(57)【要約】少なくとも１つの増殖因子を治療部位で多相送達するためのシステムは、少なくとも１つの増殖因子を初期放出特性をもって放出する送達媒体、および、少なくとも１つの増殖因子を持続放出特性をもって放出する担体を備える。上記初期放出特性では、数時間から数日間の期間に渡り少なくとも１つの増殖因子が放出され、前記少なくとも１つの増殖因子は初期に大量に放出され、前記少なくとも１つの増殖因子の残りは徐々に減少していく量で放出される。上記持続放出特性では、少なくとも１つの増殖因子が数日間から数週間の期間に渡り放出される。上記期間中、上記少なくとも１つの増殖因子は概ね一定の量で放出される。本発明のシステムは、生体インプラントへの用途に特に好適である。本発明はまた、少なくとも１つの増殖因子を多相送達するための方法およびキットを備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療部位で増殖因子を多相放出するためのシステムであって、
少なくとも１つの第１の増殖因子を含む送達媒体、および、
少なくとも１つの第２の増殖因子を含む担体を含み、
前記送達媒体は、前記少なくとも１つの第１の増殖因子を第１の期間に初期放出特性をもって放出するように構成され、
前記担体は、前記少なくとも１つの第２の増殖因子を第２の期間に持続放出特性をもって放出するように構成されるシステム。
【請求項２】
上記送達媒体は重合体を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記重合体は逆相重合体またはブロック共重合体である請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
上記重合体はポロキサマーである請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
上記重合体はポロキサマー４０７である請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
上記担体は、高分子マトリクス内に分散させた複数の粒子を含み、
前記複数の粒子は、上記少なくとも１つの第２の増殖因子を表面上に含む請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
上記複数の粒子はリン酸カルシウム粒子を備える請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
上記高分子マトリクスはポリ乳酸（ＰＬＡ）または乳酸−グリコール酸の共重合体（ＰＬＧＡ）を含む請求項６または７に記載のシステム。
【請求項９】
上記第１の期間は数時間または数日を含む請求項１〜８の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
上記第２の期間は数日または数週間を含む請求項１〜９の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子と上記少なくとも１つの第２の増殖因子は同一である請求項１〜１０の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子および上記少なくとも１つの第２の増殖因子は互いに異なる請求項１〜１０の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
上記第１の増殖因子および上記第２の増殖因子は形質転換増殖因子ベータのスーパーファミリーに属する増殖因子である請求項１〜１２の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
上記第１の増殖因子および上記第２の増殖因子は、骨形成タンパク質（ＢＭＰ）、形質転換増殖因子ベータ、インスリン様増殖因子（ＩＧＦ）、線維芽細胞増殖因子（ＦＧＦ）、血小板由来増殖因子（ＰＤＧＦ）、または血管内皮増殖因子（ＶＥＧＦ）である請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子および上記少なくとも１つの第２の増殖因子はＢＭＰである請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子および上記少なくとも１つの第２の増殖因子はＢＭＰ‐２またはＢＭＰ‐７である請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
上記送達媒体は、上記増殖因子の総量の少なくとも10 %を送達し、上記担体は上記増殖因子の総量の少なくとも50 %を送達する請求項１〜１６の何れか１項に記載のシステム。
【請求項１８】
増殖因子の放出用の請求項１〜１７の何れか１項に記載のシステムを備える生体インプラント。
【請求項１９】
増殖因子の多相放出を行う方法であって、
少なくとも１つの第１の増殖因子を初期放出特性をもって送達する工程、および、
少なくとも１つの第２の増殖因子を持続放出特性をもって送達する工程を備える方法。
【請求項２０】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子は送達媒体により送達され、上記少なくとも１つの第２の増殖因子は担体により送達される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子および上記少なくとも１つの第２の増殖因子は同一である請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子および上記少なくとも１つの第２の増殖因子は互いに異なる請求項１９〜２１の何れか１項に記載の方法。
【請求項２３】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子および上記少なくとも１つの第２の増殖因子は形質転換増殖因子ベータのスーパーファミリーに属する増殖因子である請求項１９〜２２の何れか１項に記載の方法。
【請求項２４】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子および上記少なくとも１つの第２の増殖因子は、骨形成タンパク質（ＢＭＰ）、形質転換増殖因子ベータ、インスリン様増殖因子（ＩＧＦ）、線維芽細胞増殖因子（ＦＧＦ）、血小板由来増殖因子（ＰＤＧＦ）、または血管内皮増殖因子（ＶＥＧＦ）である請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子および上記少なくとも１つの第２の増殖因子はＢＭＰである請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子および上記少なくとも１つの第２の増殖因子はＢＭＰ‐２またはＢＭＰ‐７である請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
上記送達媒体は上記増殖因子の総量の少なくとも10 %を送達し、上記担体は上記増殖因子の総量の少なくとも50 %を送達する請求項１８〜２６の何れか１項に記載の方法。
【請求項２８】
増殖因子の多相送達用のキットであって、
送達媒体の要素、
前記送達媒体と関連付けられる少なくとも１つの第１の増殖因子、
担体の要素、および、
前記担体に関連付けられる少なくとも１つの第２の増殖因子を含むキット。
【請求項２９】
上記送達媒体の要素および上記担体の要素は別々の容器に収容されている請求項２８に記載のキット。
【請求項３０】
上記送達媒体および上記少なくとも１つの第１の増殖因子は別々の容器に収容されている請求項２９に記載のキット。
【請求項３１】
上記担体および上記少なくとも１つの第２の増殖因子は単一の容器内で組み合わされ、上記少なくとも１つの第２の増殖因子は上記担体の要素上に付加されるか、または上記担体の要素の上にコーティングされる請求項２８〜３０の何れか１項に記載のキット。
【請求項３２】
上記送達媒体は重合体を備える請求項２８〜３１の何れか１項に記載のキット。
【請求項３３】
上記重合体は逆相重合体またはブロック共重合体である請求項３２に記載のキット。
【請求項３４】
上記重合体はポロキサマーである請求項３３に記載のキット。
【請求項３５】
上記重合体はポロキサマー４０７である請求項３４に記載のキット。
【請求項３６】
上記担体は、高分子マトリクス内に分散させた複数の粒子を含み、
前記複数の粒子は、上記少なくとも１つの第２の増殖因子を表面上に含んでいる請求項２８に記載のキット。
【請求項３７】
上記複数の粒子はリン酸カルシウム粒子を含む請求項３６に記載のキット。
【請求項３８】
上記高分子マトリクスは、ポリ乳酸（ＰＬＡ）または乳酸−グリコール酸の共重合体（ＰＬＧＡ）を含む請求項３６または３７に記載のキット。
【請求項３９】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子および上記少なくとも１つの第２の増殖因子は同一である請求項２８〜３８の何れか１項に記載のキット。
【請求項４０】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子および上記少なくとも１つの第２の増殖因子は互いに異なる請求項２８〜３８の何れか１項に記載のキット。
【請求項４１】
上記第１の増殖因子および上記第２の増殖因子は形質転換増殖因子ベータのスーパーファミリーに属する増殖因子である請求項２８〜４０の何れか１項に記載のキット。
【請求項４２】
上記第１の増殖因子および上記第２の増殖因子は、骨形成タンパク質（ＢＭＰ）、形質転換増殖因子ベータ、インスリン様増殖因子（ＩＧＦ）、線維芽細胞増殖因子（ＦＧＦ）、血小板由来増殖因子（ＰＤＧＦ）、または血管内皮増殖因子（ＶＥＧＦ）である請求項４１に記載のキット。
【請求項４３】
上記第１の増殖因子および上記第２の増殖因子はＢＭＰである請求項４２に記載のキット。
【請求項４４】
上記第１の増殖因子および上記第２の増殖因子はＢＭＰ‐２またはＢＭＰ‐７である請求項４３に記載のキット。
【請求項４５】
上記少なくとも１つの第１の増殖因子は、キットに備えられる増殖因子の総量の少なくとも10 %を含み、
上記少なくとも１つの第２の増殖因子は、キットに備えられる増殖因子の総量の少なくとも50 %を含む請求項２８〜４４の何れか１項に記載のキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的物質を放出するシステムおよび方法に関する。具体的には、本発明は、生体インプラントに関連する増殖因子の放出に関する。より具体的には、本発明は、少なくとも１つの増殖因子の多相放出特性を実現して生体インプラントの性能を向上させるシステムおよび方法を提供する。
（関連出願の相互参照）
本願は、パリ条約の適用の下、ＵＳ出願番号61/474,049号（出願日：2011年4月11日）に基づいて優先権を主張するものである。上記米国出願を引用することにより、その開示内容全体を本願に援用する。
【背景技術】
【０００２】
増殖因子（ＧＦ：growth factor）は、細胞表面の特定受容体との相互作用を介して細胞の増殖および／または分化を刺激するペプチドおよびタンパク質である。増殖因子は組織の修復および再生に不可欠に関与している。増殖因子の外因的な適用は、多様な組織および器官（骨、軟骨、皮膚、粘膜など）の修復を刺激するために用いることができる。また、修復部位の血管形成を刺激して組織修復を亢進させるために用いることもできる。
【０００３】
哺乳類の体内で分泌される増殖分化因子の形質転換増殖因子β（ＴＧＦβ）のスーパーファミリーは、３０種類を超える因子を含んでいる。これら二量体タンパク質は、保存された７つのシスチンノットベースの構造によって特徴付けられる。二量体タンパク質は、多種の細胞の増殖、分化、および遊走を制御し、形態形成、器官形成、組織維持、および創傷治癒に重く関与している。増殖因子であるＴＧＦβのスーパーファミリーは、形質転換増殖因子βのサブファミリーと、骨形成タンパク質（ＢＭＰ：bone morphogenetical protein）および増殖分化因子（ＧＤＦ：growth and differentiation factor）のファミリー（ＢＭＰサブファミリーとも称される）と、インヒビンおよびアクチビンのサブファミリーとを含む幾つかのサブファミリーにさらに分類できる。
【０００４】
ＴＧＦβのスーパーファミリーのＢＭＰサブファミリーは、少なくとも２０種類のタンパク質（ＢＭＰ‐２、ＢＭＰ‐３（オステオゲニンとしても知られる）、ＢＭＰ‐３ｂ（増殖分化因子１０（ＧＤＦ‐１０）としても知られる）、ＢＭＰ‐４、ＢＭＰ‐５、ＢＭＰ‐６、ＢＭＰ‐７（骨形成タンパク質‐１（ＯＰ‐１（osteogenic protein-1）としても知られる）、ＢＭＰ‐８（骨形成タンパク質‐２（ＯＰ‐２）としても知られる）、ＢＭＰ‐９、ＢＭＰ‐１０、ＢＭＰ‐１１（増殖分化因子８（ＧＤＦ‐８）またはミオスタチンとしても知られる）、ＢＭＰ‐１２（増殖分化因子７（ＧＤＦ‐７）としても知られる）、ＢＭＰ‐１３（増殖分化因子６（ＧＤＦ‐６）としても知られる）、ＢＭＰ‐１４（増殖分化因子５（ＧＤＦ‐５）としても知られる）、およびＢＭＰ‐１５など）を含む（例えば、Azari et al. Expert Opin Invest Drugs 2001;10:1677-1686を参照）。
【０００５】
ＢＭＰは、軟骨芽細胞内のマトリクス合成を刺激し、骨芽細胞内のアルカリ性ホスファターゼ活性およびコラーゲン合成を刺激し、初期間葉系前駆体から骨形成原細胞への分化を誘起（骨誘導）し、単球および間葉細胞の走化性を制御し、且つ神経系細胞の分化を制御することがこれまでに示されてきた（例えば、Azari et al. Expert Opin Invest Drugs 2001;10:1677-1686およびHoffman et al. Appl. Microbiol. Biotech 2001;57:294-308を参照）。
【０００６】
ＢＭＰのタンパク質が有する多数の機能の１つは、脊椎動物の体内において軟骨、骨、および結合組織の形成を誘導することである。ＢＭＰのスーパーファミリーに属する、なかで最も骨誘導性の高いものは、ＢＭＰ‐２、ＢＭＰ‐４、ＢＭＰ‐６、ＢＭＰ‐７、ＢＭＰ‐８、およびＢＭＰ‐９である（例えば、Hoffman et al., Appl. Microbiol Biotech 2001, 57-294-308; Yeh et al., J Cellular Biochem., 2005; 95-173-188;およびBoden, Orthopaedic Nursing 2005,24:49-52参照）。ＢＭＰの骨誘導性能は、多様な治療および臨床用途（骨折修復；脊椎固定；骨疾患治療；頭蓋骨、下顎骨、および骨欠損の再生など）、および口腔内および歯科用途（歯周創傷部の再生時の歯質形成およびセメント質形成；抜歯こうへの移植；歯槽堤の増強；膿瘻部の増強）にとって極めて有望なものであると長年考えられてきた。現在、Ｍｅｄｔｒｏｎｉｃ社よりＩＮＦＵＳＥ（登録商標）として販売されている組み換えヒトＢＭＰ‐２は、脊椎固定外科手術への使用、癒着不能な骨折の修復、および口腔内外科手術への使用についてはＦＤＡの認可を受けている。一方、Stryker社よりOP-1（登録商標）として販売されている組み換えヒトＢＭＰ‐７は、治療の困難な長骨の癒着不能箇所の自家移植片の代替物として認可を受けているとともに、自家移植片および骨髄採取が実行不能、または固定を促進することが期待されないような腰椎の後側法（横突間）の再固定術への使用についても認可を受けている。
【０００７】
外因的に適用されて骨修復を亢進させてきた他の組み換え増殖因子は、多様なＴＧＦβ（Clokie & Bell, J. Craniofacial Surg. 2003, 14:268-77を参照）、線維芽細胞増殖因子（ＦＧＦ：fibroblast growth factor）のスーパーファミリーに属する個々の因子（Kawaguchi et al., (2007) J. Orthopaedic Res. 25(4): 480-487参照）、および血小板由来の増殖因子（ＰＤＧＦ：platelet derived growth factor）のスーパーファミリーに属する個々の因子（Hollinger et al., 2008 JBJS 90(s1):48-54を参照）、および血管内皮増殖因子（ＶＥＧＦ：vascular endothelial growth factor）（Street et al., 2002 PNAS 99:9656-61）を含む。
【０００８】
これら増殖因子が効果的となるためには、増殖因子は、適当な応答細胞が臨界密度で修復部位内に存在している時に活性化状態であるとともに、十分な濃度をもって利用可能であることが必要である。しかし、増殖因子は、半減期が短く、熱的に不安定であり、プロテアーゼに対する感度が高く、および／または溶解性であるため、先述の条件を満たすためには担体と組み合わされて投与されることが必要となる。
【０００９】
増殖因子の送達について、多数の担体の評価が行われてきた。これら担体には、線維状コラーゲンスポンジ、ゼラチンヒドロゲル、フィブリンゲル、ヘパリン、逆相重合体（ポロキサマーなど）、ポリ乳酸（ＰＬＡ：poly-lactic acid）から構成される骨格、ポリグリコール酸（ＰＧＡ：poly-glycolic acid）または乳酸−グリコール酸の共重合体（ＰＬＧＡ）、ヘパリン接合ＰＬＧＡ骨格、および無機物材料（リン酸カルシウムなど）が含まれる。例えば、歯周再生法に使用される生体インプラント（ＧＥＭ‐２１Ｓ（登録商標））は、βリン酸三カルシウム（β‐ＴＣＰ）をｒｈＰＤＧＦ‐ＢＢの担体として使用する（http://www.osteohealth.com/GEM21S.aspxを参照）。
【００１０】
しかし、これら担体と組み合わされると増殖因子の活性に損失が生じること、移植部位での増殖因子の放出が非効率であること、および／または、タンパク質分解および分解からの保護が乏しいことにより、上記担体の有効性は限定的である。例えば、生体インプラントとしてのInfuse（登録商標）では、Ｉ型のコラーゲンスポンジをｒｈＢＭＰ‐２の担体として使用する。ｒｈＢＭＰ‐２は担体から一気に放出され、創傷部位内のＢＭＰの半減期は１〜３日間である（(Winn et al., 1998, Adv. Drug Del. Rev. 31:303; Friess et. al., 1999, Intl. J. Pharm.,187:91）。したがって、骨の再生を行う間充織幹細胞が創傷部位内へ遊走して辿り着く頃には、当初充填されていたＢＭＰの大半は失われ、ほんの僅かな量残存するＢＭＰのみが間充織幹細胞を刺激して骨を形成させる。効果的な量のＢＭＰが後々の段階で確実に残存しているようにするための現行の解決策は、ＢＭＰの当初の充填量を大幅に増加するというものである。しかし、このようにしてＢＭＰの投与量を増加させた場合、合併症（移植部位以外での骨形成、自己免疫反応、および潜在的には癌など）の発症リスクを高めることになってしまう。さらに、これにより、インプラントの費用が劇的に高くなってしまう。
【００１１】
したがって、当該技術分野では、所望の治療効果を実現するために必要とされる増殖因子の投与量を最小限に抑える特性を有する、増殖因子を放出する材料および方法が必要とされている。
【００１２】
これに対する１つの対策では、持続放出特性を有してＧＦを数日間に渡り放出する生体分解性の高分子マトリクス内にＧＦを封入する。例えば、ＢＭＰは、乳酸（ＰＬＡ）のポリマーまたは乳酸およびグリコール酸（ＰＬＧＡ）の共重合体（コポリマー）と組み合わされて、持続放出特性をもたらしてきた。しかし、ＢＭＰをＰＬＡまたはＰＬＧＡ内へ取り込んだ場合、ＢＭＰが変性してその活性が低下することが起こり得る。また、放出特性を操作して生体インプラントの有効性を最適化することも困難である。さらに、これら担体の分解速度では、通常は、治癒完了から長時間経過した後でも多量のＧＦが担体内に取り残されたままとなってしまう。
【００１３】
他の対策では、担体上に直にＧＦを化学的に固定して、これを移植部位に保持することである。しかし、上記他の対策の結果、ＧＦの活性が部分的または完全に損失することも起こり得る。また、ＧＦの活性が制限されてしまうので、ＧＦと相互作用して反応を示すことができる細胞は担体と直接接触している細胞のみに限られてしまう（Steinmuller-Nethl, D. et al., Biomaterials, 2006, 27: 4547-56を参照）。しかし、これでは、上記効果は、担体と直に接触している界面に限定され、創傷部位全体に及ばないため、望ましいことではない。
【００１４】
実際の創傷治癒時では、複数のＧＦが創傷部位およびその周囲の組織に多様な濃度で異なる時期に現れる。例えば、骨折の直後では、損傷部位の血小板から大量のＰＤＧＦが初期放出されるが、その数日後には骨折部位のタンパク質レベルに急激な低下が生じる（Tyndall et al., Clinical Orthopaedics and Related Research, 2003, 408: 319-330を参照）。逆に、ＢＭＰ‐２は骨折治癒過程の全段階で発現される（Rasubala et al. British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, 2003, 41: 173-178を参照）。これら増殖因子は、その濃度が細胞の要求に適合するものであり、且つ複数の増殖因子は互いに相乗効果をもたらす。したがって、治療用途に使用される場合の外因的な増殖因子と比較して、濃度が数桁低くなると予測される。多相放出特性をもって増殖因子の送達を行うこと、および複数の増殖因子を異なる放出特性をもって放出することの両方を可能にするシステムを作製したことより、単一の増殖因子を一気または持続的に放出する現行の生体インプラントと比較して、増殖因子の放出特性が自然治癒過程時の増殖因子の放出特性により似ている生体インプラントを使用することを可能にした。
【００１５】
上述の背景情報は、本発明に関連する可能性を有していると本出願人が考える情報を知らせるためのものである。これら情報の何れについても、本発明の先行技術を構成するものであるとの認識を必ずしも意図するものではなく、またそのように解釈されるべきでもない。
【発明の概要】
【００１６】
本願発明は、一態様では、少なくとも１つの増殖因子を例えば治療部位で多相放出するためのシステム、方法、およびキットを提供する。この目的のために、本願発明のシステムは、生体インプラントなどとして提供されてもよい。一態様では、本願発明の方法は、少なくとも１つの増殖因子を初期の放出で送達し、その後に少なくとも１つの増殖因子を「持続放出特性」で送達する。本願発明は、初期放出用の送達システムおよび持続放出用の担体を利用する。
【００１７】
一態様では、初期放出特性および持続放出特性で同一の増殖因子が放出される。他の態様では、初期放出特性では第１の増殖因子が放出され、持続放出特性では第２の増殖因子が放出されるので、異なる増殖因子が放出されることになる。当業者にとって明らかになるように、このように異なる方法で異なる２種類の増殖因子を放出することは、治療部位において天然の増殖因子放出系をより密接に模倣することになると考えられる。
【００１８】
本願発明の一態様によれば、少なくとも１種類の増殖因子の持続放出を行う担体が提供され、前記担体は、少なくとも１つの増殖因子の初期放出を行う送達媒体と組み合わさる。上記担体および上記送達媒体を組み合わせる結果、増殖因子の多相放出特性が得られる。
【００１９】
好適な実施形態では、上記増殖因子（ＧＦ）は、形質転換増殖因子β（ＴＧＦβ）のスーパーファミリーに属する因子である。特に好適な実施形態では、上記増殖因子は骨形成タンパク質（ＢＭＰ）である。
【００２０】
本願発明の一態様では、上記担体（ＣＡＲ）は、高分子足場材料または高分子マトリクス中に分散されたリン酸カルシウム粒子から形成される。一態様では、上記高分子足場材料または上記高分子マトリクスはさらに、ヒドロキシアパタイト層にコーティングされている。
【００２１】
一実施形態では、上記少なくとも１つの増殖因子は、液体状で上記カルシウム粒子に塗布され、その後、上記高分子マトリクスと組み合わされる前に上記粒子上にて凍結乾燥される。
【００２２】
本願発明の他の態様では、上記担体は、１つ以上のリン酸カルシウム粉体を少なくとも１つ以上の増殖因子を含む溶液に混合させてカルシウムリン酸セメントを生成することで、形成される。一態様では、上記セメントは、その後に粒子状に粉砕される。
【００２３】
好適な実施形態では、上記送達媒体は逆相重合体である。特に好適な実施形態では、上記逆相重合体はポロキサマーである。より具体的には、ポロキサマー４０７（PluronicＴＭF127）である。
【００２４】
上述のように、一態様では、上記担体および上記送達システムは、同一の増殖因子を放出するように構成されている一方、他の態様では、上記担体および上記送達システムは、異なる増殖因子を放出するように構成されている。本願発明のさらに他の態様では、上記担体および上記送達媒体は、２つ以上の増殖因子の組み合わせを放出するようにそれぞれ構成され、上記担体および上記送達媒体からそれぞれ放出される前記２つ以上の増殖因子の組み合わせは、互いに同一の組み合わせであるか、または互いに異なる組み合わせである。
【００２５】
したがって、一態様では、本発明は、治療部位で増殖因子の多相放出を行うシステムであって、少なくとも１つの第１の増殖因子を含む送達媒体および少なくとも１つの第２の増殖因子を含む担体を備え、前記送達媒体は、第１の期間中、上記少なくとも１つの第１の増殖因子を初期放出特性で放出するように構成され、上記担体は、第２の期間中、上記少なくとも１つの第２の増殖因子を持続放出特性で放出するように構成されているシステムを提供する。
【００２６】
他の態様では、本発明は、増殖因子の多相放出を行う方法であって、少なくとも１つの第１の増殖因子を初期放出特性を伴って送達する工程、および少なくとも１つの第２の増殖因子を持続放出特性で送達する工程を備える方法を提供する。
【００２７】
さらなる態様では、本発明は、増殖因子の多相送達を行うキットであって、送達媒体要素、前記送達媒体を伴う少なくとも１つの第１の増殖因子、担体要素、および前記担体を伴う少なくとも１つの第２の増殖因子を備えるキットを提供する。
【００２８】
添付の図面を参照して本発明を説明する。添付の図面については、以下に簡単に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の担体が示す持続放出特性を例示するグラフである。
【図２】本発明の送達媒体が示す初期放出特性を例示するグラフである。
【図３】送達媒体および担体の増殖因子の量に基づいて異なる放出特性を例示するグラフである。増殖因子を送達媒体および担体の両方（５０‐５０）に組み入れた場合に多相放出特性が観察される。
【図４】本発明の方法に従い図３に示すように増殖因子を放出する生体インプラントのインビボ活性を例示するグラフである。
【図５】本発明の方法に従って製造した生体インプラントをマウス体内に移植した場合にリン酸カルシウム粒子（ＣａＰ）上に生じる新生骨（「骨」）の形成を例示する図面代用写真である。
【図６】本発明の方法に従って製造した生体インプラントをマウス体内に移植した場合に担体（「担体」）上に形成される新生骨（「骨」）の組織学的所見を例示する図面代用写真である。
【図７】本発明の方法に従って製造された担体が実現する、増殖因子の持続性の短い放出特性を例示するグラフである。
【図８】本発明の方法に従って製造された担体の特性を変更することで、どのように持続放出特性を変化させることできるのかを例示するグラフである。
【発明の詳細な説明】
【００３０】
増殖因子（ＧＦ）は、組織の修復および再生に不可欠に関与している。外因的なＧＦを使用して、多様な組織および器官の修復を刺激することができる。外因的なＧＦが修復を刺激するうえで効果的となるためには、外因的なＧＦを修復を要する部位に保持すること、および、不活性化、隔離、または分解から保護することが必要になる。こうした条件を満たすために担体が用いられる。しかし、これら担体からの増殖因子の放出は理想的なものではなく、容易に修正することもできない。本発明は、増殖因子を生体インプラントから多相放出することでインプラントの有効性を向上させられるという発見に基づくものである。
【００３１】
本発明者は、移植部位における増殖因子の放出動力学または放出特性を向上させる一方で増殖因子の活性を維持することで、例えば生体インプラントの有効性を高める方法および材料を開発した。一態様では、本発明は、少なくとも１つの増殖因子を含む送達媒体と組み合わされる、少なくとも１つの増殖因子を含む担体を備える増殖因子送達システムおよび方法を提供する。上記担体および上記送達媒体が放出する少なくとも１つの増殖因子は同一または異なる増殖因子であってよい。
【００３２】
本発明のシステムおよび方法は、骨折修復、骨移植、脊椎固定、および、頭蓋骨、下顎骨、および骨の欠損の再生を含む多様な治療および臨床用途に用いることができる。このような用途に関して、本発明のシステムは、生体インプラント上に提供されるか、または生体インプラントの形態で提供されることが好ましい。
【００３３】
（定義）
以下に他の定義付けを行わない限りにおいて、本願に使用する全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有するものである。
【００３４】
本願に使用するように、用語「生体インプラント」は、移植に好適な材料を指し、外因的な増殖因子または生物学的活性因子を含む。本願にさらに説明するように、本発明のシステムは、生体インプラントに適用されて使用されることが好ましい。上記生体インプラントはその後に対象体内に留置され、上記システムは多相放出特性によって少なくとも１つの増殖因子を放出する。
【００３５】
本願に使用するように、用語「増殖因子」は、細胞表面の特定の受容体との相互作用を介して細胞の増殖および／または分化を刺激するペプチドおよびタンパク質を指す。増殖因子の例は、骨形成タンパク質（ＢＭＰ）、形質転換増殖因子β（ＴＧＦβ）、インスリン様増殖因子（ＩＧＦ：insulin-like growth factor）、線維芽細胞増殖因子（ＦＧＦ）、血小板由来増殖因子（ＰＤＧＦ）、および血管内皮増殖因子を含む。好適な実施形態では、上記増殖因子はＢＭＰである。
【００３６】
用語「組み合わせ型」は、一過的または安定的に核酸導入を行った宿主(ホスト）細胞または動物、または遺伝子組み換え宿主細胞または動物によって、タンパク質のｃＤＮＡを含む発現構築物が指示するように生成されるタンパク質を指す。用語「組み換え型」はまた、このようなペプチドの薬学上許容される塩も含む。
【００３７】
本願に使用するように、用語「ポリペプチド」または「タンパク質」は、アミド結合により互いに結合したαアミノ酸であるアミノ酸単量体からなる重合体を指す。従って、ポリペプチドは、アミノ酸残基少なくとも２個分の長さを有しているが、通常はより長い長さを有している。一般的に、用語「ペプチド」は、アミノ酸残基数個分のみの長さを有するポリペプチドを指す。ペプチドとは対照的に、ポリペプチドは任意の数のアミノ酸残基を含んでもよい。したがって、用語「ポリペプチド」は、ペプチド、並びに、より長いアミノ酸配列を含む。
【００３８】
本願に使用するように、用語「骨形成タンパク質」、「骨形態形成タンパク質」、または「ＢＭＰ」は相互に互換可能に使用され、増殖分化因子の形質転換増殖因子β（ＴＧＦβ）のスーパーファミリーの骨形成タンパク質（ＢＭＰ）のサブファミリーに属するタンパク質（ＢＭＰ‐２、ＢＭＰ‐３（オステオゲニンとしても知られる）、ＢＭＰ‐３ｂ（増殖分化因子１０（ＧＤＦ‐１０）としても知られる）、ＢＭＰ‐４、ＢＭＰ‐５、ＢＭＰ‐６、ＢＭＰ‐７（骨形成タンパク質‐１（ＯＰ‐１）としても知られる）、ＢＭＰ‐８（骨形成タンパク質‐２（ＯＰ‐２）としても知られる）、ＢＭＰ‐９、ＢＭＰ‐１０、ＢＭＰ‐１１（増殖分化因子８（ＧＤＦ‐８）またはミオスタチンとしても知られる）、ＢＭＰ‐１２（増殖分化因子７（ＧＤＦ‐７）としても知られる）、ＢＭＰ‐１３（増殖分化因子６（ＧＤＦ‐６）としても知られる）、ＢＭＰ‐１４（増殖分化因子５（ＧＤＦ‐５）としても知られる）、およびＢＭＰ‐１５など）を指す。
【００３９】
用語「骨形成タンパク質」および「ＢＭＰ」はまた、ＢＭＰ活性を保持するＢＭＰの対立遺伝子変異体、ＢＭＰの機能保全変異体、および変異ＢＭＰも含む。このようなＢＭＰ変異体またはＢＭＰの突然変異体については、当該技術分野において周知の任意の方法（以下の「ＢＭＰ活性の測定アッセイ」という項目を参照）または実施例１に記載するような方法によってＢＭＰ活性の確認を行う。
【００４０】
好適な実施形態では、上記ＢＭＰは、ＢＭＰ‐２、ＢＭＰ‐４、ＢＭＰ‐５、ＢＭＰ‐６、ＢＭＰ‐７、ＢＭＰ‐８、またはＢＭＰ‐９である。特に好適な実施形態では、上記ＢＭＰは、ＢＭＰ‐２、ＢＭＰ‐４、またはＢＭＰ‐７である。
【００４１】
好適な実施形態では、上記ＢＭＰは哺乳類ＢＭＰ（例えば、哺乳類ＢＭＰ‐２または哺乳類ＢＭＰ‐７）である。特に好適な実施形態では、上記ＢＭＰは、ヒトＢＭＰ（ｈＢＭＰ：ｈｕｍａｎ ＢＭＰ）（例えば、ｈＢＭＰ‐２またはｈＢＭＰ‐７）である。
【００４２】
本願に使用するように、用語「骨格」は、組織修復部位への、細胞における、粘着、遊走、および細胞内増殖をサポートする構造を提供することを目的とする材料を示す。
【００４３】
本願に使用するように、用語「担体」は、単一または複数の要素を備える材料を指し、少なくとも１つの増殖因子を治療部位で「持続放出」特性によってある期間中に放出するよう構成されている。一態様では、上記担体が上記少なくとも１つの増殖因子を放出するのに要する上記期間は７日間〜数週間である。好ましくは、上記担体は、数週間の期間に渡り上記少なくとも１つの増殖因子を放出するように構成される。
【００４４】
好適な実施形態では、上記担体は骨格またはマトリクスとしても作動する。上述のように、本発明の一態様では、上記担体は、マクロ多孔性の高分子足場材料または高分子マトリクス内に分散されたリン酸カルシウム粒子から形成される。一態様では、上記高分子足場材料または上記高分子マトリクスはさらにヒドロキシアパタイト層によってコーティングされている。一実施形態では、上記少なくとも１つの増殖因子は、上記リン酸カルシウム粒子に液体として塗布され、その後、上記高分子マトリクスと組み合わされる前に上記リン酸カルシウム粒子上にて凍結乾燥される。
【００４５】
本願に使用するように、用語「送達媒体」は、少なくとも１つの増殖因子を備えるかまたは含む材料を指し、ある期間中に初期放出特性をもって上記少なくとも１つの増殖因子を治療部位で放出するように構成される。一態様では、上記送達媒体を構成する材料はゲル状である。一態様では、上記送達媒体が上記少なくとも１つの増殖因子を放出するのに要する上記期間は数時間〜数日間である。本発明の好適な実施形態では、上記送達媒体は、数時間持続する「初期放出」または「初期放出特性」をもって上記少なくとも１つの増殖因子の大部分を放出する。好ましくは、上記送達媒体は、上記送達媒体内に含まれる（または上記送達媒体に関連付けされた）上記少なくとも１つの増殖因子の少なくとも80 %を72時間以内に放出するように構成される。
【００４６】
好適な実施形態では、上記送達媒体は逆相重合体である。本願に使用するように、用語「逆相」は、重合体が液体からゲルへ可逆的な温度依存性の遷移を遂げる特性を指す。一態様では、上記遷移の温度は15℃〜37℃である。好ましくは、上記遷移の温度は15℃〜25℃である。当業者において明らかなように、「正常相」の材料は、温度の低下とともにその粘度が上昇する。反対に、逆相の材料は、遷移温度未満では、温度が低下に伴い粘度の低下を示す。
【００４７】
特に好適な実施形態では、上記逆相重合体はポロキサマーである。より具体的には、PluronicＴＭF127（ポロキサマー４０７としても知られる）である。
【００４８】
本願に使用するように、用語「持続放出」または「持続放出特性」は、上記少なくとも１つの増殖因子が上記担体から数日間〜数週間に渡り放出されることを指し、初期期間中の放出量は、移植から数日〜数週間経過後の同一期間中の放出量と同程度であるかまたはこれより少量となる。好ましくは、持続放出特性は少なくとも１週間持続する。当業者に明らかになるように、通常は、最初の３日間に持続放出特性をもって放出される増殖因子の量は、その後の７日間に放出される量よりも少量となる。
【００４９】
本願に使用するように、用語「初期放出」または「初期放出特性」は、上記少なくとも１つの増殖因子が上記送達媒体から大量に初期放出されることを指し、初期放出後には上記少なくとも１つの増殖因子は放出量が次第に減少した状態で数時間または数日間放出される一態様では、初期放出特性の結果、充填した増殖因子の少なくとも８０％が約７２時間以内に放出されることになる。初期放出特性を図２に例示する。
【００５０】
本願に使用するように、用語「多相放出」は、上記少なくとも１つの増殖因子が初期期間中に初期放出され、その後に他の期間中に「持続」放出されることを指す。好ましくは、上記初期期間は約数時間であり、上記他の期間は約数日間〜数週間である。このような放出特性は、二段階で発生することから「二相放出」と称されてもよい。好適な実施形態では、上記初期放出は本発明の送達システムによって実現され、上記「持続放出」は本発明の担体によって実現される。
【００５１】
本発明の一態様では、上記送達媒体要素は、本発明のシステムによって送達する増殖因子の総量の少なくとも10 %から50 %以下を備え、上記担体要素は、本発明のシステムによって送達する増殖因子の総量の少なくとも５０％を備える。
【００５２】
（ＢＭＰ活性の測定アッセイ）
組み合わせＢＭＰのインビトロおよびインビボ機能の特徴を決定するアッセイ法は当該技術分野において周知である（米国特許第4,761,471号；米国特許第4,789,732号；米国特許第4,795,804号；米国特許4,877,864号；米国特許第5,013,649号；米国特許第5,166,058号；米国特許第5,618,924号；米国特許第5,631,142号；米国特許第6,150,328号；米国特許第6,593,109号；Clokie and Urist, Plast. Reconstr. Surg. 2000; 105:628-637；Kirsch et al., EMBO J 2000; 19:3314-3324；Vallejo et al., J. Biotech. 2002; 94:185-194；Peel et al., J. Craniofacial. Surg. 2003; 14:284-291；およびHu et al., Growth Factors, 2004; 22:29-33を参照）。
【００５３】
このようなアッセイ法は、齧歯類（例えば、ラットまたはマウス）への移植（例えば、後四半部筋または胸部領域への移植）後にＢＭＰの骨誘導活性を定量化するインビトロアッセイ法（例えば、米国特許第4,761,471号；米国特許第4,789,732号；米国特許第4,795,804号；米国特許第4,877,864号；米国特許第5,013,649号；米国特許第5,166,058号；米国特許第5,618,924号；米国特許第5,631,142号；米国特許第6,150,328号；米国特許第6,503,109号；Kawai and Urist., Clin. Orthop. Relat. Res., 1988; 222:262-267；Clokie and Urist, Plast. Reconstr. Surg., 2000;105:628-637；およびHu et al., Growth Factors, 2004;22:29-33を参照）、哺乳類（例えば、ラット、イヌ、またはサル）の頭蓋骨の穿孔による欠損部を再生させるＢＭＰの活性を定量化するインビボアッセイ法（例えば、米国特許第4,761,471号および米国特許第4,789,732号参照）、インビトロ培養した軟骨細胞の増殖を誘導するＢＭＰの活性を定量化するインビトロアッセイ法（例えば、米国特許第4,795,804号参照）、インビトロ培養を行った筋細胞（例えば、Ｃ２Ｃ１２細胞、ＡＴＣＣ番号：ＣＲＬ‐１７７２）または骨髄間質細胞（例えば、マウスＷ‐２０細胞、ＡＴＣＣ番号：ＣＲＬ‐２６２３）内にアルカリホスファターゼ活性を誘導するＢＭＰの活性を定量化するインビトロアッセイ法（例えば、米国特許第6,593,109号；Ruppert et al., Eur J Biochem 1996;237:295-302；Kirsch et al., EMBO J, 2000;19:3314-3324；Vallejo et al., J Biotech, 2002;94:185-194；Peel et al., J Craniofacial Surg., 2003;14:284-291；およびHu et al., Growth Factors, 2004;22:29-33を参照）、培養した間葉系前駆細胞株（例えば、マウスＣ３Ｈ１０Ｔ１‐２細胞）内にＦＧＦ‐受容体２（ＦＧＦＲ３）発現を誘導するＢＭＰの活性を定量化するインビトロアッセイ法（例えば、Vallejo et al. J Biotech 2002;94:185-194を参照）、ニワトリ肢芽細胞内にプロテオグリカン合成を誘導するＢＭＰの活性を定量化するインビトロアッセイ法（例えば、Ruppert et al., Eur J Biochem 1996;237:295-302を参照）、および骨髄間質細胞（例えば、マウスＷ‐２０細胞、ＡＴＣＣ番号：ＣＲＬ‐２６２３）内に骨誘導治療を誘導するＢＭＰの活性を定量化するインビトロアッセイ法（例えば、米国特許第6,593,109号を参照）を含む。
【００５４】
（ＢＭＰの結合および放出の測定アッセイ）
多様なアッセイ法を使用して、担体への組み換えＢＭＰの結合および担体からの組み換えＢＭＰの放出を測定することができる。例えば、当該技術分野に周知の任意の技術によって組み換えＢＭＰのタンパク質の量を定量化することができる。上記技術としては、ドットブロット法、免疫学的検定法（例えば、酵素免疫測定法（ＥＬＩＳＡ：enzyme linked immunosorbent assay）、生体インプラントに放射性標識ＢＭＰを取り込んだ場合に放出バッファ中に存在する放射能増加の測定法、およびクロマトグラフィー法（例えば、高圧液体クロマトグラフィー法（ＨＰＬＣ：high pressure liquid chromatography）およびイオン交換クロマトグラフィー法）が含まれる。
【００５５】
このような方法は当該技術分野に周知である（例えば、Harlow and Lane, Using Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1999; Gosling, ed., Immunoassays: A Practical Approach, Oxford University Press. 2000; Oliver, ed., HPLC of Macromolecules: A Practical Approach., Oxford University Press, 1998; Millner, ed., High Resolution Chromatography: A Practical Approach. Oxford University Press, 1999; Hockfield et al., Selected Methods for Antibody and Nucleic Acid Probes. Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1993; Gore, ed., Spectrophotometry and Spectrofluorimetry: A Practical Approach. Oxford University Press, 2000を参照）。
【００５６】
例えば、ＢＭＰタンパク質の放射免疫測定分析のプロトコールが記載されてきた（例えば、米国特許第4,857,456号参照）。例えば、ＢＭＰタンパク質の免疫ブロット解析のプロトコールが記載されてきた（例えば、Wang et al. Proc Natl Acad Sci USA 1990; 87:2220-2224参照）。例えば、ヒト、ラット、またはマウスＢＭＰ‐２のタンパク質レベルの定量化のためのＥＬＩＳＡキットは、例えば、R & D Systems社より市販されている（カタログ＃: DBP200、PDBP200、またはSBP200）。例えば、ヒトＢＭＰ‐７のタンパク質レベルの定量化のためのＥＬＩＳＡキットが、例えば、R & D Systems社より市販されている（カタログ＃: DY354またはDY354E）。
【００５７】
（キット）
一態様では、本発明は、本明細書に記載のシステムを収容するためのキットを提供する。一態様では、上記キットは、送達媒体および担体を作製するために必要な要素、並びに必要とされる増殖因子を備える。すなわち、本発明のキットは、送達媒体および担体を作製するために必要な要素、前記送達媒体に関連付けられる少なくとも１つの増殖因子、および前記担体に関連付けられる少なくとも１つの増殖因子を備えることになる。
【００５８】
好ましくは、上記送達媒体およびこれに関連付けられる上記増殖因子は別箇の容器中に保持されて、使用時に組み合わされる。これは、送達媒体が液体またはゲルを備える場合において特に好適である。このような場合では、上記送達媒体に関連付けられる増殖因子は、凍結乾燥紛体として別箇の容器中に保持されてもよい。使用時に、粉体状の上記増殖因子を液状またはゲル状の送達媒体と組み合わせてもよい。
【００５９】
上記キットは、好ましくは、担体に関連付けられる増殖因子が表面上に堆積またはコーティングされる担体を備えるさらなる容器を備えてもよい。一実施形態では、上記担体の材料は、上記担体に関連付けられる増殖因子とは別に保持されてもよい。
【００６０】
好適な実施形態では、本発明のキットは、以下の（１）〜（３）にそれぞれ対応する少なくとも３つの容器を備えることになる。（１）送達媒体要素、（２）少なくとも１つの第１の増殖因子（すなわち、前記送達媒体に関連付けられる増殖因子）、（３）担体および少なくとも１つの第２の増殖因子（すなわち、上記担体に関連付けられる増殖因子）。使用時、粉体状の上記少なくとも１つの第２の増殖因子は液状またはゲル状の送達媒体と組み合わされ、その後、これらの混合物は、上記少なくとも１つの第２の増殖因子が、表面上に事前に付加された担体に塗布される。
【００６１】
一態様では、本発明のキットは、必要に応じて、必要な試薬、使用上の説明、および／または容器を備えてもよい。
【００６２】
（実施例）
以下の実施例を用いて本発明を説明する。以下の実施例は、増殖因子（ＢＭＰを持続放出で放出する担体中のＢＭＰの付加部分とＢＭＰを初期放出で放出する送達媒体内のＢＭＰの一部とから生成されるｒｈＢＭＰ‐２など）の多相放出特性は急速放出（バーストリリース）または持続放出のみを実現する担体よりも効果的であるという、本発明者による新規発見を例示するものである。
【００６３】
当業者に明らかになるように、上記担体の内部に１つの増殖因子を設け、上記送達媒体に前記１つの増殖因子と異なる増殖因子を設けることが可能であり、この結果、各増殖因子の放出特性は異なるものとなる。
【００６４】
以下の実施例は本発明の例示のみを行うように意図されたものであり、本発明の範囲を如何ようにも限定するものではないことを理解されるであろう。同様に、本発明は、本明細書に記載する如何なる特定の好適な実施形態にも限定されるものではない。実際、本明細書を読んだ当業者にとっては、本発明に多数の変更例および変形例が存在することは明らかとなるであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれが適用される均等物の全範囲の条件によってのみ限定されるものである。
【００６５】
実施例１：ＰＬＧＡ内へ封入されたＢＭＰを含む持続放出性の複合担体の製造
本実施例では、ｒｈＢＭＰ‐２を含み、持続放出特性で増殖因子を放出する担体を形成する方法を示す。
【００６６】
（材料および方法）
固有粘度が、1.33 dL/g のPLGA 75/25 (MW=205,000-210,000) をBirmingham Polymer Inc.（Birmingham、AL）から購入した。リン酸テトラカルシウム（ＴＴＣＰ）を太平化学産業株式会社（大阪、日本）から得て、第二リン酸カルシウム無水物（ＤＣＰＡ）およびジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）をSigma Chemical Co. （MO、USA）から得た。糖粒子をTate & Lyle North America Inc. （Toronto、Canada）から購入した。
【００６７】
等モル濃度のＴＴＣＰおよびＤＣＰＡを脱イオン化蒸留水（ddH２O）と１００％の相対湿度で２４時間混合させて、吸収性のリン酸カルシウム粒子を調製した。この反応物を粉砕して４５μｍの篩にて篩い分けた。
【００６８】
組み換えヒトＢＭＰ‐２（ｒｈＢＭＰ‐２、Induce Biologics Inc.）を製剤バッファ（1.5 mg/ml、pH 4.5；5 ミリモルのグルタミン酸、2.5 %のグリシン、0.5 %のサッカロース（sucrose）、およびddH２Oを添加した0.01 %のTweenＴＭ80）中で調製した。ＣａＰ粉体を含むバイアルにタンパク質溶液を添加して、少なくとも１５分間撹拌させた。その後、上記ＣａＰ粉体を凍結させて凍結乾燥させた。
【００６９】
その後、（ＣａＰ‐ＢＭＰ）を添加または（ＣａＰ）ＢＭＰを無添加の粉体を使用して、位相反転／粒子洗脱法によりＣａＰ微粒子−ＰＬＧＡ骨格ブロックを以下のように作製した。ＰＬＧＡをＤＭＳＯ中に11.5 % (w/v) の濃度で溶解させた。この溶液に、ＣａＰ粒子およびＣａＰ‐ＢＭＰ粒子をＣａＰ／ＰＬＧＡ比が2:1 (w/w) にて完全に混合させた。上記ＣａＰ／ＰＬＧＡ中に、糖結晶をそのサイズの範囲が0.85-1.18 mmにて分散させて、この混合物を鋳型中に−１８℃で凝固させた。上記ＰＬＧＡを沈殿させ、上記糖結晶をddH２Oにより３回洗浄して溶出させた。
【００７０】
以下の要領で、ヒドロキシアパタイトをマクロ多孔性の複合骨格の表面およびその全体に成膜させた。乾燥ＰＬＧＡ／ＣａＰシリンダ（口径2 mm、長さ2 mm）を70 % エタノールでプリウェットさせ、60 ml の３×ＳＢＦ中に37 ℃で９日間浸した。ＳＢＦの調製は以下の要領で行った。1.8 L のddH２Oを撹拌させながら、塩（29.711 g のＮａＣｌ、2.206 g のＣａＣｌ２‐２Ｈ２Ｏ、10 ml の1M ＨＣＬ、および0.852 のＮａ２ＨＰＯ４）を順次添加させた。最終的な体積は2 L とした。上記ＳＢＦ溶液を毎日取り換えた。コーティング後、３ＰＣＣサンプルをddH２Oにて洗い、風乾させた。
【００７１】
この結果、ｒｈＢＭＰ‐２を持続放出特性で少なくとも７日間に渡り放出可能なマクロ多孔性の複合担体（３ＰＳ）が形成された。これらの結果を図１に例示する。
【００７２】
実施例２：リン酸カルシウムセメント中に封入することによりＢＭＰを含む持続放出性の担体の製造
本実施例では、持続放出特性を有する、ｒｈＢＭＰ‐２を含むリン酸カルシウムセメント（ＣＰＣ）担体の形成方法を例示する。
【００７３】
（材料および方法）
リン酸テトラカルシウム（ＴＴＣＰ）を太平化学産業株式会社（大阪、日本）から得、第二リン酸カルシウム無水物（ＤＣＰＡ）をSigma Chemical Co. から得た。マクロ多孔性の二相性リン酸カルシウム顆粒（Eclipse）をCitagenix（Laval Qc、Canada）から購入した。組み換えヒトＢＭＰ‐２（ｒｈＢＭＰ‐２、Induce biologics Inc.）を製剤バッファ（1.5 mg/ml、pH 4.5；5 ミリモルのグルタミン酸、2.5 %のグリシン、0.5 %のサッカロース、およびddH２Oを添加した0.01 %のTweenＴＭ80）中で調製した。
【００７４】
等モル濃度のＴＴＣＰおよびＤＣＰＡをｒｈＢＭＰ‐２溶液と混合させて、再吸収性のリン酸カルシウムセメント粒子を調製した。反応物を粉砕して300 μｍおよび100 μｍの篩に掛け、100 μｍ〜300 μｍの粒子を保持した。
【００７５】
この結果、ｒｈＢＭＰ‐２が取り込まれたリン酸カルシウムセメントの担体粒子が形成された。動物へ移植すると、ＢＭＰが少なくとも数週間に渡って持続的に放出された。
[0093]  マクロ多孔性の骨格としても機能するＣＰＣ系の持続放出性の担体を作製するために、ＣＰＣ粒子（0.1 mm〜0.3 mm）をマクロ多孔性のリン酸カルシウム顆粒（1 mm〜2 mm）と1:1（w/w）の比で混合させた。
【００７６】
実施例３：ＢＭＰの結合コーティングを使用した、ＢＭＰを含有する持続放出性の担体の製造
本実施例では、ＢＭＰ結合コーティングを塗布して、持続放出特性を有する担体を形成する方法を示す。このような方法の１つでは、本発明者による同時係属中の出願である米国出願第13/002,444（前記米国出願を参照することにより、その開示内容全体を本明細書中に援用する）に記載の抗体またはＢＭＰ結合タンパク質で骨格をコーティングする。
【００７７】
（材料および方法）
精製した多クローン性ラビット抗ヒトＢＭＰ‐２抗体をCell Sciences（Canton MA.、カタログ＃PA0025）から購入した。マクロ多孔性の二相性リン酸カルシウム（ＢＣＰ）の顆粒（Eclipse）をCitagenix（Laval、Qc、Canada）から購入した。
[0098]  殺菌済のＢＣＰの顆粒をバイオセーフティーキャビネット内で検量し、殺菌済のＴＰＰ管（Mandel Scientific、Guelph ON、Canada）内に投入した。抗体溶液をリン酸緩衝生理食塩水中で希釈して1 mlのＰＢＳ当たりの抗体の最終的な濃度を150 ng、300 ng、および600 ngとし、濾過滅菌し、上記骨格に1:1 （v/v）の比で塗布した。上記サンプルを凍結させて凍結乾燥させる前に、室温で少なくとも15分間撹拌させた。その後、上記顆粒にＢＭＰ溶液を塗布し、室温で少なくとも15分間吸収させ、その後に凍結させて再度凍結乾燥させた。
【００７８】
この結果、ｒｈＢＭＰ‐２を結合してこれを徐々に持続的に放出する抗体でコーティングしたＢＣＰ顆粒が形成された。
【００７９】
使用する抗体の量を増大させることで、結合可能なｒｈＢＭＰ‐２の量を増大させることができる。親和性または結合活性の低い抗体を使用することで、放出速度を加速させることができる。
【００８０】
実施例４：Ｆ１２７を使用した、送達媒体を含有するＢＭＰの作製
本実施形態は、Ｆ１２７を使用して、ｒｈＢＭＰ‐２を含む送達媒体を調製する方法を示す。
【００８１】
（材料および方法）
以下の要領でポロキサマーを調製した。100 mlの蒸留水を4 ℃まで冷却させ、多様な量のポロキサマー４０７を撹拌させながら数時間掛けて徐々に添加させ、固体小球が全て溶解して最終濃度が12 %〜33 %の範囲となるようにした。その後、上記ポロキサマーの溶液を加圧滅菌器で殺菌（121 ℃、20分間、30 psi）した。殺菌後、上記ポロキサマーの溶液を使用時まで4 ℃で静置した。
【００８２】
上記ポロキサマーの溶液に凍結乾燥させた組み換えヒトＢＭＰ‐２粉体（ｒｈＢＭＰ‐２、Induce Biologics Inc.）を添加して、徐々に混合させた。
【００８３】
または、溶液（1 mg/ml、pH 4.5；5 ミリモルのグルタミン酸、2.5 %のグリシン、0.5 %のサッカロース、および0.01 %のTween 80）からｒｈＢＭＰ‐２を1/10（v/v）または1/20（v/v）の比で添加した。
【００８４】
この結果、上記ｒｈＢＭＰ‐２の８０％を超える量を最初の２日間に放出する送達媒体（図２に図示）が形成された。
【００８５】
実施例５：多相放出特性を有する生体インプラントの作製
本実施例では、ｒｈＢＭＰ‐２を含み、これを多相放出特性で放出する３ＰＳ‐Ｆ１２７生体インプラントを形成する方法を示す。
【００８６】
（材料および方法）
担体5 mg当たりｒｈＢＭＰ‐２を0 μｇ、4.55 μｇ、または9.1 μｇ含む３ＰＳ担体（実施例１に記載）を調製してエッペンドルフチューブ内に貯蔵した。45.5 μｌのＦ１２７（実施例４に記載の方法で調製）内に0 μｇ、4.55 μｇ、または9.1 μｇのｒｈＢＭＰ‐２を含む送達媒体をエッペンドルフチューブ内に４℃で貯蔵した。使用直前に、上記Ｆ１２７を上記３ＰＳ担体上にピペットで移し、この担体を上記送達媒体内に混合させた。
【００８７】
その後、この３ＰＳ‐Ｆ１２７生体インプラントを使用して、インビトロでのＢＭＰの放出およびインビボでの骨形成活性を以下のように測定した。
【００８８】
送達媒体に対する担体の比を変更して、ゲル（1:1（v:v）の比）またはパテ（2:1（v:v）の比）を作製することができる。さらに、上記担体に対する上記ＢＭＰの比を変更するか、または上記担体の粒子サイズを変更することで、持続放出特性を変化させることができる。最後に、上記担体および上記送達媒体内のｒｈＢＭＰ‐２の量を変更して、最初の数時間に初期放出されるｒｈＢＭＰ‐２の量をその後の数週間に放出される量と比較して変化させることができる。
【００８９】
実施例６：生体インプラントからのＢＭＰの放出のインビトロアッセイ
本実施例では、実施例１〜５に記載の多様な生体インプラントからのｒｈＢＭＰ‐２の放出を測定する方法を記載する。
【００９０】
（材料および方法）
実施例１〜５の場合のように調製したｒｈＢＭＰ‐２を既知量含む生体インプラントをエッペンドルフチューブに移す。使用するｒｈＢＭＰ‐２の総量は、担体が5 mgおよびＦ１２７が45.5 μｌ当たり9.1 μｇのｒｈＢＭＰ‐２、または100 μｌのＦ１２７に対する10 mgの担体に対して20 μｇのｒｈＢＭＰ‐２である。
【００９１】
その後、撹拌を行いながら、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）＋１％ＢＳＡを含む放出バッファの溶液1 mlによってサンプルを37℃で培養した。異なる時間の期間（例えば、１日間、２日間、５日間、７日間、および１０日間）の経過後に上記バッファを除去して、新しい放出バッファと取り換え、回収した溶液をバイアル（容量：1.5 ml）でさらなる分析に備えて−20 ℃で貯蔵した。
【００９２】
上記バッファ中に放出されたＢＭＰ‐２の量を市販のＥＬＩＳＡ法（QuantikineＴＭｈＢＭＰ‐２ ＥＬＩＳＡ、RnD Systems）を用いて測定した。上記ＥＬＩＳＡ法は製造者規定の説明書に従って行った。
【００９３】
（結果）
ＢＭＰを含めなかった生体インプラントから回収した放出バッファでは何れも、検出可能なＢＭＰが存在しなかった。ｒｈＢＭＰ‐２を含めた上記担体のサンプルは、研究期間に渡ってｒｈＢＭＰ‐２の持続放出を示す一方で、上記送達媒体中のサンプルのみが「初期放出特性」で放出された。
【００９４】
上記担体および上記送達媒体を組み合わせた場合、どの要素にＢＭＰが充填されるかに応じて多様な放出特性が得られた。上記ｒｈＢＭＰ‐２の100 %（9.1 μｇ）が３ＰＳ（5 mg）担体内に充填され、その後にこの３ＰＳ担体が33 %％Ｆ１２７（45.5 μｌ）と混合された場合では、上記ＢＭＰの放出特性は、最初の２日間のＢＭＰの放出量が5 ngであり、３日目から５日目までのＢＭＰの放出量が8 ngであり、５日目から７日目までの放出量が10 ngである持続性パターンに匹敵した（図３：１００−０）。
【００９５】
上記ｒｈＢＭＰ‐２の100 %（9.1 μｇ）を33 %Ｆ１２７（45.5 μｌ）に充填して、これとＢＭＰを含まない３ＰＳ担体（5 mg）とを混合させた場合、ＢＭＰの放出は、最初の１日目の放出量が2363 ngであり、２日目の放出量が381 ngであり、３日目の放出量が12 ngであった（図３：０−１００）。
【００９６】
上記ＢＭＰを上記担体と上記送達媒体との間に分散させた場合、上記生体インプラントは、ＢＭＰの中等度の初期放出およびそれに続く持続放出の二相放出特性を示す（図３：５０−５０）。
【００９７】
実施例７：放出されたＢＭＰの活性を試験するインビトロアッセイ
本実施例は、生体インプラントから放出されたｒｈＢＭＰ‐２が活性を維持しているか否かについて決定する方法を記載する。放出されたｒｈＢＭＰが生物学的に活性であることを実証するために、応答細胞を放出物中で培養し、増殖因子への応答を測定してもよい。このようなアッセイ法は当該技術分野において公知である（Peel et al., J. Craniofac. Surg. 2003, 14:284-291を参照）。
【００９８】
（材料および方法）
実施例１〜５に記載のようなｒｈＢＭＰ‐２を添加または無添加の材料を調製した。15 %のウシ胎仔血清および抗体を添加したアルファ最小必須培地（αＭＥＭ（alpha minimal essential medium）＋15 %ＦＢＳ（fetal bovine serum）＋ＡＢ（antibiotics））をバッファに使用した以外は実施例３に記載の方法で放出物を調製した。
【００９９】
Ｃ２Ｃ１２細胞を24ウェル細胞培養プレートに0.5×10５細胞/mlで播種した。各ウェルには1 mlのαＭＥＭ＋15 %ＦＢＳを添加した。24時間〜72時間までの多様な期間経過後、上記培地を除去し、多様な放出物を塗布した。ネガティブ対照は、無添加のαＭＥＭ＋15 %ＦＢＳ＋ＡＢで培養したＣ２Ｃ１２細胞を含むものとした。ポジティブ対照は、25 ng/ml、50 ng/ml、および100 ng/mlのｒｈＢＭＰ‐２を含むαＭＥＭ＋15 %ＦＢＳ＋ＡＢで培養したＣ２Ｃ１２細胞を含むものとした。48時間経過後、上記細胞を1 mlの細胞溶解バッファ（Celllytic Sigma Aldrich）中に溶解させて、細胞溶解物のアルカリホスファターゼ（ＡＬＰ）活性をリン酸パラニトロフェノールアッセイ法（Sigma Aldrich）を用いて測定した。上記溶解物の細胞タンパク質の含有量をクーマシープラス試薬（Fisher）を用いて測定し、上記細胞タンパク質の含有量は、各ウェルの細胞数に対してＡＬＰ活性を正規化して使用された。
【０１００】
一般的に、担体または送達媒体と関連付けられた場合にＢＭＰ活性に損失が生じるか否かの決定を行うために、担体または送達媒体と関連付けられていないｒｈＢＭＰ‐２についてＡＬＰ／ＰＴＮ結果の標準活性曲線を決定する。放出物中の活性ｒｈＢＭＰ‐２の濃度は、この標準曲線から決定することが可能であり、ＥＬＩＳＡ法により決定される放出物中に存在するｒｈＢＭＰ‐２の総量に対する百分率として示される。
【０１０１】
実施例８：多相ＢＭＰ生体インプラントの骨誘導活性の評価
本実施例では、ＢＭＰを含む生体インプラントの骨誘導活性をインビボで決定する方法を記載する。生体インプラントの骨形成誘導能を評価するために、マウスマッスルパウチアッセイ法を使用した。このモデルでは、マウスの後肢に作製したマッスルパウチ内に生体インプラントを配置する。また、誘導された骨形成のサイズは試験対象のＢＭＰ量に比例するものである。このようなアッセイ法は当該技術分野において公知である（例えば、Barr et al., Oral Surg. Oral Med. Oral Pathol. Oral Radiol. Endod., 2010; 109:531-40を参照）。
【０１０２】
（材料および方法）
実施例１〜５に記載のように生体インプラントを調製した。麻酔後、生後37日〜42日の雄のＣＤ‐１マウスの後肢の大腿筋内に鈍的切開法により水平に並んだ２つの各パウチを作製した。その後、上記筋肉のパウチ内に配置されていた無菌状態のゼラチンカプセル内に上記生体インプラントが配置された。上記筋肉内の各パウチは互いに引き合わされ、ミッシェルクリップを用いて皮膚の縫合を行った。
【０１０３】
術後28日目に上記動物を安楽死させた。上記後肢を採取し、10 %緩衝ホルマリンによって固定化した。固定化後、マイクロＣＴスキャナー（General Electric Healthcare eXploreＴＭ Locus SP）を用いて試料を撮像した。製造者のソフトウェアを59 μｍの解像度で使用することで、サンプルのスキャニングおよび再構築を行った。画像再構成後、対象領域（ＲＯＩ）を決定した。この領域は、生体インプラントによって形成が誘導された骨を含んでいる領域を全て含むものである。上記生体インプラントによって形成が誘導された骨を含む領域は、その位置および密度に応じて、骨格の骨から容易に区別することができる。
【０１０４】
ＲＯＩ内の骨の質および量を分析するために、ｍＣＴ画像のボクセルを骨相と非骨相とに分割した。この分割は、ボクセルが骨としてカウントされるボクセルグレイスケールの閾値を決定することにより実現した。各サンプルについて、総量（ＴＶ）、骨体積（ＢＶ）、総量のミネラル濃度（ＴＶ‐ＭＤ）、骨体積のミネラル濃度（ＢＶ‐ＭＤ）、総量のミネラル含有量（ＴＶ‐ＭＣ)、骨体積のミネラル含有量（ＢＶ‐ＭＣ）、およびＲＯＩの骨体積分率（ＢＶＦ）を決定した。上記決定された各数値は、担体のみが選択された上限閾値を使用することによって、担体によるカルシウムが存在量を、担体および新たに掲載された骨を含む下限閾値を使用して得られた数値から減算して、調整された（Humber et al., Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, Oral Radiology, and Endodontology. 2010. 109:372-384を参照）。
【０１０５】
マイクロＣＴ分析の完了に続いて、試料をスプール樹脂内に埋め込むか、またはギ酸中で脱灰してワックス内に埋め込んだ。樹脂内に埋め込んだサンプルの評価を後方散乱ＳＥＭ法により行い、ワックス内に埋め込んだサンプルは切断されてヘマトキシリンおよびエオシン（Ｈ＆Ｅ（hematoxylinおよびeosin））で染色され、光学顕微鏡で調査されて、移植部位に存在する組織の種類の評価を行った。
【０１０６】
（結果）
実施例５に記載のように組み合わせられた担体および送達媒体
ＢＭＰの持続放出特性を有する３ＰＳ担体の内部にＢＭＰが全て含まれる生体インプラントにより最も小さい骨の骨片が形成されること（図４；１００‐０）、ＢＭＰの急速放出特性を有するＦ１２７送達媒体の内部にＢＭＰが全て含まれる生体インプラントにより中間サイズの骨片が形成されること（図４；０‐１００）、担体にＢＭＰの５０％が含まれ、送達媒体にＢＭＰの５０％が含まれ、ＢＭＰの多相放出特性を有する生体インプラントにより最も大きな骨の骨片が形成されること（図４；５０‐５０）が、マイクロＣＴ分析によって示された。
【０１０７】
後方散乱ＳＥＭ法により、28日目までに、生体インプラント全体およびＰＬＧＡ中に取り込んだリン酸カルシウム粒子上に骨が形成されたことが示された（図５）。組織学によって、形成された組織が骨であることが確認された（図６）。
【０１０８】
実施例９：生体インプラントからのＢＭＰの放出のインビボアッセイ
本実施例では、実施例１、２、３、４、または５に記載の多様な生体インプラントを動物に移植後、この生体インプラントからのｒｈＢＭＰ‐２の放出を測定する方法を記載する。上記測定を行う方法は当該技術において周知である。例えば、Uludag et al. J Biomed Mater Res, 46, 193-202, 1999を参照。
【０１０９】
（材料および方法）
組み換えｈＢＭＰ‐２は、ヨウ素125（I-125）（Perkin Elmer）で放射標識されている。上記放射標識されたｈＢＭＰ‐２（ホット）を非標識ｈＢＭＰ‐２（コールド）と混合して、１：１００のホットおよびコールドの混合物を作製する。
【０１１０】
実施例１〜５の場合のように、既知量のｈＢＭＰ‐２を含む生体インプラントを調製する。実施例８に記載のように、その後、これらの生体インプラントを動物体内に移植する。移植から多様な期間経過後、上記動物を犠牲にし、移植部位を解剖した。その後、解剖した組織の重量を量り、ガンマカウンター法を使用して放射活性量を決定した。
【０１１１】
カウント数がタンパク質と関連しているか否かを決定するために、組織を0.5 mlのＰＢＳ＋0.5 %ＢＳＡ中で均質化する。氷冷した2 mlの10 %トリクロロ酢酸を均等となるように添加し、その後に4 ℃で少なくとも１時間静置する。その後、上記均等添加物を遠心分離機に掛け、上澄みを除去した。その後、沈殿物の放射活性をガンマカウンター法を使用して測定した。
【０１１２】
インプラントに関連付けられる放射活性を上記減衰のために補正し、インプラント内に残るＢＭＰの総量が評価された。
【０１１３】
実施例１０：持続性の短い放出特性を有する担体の作製
本実施例では、持続性の短い放出特性で増殖因子を放出する担体を作製する手段を説明する。
【０１１４】
（材料および方法）
マクロ多孔性の二相リン酸カルシウム（ＢＣＤ）の顆粒（Eclipse）をCitagenix（Laval、Qc、Canada）から購入した。組み換えヒトＢＭＰ‐２（ｒｈＢＭＰ‐２、Induce Biologics Inc.）を製剤バッファ（1.5 mg/ml、pH 4.5；5 ミリモルのグルタミン酸、2.5 %のグリシン、0.5 %のサッカロース、およびddH２Oを添加した0.01 %のTweenＴＭ80）中で調整した。
【０１１５】
殺菌済のｒｈＢＭＰ‐２溶液は、殺菌済のＢＣＰ顆粒を5 mg当たり9.1 μｇまたは5 mg当たり4.55 μｇ（ＢＣＰ当たりのＢＭＰ）の割合で使用して、振とうさせながら15分間培養した。その後、上記サンプルを無菌状態で凍結して凍結乾燥させた。
【０１１６】
凍結乾燥に続いて、上記担体を5 mgの採取量にて量り、これを無菌状態のエッペンドルフチューブ内に投入した。一部のチューブは33 %のＦ１２７（45.5 μｌ添加）を含んでいた。その後、ＢＭＰの放出特性を実施例６に記載のように決定した。
【０１１７】
（結果）
Ｆ１２７にコーティングされていない担体（ＢＣＰ）は、初日に放出されるＢＭＰの量が最も大きく、その後の各時間点において放出されるＢＭＰの量は減少するような急速放出特性を示した。Ｆ１２７中にＢＣＰを混合（ＢＣＰ−Ｐｏｌ）した結果、最初の４日目までの各日において回収したＢＭＰ量が類似する持続性の短い放出特性が得られた（図７）。
【０１１８】
実施例１１：担体の持続放出特性の変化
本実施例では、担体からの放出特性を変化させる手段を説明する。
【０１１９】
（材料および方法）
固有粘度および分子量の異なるＰＬＧＡをBirmingham Polymers Inc.社（Birmingham、AL）から購入した。その後、実施例１のように、これらＰＬＧＡを使用して担体を作製した。上記担体からのＢＭＰの放出特性を実施例６の方法で決定した。
【０１２０】
（結果）
全担体が持続放出特性を示した。しかし、放出されたＢＭＰの量は、使用したＰＬＧＡの固有粘度／分子量に応じて異なるものであった。低粘度のＰＬＧＡ（Ｐｏｌ‐１）で作製した担体は、高粘度のＰＬＧＡ（Ｐｏｌ‐２）を用いて作製した担体と比較して、12週間の研究期間中により多くのｒｈＢＭＰ‐２を放出した（図８）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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