ最も好ましい結合剤は、フィブリンのりであり、これは、哺乳動物フィブリノーゲンおよびトロンビンの混合物を含む。本明細書中に示される教示を考慮すると、当業者は、単なる日常的な実験および通常の技術を用いて、上記の結合剤の適切な等価物を同定し得る。
【００４７】
本明細書中で使用する「湿潤剤」とは、骨および／または軟骨形成を妨害しない限り、任意の生理学的に適合性の水溶液を意味する。本発明の特定の実施態様では、湿潤剤は、欠損修復の様式によって必要とされるコンシステンシーを達成させるために、改良されたデバイスと混合される。本明細書中で教示されるように、湿潤剤は、パテ配置（ｐｕｔｔｙ  ｃｏｎｆｉｇｕｌａｔｉｏｎ）または、あるいは、粘性液体配置を達成させるために用いられ得る。現在好ましい湿潤剤は、生理食塩水である。等価物は、当業者によって、単なる日常的な実験および通常の技術を用いて同定し得る。
【００４８】
本発明の方法、移植片、およびデバイスを作り、そして使用するための手段、ならびにそれらの性質および有用性に関する他の具体的な局面（請求された主題を作る方法および使用する方法を含む）は、本発明を実施するために一般的に意図される最も良い態様を構成する以下からさらに理解される。本発明は、このような例示的な研究、またはこれらの実施例において示された特定の詳細に制限されないことが認識される。
【００４９】
１タンパク質考察
Ａ．骨形態形成タンパク質の生化学的、構造的、機能的特性
骨形成タンパク質または骨形態形成タンパク質であると本明細書中で同定および／または認識した天然に生じるタンパク質は、ＴＧＦ−βスーパーファミリーまたはスーパー遺伝子ファミリーとして知られる配列関連タンパク質の緩い進化的グループ分け内の、別個のサブグループを形成する。天然に生じる骨モルフォゲンは、それらのＣ末端領域（ドメイン）において実質的なアミノ酸配列相同性を共有する。代表的に、上述の天然に生じる骨形成タンパク質は、Ｎ末端シグナルペプチド配列（代表的に、約３０残基未満）、続いて成熟Ｃ末端ドメインを生じるために切断される「プロ」ドメインを有する前駆体として翻訳される。シグナルペプチドは、Ｖｏｎ  Ｈｅｉｊｎｅ（１９８６）Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  １４：４６８３−４６９１の方法を用いて所定の配列において予測され得る切断部位で、翻訳の際に迅速に切断される。プロドメインは、代表的に、完全にプロセシングされた成熟Ｃ末端ドメインより約３倍大きい。
【００５０】
好ましい実施態様において、形態形成ポリペプチド対は、各々が参照モルフォゲンのアミノ酸配列と定義された関係を共有する配列を含むアミノ酸配列を有する。本明細書中で、好ましい骨形成ポリペプチドは、骨形成的に活性なヒトＯＰ−１（配列番号２）に存在する配列と定義された関係を共有する。しかし、本明細書中に開示される天然に生じる配列または生合成配列のいずれか１つ以上は、同様に、参照配列として使用され得る。好ましい骨形成ポリペプチドは、少なくとも、ヒトＯＰ−１のＣ末端６システインドメイン（配列番号２の残基３３５〜４３１）と定義された関係を共有する。好ましくは、骨形成ポリペプチドは、少なくとも、ヒトＯＰ−１のＣ末端７システインドメイン（配列番号２の残基３３０〜４３１）と定義された関係を共有する。すなわち、骨形態形成活性を有する二量体タンパク質における好ましいポリペプチドはそれぞれ、参照配列に対応するか、またはそれに対して機能的に等価な配列を含む。
【００５１】
機能的に等価な配列は、参照配列内に配置されるシステイン残基の機能的に等価な配置（これらのシステインの線状配置を変えるが、二量体モルフォゲンタンパク質のフォールディングされた構造においてそれらの関係（形態形成活性に必要であり得る、このような鎖内または鎖間ジスルフィド結合を形成するそれらの能力を含む）を実質的に損わない、アミノ酸挿入または欠失を含む）を含む。機能的に等価な配列は、１つ以上のアミノ酸残基が参照配列（例えば、ヒトＯＰ−１のＣ末端７システインドメイン（本明細書中で保存７システイン骨格とも呼ばれる））の対応残基とは異なる配列を（差異が骨形態形成活性を破壊しなければ）さらに含む。従って、参照配列における対応アミノ酸の保存的置換が好ましい。参照配列における対応残基への保存的置換であるアミノ酸残基は、対応参照残基に物理的または機能的に類似する（例えば、類似した大きさ、構造、電荷、化学的特性（共有結合または水素結合を形成する能力を含む）などを有する）アミノ酸残基である。特に好ましい保存的置換は、Ｄａｙｈｏｆｆら（１９７８），５  Ａｔｌａｓ  ｏｆ  Ｐｒｏｔｅｉｎ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，補遺３，第２２章（３５４−３５２頁），Ｎａｔｌ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｒｅｓ．Ｆｏｕｎｄ．，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．２０００７（この教示は本明細書中に参考として援用される）における容認された点変異について定義された基準を満たす置換である。
【００５２】
保存的置換の例は、以下を包含する：保存的置換は、代表的には、類似の特徴を有する別のアミノ酸についてのあるアミノ酸の置換、例えば以下の群内の置換を包含する：バリン、グリシン；グリシン、アラニン；バリン、イソロイシン、ロイシン；アルパラギン酸、グルタミン酸；アスパラギン、グルタミン；セリン、トレオニン；リジン、アルギニン；およびフェニルアラニン、チロシン。用語「保存的バリエーション」もまた、置換ポリペプチドに対して惹起される抗体もまた非置換ポリペプチドと免疫反応する限り、非置換親（ｐａｒｅｎｔ）アミノ酸の代わりの置換アミノ酸の使用を包含する。
【００５３】
その成熟したネイティブな形態の天然に供給される骨形成タンパク質は、ＳＤＳ−ＰＡＧＥにより決定されるように、代表的に、約３０〜３６ｋＤａの見かけの分子量を有するグリコシル化二量体である。還元された場合、３０ｋＤａタンパク質は、約１６ｋＤａおよび１８ｋＤａの見かけの分子量を有する、２つのグリコシル化ペプチドサブユニットを生じさせる。還元された状態において、このタンパク質は、検出可能な骨形成活性を有さない。非グリコシル化タンパク質（これもまた骨形成活性を有する）は、約２７ｋＤａの見かけの分子量を有する。還元された場合、２７ｋＤａタンパク質は、哺乳動物において軟骨内性骨形成を誘導し得る、約１４ｋＤａ〜１６ｋＤａの分子量を有する２つの非グリコシル化ポリペプチドを生じさせる。上記のように、特に有用な配列は、ＤＰＰ（Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａに由来する）、Ｖｇｌ（Ｘｅｎｏｐｕｓに由来する）、Ｖｇｒ−１（マウスに由来する）、ＯＰ１およびＯＰ２タンパク質、タンパク質（米国特許第５，０１１，６９１号およびＯｐｐｅｒｍａｎｎらを参照のこと）、ならびにＢＭＰ２、ＢＭＰ３、ＢＭＰ４（ＷＯ８８／００２０５、米国特許第５，０１３，６４９号、およびＷＯ９１／１８０９８を参照のこと）、ＢＭＰ５およびＢＭＰ６（ＷＯ９０／１１３６６、ＰＣＴ／ＵＳ９０／０１６３０を参照のこと）、ＢＭＰ８およびＢＭＰ９のＣ末端９６または１０２アミノ酸配列を含む配列を含む。
【００５４】
本発明の実施に有用な他の骨形成タンパク質は、ＯＰ−１、ＯＰ−２、ＯＰ−３、ＢＭＰ２、ＢＭＰ３、ＢＭＰ４、ＢＭＰ５、ＢＭＰ６、ＢＭＰ９、ＧＤＦ−５、ＧＤＦ−６、ＧＤＦ−７、ＤＰＰ、Ｖｇ１、Ｖｇｒ、６０Ａタンパク質、ＧＤＦ−１、ＧＤＦ−３、ＧＤＦ−５、ＧＤＦ−６、ＧＤＦ−７、ＢＭＰ１０、ＢＭＰ１１、ＢＭＰ１３、ＢＭＰ１５、ＵＮＩＶＩＮ、ＮＯＤＡＬ、ＳＣＲＥＷ、ＡＤＭＰ、またはＮＵＲＡＬ、およびそれらのアミノ酸配列改変体の骨形態形成的に活性な形態を含む。１つの現在好ましい実施態様において、骨形成タンパク質は、以下のいずれか１つを含む：ＯＰ−１、ＯＰ−２、ＯＰ−３、ＢＭＰ２、ＢＭＰ４、ＢＭＰ５、ＢＭＰ６、ＢＭＰ９、ならびにそれらのアミノ酸配列改変体およびホモログ（それらの種ホモログを含む）。
【００５５】
これらの配列、ならびにそれらの化学的および物理的特性を開示する刊行物は、以下を包含する：ＯＰ−１およびＯＰ−２：  米国特許第５，０１１，６９１号、米国特許第５，２６６，６８３，  Ｏｚｋａｙｎａｋら  （１９９０）  ＥＮＢＯ  Ｊ．  ９：  ２０８５−２０９３；  ＯＰ−３：  Ｗ０９４／１０２０３  （ＰＣＴ  ＵＳ９３／１０５２０）；  ＢＭＰ２、ＢＭＰ３、ＢＭＰ４：  Ｗ０８８／００２０５、Ｗｏｚｎｅｙら、（１９８８）  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２４２：  １５２８−１５３４）；  ＢＭＰ５およびＢＭＰ６：  Ｃｅｌｅｓｔｅら  （ｌ９９１）  ＰＮＡＳ  ８７：  ９８４３−９８４７；  Ｖｇｒ−１：  Ｌｙｏｎｓら、（１９８９）  ＰＮＡＳ  ８６：  ４５５４−４５５８；  ＤＰＰ：  Ｐａｄｇｅｔｔら  （１９８７）  Ｎａｔｕｒｅ  ３２５：  ８１−８４：  Ｖｇ−１：  Ｗｅｅｋｓ  （１９８７）  Ｃｅｌ１  ５１：  ８６１−８６７；  ＢＭＰ−９：  Ｗ０９５／３３８３０  （ＰＣＴ／ＵＳ９５／０７０８４）；  ＢＭＰ１０：  Ｗ０９４／２６８９３  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／０５２９０）；  ＢＭＰ−１１：  Ｗ０９４／２６８９２  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／０５２８８）；  ＢＭＰ１２：  Ｗ０９５／１６０３５  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／１４０３０）；  ＢＭＰ−１３：  Ｗ０９５／１６０３５  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／１４０３０）；  ＧＤＦ−１：  Ｗ０９２／００３８２  （ＰＣＴ／ＵＳ９１／０４０９６）  およびＬｅｅら  （１９９１）  ＰＮＡＳ  ８８：  ４２５０−４２５４；  ＧＤＦ−８：  Ｗ０９４／２１６８１  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／０３０１９）；  ＧＤＦ−９：  Ｗ０９４／１５９６６  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／００６８５）；  ＧＤＦ−１０：  Ｗ０９５／１０５３９  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／１１４４０）；  ＧＤＦ−１１：  Ｗ０９６／０１８４５  （ＰＣＴ／ＵＳ９５／０８５４３）；  ＢＭＰ−１５：  Ｗ０９６／３６７１０  （ＰＣＴ／ＵＳ９６／０６５４０）；  ＭＰ１２１：  Ｗ０９６／０１３１６  （ＰＣＴ／ＥＰ９５／０２５５２）；  ＧＤＦ−５  （ＣＤＭＰ−１、ＭＰ５２）：  Ｗ０９４／１５９４９  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／００６５７）  およびＷ０９６／１４３３５  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／１２８１４）およびＷ０９３／１６０９９  （ＰＣＴ／ＥＰ９３／００３５０）；  ＧＤＦ−６  （ＣＤＭＰ−２、ＢＭＰ１３）：  Ｗ０９５／０１８０１  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／０７７６２）およびＷ０９６／１４３３５およびＷ０９５／１０６３５  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／１４０３０）；  ＧＤＦ−７  （ＣＤＭＰ−３、ＢＭＰ１２）：Ｗ０９５／１０８０２  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／０７７９９）およびＷ０９５／１０６３５  （ＰＣＴ／ＵＳ９４／１４０３０）。別の実施態様では、有用なタンパク質は、生物学的に活性な生合成構築物を包含する。これは、新規な生合成モルフォゲンタンパク質、および２つ以上の公知のモルフォゲン由来の配列を用いて設計されたキメラタンパク質を包含する。米国特許第５，０１１，６９１号に開示される生合成構築物（この開示内容は本明細書中に参考として援用される（例えば、ＣＯＰ−１、ＣＯＰ−３、ＣＯＰ−４、ＣＯＰ−５、ＣＯＰ−７、およびＣＯＰ−１６））もまた参照のこと。
【００５６】
特定の好ましい実施態様において、本明細書中で有用な骨形態形成タンパク質は、アミノ酸配列が、前述の天然に生じるタンパク質から選択される参照形態形成タンパク質と、少なくとも７０％のアミノ酸配列相同性または「類似性」、および好ましくは８０％の相同性または類似性を共有する配列を含むものである。好ましくは、参照タンパク質はヒトＯＰ−１であり、そしてその参照配列は、ヒトＯＰ−１の骨形成的に活性な形態に存在するＣ末端７システインドメイン、配列番号２の残基３３０〜４３１である。特定の実施態様では、参照モルフォゲンポリペプチドに対して機能的に等価であると思われるポリペプチドを、コンピュータープログラム（例えば、Ａｌｉｇｎプログラム（ＤＮＡｓｔａｒ，
Ｉｎｃ．）により便宜的に実施される、Ｎｅｅｄｌｅｍａｎら（（１９７０）  Ｊ．  Ｍｏｌ．  Ｂｉｏｌ．  ４８：４４３−４５３）の方法を用いてそれらと並置する。  上述のように、候補配列中の内部ギャップおよびアミノ酸挿入は、候補配列と参照配列との間の定義された関係（アミノ酸配列相同性または同一性のレベルで従来表される）を算定する目的のために無視される。「アミノ酸配列相同性」とは、本明細書中では、アミノ酸同一性および類似性の両方を包含すると理解される。相同配列は、同一および／または類似のアミノ酸残基を共有し、ここで、類似の残基は、並置した参照配列において相当するアミノ酸残基についての保存置換、またはその「許容される点変異」である。従って、参照配列と７０％のアミノ酸相同性を共有する候補ポリペプチド配列は、並置した残基の任意の７０％が参照配列において相当する残基に同一であるか、またはその保存的置換のいずれかであるものである。現在好ましい実施態様では、参照配列はＯＰ−１である。従って、本明細書中で有用な骨形態形成タンパク質は、天然に生じても、生合成的に生成されても、好ましい参照配列の対立遺伝子改変体、系統発生的対照改変体および他の改変体（例えば、「ムテイン」または「変異体タンパク質」を含む）、ならびに一般的な形態形成ファミリータンパク質の新規のメンバー（上記で示され、そして同定されたものを含む）を含む。特定の特に好ましい形態形成ポリペプチドは、ヒトＯＰ−１の好ましい参照配列と少なくとも６０％のアミノ酸同一性、さらにより好ましくはそれと少なくとも６５％のアミノ酸同一性を共有する。
【００５７】
他の好ましい実施態様において、本発明において有用な骨形態形成ポリペプチドファミリーおよびそのメンバーは、一般アミノ酸配列により定義される。例えば、以下に開示される包括配列７（配列番号４）および包括配列８（配列番号５）は、現在まで同定された好ましいタンパク質ファミリーメンバー（少なくとも、ＯＰ−１、ＯＰ−２、ＯＰ−３、ＣＢＭＰ−２Ａ、ＣＢＭＰ−２Ｂ、ＢＭＰ−３、６０Ａ、ＤＰＰ、Ｖｇ１、ＢＭＰ−５、ＢＭＰ−６、Ｖｇｒ−１、およびＧＤＦ−１を含む）間で共有される相同性を提供する。これらのタンパク質のアミノ酸配列は、上記で概説されたように、本明細書中でおよび／または当該分野で記載される。包括配列は、６および７システイン骨格（それぞれ、包括配列７および８）により定義される、Ｃ末端ドメインにおけるこれらの配列により共有されるアミノ酸同一性、ならびにこの配列内の可変位置の代替残基の両方を含む。包括配列は、分子間または分子内ジスルフィド結合が形成し得、そしてフォールディングされたタンパク質の３次構造に影響するようである特定の重要なアミノ酸を含み得る、適切なシステイン骨格を提供する。さらに、包括配列は、３６位（包括配列７）または４１位（包括配列８）でのさらなるシステイン残基を考慮に入れ、それにより、ＯＰ−２およびＯＰ−３の形態形成的に活性な配列を含む。
【００５８】
包括配列７
【００５９】
【化１】
2014221427.tif 000002
ここで、各Ｘａａは、独立して、以下の通りに定義される１つ以上の特定のアミノ酸の群から選択される：「Ｒｅｓ」は「残基」を意味し、そして残基２のＸａａ＝（ＴｙｒまたはＬｙｓ）；残基３のＸａａ＝（ＶａｌまたはＩｌｅ）；残基４のＸａａ＝（Ｓｅｒ、Ａｓｐ、またはＧｌｕ）；残基６のＸａａ＝（Ａｒｇ、Ｇｌｎ、Ｓｅｒ、Ｌｙｓ、またはＡｌａ）；残基７のＸａａ＝（ＡｓｐまたはＧｌｕ）；残基８のＸａａ＝（Ｌｅｕ、Ｖａｌ、またはＩｌｅ）；残基１１のＸａａ＝（Ｇｌｎ、Ｌｅｕ、Ａｓｐ、Ｈｉｓ、Ａｓｎ、またはＳｅｒ）；残基１２のＸａａ＝（Ａｓｐ、Ａｒｇ、Ａｓｎ、またはＧｌｕ）；残基１３のＸａａ＝（ＴｒｐまたはＳｅｒ）；残基１４のＸａａ＝（ＩｌｅまたはＶａｌ）；残基１５のＸａａ＝（ＩｌｅまたはＶａｌ）；残基１６のＸａａ＝（ＡｌａまたはＳｅｒ）；残基１８のＸａａ＝（Ｇｌｕ、Ｇｌｎ、Ｌｅｕ、Ｌｙｓ、Ｐｒｏ、またはＡｒｇ）；残基１９のＸａａ＝（ＧｌｙまたはＳｅｒ）；残基２０のＸａａ＝（ＴｙｒまたはＰｈｅ）；残基２１のＸａａ＝（Ａｌａ、Ｓｅｒ、Ａｓｐ、Ｍｅｔ、Ｈｉｓ、Ｇｌｎ、Ｌｅｕ、またはＧｌｙ）；残基２３のＸａａ＝（Ｔｙｒ、Ａｓｎ、またはＰｈｅ）；残基２６のＸａａ＝（Ｇｌｕ、Ｈｉｓ、Ｔｙｒ、Ａｓｐ、Ｇｌｎ、Ａｌａ、またはＳｅｒ）；残基２８のＸａａ＝（Ｇｌｕ、Ｌｙｓ、Ａｓｐ、Ｇｌｎ、またはＡｌａ）；残基３０のＸａａ＝（Ａｌａ、Ｓｅｒ、Ｐｒｏ、Ｇｌｎ、Ｉｌｅ、またはＡｓｎ）；残基３１のＸａａ＝（Ｐｈｅ、Ｌｅｕ、またはＴｙｒ）；残基３３のＸａａ＝（Ｌｅｕ、Ｖａｌ、またはＭｅｔ）；残基３４のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ａｓｐ、Ａｌａ、Ｔｈｒ、またはＰｒｏ）；残基３５のＸａａ＝（Ｓｅｒ、Ａｓｐ、Ｇｌｕ、Ｌｅｕ、Ａｌａ、またはＬｙｓ）；残基３６のＸａａ＝（Ｔｙｒ、Ｃｙｓ、Ｈｉｓ、Ｓｅｒ、またはＩｌｅ）；残基３７のＸａａ＝（Ｍｅｔ、Ｐｈｅ、Ｇｌｙ、またはＬｅｕ）；残基３８のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ｓｅｒ、またはＬｙｓ）；残基３９のＸａａ＝（Ａｌａ、Ｓｅｒ、Ｇｌｙ、またはＰｒｏ）；残基４０のＸａａ＝（Ｔｈｒ、Ｌｅｕ、またはＳｅｒ）；残基４４のＸａａ＝（Ｉｌｅ、Ｖａｌ、またはＴｈｒ）；残基４５のＸａａ＝（Ｖａｌ、Ｌｅｕ、Ｍｅｔ、またはＩｌｅ）；残基４６のＸａａ＝（ＧｌｎまたはＡｒｇ）；残基４７のＸａａ＝（Ｔｈｒ、Ａｌａ、またはＳｅｒ）；残基４８のＸａａ＝（ＬｅｕまたはＩｌｅ）；残基４９のＸａａ＝（ＶａｌまたはＭｅｔ）；残基５０のＸａａ＝（Ｈｉｓ、Ａｓｎ、またはＡｒｇ）；残基５１のＸａａ＝（Ｐｈｅ、Ｌｅｕ、Ａｓｎ、Ｓｅｒ、Ａｌａ、またはＶａｌ）；残基５２のＸａａ＝（Ｉｌｅ、Ｍｅｔ、Ａｓｎ、Ａｌａ、Ｖａｌ、Ｇｌｙ、またはＬｅｕ）；残基５３のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ｌｙｓ、Ａｌａ、Ｇｌｕ、Ｇｌｙ、またはＰｈｅ）；残基５４のＸａａ＝（Ｐｒｏ、Ｓｅｒ、またはＶａｌ）；残基５５のＸａａ＝（Ｇｌｕ、Ａｓｐ、Ａｓｎ、Ｇｌｙ、Ｖａｌ、Ｐｒｏ、またはＬｙｓ）；残基５６のＸａａ＝（Ｔｈｒ、Ａｌａ、Ｖａｌ、Ｌｙｓ、Ａｓｐ、Ｔｙｒ、Ｓｅｒ、Ｇｌｙ、Ｉｌｅ、またはＨｉｓ）；残基５７のＸａａ＝（Ｖａｌ、Ａｌａ、またはＩｌｅ）；残基５８のＸａａ＝（ＰｒｏまたはＡｓｐ）；残基５９のＸａａ＝（Ｌｙｓ、Ｌｅｕ、またはＧｌｕ）；残基６０のＸａａ＝（Ｐｒｏ、Ｖａｌ、またはＡｌａ）；残基６３のＸａａ＝（ＡｌａまたはＶａｌ）；残基６５のＸａａ＝（Ｔｈｒ、Ａｌａ、またはＧｌｕ）；残基６６のＸａａ＝（Ｇｌｎ、Ｌｙｓ、Ａｒｇ、またはＧｌｕ）；残基６７のＸａａ＝（Ｌｅｕ、Ｍｅｔ、またはＶａｌ）；残基６８のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ｓｅｒ、Ａｓｐ、またはＧｌｙ）；残基６９のＸａａ＝（Ａｌａ、Ｐｒｏ、またはＳｅｒ）；残基７０のＸａａ＝（Ｉｌｅ、Ｔｈｒ、Ｖａｌ、またはＬｅｕ）；残基７１のＸａａ＝（Ｓｅｒ、Ａｌａ、またはＰｒｏ）；残基７２のＸａａ＝（Ｖａｌ、Ｌｅｕ、Ｍｅｔ、またはＩｌｅ）；残基７４のＸａａ＝（ＴｙｒまたはＰｈｅ）；残基７５のＸａａ＝（Ｐｈｅ、Ｔｙｒ、Ｌｅｕ、またはＨｉｓ）；残基７６のＸａａ＝（Ａｓｐ、Ａｓｎ、またはＬｅｕ）；残基７７のＸａａ＝（Ａｓｐ、Ｇｌｕ、Ａｓｎ、Ａｒｇ、またはＳｅｒ）；残基７８のＸａａ＝（Ｓｅｒ、Ｇｌｎ、Ａｓｎ、Ｔｙｒ、またはＡｓｐ）；残基７９のＸａａ＝（Ｓｅｒ、Ａｓｎ、Ａｓｐ、Ｇｌｕ、またはＬｙｓ）；残基８０のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ｔｈｒ、またはＬｙｓ）；残基８２のＸａａ＝（Ｉｌｅ、Ｖａｌ、またはＡｓｎ）；残基８４のＸａａ＝（ＬｙｓまたはＡｒｇ）；残基８５のＸａａ＝（Ｌｙｓ、Ａｓｎ、Ｇｌｎ、Ｈｉｓ、Ａｒｇ、またはＶａｌ）；残基８６のＸａａ＝（Ｔｙｒ、Ｇｌｕ、またはＨｉｓ）；残基８７のＸａａ＝（Ａｒｇ、Ｇｌｎ、Ｇｌｕ、またはＰｒｏ）；残基８８のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ｇｌｕ、Ｔｒｐ、またはＡｓｐ）；残基９０のＸａａ＝（Ｖａｌ、Ｔｈｒ、Ａｌａ、またはＩｌｅ）；残基９２のＸａａ＝（Ａｒｇ、Ｌｙｓ、Ｖａｌ、Ａｓｐ、Ｇｌｎ、またはＧｌｕ）；残基９３のＸａａ＝（Ａｌａ、Ｇｌｙ、Ｇｌｕ、またはＳｅｒ）；残基９５のＸａａ＝（ＧｌｙまたはＡｌａ）、および残基９７のＸａａ＝（ＨｉｓまたはＡｒｇ）。
【００６０】
包括配列８（配列番号５）は包括配列７の全てを含み、そしてさらに以下の配列（配列番号８）をそのＮ末端に含む：
【００６１】
【化２】
2014221427.tif 000003
従って、残基７から始まる包括配列８における各「Ｘａａ」は、包括配列７について記載された各残基数が包括配列８において５だけ移されるという特徴を有する、包括配列７について定義された特定のアミノ酸である。従って、包括配列７における「残基２のＸａａ＝（ＴｙｒまたはＬｙｓ）」とは、包括配列８における残基７のＸａａをいう。包括配列８において、残基２のＸａａ＝（Ｌｙｓ、Ａｒｇ、Ａｌａ、またはＧｌｎ）；残基３のＸａａ＝（Ｌｙｓ、Ａｒｇ、またはＭｅｔ）；残基４のＸａａ＝（Ｈｉｓ、Ａｒｇ、またはＧｌｎ）；および残基５のＸａａ＝（Ｇｌｕ、Ｓｅｒ、Ｈｉｓ、Ｇｌｙ、Ａｒｇ、Ｐｒｏ、Ｔｈｒ、またはＴｙｒ）である。
【００６２】
別の実施態様において、有用な骨形成タンパク質は、以下に定義される包括配列９および１０により定義されるタンパク質を含む。
【００６３】
詳細には、包括配列９および１０は、以下のタンパク質の複合アミノ酸配列である：ヒトＯＰ−１、ヒトＯＰ−２、ヒトＯＰ−３、ヒトＢＭＰ−２、ヒトＢＭＰ−３、ヒトＢＭＰ−４、ヒトＢＭＰ−５、ヒトＢＭＰ−６、ヒトＢＭＰ−８、ヒトＢＭＰ−９、ヒトＢＭＰ１０、ヒトＢＭＰ−１１、Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ  ６０Ａ、Ｘｅｎｏｐｕｓ  Ｖｇ−１、ウニＵＮＩＶＩＮ、ヒトＣＤＭＰ−１（マウスＧＤＦ−５）、ヒトＣＤＭＰ−２（マウスＧＤＦ−６、ヒトＢＭＰ−１３）、ヒトＣＤＭＰ−３（マウスＧＤＦ−７、ヒトＢＭＰ−１２）、マウスＧＤＦ−３、ヒトＧＤＦ−１、マウスＧＤＦ−１、ニワトリＤＯＲＳＡＬＩＮ、ｄｐｐ、Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ  ＳＣＲＥＷ、マウスＮＯＤＡＬ、マウスＧＤＦ−８、ヒトＧＤＦ−８、マウスＧＤＦ−９、マウスＧＤＦ−１０、ヒトＧＤＦ−１１、マウスＧＤＦ−１１、ヒトＢＭＰ−１５、およびラットＢＭＰ３ｂ。包括配列７と同様に、包括配列９は、Ｃ末端の６システイン骨格に適合し、そして包括配列８と同様に、包括配列１０は、７システイン配列に適合する。
【００６４】
包括配列９（配列番号６）
【００６５】
【化３】
2014221427.tif 000004
ここで、各Ｘａａは、独立して、以下の通りに定義される１つ以上の特定のアミノ酸の群から選択される：「Ｒｅｓ」は「残基」を意味し、そして、  残基１のＸａａ＝（Ｐｈｅ、ＬｅｕまたはＧｌｕ）；  残基２のＸａａ＝（Ｔｙｒ、Ｐｈｅ、Ｈｉｓ、Ａｒｇ、Ｔｈｒ、Ｌｙｓ、Ｇｌｎ、ＶａｌまたはＧｌｕ）；  残基３のＸａａ＝（Ｖａｌ、Ｉｌｅ、ＬｅｕまたはＡｓｐ）；  残基４のＸａａ＝（Ｓｅｒ、Ａｓｐ、Ｇｌｕ、ＡｓｎまたはＰｈｅ）；  残基５のＸａａ＝（ＰｈｅまたはＧｌｕ）；  残基６のＸａａ＝（Ａｒｇ、Ｇｌｎ、Ｌｙｓ、Ｓｅｒ、Ｇｌｕ、ＡｌａまたはＡｓｎ）；  残基７のＸａａ＝（Ａｓｐ、Ｇｌｕ、Ｌｅｕ、ＡｌａまたはＧｌｎ）；  残基８のＸａａ＝（Ｌｅｕ、Ｖａｌ、Ｍｅｔ、ＩｌｅまたはＰｈｅ）；  残基９のＸａａ＝（Ｇｌｙ、ＨｉｓまたはＬｙｓ）；  残基１０のＸａａ＝（ＴｒｐまたはＭｅｔ）；  残基１１のＸａａ＝（Ｇｌｎ、Ｌｅｕ、Ｈｉｓ、Ｇｌｕ、Ａｓｎ、Ａｓｐ、ＳｅｒまたはＧｌｙ）；  残基１２のＸａａ＝（Ａｓｐ、Ａｓｎ、Ｓｅｒ、Ｌｙｓ、Ａｒｇ、ＧｌｕまたはＨｉｓ）；  残基１３のＸａａ＝（ＴｒｐまたはＳｅｒ）；  残基１４のＸａａ＝（ＩｌｅまたはＶａｌ）；  残基１５のＸａａ＝（ＩｌｅまたはＶａｌ）；  残基１６のＸａａ＝（Ａｌａ、Ｓｅｒ、ＴｙｒまたはＴｒｐ）；  残基１８のＸａａ＝（Ｇｌｕ、Ｌｙｓ、Ｇｌｎ、Ｍｅｔ、Ｐｒｏ、Ｌｅｕ、Ａｒｇ、ＨｉｓまたはＬｙｓ）；  残基１９のＸａａ＝（Ｇｌｙ、Ｇｌｕ、Ａｓｐ、Ｌｙｓ、Ｓｅｒ、Ｇｌｎ、ＡｒｇまたはＰｈｅ）；  残基２０のＸａａ＝（ＴｙｒまたはＰｈｅ）；  残基２１のＸａａ＝（Ａｌａ、Ｓｅｒ、Ｇｌｙ、Ｍｅｔ、Ｇｌｎ、Ｈｉｓ、Ｇｌｕ、Ａｓｐ、Ｌｅｕ、Ａｓｎ、ＬｙｓまたはＴｈｒ）；  残基２２のＸａａ＝（ＡｌａまたはＰｒｏ）；  残基２３のＸａａ＝（Ｔｙｒ、Ｐｈｅ、Ａｓｎ、ＡｌａまたはＡｒｇ）；  残基２４のＸａａ＝（Ｔｙｒ、Ｈｉｓ、Ｇｌｕ、ＰｈｅまたはＡｒｇ）；  残基２６のＸａａ＝（Ｇｌｕ、Ａｓｐ、Ａｌａ、Ｓｅｒ、Ｔｙｒ、Ｈｉｓ、Ｌｙｓ、Ａｒｇ、ＧｌｎまたはＧｌｙ）；  残基２８のＸａａ＝（Ｇｌｕ、Ａｓｐ、Ｌｅｕ、Ｖａｌ、Ｌｙｓ、Ｇｌｙ、Ｔｈｒ、ＡｌａまたはＧｌｎ）；  残基３０のＸａａ＝（Ａｌａ、Ｓｅｒ、Ｉｌｅ、Ａｓｎ、Ｐｒｏ、Ｇｌｕ、Ａｓｐ、Ｐｈｅ、ＧｌｎまたはＬｅｕ）；  残基３１のＸａａ＝（Ｐｈｅ、Ｔｙｒ、Ｌｅｕ、Ａｓｎ、ＧｌｙまたはＡｒｇ）；  残基３２のＸａａ＝（Ｐｒｏ、Ｓｅｒ、ＡｌａまたはＶａｌ）；  残基３３のＸａａ＝（Ｌｅｕ、Ｍｅｔ、Ｇｌｕ、ＰｈｅまたはＶａｌ）；  残基３４のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ａｓｐ、Ｔｈｒ、Ｇｌｙ、Ａｌａ、Ａｒｇ、ＬｅｕまたはＰｒｏ）；  残基３５のＸａａ＝（Ｓｅｒ、Ａｌａ、Ｇｌｕ、Ａｓｐ、Ｔｈｒ、Ｌｅｕ、Ｌｙｓ、ＧｌｎまたはＨｉｓ）；  残基３６のＸａａ＝（Ｔｙｒ、Ｈｉｓ、Ｃｙｓ、Ｉｌｅ、Ａｒｇ、Ａｓｐ、Ａｓｎ、Ｌｙｓ、Ｓｅｒ、ＧｌｕまたはＧｌｙ）；  残基３７のＸａａ＝（Ｍｅｔ、Ｌｅｕ、Ｐｈｅ、Ｖａｌ、ＧｌｙまたはＴｙｒ）；  残基３８のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ｇｌｕ、Ｔｈｒ、Ｐｒｏ、Ｌｙｓ、Ｈｉｓ、Ｇｌｙ、Ｍｅｔ、ＶａｌまたはＡｒｇ）；  残基３９のＸａａ＝（Ａｌａ、Ｓｅｒ、Ｇｌｙ、ＰｒｏまたはＰｈｅ）；  残基４０のＸａａ＝（Ｔｈｒ、Ｓｅｒ、Ｌｅｕ、Ｐｒｏ、ＨｉｓまたはＭｅｔ）；  残基４１のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ｌｙｓ、Ｖａｌ、ＴｈｒまたはＧｌｎ）；  残基４２のＸａａ＝（Ｈｉｓ、ＴｙｒまたはＬｙｓ）；  残基４３のＸａａ＝（Ａｌａ、Ｔｈｒ、ＬｅｕまたはＴｙｒ）；  残基４４のＸａａ＝（Ｉｌｅ、Ｔｈｒ、Ｖａｌ、Ｐｈｅ、Ｔｙｒ、ＭｅｔまたはＰｒｏ）；  残基４５のＸａａ＝（Ｖａｌ、Ｌｅｕ、Ｍｅｔ、ＩｌｅまたはＨｉｓ）；  残基４６のＸａａ＝（Ｇｌｎ、ＡｒｇまたはＴｈｒ）；  残基４７のＸａａ＝（Ｔｈｒ、Ｓｅｒ、Ａｌａ、ＡｓｎまたはＨｉｓ）；  残基４８のＸａａ＝（Ｌｅｕ、ＡｓｎまたはＩｌｅ）；  残基４９のＸａａ＝（Ｖａｌ、Ｍｅｔ、Ｌｅｕ、ＰｒｏまたはＩｌｅ）；  残基５０のＸａａ＝（Ｈｉｓ、Ａｓｎ、Ａｒｇ、Ｌｙｓ、ＴｙｒまたはＧｌｎ）；  残基５１のＸａａ＝（Ｐｈｅ、Ｌｅｕ、Ｓｅｒ、Ａｓｎ、Ｍｅｔ、Ａｌａ、Ａｒｇ、Ｇｌｕ、ＧｌｙまたはＧｌｎ）；  残基５２のＸａａ＝（Ｉｌｅ、Ｍｅｌ、Ｌｅｕ、Ｖａｌ、Ｌｙｓ、Ｇｌｎ、ＡｌａまたはＴｙｒ）；  残基５３のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ｐｈｅ、Ｌｙｓ、Ｇｌｕ、Ａｓｐ、Ａｌａ、Ｇｌｎ、Ｇｌｙ、ＬｅｕまたはＶａｌ）；  残基５４のＸａａ＝（Ｐｒｏ、Ａｓｎ、Ｓｅｒ、ＶａｌまたはＡｓｐ）；  残基５５のＸａａ＝（Ｇｌｕ、Ａｓｐ、Ａｓｎ、Ｌｙｓ、Ａｒｇ、Ｓｅｒ、Ｇｌｙ、Ｔｈｒ、Ｇｌｎ、ＰｒｏまたはＨｉｓ）；  残基５６のＸａａ＝（Ｔｈｒ、Ｈｉｓ、Ｔｙｒ、Ａｌａ、Ｉｌｅ、Ｌｙｓ、Ａｓｐ、Ｓｅｒ、ＧｌｙまたはＡｒｇ）；  残基５７のＸａａ＝（Ｖａｌ、Ｉｌｅ、Ｔｈｒ、Ａｌａ、ＬｅｕまたはＳｅｒ）；  残基５８のＸａａ＝（Ｐｒｏ、Ｇｌｙ、Ｓｅｒ、ＡｓｐまたはＡｌａ）；  残基５９のＸａａ＝（Ｌｙｓ、Ｌｅｕ、Ｐｒｏ、Ａｌａ、Ｓｅｒ、Ｇｌｕ、ＡｒｇまたはＧｌｙ）；  残基６０のＸａａ＝（Ｐｒｏ、Ａｌａ、Ｖａｌ、ＴｈｒまたはＳｅｒ）；  残基６１のＸａａ＝（Ｃｙｓ、ＶａｌまたはＳｅｒ）；  残基６３のＸａａ＝（Ａｌａ、ＶａｌまたはＴｈｒ）；  残基６５のＸａａ＝（Ｔｈｒ、Ａｌａ、Ｇｌｕ、Ｖａｌ、Ｇｌｙ、ＡｓｐまたはＴｙｒ）；
残基６６のＸａａ＝（Ｇｌｎ、Ｌｙｓ、Ｇｌｕ、ＡｒｇまたはＶａｌ）；  残基６７のＸａａ＝（Ｌｅｕ、Ｍｅｔ、ＴｈｒまたはＴｙｒ）；  残基６８のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ｓｅｒ、Ｇｌｙ、Ｔｈｒ、Ａｓｐ、Ｇｌｕ、ＬｙｓまたはＶａｌ）；  残基６９のＸａａ＝（Ａｌａ、Ｐｒｏ、ＧｌｙまたはＳｅｒ）；  残基７０のＸａａ＝（Ｉｌｅ、Ｔｈｒ、ＬｅｕまたはＶａｌ）；  残基７１のＸａａ＝（Ｓｅｒ、Ｐｒｏ、Ａｌａ、Ｔｈｒ、ＡｓｎまたはＧｌｙ）；  残基７２のＸａａ＝（Ｖａｌ、Ｉｌｅ、ＬｅｕまたはＭｅｔ）；  残基７４のＸａａ＝（Ｔｙｒ、Ｐｈｅ、Ａｒｇ、Ｔｈｒ、ＴｙｒまたはＭｅｔ）；  残基７５のＸａａ＝（Ｐｈｅ、Ｔｙｒ、Ｈｉｓ、Ｌｅｕ、Ｉｌｅ、Ｌｙｓ、ＧｌｎまたはＶａｌ）；  残基７６のＸａａ＝（Ａｓｐ、Ｌｅｕ、ＡｓｎまたはＧｌｕ）；  残基７７のＸａａ＝（Ａｓｐ、Ｓｅｒ、Ａｒｇ、Ａｓｎ、Ｇｌｕ、Ａｌａ、Ｌｙｓ、ＧｌｙまたはＰｒｏ）；  残基７８のＸａａ＝（Ｓｅｒ、Ａｓｎ、Ａｓｐ、Ｔｙｒ、Ａｌａ、Ｇｌｙ、Ｇｌｎ、Ｍｅｔ、Ｇｌｕ、ＡｓｎまたはＬｙｓ）；  残基７９のＸａａ＝（Ｓｅｒ、Ａｓｎ、Ｇｌｕ、Ａｓｐ、Ｖａｌ、Ｌｙｓ、Ｇｌｙ、ＧｌｎまたはＡｒｇ）；  残基８０のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ｌｙｓ、Ｔｈｒ、Ｐｒｏ、Ｖａｌ、Ｉｌｅ、Ａｒｇ、ＳｅｒまたはＧｌｎ）；
残基８１のＸａａ＝（Ｖａｌ、Ｉｌｅ、ＴｈｒまたはＡｌａ）；  残基８２のＸａａ＝（Ｉｌｅ、Ａｓｎ、Ｖａｌ、Ｌｅｕ、Ｔｙｒ、ＡｓｐまたはＡｌａ）；  残基８３のＸａａ＝（Ｌｅｕ、Ｔｙｒ、ＬｙｓまたはＩｌｅ）；  残基８４のＸａａ＝（Ｌｙｓ、Ａｒｇ、Ａｓｎ、Ｔｙｒ、Ｐｈｅ、Ｔｈｒ、ＧｌｕまたはＧｌｙ）；  残基８５のＸａａ＝（Ｌｙｓ、Ａｒｇ、Ｈｉｓ、Ｇｌｎ、Ａｓｎ、ＧｌｕまたはＶａｌ）；  残基８６のＸａａ＝（Ｔｙｒ、Ｈｉｓ、ＧｌｕまたはＩｌｅ）；  残基８７のＸａａ＝（Ａｒｇ、Ｇｌｕ、Ｇｌｎ、ＰｒｏまたはＬｙｓ）；  残基８８のＸａａ＝（Ａｓｎ、Ａｓｐ、Ａｌａ、Ｇｌｕ、ＧｌｙまたはＬｙｓ）；  残基８９のＸａａ＝（ＭｅｔまたはＡｌａ）；  残基９０のＸａａ＝（Ｖａｌ、Ｉｌｅ、Ａｌａ、Ｔｈｒ、ＳｅｒまたはＬｙｓ）；  残基９１のＸａａ＝（ＶａｌまたはＡｌａ）；  残基９２のＸａａ＝（Ａｒｇ、Ｌｙｓ、Ｇｌｎ、Ａｓｐ、Ｇｌｕ、Ｖａｌ、Ａｌａ、ＳｅｒまたはＴｈｒ）；  残基９３のＸａａ＝（Ａｌａ、Ｓｅｒ、Ｇｌｕ、Ｇｌｙ、ＡｒｇまたはＴｈｒ）；  残基９５のＸａａ＝（Ｇｌｙ、ＡｌａまたはＴｈｒ）；  残基９７のＸａａ＝（Ｈｉｓ、Ａｒｇ、Ｇｌｙ、ＬｅｕまたはＳｅｒ）。さらに、ｒＢＭＰ３ｂおよびｍＧＤＦ−１０においては残基５３の後にＩｌｅが存在し；  ＧＤＦ−１においては残基５４の後にＴが存在し；  ＢＭＰ３においては残基５４の後にＶが存在し；  ＢＭＰ−８およびＤｏｒｓａｌｉｎにおいては残基７８の後にＧが存在し；  ｈＧＤＦ−１においては残基３７の後にＰｒｏ、Ｇｌｙ、Ｇｌｙ、Ｐｒｏが存在する。
【００６６】
一般的配列１０（配列番号７）は、一般的配列９（配列番号６）の全てを含み、そしてさらに、そのＮ末端に以下の配列（配列番号９）を含む。
【００６７】
【化４】
2014221427.tif 000005
従って、残基６で始まる一般的配列１０の各々の「Ｘａａ」は、一般的配列９について記載される各々の残基数が、一般的配列１０において５つシフトするという特徴を有する一般的配列９に関して規定される特定のアミノ酸である。従って、配列番号９における「残基１のＸａａ  ＝（  Ｔｙｒ、  Ｐｈｅ、  Ｈｉｓ、  Ａｒｇ、  Ｔｈｒ、  Ｌｙｓ、Ｇｌｎ、ＶａｌまたはＧｌｕ）」とは一般的配列１０の残基６でのＸａａをいう。一般的配列１０において、残基２のＸａａ＝（Ｌｙｓ、Ａｒｇ、Ｇｌｎ、Ｓｅｒ、Ｈｉｓ、Ｇｌｕ、ＡｌａまたはＣｙｓ）；残基３のＸａａ＝（Ｌｙｓ、Ａｒｇ、Ｍｅｔ、Ｌｙｓ、Ｔｈｒ、Ｌｅｕ、Ｔｙｒ、またはＡｌａ）；残基４のＸａａ＝Ｈｉｓ、Ｇｌｎ、Ａｒｇ、Ｌｙｓ、Ｔｈｒ、Ｌｅｕ、Ｖａｌ、Ｐｒｏ、またはＴｙｒ）；および残基５のＸａａ＝（Ｇｌｎ、Ｔｈｒ、Ｈｉｓ、Ａｒｇ、Ｐｒｏ、Ｓｅｒ、Ａｌａ、  Ｇｌｎ、Ａｓｎ、Ｔｙｒ、Ｌｙｓ、Ａｓｐ、またはＬｅｕ）  。
【００６８】
上記のように、本発明で有用な特定の現在好ましい骨形成ポリペプチド配列は、ｈＯＰ−１の好ましい参照配列を規定するアミノ酸配列と、６０％を超える同一性、好ましくは６５％を超える同一性を有する。これらの特に好ましい配列はＤｒｏｓｏｐｈｉｌａ６０Ａタンパク質を含むＯＰ−１およびＯＰ−２タンパク質の対立遺伝子変異体および統発生的対照改変体を含む。従って、特定の特に好ましい実施態様において、有用な形態形成タンパク質は、「ＯＰＸ」配列番号３、として表される本明細書中の一般的なアミノ酸配列内に１組のポリペプチド鎖を含む活性タンパク質を含み、これは、７つのシステイン骨格を規定し、そしていくつかの同定された改変体のＯＰ−１とＯＰ−２との間の相同性に適合する。本明細書中に記載されるように、所定の位置での各々のＸａａは、マウスまたはヒトＯＰ−１またはＯＰ−２のＣ末端配列において対応する位置で生じる残基から独立して選択される。
【００６９】
【化５】
2014221427.tif 000006
ここで残基２のＸａａ＝（ＬｙｓまたはＡｒｇ）；  残基３のＸａａ＝（ＬｙｓまたはＡｒｇ）；  残基１１のＸａａ＝  （ＡｒｇまたはＧｌｎ）；  残基１６のＸａａ＝（ＧｌｎまたはＬｅｕ）；  残基１９のＸａａ＝（ＩｌｅまたはＶａｌ）；  残基２３のＸａａ＝（ＧｌｕまたはＧｌｎ）；  残基２６のＸａａ＝（ＡｌａまたはＳｅｒ）；  残基３５のＸａａ＝（ＡｌａまたはＳｅｒ）；  残基３９のＸａａ＝（ＡｓｎまたはＡｓｐ）；
残基４１のＸａａ＝（ＴｙｒまたはＣｙｓ）；  残基５０のＸａａ＝（ＶａｌまたはＬｅｕ）；  残基５２のＸａａ＝（ＳｅｒまたはＴｈｒ）；  残基５６のＸａａ＝（ＰｈｅまたはＬｅｕ）；  残基５７のＸａａ＝（ＩｌｅまたはＭｅｔ）；  残基５８のＸａａ＝（ＡｓｎまたはＬｙｓ）；  残基６０のＸａａ＝（Ｇｌｕ、ＡｓｐまたはＡｓｎ）；  残基６１のＸａａ＝（Ｔｈｒ、ＡｌａまたはＶａｌ）；残基６５のＸａａ＝（ＰｒｏまたはＡｌａ）；  残基７１のＸａａ＝（ＧｌｎまたはＬｙｓ）；  残基７３のＸａａの（ＡｓｎまたはＳｅｒ）；  残基７５のＸａａ＝（ＩｌｅまたはＴｈｒ）；  残基８０のＸａａ＝（ＰｈｅまたはＴｙｒ）；  残基８２のＸａａ＝（ＡｓｐまたはＳｅｒ）；  残基８４のＸａａ＝（ＳｅｒまたはＡｓｎ）；  残基８９のＸａａ＝（ＬｙｓまたはＡｒｇ）；  残基９１のＸａａ＝（ＴｙｒまたはＨｉｓ）；および残基９７のＸａａ＝（ＡｒｇまたはＬｙｓ）。
【００７０】
さらに別の好ましい実施態様において、有用な骨形成的に活性なタンパク質は、低い、中程度の、または高度にストリンジェンシーのハイブリダイゼーション条件下で、参照モルフォゲン配列（例えば、ＯＰ−１、ＯＰ−２、ＢＭＰ２、４、５、６、６０Ａ、ＧＤＦ３、ＧＤＦ６、ＧＤＦ７などの保存的な７つのシステインドメインを規定するＣ末端配列）をコードするＤＮＡまたはＲＮＡにハイブリダイズする核酸によりコードされる配列を含む、アミノ酸配列を有するポリペプチド鎖を有する。本明細書中で使用されるように、高度にストリンジェントなハイブリダイゼーション条件は、４０％ホルムアミド、５×ＳＳＰＥ、５×デンハルト溶液、および０．１％ＳＤＳ中の３７℃、一晩での公知の技術に従うハイブリダイゼーション、ならびに０．１×ＳＳＰＥ、０．１％ＳＤＳ中の５０℃での洗浄として規定される。標準的なストリンジェンシー条件は、市販の標準的な分子クローニングテキストにおいて十分に特徴付けられている。例えば、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ  Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ、第２版、Ｓａｍｂｒｏｏｋ、ＦｒｉｔｓｃｈおよびＭａｎｉａｔｉｓ編（Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｐｒｅｓｓ：  １９８９）；  ＤＮＡ  Ｃｌｏｎｉｎｇ、Ｉ巻およびＩＩ巻（Ｄ．Ｎ．Ｇｌｏｖｅｒ編、１９８５）；Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  （Ｍ．Ｊ．  Ｇａｉｔ編、１９８４）：Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ（Ｂ．Ｄ．  ＨａｍｅｓおよびＳ．Ｊ．  Ｈｉｇｇｉｎｓ編  １９８４）；およびＢ．Ｐｅｒｂａｌ、Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｇｕｉｄｅ  Ｔｏ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ  （１９８４）を参照のこと。
【００７１】
上記のように、一般的に、本発明において有用なタンパク質は、上記の折り畳まれたポリペプチドの１対を含む、二量体タンパク質である。このような形態形成タンパク質は、還元された場合不活性であるが、酸化型ホモ二量体として活性であり、および本発明の他のタンパク質と組み合せて酸化されてヘテロ二量体を生成した場合、活性である。従って、形態形成的に活性なタンパク質における折り畳まれた１対の形態形成ポリペプチドのメンバーは、独立して、上記で述べられた特定のポリペプチドのいずれかから選択され得る。
【００７２】
本発明の材料および方法において有用な骨形成タンパク質は、上記のポリペプチド鎖のいずれかを含むタンパク質（天然に存在する供給源から単離されるか、または組換えＤＮＡもしくは他の合成技術により生成される）を含み、そしてこれらのタンパク質の対立遺伝子変異体および系統発生的対照改変体、ならびにそのムテイン、ならびに種々の短縮型構築物および融合構築物を含む。欠失変異体または付加変異体もまた活性であると想像され、この変更が折り畳まれた構造においてこれらのシステインの関係を機能的に破壊しなければ、保存的Ｃ末端６または７システインドメインを変更し得る欠失変異体または付加変異体を含む。従って、このような活性形態は、本明細書中に開示される詳細に記載された構築物の等価物とみなされる。タンパク質は、可変的なグリコシル化パターンを有する形態、可変的なＮ末端を有する形態、アミノ酸配列相同性の領域を有する関連タンパク質ファミリー、および宿主細胞における組換えＤＮＡの発現により生成された、ネイティブなまたは生合成タンパク質の活性な短縮形態または変異形態を含み得る。
【００７３】
本明細書中で意図される骨形成タンパク質は、原核生物または真核生物宿主細胞においてインタクトなもしくは短縮型ｃＤＮＡから、または合成ＤＮＡから発現され得、そして精製され、切断され、再折り畳みされ、そして二量体化されて、形態形成的に活性な組成物を形成し得る。現在好ましい宿主細胞は、原核生物（Ｅ．ｃｏｌｉを含む）または真核生物（酵母を含む）、哺乳動物細胞（例えば、ＣＨＯ細胞、ＣＯＳ細胞、またはＢＳＣ細胞）を含むがこれらに限定されない。当業者は、他の宿主細胞が有利に使用され得ることを理解する。本発明の実施において有用な骨形態形成タンパク質の詳細な説明（それらを作製する方法、使用する方法、および骨形成活性について試験する方法を包含する）は、非常に多くの刊行物（米国特許第５，２６６，６８３号および同第５，０１１，６９１号を含み、これらの開示は本明細書中に参考として援用される）、ならびに本明細書中に引用される任意の刊行物（その開示は本明細書中に参考として援用される）において開示される。
【００７４】
従って、この開示および当該分野において入手可能な知識を考慮して、熟練した遺伝子技術者は、適切なアミノ酸配列をコードする、種々の異なる生物学的種のｃＤＮＡまたはゲノムライブラリーから遺伝子を単離し得るか、またはＤＮＡをオリゴヌクレオチドから構築し得、次いでそれらを宿主細胞の種々の型（原核生物および真核生物の両方を含む）において発現させて、軟骨内骨形成を哺乳動物において刺激し得る多量の活性なタンパク質を生成し得る。
【００７５】
ＩＩ．結合剤の考慮
すでに説明したように、本明細書で使用される「結合剤」とは、本明細書中で規定される骨形成タンパク質およびマトリクスと混合される場合、骨形成および／または軟骨形成を促進する任意の生理学的に適合性の物質を意味する。特定の現在好ましい実施態様において、結合剤は、標準骨形成デバイスよりも劣性の骨形成タンパク質を使用してこのような修復を促進する。好ましい結合剤の他の特徴の中には、いくつかの例をあげると、デバイスを次のようにさせる能力がある：柔軟性、成形可能、および／または可鍛性；注射可能；骨、軟骨、筋肉および他の組織に対して接着性；洗浄および／または手術間の灌注の際の崩壊に対して耐性；および手術（縫合および術後の間の除去（ｄｉｓｌｏｄｇｉｎｇ）に対する耐性。さらに、現在の好ましい実施態様において、結合剤は、比較的低い割合で存在する場合、前述の特徴および利益を達成し得る。例えば、現在好ましい改良されたデバイスは、約１量部の結合剤および５量部のマトリクスを含む。別の現在好ましいデバイスは、１量部結合剤および３量部マトリクスを含む。本明細書中で例証されるように、広く分散する割合の改良されたデバイスは、骨形成および軟骨形成を誘導し得る。約１：１〜４：１から１０：１に達し、少なくとも１０：１を含む、ならびに約１：２〜１：５から１：１０に達し、少なくとも１：１０を含み、さらに１：２５〜１：５０に及ぶ、結合剤の量部対マトリクスの量を有する改良されたデバイスが本明細書において例示される。結合剤対マトリクスの任意の割合が、本発明を実行するために使用され得る。必要とされるのは、骨形成および軟骨形成を達成するために、マトリクスおよび骨形成タンパク質と結合剤とを混合することのみである。以下で議論するように、特定の結合剤は、マトリクスに対して同じ割合またはそれを越える割合で使用され得るが、しかしこのような薬剤は、任意のマトリクス希釈効果を測定するために本明細書中で教示されるように試験されるべきである。
【００７６】
本明細書中で有用であることが意図される結合剤は、当該技術分野において認識されるゲル化剤、懸濁化剤、粘性生成剤および乳化剤を含むが、これらに限定されない。特にセルロースガム誘導体およびアルギン酸ナトリウム、ゼラチン粉末ならびにデキストランのような当該技術分野において認識される薬剤が使用され得る。いくつかの例をあげると、より詳細には、メチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、およびヒドロキシアルキルセルロースのような薬剤を含むアルキルセルロースのようなセルロース剤である。現在最も好ましい結合剤の中には、カルボキシメチルセルロース（そのナトリウム塩を含む）がある。以下にに例証されるように、即座の本発明における使用に適切な他の結合剤には、デキストラン、マンニトール、白色鉱油、ゴマ油およびそれらの混合物が含まれるがこれらに限定されない。
【００７７】
最後に、また最も好ましい結合剤の中には、哺乳動物フィブリノーゲンとトロンビンの混合物を含むフィブリン接着剤（ｆｉｂｒｉｎ  ｇｌｕｅ）がある。本明細書中に例示されるように、好ましい結合剤であるフィブリン接着剤は、広範なフィブリノーゲンおよびトロンビンを含み得る。１量部のフィブリン接着剤および２５量部のβ−ＴＣＰマトリクスを含む特定の実施態様において、トロンビン含量は、約２．０Ｕ〜２５Ｕ、好ましくは５Ｕ〜１０Ｕ、そして最も好ましくは約２．５Ｕ〜５Ｕの範囲に及び得る。フィブリン接着剤およびコラーゲンマトリクスを含む特定の他のデバイスにおいて、トロンビン含量は、約２．０Ｕ〜２５Ｕ；好ましくは５Ｕ〜２５Ｕ、より好ましくは２．０Ｕ〜１０Ｕ、そして最も好ましくは２．５Ｕ〜５Ｕの範囲に及び得る。フィブリノーゲン含量は、例えば、約４０ｍｇ／１０００ｍｇ  β−ＴＣＰの範囲に及び得る。コラーゲン含有の改良されたデバイスにおいて、フィブリノーゲン含量は、例えば、約２０ｍｇ／１０００ｍｇコラーゲン〜約１８０ｍｇ／１０００ｍｇコラーゲンの範囲におよび得る。
【００７８】
本明細書に記載する教示を考慮して、当業者は、単なる日常的な実験および通常の技術を使用して、上で同定した結合剤の適切な等価を同定し得る。適切な結合剤候補物は、同定され、特徴づけられ、試験され、次いで以下に記載されるような骨形成デバイスにおいて使用され得る。
【００７９】
一般に、薬学的技術において懸濁剤または粘性生成剤として当該分野で認識される薬剤は、本発明における結合剤としての使用に適切である。ＵＳＰ  ＸＸＩＩ−ＮＦ  ＸＶＩＩ（Ｔｈｅ  Ｎｉｎｅｔｅｅｎ  Ｎｉｎｅｔｙ  Ｕ．Ｓ．  Ｐｈａｒｍａｃｏｐｅｉａ  ａｎｄ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｆｏｒｍｕｌａｒｙ  （１９９０））のような参照手引書が、このような薬剤を分類し、そして記載する。例えば、結合剤候補物は、注射用および非経口投与のための形成薬、乳化剤、ゲル剤、結合剤、または粘性生成剤と同じく有用であると記載された結合剤である。他の候補物は、局所的、経口または非経口投与のための成分を懸濁するために使用される薬剤である。さらに他の候補物は錠剤結合剤、崩壊剤または乳化安定剤として有用である薬剤である。さらに他の候補物は、化粧品、洗面用化粧品および食品において使用される薬剤である。任意の前述の適用のために使用される場合、候補薬物は、約０．１〜６．０％までの範囲の濃度で、通常の適用のために代表的に存在するとして記載される。最も高い標準濃度（４〜６％）で、特定の前述の候補薬物が、例えばゲルまたはペーストの形態の医薬を製造するために、製薬産業において使用される。
【００８０】
従って、それゆえ当業者は結合剤候補物を同定し得、そして日常的技術および日常的実験のみを使用して本明細書中で特に同定された好ましい結合剤の等価物を同様に認識し得る。適切な候補物が同定されると、次いで当業者は、好ましい結合剤の最終的な選択に関する以下に記載の指針に従い得る。
【００８１】
本明細書に記載された研究に類似の研究に基づいて、本明細書で開示される改良されたデバイスにおいて有用な適切な結合剤の例は、マニントール／デキストランの組み合わせ；デキストラン単独；マンニトール／白色鉱油の組み合わせ；およびゴマ油を含むがこれらに限定されない。マンニトール／デキストラン含有の改良されたデバイスは、以下のように処方された。１量部デキストラン４０、３量部マンニトール、１量部ＯＰデバイス。このように改良されたデバイスは、用量骨形成タンパク質によって、コラーゲン１ｇまたはコラーゲン０．５ｇあたり骨形成タンパク質２．５ｍｇで処方し、それによって骨形成タンパク質の用量を変化させた。本方法における使用のために、処方物を、２．５ｇマンニトール／デキストラン含有デバイスあたり約０．８ｍｌ生理食塩水で湿潤させた。次いで、４割合デキストランまたは１割合デキストランのどちらかからデキストラン単独含有デバイスを１量部ＯＰデバイスに処方し、そして２．０ｇデバイスあたり約０．８ｍｌの生理食塩水で湿潤させた。デキストランは、３，０００〜４０，０００ｍ．ｗ．の範囲に及び得る。次に、マニントール／白色鉱油デバイスを１．５量部マンニトール、１．５量部鉱油、および１量部ＯＰデバイスで処方した。この処方物は湿潤を要求しない。最終的に、ゴマ油含有の改良されたデバイスを、１量部のオイルおよび１量部のＯＰデバイスで処方した。この処方物は湿潤を要求しない。上記の改良されたデバイスは、特定結合剤、改良されたデバイスにおける割合、および即時の発明の改良されたデバイスにおいて使用され得る湿潤剤の容積の範囲を示す。化学、割合および湿潤の必要性は多様であるが、さらに全ては当該技術の範囲内である。本明細書中に記載されたラット皮下バイオアッセイにおいて試験された場合、各々の前述の改良されたデバイスが、骨形成を誘導した（カルシウム含量および％骨で測定された場合）。
【００８２】
Ａ．結合剤としてのＣＭＣ
本明細書中で教示されるように、カルボキシメチルメチルセルロース（ＣＭＣ）は、現在好ましい結合剤である。ＣＭＣは，Ｈｅｒｃｕｌｅｓ  Ｉｎｃ．、Ａｑｕａｌｏｎ（登録商標）Ｄｉｖｉｓｉｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ；  ＦＭＣ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，  Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ；  Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｃｅｌａｎｅｓｅ，Ｌｔｄ．，Ｕｎｉｔｅｄ  Ｋｉｎｇｄｏｍ；およびＨｅｎｋｅｌ  ＫＧａＡ，Ｕｎｉｔｅｄ  Ｋｉｎｇｄｏｍのような供給業者から市販されるがこれらに限定されない。カロボキシメチルセルロースナトリウムは、９０，０００〜７００，０００の範囲に及ぶ代表的な分子量の範囲を有するセルロースのカルボキシメチルエーテルのナトリウム塩である。ＣＭＣは、部分的に以下に基づいて候補結合剤として同定された：ＣＭＣは粘性増強剤として経口および局所的薬学的組成で広く使用される。ＣＭＣはまた、乳化剤（０．２５〜１．０％）、ゲル化剤（４．０〜６．０％）、注射用剤（０．０５〜０．７５％）、および錠剤結合剤（１．０〜６．０％）として、化粧品、洗面用化粧品および食料品において使用される。
【００８３】
前述の特徴が、結合剤としての適合性を示唆的にする一方、以下で詳述される実験は、ＣＭＣが本明細書で開示される改良された骨形成デバイスにおける使用に適切であることを確証した。このような確認実験は、前述の適用が、本明細書中に開示される改良された骨形成デバイスが有用である骨または軟骨の修復と少しも似ていないために必要であった。例えば、前述した適用は６％を越えるＣＭＣを少しも必要とせず、本発明の現在好ましい移植可能な改良されたデバイスは、約６％（ｗ／ｗ）を越えるＣＭＣ、そして好ましくは少なくとも約１０％のＣＭＣ、より好ましくは約１２〜２０％のＣＭＣを含み、およそ約１６％（ｗ／ｗ）すなわち５量部の標準骨形成ダデバイスは移植可能なデバイスに最も現在好ましいＣＭＣの１つである。これらのだいたいのパーセントは、骨形成タンパク質および湿潤剤を除いて結合剤と混合したマトリクスの総重量の計算に基づく。
【００８４】
本発明を実施するために重要なことは、異なる粘性を有する種々の等級のカルボキシメチルセルロースナトリウムが市販されているという事実である。カルボキシメチルセルロースナトリウムの種々の等級の粘性は報告され、以下の表１に示される（Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ  Ｅｘｃｉｐｉｅｎｔｓ（第２版），Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ  ＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎおよびＲｏｙａｌ  Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｇｒｅａｔ  Ｂｒｉｔａｉｎを参照のこと）。
【００８５】
【表１】
2014221427.tif 000007
多くの等級のカルボキシメチルセルロースが市販されており、０．７の置換の程度（ＤＳ）を有する等級が最も頻繁に使用される。ＤＳは、無水グルコース単位あたり、置換されるヒドロキシル基の平均数として規定される。ポリマーの水溶性を決定するのはこのＤＳである。置換の程度および記述される濃度の水溶液の標準的な粘性が、任意のカルボキシメチルセルロースナトリウム標識について示される。低粘度のＣＭＣ（Ａｑｕａｌｏｎ（登録商標）Ｄｉｖｉｓｏｎ，  Ｈｅｒｃｕｌｅｓ  Ｉｎｃ．，  Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）が、現在好ましい。現在好ましい置換の程度は、０．６５〜０．９０の範囲に及ぶ（ＤＳ＝０．０７，Ａｑｕａｌｏｎ（登録商標）Ｔｙｐｅ７Ｌ）。
【００８６】
上記のように、ＣＭＣはいくつかの等級−低粘度、中粘度、および高粘度で使用可能である。この点について、改良された骨形成デバイスを処方するために使用されるカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の粘度が、骨形成に重要であることが決定された。当該分野の教示とは対照的に、本明細書中で規定されるようなマトリクスを含む改良された骨形成デバイスにおいて使用される場合、高い粘性のＣＭＣが骨形成に悪影響を及ぼすことが現在発見されている。米国特許第５，５８７，８９７号（「‘８９７特許」）は、骨形成を誘導するための高い粘性（２４８０ｃＰ）（表１（上記）を参照のこと）のＣＭＣの使用を教示している。しかし、「‘８９７特許’」のデバイスは、コラーゲンのような生物学的マトリクスではなく合成ポリマーマトリクスを必要とする。意外なことに、コラーゲンのような生物学的物質がマトリクスとして使用される場合、本明細書中で教示されるように、改良されたデバイスは、骨形成および／または軟骨形成を誘導するために低い粘性のＣＭＣ（約１０〜５０ｃｐ、または５０〜２００）と共に処方されなければならない。
【００８７】
ＣＭＣデバイスを使用する毒性試験
毒性試験は、ＣＭＣ含有の改良されたデバイスを、標準デバイスの毒性と比較することで行った。標準デバイスを、２．５ｍｇ  ＯＰ−１／ｇのコラーゲンマトリクスを用いて作製した。ＣＭＣ含有の改良されたデバイスを、１：５の比率で標準デバイスに低い粘性のＣＭＣ（Ａｑｕａｌｏｎ（登録商標））を添加し、続いて照射することによって作製した。標準デバイスまたは偽デバイス（すなわち骨形成タンパク質なし）の２５ｍｇアリコートおよびＣＭＣ含有の改良デバイスまたは偽ＣＭＣデバイスの３０ｍｇアリコートを、本明細書中の他の部分に記載されるようにラット皮下部位に移植した（動物一匹あたり１つの移植片）。各処方からの３つの移植片を移植後７日、１４日、２１日および２８日で除去し、そして骨形成および軟骨形成について、そして局部的組織反応について組織学的に評価した。有害な細胞反応は観測されず、そして炎症および線維芽形成を評価することによって決定されるように、ＣＭＣの任意の有害な効果を示す証拠はなかった。ＣＭＣ含有の改良デバイスの組織学的プロフィールは、一般に標準ＯＰ−デバイスと類似した。標準的な教示を使用して測定される血清カルシウムおよびアルカリホスファターゼレベルはまた、標準骨形成デバイスのレベルに伴った。最終的に、未成熟ラットおよび成熟ラットについての標準的な毒性分析を使用したが、有意な病変は検出されなかった。
【００８８】
改良されたデバイス生物活性研究
以下に記載する一連の日常的な試験に基づいて、標準骨形成デバイスの生物活性は、ＣＭＣとの混合によって悪影響を受けなかった。むしろ生物活性は、少なくとも両方のデバイス配置と比較し得るが、手術中にデバイスを操作する能力ならびに手術および創傷縫合間に欠損部位でデバイスを保持する能力は、ＣＭＣによって増強される。これらの試験のために、照射されたＣＭＣを、移植前に標準デバイスに添加した。
【００８９】
簡単には、標準デバイス＋／−ＣＭＣからのＯＰ−１のインビボ遊離を測定する、２つの研究を実施した。１つの実験において、７５ｍｇの照射されたデバイス＋／−１５ｍｇの照射されたＣＭＣを、本明細書中に記載したようにラットの皮下部位に移植した。移植されたデバイスを、移植後１時間、１日、３日および６日で除去し続いて、８Ｍ尿素緩衝液で抽出し、；ＯＰ−１含有量を日常的なＥＬＩＳＡおよびウエスタンブロット分析によって分析した。ＯＰ−１デバイス（動物へは移植されない）を、８Ｍ尿素緩衝液で抽出し、そして内部標準として使用した。一般に、標準ＯＰデバイスおよびＣＭＣ含有の改良されたデバイスからのＯＰ−１のインビボ遊離の速度論は、類似であった。対コラーゲンマトリクスとＣＭＣとの組み合わせを含む標準デバイス改良されたデバイスによるＯＰ−１隔離（ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ）または保持における差異はないという知見は、予想外の結果である。ＣＭＣを非生物学的ポリマーマトリクスと組み合わせる場合、ＣＭＣは、骨形成タンパク質を隔離するように作用することが報告されている（例えば、米国特許第５，５９７，８９７号を参照のこと）。  
【００９０】
またインビトロ試験を行った。これらの研究において、デバイス中に残っているＯＰ−１を測定した上記のインビボ研究とは対照的に、遊離したＯＰ−１を測定した。１つの研究において、２５ｍｇのＯＰデバイスまたはＣＭＣデバイスを生理食塩水で湿潤させた。次いで、１ｍｌのウシ血清を各デバイスへ添加し、そしてデバイスを３７℃でインキュベートした。上清を除去し、そして１時間および３時間で新しい血清と交換した。デバイスとなお結合する任意のＯＰ−１を抽出するために、６時間で８Ｍ尿素を添加した。上清中のＯＰ−１濃度を日常的なＥＬＩＳＡおよびウエスタンブロット技術によって分析した。標準ＯＰデバイスおよびＣＭＣ含有の改良されたデバイスの両方が、試験した６時間について類似のタンパク質放出速度論を有した。さらに、これらの結果は、ＣＭＣが骨形成タンパク質を隔離するように作用し、それによって合成ポリマーマトリクスとの混合物からのタンパク質の放出を遅延および／または防ぐという早期の報告を考慮すると予想外であった（例えば、米国特許第５，５９７，８９７号を参照のこと）。
【００９１】
結論として、ＣＭＣは、インビボまたはインビトロにおけるコラーゲンマトリクス含有骨形成デバイスからのＯＰ−１の保持または放出を実質的に阻止しない。
【００９２】
安定性の研究
ＣＭＣ含有の標準デバイスに対する標準的ＯＰデバイスの安定性を比較する試験（表２を参照のこと）を実施した。インビトロ分析および骨形成バイオアッセイ（本明細書中の他の場所に記載される）の両方に基づいて、ＣＭＣ含有の改良されたデバイスは、少なくとも１年間３０℃で保存した場合、標準デバイスと同じ位に安定であることが観測された。データはまた、ＣＭＣが標準ＯＰデバイスと予め混合され得、そして単一の生成物配置のために最後に（ｔｅｒｍｉｎａｌｌｙ）滅菌され得ることを示唆する。このような単一生成物は、以下に例示されるような局部的な骨および軟骨欠損の修復のために有用である。
【００９３】
【表２】
2014221427.tif 000008
ＣＭＣを含有する標準デバイスの処方の間、ＣＭＣおよび骨形成タンパク質を、例えば、γ照射への曝露により別々に滅菌し、次いで滅菌された成分を合わせて、ＣＭＣを含有する標準デバイスを生成し得る。さらに、ＣＭＣは、例えば、γ照射への曝露により滅菌された、標準ＯＰデバイスおよび得られた処方物と予め混合され得る。後者のプロセスは、当該分野で最終滅菌といわれ、他の骨形成デバイスを滅菌するために用いられている。例えば、１９９６年１２月１９日にＷＯ  ９６／４０２９７として公開されたＰＣＴ／ＵＳ９６／１０３７７、および１９９７年１０月７日に発行された米国特許第５，６７４，２９２号（それらの開示は、参考として援用される）を参照のこと。本明細書中で用いる用語「滅菌」および「滅菌された」は、本発明のデバイスに結合した実質的に全ての生存可能な生物（特に、微生物、ウイルス、および他の病原体）を除去するために物理的または化学的ないずれかの手段を用いるプロセスをいう。本発明の滅菌されたデバイスは、好ましくは、Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｄｒｕｇ  Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ（ＦＤＡ）標準により決定される場合に１０−６の滅菌保証レベルを有する。例えば、γ照射されたデバイスの場合、特定のデバイスを滅菌するために必要な適切な照射線量は、１９９２年に出版された参考書「Ａｓｓｏｃｉａｔｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ」を調べることにより、容易に決定され得る。特定の生体負荷（ｂｉｏｂｕｒｄｅｎ）のデバイスについて所定の滅菌保証レベルを達成するために必要な照射線量を決定するためのガイドラインはその中に提供される。本発明のデバイスを滅菌するための線量は、好ましくは約０．５〜約４．０メガラドの範囲内であり、そして最も好ましくは約２．０〜約３．５メガラドの範囲内である。
【００９４】
さらに、ＣＭＣおよび生理食塩水が添加された骨形成デバイスの短期間の安定性を評価するために研究を行った。この研究は、２００ｍｇの別々に包装され照射されたＣＭＣが添加された標準デバイスを用いた。ＣＭＣを含有する改良されたデバイスのサンプルを取出し、そして生理食塩水で湿らせた。０、１、３、６、および２２時間で、８Ｍ尿素緩衝液を用いてＯＰ−１を抽出し、そして逆相ＨＰＬＣにより還元条件下で分析した。抽出物をまた、アルカリホスファターゼを測定する標準的な細胞に基くアッセイにより、ＯＰ−１の生物学的活性について分析した。データは、ＯＰ−１が、これらの条件下で生物学的活性を保持することを示した。これらのデータはまた、これらの成分部分（標準骨形成デバイス／ＣＭＣ／生理食塩水）の混合により生じる、ＣＭＣを含有する改良された構造デバイスが、デバイス調製後の数時間使用可能であり、産物が効力を保持する有意な手術中時間を実施者に提供することを示唆した。
【００９５】
結合剤の統合性および他の特徴の試験
当該分野で認識されるＵＳＰ法を、ＣＭＣのようなバルク結合剤の同定および特徴付けのために用いた。試験は、化学的同一性、粘度、ｐＨ、乾燥時の損失、および重金属についての試験を含んでいた。材料をまた、滅菌前の生体負荷について、ならびに内毒素、ｐＨ、外観、および照射後の滅菌性についても試験した。照射された材料の粘度、外観、およびｐＨをモニターするために安定性試験を行った。全てのレベルおよび特徴は、標準的な方法および技術を用いて決定した場合に受容可能であった。
【００９６】
例えば、ＣＭＣ（Ａｑｕａｌｏｎ（登録商標）−低粘度）を、生体負荷および内毒素含量について評価した。Ａｑｕａｌｏｎ（登録商標）  ＣＭＣ（ロット番号ＦＰ１０  １２３４２）を、ＢｉｏＷｈｉｔｔａｋｅｒ（Ｗａｌｋｅｒｓｖｉｌｌｅ，  ＭＤ，  ２１７９３）からのＫｉｎｅｔｉｃ  Ｃｈｒｏｍｏｇｅｎｉｃ  ＬＡＬアッセイを用いて内毒素（ＬＡＬ）の存在について評価した。
【００９７】
「生体負荷」は、以下の通りに測定され得る。例えば、２００ｍｇのＣＭＣサンプルを、１００ｍｌのリン酸緩衝化水に可溶化し、そして０．４５μｍフィルターを通して濾過した。フィルターを、ＴＳＡプレート上におき、そして４８時間インキュベートした。可溶化したＣＭＣの２つのサンプルに、１０〜１００ＣＦＵのＢａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓを接種し、増殖コントロールとして用いた。データは、ＣＭＣの生体負荷が少なく、そしてＣＭＣが、細菌の殺傷または細胞増殖の阻害により、この分析において妨害しないことを示唆する。
【００９８】
照射後のＣＭＣ特徴付け
照射前および照射（γ照射、２．５〜３．０メガラド）後のＣＭＣの粘度を比較する研究を行った。データは、当該分野で報告されたように、照射後に粘度が減少することを示した。これは、生物学的活性にも結合剤としてのその全体的な有用性にも影響を与えない（本明細書中に示す研究を参照のこと）が、当業者は、改良された骨形成デバイスの粘度または流動率特性を評価する場合にこの特徴を考慮すべきである。研究をまた、照射ＣＭＣの安定性を評価するために行った。結果は、照射されたＣＭＣが４℃および３０℃の両方で少なくとも６ヶ月間安定であることを示した。粘度を、安定性のパラメーターとして測定した。同様の分析および評価を、所望の処方物において使用される他の結合剤またはデバイス材料について行い得る。
【００９９】
Ｂ．結合剤としてのフィブリンのり
本明細書中で教示される「フィブリンのり」は、別の現在好ましい結合剤である。フィブリンのりは、哺乳動物フィブリノーゲンおよびトロンビンの混合物を含む。ヒトフィブリノーゲンは、Ｔｉｓｓｕｃｏｌ（登録商標）（ＩｍｍｕｎｏＡＧ，  Ｖｉｅｎｎａ，  Ａｕｓｔｒｉａ）、Ｂｅｒｉｐｌａｓｔ（登録商標）（Ｂｅｈｒｉｎｇｗｅｒｋｅ、Ｍａｒｂｕｒｇ、Ｇｅｒｍａｎｙ）、Ｂｉｏｃｏｌｌ（登録商標）（Ｃｅｎｔｒｅ  ｄｅ  Ｔｒａｎｓｆｕｓｉｏｎ  Ｓａｎｇｕｉｎｅ  ｄｅ  Ｌｉｌｌｅ（Ｐｏｕｒｓ，  Ｆｒａｎｃｅ））およびＴｒａｎｓｇｌｕｔｉｎｅ（登録商標）（ＣＮＴＳ  Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ  Ｃｅｎｔｒｅ，  Ｓｔｒａｓｂｏｕｒｇ，  Ｆｒａｎｃｅ）のような製品（しかし、これらに限定されない）において市販される。ヒトトロンビンは、ＩｍｍｕｎｏＡＧ，  Ｖｉｅｎｎａ，  Ａｕｓｔｒｉａから市販される。フィブリンのりはまた、他の哺乳動物供給源（例えば、ウシおよびマウスの供給源など）からのフィブリノーゲンおよびトロンビンから作製され得る。
【０１００】
フィブリンのりを、マトリクス材料（例えば、コラーゲンまたはβ−ＴＣＰなど）と混合された場合のそのゲル様特性およびその改良された取扱い特徴に基いて候補結合剤として同定した。フィブリンのりはまた、低炎症応答を誘発すること（以下を参照のこと）および骨形成を促進することを示した。
【０１０１】
フィブリンのりデバイスを用いる毒性研究
フィブリンのりを含有する改良されたデバイスを標準デバイスと比較する毒性研究を行った。標準デバイスを、４７．５％エタノール／０．０１％  ＴＦＡ中の１０μｇのＯＰ−１および２５ｍｇコラーゲンを混合し、そしてこの混合物を一晩凍結乾燥することにより調製した。標準デバイスを、移植前に１００μＬリン酸緩衝化生理食塩水（ＰＢＳ）で湿らせた。フィブリンのりを含有する改良されたデバイスを、５０μＬウシフィブリノーゲン（Ｓｉｇｍａ  Ｆ８６３０，  １０ｍｇ／ｍｌ）および５０μＬウシトロンビン（５０  Ｕ／ｍＬ）を、上記の通りに調製した標準デバイスに、移植直前に添加することにより調製した。次いで、標準デバイスおよびフィブリンのりを含有する改良されたデバイスを、ラットの皮下部位に本明細書中の他の場所に記載の通りに移植した。移植片を、骨および軟骨形成について、ならびに局所組織反応について組織学的に評価した。フィブリンのりを含有する改良されたデバイスは、低炎症応答および低い線維性形成を誘発した。フィブリンのりを含有する改良されたデバイスの組織学的プロフィールは、標準デバイスの組織学的プロフィールにほぼ類似していた。炎症応答と、フィブリンのりを含有する改良されたデバイスが骨形成を促進する能力との間の相関は全く現れなかった。
【０１０２】
改良されたデバイスの生物学的活性研究
研究を、インビトロでの異なるトロンビン濃度での、フィブリンのりを含有する改良されたデバイスからのＯＰ−１の放出反応速度を評価するために行った。放出反応速度は、より多量のトロンビンの添加により改良された。この研究では、５％ラクトース溶液中の１２．５μＬのＯＰ−１を、５０ｍｇのβ−ＴＣＰ、２５μＬのヒトフィブリノーゲン、および２５  Ｕ／ｍＬのヒトトロンビンまたは５０  Ｕ／ｍＬのヒトトロンビンのいずれかと混合した。混合物をガラスのバイアルに移し、そして１ｍＬの仔ウシ血清を各々に添加した。次いで、サンプルを３７℃／６０ｒｐｍにてインキュベートさせた。０〜１時間、１〜３時間、３〜５時間、および５〜２４時間にて血清サンプルを採取し、そして日常的なＥＬＩＳＡにより分析した。結果を以下の表にまとめる。
【０１０３】
【表２Ａ】
2014221427.tif 000009
ＩＩＩ．処方物および送達の考察
一般的な考察
本発明のデバイスは、日常的な方法を用いて処方され得る。必要とされる全てのことは、デバイスの送達される容積は、欠損部位での容積未満であり得る（しかし、必ずしもそうである必要はない）を心に留めた上での、１デバイスあたりの骨形成タンパク質の所望の最終濃度の決定である。タンパク質の所望の最終濃度は、タンパク質の比活性、ならびに欠損の型、容積、および／または解剖学的位置に依存する。さらに、タンパク質の所望の最終濃度は、レシピエントの年齢、性別、および／または総合的な健康に依存し得る。代表的には、少なくとも約２．５ｃｍ長の重症サイズ分節欠損について、ギャップを修復するのに充分な骨形成を誘導するために標準デバイスを用いて０．５ｍｇ〜１．７５ｍｇの骨形成タンパク質が観察されている。非重症サイズ欠損または新たな骨折の場合、欠損を修復するために標準骨形成デバイスを用いて約０．１〜０．５ｍｇのタンパク質が観察されている。一般に、本明細書中に記載される好ましいマトリクスで使用するためのタンパク質濃度は、１デバイスあたり約０．４ｍｇ〜約３．０ｍｇの範囲であり得る。投与量の最適化は単に日常的な実験を必要とし、そして当業者の技術レベル内である。
【０１０４】
本明細書中に例示されるように、骨形成タンパク質および結合剤（例えば、カルボキシメチルセルロース（低粘度、Ａｑｕａｌｏｎ（登録商標））またはフィブリンのり）を混合してパテを形成し得る。いくつかの実施態様では、生理食塩水が結合剤に添加されて、ペーストまたはパテを形成し、この中でＯＰ−１のような骨形成タンパク質が分散している。腔のような欠損の表面に塗るために、ペースト構造が用いられ得る。ペーストは、骨折欠損、軟骨欠損または骨軟骨欠損、ならびに補綴移植部位において骨欠損に塗るために用いられ得る。より流体状の構造は、欠損中または欠損の表面に沿って、チューブから歯磨き粉を押出すかまたはコーキングするのと類似の様式で注入または押出され得、その結果、デバイスのビーズが欠損部位の長さに沿って送達される。代表的には、押出されるビーズの直径は、欠損の型および欠損部位の空隙の容積により決定される。
【０１０５】
上記のように、本明細書中に定義されるような他の結合剤が、パテ様の構造を有するデバイスを処方するために用いられ得る。当業者に明らかなように、このような構造は、湿潤剤に対するキャリアの比率を調整することから生じ、湿潤剤が少なければ少ないほど、より乾燥したデバイスが生成され、そして多ければ多いほど、より湿ったデバイスを生成する。欠損を修復するために適切な正確なデバイス構造は、少なくとも欠損の型および欠損のサイズに依存する。当業者は、可変性を認識する。
【０１０６】
Ａ．結合剤としてのＣＭＣ−−処方物研究
以下の型の研究に基いて、約１．０ｇの標準骨形成デバイスに対する約０．２ｇのＣＭＣが、現在好ましい取扱い特性を有する改良されたデバイスを生じることを確立した。種々の比のＣＭＣおよびコラーゲンを合わせ、次いで生理食塩水を用いて湿らせた。ＣＭＣおよびマトリクスの、得られた各混合物を、１５ｍｌのコニカル遠心管中の水に懸濁し、そして旋回式シェーカー（１００ｒｐｍ）中に置いた。沈澱時間を、緩んだかまたは放出されたコラーゲンマトリクスの粒子がチューブ上の所定のマークまで沈澱する時に記録した。表３および図１にまとめたデータは、約０．１５〜０．２５ｇ  ＣＭＣ／ｇコラーゲンの範囲が粘着性、統合性、および取扱い特性を最大にし得ることを示唆する。
【０１０７】
【表３】
2014221427.tif 000010
ＣＭＣデバイスを湿らすのに好ましい量の生理食塩水もまた、研究した。この研究では、約０．２ｇのＣＭＣを、約１ｇの標準骨形成デバイスと混合した。種々の量の生理食塩水を添加し、そして得られるデバイスのコンシステンシーを書き留めた。この研究からの定性的および定量的な結果を、それぞれ、表４および図２にまとめる。一般に、これらのデータは、デバイスの統合性および粘着性をデバイスに保持させるのを可能にしつつ、実施者が順応させ得る湿潤剤の容積の範囲が存在することを示す。ＣＭＣのような結合剤について、データは、約１．５ｍｌより多くの、約１．８〜２．５ｍｌの生理食塩水が、現在好ましいパテコンシステンシーを有する移植可能なデバイスを達成するために（約２００ｍｇの結合剤（例えば、ＣＭＣ）と混合された約１グラムのデバイスについて）現在好ましい湿潤剤容積であることを示唆する。これを超える量の生理食塩水は、現在好ましい液体コンシステンシーを有する注射可能なデバイスを達成する。本明細書中の他の場所に例示されるように、移植可能なデバイスの構造は、開口欠損部位での使用に適切であり、一方、注射可能なデバイス構造は、閉鎖欠損部位での使用に適切である。グラムでの等価物に関して、約０．５ｇ〜約３．０ｇの生理食塩水が、所望のコンシステンシーを有する改良されたデバイスを生じることが決定されている；重量が多いほど、その構造はより注射可能である。
【０１０８】
（表４：ＣＭＣ含有デバイスのぬれ）
【０１０９】
【表４】
2014221427.tif 000011
本発明の特定の実施態様では、実際の改良された骨形成デバイスの調製は、欠損部位へのその送達の直前に起き得る。本明細書中に例示されるように、ＣＭＣを含有する改良されたデバイスは、手術の直前に混合するのに適して、現場で調製され得る。１つの実施態様では、低粘度ＣＭＣ（Ａｑｕａｌｏｎ（登録商標））が包装され、そして骨形成ＯＰ−１およびコラーゲンマトリクスとは別々に照射された。次いで、コラーゲンマトリクス中のＯＰ−１タンパク質が結合剤と混合された。このような様式で調製されたデバイスは、ＣＭＣを含まない標準デバイスと少なくとも同様に生物学的に活性であることが観察された。
【０１１０】
Ｂ．結合剤としてのフィブリンのり−−処方物研究
以下の型の研究に基いて、約１ｇのβ−ＴＣＰに添加された約５００μＬのフィブリノーゲン（ｐＨ７．４にてＰＢＳ中８０ｍｇ／ｍＬ）および５００μＬのトロンビン（０．９％  ＮａＣｌ中５０  Ｕ／ｍＬまたは２５  Ｕ／ｍＬ）が、現在好ましい取扱い特性を有する改良されたデバイスを生じることが確立された。取扱い特性に関する論点は、フィブリンのりの凝固時間、およびフィブリンのりを含有する改良されたデバイスのコンシステンシーを含む。成形可能なパテのコンシステンシーを有するデバイスが好ましい。のりが一旦凝固すると、パテの形を変更することは、より困難になる。従って、より長い凝固時間はまた、デバイスの好ましい特徴である。
【０１１１】
ウシフィブリンのりの凝固時間を、毛細管ガラスロッドを用いて重量ボート中で連続的に２０μＬのウシフィブリノーゲン溶液（ｐＨ７．４にてＰＢＳ中８０ｍｇ／ｍＬ）を２０μＬのウシトロンビン溶液（生理食塩水中５００  Ｕ／ｍＬまたは２５  Ｕ／ｍＬ）と混合することにより決定した。凝固時間をまた、０．６％  ＣａＣｌ２溶液の添加ありまたはなしで評価した。結果を以下の表に示す：
【０１１２】
【表４Ａ】
2014221427.tif 000012
フィブリンのりを含有するデバイスのコンシステンシーを、例示的なマトリクスとしてβ−ＴＣＰを含有するデバイスを用いて評価した。異なる量のウシフィブリンのりを、１００ｍｇまたは１０００ｍｇのβ−ＴＣＰ顆粒に添加し、そしてコンシステンシーを決定した。結果を以下の表にまとめる：
【０１１３】
【表４Ｂ】
2014221427.tif 000013
【０１１４】
【表４Ｃ】
2014221427.tif 000014
１．Ａｕｔｏｃｏｌｌｅ（登録商標）およびＢｉｏｃｏｌｌ（登録商標）は、Ｃｅｎｔｒｅ  ｄｅ  Ｔｒａｎｓｆｕｓｉｏｎ  Ｓａｎｇｕｉｎｅ  ｄｅ  Ｌｉｌｌｅ（Ｔｏｕｒｓ，  Ｆｒａｎｃｅ）からである。
２．Ｔｉｓｓｕｃｏｌ（登録商標）は、Ｉｍｍｕｎｏ  ＡＧ（Ｖｉｅｎｎａ，  Ａｕｓｔｒｉａ）からである。
３．Ｂｅｒｉｐｌａｓｔ（登録商標）は、Ｂｅｈｒｉｎｇｗｅｒｋｅ（Ｍａｒｂｕｒｇ，
Ｇｅｒｍａｎｙ）からである。
４．Ｔｒａｎｓｇｌｕｔｉｎｅ（登録商標）は、ＣＮＴＳ  Ｆｒａｎｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ  Ｃｅｎｔｒｅ（Ｓｔｒａｓｂｏｕｒｇ，  Ｆｒａｎｃｅ）からである。
【０１１５】
上記の研究に基いて、約１０００ｍｇのβ−ＴＣＰに対する約４０ｍｇのフィブリンのりが本明細書中で意図されたような改良されたデバイスを生じることが確立された。同じ研究に基いて、約１０００ｍｇのコラーゲンに対する約２０ｍｇのフィブリンのりが本明細書中に示される好ましい特性を有するデバイスを生じることが確立された。一般的に、データは、約２０〜２２０ｍｇのフィブリンのり／１０００ｍｇマトリクスの範囲は、正確な環境および意図される使用に依存して、粘着性、統合性、および取扱い特性を最大にし得ることを示唆する。
【０１１６】
ＩＶ．他の材料の考慮
本発明の特定の実施態様では、好ましいマトリクス材料はβ−ＴＣＰである。本発明においてマトリクスとして使用するための非合成、非ポリマー性材料の好ましい特徴は、以下を含むがこれらに限定されない：周囲の組織による高いマトリクス吸収速度および低い炎症応答。上記で考察したように、約２１２μｍ〜約４２５μｍの範囲の粒子サイズを有する焼結高燃焼β−ＴＣＰは、現在最も好ましいが、他の粒子サイズは本発明の実施に用いられ得る。
【０１１７】
画像分析法
β−ＴＣＰマトリクスの吸収速度は、標準的な画像分析法を用いて決定した。画像分析は、Ｃａ／Ｐ顆粒の粒子サイズ分布を評価する方法である。Ｃａ／Ｐ顆粒の粒子サイズは、ラットにおける移植の前および後で比較される。外植片の軟組織は、次亜塩素酸ナトリウムにより溶解され、そして残りのＣａ／Ｐ顆粒は水で数回洗浄され、そして室温にて乾燥される。粒子は、グリセロールと混合され、そしてスライドガラス上に載せられる。粒子サイズは、標準的な画像分析システム（例えば、ビデオカメラにより顕微鏡へ接続されたＢｉｏｑｕａｎｔ  ＯＳ／２）を用いて顕微鏡検査により決定される。領域および最大直径を示すアレイが、個々の粒子の寸法を表すために選択される。２５６レベルセットにおける０〜８８のグレイスケールを示す粒子の画像を選択し、そして測定する。個々の粒子からの生のデータは、平均および標準偏差を算出するために用いられる。少なくとも５０個の粒子が各データセットにおいて測定される。
【０１１８】
ラット皮下研究
以下に示す研究では、β−ＴＣＰ（Ｃｌａｒｋｓｏｎ、番号２１１０９６、ＢＤ＝０．８６、２１２〜４２５μｍ、９／６／９７）は、１０μｇのＯＰ−１ありまたはなしでＣＭＣ／血液ペーストにおいて処方され、そしてラット皮下部位に移植される。移植片を、インビボでの６週間後および１２週間後に取り出し、上記の画像分析法を用いて分析する。６週間目の結果を以下の表４Ｄにまとめる。結果は、６週間後にβ−ＴＣＰのサイズが３３４μｍから１８４μｍ（ＯＰ−１なし）および１６６μｍ（ＯＰ−１あり）に減少することを示す。ＯＰ−１処置サンプルと非処置サンプルとの間のサイズの相違は、有意ではない。しかし、６週間後にβ−ＴＣＰの直径において約５０％の減少が存在する。
【０１１９】
【表４Ｄ】
2014221427.tif 000015
【０１２０】
【表４Ｅ】
2014221427.tif 000016
炎症
一般に、小さな粒子は、大きな粒子よりも早く吸収されると仮定され得る。結果は、ＯＰ−１なしで、β−ＴＣＰ（２１２〜４２５μｍ）が、わずかに上昇した炎症応答を誘発したことを示した。しかし、炎症反応は、ＯＰ−１の用量が１０μｇから２０μｇへ増加するにつれて減少した。以前の動物試験は、１０μｍ未満の小さな粒子が、高炎症応答を誘発することを示した。それゆえ、２１２〜４２５μｍのサイズの焼結β−ＴＣＰ（１００％）粒子の使用は、吸収速度、低炎症、およびラット皮下モデルにおける骨形成を支持する能力の間の平衡である。
【０１２１】
Ｖ．  バイオアッセイ
Ａ．  骨形成活性のバイオアッセイ：軟骨内骨形成および関連性質
次に述べることは、出願者の発明の範囲内の真正の骨形成または骨形態形成タンパク質を同定および特徴づけるための例示的なプロトコルならびに骨形成デバイスを示す。
【０１２２】
ＳａｍｐａｔｈおよびＲｅｄｄｉ（Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ（１９８３）８０：６５９１−６５９５）ならびに米国特許第４，９６８，５９０号（これらの開示は、本明細書中に参考として援用される）により記載されるような、当該分野で認識された骨誘導についてのバイオアッセイを、精製プロトコルの効力を確立するために使用する。手短に言えば、このアッセイは、試験サンプルをエーテル麻酔下の同種異系レシピエントラットの皮下部位に蓄積させることからなる。胸部領域上の皮膚において無菌条件下で垂直切開（１ｃｍ）し、そしてポケットを平滑末端化解剖（ｂｌｕｎｔ  ｄｉｓｓｅｃｔｉｏｎ）により調製する。特定の状況において、約２５ｍｇの試験サンプルをポケット中深部に移植し、そして切開を、金属の皮膚クリップを用いてふさぐ。異所性部位は、正常位部位の使用から生じる可能な不明瞭さを伴わずに、骨誘導の研究を可能にする。
【０１２３】
異所性部位で生じる連続的な細胞反応は複雑である。軟骨内骨形成の多段階カスケードは以下を含む：フィブリンおよびフィブロネクチンの移植マトリクスへの結合、細胞の走化性、線維芽細胞の増殖、軟骨芽細胞への分化、軟骨形成、血管侵入、骨形成、再造形、および骨髄分化。
【０１２４】
ラットにおいて、このバイオアッセイモデルは、以下を含むマトリクス誘導性軟骨内性骨発生の段階を通して制御された進行を示す：（１）１日目、多形核白血球による一過的な浸潤；（２）２および３日目、間葉細胞の遊走および増殖；（３）５および６日目、軟骨細胞出現；（４）７日目、軟骨マトリクス形成；（５）８日目、軟骨石灰化；（６）９および１０日目、血管侵入、骨芽細胞の出現、および新規骨の形成；（７）１２〜１８日目、骨芽細胞の出現および骨の再造形；ならびに（８）２１日目、小骨における造血性骨髄分化。
【０１２５】
組織学的切片化および染色は、移植片における骨形成の程度を決定するために好ましい。トルイジンブルーまたはヘマトキシリン／エオシンを用いた染色は、軟骨内性骨の最終的な発生を明確に実証する。１２日のバイオアッセイは、骨誘導活性が試験サンプルに関連するか否かを決定するのに十分である。
【０１２６】
さらに、アルカリホスファターゼ活性は、骨形成のマーカーとして使用され得る。酵素活性は、摘出された試験材料の均質化後に分光光度的に決定され得る。活性はインビボで９〜１０日でピークに達し、そしてその後、ゆっくりと低下する。組織学により骨発生を示さないサンプルは、これらのアッセイ条件下でアルカリホスファターゼ活性を有さないはずである。このアッセイは、試験サンプルをラットから取り出した後、非常に迅速に、骨形成の定量に、および骨形成の評価を得るために有用である。例えば、いくつかのレベルの純度で骨形成タンパク質を含むサンプルを試験して、工業規模で生成され得る処方物を捜すために、最も効果的な用量／純度レベルを決定した。アルカリホスファターゼ活性レベルにより測定された結果および組織学的評価は、「骨形成単位」として示され得る。１骨形成単位は、１２日目の最大骨形成活性の半分に必要とされるタンパク質の量を示す。さらに、種々の濃度のタンパク質をアッセイすることにより、精製スキームの各工程でのインビボでの骨誘導活性についての用量曲線を構築し得る。従って、当業者は、日常的な実験法のみを用いて代表的な用量曲線を構築し得る。
【０１２７】
Ｂ．  軟骨形成：免疫組織化学、組織学および偏光光学顕微鏡
１．  免疫組織化学および組織学
手短に言えば、真正の関節軟骨の同定が、超微細構造的パラメータおよび／または生物化学的パラメータを使用して達成され得ることは、当該分野に公知である。例えば、関節軟骨は、同一視できる領域を所有する軟骨組織の連続層を形成する。表層領域を、硫酸化プロテオグリカンの相対的欠損を示すために、トルイジンブルーで染色していないかまたは不十分に染色している平板化形態および細胞外ネットワークを有する軟骨細胞によって特徴づける。トルイジンブルーを、一般的に、骨および軟骨を染色するために使用する。これは、青〜紫に色が変化する色素の凝集および重合を導く組織において、高密度にぼんやりしたネガティブ電荷の存在に基づく異なる色を生成する異染色性の染色である。骨は、酸性ムコ多糖を有する軟骨が濃い紫に染色されるのに対して青色に染色される。中央のおよび深い領域の軟骨細胞は、トルイジンブルーで染色することによって証明されたように、球状の外見を有し、そしてマトリクスは、大量の硫酸化プロテオグリカンを含む。コラーゲン線維は、マトリクスの至るところに、拡散的に存在する。軟骨細胞は、大量の粗面小胞体を有し、そして細胞外ネットワークによって包囲される。細胞周囲のネットワークは、無数の薄い、非縞状のコラーゲン線維を含む。領域間のネットワークにおけるコラーゲンは、関節軟骨に類似する電子半透明非結晶物質において緻密ではなく、そして包埋されていない。ネットワークのテリトリー間領域におけるコラーゲン線維は、軟骨組織のテリトリー間領域においてコラーゲン線維の特徴的に周期性のバンド形成を示す。
【０１２８】
Ｖｏｎ  Ｋｏｓｓａ染色は、鉱化した組織の濃い黒染色を示す。この染色は、明らかに、カルシウム塩において銀析出によって、現存の骨および新たに再生された骨を示す。代表的には、カウンター染色はサフラニン（Ｓａｆｒａｎｉｎ）Ｏであり、これは軟骨を赤−橙色に染色する。新たな骨および現存の骨は、通常従って適宜に切片を染色するうえで、形態学的に容易に区別され得る。サフラニン  Ｏ／ファストグリーンは、トルイジンブルーよりさらに特色を区別し得る。サフラニン  Ｏは、関節軟骨中の酸性ムコ多糖類を染色する塩基性色素を赤−橙色に、および補助軟骨をわずかに明るく染色するである。ファストグリーンは、細胞質を灰色−緑に染色する酸性色素である。染色は、現存する軟骨および再生された軟骨を明らかに同定し得るだけでなく、プロテオグリカンの含有量において差違を示す修復組織において２つの領域間の差違を区別し得る。
【０１２９】
骨が濃い赤を示し、および糖質が豊富にある軟骨がわずかに明るいというヘマトキシリン／エオシン染色もまた、使用し得る。マッソン  トリクロームは、修復組織において差違を区別し得る。骨のコラーゲンを青に染色しながら、軟骨および酸性ポリ多糖が豊富な修復組織、筋肉、および赤血球を、赤に染色する。
【０１３０】
組織学的な評価はまた、修復軟骨におけるグリコサミノグリカン含有量；軟骨および軟骨細胞の形態学；および、欠損界面の構造完全性および形態学を評価し得る。修復軟骨の形態学を、形成される軟骨型：グリコサミノグリカン含有量の評価による関節性対線維性、軟骨沈着の程度などによって同定し得る。
【０１３１】
当該分野でよく特徴づけられた標準方法論を使用する形態学的評価は、新しい骨および骨髄形成の評価を可能にする。例えば、本明細書中で参考として援用する開示である米国特許第５，２６６，６８３号を参照のこと。
【０１３２】
さらに、生物化学的に、軟骨組織におけるＩＩ型およびＩＸ型コラーゲンの存在は、軟骨細胞の異なる表現型の指標であるということは、当該分野において周知である。ＩＩ型および／またはＩＸ型コラーゲンの存在を、例えば、以下に示すように市販の抗体を使用する標準ゲル電気泳動、ウェスタンブロット分析、および／または免疫組織−化学的染色によって決定し得る。他の生物化学マーカーは、ヘマトキシリン、エオシン、ゴールドナー（Ｇｏｌｄｎｅｒ’ｓ）トリクロームおよびサフラニン−Ｏを含む。
【０１３３】
以下のような免疫組織化学的方法を、関節軟骨を含む軟骨組織の形成を同定するのに利用し得る。組織切片を、当該分野で公知の日常的な包埋および切片化技術を使用して調製する。ＩＩ型コラーゲンについてのエピトープを、プロテアーゼ前処理によって最初に暴露する。例えば、組織サンプルをトリス緩衝化生理食塩水（ＴＢＳ）中Ｓｉｇｍａ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ；カタログナンバー  Ｐ５１４７）の１ｍｇ／ｍｌプロナーゼ型ＸＩＶで約１０分間室温で前処理する。次いで、サンプルを、０．２％グリシンを含むＴＢＳにて洗浄した。１％Ｔｗｅｅｎ  ２０（ＴＢＳＴ）およびウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）を含むトリス緩衝液生理食塩水溶液中で、サンプルを３０分でブロックし、そしてＴＢＳＴで洗浄した。次いで、サンプルを室温で約１時間または一晩、アフィニティー精製ポリクローナルヤギ抗ヒトコラーゲンＩ型およびＩＩ型抗体と共にインキュベートする。以下に示される特定の実施例において、ヤギ抗ヒトＩ型コラーゲン抗体を、例えば、ロットナンバーＬ０５５−Ｘ９１６であるカタログナンバー１３１０−０１のＳｏｕｔｈｅｒｎ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｉｇｙ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ（Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ，Ａｌａｂａｍａ）から得；ヤギ抗ヒトＩＩ型コラーゲン抗体をまた、例えば、ロットナンバーＣ１５３−Ｔ８２６であるカタログナンバー１３２０−０１のＳｏｕｔｈｅｒｎ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓから得た。マウスまたはウサギにおいて生成される抗ヒトＩ型およびＩＩ型コラーゲン抗体、もまた、使用し得る。当業者は、ある種対別の種の使用が適切な環境を評価する。以下に示される特定の実施例のために、インキュベーションするために使用したヤギ抗ヒトＩ型およびＩＩ型コラーゲン抗体の濃度は、例えば、ＴＢＳＴにおいて１％ＢＳＡ中に希釈した各抗体について２０μｇ／ｍｌである。抗体とのインキュベーション後、サンプルを、ＴＢＳＴでリンスし、そして水槽に保持する。次いで、市販の結合抗体を加える。例えば、ヤギ抗ヒトＩ型およびＩＩ型コラーゲン抗体で処理したサンプルを、少なくとも室温で１０分間、カタログナンバーＨＫ２０９−５ＧであるＢｉｏＧｅｎｅｘ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（Ｓａｎ  Ｒａｍｏｎ，ＣＡ）からのヤギ結合抗体と共にインキュベートし得る。マウスまたはウサギ抗体と共にインキュベートしたそれらのサンプルについて、Ｄａｋｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｃａｒｐｉｎｔｅｒｉａ，ＣＡ）からのキットナンバーＫ０６１０であるＤａｋｏ  ＬＳＡＢ２を結合抗体として使用し得る。サンプルを、ＴＢＳＴで再度リンスし、そして水浴に保持する。次に、サンプルを、少なくとも約１０分間室温で、上記で同定された供給源のいずれかから市販のストレパビジン（Ｓｔｒｅｐａｖｉｄｉｎ）／アルカリホスファターゼと共にインキュベートさせる。サンプルを、再度ＴＢＳＴにてリンスする。次いで、サンプルを、約１０分間またはそれより少ない間で、適切な基質溶液での処理によって発色させる。例えば、アルカリホスファターゼ検出のために、約１００μｌの５０倍ラバメソール（ｌａｖａｍｅｓｏｌｅ）を使用する。発色のために、Ｄａｋｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのファーストレッ���を使用する。発色後、サンプルを、Ｈａｒｒｉｓヘマトキシリンおよび１％炭酸リチウムで２分間洗浄することによって対比染色する。次いでサンプルを、水性マウンティング培地にマウントし、そして軟骨形成を引き続き評価する。
【０１３４】
Ｉ型およびＩＩ型コラーゲンを染色することは、再生した副軟骨と修復組織との間の境界を決定するために有用である。一般的に、線維性の修復組織は、あまり染色されない。さらに、新たに形成した副軟骨は、残遺軟骨の小さい小棘における、ＩＩ型コラーゲン局在によって同定され得る。トルイジンブルーおよびサフラニン−Ｏはまた、軟骨層ならびに修復組織において酸性プロテオグリカンを染色するために有用である。
【０１３５】
２．偏光光学顕微鏡
偏光光学顕微鏡を、修復組織の限度と欠損に隣接する残留関節軟骨との間の接合部における原線維嵌合を評価するために使用し得る。このような顕微鏡法を、欠損からのサフラニン−Ｏ染色切片を使用して実施し得る。特定の場合において、偏光光学顕微鏡は、修復プロセスのより正確な見地を当業者に提供する。例えば、光学顕微鏡を使用して、欠損の末梢の修復組織は、残留軟骨と十分に並んで表われ得る。しかし、偏光光学顕微鏡を使用すると、修復組織のコラーゲン線維が、残留軟骨のものとあまり統合しないことが観察され得る。修復軟骨と残存軟骨との間の線維連続性の不足は、最適以下の修復の指標である。従って、修復軟骨と残存軟骨との間の干渉を定性的に評価する場合、原線維の連続性を、好ましくは本明細書以下に例示されるような偏光光学顕微鏡を使用して評価する（Ｓｈａｐｉｒｏら、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｏｎｅ  ａｎｄ  Ｊｏｉｎｔ  Ｓｕｒｇｅｒｙ
７５：５３２−５５３（１９９３）（この開示を本明細書に参考として援用する）もまた参照のこと）。
【０１３６】
本発明の実施は、以下の実施例よりさらに十分に理解され、これは、本明細書に説明のためのみに提示され、そしていかようにも本発明を限定するものとしてみなすべきではない。
【０１３７】
ＶＩ．動物研究：改良された骨形成デバイスの使用方法
Ａ．カルボキシメチルセルロースを含む改良された骨形成デバイスを使用する重症サイズ分節欠損状の修復
１．実験１：単一デバイス一致（イヌ）
この研究は、当該分野で認識されるイヌモデルでの重症サイズの尺骨分節の欠損を修復するためのコラーゲンマトリクスとカルボキシメチルセルロースと合わせたＯＰ−１の効力を示す。
【０１３８】
手短に言えば、以下に示されるデータは、標準ＯＰデバイスで処置した分節の欠損と比較して、ＣＭＣ／ＯＰ−１デバイスを受け入れた部位に少なくとも匹敵するＸ線治癒を示す。ＣＭＣ／ＯＰ−１で処置した欠損のための最終のＸ線等級（最大＝６．０）は、標準ＯＰ−１デバイスを受け入れた欠損のための４．６７±０．５８と比較して５．３３±０．５８であった。一般的には、新しい骨形成は、全ての欠損において術後早くとも２週間かかることが明らかであった。新しい骨は、術後１２週間で屠殺するまで、濃密化、硬化、および再造形を続けた。ＣＭＣ／ＯＰ−１デバイスで処置した欠損の破損に対する平均負荷は、５９．３３Ｎ±２６．７７であった。これは、標準ＯＰ−１移植片を受け入れる対側の破損に対する平均負荷は、７０％であった。組織学的に、再造形の最終の容量、質および程度は、再造形の最終的な新しい骨形成および程度における変化が動物から動物の比較において記載したが、ＣＭＣ／ＯＰ−１および標準ＯＰ−１デバイスで処置した欠損において少なくとも等価なものであった。  ＣＭＣ／ＯＰ−１デバイスで処置した欠損についての平均組織学的等級は、合計可能ポイント１６中１２．６７±１．０４であった。標準ＯＰ−１デバイスで処置した欠損のための平均組織学的等級は、１６の合計可能ポイント中、１１．４１±０．９５である。
【０１３９】
試験デバイスの説明
すでに記載しているように、組換えヒト骨形成タンパク質−１（ｒｈＯＰ−１）から成る標準デバイスは、コラーゲンマトリクスの１グラムあたり２．５ｍｇのｒｈＯＰ−１割合でウシ骨Ｉ型コラーゲンマトリクスと混合した。ｒｈＯＰ−１からなる改良デバイスと、ウシ骨Ｉ型コラーゲンマトリクスおよびカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と混合した。単一デバイスを、滅菌したバイアルに補充した。
【０１４０】
先に記載したように、開口欠損のための現在好ましいＣＭＣ含有デバイスは、わずかな一貫性を有する。単一ＣＭＣ／ＯＰ−１デバイスを、小さな鉢に乾燥させて置きそして、生理食塩水と混合した。指を使用して、開業医は、欠損のデバイスを混合し、そして一般形に形成し、次いで欠損部位にデバイスを置いた。改良されたデバイスは、さらに簡単に取り扱われそして形成され、そして手術用手袋に固着していないことが報告された。デバイスは、洗浄中および縫合中／縫合後の欠損に置いた場合、その統合性を維持した。
【０１４１】
実験設計
成体雄性雑種イヌを、周知の骨修復および再造形の特徴を理由として、利用した。全ての動物は、少なくとも２年齢であり、そして４０〜５０ポンドの重量であった。全ての動物は、Ｍａｒｔｉｎ  Ｃｒｅｅｋ  Ｋｅｎｎｅｌｓ，ＵＳＤＡ  ｎｕｍｂｅｒ  ７１−Ｂ−１０８，Ｗｉｌｌｏｗｆｏｒｄ，ＡＫによって供給された。単一のサイズを選択および重量の動物を選択するのに特別な注意を払って、骨の幾何学および負荷における変動を制限する。動物を、手術後にＸ線でスクリーニングして、適切なサイズ、骨格成熟度、および明らかな骨の異常性が存在しないことを確認する。
【０１４２】
合計３匹雄体性犬を利用した。両側の２．５ｃｍ尺骨分節欠損を作製した。全ての右側の欠損は、改良デバイスを受け入れた。（ＣＭＣ／ＯＰ−１デバイス）。全ての左側の欠損は、標準ＯＰ−１デバイスを受け入れた。隔週のＸ線像を、治癒の進行を研究するために得、そして０〜６スケールで等級付けした。屠殺時において、全ての尺骨をまとめて回収し、そして手動操作で十分に治癒したものを、ねじれにおいて力学的に試験した。分節を、組織応答、骨構築および再造形、ならびに新しい骨形成および治癒の質および量について組織学的に評価した；等級付けは、０〜１６スケールである。
【０１４３】
手術
標準無菌的技術を使用して、手術を、ハロタンガス麻酔下で実施した。長さ約４．０ｃｍの外側切開を行い、そして尺骨の露出を、切開および鋭い切開を使用して得た。１つの２．５ｃｍ分節の骨膜欠損を、のこぎりを使用して中央−尺骨において作製した。この欠損は、中央軸直径約２〜２．５倍であり、そして重症サイズ欠損を表す。すなわち、欠損は、自然に治癒しない。術間測定を、取り除いた骨の分節から行った。橈骨を、機械的安定性について維持したが、内側固定または外側固定は全く使用しなかった。この部位を、骨の細片を取り除くために生理食塩水で水をひき、そして骨髄細胞に溢流した。そのサイズを乾燥し、そして恒常性を達成した後、移植片を、注意深く欠損中に置いた。軟組織は、移植片を含むために層中に慎重に閉じられた。次いで、手順を、対側において繰り返した。
【０１４４】
Ｘ線像
前肢のＸ線像を、術後８週間まで隔週で、次いで術後１２週間で屠殺して再び入手した。標準化した照射被爆時間および強度を使用し、そしてサンドバックを、一貫した様式で末端位置に使用した。Ｘ線像を、欠損治癒の質およびスピードを評価するために、早期のＸ線像を評価し、そして比較する。Ｘ線像の等級付けは、以下のスケールに従った。
【０１４５】
【表５】
2014221427.tif 000017
屠殺
研究期間の終わりに、動物を、静脈内にバルビツール酸塩の過剰投与を用いて屠殺した。尺骨および橈骨を、すぐにまとめて集め、そして菱形に浸漬した生理食塩水に置いた。両方の尺骨を、拡大写真にし、そして標識とＸ線像を接触させた。軟組織を、欠損部位からはなれて注意深く解剖した。水冷のこぎりを、サンプルサンプルの中央においた欠損部位を有する９ｃｍの単一の長さに尺骨を切るために使用し得る。
【０１４６】
力学的試験
手動操作による治癒が十分であると思われる場合、切片作成後、直ちに、ストロークコントロールを５０ｍｍ／分の一定置換速度で作動させたＭＴＳ閉鎖式油圧試験装置（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ）でルーチン的操作法を使用し、標本をねじりの破損について試験した。簡単には、骨切片の各末端を円筒状のアルミニウムスリーブに取り付け、メタクリル酸メチルで接着した。一方の末端をしっかりと固定し、他方を反対時計方向に回転させた。イヌの尺骨は、僅かに湾曲しているので、試験装置の標本と同軸の回転を保つように標本を取り付けた。サーボ油圧材料試験システムにより、６ｃｍのレバーアームにねじり力をかけた。機械ストローク制御装置による測定と同時に、移植片置換を記録し、一方、負荷量を負荷セルから記録した。力―角度置換曲線を作成し、この曲線から、破損に対するねじりおよび角度変形量を得た後、破損に対するエネルギー吸収量を負荷量―置換曲線下の面積として計算した。
【０１４７】
組織学
力学的試験の後または未試験標本の切片作成後、直ちに、個々の標本を１０％緩衝化ホルマリン溶液に浸積して固定した。水冷ダイアモンド鋸上で標本を縦方向に二分して分けた。この操作により、非脱灰粉砕切片および非脱灰ミクロトーム切片など異なる組織調製物用に各標本から二つの部分を得た。
【０１４８】
固定後、非脱灰切片を示す標本を７０〜１００％に勾配させたエチルアルコール溶液で脱水した。次に、標本をメタクリル酸メチルモノマー内に入れ、ポリマー化させた。粉砕切片は、標本を高速度で水冷Ｍａｒｋ  Ｖ  ＣＳ６００−Ａ（Ｇｒａｎｄｂｙ，ＣＴ）切り出し鋸で厚さ約７００〜１，０００μｍの切片に切断して得た。切片をアクリルスライド上に取り付け、治金粉砕ホイールを使用して厚さ１００μｍに粉砕し、標準的技術を使って微大撮影Ｘ線撮影写真を撮った。  微大Ｘ線写真撮影後、切片をさらに、約５０μｍに粉砕し、塩基性フクシンおよびトルイジンブルーで染色して組織学的等級付けを行った。この等級付けにより、以下の修復パラメーターを評価した。癒合の質、皮質および海綿骨の外観および質、骨髄成分の存在、骨再造形および炎症反応。組織学的パラメーターの等級付けは、以下の尺度に従った。
【０１４９】
【表６−１】
2014221427.tif 000018
【０１５０】
【表６−２】
2014221427.tif 000019
結果
Ｘ線写真による評価
本研究において、標準的ＯＰデバイスで処置した部分的欠損と比較して、ＣＭＣ／ＯＰ−１デバイスを投与した部位のＸ線写真による骨治癒特性に有意差はなかった。一般に、新骨形成は、全欠損において、早くも術後２週間で認められた。新骨形成は、濃密化、圧密化および再造形をし続け、術後１２週間目に動物を屠殺した。初期の骨髄腔形成を伴う新皮質の発生が６週間評価と８週間評価との間に生じた。  ＣＭＣ／ＯＰ−１デバイス処置欠損のＸ線写真による最終的な等級は、５．３３±０．５８であった。標準的ＯＰ−１デバイスを投与した欠損の最終Ｘ線写真は、４．６７±０．５８であった。
【０１５１】
例として、一種の試験動物に対する特定の代表的観察結果を、以下に示す。
【０１５２】
右欠損（ＣＭＣ／ＯＰ−１デバイス）
術後２週間で、痕跡の放射線濃密物質が右欠損に存在したが、この欠損は、完全に架橋されなかったか、または新骨で満たされなかった。術後４週間までに、新骨の量および放射密度が有意に増加した。欠損は繋がっていたが、新骨は、十分含有されなかった。骨膜縁にそって新骨の圧密が幾分あった。この動物の左欠損と比較して同量の新骨が形成されていた。術後６週間目、新骨の放射線密度は増加し、欠損は、完全に繋がり、広範囲にわたる新骨で満たされた。宿主骨末端に初期再造形が認められ、新骨の組み込みが開始した。術後８週間目、新骨は再造形を続け、さらに多くの新骨容積が欠損縁を接合した。宿主骨末端に新骨が組み込まれ、新皮質の形成を暗示する縁にそった新骨の濃密化があった。残留単体物質は、Ｘ線写真により認められなかった。屠殺時、Ｘ線透過性領域が右側欠損の中央に存在したが、新骨縁の濃密化は、新皮質の形成を暗示した。Ｘ線写真による最終的な等級は、最高スコアの６点中、５点であった。
【０１５３】
左欠損（ＯＰ−１デバイス）
術後２週間で、痕跡の放射線濃密物質が欠損中に存在したが、この欠損は、新骨で架橋されなかったか、または満たされなかった。術後４週間までに、新骨の量および放射性密度は有意に増加し、欠損は繋がり、新骨で満たされていた。術後６週間目、新骨の放射性密度は増加し、欠損は完全に繋がり、広範囲の新骨で満たされていた。初期再造形が認められ、さらに多くの新骨容積が欠損縁を接合した。新骨は一様な密度で、宿主末端の組み込みが開始した。術後８週間目、新骨は再造形を続け、宿主骨末端が組み込まれ、欠損縁にそって新骨の濃密化が開始していた。屠殺時、欠損縁に沿った新骨の濃密化は、新皮質の初期再形成を暗示した。欠損中央内の新骨密度は、右側欠損に形成された新骨より大きかったが、外観は、この動物の左右の側面で有意差はなかった。Ｘ線写真による最終的な等級は、最高スコア６点中、５点であった。
【０１５４】
肉眼的観察
全動物の左右の標本は共に、類似した肉眼的外観を有した。動物２例では、左右の欠損はしっかりと癒合され、ほぼ同じ容積の新骨を有した。第３の動物では、左右の側面で同容積の新骨を有したが、左側は、完全に癒合されなかった。
【０１５５】
物理学的試験
ＣＭＣ／ＯＰ−１デバイスで処置した欠損平均破砕負荷量は、５９．３３Ｎ±２６．７７（ｎ＝３）であった。平均破砕負荷量は、標準的ＯＰ−１デバイスを投与した対側の平均破砕負荷量の７９％であった。これは、先に試験した無傷対照強度の９１％に相当した。平均角変形量は、３８．２２±０．６９度であった。平均破砕吸収エネルギー量は、９７．４７±４７．２１Ｎｍ度であった。
【０１５６】
標準的ＯＰ−１デバイスで処置した欠損の平均破砕負荷量は、７５．３９Ｎ±１．８８（ｎ＝２）であった。これは、先に試験した無傷対照強度の１１５％に相当した。平均角変形量は、５９．０６±２７．８０度であった。平均破砕吸収エネルギー量は、９３．４０±１７．４９Ｎｍ度であった。明記したように、標準的ＯＰ−１デバイスで処置した欠損の一つは、肉眼的に不安定であったため、試験を行わなかった。
【０１５７】
組織検査
全般的に、コラーゲンマトリクスを有する標準的ｒｈＯＰ−１デバイスで処置した欠損と一致する正常骨形成が観察された。最終容積並びに再造形の質および程度は、ＣＭＣ／ＯＰ−１および標準的ＯＰ−１デバイスを比較して、同等であった。動物間比較で、最終新骨形成および再造形度において変動が認められた。ＣＭＣ／ＯＰ−１デバイス処置欠損の平均組織学的等級は、最高総スコア１６点中、１２．６７±１．０４点であった。標準的ＯＰ−１デバイス処置欠損の平均組織学的等級は、最高総スコア１６点中、１１．４１±０．９５点であった。
【０１５８】
全般的に、左右の両欠損は、大量の新骨で繋がっていた。新骨の認識が始まり、薄層性であった。欠損縁にそって、新骨は、密度が高くなっており、新皮質を暗示した。特定例で、再造形は、右側ほど、左側では均一に進行しなかった。左側の新骨容積は、特定例で右側よりも僅かに少なかった。全欠損の中央に、延髄成分の再現が認められた。
【０１５９】
結論として、改良骨形成デバイス（ユニタリ配置）を使用し、重症サイズの部分欠損を修復した。軟骨性骨修復、物理学的強度指数、Ｘ線写真指数および組織学的指数の等級は、改良デバイスによる欠損の修復が、少なくとも標準的骨形成デバイスに匹敵したことを示唆した。
【０１６０】
２．実験２：非単一（ｕｎｉｔａｒｙ）デバイス配置を使用するＯＰ−１用量反応（イヌ）
さらに、この実験は、イヌ尺骨部分欠損モデルにおける重症サイズの大きな部分欠損を治癒するため、標準的および低用量の両ＯＰ−１製剤を使用し、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を混合した標準的骨形成デバイスの有効性を示す。
【０１６１】
下記に詳述したように、種々投与量のＯＰ−１を本実験に用いた。簡単に説明すると、ＣＭＣ無添加の低用量製剤ＯＰ−１デバイスは、新骨形成の誘発に有効であったが、標準用量ＯＰ−１デバイスより低いことが認められた。しかし、期待に反して、低用量ＣＭＣ含有デバイス処置欠損は、ＣＭＣ無添加の低用量ＯＰ−１デバイスと比較して、新骨の形成が早く、容積も大きいことを示した。  ＯＰ−１デバイス１ｇと滅菌生理食塩水３．２ｍｌを混合して標準または低用量ＯＰ−１デバイスを調製した。ＣＭＣを含む標準的または低用量ＯＰ−１デバイスは、ＣＭＣを０．２ｇ添加したＯＰ−１デバイス１ｇを滅菌生理食塩水約２ｍｌと混合して調製した。これらのデバイスを手術中に調製した。Ｘ線写真では、ＣＭＣ添加および無添加の標準用量のＯＰ−１処置部位は、外観的に類似したＸ線写真であった。標準用量のＯＰ−１部位は、低用量部位と比較して新骨形成が早く、容積も大きかった。組織検査結果より、標準的ＯＰ−１デバイスと比較してＣＭＣ含有デバイス処置部位でより進行した部分的骨欠損の治癒が示された。ＣＭＣ含有低用量デバイス処置部位は、標準用量ＯＰ−１デバイス処置部位と同等程度の宿主骨の再造形および組み込みを示したが、誘発された新骨容積は少なかった。ＣＭＣ含有標準用量ＯＰ−１デバイスで処置した欠損部位は、他の全処置群と比較して、術後１２週間目の最大平均ねじりの破損負荷量を得た（６１．９１±３５．３７Ｎ、無傷対照ねじり強度の９５％）。  ＣＭＣ部位含有低用量デバイスのねじり強度は、標準的ＯＰ−１デバイスと類似し、無傷尺骨強度の７８％および先に試験した標準的デバイス処置部位強度の９９％であった。逆に、ＣＭＣ無添加の低用量ＯＰ−１部位のねじり強度は、無傷尺骨ねじり強度の４４％しかなく、先に試験した標準的ＯＰ−１デバイスで処置した部分的欠損強度の５６％であった。
【０１６２】
試験材料
標準的ＯＰ−１デバイス（第１１表ではＯＰ−１を表す）は、２．５ｍｇ  ｒｈＯＰ−１／ｇコラーゲンマトリクスの割合でウシ骨Ｉ型コラーゲンマトリクスと混合した組み換えヒト骨形成蛋白質−１（ｒｈＯＰ−１）からなる。一種のＣＭＣデバイス（標準用量、第１１表ではＯＰ−１／ＣＭＣ，ＯＰＣＭＣを表す）は、カルボキシメチルセルロースと組み合わせたＯＰ−１デバイスからなる。低用量ＯＰ−１デバイスは、１．２５ｍｇ  ｒｈＯＰ−１／ｇコラーゲンマトリクスからなる（第１０表ではＬＯＰを表す）。標準および低用量の両用量の各ＯＰ−１デバイスは、ＣＭＣと別に包装したデバイス１ｇからなる。ＣＭＣは、バイアル当たり２００ｍｇを包装した。これは、上記に記載のＣＭＣを他成分のコラーゲンマトリクスおよび骨形成タンパク質と同時包装したユニタリデバイスと対照的である。
【０１６３】
実験計画
成熟雑種犬計１２匹を使用した。左右相称に２．５ｃｍの重症サイズの尺骨部分的欠損を作製した。動物６例の右側欠損に標準的ＯＰ−１デバイスを受けた。この群の左側欠損には、標準用量ＯＰ−１／ＣＭＣデバイスを受けた。第二群の動物６例の右側欠損に低用量ＯＰ−１デバイスを受け、左側欠損には低用量ＯＰ−１／ＣＭＣデバイスを受けた。隔週でＸ線写真を撮影し、治癒経過を検討した。屠殺時、全動物をインブロックで回収し、ねじりの物理学試験を行った。尺骨切片を組織反応、残留移植片並びに新骨形成および治癒の質および量について組織検査により評価した。
【０１６４】
動物モデル
上記に記載のように、解剖サイズ並びに骨修復および再造形特性が公知のため、成熟雄雑種犬を使用した。全動物は、骨格的に成長し、３５〜５０ポンドの体重であった。
【０１６５】
外科的手術
上記に記載したものと類似した標準的手術法を使用して、長さ約４ｃｍの側面切開を行い、鈍角および鋭角切開法を使って尺骨を暴露した。尺骨の中央に振動鋸を除いて２．５ｃｍの部分的骨骨膜欠損を作製した。この欠損は、中骨幹の約２〜２．５倍で、重症サイズの欠損、すなわち、欠損が自然治癒すると思われる欠損に相当した。手術中の測定は、除去骨切片で行った。切片の長さ、切片の二つの外径および切片の中心径を、手術報告書にｍｍで記録した。物理学的に安定化させるため、とう骨を維持した。この部位を生理食塩水で洗浄し、骨屑および溢流した骨髄細胞を除去した。部位を乾燥し、生体恒常性が得られた後、移植片を欠損に据えた。軟組織を層で閉じ、移植片を包含させた。次に、この操作を反対側で繰り返した。
【０１６６】
Ｘ線写真
上記のように、術後８週間まで隔週で前脚のＸ線写真を得、次いで術後１２週間目、屠殺時に再度撮影を行った。
【０１６７】
屠殺
手順は上記のものと同様であった。研究期間終了時に、動物を屠殺し、直ちに、尺骨および橈骨をまとめて採取し、そして生理食塩水に浸積したダイヤパー（ｄｉａｐｅｒ）内に置いた。欠損部位から軟組織を丁寧に切開して除いた。帯鋸を使用して尺骨を、試験標本の中央を中心とする欠損部位を有する９ｃｍの均一長に切断した。
【０１６８】
力学的試験
プロトコルは、上記のものと同様であった。簡単に説明すると、５０ｍｍ／分の一定置換速度でストロークを制御して作動させたＭＴＳ閉鎖型油圧試験機（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ，ＭＮ）上で、標本をねじれ破損について試験した。ねじれ力を、サーボ油圧材料試験システムにより、６ｃｍのレバーアームでかけた。負荷を負荷セルから記録しつつ、機械ストローク制御器により測定するようにして移植物置換の同時記録を行った。力―角度置換曲線を作成し、この曲線から破損ねじりおよび角変形量を得、破損エネルギー吸収量を負荷―置換曲線下の面積として計算した。
【０１６９】
組織学的検査
上記に記載のように、非脱灰切片を示す固定標本を７０〜１００％に勾配させたエチルアルコール溶液中で脱水した。次に、標本をメタクリル酸メチルモノマー中に入れ、そしてポリマー化させた。標本を高速水冷切り出し鋸で厚さ約７００〜１，０００μｍの切片に切断して粉砕切片を得た。これらの切片をアクリルスライドに取り付け、そして厚さ１００μｍに粉砕した。日常のマイクロラジオグラフィー後、切片を約５０μｍにさらに粉砕し、そして以下の修復パラメーターを評価する組織学的等級付けのために塩基性フクシンおよびトルイジンブルーで染色した：癒合の質、皮質および海綿骨の外観および質、骨髄成分の存在、骨再造形および炎症応答。
【０１７０】
Ｘ線写真による評価
術後１２週目（屠殺）で、標準用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位は、最大平均Ｘ線写真等級、５．１７／６．０点に達した。標準的ＯＰ−１デバイスの最終的なＸ線写真等級は、５．００／６．０であった。低用量ＯＰ−１部位の平均最終Ｘ線写真等級は３．８３／６．０であった。低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位の平均等級は、４．６７／６．０であった。全時間の期間で、標準用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位は、ＣＭＣ無添加の標準的ＯＰ−１より大きな平均Ｘ線写真等級を有した。全時間の期間で、低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位は、ＣＭＣ部位無添加の低用量ＯＰ−１より大きな平均Ｘ線写真等級を有した。
【０１７１】
統計学的分析により、全Ｘ線写真等級を合わせた場合（Ｋｒｕｓｋａｌ−Ｗａｌｌｉｓ一元分散分析、ｐ＝０．００４９）移植片の型について有意な効果を示した。多重比較により、全時間の期間について、標準的ＯＰ−１および標準用量ＯＰ−１／ＣＭＣデバイスの平均Ｘ線写真等級が、ＣＭＣ無添加の低用量ＯＰ−１部位より有意に大きいことを示した（それぞれ、α＝０．１０およびα＝０．０５で）。多重比較はまた、標準用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位の平均Ｘ線写真等級が、低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位より有意に大きいことを示した（α＝０．１０）。しかし、そして予想外に、標準用量ＯＰ−１デバイスの平均Ｘ線写真等級は、低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位の平均Ｘ線写真等級より有意には大きくなかった。
【０１７２】
ＣＭＣ無添加の低用量ＯＰ−１部位
術後２週間目で、新骨形成が低用量ＯＰ−１で処置した欠損６例中１例で認められた。欠損周辺に微量の放射濃密物質が存在したが、新骨は、欠損を架橋または繋げなかった。術後２週間目での平均Ｘ線写真等級は、０．１７／６．０点であった。術後４週間目、２週間目に新骨形成を示した同じ部位は、新骨容積の増加を示した。４例の欠損は、繋がり、そして１例の欠損は、４週間目に新骨で満たされた。二つの部位は、術後４週間目ではほとんど活性を示さなかった。４週間目の平均Ｘ線写真等級は、１．８３／６．０であった。術後６週間までに、低用量ＯＰ−１処置部位２例は繋がり、新骨で満たされた。２例の部位は繋がったが、新骨で不完全に満たされていた。１匹の動物は、若干早く新骨の形成を示した。１匹の動物は、新骨形成を全く示さなかった。６週間目の平均Ｘ線写真等級は、２．８３／６．０であった。６〜８週間で、さらなる新骨の形成は認められなかったが、新骨の濃密化が幾分認められ、そして若干早く再造形が生じた。８週間目の平均Ｘ線写真等級は、３．１７／６．０であった。屠殺時の術後１２週間目で、欠損はすべて、いくつかの良好に含有した新骨を示したが、その密度は、宿主骨周辺より有意に低かった。時に、宿主骨新骨接合部にＸ線透過性が存在した。１２週間目の平均Ｘ線写真等級は、３．８３／６．０であった。
【０１７３】
低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位
術後２週間目に、早期の新骨形成が低用量ＯＰ−１／ＣＭＣで処置した欠損６例中３例で認められた。新骨は、繋がらなかったか、または欠損を満たさなかったが、手術部位内にかなり含有された。２週間目の平均Ｘ線写真等級は０．８３／６．０であった。術後４週間目、新骨形成は、欠損６例中５例に存在し、欠損を繋げ、欠損をほとんど満たしていた。４週間目、平均Ｘ線写真等級は２．３３／６．０であった。６週間目で、欠損に存在する新骨密度は増加した。欠損６例中３例に宿主骨の早期の取り込みが認められた。１匹の動物は、６週間目に両側の新骨形成を何ら示さなかった。この時点の平均Ｘ線写真等級は３．００／６．０であった。６〜８週間で、さらなる新骨形成は生じなかった。早期再造形および宿主骨の取り込みが明白であった。１匹の動物は、Ｘ線写真の外観に全く変化はなかった。８週間目での平均Ｘ線写真等級は３．３３／６．０であった。予想外に、低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位は、ＣＭＣ無添加の低用量ＯＰ−１部位より、より広範囲な新骨形成および再造形を示した。欠損が新骨で完全に満たされた部位において、新骨の密度は、周囲の宿主骨より低かった。１２週間目（屠殺時）の平均Ｘ線写真等級は、４．６７／６．０であった。
【０１７４】
標準的ＯＰ−１デバイス部位
本研究における結果は、標準ＯＰ−１デバイスのこれまでの実験すべてと一致した。術後２週間目で、ＯＰ−１デバイスで処置した欠損６例中４例は、早期の新骨形成を示した。欠損２例で、広範囲に新骨が欠損を繋げたが、新骨は、欠損を満たさなかった。総合的に、新骨は十分含有されなかった。２週間目の平均Ｘ線写真等級は１．５０／６．０であった。術後４週間目で、欠損６例すべてで新骨の量および密度の増加が生じた。新骨は、全欠損を繋げた。６部位中４部位で、欠損が新骨で完全に満たされていたようであった。４週間目の平均Ｘ線写真等級は３．００／６．０であった。術後６週間目で、新骨密度が増加した。残りの欠損には、新骨は十分含まれなかった。全般的に、宿主骨末端の早期取り込みが６部位中３部位で観察された。６週間目の平均Ｘ線写真等級は、３．６７／６．０であった。６〜８週間目で、宿主骨のほとんど完全な取り込みが、６部位中３部位で明らかとなったが、全欠損において尺骨輪郭方向に再造形が生じていた。８週間目の平均Ｘ線写真等級は４．５０／６．０であった。術後１２週間（屠殺）までに、広範囲な再造形が生じていたが、新骨容積は、まだ尺骨輪郭を接合しなかった。新骨はしばしば、周囲軟組織に広がるが、標準ＯＰ−１デバイスで処置した欠損の全例で皮質のいくらかの再形成が認められた。１２週間目の平均Ｘ線写真等級は５．００／６．０であった。
【０１７５】
標準用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位
術後２週間目で、ＯＰ−１／ＣＭＣデバイスで処置した欠損６例中４例で、早期の新骨形成が認められた。欠損４例中１例でのみ新骨が十分含有されていた。欠損６例中２例で、新骨が欠損を繋げ、そして満たしたようであった。２週間目の平均Ｘ線写真等級は１．６７／６．０であった。術後４週間目で、欠損６例すべてにおいて、広範囲に新骨が生じていた。新骨は、十分に含有されていなかったが、宿主の早期の取り込みが２部位で観察された。４週間目の平均Ｘ線写真等級は１．６７／６．０であった。４〜６週間で、宿主の広範囲な再造形および取り込みが欠損の全例で生じた。新骨は、十分に含まれていなかったが、軟組織における新骨は再吸収を開始していた。６週間目での平均Ｘ線写真等級は、４．３３／６．０であった。８週間目までに、宿主骨の完全な取り込みが２部位で認められ、そして少なくとも１部位で早期の新皮質形成が明らかであった。８週間目での平均Ｘ線写真等級は４．６７／６．０であった。術後１２週間（屠殺）目で、欠損６例中３例は、宿主骨末端に広範囲な取り込みを有した。新骨は、なお欠損の外側に存在したが、広範囲な再造形が生じていた。１２週間目での平均Ｘ線写真等級は５．１７／６．０であった。
【０１７６】
肉眼観察 
ＣＭＣ添加および無添加の低用量移植片での処置部位は、ＣＭＣ添加および無添加の高用量ＯＰ−１部位と比較して、より少ない新骨容積を示した。高用量部位はすべて、肉眼的にしっかりと癒合されたが、低用量ＯＰ−１での処置部位１２例中、３例は、屠殺時でもまだしっかりと癒合されていなかった。
【０１７７】
ＣＭＣ無添加の低用量ＯＰ−１部位
全例で、形成された新骨の量は、元の欠損容積を超えなかった。新骨形成はかなり含まれていたが、６切片中２切片で骨は完全に癒合されていなかった。
【０１７８】
低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位
低用量ＯＰ−１で処置した欠損と同様に、新骨形成をかなり含有した。低用量ＯＰ−１／ＣＭＣでの処置部位６例中１例は、完全に癒合されなかった。代表的に、新骨容積は、元の欠損容積よりも少なかった。
【０１７９】
標準的ＯＰ−１デバイス部位
前の実験と同様に、標準ＯＰ−１デバイスでの処置部位の新骨容積は、元の欠損容積の２〜３倍大きかった。欠損はすべて、しっかりと癒合された。欠損６例中５例で、新骨が広範囲に軟組織に広がり、橈骨に融合された。欠損１例で、形成した新骨の容積は、他の部位より低かった。
【０１８０】
標準用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位
ＯＰ−１／ＣＭＣで処置した欠損６例中５例の新骨容積は、元の宿主骨容積を超え、そして軟組織へ広がった。新骨容積は、元の欠損容積の２〜３倍であった。１匹の動物で上記に明記したように、両側で骨容積の減少が観察された。
【０１８１】
力学的試験
力学的試験の要約を表７および表８に示す。
【０１８２】
予想外に、標準用量のＯＰ−１／ＣＭＣデバイスで処置した欠損部位は、標準デバイス群を含む他の全処置群と比較して、術後１２週間目に最大平均ねじり破損負荷を得た。平均破損負荷は６１．９１±３５．３７Ｎ（ｎ＝６）であった。これは、以前に試験した無傷尺骨のねじり強度の９５％および以前に試験した標準ＯＰ−１デバイスで処置した分節欠損強度の１２１％に相当した。標準ＯＰ−１デバイスで処置した部位は、５５．８５±３７．２６Ｎ（ｎ＝６）の平均ねじり強度、以前に試験した無傷コントロール尺骨の８６％、および以前に試験したＯＰ−１デバイスで処置した分節欠損の１１０％を有した。低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位の平均破損負荷は５０．６６±３１．６８Ｎ（ｎ＝５）、または無傷コントロール尺骨強度の７８％および以前に試験した標準ＯＰ−１デバイスで処置した分節欠損強度の９９％であった。低用量ＯＰ−１部位についての平均破損負荷は、２８．７２±１４．７１Ｎ（ｎ＝４）であった。これは、以前に試験した無傷コントロール尺骨のねじり強度の４４％および以前に試験した標準ＯＰ−１デバイスで処置した分節欠損の５６％に相当した。
【０１８３】
予想外に、動物内の破損負荷の対ｔ検定により、低用量ＯＰ−１標準デバイスを低用量ＯＰ−１／ＣＭＣデバイスと比較する場合、移植片型についての有意な効果を示した（ｐ＝０．０５９７）。低用量ＯＰ−１部位についての対平均負荷は２８．７２±１４．７１（４）であった。低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位についての対平均破損負荷は６２．８９±１８．４７（４）であった。標準用量のＯＰ−１／ＣＭＣデバイスの平均破損負荷と比較した標準ＯＰ−１デバイスの平均破損負荷の対ｔ検定において、有意差は認められなかった。
【０１８４】
【表７】
2014221427.tif 000020
【０１８５】
【表８】
2014221427.tif 000021
組織学
予想外に、標準ＯＰ−１／ＣＭＣデバイスで処置した部位は、最大平均組織学的スコア、１２．０８／１６．０点を達成した。低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位は、標準ＯＰ−１デバイス部位の平均組織学的スコア、１０．８８／１６．０点より僅かに高い１１．０７／１５．０点を達成した。低用量ＯＰ−１部位の平均組織学的等級は、９．５８／１６．０点であった。
【０１８６】
処置群ごとの平均組織学的等級の統計分析により、移植片型について有意な効果が示された（Ｋｒｕｓｋａｌ−Ｗａｌｌｉｓ一元分散分析、ｐ＝０．０２８２）。群平均値の多重比較により、標準ＯＰ−１／ＣＭＣデバイスの平均総等級がＣＭＣ無添加の低用量ＯＰ−１部位より有意に大きいことが示された（α＝０．０５）。
【０１８７】
また、癒合の質に関する等級の統計分析により、移植片型についての有意な効果が示された。予想外に、標準ＯＰ−１／ＣＭＣ部位（３．５／４．０）の癒合等級の質の平均もまた、低用量ＯＰ−１部位より有意に大きかった（２．０／４．０，α＝０．０５）。皮質の発生、残留移植片および炎症応答の平均等級と比較する場合、移植片型について有意差は認められなかった。
【０１８８】
ＣＭＣ無添加の低用量ＯＰ−１部位
新骨形成は、全低用量ＯＰ−１での処置欠損で明白であったが、欠損内の新骨量はしばしば、欠損を満たさず、そして宿主骨末端と連続しなかった。１部位では、欠損は組織学的に完全に癒合された。新骨は、組織化および再造形の早期の段階においてであった。新たに鉱化した骨の領域もまた若干認められた。
【０１８９】
低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位
低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位は、低用量ＯＰ−１部位と比較して類似した組織学的外観を有した。しかし、そして予想外に、新骨は、低用量ＯＰ−１部位と比較して低用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位において、より頻繁に宿主骨と連続的であった。骨が宿主骨と連続した例では、新骨縁の早期再造形および濃密化が明らかであった。新骨治癒が完全でなかった例では、新たに鉱化した骨の領域ならびに欠損内の線維組織領域が明らかであった。一般的に、新骨は十分含有された。欠損境界にそって進行した再造形領域が若干観察された。
【０１９０】
標準ＯＰ−１デバイス部位
広範囲の新骨形成は、全欠損を架橋した。新骨縁の早期濃密化が生じていた。若干例において、新たに鉱化した骨の領域は、成熟骨領域を接合した。欠損中央部では、小領域の残留キャリア物質が時に存在した。炎症応答は観察されなかった。新骨は、しばしば軟組織に広がっていた。再造形は、欠損／新骨境界で最も進行した。これらの領域で骨は、層板構造に再造形していた。
【０１９１】
標準ＯＰ−１／ＣＭＣ部位
標準ＯＰ−１部位と標準用量ＯＰ−１／ＣＭＣ部位との間での組織学的外観に顕著な差は存在しなかった。新骨は広範囲に欠損を繋げ、そして欠損を満たした。最も広範囲な再造形は、新骨／宿主境界で生じた。再造形した骨は、これらの領域で層板構造を有した。新たな皮質の濃密化が認められたが、まだ完全ではなかった。時に、新骨形成によって取り囲まれた少量の捕捉された残留キャリア物質が観察された。付随する炎症応答はなかった。
【０１９２】
結論
改良された骨形成デバイスは、低用量ＯＰ−１で、予想外に、低用量ＯＰ−１の標準的デバイスによる誘導より、早くかつ大容積の新骨形成を誘導した。さらに、予想外に、改良された骨形成デバイスで処置した欠損部位は、術後１２週間目に最大平均ねじり破損負荷を達成した。組織学的に、改良されたデバイスは、予想外に、最大平均スコアを達成し、そしてより頻繁に、宿主骨と連続的な新骨を示した。
【０１９３】
Ｂ．カルボキシメチルセルロースを含有する、改良された骨形成デバイスを使用する非重症的なサイズの分節欠損の修復
１．実験１：ユニタリデバイスで処置されるような閉鎖された欠損の修復の時間過程（イヌ）
この非重症的サイズギャップ研究を、改良された骨形成デバイスの注射可能な配置を評価するために行った。研究設計は、４週間モデルでの３ｍｍギャップを使用した。研究は、ＯＰ−１／ＣＭＣ／コラーゲンマトリクス配置の注射後の欠損の治癒を評価した。各動物の対側アームは、コントロールであった。さらに、未処置の欠損についての治癒の時間過程を、４、８、および１２週間で評価した。
【０１９４】
使用したプロトコルの詳細を、以下にまとめる。
【０１９５】
試験系
目的のために飼育した成体雑種イヌ（１８）を、それらの解剖学的サイズ、ならびに公知の骨修復および再造形の特徴のために、この研究において使用した。動物は、研究の開始時に約２〜４年齢であり、および２０〜３０ｋｇ（約）の重量であった。動物を、Ｘ線撮影的にスクリーニングし、正確なサイズ、骨格の成熟度、および明らかな骨異常が何も存在しないことを確認した。
【０１９６】
試験材料の説明
ＣＭＣと混合されたコラーゲンマトリクス中に組換えヒト骨形成タンパク質−１（ｒｈＯＰ−１）を含有する、改良された骨形成デバイス処方物を試験した。コントロールは、偽デバイス単独からなった。
【０１９７】
処方物１    ：コラーゲンマトリクスを有さない１００μｌ  ＣＭＣゲル（７％）中の０．３５０ｍｇ  ｒｈＯＰ−１
処方物２    ：１００μｌ酢酸／ラクトース緩衝液中の０．３５０ｍｇ  ｒｈＯＰ−１
処方物３    ：生理食塩水で湿潤された１７０ｍｇコラーゲン−ＣＭＣマトリクス中の０．３５０ｍｇ  ｒｈＯＰ−１
コントロール１：１００μｌゲル中の０ｍｇ  ｒｈＯＰ−１
コントロール２：１００μｌ酢酸／ラクトース緩衝液中の０ｍｇ  ｒｈＯＰ−１
コントロール３：生理食塩水で湿潤された１７０ｍｇコラーゲン−ＣＭＣマトリクス中の０ｍｇ  ｒｈＯＰ−１
実験設計
両側の３ｍｍ尺骨分節欠損を、全ての動物において作製した。９匹の動物は、右側欠損において３つの実験試験処方物のうちの１つを受け、それによって各型の３つの部位を試験した。左側欠損に偽デバイスを移植した。これらの動物を、術後４週間で屠殺した。残存する９匹の動物は、両側に非移植欠損を受け、そして４、８、および１２週間での時期で屠殺した（各時期で３匹）。上記のように、Ｘ線写真を撮影し、治癒の進行を研究した。ｒｈＯＰ−１処方物を受けた９匹の動物の屠殺の日の最終決定は、毎週のＸ線写真に基づいた。屠殺時に、全ての尺骨をひとまとめにして回収し、そしてねじりにおいて力学的に試験した。分節を、上述のように、組織応答、ならびに新規な骨形成の質および量、ならびに治癒の程度について、組織学によって評価した。
【０１９８】
標準的な外科技術を使用して、約２センチメートル長の側面切開を作製し、そして平滑および鋭利な切開を使用して、尺骨の曝露を得た。振動鋸を使用して右中央の尺骨において３ｍｍの欠損を作製した。橈骨は、力学的安定性のために維持したが、内部および外部の固定は何も使用しなかった。軟組織を、欠損の周囲の層において非常に注意深く閉鎖した。次いで、ｒｈＯＰ−１サンプルまたは偽デバイスを、処置スケジュールに従って部位に注射した。次いで、手順を、対側において、適切なサンプルを用いて反復した。
【０１９９】
生存する動物において、術後６週間まで、毎週、次いで、１２週間まで、２週間毎に、前肢のＸ線写真を得た。１つのさらなるＸ線を、術後１２週間での屠殺時に残存する動物から得た。Ｘ線写真を、０〜６等級のスケールの検査器によって等級づけし、そして初期のＸ線写真と比較して、欠損治癒の質およびスピードを評価した。
【０２００】
試験手順
上記に考察したように、動物を設計した時間で屠殺し、そして尺骨および橈骨をひとまとめに迅速に採集した。両方の尺骨を拡大写真撮影し、そして接触Ｘ線写真を撮影した。軟組織を、非常に注意深く、欠損部位から切開してとりだした。水冷却した鋸を使用して９ｃｍの均一な長さに尺骨を切断し、欠損部位を試験標本の中央においた。切片化後すぐに、標本を、上述のように、ＭＴＳ閉ループ液圧試験機器（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ、ＭＮ）における破損に対するねじりにおいて試験した。
【０２０１】
試験した標本および未試験の標本の両方を、既に上述したように、組織学的評価のために調製した。顕微鏡Ｘ線写真後、切片を約５０μｍにさらに粉砕し、そして修復のパラメータの組織学的評価（癒合の質、皮質骨および海綿状骨の出現および質、ならびに炎症応答を含む）のために、塩基性フクシンおよびトルイジンブルーで染色した。
【０２０２】
力学的試験、Ｘ線写真等級づけ、および組織学の記述的な統計値を評価して、治癒を特徴づけした。
【０２０３】
結果
以下の観察および代表的なデータを、（術後４週間の）日に採集した。
【０２０４】
力学的試験のまとめは、表９、１０、および１１に示す。表１１は、以前の無関係の実験におけるコントロール被験体のまとめである。一般におよび全体に、この研究の結果は、ＯＰ−１で処置された動物が加速された治癒を示すことを示す。ＯＰ−１処置された欠損は、未処置のコントロールの３分の１〜２分の１の時間において治癒された。さらに、そして予期されないことに、ＣＭＣ／ＯＰ−１／コラーゲン形成は、ＣＭＣの不在において観察されるよりもより良好な骨含有を生じた。これらの所見は、力学的に、Ｘ線写真的に、および組織学的に確認された。
【０２０５】
結論
ＣＭＣを含有する骨形成デバイス（注射可能な配置）は、閉鎖された欠損部位での非重症的なサイズの３ｍｍ尺骨分節欠損を修復するために使用され得る。
【０２０６】
【表９】
2014221427.tif 000022
【０２０７】
【表１０】
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【０２０８】
【表１１】
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２．実験２：ユニタリデバイスでの処置のような閉鎖された骨折欠損の加速された修復（イヌ）
以下は、イヌにおける骨折治癒の加速のための、注射可能な、ＣＭＣを含有するｒｈＯＰ−１処方物の効力の比較実験研究である。
【０２０９】
試験系
この目的のために飼育した成体雄性雑種イヌをこの研究において利用した。骨の幾何学および負荷における変動性を制限するために、均一なサイズおよび重量の動物を選択するにおいて特別な注意が払われた。動物を、２週間の検疫期間の間、急性および慢性の医学的状態を排除するように、臨床学的におよびＸ線写真的にスクリーニングした。
【０２１０】
標準的な無菌的技術を使用して、手術をイソフルオラン（ｉｓｏｆｌｕｏｒａｎｅ）ガス麻酔下で行い、そして心電図および心拍速度モニターによってモニターした。手術前の投薬を、麻酔誘導の約２０〜３０分前に投与した。この手術前の投薬は、アトロピン（投薬量０．０２ｍｇ／ｌｂ体重）およびアセプロミジン（投薬量０．１ｍｇ／ｌｂ体重）からなった。麻酔を、５．０ｍｇ／ｌｂ体重の投薬量でのペントサルナトリウムの静脈内注射によって投与した。誘導後、気管内チューブを置き、そして麻酔をイソフルオラン吸入によって維持した。両方の前肢を準備し、そして滅菌様式で覆った。約２センチメートル長の側面切開を作製し、そして平滑および鋭利な切開を使用して、尺骨の曝露を得た。３．０ｍｍの非重症的なサイズの欠損を、振動鋸を使用して尺骨の中央に作製した。橈骨は、力学的安定性のために維持したが、内部および外部の固定は何も使用しなかった。部位を生理食塩水で洗浄し、そして軟組織を、欠損の周囲の層において、非常に注意深く閉鎖した。適切な移植片デバイスを、処置スケジュールに従って欠損部位に注射した。次いで、手順を適切な移植片を使用して対側に対して反復した。
【０２１１】
アセプロミジン（０．７５ｃｃ／５０  ｌｂ体重）および酒石酸ブトルファノール（０．０２５ｍｇ／ｌｂ体重）を、術後必要とされるように投与した。動物に、手術後４日間、抗生物質を筋肉内投与し、そして日常的な前側−後側Ｘ線写真を手術の直後に撮影し、正確な外科的配置を保証した。動物を、体重負荷が示されるまで３×４フィートの回復籠に維持し、その後。それを、飼育場に移して、非制限的な動作を許容した。
【０２１２】
前肢のＸ線写真を、標準化された露光時間および強度を使用して、生存する動物において、４週間まで毎週、次いで、１６週間まで２週間毎に得た。Ｘ線写真を評価し、初期のＸ線写真に対して比較して、欠損治癒の質およびスピードを評価した。Ｘ線写真的な外見における変化を、新規な骨形成の存在および密度、欠損架橋の程度、および宿主骨皮質の取り込みに基づいて評価した。
【０２１３】
試験材料の説明
移植片材料は、酢酸緩衝液処方物中の組換えヒト骨形成タンパク質−１（ｒｈＯＰ−１）、およびＣＭＣ−コラーゲン中のｒｈＯＰ−１からなった。ｒｈＯＰ−１処方物を、ベヒクルのみのコントロールに対して比較した。酢酸緩衝液ｒｈＯＰ−１処方物は、１００μｌ容積中に送達される、ラクトース／酢酸緩衝液中の３．５ｍｇ／ｍｌ  ＯＰ−１からなった。ベヒクルコントロールは、ラクトース／酢酸緩衝液の１００μｌ容積からなった。ｒｈＯＰ−１／ＣＭＣ−コラーゲン処方物は、約０．４３ｍｌの生理食塩水で湿潤された、１７０ｍｇ  ＣＭＣ−コラーゲンマトリクス中の０．３５ｍｇ  ｒｈＯＰ−１からなり、ペーストのコンシステンシーを有した。コントロールＣＭＣ−コラーゲンは、約０．４３ｍｌの生理食塩水で湿潤された、１７０ｍｇ  ＣＭＣ−コラーゲンマトリクスからなり、そしてまた、１００μｌの注射可能な容積で送達された。
【０２１４】
実験設計
合計３６匹の成体雑種イヌを利用した。両側の尺骨分節欠損（３．０ｍｍ長）を全ての動物において作製した。１４匹の動物は、一方の欠損に０．３５ｍｇ  ｒｈＯＰ−１／酢酸緩衝液処方物の注射を受け、そして対側の欠損にｒｈＯＰ−１非含有の酢酸緩衝液の注射を受けた。９匹の動物は、一方の欠損に０３．５ｍｇのｒｈＯＰ−１／ＣＭＣ−コラーゲン形成の注射を受け、そして対側の欠損にＣＭＣ−コラーゲン単独の注射を受けた。２３匹の動物を、術後４、８、および１２週間の時期に屠殺した。１３匹のイヌは、移植片を伴わない両側の欠損を受け（欠損のみ）、そして術後４、８、１２、および１６週間の時期に評価した。
【０２１５】
試験手順
研究期間の終わりに、静脈内のバルビツール酸の過剰用量を使用して動物を屠殺した。尺骨および橈骨をひとまとめに迅速に採取し、そして生理食塩水を浸漬したダイアパー中に置いた。軟組織を欠損部位から注意深く切開して取り出す前に、両方の尺骨を拡大写真撮影し、そして接触Ｘ線写真を撮影した。次いで、生体力学的な試験評価のために、水冷却した鋸を使用して９ｃｍの均一な長さに尺骨を切断し、欠損を試験標本の中央においた。
【０２１６】
欠損治癒が、手動操作に基づいて十分であった場合、標本を、５０ｍｍ／分の一定の置換速度でのストローク制御において操作した、ＭＴＳ閉ループ液圧試験機器（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ、ＭＮ）でのねじりにおける破損に対して試験した。骨分節の各末端を、円柱状のアルミニウムスリーブ中に取り付け、そしてメチルメタクリレートで固めた。一方の末端を、堅く固定し、そして他方の末端を反時計周りに回転した。イヌの尺骨はわずかな湾曲を有するので、標本を偏心的に取り付け、標本の回転を試験デバイスの回転と同軸に維持した。ねじり力を、６ｃｍのレバーアームで適用した。力−角置換曲線を作製し、これから破損に対するねじれおよび角変形を得、そして破損に対するエネルギー吸収を、負荷−置換曲線までの範囲として計算した。
【０２１７】
試験した標本および未試験の標本の両方を、組織学的評価のために調製した。個々の標本を、力学的試験の直後に、または未試験の標本における切片化後に、１０％緩衝化ホルマリン溶液中の浸漬によって固定した。水で冷却したダイアモンド鋸において、標本を、その長軸を二分することによって分割した。この手順は、組織学的調製のために各標本の２つの部分を生じ、未脱石灰化グラウンドの切片化および未脱石灰化ミクロトームの切片化を含む。組織学的切片を、癒合の質、皮質骨および海綿状骨の出現および質、ならびに骨再造形について評価した。
【０２１８】
結果
肉眼的な観察
全てのｒｈＯＰ−１処置した欠損は、術後４週間の速さで新規な骨形成を有した。全ての処置した欠損は、手動で安定であり、および術後８週間と１２週間との間で再造形を開始する硬い（ｓｏｌｉｄ）新規な骨と架橋した。いくつかの欠損において、新規な骨は、欠損末端を越えて、そして欠損の周囲の重層する軟組織にまで伸長した。
【０２１９】
大部分のコントロール欠損は、大部分を力学的に試験したが、術後４週間では、手動操作に対して完全には安定でなかった。線維性組織が、しばしば存在し、そして欠損末端は、新規な骨のいくつかの徴候とともになお見られた。術後１２週間までに、大部分のコントロール欠損は安定であり、欠損の末端の時折の僅かな動作のみを伴った。
【０２２０】
Ｘ線写真の評価
ｒｈＯＰ−１処置した欠損において、新規な骨の痕跡が、術後２週間までに、欠損部位においておよびその周囲に見られた。新規な骨の量および密度は、２から４週間増加し、宿主骨皮質は、不透明になりはじめた。術後４週間と８週間との間で、ｒｈＯＰ−１処置した欠損は、欠損末端にＸ線高密度な新規な骨の有意な量および側方で欠損の架橋を有した。１２週間までに、宿主皮質は、Ｘ線高密度な架橋結合を伴って不透明化された。
【０２２１】
処置および未処置のコントロール欠損のＸ線写真の外見は、ｒｈＯＰ−１処置した欠損の外見と有意に異なった。術後２週間と３週間との間では、術後の外見に比較される、Ｘ線写真の外見における有意な変化は存在しなかった。４週間までに、宿主骨欠損末端のＸ線密度における僅かな変化が見られた。８〜１２週間まで、骨内膜領域および宿主骨末端からいくつかの新規な骨が伸長されたが、架橋は完全ではなかった。術後１６週間までには、未処置のコントロールのわずか２分の１が、完全な骨欠損治癒のＸ線写真的な徴候を示した。
【０２２２】
力学的試験
処置群および時期による平均の力学的試験の結果を、表１１Ａおよび１１Ｂにまとめる。ｒｈＯＰ−１で処置した欠損のねじり強度は、未処置のコントロールおよびベヒクルのみのコントロールよりも有意に大きく、そして以前に試験した無傷の尺骨の強度に接近した。ｒｈＯＰ−１／酢酸緩衝液処方物欠損の力学的強度は、術後４週間で無傷の尺骨強度の５９％であり、術後８週間で７７％であり、および術後１２週間で９８％であった。ｒｈＯＰ−１／ＣＭＣ−コラーゲン欠損の力学的強度は、それぞれ、４週間、８週間、および１２週間で、無傷の強度の３６％、５３％、および６６％であった。
【０２２３】
力学的に、コントロール欠損部位は、早期の時期で、ほとんど力学的安定性を有しなかったが、欠損強度は、時間とともに改良された。コントロール酢酸緩衝液を受けた欠損の力学的強度は、等しい時期での、ｒｈＯＰ−１／酢酸緩衝液処置された欠損の２３％〜３０％の間であった。コントロール欠損は、術後４週間で無傷の尺骨強度の１６％、８週間で１８％、および１２週間で２９％に等価な力学的強度を有した。ＣＭＣ−コラーゲンのみの欠損は、コントロール酢酸緩衝液欠損に、力学的強度において類似した。未処置の欠損の力学的強度は、術後４週間で９％から、術後１２週間で７０％に増加した。術後１６週間での平均の力学的強度は、２８％に減少し、これは８週間の強度の２９％に類似した。
【０２２４】
【表１１Ａ】
2014221427.tif 000025
【０２２５】
【表１１Ｂ】
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組織学的評価
ｒｈＯＰ−１欠損およびコントロール欠損の組織学は、全体的な結果、Ｘ線写真的な結果、および力学的試験の結果と十分に相関した。ｒｈＯＰ−１処置された欠損において、欠損を橋渡しする増殖性の新規な骨形成が観察され、そしていくつかの場合において皮下組織に伸長した。新規な骨は、骨内膜尺骨領域および欠損皮質の近くの骨膜から形成した。新規な骨との架橋は、術後８週間までに通常完了したが、鉱化する軟骨の範囲が存在した。欠損は、高密度の編み合わされた骨と架橋および充填され、そして宿主骨皮質の再編成が、１２週間までに観察された。
【０２２６】
処置されたおよび未処置のコントロール欠損は、線維組織癒合の徴候のみを示し、術後４週間で、小量の新規な骨が、側面の尺骨骨膜に沿って、または骨内膜領域から形成された。８週間で、線維軟骨は、コントロール欠損を充填し、鉱化軟骨の領域が、新規な骨成長の間に存在した。有意な量の新規な骨が、宿主骨皮質で形成し、そして欠損に伸長した。欠損皮質は、高密度の新規な骨形成を伴って、不透明になり、そして軟骨内の治癒が進行されたが、癒合は、完全ではなかった。１６週間までに、コントロール欠損は、新規な骨と架橋され、鉱化軟骨のいくつかのギャップが存在した。新規な骨は、宿主皮質および隣接する骨膜組織層から欠損を横切って伸長した。
【０２２７】
結論
この研究の結果は、非重症的なサイズの欠損に注入された骨形成タンパク質が、骨修復を加速し得ることを実証する。イヌの尺骨における非重症的なサイズの欠損へのｒｈＯＰ−１の局所的な経皮的な注入は、未処置のおよびベヒクルのみで処置されたコントロール欠損に比較して、増殖性の骨膜および骨内膜の新規な骨の形成を生じた。Ｘ線写真で、ｒｈＯＰ−１注入は、術後２〜３週間の早さで、新規な骨の散在性の石灰化および初期の骨折仮骨形成を生じ、術後８〜１２週間までに有意な骨架橋および宿主皮質の組込みを伴った。ｒｈＯＰ−１で処置された非重症的なサイズの欠損の力学的強度は、１２週目で無傷の尺骨の強度に達し、そしてコントロール欠損の治癒において観察される強度の２〜３倍であった。
【０２２８】
Ｃ．カルボキシメチルセルロースを含有する改良された骨形成デバイスを使用する骨折欠損の修復
１．実験１：ＯＰ−１の種々の用量を使用するヤギ骨折研究（閉鎖された欠損部位）
以下は、ヤギにおける新鮮に閉鎖された脛骨中央軸骨折欠損（５ｍｍへの伸延）の比較的ランダム化された実験研究である。
【０２２９】
実験動物の選択
ヤギが、ヒトの骨治癒速度に比較し得る骨治癒速度を有することが、当該分野において一般に認識される。従って、本研究の結果は、臨床学的設定に外挿され得る。さらに、ヤギの骨が、サイズ、構造、および力学的負荷に関してヒトの骨に対して類似性を示すことが、当業者によって理解される。
【０２３０】
本明細書中に開示および記載されるように、閉鎖された骨幹骨折についての動物モデルが、開発された。このモデルは、後肢の再現可能な標準的な骨折を許容することによって、内部骨折固定化デバイスを伴ってまたはこれを伴うことなく、自然のおよび加速された骨折の治癒の研究を促進する。簡潔には、十分に麻酔されたヤギにおいて、脛骨の中央軸の閉鎖された骨折を、３点屈曲デバイスの補助を用いて作製する。骨折の閉鎖された陥落（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）および５ｍｍへの伸延の後、外部のギブス包帯を適用する。後肢の膨潤の減少のために、ギブス包帯は、安定性を保持するために２週間毎に取り替える。２週間後、動物は骨折された足で全体重を耐え、そして４〜６週間後、骨折は臨床学的およびＸ線写真的に治癒される。ギブス包帯は、６週間後に除去される。
【０２３１】
動物は、ヤギを飼育する専門家のＲｕｉｔｅｒ（Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ）から購入する。ランダムに飼育された成体雌性乳ヤギを使用する。結果に対する発達する骨格の影響を回避するために、成体動物を使用する。動物は、骨格が成熟し、１から２年齢であり、および約５０ｋｇの重量である。
【０２３２】
実験手順
前投薬として、ケタミン１０ｍｇ／ｋｇ筋肉内およびアトロピン１．５ｍｇ筋肉内（または当該分野において認識される前述の投薬の等価物）を、完全に動物を麻酔する約１５分前に投与する。後者を、エトミデート（または当該分野において認識されるその等価物）０．３ｍｇ／ｋｇ静脈内で達成する。挿管後、麻酔を、１〜２％イソフラン（または当該分野において認識されるその等価物）で補充されたＯ２／Ｎ２Ｏ−混合物（１：１容量／容量）で維持する。
【０２３３】
３点湾曲デバイスとともに、閉鎖された中央軸骨折が得られるまで、内反の外傷を左脛骨に適用する。次いで、骨折を、手作業で整復し、そして骨折範囲の上方の皮膚を剃る。全左後肢を、注入による閉鎖された骨形成デバイスの投与のために、およびその後のギブス包帯固定について皮膚を乾燥するために、消毒薬を含有するアルコールでヨウ素処置する。骨形成デバイスを、骨折ギャップの近傍における骨折部位で注入し、骨髄腔との接触を最大にする。例えば、骨形成デバイスを、厚い骨髄吸引針を用いて髄骨内に注入する。注入後、ギブス包帯の固定を適用する。
【０２３４】
研究設計
動物を、処置：上記のように処方される、少なくともＯＰ−１、コラーゲンマトリクス、および結合剤（例えば、ＣＭＣ）を含有する骨形成デバイスの注入可能な配置中の０．５ｍｇ  ＯＰ−１（骨折の作製後直接的に）（群Ｉ）、少なくともＯＰ−１、コラーゲン、および結合剤（例えば、ＣＭＣ）を含有する注入可能なデバイス中の１．０ｍｇ  ＯＰ−１（骨折の作製後直接的に）（群ＩＶ）、骨折の作製後直接的に注入されるＯＰ−１デバイスの標準配置中の１．０ｍｇ  ＯＰ−１（０．４グラムのＯＰ−１デバイスに対応する）（群Ｖ）、およびＯＰ−１での処置なし（群ＶＩ、コントロール）に従って、３匹の動物の５つの群（Ｉ〜Ｖ）に、および９匹の動物の１つの群（ＶＩ）に分割する。処置群は、以下のように要約される：
【０２３５】
【化６】
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骨折の作成後２、４、および６週間で、動物を屠殺する。群Ｉ〜Ｖにおいて、１匹の動物を、各時間間隔で屠殺し、そして群ＶＩにおいて、３匹の動物を各時間間隔で屠殺する。コントロールに対して処置された群を比較することによって、骨折治癒に対する処置の加速された効果が決定され得る。ＯＰ−１用量の効果および注入時間についての情報は、それぞれ、群ＩＩに対する群Ｉの比較、および群ＩＩＩに対する群ＩＩの比較によって得られ得る。異なる配置間の効力における差異は、群ＩＩ、ＩＶ、およびＶの結果を評価することによって評価される。
【０２３６】
他の関連の実験において、骨形成タンパク質（例えば、ＯＰ−１）の用量は、約０．１２５〜１０．０ｍｇの範囲である。改良された骨形成デバイスの一定の他の配置は、結合剤（例えば、ＣＭＣ）の、２００ｍｇ未満のＣＭＣ／１０００ｍｇコラーゲンマトリクスから２００ｍｇを超えるＣＭＣ／１０００ｍｇコラーゲンマトリクスまでの範囲の、種々の量を含む。湿潤剤の容量は、骨形成デバイスの所望のコンシステンシー／配置を達成するために、初期に記載されるように変化される。さらに別の関連の実験において、他の結合剤（例えば、フィブリンのり）および／または他のマトリクス（例えばβ−ＴＣＰ）が使用される。
【０２３７】
欠損修復の評価
Ｘ線写真
Ｘ線は、標準化された手順に従ってなされ、２方向（前後および中間側面）において骨折部位を描写する。第１のＸ線写真を、骨折の作製のすぐ後に、そしてその後動物の屠殺まで２週間毎に撮影する。屠殺時でのＸ線写真は、ギブス包帯材料の除去後に作製され；その他全ては、インサイチュでギブス包帯材料を伴って作製される。これらは、２人の知らされていないＸ線写真家および外科医によって定性的に判断され、そして可能である場合、治癒プロセスを評価するための以下の等級づけスケールを適用する：
等級０：骨折の作製後に直接的に比較される差異なし
等級１：小量の仮骨
等級２：中程度の量の仮骨
等級３：多量の仮骨
等級４：骨折末端の消失
特別な注意が、骨折およびアラインメントの型に払われる。
【０２３８】
計算された断層撮影
左肢およびギブス包帯材料の除去後、ならびにＸ線写真の作製後、骨折範囲のＣＴスキャンを作製する。軟部組織は、より良好な質のスキャンのためにインサイチュで残存するべきである。骨折ギャップおよび仮骨の残存物が、この方法において可視可能にされ得る。さらに、仮骨の量を算定し得る。治癒プロセスの進行についてのより詳細な情報が、平面Ｘ線写真を用いるよりも、ＣＴスキャンを用いて得られ得る。
【０２３９】
生体力学的試験
ＣＴスキャンおよびその後の脛骨からの全ての軟部組織の除去後、生体力学研究を行う。骨の高度な力学的試験のための方法を、以下のように開発する：１５°の角度増加での２４方向における屈曲剛性を測定し、そしてＸ−Ｙ座標系におけるベクトルとして記載し、それによって長円を得る。長円を、対側の無傷の脛骨の長円と比較する。パラメータは、治癒効力の測定として作用するこの比較に由来し得る。最後に、破損に対するねじり試験を行い、そしてねじり強度、ねじり剛性、角度置換、および破損に対するエネルギー吸収を、対側の健常な脛骨のパーセントとして表す。対側の脛骨とのこの比較は、個体間の変化を減少するためになされる。
【０２４０】
組織学
生体力学的試験後、骨フラグメントを組織学的実験のために、特別なリングとともに保持する。骨および軟骨についての、標準的な固定、包埋、および染色技術が、使用される。特別な注意が、線維性の、骨軟骨性の、または骨性の癒合の徴候に対して払われる。組織学的スコアリング系を、骨折ギャップにおける線維組織、軟骨、新規に形成された骨、および骨髄の量を定量するために適用する。
【０２４１】
実験結果
力学的、Ｘ線写真的、および断層撮影的、および組織学的なデータは、改良された骨形成デバイスの注入可能な配置が、閉鎖された部位骨折欠損の加速された修復を導き得ることを示すことが予測される。
【０２４２】
結論
改良された骨形成デバイス（注入可能な配置）が、閉鎖された欠損部位での新鮮な脛骨中央軸骨折欠損（５ｍｍに伸延される）を修復するために使用され得る。
【０２４３】
２．実験２：種々の時間で種々の用量のＯＰ−１を使用するヤギ骨折研究（閉鎖された欠損部位）
この独立した研究はまた、改良された骨形成デバイスを使用する骨折欠損の修復を研究するための動物モデルとして、ヤギを使用する。上述の技術に類似の技術を使用して、外部固定および５ｍｍへの伸延とともに陥落を伴う新鮮に閉鎖された（ほとんど横行性のおよび単純な斜位の）骨幹骨折を、ＣＭＣを含有する骨形成デバイスを使用して処置する。
【０２４４】
研究設計は以下のようである：
【０２４５】
【化７】
2014221427.tif 000028
各群における５匹のヤギを、処置後２週間で屠殺し、および各群における５匹のヤギを、処置後４週間で屠殺する。
【０２４６】
他の関連の研究は、４週間を超える時点での骨折欠損の修復を調査し、そしてＯＰ−１のより低い投薬量およびより高い投薬量の両方を調査する。さらに、欠損部位で投与されたＣＭＣを含有するＯＰ−１デバイスの異なる全量（ｍｇ）を使用する骨折欠損の修復を研究する。１つの研究は、欠損部位に投与される４００ｍｇ全重量のデバイスを利用する。さらに別の関連の研究は、任意の上述の結合剤（例えば、フィブリンのり）、および／または任意の上述のマトリクス（例えば、β−ＴＣＰ）を利用する。
【０２４７】
欠損修復は、種々の日常的な臨床学的プロトコルを使用して評価され、上記により詳細に記載されるような、Ｘ線写真、ＣＴスキャン、生体力学的試験、および組織学を含む。
【０２４８】
実験結果
力学的、Ｘ線写真的、断層撮影的、組織学的なデータは、改良された骨形成デバイスの注入可能な配置が、閉鎖された部位骨折欠損の加速された修復を誘導し得ることを示すことが予測される。ある好ましい実施態様において、低用量の骨形成タンパク質が、特に改良された骨形成デバイスにおいて、修復を誘導するために効果的であることがまた予測される。
【０２４９】
結論
改良された骨形成デバイス（注入可能な配置）は、閉鎖された欠損部位で、新鮮に閉鎖された骨幹骨折（５ｍｍに伸延される）を修復するために使用され得る。
【０２５０】
Ｄ．カルボキシメチルセルロースを含有する改良された骨形成デバイスを使用する骨軟骨欠損の修復
１．実験１：十分な厚さの骨軟骨欠損（イヌ）
イヌ骨軟骨栓欠損モデルを使用する研究を、骨軟骨／軟骨欠損を修復するための改良された骨形成デバイスの効力を実証するために行った。移植片の４つの処方物を評価した。これらは（１）ｒｈＯＰ−１およびコラーゲンマトリクスを含む標準骨形成デバイス、（２）ｒｈＯＰ−１、コラーゲンマトリクス、およびカルボキシメチレルセルロース（ＣＭＣ）結合剤を含む改良された骨形成デバイス、（３）コラーゲンマトリクスのみ、または（４）コラーゲンマトリクスおよびＣＭＣ結合剤を包含する。
【０２５１】
簡潔には、十分な厚さの欠損（直径５ｍｍおよび軟骨下の骨に６ｍｍ伸長する）を、４匹の成体雑種イヌの内側大腿顆に対して、両側に作製した。成体雄性雑種イヌを、それらの解剖学的なサイズ、ならびに骨修復および再造形の特徴の理由で選択した。特別な注意が、骨幾何学および関節充填における可変性を制限するために、均一なサイズおよび重量の動物を選択するうえで払われた。動物を、適切なサイズ、骨格成熟度、および明白な骨異常が何も存在しないことを確実にするために、手術の前にＸ線写真的にスクリーニングした。左側の欠損は、２匹の動物において、標準骨形成デバイスを受け、そして他の２匹の動物において、改良された骨形成デバイスを受けた。右側の欠損は、１匹の動物においてマトリクス単独を受け、１匹の動物においてマトリクス／結合剤を受け、そして残りの２匹の動物においては処置されなかった。
【０２５２】
試験デバイスの記載
標準骨形成デバイスは、ウシＩ型骨コラーゲンマトリクスとともに混合されたｒｈＯＰ−１からなった（２．５ｍｇ  ｒｈＯＰ−１／ｇマトリクス）。改良された骨形成デバイスは、２０ｍｇのＣＭＣと組み合わされた、１００ｍｇのＯＰ−１／コラーゲンマトリクスの標準骨形成デバイスを含んだ（合計１２０ｍｇ）。コントロールは、ウシＩ型骨コラーゲンマトリクス単独、およびＣＭＣを伴うコラーゲンマトリクスからなった。両方を、１００ｍｇの量において供給した。
【０２５３】
研究設計
研究設計を表１２にまとめる。
【０２５４】
【表１２】
2014221427.tif 000029
手術
標準的な無菌技術を使用して、手術をイソフルオランガス麻酔下で行った。麻酔を、５．０ｍｇ／ｌｂ体重の投薬量で、ペントサルナトリウムの静脈内注射によって投与した。約４センチメートルの長さの内側の膝蓋傍（ｐａｒａｐａｔｅｌｌａｒ）の切開を作製した。膝蓋を、大腿顆を曝露するために、側方に引っ込めた。欠損深度（６ｍｍ）の過剰なドリリングを防止するために特別に設計された鋸を有する５ｍｍのドリルビットを使用して、最終的な欠損を作製した。滅菌生理食塩水を、移植の直前に、改良された骨形成デバイスに添加し、そして混合した。生理食塩水で欠損を洗浄し、骨残渣およびこぼれた髄細胞を除去した後、適切なデバイスを平滑なプローブ（ｐｒｏｂｅ）を使用して欠損部位に充填した。デバイスが関節をなす表面と平らになるように十分なデバイスを欠損内に置いた。次いで、関節被膜および軟組織を、層中に閉鎖した。手順を、適切な移植片を用いて、対側に対して反復した。
【０２５５】
評価および末端手順
以下に記載するように、骨軟骨治癒を、日常的な手順を使用して肉眼的におよび組織学的に評価した。ラジオグラフを使用して治癒を評価した。
【０２５６】
術後１２週間で、各動物を、静脈内のバルビツール酸過剰用量によって屠殺した。右側および左側の両方の遠位の大腿骨を、ひとまとめに採集し、そして肉眼的な等級づけおよび顕微鏡写真を完了するまで冷却生理食塩水中に維持した。次いで、標本を、４％  パラホルムアルデヒド固定液中に置き、全ての必要な同定物で標識し、そして屠殺後約１０日間、輸送される（ｓｈｉｐｐｅｄ）まで４℃で保存した。標本を輸送する直前に、関節欠損を中央にして標本を小さなブロックに切って調整した。
【０２５７】
肉眼的な分析
各々の採集された欠損を、肉眼的な見かけについて等級づけした。この分析は、関節内癒着の形成、関節表面の回復、軟骨の侵食および出現に基づく点を配分する。合計８点が最高である。肉眼的な等級づけのスケールを、表１３に記載する。
【０２５８】
【表１３−１】
2014221427.tif 000030
【０２５９】
【表１３−２】
2014221427.tif 000031
組織学
全ての標本を、組織学的評価のために調製した。個々の標本を、４％パラホルムアルデヒド溶液中の浸漬によ０って固定した。さらに、本明細書中の他の場所に記載されるように、日常的な手順を使用して、組織分類づけ分析を、コラーゲンの型および組織組成のパーセントを特徴づけするために行った。各標本からの１つの、サフラニン−Ｏおよびファスト  グリーン染色で染色した（マトリクス中のグリコサミノグリカン含量を示すために）脱石灰されていない切片を、評価のために戻した。
【０２６０】
組織学的切片は、修復軟骨の性質、構造的特性、および細胞の変化に基づいた。組織学的等級づけのスケールを、表１４に記載する。
【０２６１】
【表１４】
2014221427.tif 000032
結果
全ての手術は、術後の合併症を伴わずに平穏無事であった。概して、いくつかの医学的な膝の膨潤が、術後４日目に、全ての４匹の動物において両側に観察され、そして術後１０日目までに静まった。動物は、移植された物質または実験手順に関連する任意の有害な反応を経験しなかった。
【０２６２】
肉眼的な評価
平均の肉眼的な評価の等級のまとめを、表１５に示す。
【０２６３】
【表１５】
2014221427.tif 000033
組織学的な評価
未処置の欠損、およびＯＰ−１、コラーゲンマトリクス、およびＣＭＣの改良された骨形成デバイスで処置された欠損は、それぞれ、２４の最高点のうちの１５および１６．５の最も高い平均の組織学的な等級を受けた。しかし、これらの群のそれぞれにおいて、１つの標本は、他のものよりも顕著により良好に見えた。しかし、コラーゲンマトリクスのみ、ＣＭＣを伴うコラーゲンマトリクス、および標準骨形成デバイスで処置された部位は、改良された骨形成デバイスで処置された部位よりも、わずかにより一貫して、およびより低くスコアされた（ｎ＜２）。平均の組織学的な等級のまとめを表１６に示す。
【０２６４】
【表１６】
2014221427.tif 000034
予期されないことに、改良された骨形成デバイスで処置された部位は、新規な修復組織の性質について、修復の構造的特性について、および修復軟骨または周囲のインタクトな軟骨の分解を最小化するについて、最も高い平均スコアを達成した。改良された骨形成デバイス部位はまた、最も高い全体の総スコアを受けた。これらの結果は、１匹の動物のスコアによって加重値を与えられ、この動物において、細胞および組織の形態学は、関節軟骨と一致した。修復軟骨は、インタクトな軟骨と連続され、そして修復の厚さは、インタクトな軟骨と同じであった。肋軟骨下の骨層はまた、完全に回復された。治癒は、ＣＭＣを伴うかまたは伴わないＯＰ−１／コラーゲンマトリクスで処置された他の部位で進行しなかった。より低いスコアは、修復組織の不完全な分化、不完全な肋軟骨下の骨回復、および修復の一様でない厚さの結果であった。残余の移植片またはキャリア物質は、任意の切片において観察されなかった。
【０２６５】
動物内での比較は、３匹の動物において、ＣＭＣを伴うか、またはＣＭＣを伴わないでＯＰ−１を含有するデバイスを受ける欠損（全て、左側の欠損）は、コントロールマトリクスを受けたかまたは未処置の、対側の欠損に等しいかまたはより優れた組織学的な等級を達成した。
【０２６６】
予期されないことに、ＣＭＣを伴わないＯＰ−１デバイスは、骨および軟骨の形成を誘導したが、かなりの線維組織の存在を伴うより無秩序な様式であった。未処置のまたはキャリア単独のサンプルは、線維軟骨および高密度の結合組織によって充填された。
【０２６７】
これらのデータは、改良された骨形成デバイスで達成された予期されない優れた修復が、次いで欠損部位でのデバイス自身の混入を影響する、結合剤を伴わない標準骨形成デバイスと比較した、その一貫性の差異と関連すること示唆する。処方物の癒着および分解特性は、関節の動力学的な性質を与えられる関節軟骨欠損において重要であることが予測される。
【０２６８】
Ｉ型およびＩＩ型コラーゲンの免疫染色、ならびに偏光光学顕微鏡
この研究はまた、デバイスなし、２つの型のマトリクスのみの組成物（マトリクスおよびマトリクス／結合剤）、またはＯＰ−１を伴う両方のマトリクス組成物で処置された欠損部位でのコラーゲン修復を比較するために、切片を染色した。
【０２６９】
概して、コラーゲンＩ型抗体を使用して、既存の横たわる肋軟骨下の骨、ならびに新規に再生された骨の染色を観察した。新規に再生された骨は、位相差顕微鏡下で観察される場合、より無秩序なマトリクスの領域の存在によって既存の骨とは僅かに異なった。ＩＩ型コラーゲン抗体を使用して、既存の関節軟骨が、欠損における修復された組織と同様に定性的に染色されたが、新規な組織の染色は、あまり強くなかった。改良された骨形成デバイスで処置された少なくとも１つの欠損において、完全な肋軟骨下の骨の再生が、上部に沿って再生された関節様軟骨とともに観察された。この再生された軟骨の細胞マトリクスは、既存の関節軟骨に同一ではなかったが、大きなゆるい束から構成される可視可能な細胞マトリクスが、位相差下で見られ得た。
【０２７０】
改良された骨形成デバイスで処置された欠損。改良された骨形成デバイスで処置された欠損において、少なくとも１匹の動物が、巨視的レベルで関節軟骨の修復を証明した。肋軟骨下の骨が再生され、そしてほぼ正常な厚さの新規な軟骨層が、トルイジンブルーおよびサファルニンＯでの組織学的染色によって見られた。これらの層および組織は、肋軟骨下の骨において局在化されるＩ型抗体および新規な軟骨様層において局在化されるＩＩ型コラーゲンで、適切に染色された。石灰化軟骨の帯の再生、および再生された軟骨の異なる時機点（ｔｉｄｅｍａｒｋ）のいくつかの証拠がまた存在した。しかし、いくつかの差異が、新規な関節軟骨層と既存の軟骨関節層との間に見られた。新規な軟骨は、軟骨細胞のより高い密度を有し、そして位相差顕微鏡によってまたは偏光で可視可能な、線維ビヒクルのゆるい、無秩序な束を含んだ。修復のプロセスの間の単一の時点のみが、この実験において示されること、およびより長いまたはより短い期間の結果は知られていないことに注意すべきである。
【０２７１】
標準骨形成デバイスで処置された欠損。標準骨形成デバイスで処置された欠損は、欠損部位において約５０％の骨が再生されたことを示し、欠損の縁からの関節軟骨の内部伸長を伴った。修復された組織で充填された欠損の残りとともに、新規に再生された骨に隣接する関節軟骨形成のいくつかのさらなる範囲があるようであった。修復組織は、ＩＩ型コラーゲン抗体で軽度に染色されたが、Ｉ型コラーゲン抗体では染色されなかった。より多くの軟骨細胞が、細胞の周囲のマトリクスの大きなゆるい束とともに存在した。標準骨形成デバイスでの処置は、肋軟骨下の骨がその正常なレベルに再生することができないこと、および高密度の無秩序な線維組織が新規な軟骨上に出現し、欠損の上部をでこぼこな表面を伴って隆起させること、において改良された骨形成デバイスの処置とは異なった。この線維組織は、関節表面に平行に配置される線維束を伴ってより線維芽様の細胞を有するようであった。
【０２７２】
マトリクス／結合剤で処置された欠損。ＯＰ−１を伴わずにマトリクス／結合剤のみを伴った欠損は、除去された肋軟骨下の骨の約３分の１の再生を示し、残りは修復組織で充填された。この再生された組織は、Ｉ型コラーゲン抗体で、特に欠損の底部近くで軽度に染色され、ＩＩ型コラーゲン抗体でより強力な染色を示し、表面近くで最も強く染色した。高密度の無秩序なベシクルマトリクスは、修復組織の上半分において明白であり、そして線維のより組織化された水平方向のパターンが、下半分において出現する。トルイジンブルーは、修復組織を染色しなかったが、サフラニンＯは上半分および下半分を、差示的に染色した。関節表面近くの半分が、サフラニンＯで軽度に染色され、そして底部がファストグリーンで染色された。類似の区別が、マソントリクロム（Ｍａｓｓｏｎ  Ｔｒｉｃｈｒｏｍ）で染色された場合に修復組織の半分の２つの間で観察された。修復組織は関節軟骨のように見えなかったが、関節表面近くの領域は、ＩＩ型コラーゲン、おそらくいくつかのムコ多糖を含有する酸性マトリクスを含むようであった。下半分は、ほとんど炭水化物を含有しない、より多くのＩ型コラーゲンを有し、性質においてより結合組織様であり得る。
【０２７３】
コラーゲンマトリクス単独で処置された単一の欠損は、肋軟骨下の骨の任意の再生を示さなかった。欠損を充填した修復組織は、両方のコラーゲンＩ型およびＩＩ型抗体で軽度に染色された。この組織は、線維芽様細胞を伴う増加された線維マトリクスを有し、いくつかの範囲において、線維軟骨に類似するようであった。このサンプルは、ＣＭＣ／コラーゲンマトリクス単独での処置に類似し、修復組織におけるＩ型およびＩＩ型コラーゲンの両方の僅かな局在化をともなった。さらに、欠損部位は、サフラニンＯ／ファストグリーンでのいくつかの特異的な染色を示し、サフラニンＯでの修復組織の上半分、およびファストグリーンでの底部の染色を伴った。
【０２７４】
まとめおよび結論
改良された骨形成デバイスで処置された骨軟骨欠損は、標準骨形成デバイス、コラーゲンマトリクスタンパク質単独、またはＣＭＣと混合されたコラーゲンマトリクスで処置された欠損（これらのすべては、ほとんど組織化されない修復軟骨および肋軟骨下の骨形成を実証した）と比較して、より向上した軟骨再生、軟骨細胞および軟骨の表現型を、予想外に実証した。コラーゲンマトリクス、またはＣＭＣを伴うコラーゲンマトリクスでの処置による不十分な修復は、コラーゲン足場単独の存在は、治癒を誘導するのに十分ではなく、そして治癒の進行および修復組織の組織化を、実際に阻止し得ることを示す。
【０２７５】
十分な厚さの骨軟骨欠損は、本発明の方法に従うＣＭＣを含有する骨形成デバイスを使用して修復され得る。十分な厚さの骨形成欠損はまた、任意の上述の好ましい結合剤（例えば、フィブリンのり）および／または任意の上述の好ましいマトリクスを含有する、改良された骨形成デバイスを使用して修復され得ることが予測される。
【０２７６】
２．実験２：十分な厚さの骨軟骨欠損の修復の長期の評価（イヌ）
この研究は、改良された骨形成デバイスによる骨軟骨／軟骨欠損の修復をさらに評価するために行われた。今日までに、研究は、６および１２週間での改良された骨形成デバイスの効果を試験し、そして２６および５６週間での効果を試験することを継続する。これは、長期の修復安定性のデータを提供する。経時的な新規な軟骨の組織化を追跡し、これが、構造および機能に関して正常な組織に近づくか否かを決定した。デバイスの２つの処方物を、骨軟骨／軟骨欠損において評価し、以下を含んだ：１）改良された骨形成デバイス、または２）ＣＭＣおよびコラーゲンマトリクスのみを含有する擬似デバイス。
【０２７７】
簡潔には、十分な厚さの欠損（５ｍｍの直径、肋軟骨下の骨に６ｍｍ伸長する）を、１６匹の成体雑種イヌの内側大腿顆に対して、両側に作製した。成体雑種を、その解剖学的サイズ、ならびに公知の骨修復および再構築の特性のために、本発明研究で利用した。全ての動物は、１と４年齢との間であり、および約２０〜３０ｋｇの体重であった。特定の注意が、関節充填の可変性を制限するために、均一なサイズおよび体重の動物を選択するために払われた。動物を、Ｘ線写真的にスクリーニングし、正確なサイズ、骨格の成熟度、および明白な骨異常が何も存在しないことを確実にした。４匹のイヌの各群において、左側の欠損は、改良された骨形成デバイスを受けた。右側の欠損は、２匹の動物においてマトリクス／結合剤を受け、および残りの２匹の動物は、処置されなかった。屠殺時に、遠位の大腿骨をひとまとめに回収し、そして欠損部位を、上記のスキームに基づいて、組織学的におよび肉眼的に評価した。
【０２７８】
改良された骨形成デバイスは、ＣＭＣと混合された標準デバイス（２．５ｍｇ  ｒｈＯＰ−１／１ｇマトリクス）を含む。改良されたデバイスを処方するために、移植の前に、１００ｍｇのｒｈＯＰ−１／コラーゲン混合物を、２０ｍｇのＣＭＣとともに混合した（合計１２０ｍｇ）。コラーゲンのみのデバイスは、ウシＩ型コラーゲン（１００ｍｇ）からなった。研究設計を、表１７にまとめる。
【０２７９】
【表１７】
2014221427.tif 000035
手術
標準無菌技術を使用して、イソフルオランガス麻酔下で手術を行った。約４センチメートルの長さの内側の膝蓋傍の切開を作製した。膝蓋を、大腿顆を曝露するために、側方に引っ込めた。１／８インチのドリルビットを使用して、試験的な穴を、内側大腿顆の体重ベアリング領域において作製した。欠損深度（６ｍｍ）の過剰なドリリングを防止するために特別に設計された鋸を有する５ｍｍのドリルビットを使用して、最終的な欠損を作製した。生理食塩水で豊富に洗浄し、骨残渣およびこぼれた髄細胞を除去した後、適切な実験デバイスを平滑なプローブ（ｐｒｏｂｅ）を使用して欠損部位に充填した、次いで、関節被膜および軟組織を、層中に非常に注意深く閉鎖した。この手順を、適切な移植片を用いて、反対側にも繰り返した。
【０２８０】
評価
４匹の動物それぞれを、６および１２週間で屠殺し、そして４匹の動物を術後２６および５３週間で屠殺する。動物を、静脈内のバルビツール酸の過剰用量を使用して屠殺した。大腿骨をひとまとめに即座に回収し、そして生理食塩水を浸漬したダイアパーに置いた。欠損部位の高倍率の写真を撮影した。軟組織を、欠損部位から非常に注意深く切開して取り出した。大腿骨の近位末端を除去した。
【０２８１】
欠損部位および修復部位の肉眼的な外見を、処置の割り当てを知らされていない２人の独立した観察者によって、上記のパラメーターに基づいて等級づけした。点は、関節内癒着、関節表面の回復、軟骨の侵食および外観の存在に従って、割り当てた。
【０２８２】
全ての標本を、肉眼での等級づけおよび写真撮影後すぐに、組織学的評価のために調製した。個々の遠位の大腿骨を、１０％緩衝化ホルマリン溶液中の、または４％パラホルムアルデヒド溶液中の浸漬によって固定した。水冷却したダイアモンド鋸において、各欠損部位を単離した。３つのレベルからの３つの切片を、各ブロックから切断した。レベル１および３は、欠損周辺に最も近接した。レベル２は、欠損中央に局在化された。各レベルからの３つの切片を、ヘマトキシリンおよびエオシン、Ｇｏｌｄｎｅｒトリクロム、サフラニンＯ、またはファストグリーンのいずれかで染色した。次いで、切片を、上記のスキームに基づいて等級づけした。この分析は、修復組織の性質、構造的な特徴、および細胞の変化に基づいて、点を割り当てた。合計２４点が最高である。
【０２８３】
結果および結論
６週間後、いくつかの上述の処置された動物を屠殺し、そして免疫組織学的評価を本明細書中のほかの場所で記載されるように行った。結果は以下のようである：全ての場合において、ＯＰ−１  ＣＭＣ／コラーゲンデバイスで処置された欠損は、優れた修復を示した。ＯＰ−１  ＣＭＣ／コラーゲンデバイスを用いて、軟骨組織と欠損との、予期されない完全なまたはほぼ完全な架橋が存在した。ＩＩ型コラーゲン染色が、修復軟骨において観察されたが、Ｉ型コラーゲン染色はほとんどまたは全くなかった。プロテオグリカン染色は、ＩＩ型コラーゲン局在化を追跡し、成熟な硝子質軟骨により密接に類似する範囲においてより暗い染色を伴った。サフラニンＯ染色に基づいて、軟骨の表面層における再生は、処置後６週目でなお完全でなかった。
【０２８４】
１２週間後、治癒は、改良されたデバイスで処置された欠損において有意に進行された。コントロールにおいて、認識可能な治癒は、何も観察されなかった。１２週間にて、改良されたデバイスで観察される平均の肉眼的な等級づけスコアは、６．５０±０．８９（ｎ＝８）であり；コントロールは、３．６９±０．７０（ｎ＝８）であった。全ての残余の時点で、改良された骨形成デバイスで処置された欠損は、コラーゲン／ＣＭＣのみで処置された欠損または左側の未処置の欠損に比べて、より進行された軟骨再生、軟骨細胞および軟骨表現型を、加速された様式において実証することが理解される。改良された骨形成デバイスで処置された欠損は、軟骨および肋軟骨下の骨組織を示すことが理解されるが、コラーゲン／ＣＭＣ処置されたまたは未処置の欠損は、無秩序な骨および軟骨形成を誘導し、かなりの線維組織が存在することが予測される。
【０２８５】
十分な厚さの骨軟骨欠損は、本発明の方法に従って、ＣＭＣ含有骨形成デバイスを使用して安定に修復され得る。他の好ましい結合剤（例えば、フィブリンのり）が評価される上述の実験に類似の実験は、改良された骨形成デバイスが、十分な厚さの骨軟骨欠損を安定に修復し得ることを実証する。
【０２８６】
Ｅ．カルボキシメチルセルロースを含む改良された骨形成デバイスを使用する軟骨欠損の修復
１．実験１：軟骨欠損修復対骨軟骨欠損修復の長期評価（ヒツジ）
本実験は、大型動物モデルを使用する改良された骨形成デバイスによる、軟骨および骨軟骨欠損の両方の修復を評価する。関節軟骨の増加した厚さ、ならびに、サイズ、および体重を支える特徴がヒトと類似していることから、ヒツジが、ヒトでの臨床適用がそれから推定され得るモデル、特に軟骨欠損の修復のための改良された骨形成デバイスの臨床適用のためのモデルとされる。実験群は以下のとおりである：
【０２８７】
【化８】
2014221427.tif 000036
各ヒツジの両方の前膝関節を手術して、１関節当たり２つの欠損を作製する（内側顆および外側顆上に各１つ）。一方の関節は、各顆に２つの標準化部分層性軟骨欠損（直径５ｍｍ）を作製され、他方の関節は、２つのより深い全層性骨軟骨欠損（軟骨下骨中に約１〜２ｍｍ）を作製される。各群は、１つの亜群を早期に８週間後に屠殺され、別の亜群を長期評価のために６〜７カ月維持される。
【０２８８】
実験群は全部で２０群あり、１群あたり１２欠損である。従って、欠損の総数は２４０であり、ヒツジの総数は６０頭である。５つの異なる処置群がある：各欠損型について、３つのコントロール（処置なし、および２の異なる模擬デバイス）および２の異なるＯＰ−１処方。ＣＭＣ／コラーゲン中にＯＰ‐１を含む改良された骨形成デバイスは、骨軟骨欠損修復および軟骨欠損修復に使用される。本デバイスは、本改良された骨形成デバイスを受容する各欠損部位に、２．５ｍｇ  ＯＰ−１／ｇコラーゲンを添加するように処方される。修復を８週間目と６〜７ヶ月目に評価する。処置プロトコルを表１８に示す。
【０２８９】
【表１８】
2014221427.tif 000037
２つの膝の手術は、第２の膝の手術前に第１の膝を治癒させるために２週間ずらして行う。第１の手術は、軟骨欠損を作製するため、第２の手術は骨軟骨欠損の作製のために使用する。手術は、十分な装備の手術室で、ヒト手術に使用する標準技法および器具を使用して実施する。手術後、ヒツジは、牧場内を自由に歩き回ることを許される。時差手術は、軟骨欠損に８週間の治癒期間および骨軟骨欠損に６週間の治癒期間をもたらす。屠殺時に、関節を標準細胞学プロトコルに従って、灌流、固定および処理する。
【０２９０】
実験期間終了時に、動物を屠殺して、関節を一括して収集する。欠損部位および修復組織の肉眼的外観を、前記のような常套方法を使用して等級付ける。関節内癒着、関節表面の回復、軟骨のびらんおよび外観の存在に従ってポイントを割り当てる。
【０２９１】
前記のものと同様な方法を使用して、肉眼的等級付けおよび写真撮影直後に組織学的評価のために標本を調製する。
【０２９２】
ＯＰ−１／ＣＭＣ／コラーゲンデバイスで処置した欠損は、前記の実験Ｄ．２と同様な優れた修復を示すと予測される。さらに、フィブリンのりのような上記の好ましい結合剤のいずれかを含む改良された骨形成デバイスはまた、軟骨欠損および骨軟骨欠損の両方の修復を示すと予測される。
【０２９３】
２．実験２：種々の用量のＯＰ−１を使用する軟骨下欠損修復の長期評価（ヤギ）
骨格的に成熟した乳ヤギを使用する研究を、骨軟骨／軟骨欠損の修復のための改良された骨形成デバイスの効力を証明するために実施する。様々な濃度のｒｈＯＰ−１を含む改良された骨形成デバイスの処方物を、模擬デバイスコントロールまたはデバイスなしコントロールと共に使用する。模擬デバイスは、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と混合されたコラーゲンからなる。さらに、手術後４、１２、２４ヶ月目に動物群を屠殺して、欠損修復率およびその安定性を比較する。以下に実験パラメータを要約する。
【０２９４】
【化９】
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簡潔には、軟骨下欠損を５６頭の骨格的に成熟した乳ヤギの左膝に作製する：欠損は直径が８ｍｍで深さが３ｍｍである。この欠損の構造は、コラーゲンＩ型形成を誘導する、欠損における非常に高い剪断応力を防止する。約２年齢で約５０ｋｇの体重のオランダ乳ヤギ（Ｄｕｔｃｈ  ｍｉｌｋ−ｇｏａｔ）を本実験に使用する。２．５ｍｇ  ｒｈＯＰ−１／ｇコラーゲンに相当するデバイスを提供する。各症例において、標準骨形成デバイスに０．２ｇのＣＭＣを添加して、次に約２．６ｍｌの生理食塩水を添加して混合する。これにより、約３〜４ｍｌの改良された骨形成デバイスの材料を生じる。本材料を次に欠損容積を充填するために使用する。
【０２９５】
手術技法
麻酔を誘導して、内側膝蓋アプローチにより左膝を開口する。膝蓋骨を外側にずらし内側顆を露出させる。鋭利な中空チューブで、内側顆の前方の体重を支える部分に欠損の外郭を作製する。チューブ内に配置された四角な尖った祖砥で、軟骨下骨に達する欠損を作製する。次に近位脛骨を露出させ、内側顆の欠損と同じ直径の骨膜弁（ｐｅｒｉｏｓｔｅａｌ  ｆｌａｐ）を取る。骨膜弁を、欠損に形成層を向けて、レムナントに部分的に固定する。欠損を適切な試験物質で充填して、再吸収性縫合糸を使用して骨膜弁で覆う。ＣＭＣデバイスを欠損が充填されるまで注射器で添加して、その後弁を完全に縫合する。コントロール動物においては、コラーゲンおよびＣＭＣのみを含む模擬デバイスを使用する。第２のコントロール群は、移植片を全く与えられないが、骨膜弁のみを与えられる。
【０２９６】
手術後処置
無制限の、体重を支える活動が、手術後に許容され得る限り許可される。
【０２９７】
臨床作業
体重を支えるパターンを、２、４、６、および８週間目、そしてその後は４週間毎に評価する。
【０２９８】
肉眼的分析
前記のスキームに基づいて肉眼評価を行う。動物を屠殺後、膝拘縮の存在または不在を記録して、大腿の膝蓋骨および顆の両方を、癒着、関節表面の外形、回復軟骨の外観、および軟骨びらんの存在または不在について検査する。これらの特性のそれぞれについてスコア付けをする。マクロレンズを使用してカラースライドを撮影する。
【０２９９】
組織学的分析
組織学的評価の間、再生軟骨下骨の可視化を補助するため、および欠損の境界を定位するために、屠殺前、ヤギに二重標識テトラサイクリンを与える。これにより、欠損のより深い部分の骨充填の組織形態計測が可能となる。組織学的サンプルをまた、偏光顕微鏡観察を組み込むことによって検査し、通常の構造的特徴に関する情報を提供する。
【０３００】
組織学的分析のために、軟骨下骨を含む標本を１０％リン酸緩衝化ホルマリンで固定し、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）中で脱石灰化せずに包埋する。高能率ミクロトームを使用して、５μｍ厚の切片を作製する。切片を軟骨同定のためにトルイジンブルーで、骨同定のためにゴルドナーのトリクロームで染色する。組織硝子質度、トルイジンブルーに対するマトリクスの親和性（異染性）、表面不規則性、軟骨細胞がクラスター化している再生軟骨下骨、隣接関節軟骨への結合、移植片周囲の炎症性細胞浸潤、および隣接軟骨に退行性変化がないことについて評価を行う。これらの特性の各々についてスコアを与える。
【０３０１】
生化学的分析
プロテオグリカンの抽出：生化学的分析のために、欠損由来のコントロール軟骨および組織を、冷リン酸緩衝化生理食塩水（ＰＢＳ）中に収集する。プロテオグリカンを、プロテイナーゼインヒビター（５ｍＭベンズアミジン、０．１Ｍ  ６‐アミノ‐ｎ‐ヘキサン酸、１０ｍＭ  ＥＤＴＡ、５ｍＭフェニルメチルスルホニルフルオライド、および５ｍＭ
ｎ‐エチルマレイミド）の存在下で、４℃で６０時間、ｐＨ５．８の４ＭグアニジンＨＣｌ、０．１５Ｍ酢酸カリウムを用いて処理することにより、凍結乾燥切片から抽出する。抽出物と残渣を分離する。残渣を抽出緩衝液で十分にリンスし、抽出物に添加する。抽出物をコンドロイチンスルフェート含量について分析して、ゲル濾過に使用する。
【０３０２】
ゲル濾過：抽出物のアリコートを、Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ  Ｃ１２Ｂカラム（０．６６×１４５ｃｍ）（Ｐｈａｒｍａｃｉａ  ＡＢ、Ｕｐｐｓａｌａ，  Ｓｗｅｄｅｎ）に適用して、４ＭグアニジンＨＣｌ、０．１Ｍ硫酸ナトリウム、０．０５Ｍ酢酸ナトリウム、および０．１％ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００を含む、ｐＨ６．１の解離緩衝液で溶出させる。流速は１．２ｍｌ／時間である。画分をコンドロイチンスルフェート含量について分析する。おそらくアグレカンである、軟骨特異的高分子の量を計算し得る。
【０３０３】
ＭＲＩ
磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）を２つの目的のために実施する。第一には、手術１カ月後に弁および移植片が適所に維持されていることをモニターするためである。第二には、群１Ｃ（術後２年またはそれ以上）を、４カ月め、１２カ月めおよび屠殺時に、ＭＲＩで長期間追跡する。
【０３０４】
要約
改良された骨形成デバイスで処置された欠損は、模擬デバイスコントロールまたはデバイスなしコントロールと比較して、優れた軟骨再生、軟骨細胞および軟骨表現型を示すと予測される。低用量のＯＰ−１は、少なくとも、より高い用量と同様な量的および質的修復を達成することもまた予測される。
【０３０５】
Ｆ．骨形成タンパク質を使用する軟骨欠損の修復
本研究は、哺乳動物の軟骨形成を、組換え型ヒト骨形成タンパク質−１（ｒｈＯＰ−１）（単独で、またはコラーゲンマトリクスとの組合せで）および／または自己軟骨膜で処置された軟骨下病変において研究する。
【０３０６】
材料および方法
１５頭のヤギの左膝関節の内側大腿顆において、直径９ｍｍの軟骨下欠損を作製した。その欠損を、以下の（ａ）または（ｂ）または（ｃ）と混合した新鮮な凝固血液からなる移植片で充填した：（ａ）自己耳軟骨膜の小粒子；（ｂ）ｒｈＯＰ−１；（ｃ）ｒｈＯＰ−１および耳軟骨膜。ｒｈ−ＯＰ−１を、コラーゲンマトリクス（ＯＰ−１デバイス）との組合せ、またはコラーゲンマトリクスなし（ＯＰ−１単独）のいずれかで添加した。欠損を骨膜弁で閉じ、これを軟骨に縫合した。１、２、および４カ月の移植期間後、各欠損の修復程度を標準的な組織学的技法（異染性および硝子質度）および周知の生化学的方法（プロテオグリカンのゲルクロマトグラフィー）により調査した。
【０３０７】
結果
この特定の研究において１および２カ月後に、コントロール（上記（ａ）の移植片）と種々のＯＰ−１処置欠損との間には明確な差異はなかった。しかし、４カ月後には、３つのコントロール欠損のうち１つのみが、検出可能な軟骨形成を示したが、表１９に示された組織学的および生化学的分析により示されるように、４つのＯＰ−１処置欠損全てが、軟骨で完全にまたは部分的に充填された。
【０３０８】
【表１９】
2014221427.tif 000039
１  欠損は同質な部分に分割された、％で表示される。
【０３０９】
２  以下のように計算した：％×（Ａ＋Ｂ）、例えば、０．８６×（０．７＋０．０）＝０．６０
表１９は、コラーゲンマトリクスの存在または非存在在で、ＯＰ−１なし（コントロール）で、またはＯＰ−１＋／−軟骨膜で、４カ月間処置された顆欠損の軟骨スコアを示す。
【０３１０】
生化学的スコア（Ａ）は、ゲルクロマトグラフィーに基づいて０〜５の値を割り当てた。
【０３１１】
組織学スコア（Ｂ）は、０〜６の等級スケールの非脱石灰化プラスチック切片に基づいた。
【０３１２】
結論
本研究結果は、ヤギの大きな軟骨下欠損においてＯＰ−１が軟骨促進効用を有することを確認する。これは、ＯＰ−１が、関節軟骨の大きな病変を処置することにおいて臨床的妥当性を有し、そして哺乳動物において外傷または疾病により引き起こされる、体重を支える骨格の欠損の軟骨修復に特に有用であることを示す。
【０３１３】
関連研究において、フィブリンのり含有デバイスのような他の改良された骨形成デバイスが、大きな軟骨下欠損の修復をもたらすことが予測される。さらには、このような修復は、より安定な新鮮関節軟骨の再生を伴う。コラーゲンのみと混合したＯＰ−１と比較して、コラーゲンマトリクスおよびＣＭＣのような結合剤と混合された場合には、低量のＯ−１で、加速された速度の軟骨下欠損修復が起こることがまた予測される。さらには、そのような修復は、より安定な新鮮関節軟骨の再生を伴う。
Ｇ．アパタイトおよび／またはリン酸三カルシウム（ＴＣＰ）および／またはコラーゲンマトリクスを含む改良された骨形成デバイスを使用する、分節欠損修復（重症サイズおよび非重症サイズ）
様々なマトリクスまたはその混合物を含む改良されたデバイスを使用して、ウサギおよびイヌにおいて、種々の用量のＯＰ−１で、分節尺骨欠損（重症サイズおよび非重症サイズ）を修復する。改良されたデバイスは、Ｐｙｒｏｓｔaマトリクス（Ｏｓｔｅｏ  ＡＧ
，  Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）、ウシ骨由来のＨＡｐブロック；１００％ＨＡｐ顆粒（約３００〜４００または３５０〜４５０μ）；１００％ＴＣＰ（約４００μ）；および５０％ＨＡｐ／５０％ＴＣＰ（約４００μ）を含む。他の実施態様は、１またはそれ以上の適切な有孔性の前述のマトリクスを含む。改良された骨形成デバイスの特に好ましい１つの実施態様は、ＨＡｐおよびコラーゲンのスポンジである、Ｃｏｌｌａｐａｔaマトリクス
（Ｏｓｔｅｏ  ＡＧ，  Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）を含む。特に好ましい別の実施態様は、パテー状のコンシステンシーを有するデバイスを所望する場合には特に、１ｇのＨＡｐ顆粒または１ｇの７５％ＨＡｐ／２５％ＴＣＰ顆粒当たり約０．６ｇのＣＭＣを含む。上記の別の好ましい実施態様は、β‐ＴＣＰおよびフィブリンのりを含む。
【０３１４】
改良されたデバイス（例えば、上記のもの）は分節欠損の修復を誘導し、そして特定の好ましい実施態様は、低用量のＯＰ−１で修復を誘導することが予測される。
【０３１５】
Ｈ．結合剤としてフィブリンのりを使用する骨形成
骨形成に対してフィブリンのりＯＰ−１処方物を評価するために、４つのラット皮下研究を実施した。フィブリンのりの３つの異なる供給源を使用して、１０μｇ  ＯＰ−１での骨形成の量は同様であり、２５％〜４０％の範囲であった（表１９Ａ〜１９Ｆを参照）。これらの研究においては、炎症と骨形成との間には明らかな相関は存在しなかった。結果は、ラットが、異なる種由来のフィブリンのりに対して異なって反応することを示した；例えば、０〜４のスケールに基づいて、Ｔｉｓｓｕｃｏｌaからのヒトフィブリンのり
は、２〜２．７の炎症応答を誘発し（表１９Ａ参照）、ウシフィブリンのりは、２〜３．５の炎症応答を引き起こし（表１９Ｂおよび１９Ｃ参照）、そしてラットフィブリンのりは、１〜１．３の最も低い炎症応答を有した（表１９Ｄ参照）。代表的には、３〜４の炎症応答は重症と定義され、１〜２は軽症から中程度と定義される。
【０３１６】
【表１９Ａ】
2014221427.tif 000040
２０μＬ  ＯＰ−１（５％ラクトース中１０μｇまたは２０μｇ）を、皮下移植片前に、５０μＬフィブリノーゲン（７０〜１１０ｍｇ／ｍＬ）および５０μＬトロンビン溶液（５００Ｕ／ｍＬ）と混合した。
【０３１７】
【表１９Ｂ】
2014221427.tif 000041
２０μＬ  ＯＰ−１（５％ラクトース中１０μｇ）を、皮下移植片前に、５０μＬウシフィブリノーゲン（６０ｍｇ／ｍＬ）および５０μＬウシトロンビン溶液（３００Ｕ／ｍＬ）と混合した。
【０３１８】
【表１９Ｃ】
2014221427.tif 000042
２０μＬ  ＯＰ−１（５％ラクトース中１０μｇ）を、皮下移植片前に、５０μＬウシフィブリノーゲン（４０ｍｇ／ｍＬ）および５０μＬウシトロンビン溶液（２００Ｕ／ｍＬ）と混合した。
【０３１９】
【表１９Ｄ】
2014221427.tif 000043
２０μｌのＯＰ−１（５％ラクトース中に１０μｇ）を、皮下移植前に５０μＬのウシフィブリノーゲン（４０ｍｇ／ｍＬ）および５０μＬのウシトロンビン溶液（２００Ｕ／ｍＬ）と混合した。
【０３２０】
２つの他のラットのインビボ研究を、骨形成におけるフィブリンのりおよびＯＰ−１を含むデバイスの評価のために完了した。第１の研究では、皮下移植直前に、ウシフィブリノーゲン（５０μＬ、Ｓｉｇｍａ  Ｆ８６３０、１０ｍｇ／ｍＬ）およびウシトロンビン（５０μＬ、５０Ｕ／ｍＬ）をＯＰ−１デバイスと混合した。ポジティブコントロールは１００μＬのリン酸緩衝化生理食塩水で湿潤したＯＰ−１デバイスである。ＯＰ−１デバイスを、４７．５％エタノール／０．０１％ＴＦＡ中に１０μｇ  ＯＰ−１を２５ｍｇコラーゲンと混合して調製し、一晩凍結乾燥した。結果を表１９Ｅに示す。標準ＯＰ−１デバイスとウシフィブリンのりを組合せたＯＰ−１デバイスとの間において骨形成に有意な差異は見られなかった。また、液体ＯＰ−１ウシフィブリンのりの組合せと比較して、ＯＰ−１デバイス／ウシフィブリンのり処方物に、より低い炎症応答が観察された（表１９Ｂおよび１９Ｃ参照）。  表１９Ｅ：  ＯＰ−１デバイスを有するウシフィブリンのりのインビボデータ
【０３２１】
【表１９Ｅ】
2014221427.tif 000044
第２の研究においては、異なる濃度のＴｉｓｓｕｃｏｌaを標準ＯＰ−１デバイスと組
合せた。すなわち、１つの凍結乾燥ＯＰ−１デバイス（２５ｍｇ総重量、１０μｇ  ＯＰ−１）を、移植の直前に、ヒトフィブリノーゲン溶液（５０μＬのフィブリノーゲン７０‐１１０ｍｇ／ｍＬまたはリン酸緩衝化生理食塩水で２、４、または８倍希釈液）およびトロンビン溶液（５０μＬ  ５００Ｕ／ｍＬまたはリン酸緩衝化生理食塩水で２、４、または８倍希釈液）と組合せた。ポジティブコントロールは１００μＬのリン酸緩衝化生理食塩水で湿潤したＯＰ−１デバイスである。結果を表１９Ｆに示す。標準ＯＰ−１デバイスと異なる濃度のＴｉｓｓｕｃｏｌaを組合せたＯＰ−１デバイスとの間の骨形成に有意な差異は見られなかった。また、フィブリノーゲン濃度は骨形成に有意な効果を持たなかった。
【０３２２】
【表１９Ｆ】
2014221427.tif 000045
要約すると、標準ＯＰ−１デバイスの取り扱い特性は、フィブリンのりを使用することにより改良され、例えば、コラーゲン粒子はのりとともに組み込まれて残留する。インビボデータはフィブリンのりを有するＯＰ−１デバイスが骨形成を促進することを示した。
【０３２３】
Ｉ．結合剤としてフィブリンのりを含む改良された骨形成デバイスを使用する欠損修復
種々のマトリクスまたはその混合物を含むフィブリンのりを含有する改良されたデバイスを、当該分野で認識されている動物モデルでＯＰ−１の投与量を変化させて、骨、骨軟骨性、または軟骨性欠損を修復するために使用する。好ましいデバイスの特定の実施態様は：フィブリンのり、コラーゲンおよびＯＰ−１を含む。好ましいデバイスの他の実施態様は：フィブリンのり、β‐ＴＣＰ、およびＯＰ−１を含む。最後に、さらなる試験は、本発明における使用に適切な任意の前述のマトリクス材料を含む。
【０３２４】
前記のようなフィブリンのりを含有する改良されたデバイスは、重症サイズおよび非重症サイズ欠損、非癒合性骨折、および骨折における骨形成を促進および加速することが予測され、そして骨軟骨性および軟骨性欠損の修復を促進および加速することが予測される。
【０３２５】
Ｊ．フィブリンのりを含有する改良されたデバイスを使用する分節欠損修復（重症サイズおよび非重症サイズ）
以下は、分節（重症サイズおよび非重症サイズ）欠損を治癒するための、フィブリンのりを含有する改良されたデバイスの効力に関する比較実験的研究である。
【０３２６】
試験系
上記のように、本目的のために交配させた成犬雄性雑種イヌを本実験に使用する。骨の結合構造および負荷の変動を限定するために、均一のサイズおよび体重の動物を選択することに特別の注意を払う。
【０３２７】
前記にまた説明のように、イソフルオランガス麻酔下で、標準無菌技術を使用して手術を実施する。両前肢を手術準備をして滅菌様式で被覆する。約２ｃｍの長さの外側切開を作製し、平滑かつ鋭利な切開を使用して尺骨を露出する。振動鋸子を使用して尺骨中間部に重症サイズまたは非重症サイズいずれかの欠損を作製する。撓骨は物理的安定性を維持し、内部または外部固定は使用しない。部位を生理食塩水で灌注して、欠損周囲層において軟組織を注意深く縫合する。適切な移植片デバイスを欠損部位中に移植するか、または注入する。次に、この手順を対側において適切な移植片を用いて反復する。
【０３２８】
動物に、手術後４日間筋肉内に抗生物質を投与し、適切な手術的配置を保証するために手術直後に日常的な前方‐後方Ｘ線撮影をする。動物を３×４フィートの回復ケージ内に体重に耐えられることが実証されるまで保持し、体重に耐えられることが実証されると飼育場に移動して自由に運動させる。
【０３２９】
前肢のＸ線を４週間まで毎週撮影し、次には生存動物において、標準化された露出時間および強度を使用して１６週間目まで隔週にＸ線撮影をする。Ｘ線像を評価して、欠損治癒の性質および速度を評価するために初期のＸ線像と比較する。Ｘ線像外観における変化を新骨形成の存在および密度、欠損の架橋の度合、ならびに宿主骨皮質の取り込みの有無に基づいて評価する。
【０３３０】
試験材料の説明
移植片材料を、酢酸緩衝液処方物中に組換えヒト骨形成タンパク−１（ｒｈＯＰ‐１）、フィブリンのりおよびコラーゲンまたはフィブリンのりおよびβ‐ＴＣＰ中のいずれかにｒｈＯＰ−１を含む。ｒｈＯＰ−１処方物を、ビヒクルのみであるコントロールと比較する。酢酸緩衝液ｒｈＯＰ−１処方物は、１００μｌの容量で導出されるラクトース／酢酸緩衝液中の３．５ｍｇ／ｍｌ  ＯＰ−１から成る。ビヒクルコントロールは、１００μｌ容量のラクトース／酢酸緩衝液から成る。試験処方物は、ｒｈＯＰ−１／フィブリンのり‐コラーゲンまたはｒｈＯＰ−１／フィブリンのりβ‐ＴＣＰを含む。
【０３３１】
実験設計
両側の尺骨分節欠損、重症サイズまたは非重症サイズを全ての動物に作製する。動物の１群は、１つの欠損に０．３５ｍｇのｒｈＯＰ−１／酢酸緩衝液処方物の注入を受容し、対側の欠損にはｒｈＯＰ−１を含まない酢酸緩衝液を受容する。動物のその他の群は、ｒｈＯＰ−１／フィブリンのり‐コラーゲンまたはｒｈＯＰ−１／フィブリンのり‐β‐ＴＣＰ処方物の注入を一方の欠損に受容し、対側欠損にはフィブリンのり‐β‐ＴＣＰまたはコラーゲンのみを受容する。動物を手術後４、８、および１２週間目に屠殺する。あるイヌは移植片を受けない（欠損のみ）両側欠損を受容し、術後４、８、１２、および１６週間目に評価される。
【０３３２】
試験方法
実験期間終了時に、静脈内バルビツール酸塩の過剰投与により動物を屠殺する。尺骨と撓骨を直後に一括して収集して、生理食塩水に浸潤した布内に置く。両尺骨を拡大写真に撮り、欠損部位から注意深く軟組織を切除する前に接触Ｘ線撮影をする。次に水冷却による鋸子を使用して、生体力学的試験評価のために、試験標本の中間部に欠損が位置するように尺骨を９ｃｍの均一長さに切除する。
【０３３３】
触診に基づく欠損治癒が十分である場合に、５０ｍｍ／分の一定変位率でストローク制御で操作されたＭＴＳ閉環水圧試験器械（Ｍｉｎｎｅａｐｏｌｉｓ、ＭＮ）において、標本のねじれにおける破損を試験する。骨分節の各端を円筒状アルミニウムスリーブにマウントして、メチルメタクリル酸塩で接着する。１端を厳密に固定して、他方は反時計回りに回転させる。イヌ尺骨は軽微な湾曲を有するために、標本の回転が試験デバイスと同軸であるように、標本を偏心的にマウントする。ねじり力を６ｃｍのレバーアームにより作動させる。ねじれと破損に対する角度変位から力‐角度変位曲線が作製され、そして破損に対するエネルギー吸収が、負荷‐変位曲線までの面積として計算される。
【０３３４】
試験および非試験標本の両方を組織学的評価のために調製する。個々の標本を、機械的試験の直後または非試験標本においては切片化後に、１０％緩衝ホルマリンに浸潤することにより固定する。水冷却ダイヤモンド鋸子で、標本をその長軸にそって二分することにより分割する。この方法は、組織学的調製のための、非石灰化粉砕切片および非石灰化ミクロトーム切片を含む、各標本の２部分が生じる。組織切片は癒合、外観および皮質性および網状骨の性質、および骨の再造形について評価される。
【０３３５】
結果
コラーゲンまたはβ‐ＴＣＰのような、前述の任意の好ましいマトリクスを持つフィブリンのりを含有する改良されたデバイスは、重症サイズおよび非重症サイズの分節欠損の両方の修復を促進することが予測される。
【０３３６】
ＶＩＩ．  ヒト臨床試験：改良された骨形成デバイスの使用方法
Ａ．骨欠損の修復
１．治験１：新たな開放脛骨骨折
この実験は、骨折部位に手術的介入を必要とする脛骨の新たな骨折を有する患者についての、多施設的、予測的、無作為化研究である。
【０３３７】
序論
現在では世界的に年間に約２６００万例の骨折がある。大多数の骨折が合併症なしに治癒し、「問題」とは見なされていない。しかし、患者が休職したり、通常活動に従事出来なくなり、活動に復帰することが不能になったり、活動する場合には、継続する痛みに苦しむ患者に伴う「生活の質への影響」がある。特に西洋社会の患者はこれらの問題に対する解決を期待するようになっている。
【０３３８】
骨折治療の費用は驚嘆に値する。１９８８年の米国における骨折治療の費用は２００億ドルと概算された。最大部分である約４４％、すなわち、７２億ドルは入院処置に関連した。同年において、およそ９００，０００人が骨折のために入院し、入院期間は平均８．８日、延べ７９万日であった。養護ホームの費用は、第２位で２８億ドルであり、通院治療は第３位で１８億ドルであった。
【０３３９】
骨折の経済的負担が生活の質への影響と関連すると見なされる場合、実際に治療方法論の改良、特に潜在的な問題があると見なされる骨折の改良の必要性がある。これらは、その負傷の性質または宿主の膿を緩和するために、さらなる手術的介入を必要とし、治癒に長期間を要し、および／または完全な機能回復を妨げる可能性のある骨折である。
【０３４０】
従って、以下に説明する実験は、ヒトにおける新たな骨折の治癒促進剤、および治癒過程を増進するための負傷後生じる問題治癒に必要な介入の可能性を減少させるための手段としての改良された骨形成デバイスを調査するために設計される。さらに、本実験に含まれる特定の患者は、負傷後骨移植を必要とするか、または治癒の遅延症例の患者における骨移植片代用として、改良された骨形成デバイスで治療される。
【０３４１】
本明細書中で意図され、そして上記のように、改良された骨形成デバイスの現在の好ましい実施態様は、大きなゲージの針を通じて注入し得るか、または血液環境において一般的に局所に残留するように開放切開を通して配置し得る。より伝統的パッケージに加えて、注入可能である改良された骨形成デバイスを、用時調製できる塗布体／シリンジにパッケージされ得る。種々のノズルおよび注射針を付加して、適用をカスタマイズし得る。その他の実施態様はまた、前記に説明するようなＸ線不透過成分の添加によりＸ線不透過にさせる。
【０３４２】
本発明の改良された骨形成デバイス（注入可能また移植可能）はさらなる介入の発生を減少し、治癒率を加速し、生活の質を改良し、そして通常活動への復帰を早めると予測される。さらには、本明細書中に開示される改良された骨形成デバイスは、治癒促進、介入（再手術を含む）の発生を減少し、治癒の速度を増加し、通常活動への復帰率を増加し、また罹患率を減少させるために、全ての長さの骨、鎖骨、および肩甲骨の骨折において使用されることが予測される。現在適用可能な骨折修復様式と対照的に、本明細書中に開示される改良されたデバイスおよび方法に伴う生体力学的必要条件は、存在しない。
【０３４３】
実験設計
患者は、外傷に付随して生じる脛骨の開放骨折の手術的治療を必要とする。骨折は、治癒を可能とするために骨折部位において適切に安定化し得る可能性を持たなければならない。患者の骨格的成熟がＸ線画像で証明される。
【０３４４】
治療の型
型＃１：  初期負傷時から７日以内に明確に閉合する。
【０３４５】
型＃２：  骨移植を必要とする患者において初期負傷後６週間まで。
【０３４６】
型＃１骨折は、骨移植を必要としない骨折である。患者を、標準的処置（骨折部位の挫滅組織除去手術、整復および安定化）の１：１の比率で無作為化する。これは、コントロール群対カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のような結合剤を含むものと含まない標準的処置およびＯＰ−１デバイスであった。特定の患者では、骨形成タンパクＯＰ−１の投与量を変化させる。上記のように、改良された骨形成デバイスの現在の好ましい処方物は、２．５ｍｇのＯＰ−１／１０００ｇコラーゲン／２００ｍｇのＣＭＣを含む。ＯＰ−１投与量は、１／２から最大量４倍まで変化させる；ＣＭＣ含量は１００‐３００ｍｇで変化させる。また、上記のように、湿潤剤容量の変化を、デバイスの所望のコンテンシー／構成を達成するために参加外科医／医師が調査する。処置６カ月後に治癒していない第一群からの患者を再び骨移植（コントロール）対ＯＰ−１に１：１の比率で無作為化する。
【０３４７】
型＃２骨折は、骨移植を必要とする骨折である。患者を骨移植（コントロール）対ＯＰ−１に１：１の比率で無作為化する。処置６カ月後に治癒していない第一群からの患者を、骨移植からＯＰ−１へおよびＯＰ−１から骨移植へ交換する。
【０３４８】
研究計画
患者を、処置後最低１年間追跡調査して、治癒を評価し、状態評価のために２４ヶ月追跡調査する。
【０３４９】
追跡調査は、処置後２週間、４週間、および６カ月までは４週間毎に、ならびに８、１０および１２カ月に実施する。全ての患者を、２４カ月にさらなる追跡調査を行い、全体的な健康状態および骨折部位状態を決定する。以下の評価が実施される：身体検査における変化；Ｘ線画像；臨床的疼痛の評価；体重負荷の臨床的評価；機能の臨床的評価；生活の質の評価（退院前、６カ月後、１２カ月後）；ならびに治癒の増進／促進（外科的および非外科的）のための任意の介入に関する調査および金属部品破損／置換。
【０３５０】
改良された骨形成原で処置した骨折は、治癒率の促進が証明されることが予測される。
【０３５１】
さらに、改良された骨形成デバイスで処置された患者は、少なくとも以下のさらなる恩恵に預かることが予測される：
１）機能、体重負荷、および歩行のより早い回復による治癒時間減少の可能性；
２）遅延／破損／非癒合防止の可能性；
３）休職／欠席期間から、より早い／より短い期間での通常活動への復帰；
４）治癒促進のためのさらなる介入／手術手順の可能性の保留；
５）金属部品の合併症の低減；および
６）  骨移植を必要とする患者では、関連した様式で骨を収集するための第二の部位の手術を必要としないという恩恵。
【０３５２】
２．治験２：新たな閉鎖骨幹骨折
ヒト被験者における新たな閉鎖骨幹骨折の修復を改良された骨形成デバイスを使用して評価する。特に、患者を、注入可能な改良された骨形成デバイスを用いて、閉鎖欠損部位にデバイスを注入することにより処置する。改良された骨形成デバイスを用いて処置されない患者と比較して、欠損修復の促進が予測される。
【０３５３】
３．その他のヒト治験
上記のように、治験１および２を、フィブリンのりを含む改良された骨形成デバイスの様々な構成を使用して反復する。そのようなデバイスが骨形成を促進することがさらに予測され、特定の実施態様においては、未処置被験者と比較して欠損修復を促進する。
【０３５４】
Ｂ．骨軟骨性欠損の修復
実験１：  離断性骨軟骨炎
骨軟骨性欠損モデルは、離断性骨軟骨炎（ＯＤ）および外傷性欠損の治療のためのｒｈＯＰ−１の臨床的使用を支持する。ＯＤは、骨軟骨性欠損の局在した領域に生じる疾病である。この疾患の１つの原因は、局在した領域への虚血性損傷であるが、その正確な病因は知られていない。ＯＤ患者において、患部は、無血管状となり、引き続き重層関節軟骨内に変化を伴う。膝にＯＤを罹患する患者は、関節の固定化、局在性の疼痛、腫脹および膝蓋骨後方摩擦音を含む症状を経験する。膝のＯＤ患者を含む実験を、ＯＤ欠損を修復するために、標準骨形成デバイスの能力に対して、改良された骨形成デバイスの能力を比較するために実施した。
【０３５５】
ＯＤ処置のための当該分野において公知である現在の方法は、高度に侵襲性の手術技術の使用を含む。ほとんどの骨格的に成熟であるＯＤ患者において、手術が必要である。手術技術は、無傷病巣の関節鏡下の穿孔を必要とする。その結果、患者は手術の間、全身麻酔の投与を受けなければならない。術後、患者は固定化装具により膝の運動を制限されなければならず、治癒が証明されるまで松葉づえの使用なくしては歩行出来ない。
【０３５６】
この研究において、ＯＤ処置のためのより侵襲性の低い技術を実施する。この技術は、注入により欠損部位に送達される改良された骨形成デバイスの使用を含む。ＯＤ修復における改良された骨形成デバイスの活性を標準骨形成デバイスの活性と比較する。
【０３５７】
任意の前述のマトリクスおよび結合剤を含む改良された骨形成デバイスで処置された患者は、標準的骨形成デバイスで処置された患者より、ＯＤ症状のより大きな軽減を示すことが予測される。改良された骨形成デバイスで処置された患者は、標準骨形成デバイスで処置された患者より、少なくとも、膝の疼痛、腫脹、および固定化において顕著な低減を経験する。これらの全ては、欠損の緩和および／または修復の印である。
【０３５８】
等価物
本発明は、その精神または本質的特性を逸脱することなくその他の特定の形態に含まれ得る。それゆえ、前述の実施態様は、本明細書中に記載の本発明を限定するのではなく、全ての局面の例示であると見なされるべきである。従って、本発明の範囲は、前述の記載よりはむしろ添付の請求の範囲により示され、それゆえ、請求の範囲の等価物の意図および範囲内にある全ての変化は、請求の範囲内に包含されることが意図される。
【０３５９】
（配列表）
【０３６０】
【化１０】
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【０３６１】
【化１１】
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【０３６２】
【化１２】
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【０３６３】
【化１３】
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【０３６４】
【化１４】
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【０３６５】
【化１５】
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【０３６６】
【化１６】
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【０３６７】
【化１７】
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【図１】
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【図２】
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【配列表】
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