专利名称：用脐带血细胞治疗肌营养不良的制作方法肌营养不良是肌肉遗传病家族的代表。某些型可侵害儿童(例如Duchenne肌营养不良)，并且在二十至三十年内就可致死。其它型则出现在成年人中，并且发展的较为缓慢。现已鉴定出若干种营养不良的基因，其中包括Duchenne肌营养不良(由肌营养不良蛋白基因中的突变所致)、青少年和成年人发病的Miyoshi肌营养不良或其变体，以及肢带营养不良2B或LGMD-2B(由dysferlin基因中的突变所致)。这些是“功能丧失”突变，它们阻碍了肌肉中相关蛋白的表达，从而导致肌肉功能障碍。现有的用于针对这些突变的小鼠模型既有自然产生的，也有通过相关基因的灭活或缺失产生的。这些模型非常适用于检验那些可能替代肌肉中的缺失蛋白并恢复正常肌肉功能的疗法。分化的肌肉是由具有惊人的再生能力的多核细胞或肌纤维组成的。之所以存在这种再生能力是因为肌肉含有原始的肌前体细胞(肌肉干细胞，某种程度更成熟的细胞被称为“卫星细胞”)。这些细胞以休眠状态存在于肌肉中，并且能被激活以产生新的单核肌细胞(成肌细胞)，这些单核肌细胞能够相互粘附并融合以产生新的多核肌管，以及更成熟的肌细胞(仍然是多核细胞)。由于肌纤维是通过单个成肌细胞融合产生的，因此，如果两个细胞融合到同一肌管中，一个肌细胞所产生的一种蛋白很容易就可以被邻近的缺乏该种蛋白的肌细胞分享。在成肌细胞融合和肌肉再生这一概念中固有的是用细胞疗法治疗肌肉疾病的可能性。能够产生肌营养不良蛋白的成肌细胞与缺乏该蛋白的肌细胞融合将会纠正所得肌管中的缺陷。也就是说，正常成肌细胞中的正常细胞核替代了营养不良肌细胞中的基因缺失，从而通过细胞疗法实现基因和蛋白的替代。Partridge及其同事在十几年前就证明了能够产生正常的肌营养不良蛋白的混合的肌前体细胞群能够融合到缺乏肌营养不良蛋白的mdx小鼠的肌肉中，从而部分的替代了该缺失蛋白(Partridge et al.，Nature 337176-179，1989)。在Partridge的胚胎实验中，不能非常明确哪些肌前体细胞群具有实现这种作用的能力。用直接肌肉注射成肌细胞的方法，至少在6位Duchenne肌营养不良和Becker肌营养不良患者身上采取了成肌细胞疗法的试验；但没有一个生效，这可以解释为，由于成肌细胞处于不充分的未分化状态，所以不能有效地用于肌细胞疗法。该发现激起了对肌肉干细胞的探索。在过去两年中，一些肌肉生物学家在分离可能的肌肉干细胞方面已经取得了鼓舞人心的初始成果。此外，这些研究不仅证明了原始肌前体细胞能融合到受损肌肉中以产生新生肌肉，还证明了这种干细胞或干细胞样细胞在血液中具有惊人的循环能力，并且反应于未鉴定的亲肌因子后离开血液进入局部肌肉损伤部位。引人注目的是，在过去三年中，已经明确了具有肌肉干细胞特征的细胞可能存在于以前被认为主要是造血组织的组织，例如骨髓中。1999年，Kunkel实验室的Gussoni及其同事报道，在骨髓或肌肉自身中，通过在一种多药物抗性转动蛋白存在条件下鉴定出的作为细胞的“侧群”(SP)组分的原始细胞群能够在尾静脉注射后被递送到营养不良的mdx肌肉中(Gussoniet al.，Nature 401390-394，1999)。相同注射能够使足够的正常肌细胞聚集到肌肉组织，从而使多达10％的肌原纤维恢复肌营养不良蛋白的表达，与此同时，还能使先前接受辐射的小鼠的骨髓重新恢复，该发现充分表明这些细胞中含有原始干细胞。随后Huard实验室(Leeet al.，J.Cell Biol.1501085-1099，2000)和Bresolin实验室(Torrente et al.，J.Cell Biol.152335-348，2001)也报道了类似的发现。此时，定义一种细胞作为肌肉干细胞的一项标准是看其分化形成成肌细胞的能力，并由此增强肌肉再生或修复等某些方面的能力。通常在输注肌肉干细胞后，一种先前缺失的蛋白(例如肌营养不良蛋白)的表达为存在肌肉干细胞提供了初步证据。至今，仍未鉴定出任何一组唯一限定肌肉干细胞的分子。但是，表面蛋白的一个进化家族被确定能够表征肌细胞系中不同的分化时期，见表1中的总结。表1在肌细胞系中的细胞上差异表达的选定的表面标记 MSC＝肌肉干细胞；SP＝侧群细胞；MPC＝肌前体细胞举例来说，一组候选干细胞可能会表达表面抗原CD34，并且可能表达其它的原始细胞表面标记，如AC133，但不会表达系标记，如c-kit或造血标记CD45。脐带血细胞(“UCB”细胞)包含具有干细胞特性的亚群。通过输注人UCB细胞可以实现骨髓细胞的替代。
发明概述本发明的特征在于，通过给予人UCB细胞以治疗患有肌营养不良病人的一种方法。可以用任何适当的方式给予这种细胞，例如，通过直接注射到病人的肌肉或血流中。在全身注射后，一些UCB细胞会迁移到患者的肌肉中，并且掺入已存在的肌细胞，这些细胞将会提供缺失的蛋白，从而对该疾病起到治疗作用。
在本发明的一项实施方案中，为了增加UCB细胞数量，并使这些细胞富含相对未分化的细胞，在给予之前对上述UCB细胞进行了处理。
本发明的另一特征是一种用于治疗患有肌营养不良病人的细胞移植方法，该方法降低了接受治疗的患者的免疫系统对被给予的细胞的排斥反应。该方法包括提供一种脐带血细胞制剂、使用该制剂的细胞来重建患者的免疫系统，以及给予该制剂的细胞以治疗患者的肌营养不良症。在细胞移植方法的一项实施方案中，该方法还进一步包括在体外扩增上述制剂的细胞，并且将扩增的该制剂的细胞反复给予患者以治疗其肌营养不良。
本发明提供若干优势。举例来说，本发明提供通过将UCB细胞给予患者以治疗诊断有或患有肌营养不良病人的方法。本发明依赖于使用含有多能干细胞的充足来源的脐带血，这些多能干细胞是一种生物体的两种或多种细胞类型的前体。通常使用来自供体的骨髓作为干细胞的来源来恢复患病的骨髓，但是研究人员已经证明脐带血是提供多能细胞的极好的替代来源，这些多能细胞可用于恢复多种不同组织的细胞。此外，本发明的另一特征是一种用于治疗诊断有或患有肌营养不良病人的方法，其中，UCB细胞被给予患者，但是，为了克制细胞的排斥反应，还需要用UCB细胞(既可以由患者提供，也可以由供体提供)重建患者的免疫系统。
此外，脐带血干细胞很独特，因为发现它们在血型仅仅接近匹配的移植病例中很成功，这与骨髓中的干细胞不同，使用骨髓干细胞需要供体与受体严格匹配。此外，骨髓移植比脐带血细胞移植更常发生移植物抗宿主疾病。
定义本发明所用的“脐带血细胞或胎盘血细胞”是指出生后保留在脐带和胎盘中的血液。与骨髓一样，发现脐带血也是干细胞的充足来源。
所用的“干细胞”或“多能干细胞”可替换使用，是指一种具有能够产生一种生物体的两种或多种细胞类型的能力的细胞。
发明详述小鼠试验人UCB细胞获得自立即从婴儿身上切割下来的新生婴儿的脐带。将细胞(每只小鼠10,000-1,000,000个细胞)悬浮于标准的药学缓冲液或无菌盐水中，并装在注射器中。
最初使用的小鼠模型是一种突变小鼠(sjl小鼠)，该小鼠缺失功能性dysferlin；这些小鼠是Miyoshi肌营养不良/LGMD2B的天然模型。可以从马萨诸塞州波士顿的马萨诸塞综合医院的Robert H.Brown，Jr.实验室得到这些小鼠，有关其描述参阅(Lee et al.，J.Cell Biol.1501085-1099，2000)。
经由眼后或尾静脉注射可将UCB细胞注射到小鼠的血流中。在80-100天后，将上述小鼠杀死以确定UCB输注是否增强了肌肉再生和dysferlin的表达。使用若干终点来监测这些结果，包括(a)用免疫染色法显示人源细胞核的标记，以确定UCB存留在肌肉组织中；(b)检测UCB细胞中的验证细胞已分化成为肌肉的标记；以及(c)检测宿主sjl小鼠所缺失的dysferlin。跟踪注射的UCB细胞结局的另一种方法是在输注前用一种或多种荧光DNA-结合染料标记这些细胞；在输注后80-100天，肌细胞的细胞核中存在这些染料可有力地证明细胞是来自上述UCB细胞。此外，也可以用5-溴-2’-脱氧尿苷(BrDU)或者用一种细胞核染料，例如一种Hoechst染料，预先标记供体的细胞。此外，功能性研究也将被用来确定动物中的运动功能。
使用一种或多种免疫抑制方法可以使受体小鼠接受输入的UCB细胞。这可以借助药理学方法实现，例如，使用环孢霉素A或其它免疫抑制药物。另一种方法是使用近致死辐射。克服由免疫系统引起的移植障碍的第三种方法是使用免疫缺陷型小鼠(例如nu/nu小鼠或Rag-null小鼠)。
这些初期的试验将使用UCB细胞的完整群。随后的试验将使用对各种干细胞类型或肌前体细胞进行富集的UCB细胞亚群。有关富集方法的描述参阅Kraus，美国专利5,925,567和5,674,750，在此引入作为参考。
人类疗法全身输注本发明的方法可用于治疗任何患有肌营养不良中的一种形式的人类患者，无论儿童或成人。
按前文所述制备UCB细胞，并使细胞数量按比例地增加。优选的是，用标准的六种移植标记测定上述细胞的类型；优选的是，配比至少为4/6；更优选的是，配比为6/6。但是，在某些情况下即使配比小于4/6，上述操作仍是可行的，伴有因相对未分化的UCB细胞的幼稚性引起的可接受的轻度排斥反应。用前文所述的标准方法，例如，给予环孢霉素A，可以控制所发生的排斥反应。
如果UCB细胞没有按前文所述经过扩增和选择，那么可以将这些细胞以其所贮存的形式进行使用。在某些情况下，单个贮存样品中的细胞数量不够，可以将若干这类样品合并在一起以提供所需数量的细胞。此外，与前文结合小鼠试验的描述一样，除了使用完整UCB细胞群，也可使用富集肌肉干细胞或其它前体细胞的亚群。
预计人类疗法可能需要多次输注完整UCB细胞制剂或各种富集的和扩增的细胞亚群。细胞的多次输注可随时间给予，例如，第一天进行第一次，第五天进行第二次，然后第十天进行第三次。在起始的十天后，可以存在一个不给予细胞的时期，例如两周，在该时期后可以重复进行为期10天的给予方案。
无论是进行单次输注疗法给予还是多次输注疗法给予，可能受体都需要进行免疫抑制。为此所采取的方法将遵循当前在人移植中用于骨髓置换(即细胞移植)的惯例，例如使用诸如环孢霉素A和FK506等药剂。
肌肉注射用于给予UCB细胞或扩增的UCB细胞亚群的另一种可行的途径是直接将其注射到肌肉中。现已公认，在某些情况下将肌前体细胞直接进行肌肉注射能够使供体细胞掺入到宿主中，同时部分替代缺失蛋白(例如，mdx小鼠中的肌营养不良蛋白)。此外，也公认将成肌细胞直接注射到患有肌营养不良的人体中是安全的，尽管这些成肌细胞没能有效地掺入到受体肌肉中。因此认为，比成肌细胞更原始的UCB细胞亚群将会融合到受体的肌肉中，并由此使蛋白得到替代和肌肉再生。对被注射细胞的广泛分布来说，该途径固有地没有IV注射效率高，因此几乎肯定地需要多次注射到多个肌肉中。
免疫重建和用UCB细胞进行连续注射如上所述，供体UCB细胞存留在受体肌肉中可能需要持续使用一种或多种免疫抑制剂方案。这与经历了整个器官或细胞移植的病人长期使用免疫抑制药物或其它疗法相似。
在此提出的使用UCB细胞的方法可以避免持续使用免疫抑制剂。该观念包括两个基本原理。第一，如果受体在接受UCB输注之前经历了骨髓切除，那么就有可能用UCB细胞替代受体的骨髓。有可能提供受体自身的UCB细胞。这可以避免进行免疫抑制的需要。如果无法获得受体自身的UCB细胞，就可能使用供体的UCB细胞。重新构成切除的骨髓的供体UCB细胞将会有效地适应宿主，从而在没有持续进行免疫抑制的几星期或几个月后存活下来。实际上，这样的一种受体是嵌合的，其主要来自供体的重建的免疫系统与宿主的组织共存。该重建观念中的第二个关键原理是UCB细胞的亚型具有惊人的增殖能力。我们应确定，用于为肌营养不良患者提供其肌肉中缺失蛋白的UCB细胞是否能够同时用于在体外产生大量的肌前体细胞。如果供体的UCB细胞的确能适应宿主，并且使得受体嵌合，那么随后输注来自相同UCB细胞的肌前体细胞就可能与受体免疫相容，甚至是给予多次的连续输注时也是如此。也就是说，用UCB细胞进行免疫重建可以使得随后的连续输注最初来自相同UCB供体的肌前体细胞成为可能。在该方法中，一旦建立嵌合体，随后的肌细胞输注就不需要对受体进行免疫抑制了。
脐带血细胞的收集和扩增可以用本领域已知的方法收集UCB细胞，可参阅例如Koike etal.，Acta Paediatrica Japonica 25275-282，1983，而有关扩增方法的描述可参阅，例如，美国专利5,674,750、美国专利5,925,567和美国专利6,338,942。一般来说，获得自脐带血的前体细胞都适用于本发明。干细胞可以在细胞生长条件，即能够促进细胞增殖(“有丝分裂活性”)的条件下进行扩增。
基因疗法基因疗法也能够用于修饰UCB细胞，以提供一种或多种引起肌营养不良的缺失蛋白。可以想像，包含干细胞亚群并能够用于替代骨髓细胞的UCB细胞，能够用校正的基因产物进行修饰，并且用一种或多种上文所述方法将其给予患者。然后，递送改变的UCB细胞将会对患者的肌营养不良起到治疗作用。
一个典型的治疗性基因疗法方案可以包括以下步骤从受治疗者或供体获得一种UCB细胞源、体外富集UCB细胞、用本领域已知的方法扩增UCB细胞、用一种含有目的基因的载体转导UCB细胞，以及重导入受治疗者体内。基因疗法中UCB细胞的转导可以在扩增过程中或扩增之后进行。
本领域已知若干种用于改变细胞以用于基因疗法的方法。这些方法包括细胞转导(参阅，例如Buetler，Biol.Blood Marrow Transplant5273-276，1999；Dao，Leukemia 131473-1480，1999；以及主要参阅Morgan et al.，Ann.Rev.Biochem.62191-217，19993；Culver etal.，Trends Genet.10174-178，1994；以及美国专利5,399,346(Frenchet al.))；使用病毒载体；以及使用非病毒载体，例如经由脂质体递送裸露DNA、受体介导的递送、磷酸钙转染、脂质转染、电穿孔、粒子轰击(基因枪)、显微注射、细胞融合、染色体介导的基因转移、微细胞介导的基因转移、质体融合，以及压力介导的基因递送。上述技术应该能将基因稳定地转移到细胞中，从而使得该基因能在细胞中表达，并且优选可以遗传并由其子代细胞表达。
有关基因疗法的一般综述可以参阅Goldspiel et al.，ClinicalPharmacy 12488-505，19993；Wu and Wu，Biotherapy 387-95，1991；Tolstoshev，Ann.Rev.Pharmacol.Toxicol.32673-596，1993；Mulligan，science 260926-932，1993；以及Morgan and Anderson，Ann.Rev.Biochem.62191-217，1993。有关可以使用的重组DNA技术领域中已知的常用方法的描述参阅Ausubel et al.(eds.)，1993，《分子生物学现有方法》，John Wiley & Sons，NY；以及Kriegler，1990，《基因转移及表达》，实验室手册，Stockton出版社，NY。
其它实施方案该说明书中提及的所有出版物和专利申请都在此以相同程度引入作为参考，如同每种独立出版物或专利申请书都是逐一地并单独地指明被引入作为参考。
尽管本发明是结合其特定的实施方案加以描述的，但是应该了解的是，可以对其做进一步的修改，并且总的来说，该申请书应该包括遵循本发明原理的任何变化、用途或修正，还可以包括与本发明公开内容相违背，但在本发明所属领域内已知或惯用准则的范围内的那些改变，并且也适用于上文阐述的基本特性。


本发明描述了一些通过给予脐带血细胞，例如，用IV输注，以治疗患有肌营养不良的病人的方法。