Cartilage Regeneration with Tunable Inflammation Resistance

具有可调抗炎能力的软骨再生

• 批准号: 9409538
• 负责人: Bradley T Estes
• 金额: $ 70.47万
• 依托单位: CYTEX THERAPEUTICS INC.
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-09-15 至 2019-05-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9409538
• 关键词: Address; Adult; Adverse effects; Affect; Alpha Cell; Anatomy; Animals; Anti-Cytokine Therapy; Anti-Inflammatory Agents; Anti-inflammatory; Arthritis; Asses; Autologous; Biological; Biological Markers; Biomechanics; Biomimetics; Caliber; Cartilage; Cells; Clinical; Complication; Data; Defect; Degenerative polyarthritis; Development; Disease; Economic Burden; Effectiveness; Engineering; Ensure; Environment; Etiology; Exhibits; Gene Delivery; Genetic Recombination; Genetic Risk; Goals; Goat; Green Fluorescent Proteins; Healthcare Industry; Histologic; Image; Implant; In Vitro; Inflammation; Inflammatory; Injection of therapeutic agent; Interleukin-1; Interleukin-1 Receptors; Investments; Joints; Knee; Lesion; Location; Longevity; Magnetic Resonance Imaging; Marrow; Measurement; Measures; Mechanics; Medial; Mediating; Mesenchymal Stem Cells; Methods; Modeling; Operative Surgical Procedures; Outcome; Pain; Patients; Phase; Phenotype; Population; Production; Property; Proteins; Reaction; Replacement Arthroplasty; Resistance; Risk; Roentgen Rays; Role; Safety; Serum; Signal Transduction; Small Business Innovation Research Grant; Source; Stem cells; Synovial Fluid; Synovial Membrane; Synovitis; System; TNF gene; TNFR-Fc fusion protein; Techniques; Testing; Textiles; Therapeutic; Time; Tissue Engineering; Tissues; United States; Viral; Virus Integration; Work; anakinra; arthropathies; articular cartilage; base; body system; cartilage regeneration; cartilage repair; cellular transduction; clinically relevant; cytokine; design; disability; economic impact; genetic approach; implantation; improved; in vivo; inhibitor/antagonist; insight; integration site; joint injury; mechanical properties; osteochondral tissue; particle; patient population; preclinical study; prevent; promoter; repaired; risk minimization; scaffold; tissue regeneration; transduction efficiency

Abstract    The repair of large cartilage lesions, which are contraindicated for currently available first-­line tissue  regeneration techniques, remains a significant clinical problem with few good treatment options. Previous work  at Cytex has focused on the development of a 3D microwoven textile scaffold for cartilage repair, designed to  function immediately after implantation while encouraging cell ingrowth, proliferation, and subsequent tissue  development. When combined with mesenchymal stem cells (MSCs), we have demonstrated the ability to form  biomechanically functional implants for the treatment of large cartilage lesions, including resurfacing the  femoral condyles. However, for a stem cell-­based cartilage implant to be successful in the osteoarthritic (OA)  joint, it must withstand the the high degree of inflammation and the associated catabolic and degenerative  environment found in diseased joints. The objective of this proposal is to add an anti-­inflammatory capability to  our construct in order to protect the engineered tissues from the hostile joint environment. We will transduce  the MSCs in our implant with an inflammation-­responsive promoter that will drive the expression of Interleukin  1 (IL-­1) receptor antagonist (IL-­1Ra) or soluble tumor necrosis factor (TNF) receptor (sTNFR), natural  modulators that inhibit the inflammatory signaling of IL-­1 and TNFα, respectively. The resulting cartilage  construct will provide inflammation resistance only when inflammatory signaling is present, thus eliminating the  need for exogenous injections and the potential side effects associated with long-­term administration of anti-­ cytokine therapy. In Aim 1, we will examine our lentiviral transduction conditions in an effort to minimize the risk  of genetic side effects in the MSCs. The resulting cartilage constructs will also be analyzed to ensure that they  contain no active lentiviral particles, which could be released upon implantation, thereby validating the clinical  safety of the genetic approach. In Aim 2, we will use our biomimetic cartilage implants to resurface the medial  femoral condyle in a goat model of unicompartmental osteoarthritis. Our current tissue engineered implant will  be compared to implants in which the MSC population has been transduced to express anti-­cytokine  therapeutics in either a constant, or an inflammation-­responsive manner. All animals will be evaluated at 3, 6, 9,  and 12-­month time points following repair through clinically relevant measures of function, pain, and imaging  using X-­Rays and MRI. At sacrifice, joint tissues will be assessed histologically and biomechanically to quantify  degradative changes and OA progression. Serum, synovial fluid, and synovium will be analyzed for biomarkers  of osteoarthritis, as well as for adverse inflammatory reactions and to test for wear debris in the joint.  Additionally, all major organ systems will be examined to assess the safety of implanting transduced cells and  utilizing localized anti-­cytokine therapy. Ultimately, this proposal will develop a cartilage resurfacing product  that is not only be able to function mechanically within the joint but will also protect itself and surrounding  tissues from inflammatory signaling, and hopefully prevent further OA progression.

摘要   修复大的软骨损伤，这是目前可用的一线组织禁忌 再生技术，仍然是一个重要的临床问题，很少有好的治疗选择。 在Cytex公司，专注于开发用于软骨修复的3D微编织织物支架，旨在 植入后立即发挥作用，同时促进细胞向内生长、增殖和随后的组织 当与间充质干细胞（MSC）结合时，我们已经证明了形成 生物力学功能性植入物，用于治疗大的软骨损伤，包括 然而，为了使基于干细胞的软骨植入物在骨关节炎（OA）中获得成功， 关节，它必须承受高度的炎症和相关的分解代谢和退行性病变， 该建议的目的是增加一种抗炎能力， 我们的结构，以保护工程组织从恶劣的关节环境。我们将 在我们的植入物中，MSC具有炎症反应启动子，该启动子将驱动白细胞介素的表达， 1（IL-1 Ra 1）受体拮抗剂（IL-1 Ra）或可溶性肿瘤坏死因子（TNF）受体（sTNFR），天然 这些软骨细胞分别是抑制IL-10 1和TNFα的炎症信号传导的调节剂。 构建体将仅在存在炎症信号传导时提供炎症抗性，从而消除炎症反应。 需要外源性注射和潜在的副作用与长期管理的抗肿瘤 在目标1中，我们将检查我们的慢病毒转导条件，以尽量减少风险。 的遗传副作用。由此产生的软骨结构也将进行分析，以确保它们 不含活性慢病毒颗粒，其可在植入时释放，从而验证了临床 在目标2中，我们将使用我们的仿生软骨植入物来重建内侧软骨。 我们目前的组织工程植入物将 与其中MSC群体已被转导以表达抗TNF细胞因子的植入物相比， 所有动物将在第3、6、9、10、11、12、14、15、16、17、18、19 通过临床相关的功能、疼痛和成像测量， 在处死时，将对关节组织进行组织学和生物力学评估， 将分析血清、滑液和滑膜中的生物标志物 骨关节炎，以及不良炎症反应和测试关节中的磨损碎屑。 此外，将检查所有主要器官系统以评估植入转导细胞的安全性， 最终，该建议将开发一种软骨表面置换产品， 不仅能够在关节内机械地起作用，而且还将保护自身和周围环境， 组织的炎症信号，并有希望防止进一步的OA进展。