DE10015906B4 - Directed gene transfer into Thy-1 positive cells - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum gerichteten Gentransfer in humane fibroblastoide Zellen, dadurch
gekennzeichnet, dass
Polyethylenimin mit einem Molekulargewicht < 2.000 kDa
mit
einem Plasmid, welches den gewebespezifischen Promotor Thy-1 oder
ein nukleäres
Lokalisierungssignal enthält,
derart
umgesetzt wird,
dass das Verhältnis des Stickstoffs des Polyethylenimins zum
Phosphor der Nukleinsäure
2 zu 1 bis 48 zu 1 beträgt,
das
entstandene Konstrukt mit einem monoklonalen Antikörper zum
Erkennen humaner Fibroblasten derart umgesetzt wird,
dass die
Verknüpfung
unter Abwandlung des Zuckerrestes des monoklonalen Antikörpers oder
seiner Aminogruppe erfolgt,
das Konjugat pegyliert wird und
zum
Gentransfer eingesetzt wird.Method for directed gene transfer into human fibroblastoid cells, characterized in that
Polyethyleneimine with a molecular weight <2,000 kDa
with a plasmid containing the tissue-specific promoter Thy-1 or a nuclear localization signal,
is implemented in such a way
the ratio of the nitrogen of the polyethyleneimine to the phosphor of the nucleic acid is 2: 1 to 48: 1,
the resulting construct is reacted with a monoclonal antibody to recognize human fibroblasts such
that the linking takes place with modification of the sugar residue of the monoclonal antibody or its amino group,
the conjugate is pegylated and
used for gene transfer.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Gentransfers in bestimmte eukaryotische Zellen.The The invention relates to the field of gene transfer to certain eukaryotic cells.
Man versteht unter Gentransfer das Einbringen von einem oder mehreren Genen in Zellen, um entweder in diesen Zellen einen Gendefekt zu korrigieren oder um die Zellen kontrolliert bestimmte Genprodukte produzieren zu lassen, die sie sonst nicht in dieser Menge oder überhaupt nicht synthetisieren. Dazu zählen neben Indikatoren (z.B. Fluoreszenzfarbstoffe) Wachstumsfaktoren, Zytokine, Hormone, aber auch Enzyme. Diese Art von Gentransfer kann entweder Modifizierung von Zellen in Kultur oder eine klinische Gentherapie mit Veränderung von somatischen Zellen zum Ziel haben. Die Veränderung von Keimbahnzellen mit dem Ziel transgener Organismen hingegen gehört technisch und aufgrund gesetzlicher Vorgaben nicht zu dieser Art von Gentransfer.you means by gene transfer the introduction of one or more Genes in cells to cause a genetic defect either in these cells correct or control the cells certain gene products otherwise they would not be in this lot or at all do not synthesize. These include in addition to indicators (e.g., fluorescent dyes) growth factors, Cytokines, hormones, but also enzymes. This type of gene transfer can either Modification of cells in culture or clinical gene therapy with change of somatic cells to the target. The change of germ line cells with the goal of transgenic organisms, however, belongs technically and legally Do not dictate this type of gene transfer.
Um die Anwendung von somatischem Gentransfer effizient zu machen, müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllt sein.Around To make the application of somatic gene transfer efficient must have different preconditions Fulfills be.
Die Voraussetzungen hängen dabei auch von der Art des verwendeten Transfersystems ab. Grundsätzlich werden seit einigen Jahren virale und nicht-virale Transfersysteme untersucht (Blaese et al., 1995), wobei virale Systeme bislang stärker favorisiert wurden. Aufgrund letaler Nebeneffekte durch Überstimulierung des Immunsystems bei hohen Dosen von rekombinanten Viruspartikeln nach Gentherapie in jüngerer Zeit werden virale Verfahren als problematisch angesehen. Auch bei geringen Dosen rekombinanter Viren ist bei wiederholter Gabe mit einer Abschwächung der Wirkung zu rechnen, da der Empfänger gegen diese rekombinanten Viren Antikörper bilden wird. Der Vorteil viraler Systeme (Smith, 1995), vor allem von Adenoviren (Trapnell und Gorziglia, 1994) und adenoassoziiertem Virus (AAV; Russell et al., 1994) liegt in ihrer hohen, allerdings in vivo mitunter relativ unselektiven Transfektionseffizienz. Eine Erhöhung der Selektivität gelingt durch die Verwendung unterschiedlicher, systemangepaßter Vektoren, insbesondere solcher, die von Retroviren (Schnierle und Groner, 1996; Mouse Mammary Tumor Virus, MMTV; Lentiviren wie HIV) abgeleitet werden. Viren besitzen generell einen wirtszellspezifischen Tropismus. In vivo zeigt sich allerdings, daß die Spezifität nicht in allen Systemen gleich hoch ist. Neben der Gefahr der immunologischen Nebenwirkungen besteht auch die Möglichkeit der Rekombination von viralen Genomanteilen der Vektoren, die zu pathologischen Veränderungen des Genoms in Zellen des Empfängers führen können. Neuere wissenschaftliche Einschätzungen gehen davon aus, daß mindestens 1 % des Genoms von höheren Säugern integrierte retrovirale Anteile sind bzw. damit Ähnlichkeit aufweisende Protoonkogene. Daher ist die Wahrscheinlichkeit für unerwünschte Rekombinationseffekte durchaus als nicht sehr gering einzuschätzen.The Hang prerequisites This also depends on the type of transfer system used. Basically investigated viral and non-viral transfer systems for several years (Blaese et al., 1995), with viral systems so far favoring more were. Due to lethal side effects due to overstimulation of the immune system at high doses of recombinant virus particles after gene therapy in younger Time viral procedures are considered problematic. Also at low doses of recombinant virus is repeated when given with a weakening the effect to be expected because the recipient against this recombinant Viruses form antibodies becomes. The advantage of viral systems (Smith, 1995), especially of adenoviruses (Trapnell and Gorziglia, 1994) and adeno-associated virus (AAV; Russell et al., 1994) is high in its, but sometimes in vivo relatively unselective transfection efficiency. An increase in the selectivity succeeds through the use of different, system-adapted vectors, in particular those of retroviruses (Schnierle and Groner, 1996; Mouse Mammary Tumor virus, MMTV; Lentiviruses such as HIV). Own viruses generally a host cell-specific tropism. In vivo shows up however, that the Specificity not is the same in all systems. In addition to the risk of immunological Side effects also exist the possibility of recombination of viral genomic parts of the vectors leading to pathological changes of the genome in cells of the recipient to lead can. Newer scientific assessments assume that at least 1% of the genome of higher mammals integrated retroviral components are or similar proto-oncogenes. Therefore, the probability of unwanted recombination effects quite as not very low estimate.
Daher zielen einige Neuentwicklungen darauf ab, zu nicht-viralen Systemen überzugehen, und dabei Eigenschaften der Virussysteme, die zur relativ guten Transfektionseffizienz beitragen, möglichst zu übernehmen (Coonrod et al., 1997; Mahato et al., 1997).Therefore Some new developments aim to move to non-viral systems, and doing properties of the virus systems that are relatively good Transfection efficiency, if possible (Coonrod et al., 1997; Mahato et al., 1997).
Entsprechend
lassen sich die Anforderungen an wirksame nicht-virale Genübertragungssysteme insbesondere
für in
vivo-Therapien, aber nicht ausschließlich, folgendermaßen zusammenfassen:
Sie
müssen
in der Lage sein, einige Zeit im Blutstrom intakt zu bleiben und
dabei klein genug, um in Kapillaren, Gewebe und Zellen zu gelangen.Accordingly, the requirements for effective non-viral gene delivery systems, in particular for in vivo therapies, but not exclusively, can be summarized as follows:
They need to be able to stay intact in the blood stream for a while while being small enough to enter capillaries, tissues and cells.
Ferner müssen sie vor der Prozessierung in Endosomen/Lysosomen-Komplexen geschützt sein, damit die DNA in den Kern der Wirtszelle für eine nachfolgende Transkription der Gene gelangt.Further have to they may be protected from processing in endosomes / lysosomal complexes, thus the DNA into the nucleus of the host cell for subsequent transcription the genes arrive.
Generell wünschenswert ist schließlich ein flexibler Tropismus, über den die Vektoren an verschiedene Zielzellen bzw. Erkrankungen möglichst spezifisch „adressiert" werden können.As a general rule desirable is finally a flexible tropism, about the vectors can be as specific as possible "addressed" to different target cells or diseases.
Notwendig sind zellspezifische Promotoren, über die für bestimmte Zelltypen die optimale Transkription gesteuert wird.Necessary are cell-specific promoters, about which for certain cell types the optimal Transcription is controlled.
Die bislang verfügbaren nicht-viralen Gentransfersysteme versuchen, einige dieser Erfordernisse zu erfüllen, sind jedoch nicht in der Lage, bestimmte menschliche Bindegewebszellen wie Fibroblasten oder mesenchymale Stammzellen als deren Vorläufer sowie einige menschliche neuronale Zellen (Beispiele) effizient zu transfizieren. Im Vergleich zu standardisierten, zumeist transformierten Zellinien (COS-1, COS-7, HeLa, K-562, HepG2 u.a.) läßt sich Gentransfer in primäre humane Fibroblasten mit den bisher verfügbaren Mitteln nur mit sehr geringer Effizienz durchführen.The previously available Non-viral gene transfer systems try to address some of these needs to fulfill, However, they are unable to target certain human connective tissue cells like fibroblasts or mesenchymal stem cells as their precursor as well efficiently transfecting some human neuronal cells (examples). Compared to standardized, mostly transformed cell lines (COS-1, COS-7, HeLa, K-562, HepG2 et al.) Allows gene transfer into primary human Fibroblasts with the previously available Perform funds only with very low efficiency.
Das Ziel der Erfindung besteht entsprechend darin, durch ein nicht-virales System die Gefahren beim Einsatz (retro)viraler Vektoren zu umgehen und dabei die Effizienz und Zuverlässigkeit viraler Systeme möglichst zu erreichen. Das erfindungsgemäße System soll insbesondere in der Lage sein, Gentransfer in humane Thy-1-positive Zellen spezifisch durchzuführen. Dazu wird ein Thy-1-spezifischer monoklonaler Antikörper an ein Polykation über eine Brücke gekoppelt. Mit Hilfe des Thy-1-spezifischen Antikörpers wird die spezifische Adressierung von Thy-1-positiven humanen Zellen ermöglicht, in die an das integrierte Polykation kondensierte Nukleinsäuren transferiert werden.Accordingly, the object of the invention is to circumvent the dangers of using (retro) viral vectors by a non-viral system and, as far as possible, to achieve the efficiency and reliability of viral systems. In particular, the system according to the invention should be able to specifically carry out gene transfer into human Thy-1-positive cells. For this purpose, a Thy-1-specific monoclonal antibody is coupled to a polycation via a bridge. With the help of the Thy-1 specific Antibody is the specific addressing of Thy-1-positive human cells allows, are transferred to the integrated polycation condensed nucleic acids.
In
Ansell, S.M. u.a. Bioconjug.Chem. 1996 Jul-Aug:7(4):490-6 beschreiben 3-(2-pyridildithio)propionic acid hydrazid als Cross-Linker für die Bildung von Liposomen-Antikörper-Konjugaten. Mit den gegebenen Informationen lässt sich jedoch die Aufgabe der hier in Rede stehenden Erfindung nicht lösen, weil die zur Kopplung von Antikörpern angegebenen Linker einen Bezug zu spezifischen Fibroblastenantikörpern, Polyethylenimin, Polyethylenglykol und ein entsprechenden Thy-1 Promotor enthaltendes Plasmid nicht nahe legen.Ansell S. M. et al Bioconjug.Chem. 1996 Jul-Aug: 7 (4): 490-6 describe 3- (2-pyridildithio) propionic acid hydrazide as a cross-linker for the formation of liposome-antibody conjugates. With the given information, however, the task can be left not solve the invention in question here, because the coupling of antibodies indicated linker to specific fibroblast antibodies, polyethyleneimine, Polyethylene glycol and a corresponding Thy-1 promoter containing Do not suggest the plasmid.
Zur Komplexierung von Nukleinsäuren werden verschiedene Polykationen wie Polylysin (Wu und Wu, 1987), Protamin, Spermin (Kichler et al., 1995) oder Polyethylenimin (PEI) erfolgreich eingesetzt (Boussif et al., 1995; 1996; Abdallah et al. 1996, Kircheis et al., 1997). Zellen nehmen solche Komplexe, die ungerichtet an die Zellmembran binden, auf. Um den Komplexen Spezifität zu verleihen, wurden verschiedene Liganden wie Asialoglykoportein, Transferrin, Mannose, Furose, Antikörper, Asialofuetin, Vaskulärer Endothel-Wachstumsfaktor, Fibroblasten-Wachstumsfaktor, Choleratoxin B oder Folsäure eingesetzt, die kovalent an das Polykation gekoppelt wurden. Bislang mit am besten wurde die Verwendung des Transferrin-Rezeptors für einen Gentransfer untersucht. Alle aktiv Stoffwechsel treibenden Zellen benötigen dafür Eisen, das von den Zellen als Transferrin-Eisen-Komplex endozytotisch aufgenommen wird (Kircheis et al., 1997). Dieser allgemein verbreitete Aufnahmemechanismus, der allerdings von vorneherein eine Einschränkung auf ganz bestimmte Zelltypen ausschließt, wurde auch für die Aufnahme von Nukleinsäuren, Proteinen und anderen Molekülen untersucht. Komplexe aus Transferrin und Polylysin, Protamin oder PEI wurden verwendet, um das Gen für das Enzyme Luciferase in Zellen zu bringen. Zum einen waren es Hühnererythroblasten, die mit dem Protoonkogen erbB transformiert waren, weil bekannt ist, daß diese Zellen einen besonders aktiven Transferrin-Stoffwechsel haben, zum anderen die humane Leukämie-Linie K562, die relativ viele Transferrin-Rezeptoren auf der Zelloberfläche aufweist. Mit diesen beiden Zellinien konnte eine effektive Transfektion bewerkstelligt werden, wobei sich eine Zahl von 10–20 Transferrin-Molekülen pro Komplex als optimal für die Transfektion herausgestellt hat.to Complexation of nucleic acids various polycations are used, such as polylysine (Wu and Wu, 1987), Protamine, spermine (Kichler et al., 1995) or polyethylenimine (PEI) successfully used (Boussif et al., 1995; 1996; Abdallah et al. 1996, Kircheis et al., 1997). Cells take such complexes, which bind undirected to the cell membrane. To the complexes specificity various ligands such as asialoglycoportein, transferrin, Mannose, furosis, antibodies, Asialofuetin, vascular Endothelial growth factor, fibroblast growth factor, cholera toxin B or folic acid used, which were covalently coupled to the polycation. So far The best use was of the transferrin receptor for gene transfer examined. All active metabolizing cells need iron, that is endocytosed by the cells as a transferrin-iron complex becomes (Kircheis et al., 1997). This commonly used recording mechanism, but from the outset a restriction to very specific cell types excludes was also for the uptake of nucleic acids, Proteins and other molecules examined. Complexes of transferrin and polylysine, protamine or PEI were used to express the gene for the enzyme luciferase in cells bring to. First, it was chicken erythroblasts, which were transformed with the proto-oncogene erbB because known is that this Cells have a particularly active transferrin metabolism, for other the human leukemia line K562, which has relatively many transferrin receptors on the cell surface. With these two cell lines, an effective transfection was accomplished which is a number of 10-20 transferrin molecules per Complex as optimal for the transfection has exposed.
Daneben
zeigte sich aber auch, daß weitere Kriterien
für den
Gentransfer wichtig sind. Dazu zählt wesentlich
die Partikelgröße, die
maximal 200 nm, in Tumorgewebe für
die Aufnahme aus dem Gefäßsystem
sogar nur 70 nm betragen darf. Dies ist einerseits so wegen des
Transports über
Gefäße und Gewebe, anderseits
auch wegen der Endozytose in die einzelnen Zellen („Coated
pits", Carter et
al., 1993; Muller et al., 1995; Weigel et al., 1998; Lippincott-Schwartz, 1999).
Daher ist eine starke Kondensation der Nukleinsäure durch das Polykation notwendig
(Godbey et al., 1999). Die Wechselwirkung der aufgrund der wiederholten
Phosphatgruppen stark negativ geladenen Nukleinsäure mit dem aufgrund der Aminogruppen positiv
geladenen Polykation ist elektrostatisch. Die genaue Art der Wechselwirkung
ist noch nicht ganz geklärt,
doch wahrscheinlich kommt es bei Neutralisation des Nukleinsäuremoleküls zu einem
hydrophoben Kollaps, bei dem Wasser aus dem Komplex verdrängt wird
(
Neben der Größe ist die Nettoladung der Partikel wichtig für die Verweildauer im System. Kationische Partikel beispielsweise werden vermehrt in der Leber akkumuliert, während neutrale Partikel länger im Blutstrom bleiben. Zudem sollten die Partikel nicht aufgrund ihrer Ladung das Komplementsystem aktivieren. Bereits 1987 wurde von Wu und Wu Polylysin-kondensierte DNA zum Transfizieren von Zellen vorgeschlagen. Ein wesentlicher methodischer Vorteil von Polykation-Nukleinsäure-Komplexen gegenüber viralen Komplexen ist, daß wesentlich längere DNA-Moleküle komplexiert werden können als es bei Viruspartikeln der Fall ist. Dies hat wesentliche Implikationen auf die Art und Länge der Gene, die transferiert werden können.Next the size is the Net charge of the particles important for the residence time in the system. Cationic particles, for example, are increasingly in the liver accumulated while neutral particles longer stay in the blood stream. In addition, the particles should not due activate the complement system of their charge. Already 1987 was Wu and Wu proposed polylysine-condensed DNA for transfecting cells. An important methodological advantage of polycation-nucleic acid complexes over viral ones Complex is that essential complexed longer DNA molecules can be as is the case with virus particles. This has significant implications on the type and length the genes that can be transferred.
Zwar zeigen Polykation-Nukleinsäure-Komplexe gegenüber Viren eine geringere Immunogenität, die Aktivierung des Komplementsystems durch kationische Lipide oder allgemein Polykationen ist trotzdem merklich. Absolom (1986) beschrieb sogenannte Dysopsine, die verhindern, daß die Proteine des Komplementsystems die Polykation-Nukleinsäure-Komplexe inaktivieren. Dazu gehören hoch hydrophile Zuckerreste oder Polyethylenglykol (PEG), das, kovalent an Polykation-Nukleinsäure-Komplex gebunden, zu einer verlängerten Halbwertszeit des Komplexes im Blut führt (Woodle et al, 1994). Dies ist auf eine „Beschichtung" der Komplexe durch das PEG zu erklären, wodurch sie weniger angreifbar werden.Though show polycation-nucleic acid complexes across from Viruses have lower immunogenicity, the activation of the complement system by cationic lipids or general polycation is still noticeable. Absolom (1986) described so-called dysopsins, which prevent the proteins of the complement system the polycation-nucleic acid complexes inactivate. This includes highly hydrophilic sugar residues or polyethylene glycol (PEG), that is, covalent bound to polycation-nucleic acid complex, to a prolonged Half-life of the complex in the blood leads (Woodle et al, 1994). This is due to a "coating" of the complexes through to explain the PEG making them less vulnerable.
Die bisher verfügbaren Gentransfer-Systeme bestehen aus Komplexen von Polylysin, PEI oder anderen Polykationen, DNA und einer „Schutzschicht" (Coating) aus PEG, die eukaryotische Zellen transfizieren können.The previously available gene transfer systems consist of complexes of polylysine, PEI or other polycations, DNA, and a "coating" of PEG that can transfect eukaryotic cells.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Mit der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe gelöst, neue Kombinationen von Nukleinsäure, Polykation, Beschichtung und spezifischem Suchkopf dergestalt herzustellen, daß humane fibroblastoide Zellen bzw. deren Vorläufer(stamm)zellen sowie den Rezeptor für den gleichen Suchkopf tragende neuronale Zellen spezifisch transfiziert werden. Diese Kombinationen werden im folgenden „Gentransfermodul" (GTM) genannt.With The object of the present invention is to provide new combinations of Nucleic acid, Polycation, coating and specific seeker to produce such, that humane fibroblastoid cells or their precursor (stem) cells and the Receptor for specifically transfecting neuronal cells carrying the same search head become. These combinations are called "gene transfer module" (GTM) in the following.
PEI ist in verschiedenen Molekulargewichtsklassen (MG) von ca. 0,7–ca. 2000 kDa kommerziell von verschiedenen Anbietern (Sigma, Aldrich, Fluka, BASF) erhältlich. Erfindungsgemäß wird PEI mit einem MG von ca. 2–ca. 2000 kDa eingesetzt, wobei MG von ca. 2–ca. 800 kDa bevorzugt eingesetzt wurde. Vorzugsweise wurde nichtverzweigtes, lineares PEI, das offenbar mehr Beweglichkeit in den konjugierten Molekülen erhält, eingesetzt, wobei verzweigtes PEI dadurch nicht ausgeschlossen wird.PEI is in various molecular weight classes (MW) of about 0.7-ca. 2000 kDa commercially from different suppliers (Sigma, Aldrich, Fluka, BASF) available. According to the invention, PEI with a MG of about 2-ca. 2000 kDa used, with MG of about 2-ca. 800 kDa preferably used has been. Preferably, non-branched linear PEI became apparent more mobility is obtained in the conjugated molecules, being branched PEI is not excluded.
Aufgrund der Versuche zur vorliegenden Erfindung wurde ermittelt, daß für einen effizienten Gentransfer N:P-Verhältnisse, d.h. die molaren Verhältnisse von Stickstoffatomen (N) des PEI und den Phosphatatomen (P) der Nukleinsäure, zwischen 2:1 und 48:1 erforderlich sind. Der Bereich hoher Effizienz liegt zwischen 3:1 und 12:1, der insbesondere bevorzugte Bereich liegt zwischen 5:1 und 12:1 für die untersuchten primären humanen Fibroblasten und neuronalen Zellen, wobei Abweichungen nach beiden Richtungen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern (Zelltyp, Pegylierungsgrad, Suchkopf u.a.) möglich sind. Im untersuchten Bereich waren die N:P-Verhältnisse nicht toxisch.by virtue of The experiments for the present invention has been found that for a efficient gene transfer N: P ratios, i.e. the molar ratios of nitrogen atoms (N) of the PEI and the phosphate atoms (P) of the Nucleic acid, between 2: 1 and 48: 1 are required. The area of high efficiency is between 3: 1 and 12: 1, the most preferred range is between 5: 1 and 12: 1 for the examined primary human fibroblasts and neuronal cells, with deviations after both Directions in dependence of various parameters (cell type, degree of pegylation, seeker possible) are. In the investigated range the N: P ratios were not toxic.
Zur Verknüpfung (Konjugation) von Antikörper und Polykation wurden die folgenden verschiedenen Strategien ausgetestet, wobei theoretische Überlegungen aus der Literatur (Blair und Ghose, 1983) mit in Betracht gezogen wurden.to shortcut (Conjugation) of antibody and polycation, the following different strategies were tested being theoretical considerations from literature (Blair and Ghose, 1983) were.
Verknüpfung unter Abwandlung des Zuckerteils des Antikörpers:Link under modification of the Sugar parts of the antibody:
Der Antikörper wird nach Oxidation mit Metaperjodat mit einem bifunktionellen Linker, der eine Amin- oder vorzugsweise eine Hydrazidfunktion trägt umgesetzt (Pain und Suriola, 1981). Zur Verbesserung der Stabilität reduziert man häufig das entstehende Azomethin (z.B. mit NaCNBH4). Das Polykation wird mit einem Linker umgesetzt, der die Generierung der zum Linker des Antikörpers komplementären Funktion (z.B. SH) gestattet. Es kann auch nach Oxidation direkt mit dem Polykation gekoppelt werden. Kommerziell ist eine derartige Brücke z.B. von Pierce als 3-(2-pyridyldithio)propionylhydrazid (PDPH) verfügbar.The antibody, after oxidation with metaperiodate, is reacted with a bifunctional linker carrying an amine or, preferably, a hydrazide function (Pain and Suriola, 1981). To improve stability, the resulting azomethine is often reduced (eg with NaCNBH 4 ). The polycation is reacted with a linker that allows the generation of the function complementary to the linker of the antibody (eg SH). It can also be coupled directly to the polycation after oxidation. Commercially, such a bridge is available, for example, from Pierce as 3- (2-pyridyldithio) propionylhydrazide (PDPH).
Verknüpfung unter Abwandlung von Aminogruppen des Antikörpers:Link under modification of Amino groups of the antibody:
Der Antikörper wird mit einem bifunktionellen Linker nach einem Protokoll von Neurath und Strick (1981) umgesetzt, der neben einer aminreaktiven Gruppe (bevorzugt aktivierte Carbonsäure z.B. als N-Hydroxysuccinimidester) eine Gruppe zur Ausbildung z.B. einer Thioether- oder Disulfidbrücke trägt. Weitere Vorgehensweise wie 1. Kommerziell ist eine derartige Brücke z.B. von Pierce als N-Succinimidyl 3-(2-pyriyldithio)propionat (SPD) verfügbar.Of the antibody is using a bifunctional linker according to a protocol by Neurath and Strick (1981), in addition to an amine-reactive group (Preferably activated carboxylic acid e.g. as N-hydroxysuccinimide ester) a group for forming e.g. a thioether or disulfide bridge wearing. Further Procedure as 1. Commercially, such a bridge is e.g. available from Pierce as N-succinimidyl 3- (2-pyryldithio) propionate (SPD).
Verknüpfung unter Abwandlung der Carbonsäurefunktion des AntikörpersLink below Modification of the carboxylic acid function of the antibody
Die
Carbonsäure
wird mit Carbodiimid aktiviert und danach mit einem entsprechenden
Linker (analog 1.), z.B. ein Cystaminlinker [Formel 1] oder direkt
mit dem Polykation umgesetzt.
Verknüpfung unter Einsatz von FAB-FragmentenLinkage using FAB fragments
Nach enzymatischer Behandlung des Antikörpers werden FAB-Fragmente durch Abspaltung des C-Fragments mit einer freien SH-Funktion erhalten. Diese werden mit einem entsprechend funktionalisierten Polykation (d.h. z.B. mit einer Pyridyldithio- oder Maleinimid-Struktur) umgesetzt.To enzymatic treatment of the antibody become FAB fragments obtained by cleavage of the C fragment with a free SH function. These are treated with a correspondingly functionalized polycation (i.e., for example, having a pyridyldithio or maleimide structure).
Vorzugsweise wurden in den erfindungsgemäßen GTM Verknüpfungen nach 1. oder 2. durchgeführt.Preferably were in the GTM of the invention connections performed after 1st or 2nd.
Die
Kombination von Polykation/Nukleinsäure mit PEG wird im folgenden
Pegylierung genannt. Als Polymere, mit denen die Konjugate aus PEI
und monoklonalem Antikörper
pegyliert wurden, kamen verschiedene Polyethylenglykole zum Einsatz:
Methoxy-PEG-Nitrophenylcarbonat,
5000 Da Methoxy-PEG-Succinimid-Ester, Methoxy-PEG-Propionsäure, 5000
Da.The combination of polycation / nucleic acid with PEG is called pegylation in the following. As polymers which were used to pegylate the conjugates of PEI and monoclonal antibody, various polyethylene glycols were used:
Methoxy PEG Nitrophenyl Carbonate, 5000 Da Methoxy PEG Succinimide Ester, Methoxy PEG Propionic Acid, 5000 Da.
Die Verbindungen wurden von Shearwater Polymers Inc., Huntsville, AL, USA geliefert. Kommerziell sind derartige PEG-Ester mit NH2-Funktionen in weiteren Ausführungen mit unterschiedlichen Molmassen verfügbar, wobei die Molmassen zwischen 1000 und 6000 Da, bevorzug zwischen 5000 und 6000 Da liegen. Damit wird jedoch nicht ausgeschlossen, daß auch PEG-Ester mit NH2-Funktionen oder ähnlichen, alternativ verwendbaren Funktionen mit anderen Molmassen Verwendung finden können.The compounds were supplied by Shearwater Polymers Inc., Huntsville, AL, USA. Commercially, such PEG esters with NH 2 functions are available in further embodiments with different molecular weights, the molar masses being between 1000 and 6000 Da, preferably between 5000 and 6000 Da. However, this does not exclude the possibility that PEG esters with NH 2 functions or similar, alternatively usable functions with other molecular weights can also be used.
Zwar
wurde bereits gezeigt, daß sich
mit Transfektion auf Basis von Polykationen primäre humane Fibroblasten besser
transfizieren lassen als mit kommerziell erhältlichen Transfektionsagentien
wie Lipofectamine (Life Technologies), doch ein spezifischer Gentransfer
ist damit nicht möglich
(Zauner et al., 1999). Als Suchkopf, d.h. als spezifischer Rezeptor
für die
Erkennung von humanen Fibroblasten kamen monoklonale Antikörper gegen
humanes Thy-1 (CD90) zu Einsatz. Im humanen Bindegewebe wird Thy-1
nur auf Fibroblasten und Vorläuferzellen
dieser Fibroblasten sowie – jenseits
der Blut-Hirn-Schranke – auf
einigen neuronalen Zellen, exprimiert. Als spezifischer monoklonaler
Antikörper
wurden entsprechend solche Antikörper
verwendet, die dieses spezifische Antigen erkennen. Dazu wurden
die monoklonalen Antikörper
AS02 (
Mit der Auswahl von AS02 bzw. MS1 ist keine ausschließliche Beschränkung auf einen dieser beiden monoklonalen Antikörper intendiert, vielmehr können auch andere derart spezifische Antikörper in Frage kommen.With the selection of AS02 or MS1 is not an exclusive restriction One of these two monoclonal antibodies intended, but can also other such specific antibodies come into question.
Als Nukleinsäuren, die mit PEI komplexiert werden, kommen doppelsträngige DNA (vorzugsweise als Plasmide) in Betracht. Plasmide kommen dann zum Einsatz, wenn die Expression eines Genes oder funktionellen Genabschnittes in den Empfängerzellen erreicht werden soll.When nucleic acids, which are complexed with PEI, double-stranded DNA (preferably as Plasmids) into consideration. Plasmids are used when the Expression of a gene or functional gene segment in the recipient cells should be achieved.
Als
Plasmide kommen entweder kommerziell verfügbare Plasmide zum Einsatz,
die zur Expression in den Zielzellen erforderliche Signalsequenzen (Promoter,
Polyadenylierungssignal, Selektionsmarker etc.) sowie zuerst die
Vermehrung der Plasmid-DNA
in geeigneten Bakterien (beispielsweise geeignete E. coli-K12-Stämme wie
XL-1 oder DH5α) erlauben
(
Solche Vektoren lassen eine Überprüfung der Effizienz des Gentransfers z.B. über die Anzahl von fluoreszierenden Zellen zu, weil ein entsprechendes Grünfluoreszenz-Gen übertragen wurde. In den erfindungsgemäßen GTM bevorzugt werden jedoch solche Konstruktionen, in denen ein präferentiell in den Zielzellen abgelesener Promotor anstelle eines üblichen viralen, beispielsweise SV40 oder Cytomegalovirus, Promotors funktionell enthalten ist. Beispielsweise kommt der Promotor für das humane Thy-1-Gen (Vidal et al., 1990; Szyf et al., 1990) zum Einsatz, da auf diese Weise Zielzellen, die bereits selektiv über die Antigen-Antikörper-Bindung des GTM spezifisch transfiziert wurden, einen Promotor benutzen, der weiterhin weitgehend selektiv für diese Zellen ist. Diese neuartige Kombination von Thy-1-Erkennung auf der Protein- wie auf der Promotorebene ermöglicht eine doppelte Selektivität des erfindungsgemäßen GTM.Such Vectors leave a review of the Efficiency of gene transfer e.g. above the number of fluorescent cells, because a corresponding Green fluorescence gene transferred has been. In the GTM according to the invention However, preferred are those constructions in which a preferential in the target cells read promoter instead of a conventional viral, for example SV40 or cytomegalovirus, promoter functional is included. For example, the promoter for the human Thy-1 gene (Vidal et al., 1990, Szyf et al., 1990) Way target cells that are already selective about the antigen-antibody binding of the GTM were specifically transfected using a promoter, which is still largely selective for these cells. This novel Combining Thy-1 recognition at the protein and promoter levels allows one double selectivity of the GTM according to the invention.
Entsprechend der nicht ausschließlichen Verwendung von Thy-1-positiven Antikörpern können jedoch auch andere Promotoren zum Einsatz kommen, wie etwa Promotoren für humane Kollagen α1(I), humane Kollagenase 1 (MMP I) oder ähnliche bindegewebsspezifische Promotoren oder sogenannte starke Promotoren, die allgemein hohe Transkription in humanen Zellen bewirken.Corresponding non-exclusive use of Thy-1-positive antibodies can, however other promoters are also used, such as promoters for human Collagen α1 (I), human collagenase 1 (MMP I) or similar connective tissue specific Promoters or so-called strong promoters, generally high Effect transcription in human cells.
Als zusätzliches verstärkendes Element für die Transfektionseffizienz kann wahlweise ein sogenanntes „Nukleäres Lokalisierungssignal" (NLS), d.h. ein kurzes Peptid, welches intrazellulär den Transport des Vektors in den Kern erleichtert, mit in den Komplex aus PEI und Nukleinsäure mit integriert werden. Ein Beispiel für solch ein Signal ist das kurze Peptid PKKKRKV aus dem „Large T Antigen" von SV 40, von dem bekannt ist, daß es den Transport der VirusDNA in den Kern selektiv befördert.When additional Splicing Element for the Transfection efficiency can optionally be a so-called "Nuclear Location Signal" (NLS), i.e. a so-called "nuclear localization signal" (NLS) short peptide, which intracellularly transports the vector relieved in the nucleus, with in the complex of PEI and nucleic acid with to get integrated. An example of such a signal is that short peptide PKKKRKV from the "Large T antigen "from SV 40, it is known that it promoted the transport of viral DNA into the nucleus selectively.
Beispiel 1example 1
Kopplung von AS02 oder MS 1 an PEI über eine ZuckerbindungCoupling of AS02 or MS 1 to PEI via a sugar bond
Die Konjugation wurde nach dem Protokoll von Pierce (PDP-Hydrazid) durchgeführt. Zu 2 mg AS02 oder MS1 in 1 ml phosphat-gepufferter physiologischer Kochsalzlösung (PBS) wird 0,1 ml kalte Natrium-Periodat-Lösung gegeben und 20 Minuten bei 0°C im Dunklen inkubiert. Anschließend wird Glyzerin bis zu einer Konzentration von 15 mmol/l zugegeben und 5 Minuten bei 0 °C inkubiert, um die Oxidation zu stoppen. Danach wird 16 Stunden gegen 0,1 mol/l Natriumazetatpuffer, pH 5.5, dialysiert. Dazu wurden PDP-Hydrazid-Lösung (20 mmol/l in DMSO) bis zu einer Endkonzentration von 5 mmol/l gegeben und 2 Stunden bei Raumtemperatur unter Schütteln inkubiert. Nicht-konjugierter Linker wurde über eine Entsalzungssäule entfernt. Entsprechend wurde PEI MG 25000 an PDP-Hydrazid konjugiert. Das PDP-Hydrazidaktivierte PEI wurde danach mit Dithiothreitol (DTT) reduziert, indem 12 mg DTT in 500 μl Azetatpuffer (100 mmol/l Natriumazetat, 100 mmol/l NaCl, pH 4.5) zu 1 ml des PDP-Hydrazid-Proteins gegeben und 30 min. inkubiert wurde. Anschließend wurde über eine Entsalzungssäule entsalzt, fraktioniert aufgefangen und die Amingruppenkonzentration bestimmt. Der SPDP-aktivierte Antikörper wurde danach für 18 Stun den bei Raumtemperatur mit dem DTT-gekoppelten PEI gemischt. Das Konjugat wurde anschließend über Größenausschlußchromatographie fraktioniert und über Mikrozentrifugationsfilter (Centricon-30, Amicon) konzentriert.The Conjugation was carried out according to the protocol of Pierce (PDP hydrazide). To 2 mg of AS02 or MS1 in 1 ml of phosphate-buffered physiological Saline (PBS) is added 0.1 ml of cold sodium periodate solution and 20 minutes at 0 ° C incubated in the dark. Subsequently glycerol is added to a concentration of 15 mmol / l and 5 minutes at 0 ° C incubated to stop the oxidation. After that 16 hours against 0.1 mol / l sodium acetate buffer, pH 5.5, dialyzed. PDP hydrazide solution (20 mmol / l in DMSO) to a final concentration of 5 mmol / l and Incubated for 2 hours at room temperature with shaking. Unconjugated Linker was over a desalting column away. Similarly, PEI MG 25000 was conjugated to PDP hydrazide. The PDP hydrazide activated PEI was then treated with dithiothreitol (DTT) reduced by adding 12 mg DTT in 500 μl acetate buffer (100 mmol / l sodium acetate, 100 mmol / l NaCl, pH 4.5) to 1 ml of the PDP hydrazide protein and 30 min. was incubated. It was then desalted on a desalting column, fractionated collected and the amine group concentration determined. The SPDP-activated antibody was afterwards for Stirred for 18 hours at room temperature with the DTT-coupled PEI. The conjugate was then subjected to size exclusion chromatography fractionated and over Microcentrifugation filter (Centricon-30, Amicon) concentrated.
Beispiel 2Example 2
Kopplung von AS02 oder MS 1 an PEI über SPDPCoupling of AS02 or MS 1 to PEI via SPDP
Die Konjugation wurde nach dem Protokoll von Pierce (SPDP) durchgeführt. Zu 10 mg AS02 oder MS1 in 1 ml phosphat-gepufferter physiologischer Kochsalzlösung (PBS) wurden 25 μl SPDP-Lösung (20 mmol/l) gegeben und 30–60 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert. Nicht-konjugierter Linker wurde über eine Entsalzungssäule entfernt. Entsprechend wurde PEI MG 25000 an SPDP konjugiert. Das SPDP-aktivierte PEI wurde danach mit Dithiothreitol (DTT) reduziert, indem 12 mg DTT in 500 μl Azetatpuffer (100 mM Natriumazetat, 100 mmol/l NaCl, pH 4.5) zu 1 ml des SPDP-Proteins gegeben und 30 min. inkubiert wurde. Anschließend wurde über eine Entsalzungssäule entsalzt, fraktioniert aufgefangen und die Amingruppenkonzentration bestimmt. Der SPDP-aktivierte Antikörper wurde danach für 18 Stunden bei Raumtemperatur mit dem DTT-gekoppelten PEI gemischt. Das Konjugat wurde anschließend über Größenausschlußchromatographie fraktioniert und über Mikrozentrifugationsfilter konzentriert.The Conjugation was performed according to the protocol of Pierce (SPDP). To 10 mg of AS02 or MS1 in 1 ml of phosphate-buffered physiological Saline (PBS) were 25 μl SPDP solution (20 mmol / L) and 30-60 Incubated for a few minutes at room temperature. Unconjugated linker was over one desalting column away. Accordingly, PEI MG 25000 was conjugated to SPDP. The SPDP-activated PEI was subsequently reduced with dithiothreitol (DTT) by adding 12 mg DTT in 500 μl acetate buffer (100 mM sodium acetate, 100 mmol / L NaCl, pH 4.5) to 1 ml of the SPDP protein given and 30 min. was incubated. It was then desalted on a desalting column, fractionated collected and the amine group concentration determined. The SPDP-activated antibody was afterwards for Mixed for 18 hours at room temperature with the DTT-coupled PEI. The conjugate was then subjected to size exclusion chromatography fractionated and over Concentrated microcentrifugation filter.
Beispiel 3Example 3
Komplexierung des PEI/Antikörper-Komplexes mit NukleinsäureComplexation of the PEI / antibody complex with nucleic acid
Die
Komplexe werden dadurch hergestellt, daß Plasmid-DNA, beispielsweise
das in
Beispiel 4Example 4
Transfektion von humanen FibroblastenTransfection of human fibroblasts
Transfektionskomplexe nach Beispiel 3 wurden mit Zellkulturmedium, beispielsweise RPMI oder DMEM mit 2 % fetalem Kälberserum, auf ein Endvolumen zwischen 500 und 600 μl gebracht und auf die zu transfizierenden humanen Fibroblasten, die am Vortag in einer Zahl von 10000 bis 35000 Zellen/Kavität einer 24-Well-Kulturplatte eingesät worden waren, nach Entfernung des vorhandenen Kulturmediums auf die Zellen gleichmäßig pipettiert. Die Transfektionskomplexe wurden durch Zentrifugation (5 Minuten, Raumtemperatur, 276 × g) rasch in engen Kontakt mit den Zellen gebracht. Nach Inkubation für 1,5 bis 4 Stunden (37°C, 5% CO2) wurde der Transfektionsansatz entfernt, die Zellen mit 1 ml Medium ohne Zusätze gespült und weiter mit Medium mit 10% fetalem Kälberserum und Penizillin/Streptomycin nach Standardprotokollen inkubiert. Nach spätestens 20 Stunden Inkubation sind Transfektanten im Fluoreszenzmikroskop zu beobachten. Im Vergleich zu einem kommerziell erhältlichen Transfektionsagens (TransFast, Promega, Mannheim) konnte eine mindestens dreifach höhere Transfektionseffizienz beobachtet werden.Transfection complexes according to Example 3 were brought to a final volume of between 500 and 600 μl with cell culture medium, for example RPMI or DMEM with 2% fetal calf serum, and to the human fibroblasts to be transfected the day before in a number of 10000 to 35000 cells / well Well culture plate were pipetted evenly after removal of the culture medium present on the cells. The transfection complexes were rapidly brought into close contact with the cells by centrifugation (5 minutes, room temperature, 276 x g). After incubation for 1.5 to 4 hours (37 ° C, 5% CO 2 ), the transfection mixture was removed, the cells rinsed with 1 ml of medium without additives and further incubated with medium containing 10% fetal calf serum and penicillin / streptomycin according to standard protocols. After a maximum of 20 hours of incubation, transfectants are observed in the fluorescence microscope. Compared to a commercially available transfection agent (TransFast, Promega, Mannheim), at least three times higher transfection efficiency could be observed.
Beispiel 5Example 5
Transfektion von gemischten humanen ZellenTransfection of mixed human cells
Ein zu Beispiel 4 analoger Ansatz wurde für die Transfektion von einem 1:1-Gemisch von humanen Endothelzellen und primären humanen Fibroblasten durchgeführt.One to Example 4 analogous approach was for the transfection of a 1: 1 mixture of human endothelial cells and primary human fibroblasts.
Normale humane Endothelzellen exprimieren Thy-1 nicht. Es konnte beobachtet werden, daß die Zahl der transfizierten Fibroblasten diejenige der transfizierten Endothelzellen regelmäßig um ein vielfaches überstieg, mindestens um den Faktor 50 bis Faktor 200. Entsprechende Kontrollexperimente mit PEI/Nukleinsäure/PEG mit einem irrelevanten unspezifischen Antikörper zeigten keine derartigen Unterschiede.normal human endothelial cells do not express Thy-1. It could be observed be that the Number of transfected fibroblasts that of the transfected Endothelial cells regularly around many times exceeded, at least by a factor of 50 to a factor of 200. Corresponding control experiments with PEI / nucleic acid / PEG with an irrelevant nonspecific antibody showed no such Differences.
Beispiel 6Example 6
Transfektion von humanen neuronalen ZellenTransfection of human neuronal cells
Ein zu Beispiel 4 analoger Ansatz wurde für die Transfektion von humanen neuroektodermalen Sarkomzellen durchgeführt. Auch bei den neuronalen Zellen konnte bei Transfektionsansätzen, die die Kombination PEI/AS02/DNA/PEG enthielten, eine deutlich erhöhte Transfektionsrate gemessen werden.An approach analogous to Example 4 was carried out for the transfection of human neuroectodermal sarcoma cells. Also in the case of neuronal cells, a significantly increased transfection rate could be measured in transfection batches containing the combination PEI / AS02 / DNA / PEG the.
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DE10015906A1 (en) | 2001-10-18 |
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