[发明专利]提供骨、骨髓及软骨的诱导的因子和细胞

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年1月8日提交的美国临时专利申请序列号62/101,282的优先权，该申请的公开内容以引用的方式并入本文。

政府权利

本发明得到美国国立卫生研究院提供的合同号为HL058770的政府资助。政府对本发明享有一定权利。

背景技术

在美国，几乎每个家庭都受到涉及骨骼的疾病的影响。无数病因学，包括退化病状、肿瘤病状、创伤后病状及术后病状，影响了骨骼。这些疾患影响各个年龄、种族、人种及经济阶层的人们。美国医疗成本与效用项目(U.S.Health Cost&Utilization Project)最近报道归因于肌骨骼系统疾病的生物医学负担每年超过470亿美元，并且该数字近年来以每年8.5％的估计速率继续增加。此外，因为北美及全球人口老龄化，可预期所以肌骨骼发病率同时增加。这种世代交替是目前在卫生保健系统中操作的最强大的力量。必须开发治疗骨骼疾病的替代方法以加强和/或替代同期的措施。

骨的独特之处在于它具有在特定范围内再生的先天能力。另外，人体骨骼在婴儿期每年替换并且在成年时大约每5到6年替换，从而支持以下结论：在骨组织中存在活性干细胞和祖细胞，它们被用作出生后骨组织的生长、稳态及再生所需的新成骨细胞的来源。可通过透彻地理解骨骼如何发育并从干细胞角度进行维持来解决骨骼临床问题。

组织特异性成年干细胞存在于大部分主要器官系统中并且已在许多组织中得到明确鉴定。与造血系统相比，在骨骼系统中的干细胞调控仍相对未被探索。Friedenstein 等人的开创性研究确定在骨组织中存在集落形成性骨骼形成细胞，但最近才开始努力鉴定和分离骨、软骨及基质祖细胞以用于严格的功能表征。另外，骨髓也是来自前列腺癌和乳腺癌的转移的优选位点，并且支持转移性干细胞生态位的骨基质的来源和特性基本上未被表征。由若干组鉴定的骨骼祖细胞的性质根据分离方法及使用的功能测定类型而变化。在组织再生中的另一个重要挑战是在自然界和实验室中(再)生成软骨的受限制的能力，其在许多疾病(例如骨关节炎、结缔组织病症)中是缺乏的。

对影响骨骼发育和软骨形成发育的细胞和因子的鉴别具有极大的临床和研究应用价值。本发明解决了这个问题。

出版物

目标出版物包括Tevlin等人(2014)J Vis Exp.(93),“Osteoclast derivation from mouse bone marrow”；McCardle等人(2014)Tissue Eng Part A.20(21-22):3031-40, “Positive Selection for Bone Morphogenetic Protein Receptor Type-IB Promotes Differentiation and Specification of Human Adipose-Derived Stromal Cells Toward an Osteogenic Lineage”；Chan等人(2013)Proc Natl Acad Sci U S A.110(31):12643-8, “Clonal precursor of bone,cartilage,and hematopoietic niche stromal cells”；和Levi等人(2012)Proc Natl Acad Sci U S A.109(50):20379-84,“In vivo directed differentiation of pluripotent stem cells for skeletal regeneration”.Chan等人(2009)Nature 1月22 日；457(7228):490-4.“Endochondral ossification is required for hematopoietic stem cell niche formation”。

发明内容

本发明提供了用于产生功能性软骨细胞、骨骼细胞、骨髓基质细胞及其祖细胞的方法、组合物及试剂盒。这些方法、组合物及试剂盒可用于产生软骨细胞、成骨细胞、基质细胞及其祖细胞以用于移植、用于实验评价、作为谱系-和细胞-特异性产物的来源等，例如用于治疗软骨、骨及造血系统的人类病症，并且用于老化或以其它方式损伤的软骨和骨的再生。