JPH07503372A - 生体外遺伝子導入 - Google Patents
生体外遺伝子導入Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
生体外遺伝子導入
発明の分野
本発明は、を椎動物細胞の内部へ生体外(ex vivo)でポリヌクレオチド
を運搬するための方法に関する。本発明は特にを椎動物に戻す可能性がある細胞
へ遺伝物質を導入するための迅速で便利な方法に関連する。このような遺伝物質
を細胞内に導入して、機能性細胞欠陥を修正し、免疫反応を高め、あるいは外来
タンパク質を発現させ得る。
発明の背景
遺伝子導入という用語は、広く単一または複数の細胞内に遺伝子配列を導入する
ための方法を指す。現在、外因性遺伝物質を細胞に導入するために様々な方法か
使用されている。その方法の中には、カルシウム沈降、ウィルス性ベクタ媒介に
よるデリバリ−(配達)、電気穿孔法およびリポソーム媒介によるデリバリ−(
配達)などが含まれる。
所与の遺伝子と、その遺伝子から生じる遺伝物質か所定数の細胞に与える影響を
研究するため、インビトロでの遺伝子導入が利用される。遺伝子導入の分野にお
いては、初期の研究は遺伝子置換と遺伝子増幅の領域に関するものであった。遺
伝子増幅には、変異した遺伝子の正しい複製物を欠陥のある細胞内に導入したり
、外来配列の複製物を導入してその細胞内で遺伝子を発現させるための方法など
が含まれる。遺伝子置換では、部位特異的組換えによって欠陥のある遺伝子配列
を修正することによって目標とする相同組換えを行ない、知られた遺伝子の配列
を得る。一般に、これらの方法はいずれも外因性ポリヌクレオチド配列の安定し
た発現が必要であると考えられている。
トランスフェクションに引続き、このトランスフェクションを行なった遺伝子か
らコードされたポリペプチドを安定して発現している細胞をさらなる分析のため
選択する。
骨格筋と造血細胞に関する遺伝子治療について選択された安定なトランスフェク
トントの例がサルミネン他(Salminen et al)およびディック他
(Dick et al)による出版物(Hum、 Gene Ther、 2
:15−26.1991年およびBlood 78:624−634.1991
年)に示されており、これらについてここで引用により援用する。安定した発現
にはDNAの宿主染色体への安定した組込みかまたは相同組換えが必要だと考え
られるが、ただしエビソーム状構造で形成されたポリヌクレオチドでもポリペプ
チドの安定した発現を引き出すことができるかもしれないことを示す幾らかの証
拠もある。
遺伝物質を宿主細胞内に導入する方法には当業者に知られた様々な方法がある。
ウィルス粒子内にウィルスベクターをカプセル化する方法は、極めて効果的な遺
伝子運搬法の1っである。ウィルスベクターの多くは複製および遺伝子発現を行
なうのに遺伝子組込みを必要とする。しかしなから、ウィルスベクターは確かに
効率よく宿主ゲノム内に組込まれるのて、やがては発癌を促進する存置な組換え
の発生の可能性を高めるかもしれない。ポリヌクレオチドを運搬する他の方法と
しては、リポソーム媒介によるトランスフェクションや裸のポリヌクレオチドを
組織内に導入するなどの方法か含まれる。遺伝子運搬方法に関係なく、宿主ゲノ
ムにポリヌクレオチドを組込むことは存寄になる可能性がある。したかって、宿
主ゲノムへの組込みを含む安定なトランスフェクションは、存寄な組換えの発生
の可能性を増大させるものである。
遺伝子治療の大きな課題は、標的組織へ遺伝子配列を効果的に配達することであ
る。遺伝子治療をインビボで行なった場合のを幼性は、遺伝子の標的細胞へのア
クセス能力により限られる。細胞表面結合タンパク質をウィルスパッケージ内に
組込むことによって、ウィルスベクターを特定の細胞タイプに方向つけることか
できる。同様に、両栄養性ウィルスベクターやリポソームを使用して遺伝子配列
を様々な細胞タイプへ運搬することかできる。ベクターは経口または非経口の経
路で体内に導入され得るか、血管内皮および粘膜かベクター播種の障壁となる。
組織部位へ直接治療用遺伝子を導入する方か経口や非経口の投与経路での播種に
依存する方法よりも患者にとっては存益かもしれない。
ウィルスベクターは、遺伝子を発現させるためには細胞の複製を必要とするので
、リポソーム媒介による運搬か幾つかの細胞タイプにはより適している。目的の
組織内にベクターを注射することかできるか、経験から得られた結果では、発現
されるタンパク質は、注射針の道筋に沿って直ちに細胞内に集中することかわか
っている。針の道筋から離れているが依然としてこれに近い細胞か示した遺伝子
の発現のレベルはかなり低いレベルまで減少した。注射針の道筋にすぐ隣接する
細胞よりも広い半径で遺伝子の発現を発生させることができれば、遺伝子治療は
より有効となるてあろう。
遺伝子増幅または遺伝子置換のためのインビボ遺伝子配達を行なうもう1つの方
法には、患者から細胞を取出しこれら細胞を培地で随意に増殖させ、細胞をトラ
ンスフェクトして、安定したトランスフェクシントを同定するという方法かある
。安定なトランスフェクシントの同定に引続き、これら細胞を随意に増殖させて
宿主に返す。このやり方は造血細胞超厚の細胞をトランスフェクトする目的での
使用か最も有効であった。
繊維芽細胞、筋芽細胞および肝細胞を含む他の細胞タイプを、培養において安定
にトランスフェクトした。自己由来の宿主細胞の代わりに、ある応用ては安定な
細胞系か経験的に使用された。これらの方法では、細胞か培地内に維持されるこ
とか必要である。トランスフェクションを行なうMifにインビトロで増殖させ
かつトランスフェクションに引続いて安定に1−ランスフエフl−した細胞を選
択するという方法についての大きな欠点の1つは、細胞か培地内で過ごす時間の
長さにある。患者から細胞を採取し、細胞に処理を行ない、安定なトランスフェ
クシントを選び、それらを宿主に返すまでに必要な時間は数週間から数カ月にま
でわたる可能性かある。インビボ細胞性環境かなければ、タンパク質の発現は変
化してしまう。培地でさらに時間を置くと、選択条件下で細胞のある小集団か生
存し、池に比へてよく複製する。安定したトランスフェクシントを選ぶために条
件を選へば、それはまた培地で細胞か生き残ることかできる条件を選ぶことにな
る。インビトロでの細胞生存はインビボでの改善された細胞生存に置換えられる
わけてはない。このように培養を行なう細胞や培地て繁殖する細胞もインビボで
は生存することかできないかもしれない。
細胞か培地内にいる時間を最少限にする方法かあれば、インビトロで細胞の変化
か発生する可能性を減らすことになる。
今日の遺伝子治療のやり方は、労働集約的てかつ高いレベルの技術的専門性を必
要とするものである。したがって、遺伝子治療は、高度に洗練された技術的支援
を受けられる大規模な医療研究センターに限定されている。このようなセンター
にアクセスを持たない個人は技術を集約した遺伝子治療の恩恵を受ける可能性は
低い。最少のターン・アラウンド゛・タイムで関心のある遺伝子を宿主細胞に導
入する方法で、医師のオフィスや、診療所や、地域の病院で迅速かつルーチンと
して行なうことかできるような方法かあれば、遺伝子治療から恩恵を受ける人の
数は増大するであろう。
本明細書で開示する方法によれば、ある特定の組織からの細胞を処理し、必要な
遺伝子で処置を行なってから適時患者に戻してやることかできる。細胞の複製や
選択が不要である。こうして、遺伝子治療にかかる専門技術、時間およびコスト
か低減される。
図面の簡単な説明
図1は、マイクロタイタートランスフェクションで得られた結果を立体的な棒グ
ラフで表わしたものである。
図2a−図2dは、細胞の密度とトランスフェクション効率を比較する三次元的
な棒グラフである。
図3は、生体外(ex vivo)てHIVgp120で免疫処置した細胞に対
するIgG抗体力価を示すグラフ本発明は、生体外(ex vivo)でを椎動
物の細胞内部にポリペプチドを配達する方法を提供し、同方法は、を椎動物から
生きた細胞を採取し、この生きた細胞を、ポリペプチドについて作動的にコード
する有効量のポリヌクレオチドと、このポリヌクレオチドを細胞内に配達する効
力かある脂質とを含む調製物に接触させるステップと、この接触させるステップ
の後48時間以内にこの細胞をを椎動物に戻し、生きた細胞かインビボでポリヌ
クレオチドを発現するようにするステップとを含む。先行技術の生体外での方法
とは違い、本発明では、トランスフェクション後の選択や増殖の工程は不要であ
る。したがって、全工程を、数週間ではなく数時間のうちに終わらせることがで
きる。
本発明のもう1つの局面は、トランスフェクトされた細胞をを椎動物内でのポリ
ペプチド発現用に調製するための方法であって、同方法は、を推動物から生きた
細胞を採取するステップと、それら細胞を、ポリペプチドを作動的にコートする
有効量のポリヌクレオチドとトランスフェクションを容易にする脂質とを含む調
製物に接触させ(この調製物は細胞に接触することによって48時間内に十分な
量のポリヌクレオチドを細胞内に配達する能力がある)、これら生きた細胞の少
なくとも幾つかをトランスフェクトするステップと、トランスフェクトされた細
胞を分離または増殖する選択ステップを行なうことなく、を椎動物内に導入する
ためトランスフェクトされた細胞を薬理学的に許容可能な担体中に懸濁するステ
ップとを含む。好ましくは、採取するステップには周囲の細胞外マトリックスか
ら細胞を実質的に分離するステップもさらに含まれる。さらに、細胞を保管する
必要かあれば(直ちに使用するのではなく)、この方法には、接触ステップの後
48時間以内に細胞を凍結するステップを含んでもよい。ある具体例では、ペプ
チドを使用して機能性遺伝子欠陥が引き起こしたを推動物の疾患を治療する。多
くの場合、ポリヌクレオチドを使用して生きた細胞内でポリペプチドを発現させ
る。細胞によるポリヌクレオチドの発現は一時的であったり、かなりの期間持続
するかもしれない。好ましい具体例では、ポリペプチドはを椎動物内の免疫原性
ポリペプチドである。
この場合、を推動物(ヒトなどの哺乳類や、鳥または他のを推動物)は、トラン
スフェクトされた細胞が再導入された後、免疫原に対して免疫反応を発生させる
。この方法を使用して動物に免疫処置をすることも可能である。好ましい実施例
では、この方法でリンホカインを作動的にコードする。使用する細胞には(たと
えば)白血球細胞、筋芽細胞および骨髄細胞などが含まれ得る。
本発明は、上に説明した方法のうちいずれかに従い調製された薬剤を含む。また
本発明にはポリペプチドをインビボでを推動物に配達する方法も含まれ、この方
法は、このような薬剤をを推動物に注射または移植するステップを含む。この方
法で使用される細胞には好ましくは癌細胞、白血球細胞、幹細胞を含む骨髄細胞
および筋芽細胞が含まれる。この方法を癌細胞に適用する場合には、ポリヌクレ
オチドが好ましくは作動的にリンホカインをコードする。
発明の詳細な説明
本願に開示する方法は、患者から組織または細胞のサンプルを採取し、このサン
プルの細胞を必要な遺伝子に生体外で接触させて、サンプルを患者から取り除い
てから好ましくは40時間を超えないうちに患者にこの細胞を戻すというもので
ある。この方法によってポリペプチドを作動的にコードするポリヌクレオチドを
を推動物の細胞の内部に配達する。[ポリペプチドJおよび「タンパク質」とい
う用語はこの特許出願において交換可能に使用される。[外因性ポリペプチドJ
という用語は、細胞内で自然に生じるタンパク質を、本発明の方法を使用して細
胞内に導入されるタンパク質と区別するために使用する用aハである。「採取す
る」という用語はを推動物の患者から生きた細胞のサンプルを得るための当業者
に公知のいずれかの方法を示すために使用される。生きた細胞のサンプルを採取
する方法には、これに限られるわけでないか、静脈穿刺や、細胞かき取り、およ
びパンチ生検、針生検および外科的切除を含む生検技術などが考えられる。「接
触させる」という用語にはポリヌクレオチドを細胞内に導入する方法が含まれる
。
これらの方法には、電気穿孔法、リポソーム媒介トランスフェクション、リン酸
カルシウム沈降およびDEAEデキストランなどを含むトランスフェクト方法か
ある。「戻す」という用語には、細胞を体内に戻すための当業者に公知の方法が
含まれる。これらの方法には、これに限るわけてはないか、静脈導入、外科的移
植および注射などが含まれる。
本発明のもう1つの具体例において開示される方法では、を推動物の患者から生
きた細胞を採取し、この細胞を周囲の細胞外組織から実質的に取り除き、この生
きた細胞を有効量のポリヌクレオチドを含む調製物に接触させ、かつその細胞を
患者に戻す。
本発明の方法では、細胞は分離され、関心のある遺伝子に対し暴露されかつ直ち
に宿主に戻され、インビトロでの細胞の変化の可能性を低減するため培地内にあ
る時間は最少限にされる。細胞のうち幾つかは一時的に必要な遺伝子を発現させ
、また安定的に発現させるものもあるが、ターン・アラウンド・タイムか最少な
ので、細胞が生体内で生存する確率はより高くなる。発現が安定的であれ一時的
であれ、結果はを益である。必要であれば、治療を繰返して必要なレベルの外因
性遺伝子発現を維持することもできる。
生体外での一時的な遺伝子の発現は、選択的な条件下で時間か経過すれば消失す
る一時的な遺伝子の発現として一般に規定される。インビボでの一時的発現をよ
り広く定義し、1週間または1力月といった1年を超えない期間に発生する遺伝
子の発現ということもできる。遺伝子治療の用途、ベクターの構成(染色体融合
が起こったか否かにかかわらず)、細胞のタイプおよびトランスフェクションに
続き細胞か移植される位置は、すへて特定の遺伝子が発現される時間の長さに影
響を与える。本明細書の教示により当業者は様々な組織からの様々な細胞を生体
外で処置して迅速に宿主に戻して遺伝子を発現させ、安定なトランスフェクシン
トを得るために選択を行なう必要がないような遺伝子配列の導入を行うことかで
きる。
本発明には多くの応用が可能であるが、以下にそのうちの幾つかを詳細に説明す
ることにする。このF療法は、他の遺伝子治療のやり方では簡単にアクセスでき
ないような様々な組織において外因性ポリヌクレオチドを発現させるために使用
することができる。たとえば、肝細胞にLDL受容体を導入し、生体内の血清コ
レステロールを低減することかでき、かつ筋肉細胞を採取し、デュシエーヌ(D
uchennes)筋ジストロフィーに関わる欠陥遺伝物質を有する細胞を処置
することかできる。造血系からの前駆細胞を分化する前の段階で処置して、β−
サラセミア等の遺伝的障害を修正することができる。この方法は機能的遺伝子欠
陥による疾患の治療に特に有効である。これらの応用については、外因性ポリペ
プチドをコードするポリヌクレオチドが、その特定の遺伝疾患におけるポリペプ
チドの欠陥または機能不良部分をコートする。
遺伝物質の一時的な発現を有利に利用して免疫反応を促進することかできる。こ
のようにしてウィルス性疾患を、インターフェロンの発現によって治療すること
かでき、またサイトカインを使用して免疫系を刺激し、外因性の抗原や癌などに
対して反応させることかできる。同様に、外因性タンパク質を標的細胞から一時
的に発現させて免疫反応を発生させることかできる。
生検と組織の処理
生検または細胞のサンプルは好ましくは遺伝子治療を必要とする患者から入手す
る。ただし、処置される細胞は細胞系または細胞ドナー等の二次的な供給源由来
のものでも、本発明の範囲内に含まれると考えられる。細胞のサンプルは好まし
くは遺伝子の発現か最も有利であると考えられる細胞から入手する。細胞のサン
プルは、皮膚、肝臓、膵臓、膵臓、筋肉、骨髄、神経細胞、血液細胞および癌細
胞等の様々な組織由来のものでよい。
組織のタイプとその組織の位置によってどのサンプリング法か最も良いかがわか
る。当業者であれば、特定の組織のタイプに対して利用可能な様々な生検および
サンプリング方法を容易に理解することであろう。形成された組織の生検は針、
カテーテル、パンチ生検または外科的切除によって採取され得る。たとえば、皮
膚の生検は、皮膚パンチによって得ることができるし、肝臓の生検の場合には針
生検によって得ることができる。
生検の大きさおよび量については、組織の処理に伴う細胞の回収率のレベルによ
って決定される。トランスフェクションの方法は、50−100といった少数の
細胞のトランスフェクションについて最適化され得ると予想される。
生検の大きさは細胞の回収率を考えて調節する必要がある。
0.5cm2の皮膚生検によって最少で2500から5000の細胞か生じるは
ずである。所与の生検からの細胞の回収率か低い場合には生検の大きさをより大
きくするかまたは所与の細胞に対する細胞の解離方法を変える必要があるかもし
れない。
血液中に存在する細胞のタイプについては、凝血防止を行なったEDTAまたは
クエン酸塩チューブへ排出した血液自体を100 Or pmで10分間遠心分
離にかけて処理てきる。軟膜は、パスツールピペット内に引き込んで、その中に
含まれる細胞を洗浄して血清、赤血球細胞および残渣を取り出す。これらの細胞
を遺伝子治療に使用することかできる。
本発明の一実施例では、これらの細胞を周囲の支持組織や細胞外71−リックス
から分離する。細胞分離方法の一例として、皮膚の生検を酵素で消化してそれら
の細胞外マトリックスから細胞を分離させる方法かある。以下に述へる方法は数
多くある組織の分離方法のうちの1つにすぎない。
この特定の方法は皮膚、腎臓および肺の組織分離に有効である。
患者から取り除いた生検は、殺菌した生理食塩水に漬けて洗浄し血液と残渣を取
り除く。組織は外科用メスまたはシングルエツジの剃刀の刃を用いて、少量のハ
ンクス・バランスド・ソルト・ソリューション(Hanks Ba1anced
5alt 5olution) (G I BCO、グランドアイランド、ニ
ューヨーク州)中で細かく切り分ける。こうすることによって組織サンプルの相
対的pHを処理の間監視することかできる。生理学的pHを維持することは細胞
の生存にとって重要である。細かく切り分ける作業はおよそ10分間かまたは細
胞か厚いペーストのようになるまで行なう。このペーストを小さなエーレンマイ
ヤフラスコまたはビー力(5ml)に移し、細胞ペーストの容量を概算する。0
.25%トリプシン/1mM EDTA (G I BCO)とI%wt/Vo
1.:)ラゲナーゼB (Boehrirger Mannheim、 Ind
ianapolis、1ndiana)を3容量、細胞ペーストに添加する。
フラスコをホイルで覆い、37℃のインキュベータ内の回転台」二に15分から
30分置く。または、滅菌した小さな磁器攪拌バーをサンプルに加えて、フラス
コを磁器攪拌プレート上に置く。pHの維持と、組織の分離をモニタする両方の
目的でサンプルを10分ごとにモニタする。インキュベーション期間の終わりに
、ウシ胎児血清またはアルブミンを添加し、サンプルを3層の滅菌チーズクロス
を通過させて、結合組織の断片を取り除く。クロスを通る液体は目に見える細胞
の塊がないかどうかチェックする。多数の塊かある場合には、これら塊をスピン
ダウン(1200rpm、5分)し、トリプシン/コラゲナーゼの方法を繰返す
。酵素の溶液を細胞懸濁液から洗い流し、細胞を洗浄してI・ランスフェクショ
ンに適当な大きさの容器に移す。
他の組織の分離方法は異なる酵素調製物を利用してもよい。組織の分離に使用さ
れる他の酵素としては、ベルセン(Versene ) 、バンクレアチンおよ
び他のコラゲナーゼが含まれる。組織からの生検についている結合組織が最少限
である場合、コラゲナーゼで処理する必要はない。これらのサンプルについては
、トリプシンで消化を行なうだけで十分である。他の組織からのサンプルについ
ては、トリプシン媒介による分離では粗すぎるかもしれない。ここでは、EDT
Aや他のキレート化剤で、細胞の生存を維持しながら十分組織を分離することが
てきるであろう。さらに他の組織サンプルについては、細かく切り分けるかまた
は吸引すれば酵素で処理を行なわなくても細胞の懸濁物が生じるかもしれない。
幾つかの応用については、組織の分離は必要とされない場合もあり得る、すなわ
ち生検サンプルがさらなる操作を伴わずにそのままトランスフェクトされる。
幾つかの遺伝子治療の応用については、均一な細胞群が好ましい。細胞はまず生
検かまたは血液サンプルから分離され、それからさらに他の細胞タイプから分離
される。細胞の混合懸濁物から特定の細胞タイプを取出す方法については様々な
方法か当業者に知られている。
細胞のタイプは、他のタイプとその密度や大きさによって区別され得る。たとえ
ば、メツシュスクリーン、フィコール(Ficoll)またはスクロース勾配遠
心分離を用いて1つの細胞の個体群を他の個体群から分離することができる。
細胞はまたそれらの粘着特性に基づき分離することもできる。たとえば、繊維芽
細胞は上皮細胞よりも素早くプラスチックに粘着して固着する。細胞の個体群は
また表面タンパク質により相互に分離することかできる。レクチンまたは抗体を
用いて細胞の1つの個体群を他の個体群からパニング(レクチンまたは抗体か結
合した表面上に細胞を通すこと)、カラムクロマトグラフィーまたは蛍光活性細
胞ソーティングを用いて他の個体群から選択的に分離することができる。好まし
い方法によれば、血液サンプルからの細胞はある装置(セレクタ(Cellec
tor)、 Applied Immune 5ciences、 Menlo
Park、 Ca1ifornia )において分離される。
この装置は複数のポリスチレンプレートを備え、このプレートには特定の細胞に
選択的に結合するモノクローナル抗体が永久的に付与されている。血液サンプル
がこのセレク表面に付着したままとなり、一方他の細胞は装置を通過する。捉え
られた細胞をそこで機械的または化学的手段によって解放することかできる。当
業者は希望する特定の用途に応じて適切な細胞分離方法を選択することができる
であろう。
洗浄され分離された細胞は培地において24時間までまたはこれを上回る時間保
管することかできる。しかしながら、細胞は好ましくは組織分離および細胞精製
に引続いて直ちにトランスフェクトを行なうことか好ましい。細胞の分離とトラ
ンスフェクションとの間に遅れかある場合には、細胞をある栄養環境に戻してや
ることも一案である。細胞はその特定の細胞タイプに適合する組成を有する組織
培養培地に保管され得る。典型的にはイーグルス(Eagles) (EMεM
)またはダルベツコ(Dulbecco)の最少必須培地(DMEM)に10%
のウシ胎児血清(FC3)またはウシ胎児血清(FBS)および抗生物質溶液(
(Fungi Beet 5olution、 Irvine 5cienti
fic、 [rvine、 Ca1ifornia) 、ペニシリン、ストレプ
トマイシンおよびフンギゾーンを含む)を加えたものを用いて細胞を生体外で維
持する。
ポリヌクレオチドの調製
本明細書中に開示する発明はDNAまたはRNAのいずれを用いることもてきる
。安定なまたはより長い遺伝子発現を望む場合にはDNAのデリバリ−が好まし
いかもしれない。一方、一時的な遺伝子の発現の用途についてはRNAまたはD
NA遺伝子デリバリ−のいずれを用いてもよい。
なお、この方法では一時的な発現と安定した発現との間で選択は行なわない。し
かし、選択を行なわなければ、細胞の多くは一時的にトランスフェクトされる可
能性がある。
一時的な発現による遺伝子の発現は数時間から数カ月にわたることが可能である
。幾つかの応用で繰返し治療を行なうことか必要とされる場合には、患者はそれ
でも遺伝子の発現の効果から恩恵を受けることになる。薬と同じように、ポリヌ
クレオチドの投与量や組織に対する配達部位の数をモニタし、これに応して調節
を行なうことができる。
治療用遺伝子をコードするDNAは環状または線状のいずれてもよく、標的細胞
における発現を容易にする調節要素を含んでいる必要かある。分子生物学におけ
る今日の発展は組織特異的プロモータの同定および分離に向けられている。この
ような組織特異的プロモータか同定されると、これらは遺伝子発現ベクター内に
組込まれて、特定の組織内の生体外遺伝子治療戦略に使用することかできるかも
しれない。同様に、所与の応用に関してはプロモーション能力に応じてより雑多
なプロモータを選択してもよい。こうして、アクチンプロモータである、ラウス
肉腫ウィルス(R3V)プロモータまたはミオ(Myo)Dプロモータを萌芽細
胞および筋肉トランスフェクションに使用し得る。サイトメガロウィルス(CM
V)のごく初期の(IE)遺伝子/エンハンサ(Foecking他、Gene
45:Iol (1986年)引用により援用)、R8Vプロモータ/エンハ
ンサ(J、 A、 W。
iff他、5cience 247:1465−1468 、引用により援用)
、β−アクチン遺伝子/プロモータエンハンサ(Kawamoto他Mof、
Ce11. Biol、 8:267 (1988年)引用により援用)、およ
びα−グロブリンプロモータ(P、 Mellon他Ce1l 27:279−
288 (1981年)、これも引用により援用)を、より遍在的な細胞の発現
に使用することかできる。また、第1イントロンを伴うCMV IE遺伝子/エ
ンハンサ−プロモータ(B、 S、 Chapman他、Nucleic Ac
1ds Re5earch 19:3979−3986 、引用により援用)、
およびMCKプロモータ(Jaynes他、Mo1. Ce11. Biol、
8:62 (1988年)、引用により援用)を用いて萌芽細胞にトランスフ
ェクションを行ない、続いて筋肉注射を行なって成熟した筋肉線維での発現を行
ない得る。トランスフェクトされたDNAはさらに、リポソーム結合、ポリアデ
ニル化シグナルを媒介する領域を含むへきでありかつインビボ遺伝子発現を容易
にするエンハンサ領域を含むへきである。
関心のあるポリペプチドをコードするRNAは同様に適当なプロモータ要素とリ
ポソーム結合部位とを含むへきである。好ましくは、翻訳を促進しかつエキソヌ
クレアーゼ活性を最少限にするため、RNAはキャップされるかまたは安定化さ
れる。カチオン媒介による遺伝子の運搬におけるRNAの使用についてはMal
one他による刊行物に記載されている(Proc、 Natl、 Acad、
Sci、 USA 86:6077−6081(1989)、引用により援用
)。またmRNAはキャップされていないmRNAの発現を可能にする特定の5
′配列を含むことかできる。脳心筋炎ウィルス(EMCV)を含むピコルナウィ
ルス群の中には、元からキャップされていないmRNAを持つものもあるか、そ
れでもこれらは翻訳され安定である。5′未翻訳領域における650bp(塩基
対)配列によって、キャップ構造を伴わないリポソームの結合を可能にするリポ
ソーム結合部位か提供される(Elr。
y−3tein他、Proc、 Natl、 Acad、 Sci、 USA
86:6126−6130(1989年)、引用により援用)。これらの配列を
キャップ構造の代わりとして用いることもできる。
リン酸カルシウム沈降または電気穿孔法を用いて細胞をトランスフェクトする場
合、トランスフエクション工程の間に試薬のRNアーセ汚染を最少限にするため
さらに注意を払う必要かあるかもしれない。
ポリヌクレオチド配列のリポソーム媒介による運搬本発明の「接触」ステップに
は、ポリヌクレオチド配列を標的細胞内に導入するための方法が含まれる。この
方法には、リン酸カルシウム沈降、DEAEデキストラン、電気穿孔法およびリ
ポソーム媒介による遺伝子運搬が含まれる。これらの方法は当業者に周知である
。
好ましい具体例では、リポソーム媒介による遺伝子運搬を用いてポリヌクレオチ
ドを標的細胞内に導入する。リポソームは、中空の脂質小胞を形成する両親媒性
の脂質を備える。これらは遺伝子配列を組織培養細胞内に導入するための機構と
してインビトロで使用されてきた(R,J、 Mannino 、Fould−
Fogerite、 S、、Biotechniques 6:682−690
.1988年)。リポソームを構成する脂質を十に荷電(陽イオン)してもよい
し、−に荷電(陰イオン)してもよいし、または中性でもよい。リポソーム開発
における大きな進歩は、十に荷電された合成カチオン脂質である、N−[1−9
2,3−ジオレイルオキシ)プロピル] −N、 N、 N−トリメチルアンモ
ニウムクロリド(DOTMA)が、自発的にDNAと作用して細胞膜に結合する
−に荷電された脂質と融合する能力かある脂質DNA複合体を形成することかで
きるという発見てあった(P、 L、 Fe1gner他、Proc。
Natl、 Acad、 Sci、 (USA) 84ニア413−7417
(1987年))およびり、 Eppstein他の米国特許第4.897.3
55号)。リポソームか媒介する遺伝子のデリバリ−は、レトロウィルス媒介に
よる遺伝子のデリバリ−とは異なり、RNAまたはDNAのいずれても運搬する
ことかできる。したかって、DNA、RNA、修飾ポリヌクレオチドまたはこれ
らを組合せたものを直接細胞質内に導入することかできる(Malone他、P
roc、 Natl、 Acad、 Sci、(USA) 86:6077−6
081.1989年))。
リボフェクチン(Lipofectin)(商標)(GIBCO/BRL、メリ
ーランド州ゲテイスバーグ)をインビトロで使用して核酸トランスフェクション
か行なわれる。リポフエクチン(商標)は、滅菌水中0.5mg/m1のDOT
MAと0.5mg/mlジオしオイルホスファチジルエタノールアミンからなる
。DOTMAは、リボフェクチン(商標)の陽イオン脂質成分て、ジエーテル脂
質である。他の適当なカチオン脂質の種には、1.2−ヒス(オレオイルオキシ
)−3−(トリメチルアンモニオ)プロパン(DOTAP)またはN−(w、w
−1−ジアルコキシ)−アルキル−イル−N、 N、 N−トリ置換アンモニウ
ム界面活性剤または同様の構造および特性を有する複合カチオン脂質またはこれ
らの混合物等の公知のカチオン脂質か含まれる。
インビボてより容易に分解可能と考えられるこれらカチオン脂質を含む特に好ま
しいカチオン脂質については、FeIgner他により1991年4月19日に
出願された継続出願米国出願番号第686746号に記載されるものかあり、こ
れを引用により援用する。これらの脂質にはDORI(DL−1,2−ジオしオ
イル−3−ジメチルアミノプロピル−β−ヒドロキシエチルアンモニウム)およ
びDORIE (DL−1,2−0−ジオレイル−3−ジメチルアミノプロピル
−β−ヒドロキシエチルアンモニウム)の類似体ならびにDORIエステル/エ
ーテル化合物(DL−1−〇−オレイルー2−オレイルー3−ジメチルアミノプ
ロピル−β−ヒドロキシエチルアンモニウムまたはDL−1−才レイル−2−0
−オレイル−3−ジメチル−アミノプロピル−β−ヒドロキシエチルアンモニウ
ム)または以下の一般式を有する誘導体が含まれる。
ここてYlおよびY2は同じかまたは異なっており、かつ−OCH2−1−0−
C(0)−または−〇−てあり、R1およびR2は同しかまたは異なっており、
かつHまたはC8〜C22アルキルもしくはアルケニルであり、R7およびR4
は同じかまたは異なっており、01〜C24アルキルまたはHてあり、
R5は、CI−C24アルキル直鎖または技分かれ鎖であり、
R1は、−C(0)−(CH2)、−NH−、アルキル、アリールもしくはアラ
ルキルであるジアミノカルボン酸、または前記ジアミノカルボン酸に連結したー
C(0) −(CH2) 、−NH−であるか、または存在していないかであり
、
R7は、H1スペルミン、スペルミジン、ヒストン、またはDNA結合特異性を
有するタンパク質、またはそこにおいてR7部分のアミンかR’ 、R’ もし
くはR′基で四級化されているものであり、または
R7は、側鎖上に十に荷電した基を有するし−またはD−αアミノ酸で、前記ア
ミノ酸がアルギニン、ヒスチジン、リジン、オルニチンまたはこれらの誘導体を
含むものであるか、または同じアミノ酸においてR7部分のアミンがR3、R4
もしくはR5基で四級化されているものであり、または
R7は、L−またはD−αアミノ酸からなるグループから選択されるポリペプチ
ドて、そこにおいてアミノ酸残基の少なくとも1つがアルギニン、ヒスチジン、
リジン、オルニチン、またはこれらの誘導体を含むものであり、nは1ないし8
であり、
mは1ないし18であり、かつ
Xは非毒性アニオンである。
本明細書中に記載する非毒性アニオンは、無機酸および有機酸を含む薬理学的に
非毒性の酸とすることかできる。
これら酸には、塩酸、臭酸、硫酸、リン酸、酢酸、安息香酸、クエン酸、グルタ
ミン酸、乳酸等が含まれる。薬理学的に許容可能な塩の調製については、S、
M、 Berge他の、Journal of Pharmaceutical
5ciences166:1−19 (1977年)を参照。さらに、DOT
MA (N−[1−(2,3−ジオレイルオキシ)プロピル] −N、 N、
Nl−リメチルアンモニウム)を、改良されたカチオン脂質と組合せて、または
コレステロール、リソ脂質または中性脂質と組合せて使用することもできる。
これらのカチオン脂質に加えて、他の脂質を選択したカチオン脂質に添加しても
よい。これらは限定されるわけではないが、リソ脂質が含まれ、その例としてリ
ソホスファチジルコリン(l−オレオイルリソホスファチジルコリン)かあり、
コレステロール、またはジオレオイルホスファチジルエタノールアミン(DOP
E)もしくはジオレオイルホスファチジルコリン(DOPC)を含む中性リン脂
質か含まれる。脂質の比は、コレステロールまたはリソもしくは中性脂質の混合
物と組合せて主成分としてのカチオン脂質を含むため様々な比か可能である。好
ましい脂質の処方については以下の例の項で詳細に述べることにする。
トランスフェクション方法の好ましい例として、カチオン脂質媒介のDNA l
−ランスフエクションについて説明する。本発明の特定の応用に関連するカチオ
ン脂質媒介のトランスフェクションの例について例1と例2で説明する。
リポフェクチン(商標)は商業的に入手可能なカチオン脂質である。商業に入手
か可能てないまたはリポソームに処方されていないものについては、脂質分子お
よび/または他の脂質成分をクロロホルムに溶かした後、真空ポンプを用いて1
晩乾燥して、少量のクロロホルムをも取り除くようにする。この脂質膜を次に滅
菌精製蒸留脱イオン水で水和し、このサンプルをlOoCて透明になるまで音波
処理する。脂質の混合物をポリヌクレオチドと混合してトランスフェクションに
用いる。これらの技術は当業者には知られた技術である。
上に述へたとおり、異なる細胞精製のスキームとともに様々な組織分離方法か実
行可能である。生検および細胞は組織分離の前後に凍結させてもよい。分離と精
製工程は、細胞の生存能力を最大限にするため、生検の後できるだけ迅速かつ都
合よく行なう必要かある。一度分離されると、細胞はトランスフェクトされる。
トランスフェクトされた細胞は好ましくは培地での増殖または選択を行なわずに
直ちに患者に戻される。幾つかの応用については、生検された組織を分離し、必
要なポリヌクレオチドで処理しかつ培地での増殖または選択を行なわずに凍結さ
せることかてきる。サンプルは、必要に応して後の処理に備えて解凍することか
できる。同様に凍結した細胞の一部を解凍し、トランスフェクションの効率や遺
伝子の発現のためアツセイすることもてきる。細胞を凍結させる方法については
当業者には様々な方法か知られている。標準的な細胞凍結方法には、2−7%D
MSOまたはグリセロールを用いる5−2096F CS中の細胞懸濁物を凍結
するという方法か含まれる。細胞を一70°Cに1晩置きかつ一120°C付近
で保管する。この標準的な技術を修正したものは当業者にとり周知の方法である
。
本発明の好ましい具体例においては、生体外(ex vivo)ての方法を使用
して免疫系を活性化させることができると考えられる。存効量のポリヌクレオチ
ドを適当な細胞に配達しかつこのポリヌクレオチドがコードするポリペプチドの
発現か免疫系の活性をもたらす。
この特定の方法には様々な用途かある。最も直接的な用途は体液性および細胞性
免疫系を刺激するというものである。関心のあるポリペプチドを作動的にコード
する遺伝子を血液サンプルまたは組織サンプルから得た細胞の個体群に導入する
。これらの細胞を患者に戻す。宿主内での外来遺伝子の発現によって免疫系に対
する細胞の提示か刺激され、B IJンバ球からの体液性反応およびT細胞個体
における細胞性反応か生しる。加えて、免疫系細胞の所与の個体群における外来
遺伝子の発現によって直接的に免疫反応を刺激することかできる。
例5および例6のデータは、免疫系の活性へのアプローチを示し、これによって
これまでの免疫処置のプロトコールに比へてインビボでウィルス感染細胞や癌細
胞に対する細胞性免疫反応に対しより良い制御を行なうことかできる。
免疫系の細胞性攻撃に対し抗原を最適に提示するためには、細胞内抗原合成か必
要であることを示すデータか増えている。これは、主要組織適合抗原複合体(M
MC)クラス■タンパク質に関連する抗原の提示は、抗原かゴルジ体内でMHC
クラスIタンパク質とともに処理された場合に最もよく達成されるためである。
免疫反応の効力に対して細胞内抗原合成か有効であるということは、サブユニッ
トワクチンの従来の全身性細胞外注射による組換え型抗原に対する機能的細胞性
免疫反応の発生に関する問題点を説明する鍵となる。この考え方と一致して、レ
トロウィルス変換1次細胞または同系の細胞系は、細胞内抗原を発現して、イン
ビボで抗原を提示することかできかっMHC−1制限態様で細胞性免疫反応を刺
激することかできる。我々の実験結果ては、レトロウィルス媒介による方法では
とれとしてこのような制限を同様にバイパスできるものはなく、そこで、調節と
いう観点から、これはウィルスヘクターを必要とする方法よりも好ましいてあろ
うと考える。この生体外遺伝子治療は免疫反応を発生させるためには有効な技術
となる。本発明の範囲内で考えられる治療用ポリペプチドの一時的な発現は、遺
伝子生産物を治療用薬剤として体内に一時的に導入するのに使用される。
本発明のもう1つの具体例には、免疫系を刺激して癌細胞の所与の個体群を外来
であると認識させることを含む。
この応用では、腫瘍の細胞を患者から採取し、遺伝子をトラ’y ス’)エクト
シて、細胞をトランスフェクション後48時間以内に患者に戻す。好ましい具体
例では、細胞は直ちに患者に戻される。免疫系はそこで外因性ポリペプチドを発
現するこれら特定の癌細胞を外来として認識する。癌にかかった組織の一般的な
場所における免疫反応を刺激することで処置されていない腫瘍細胞も新たに外来
として認識され、全身に広かる腫瘍の緩解を生じる可能性が増す。免疫原性タン
パク質を幾つか使用して免疫系を癌に罹った細胞に対して刺激することも可能で
ある。内因性遺伝子たとえは主要組織適合性複合体のものと、外来抗原の両方が
有効かもしれない。
免疫系活性化のためのさらにもう1つの候補は、癌細胞または身体の他の選択さ
れた細胞内にリンホカインを導入して発現させることである。一般にリンホカイ
ンおよび特定的にはIL−2は、有効な免疫系刺激物質である。リンホカインの
発現を利用して、内因性リンホカイン活性化キラー細胞(LAK細胞)を活性化
することができる。IL−2は、ヌル細胞の分化を刺激してLAK細胞にする。
これらの細胞は様々な癌を攻撃するものとして知られており、これらの細胞の殺
傷活性の刺激は外因性IL−2により促進される。第2の細胞タイプである、腫
瘍浸透性リンパ球(TIL)もIL−2によって刺激されかつ腫瘍の緩解を促進
するうえではL A K細胞よりも効果的であることがゎかっている。また、そ
のまま腫瘍細胞に対して細胞毒性を有する他のサイトカインも見つかっている。
腫瘍の部位内および周りへのこれらのタンパク質の発現によって癌の緩解か起こ
る。細胞毒性T細胞の制御を改善すれは潜在的なウィルス感染の排除を高めかつ
発癌の中心となる部分を破壊することか容易となるかもしれない。この方法によ
るヘルパーおよびサプレッサーT細胞個体群の改善された制御により、最終的に
慢性関節リューマチを含む自己免疫疾患を制御するための改善された方法か得ら
れるかもしれない。
本発明のもう1つの好ましい具体例では、筋肉の生検を使用して筋肉の部分細胞
を分離する。患者の部分細胞はBIau他の技術により分離することかできる(
Prac、 Natl。
Acad、 Sci、 USA 78:5623−56271981年、引用に
より援用)。
部分細胞は患者に対し実質的に迷惑をかけずに筋肉から簡単に採取することかで
きる。Blau他の技術に従い処理した少量の組織はl・ランスフエクション用
に十分な量の部分細胞を生成する。この筋肉の部分細胞を本明細書に開示する方
法に従い生体外(ex vivo)でトランスフェクト肉または他の組織に戻す
。部分細胞はまた細胞の生存率を大きくロスすることなくまたは細胞の表現型を
大きく変えることなくある一定時間保管するかまたは凍結させることかできる。
部分細胞は再び筋肉に戻されると利用可能な成熟した筋原線維と融合することが
できる。こうして部分細胞のデリバリ−は筋肉細胞へ遺伝子を配達するための特
に効率的な方法である。部分細胞は簡単に分離され患者の筋肉組織から都合よく
採取できるので、組織拒絶の危険性はない。一時的な遺伝子発現は自家移植した
細胞において繰返し治療を行なうと時間の経過により、より持続する可能性が高
まる。部分細胞トランスフェクションに関するもう1つの重要な利点は、筋肉組
織には注射か可能でありかつ筋肉組織か身体のはとんとの表面下にあること、し
たがってトランスフェクトされた細胞を必要なだけ何度も何箇所にもわたって注
射することかできるという点である。MCK (Jaynesfth上記)等の
筋肉特異的プロモータを使用して、遺伝子物質の発現を成熟した筋肉線維に制限
することかできる。
筋肉細胞はこうして所望のポリヌクレオチド配列を発現する。最近のliJF究
によれば、筋肉組織に注射された安定な部分細胞のI・ランスフエクタントはそ
れらの遺伝子生産物を血液の流れの中に発現することか示されている(M. H
offman, Sc1ence 254:1455−1456 、1992年
)。
幾つかの治療用試薬を使用して生体外で患者からの細胞のサンプルを処置するこ
とかできる点も本発明の範囲内にあると考えられる。ちょうとポリヌクレオチド
が、分離された細胞から一時的に発現され得るように、幾つかの試薬を細胞に加
えて一時的な治療効果をもたらすことかできる。
こうしてポリヌクレオチド、ヌクレオシド類似体、リボ酵素、アンチセンスポリ
ヌクレオチドまたは他の薬剤を細胞に配達することができる。
処置された細胞の再導入
一度トランスフエクションが完了すると、細胞を洗浄し、濃縮して患者に戻す。
細胞は元の組織に直接戻してもよいしまたは幾つかの応用については細胞を元の
組織の範囲内の第2の位置または元の組織から離れた場所に戻してもよい。好ま
しくは大きな孔径の針(18ゲ一ジ以上)を用いて細胞を身体に戻す。細胞を破
壊せずまた細胞の組織内への通過を制限しないものであればどのような孔径を用
いてもよい。所与の組織内の複数の場所に処置した細胞を導入することか仔効か
もしれない。たとえばデュシエーヌ筋ジストロフィーの場合など、処置した細胞
を多数注射することで組織全体に遺伝子生成物を存利に分散させることになる。
組織分離を行なわないでカチオン性リポソームおよびポリヌクレオチドで組織か
処置される場合には、そのままの生検を外科的な移植と取り替えてもよい。肝細
胞等の他の細胞は、その器官につながっている血管に注射することで元の器官に
戻され得る。
処置を行なった癌細胞を患者に戻す方法については癌のタイプに依存する。自己
由来のトランスフェクトされた癌細胞を腫瘍の塊または骨髄のいずれかに注射す
ることが可能である。MHCタンパク質、外来タンパク質または免疫刺激タンパ
ク質の発現によって治療された腫瘍細胞と治療されていない腫瘍細胞の双方に向
けられる免疫反応が刺激され、腫瘍の塊か減少したりなくなったりする。造血細
胞超厚の他のトランスフェクトされた癌細胞は直接血液の流れの中に導入しても
よい。硬い組織の腫瘍からの細胞は腫瘍の緩解を導出するため腫瘍の塊に直接戻
してもよい。これは、カテーテル等を用いて外部または内部からの注入により行
なうことができる。本発明の好ましい具体例では、遺伝子治療を行なうのに必要
な試薬はキットの形で得られる。したかって、例1および例2て特定の細胞タイ
プへの遺伝子のトランスフェクションの最適化例として示した方法は、特定の組
織から得られた細胞内へ特定の遺伝子をトランスフェクトすることについての最
適な組合せを決定するために使用される。トランスフェクト用遺伝子は、カチオ
ン脂質または脂質トランスフェクト試薬に複合されたまたはこれらから別のRN
AもしくはDNAとして供給される。所与の治療に必要な器具も供給してよく、
これらの器具には生検用の道具、緩衝塩、媒質、洗浄用緩衝液、および組織分離
用の道具などが含まれる。こうして、最適化された方法は、研究室での必要な作
業を最少限にしたルーチンで行なう研究用の方法として実現される。技術者は医
者から生検、血液のサンプルまたは皮膚のパンチを受け取る。
このサンプルをキットの指示に従い処理する。特定のレジュメ(最適化された)
に関する適当な数の細胞をトランスフエクソヨンウェルにおいて関心のある遺伝
子でトランスフェクトする。インキュベ−1・と洗浄の期間に引続き、細胞を好
ましくは注射または外科的な移植によって患者に再び挿入する。
細胞トランスフェクションの標準的な方法ではトランスフェクションごとに30
000を超える細胞が必要である。
この標準的な技術を用いれば、生検または細胞のサンプルはまず培地で培養して
、トランスフェクションに十分な目標の個体数を得る必要がある。本明細書に開
示される方法を使用すれば、標準的な生検や血液抽出から簡単に分離できる細胞
数で効率的なトランスフェクションや遺伝子の発現か可能である。また、以前の
方法では技術者がトランスフェクション後関心の遺伝子を安定に発現する細胞を
選択し、これらの細胞がさらに増殖されていた。本明細書に開示する発明では、
l・ランスフエクションに先立つ細胞の増殖やトランスフェクションに引続く細
胞の選択などは必要ではない。細胞は直ちに凍結されるかまたはそのまま患者に
戻される。これによって技術者が要する時間および専門技術か低減されて、遺伝
子治療か広く利用できる医療行為となり得る。
安定に変換された遺伝子か長期間かけて比較的一定したレヘルの遺伝子生産物を
製造する従来技術の遺伝子治療とは異なり、本発明の実施においては一時的な発
現が望まれる場合か多い。このような先行技術との大きな概念上の違いによって
、医師は関心のある遺伝子を薬剤として使用することか可能となる。このように
遺伝子を周期的に投与することかでき、投与量を調節し、かつ効果は最終的に一
時的である。これらの利点の1つとして従来技術の遺伝子治療では得られないも
のである。
本発明の特定の実施例について詳細に説明しかつ本発明の範囲内で可能な変更例
についても言及することにする。
当業者においてはここに意図する発明を上首尾に行なうのに利用可能な他の技術
や方法か様々存在する。
例1
マイクロタイタープレート
トランスフェクションブロトコール
トランスフエクションブロトコールを最適化する方法について以下に述べる。最
大トランスフェクション効率を容易に得るためには、各遺伝子治療のレジュメを
最適化する必要かある。一度最適条件か特定の細胞タイプ、カチオン脂質試薬お
よびポリヌクレオチドについて得られれば、次に、50−100の細胞を含む個
々のウェルをトランスフェクトすることかできる。以下に述へる最適化のスキー
ムはウェル当たり5000から40000の細胞を用いているが、より少ない数
の細胞を使用する技術の最適化を行なう場合には数を減らしてもよい。
カチオン脂質希釈スキーム
20000−40000細胞/ウエルが96−ウエルマィクロタイタープレート
に対し播種されがっ湿度の高い5から10%CO2環境内で37℃において1晩
インキユベートされた。DNAとカチオン脂質連続希釈物を以下のスキームに従
い2つの別個の96−ウェルプレートに準備した。
カチオン脂質希釈スキーム
列方向Opti−MEM中2×連続希釈カチオン脂質(ナノモル)
16.8 8.4 4.2 2.1 1.05 0.53 0.26 0.13
カチオン脂質小胞を水で0.747mMまで希釈。
第1列(AI・・・Hl)およびAIOにおけるウェルごとにOp t i −
MEM66u Iを分散。
各ウェルにOp t i −MEM60 u ]を分散(A2・H8およびBI
OlHIO)。
第1列(AI・・・Hl)の各ウェルおよびrXJて示したウェルAIOに0.
747mMカチオン脂質54ulをロード。
混合の後、次の列に60ulを移す。
DNA希釈スキーム
行方向Optj−MEM中2×連続希釈DNA DNA
(nmole) ctrl
Opti−MEMを用いてDNA調製物を80ug/m1に希釈(平均ヌクレオ
チドMW=330)各ウェルにおいてOp t i −MEM70 u lを分
散1行目の最初の9つのウェルにウェル当り80ug/mI DNAを70u1
充填する。
混合の後次の行に70ulを移して連続希釈物の調製を行なう。
等しい容量のDNAを脂質プレートの対応するウェルに移し混合した。これによ
って以下のようにトランスフェクション前のカチオン脂質とDNAの最終濃度か
得られた。
モル比は以下のとおりである。
カラム9とカラム10(図示せず)は、それぞれDNAの対照および脂質対照で
ある。カラム11と12(表に示さず)は脂質を含まない対照であった。培地が
細胞がら吸引されかつ100ulのカチオン脂質/DNA?3!合体を直ちに細
胞に添加した。プレートは37°Cて湿気のある5%から10%CO2環境てイ
ンキュベートされた。OPTM−MEMrtj30%BC3C仔つシ血清)50
ulがトランスフェクション後4〜6時間で添加された。組織の分離後すぐに細
胞かトランスフェクトされかつそのトランスフェクション法かカチオン脂質を使
用するものであれば、Opt i −MEM I (Gibco)培地または類
似する製品を使用することか望ましい。トランスフェクション工程の間、0pt
i −MEM Iは、リポフェクチン(商標)に必要な血清を低減した条件下で
も良い細胞生存率をもたらす。
インキユベーシヨンを継続し、Opti−MEM中10%FC3を再びl0f)
ull−ランスフエクソヨン後24時間で添加した。この最適方法からのデータ
分析の例を例2RNA )−ランスフェクションに必要なやり方はDNAの方法
と同して、ただし相違する点はRNAの単位質量に対し必要なりボッエフチン(
商標)の最適量か典型的にはDNAl−ランスフエクションの場合に比べ幾らか
少なく、遺伝子発現の収穫期かメツセージを加えてから8時間後である点である
。DNAをRNAに変えて、上記の方法を使用してこれらの細部についても行な
うことかできる。インビトロ網状赤血球溶解物系で翻訳可能なメツセージも無傷
細胞に対しては活性状態ではないかもしれない点を認識することか重要である。
細胞内活性は、翻訳されない要素に囲まれたメツセージが必要である。B、 M
alone他(上記)には、アフリカッメガエルのベータグロビンmRNAに存
在する5′および3′非翻訳領域と3′ポリAテイルおよび5’Me−Gキャッ
プを含む典型的なルシフェラーゼメツセージを記載している。無傷細胞ではこれ
ら翻訳されない要素のすへてか顧著な発現を得るためには必要であることが示さ
れた。
例2
96ウエルプレートにおけるトランスフェクション後48時間で、細胞はウェル
ごと50ulの溶解緩衝液(0゜1%トリトン
で溶解された。プレートはアッセイの前に一70°Cで凍結された。0.5%B
SAを含むPBS50μlを列12を除く各ウェルに添加した。β−ガラクトシ
ダーゼスタンダードの連続希釈物を0.5%BSAを含むPBSにおいて調製し
、最後の列に添加した(たとえば50000、25000、12500、625
0、3125、I2O3、781、390pg/mlスタンダー′ドを50ul
)。150ulの基質をウェルに添加した。基質はβ−gal緩衝液中1mg/
m] CPRG (クロロホルムレッドガラクトピラノシド)または2mg/m
lのONPG (オルト−ニトロフェノールガラクトピラノシド)のいずれかか
らなる。β−gal緩衝液は、60mMの二塩基性リン酸ナトリウム緩衝液pH
8、1mM硫酸マグネシウム、10mM塩化カリウムおよび50mMベータメル
カプトエタノールを含む。基質は各ウェルに加えられ、結果を、発色させた後、
マイクロタイターリーダー上で580nmで読取ってCPRGアッセイを行なう
かまたは405nmでONPGアッセイを行なうかした。CPRGアッセイはO
NPGよりも感度か高くかつ細胞残渣から反射される光による影響も少なかった
。検定はまたアルカリホスフエートレボータ遺伝子を利用し、リン酸p−ニトロ
フェノールを基質として行なうこともできる。また、細胞溶解物の一部を抗体で
被覆したプレートに移すことによってELISAフォーマットにも適合できる。
例3
DOR IおよびDOPEのI:1混合物を使用するCos7細胞に関する基本
的なアッセイの特徴図1のデータはこの方法を用いる典型的なトランスフェクシ
ョンアッセイの結果を示す。三次元プロットのバーはマイクロタイタープレート
の個々のウェルにおけるβ−ガラクトシダーゼ発現のレベルを表わす。各ウェル
の細胞はウェルに存在するDNAおよびカチオン脂質のレベルに関して別個に処
置された。2次元マトリックスの一方の軸に沿って示されるのかカチオン脂質の
一連の希釈物であり、かつ他方の軸はDNAの一連の希釈物である。最適活性は
プレートの中央付近で生じる。カチオン脂質濃度が高い部分て活性に低下か見ら
れるのは脂質の毒性のせいであり、これは顕微鏡による細胞の直接的な観察によ
っても裏付けられ、このような観察によると、細胞は高濃度の脂質によって強く
影響を受け得ることかわかる。DNAとカチオン脂質の濃度は最適トランスフェ
クション活性を得るために同時に変更する必要がある。効率的なデリバリ−のた
めにカチオン脂質とポリヌクレオチドのバランスが必要とされる、というのもカ
チオン脂質は高濃度では細胞にとって毒性を持ち得るからである。
図2のデータは、マイクロタイターウェル内での細胞濃度の変化の影響を示す。
ウェル当りの細胞の数が増えると、ウェル当りの発現の最大レベルも増大し、最
大発現領域はより高いカチオン脂質濃度にシフトした。細胞を目で観察したとこ
ろでは、カチオン脂質は細胞密度が低いほど細胞にとってより毒性が強いことが
わかった。したかって、このカチオン脂質の毒性は細胞当りの脂質量の関数であ
る。
非常に細胞密度か高い点で、最適レベルの発現における安定水準に達するようで
ある。このデータはまた、細胞の数が少なければ96ウエルマイクロタイタープ
レートの大きさよりも小さい容器で効率よくトランスフェクトを行なうことかで
きることを示しており、というのも細胞当りの脂質の量はこれに従って変化させ
ることができるからである。
したかって少ない数の細胞、好ましくは50−100細胞/ウエルが、好ましく
は1から3mmの直径を有するウェルに効率よくトランスフェクトされ得る。
異なる細胞タイプの間でl・ランスフエクション活性を比較すると、タンパク質
発現の最大レベルにかなり違いがあることがわかる。マウスL細胞はBHK細胞
に比べ400倍少ζ−遺伝子産物を生成した。トランスフェクション効率の違い
は、カチオン脂質か媒介する細胞―合の効率によるものかもしれない。異なる細
胞タイプの間では、固有の細胞内転写および/または翻訳効率に違いがあるかも
しれない。細胞内ポリヌクレオチド分解能力は違いがあるかもしれず、また、細
胞質からの核への取込みも違うかもしれない。3つの異なる細胞系はCOS7細
胞と同じレベルでうまくトランスフェクトされ、かつ1次うット脳星状細胞もこ
れらの濃度でトランスフェクトされた。これらの結果は例1および例2に示すよ
うに、異なる細胞タイプおよびベクターそれぞれに関するトランスフェクション
プロセスの最適化の重要性を強調するものである。こうして存効量の脂質は、本
明細書にある最適化プロトコールを用いて各応用につき1つ決定されることにな
る。
例4
以下の方法は、20000細胞のサンプルサイズについて、L、acZのための
遺伝子とともに遺伝子発現を促進するのに必要なSV40調節要素を含むDNA
プラスミドベクターp S V Z (NJlPiscatawayのPhar
maciaから入手した修飾pSVプラスミド)を用いて行なわれる。
DORI/DOPEの1.l混合物のカチオン脂質小胞を滅菌水中0.747m
Mまで希釈した。20000CO37細胞/ウエルを96ウエルマイクロタイタ
ープレートに播種した。第2のプレートにおいて、60ulOpti−MEMと
54u1の0.747カチオン脂質か混合された。一連の2倍の希釈物を0pt
i −MEM中で調製して、84日Mの最終カチオン脂質濃度を得た。DNAは
Opti−MEM中で連続して希釈され最終濃度60uMになった。等しい容量
のカチオン脂質とDNAを混合して、42日M脂質と30日MDNAの最終濃度
を得、脂質: DNA比は1.39になった。媒質またはバランス生理食塩水を
細胞から取り除き、カチオン脂質/DNA複合体100u1を細胞に添加した。
細胞は37°Cて10%CO2中て4−6時間インキュベートされた。トランス
フェクションに引続き、細胞を洗浄した。これらの細胞はアフリカミドリザルに
皮下注射される。48時間後組織を採取し、βガラクトシダーセ活性について試
験する。
例5
この生体外(ex vivo)でのインビボ抗体力価の導出方法(図3)におい
ては、+00万のNIH3T3繊維芽細胞を含む、単一の60mm組織培養プレ
ートでカチオン脂質(DORI E/DoPE)を使用してHTV遺伝子gp1
20をコードするプラスミドDNA I Oμgをトランスフェクトして、DN
Aを細胞内に導入した。pBR322系プラスミド(Pharmacia)は、
RSVプロモータを含むよう修飾され、かつHIVgp120遺伝子が含まれた
。トランスフェクション後40時間で細胞を洗浄し、培地から取り出しかつ同系
のスイスNIHマウスに注射した。
当業者に知られる標準的なElisaを用いかつHIV感染H9細胞溶解物を使
用して、IgG抗gp120抗体か注射後12日目で検出され、かつレベルは注
射後28日でピークに達した。抗体力価は、平均血清力価の1/20000で比
較的高かった。細胞は抗原についての遺伝子で一時的にトランスフェクト
要せず体液性の反応か観察された。動物は免疫反応を増大させるためにプラスミ
ドの第2の注射を必要とするかもしれない(例6を参照)が、マウスにおけるg
p120に対する高い力価の応答のためにはこのような増大は必要ではなかった
。
例6
住血吸虫症に対する生体外免疫処置
この例では、2つのプラスミドを、ルシフェラーゼ(対照)または住血吸虫症タ
ンパク質Sj23の免疫支配的フラグメントにリンクしたRSV調節要素を有す
るpBR322系プラスミドを用いて調製する(Wright他、J. [mm
unoi. 147:4338−4342 、1991年およびDavern池
、MOL. Bi。
chem. Parasitol. 48:67、1991年、引用により援用
)。S423をコードするポリヌクレオチドを含むプラスミドDNAは、DOR
I/DOPEの1.1混合物中で調製される。カチオンリポソームを伴う等価
な濃度の150μgプラスミドDNAをそれぞれBalb/Cマウスの各々関部
に左右対称に注射する。マウスのうち半分はpRSV−ルシフェラーセ対照を受
けておりかつ残りの半分はpRSV−Sj23を受けている。一方の関部への第
2回目の免疫処置を最初の注射後22日目に繰返す。第2の注射後12日目てシ
ス1−ツマ・マンソニ(Schi s tosomamansoni)を使用し
て動物の免疫性をテストする。免疫性をテストンた後動物から毎週1力月間採血
を行なう。力価をこの2つの動物間で比較して、住血吸虫症のタンノくり質の免
疫支配的な領域から発生した抗体かウィルスの攻撃に抵抗するかどうかを決定す
る。
例7
生体外での部分細胞へのポリヌクレオチドのデリバリ例7は、筋肉細胞中で外因
性ポリヌクレオチド配列を発現させる方法を示す。この例では、部分細胞を関心
のある遺伝子で処置して、全筋肉内に戻す。
この研究において使用されるマウスの部分細胞系はC2、C7およびC8である
。C2は正常なおとなのC3Hマウスの足の筋肉から確立されたマウス部分細胞
系である(Nature 270ニア25−727 ; Science 23
0ニア58−766 、引用により援用)。C7どC8とはスイスウェブスター
マウスの胎児の後肢の筋肉から分離したマウス部分細胞系である。C7は発癌性
で、C8は発癌性ではない(Science 196:995−998、197
7年、引用により援用)。これらの筋肉細胞系を使用できる可能性を決定するた
め、一時的なトランスフェクションか例1から最適化されたDOR I E/D
OPE濃度てpSV2−LacZレボータ構成物を用いて行なわれた。これらの
細胞をBalb Cマウスの後肢に移植した。注射された筋肉からの組織の断片
をLacZに対する抗体を用いて染色した。同様に、血液サンプルをLacZタ
ンパク質についてELISAによりアッセイする。トランスフェクト〜された細
胞はすへてLacZに対し組織陽性であり、かつ部分細胞系G7およびC8も血
清陽性である。結果によれば、部分細胞は他の商業的に入手可能な細胞系に適用
可能な方法を用いてインビトロで1〜ランスフエクトされ得ることか示された。
例8
インビI・ロトランスフエクションおよび自己由来肝細胞の置換による動物への
ピトα1ー抗トリブシンのデリバリー
肝細胞を部分肝切除により得た肝臓のサンプルから分離し、培養培地に置き、本
質的にM、にay ft!I Proc、 Natl、 Acad、 Sci、
USA 89:89−93 (1992年)に記載するようなトランスフェク
ションを行なった後動物に戻す。
対象動物から取り出した肝臓のサンプルからコラゲナーゼ処理によって分離した
量にして5000から20000の肝細胞を96ウエルマイクロタイタープレー
トの各ウェルに播種し、例1、例2および例4に記載する方法に従いトランスフ
ェクトした。トランスフェクション用のカチオン脂質はDORI : DOPE
の50:50混合物で、細胞は、サイトメガロウィルスプロモータの転写制御の
下、ヒトα1抗−トリブシンcDNAを含む、DNAプラスミドベクターpSV
Z構成物によりトランスフェクトされる。
トランスフェクション脂質とDNAの濃度および比率は例2のスキームに従い決
定する。37°Cで10%COIにおいて4−6時間インキュベートした後、ト
ランスフェクトされた細胞を2−10%の動物血清を含む基礎培地中で濯ぎ、1
0’−107細胞/mlの濃度で同じ溶液中に再懸濁する。トランスフェクトし
た細胞を含む溶液を同じ動物の肝臓の門脈循環系に、好ましくは約0. 5から
2.0ml/minの速度で注入ポンプを用いて注入する。ヒトα1抗トリプシ
ンのインビボ分泌に引続き、ヒトα1抗トリプシンの血清レベルのアッセイを行
なう。
例9
インビトロトランスフェクションおよび自己由来星状細胞の置換による動物の脳
組織へのヒト神経成長因子のデリバリ−
脳細胞を、動物の脳の領域から取り出した生検試料から分離し、培養培地に置き
、上の例8に記載されたものと本質的に同じ方法で神経成長因子についてcDN
Aを用いるトランスフェクションを行なった後動物に戻す。
細胞は初期SV40またはごく初期CMVプロモータの転写制御下でヒト神経成
長因子cDNAを含むDNAプラスミドベクターpR3V、psV2またはpC
MV構成物によりトランスフェクトされる。37°C110%CO7中4−6時
間のインキュベーションに引続き、トランスフェクトされた細胞を基礎培地で濯
ぎ、同じ溶液中に濃度10’−107細胞/mlで再懸濁する。トランスフェク
トされた細胞を含む溶液を適当な脳の部位に注射して戻し、治療を行なう。対象
の動物においては、繰返し生検を用いて発現を確かめる。繰返し生検が適切でな
い場合には、細胞のサンプルを培養のため維持して発現を確かめる。神経成長因
子の発現は神経成長因子に対するモノクローナル抗体を結合剤としてElisa
法により示される。
本発明の特定の実施例について詳細に説明したが、当業者においては、これら実
施例か限定的ではなく例示的であり、かつ本発明の真の範囲か以下の特許請求の
範囲に規定ヘ1
4〕
へ
θ
へ
へ
フロントページの続き
(51) Int、C1,6識別記号 庁内整理番号C12N 5/10
C12P 21100 C9282−4B//(Cl3F 21100
C12R1:91)
(72)発明者 フェルグナー、フィリップ・エルアメリカ合衆国、92067
カリフォルニア州、ランチョ・サンタ・フエ、ビイ・オウ・ボックス・339
2、ラス・パロマス、I
(72)発明者 ファンーフェルグナー、ジンーユアメリカ合衆国、92067
カリフォルニア州、ランチョ・サンタ・フエ、ビイ・オウ・ボックス・339
2、ラス・パロマス、(72)発明者 マンソープ、マーストンアメリカ合衆国
、92129 カリフォルニア州、サン・ディエゴ、ケストレル・ストリート、
12418
Claims (13)
- 1.トランスフェクトされた細胞を脊椎動物におけるポリペプチド発現用に調製 するための方法であって、前記脊椎動物から生きた細胞を採取するステップと、 前記生きた細胞のうち少なくとも幾つかを、前記ポリペプチドを作動的にコード する有効量のポリヌクレオチドおよびトランスフェクションを容易にする脂質を 含む調製物に接触させることによりトランスフェクトするステップと、前記調製 物は接触によって前記細胞内に48時間以内に前記ポリヌクレオチドの十分な量 を配達する効力があり、前記トランスフェクトされた細胞を分離しまたは増殖す る選択ステップなしに、前記脊椎動物への導入のために前記トランスフェクトさ れた細胞を薬理学的に許容可能な担体中に懸濁するステップとを含む、方法。
- 2.前記採取ステップがさらに前記細胞を周りの細胞外マトリックスから実質的 に分離するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 3.前記細胞が前記接触ステップの後48時間以内に凍結される、請求項1に記 載の方法。
- 4.前記ペプチドが機能性遺伝子欠陥により引き起こされる前記脊椎動物の疾患 を治療するために使用される、請求項1に記載の方法。
- 5.前記ポリヌクレオチドが前記生きた細胞内で前記ポリペプチドを発現するた めに使用される、請求項1に記載の方法。
- 6.前記細胞による前記ポリヌクレオチドの発現が一時的なものである、請求項 5に記載の方法。
- 7.前記ポリペプチドが前記脊椎動物における免疫原性ポリペプチドである、請 求項5に記載の方法。
- 8.前記ポリヌクレオチドが作動的にリンホカインをコードする、請求項5に記 載の方法。
- 9.前記細胞が白血球細胞である、請求項5に記載の方法。
- 10.前記細胞が骨髄細胞である、請求項5に記載の方法。
- 11.前記細胞が筋芽細胞である、請求項7に記載の方法。
- 12.クレーム1−11のいずれかに従い調製される薬剤。
- 13.インビボで脊椎動物にポリペプチドを配達するための方法であって、請求 項12の薬剤を前記脊椎動物に注射または移植するステップを含む、方法。
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