(57)【要約】免疫隔離装置内に収納される細胞の分泌活性を維持および改善する方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
レシピエント動物に対する免疫隔離装置移植において細胞の生存性を最適化するための方法であって、
（ａ）細胞を第１の免疫隔離装置へ装荷する工程；
（ｂ）前記第１の免疫隔離装置を宿主動物へ移植する工程；
（ｃ）一定期間後、前記第１の免疫隔離装置を前記宿主動物から取り出す工程；
（ｄ）前記取り出した第１の免疫隔離装置から前記細胞を取り出す工程；
（ｅ）前記取り出した細胞を前記細胞の増殖を支持する培地でエクスパンジョンする工程；
（ｆ）前記エクスパンジョンした細胞を第２の免疫隔離装置に装荷する工程；および、
（ｇ）場合により工程（ｂ）〜（ｆ）を１回以上繰り返すこと、
を含み、
工程（ｆ）で装荷した第２の免疫隔離装置がレシピエントへの移植において生存に関して最適化された細胞株を含む、前記方法。
【請求項２】
工程（ｂ）における第１の免疫隔離装置の宿主への移植がレシピエントに対して意図した移植方法と矛盾のない様式で行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
宿主動物とレシピエント動物とが異なる種である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
細胞がレシピエントに対して同種異系である、請求項１記載の方法。
【請求項５】
細胞がレシピエントに対して異種個体性である、請求項１記載の方法。
【請求項６】
細胞がレシピエントに対して同系である、請求項１記載の方法。
【請求項７】
細胞が異種起源および／または同種起源のポリヌクレオチドを含むベクターによるトランスフェクションによって形質転換された、組換え的に操作されている細胞である、請求項１記載の方法。
【請求項８】
細胞が共通のクローンから単離されている、請求項１記載の方法。
【請求項９】
レシピエントのホメオスタシスに必要なポリペプチドまたはその変異体を細胞が分泌する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
細胞によるポリペプチドまたはその変異体の分泌が分泌促進物質によって誘導可能である、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
工程（ｃ）の期間が数日の範囲である、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
工程（ｃ）の期間が数週間の範囲である、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
工程（ｃ）の期間が数ヶ月の範囲である、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
工程（ａ）〜（ｆ）の工程を少なくとも２回繰り返す、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
レシピエント動物への免疫隔離装置移植において最適な所望の機能を有する細胞を選抜する方法であって、
（ａ）所望の機能を有する細胞を複数の第１の免疫隔離装置へ装荷する工程；
（ｂ）前記第１の免疫隔離装置を複数の宿主動物へ移植する工程；
（ｃ）前記宿主動物を前記細胞機能について監視する工程；
（ｄ）前記免疫隔離装置を所定のレベルの前記細胞機能を示す前記宿主動物から取り出す工程；
（ｅ）前記取り出した免疫隔離装置から前記細胞の増殖を支持する複数の培地支持体へ細胞を移す工程；
（ｆ）前記取り出した細胞を前記培地支持体上でエクスパンジョンする工程；
（ｇ）前記所望の細胞機能の所定レベルを有する細胞を含む前記培地支持体を決定する工程；
（ｈ）前記所望の細胞機能の前記所定レベルを有する前記エクスパンジョンした細胞を１以上の第２の免疫隔離装置へ装荷する工程；および、
（ｉ）場合により工程（ｂ）〜（ｈ）を1回以上繰り返すこと、
を含み、工程（ｈ）で装荷される免疫隔離装置が、前記レシピエント動物への免疫隔離装置移植のために最適な所望の機能を有する細胞株を含む、前記方法。
【請求項１６】
工程（ｂ）における宿主動物への第１の免疫隔離装置への移植がレシピエントに対して意図した移植方法と矛盾しない様式で行われる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
宿主動物とレシピエント動物が異なる種である、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
細胞がレシピエントに対して同種異系である、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
細胞がレシピエントに対して異種個体性である、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
細胞がレシピエントに対して同系である、請求項１５記載の方法。
【請求項２１】
細胞が異種起源および／または同種起源のポリヌクレオチドを含むベクターによるトランスフェクションによって形質転換された、組換え的に操作されている細胞である、請求項１５記載の方法。
【請求項２２】
細胞が共通のクローンから単離されている、請求項１５記載の方法。
【請求項２３】
細胞の機能が分泌促進物質によって誘導可能である、請求項１５記載の方法。
【請求項２４】
工程（ａ）の免疫隔離装置の第１の組の各々が工程（ｂ）において別個の宿主動物に移植される、請求項１５記載の方法。
【請求項２５】
工程（ｃ）における宿主動物の監視が産物の血中濃度を監視することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２６】
工程（ｅ）で取り出した免疫隔離装置の各々からの細胞が別個の培地支持体へ移される、請求項１５記載の方法。
【請求項２７】
工程（ａ）〜（ｈ）が２回以上繰り返される、請求項１５記載の方法。
【請求項２８】
（ａ）請求項１５記載の方法によって選抜される細胞、および（ｂ）免疫隔離装置、を含み、前記細胞が前記免疫隔離装置内に収納されている、免疫隔離システム。
【請求項２９】
レシピエント動物への免疫隔離装置移植において細胞の生存性を最適化する方法であって、
（ａ）細胞を第１の免疫隔離装置へ装荷する工程；
（ｂ）前記第１の免疫隔離装置を培養容器内で培養する工程；
（ｃ）一定期間後、前記第１の免疫隔離装置を前記培養容器から取り出す工程；
（ｄ）前記取り出した免疫隔離装置から前記細胞を取り出す工程；
（ｅ）前記取り出した細胞を前記細胞の増殖を支持する培地でエクスパンジョンする工程；
（ｆ）前記エクスパンジョンした細胞を第２の免疫隔離装置へ装荷すること；および、
（ｇ）場合により工程（ｂ）〜（ｆ）を１回以上繰り返すこと、
を含み、工程（ｆ）において装荷された第２の免疫隔離装置が培養容器内で培養される免疫隔離装置内における生存に最適化された細胞株を含む、前記方法。
【請求項３０】
細胞がレシピエントに対して同種異系である、請求項３０記載の方法。
【請求項３１】
細胞がレシピエントに対して異種個体性である、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
細胞がレシピエントに対して同系である、請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
細胞が異種起源および／または同種起源のポリヌクレオチドを含むベクターによるトランスフェクションによって形質転換された、組換え的に操作されている細胞である、請求項３０記載の方法。
【請求項３４】
細胞が共通のクローンから単離されている、請求項３０記載の方法。
【請求項３５】
レシピエントのホメオスタシスに必要なポリペプチドまたはその変異体を細胞が分泌する、請求項３０記載の方法。
【請求項３６】
細胞によるポリペプチドまたはその変異体の分泌が分泌促進物質によって誘導可能である、請求項３６記載の方法。
【請求項３７】
工程（ａ）〜（ｆ）を少なくとも２回繰り返す、請求項３０記載の方法。
【請求項３８】
レシピエント動物への免疫隔離装置移植において所望の最適な機能を有する細胞を選抜する方法であって、
（ａ）所望の機能を有する細胞を複数の第１の脈管新生性免疫隔離装置へ装荷する工程；
（ｂ）複数の培養容器内で前記第１の免疫隔離装置を培養する工程；
（ｃ）前記培養容器の培地を前記細胞機能について監視する工程；
（ｄ）前記細胞機能の所定のレベルを示す前記培養容器から前記免疫隔離装置を取り出す工程；
（ｅ）前記取り出した免疫隔離装置から前記細胞の増殖を支持する複数の培地支持体へ前記細胞を移す工程；
（ｆ）前記移した細胞を前記培地支持上でエクスパンジョンする工程；
（ｇ）所定のレベルの前記所望の細胞機能を有する細胞を含む前記培地支持体を決定する工程；
（ｈ）前記所定のレベルの前記所望の細胞機能を有する前記エクスパンジョンした細胞を１以上の第２の脈管新生性免疫隔離装置へ装荷する工程；および、
（ｉ）場合により工程（ｂ）〜（ｈ）を１回以上繰り返すこと、
を含み、工程（ｈ）において装荷された免疫隔離装置が前記レシピエント動物への免疫隔離装置移植のための最適な所望の機能を有する細胞株を含む、前記方法。
【請求項３９】
細胞がレシピエントに対して同種異系である、請求項３９記載の方法。
【請求項４０】
細胞がレシピエントに対して異種個体性である、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
細胞がレシピエントに対して同系である、請求項３９記載の方法。
【請求項４２】
細胞が異種起源および／または同種起源のポリヌクレオチドを含むベクターによるトランスフェクションによって形質転換された、組換え的に操作されている細胞である、請求項３９記載の方法。
【請求項４３】
異種起源および／または同種起源のポリヌクレオチドが細胞の所望の機能を関連したポリペプチドをコードする、請求項３９記載の方法。
【請求項４４】
細胞が共通のクローンから単離されている、請求項３９記載の方法。
【請求項４５】
細胞の機能が分泌促進物質によって誘導可能である、請求項３９記載の方法。
【請求項４６】
工程（ａ）の第１の脈管新生性免疫隔離装置の組の各々が工程（ｂ）において別個の培養容器において培養される、請求項３９記載の方法。
【請求項４７】
工程（ｃ）における宿主動物の監視が生産物の濃度を監視することを含む、請求項３９記載の方法。
【請求項４８】
工程（ｅ）において取り出した免疫隔離装置の各々からの細胞が別個の培地支持体へ抜き出される、請求項３９記載の方法。
【請求項４９】
工程（ａ）〜（ｈ）を２回以上繰り返す、請求項３９記載の方法。
【請求項５０】
（ａ）請求項１５または３９記載の方法によって選抜される細胞、および
（ｂ）免疫隔離装置、
を含む免疫隔離システムであって、前記細胞が前記免疫隔離装置内に収納されている前記システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願
本出願は合衆国仮出願第60/296,936号および第60/296,935号（いずれも2001年６月８日出願）に基づく優先権を主張する。
【０００２】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は免疫隔離装置内に収容された細胞の生物学的活性、特に分泌活性を維持および改善するために有用な方法に関する。
２．関連技術の背景
生物学的器官の機能欠損の治療は、その欠損した器官の同定された正常な分泌産物を天然または合成医薬組成物で置き換えることを中心としてきた。多くの臨床的状態および疾病状態は、生きた細胞によって生産された１以上の生物学的に活性な物質を患者に与えることによって寛解または治療することができる。その原因に分泌器官または組織機能の欠損が含まれる疾病または欠損状態の例には以下が含まれるが、これらには限定されない：（ａ）膵臓のランゲルハンス小島によるインスリン生産が損傷又は失われている、糖尿病：（ｂ）神経伝達物質であるドーパミンの脳の線条体内欠乏によって特徴付けられる震顫麻痺（より一般にはパーキンソン病として知られている）；（ｃ）脊髄、脳幹および大脳皮質の運動神経の変性が関与する疾病である、筋萎縮性側索硬化症；（ｄ）カルシウムレベルの低下を引き起こし、筋肉硬直を生じさせる、副甲状腺ホルモンの産生欠損を伴う副甲状腺機能低下症；（ｅ）エリスロポイエチンの産生欠損に続く赤血球細胞の生産欠損によって特徴付けられる貧血。
【０００３】
根元となる生物学的に活性な成分の組織産生における欠損がなかったとしても、臨床的治療法はしばしばその成分の投与を伴う。例えば、リンホカインおよびサイトカインは患者の免疫系を増強するため、または抗炎症薬として作用させるためにしばしば患者に投与される。同様に、神経増殖因子、およびインスリン様成長因子１および２のような栄養因子も臨床的使用について推奨されてきた。栄養因子および増殖因子は、ハンチントン病およびアルツハイマー病のような神経変性疾患を防止するために使用されることがあり、カテコールアミンおよびエンケファリンを産生する副腎クロム親和性細胞が痛みを治療するために使用されることがある。
【０００４】
多くの疾病および欠損状態において、影響を受けている組織または器官は、通常は、特異的な代謝物、産物および電解質のレベルにおける変動に応答する様式で機能しており、それによってホメオスタシスを維持しているものである。例えば、副甲状腺は、正常には血清カルシウムの変動に応答して副甲状腺ホルモンの生産を調節しており、膵臓のランゲルハンス小島のβ細胞は通常は血清グルコースの変動に応答してインスリンの生産を調節している。従って、一日の間に生じるであろう、生物学的物質に対する多くの変動が必要とされていることを考慮すれば、例えば注射によるような外来性の生物学的に活性な物質の伝統的な投与態様はしばしば最適でないことが理解される。これは糖尿病および貧血を含む（これらに限定されない）多数の疾病状態について真である。
【０００５】
糖尿病は脂質、炭水化物、およびタンパク質代謝の慢性疾患である。これは、グルコースが充分に利用されないこと、およびインスリンの完全なまたは相対的な欠乏によって特徴付けられる。糖尿病は、患者が可能な限り正常または正常に近く炭水化物、脂質、およびタンパク質代謝を有するように体内のインスリン濃度を正すことによって治療される。最適な治療は糖尿病の最も急性の影響を防止することについて効果的で、同様に慢性的影響を大きく遅延させることが見出されている。糖尿病の治療は、なお日に１回又は２回の外来性インスリンの自己注射、あるいは、小島がまだインスリンを分泌する能力を維持している、重篤でない糖尿病の場合はスルホニル尿素のようなインスリン分泌を刺激する薬剤の使用に集中している。外来性インスリンは新たに単離したブタまたはウシ膵臓からのインスリン精製のような非組換え法によって単離されることも、または組換え技術によって単離されることもある。インスリンの毎日の注射は糖尿病治療に許容されたものであるが、激しい運動によって作り出される血清グルコースレベルの急速で一過性の変動を補償することができない。充分な補償を提供できないことは疾病状態の合併を引き起こすかも知れない。
【０００６】
貧血は慢性腎不全、癌、およびヒト免疫不全ウイル感染を含む多数の生物学的撹乱と関連している。エリスロポイエチン(EPO)の注射が特に赤血球細胞数を増加させるために有用であることが知られている。EPO-分泌細胞はこれらの疾病状態の多く、特に慢性腎不全において破壊されている。EPOの反復注射が有用であることが分かっているが、多くの患者では投与スケジュールの厳守が困難であることが分かっている。EPOを使用する患者が最適血液ヘマトクリットとは言えない低いヘマトクリットを示すことは稀ではない。
【０００７】
当業者には、多くの疾病状態は他の動物、ヒトおよび／または非ヒトからの組織をこれらの疾病に苦しむヒトに移植できるのであれば、より生理的なやり方で治療することができると認識されている。同種異系移植の重要な問題は、そのような移植片の入手性が限られており、移植される宿主は典型的には宿主の免疫系による移植片の破壊を防止するために一生免疫抑制されるということである。異種移植は移植のための組織の入手性を改善するが、異種材料は、それがまさしく外来的性質を有するため、ほとんど常に生涯にわたる免疫抑制を必要とし、その程度は異種移植に必要とされるよりも大きいことも珍しくない。患者を相当な期間免疫抑制状態におくことは望ましくなく、かつ費用がかかる。同系移植物も欠点を有する。その一つは、疾病状態に苦しむ人は多くの場合提供するために利用できる細胞を有していないことである。第２に、疾病状態が移植される細胞に破壊的である自己免疫から生じていることもある。さらに、体外で細胞を培養することは典型的には細胞に非制御増殖性を与えるため変異させることを必要とし、これは悪性材料を移植するということに関連した問題を生じさせる。
【０００８】
提唱されてきた組織移植への代替え的アプローチは免疫隔離装置(immunoisolation device)として知られる人工生体インプラントの使用である。免疫隔離装置とは、細胞または組織を収納し、栄養素、老廃物質、および分泌産物の拡散を許すが免疫学的拒絶の細胞性エフェクターは遮断する装置または材料である。免疫隔離装置は分子エフェクターを遮断することもしないこともある。一般には、免疫隔離装置においては、選択的透過性膜が移植された細胞、組織または器官を宿主の免疫系からの破壊から保護するように作用する。例えば、カプセル封入した小島の腹腔内移植によるin vivo糖尿病治療がいくつかの研究グループから報告されている（例えば、Baeら(1993)の米国特許第5,262,055号；Newgard(1992)の米国特許第5,427,940号；Lumら、Diabetes 40:1511(1991)；Makiら、Transplantation 51:43(1991)；Robertson, Diabetes 40:1085(1991)；Coltonら、J. Biomech. Eng. 113:152(1991)；Scharpら、Diabetes 39:515(1990)；Reach, Intern. J. Art. Organs 13:329(1990)を参照せよ）。免疫隔離装置は、装置から細胞が遊走するのを防ぐため、特に細胞がin vitroで改変されて不死化されている場合に、同系または自家材料とともに用いられることがある。
【０００９】
脂質、ポリカチオン、および多糖類のような多くの生体共存性材料が生きた細胞および組織を封入するためおよびこれらを免疫系から隔離するために使用されてきた。細胞は特にアルギン酸塩で封入されてきた（例えば、Shahの米国特許第5,976,780号（1999年１１月２日発行）およびStegemannらの米国特許第6,023,009号（2000年、２月８日発行）を参照せよ）。同様に、血管外拡散チャンバー、および血管内限外ろ過チャンバーを含むたくさんの他の構造が使用されてきた（Scharp, D.W.ら、World J. Surg. 8:221(1984)を参照せよ。）。
【００１０】
Dionneらの米国特許第5,869,077号（1999年２月９日発行）には、（液体媒体に懸濁されているにせよ、ヒドロゲルまたは細胞外基質内に固定されているにせよ）細胞のような生物学的成分を含むコア、および、隔離された生物学的成分を含まず、その生物学的成分を免疫学的攻撃から保護するが患者とコアの間で分子の通過を許可するための分子量カットオフ（有利には、50kDから2000kD）を有する、前もって選択したマトリックスまたは膜の周囲領域または周辺領域を備えた、個体への長期移植に適した生体共存性免疫隔離ビヒクルが記載されている。そのような装置の被覆は塩化ポリビニル、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルジフルオリド、ポリオレフィン、ポリスルホンおよびセルロースのような材料から作ることができる。同様に、PowersらのPCT/US99/08628はアルギン酸塩被覆、および半透過性繊維中へ播かれた細胞を含む装置を教示する。
【００１１】
商業的に入手可能である移植可能な一つの免疫隔離装置はTheraCyte（登録商標）（TheraCyte．Inc., Irvine、カリフォルニア）である。この装置は皮下または腹腔内移植のために設計されており、免疫抑制無しに同種異系細胞移植を可能にし、伝統的免疫抑制により異種移植を保護すると言われている。装置は15μm厚の５μm孔サイズを有するポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の外部脈管新生化膜、および、内側に30μm厚、0.4μm孔サイズを有する細胞非透過性PTFE膜を備えている。外膜は脈管新生性であると言われており、従って、生体移植可能装置で通常遭遇する線維性封入化という一般的な問題を防止することになっている。
商業的に入手できる別の移植可能免疫隔離装置がVivoRx（登録商標）によって製造されており、高含量のグルクロン酸を含む精製されたアルギン酸塩によるマイクロカプセルを含んでいる。マイクロビーズはかなりの期間にわたって線維芽細胞の形成を防止すると言われている。
【００１２】
装置内の細胞の過増殖または急速な老化のために免疫隔離装置はあまり効果的でないことがしばしば明らかになるのは残念なことである。
インプラントが宿主内に置かれたとき、レシピエントの典型的な生物学的応答は、装置の周りに平面化したマクロファージ、異物性巨細胞および線維芽細胞を含む線維性カプセルを形成することである。線維性カプセルは封入された細胞から生命を維持する栄養素および老廃物の受容者の組織との交換を阻むかもしれない。Braukerら、米国特許第5,314,471号（1994年５月24日発行）によれば、線維性カプセルによる問題は装置の代謝輸送値（metabolic transit value）を改善すること、および宿主による血管構造の生長を刺激する装置内の血管形成性物質を増加することによって克服し得る。
たとえ細胞が増殖することができ、初期移植、および、すぐ後に続く線維性カプセル形成を生き延びたとしても、装置内で使用される細胞はしばしば急速な細胞分裂を行うので、封入体内の酸素および栄養素の要求性の増加、および代謝老廃物の増加が細胞の生存性に強い悪影響を与える。すなわち、免疫隔離装置は、閉じこめられた細胞が十分な栄養素、特に酸素を受け取ることができないような大きさであるため、しばしば動作しなくなる。細胞が酸素飢餓になると、それらの代謝は衰え、細胞は所望のポリペプチドまたは他の物質を分泌する能力を失う。
【００１３】
免疫隔離装置に含まれる多くの細胞は、細胞数を増やすため、および疾病状態の治療に有用な物質を発現するように細胞を形質転換するために使用する組換え技術が可能となるようにという両方の目的で、それらを培養するためin vitroで不死化された細胞である。免疫隔離装置内の細胞増殖という問題を超えて、そのような細胞と関連した一般的問題はそれらの表現形の不安定性である。例えば、in vitroで分泌促進剤の生理的濃度に反応する細胞が免疫隔離装置内に置かれた場合、時間が経つとしばしば生理的濃度以下の分泌促進剤に応答するようになる。
ある免疫隔離装置に対していくつかの細胞株が他の細胞株よりもよく適合する理由の全てを識別することは困難である。しかしながら、いくつかの細胞株は免疫装置内で生存することにおいて、他の細胞株よりも遙かに堅牢であり、そのような装置において分泌義務を果たすことにおいて遙かに効率的であることが知られている。これまで、これらの細胞株の単離と同定は偶然の出来事であった。
【００１４】
従って、細胞株および免疫隔離装置を含む免疫隔離システムであって、細胞生存および特定のポリペプチド分泌のようなその細胞株の所望の活性に対して、最大強化されているシステムの供給に対する需要が大きい。そのようなシステムは多くの疾病状態の治療を有意に改善することができ、煩わしい投与スケジュールを回避し、生理的必要性について治療態様の特別誂えの管理を可能とする。
【００１５】
発明の概要
本発明は、免疫隔離装置内で生存するためにより良好に適合していると同時に最適機能を維持した細胞株を得るための、または、親細胞株に比較して増強された生物学的特性を有する細胞株を得るための、in vitroおよびin vivo選抜方法に関する。
本発明以前には、免疫隔離装置の環境に対する細胞の堅牢さは考慮されることなく、所望の特定の機能活性を有することが明らかにされた細胞および細胞株が免疫隔離装置に装荷されていた。特定の機能を有するとして単離された細胞および細胞株が免疫隔離装置内へ置かれ、増殖および／または分泌タンパク質生産について評価された。免疫隔離装置環境における最適機能特性を有する細胞を選抜する方法または手順は全くとられなかった。
【００１６】
免疫隔離装置内の細胞の増殖および活性に影響を与える多数の未知の因子がある。これらの多数の因子は、免疫隔離装置内で生存する可能性の高い細胞を決定するin vitroモデルに対して異論を唱えるものであり、過去において先行技術が免疫隔離装置環境における細胞の「堅牢さ」を最大強化する試みをしてこなかった一つの理由かもしれない。低酸素圧および細胞密度に対する応答、および細胞が曝露される炎症症メディエーターに対する応答を含む多くの因子が免疫隔離装置内に収納された細胞の活性および生長に影響を与える。例えば、皮下移植の直後、免疫隔離装置内の細胞はその装置が脈管新生されるまで長期間低酸素圧を経験することが知られている。これらの低酸素圧下で機能し得る細胞が望ましいであろう。
【００１７】
本発明者らは免疫隔離／封入装置という環境において（そのような装置が例えば、皮下に移植された場合）生長し得る細胞を選抜する方法を設計した。これは、細胞を含む装置を体内移植し、装置を外植し、次に細胞を回収し、それらをin vitroでエクスパンジョン（拡大増殖）することによって達成される。あるいは、細胞を含む装置を培養し、細胞を回収し、in vitroでエクスパンジョンする。どちらの方法においても、細胞は次に再培養または別の免疫隔離装置、好ましくは類似の構造の装置に移植され、その機能について監視される。この記載から当業者であれば理解するように、この手順は所望であれば、または必要であれば、多数回繰り返すことができる。
【００１８】
また、天然に、または（同種または異種起源の、所望のタンパク質をコードする外来性DNAを含むベクターのトランスフェクションによるような）遺伝的操作によって注目するタンパク質または産物を分泌する、上記方法によって選抜される細胞および移植可能な封入化装置を含む、治療タンパク質をデリバリーするシステムも開示される。そのようなシステムに使用する細胞の形質転換は当業者に知られたどの方法によっても行うことができ、例えば、Sambrookら、Molecular Cloning: A Laboratory Manual,第２版、Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, N.Y. (1989)に記載されている。当業者であれば理解できるであろうが、そのような方法には、リン酸カルシウムトランスフェクション、DEAE-デキストラン媒介トランスフェクション、マイクロインジェクション、カチオン性脂質媒介トランスフェクション、エレクトロポレーション、トランスダクション、スクレープローディング、遺伝子銃導入法又は感染が含まれるが、これらに限定されない。
【００１９】
発明の詳細な記載
１．定義
以下の定義は本明細書で使用するいくつかの用語の理解を助けるために提供される：
「同種異系」とは、２つの細胞若しくは細胞株、または細胞株と生物が、抗原的に相互作用するに十分に遺伝的に異なっている同じ種の個体に由来することを意味する。
「自家移植片」とは、身体の一部から採取され、同じ個体の身体の別の部位に置かれた移植片を意味する。
「自家性」とは、細胞、組織、器官、DNA等が同じ個体に由来することを意味する。
「細胞」には、組織内に保持されている細胞、細胞クラスター、および個々に単離された細胞（これらに限定されない）を含むいかなる形態の細胞が含まれる。
「細胞株」とは、多数の世代にわたってin vitroで安定に増殖できる細胞を意味する。
「クローン」とは、単一の細胞または共通の祖先から有糸分裂によって生じた細胞の集団を意味する。
「同種」とは２つの細胞若しくは細胞株、または細胞株と生物が同じ動物種に由来することを意味する。
「外来性」物質とは、細胞、生物等に導入された、それらの外部に起源を発する物質を意味する。
「異種起源」とは異なる種の組織またはDNAに由来することを意味する。
「同種起源」とは、同じ種のメンバーの組織またはDNAに由来することを意味する。
「免疫隔離装置」とは、細胞または組織を収容し、栄養素、老廃物質および分泌産物の拡散を許すが、免疫学的拒絶の細胞性エフェクターを遮断する装置または材料を意味する。免疫隔離装置は、分子エフェクターを遮断することもしないこともある。一般に、免疫隔離装置において、選択的に透過性の膜が移植した細胞、組織または器官を宿主の免疫系による破壊から保護するように働く。
【００２０】
物質を「単離」するとは、物質の環境を変える、またはその元の環境から物質を取り出す、またはその両方意味する。例えば、ポリヌクレオチドまたはポリペプチドがその天然状態で共存する物質から分離された場合、それは「単離」されたという。
「組換え」または「操作」された細胞とは、組換え遺伝子が人の手によって導入された細胞を意味する。組換え的に導入された遺伝子はcDNA遺伝子（イントロンを欠く）でもよく、ゲノム遺伝子のコピーでもよく（イントロトンおよびエキソンを含む）、合成手段によって作製された遺伝子でもよく、および／又は天然ではその特定の導入遺伝子に関連していないプロモーターに隣接して配置された、またはそれらに機能可能に連結された遺伝子でもよい。
「レプリコン」とはin vivoでDNA複製の自律単位として機能する、すなわち、自身の制御下で複製し得る遺伝的要素（例えば、プラスミド、染色体、ウイルス）を意味する。
「分泌促進物質」とは細胞からの分泌を誘導する物質を意味する。
【００２１】
「同系」とは、２つの細胞もしくは細胞株、または細胞株と生物が同じ個体に由来することを意味する。
「形質転換細胞」とは、外来性または異種起源のDNAが導入された細胞を意味する。形質転換DNAは染色体DNAに組み込まれて（共有結合的連結）細胞のゲノムを構成することも、しないこともある。形質転換DNAはプラスミドのようなエピソーム要素上に保持されていてもよい。
「トランスフェクション」とは、核酸配列を標的細胞に導入することを意味する。
「変異体」とは、ポリヌクレオチドまたはポリペプチドのような配列であって、他の配列と異なるが、本質的にそれらの特性、すなわち、その配列が応用される場合（例えば、発現を促進する、結合を切断する等）に利用する特性を維持している配列を意味する。例えば、ポリヌクレオチドの変異体は１以上の置換、付加、および欠失によりそのヌクレオチド配列において参照配列と異なっているであろう。また「変異体」は、完全長配列の断片であって、完全長配列の特性を本質的に維持している断片も含む。
【００２２】
「ベクター」とは、遺伝子操作において細胞を形質転換するために使用される、プラスミド、ファージまたはコスミドのようなレプリコンを意味する。ベクターは人工的に切断および接続しておいた、種々の供給源からのヌクレオチド分子を含んでも良い。
「異種個体性」とは、２つの細胞若しくは細胞株、または細胞と生物が異なる種の個体に由来することを意味する。
【００２３】
２．方法
本発明は細胞分泌生産物の産生欠損と関連した疾病状態の寛解のための先行技術における免疫隔離装置の使用と関連した問題の多くを克服する。
先行技術は、細胞分泌生産物の欠損と関連した疾病状態の寛解において免疫隔離システムが一般に性能が良くないことを説明するために免疫隔離装置の構築における欠陥にもっぱら注目してきたが、本発明はこれらのシステムの性能不足に関する遙かに重要な原因は、免疫隔離装置が使用される条件下（例えば、皮下）で免疫隔離装置中での生存性を最大にする細胞および細胞株を研究者が単離することができていないことに関係するということに気がついた。多数の要因がそのような装置中の細胞の生存性および細胞機能の最適化に影響を与えることを認識し、本発明者らは免疫隔離装置内において生存し最適に機能し得る細胞を選抜する方法を設計した。
【００２４】
図１戻ると、疫隔離装置中の細胞株の生存率を改善しそれらの機能の効力を改善するためのin vivoの方法を代表的に図解したものが示されている。
図から分かるように、未改変であろうが遺伝的に操作されていようが、細胞集団が(A)装置に装荷され、次に、(B)細胞が最終的に免疫隔離装置中で置かれるべきレシピエントと類似した様式でこの免疫隔離装置に反応すると考えられている動物選抜宿主へ皮下移植される。当業者には理解できるであろうが、意図したレシピエントの身体の別の場所において最終的に装置が使用される場合、他の移植態様も使用することができる（例えば、装置は腹腔内に移植することができる）。装置内の細胞の機能的健全性は長期にわたって移植後に監視することができる。典型的には、一次機能情報は時間の関数としての所望の分泌タンパク質の血中濃度である(C)。移植後ある時間、典型的には日または週の範囲、が経過後、装置を外植し(D)、装置内の細胞を回収する。次に細胞をin vitroでエクスパンジョンし(E)、所望の分泌タンパク質についてアッセイし機能が維持されていることを確認する（F）。次にこれらの細胞を新たな装置に装荷し(G)、もう一度選抜動物宿主に移植するか、これらの細胞によって産生される産物を必要とする意図したレシピエントに移植する。当業者には理解されるように、この方法は、レシピエントの疾病状態を治療するために使用される最終的な免疫隔離装置へ移植細胞を取込むに先立ち、移植される細胞株を最大強化するために多数回繰り返すことができる。
【００２５】
図１の方法により、二次インプラントを有する動物において、１次プラントを有する動物よりも有意に早く、注目するタンパク質を検出可能なレベルで分泌する細胞が単離される。分泌レベルの程度も１次インプラントを有する動物に比べて２次インプラントを有する動物において大きくなり得る。
本発明の一つの実施態様において、レシピエント動物への免疫移植装置移植において細胞の生存率を最適化するためのin vivoの方法が開示される。前記方法は、（ａ）第１の免疫隔離装置へ細胞を装荷する工程；（ｂ）前記免疫隔離装置を宿主動物へ移植する工程；（ｃ）一定期間後、前記免疫隔離装置を前記宿主動物から取り出す工程；（ｄ）前記取り出した免疫隔離装置から前記細胞を取り出す工程；（ｅ）前記取り出した細胞を前記細胞の増殖を支持する培地でエクスパンジョンする工程；（ｆ）前記エクスパンジョンした細胞を別の免疫隔離装置へ装荷する工程；および（ｇ）場合により（ｂ）〜（ｆ）を１回以上繰り返すこと、を含む。工程（ｆ）で装荷された免疫隔離装置は、レシピエント動物中の免疫隔離装置インプラント内で生存性について最適化された細胞を含む。工程（ｂ）における免疫装置の宿主動物への移植は、前記レシピエントについて意図した移植方法と矛盾しない様式で行う。宿主動物およびレシピエント動物は同じ種であっても異なる種であっても良い。本方法において使用する細胞は、前記レシピエントに対して同種異系、異種個体性、同種、または同系であってよい。細胞は天然に存在する細胞であっても、異種起源および／または同種起源のポリヌクレオチドを含むベクターによるトランスフェクションによって形質転換した細胞のように組換え体起源の細胞であってもよい。細胞は共通のクローンから単離されても良い。大部分の応用例では、細胞は前記レシピエントのホメオスタシスに必要なポリペプチドまたはその変異体を分泌するであろう。また、多くの応用例において、分泌は分泌促進物質によって誘導可能であろう。工程（ｃ）における期間は、日、週または月の範囲であることが有利である。有利にはこれらの工程は少なくとも２回繰り返される。
【００２６】
本発明の別の実施態様では、レシピエント動物内の免疫隔離装置において所望の最適な機能を備えた細胞を選抜するin vivo方法が提供される。前記方法は、（ａ）所望の機能を有する細胞を免疫隔離装置の第１の組へ装荷する工程；（ｂ）免疫隔離装置の前記第１の組を複数の宿主動物へ移植する工程；（ｃ）前記宿主動物を前記細胞機能について監視する工程；（ｄ）前記細胞機能の所定のレベルを示す宿主動物から前記免疫隔離装置を取り出す工程；（ｅ）前記取り出した免疫隔離装置から細胞を取り出し、前記取り出した細胞の増殖を支持する複数の培地支持体へ移す工程；（ｆ）前記取り出した細胞を前記培地支持体上でエクスパンジョンする工程；（ｇ）前記所望の細胞機能の所定レベルを有する細胞を含む前記培地支持対を決定する工程；（ｈ）前記所望の細胞機能の前記所定レベルを有する前記エクスパンジョンした細胞を別の免疫隔離装置へ装荷する工程；および、場合により１回以上工程（ｂ）〜（ｈ）を繰り返すこと、を含む。工程（ｈ）で装荷された免疫隔離装置は、前記レシピエントへの免疫隔離装置移植に最適化された所望の機能を有する細胞株を含む。好ましくは、工程（ｂ）における宿主動物への免疫隔離装置移植はレシピエントについて意図した移植方法と矛盾しない様式で行う。前記宿主動物および前記レシピエント動物は同種であっても異種であってもよい。
【００２７】
典型的には、工程（ａ）の免疫隔離装置の第１の組の各々が工程（ｂ）において別個の宿主動物へ移植される。典型的には、工程（ｃ）における宿主動物の監視は、産物の血中濃度を監視することを伴う。有利には、工程（ｅ）において取り出した各々の免疫隔離装置からの細胞は別個の培地支持体へ取り出される。細胞はレシピエントに対して、同種異系、異種個体性、同種、または同系であってよい。細胞は天然に存在する細胞であっても、異種起源および／または同種起源のポリヌクレオチドを含むベクターによるトランスフェクションによって形質転換した細胞のように組換え体起源の細胞であってもよい。細胞は共通のクローンから単離されても良い。大部分の応用例では、細胞は前記レシピエントのホメオスタシスに必要なポリペプチドまたはその変異体を分泌するであろう。また、多くの応用例では分泌は分泌促進物質によって誘導可能であろう。工程（ｃ）における期間は、日、週または月の範囲であることが有利である。有利には工程（ｂ）〜（ｈ）は少なくとも２回繰り返される。
【００２８】
図２を参照すると、免疫隔離装置中の細胞株の生存率を改善しそれらの機能の効力を改善するためのin vitroの方法を代表的に図解したものが示されている。
図から分かるように、未改変であろうが遺伝的に操作されていようが、細胞集団が(A)装置に装荷され、次に（B）培養される。装置内における細胞の機能的健全性は培養後長期にわたって監視することができる。典型的には、一次機能情報は時間の関数としての所望の分泌タンパク質の血中濃度である(C)。移植後の一定期間後装置内の細胞は回収される(D)。産物が細胞によって産生される限り、すなわち、数日、数週間、数ヶ月、何年もの間、装置内で細胞を培養することができる。そのような産物の産生はラジオイムノアッセイを含む（これに限定されない）この技術分野で知られた方法によって監視することができる。次に細胞はin vitroでエクスパンジョンされ（E）、所望の分泌タンパク質についてアッセイされ機能が維持されていることが保証される（F）。次にこれらの細胞は新たな装置へ装荷され（G）、再度培養されるか、それらの細胞によって産生される産物を必要としている意図したレシピエントへ移植される。当業者であれば理解するであろうように、レシピエントの疾病状態を治療するために使用する最終的な免疫隔離装置への取り込みに先立って、この方法は数回繰り返して移植する細胞株を最大強化することができる。
【００２９】
図２の方法により、培養インプラントを有する動物において、１次プラントを有する動物よりも有意に早く、関心のあるタンパク質を検出可能なレベルで分泌する細胞が単離される。分泌レベルの程度は１次インプラントを有する動物に比べて培養インプラントを有する動物においてやはり大きくなり得る。さらに、選抜した細胞の性能を改善するであろう他の選抜し得る生物学的特性があるかもしれない。
本発明の一つの実施態様において、レシピエント動物において免疫隔離装置移植における細胞生存性を最適化するためのin vitroの方法が開示される。前記方法は、（ａ）細胞を第１の免疫隔離装置へ装荷する工程；（ｂ）前記免疫隔離装置を培養容器中で培養する工程；（ｃ）一定期間後、前記培養容器から前記免疫隔離装置を取り出す工程；（ｄ）前記取り出した免疫隔離装置から前記細胞を取り出す工程；（ｅ）前記取り出した細胞を、前記細胞の増殖を支持する培地でエクスパンジョンする工程；（ｆ）前記エクスパンジョンした細胞を別の免疫隔離装置へ装荷する工程；および（ｇ）場合により工程（ｂ）〜（ｆ）を１回以上繰り返すことを含む。工程（ｆ）で装荷された免疫隔離装置は培養した免疫隔離装置内で生存性について最適化された細胞株を含む。工程（ｂ）における免疫隔離装置の培養は、その細胞の培養条件と矛盾しない様式で行うのが好ましい。この方法で使用する細胞は前記レシピエントに対して同種異系、異種個体性、同種、または同系であってよい。細胞は天然に存在する細胞であっても、異種起源および／または同種起源のポリヌクレオチドを含むベクターによるトランスフェクションによって形質転換した細胞のように組換え体起源の細胞であってもよい。細胞は共通のクローンから単離されても良い。大部分の応用例では、細胞は前記レシピエントのホメオスタシスに必要なポリペプチドまたはその変異体を分泌するであろう。また、多くの応用例では分泌は分泌促進物質によって誘導可能であろう。細胞によって産物が生産されている限り、その細胞を装置内で培養することができる。そのような産物の生産はラジオイムノアッセイ（これに限定されない）のようなこの技術分野知られた方法によって監視することができる。
【００３０】
本発明の別の実施態様において、レシピエント動物への免疫隔離装置移植において最適な所望の機能を有する細胞を選抜するためのin vitroの方法が提供される。前記方法は、（ａ）所望の機能を有する細胞を免疫隔離装置の第１の組へ装荷する工程；（ｂ）免疫隔離装置の前記第１の組を培養する工程；（ｃ）前記培養している装置を前記細胞機能について監視する工程；（ｄ）前記細胞機能の所定のレベルを示す培養物から前記免疫隔離装置を取り出す工程；（ｅ）前記取り出した免疫隔離装置から、前記細胞の増殖を支持する複数の培地支持体へ細胞を移す工程；（ｆ）移した前記細胞を前記培地支持体上でエクスパンジョンする工程；（ｇ）前記所望の細胞機能の所定のレベルを示す細胞を含む前記培地支持体を決定する工程；（ｈ）前記所望の細胞機能の前記所定のレベルを有する前記エクスパンジョンした細胞を別の免疫隔離装置へ装荷する工程；および、（ｉ）場合により工程（ｂ）〜（ｈ）を１回以上繰り返すこと、を含む。
【００３１】
工程（ｈ）で装荷される免疫隔離装置は前記レシピエントへの免疫隔離装置移植に最適な所望の機能を有する細胞株を含む。好ましくは工程（ｂ）における免疫隔離装置の培養は、細胞の培養条件と矛盾のない様式で行う。典型的には工程（ｃ）における培養装置内の細胞の監視は、産物のレベルの監視を伴う。有利には、工程（ｅ）において、取り出した各免疫隔離装置からの細胞は別個の培地支持体へ移される。細胞はレシピエントに対して同種異系、異種個体性、同種または同系であってよい。細胞は天然に存在する細胞であっても、異種起源および／または同種起源のポリヌクレオチドを含むベクターによるトランスフェクションによって形質転換した細胞のように組換え体起源の細胞であってもよい。細胞は共通のクローンから単離されても良い。大部分の応用例では、細胞は前記レシピエントのホメオスタシスに必要なポリペプチドまたはその変異体を分泌するであろう。また、多くの応用例では分泌は分泌促進物質によって誘導可能であろう。細胞によって産物が生産されている限り、その細胞を装置内で培養することができる。そのような産物産生は、ラジオイムノアッセイを含む（これに限定されない）この分野で知られた方法によって監視することができる。有利には、工程（ｂ）〜（ｈ）は少なくとも２回繰り返される。
さらにまた本発明の別の実施態様において、（ａ）開示した方法によって選抜される細胞および（ｂ）免疫隔離装置、を含み、前記選抜される細胞が前記免疫隔離装置内部に収納されている前記免疫隔離システムが提供される。
【００３２】
３．実施例
以下の実施例は本発明を説明するために提供されるものであり、本発明を限定するためではない。本発明の他の変形は当業者には容易に明らかであろうし、それらは添付の請求項に包含される。
【００３３】
実施例１
エリスロポイエチンを発現するラット平滑筋細胞をLejnieksら、Blood 92(3):888-893(1998)に記載されたように作製した。簡単にいうと、ラットEpo cDNA のEcoRI-BamHI断片をLXSNに挿入してレトロウイルスベクターLrEpSNを作製した。PA317レトロウイルスパッケージング細胞株を使用した。
オスFisher344ラット大動脈の酵素消化によってラット平滑筋細胞培養物を調製した。HHF35抗体により平滑筋細胞特異的アクチンに対してポジティブ染色し、フォンウイルブランド因子についてネガティブ染色して細胞を解析した。ラット平滑筋細胞の初代培養物とPA317-LrEpSNは10％ウシ胎児血清を添加したダルベッコ／フォークト改変イーグル培地（DMEM）中で、給湿した５％CO2中37℃にて増殖させた。平滑筋細胞の初期継代培養物をPA317-LrEpSNからの16-時間ウイルス収集物にポリブレン存在下で24時間暴露した。LrEpSNを感染させた血管平滑筋培養物を1mg/mlのG-418抗生物質中で選抜した。選抜した細胞は105細胞当たり6.7mU/24hのエリスロポイエチンを分泌することが分かった。
【００３４】
エリスロポイエチンを発現しているラット血管平滑筋細胞をTheracyte（登録商標）免疫隔離装置へ装荷した。装荷した細胞を備えた装置を次にラットの背面へ皮下移植して１次インプラントを形成した。10日ごとに70日までヘマトクリットを測定して１次インプラントからのエリスロポイエチンの分泌を監視した。第70日の後、この１次インプラントを外植し、免疫隔離装置内の細胞を回収した。次に再移植のために十分な数の細胞が得られるまで細胞をin vitroでエクスパンジョンした。得られた細胞を新しいTheracyte（登録商標）免疫隔離装置へ装荷し、それぞれの一つを新たな２匹のラットの背面に移植した。この場合も、エリスロポイエチンの分泌はヘマトクリットを５〜１０日毎に35日間測定することによって監視した。
【００３５】
図３から分かるように、１次インプラントを受けたラットに対して、２次インプラントを受けたラットにおける方がかなり早くヘマトクリットの増加開始が生じた。さらに、ヘマトクリット上昇の程度は２次インプラントを保持するラットは１次インプラントを保持するラットに対して測定のどの時点においても有利に大きかった。第35日までにヘマトクリットレベルは１次インプラントを受けたラットにおいては２次インプラントを受けたラットよりもおよそ20％低かった。
【００３６】
実施例２
細胞を装荷した装置を動物に移植することに代えて、装置に実施例３に記載したようなグルコース応答性インスリン産生形質転換細胞（例えば、Rat 22, U-2OS, A-498またはSHP-77）を装置に装荷し、12〜15ヶ月培養した。インスリンの分泌をインスリンラジオイムノアッセイによりおよそ２週間毎に監視した。12〜15ヶ月後、細胞を装置から取り出しin vitroでエクスパンジョンした。回収した細胞はラジオイムノアッセイによって測定したところグルコース応答性の様式でインスリンを産生することが分かった。
【００３７】
実施例３
Barryら、Human Gene Therapy 12:131(2001年１月20日)には、インスリンの増幅されたグルコース-制御分泌を生じさせるために使用された、フリン(furin)発現を駆動するグルコース応答性プロモーターをコードするレトロウイルスベクターが記載されている。LhI*TFSNウイルス構築物はげっ歯類フリン発現を調節するグルコース-制御可能なラット形質転換成長因子α（TGFα）プロモーターをコードしている。この構築物はウイルスの末端反復配列プロモーター（LTR）を備えフリン-切断可能なヒトプロインスリンの構成的発現を駆動する。そのような構築物が血管平滑筋細胞へ導入されると、細胞は生理的なグルコース濃度に応答することが分かっている。フリン-切断可能ヒトプロインスリンはフリン-切断部位をコードするようにヒトプロインスリンcDNAを変異させることによって得た（Hosakaら、J. Biol. Chem. 255:12127 (1991)；Groskruetzら、J. Biol. Chem. 269: 6241(1994)；Grosら、Gene Ther. 8:2249(1997)）。そのような構築物中の選抜可能なneo遺伝子（バクテリアネオマイシンホスホトランスフェラーゼ）マーカーはサルウイルスSV40プロモーター（SV40）から発現され、このプロモーターによって駆動される。
【００３８】
LhI*TFSNを使用していくつかの細胞株を形質転換した。細胞をTheracyte(登録商標)免疫隔離装置内へ置いた。上述の方法論を用いて二次移植するとインスリン高生産を示すいくつかの細胞株が同定された。同定されている多数のヒト細胞株はin vitro培養によく適合しており、免疫隔離装置中の増殖に適合することが見いだされた。それらの細胞には以下が含まれる：
【００３９】
表１
2004530431.tif 000002
【００４０】
４．本発明の範囲
本発明を好ましい態様について記載してきたが、当業者は請求項によって規定される本発明の精神又は範囲を逸脱することなく種々の変更および／または改変を行うことができることを理解するであろう。本開示はあらゆる意味で説明的であって限定的ではなく、本発明の範囲は請求項によって示され、その等価物の範囲および意味する範囲内に入る全ての変更は本発明の範囲に包含されるものとする。
引用した全ての文献は参照により本明細書にそっくりそのまま取り込まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】免疫隔離装置内の細胞株の生存性を改善するための本発明のin vivoの方法の代表的な図解である。
【図２】免疫隔離装置内の細胞株の生存性を改善するための本発明のin vitroの方法の代表的な図解である。
【図３】適切なベクターで形質転換したラット血管平滑筋細胞を含むTheracyte(登録商標)免疫隔離装置を皮下移植されたラット（エリスロポイエチンを分泌するようになる）におけるパーセントヘマトクリットの時系列グラフ。装置に含まれる細胞は初代培養または本発明の方法によって単離しておいたものである。
【図１】
2004530431.tif 000003
【図２】
2004530431.tif 000004
【図３】
2004530431.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004530431.tif 000006
2004530431.tif 000007
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004530431.tif 000040
【国際調査報告】
2004530431.tif 000041