EP1216027A2 - Pharmaceutical composition in the form of a nucleic acid lipid complex, the production thereof and its use in gene therapy - Google Patents

Pharmaceutical composition in the form of a nucleic acid lipid complex, the production thereof and its use in gene therapy

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Publication number
EP1216027A2
EP1216027A2 EP00967678A EP00967678A EP1216027A2 EP 1216027 A2 EP1216027 A2 EP 1216027A2 EP 00967678 A EP00967678 A EP 00967678A EP 00967678 A EP00967678 A EP 00967678A EP 1216027 A2 EP1216027 A2 EP 1216027A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
nucleic acid
pharmaceutical composition
lipid
dna
dac
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Withdrawn
Application number
EP00967678A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Schletter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cardion AG
Original Assignee
Cardion AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Cardion AG filed Critical Cardion AG
Publication of EP1216027A2 publication Critical patent/EP1216027A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/10Dispersions; Emulsions
    • A61K9/127Liposomes
    • A61K9/1271Non-conventional liposomes, e.g. PEGylated liposomes, liposomes coated with polymers
    • A61K9/1272Non-conventional liposomes, e.g. PEGylated liposomes, liposomes coated with polymers with substantial amounts of non-phosphatidyl, i.e. non-acylglycerophosphate, surfactants as bilayer-forming substances, e.g. cationic lipids

Definitions

  • composition in the form of a nucleic acid-lipid complex, its production and use in gene therapy
  • the present invention relates to a pharmaceutical composition in the form of a nucleic acid-lipid complex containing at least one cationic lipid, at least one non-cationic lipid, at least one nucleic acid coding for a protein for the treatment of vascular diseases, in particular a protein with vasodilating and / or vascular forming properties , and optionally suitable auxiliaries and / or additives, the cationic lipid (KL) containing a group derived from cholesterol, via which a connecting group selected from carboxamides and carbamoyls, and a spacer consisting of a linear or branched alkyl group with 1 to 20 carbon atoms, at least one cationic amino group, selected from primary, secondary, tertiary amino group and / or a quaternary ammonium salt, and wherein the size of the nucleic acid-lipid complexes is in a range of about 300-800 nm.
  • the present invention further relates to the production of the pharmaceutical composition and its
  • compositions in the form of a nucleic acid-lipid complex which contain a cationic lipid and a nucleic acid and, if appropriate, further auxiliaries and / or additives.
  • Reszka (WO 96/20208 and DE 196 23 916) developed the cationic cholesterol derivative 3j8- [N- (N, N'-dimethylaminoethane) carbamoyl] cholesterol (DAC-Chol) and described its use for direct liposomal gene transfer in vivo.
  • DAC-Chol with dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE) was used as helper lipid in a molar ratio of 3: 2 in the preparation of the liposomes described.
  • DOPE dioleylphosphatidylethanolamine
  • a liposomal composition for the transfer of a DNA molecule which comprises a cationic lipid together with a neutral co-lipid, has been described, in which the liposomes have a size of approximately 800 nm (WO 98/17814).
  • Complexes of nucleic acid and cationic liposomes have also been proposed to achieve organ-specific gene expression in a mammal (US Pat. No. 5,676,954).
  • Szoka, FC et al. (US 5,811,406) developed a transfection method using a lipid-polynucleotide complex, which was stabilized by adding a cryoprotective compound and then lyophilized. The lyophilized complexes were used directly for transfection without reconstitution.
  • Sorgi, FL and Huang, L. (WO 96/27393) described a dry powder formulation which contained a lyophilized nucleic acid-liposome complex. After reconstitution, the lyophilized complex can be used as an aerosol for gene transfer in vitro and in vivo.
  • DC-Chol and DOPE were used as lipids, optionally with a sugar as a cryoprotective compound.
  • Bischoff, R. (WO 98/08489) described lipid-nucleic acid complexes comprising a cationic lipid (eg DC-Chol), a co-lipid (eg DOPE), a stabilizing additive (PEG and derivatives thereof) and a nucleic acid contained.
  • the task of the work on the present invention was to find a formulation and a method for the non-viral transfer of nucleic acids into vascular cells, which supports an efficient transfer of the therapeutic gene into the target cells and a local accumulation of a therapeutic protein in the vessel wall the greatest possible protection of the surrounding tissue and enables the commercial production of a lyophilisate in a form suitable for distribution. It has now surprisingly been found that therapeutic liposomal formulations can be transferred locally into cells of the vessel wall with very high efficiency if nucleic acids with suitable lipids and suitable additives and / or auxiliaries are formulated into complexes of a defined size and these complexes into the target cells of the Introduces the vessel wall.
  • the present invention therefore relates to a pharmaceutical composition in the form of a nucleic acid-lipid complex, comprising at least one cationic lipid, at least one non-cationic lipid, a nucleic acid coding for a protein for the treatment of vascular diseases, in particular a protein with vasodilator and / or vessel-forming properties and, if appropriate, further auxiliaries and / or additives, the cationic lipid (KL) containing a group derived from cholesterol, in particular lipophilic, at which a connecting group selected from carboxamides and carbamoyls and a spacer consisting of a linear or branched alkyl group having 1 to 20, preferably 1 to 10, carbon atoms, at least one cationic amino group selected from primary, secondary, tertiary amino group and / or a quaternary ammonium salt, and wherein the size of the nucleic acid-lipid complexes in a range of c a. 300-800 nm. Particularly good results
  • the nucleic acid-lipid complexes are usually liposomal complexes. In general, these liposomal complexes, especially the nucleic acids, do not contain any viral components.
  • the nucleic acid is usually genomic DNA, cDNA, synthetic DNA, RNA, mRNA, ribozymes, antisense RNA, synthetic peptide nucleic acids and oligonucleotides, preferably a cDNA.
  • the nucleic acid can be used, for example, in the form of a suitable DNA expression vector (see, for example, DE 44 1 1 402).
  • vascular diseases it is preferably one with vasodilator and or vascular properties.
  • proteins with vasodilating properties are the isoforms of nitrogen oxide synthase (NOS) and hemoxygenase (HO), while the isoforms of monocyte chemoattractant protein (MCP) have vascular properties.
  • the family of nitrogen oxide synthases comprises at least three different isoenzymes: the endothelial enzyme (eNOS), the neuronal enzyme (nNOS) and the inducible NOS (iNOS) (see, for example, DE 44 11 402 and DE 197 29 769).
  • the family of hemoxygenases also includes at least three isoenzymes: hemoxygenase 1 (HO-1), hemoxygenase 2 (HO-2), and hemoxygenase 3 (HO-3) (see, for example, Soares, MP et al. (1998) Nature Medicine 4, 1073; Hancock, WW et al. (1998) Nature Medicine 4, 1392; Yoshida, T. et al. (1988) Eur. J. Biochem. 171, 457; McCoubrey, WK Jr et al. (1992) Arch. Biochem. Biophys. 295, 13; McCoubrey, WK Jr et al. (1997) Eur. J. Biochem. 247, 725).
  • HO-1 hemoxygenase 1
  • HO-2 hemoxygenase 2
  • HO-3 hemoxygenase 3
  • the isoforms of the monocyte chemoattractant protein include the following proteins: MCP-1, MCP-2, MCP-3, MCP-4 and MCP-5 (see, for example, US 5,212,073; US 5,278,287; Ito, WD et al. (1997 ) Circ. Res. 80, 829; Arras, M. (1998) J. Clin. Invest. 101, 40; WO 97/35982 and WO 98/44953).
  • a nucleic acid which codes for the inducible nitrogen oxide synthase (iNOS), the hemoxygenase 1 (HO-1), the monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) or a variant thereof is particularly preferred, the particular human form in turn being particularly preferred ,
  • the iNOS has an antithrombotic and antiproliferative effect.
  • Inflammation mediators such as endotoxins lead to the increased expression of this enzyme, which is also referred to as inducible nitrogen oxide synthase (see also DE 44 11 402 and DE 197 29 769).
  • the hemoxygenase isoforms HO-1 and HO-2 are expressed, among other things, in the vascular system and break down heme to biliverdin, a bile pigment. This happens with the release of free iron and carbon monoxide (CO).
  • CO free iron and carbon monoxide
  • the latter like the nitrogen oxide (NO) generated by NOS, exerts a vasodilator and antithrombotic effect.
  • HO-1 Although the CO formed by the HO-1, like NO, inhibits the proliferation of smooth muscle cells, in contrast to the NOS, HO-1 does not induce apoptotic cell death. HO-1 has also been described in transplant models as anti-inflammatory and immunoprotective (Hancock et al., Supra; and Soares et al., Supra).
  • the isoform 1 of the Monocyte Chemoattractant Protein also called Monocyte Chemotactic Protein-1 or JE-Cytokin
  • MCP-1 is important in arteriogenesis, ie the formation of collateral vessels from existing arterioles.
  • the present invention also includes variants of the aforementioned proteins.
  • variant is understood here to mean proteins or polypeptides which have a sequence homology, in particular a sequence identity of approximately 70%, preferably approximately 80%, in particular approximately 90%, especially approximately 95% of the aforementioned Own proteins. This also includes deletions of the protein in the range from about 1-60, preferably from about 1-30, in particular from about 1-15, especially from about 1-5 amino acids. In addition, this also includes fusion proteins that contain the aforementioned proteins. Variants are also understood to mean allelic variants that derive from other cells or tissues. It also means proteins that come from different individuals. Accordingly, the present invention also encompasses nucleic acids which code for the aforementioned proteins or polypeptides.
  • nucleic acids from different human cells or tissues or allelic variants examples of such related nucleic acids are nucleic acids from different human cells or tissues or allelic variants, as well as nucleic acids that can come from different human individuals.
  • a “variant” of a nucleic acid according to the present invention means a nucleic acid which has a homology, in particular a sequence identity of approx. 60%, preferably about 75%, in particular about 90% and above all about 95%.
  • Suitable techniques and processes for the production and mutagenesis of nucleic acids as well as for gene expression and protein analysis are available to the person skilled in the art (see, for example, Sambrook, J. et al.
  • the expression “at least one nucleic acid” means that the nucleic acid-lipid complexes can also comprise combinations of more than one nucleic acid, the nucleic acids both for different forms of a therapeutic protein and for various of the therapeutic proteins described herein Can encode proteins.
  • the cationic lipid is 3 / - [N (N 1 N'-dimethylaminoethane) carbamoyl] cholesterol (see for example Epand et al., Supra) or 3 3- [N- (N, N'-dimethylaminoethane) carbamoyl] cholesterol (DAC-Chol) (see, for example, Reszka, supra).
  • the at least one non-cationic lipid is usually a lipid selected from at least one phosphatidylcholine, at least one phosphatidylethanolamine and / or cholesterol.
  • the phosphatidylethanolamine is preferably a phosphatidylethanolamine with a chain length of 10-28 carbon atoms, in particular dimyristoylphosphatidylethanolamine (DMPE), dipalmitoylphosphatidylethanolamine (DPPE) and / or
  • DOPE Dioleylphosphatidylethanolamine
  • Lipid is DOPE, preferably in a weight ratio of DAC-Chol to DOPE from approx. 10:90 to approx. 90:10, whereby all weight ratios that lie between these specified ratios, such as approx. 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70 : 30 and 80:20, but in particular also intermediate conditions, such as 21:79, 22:78, 23:77, 24:76, 25:75, 26:74, 27:73, 28:72, 29:71 and 31:69, 32:68, 33:67, 34:66, 35:65, 36:64, 37:63, 38:62 and 39:61.
  • a weight ratio of DAC-Chol to DOPE of approximately 30:70 is particularly preferred.
  • the ratio of the cationic lipid to the non-cationic lipid can also be expressed as a molar ratio.
  • composition according to the invention is obtained using total lipid from cationic lipid and possibly non-cationic lipid to nucleic acid in a ratio of about 1: 1 to about 10: 1, in each case based on the weight.
  • composition according to the invention can be present as a solution, in particular as a freshly prepared aqueous solution, or as a lyophilisate which can be used after reconstitution.
  • the composition according to the invention preferably contains one or more auxiliaries.
  • the constant size of these complexes can be used as a measure of the stability of the complexes.
  • the stabilizing agent is advantageously at least one sugar, at least one inorganic salt and / or at least one polyhydric alcohol.
  • a sugar is also understood to mean a sugar alcohol such as mannitol.
  • An example of a polyhydric alcohol is polyethylene glycol (PEG).
  • PEG polyethylene glycol
  • the combination of sucrose as Sugar and NaCl as the inorganic salt are particularly preferred.
  • compositions according to the invention for example, provides for this combination of substances to be introduced by means of an isoosmotic solution in a suitable method step.
  • the person skilled in the art will see further possibilities for taking up the stabilizing agent.
  • the composition according to the invention can further contain at least one additive.
  • This is preferably at least one molecule which specifically recognizes the target cells and / or a molecule which facilitates gene transfer into the cells.
  • the specific recognition of cells is also known as "targeting".
  • targeting There are at least two options available for this targeting: Firstly, antibodies against structures on the cell surface, such as receptors, can be used, which are integrated into viral or liposomal vector systems (Vingerhoeds, H. et al. (1994) Immunmeth 4, 259; Wickham, TJ et al. (1996) J. Virol. 70, 6831), and secondly, peptides with high binding affinity for receptors on the cell surface can be used.
  • a molecule which specifically recognizes the target cells is understood to mean cell- or tissue-specific binding antibodies or peptides.
  • Such peptides can be known as parts of a receptor-ligand system or can be isolated, for example, by searching a combinatorial peptide bank (Lu, Z. et al. (1995) Biotechnol. 13, 366; US Patent No. 5,635,182; Koivunen, E . et al. (1999) J. Nucl. Med. 40, 883).
  • a number of other molecules are conceivable, which can also contribute to the specific recognition of a target cell.
  • this also includes nucleic acid aptamers that can specifically bind structures on the cell surface (Hicke, BJ et al. (1996) J. Clin. Invest. 98, 2688).
  • Molecules that facilitate gene transfer into cells can work in different ways. On the one hand, they can consist of proteins or peptides attached to a DNA or a synthetic peptide nucleic acid is present and facilitate the transport of the nucleic acid into the cell nucleus (Schwartz, B. et al. (1999) Gene Therapy 6, 282; Branden, LJ et al.
  • nucleic acid molecules can be molecules which improve the release of the nucleic acid into the cytoplasm of the cell (Planck, C. et al. (1994) J. Biol. Chem. 269, 12918; Kichler, A. et al. (1997) Bioconjug. Chem. 8, 213), or molecules that improve the stability of the nucleic acid in the cell, such as the DNA-condensing cationic polymers poly-L-lysine and polyethyleneimine (Lechardeur, D. et al. (1999) Gene Therapy 6, 482).
  • the present invention further provides a process for the preparation of the pharmaceutical composition according to the invention, which comprises the following steps:
  • step (ii) the total lipid from (KL) and (NKL) and the nucleic acid (N) are usually mixed in a ratio of about 1: 1 to about 10: 1, in each case based on the weight.
  • weight ratios between these values are included in the present disclosure, for example approximately 2: 1, 3: 1, 4: 1, 5: 1, 6: 1, 7: 1, 8: 1, 9 : 1, in particular also all weight ratios, each increasing by a value of 0.1, for example 4.1: 1, 4.2: 1, etc.
  • Weight ratios of approximately 4: 1 to approximately 5: 1 are particularly preferred, since a surprisingly high transfection efficiency, in particular in vivo, can be determined at these conditions.
  • the mixture of (KL) and (NKL) and / or the provision of the nucleic acid (N) is provided in step (i) using a stabilizing agent, in particular at least one sugar, at least one inorganic salt and / or at least one polyhydric alcohol.
  • a stabilizing agent in particular at least one sugar, at least one inorganic salt and / or at least one polyhydric alcohol.
  • the stabilizing agent can be used in the form of an isoosmotic (approx. 300-330 mOsm) solution.
  • a particularly preferred example of a stabilizing agent is a combination of sucrose as sugar and NaCl as an inorganic salt.
  • the present invention therefore furthermore relates to a pharmaceutical composition which can be obtained by the process proposed here.
  • the present invention furthermore relates to the use of the pharmaceutical composition according to the invention in gene therapy, including a combination therapy with pharmacological active ingredients. It can be useful to combine gene therapy with other therapeutic approaches, such as the application of pharmacological agents including proteins and / or peptides.
  • gene therapy with iNOS can be combined with an application of nitrates, calcium antagonists and / or ß-adrenoreceptor antagonists (for the latter application see Dieterich, HA et al. (Ed.) Coronary Heart Disease, WVG GmbH, Stuttgart, 1993).
  • vascular diseases genetically caused diseases and / or diseases which can be treated by gene transfer, including their prevention, is preferred.
  • Their use for the treatment and prevention of peripheral and / or coronary vascular diseases is particularly preferred. Examples include high blood pressure, arteriosclerosis, including arteriosclerosis of transplants, and the stenosis or restenosis of vessels, including vascular grafts, in particular also of coronary heart disease and myocardial infarction.
  • Another preferred embodiment is the use of the pharmaceutical composition described herein for local somatic gene therapy.
  • therapeutically active genes can be transferred locally into the vessel wall via a somatic gene transfer and expressed there, which enables an extension of the therapeutic effect compared to the local application of medication (see, for example, DE 197 29 769).
  • a minimally invasive and efficient catheter technology with which individual vessel sections can be transfected in vivo.
  • a Inf_ltrator ® catheter (see eg DE 197 29 769) is particularly preferred.
  • the pharmaceutical composition is usually administered with a total dose in a range from about 0.1 to about 20 ⁇ g (including all values in between), based on the total amount of nucleic acid.
  • the “intermediate value” is understood to mean any value between the specified upper and lower limits, such as 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7 , etc .; 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, etc., 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 , etc .; 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, etc .; 4.0, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, etc .; 5.0, etc .; 6.0, etc .; 7.0, etc .; 8.0, etc .; 9.0, etc .; 10.0, etc .; 11.0, etc., 12.0, etc .; 13.0, etc .; 14.0, etc
  • the results determined in these models can then be transferred to humans accordingly.
  • the pharmaceutical composition is preferably administered with a total dose in a range from approximately 0.5 ⁇ g to approximately 10 ⁇ g, particularly preferably approximately 1 ⁇ g to approximately 5 ⁇ g, in each case based on the total amount of nucleic acid.
  • iNOS in addition to a vasodilator and antithrombotic effect, an antiproliferative effect on the smooth muscle cells of the vascular wall can be achieved.
  • a better transfection efficiency was surprisingly found in vivo with a total dose of 2 ⁇ g DNA than with a total dose of 10 ⁇ g.
  • HO-1 is used as a therapeutically active gene, a vasodilator and antithrombotic effect can be achieved.
  • HO-1 is described in transplant models as anti-inflammatory and immunoprotective (Hancock et al. (1998), supra; and Soares et al. (1998), supra).
  • the HO-1 as a therapeutically active gene in the pharmaceutical composition described herein can also be used for the inhibition of inflammation and immune protection of transplants.
  • the introduction of a HO-1-expressing plasmid, for example in rat aortic grafts, is intended to prevent the development of arteriosclerosis in the transplanted vascular sections.
  • the expression of HO-1 can prevent the development of arteriosclerosis in venous grafts, for which the mouse, rat, pig (see above) and monkey animal models are also suitable.
  • the gene transfer can either take place in the vascular wall using an Infiltrator ® catheter or by perfusion of the vascular grafts.
  • a central clinical area of application is the prevention of arteriosclerosis in vascular and organ transplants. It can also be used to treat coronary heart disease and myocardial infarction, as well as coronary and peripheral occlusive diseases, analogous to NOS.
  • MCP-1 is used as a therapeutically active gene in the pharmaceutical composition described herein, both arteriogenesis (ie the formation of collateral vessels from existing arterioles) and angiogenesis (ie the formation of new capillaries) can be induced.
  • arteriogenesis ie the formation of collateral vessels from existing arterioles
  • angiogenesis ie the formation of new capillaries
  • the introduction of an MCP-1-expressing plasmid by means of an Infiltrator ® catheter into peripheral or coronary vessels is intended to induce the revascularization of ischemic tissues. For this, the Ito et al.
  • CSFs Coldy-stimulating factors
  • M-CSF also called CSF-1, as well as its alternative splice forms such as CSF-4
  • CSF-1 has a specific effect on macrophages
  • G-CSF CSF-3
  • GM-CSF CSF-2
  • Another member of this family of proteins is multi-CSF, known as interleukin-3.
  • the cDNA sequence of the human GM-CSF was by Wong, GG et al. (Science 228, 810, 1985).
  • GM-CSF possibly in a synergistic effect with MCP-1, causes the activation and proliferation of macrophages, which results in the formation of collateral vessels from arterioles (WO 99/17798).
  • the present invention therefore further provides a method for the therapeutic and / or prophylactic treatment of a subject, the method comprising administering an effective amount of the pharmaceutical composition described above.
  • a further aspect of the invention relates to the use of an isoosmotic composition
  • an isoosmotic composition comprising at least one mono- and / or disaccharide, and / or at least one polyhydric alcohol and / or at least one inorganic salt for stabilizing nucleic acid-lipid complexes in solution and / or Lyophilization and / or reconstitution.
  • the embodiments 1-5 listed in the table below are particularly preferred, and the embodiments 1-6 are particularly preferred for stabilization in the case of lyophilization and / or reconstitution.
  • the use of a composition which contains sucrose as the disaccharide and sodium chloride as the inorganic salt is particularly advantageous for these purposes.
  • An example of such an isoosmotic composition is a combination of sodium chloride in a concentration in a range from approximately 5 mM to approximately 100 mM, in particular 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 , 45 or 50 mM, with an appropriate proportion of sucrose.
  • a composition containing mannitol alone or in combination with at least one further mono- and / or disaccharide such as sucrose or trehalose is preferred for the aforementioned purposes.
  • such an isoosmotic composition (eg 300 mOsm) can be a combination of mannitol in a concentration in a range from about 10-290 mM, in particular about 150-290 mM, and sucrose or trehalose in a concentration in a range from about 10- 290 mM, in particular about 10-150 mM, contain.
  • FIG. 2 shows the expression of the iNOS in vivo in the femoral artery of the pig: comparison of the expression systems DAC-30, FuGENE (FIG. 2A) and DMRIE-C (FIG. 2B).
  • FIG. 3 shows the size of the DAC-30 / DNA complexes depending on the lipid-DNA ratio
  • FIG. 5 shows the expression of the iNOS in vitro in COS-7 cells: Expression efficiency in the transfection solutions L1 1-L15.
  • FIG. 6 shows the expression of the iNOS in vivo in the femoral artery of the pig: comparison of the transfection efficiency in solution 11 and 15.
  • FIG. 7 shows the expression of the iNOS in vivo in the femoral artery of the pig: transfection efficiency in solution 15 after lyophilization and reconstitution.
  • FIG. 8 shows the expression of the iNOS in vivo in the femoral artery of the pig: dependence of the transfection efficiency on the DNA dose in lyophilized / reconstituted complexes (FIG. 8A: transfection using an Infiltrator ® catheter; FIG. 8B: transfection using an Inf ⁇ ltrator ® catheter and implantation of a Wiktor ® -i- stents)
  • DAC-30 which is available from G.O.T. (Berlin) is distributed.
  • DAC-30 TM is the trade name for a mixture of DAC cholesterol and the neutral lipid DOPE im
  • DAC-Chol DOPE
  • DAC-40 40:60
  • DAC-50 50:50
  • DMRIE-C 1,2-dimyristoyloxypropyl-3-dimethylhydroxyethylammonium bromide
  • the plasmid pSCMV-iNOS contains the cDNA sequence of the murine iNOS. Its manufacture is described in DE 44 11 402.
  • the plasmid pcDNA3-HsiNOS contains the cDNA sequence of the human iNOS with a modified 3 'terminus.
  • the human iNOS cDNA was prepared by transcribing isolated RNA from stimulated human hepatocytes into cDNA. This was in the Cloning vector pGEM-T (Promega) inserted to first construct the plasmid pGEM-HsiNOS. The cDNA with the restriction endonucleases Notl and Apal was cut out of this and inserted into the expression vector pcDNA3 (Invitrogen).
  • the plasmid pcDNA3-HsiNOS thus produced contains the cDNA for the human iNOS, the 3 '-terminal DNA sequence coding for the four C-terminal amino acids MSAL being replaced by a DNA sequence coding for an insertion of 20 amino acids (NPAAMAAGSMRRRALFYSVT) , 2.3 Plasmid pAH 1 was prepared by cutting out a 0.9 kb fragment containing the 3 'terminus of the human iNOS cDNA with the
  • Restriction endonuclease Sfil from the plasmid pcDNA3-HsiNOS. This fragment was replaced by inserting a 0.9 kb PCR fragment, which contained the 3 '-terminal, native cDNA sequence of the human iNOS, into the Sfil site.
  • Plasmid pAH 9 was obtained by cutting out a NotI-Apal fragment, which contained the human iNOS cDNA sequence, from pAH 1 and inserting this fragment into the plasmid pAH 7.
  • the latter was prepared by modifying pcDNA3 (Invitrogen) by cutting out a 2 kb BbsI-BsmI fragment, filling in the 5 'ends and religation, which introduced the following deletion: parts of the BGH-
  • the tubes with DAC-30 were stored unopened at -20 ° C until they were reconstituted.
  • the reconstitution was carried out by adding sterile, pyrogen-free water (final concentration 2 mg / ml).
  • the tubes were closed, shaken at room temperature for 30 min and then mixed for 2 min with a vortex shaker. Before each use, the DAC-30 solution was mixed again with a vortex shaker for 30 seconds.
  • Solution was mixed by pulling it into the pipette tip several times or by rotating the closed reaction vessel.
  • the following preparation of a DAC-30 / DNA mixture with a lipid-DNA ratio of 4: 1 (w / w) is intended for the administration of a therapeutic dose of 2 ⁇ g: 7.5 ⁇ l DNA (at a
  • the resulting solution contained 1.5 ml total volume of lipid-DNA complexes with a DNA concentration of 5 ⁇ g / ml. That solution was Stable over a period of at least 48 h at 4 ° C. and could either be used immediately or lyophilized as described below and reconstituted in 1.5 ml of water. 400 ⁇ l of this solution could then be injected into the porcine femoral artery as described below, which corresponds to a therapeutic dose of 2 ⁇ g DNA.
  • the vessels containing the DAC-30 / DNA lipoplexes were frozen under sterile conditions and freeze-drying was carried out according to the following exemplary scheme. The person skilled in the art can see that freeze drying can also be carried out under different conditions:
  • the temperature of the floor space has risen by 10 ° C / h to 20 ° C.
  • the samples were taken under sterile conditions.
  • the lyophilisates were stored at 4 ° C until used.
  • the lyophilisates (containing a defined amount of DAC-30 / DNA complexes) were reconstituted in 1.5 ml of sterile, pyrogen-free water immediately before the operation. The redissolution was checked optically.
  • Injection catheter at 3.0 bar. Angiography was then performed to check for complete vascular occlusion. A manual injection of 300 ⁇ l or 400 ⁇ l of the reconstituted DAC-30 / DNA complexes followed under constant control of the balloon pressure. The catheter was then removed and, optionally, a stent implant at 12 bar for 20s was positioned exactly at the injection site under angiographic control. When a stent was implanted, 1000-2000 iU heparin was then administered. After a final angiography, all surgical wounds were closed. 6.8 Evaluation
  • the evaluation regarding the transfection efficiency was carried out by immunohistochemical staining of thin sections of the blood vessels, which were taken 3 days after the operation (see DE 197 29 769 with the difference that vessels into which a stent was implanted were embedded in plastic.
  • the layer thickness of the thin sections was at
  • Plastic preparations 4 ⁇ m and 10 ⁇ m for frozen sections were evaluated by ultrasound examination of the test animals over a period of 3-4 weeks and subsequent histochemical processing of thin sections of the removed vessels.
  • Nitrite was detected in the cell culture supernatant as follows: 100 ⁇ l of the sample to be examined were placed in a flat-bottom plate with 96 wells
  • Smooth muscle cells from the pig aorta were cultivated in cell culture dishes with 6 wells each.
  • 500 ⁇ l of transfection solution (containing DNA in a concentration of 16 ⁇ g / ml) were added to the cells, incubated for 1 h at 37 ° C. and, after the solutions had been replaced by cell culture medium, the cells were further cultivated for 48 h. The amount of nitrite accumulated was then determined from the cell culture supernatant of the transfected cells compared to a control transfection without DNA (see 1.7).
  • the expression of the inducible nitrogen oxide synthase (iNOS) in vitro was dependent on the lipid used.
  • a transfection solution containing DAC-30 / iNOS-DNA resulted in a lower expression of the inducible nitrogen oxide synthase in vitro than transfection solutions containing FuGENE / iNOS-DNA or DMRIE-C / iNOS-DNA (see FIG. 1).
  • Transfection solutions were prepared consisting of cationic liposomes and the plasmid pSCMV-iNOS (murine iNOS-cDNA).
  • a dose of 10 ⁇ g of plasmid DNA with DAC-30 in a ratio of 1: 5 (w / w), with DMRIE-C in a ratio of 1: 2 (w / v) or with FuGENE TM was used 1: 1 (w / v) mixed in BSS buffer (137 mM NaCl, 5.4 mM KC1, 10 mM Tris / Cl pH 7.6).
  • DAC-30 Expression and toxicity in vitro depending on the lipid-DNA ratio
  • DAC-30 Complexes consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 1 (human iNOS cDNA) transfected.
  • DAC-30 was mixed with a constant dose of 4 ⁇ g DNA (corresponding to a concentration of 8 ⁇ g / ml) in a ratio of 2: 1, 4: 1, 5: 1, 6: 1 and 8: 1.
  • DAC-30 was mixed with a constant dose of 4 ⁇ g DNA (corresponding to a concentration of 8 ⁇ g / ml) in a ratio of 2: 1, 4: 1, 5: 1, 6: 1 and 8: 1.
  • DAC-30 was mixed with a constant dose of 4 ⁇ g DNA (corresponding to a concentration of 8 ⁇ g / ml) in a ratio of 2: 1, 4: 1, 5: 1, 6: 1 and 8: 1.
  • a DNA dose of 2 ⁇ g / ml, 4 ⁇ g / ml, 8 ⁇ g / ml or 16 ⁇ g / ml was used to prepare
  • transfection solution 500 ⁇ l of transfection solution per well were added to the cells, incubated for 1 h at 37 ° C. and, after the solutions had been replaced by cell culture medium, cultured for a further 48 h. After 48 hours, the amount of nitrite accumulated was determined from the cell culture supernatant of the transfected cells compared to a control transfection without DNA in transfection solution (0.9% NaCl, 2 mM CaCl) or to untransfected cells (medium) (see 1.7). In parallel, the cytotoxicity of the transfection solution was tested by a vitality test (absorption of neutral red solution).
  • the expression of the inducible nitrogen oxide synthase by liposomal complexes containing DAC-30 / iNOS-DNA was dependent on the lipid-DNA ratio in the preparation of the complexes.
  • the expression of the transgene was optimal for a lipid-DNA ratio of 5: 1 at a constant dose of 4 ⁇ g iNOS plasmid (concentration 8 ⁇ g / ml). At the same time, these liposomal complexes showed low cytotoxicity when transfected in vitro.
  • liposome-DNA complexes containing DAC-30 / iNOS-DNA showed an optimal expression efficiency at a DNA concentration of 4 ⁇ g / ml to 8 ⁇ g / ml and a low cytotoxicity up to a DNA concentration of 8 ⁇ g / ml. (Data not shown).
  • a transfection solution was prepared consisting of complexes of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in
  • Lipid-DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA formed at a constant DNA concentration of 6.7 ⁇ g / ml depending on the lipid-DNA ratio (2: 1, 3: 1, 4: 1, 5: 1, 6: 1, 8: 1) complexes of increasing particle size (see FIG. 3).
  • Lipid-DNA mixtures were prepared consisting of complexes of DAC-30 and the plasmid pcDNA3-HsiNOS (human iNOS cDNA with modified 3 'terminus) in a saline solution (0.9% NaCl, 2 mM CaCl 2 ) .
  • DAC-30 was used in a ratio of 5: 1 to the plasmid DNA at a DNA dose of 2 ⁇ g (concentration 6.7 ⁇ g / ml) or 10 ⁇ g DNA (concentration 33.3 ⁇ g / ml).
  • the size of the complexes formed was determined by photon correlation spectroscopy (Zetasizer).
  • transfected vascular sections were removed.
  • the evaluation of the immunohistochemical staining of thin sections of the removed vessels with a monoclonal antibody against inducible nitrogen oxide synthase was carried out qualitatively in comparison to an untreated control vessel.
  • the freshly prepared lipid-DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA in a ratio of 5: 1 formed iNOS plasmid at a dose of 2 ⁇ g (corresponding to a concentration of 6.7 ⁇ g / ml) complexes of a smaller particle size (approx. 580 nm) than at a dose of 10 ⁇ g iNOS plasmid (corresponding to a concentration of 33.3 ⁇ g / ml (approx.
  • Transfection solutions were prepared consisting of DAC-30 and 0.7 ⁇ g (corresponding to a DNA concentration of 2.3 ⁇ g / ml) of the plasmid pAHl (human iNOS cDNA) or the control plasmid pcDNA3 (without cDNA-
  • Lipid-DNA mixtures were prepared consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in a ratio of 4: 1 and 5: 1 with an increasing DNA concentration of 2.3 ⁇ g / ml, 6 , 7 ⁇ g / ml and 13.3 ⁇ g / ml in solution 1 1 (0.9% NaCl).
  • the size of the resulting liposome-DNA complexes was determined immediately after production or after a standing time of 3 h at 4 ° C. by photon correlation spectroscopy (Zetasizer).
  • Lipid-DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA with a lipid-DNA ratio of 4: 1 formed complexes in a defined size range from approx. 540 to 700 nm, which even with increasing DNA concentration of 2 , 3 ⁇ g / ml, 6.7 ⁇ g / ml and 13.3 ⁇ g / ml remained constant at 4 ° C. over a period of 3 h. This constant particle size is a measure of the stability of the complexes.
  • the size of the complexes increased with an increasing amount of DNA of 2.3 ⁇ g / ml, 6.7 ⁇ g / ml and 13.3 ⁇ g / ml over a period of 3 h Room temperature as follows: at 2.3 ⁇ g / ml by a factor of 2 from approx. 650 nm to approx. 1280 nm, at 6.7 ⁇ g / ml by a factor of 3 from approx. 740 nm to approx. 2200 nm and at 13.3 ⁇ g ml by a factor of 2.5 from approx. 940 nm to approx. 2300 nm.
  • This time-dependent increase in size means that the complexes were unstable. (Data not shown).
  • a lipid-DNA mixture was prepared consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in a ratio of 4: 1 at a constant DNA concentration of 5 ⁇ g / ml.
  • These liposome-DNA complexes were prepared in various solutions: L 12 (300 mM glucose), L 13 (300 mM sucrose), L 14 (100 mM sucrose, 100 mM NaCl), L 15 (250 mM sucrose, 25 mM NaCl) or L 11 (0.9% NaCl).
  • the size of the liposome-DNA complexes was determined either immediately after production or after storage at 4 ° C. for 3 h, 24 h or 48 h by photon correlation spectroscopy (Zetasizer).
  • Lipid-DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA with a lipid-DNA ratio of 4: 1 and a DNA concentration of 5 ⁇ g / ml formed complexes in a defined size range from approx. 460 to 610 nm .
  • This complex size remained largely constant in the transfection solutions L 13, L 14 and L 15 over a period of 3 h to 48 h at 4 ° C (increase approx. By factor 1.2 in solution 13, approx. By factor 1.4 in Solution 14 or about 1.1 in solution 15), ie the complexes formed were stable.
  • DAC-3 O / DNA complexes on the other hand, which had been prepared in L 11, showed a significant increase in particle size by a factor of 2.5, i.e., over a period of 3 h to 48 h. the complexes formed were unstable. A slight increase in particle size, approximately by a factor of 1.6, was also found in solution 12. (Data not shown)
  • a transfection solution was prepared consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in the solutions L 12 (300 mM glucose), L 13 (300 mM sucrose), L 14 (100 mM sucrose, 100 mM NaCl), L 15 (250 mM sucrose, 25 mM NaCl) or L ll (0.9% NaCl).
  • DAC-30 was added in a ratio of 4: 1 to a constant amount of DNA of 2 ⁇ g (corresponding to a concentration of 5 ⁇ g / ml).
  • the liposome-DNA complexes were transfected into COS-7 cells immediately after production.
  • Transfection solutions were prepared consisting of DAC-30 and 2 ⁇ g of the plasmid pAHl (human iNOS cDNA) in a ratio of 5: 1 in solution 15 (250 mM sucrose, 25 mM NaCl) or solution 11 (0.9% NaCl ).
  • Liposome-DNA complexes containing DAC-30 / iNOS-DNA in L 15 showed a better transfection efficiency in vivo at a dose of 2 ⁇ g iNOS plasmid than complexes produced in L 11.
  • the better effectiveness of the transfection solution L 15 in vivo was not to be expected according to the data generated in vitro (see example 10) (see FIG. 6).
  • a lipid-DNA mixture was prepared consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in a ratio of 4: 1 in solution 15
  • the particle size of the lipid-DNA mixtures was determined immediately after preparation or reconstitution of the lyophilized complexes (0 h) and after a standing time of 3 h at 4 ° C. by photon correlation spectroscopy (Zetasizer).
  • Lipid-DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA showed a lipid-DNA ratio of 4: 1 and an increasing DNA concentration of 2.5 ⁇ g / ml, 10 ⁇ g / ml, 25 ⁇ g / ml and 50 ⁇ g / ml in solution 15 over a period of 3 h a constant particle size (size increase less than 15%).
  • This constant particle size over a period of at least 3 hours advantageously remains stable even after lyophilization of the complexes and subsequent reconstitution in sterile water. Lyophilization therefore has no influence on the short-term stability of the liposome-DNA complexes. (Data not shown).
  • a lipid-DNA mixture was prepared consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in a ratio of 4: 1 in solution 15 (250 mM sucrose, 25 mM NaCl).
  • the DNA concentration was 2.5 ⁇ g / ml, 5 ⁇ g / ml and 10 ⁇ g / ml, respectively.
  • the particle size of the complexes produced was determined immediately (0 h) or after a standing time of 3 h, 24 h and 48 h by photon correlation spectroscopy (Zetasizer).
  • Lipid / DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA showed a constant lipid-DNA ratio of 4: 1 and an increasing DNA Concentration of 2.5 ⁇ g / ml, 5 ⁇ g / ml, and 10 ⁇ g / ml in solution 15 over a period of 48 h a constant mean particle size of approx. 480 nm, approx. 500 nm and approx. 510 nm.
  • the transfection of COS-7 cells with these lipid-DNA mixtures caused a constant expression of the transgene after a standing time of the transfection solution of up to 48 h.
  • DAC-3 O / DNA complexes prepared in solution 15 advantageously showed a constant particle size and expression efficiency over a service life of the transfection solution of up to 48 h, which was retained even with increasing DNA concentration. (Data not shown).
  • Transfection solutions were prepared consisting of DAC-30 and 0.5 ⁇ g, 1 ⁇ g or 2 ⁇ g of the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) or the control plasmid pAH 7 (without cDNA insertion) in a ratio of 4: 1 in solution 15 (250 mM sucrose, 25 mM NaCl).
  • Two sites of the right and left femoral artery of the pig were transfected in vivo using the Infiltrator TM catheter (IVT) with the solutions prepared as described.
  • a Wiktor ® -i stent Medtronic was then placed at each transfection site. After a test period of 3 days, the transfected vascular sections were removed.
  • the immunohistochemical staining of thin sections of the removed vessels with a monoclonal antibody against inducible nitric oxide synthase was evaluated quantitatively by Mohometry compared to the control (plasmid pAH 7 or untreated vessel).
  • Liposome-DNA complexes containing DAC-30 / iNOS-DNA in solution 15 showed a better transfection efficiency in vivo at a dose of 2 ⁇ g iNOS plasmid than 0.5 ⁇ g or 1 ⁇ g (approx. 43% compared to approx. 31.3% and 13%, based on the share of transfected media in total media). (Data not shown). 14. Transfection efficiency in vivo in solution 15 after lyophilization and reconstitution
  • a transfection solution was prepared consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in a ratio of 4: 1 in solution 15.
  • pAH 9 human iNOS cDNA
  • a Wiktor ® -i stent Medtronic was then placed at each transfection site. After a test period of 3 days, the transfected vascular sections were removed. The immunohistochemical staining of thin sections of the removed vessels with a monoclonal antibody against inducible nitrogen oxide synthase was evaluated quantitatively by Mo ⁇ hometrie.
  • a transfection solution containing DAC-30 / iNOS-DNA in solution 15 (dose of 2 ⁇ g DNA) as reconstituted lyophilisate surprisingly showed a transfection efficiency in vivo that was 1.5 times better than that of freshly prepared complexes (Fig. 7; from left to right right: freshly prepared transfection solution (2 ⁇ g); control (2 ⁇ g); reconstituted transfection solution (0.5; l; and 2 ⁇ g DNA)).
  • Transfection solutions were prepared consisting of DAC-30 and 0.7 ⁇ g, 1 ⁇ g, 1.5 ⁇ g, 2 ⁇ g and 4 ⁇ g of the plasmid pAH9 (human iNOS cDNA) and the control plasmid pAH 7 (without cDNA- Insertion) in a ratio of 4: 1.
  • the DNA-liposome complexes were prepared in solution 15, lyophilized and reconstituted in sterile water immediately before the transfection.
  • Two locations each on the right and left femoral arteries Pigs were transfected in vivo using the Infiltrator TM catheter with the solutions prepared as described (FIG. 8A).
  • the experiment was alternatively carried out with the implantation of a Wiktor ® -i stent (FIG. 8B).
  • the vessels were removed after a test period of 3 days.
  • Quantitative evaluation of the immunohistochemical data of the experiments with and without stent implantation Percentage of the transfected media from the mean values of 10 ⁇ m sections at intervals of 1 mm each over the entire transfected vascular section.
  • Liposome-DNA complexes containing iNOS-DNA / DAC-30 as reconstituted lyophilisate in a dose of 2 ⁇ g plasmid DNA showed better transfection efficiency in vivo than in a dose of 0.7 ⁇ g, 1 ⁇ g, 1.5 ⁇ g or 4 ⁇ g (Fig. 8A).
  • the better transfection efficiency at a dose of 2 ⁇ g in vivo was not influenced by the implantation of a stent (see FIG. 8B; implantation of a Wiktor®- i stent).
  • a transfection solution was prepared consisting of DAC-30 and 1 ⁇ g of the plasmid pAH9 (human iNOS cDNA) or the control plasmid pAH 7 (without cDNA insertion) in a ratio of 4: 1 in solution 15.
  • the solution was lyophilized and Reconstituted in vivo in sterile water immediately before transfection into one site of the right and left femoral artery of the pig using Infiltrator ® catheter.
  • a Wiktor ® -i stent (Medtronic) was then placed at each transfection site to induce neointima formation. After a test period of 28 days, the transfected vessel sections were removed.
  • a transfection solution is prepared consisting of DAC-30 and 0.25 ⁇ g, 0.5 ⁇ g or 1 ⁇ g of the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) or the control plasmid pAH 7 (without cDNA insertion) in a ratio of 4 : 1 in solution 15.
  • the solution is lyophilized and reconstituted in vivo in sterile water using an Infiltrator ® catheter immediately before transfection into one site of the right and left femoral artery of the pig.
  • a Wiktor ® -i stent Medtronic is then placed at each transfection site to induce neointima formation. After a test period of 28 days, the transfected vessel sections are removed.
  • the evaluation is carried out by intravascular ultrasound examination of the transfected vascular sections and evaluates the reduction in the neointima formed after treatment with iNOS plasmid compared to the control plasmid as a ratio of the plaque area to the entire vascular area.
  • Rabbits weighing 3 to 3.5 kg are used for the experiment to prevent graft arteriosclerosis.
  • the animals are anesthetized for the surgical procedure, which is carried out under sterile conditions.
  • the Gene transfer into the donor vessel is carried out by means of an Infiltrator ® catheter, which is introduced into the iliac artery via a guide wire via the exposed right carotid artery through a sheath.
  • the HO-1 expression plasmid is injected into the vascular wall of the iliac artery using an Infiltrator ® catheter at low balloon pressure (approx. 0.6 atm.).
  • transfection solution consisting of DAC-30 and an HO-1 expression plasmid in a ratio of 4: 1 in solution 15 are injected into the vessel wall within about 30 seconds.
  • the seat of the inflated catheter is checked angiographically.
  • the transfected segment of the vessel is removed and inserted at the appropriate location in the iliac artery of an allogeneic recipient rabbit.
  • histochemistry is used to investigate whether, compared to control-treated animals, the development of arteriosclerotic changes in the implanted vessels (intimal hypothyroidism, leukocyte infiltration) can be reduced.
  • Rabbits weighing 3-3.5 kg are used for the experiment to induce the growth of collateral vessels.
  • the animals are anesthetized for the surgical procedure, which is carried out under sterile conditions.
  • the exposed femoral artery is tied off by two ligatures at a distance of 1.5-2 cm so that the branches of the profunda femoris artery, the arteria circumflexa femoris lateralis and the arteria circumflexa abdominis remain continuous.
  • An infiltrator catheter is used for the gene transfer, which is inserted into the femoral artery via a guide wire via the exposed right carotid artery through a sheath.
  • the MCP-1 plasmid is injected into the vessel section proximal to the ligature using an Inf ⁇ ltrator ® catheter at low balloon pressure (approx. 0.6 atm.). 100-150 ⁇ l Transfection solution consisting of DAC-30 and an MCP-1 expression plasmid in a ratio of 4: 1 in solution 15 injected into the vessel wall.
  • the seat of the inflated catheter is checked angiographically. Following the removal of the catheter, all surgical wounds are closed. After 7 days, angiography is used to determine whether more collaterals have formed compared to control-treated animals. Histological methods are used to investigate the proliferation of endothelial cells and smooth muscle cells in the vascular system of the treated tissues compared to control treated animals.
  • Rabbits weighing 3-3.5 kg are used for the experiment to induce the growth of collateral vessels.
  • the animals are anesthetized for the surgical procedure, which is carried out under sterile conditions.
  • the exposed femoral artery is tied off by two ligatures at a distance of 1.5-2 cm so that the branches of the profunda femoris artery, the arteria circumflexa femoris lateralis and the arteria circumflexa abdominis remain continuous.
  • Approximately 7-21 days after vascular occlusion a gene transfer is carried out with plasmid DNA, which leads to the expression of MCP-1 or GM-CSF in the vascular wall.
  • An infiltrator catheter is used for the gene transfer, which is inserted into the femoral artery via a guide wire via the exposed right carotid artery through a sheath.
  • the plasmid DNA is injected into the vessel section proximal to the ligature using an Infiltrator ® catheter at low balloon pressure (approx. 0.6 atm.).
  • 100-150 ⁇ l of transfection solution consisting of DAC-30 and plasmid DNA in a ratio of 4: 1 in solution 15 are injected into the vessel wall within about 30 seconds.
  • the seat of the inflated catheter is checked angiographically. Following the removal of the catheter, all surgical wounds are closed. After another 7 days, means Angiography examines whether more collaterals have formed compared to control treated animals. Histological methods are used to investigate the proliferation of endothelial cells and smooth muscle cells in the vascular system of the treated tissues compared to control treated animals.

Abstract

The invention relates to a pharmaceutical composition in the form of a nucleic acid lipid complex containing at least one cationic lipid, at least one non-cationic lipid, at least one nucleic acid that codes for a protein used for treating vascular diseases, especially a protein having vasodilatory and/or angiogenic properties, and optionally containing appropriate auxiliary and/or addition agents. According to the invention, the cationic lipid (KL) contains a group derived from cholesterol on which at least one cationic amino group selected from a primary, secondary, tertiary amino group and/or from a quaternary ammonium salt is bound via a connecting group selected from carboxamides and carbamoyls, and via a spacer comprised of a linear or branched alkyl group with 1 to 20 carbon atoms. In addition, the size of the nucleic acid lipid complexes ranges from approximately 300 to 800 nm. The invention also relates to the production of the pharmaceutical composition and to its use in gene therapy.

Description

Pharmazeutische Zusammensetzung in Form eines Nukleinsäure-Lipid- Komplexes, ihre Herstellung und Verwendung in der Gentherapie Pharmaceutical composition in the form of a nucleic acid-lipid complex, its production and use in gene therapy
Die vorliegende Erfindung betrifft eine pharmazeutische Zusammensetzung in Form eines Nukleinsäure-Lipid-Komplexes enthaltend mindestens ein kationisches Lipid, mindestens ein nicht-kationisches Lipid, mindestens eine Nukleinsaure kodierend für ein Protein zur Behandlung von Gefäßkrankheiten, insbesondere ein Protein mit gefäßerweiternden und/oder gefäßbildenden Eigenschaften, und gegebenenfalls geeignete Hilfs- und/oder Zusatzstoffe, wobei das kationische Lipid (KL) eine von Cholesterm abgeleitete Gruppe enthält, an der über eine Verbindungsgruppe, ausgewählt aus Carboxamiden und Carbamoylen, und einen Spacer bestehend aus einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen mindestens eine kationische Aminogruppe, ausgewählt aus primärer, sekundärer, tertiärer Aminogruppe und/oder einem quartären Ammoniumsalz, gebunden ist, und wobei die Größe der Nukleinsäure-Lipid-Komplexe in einem Bereich von ca. 300-800 nm liegt. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung der pharmazeutischen Zusammensetzung und ihre Verwendung in der Gentherapie.The present invention relates to a pharmaceutical composition in the form of a nucleic acid-lipid complex containing at least one cationic lipid, at least one non-cationic lipid, at least one nucleic acid coding for a protein for the treatment of vascular diseases, in particular a protein with vasodilating and / or vascular forming properties , and optionally suitable auxiliaries and / or additives, the cationic lipid (KL) containing a group derived from cholesterol, via which a connecting group selected from carboxamides and carbamoyls, and a spacer consisting of a linear or branched alkyl group with 1 to 20 carbon atoms, at least one cationic amino group, selected from primary, secondary, tertiary amino group and / or a quaternary ammonium salt, and wherein the size of the nucleic acid-lipid complexes is in a range of about 300-800 nm. The present invention further relates to the production of the pharmaceutical composition and its use in gene therapy.
Es sind bereits eine Reihe von pharmazeutischen Zusammensetzungen in Form eines Nukleinsäure-Lipid-Komplexes entwickelt worden, die ein kationisches Lipid und eine Nukleinsaure sowie gegebenenfalls weitere Hilfs- und/oder Zusatzstoffe enthalten.A number of pharmaceutical compositions in the form of a nucleic acid-lipid complex have been developed which contain a cationic lipid and a nucleic acid and, if appropriate, further auxiliaries and / or additives.
Reszka (WO 96/20208 und DE 196 23 916) entwickelte das kationische Cholesterinderivat 3j8-[N-(N,N'-Dimethylaminoethan)-carbamoyl]cholesterin (DAC-Chol) und beschrieb seine Verwendung für den direkten liposomalen Gentransfer in vivo. Bei der Herstellung der beschriebenen Liposomen wurde DAC-Chol mit Dioleylphosphatidylethanolamin (DOPE) als Helferlipid in einem molaren Verhältnis von 3:2 verwendet. Epand, R.M. et al. (US 5,283,185) beschrieben ein Verfahren zur Übertragung von Nukleinsäuren in Zellen unter Verwendung von kationischen Lipiden mit Proteinkinase C-inhibitorischen Eigenschaften, insbesondere des kationischen Lipids 3j8-[N-(N',N'-Dimethyl- aminoethan)-carbamoyl]-cholesterin (DC-Chol), und einem Co-Lipid wie DOPE. Ein Säureadditionssalz von DC-Chol und seine Verwendung zur Transfektion von tierischen Zellen mittels eines liposomalen Systems wurde ebenfalls beschrieben (US 5,753,262). Des weiteren wurden amphipatische Vehikel, die Polyamin- Cholesterin-Konjugate umfassen, für die Übertragung von Nukleinsäuren in Zellen, z.B. bei der Gentherapie, vorgeschlagen (US 5,614,503). Eine liposomale Zusammensetzung für die Übertragung eines DNA-Moleküls, die ein kationisches Lipid zusammen mit einem neutralen Co-Lipid umfaßt, wurde beschrieben, bei der die Liposomen eine Größe von ca. 800 nm besitzen (WO 98/17814). Komplexe aus Nukleinsaure und kationischen Liposomen wurden auch zur Erzielung einer organspezifischen Genexpression bei einem Säugetier vorgeschlagen (US 5,676,954). Szoka, F.C. et al. (US 5,811,406) entwickelten ein Transfektionsverfahren unter Verwendung eines Lipid-Polynukleotid-Komplexes, der durch Zugabe einer kryoprotektiven Verbindung stabilisiert wurde und anschließend lyophilisiert wurde. Die lyophihsierten Komplexe wurden direkt ohne Rekonstituierung zur Transfektion eingesetzt. Sorgi, F.L. und Huang, L. (WO 96/27393) beschrieben eine Trockenpulver-Formulierung, die einen lyophihsierten Nukleinsäure-Liposomen-Komplex enthielt. Der lyophihsierte Komplex kann nach Rekonstituierung als ein Aerosol zur Genübertragung in vitro und in vivo eingesetzt werden. Insbesondere wurden DC-Chol und DOPE als Lipide, wahlweise mit einem Zucker als kryoprotektiver Verbindung, eingesetzt. Bischoff, R. (WO 98/08489) beschrieb Lipid-Nukleinsäure-Komplexe, die ein kationisches Lipid (z.B. DC-Chol), ein Co-Lipid (z.B. DOPE), einen stabilisierenden Zusatzstoff (PEG und Derivate davon) und eine Nukleinsaure enthielten. Die entstehenden Partikel besaßen eine Größe von 500 nm oder weniger. Des weiteren schlugen Marshall, J. et al. (WO 98/13026) eine Zusammensetzung vor, die ein kationisches amphiphiles Molekül, ein Nukleinsäuremolekül und vorzugsweise ein Co-Lipid, umfaßt. Schließlich beschrieben Debs, R.J. und Zhu, N. (US 5,827,703) einen liposomalen Komplex zur systemischen Einführung von Erbmaterial in ein Säugetier, wobei der Komplex ein kationisches Lipid in Verbindung mit Cholesterin als nicht- kationischem Lipid umfaßt.Reszka (WO 96/20208 and DE 196 23 916) developed the cationic cholesterol derivative 3j8- [N- (N, N'-dimethylaminoethane) carbamoyl] cholesterol (DAC-Chol) and described its use for direct liposomal gene transfer in vivo. DAC-Chol with dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE) was used as helper lipid in a molar ratio of 3: 2 in the preparation of the liposomes described. Epand, RM et al. (US 5,283,185) described a method for transferring nucleic acids into cells using cationic lipids with protein kinase C-inhibitory properties, in particular the cationic lipid 3j8- [N- (N ', N'-dimethylaminoethane) carbamoyl] cholesterol (DC-Chol), and a co-lipid such as DOPE. An acid addition salt of DC-Chol and its use for the transfection of animal cells by means of a liposomal system has also been described (US Pat. No. 5,753,262). Furthermore, amphipathic vehicles comprising polyamine-cholesterol conjugates have been proposed for the transfer of nucleic acids into cells, for example in gene therapy (US Pat. No. 5,614,503). A liposomal composition for the transfer of a DNA molecule, which comprises a cationic lipid together with a neutral co-lipid, has been described, in which the liposomes have a size of approximately 800 nm (WO 98/17814). Complexes of nucleic acid and cationic liposomes have also been proposed to achieve organ-specific gene expression in a mammal (US Pat. No. 5,676,954). Szoka, FC et al. (US 5,811,406) developed a transfection method using a lipid-polynucleotide complex, which was stabilized by adding a cryoprotective compound and then lyophilized. The lyophilized complexes were used directly for transfection without reconstitution. Sorgi, FL and Huang, L. (WO 96/27393) described a dry powder formulation which contained a lyophilized nucleic acid-liposome complex. After reconstitution, the lyophilized complex can be used as an aerosol for gene transfer in vitro and in vivo. In particular, DC-Chol and DOPE were used as lipids, optionally with a sugar as a cryoprotective compound. Bischoff, R. (WO 98/08489) described lipid-nucleic acid complexes comprising a cationic lipid (eg DC-Chol), a co-lipid (eg DOPE), a stabilizing additive (PEG and derivatives thereof) and a nucleic acid contained. The resulting particles were 500 nm or less in size. Furthermore, Marshall, J. et al. (WO 98/13026) propose a composition comprising a cationic amphiphilic molecule, a nucleic acid molecule and preferably a co-lipid. Finally, Debs, RJ and Zhu, N. (US 5,827,703) described a liposomal complex for the systemic introduction of genetic material into a mammal, the complex comprising a cationic lipid in combination with cholesterol as the non-cationic lipid.
Ein Beispiel für die Herstellung von DNA-Liposomen-Komplexen aus Phosphatidylcholin, Phosphatidylserin und Cholesterin und deren erfolgreiche Anwendung in der Transfektion von Gefäßwänden mit Hilfe von Sendai-Viren wurde in der DE 44 11 402 beschrieben. Ein Transfektionssystem enthaltend einen Infiltrator-Katheter, eine Nukleinsaure in Form eines Nukleinsäure- Liposomen-Komplexes, und ggf. geeignete Hilfs- und/oder Zusatzstoffe und dessen Verwendung zur Behandlung von Gefäßerkrankungen sind aus der DE 197 29 769 bekannt.An example of the production of DNA-liposome complexes from phosphatidylcholine, phosphatidylserine and cholesterol and their successful use in the transfection of vessel walls with the help of Sendai viruses has been described in DE 44 11 402. A transfection system containing an infiltrator catheter, a nucleic acid in the form of a nucleic acid-liposome complex, and, if appropriate, suitable auxiliaries and / or additives and their use for the treatment of vascular diseases are known from DE 197 29 769.
Es ist anhand der vorgenannten Dokumente leicht ersichtlich, daß zahlreiche Bemühungen unternommen wurden, um ein möglichst geeignetes Transfektionssystem zur Verwendung in der Gentherapie bereitzustellen. Dies gilt insbesondere auch für die gentherapeutische Behandlung von Gefäßkrankheiten, wie Bluthochdruck, Arteriosklerose, Stenose oder Restenose.It is readily apparent from the aforementioned documents that numerous efforts have been made to provide the most suitable transfection system for use in gene therapy. This applies in particular to the gene therapy treatment of vascular diseases such as high blood pressure, arteriosclerosis, stenosis or restenosis.
Aufgabe der Arbeiten zur vorliegenden Erfindung war es, eine Formulierung und ein Verfahren für den nicht-viralen Transfer von Nukleinsäuren in vaskuläre Zellen zu finden, das einen effizienten Transfer des therapeutischen Gens in die Zielzellen unterstützt, eine lokale Anreicherung eines therapeutischen Proteins in der Gefäßwand bei größtmöglicher Schonung des umgebenden Gewebes bewerkstelligt und die kommerzielle Herstellung eines Lyophilisats in einer für den Vertrieb geeigneten Form ermöglicht. Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man therapeutische liposomale Formulierungen mit sehr hoher Effizienz lokal in Zellen der Gefäßwand transferieren kann, wenn man Nukleinsäuren mit geeigneten Lipiden und geeigneten Zusatz- und/oder Hilfsstoffen zu Komplexen einer definierten Größe formuliert und diese Komplexe in die Zielzellen der Gefäßwand einbringt.The task of the work on the present invention was to find a formulation and a method for the non-viral transfer of nucleic acids into vascular cells, which supports an efficient transfer of the therapeutic gene into the target cells and a local accumulation of a therapeutic protein in the vessel wall the greatest possible protection of the surrounding tissue and enables the commercial production of a lyophilisate in a form suitable for distribution. It has now surprisingly been found that therapeutic liposomal formulations can be transferred locally into cells of the vessel wall with very high efficiency if nucleic acids with suitable lipids and suitable additives and / or auxiliaries are formulated into complexes of a defined size and these complexes into the target cells of the Introduces the vessel wall.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine pharmazeutische Zusammensetzung in Form eines Nukleinsäure-Lipidkomplexes, enthaltend mindestens ein kationisches Lipid, mindestens ein nicht-kationisches Lipid, eine Nukleinsaure, kodierend für ein Protein zur Behandlung von Gefäßkrankheiten, insbesondere ein Protein mit gefäßerweiternden und/oder gefäßbildenden Eigenschaften und ggf. weitere Hilfs- und/oder Zusatzstoffe, wobei das kationische Lipid (KL) eine von Cholesterin abgeleitete, insbesondere lipophile, Gruppe enthält, an der über eine Verbindungsgruppe, ausgewählt aus Carboxamiden und Carbamoylen, und einen Spacer, bestehend aus einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 10, Kohlenstoffatomen, mindestens eine kationische Aminogruppe, ausgewählt aus primärer, sekundärer, tertiärer Aminogruppe und/oder einem quartären Ammoniumsalz, gebunden ist, und wobei die Größe der Nukleinsäure-Lipid- Komplexe in einem Bereich von ca. 300-800 nm liegt. Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn man Nukleinsäure-Lipid-Komplexe mit einer Größe von ca. 350-550 nm für den Gentransfer, inbesondere in vivo, einsetzt.The present invention therefore relates to a pharmaceutical composition in the form of a nucleic acid-lipid complex, comprising at least one cationic lipid, at least one non-cationic lipid, a nucleic acid coding for a protein for the treatment of vascular diseases, in particular a protein with vasodilator and / or vessel-forming properties and, if appropriate, further auxiliaries and / or additives, the cationic lipid (KL) containing a group derived from cholesterol, in particular lipophilic, at which a connecting group selected from carboxamides and carbamoyls and a spacer consisting of a linear or branched alkyl group having 1 to 20, preferably 1 to 10, carbon atoms, at least one cationic amino group selected from primary, secondary, tertiary amino group and / or a quaternary ammonium salt, and wherein the size of the nucleic acid-lipid complexes in a range of c a. 300-800 nm. Particularly good results can be achieved if nucleic acid-lipid complexes with a size of approximately 350-550 nm are used for gene transfer, in particular in vivo.
Bei den Nukleinsäure-Lipid-Komplexen handelt es sich üblicherweise um liposomale Komplexe. Im allgemeinen enthalten diese liposomalen Komplexe, insbesondere die Nukleinsäuren, keine viralen Bestandteile. Bei der Nukleinsaure handelt es sich üblicherweise um genomische DNA, cDNA, synthetische DNA, RNA, mRNA, Ribozyme, Antisense-RNA, synthetische Peptidnukleinsäuren und Oligonukleotide, vorzugsweise um eine cDNA. Die Nukleinsaure kann zum Beispiel in Form eines geeigneten DNA-Expressionsvektors verwendet werden (siehe z.B. DE 44 1 1 402). Bei dem Protein oder Polypeptid, das zur Behandlung von Gefäßkrankheiten eingesetzt wird, handelt es sich vorzugsweise um eines mit gefäßerweiternden und oder gefäßbildenden Eigenschaften. Beispiele für Proteine mit gefäßerweiternden Eigenschaften sind die Isoformen der Stickoxidsynthase (NOS) und der Hämoxygenase (HO), während die Isoformen des Monocyte Chemoattractant Protein (MCP) gefäßbildende Eigenschaften aufweisen. Die Familie der Stickoxidsynthasen umfaßt mindestens drei verschiedene Isoenzyme: Das endotheliale Enzym (eNOS), das neuronale Enzym (nNOS) und die induzierbare NOS (iNOS) (siehe z.B. DE 44 11 402 und DE 197 29 769). Die Familie der Hämoxygenasen umfaßt ebenfalls mindestens drei Isoenzyme: Die Hämoxygenase 1 (HO-1), die Hämoxygenase 2 (HO-2), und die Hämoxygenase 3 (HO-3) (siehe z.B. Soares, M.P. et al. (1998) Nature Medicine 4, 1073; Hancock, W.W. et al. (1998) Nature Medicine 4, 1392; Yoshida, T. et al. (1988) Eur. J. Biochem. 171, 457; McCoubrey, W.K. Jr et al. (1992) Arch. Biochem. Biophys. 295, 13; McCoubrey, W.K. Jr et al. (1997) Eur. J. Biochem. 247, 725). Zu den Isoformen des Monocyte Chemoattractant Protein gehören unter anderem die folgenden Proteine: MCP-1, MCP-2, MCP-3, MCP-4 und MCP-5 (siehe z.B. US 5,212,073; US 5,278,287; Ito, W.D. et al. (1997) Circ. Res. 80, 829; Arras, M. (1998) J. Clin. Invest. 101, 40; WO 97/35982 und WO 98/44953). Besonders bevorzugt ist eine Nukleinsaure, die für die induzierbare Stickoxidsynthase (iNOS), die Hämoxygenase 1 (HO-1), das Monocyte Chemoattractant Protein- 1 (MCP-1) oder eine Variante davon kodiert, wobei die jeweilige humane Form wiederum besonders bevorzugt ist.The nucleic acid-lipid complexes are usually liposomal complexes. In general, these liposomal complexes, especially the nucleic acids, do not contain any viral components. The nucleic acid is usually genomic DNA, cDNA, synthetic DNA, RNA, mRNA, ribozymes, antisense RNA, synthetic peptide nucleic acids and oligonucleotides, preferably a cDNA. The nucleic acid can be used, for example, in the form of a suitable DNA expression vector (see, for example, DE 44 1 1 402). For the protein or polypeptide that is used for treatment is used by vascular diseases, it is preferably one with vasodilator and or vascular properties. Examples of proteins with vasodilating properties are the isoforms of nitrogen oxide synthase (NOS) and hemoxygenase (HO), while the isoforms of monocyte chemoattractant protein (MCP) have vascular properties. The family of nitrogen oxide synthases comprises at least three different isoenzymes: the endothelial enzyme (eNOS), the neuronal enzyme (nNOS) and the inducible NOS (iNOS) (see, for example, DE 44 11 402 and DE 197 29 769). The family of hemoxygenases also includes at least three isoenzymes: hemoxygenase 1 (HO-1), hemoxygenase 2 (HO-2), and hemoxygenase 3 (HO-3) (see, for example, Soares, MP et al. (1998) Nature Medicine 4, 1073; Hancock, WW et al. (1998) Nature Medicine 4, 1392; Yoshida, T. et al. (1988) Eur. J. Biochem. 171, 457; McCoubrey, WK Jr et al. (1992) Arch. Biochem. Biophys. 295, 13; McCoubrey, WK Jr et al. (1997) Eur. J. Biochem. 247, 725). The isoforms of the monocyte chemoattractant protein include the following proteins: MCP-1, MCP-2, MCP-3, MCP-4 and MCP-5 (see, for example, US 5,212,073; US 5,278,287; Ito, WD et al. (1997 ) Circ. Res. 80, 829; Arras, M. (1998) J. Clin. Invest. 101, 40; WO 97/35982 and WO 98/44953). A nucleic acid which codes for the inducible nitrogen oxide synthase (iNOS), the hemoxygenase 1 (HO-1), the monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) or a variant thereof is particularly preferred, the particular human form in turn being particularly preferred ,
Die iNOS besitzt neben ihrer gefäßerweiternden Wirkung eine antithrombotische und antiproliferative Wirkung. Entzündungsmediatoren wie Endotoxine führen zu der vermehrten Expression dieses Enzyms, das auch als induzierbare Stickoxidsynthase bezeichnet wird (siehe auch DE 44 11 402 und DE 197 29 769). Die Hämoxygenase-Isoformen HO-1 und HO-2 werden unter anderem im Gefäßsystem exprimiert und bauen Häm zum Gallenfarbstoff Biliverdin ab. Dies geschieht unter Freisetzung von freiem Eisen und Kohlenmonoxid (CO). Letzteres übt, ähnlich wie das von der NOS erzeugte Stickoxid (NO), eine gefäßerweiternde und antithrombotische Wirkung aus. Obwohl das durch die HO-1 gebildete CO ebenso wie NO die Proliferation glatter Muskelzellen hemmt, induziert HO-1 im Gegensatz zur NOS keinen apoptotischen Zelltod. Die HO-1 ist darüber hinaus in Transplantationsmodellen als entzündungshemmend und immunprotektiv beschrieben worden (Hancock et al., supra; und Soares et al., supra). Die Isoform 1 des Monocyte Chemoattractant Protein (auch Monocyte Chemotactic Protein- 1 oder JE-Cytokin genannt), MCP-1, ist bei der Arteriogenese, d.h. der Bildung von Kollateralgefäßen aus bereits vorhandenen Arteriolen, von Bedeutung. Durch Infusion des MCP- 1 -Proteins in künstlich induzierte Verschlußstellen der Femoralarterie im Tiermodell Kaninchen (Ito et al., supra; Arras et al., supra) läßt sich die Bildung von Kollateralgefäßen erzielen, die den Blutfluß in die behandelten Extremitäten wiederherstellen.In addition to its vasodilating effect, the iNOS has an antithrombotic and antiproliferative effect. Inflammation mediators such as endotoxins lead to the increased expression of this enzyme, which is also referred to as inducible nitrogen oxide synthase (see also DE 44 11 402 and DE 197 29 769). The hemoxygenase isoforms HO-1 and HO-2 are expressed, among other things, in the vascular system and break down heme to biliverdin, a bile pigment. This happens with the release of free iron and carbon monoxide (CO). The latter, like the nitrogen oxide (NO) generated by NOS, exerts a vasodilator and antithrombotic effect. Although the CO formed by the HO-1, like NO, inhibits the proliferation of smooth muscle cells, in contrast to the NOS, HO-1 does not induce apoptotic cell death. HO-1 has also been described in transplant models as anti-inflammatory and immunoprotective (Hancock et al., Supra; and Soares et al., Supra). The isoform 1 of the Monocyte Chemoattractant Protein (also called Monocyte Chemotactic Protein-1 or JE-Cytokin), MCP-1, is important in arteriogenesis, ie the formation of collateral vessels from existing arterioles. By infusing the MCP-1 protein into artificially induced occlusions of the femoral artery in the rabbit animal model (Ito et al., Supra; Arras et al., Supra), the formation of collateral vessels can be achieved which restore the blood flow to the treated extremities.
Die vorliegende Erfindung umfaßt auch Varianten der vorgenannten Proteine. Unter dem Begriff "Variante" werden hierin Proteine oder Polypeptide verstanden, die eine Sequenzhomologie, insbesondere eine Sequenzidentität von ca. 70%, vorzugsweise von ca. 80%, insbesondere von ca. 90%, vor allem von ca. 95% zu den vorgenannten Proteinen besitzen. Ferner zählen hierzu auch Deletionen des Proteins im Bereich von ca. 1-60, vorzugsweise von ca. 1-30, insbesondere von ca. 1-15, vor allem von ca. 1-5 Aminosäuren. Daneben zählen hierzu auch Fusionsproteine, die die vorgenannten Proteine enthalten. Unter Varianten versteht man auch allelische Varianten, die von anderen Zellen bzw. Geweben abstammen. Auch versteht man darunter Proteine, die von verschiedenen Individuen stammen. Dementsprechend umfaßt die vorliegende Erfindung auch Nukleinsäuren, die für die vorgenannten Proteine oder Polypeptide kodieren. Beispiele derartiger verwandter Nukleinsäuren sind Nukleinsäuren aus unterschiedlichen menschlichen Zellen bzw. Geweben oder allelische Varianten, sowie Nukleinsäuren, die von verschiedenen menschlichen Individuen stammen können. Im weiteren Sinne versteht man unter einer „Variante" einer Nukleinsaure gemäß der vorliegenden Erfindung eine Nukleinsaure, die eine Homologie, insbesondere eine Sequenzidentität von ca. 60%, vorzugsweise ca. 75%, insbesondere von ca. 90% und vor allem von ca. 95% aufweist. Dem Fachmann stehen geeignete Techniken und Verfahren zur Herstellung und Mutagenese von Nukleinsäuren sowie zur Genexpression und Proteinanalyse zur Verfügung (siehe z.B. Sambrook, J. et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press; Glover, D.M. (1995) DNA cloning: A practical approach, Volume II: Expression Systems, IRL Press; Ausubel et al. (1992) Short Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons; Rees, A.R. et al. (1993) Protein Engineering: A practical approach, IRL Press). Unter dem Ausdruck „mindestens eine Nukleinsaure" versteht man gemäß der vorliegenden Erfindung, daß die Nukleinsäure-Lipid-Komplexe auch Kombinationen aus mehr als einer Nukleinsaure umfassen können, wobei die Nukleinsäuren sowohl für verschiedene Formen eines therapeutischen Proteins als auch für verschiedene der hierin beschriebenen therapeutischen Proteine kodieren können.The present invention also includes variants of the aforementioned proteins. The term “variant” is understood here to mean proteins or polypeptides which have a sequence homology, in particular a sequence identity of approximately 70%, preferably approximately 80%, in particular approximately 90%, especially approximately 95% of the aforementioned Own proteins. This also includes deletions of the protein in the range from about 1-60, preferably from about 1-30, in particular from about 1-15, especially from about 1-5 amino acids. In addition, this also includes fusion proteins that contain the aforementioned proteins. Variants are also understood to mean allelic variants that derive from other cells or tissues. It also means proteins that come from different individuals. Accordingly, the present invention also encompasses nucleic acids which code for the aforementioned proteins or polypeptides. Examples of such related nucleic acids are nucleic acids from different human cells or tissues or allelic variants, as well as nucleic acids that can come from different human individuals. In a broader sense, a “variant” of a nucleic acid according to the present invention means a nucleic acid which has a homology, in particular a sequence identity of approx. 60%, preferably about 75%, in particular about 90% and above all about 95%. Suitable techniques and processes for the production and mutagenesis of nucleic acids as well as for gene expression and protein analysis are available to the person skilled in the art (see, for example, Sambrook, J. et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press; Glover, DM ( 1995) DNA cloning: A practical approach, Volume II: Expression Systems, IRL Press; Ausubel et al. (1992) Short Protocols in Molecular Biology, John Wiley &Sons; Rees, AR et al. (1993) Protein Engineering: A practical approach, IRL Press). According to the present invention, the expression “at least one nucleic acid” means that the nucleic acid-lipid complexes can also comprise combinations of more than one nucleic acid, the nucleic acids both for different forms of a therapeutic protein and for various of the therapeutic proteins described herein Can encode proteins.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem kationischen Lipid um 3/--[N(NlN'-Dimethylaminoethan)-carbamoyl]cholesterin (siehe z.B. Epand et al., supra) oder 3 3-[N-(N,N'-Dimethylaminoethan)-carbamoyl]cholesterin (DAC- Chol) (siehe z.B. Reszka, supra).In a preferred embodiment, the cationic lipid is 3 / - [N (N 1 N'-dimethylaminoethane) carbamoyl] cholesterol (see for example Epand et al., Supra) or 3 3- [N- (N, N'-dimethylaminoethane) carbamoyl] cholesterol (DAC-Chol) (see, for example, Reszka, supra).
Bei dem mindestens einen nicht-kationischen Lipid handelt es sich üblicherweise um ein Lipid ausgewählt aus mindestens einem Phosphatidylcholin, mindestens einem Phosphatidylethanolamin und/oder Cholesterin. Vorzugsweise ist das Phosphatidylethanolamin ein Phosphatidylethanolamin mit einer Kettenlänge von 10-28 Kohlenstoffatomen, insbesondere Dimyristoylphosphatidylethanolamin (DMPE), Dipalmitoylphosphatidylethanolamin (DPPE) und/oderThe at least one non-cationic lipid is usually a lipid selected from at least one phosphatidylcholine, at least one phosphatidylethanolamine and / or cholesterol. The phosphatidylethanolamine is preferably a phosphatidylethanolamine with a chain length of 10-28 carbon atoms, in particular dimyristoylphosphatidylethanolamine (DMPE), dipalmitoylphosphatidylethanolamine (DPPE) and / or
Dioleylphosphatidyl-ethanolamin (DOPE), wobei DOPE besonders bevorzugt ist.Dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE), with DOPE being particularly preferred.
Als besonders vorteilhaft stellte sich eine pharmazeutische Zusammensetzung heraus, bei der das kationische Lipid DAC-Chol ist und das nicht-kationischeA pharmaceutical composition in which the cationic lipid is DAC-Chol and the non-cationic was found to be particularly advantageous
Lipid DOPE ist, vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis von DAC-Chol zu DOPE von ca. 10:90 bis ca. 90:10, wobei hiermit alle Gewichtsverhältnisse, die zwischen diesen angegebenen Verhältnissen liegen, wie ca. 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30 und 80:20, insbesondere aber auch dazwischenliegende Verhältnisse, wie z.B. 21:79, 22:78, 23:77, 24:76, 25:75, 26:74, 27:73, 28:72, 29:71 und 31:69, 32:68, 33:67, 34:66, 35:65, 36:64, 37:63, 38:62 und 39:61, mitumfaßt sind. Besonders bevorzugt ist ein Gewichtsverhältnis vom DAC-Chol zu DOPE von ca. 30:70. Alternativ dazu kann das Verhältnis des kationischen Lipids zum nicht-kationischen Lipid auch als molares Verhältnis ausgedrückt werden.Lipid is DOPE, preferably in a weight ratio of DAC-Chol to DOPE from approx. 10:90 to approx. 90:10, whereby all weight ratios that lie between these specified ratios, such as approx. 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70 : 30 and 80:20, but in particular also intermediate conditions, such as 21:79, 22:78, 23:77, 24:76, 25:75, 26:74, 27:73, 28:72, 29:71 and 31:69, 32:68, 33:67, 34:66, 35:65, 36:64, 37:63, 38:62 and 39:61. A weight ratio of DAC-Chol to DOPE of approximately 30:70 is particularly preferred. Alternatively, the ratio of the cationic lipid to the non-cationic lipid can also be expressed as a molar ratio.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird unter Einsatz von Gesamtlipid aus kationischem Lipid und ggf. nicht-kationischem Lipid zu Nukleinsaure im Verhältnis von ca. 1 :1 bis ca. 10:1, jeweils bezogen auf das Gewicht, erhalten. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Gewichtsverhältnisses von ca. 4:1 bis ca. 5:1, bei dem sich in vivo eine überraschend gute Transfektionseffizienz ergibt.The composition according to the invention is obtained using total lipid from cationic lipid and possibly non-cationic lipid to nucleic acid in a ratio of about 1: 1 to about 10: 1, in each case based on the weight. The use of a weight ratio of approximately 4: 1 to approximately 5: 1, in which a surprisingly good transfection efficiency is obtained in vivo, is particularly advantageous.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann als Lösung, insbesondere als eine frisch hergestellte wäßrige Lösung, oder als Lyophilisat, das nach Rekonstituieren eingesetzt werden kann, vorliegen.The composition according to the invention can be present as a solution, in particular as a freshly prepared aqueous solution, or as a lyophilisate which can be used after reconstitution.
Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung einen oder mehrere Hilfsstoffe. Besonders bevorzugt ist hierbei ein Mittel, das die Nukleinsäure-Lipid-Komplexe sowohl in unlyophilisierter, als auch lyophilisierter Form stabilisiert. Als Maß für die Stabilität der Komplexe kann die zeitlich konstante Größe dieser Komplexe herangezogen werden. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem stabilisierenden Mittel um mindestens einen Zucker, mindestens ein anorganisches Salz und/oder mindestens einen mehrwertigen Alkohol. In einem weiteren Sinne versteht man hierin unter einem Zucker auch einen Zuckeralkohol wie z.B. Mannit. Ein Beispiel für einen mehrwertigen Alkohol ist Polyethylenglykol (PEG). Die Kombination von Saccharose als Zucker und NaCl als anorganisches Salz ist besonders bevorzugt. Das nachfolgend vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sieht beispielsweise vor, diese Kombination von Stoffen mittels einer isoosmotischen Lösung in einem geeigneten Verfahrensschritt einzubringen. Dem Fachmann werden angesichts der vorliegenden Beschreibung weitere Möglichkeiten für die Aufnahme des stabilisierenden Mittels ersichtlich sein.The composition according to the invention preferably contains one or more auxiliaries. Particularly preferred is an agent that stabilizes the nucleic acid-lipid complexes in both unlyophilized and lyophilized form. The constant size of these complexes can be used as a measure of the stability of the complexes. The stabilizing agent is advantageously at least one sugar, at least one inorganic salt and / or at least one polyhydric alcohol. In a broader sense, a sugar is also understood to mean a sugar alcohol such as mannitol. An example of a polyhydric alcohol is polyethylene glycol (PEG). The combination of sucrose as Sugar and NaCl as the inorganic salt are particularly preferred. The method proposed below for producing the compositions according to the invention, for example, provides for this combination of substances to be introduced by means of an isoosmotic solution in a suitable method step. In view of the present description, the person skilled in the art will see further possibilities for taking up the stabilizing agent.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann weiterhin mindestens einen Zusatzstoff enthalten. Bevorzugterweise handelt es sich hierbei um mindestens ein spezifisch die Zielzellen erkennendes Molekül und/oder ein den Gentransfer in die Zellen erleichterndes Molekül. Das spezifische Erkennen von Zellen bezeichnet man auch als "Targeting". Für dieses Targeting stehen grundsätzlich mindestens zwei Möglichkeiten zur Verfügung: Zum einen kann man Antikörper gegen Strukturen an der Zelloberfläche wie z.B. Rezeptoren verwenden, die in virale oder liposomale Vektorsysteme integriert sind (Vingerhoeds, H. et al. (1994) Immunmeth 4, 259; Wickham, T.J. et al. (1996) J. Virol. 70, 6831), und zum anderen kann man Peptide mit hoher Bindungsaffinität für Rezeptoren auf der Zelloberfläche verwenden. Demgemäß werden hierin unter dem Begriff "ein spezifisch die Zielzellen erkennendes Molekül" zell- oder gewebespezifisch bindende Antikörper oder Peptide verstanden. Derartige Peptide können als Teile eines Rezeptor-Liganden-Systems bekannt sein oder lassen sich z.B. mittels eines Durchsuchens einer kombinatorischen Peptidbank isolieren (Lu, Z. et al. (1995) Biotechnol. 13, 366; U.S. Patent No. 5,635,182; Koivunen, E. et al. (1999) J. Nucl. Med. 40, 883). Neben den beschriebenen Peptiden sind eine Reihe weiterer Moleküle denkbar, die ebenfalls zur spezifischen Erkennung einer Zielzelle beitragen können. Hierzu gehören neben pharmakologischen Wirkstoffen auch Nukleinsaure- Aptamere, die Strukturen auf der Zelloberfläche spezifisch binden können (Hicke, B.J. et al. (1996) J. Clin. Invest. 98, 2688). Moleküle, die den Gentransfer in die Zellen erleichtern, können auf unterschiedliche Weise wirken. Sie können einerseits aus Proteinen oder Peptiden bestehen, die an eine DNA oder eine synthetische Peptid-Nukleinsäure gebunden vorliegen und den Transport der Nukleinsaure in den Zellkern der Zelle erleichtern (Schwartz, B. et al. (1999) Gene Therapy 6, 282; Branden, L.J. et al. (1999) Nature Biotechnology 17, 784). Weiterhin kann es sich um Moleküle handeln, die die Freisetzung der Nukleinsaure in das Zytoplasma der Zelle verbessern (Planck, C. et al. (1994) J. Biol. Chem. 269, 12918; Kichler, A. et al. (1997) Bioconjug. Chem. 8, 213), oder um Moleküle, die die Stabilität der Nukleinsaure in der Zelle verbessern, wie die DNA-kondensierenden kationischen Polymere Poly-L-Lysin und Polyethylenimin (Lechardeur, D. et al. (1999) Gene Therapy 6, 482).The composition according to the invention can further contain at least one additive. This is preferably at least one molecule which specifically recognizes the target cells and / or a molecule which facilitates gene transfer into the cells. The specific recognition of cells is also known as "targeting". There are at least two options available for this targeting: Firstly, antibodies against structures on the cell surface, such as receptors, can be used, which are integrated into viral or liposomal vector systems (Vingerhoeds, H. et al. (1994) Immunmeth 4, 259; Wickham, TJ et al. (1996) J. Virol. 70, 6831), and secondly, peptides with high binding affinity for receptors on the cell surface can be used. Accordingly, the term “a molecule which specifically recognizes the target cells” is understood to mean cell- or tissue-specific binding antibodies or peptides. Such peptides can be known as parts of a receptor-ligand system or can be isolated, for example, by searching a combinatorial peptide bank (Lu, Z. et al. (1995) Biotechnol. 13, 366; US Patent No. 5,635,182; Koivunen, E . et al. (1999) J. Nucl. Med. 40, 883). In addition to the peptides described, a number of other molecules are conceivable, which can also contribute to the specific recognition of a target cell. In addition to pharmacological agents, this also includes nucleic acid aptamers that can specifically bind structures on the cell surface (Hicke, BJ et al. (1996) J. Clin. Invest. 98, 2688). Molecules that facilitate gene transfer into cells can work in different ways. On the one hand, they can consist of proteins or peptides attached to a DNA or a synthetic peptide nucleic acid is present and facilitate the transport of the nucleic acid into the cell nucleus (Schwartz, B. et al. (1999) Gene Therapy 6, 282; Branden, LJ et al. (1999) Nature Biotechnology 17, 784) , Furthermore, they can be molecules which improve the release of the nucleic acid into the cytoplasm of the cell (Planck, C. et al. (1994) J. Biol. Chem. 269, 12918; Kichler, A. et al. (1997) Bioconjug. Chem. 8, 213), or molecules that improve the stability of the nucleic acid in the cell, such as the DNA-condensing cationic polymers poly-L-lysine and polyethyleneimine (Lechardeur, D. et al. (1999) Gene Therapy 6, 482).
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen pharmazeutischen Zusammensetzung, das die folgenden Schritte umfaßt:The present invention further provides a process for the preparation of the pharmaceutical composition according to the invention, which comprises the following steps:
(i) Bereitstellen eines Gemischs aus mindestens einem entsprechenden kationischen Lipid (KL) und mindestens einem entsprechenden nicht- kationischen Lipid (NKL), und Bereitstellen mindestens einer hierin definierten Nukleinsaure; (ii) Vermischen des Gemischs aus (KL) und (NKL) mit der mindestens einen Nukleinsaure (N);(i) providing a mixture of at least one corresponding cationic lipid (KL) and at least one corresponding non-cationic lipid (NKL), and providing at least one nucleic acid defined herein; (ii) mixing the mixture of (KL) and (NKL) with the at least one nucleic acid (N);
(iii) ggf. Lyophilisieren; und (iv) ggf. Rekonstituieren.(iii) optionally lyophilizing; and (iv) reconstitute if necessary.
Unter dem "Bereitstellen" der genannten Ausgangsstoffe wird hierin sowohl das vorangehende Herstellen eines Ausgangsstoffs als auch das Verwenden eines bereits hergestellten, möglicherweise im Handel erhältlichen, Ausgangsstoffs verstanden. Im letzteren Falle kann es empfehlenswert sein, die jeweiligen Konzentrationsangaben vor Verwendung zu überprüfen und ggf. entsprechend einzustellen. Üblicherweise wird in Schritt (ii) das Gesamtlipid aus (KL) und (NKL) und die Nukleinsaure (N) im Verhältnis von ca. 1 :1 bis ca. 10:1, jeweils bezogen auf das Gewicht, vermischt werden. Es ist ersichtlich, daß sämtliche zwischen diesen Werten liegenden Gewichtsverhältnisse von der vorliegenden Offenbarung mitumfaßt sind, z.B. ca. 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, insbesondere auch alle Gewichtsverhältnisse, die jeweils um den Wert 0,1 ansteigen, z.B. 4,1:1, 4,2:1, usw. Besonders bevorzugt sind Gewichtsverhältnisse von ca. 4:1 bis ca. 5:1, da sich bei diesen Verhältnissen eine überraschend hohe Transfektionseffizienz, insbesondere in vivo, feststellen läßt.The “provision” of the starting materials mentioned here means both the preceding production of a starting material and the use of an already produced, possibly commercially available, starting material. In the latter case, it may be advisable to check the respective concentration information before use and adjust it if necessary. In step (ii), the total lipid from (KL) and (NKL) and the nucleic acid (N) are usually mixed in a ratio of about 1: 1 to about 10: 1, in each case based on the weight. It can be seen that all of the weight ratios between these values are included in the present disclosure, for example approximately 2: 1, 3: 1, 4: 1, 5: 1, 6: 1, 7: 1, 8: 1, 9 : 1, in particular also all weight ratios, each increasing by a value of 0.1, for example 4.1: 1, 4.2: 1, etc. Weight ratios of approximately 4: 1 to approximately 5: 1 are particularly preferred, since a surprisingly high transfection efficiency, in particular in vivo, can be determined at these conditions.
In einer bevorzugten Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt in Schritt (i) die Bereitstellung des Gemischs aus (KL) und (NKL) und/oder die Bereitstellung der Nukleinsaure (N) unter Verwendung eines stabilisierenden Mittels, insbesondere mindestens eines Zuckers, mindestens eines anorganischen Salzes und/oder mindestens eines mehrwertigen Alkohols. Wie oben ausgeführt, wirkt dieses Mittel insbesondere nachteiligen Wirkungen einer eventuellen Lyophilisierung entgegen. Das stabilisierende Mittel kann in Form einer isoosmotischen (ca. 300-330 mOsm) Lösung verwendet werden. Ein besonders bevorzugtes Beispiel eines stabilisierenden Mittels ist eine Kombination aus Saccharose als Zucker und NaCl als anorganischem Salz. Es ist vorteilhaft, diese Kombination in Form einer isoosmotischen wäßrigen Lösung einzusetzen, beispielsweise mit einer Konzentration von 100 mM Saccharose/100 mM NaCl oder 250 mM Saccharose/25 mM NaCl. Nukleinsäure-Lipid-Komplexe, die unter Verwendung der letztgenannten Lösungen hergestellt wurden, weisen eine besonders gute Stabilität auf und bewirken eine effiziente Transfektion in vitro und in vivo.In a preferred embodiment of the proposed method, the mixture of (KL) and (NKL) and / or the provision of the nucleic acid (N) is provided in step (i) using a stabilizing agent, in particular at least one sugar, at least one inorganic salt and / or at least one polyhydric alcohol. As stated above, this agent counteracts, in particular, adverse effects of a possible lyophilization. The stabilizing agent can be used in the form of an isoosmotic (approx. 300-330 mOsm) solution. A particularly preferred example of a stabilizing agent is a combination of sucrose as sugar and NaCl as an inorganic salt. It is advantageous to use this combination in the form of an isoosmotic aqueous solution, for example with a concentration of 100 mM sucrose / 100 mM NaCl or 250 mM sucrose / 25 mM NaCl. Nucleic acid-lipid complexes which have been produced using the latter solutions have a particularly good stability and bring about efficient transfection in vitro and in vivo.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine pharmazeutische Zusammensetzung, die nach dem hierin vorgeschlagenen Verfahren erhalten werden kann. Die vorliegende Erfindung umfaßt als Gegenstand weiterhin die Verwendung der erfindungsgemäßen pharmazeutischen Zusammensetzung in der Gentherapie einschließlich einer Kombinationstherapie mit pharmakologischen Wirkstoffen. Dabei kann es zweckmäßig sein, eine Gentherapie mit weiteren therapeutischen Ansätzen zu kombinieren, wie z.B. der Applikation von pharmakologischen Wirkstoffen einschließlich Proteinen und/oder Peptiden. Beispielsweise kann eine Gentherapie mit iNOS kombiniert werden mit einer Applikation von Nitraten, Kalzium-Antagonisten und/oder ß-Adrenorezeptor-Antagonisten (in Hinsicht auf letztere Applikation siehe Dieterich, H.A. et al. (Hrsg.) Koronare Herzkrankheit, WVG GmbH, Stuttgart, 1993). Bevorzugt ist die Behandlung von Gefäßerkrankungen, genetisch bedingten Erkrankungen und/oder durch Gentransfer therapierbaren Erkrankungen einschließlich deren Prävention. Besonders bevorzugt ist ihre Verwendung zur Behandlung und Prävention von peripheren und/oder koronaren Gefäßerkrankungen. Beispiele sind u.a. Bluthochdruck, Arteriosklerose, einschließlich der Arteriosklerose von Transplantaten sowie die Stenose oder Restenose von Gefäßen einschließlich Gefaßtransplantaten, insbesondere auch der koronaren Herzkrankheit und des Myokardinfarkts. Die Behandlung/Prävention der Stenose von Gefäßen einschließlich Gefäßtransplantaten, der Restenose nach einer perkutanen transluminalen Angioplastie (PTA) von koronaren und/oder peripheren Gefäßen, einer Mangeldurchblutung von Geweben (hierbei wird die Revaskularisierung der ischämischen Gewebe angestrebt), der koronaren Herzkrankheit, des Myokardinfarkts und/oder der Gefäßarteriosklerose, insbesondere nach Transplantation von Gefäßen und/oder Organen, ist hierbei wiederum besonders bevorzugt. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist die Verwendung der hierin beschriebenen pharmazeutischen Zusammensetzung für die lokale somatische Gentherapie. Hierbei können therapeutisch wirksame Gene über einen somatischen Gentransfer lokal in die Gefäßwand übertragen und dort exprimiert werden, was im Vergleich zu der lokalen Applikation von Medikamenten eine Verlängerung der therapeutischen Wirkung ermöglicht (siehe z.B. DE 197 29 769). Besonders bevorzugt ist die lokale somatische Gentherapie unter Einsatz einer minimalinvasiven und effizienten Kathetertechnologie, mit der gezielt einzelne Gefäßabschnitte in vivo transfiziert werden können. Für diesen Zweck ist ein Inf_ltrator®-Katheter (siehe z.B. DE 197 29 769) besonders bevorzugt.The present invention therefore furthermore relates to a pharmaceutical composition which can be obtained by the process proposed here. The present invention furthermore relates to the use of the pharmaceutical composition according to the invention in gene therapy, including a combination therapy with pharmacological active ingredients. It can be useful to combine gene therapy with other therapeutic approaches, such as the application of pharmacological agents including proteins and / or peptides. For example, gene therapy with iNOS can be combined with an application of nitrates, calcium antagonists and / or ß-adrenoreceptor antagonists (for the latter application see Dieterich, HA et al. (Ed.) Coronary Heart Disease, WVG GmbH, Stuttgart, 1993). The treatment of vascular diseases, genetically caused diseases and / or diseases which can be treated by gene transfer, including their prevention, is preferred. Their use for the treatment and prevention of peripheral and / or coronary vascular diseases is particularly preferred. Examples include high blood pressure, arteriosclerosis, including arteriosclerosis of transplants, and the stenosis or restenosis of vessels, including vascular grafts, in particular also of coronary heart disease and myocardial infarction. Treatment / prevention of stenosis of vessels including vascular grafts, restenosis after percutaneous transluminal angioplasty (PTA) of coronary and / or peripheral vessels, insufficient blood flow to tissues (the aim is to revascularize the ischemic tissue), coronary artery disease, myocardial infarction and / or vascular arteriosclerosis, especially after transplantation of vessels and / or organs, is again particularly preferred. Another preferred embodiment is the use of the pharmaceutical composition described herein for local somatic gene therapy. Thereby, therapeutically active genes can be transferred locally into the vessel wall via a somatic gene transfer and expressed there, which enables an extension of the therapeutic effect compared to the local application of medication (see, for example, DE 197 29 769). Local somatic gene therapy using is particularly preferred a minimally invasive and efficient catheter technology with which individual vessel sections can be transfected in vivo. For this purpose a Inf_ltrator ® catheter (see eg DE 197 29 769) is particularly preferred.
Üblicherweise wird die pharmazeutische Zusammensetzung mit einer Gesamtdosis in einem Bereich von ca. 0,1 bis ca. 20 μg (einschließlich aller dazwischenliegenden Werte), bezogen auf die Gesamtmenge an Nukleinsaure, verabreicht. In diesem Zusammenhang ist dem Fachmann klar, daß als "dazwischenliegender Wert" jeder Wert zwischen den angegebenen Ober- und Untergrenzen verstanden wird, wie 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, usw.; 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, usw., 2,0, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, usw.; 3,0, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, usw.; 4,0, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4, 4,5, usw.; 5,0, usw.; 6,0, usw.; 7,0, usw.; 8,0, usw.; 9,0, usw.; 10,0, usw.; 11,0, usw., 12,0, usw.; 13,0, usw.; 14,0, usw.; 15,0, usw.; 16,0, usw., 17,0, usw.; 18,0, usw.; 19,0, usw.; 20,0. Es liegt auf der Hand, daß die tatsächlich eingesetzte Dosis, die genaue Zusammensetzung, die Zeit und die Art der Verabreichung sowie die weiteren Einzelheiten der Behandlung angesichts der vorliegenden Offenbarung variiert werden können. Als ein geeignetes Tiermodell kann entweder das normale Hausschwein (Schwartz, R.S. et al. (1990), Circulation 82, 2190; Karas, S.P. et al. (1992) J. Am. Coll. Cardiol. 20, 467) oder das sog. Minischwein (Tumbleson, M.E. und Schook, L.B. (1996) Advances in swine in biomedical research, Plenum Press, New York, Bd. 2, 684; siehe auch Unterberg, C. et al. (1995) J. Am. Coll. Cardiol. 26, 1747) eingesetzt werden. Die in diesen Modellen ermittelten Ergebnisse können dann auf den Menschen entsprechend übertragen werden. Vorzugsweise wird die pharmazeutische Zusammensetzung mit einer Gesamtdosis in einem Bereich von ca. 0,5 μg bis ca. 10 μg, besonders bevorzugt ca. 1 μg bis ca. 5 μg, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Nukleinsaure, verabreicht.The pharmaceutical composition is usually administered with a total dose in a range from about 0.1 to about 20 μg (including all values in between), based on the total amount of nucleic acid. In this connection it is clear to the person skilled in the art that the “intermediate value” is understood to mean any value between the specified upper and lower limits, such as 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7 , etc .; 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, etc., 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 , etc .; 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, etc .; 4.0, 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, etc .; 5.0, etc .; 6.0, etc .; 7.0, etc .; 8.0, etc .; 9.0, etc .; 10.0, etc .; 11.0, etc., 12.0, etc .; 13.0, etc .; 14.0, etc .; 15.0, etc .; 16.0, etc., 17.0, etc .; 18.0, etc .; 19.0, etc .; 20.0. It is obvious that the actual dose used, the exact composition, the time and the mode of administration as well as the further details of the treatment can be varied in view of the present disclosure. As a suitable animal model, either the normal domestic pig (Schwartz, RS et al. (1990), Circulation 82, 2190; Karas, SP et al. (1992) J. Am. Coll. Cardiol. 20, 467) or the so-called. Minischwein (Tumbleson, ME and Schook, LB (1996) Advances in swine in biomedical research, Plenum Press, New York, Vol. 2, 684; see also Unterberg, C. et al. (1995) J. Am. Coll. Cardiol . 26, 1747) can be used. The results determined in these models can then be transferred to humans accordingly. The pharmaceutical composition is preferably administered with a total dose in a range from approximately 0.5 μg to approximately 10 μg, particularly preferably approximately 1 μg to approximately 5 μg, in each case based on the total amount of nucleic acid.
Bei Verwendung der iNOS als therapeutisch wirksamem Gen läßt sich neben einer gefäßerweiternden und antithrombotischen Wirkung vor allem eine antiproliferative Wirkung auf die glatten Muskelzellen der Gefäßwand erzielen. In dem vorgenannten Tiermodell wurde überraschenderweise in vivo bei einer Gesamtdosis von 2 μg DNA eine bessere Transfektionseffizienz festgestellt als bei einer Gesamtdosis von 10 μg. Bei Verwendung der HO-1 als therapeutisch wirksamem Gen läßt sich eine gefäßerweiternde und antithrombotische Wirkung erzielen. Darüber hinaus wird die HO-1 in Transplantationsmodellen als entzündungshemmend und immunprotektiv beschrieben (Hancock et al. (1998), supra; und Soares et al. (1998), supra). Demgemäß kann die HO-1 als therapeutisch wirksames Gen in der hierin beschriebenen pharmazeutischen Zusammensetzung auch zur Entzündungshemmung und Immunprotektion von Transplantaten eingesetzt werden. Die Einbringung eines HO-1-exprimierenden Plasmids, beispielsweise in Aorten- Transplantate bei der Ratte, soll die Entwicklung von Arteriosklerose in den transplantierten Gefäßabschnitten verhindern. In einem weiteren Schritt kann durch die Expression der HO-1 die Entwicklung von Arteriosklerose in venösen Transplantaten verhindert werden, wozu sich ebenfalls die Tiermodelle Maus, Ratte, Schwein (s. oben) und Affe eignen. Der Gentransfer kann hier entweder mittels eines Infiltrator®-Katheters in die Gefäßwand erfolgen oder durch Perfusion der Gefäßtransplantate. Ein zentrales klinisches Anwendungsgebiet ist somit die Verhinderung der Arteriosklerose in Gefäß- und Organtransplantaten. Daneben ist ein Einsatz zur Behandlung der koronaren Herzkrankheit und des Myokardinfarkts, sowie von koronaren und peripheren Verschlußkrankheiten analog zur NOS möglich. Bei Verwendung von MCP-1 als therapeutisch wirksamem Gen in der hierin beschriebenen pharmazeutischen Zusammensetzung kann sowohl die Arteriogenese (d.h. die Bildung von Kollateralgefäßen aus bereits vorhandenen Arteriolen), als auch die Angiogenese (d.h. die Bildung neuer Kapillaren) induziert werden. Die Einbringung eines MCP-1-exprimierenden Plasmids mittels eines Infiltrator®-Katheters in periphere oder koronare Gefäße ist dazu gedacht, die Revaskularisierung von ischämischen Geweben zu induzieren. Hierzu kann das von Ito et al. (supra) beschriebene Kaninchenmodell (insbesondere für periphere Gefäße) eingesetzt werden, sowie die hierin beschriebenen Tiermodelle des Schweins (insbesondere zur Anwendung bei Koronargefäßen). Zur Applikation ist für beide Spezies der Infiltrator -Katheter vorgesehen. Therapeutische Anwendungsgebiete sind somit insbesondere die koronare Herzkrankheit, periphere Verschlußkrankheiten und der Myokardinfarkt. In einer besonderen Ausführungsform wird MCP-1 zusammen mit GM-CSF verwendet. "Colony-stimulating factors" (CSFs) sind Proteine, die die Proliferation und Differenzierung von hämatopoietischen Vorläuferzellen vermitteln. Die Mitglieder dieser Proteinfamilie sind nach den Zelltypen benannt, deren Proliferation bzw. Differenzierung sie stimulieren: M-CSF (auch CSF-1 genannt, sowie seine alternativen Spleißformen wie CSF-4) wirkt spezifisch auf Makrophagen, G-CSF (CSF-3) auf Granulozyten, während GM-CSF (CSF-2) beide Zelltypen stimuliert. Ein weiteres Mitglied dieser Proteinfamilie ist Multi- CSF, das als Interleukin-3 bekannt ist. Die cDNA-Sequenz des humanen GM-CSF wurde von Wong, G.G. et al. (Science 228, 810, 1985) beschrieben. In der Arteriogenese bewirkt GM-CSF, gegebenenfalls in synergistischer Wirkung mit MCP-1, die Aktivierung und Proliferation von Makrophagen, was die Bildung von Kollateralgefäßen aus Arteriolen zur Folge hat (WO 99/17798).When using the iNOS as a therapeutically active gene, in addition to a vasodilator and antithrombotic effect, an antiproliferative effect on the smooth muscle cells of the vascular wall can be achieved. In In the animal model mentioned above, a better transfection efficiency was surprisingly found in vivo with a total dose of 2 μg DNA than with a total dose of 10 μg. When the HO-1 is used as a therapeutically active gene, a vasodilator and antithrombotic effect can be achieved. In addition, HO-1 is described in transplant models as anti-inflammatory and immunoprotective (Hancock et al. (1998), supra; and Soares et al. (1998), supra). Accordingly, the HO-1 as a therapeutically active gene in the pharmaceutical composition described herein can also be used for the inhibition of inflammation and immune protection of transplants. The introduction of a HO-1-expressing plasmid, for example in rat aortic grafts, is intended to prevent the development of arteriosclerosis in the transplanted vascular sections. In a further step, the expression of HO-1 can prevent the development of arteriosclerosis in venous grafts, for which the mouse, rat, pig (see above) and monkey animal models are also suitable. The gene transfer can either take place in the vascular wall using an Infiltrator ® catheter or by perfusion of the vascular grafts. A central clinical area of application is the prevention of arteriosclerosis in vascular and organ transplants. It can also be used to treat coronary heart disease and myocardial infarction, as well as coronary and peripheral occlusive diseases, analogous to NOS. When MCP-1 is used as a therapeutically active gene in the pharmaceutical composition described herein, both arteriogenesis (ie the formation of collateral vessels from existing arterioles) and angiogenesis (ie the formation of new capillaries) can be induced. The introduction of an MCP-1-expressing plasmid by means of an Infiltrator ® catheter into peripheral or coronary vessels is intended to induce the revascularization of ischemic tissues. For this, the Ito et al. (supra) described rabbit model (especially for peripheral vessels) are used, as well as the animal models of the pig described here (especially for use in coronary vessels). to Application is intended for both species of the infiltrator catheter. Therapeutic areas of application include coronary heart disease, peripheral occlusive diseases and myocardial infarction. In a particular embodiment, MCP-1 is used together with GM-CSF. "Colony-stimulating factors" (CSFs) are proteins that mediate the proliferation and differentiation of hematopoietic progenitor cells. The members of this protein family are named after the cell types whose proliferation or differentiation they stimulate: M-CSF (also called CSF-1, as well as its alternative splice forms such as CSF-4) has a specific effect on macrophages, G-CSF (CSF-3) on granulocytes, while GM-CSF (CSF-2) stimulates both cell types. Another member of this family of proteins is multi-CSF, known as interleukin-3. The cDNA sequence of the human GM-CSF was by Wong, GG et al. (Science 228, 810, 1985). In arteriogenesis, GM-CSF, possibly in a synergistic effect with MCP-1, causes the activation and proliferation of macrophages, which results in the formation of collateral vessels from arterioles (WO 99/17798).
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur therapeutischen und/oder prophylaktischen Behandlung eines Subjekts, wobei das Verfahren das Verabreichen einer wirksamen Menge der vorstehend beschriebenen pharmazeutischen Zusammensetzung umfaßt.The present invention therefore further provides a method for the therapeutic and / or prophylactic treatment of a subject, the method comprising administering an effective amount of the pharmaceutical composition described above.
Schließlich betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung die Verwendung einer isoosmotischen Zusammensetzung umfassend mindestens ein Mono- und/oder Disaccharid, und/oder mindestens einen mehrwertigen Alkohol und/oder mindestens ein anorganisches Salz zur Stabilisierung von Nukleinsäure-Lipid- Komplexen in Lösung und/oder bei Lyophilisierung und/oder Rekonstituierung. Bei Verwendung der Zusammensetzung zur Stabilisierung von Nukleinsäure- Lipid-Komplexen in Lösung sind insbesondere die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Ausführungsformen 1-5, zur Stabilisierung bei Lyophilisierung und/oder Rekonstituierung insbesondere die Ausführungsformen 1-6 bevorzugt. Besonders vorteilhaft für diese Zwecke ist die Verwendung einer Zusammensetzung, die Saccharose als Disaccharid und Natriumchlorid als anorganisches Salz enthält. Ein Beispiel für eine derartige isoosmotische Zusammensetzung (z.B. 300 mOsm) ist eine Kombination von Natriumchlorid in einer Konzentration in einem Bereich von ca. 5 mM bis ca. 100 mM, insbesondere 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 oder 50 mM, mit einem entsprechenden Anteil an Saccharose. Des weiteren ist die Verwendung einer Zusammensetzung enthaltend Mannit allein oder in Kombination mit mindestens einem weiteren Mono- und/oder Disaccharid wie z.B. Saccharose oder Trehalose für die vorgenannten Zwecke bevorzugt. Beispielsweise kann eine derartige isoosmotische Zusammensetzung (z.B. 300 mOsm) eine Kombination von Mannit in einer Konzentration in einem Bereich von ca. 10-290 mM, insbesondere ca. 150-290 mM, und Saccharose bzw. Trehalose entsprechend in einer Konzentration in einem Bereich von ca. 10- 290 mM, insbesondere ca. 10-150 mM, enthalten.Finally, a further aspect of the invention relates to the use of an isoosmotic composition comprising at least one mono- and / or disaccharide, and / or at least one polyhydric alcohol and / or at least one inorganic salt for stabilizing nucleic acid-lipid complexes in solution and / or Lyophilization and / or reconstitution. When the composition is used to stabilize nucleic acid-lipid complexes in solution, the embodiments 1-5 listed in the table below are particularly preferred, and the embodiments 1-6 are particularly preferred for stabilization in the case of lyophilization and / or reconstitution. The use of a composition which contains sucrose as the disaccharide and sodium chloride as the inorganic salt is particularly advantageous for these purposes. An example of such an isoosmotic composition (for example 300 mOsm) is a combination of sodium chloride in a concentration in a range from approximately 5 mM to approximately 100 mM, in particular 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 , 45 or 50 mM, with an appropriate proportion of sucrose. Furthermore, the use of a composition containing mannitol alone or in combination with at least one further mono- and / or disaccharide such as sucrose or trehalose is preferred for the aforementioned purposes. For example, such an isoosmotic composition (eg 300 mOsm) can be a combination of mannitol in a concentration in a range from about 10-290 mM, in particular about 150-290 mM, and sucrose or trehalose in a concentration in a range from about 10- 290 mM, in particular about 10-150 mM, contain.
ie folgenden Figuren und Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne ie darauf zu beschränken. BESCHREIBUNG DER FIGURENThe following figures and examples are intended to explain the invention in more detail without restricting it to them. DESCRIPTION OF THE FIGURES
Fig. 1 zeigt die Expression der iNOS in vitro in glatten Muskelzellen des Schweins: Vergleich der Expressionssysteme DAC-30, DMRIE-C und FuGENE1 shows the expression of the iNOS in vitro in smooth muscle cells of the pig: comparison of the expression systems DAC-30, DMRIE-C and FuGENE
Fig. 2 zeigt die Expression der iNOS in vivo in der A. femoralis des Schweins: Vergleich der Expressionssysteme DAC-30, FuGENE (Fig. 2A) und DMRIE-C (Fig. 2B) Fig. 3 zeigt die Größe der DAC-30/DNA-Komplexe in Abhängigkeit vom Lipid-DNA- VerhältnisFIG. 2 shows the expression of the iNOS in vivo in the femoral artery of the pig: comparison of the expression systems DAC-30, FuGENE (FIG. 2A) and DMRIE-C (FIG. 2B). FIG. 3 shows the size of the DAC-30 / DNA complexes depending on the lipid-DNA ratio
Fig. 4 zeigt die Expression der iNOS in der A. femoralis des Schweins:4 shows the expression of the iNOS in the femoral artery of the pig:
Einfluß der DNA-Dosis auf die Expressionseffizienz in vivo Fig. 5 zeigt die Expression der iNOS in vitro in COS-7-Zellen: Expressionseffizienz in den Transfektionslösungen Ll 1-L15 Fig. 6 zeigt die Expression der iNOS in vivo in der A. femoralis des Schweins: Vergleich der Transfektionseffizienz in Lösung 11 und 15 Fig. 7 zeigt die Expression der iNOS in vivo in der A. femoralis des Schweins: Transfektionseffizienz in Lösung 15 nach Lyophilisierung und Rekon- stitution Fig. 8 zeigt die Expression der iNOS in vivo in der A. femoralis des Schweins: Abhängigkeit der Transfektionseffizienz von der DNA-Dosis bei lyophilisierten/rekonstituierten Komplexen (Fig. 8A: Transfektion mittels Infiltrator®-Katheter; Fig. 8B: Transfektion mittels Infϊltrator®- Katheter und Implantation eines Wiktor®-i-Stents) Influence of the DNA dose on the expression efficiency in vivo. FIG. 5 shows the expression of the iNOS in vitro in COS-7 cells: Expression efficiency in the transfection solutions L1 1-L15. FIG. 6 shows the expression of the iNOS in vivo in the femoral artery of the pig: comparison of the transfection efficiency in solution 11 and 15. FIG. 7 shows the expression of the iNOS in vivo in the femoral artery of the pig: transfection efficiency in solution 15 after lyophilization and reconstitution. FIG. 8 shows the expression of the iNOS in vivo in the femoral artery of the pig: dependence of the transfection efficiency on the DNA dose in lyophilized / reconstituted complexes (FIG. 8A: transfection using an Infiltrator ® catheter; FIG. 8B: transfection using an Infϊltrator ® catheter and implantation of a Wiktor ® -i- stents)
BEISPIELEEXAMPLES
I. Material und MethodenI. Material and methods
1. Eingesetzte Transfektionssysteme1. Transfection systems used
1.1 DAC-Chol enthaltende Formulierungen1.1 Formulations containing DAC-Chol
Als Trägerstoff der liposomalen Formulierung fungiert DAC-30, das über die Firma G.O.T. (Berlin) vertrieben wird. DAC-30™ ist der Handelsname für ein Gemisch aus DAC-Cholesterol und dem neutralen Lipid DOPE imThe carrier of the liposomal formulation is DAC-30, which is available from G.O.T. (Berlin) is distributed. DAC-30 ™ is the trade name for a mixture of DAC cholesterol and the neutral lipid DOPE im
Gewichtsverhältnis 30:70 (DAC-Chol : DOPE), dessen Herstellung wie in WO 96/20208 und DE 196 23 916 beschrieben erfolgt. Auf entsprechende Weise lassen sich weitere Gemische von DAC-Chol zu DOPE herstellen wie DAC-40 (40:60) oder DAC-50 (50:50). Vor Verwendung wurden die Konzentrationsangaben überprüft.Weight ratio 30:70 (DAC-Chol: DOPE), which is produced as described in WO 96/20208 and DE 196 23 916. In a corresponding manner, further mixtures of DAC-Chol to DOPE can be produced, such as DAC-40 (40:60) or DAC-50 (50:50). The concentration information was checked before use.
1.2 Weitere Transfektionssysteme1.2 Other transfection systems
Zu Vergleichszwecken wurden weiterhin DMRIE-C (1,2-Dimyristoyl- oxypropyl-3-dimethylhydroxyethylammoniumbromid) von LifeTechnologiesDMRIE-C (1,2-dimyristoyloxypropyl-3-dimethylhydroxyethylammonium bromide) from LifeTechnologies was also used for comparison purposes
(Rockville, Maryland, USA) und FuGENE™ (Boehringer Mannheim) eingesetzt.(Rockville, Maryland, USA) and FuGENE ™ (Boehringer Mannheim).
2. Eingesetzte iNOS-Expressionsvektoren2. iNOS expression vectors used
2.1 Das Plasmid pSCMV-iNOS enthält die cDNA-Sequenz der murinen iNOS. Seine Herstellung ist in DE 44 11 402 beschrieben.2.1 The plasmid pSCMV-iNOS contains the cDNA sequence of the murine iNOS. Its manufacture is described in DE 44 11 402.
2.2 Das Plasmid pcDNA3-HsiNOS enthält die cDNA-Sequenz der humanen iNOS mit einem modifizierten 3 '-Terminus. Die cDNA der humanen iNOS wurde hergestellt durch die Umschreibung von isolierter RNA aus stimulierten humanen Hepatozyten in cDNA. Diese wurde in den Klonierungsvektor pGEM-T (Promega) insertiert, um zunächst das Plasmid pGEM-HsiNOS zu konstruieren. Aus diesem wurde die cDNA mit den Restriktionsendonukleasen Notl und Apal herausgeschnitten und in den Expressionsvektor pcDNA3 (Invitrogen) eingefügt. Das so hergestellte Plasmid pcDNA3-HsiNOS enthält die cDNA für die humane iNOS, wobei die 3 '-terminale DNA-Sequenz kodierend für die vier C-terminalen Aminosäuren MSAL durch eine DNA-Sequenz kodierend für eine Insertion von 20 Aminosäuren (NPAAMAAGSMRRRALFYSVT) ausgetauscht wurde. 2.3 Plasmid pAH 1 wurde hergestellt durch Ausschneiden eines 0,9 kb großen Fragments enthaltend den 3 'Terminus der humanen iNOS-cDNA mit der2.2 The plasmid pcDNA3-HsiNOS contains the cDNA sequence of the human iNOS with a modified 3 'terminus. The human iNOS cDNA was prepared by transcribing isolated RNA from stimulated human hepatocytes into cDNA. This was in the Cloning vector pGEM-T (Promega) inserted to first construct the plasmid pGEM-HsiNOS. The cDNA with the restriction endonucleases Notl and Apal was cut out of this and inserted into the expression vector pcDNA3 (Invitrogen). The plasmid pcDNA3-HsiNOS thus produced contains the cDNA for the human iNOS, the 3 '-terminal DNA sequence coding for the four C-terminal amino acids MSAL being replaced by a DNA sequence coding for an insertion of 20 amino acids (NPAAMAAGSMRRRALFYSVT) , 2.3 Plasmid pAH 1 was prepared by cutting out a 0.9 kb fragment containing the 3 'terminus of the human iNOS cDNA with the
Restriktionsendonuklease Sfil aus dem Plasmid pcDNA3-HsiNOS. Dieses Fragment wurde ersetzt durch Einsetzen eines 0,9 kb großen PCR-Fragments, das die 3 '-terminale, native cDNA-Sequenz der humanen iNOS enthielt, in die Sfil-Schnittstelle. 2.4 Plasmid pAH 9 wurde durch Ausschneiden eines Notl-Apal-Fragments, das die humane iNOS-cDNA-Sequenz enthielt, aus pAH 1 und Einsetzen dieses Fragments in das Plasmid pAH 7 erhalten. Letzteres wurde hergestellt durch Modifizierung von pcDNA3 (Invitrogen) mittels Herausschneiden eines 2 kb umfassenden BbsI-BsmI-Fragments, Auffüllen der 5 '-Enden und Religation, wodurch die folgende Deletion eingeführt wurde: Teile der BGH-Restriction endonuclease Sfil from the plasmid pcDNA3-HsiNOS. This fragment was replaced by inserting a 0.9 kb PCR fragment, which contained the 3 '-terminal, native cDNA sequence of the human iNOS, into the Sfil site. 2.4 Plasmid pAH 9 was obtained by cutting out a NotI-Apal fragment, which contained the human iNOS cDNA sequence, from pAH 1 and inserting this fragment into the plasmid pAH 7. The latter was prepared by modifying pcDNA3 (Invitrogen) by cutting out a 2 kb BbsI-BsmI fragment, filling in the 5 'ends and religation, which introduced the following deletion: parts of the BGH-
Polyadenylierungssequenz, der fl -Replikationsursprung, der SV40- Replikationsursprung, das Neomycinresistenzgen und Teile der SV40- Polyadenylierungssequenz. Weiterhin wurde die das AmpiciUinresistenzgen enthaltende DNA-Sequenz mit dem Restriktionsenzym BspHI herausgeschnitten und durch ein PCR-Fragment mit dem Kanamycin- resistenzgen aus dem Plasmid pZErO-2 (Invitrogen) ersetzt. 20 -Polyadenylation sequence, the fl replication origin, the SV40 origin of replication, the neomycin resistance gene and parts of the SV40 polyadenylation sequence. Furthermore, the DNA sequence containing the AmpiciUinresistance gene was cut out with the restriction enzyme BspHI and replaced by a PCR fragment with the kanamycin resistance gene from the plasmid pZErO-2 (Invitrogen). 20 -
3. Zur Stabilisierung der Lipid-Nukleinsäure-Komplexe einsetzbare Lösungen:3. Solutions which can be used to stabilize the lipid-nucleic acid complexes:
4. Eingesetzte Tiermodelle 4. Animal models used
Für die Studien wurden das sogenannte „Münchner Minischwein" oder „Göttinger Minischwein" eingesetzt (siehe Tumbleson, M.E. und Schook, L.B. (1996) supra; Unterberg, C. et al. (1995) supra). Letztere Versuchstiere können von der Universität Göttingen, Institut für Genetik und Tierzüchtung und der Firma Ellegaard Laboratory Pigs (Dalmose, Dänemark) bezogen werden. Durch Verwendung eines Injektionskatheters kann die Transfektion auf glatte Muskelzellen in der Media-Zellschicht von Blutgefäßen lokal begrenzt werden. Die Bezugsgröße ist die DNA-Dosis pro Injektion. Gegebenfalls kann man auch die Plasmidkopienzahl pro Injektion alsThe so-called "Munich mini pig" or "Göttinger mini pig" were used for the studies (see Tumbleson, M.E. and Schook, L.B. (1996) supra; Unterberg, C. et al. (1995) supra). The latter experimental animals can be obtained from the University of Göttingen, Institute of Genetics and Animal Breeding and the company Ellegaard Laboratory Pigs (Dalmose, Denmark). By using an injection catheter, transfection to smooth muscle cells in the media cell layer of blood vessels can be localized. The reference value is the DNA dose per injection. If necessary, one can also record the number of plasmid copies per injection as
Bezugsgröße wählen. Im Fall von Plasmid pAH 9 mit einer Größe von 6915 Bp entsprechen beispielsweise 2 μg etwa 2,6 x 10n Kopien. In den Beispielen 16 und 17 wurde das Göttinger Minischwein eingesetzt; in den anderen Versuchen das Münchner Minischwein.Select reference size. For example, in the case of plasmid pAH 9 with a size of 6915 bp, 2 μg correspond to approximately 2.6 × 10 n copies. In examples 16 and 17, the Göttingen mini pig was used; in the other experiments the Munich mini pig.
5. Eingesetzte Kathetertechnologie5. Catheter technology used
Es wurden der Infiltrator®-Katheter von _VT (San Diego, CA, USA), Modell DD 140015 (siehe DE 197 29 769) und der Wiktor®-i-Stent von Medtronic (Minneapolis, MN, USA), Modell 6320 verwendet.There were the Infiltrator ® catheter of _VT (San Diego, CA, USA), model DD 140015 (see DE 197 29 769) and the Victor ® -i stent from Medtronic (Minneapolis, MN, USA), Model 6320 uses.
6. Herstellung und Transfektion von Lipoplexen aus DAC-30 und Plasmid-DNA enthaltend die humane iNOS cDNA6. Production and transfection of lipoplexes from DAC-30 and plasmid DNA containing the human iNOS cDNA
6.1 Herstellung des Transfektionsmediums6.1 Production of the transfection medium
Im Falle von Lösung 15 wurde eine Lösung von 250mM Saccharose und 25mM NaCl in sterilem, pyrogenfreiem Wasser hergestellt. Diese Lösung wurde in der Sterilbank durch Filtration durch einen sterilen Filter mit 0,2 μm Porenweite sterilisiert. 6.2 Vorbereitung der DAC-30-LösungIn the case of solution 15, a solution of 250mM sucrose and 25mM NaCl in sterile, pyrogen-free water was prepared. This solution was sterilized in the sterile bench by filtration through a sterile filter with a pore size of 0.2 μm. 6.2 Preparation of the DAC-30 solution
Die Gefäße mit DAC-30 wurden bis zu ihrer Rekonstituierung ungeöffnet bei -20°C gelagert. Die Rekonstituierung erfolgte durch Zugabe von sterilem, pyrogenfreiem Wasser (Endkonzentration 2 mg/ml). Die Gefäße wurden verschlossen, 30 min bei Raumtemperatur geschüttelt und anschließend 2 min mit einem Vortex-Schüttler gemischt. Vor jeder Verwendung wurde die DAC-30-Lösung erneut 30 sec mit einem Vortex-Schüttler gemischt.The tubes with DAC-30 were stored unopened at -20 ° C until they were reconstituted. The reconstitution was carried out by adding sterile, pyrogen-free water (final concentration 2 mg / ml). The tubes were closed, shaken at room temperature for 30 min and then mixed for 2 min with a vortex shaker. Before each use, the DAC-30 solution was mixed again with a vortex shaker for 30 seconds.
6.3 Herstellung der Lipid-Nukleinsäure-Komplexe aus DAC-30 und DNA6.3 Preparation of the Lipid-Nucleic Acid Complexes from DAC-30 and DNA
Alle hierfür notwendigen Arbeiten wurden unter sterilen Bedingungen durchgeführt. Die jeweilige DNA-Menge wurde in die Hälfte des benötigtenAll necessary work was carried out under sterile conditions. The respective amount of DNA was in half the required
Endvolumens an Transfektionslösung pipettiert. Zur anderen Hälfte des benötigten Endvolumens an Transfektionslösung wurde die vierfache Menge an DAC-30 (bezogen auf das Gewicht) zugegeben. Die Lösungen wurden mit einem Vortex-Schüttler homogenisiert. Anschließend wurde die DAC-30- Lösung langsam tropfenweise zur DNA-Lösung zugegeben. Die entstehendePipette the final volume of transfection solution. Four times the amount of DAC-30 (by weight) was added to the other half of the final volume of transfection solution required. The solutions were homogenized with a vortex shaker. The DAC-30 solution was then slowly added dropwise to the DNA solution. The emerging
Lösung wurde durch mehrmaliges Aufziehen in die Pipettenspitze oder durch Drehen des geschlossenen Reaktionsgefäßes gemischt.Solution was mixed by pulling it into the pipette tip several times or by rotating the closed reaction vessel.
Als ein typisches Beispiel soll die folgende Herstellung eines DAC-30/DNA- Gemischs mit einem Lipid-DNA-Verhältnis von 4: 1 (w/w) zur Verabreichung einer therapeutischen Dosis von 2 μg dienen: 7,5 μl DNA (bei einerAs a typical example, the following preparation of a DAC-30 / DNA mixture with a lipid-DNA ratio of 4: 1 (w / w) is intended for the administration of a therapeutic dose of 2 μg: 7.5 μl DNA (at a
Konzentration von 1 μg/μl entsprechend 7,5 μg) wurden durch Zugabe vonConcentration of 1 μg / μl corresponding to 7.5 μg) were obtained by adding
Transfektionslösung auf ein Endvolumen von 750 μl gebracht und durchTransfection solution brought to a final volume of 750 ul and through
Mischen mit dem Vortex-Schüttler homogenisiert. Die vierfache Menge DAC-30, d.h. 30 μg (bei einer Konzentration von 2 μg/μl entsprechendMix homogenized with the vortex shaker. Four times the amount of DAC-30, i.e. 30 μg (at a concentration of 2 μg / μl accordingly
15 μl), wurde ebenfalls in 750 μl Transfektionslösung aufgenommen und durch Mischen mit dem Vortex-Schüttler homogenisiert. Dann wurden 750 μl15 μl), was also taken up in 750 μl transfection solution and homogenized by mixing with the vortex shaker. Then 750 ul
DAC-Lösung langsam tropfenweise in die 750 μl der DNA-Lösung pipettiert.Pipette the DAC solution slowly dropwise into the 750 μl of the DNA solution.
Die entstehende Lösung enthielt in 1,5 ml Gesamtvolumen Lipid-DNA- Komplexe mit einer DNA-Konzentration von 5 μg/ml. Diese Lösung war über einen Zeitraum von mindestens 48 h bei 4°C stabil und konnte entweder sofort verwendet, oder wie nachfolgend beschrieben lyophilisiert und in 1,5 ml Wasser rekonstituiert werden. Es konnten dann 400 μl dieser Lösung wie nachfolgend beschrieben in die A. femoralis des Schweins injiziert werden, was einer therapeutischen Dosis von 2 μg DNA entspricht.The resulting solution contained 1.5 ml total volume of lipid-DNA complexes with a DNA concentration of 5 μg / ml. That solution was Stable over a period of at least 48 h at 4 ° C. and could either be used immediately or lyophilized as described below and reconstituted in 1.5 ml of water. 400 μl of this solution could then be injected into the porcine femoral artery as described below, which corresponds to a therapeutic dose of 2 μg DNA.
6.4 Schema und Durchführung der Lyophilisierung6.4 Scheme and implementation of lyophilization
Die Gefäße enthaltend die DAC-30/DNA-Lipoplexe wurden unter sterilen Bedingungen eingefroren und es wurde eine Gefriertrocknung nach folgendem, beispielhaften Schema durchgeführt. Dem Fachmann ist ersichtlich, daß eine Gefriertrocknung auch unter abweichenden Bedingungen durchgeführt werden kann:The vessels containing the DAC-30 / DNA lipoplexes were frozen under sterile conditions and freeze-drying was carried out according to the following exemplary scheme. The person skilled in the art can see that freeze drying can also be carried out under different conditions:
- 40 Stunden bei -37°C Stellflächentemperatur und 0, 140 mbar Druck.- 40 hours at -37 ° C shelf temperature and 0, 140 mbar pressure.
- Temperaturerhöhung der Stellfläche um 10°C/h bis 20°C erreicht sind.- The temperature of the floor space has risen by 10 ° C / h to 20 ° C.
- Nachtrocknung für 2h bei 0,01 mbar. 6.5 Entnahme und Aufbewahrung der Proben- Post-drying for 2 hours at 0.01 mbar. 6.5 Taking and storing the samples
Die Entnahme der Proben erfolgte unter sterilen Bedingungen. Die Lyophilisate wurden bis zur Verwendung bei 4°C aufbewahrt.The samples were taken under sterile conditions. The lyophilisates were stored at 4 ° C until used.
6.6 Vorbereiten der Proben für kathetervermittelte Transfektion in vivo6.6 Prepare samples for catheter mediated transfection in vivo
Die Lyophilisate (enthaltend eine definierte Menge an DAC-30/DNA- Komplexen) wurden unmittelbar vor der Operation in 1,5ml sterilem, pyrogenfreien Wasser rekonstituiert. Die Rücklösung wurde optisch kontrolliert.The lyophilisates (containing a defined amount of DAC-30 / DNA complexes) were reconstituted in 1.5 ml of sterile, pyrogen-free water immediately before the operation. The redissolution was checked optically.
6.7 Transfektion der Gefäßwand mittels Infiltrator-Katheter in vivo (Modell Minischwein) Ein Minischwein wurde intubiert, narkotisiert und für den chirurgischen6.7 Transfection of the Vascular Wall Using an Infiltrator Catheter In Vivo (Mini Pig Model) A mini pig was intubated, anesthetized and used for surgical purposes
Eingriff vorbereitet, woran sich eine Darstellung und Punktierung der linken Arteria carotis anschloß. Dann erfolgte die Positionierung des Führungsdrahtes für eine Schleuse, an die sich die Installation der Schleuse, sowie eine Gabe von 5.000 iU Heparin anschloß. Anschließend wurde eine Übersichts-Angiographie mit Standbild zur Darstellung der Morphologie der rechten und linken Arteria femoralis vorgenommen. Anhand dieses Standbildes wurden die prospektiven Transfektionsstellen bestimmt. Als nächstes erfolgte die Positionierung des Führungsdrahts in der linken Arteria femoralis und die Angiographie-Darstellung der korrekten Position des Führungsdrahtes sowie das Aufziehen und Positionierung des IVT- Injektionskatheters mit anschließender Inflation des Ballon des IVT-Intervention prepared, followed by a presentation and puncturing of the left carotid artery. Then the guide wire was positioned for a lock, which was followed by the installation of the lock and a dose of 5,000 iU heparin. An overview angiography with a still image was then carried out to show the morphology of the right and left femoral arteries. From this The prospective transfection sites were determined using a still image. The next step was to position the guidewire in the left femoral artery and to display the angiography of the correct position of the guidewire, as well as to open and position the IVT injection catheter with subsequent inflation of the balloon of the IVT
Injektionskatheters mit 3,0 bar. Dann wurde eine Angiographie zur Kontrolle der vollständigen Gefäßokklusion vorgenommen. Es folgte eine manuelle Injektion von 300 μl bzw. 400 μl der rekonstituierten DAC-30/DNA- Komplexe unter ständiger Kontrolle des Ballondrucks. Anschließend wurde der Katheter entfernt und optional ein Stent-Implantat mit 12 bar für 20s unter angiographischer Kontrolle exakt an der Injektionsstelle positioniert. Bei Implantation eines Stents erfolgte anschließend die Gabe von 1000-2000 iU Heparin. Nach einer Abschlußangiographie wurden alle Operationswunden verschlossen. 6.8 AuswertungInjection catheter at 3.0 bar. Angiography was then performed to check for complete vascular occlusion. A manual injection of 300 μl or 400 μl of the reconstituted DAC-30 / DNA complexes followed under constant control of the balloon pressure. The catheter was then removed and, optionally, a stent implant at 12 bar for 20s was positioned exactly at the injection site under angiographic control. When a stent was implanted, 1000-2000 iU heparin was then administered. After a final angiography, all surgical wounds were closed. 6.8 Evaluation
Die Auswertung hinsichtlich der Transfektionseffizienz erfolgte durch immunhistochemische Färbung von Dünnschnitten der Blutgefäße, die 3 Tage nach Operation entnommen wurden (siehe DE 197 29 769 mit der Abweichung, daß Gefäße, in die ein Stent implantiert wurde, in Kunststoff eingebettet wurden. Die Schichtdicke der Dünnschnitte betrug beiThe evaluation regarding the transfection efficiency was carried out by immunohistochemical staining of thin sections of the blood vessels, which were taken 3 days after the operation (see DE 197 29 769 with the difference that vessels into which a stent was implanted were embedded in plastic. The layer thickness of the thin sections was at
Kunststoffpräparaten 4 μm und bei Gefrierschnitten 10 μm). Alternativ erfolgte die Auswertung hinsichtlich der Wirksamkeit durch Ultraschall- Untersuchung der Versuchstiere über einen Zeitraum von 3-4 Wochen und anschließende histochemische Bearbeitung von Dünnschnitten der entnommenen Gefäße.Plastic preparations 4 μm and 10 μm for frozen sections). Alternatively, the efficacy was evaluated by ultrasound examination of the test animals over a period of 3-4 weeks and subsequent histochemical processing of thin sections of the removed vessels.
7. Biochemischer Nachweis der iNOS7. Biochemical detection of iNOS
Die Bildung von Stickoxid durch die iNOS wurde durch den Nachweis vonThe formation of nitrogen oxide by the iNOS was confirmed by the detection of
Nitrit im Zellkultur-Überstand wie folgt nachgewiesen: In eine Flachbodenplatte mit 96 Vertiefungen wurden 100 μl des zu untersuchendenNitrite was detected in the cell culture supernatant as follows: 100 μl of the sample to be examined were placed in a flat-bottom plate with 96 wells
Zellkulturüberstands pipettiert. Zu den Proben wurden jeweils 50 μl einer 2 %-igen Sulfanilamidlösung in 2,5 % H3PO4 und 50 μl einer 0,2 %-igen Naphtylethylendiaminlösung in 2,5 % H3PO zugegeben. Nach 5 min Inkubation bei Raumtemperatur wurde die Absorption der Proben bei 540 nm mit einer Standardreihe (NaNO2 in einer Konzentration von 0 μM, 1 μM, 2,5 μM, 5,0 μM, 10 μM, 20 μM bzw. 40 μM in Zellkulturmedium) verglichen.Pipetted cell culture supernatant. 50 μl of each were added to the samples 2% sulfanilamide solution in 2.5% H 3 PO 4 and 50 μl of a 0.2% naphthylethylenediamine solution in 2.5% H 3 PO were added. After 5 min incubation at room temperature, the absorption of the samples at 540 nm was determined with a standard series (NaNO 2 in a concentration of 0 μM, 1 μM, 2.5 μM, 5.0 μM, 10 μM, 20 μM or 40 μM in Cell culture medium) compared.
II. BeispieleII. Examples
1. Vergleich liposomaler Transfektionsmittel zur Expression von Stickoxidsynthase in vitro: DAC-30, DMRIE-C und FuGENE™ Versuch: Es wurden Transfektionslösungen hergestellt bestehend aus kationischen Liposomen und dem Plasmid pSCMV-iNOS (murine iNOS-cDNA). Die Transfektionslösungen wurden hergestellt durch Mischen einer konstanten Dosis von 8 μg DNA mit den kationischen Liposomen DAC-30 (1:5, w/w), DMRIE-C (1 :2, w/v) bzw. FuGENE™ (1:1, w/v) in BSS-Puffer (137 mM NaCl, 5,4 mM KC1, lO mM Tris/Cl pH 7,6). Glatte Muskelzellen aus der Aorta des Schweins wurden in Zellkulturschalen mit je 6 Vertiefungen kultiviert. Es wurden jeweils 500 μl Transfektionslösung (enthaltend DNA in einer Konzentration von 16 μg/ml) je Vertiefung zu den Zellen gegeben, für 1 h bei 37°C inkubiert und nach Austausch der Lösungen gegen Zellkulturmedium wurden die Zellen für 48 h weiterkultiviert. Anschließend wurde aus dem Zellkulturüberstand der transfizierten Zellen die Menge an akkumuliertem Nitrit im Vergleich zu einer Kontrolltransfektion ohne DNA bestimmt (s. 1.7).1. Comparison of liposomal transfection agents for the expression of nitrogen oxide synthase in vitro: DAC-30, DMRIE-C and FuGENE ™ experiment: Transfection solutions were prepared consisting of cationic liposomes and the plasmid pSCMV-iNOS (murine iNOS cDNA). The transfection solutions were prepared by mixing a constant dose of 8 μg DNA with the cationic liposomes DAC-30 (1: 5, w / w), DMRIE-C (1: 2, w / v) or FuGENE ™ (1: 1 , w / v) in BSS buffer (137 mM NaCl, 5.4 mM KC1, 10 mM Tris / Cl pH 7.6). Smooth muscle cells from the pig aorta were cultivated in cell culture dishes with 6 wells each. In each case 500 μl of transfection solution (containing DNA in a concentration of 16 μg / ml) were added to the cells, incubated for 1 h at 37 ° C. and, after the solutions had been replaced by cell culture medium, the cells were further cultivated for 48 h. The amount of nitrite accumulated was then determined from the cell culture supernatant of the transfected cells compared to a control transfection without DNA (see 1.7).
Ergebnis: Die Expression der induzierbaren Stickoxidsynthase (iNOS) in vitro war abhängig vom verwendeten Lipid. Eine Transfektionslösung enthaltend DAC-30/iNOS-DNA führte in vitro zu einer geringeren Expression der induzierbaren Stickoxidsynthase als Transfektionslösungen enthaltend FuGENE/iNOS-DNA oder DMRIE-C/iNOS-DNA (siehe Fig. 1). 2. Vergleich liposomaler Transfektionsmittel zur Expression von Stickoxidsynthase in vivo: DAC-30, DMRIE-C und FuGENE™Result: The expression of the inducible nitrogen oxide synthase (iNOS) in vitro was dependent on the lipid used. A transfection solution containing DAC-30 / iNOS-DNA resulted in a lower expression of the inducible nitrogen oxide synthase in vitro than transfection solutions containing FuGENE / iNOS-DNA or DMRIE-C / iNOS-DNA (see FIG. 1). 2. Comparison of liposomal transfection agents for the expression of nitrogen oxide synthase in vivo: DAC-30, DMRIE-C and FuGENE ™
Versuch: Es wurden Transfektionslösungen hergestellt bestehend aus kationischen Liposomen und dem Plasmid pSCMV-iNOS (murine iNOS-cDNA). Zur Herstellung der Transfektionslösung wurde eine Dosis von 10 μg Plasmid-DNA mit DAC-30 im Verhältnis 1:5 (w/w), mit DMRIE-C im Verhältnis 1:2 (w/v), bzw. mit FuGENE™ im Verhältnis 1 :1 (w/v) in BSS-Puffer (137 mM NaCl, 5,4 mM KC1, 10 mM Tris/Cl pH 7,6) gemischt. Jeweils zwei Stellen der rechten und linken Arteria femoralis des Schweins wurden in vivo mittels eines Infiltrator®-Katheters (IVT) mit den wie beschrieben hergestellten Lösungen transfiziert. Nach einer Versuchsdauer von 3 Tagen erfolgte die Entnahme der transfizierten Gefäßabschnitte. Die Auswertung der immunhistochemischen Anfärbung von Dünnschnitten der entnommenen Gefäße mit einem monoklonalen Antiköφer gegen induzierbare Stickoxidsynthase erfolgte qualitativ im Vergleich zu einem unbehandelten Kontrollgefäß.Experiment: Transfection solutions were prepared consisting of cationic liposomes and the plasmid pSCMV-iNOS (murine iNOS-cDNA). To prepare the transfection solution, a dose of 10 μg of plasmid DNA with DAC-30 in a ratio of 1: 5 (w / w), with DMRIE-C in a ratio of 1: 2 (w / v) or with FuGENE ™ was used 1: 1 (w / v) mixed in BSS buffer (137 mM NaCl, 5.4 mM KC1, 10 mM Tris / Cl pH 7.6). Two sites of the right and left femoral artery of the pig were transfected in vivo using the Infiltrator ® catheter (IVT) with the solutions prepared as described. After a test period of 3 days, the transfected vascular sections were removed. The evaluation of the immunohistochemical staining of thin sections of the removed vessels with a monoclonal antibody against inducible nitrogen oxide synthase was carried out qualitatively in comparison to an untreated control vessel.
Ergebnis: Transfektionslösungen enthaltend DAC-30/iNOS-DNA zeigten in vivo eine deutlich bessere Transfektionseffizienz als Liposomen-DNA-Komplexe enthaltend FuGENE™/iNOS-DNA oder DMRIE-C/iNOS-DNA. Dies war angesichts der in Beispiel 1 erhaltenen in vztro-Daten ein sehr überraschendes Ergebnis (siehe Fig. 2.A und 2.B).Result: Transfection solutions containing DAC-30 / iNOS-DNA showed a significantly better transfection efficiency in vivo than liposome-DNA complexes containing FuGENE ™ / iNOS-DNA or DMRIE-C / iNOS-DNA. In view of the vztro data obtained in Example 1, this was a very surprising result (see FIGS. 2.A and 2.B).
3. DAC-30: Expression und Toxizität in vitro in Abhängigkeit vom Lipid- DNA-Verhältnis3. DAC-30: Expression and toxicity in vitro depending on the lipid-DNA ratio
Versuch: Glatte Muskelzellen aus der Aorta des Schweins (s. Beispiel 1) wurden in Zellkulturschalen mit je 6 Vertiefungen kultiviert und mit Liposomen-DNA-Experiment: Smooth muscle cells from the pig's aorta (see Example 1) were cultivated in cell culture dishes with 6 wells each and with liposome DNA
Komplexen bestehend aus DAC-30 und dem Plasmid pAH 1 (humane iNOS- cDNA) transfiziert. Zur Herstellung der Transfektionslösung (0,9 % NaCl, 2 mM CaCl2) wurde DAC-30 mit einer konstanten Dosis von 4 μg DNA (entsprechend einer Konzentration von 8 μg/ml) im Verhältnis 2:1, 4:1, 5:1, 6:1 und 8:1 gemischt. Alternativ dazu wurde bei einem konstanten Liposomen-DNA- Verhältnis von 5: 1 eine DNA-Dosis von 2 μg/ml, 4 μg/ml, 8 μg/ml bzw. 16 μg/ml zur Herstellung der Transfektionslösung eingesetzt. Es wurden jeweils 500 μl Transfektionslösung je Vertiefung zu den Zellen zugegeben, für 1 h bei 37°C inkubiert und nach Austausch der Lösungen gegen Zellkulturmedium für 48 h weiterkultiviert. Nach 48h wurde aus dem Zellkulturüberstand der transfizierten Zellen die Menge an akkumuliertem Nitrit im Vergleich zu einer KontroUtransfektion ohne DNA in Transfektionslösung (0,9 % NaCl, 2 mM CaCl ) bzw. zu untransfizierten Zellen (Medium) bestimmt (s. 1.7). Parallel wurde die Zytotoxizität der Transfektionslösung durch einen Vitalitätstest (Aufnahme von Neutralrotlösung) getestet.Complexes consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 1 (human iNOS cDNA) transfected. To prepare the transfection solution (0.9% NaCl, 2 mM CaCl 2 ) DAC-30 was mixed with a constant dose of 4 μg DNA (corresponding to a concentration of 8 μg / ml) in a ratio of 2: 1, 4: 1, 5: 1, 6: 1 and 8: 1. Alternatively, at a constant liposome-DNA ratio of 5: 1, a DNA dose of 2 μg / ml, 4 μg / ml, 8 μg / ml or 16 μg / ml was used to prepare the transfection solution. 500 μl of transfection solution per well were added to the cells, incubated for 1 h at 37 ° C. and, after the solutions had been replaced by cell culture medium, cultured for a further 48 h. After 48 hours, the amount of nitrite accumulated was determined from the cell culture supernatant of the transfected cells compared to a control transfection without DNA in transfection solution (0.9% NaCl, 2 mM CaCl) or to untransfected cells (medium) (see 1.7). In parallel, the cytotoxicity of the transfection solution was tested by a vitality test (absorption of neutral red solution).
Ergebnis: Die Expression der induzierbaren Stickoxidsynthase durch liposomale Komplexe enthaltend DAC-30/iNOS-DNA war abhängig vom Lipid-DNA- Verhältnis bei der Herstellung der Komplexe. Die Expression des Transgens war bei einer konstanten Dosis von 4 μg iNOS-Plasmid (Konzentration 8 μg/ml) optimal für ein Lipid-DNA- Verhältnis von 5:1. Gleichzeitig wiesen diese liposomalen Komplexe eine geringe Zytotoxizität bei Transfektion in vitro auf. Beim einem geeigneten Liposomen-DNA-Verhältnis von 5:1 zeigten Liposomen- DNA-Komplexe enthaltend DAC-30/iNOS-DNA eine optimale Expressionseffizienz bei einer DNA-Konzentration von 4 μg/ml bis 8 μg/ml und eine geringe Zytotoxizität bis zu einer DNA-Konzentration von 8 μg/ml. (Daten nicht gezeigt).Result: The expression of the inducible nitrogen oxide synthase by liposomal complexes containing DAC-30 / iNOS-DNA was dependent on the lipid-DNA ratio in the preparation of the complexes. The expression of the transgene was optimal for a lipid-DNA ratio of 5: 1 at a constant dose of 4 μg iNOS plasmid (concentration 8 μg / ml). At the same time, these liposomal complexes showed low cytotoxicity when transfected in vitro. With a suitable liposome-DNA ratio of 5: 1, liposome-DNA complexes containing DAC-30 / iNOS-DNA showed an optimal expression efficiency at a DNA concentration of 4 μg / ml to 8 μg / ml and a low cytotoxicity up to a DNA concentration of 8 μg / ml. (Data not shown).
4. Komplexgröße in Abhängigkeit vom Lipid-DNA- Verhältnis4. Complex size depending on the lipid-DNA ratio
Versuch: Es wurde eine Transfektionslösung hergestellt bestehend aus Komplexen von DAC-30 und dem Plasmid pAH 9 (humane iNOS-cDNA) inExperiment: A transfection solution was prepared consisting of complexes of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in
Kochsalzlösung (0,9 % NaCl 2 mM CaCl2). Zur Herstellung der Liposomen- DNA-Komplexe wurde DAC-30 im Gewichtsverhältnis 2:1, 3:1, 4:1, 5: 1, 6:1 und 8:1 zur Plasmid-DNA eingesetzt bei einer konstanten DNA-Konzentration von 6,7 μg/ml DNA. Die Größenbestimmung der Komplexe erfolgte durch Photonenkorrelations-Spektroskopie (Zetasizer).Saline (0.9% NaCl 2 mM CaCl 2 ). For the production of liposome DAC-30 DNA complexes were used in a weight ratio of 2: 1, 3: 1, 4: 1, 5: 1, 6: 1 and 8: 1 for plasmid DNA at a constant DNA concentration of 6.7 μg / ml DNA. The size of the complexes was determined by photon correlation spectroscopy (Zetasizer).
Ergebnis: Lipid-DNA-Gemische enthaltend DAC-30/iNOS-DNA bildeten bei einer konstanten DNA-Konzentration von 6,7 μg/ml in Abhängigkeit vom Lipid- DNA- Verhältnis (2:1, 3:1, 4: 1, 5:1, 6:1, 8:1) Komplexe zunehmender Partikelgröße aus (siehe Fig. 3).Result: Lipid-DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA formed at a constant DNA concentration of 6.7 μg / ml depending on the lipid-DNA ratio (2: 1, 3: 1, 4: 1, 5: 1, 6: 1, 8: 1) complexes of increasing particle size (see FIG. 3).
5. Komplex große in Abhängigkeit von DNA-Menge beeinflußt die Expressionseffizienz in vivo5. Complex large, depending on the amount of DNA, affects expression efficiency in vivo
Versuch: Es wurden Lipid-DNA-Gemische hergestellt bestehend aus Komplexen von DAC-30 und dem Plasmid pcDNA3-HsiNOS (humane iNOS-cDNA mit modifiziertem 3 '-Terminus) in einer Kochsalzlösung (0,9 % NaCl, 2 mM CaCl2). Zur Herstellung der Liposomen-DNA-Komplexe wurde DAC-30 im Verhältnis 5:1 zur Plasmid-DNA eingesetzt bei einer DNA-Dosis von 2 μg (Konzentration 6,7 μg/ml) bzw. 10 μg DNA (Konzentration 33,3 μg/ml). Unmittelbar nach Herstellung wurde die Größe der gebildeten Komplexe durch Photonenkorrelations-Spektroskopie (Zetasizer) bestimmt. Mit entsprechend hergestellten Transfektionslösungen wurden jeweils zwei Stellen der rechten und linken Arteria femoralis des Schweins in vivo mittels Infiltrator™ -Katheter transfiziert. Nach einer Versuchsdauer von 3 Tagen erfolgte die Entnahme der transfizierten Gefäßabschnitte. Die Auswertung der immunhistochemischen Anfärbung von Dünnschnitten der entnommenen Gefäße mit einem monoklonalen Antiköφer gegen induzierbare Stickoxidsynthase erfolgte qualitativ im Vergleich zu einem unbehandelten Kontrollgefäß.Experiment: Lipid-DNA mixtures were prepared consisting of complexes of DAC-30 and the plasmid pcDNA3-HsiNOS (human iNOS cDNA with modified 3 'terminus) in a saline solution (0.9% NaCl, 2 mM CaCl 2 ) , To prepare the liposome-DNA complexes, DAC-30 was used in a ratio of 5: 1 to the plasmid DNA at a DNA dose of 2 μg (concentration 6.7 μg / ml) or 10 μg DNA (concentration 33.3 μg / ml). Immediately after production, the size of the complexes formed was determined by photon correlation spectroscopy (Zetasizer). With appropriately prepared transfection solutions, two sites of the right and left femoral artery of the pig were transfected in vivo using an Infiltrator ™ catheter. After a test period of 3 days, the transfected vascular sections were removed. The evaluation of the immunohistochemical staining of thin sections of the removed vessels with a monoclonal antibody against inducible nitrogen oxide synthase was carried out qualitatively in comparison to an untreated control vessel.
Ergebnis: Die frisch hergestellten Lipid-DNA-Gemische enthaltend DAC- 30/iNOS-DNA im Verhältnis 5:1 bildeten bei einer Dosis von 2 μg iNOS-Plasmid (entsprechend einer Konzentration von 6,7 μg/ml) Komplexe einer geringeren Partikelgröße (ca. 580 nm) aus, als bei einer Dosis von 10 μg iNOS-Plasmid (entsprechend einer Konzentration von 33,3 μg/ml (ca. 1000 nm). Bei Transfektion in die Gefäßwand der Arteria femoralis des Schweins in vivo zeigten diese Gemische bei einer Dosis von 2 μg iNOS-Plasmid eine bessere Transfektionseffizienz als bei einer Dosis von 10 μg iNOS-Plasmid. Die bessere Transfektionseffizienz einer geringeren Dosis in vivo (siehe Fig. 4) war überraschend und korreliert mit einer geringeren Partikelgröße der DNA- Liposomen-Komplexe bei dieser Dosis.Result: The freshly prepared lipid-DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA in a ratio of 5: 1 formed iNOS plasmid at a dose of 2 μg (corresponding to a concentration of 6.7 μg / ml) complexes of a smaller particle size (approx. 580 nm) than at a dose of 10 μg iNOS plasmid (corresponding to a concentration of 33.3 μg / ml (approx. 1000 nm When transfected into the vascular wall of the pig arteria in vivo, these mixtures showed a better transfection efficiency at a dose of 2 μg iNOS plasmid than at a dose of 10 μg iNOS plasmid. The better transfection efficiency of a lower dose in vivo (see 4) was surprising and correlated with a smaller particle size of the DNA-liposome complexes at this dose.
6. Wirksamkeit: Verhinderung der Neointimabildung nach Transfektion von iNOS-DNA/DAC-306. Effectiveness: prevention of neointima formation after transfection of iNOS-DNA / DAC-30
Versuch: Es wurden Transfektionslösungen hergestellt bestehend aus DAC-30 und 0,7 μg (entsprechend einer DNA-Konzentration von 2,3 μg/ml) des Plasmids pAHl (humane iNOS-cDNA) bzw. des Kontrollplasmids pcDNA3 (ohne cDNA-Experiment: Transfection solutions were prepared consisting of DAC-30 and 0.7 μg (corresponding to a DNA concentration of 2.3 μg / ml) of the plasmid pAHl (human iNOS cDNA) or the control plasmid pcDNA3 (without cDNA-
Insertion) im Verhältnis 5:1 in einer Kochsalzlösung (0,9 % NaCl/2 mM CaCl2).Insertion) in a 5: 1 ratio in a saline solution (0.9% NaCl / 2 mM CaCl 2 ).
Jeweils zwei Stellen der rechten und linken Arteria femoralis des Schweins wurden in vivo mittels Infiltrator®-Katheter (IVT) mit den wie beschrieben hergestellten Lösungen transfiziert. Anschließend wurde zur Induktion derTwo sites on the right and left femoral artery of the pig were transfected in vivo using the Infiltrator ® catheter (IVT) with the solutions prepared as described. The induction was then carried out
Neointima-Bildung ein Wiktor -l-Stent (Medtronic) an jeder Transfektionsstelle plaziert. Nach einer Versuchsdauer von 6 Wochen erfolgte die Entnahme der transfizierten Gefäßabschnitte. Die Auswertung von Dünnschnitten der entnommenen Gefäße erfolgte quantitativ durch Moφhometrie im Vergleich zur Kontrolle (Plasmid pcDNA3) (n = 3).Neointima formation a Wiktor-l stent (Medtronic) placed at each transfection site. After a test period of 6 weeks, the transfected vessel sections were removed. The evaluation of thin sections of the removed vessels was carried out quantitatively by Moφhometrie in comparison to the control (plasmid pcDNA3) (n = 3).
Ergebnis: Die Expression der iNOS nach Transfektion von Lösungen enthaltend DAC-30/iNOS-DNA in die Arteria femoralis des Schweins in vivo bewirkte eine Reduktion der Neointima-Bildung (bestimmt als Verhältnis von Neointima zu Media) um ca. 20 % (Daten nicht gezeigt). 7. Zeitabhängige Stabilität von Lipid-DNA-KomplexenResult: The expression of the iNOS after transfection of solutions containing DAC-30 / iNOS DNA into the femoral artery of the pig in vivo caused a reduction in neointima formation (determined as the ratio of neointima to media) by approximately 20% (data not shown). 7. Time-dependent stability of lipid-DNA complexes
Versuch: Es wurden Lipid-DNA-Gemische hergestellt bestehend aus DAC-30 und dem Plasmid pAH 9 (humane iNOS-cDNA) im Verhältnis 4: 1 und 5: 1 bei einer ansteigenden DNA-Konzentration von 2,3 μg/ml, 6,7 μg/ml und 13,3 μg/ml in Lösung 1 1 (0,9 % NaCl). Die Größe der entstehenden Liposomen-DNA- Komplexe wurde sofort nach Herstellung bzw. nach einer Standzeit von 3 h bei 4 °C durch Photonenkorrelations-Spektroskopie (Zetasizer) bestimmt.Experiment: Lipid-DNA mixtures were prepared consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in a ratio of 4: 1 and 5: 1 with an increasing DNA concentration of 2.3 μg / ml, 6 , 7 μg / ml and 13.3 μg / ml in solution 1 1 (0.9% NaCl). The size of the resulting liposome-DNA complexes was determined immediately after production or after a standing time of 3 h at 4 ° C. by photon correlation spectroscopy (Zetasizer).
Ergebnis: Lipid-DNA-Gemische enthaltend DAC-30/iNOS-DNA bildeten bei einem Lipid-DNA-Verhältnis von 4: 1 Komplexe in einem definierten Größenbereich von ca. 540 bis 700 nm aus, die auch bei steigender DNA- Konzentration von 2,3 μg/ml, 6,7 μg/ml und 13,3 μg/ml über einen Zeitraum von 3 h bei 4 °C konstant blieb. Diese konstante Partikelgröße ist ein Maß für die Stabilität der Komplexe. Hingegen nahm bei einem Lipid-DNA-Verhältnis von 5: 1 die Größe der Komplexe bei ansteigender DNA-Menge von 2,3 μg/ml, 6,7 μg/ml und 13,3 μg/ml über einen Zeitraum von 3 h bei Raumtemperatur wie folgt zu: Bei 2,3 μg/ml im Mittel um den Faktor 2 von ca. 650 nm auf ca. 1280 nm, bei 6,7 μg/ml um den Faktor 3 von ca. 740 nm auf ca. 2200 nm und bei 13,3 μg ml um den Faktor 2,5 von ca. 940 nm auf ca. 2300 nm. Diese zeitabhängige Größenzunahme bedeutet, daß die Komplexe instabil waren. (Daten nicht gezeigt).Result: Lipid-DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA with a lipid-DNA ratio of 4: 1 formed complexes in a defined size range from approx. 540 to 700 nm, which even with increasing DNA concentration of 2 , 3 μg / ml, 6.7 μg / ml and 13.3 μg / ml remained constant at 4 ° C. over a period of 3 h. This constant particle size is a measure of the stability of the complexes. In contrast, with a lipid-DNA ratio of 5: 1, the size of the complexes increased with an increasing amount of DNA of 2.3 μg / ml, 6.7 μg / ml and 13.3 μg / ml over a period of 3 h Room temperature as follows: at 2.3 μg / ml by a factor of 2 from approx. 650 nm to approx. 1280 nm, at 6.7 μg / ml by a factor of 3 from approx. 740 nm to approx. 2200 nm and at 13.3 μg ml by a factor of 2.5 from approx. 940 nm to approx. 2300 nm. This time-dependent increase in size means that the complexes were unstable. (Data not shown).
8. Zeitabhängige Stabilität von Lipid-DNA-Komplexen in verschiedenen Transfektionslösungen8. Time-dependent stability of lipid-DNA complexes in different transfection solutions
Versuch: Es wurde ein Lipid-DNA-Gemisch hergestellt bestehend aus DAC-30 und dem Plasmid pAH 9 (humane iNOS-cDNA) im Verhältnis 4: 1 bei einer konstanten DNA-Konzentration von 5 μg/ml. Die Herstellung dieser Liposomen- DNA-Komplexe erfolgte in verschiedenen Lösungen: L 12 (300 mM Glucose), L 13 (300 mM Saccharose), L 14 (100 mM Saccharose, 100 mM NaCl), L 15 (250 mM Saccharose, 25 mM NaCl) oder L 11 (0,9 % NaCl). Die Größe der Liposomen-DNA-Komplexe wurde entweder sofort nach Herstellung oder nach Lagerung bei 4 °C für 3 h, 24 h bzw. 48 h durch Photonenkorrelations- Spektroskopie (Zetasizer) bestimmt.Experiment: A lipid-DNA mixture was prepared consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in a ratio of 4: 1 at a constant DNA concentration of 5 μg / ml. These liposome-DNA complexes were prepared in various solutions: L 12 (300 mM glucose), L 13 (300 mM sucrose), L 14 (100 mM sucrose, 100 mM NaCl), L 15 (250 mM sucrose, 25 mM NaCl) or L 11 (0.9% NaCl). The size of the liposome-DNA complexes was determined either immediately after production or after storage at 4 ° C. for 3 h, 24 h or 48 h by photon correlation spectroscopy (Zetasizer).
Ergebnis: Lipid-DNA-Gemische enthaltend DAC-30/iNOS-DNA bildeten bei einem Lipid-DNA-Verhältnis von 4:1 und einer DNA-Konzentration von 5 μg/ml Komplexe in einem definierten Größenbereich von ca. 460 bis 610 nm aus. Diese Komplexgröße blieb in den Transfektionslösungen L 13, L 14 und L 15 über einen Zeitraum von 3 h bis 48 h bei 4°C weitgehend konstant (Zunahme ca. um Faktor 1,2 in Lösung 13, ca. um Faktor 1,4 in Lösung 14 bzw. ca. um 1,1 in Lösung 15), d.h. die gebildeten Komplexe waren stabil. DAC-3 O/DNA-Komplexe hingegen, die in L 11 hergestellt worden waren, zeigten über einen Zeitraum von 3 h bis 48 h eine deutliche Zunahme der Partikelgröße ca. um den Faktor 2,5, d.h. die gebildeten Komplexe waren instabil. Eine leichte Zunahme der Partikelgröße, ca. um den Faktor 1,6, wurde auch in Lösung 12 festgestellt. (Daten nicht gezeigt)Result: Lipid-DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA with a lipid-DNA ratio of 4: 1 and a DNA concentration of 5 μg / ml formed complexes in a defined size range from approx. 460 to 610 nm , This complex size remained largely constant in the transfection solutions L 13, L 14 and L 15 over a period of 3 h to 48 h at 4 ° C (increase approx. By factor 1.2 in solution 13, approx. By factor 1.4 in Solution 14 or about 1.1 in solution 15), ie the complexes formed were stable. DAC-3 O / DNA complexes, on the other hand, which had been prepared in L 11, showed a significant increase in particle size by a factor of 2.5, i.e., over a period of 3 h to 48 h. the complexes formed were unstable. A slight increase in particle size, approximately by a factor of 1.6, was also found in solution 12. (Data not shown)
9. Expressionseffizienz in vitro in verschiedenen Transfektionslösungen9. Expression efficiency in vitro in different transfection solutions
Versuch: Es wurde eine Transfektionslösung hergestellt bestehend aus DAC-30 und dem Plasmid pAH 9 (humane iNOS- cDNA) in den Lösungen L 12 (300 mM Glucose), L 13 (300 mM Saccharose), L 14 (100 mM Saccharose, 100 mM NaCl), L 15 (250 mM Saccharose, 25 mM NaCl) oder L l l (0,9% NaCl). Zur Herstellung der Transfektionslösung wurde DAC-30 im Verhältnis 4:1 einer konstanten DNA-Menge von 2 μg (entsprechend einer Konzentration von 5 μg/ml) zugesetzt. Die Liposomen-DNA-Komplexe wurden sofort nach Herstellung in COS-7-Zellen transfiziert. Nach 48 h wurde das gebildete Nitrit im Zellkultur-Überstand nachgewiesen (s. 1.7). Dargestellt sind Mittelwerte aus 3 unabhängigen Experimenten, die Expressionshöhe wurde über die Meßwerte eines Neutralrot-Tests normalisiert (siehe Fig. 5). Ergebnis: Die Expression der induzierbaren Stickoxidsynthase durch Lipid-DNA- Gemische enthaltend DAC-30/iNOS-DNA war weitgehend unabhängig von der Zusammensetzung der Transfektionslösung. Die Lösungen L 12, L 13, L 14 und L 15 zeigten eine mit L 1 1 vergleichbare Expressionseffizienz bei einem konstanten Lipid-DNA-Verhältnis von 4:1 und einer Dosis von 2 μg DNA (siehe Fig. 5).Experiment: A transfection solution was prepared consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in the solutions L 12 (300 mM glucose), L 13 (300 mM sucrose), L 14 (100 mM sucrose, 100 mM NaCl), L 15 (250 mM sucrose, 25 mM NaCl) or L ll (0.9% NaCl). To prepare the transfection solution, DAC-30 was added in a ratio of 4: 1 to a constant amount of DNA of 2 μg (corresponding to a concentration of 5 μg / ml). The liposome-DNA complexes were transfected into COS-7 cells immediately after production. After 48 hours, the nitrite formed was detected in the cell culture supernatant (see 1.7). Average values from 3 independent experiments are shown, the expression level was normalized via the measured values of a neutral red test (see FIG. 5). Result: The expression of the inducible nitrogen oxide synthase by lipid-DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA was largely independent of the composition of the transfection solution. The solutions L 12, L 13, L 14 and L 15 showed an expression efficiency comparable to L 1 1 with a constant lipid-DNA ratio of 4: 1 and a dose of 2 μg DNA (see FIG. 5).
10. Transfektionseffizienz in vivo in Lösung 15 im Vergleich zu Lösung 1110. Transfection efficiency in vivo in solution 15 compared to solution 11
Versuch: Es wurden Transfektionslösungen hergestellt bestehend aus DAC-30 und 2 μg des Plasmids pAHl (humane iNOS-cDNA) im Verhältnis 5:1 in Lösung 15 (250 mM Saccharose, 25 mM NaCl) bzw. Lösung 11 (0,9 % NaCl). Jeweils zwei Stellen der rechten und linken Arteria femoralis des Schweins wurden in vivo mittels Infiltrator™ -Katheter (IVT) mit den wie beschrieben hergestellten Lösungen transfiziert. Nach einer Versuchsdauer von 3 Tagen erfolgte die Entnahme der transfizierten Gefaßabschnitte. Quantitative Auswertung der immunhistochemischen Daten: Auftragung der Mittelwerte von 5 mittig in der Transfektionsstelle gelegenen Schnitten (Abstand jeweils 500 μm)(n = 2 Schweine).Experiment: Transfection solutions were prepared consisting of DAC-30 and 2 μg of the plasmid pAHl (human iNOS cDNA) in a ratio of 5: 1 in solution 15 (250 mM sucrose, 25 mM NaCl) or solution 11 (0.9% NaCl ). Two sites of the right and left femoral artery of the pig were transfected in vivo using the Infiltrator ™ catheter (IVT) with the solutions prepared as described. After a test period of 3 days, the transfected vessel sections were removed. Quantitative evaluation of the immunohistochemical data: plot of the mean values of 5 sections in the center of the transfection site (distance 500 μm each) (n = 2 pigs).
Ergebnis: Liposomen-DNA-Komplexe enthaltend DAC-30/iNOS-DNA in L 15 zeigten in vivo bei einer Dosis von 2 μg iNOS-Plasmid eine bessere Transfektionseffizienz als in L 11 hergestellte Komplexe. Die bessere Wirksamkeit der Transfektionslösung L 15 in vivo war nach den vorliegenden in vitro generierten Daten (siehe Beispiel 10) nicht zu erwarten (siehe Fig. 6).Result: Liposome-DNA complexes containing DAC-30 / iNOS-DNA in L 15 showed a better transfection efficiency in vivo at a dose of 2 μg iNOS plasmid than complexes produced in L 11. The better effectiveness of the transfection solution L 15 in vivo was not to be expected according to the data generated in vitro (see example 10) (see FIG. 6).
11. Kurzzeit-Stabilität von DAC-3 O/DNA-Komplexen in Lösung 1511. Short-term stability of DAC-3 O / DNA complexes in solution 15
Versuch: Es wurde ein Lipid-DNA-Gemisch hergestellt bestehend aus DAC-30 und dem Plasmid pAH 9 (humane iNOS-cDNA) im Verhältnis 4:1 in Lösung 15Experiment: A lipid-DNA mixture was prepared consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in a ratio of 4: 1 in solution 15
(250 mM Saccharose, 25 mM NaCl). Die DNA-Konzentration betrug 2,5 μg/ml, 10 μg/ml, 25 μg/ml, bzw. 50 μg/ml. Die Partikelgröße der Lipid-DNA-Gemische wurde sofort nach Herstellung bzw. Rekonstituierung der lyophihsierten Komplexe (0 h), sowie nach einer Standzeit von 3 h bei 4 °C durch Photonenkorrelations-Spektroskopie (Zetasizer) bestimmt.(250mM sucrose, 25mM NaCl). The DNA concentration was 2.5 μg / ml, 10 μg / ml, 25 μg / ml, or 50 μg / ml. The particle size of the lipid-DNA mixtures was determined immediately after preparation or reconstitution of the lyophilized complexes (0 h) and after a standing time of 3 h at 4 ° C. by photon correlation spectroscopy (Zetasizer).
Ergebnis: Lipid-DNA-Gemische enthaltend DAC-30/iNOS-DNA zeigten bei einem Lipid-DNA-Verhältnis von 4:1 und einer ansteigenden DNA- Konzentration von 2,5 μg/ml, 10 μg/ml, 25 μg/ml und 50 μg/ml in Lösung 15 über einen Zeitraum von 3 h eine konstante Partikelgröße (Größenzunahme kleiner als 15 %). Diese konstante Partikelgröße über einen Zeitraum von mindestens 3 h bleibt vorteilhafterweise auch nach Lyophilisierung der Komplexe und anschließender Rekonstituierung in sterilem Wasser stabil erhalten. Die Lyophilisierung hat somit keinen Einfluß auf die Kurzzeit-Stabilität der Liposomen-DNA-Komplexe. (Daten nicht gezeigt).Result: Lipid-DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA showed a lipid-DNA ratio of 4: 1 and an increasing DNA concentration of 2.5 μg / ml, 10 μg / ml, 25 μg / ml and 50 μg / ml in solution 15 over a period of 3 h a constant particle size (size increase less than 15%). This constant particle size over a period of at least 3 hours advantageously remains stable even after lyophilization of the complexes and subsequent reconstitution in sterile water. Lyophilization therefore has no influence on the short-term stability of the liposome-DNA complexes. (Data not shown).
12. Langzeit-Stabilität von DAC-3 O/DNA-Komplexen in Lösung 1512. Long-term stability of DAC-3 O / DNA complexes in solution 15
Versuch: Es wurde ein Lipid-DNA-Gemisch hergestellt bestehend aus DAC-30 und dem Plasmid pAH 9 (humane iNOS-cDNA) im Verhältnis 4:1 in Lösung 15 (250 mM Saccharose, 25 mM NaCl). Die DNA-Konzentration betrug 2,5 μg/ml, 5 μg/ml, bzw. 10 μg/ml. Durch Photonenkorrelations-Spektroskopie (Zetasizer) wurde die Partikelgröße der hergestellten Komplexe sofort (0 h), bzw. nach einer Standzeit von 3 h, 24 h und 48 h bestimmt. Die so hergestellten Transfektionslösungen enthielten eine Gesamtdosis von 1 μg, 2 μg, bzw. 4 μg Plasmid-DNA und wurden sofort (0 h), bzw. nach einer Standzeit von 3 h, 24 h und 48 h in COS-7 Zellen transfiziert. 48 h nach Transfektion wurde das akkumulierte Nitrit im Zellkultur-Üb erstand nachgewiesen (s. 1.7). Parallel dazu wurde die Menge an zellulärem Protein bestimmt (n=3).Experiment: A lipid-DNA mixture was prepared consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in a ratio of 4: 1 in solution 15 (250 mM sucrose, 25 mM NaCl). The DNA concentration was 2.5 μg / ml, 5 μg / ml and 10 μg / ml, respectively. The particle size of the complexes produced was determined immediately (0 h) or after a standing time of 3 h, 24 h and 48 h by photon correlation spectroscopy (Zetasizer). The transfection solutions prepared in this way contained a total dose of 1 μg, 2 μg or 4 μg plasmid DNA and were transfected immediately (0 h) or after a standing time of 3 h, 24 h and 48 h in COS-7 cells. The accumulated nitrite was detected in the cell culture supernatant 48 h after transfection (see 1.7). In parallel, the amount of cellular protein was determined (n = 3).
Ergebnis: Lipid/DNA-Gemische enthaltend DAC-30/iNOS-DNA zeigten bei einem konstanten Lipid-DNA-Verhältnis von 4:1 und einer zunehmenden DNA- Konzentration von 2,5 μg/ml, 5 μg/ml, und 10 μg/ml in Lösung 15 über einen Zeitraum von 48 h eine konstante mittlere Partikelgröße von ca. 480 nm, ca. 500 nm und ca. 510 nm. Die Transfektion von COS-7- Zellen mit diesen Lipid- DNA-Gemischen bewirkte eine gleichbleibende Expression des Transgens nach einer Standzeit der Transfektionslösung von bis zu 48 h. In Lösung 15 hergestellte DAC-3 O/DNA-Komplexe zeigten vorteilhafterweise über eine Standzeit der Transfektionslösung von bis zu 48 h eine konstante Partikelgröße und Expressionseffizienz, die auch bei zunehmender DNA-Konzentration erhalten blieb. (Daten nicht gezeigt).Result: Lipid / DNA mixtures containing DAC-30 / iNOS-DNA showed a constant lipid-DNA ratio of 4: 1 and an increasing DNA Concentration of 2.5 μg / ml, 5 μg / ml, and 10 μg / ml in solution 15 over a period of 48 h a constant mean particle size of approx. 480 nm, approx. 500 nm and approx. 510 nm. The transfection of COS-7 cells with these lipid-DNA mixtures caused a constant expression of the transgene after a standing time of the transfection solution of up to 48 h. DAC-3 O / DNA complexes prepared in solution 15 advantageously showed a constant particle size and expression efficiency over a service life of the transfection solution of up to 48 h, which was retained even with increasing DNA concentration. (Data not shown).
13. Transfektionseffizienz in vivo: Einfluß der DNA-Dosis13. Transfection efficiency in vivo: influence of the DNA dose
Versuch: Es wurden Transfektionslösungen hergestellt bestehend aus DAC-30 und 0,5 μg, 1 μg, bzw. 2 μg des Plasmids pAH 9 (humane iNOS-cDNA) bzw. des Kontrollplasmids pAH 7 (ohne cDNA-Insertion) im Verhältnis 4:1 in Lösung 15 (250 mM Saccharose, 25 mM NaCl). Jeweils zwei Stellen der rechten und linken Arteria femoralis des Schweins wurden in vivo mittels Infiltrator™ -Katheter (IVT) mit den wie beschrieben hergestellten Lösungen transfiziert. Anschließend wurde ein Wiktor®-i-Stent (Medtronic) an jeder Transfektionsstelle plaziert. Nach einer Versuchsdauer von 3 Tagen erfolgte die Entnahme der transfizierten Gefäßabschnitte. Die Auswertung der immunhistochemischen Anfärbung von Dünnschnitten der entnommenen Gefäße mit einem monoklonalen Antiköφer gegen induzierbare Stickoxidsynthase erfolgte quantitativ durch Moφhometrie im Vergleich zur Kontrolle (Plasmid pAH 7 bzw. unbehandeltes Gefäß).Experiment: Transfection solutions were prepared consisting of DAC-30 and 0.5 μg, 1 μg or 2 μg of the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) or the control plasmid pAH 7 (without cDNA insertion) in a ratio of 4: 1 in solution 15 (250 mM sucrose, 25 mM NaCl). Two sites of the right and left femoral artery of the pig were transfected in vivo using the Infiltrator ™ catheter (IVT) with the solutions prepared as described. A Wiktor ® -i stent (Medtronic) was then placed at each transfection site. After a test period of 3 days, the transfected vascular sections were removed. The immunohistochemical staining of thin sections of the removed vessels with a monoclonal antibody against inducible nitric oxide synthase was evaluated quantitatively by Mohometry compared to the control (plasmid pAH 7 or untreated vessel).
Ergebnis: Liposomen-DNA-Komplexe enthaltend DAC-30/iNOS-DNA in Lösung 15 zeigten in vivo bei einer Dosis von 2 μg iNOS-Plasmid eine bessere Transfektionseffizienz als 0,5 μg bzw. 1 μg (ca. 43 % gegenüber ca. 31,3 % bzw. 13 %, bezogen auf den Anteil der transfizierten Media an gesamter Media). (Daten nicht gezeigt). 14. Transfektionseffizienz in vivo in Lösung 15 nach Lyophilisierung und RekonstituierungResult: Liposome-DNA complexes containing DAC-30 / iNOS-DNA in solution 15 showed a better transfection efficiency in vivo at a dose of 2 μg iNOS plasmid than 0.5 μg or 1 μg (approx. 43% compared to approx. 31.3% and 13%, based on the share of transfected media in total media). (Data not shown). 14. Transfection efficiency in vivo in solution 15 after lyophilization and reconstitution
Versuch: Es wurde eine Transfektionslösung hergestellt bestehend aus DAC-30 und dem Plasmid pAH 9 (humane iNOS-cDNA) im Verhältnis 4:1 in Lösung 15. Zur Transfektion von jeweils einer Stelle der rechten bzw. linken Arteria femoralis des Schweins in vivo mittels Infiltrator®-Katheter wurde frisch hergestellte (Dosis 2 μg DNA) bzw. lyophihsierte und in sterilem Wasser rekonstituierte Transfektionslösung (0,5; 1; und 2 μg DNA) eingesetzt. Anschließend wurde ein Wiktor®-i-Stent (Medtronic) an jeder Transfektionsstelle plaziert. Nach einer Versuchsdauer von 3 Tagen erfolgte die Entnahme der transfizierten Gefäßabschnitte. Die Auswertung der immunhistochemischen Anfärbung von Dünnschnitten der entnommenen Gefäße mit einem monoklonalen Antiköφer gegen induzierbare Stickoxidsynthase erfolgte quantitativ durch Moφhometrie.Experiment: A transfection solution was prepared consisting of DAC-30 and the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) in a ratio of 4: 1 in solution 15. For the transfection of one site of the right or left femoral artery of the pig in vivo by means of Infiltrator ® catheter was used freshly prepared (dose 2 μg DNA) or lyophilized and reconstituted in sterile water (0.5; 1; and 2 μg DNA). A Wiktor ® -i stent (Medtronic) was then placed at each transfection site. After a test period of 3 days, the transfected vascular sections were removed. The immunohistochemical staining of thin sections of the removed vessels with a monoclonal antibody against inducible nitrogen oxide synthase was evaluated quantitatively by Moφhometrie.
Ergebnis: Eine Transfektionslösung enthaltend DAC-30/iNOS-DNA in Lösung 15 (Dosis von 2 μg DNA) zeigte als rekonstituiertes Lyophilisat überraschenderweise eine um den Faktor 1,5 bessere Transfektionseffizienz in vivo als frisch hergestellte Komplexe (Fig. 7; von links nach rechts: Frisch hergestellte Transfektionslösung (2 μg); Kontrolle (2 μg); rekonstituierte Transfektionslösung (0,5; l; und 2 μg DNA)).Result: A transfection solution containing DAC-30 / iNOS-DNA in solution 15 (dose of 2 μg DNA) as reconstituted lyophilisate surprisingly showed a transfection efficiency in vivo that was 1.5 times better than that of freshly prepared complexes (Fig. 7; from left to right right: freshly prepared transfection solution (2 μg); control (2 μg); reconstituted transfection solution (0.5; l; and 2 μg DNA)).
15. Transfektionseffizienz in vivo mit lyophilisierten/rekonstituierten Komplexen: DNA-Dosisabhängigkeit15. Transfection efficiency in vivo with lyophilized / reconstituted complexes: DNA dose dependency
Versuch: Es wurden Transfektionslösungen hergestellt bestehend aus DAC-30 und 0,7 μg, 1 μg, 1,5 μg, 2 μg bzw. 4 μg des Plasmids pAH9 (humane iNOS- cDNA) bzw. des Kontrollplasmids pAH 7 (ohne cDNA-Insertion) im Verhältnis 4:1. Die DNA-Liposomen-Komplexe wurden in Lösung 15 hergestellt, lyophilisiert und unmittelbar vor der Transfektion in sterilem Wasser rekonstituiert. Jeweils zwei Stellen der rechten und linken Arteria femoralis des Schweins wurden in vivo mittels Infiltrator™-Katheter mit den wie beschrieben hergestellten Lösungen transfiziert (Fig. 8A). Das Experiment wurde alternativ mit Implantation eines Wiktor®-i-Stents durchgeführt (Fig. 8B). Nach einer Versuchsdauer von 3 Tagen erfolgte die Entnahme der Gefäße. Quantitative Auswertung der immunhistochemischen Daten der Experimente mit und ohne Stentimplantation: Prozentualer Anteil der transfizierten Media aus den Mittelwerten von 10 μm-Schnitten in Abständen von jeweils 1 mm über den gesamten transfizierten Gefäßabschnitt.Experiment: Transfection solutions were prepared consisting of DAC-30 and 0.7 μg, 1 μg, 1.5 μg, 2 μg and 4 μg of the plasmid pAH9 (human iNOS cDNA) and the control plasmid pAH 7 (without cDNA- Insertion) in a ratio of 4: 1. The DNA-liposome complexes were prepared in solution 15, lyophilized and reconstituted in sterile water immediately before the transfection. Two locations each on the right and left femoral arteries Pigs were transfected in vivo using the Infiltrator ™ catheter with the solutions prepared as described (FIG. 8A). The experiment was alternatively carried out with the implantation of a Wiktor ® -i stent (FIG. 8B). The vessels were removed after a test period of 3 days. Quantitative evaluation of the immunohistochemical data of the experiments with and without stent implantation: Percentage of the transfected media from the mean values of 10 μm sections at intervals of 1 mm each over the entire transfected vascular section.
Ergebnis: Liposomen-DNA-Komplexe enthaltend iNOS-DNA/DAC-30 zeigten als rekonstituiertes Lyophilisat in einer Dosis von 2 μg Plasmid-DNA in vivo eine bessere Transfektionseffizienz als in einer Dosis von 0,7 μg, 1 μg, 1,5 μg oder 4 μg (Fig. 8A). Die bessere Transfektionseffizienz bei einer Dosis von 2 μg in vivo wurde durch die Implantation eines Stents nicht beeinflußt (siehe Fig. 8B; Implantation eines Wiktor®-i-Stents).Result: Liposome-DNA complexes containing iNOS-DNA / DAC-30 as reconstituted lyophilisate in a dose of 2 μg plasmid DNA showed better transfection efficiency in vivo than in a dose of 0.7 μg, 1 μg, 1.5 μg or 4 µg (Fig. 8A). The better transfection efficiency at a dose of 2 μg in vivo was not influenced by the implantation of a stent (see FIG. 8B; implantation of a Wiktor®- i stent).
16. Wirksamkeit in vivo: Verhinderung der Neointimabildung durch Transfektion von 1 μg iNOS16. Effectiveness in vivo: prevention of neointima formation by transfection of 1 μg iNOS
Versuch: Es wurde eine Transfektionslösung hergestellt bestehend aus DAC-30 und 1 μg des Plasmids pAH9 (humane iNOS-cDNA) bzw. des Kontrollplasmids pAH 7 (ohne cDNA-Insertion) im Verhältnis 4:1 in Lösung 15. Die Lösung wurde lyophilisiert und unmittelbar vor Transfektion in jeweils eine Stelle der rechten und linken Arteria femoralis des Schweins in vivo mittels Infiltrator®-Katheter in sterilem Wasser rekonstituiert. Anschließend wurde zur Induktion der Neointima- Bildung ein Wiktor®-i-Stent (Medtronic) an jeder Transfektionsstelle plaziert. Nach einer Versuchsdauer von 28 Tagen erfolgte die Entnahme der transfizierten Gefaßabschnitte. Die Auswertung wurde durch intravaskuläre Ultraschall- Untersuchung der transfizierten Gefäßabschnitte vorgenommen und bewertete die Reduktion der gebildeten Neointima nach Behandlung mit dem iNOS-Plasmid im Vergleich zum Kontrollplasmid als Verhältnis der Plaquefläche zur gesamten Gefäß fläche (n=8).Experiment: A transfection solution was prepared consisting of DAC-30 and 1 μg of the plasmid pAH9 (human iNOS cDNA) or the control plasmid pAH 7 (without cDNA insertion) in a ratio of 4: 1 in solution 15. The solution was lyophilized and Reconstituted in vivo in sterile water immediately before transfection into one site of the right and left femoral artery of the pig using Infiltrator ® catheter. A Wiktor ® -i stent (Medtronic) was then placed at each transfection site to induce neointima formation. After a test period of 28 days, the transfected vessel sections were removed. The evaluation was carried out by intravascular ultrasound examination of the transfected vascular sections and evaluated the reduction of the neointima formed after treatment with the iNOS plasmid in the Comparison to the control plasmid as the ratio of the plaque area to the entire vessel area (n = 8).
Ergebnis: In Lösung 15 hergestellte Liposomen/DNA-Komplexe enthaltend eine Dosis von 1 μg iNOS-DNA/DAC-30 bewirkten nach Lyophilisierung und Rekonstituierung in sterilem Wasser eine Reduzierung der Neointima-Bildung im Restenose-Modell Schwein in vivo um ca. 42%. (Daten nicht gezeigt).Result: Liposomes / DNA complexes prepared in solution 15 containing a dose of 1 μg iNOS-DNA / DAC-30 after lyophilization and reconstitution in sterile water reduced the neointima formation in the pig restenosis model by approx. 42% in vivo , (Data not shown).
17. Wirksamkeit in vivo: Verhinderung der Neointimabildung durch Transfektion von 0,25 μg, 0,5 μg bzw. 1 μg iNOS17. Effectiveness in vivo: prevention of neointima formation by transfection of 0.25 μg, 0.5 μg or 1 μg iNOS
Es wird eine Transfektionslösung hergestellt bestehend aus DAC-30 und 0,25 μg, 0,5 μg, bzw. 1 μg des Plasmids pAH 9 (humane iNOS-cDNA) bzw. des Kontrollplasmids pAH 7 (ohne cDNA-Insertion) im Verhältnis 4:1 in Lösung 15. Die Lösung wird lyophilisiert und unmittelbar vor Transfektion in jeweils eine Stelle der rechten und linken Arteria femoralis des Schweins in vivo mittels Infiltrator®-Katheter in sterilem Wasser rekonstituiert. Anschließend wird zur Induktion der Neointima-Bildung ein Wiktor®-i-Stent (Medtronic) an jeder Transfektionsstelle plaziert. Nach einer Versuchsdauer von 28 Tagen erfolgt die Entnahme der transfizierten Gefaßabschnitte. Die Auswertung wird durch intravaskuläre Ultraschall-Untersuchung der transfizierten Gefäßabschnitte vorgenommen und bewertet die Reduktion der gebildeten Neointima nach Behandlung mit iNOS-Plasmid im Vergleich zum Kontrollplasmid als Verhältnis der Plaquefläche zur gesamten Gefäßfläche.A transfection solution is prepared consisting of DAC-30 and 0.25 μg, 0.5 μg or 1 μg of the plasmid pAH 9 (human iNOS cDNA) or the control plasmid pAH 7 (without cDNA insertion) in a ratio of 4 : 1 in solution 15. The solution is lyophilized and reconstituted in vivo in sterile water using an Infiltrator ® catheter immediately before transfection into one site of the right and left femoral artery of the pig. A Wiktor ® -i stent (Medtronic) is then placed at each transfection site to induce neointima formation. After a test period of 28 days, the transfected vessel sections are removed. The evaluation is carried out by intravascular ultrasound examination of the transfected vascular sections and evaluates the reduction in the neointima formed after treatment with iNOS plasmid compared to the control plasmid as a ratio of the plaque area to the entire vascular area.
18. Verhinderung der Transplantat- Arteriosklerose in vivo durch Gentherapie mit HO-118. Prevention of graft arteriosclerosis in vivo by gene therapy with HO-1
Für das Experiment zur Verhinderung der Transplantat- Arteriosklerose werden 3- 3,5 kg schwere Kaninchen verwendet. Für den chirurgischen Eingriff, der unter sterilen Bedingungen durchgeführt wird, werden die Tiere narkotisiert. Der Gentransfer in das Spendergefaß wird mittels eines Infiltrator®-Katheters durchgeführt, der über die freigelegte rechte Arteria carotis durch eine Schleuse mittels eines Führungsdrahts in die Arteria iliaca eingeführt wird. Die Injektion des HO-1-Expressionsplasmids in die Gefäßwand der Arteria iliaca mittels Infiltrator®-Katheter erfolgt bei niedrigem Ballondruck (ca. 0,6 atm.). Dabei werden innerhalb von ca. 30 Sekunden 100-150 μl Transfektionslösung, bestehend aus DAC-30 und einem HO-1-Expressionsplasmid im Verhältnis 4:1 in Lösung 15 in die Gefäßwand injiziert. Der Sitz des aufgeblasenen Katheters wird angiographisch kontrolliert. Im Anschluß an die Entfernung des Katheters wird das transfizierte Gefäßsegment entnommen und an entsprechender Stelle in die A. iliaca eines allogenen Empfängerkaninchens eingesetzt. Nach 2-4 Monaten wird mittels Histochemie untersucht, ob sich im Vergleich zu kontrollbehandelten Tieren die Entstehung von arteriosklerotischen Veränderungen in den implantierten Gefäßen (intimale Hypeφlasie, Leukozyteninfiltration) reduzieren läßt.Rabbits weighing 3 to 3.5 kg are used for the experiment to prevent graft arteriosclerosis. The animals are anesthetized for the surgical procedure, which is carried out under sterile conditions. The Gene transfer into the donor vessel is carried out by means of an Infiltrator ® catheter, which is introduced into the iliac artery via a guide wire via the exposed right carotid artery through a sheath. The HO-1 expression plasmid is injected into the vascular wall of the iliac artery using an Infiltrator ® catheter at low balloon pressure (approx. 0.6 atm.). 100-150 μl of transfection solution consisting of DAC-30 and an HO-1 expression plasmid in a ratio of 4: 1 in solution 15 are injected into the vessel wall within about 30 seconds. The seat of the inflated catheter is checked angiographically. Following the removal of the catheter, the transfected segment of the vessel is removed and inserted at the appropriate location in the iliac artery of an allogeneic recipient rabbit. After 2-4 months, histochemistry is used to investigate whether, compared to control-treated animals, the development of arteriosclerotic changes in the implanted vessels (intimal hypothyroidism, leukocyte infiltration) can be reduced.
19. Induktion des Wachstums von Kollateralgefäßen in vivo durch Gentherapie mit MCP- 119. Induction of collateral vessel growth in vivo by gene therapy with MCP-1
Für das Experiment zur Induktion des Wachstums von Kollateralgefäßen werden 3-3,5 kg schwere Kaninchen (New Zealand White rabbits) verwendet. Für den chirurgischen Eingriff, der unter sterilen Bedingungen durchgeführt wird, werden die Tiere narkotisiert. Die freigelegte Arteria femoralis wird durch zwei Ligaturen im Abstand von 1,5-2 cm so abgebunden, daß die Äste der Arteria profunda femoris, die Arteria circumflexa femoris lateralis und die Arteria circumflexa abdominis durchgängig bleiben. Für den Gentransfer wird ein Infiltrator- Katheter verwendet, der über die freigelegte rechte Arteria carotis durch eine Schleuse mittels eines Führungsdrahts in die Femoralarterie eingeführt wird. Die Injektion des MCP- 1 -Plasmids in den proximal der Ligatur gelegenen Gefäßabschnitt erfolgt mittels Infιltrator®-Katheter bei niedrigem Ballondruck (ca. 0,6 atm.). Dabei werden innerhalb von ca. 30 Sekunden 100-150 μl Transfektionslösung, bestehend aus DAC-30 und einem MCP-1- Expressionsplasmid im Verhältnis 4:1 in Lösung 15 in die Gefäßwand injiziert. Der Sitz des aufgeblasenen Katheters wird angiographisch kontrolliert. Im Anschluß an die Entfernung des Katheters werden alle Operationswunden verschlossen. Nach 7 Tagen wird mittels Angiographie untersucht, ob sich im Vergleich zu kontrollbehandelten Tieren vermehrt Kollateralen gebildet haben. Mit histologischen Methoden wird die Proliferation von Endothelzellen und glatten Muskelzellen im Gefäßsystem der behandelten Gewebe im Vergleich zu kontrollbehandelten Tieren untersucht.Rabbits weighing 3-3.5 kg (New Zealand White rabbits) are used for the experiment to induce the growth of collateral vessels. The animals are anesthetized for the surgical procedure, which is carried out under sterile conditions. The exposed femoral artery is tied off by two ligatures at a distance of 1.5-2 cm so that the branches of the profunda femoris artery, the arteria circumflexa femoris lateralis and the arteria circumflexa abdominis remain continuous. An infiltrator catheter is used for the gene transfer, which is inserted into the femoral artery via a guide wire via the exposed right carotid artery through a sheath. The MCP-1 plasmid is injected into the vessel section proximal to the ligature using an Infιltrator ® catheter at low balloon pressure (approx. 0.6 atm.). 100-150 μl Transfection solution consisting of DAC-30 and an MCP-1 expression plasmid in a ratio of 4: 1 in solution 15 injected into the vessel wall. The seat of the inflated catheter is checked angiographically. Following the removal of the catheter, all surgical wounds are closed. After 7 days, angiography is used to determine whether more collaterals have formed compared to control-treated animals. Histological methods are used to investigate the proliferation of endothelial cells and smooth muscle cells in the vascular system of the treated tissues compared to control treated animals.
20. Induktion des Wachstums von Kollateralgefäßen in vivo durch Gentherapie mit MCP-1/GM-CSF20. Induction of collateral vessel growth in vivo by gene therapy with MCP-1 / GM-CSF
Für das Experiment zur Induktion des Wachstums von Kollateralgefäßen werden 3-3,5 kg schwere Kaninchen (New Zealand White rabbits) verwendet. Für den chirurgischen Eingriff, der unter sterilen Bedingungen durchgeführt wird, werden die Tiere narkotisiert. Die freigelegte Arteria femoralis wird durch zwei Ligaturen im Abstand von 1,5-2 cm so abgebunden, daß die Äste der Arteria profünda femoris, die Arteria circumflexa femoris lateralis und die Arteria circumflexa abdominis durchgängig bleiben. Ca. 7-21 Tage nach dem Gefäßverschluß wird ein Gentransfer durchgeführt mit Plasmid-DNA, die zur Expression von MCP-1 bzw. GM-CSF in der Gefäßwand führt. Für den Gentransfer wird ein Infiltrator - Katheter verwendet, der über die freigelegte rechte Arteria carotis durch eine Schleuse mittels eines Führungsdrahts in die Femoralarterie eingeführt wird. Die Injektion von Plasmid-DNA in den proximal der Ligatur gelegenen Gefäßabschnitt mittels Infiltrator®-Katheter erfolgt bei niedrigem Ballondruck (ca. 0,6 atm.). Dabei werden innerhalb von ca. 30 Sekunden 100-150 μl Transfektionslösung, bestehend aus DAC-30 und Plasmid-DNA im Verhältnis 4:1 in Lösung 15 in die Gefäßwand injiziert. Der Sitz des aufgeblasenen Katheters wird angiographisch kontrolliert. Im Anschluß an die Entfernung des Katheters werden alle Operationswunden verschlossen. Nach weiteren 7 Tagen wird mittels Angiographie untersucht, ob sich im Vergleich zu kontrollbehandelten Tieren vermehrt Kollateralen gebildet haben. Mit histologischen Methoden wird die Proliferation von Endothelzellen und glatten Muskelzellen im Gefäßsystem der behandelten Gewebe im Vergleich zu kontrollbehandelten Tieren untersucht. Rabbits weighing 3-3.5 kg (New Zealand White rabbits) are used for the experiment to induce the growth of collateral vessels. The animals are anesthetized for the surgical procedure, which is carried out under sterile conditions. The exposed femoral artery is tied off by two ligatures at a distance of 1.5-2 cm so that the branches of the profunda femoris artery, the arteria circumflexa femoris lateralis and the arteria circumflexa abdominis remain continuous. Approximately 7-21 days after vascular occlusion, a gene transfer is carried out with plasmid DNA, which leads to the expression of MCP-1 or GM-CSF in the vascular wall. An infiltrator catheter is used for the gene transfer, which is inserted into the femoral artery via a guide wire via the exposed right carotid artery through a sheath. The plasmid DNA is injected into the vessel section proximal to the ligature using an Infiltrator ® catheter at low balloon pressure (approx. 0.6 atm.). 100-150 μl of transfection solution consisting of DAC-30 and plasmid DNA in a ratio of 4: 1 in solution 15 are injected into the vessel wall within about 30 seconds. The seat of the inflated catheter is checked angiographically. Following the removal of the catheter, all surgical wounds are closed. After another 7 days, means Angiography examines whether more collaterals have formed compared to control treated animals. Histological methods are used to investigate the proliferation of endothelial cells and smooth muscle cells in the vascular system of the treated tissues compared to control treated animals.

Claims

Patentansprüche claims
1. Pharmazeutische Zusammensetzung in Form eines Nukleinsäure-Lipid- Komplexes, enthaltend1. Pharmaceutical composition in the form of a nucleic acid-lipid complex containing
(a) mindestens ein kationisches Lipid (KL);(a) at least one cationic lipid (KL);
(b) mindestens ein nicht-kationisches Lipid (NKL);(b) at least one non-cationic lipid (NKL);
(c) mindestens eine Nukleinsaure (N) kodierend für ein Protein zur Be- handlung von Gefäßkrankheiten, insbesondere ein Protein mit gefäßerweiternden und/oder gefäßbildenden Eigenschaften; und(c) at least one nucleic acid (N) coding for a protein for the treatment of vascular diseases, in particular a protein with vasodilating and / or vascular forming properties; and
(d) gegebenenfalls weitere Hilfs- und/oder Zusatzstoffe;(d) optionally further auxiliaries and / or additives;
wobei das kationische Lipid (KL) eine von Cholesterin abgeleitete Gruppe enthält, an der über eine Verbindungsgruppe, ausgewählt aus Carboxamiden und Carbamoylen, und einen Spacer bestehend aus einer linearen oder verzweigten Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen mindestens eine kationische Aminogruppe, ausgewählt aus primärer, sekundärer, tertiärer Aminogruppe und/oder einem quartären Ammoniumsalz, gebunden ist, und wobei die Größe der Nukleinsäure-Lipid-Komplexe in einem Bereich von ca. 300-800 nm liegt.wherein the cationic lipid (KL) contains a group derived from cholesterol, at least one cationic amino group selected from primary, via a connecting group selected from carboxamides and carbamoylene and a spacer consisting of a linear or branched alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, secondary, tertiary amino group and / or a quaternary ammonium salt, and wherein the size of the nucleic acid-lipid complexes is in a range of about 300-800 nm.
2. Pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Größe der Nukleinsäure-Lipid-Komplexe in einem Bereich von ca. 350-550 nm liegt. 2. Pharmaceutical composition according to claim 1, wherein the size of the nucleic acid-lipid complexes is in a range of about 350-550 nm.
3. Pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nukleinsaure (N) für eine der Isoformen der Stickoxidsynthase (NOS), der Hämoxygenase (HO), des Monocyte Chemoattractant Protein (MCP), oder eine Variante eines dieser Proteine kodiert.3. Pharmaceutical composition according to claim 1 or 2, wherein the nucleic acid (N) codes for one of the isoforms of nitrogen oxide synthase (NOS), hemoxygenase (HO), monocyte chemoattractant protein (MCP), or a variant of one of these proteins.
4. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei die Nukleinsaure für die induzierbare Stickoxidsynthase (iNOS), die Hämoxygenase- 1 (HO-1), das Monocyte Chemoattractant Protein- 1 (MCP-1), oder eine Variante davon, vorzugsweise für die jeweilige huma- ne Form, kodiert.4. Pharmaceutical composition according to one of claims 1-3, wherein the nucleic acid for the inducible nitrogen oxide synthase (iNOS), the hemoxygenase-1 (HO-1), the monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1), or a variant thereof, preferably encoded for the respective human form.
5. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei das kationische Lipid (KL) 3ß-[N-(N,N'-Dimethylaminoethan)- carbamoyljcholesterin (DAC-Chol) oder 3ß-[N-(N',N'-Dimethylamino- ethan)-carbamoyl]cholesterin (DC-Chol) ist.5. Pharmaceutical composition according to one of claims 1-4, wherein the cationic lipid (KL) 3ß- [N- (N, N'-dimethylaminoethane) - carbamoyljcholesterol (DAC-Chol) or 3ß- [N- (N ', N '-Dimethylamino-ethane) -carbamoyl] cholesterol (DC-Chol).
6. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 - 5, wobei das nicht-kationisches Lipid (NKL) ein Lipid ausgewählt aus mindestens einem Phosphatidylcholin, mindestens einem Phosphatidylethanola- min und/oder Cholesterin ist.6. Pharmaceutical composition according to one of claims 1-5, wherein the non-cationic lipid (NKL) is a lipid selected from at least one phosphatidylcholine, at least one phosphatidylethanolamine and / or cholesterol.
7. Pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 6, wobei das Phosphatidylethanolamin ein Diacylphosphatidylethanolamin mit einer Kettenlänge von 10-28 Kohlenstoffatomen ist, vorzugsweise Dimyristoyl- phosphatidylethanolamin (DMPE), Dipalmitoylphosphatidylethanolamin7. Pharmaceutical composition according to claim 6, wherein the phosphatidylethanolamine is a diacylphosphatidylethanolamine with a chain length of 10-28 carbon atoms, preferably dimyristoylphosphatidylethanolamine (DMPE), dipalmitoylphosphatidylethanolamine
(DPPE) und/oder Dioleylphosphatidylethanolamin (DOPE).(DPPE) and / or dioleylphosphatidylethanolamine (DOPE).
8. Pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das kationische Lipid (KL) DAC-Chol ist und das nicht-kationische Lipid (NKL) DOPE ist, vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis von DAC-Chol zu8. The pharmaceutical composition according to claim 7, wherein the cationic lipid (KL) is DAC-Chol and the non-cationic lipid (NKL) is DOPE, preferably in a weight ratio of DAC-Chol to
DOPE von ca. 10:90 bis ca. 90:10, besonders bevorzugt von ca. 30:70. DOPE from approx. 10:90 to approx. 90:10, particularly preferably from approx. 30:70.
9. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei die Zusammensetzung unter Einsatz von Gesamtlipid aus (KL) und (NKL) zu Nukleinsaure (N) im Verhältnis von ca. 1 :1 bis ca. 10:1, vorzugsweise ca. 4: 1 oder ca. 5: 1, jeweils bezogen auf das Gewicht, erhalten worden ist.9. Pharmaceutical composition according to one of claims 1-8, wherein the composition using total lipid from (KL) and (NKL) to nucleic acid (N) in a ratio of about 1: 1 to about 10: 1, preferably about 4: 1 or approx. 5: 1, in each case based on the weight.
10. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 - 9, wobei die Zusammensetzung als Lösung oder als Lyophilisat vorliegt.10. Pharmaceutical composition according to one of claims 1-9, wherein the composition is present as a solution or as a lyophilisate.
1 1. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 - 10, wobei der genannte Hilfsstoff ein stabilisierendes Mittel ist, insbesondere mindestens ein Zucker, mindestens ein mehrwertiger Alkohol und/oder mindestens ein anorganisches Salz.1 1. Pharmaceutical composition according to any one of claims 1-10, wherein said excipient is a stabilizing agent, in particular at least one sugar, at least one polyhydric alcohol and / or at least one inorganic salt.
12. Pharmazeutische Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 - 11, wobei der genannte Zusatzstoff mindestens ein spezifisch die Zielzellen erkennendes Molekül und/oder mindestens ein den Gentransfer in die Zellen erleichterndes Molekül ist.12. A pharmaceutical composition according to any one of claims 1-11, wherein said additive is at least one molecule specifically recognizing the target cells and / or at least one molecule facilitating gene transfer into the cells.
13. Verfahren zur Herstellung der pharmazeutischen Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 - 12, gekennzeichnet durch folgende Schritte: (i) Bereitstellen eines Gemischs aus einem kationischen Lipid (KL) gemäß einem der Ansprüche 1 - 12 und einem nicht-kationischen Lipid (NKL) gemäß einem der Ansprüche 1 - 12, und Bereitstellen einer Nukleinsaure (N) gemäß einem der Ansprüche 1 - 12; (ii) Vermischen des Gemischs aus (KL) und (NKL) mit der Nukleinsaure (N); (iii) gegebenenfalls Lyophilisieren; und (iv) gegebenenfalls Rekonstituieren. 13. A method for producing the pharmaceutical composition according to any one of claims 1-12, characterized by the following steps: (i) providing a mixture of a cationic lipid (KL) according to one of claims 1-12 and a non-cationic lipid (NKL) according to any one of claims 1-12, and providing a nucleic acid (N) according to any one of claims 1-12; (ii) mixing the mixture of (KL) and (NKL) with the nucleic acid (N); (iii) optionally lyophilizing; and (iv) optionally reconstitute.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei in Schritt (ii) das Gesamtlipid aus (KL) und (NKL) und die Nukleinsaure (N) im Verhältnis von ca. 1:1 bis ca. 10:1, vorzugsweise ca. 4:1 oder ca. 5:1, jeweils bezogen auf das Gewicht, vermischt werden.14. The method according to claim 13, wherein in step (ii) the total lipid from (KL) and (NKL) and the nucleic acid (N) in a ratio of about 1: 1 to about 10: 1, preferably about 4: 1 or approx. 5: 1, each based on the weight.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei in Schritt (i) die Bereitstellung des Gemischs aus (KL) und (NKL) und/oder die Bereitstellung der Nukleinsaure (N) unter Verwendung eines stabilisierenden Mittels, insbesondere mindestens eines Zuckers, mindestens eines mehrwertigen Alko- hols und/oder mindestens eines anorganischen Salzes, erfolgt.15. The method according to claim 13 or 14, wherein in step (i) the provision of the mixture of (KL) and (NKL) and / or the provision of the nucleic acid (N) using a stabilizing agent, in particular at least one sugar, at least one polyhydric alcohol and / or at least one inorganic salt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das stabilisierende Mittel in Form einer isoosmotischen wäßrigen Lösung verwendet wird.16. The method of claim 15, wherein the stabilizing agent is used in the form of an isoosmotic aqueous solution.
17. Pharmazeutische Zusammensetzung erhältlich nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 13 - 16.17. Pharmaceutical composition obtainable by the method according to any one of claims 13-16.
18. Verwendung der pharmazeutischen Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 - 12 oder 17 bei der Herstellung eines Arzneimittels zur Verwendung in der Gentherapie einschließlich einer Kombinationstherapie mit pharmakologischen Wirkstoffen.18. Use of the pharmaceutical composition according to any one of claims 1-12 or 17 in the manufacture of a medicament for use in gene therapy including a combination therapy with pharmacological agents.
19. Verwendung nach Anspruch 18 zur Behandlung von Gefäßerkrankungen, genetisch bedingten Erkrankungen und oder durch Gentransfer therapier- baren Erkrankungen einschließlich deren Prävention.19. Use according to claim 18 for the treatment of vascular diseases, genetically caused diseases and or diseases which can be treated by gene transfer, including their prevention.
20. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19 zur Behandlung und Prävention von peripheren und/oder koronaren Gefäßerkrankungen.20. Use according to claim 18 or 19 for the treatment and prevention of peripheral and / or coronary vascular diseases.
21. Verwendung nach Anspruch 20, wobei die Gefäßerkrankung die Stenose von Gefäßen einschließlich Gefäß -Transplantaten, die Restenose nach ei- ner perkutanen transluminalen Angioplastie (PTA) von koronaren und/oder peripheren Gefäßen, eine Erkrankung infolge einer Mangeldurchblutung von Geweben, die koronare Herzkrankheit, der Myokardin- farkt, die Gefäßarteriosklerose und oder eine Erkrankung, die zur Absto- ßung von Gefäß- und/oder Organtransplantaten führt, ist.21. Use according to claim 20, wherein the vascular disease is the stenosis of vessels, including vascular grafts, the restenosis after a ner percutaneous transluminal angioplasty (PTA) of coronary and / or peripheral vessels, a disease due to insufficient blood flow to tissues, coronary artery disease, the myocardial infarction, vascular arteriosclerosis and or a disease which is used to reject vascular and / or Organ transplants is.
22. Verwendung nach einem der Ansprüche 18 - 21 für die lokale somatische Gentherapie.22. Use according to any one of claims 18-21 for local somatic gene therapy.
23. Verwendung nach Anspruch 22, wobei die Gentherapie unter Verwendung eines Katheters, insbesondere eines Infiltrator-Katheters, erfolgt.23. Use according to claim 22, wherein the gene therapy is carried out using a catheter, in particular an infiltrator catheter.
24. Verwendung nach Anspruch 22 oder 23, wobei die pharmazeutische Zusammensetzung mit einer Gesamtdosis in einem Bereich von ca. 0,1 - 20 μg, vorzugsweise ca. 0,5 - 10 μg, besonders bevorzugt ca. 1 - 5 μg, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge an Nukleinsaure pro Applikation, verabreicht wird.24. Use according to claim 22 or 23, wherein the pharmaceutical composition with a total dose in a range of about 0.1 - 20 ug, preferably about 0.5 - 10 ug, particularly preferably about 1 - 5 ug, each based on the total amount of nucleic acid per application.
25. Verwendung einer isoosmotischen Zusammensetzung umfassend minde- stens ein Mono- und/oder Disaccharid und/oder mindestens einen mehrwertigen Alkohol und/oder mindestens ein anorganisches Salz zur Stabilisierung von Nukleinsäure-Lipid-Komplexen in Lösung.25. Use of an isoosmotic composition comprising at least one mono- and / or disaccharide and / or at least one polyhydric alcohol and / or at least one inorganic salt for stabilizing nucleic acid-lipid complexes in solution.
26. Verwendung einer isoosmotischen Zusammensetzung umfassend minde- stens ein Mono- und/oder Disaccharid und/oder mindestens einen mehrwertigen Alkohol und oder mindestens ein anorganisches Salz zur Stabilisierung von Nukleinsäure-Lipid-Komplexen bei Lyophilisierung und/ oder Rekonstituierung.26. Use of an isoosmotic composition comprising at least one mono- and / or disaccharide and / or at least one polyhydric alcohol and or at least one inorganic salt for stabilizing nucleic acid-lipid complexes during lyophilization and / or reconstitution.
27. Verwendung nach Anspruch 25 oder 26, wobei das Disaccharid Saccharose und das anorganische Salz Natriumchlorid ist. 27. Use according to claim 25 or 26, wherein the disaccharide is sucrose and the inorganic salt is sodium chloride.
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