[发明专利]使用人脐带组织来源细胞和水凝胶治疗椎间盘退变

说明书

技术领域

本发明整体涉及基于细胞的疗法的领域。在一些方面，本发明涉及使用脐带组织来源细胞治疗与椎间盘退变相关的疾病或病症。

背景技术

本说明书通篇引用了多种出版物，包括专利、公布的专利申请、技术文献和学术文献。这些引用的出版物各自出于所有目的全文均以引用方式并入本文。

下背痛是最常见残障之一，造成患者明显的身体和情绪不适感。椎间盘(IVD)结构退化是下背痛的主要原因之一。IVD由围绕较软凝胶状髓核的纤维状外部纤维环形成。纤维环的纤维连接至脊髓的椎体的终板并包绕髓核，从而形成等压环境。在轴向载荷下，髓核压缩并将该载荷径向传递至纤维环。纤维环的层状性质为其提供了高抗拉强度，因此允许其响应于该传递的载荷而径向膨胀。

在健康的IVD中，髓核内的细胞仅形成按体积计约百分之一的椎间盘组织。这些细胞产生包含高百分比蛋白聚糖的细胞外基质(ECM)。蛋白聚糖包含保持水的硫酸化官能团，从而为髓核提供了其缓冲特性。髓核细胞还可分泌少量细胞因子和基质金属蛋白酶(MMP)，这些物质有助于调节髓核细胞的代谢。

在IVD疾病的一些情况下，IVD的逐渐退变由脊柱其他部分的机械不稳定造成。在这些情况下，增大对髓核的载荷和压力会造成椎间盘内的细胞(或侵入巨噬细胞)释放高于正常量的上述细胞因子。在IVD疾病的其他情况下，遗传因素或细胞凋亡会造成椎间盘细胞数量下降和/或释放有毒量的细胞因子和MMP。在一些情况下，椎间盘的泵送作用可能出故障(由于例如髓核内蛋白聚糖浓度降低)，从而减缓了营养物质流入椎间盘的速度以及废弃产物流出椎间盘的速度。该减小的向细胞提供营养物质并排出废物的能力可导致细胞活性和代谢降低，造成ECM进一步降解，同时积累高水平的毒素而可使神经受刺激并引起疼痛。

随着IVD退变发展，髓核中存在的细胞因子和MMP的毒素水平开始降解ECM。具体地讲，MMP(由细胞因子介导)开始切割蛋白聚糖的水保持部分，从而降低了其水保持能力。该降解导致髓核柔性减小，改变了椎间盘内的载荷模式，继而可引起纤维环分层。这些变化造成更大的机械不稳定性，可使细胞释放甚至更多细胞因子，引起MMP上调。随着该破坏级联继续且IVD退变发展，椎间盘开始膨出(“椎间盘突出”)，然后最终破裂，使得髓核接触脊髓并引起疼痛。

当前，IVD退变的主要疗法是外科手术干预，在外科手术干预过程中将退变椎间盘切除或与邻近椎间盘融合。外科手术疗法目的在于缓解疼痛或IVD退变的其他症状，但无法做到修复或再生患病IVD。治疗退变IVD细胞和组织的一种方法是采用基于细胞的疗法，其中通过施用活细胞来修复、置换和/或重塑患病组织。最近的几项研究探讨了使用基于细胞的疗法治疗退变IVD病症。例如，美国专利No.6,352,557(“Ferree”)和6,340,369(“Ferree II”)教导了从患者获取活IVD细胞，培养细胞以及将它们移植到受损IVD中。相似地，Alini，Eur.Spine J.，2002：11(Supp.2)：S215-220(Alini，《欧洲脊柱杂志》，2002年，第11卷(增刊2)，第S215-220页)描述了从髓核分离和培养细胞，将细胞埋植到生物基质中，然后将埋植的细胞注射到患者体内，使受损IVD恢复功能。这些方法虽然充满前景，但在修复退变IVD时表现出效力有限，并遭受因细胞供体与受体之间的免疫不相容性引发的并发症。

替代的基于细胞的疗法的方法是使用干细胞，干细胞能够分裂并分化成构成患病组织的细胞。干细胞移植可用作重构靶组织从而恢复生理和结构功能的临床工具。干细胞技术的应用非常广泛，包括组织工程、基因治疗递送和细胞疗法，即，将生物治疗剂经由产生或包含这些药剂的外源提供的活细胞或细胞组分递送到靶位置(相关综述，请参见Tresco，P.A.et al.，Advanced Drug Delivery Reviews，2000；42：2-37(Tresco，P.A.等人，《先进药物递送综述》，2000年，第42卷，第2-37页))。干细胞的鉴定推动了以选择性生成再生药物用特定细胞类型为目的的研究。实现干细胞技术的治疗潜能的一个障碍是难以获得足够数量的干细胞。胚胎或胎儿组织是干细胞的一种来源。已从包括人类的多种哺乳动物物种分离出胚胎干细胞和祖细胞，并且已证实若干此类细胞类型能够自我更新并扩增以及分化成多种不同细胞系。然而，从胚胎和胎儿来源得到干细胞引发了许多伦理和道德问题，从而阻止了胚胎干细胞疗法的进一步发展。