[发明专利]骨和软骨的自体人成熟多能性极小胚胎样(HVSEL)干细胞的细胞再生

说明书

政府资金声明

本发明在政府支持下，由国家健康中心(National Institutes of Health)给予的拨款号AR056893和DK082481项下的资助完成。政府在本发明中具有某些权利。

相关申请的交叉参考

本申请要求2011年4月8日提交的美国申请号61/473,420的优先权，该申请通过引用全文结合到本发明中。

发明领域

本发明涉及包含极小胚胎样(VSEL)干细胞的组合物以及所述组合物在人体中治疗骨和软骨疾病的用途。

发明背景

成熟人VSELs是骨髓中常驻的小的多能干细胞群，其与组织的正常更新和再生相关。hVSELs代表性地是SSEA-4+/Oct-4 +/CD133+/CXCR4+/Lin-/CD45-，其表达多能标记物(Oct-4和Nanog)，并能在体内分化为所有三种胚系(germ lineages)的细胞，包括成骨细胞样细胞。

已表明在心肌梗塞的动物模型以及人心肌梗塞和中风患者中，在对损伤和压力的响应下其循环水平大大增加。VSELs也显示出在体内修复心脏组织中的有效性。另外，发现VSELs能拯救辐射照射后的免疫系统。这表明压力促进VSELs从BM中释放，使得这些细胞运行到损伤部位，在那里它们通过再生被损伤的组织而促进损伤组织的恢复。

不同于其它成熟干细胞(MSCs，iPSCs)，人VSELs (hVSELs) 可由于其多能的特性而用于广泛的治疗应用中。

骨骼是一种硬的结缔组织，其由嵌入矿化的基底物质的基质中的细胞和胶原纤维组成。将所述纤维用一种类似于羟磷灰石的磷酸钙形式以及与大量的碳酸盐、枸橼酸钠和镁盐浸渍；以重量计，其由75%无机物和25%有机物组成。骨修复和再生过程中的缺陷与数种人的疾病和病症的发展有关联，例如骨质疏松症和成骨不全症。骨修复机制的失败也与临床整形外科手术中的明显并发症相关，例如，骨折后纤维骨不连合、移植界面失败和大型同种异体移植失败。骨再建技术，例如用于重建因外伤、癌症手术或发育差错而出现的缺陷，也将通过促进骨修复的新方法得以改善。目前所用的重建方法，如采用自体骨移植或者附有软组织和血管的骨移植，都与成本高和难度大的显著弊端相关。例如，收集有用量的自体骨质并不容易实现，并且甚至自体移植经常也会被感染或受到再吸收问题。

甲状旁腺激素(PTH)通过增加可得到的供生长板扩张和骨折愈伤组织形成的间充质干细胞(MSC)的蓄积，刺激正常骨中和骨创伤和骨折的部位处的新的成骨细胞。重要的是，PTH可刺激老化过程中成骨细胞的祖细胞以维持骨密度，而动物研究表明年长动物成骨细胞形成中诱发的增加比年幼动物更多。已表明PTH 1-84和PTH 1-34两者在各种动物模型和人体中，都比其它已确立的疗法对骨质具有更有效的合成代谢作用。PTH的功效起因于增加骨中MSC蓄积以刺激新的成骨细胞形成而增加骨密度的能力，因此干细胞疗法在短期内刺激新骨形成方面可比PTH更有效，同时没有高血钙症的产生。

极小胚胎样(“VSEL”)干细胞分化为成骨细胞并修复骨损伤的潜能具有重大意义。已进行了研究来检测hVSELs促进重症结合性免疫缺陷(SCID)小鼠中颅面骨缺陷内骨质形成的能力。这些研究表明人VSELs (“hVSELs”)能够在体内分化为成骨细胞并再生骨组织。检测自体VSELs促进人颅面骨骼中骨重建的能力的研究已有描述，该研究检测hVSELs在人体内的功效和安全性，并为进一步开发这些多能干细胞以治疗骨缺陷和骨损失提供基础。

发明概述

根据一方面，本发明提供一种处理骨软骨组织的损害或损伤的方法，其包括给予该组织有效量的包含自体极小胚胎样干细胞(VSELs)的组合物，其中所述VSELs分化以修复或再生所述骨软骨组织。

根据本发明，使VSELs与人体组织接触以修复或再生骨软骨组织，特别是骨和软骨。已描述了动员、收集和纯化VSELs的方法。在某些实施方案中，将如此得到的VSELs直接给予待治疗的骨软骨组织。在其它实施方案中，将VSELs掺入可具有生物可降解的基质或支架中。在某些实施方案中，选择基质以诱发VSELs对所要求的组织类型的分化。在某些实施方案中，将VSELs与促进向所要求组织的类型分化的药物或生长因子一起给药。在某些实施方案中，生长因子是一种骨形态形成蛋白质(BMP)。