CH719081A9 - Milk-derived extracellular vesicles and the process for isolating them. - Google Patents
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Abstract
La presente invenzione concerne il campo delle biotecnologie e in particolare vescicole extracellulari derivate da latte e fornisce un processo per isolare tali vescicole da latte e da fluidi correlati al latte. La presente invenzione concerne anche composizioni contenenti dette vescicole extracellulari derivate da latte, adatte in particolare all'uso in applicazioni farmaceutiche, veterinarie, cosmetiche e/o nutraceutiche.The present invention relates to the field of biotechnology and in particular milk-derived extracellular vesicles and provides a process for isolating such vesicles from milk and milk-related fluids. The present invention also relates to compositions containing said milk-derived extracellular vesicles, particularly suitable for use in pharmaceutical, veterinary, cosmetic and/or nutraceutical applications.
Description
Campo dell'InvenzioneField of Invention
[0001] La presente invenzione concerne il campo delle biotecnologie e, in particolare vescicole extracellulari (EV, Extracellular Vesicles) derivate da latte. La presente invenzione fornisce un processo per isolare tali vescicole extracellulari da latte e da fluidi correlati al latte particolarmente adatto alla produzione industriale grazie alla possibilità della sua messa in scala e alla sua capacità di mantenere l'integrità strutturale delle vescicole extracellulari, così come per la sua capacità di fornire soluzioni di purezza omogenea, essendo la purezza ottenuta superiore a quella di preparazioni precedentemente note nel campo. L'invenzione concerne inoltre composizioni di vescicole extracellulari derivate da latte mediante detto processo, che mostrano rese di recupero/estrazione sorprendentemente elevate e fornisce EV che presentano, in particolare, poche proteine contaminanti e altri contaminanti, rendendole adatte alla modificazione chimica, ad esempio mediante marcatura con molecole targeting o caricamento di ingredienti attivi per l'uso in applicazioni farmaceutiche, veterinarie, cosmetiche e nutraceutiche. L'invenzione concerne inoltre composizioni di vescicole extracellulari derivate da latte e metodi per preparare le stesse, in cui le vescicole del latte sono state caricate, ad esempio, con Amfotericina B o suoi derivati, fornendo in tal modo potenti preparazioni antifungine, antiparassitarie e anti-infettive per uso orale. [0001] The present invention relates to the field of biotechnologies and, in particular, extracellular vesicles (EV, Extracellular Vesicles) derived from milk. The present invention provides a process for isolating such extracellular vesicles from milk and milk-related fluids particularly suitable for industrial production due to its scalability and its ability to maintain the structural integrity of the extracellular vesicles, as well as for the its ability to provide solutions of homogeneous purity, the obtained purity being higher than that of preparations previously known in the art. The invention further relates to milk-derived extracellular vesicle compositions by said process, which show surprisingly high recovery/extraction yields and provides EVs which have, in particular, few contaminating proteins and other contaminants, making them suitable for chemical modification, for example by labeling with targeting molecules or loading of active ingredients for use in pharmaceutical, veterinary, cosmetic and nutraceutical applications. The invention further relates to milk-derived extracellular vesicle compositions and methods for preparing the same, wherein the milk vesicles have been loaded, for example, with Amphotericin B or its derivatives, thereby providing potent antifungal, antiparasitic and antibacterial preparations. -infectious for oral use.
[0002] L'invenzione fornisce inoltre un metodo per il rilascio sistemico delle EV del latte e dei relativi cargo, che si traduce in un assorbimento sistemico sorprendentemente efficiente e consente di raggiungere numerosi organi attraverso il tratto respiratorio. The invention also provides a method for the systemic delivery of milk EVs and related cargoes, which results in surprisingly efficient systemic uptake and allows them to reach numerous organs via the respiratory tract.
Sfondo tecnicoTechnical background
[0003] Le Vescicole Extracellulari (EV) sono una categoria nota di componenti derivati da membrane cellulari comprendenti, tra gli altri, esosomi, ectosomi, corpi apoptotici e microvescicole. Le EV, e in particolare gli esosomi, hanno attirato enorme attenzione come parte di un sistema di comunicazione cellula-cellula a lunga distanza non ancora completamente compreso che apre strade completamente nuove per biomarcatori e prodotti diagnostici clinici, terapia cellulare priva di cellule, vaccini e potenziali carrier di farmaci. Extracellular vesicles (EVs) are a known category of cell membrane-derived components including, among others, exosomes, ectosomes, apoptotic bodies, and microvesicles. EVs, and exosomes in particular, have attracted tremendous attention as part of an as yet not fully understood long-distance cell-to-cell communication system that opens up entirely new avenues for biomarkers and clinical diagnostic products, cell-free cell therapy, vaccines and potential drug carriers.
[0004] Gli esosomi sono definiti come particelle racchiuse in una doppia membrana, aventi una dimensione di circa 40-200 nm, derivati dai corpi multivescicolari (MVB, Multivesicular Body) che sono prodotti e rilasciati nello spazio extracellulare in continuo, virtualmente da tutti i tipi di cellule eucariotiche. Inoltre, è stato mostrato che gli esosomi sono presenti in un'ampia gamma di fluidi corporei, come sangue, saliva, urina, così come nel latte di mammiferi. Exosomes are defined as double-membrane enclosed particles, approximately 40-200 nm in size, derived from Multivesicular Body (MVB) that are continuously produced and released into the extracellular space from virtually all eukaryotic cell types. Furthermore, exosomes have been shown to be present in a wide range of body fluids, such as blood, saliva, urine, as well as mammalian milk.
[0005] A confronto con gli esosomi derivati da colture cellulari, che sono raccolti tipicamente dal surnatante di cellule umane o provenienti da organismi superiori in coltura, gli esosomi derivati da fonti naturali usate nell'industria alimentare (latte, succhi di frutta, ecc.) possiedono il netto vantaggio di essere disponibili in quantità relativamente elevate senza la necessità di stabilire metodi di produzione biotecnologici, bioreattori cellulari e processi per la loro produzione. Tuttavia, le concentrazioni alle quali gli esosomi sono presenti in differenti materiali di partenza sono molto al di sotto dei livelli utili per essere utilizzati direttamente come carrier di farmaci o come agenti terapeutici (così come materiale di partenza di carrier di farmaci o come materiale di partenza per agenti terapeutici), e la presenza di componenti aggiuntivi (come caseina e altre proteine, lipoproteine, zuccheri o acidi grassi) limita le applicazioni in fasi successive. [0005] In comparison with cell culture-derived exosomes, which are typically harvested from the supernatant of cultured human or higher organism cells, exosomes derived from natural sources used in the food industry (milk, fruit juice, etc. ) possess the distinct advantage of being available in relatively large quantities without the need to establish biotechnological production methods, cell bioreactors and processes for their production. However, the concentrations at which exosomes are present in different starting materials are far below levels useful for use directly as drug carriers or as therapeutic agents (such as drug carrier starting material or for therapeutic agents), and the presence of additional components (such as casein and other proteins, lipoproteins, sugars or fatty acids) limits applications in later stages.
[0006] Di conseguenza, vi è la necessità di metodi scalabili per l'isolamento e la purificazione di esosomi da queste attraenti fonti naturali. [0006] Accordingly, there is a need for scalable methods for the isolation and purification of exosomes from these attractive natural sources.
[0007] Negli ultimi anni, in letteratura sono stati descritti differenti processi per l'isolamento di esosomi derivati da colture cellulari in laboratorio. Tali metodi includono molte procedure differenti come, ad esempio, ultracentrifugazione differenziale e ad elevata velocità, centrifugazione su gradienti di densità, cromatografia ad esclusione dimensionale, cromatografia di affinità, adsorbimento basato su affinità usando eparina, separazioni basate su membrana, microfluidica o precipitazione basata su polietilen glicole, così come vari kit di isolamento commerciali, come, ad esempio, ExoQuick™ (Antes, 2013). [0007] In recent years, different processes have been described in the literature for the isolation of exosomes derived from cell cultures in the laboratory. Such methods include many different procedures such as, for example, differential and high-speed ultracentrifugation, density gradient centrifugation, size exclusion chromatography, affinity chromatography, affinity-based adsorption using heparin, membrane-based separations, microfluidics, or polyethylene glycol, as well as various commercial isolation kits, such as, for example, ExoQuick™ (Antes, 2013).
[0008] E' importante notare che i processi di isolamento sopra indicati sono stati riportati principalmente da ricercatori che conducevano isolamenti di EV in scala di laboratorio per indagini analitiche, meccanicistiche o basate su cellule, con volumi relativamente bassi da processare. Inoltre, questi metodi sono stati applicati principalmente all'isolamento dal surnatante di esosomi derivati da colture cellulari, che contiene una concentrazione relativamente bassa di proteine contaminanti e impurezze di peso molecolare superiore. It is important to note that the above isolation processes have been reported primarily by investigators conducting laboratory-scale EV isolations for analytical, mechanistic, or cell-based investigations, with relatively low volumes to process. Furthermore, these methods have mainly been applied to the isolation from cell culture-derived exosome supernatant, which contains a relatively low concentration of contaminating proteins and higher molecular weight impurities.
[0009] Al contrario, l'isolamento di esosomi da fonti naturali pone sfide aggiuntive; le tipiche fonti naturali come il latte contengono un grado elevato di sostanza secca e/o grandi quantità di acidi grassi, zuccheri, altri emulsionanti e/o proteine contaminanti. Inoltre, differenti materiali di partenza rappresentano differenti matrici con un'ampia gamma di contaminanti potenzialmente tossici, interagenti, reagenti in modo incrociato o interferenti (ad esempio, altre proteine, peptidi, lipidi, carboidrati, oligonucleotidi come micro-RNA o altri prodotti naturali e derivati). Di conseguenza, ogni matrice pone sfide specifiche ed uniche nell'isolamento di EV o di frazioni arricchite di EV, che abbiano caratteristiche definite e qualità riproducibile e costante. Questo aspetto è particolarmente importante, dato che solo tali preparazioni riproducibili di EV ad elevata purezza sono adatte per ulteriore funzionalizzazione, caricamento di molecole di farmaci e/o modificazione per differenti strategie di targeting comunemente impiegate in sistemi per il rilascio di farmaci di futura generazione. [0009] In contrast, the isolation of exosomes from natural sources poses additional challenges; typical natural sources such as milk contain a high degree of dry matter and/or large amounts of fatty acids, sugars, other emulsifiers and/or contaminating proteins. Furthermore, different starting materials represent different matrices with a wide range of potentially toxic, interacting, cross-reacting or interfering contaminants (e.g., other proteins, peptides, lipids, carbohydrates, oligonucleotides such as micro-RNA or other natural products and derivatives). As a result, each matrix poses specific and unique challenges in isolating EVs or EV-enriched fractions that have defined characteristics and consistent, reproducible quality. This aspect is particularly important, since only such reproducible preparations of high purity EVs are suitable for further functionalization, loading of drug molecules and/or modification for different targeting strategies commonly employed in future generation drug delivery systems.
[0010] Nel caso di EV derivate da latte, l'ultracentrifugazione per raccogliere le EV in un pellet o in frazioni definite su gradienti di densità è ancora il metodo di elezione usato per il loro isolamento. Tuttavia, oltre alla necessità di una strumentazione specializzata e costosa, l'ultracentrifugazione è difficile da scalare industrialmente dal punto di vista tecnico, è laboriosa e richiede tempo. Inoltre, dato che l'ultracentrifugazione separa porzioni molecolari sulla base delle loro densità relative, essa può portare alla co-precipitazione di proteine aggreganti, lipoproteine e diversi oligonucleotidi, come piccoli e micro RNA. Tali contaminanti possono portare ad una sovrastima significativa dell'effettiva resa della preparazione, specialmente quando la valutazione è basata su metodi che determinano il contenuto totale di proteine di una preparazione. In aggiunta, l'ultracentrifugazione tramite pellettizzazione promuove di per sé la formazione di cluster di esosomi e di aggregati di EV, portando potenzialmente ad ottenere fusioni di vescicole, distorsioni delle distribuzioni dimensionali e alterazioni dell'assorbimento cellulare e di altre attività biologiche. Infine, il processo di ultracentrifugazione produce rese e qualità variabili, rendendo difficile la standardizzazione del processo. [0010] In the case of dairy EVs, ultracentrifugation to collect EVs in a pellet or in defined fractions on density gradients is still the method of choice used for their isolation. However, in addition to the need for specialized and expensive instrumentation, ultracentrifugation is technically difficult to scale industrially, labor intensive and time consuming. Furthermore, since ultracentrifugation separates molecular moieties based on their relative densities, it can lead to the co-precipitation of aggregating proteins, lipoproteins and various oligonucleotides, such as small and micro RNAs. Such contaminants can lead to a significant overestimation of the actual yield of the preparation, especially when the assessment is based on methods that determine the total protein content of a preparation. In addition, ultracentrifugation via pelletization itself promotes the formation of exosome clusters and EV aggregates, potentially leading to vesicle fusions, distortions of size distributions, and alterations of cellular uptake and other biological activities. Finally, the ultracentrifugation process produces variable yields and qualities, making process standardization difficult.
[0011] Metodi alternativi noti nell'arte sono basati su kit commerciali che usano strategie di isolamento basate sull'affinità, che non sono solo notevolmente limitati per quanto riguarda la scala e la resa delle preparazioni, ma necessitano anche di condizioni ostiche per l'eluizione delle vescicole legate alle resine di affinità con conseguenze sconosciute per l'integrità e la funzione delle EV. [0011] Alternative methods known in the art are based on commercial kits using affinity-based isolation strategies, which are not only severely limited with regards to the scale and yield of the preparations, but also require difficult conditions for the elution of vesicles bound to affinity resins with unknown consequences for EV integrity and function.
[0012] In una recente pubblicazione, Marsh et al. propongono, al fine di purificare EV da latte bovino, due protocolli leggermente differenti, basati entrambi essenzialmente sull'uso combinato dell'agente complessante EDTA, per solubilizzare micelle di caseina e per il frazionamento finale delle EV tramite cromatografia ad esclusione dimensionale dopo pre-purificazione tramite ultracentrifugazione o filtrazione a flusso tangenziale attraverso una membrana con un cut-off molecolare di 500 kDa. Pertanto, entrambi questi protocolli necessitano di un trattamento chimico del latte che utilizza EDTA per la solubilizzazione degli aggregati di caseina e delle micelle. Inoltre, le EV sono recuperate, al termine del processo, dopo un passaggio finale attraverso una colonna di Sepharose (SEC, Size Exclusion Chromatography). Queste due fasi (ovvero l'uso di EDTA e la SEC), insieme alle altre fasi del processo (ultracentrifugazione o filtrazione) sono definite come obbligatorie, al fine di ottenere la qualità desiderata del prodotto EV finale. D'altro canto, queste fasi pongono di per sé una limitazione aggiuntiva al processo. In primo luogo, l'uso di EDTA solubilizza gli aggregati di caseina, aumentando la quantità di impurezze a basso peso molecolare che si diffondono liberamente che devono essere eliminate mediante filtrazione a flusso tangenziale (TFF, Tangential Flow Filtration). Questo porta, nel tempo, alla formazione di incrostazioni della membrana limitando in tal modo, come gli autori stessi hanno commentato, la purezza che può essere ottenuta tramite TFF. In secondo luogo, la necessità di utilizzare il frazionamento mediante SEC per purificare ulteriormente il materiale dopo TFF, porta ad ottenere molteplici differenti frazioni di preparazioni di EV aventi purezza e composizioni variabili, con differenti livelli di impurezze, limitando ulteriormente la possibilità di messa in scala del processo. [0012] In a recent publication, Marsh et al. propose, in order to purify EVs from bovine milk, two slightly different protocols, both essentially based on the combined use of the complexing agent EDTA, to solubilize casein micelles and for the final fractionation of EVs by size exclusion chromatography after pre-purification by ultracentrifugation or tangential flow filtration through a membrane with a molecular cut-off of 500 kDa. Therefore, both of these protocols require a chemical treatment of the milk using EDTA for the solubilization of casein aggregates and micelles. Furthermore, the EVs are recovered, at the end of the process, after a final passage through a column of Sepharose (SEC, Size Exclusion Chromatography). These two steps (ie the use of EDTA and the SEC), together with the other steps of the process (ultracentrifugation or filtration) are defined as mandatory, in order to obtain the desired quality of the final IV product. On the other hand, these steps by themselves pose an additional limitation to the process. First, the use of EDTA solubilizes casein aggregates, increasing the amount of freely diffusing low molecular weight impurities that must be removed by Tangential Flow Filtration (TFF). This leads, over time, to the formation of encrustation of the membrane thus limiting, as the authors themselves have commented, the purity that can be obtained with TFF. Second, the need to use SEC fractionation to further purify material after TFF leads to multiple different fractions of EV preparations having varying purities and compositions, with different levels of impurities, further limiting the possibility of scaling. of the process.
[0013] Di conseguenza, nel campo degli esosomi derivati da latte vi è ancora la necessità di sviluppare un processo di isolamento che eviti gli svantaggi dell'ultracentrifugazione, che sia adatto alla manipolazione di grandi volumi di fluido di partenza (ovvero, latte), che possa funzionare senza una strumentazione di laboratorio specializzata, e che consenta di ottenere preparazioni di esosomi aventi una qualità omogenea, ben definita e riproducibile. [0013] Consequently, in the field of milk-derived exosomes there is still a need to develop an isolation process that avoids the disadvantages of ultracentrifugation, that is suitable for handling large volumes of starting fluid (i.e., milk), that can work without specialized laboratory equipment, and that allows to obtain preparations of exosomes having a homogeneous, well-defined and reproducible quality.
[0014] Con riferimento all'uso di preparazioni di EV per il rilascio di farmaci, deve essere posta un'attenzione particolare non solo alle EV e alla loro preparazione, ma anche ai tipi di cargo con i quali è impiegato il sistema di rilascio costituito dalle EV. Le classiche small molecules mostrano spesso una biodisponibilità orale nell'ordine del 20-100%, mentre le macromolecole biologiche e i loro derivati, come oligonucleotidi e proteine, non sono considerate biodisponibili per via orale. In generale, tali molecole, nonostante i vari tentativi nella in letteratura, sono considerate per un uso solo per iniezione endovenosa o sottocutanea o per applicazioni locali. Tuttavia, vi sono anche numerosi prodotti naturali aventi caratteristiche molecolari descritte generalmente nel campo della chimica farmaceutica come non soddisfacenti i criteri della „regola del cinque“ (Lipinsky et al. 2001, Adv. Drug Deliv. Rev. 46) e simili valutazioni basate sulla regola e/o che non mostrano alcuna biodisponibilità orale utile dal punto di vista terapeutico. Ora, sono stati svolti diversi e limitati tentativi per eseguire il caricamento delle EV del latte con molecole cargo. [0014] With respect to the use of IV preparations for drug delivery, particular attention must be paid not only to the IVs and their preparation, but also to the types of cargoes with which the constituted delivery system is employed from EVs. Classic small molecules often show an oral bioavailability in the order of 20-100%, while biological macromolecules and their derivatives, such as oligonucleotides and proteins, are not considered orally bioavailable. In general, these molecules, despite various attempts in the literature, are considered for use only by intravenous or subcutaneous injection or for local applications. However, there are also numerous natural products having molecular characteristics generally described in the field of pharmaceutical chemistry as failing the “rule of five” criteria (Lipinsky et al. 2001, Adv. Drug Deliv. Rev. 46) and similar assessments based on rule and/or that show no therapeutically useful oral bioavailability. Now, several limited attempts have been made to load milk EVs with cargo molecules.
[0015] WO2018102397A1 descrive preparazioni di EV del latte caricato con macromolecole biologiche. Tuttavia, le procedure di caricamento mostrate sono limitate a macromolecole biologiche modificate principalmente con un'ancora idrofobica al fine di consentire un inserimento fisico o un'interazione del cargo macromolecolare con esosomi e/o mediante una sorta di distruzione fisico-meccanica delle membrane delle EV, ad esempio tramite sonicazione o cicli di congelamento-scongelamento. WO2018102397A1 discloses IV preparations of milk loaded with biological macromolecules. However, the loading procedures shown are limited to biological macromolecules primarily modified with a hydrophobic anchor in order to allow for physical insertion or interaction of the macromolecular cargo with exosomes and/or by some sort of physico-mechanical destruction of EV membranes , for example by sonication or freeze-thaw cycles.
[0016] US10420723B2 descrive alcune preparazioni di EV del latte con una selezione di prodotti naturali, il caricamento effettuato mediante sospensione del farmaco in PEG-400 o usando etanolo come co-solvente e, dopo co-incubazione, separazione delle EV dall'eccesso di farmaco libero usando metodi di centrifugazione ed ultracentrifugazione, come quelli impiegati per l'isolamento delle EV. Una tale procedura risente delle stesse limitazioni (scalabilità, resa, purezza, ecc.) delle procedure sopra commentate per l'isolamento delle EV del latte, e presenta lo svantaggio aggiuntivo del legame non specifico del farmaco alle proteine non vescicolari presenti di per sé nei campioni di EV, in particolare quando si usano per primi processi basati su ultracentrifugazione per il loro isolamento. [0016] US10420723B2 describes some preparations of milk EVs with a selection of natural products, the loading done by suspending the drug in PEG-400 or using ethanol as a co-solvent and, after co-incubation, separating the EVs from the excess free drug using centrifugation and ultracentrifugation methods, such as those used for EV isolation. Such a procedure suffers from the same limitations (scalability, yield, purity, etc.) as the procedures commented above for the isolation of milk EVs, and has the additional disadvantage of non-specific drug binding to non-vesicular proteins present per se in the EV samples, particularly when ultracentrifugation-based processes are used first for their isolation.
[0017] EP3620519A1 espone l'uso dell'estrusione per eseguire il caricamento delle EV del latte con RNA modificati con un'ancora idrofobica. EP3620519A1 discloses the use of extrusion to perform loading of milk EVs with RNAs modified with a hydrophobic anchor.
[0018] Tali procedure apertamente così generalizzate non portano automaticamente ad ottenere carrier di farmaci biologicamente attivi ma richiedono una sperimentazione laboriosa e caso per caso, e sono sottoposte all'identificazione di una combinazione attuabile testando una lista illimitata di additivi, di variabili e di parametri di ottimizzazione senza una garanzia a priori di successo. Un esempio che dimostra che questo principio è ancora valido per le EV e per i sistemi di carrier di farmaci derivati da EV è fornito da Grossen et al. (Grossen et al., European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, Volume 158, 2021), in cui non è stato osservato alcun effetto funzionale dopo somministrazione orale di EV del latte caricate con RNA, come descritto in EP 3 620 519 A1. [0018] Such overtly generalized procedures do not automatically lead to obtaining biologically active drug carriers but require laborious and case-by-case experimentation, and are subjected to the identification of a feasible combination by testing an unlimited list of additives, variables and parameters optimization without an a priori guarantee of success. An example demonstrating that this principle still holds true for EVs and EV-derived drug carrier systems is provided by Grossen et al. (Grossen et al., European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, Volume 158, 2021), where no functional effect was observed after oral administration of RNA-loaded milk IVs, as described in EP 3 620 519 A1.
[0019] Pertanto, sono necessari nuovi e migliori metodi di preparazione per il caricamento e per l'applicazione di EV del latte caricate con molecole specifiche. Therefore, new and improved preparation methods for loading and applying milk EVs loaded with specific molecules are needed.
Scopi dell'invenzionePurposes of the invention
[0020] Un primo scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo per isolare EV dal latte di differenti specie di mammiferi, come comunemente prodotto nell'industria casearia. Dette EV isolate hanno elevata purezza e caratteristiche riproducibili. A first object of the present invention is to provide a method for isolating EVs from the milk of different mammalian species, as commonly produced in the dairy industry. Said isolated EVs have high purity and reproducible characteristics.
[0021] Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di fornire un metodo per isolare EV dal colostro di differenti specie, incluso il colostro umano, così come da latte già processato di differenti specie, come polveri di latte (prodotte mediante liofilizzazione o spray-drying) o latte pastorizzato, scremato o altrimenti processato e polveri derivate da tale latte processato, che ancora contengono EV almeno parzialmente intatte. A further object of the invention is to provide a method for isolating EVs from colostrum of different species, including human colostrum, as well as from already processed milk of different species, such as milk powders (produced by freeze-drying or spray-drying). drying) or pasteurized, skimmed or otherwise processed milk and powders derived from such processed milk, which still contain at least partially intact EVs.
[0022] Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire preparazioni di EV particolarmente adatte per ulteriore rifinitura e/o caricamento di farmaci tramite metodi descritti nell'arte. Another object of the present invention is to provide IV preparations particularly suitable for further refinement and/or drug loading by methods described in the art.
[0023] Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire anche nuove preparazioni di EV del latte caricate con farmaci basate sul farmaco antifungino e antiparassitario Amfotericina B (AmB). Another object of the present invention is to also provide novel drug-loaded milk IV preparations based on the antifungal and antiparasitic drug Amphotericin B (AmB).
[0024] Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire metodi efficaci per il rilascio sistemico di preparazioni di EV con conseguente esposizione al farmaco in diversi organi dei mammiferi. Yet another object of the present invention is to provide effective methods for the systemic delivery of EV preparations resulting in drug exposure in various mammalian organs.
[0025] Di questi scopi, tra gli altri, ci si occuperà in maggiore dettaglio nei paragrafi seguenti, insieme a dati sperimentali e ad esempi, al fine di chiarire completamente l'oggetto della presente invenzione. [0025] These objects, among others, will be dealt with in greater detail in the following paragraphs, together with experimental data and examples, in order to fully clarify the object of the present invention.
Sommario dell'invenzioneSummary of the Invention
[0026] La presente invenzione si occupa delle necessità precedenti e di altro tipo, con riferimento alla tecnica anteriore, fornendo un nuovo processo adatto per l'isolamento industriale di esosomi da differenti tipi di latte come materiale di partenza. La presente invenzione concerne anche composizioni ottenute con tale processo di isolamento, che hanno elevata purezza con riferimento alla possibile presenza di proteine contaminanti, aggregati di proteine, aggregati di impurezze organiche e lipidi, e il loro uso come nano-carrier per il rilascio di farmaci. The present invention addresses the foregoing and other needs, with reference to the prior art, by providing a novel process suitable for the industrial isolation of exosomes from different types of milk as starting material. The present invention also relates to compositions obtained with this isolation process, which have high purity with reference to the possible presence of contaminating proteins, protein aggregates, organic impurity aggregates and lipids, and their use as nano-carriers for the release of drugs .
[0027] Il metodo di isolamento della presente invenzione è basato sulla scoperta sorprendente che un processo consistente in una serie di fasi distinte, comprendenti una fase di coagulazione della caseina basata su enzimi, seguita da ultrafiltrazione usando membrane aventi specifiche dimensioni dei pori e dialisi a forza ionica controllata, consente di ottenere l'isolamento, la purificazione e la concentrazione di esosomi derivati dal latte (EV) con elevata efficienza. The isolation method of the present invention is based on the surprising discovery that a process consisting of a series of distinct steps, comprising an enzyme-based casein coagulation step, followed by ultrafiltration using membranes having specific pore sizes, and dialysis at controlled ionic strength, allows to obtain the isolation, purification and concentration of milk-derived exosomes (EV) with high efficiency.
[0028] L'effetto sorprendente della scoperta dell'invenzione è correlato al fatto che i materiali di partenza ricchi di proteine e grassi, abitualmente soffrono della mancanza di possibilità di essere altamente concentrati a causa dell'aggregazione, della torbidità o della precipitazione crescenti. Allo stesso tempo, la dialisi con acqua pura può portare all'esaurimento di ioni stabilizzanti che sono necessari a prevenire l'aggregazione proteica. The surprising effect of the discovery of the invention is related to the fact that starting materials rich in proteins and fats usually suffer from lack of possibility to be highly concentrated due to increasing aggregation, turbidity or precipitation. At the same time, dialysis with pure water can lead to depletion of stabilizing ions which are needed to prevent protein aggregation.
[0029] Inoltre, il processo dell'invenzione comprende una serie pre-determinata di fasi di purificazione, che portano all'isolamento di estratti ricchi di EV aventi intervalli dimensionali medi di 30-200 nm e che portano i marcatori proteici legati alla superficie caratteristici degli esosomi. Detta serie di fasi di purificazione comprende tipicamente una prima fase che implica la coagulazione della maggior parte dei componenti proteici del latte, seguita dalla loro rimozione tramite filtrazione o altri metodi di separazione, ed una seconda fase, comprendente la concentrazione e la dialisi a forza ionica controllata della frazione di EV tramite ultrafiltrazione usando membrane di dimensioni dei pori selezionate in modo specifico. Furthermore, the process of the invention comprises a pre-determined series of purification steps, leading to the isolation of EV-rich extracts having average size ranges of 30-200 nm and bearing the characteristic surface-bound protein markers of exosomes. Said series of purification steps typically comprises a first step involving the coagulation of most of the protein components of the milk, followed by their removal by filtration or other separation methods, and a second step, comprising concentration and ionic strength dialysis controlled EV fraction by ultrafiltration using specifically selected pore size membranes.
[0030] Pertanto, l'invenzione consente l'isolamento di grandi quantità di EV, mantenendo la loro funzione biologica intrinseca con un grado comparabile con, o superiore a, quello delle EV isolate per mezzo dei metodi attualmente impiegati in accordo con la tecnica anteriore, che sono basati tipicamente sull'ultracentrifugazione differenziale o sull'ultracentrifugazione su gradienti di densità che sono caratterizzati, come già detto, da numerosi svantaggi, ovvero necessitano di tempo, sono difficili da standardizzare, sono laboriosi e limitano la possibilità di scale-up. Thus, the invention allows for the isolation of large quantities of EVs while maintaining their intrinsic biological function to a degree comparable with, or greater than, that of EVs isolated by currently employed methods in accordance with the prior art , which are typically based on differential ultracentrifugation or on density gradient ultracentrifugation which are characterized, as already mentioned, by numerous disadvantages, i.e. they take time, are difficult to standardize, are laborious and limit the possibility of scale-up.
[0031] Sebbene la prima fase del processo, ovvero la coagulazione di caseina, possa essere svolta tecnicamente mediante una coagulazione indotta da acidi, questa soluzione è meno preferita rispetto ad una coagulazione basata su enzimi, a causa delle conseguenze funzionali osservate nelle preparazioni ottenute infine quando è usato un acido. Infatti, le EV isolate impiegando quest'ultimo, mostrano in media dimensioni particellari maggiori ed una abbondanza minore di proteine marcatrici di EV, come TSG101 o CD9 in analisi di Western blot. Pertanto, la coagulazione di caseina indotta da acidi sembra fornire isolati di EV che non soddisfano tutti i requisiti desiderati. [0031] Although the first step of the process, i.e. casein coagulation, can technically be carried out by acid-induced coagulation, this solution is less preferred than enzyme-based coagulation, due to the functional consequences observed in the preparations finally obtained when an acid is used. Indeed, EVs isolated using the latter, on average show larger particle sizes and a lower abundance of EV marker proteins, such as TSG101 or CD9 in Western blot analysis. Thus, acid-induced casein coagulation appears to provide EV isolates that do not meet all desired requirements.
[0032] Pertanto, in accordo con la presente invenzione, le procedure per ottenere preparazioni di EV del latte ampiamente prive di contaminanti proteici non vescicolari sono state applicate per ottenere, ad esempio, EV del latte di due differenti specie (bovini e capre), caricate con Amfotericina B. Quando sono state confrontate differenti condizioni di caricamento per Amfotericina B, è stato sorprendentemente trovato che la co-incubazione per una quantità di tempo specificata in un rapporto specificato di Amfotericina B e di EV del latte, ha fornito preparazioni funzionali di EV caricate con Amfotericina B, contenenti il carico di farmaco più alto di Amfotericina B con un'associazione stabile tra farmaco e carrier. La dialisi basata su TFF con membrane da 750 kDa ha consentito il re-isolamento privo di ultracentrifugazione di EV del latte biologicamente funzionali caricate con Amfotericina B, adatte a trattare condizioni per cui è indicata Amfotericina B in accordo con la pratica medica. [0032] Therefore, according to the present invention, the procedures for obtaining milk EV preparations largely free of non-vesicular protein contaminants have been applied to obtain, for example, milk EVs of two different species (bovine and goat), loaded with Amphotericin B. When different loading conditions for Amphotericin B were compared, it was surprisingly found that co-incubation for a specified amount of time in a specified ratio of Amphotericin B to milk IV yielded functional preparations of Amphotericin B-loaded IVs, containing the highest Amphotericin B drug load with a stable drug-carrier association. TFF-based dialysis with 750 kDa membranes allowed ultracentrifugation-free re-isolation of biologically functional milk EVs loaded with Amphotericin B, suitable to treat conditions for which Amphotericin B is indicated in accordance with medical practice.
[0033] Nella letteratura scientifica le EV del latte sono state generalmente considerate come carrier di farmaci per applicazioni locali o per ottenere prodotti precedentemente trovati non adatti per il rilascio orale di farmaci. Quando sono state svolte sperimentazioni con preparazioni di EV del latte in accordo con la presente invenzione, è stato sorprendentemente trovato che le preparazioni di EV del latte dell'invenzione possono essere usate per effettuare un trasporto estremamente efficiente attraverso l'epitelio respiratorio e sono in grado di generare elevati livelli di esposizione sistemica in numerosi tessuti, ad esempio in fegato, rene, cuore o cervello e potenzialmente in altri. [0033] In the scientific literature, milk EVs have generally been considered as drug carriers for local applications or to obtain products previously found unsuitable for oral drug delivery. When trials have been performed with IV milk preparations in accordance with the present invention, it has been surprisingly found that the IV milk preparations of the invention can be used to effect highly efficient transport across the respiratory epithelium and are able to generate high levels of systemic exposure in many tissues, for example in the liver, kidney, heart or brain and potentially others.
Descrizione delle FigureDescription of the Figures
[0034] Figura 1: Caratterizzazione di differenti fasi di preparazione di EV da latte bovino mediante analisi per il monitoraggio di nanoparticelle (NTA, Nanoparticle Tracking Analysis). Gli istogrammi di distribuzione delle dimensioni particellari, il valore della media e della moda sono stati determinati mediante NTA. I dati sono mostrati per campioni rappresentativi di siero di latte (Figura 1.1, a-c), siero di latte pre-processato (Figura 1.2, d-f) e di preparazioni di EV dopo filtrazione a flusso tangenziale (TFF) di siero di latte pre-processato usando due differenti membrane: con pori di 750 kDa o con pori di 100 kDa (Figura 1.3, g-i). Le concentrazioni particellari sono mostrate come rese, calcolate a ritroso con riferimento al volume di siero di latte. Per il materiale processato mediante TFF, sono mostrate le rese e le dimensioni particellari sia per il siero, sia per il retentato (il fluido trattenuto dalla membrana filtrante) di latte pre-processato (grafici h e i). I campioni sono stati misurati in triplicato; le barre di errore rappresentano le deviazioni standard rispetto ai tre replicati tecnici. Figura 2: Rapporti tra particelle e proteine di fasi di preparazione di differenti EV da latte bovino. I rapporti tra particelle e proteine sono stati determinati misurando i numeri di particelle tramite NTA e la concentrazione di proteine totali è stata determinata usando il reagente di Bradford. I risultati sono espressi come media di n=3 esperimenti. (a) Tre differenti campioni (lotto 1 - 3) di siero di latte pre-processato, (b) due esempi di intermedi del processamento con TFF: Il siero di latte pre-processato è stato diluito 1:1 (barra „input“), concentrato tre volte e sottoposto a dialisi tre volte (barra „retentato“) usando una membrana avente una dimensione dei pori di 750 kDa o di 100 kDa. Figura 3: Caratterizzazione mediante cromatografia ad esclusione dimensionale di fasi di preparazione di differenti EV da latte bovino. I campioni sono stati iniettati in una colonna Superdex S200 ed eluiti a 0,8 ml/min a 4°C in PBS a pH 7,4 (Esempio 14). I cromatogrammi registrati a 280 nm sono mostrati in Figura 3.1 per siero di latte (a), siero di latte pre-processato (b) e preparazione di EV dopo processamento mediante TFF (c). Il cromatogramma di siero di latte è mostrato come una sovrapposizione dei campioni prima (grigio, Esempio 1) e dopo (nero, Esempio 2) filtrazione. Il pannello (b) mostra due lotti indipendenti di siero di latte pre-processato. Il pannello (c) mostra preparazioni di EV del latte dopo processamento mediante TFF su membrane di dimensioni dei pori di 750 kDa (sinistra) o 100 kDa (destra). Il rettangolo nero evidenzia il picco di EV. Figura 3.2, il pannello (d) mostra due cromatogrammi rappresentativi di preparazioni finali di EV del latte in seguito all'isolamento di EV in accordo con il metodo della presente invenzione usando TFF attraverso una membrana avente dimensioni dei pori di 750 kDa (Esempio 5). Figura 4: Esaurimento relativo di contaminanti proteici durante il pre-processamento (taglio di peso molecolare di 100 kDa (MWCO)) di EV da latte bovino. L'esaurimento relativo di contaminanti proteici, come determinato mediante cromatografia ad esclusione dimensionale su una colonna Superdex S200, è stato determinato confrontando l'area (nero) e altezza (grigio) dei picchi 1-6 di siero di latte (Esempio 1) e di siero di latte pre-processato (Esempio 4). Figura 4.1, il pannello (a) mostra i cromatogrammi registrati a 280 nm con assegnazione dei picchi. Il pannello (b) mostra le aree e le altezze dei picchi normalizzati rispetto al picco di EV (picco 1). Il peso molecolare è stato determinato mediante un ciclo di calibratura indipendente con uno standard di esclusione dimensionale. L'esaurimento in % dei contaminanti principali è mostrato come funzione del peso molecolare calcolato in Figura 4.2, pannello (c). Figura 5: Caratterizzazione di differenti preparazioni di EV da latte bovino mediante Western blot. Analisi Western blot di (a) CD9, (b) tsg101 e (c) MFGE8. Il lisato di cellule HEK (CL) è servito come controllo positivo. Sono mostrate EV da latte bovino preparate con metodi differenti: Tramite ultrafiltrazione usando una membrana avente dimensione dei pori di 100 kDa seguita da Cromatografia ad Esclusione Dimensionale (UF SEC), tramite Filtrazione a Flusso Tangenziale usando una membrana avente dimensione dei pori di 750 kDa (TFF, Esempio 5) e tramite Ultracentrifugazione (UC di EV purificate da latte, Esempio 12). Figura 6: Tipica preparazione di EV bovine con il metodo della presente invenzione. Le caratteristiche di EV da latte bovino processato tramite Filtrazione a Flusso Tangenziale (TFF) usando una membrana avente dimensione dei pori di 750 kDa e il corrispondente materiale di partenza per TFF di siero di latte pre-processato: (a) cromatogramma di SEC registrato con assorbanza a 280 nm (b) distribuzione della dimensione particellare (misurata mediante NTA, l'istogramma rappresenta una di tre misurazioni), (c) rapporto tra particelle e proteine sulla base dei numeri di particelle misurato mediante NTA e misurazioni di proteine totali mediante Bradford, n=3, (d) particelle per ml di siero di latte (e) dimensione particellare misurata mediante NTA, n=3. Il lotto mostrato è stato processato mediante 20 cicli di concentrazione 4x e dialisi riempiendo nuovamente fino al volume originale con PBS a pH 7,4 (Esempio 5). Figura 7: Captazione cellulare di EV da latte bovino in cellule di adenocarcinoma polmonare umano (A459). Le EV marcate con TMR/Cy5 ottenute nell'Esempio 17 sono state aggiunte a cellule A459 e la captazione cellulare è stata analizzata mediante microscopia a fluorescenza come nell'Esempio 17. Le immagini rappresentative ottenute mediante visualizzazione („imaging“) in campo grande con un obiettivo da 0,95 NA 40x sono mostrate nel pannello (a). Immagini BW: canale DAPI per la colorazione del nucleo, canale TMR per il rilevamento di EV, canale Cy5 per il rilevamento di EV e canale TMR-Cy5 FRET; immagini in campo chiaro su scala di grigi. Quantificazione della captazione dose-dipendente di EV a 6 ore nel pannello (b) per EV da latte bovino marcate con TMR/Cy5 conservate a 4°C o a -80 °C. Le singole curve rappresentano replicati biologici indipendenti, mentre sono state scattate 5 singole immagini per pozzetto. Le barre di errore illustrano deviazioni standard sopra le singole immagini. Figura 8: Preparazione di EV da latte di capra. Sono mostrate le caratteristiche dei seguenti intermedi della preparazione di EV da latte di capra: Siero di latte di capra, siero di latte di capra pre-processato ed EV purificate da latte di capra su membrana per TFF avente dimensione dei pori di 750 kDa, processati mediante 20 cicli di concentrazione 4x e dialisi riempiendo nuovamente fino al volume originale con PBS a pH 7,4). I campioni sono stati caratterizzati in termini di (a) distribuzione dimensionale delle particelle (misurata mediante NTA, istogramma mostrato per una di tre misurazioni), (b, c) particelle per ml di siero di latte e dimensione particellare, entrambe misurate mediante NTA (n=3) e rapporti tra particelle e proteine sulla base dei numeri di particelle misurati mediante NTA e misurazioni delle proteine totali mediante Bradford (n=3). Figura 9: Caratterizzazione di EV da latte di capra mediante cromatografia analitica ad esclusione dimensionale. I cromatogrammi di SEC registrati con un'assorbanza a 280 nm sono mostrati per (a) siero di latte di capra, (b) siero di latte di capra pre-processato e (c) EV da latte di capra processato su membrana per TFF avente dimensione dei pori di 750 kDa. La purificazione mediante TFF è stata eseguita mediante 20 cicli di concentrazione 4x e dialisi riempiendo nuovamente fino al volume originale con PBS a pH 7,4. Figura 10: Tipica preparazione di EV da latte di capra con il metodo della presente invenzione. Caratteristiche di EV da latte di capra processato tramite Filtrazione a Flusso Tangenziale usando una membrana avente dimensione dei pori di 750 kDa e il corrispondente siero di latte pre-processato come materiale di partenza: (a) cromatogramma di SEC (registrato con assorbanza a 280 nm) (b) distribuzione della dimensione particellare (misurata mediante NTA, l'istogramma rappresenta una di tre misurazioni), (c) rapporto tra particelle e proteine sulla base dei numeri di particelle misurato mediante NTA e misurazioni di proteine totali mediante Bradford, n=3, (d) particelle per ml di siero di latte (e) dimensione particellare misurata mediante NTA, n=3. GW1PPEK1 è stato processato mediante 20 cicli di concentrazione 4x e dialisi riempiendo nuovamente fino al volume originale con PBS a pH 7,4. Figura 11: Captazione cellulare di EV da latte di capra in cellule di adenocarcinoma polmonare umano (A459). Le EV da latte di capra ottenute nell'Esempio 11 sono state marcate con TMR e Cy5 come descritto per EV da latte bovino, sono state aggiunte a cellule A459 e la captazione cellulare è stata analizzata mediante microscopia a fluorescenza come nell'Esempio 17. Le immagini rappresentative ottenute mediante visualizzazione in campo grande con un obiettivo da 0,95 NA 40x sono mostrate nel pannello (a). Immagini BW: canale DAPI per la colorazione del nucleo, canale TMR per il rilevamento di EV, canale Cy5 per il rilevamento di EV e canale TMR-Cy5 FRET; immagini in campo chiaro su scala di grigi. Quantificazione della captazione dose-dipendente di EV a 6 ore nel pannello (b) per EV da latte di capra marcate con TMR/Cy5. Le singole curve rappresentano replicati biologici indipendenti, mentre sono state scattate 5 singole immagini per pozzetto. Le barre di errore illustrano deviazioni standard sopra le singole immagini. Figura 12: Caratteristiche di EV da latte bovino processate mediante Ultracentrifugazione. (a) cromatogramma di SEC con assorbanza a 280 nm (b) distribuzione della dimensione particellare (misurata mediante NTA, istogramma mostrato per una di tre misurazioni), (c) rapporto tra particelle e proteine sulla base dei numeri di particelle misurato mediante NTA e misurazioni di proteine totali mediante Bradford, n=3, (d) particelle per ml di siero di latte (e) dimensione particellare misurata mediante NTA, n=3. Figura 13: Caratterizzazione di EV derivate da latte bovino mediante TEM con colorazione negativa. EV da latte bovino dell'Esempio 5 sono state analizzate mediante TEM con colorazione negativa e sono mostrate con ingrandimento a 40.000x (a) e 80.000x (b). Figura 14: Quantificazione di Amfotericina B usando cromatografia liquida ad elevate prestazioni. Cromatogramma di RP-HPLC di Amfotericina B (50 µl di una soluzione 2,5 µM) con eluizione isocratica (Acetonitrile/20 mM di EDTA (55% / 45% vol/vol, 1 ml/min) su una colonna C18 e rilevamento a 405 nm (a) e curva standard per differenti concentrazioni di Amfotericina B (AmB) derivata dall'area di picco (b). Figura 15: Dipendenza dalla concentrazione del caricamento di AmB su EV da latte di capra. Le EV da latte di capra a 1 nM sono state incubate con concentrazioni crescenti di AmB e la concentrazione di AmB caricata è stata quantificata mediante RP-HPLC (a). AmB a 2 µM è stata incubata con concentrazioni crescenti di EV da latte di capra e la concentrazione di AmB caricata è stata quantificata mediante RP-HPLC (b). Figura 16: Co-frazionamento di AmB con EV da latte bovino e di capra mediante cromatografia ad esclusione dimensionale. Le EV da latte bovino di Figura 16.1 (a) e di capra di Figura 16.2 (b) a 1 µM sono state caricate con Amfotericina B a 2 µM mediante co-incubazione a temperatura ambiente per 6 ore e i campioni sono stati analizzati mediante cromatografia ad esclusione dimensionale con rilevamento mediante UV-VIS a 406 nm prima e dopo lavaggio mediante ultrafiltrazione. I cromatogrammi per AmB libera e per EV del latte libere sono mostrati a titolo comparativo. Figura 17: Captazione di EV da latte di capra in cellule A549 con e senza caricamento di AmB. Le EV da latte di capra sono state marcate con TMR-NHS e Cy5 NHS, caricate con AmB ed incubate con cellule A549 per 6 ore. La captazione è stata poi analizzata mediante visualizzazione mediante fluorescenza in campo grande ed è mostrata per EV di capra marcate con TMR/Cy5 caricate con AmB rispetto a quelle non trattate come numero di vescicole positive per 1000 pixel di area cellulare. Le barre di errore rappresentano deviazioni standard su 25 campi visivi, sono mostrati i dati per tre pozzetti indipendenti. Figura 17.1 (a). Le immagini esemplificative sono mostrate in Figura 17.2 (b).Figure 1 : Characterization of different preparation steps of EVs from bovine milk by Nanoparticle Tracking Analysis (NTA). Particle size distribution histograms, mean and mode value were determined by NTA. Data are shown for representative samples of whey (Figure 1.1, a-c), preprocessed whey (Figure 1.2, d-f), and tangential flow filtration (TFF) IV preparations of preprocessed whey using two different membranes: with pores of 750 kDa or with pores of 100 kDa (Figure 1.3, g-i). Particulate concentrations are shown as yields, calculated backwards with reference to the volume of whey. For TFF-processed material, yields and particle sizes are shown for both whey and retentate (the fluid retained by the membrane filter) of pre-processed milk (graphs h and i). Samples were measured in triplicate; error bars represent standard deviations from the three technical replicates. Figure 2: Particle to protein ratios of preparation steps of different bovine milk EVs. Particle to protein ratios were determined by measuring particle numbers by NTA and total protein concentration was determined using Bradford's reagent. The results are expressed as the mean of n=3 experiments. (a) Three different samples (batch 1 - 3) of preprocessed whey, (b) two examples of TFF processing intermediates: The preprocessed whey was diluted 1:1 (bar „input“ ), concentrated three times and dialysed three times (bar „retentate“) using a membrane having a pore size of 750 kDa or 100 kDa. Figure 3: Characterization by size exclusion chromatography of preparation steps of different EVs from bovine milk. Samples were injected into a Superdex S200 column and eluted at 0.8 ml/min at 4°C in PBS pH 7.4 (Example 14). The chromatograms recorded at 280 nm are shown in Figure 3.1 for whey (a), pre-processed whey (b), and EV preparation after processing by TFF (c). The whey chromatogram is shown as an overlay of the samples before (grey, Example 1) and after (black, Example 2) filtration. Panel (b) shows two independent batches of pre-processed whey. Panel (c) shows milk EV preparations after processing by TFF on membranes with pore sizes of 750 kDa (left) or 100 kDa (right). The black rectangle highlights the EV peak. Figure 3.2, panel (d) shows two representative chromatograms of final EV preparations of milk following EV isolation according to the method of the present invention using TFF through a membrane having a pore size of 750 kDa (Example 5) . Figure 4: Relative depletion of protein contaminants during pre-processing (100 kDa molecular weight cutoff (MWCO)) of bovine milk EVs. The relative depletion of protein contaminants, as determined by size exclusion chromatography on a Superdex S200 column, was determined by comparing the area (black) and height (gray) of whey peaks 1-6 (Example 1) and of pre-processed whey (Example 4). Figure 4.1, panel (a) shows chromatograms recorded at 280 nm with peak assignment. Panel (b) shows peak areas and heights normalized to the EV peak (peak 1). Molecular weight was determined by an independent calibration run with a size exclusion standard. The % depletion of the main contaminants is shown as a function of the calculated molecular weight in Figure 4.2, panel (c). Figure 5: Characterization of different bovine milk EV preparations by Western blot. Western blot analysis of (a) CD9, (b) tsg101 and (c) MFGE8. HEK cell lysate (CL) served as a positive control. Bovine milk EVs prepared by different methods are shown: By ultrafiltration using a membrane having a pore size of 100 kDa followed by Size Exclusion Chromatography (UF SEC), by Tangential Flow Filtration using a membrane having a pore size of 750 kDa ( TFF, Example 5) and by Ultracentrifugation (UC of purified EVs from milk, Example 12). Figure 6: Typical preparation of bovine EVs by the method of the present invention. The characteristics of EV from bovine milk processed by Tangential Flow Filtration (TFF) using a membrane having a pore size of 750 kDa and the corresponding starting material for TFF of pre-processed whey: (a) chromatogram of SEC recorded with absorbance at 280 nm (b) particle size distribution (measured by NTA, histogram represents one of three measurements), (c) particle to protein ratio based on particle numbers measured by NTA and total protein measurements by Bradford , n=3, (d) particles per ml whey (e) particle size measured by NTA, n=3. The lot shown was processed by 20 cycles of 4x concentration and dialysis by refilling to the original volume with PBS pH 7.4 (Example 5). Figure 7: Cellular uptake of EVs from bovine milk into human lung adenocarcinoma cells (A459). The TMR/Cy5-labeled EVs obtained in Example 17 were added to A459 cells and cell uptake was analyzed by fluorescence microscopy as in Example 17. The representative images obtained by large-field „imaging“ with a 0.95 NA 40x objective are shown in panel (a). BW images: DAPI channel for nucleus staining, TMR channel for EV detection, Cy5 channel for EV detection, and TMR-Cy5 FRET channel; gray-scale brightfield images. Quantification of dose-dependent EV uptake at 6 hours in panel (b) for TMR/Cy5-labeled bovine milk EVs stored at 4°C or -80°C. Single curves represent independent biological replicates, while 5 single images were taken per well. Error bars illustrate standard deviations over individual images. Figure 8: Preparation of goat milk IVs. The characteristics of the following intermediates of the preparation of goat milk EVs are shown: Goat whey, pre-processed goat whey and purified EVs from goat milk on a TFF membrane having a pore size of 750 kDa, processed by 20 cycles of 4x concentration and dialysis by refilling to the original volume with PBS pH 7.4). Samples were characterized in terms of (a) particle size distribution (measured by NTA, histogram shown for one of three measurements), (b,c) particles per ml whey and particle size, both measured by NTA ( n=3) and particle-to-protein ratios based on particle numbers measured by NTA and total protein measurements by Bradford (n=3). Figure 9: Characterization of EVs from goat milk using size exclusion analytical chromatography. SEC chromatograms recorded with an absorbance at 280 nm are shown for (a) goat whey, (b) preprocessed goat whey, and (c) membrane-processed goat EV for TFF having pore size of 750 kDa. Purification by TFF was performed by 20 cycles of 4x concentration and dialysis by refilling to the original volume with PBS pH 7.4. Figure 10: Typical preparation of EVs from goat milk by the method of the present invention. Characteristics of EV from goat milk processed by Tangential Flow Filtration using a membrane having a pore size of 750 kDa and the corresponding pre-processed whey as starting material: (a) chromatogram of SEC (recorded with absorbance at 280 nm ) (b) particle size distribution (measured by NTA, histogram represents one of three measurements), (c) particle to protein ratio based on particle numbers measured by NTA and total protein measurements by Bradford, n= 3, (d) particles per ml whey (e) particle size measured by NTA, n=3. GW1PPEK1 was processed by 20 cycles of 4x concentration and dialysis by refilling to the original volume with PBS pH 7.4. Figure 11: Cellular uptake of goat milk EVs into human lung adenocarcinoma cells (A459). Goat milk EVs obtained in Example 11 were labeled with TMR and Cy5 as described for bovine milk EVs, added to A459 cells, and cell uptake was analyzed by fluorescence microscopy as in Example 17. Representative images obtained by wide field viewing with a 0.95 NA 40x objective are shown in panel (a). BW images: DAPI channel for nucleus staining, TMR channel for EV detection, Cy5 channel for EV detection, and TMR-Cy5 FRET channel; gray-scale brightfield images. Quantification of dose-dependent EV uptake at 6 hours in panel (b) for TMR/Cy5-labelled goat milk EVs. Single curves represent independent biological replicates, while 5 single images were taken per well. Error bars illustrate standard deviations over individual images. Figure 12: Characteristics of EVs from Bovine Milk Processed by Ultracentrifugation. (a) chromatogram of SEC with absorbance at 280 nm (b) particle size distribution (measured by NTA, histogram shown for one of three measurements), (c) particle to protein ratio based on particle numbers measured by NTA, and total protein measurements by Bradford, n=3, (d) particles per ml whey (e) particle size measured by NTA, n=3. Figure 13: Characterization of bovine milk-derived EVs by TEM with negative staining. Bovine milk EVs of Example 5 were analyzed by TEM with negative staining and are shown at 40,000x (a) and 80,000x (b) magnification. Figure 14: Quantification of Amphotericin B using high performance liquid chromatography. RP-HPLC chromatogram of Amphotericin B (50 µl of a 2.5 µM solution) with isocratic elution (Acetonitrile/20 mM EDTA (55% / 45% vol/vol, 1 ml/min) on a C18 column and detection at 405 nm (a) and standard curve for different concentrations of Amphotericin B (AmB) derived from the peak area (b).Figure 15: Concentration dependence of AmB loading on goat milk EVs. goat milk EVs at 1 nM were incubated with increasing concentrations of AmB and the loaded AmB concentration was quantified by RP-HPLC (a).AmB at 2 µM was incubated with increasing concentrations of goat milk EVs and the AmB concentration loaded was quantified by RP-HPLC (b).Figure 16: Co-fractionation of AmB with EVs from bovine and goat milk by size exclusion chromatography.The EVs from bovine milk of Figure 16.1(a) and goat of Figure 16.2(b) at 1 µM were loaded with Amphotericin B at 2 µM by co-incubation at room temperature for 6 hours and the samples were analyzed by size exclusion chromatography with detection by UV-VIS at 406 nm before and after washing by ultrafiltration. The chromatograms for free AmB and free milk EV are shown for comparison. Figure 17: Uptake of EVs from goat milk into A549 cells with and without AmB loading. Goat milk EVs were labeled with TMR-NHS and Cy5 NHS, loaded with AmB and incubated with A549 cells for 6 hours. Uptake was then analyzed by wide-field fluorescence visualization and is shown for TMR/Cy5-labelled goat EVs loaded with AmB versus untreated ones as the number of positive vesicles per 1000 pixels of cell area. Error bars represent standard deviations over 25 fields of view, data for three independent wells are shown. Figure 17.1(a). Example images are shown in Figure 17.2(b).
Descrizione dettagliata dell'invenzioneDetailed description of the invention
[0035] Quando si considera la purificazione su larga scala di EV derivate da latte, sono importanti numerosi aspetti; tra gli altri, questi sono: tipo di materiale di partenza, concentrazione di EV che può essere ottenuta (arricchimento) e purezza del prodotto finale (ovvero, quanti altri componenti diversi dalle EV sono presenti in una tipica preparazione). Quest'ultima è particolarmente importante, dato che i fattori contaminanti possono dare origine ad effetti collaterali indesiderati e/o possono interferire con l'ulteriore derivatizzazione di EV, come il caricamento con molecole da veicolare, ecc. e/o possono complicare l'interpretazione dei dati che sono generati con preparazioni di qualità inferiore. When considering the large-scale purification of dairy EVs, several aspects are important; among others, these are: type of starting material, concentration of EVs that can be obtained (enrichment), and purity of the final product (i.e., how many other components other than EVs are present in a typical preparation). The latter is particularly important, given that contaminating factors may give rise to unwanted side effects and/or may interfere with further EV derivatization, such as loading with delivery molecules, etc. and/or may complicate interpretation of data that is generated with lower quality preparations.
[0036] Come indicato precedentemente, il metodo di purificazione comunemente utilizzato nello stato attuale dell'arte per ottenere preparazioni di EV da latte è essenzialmente basato su numerose fasi di centrifugazione, di cui almeno una, ma comunemente due, sono di ultracentrifugazione (ovvero > 50.000 x g), ciò fa sì che le EV formino pellet e si separino dal liquido e dai componenti contaminanti aventi peso molecolare ridotto/inferiore. [0036] As indicated above, the purification method commonly used in the current state of the art to obtain dairy EV preparations is essentially based on numerous centrifugation steps, of which at least one, but commonly two, are ultracentrifugation (i.e. > 50,000 x g), this causes the EVs to pellet and separate from the liquid and low/lower molecular weight contaminant components.
[0037] Gli svantaggi tecnici di tale processo di ultracentrifugazione sono numerosi: – l'ultracentrifugazione è di per sé difficile da scalare e gli impianti sono costosi; – l'ultracentrifugazione porta a co-pellettizzazione di detriti cellulari, così come di aggregati proteici ed oligonucleotidici, tali componenti non-EV spesso portano ad una sovrastima grossolana del contenuto di EV; – l'ultracentrifugazione porta ad una distorsione/modificazione delle EV (cambiamento di dimensione, fusione di vescicole) riducendo potenzialmente l'attività biologica delle preparazioni che le contengono.[0037] The technical disadvantages of this ultracentrifugation process are numerous: – ultracentrifugation is in itself difficult to scale up and the plants are expensive; – ultracentrifugation leads to co-pelletization of cellular debris, as well as protein and oligonucleotide aggregates, such non-EV components often leading to gross overestimation of EV content; – ultracentrifugation leads to distortion/modification of the EVs (change in size, fusion of vesicles) potentially reducing the biological activity of the preparations containing them.
[0038] D'altro canto, l'ultracentrifugazione fornisce una metodologia molto efficiente su piccola scala, impiegata comunemente in biochimica per „condensare“ ed estrarre un materiale da un liquido sulla base della sua densità specifica (peso molecolare), anche quando scarsamente presente, e contemporaneamente rimuovere anche un grande eccesso di impurezze aventi densità inferiore e/o maggiore (con peso molecolare inferiore/maggiore). Applicato all'isolamento delle EV, il metodo attualmente generalmente accettato per la preparazione delle EV in accordo con la tecnica anteriore è basato, come prima fase, sulla pellettizzazione di cellule intere, aggregati di lipidi di organuli e strutture più grandi usando una centrifugazione a velocità inferiore. Tale fase di pre-purificazione, rimuovendo le impurezze più grandi, è seguita da una fase di ultracentrifugazione, ad esempio 100.000 x g per 90 minuti, per ottenere le EV desiderate che possono anche essere risospese e ultracentrifugate nuovamente per ottenere una purezza maggiore. Alcuni ricercatori descrivono anche una fase di coagulazione che coinvolge le proteine del latte, che deve essere eseguita prima dell'ultracentrifugazione. [0038] On the other hand, ultracentrifugation provides a very efficient small-scale methodology commonly employed in biochemistry to „condense“ and extract a material from a liquid based on its specific density (molecular weight), even when low in , and simultaneously also remove a large excess of impurities having lower and/or higher density (lower/higher molecular weight). Applied to EV isolation, the currently generally accepted method for EV preparation in accordance with the prior art is based, as a first step, on pelletizing whole cells, lipid aggregates of organelles and larger structures using high-speed centrifugation. inferior. This pre-purification step, removing larger impurities, is followed by an ultracentrifugation step, e.g. 100,000 x g for 90 minutes, to obtain the desired EVs which can also be resuspended and ultracentrifuged again to obtain higher purity. Some researchers also describe a coagulation step involving milk proteins, which must be performed before ultracentrifugation.
[0039] Tale fase di pre-purificazione è descritta, ad esempio da (Wolf et al., 2015), essere di 13.200 x g per 30 minuti, a partire da latte scremato, mentre Izumi et al usano 2x 1.200 xg per 10 min (Izumi et al., 2015), a partire da latte grezzo. Altri valori in gran parte simili possono essere trovati in questo settore. Ad esempio, Gao et al. descrivono un processo di pre-purificazione in due fasi quando le EV sono purificate da latte di Yak, impiegando prima 8.000 x g per 30 minuti, seguito da 13.000 x g al fine di rimuovere le strutture più pesanti (Gao et al., 2019; Gao et al., 2021a; Gao et al., 2021b). [0039] Such a pre-purification step is described, for example by (Wolf et al., 2015), to be 13,200 x g for 30 minutes, starting with skim milk, while Izumi et al use 2x 1,200 x g for 10 min ( Izumi et al., 2015), starting from raw milk. Other largely similar values can be found in this area. For example, Gao et al. describe a two-step pre-purification process when EVs are purified from yak milk, first using 8,000 x g for 30 minutes, followed by 13,000 x g in order to remove heavier structures (Gao et al., 2019; Gao et al. al., 2021a; Gao et al., 2021b).
[0040] In generale, tale rimozione delle impurezze più grandi è seguita da una fase di ultracentrifugazione che, in accordo con (Wolf et al., 2015) comprende 100.000 x g per 90 minuti per ottenere un pellet contenente le EV desiderate, che è poi risospeso e il materiale pellettizzato nuovamente alle stesse condizioni. Altri (ad esempio, (Izumi et al., 2015)) impiegano ad esempio 100.000 x g per 90 minuti e scartano il pellet risultante al fine di ottenere poi materiale dal surnatante rimanente usando ancora una forza g maggiore di 120.000 x g per 90 min, che è quindi considerato di qualità sufficiente per essere usato direttamente senza ulteriori lavaggi. [0040] In general, such removal of the largest impurities is followed by an ultracentrifugation step which, according to (Wolf et al., 2015) comprises 100,000 x g for 90 minutes to obtain a pellet containing the desired EVs, which is then resuspended and the material pelletized again under the same conditions. Others (e.g., (Izumi et al., 2015)) employ e.g. 100,000 x g for 90 min and discard the resulting pellet in order to then obtain material from the remaining supernatant again using a greater g-force of 120,000 x g for 90 min, which it is therefore considered of sufficient quality to be used directly without further washing.
[0041] Per assistere ulteriormente l'isolamento di EV mediante ultracentrifugazione, Gao et al. (Gao et al., 2019; Gao et al., 2021a; Gao et al., 2021b) descrivono anche un processo che prevede la coagulazione di proteine del latte mediante trattamento con caglio, prima di isolare successivamente le EV usando ultracentrifugazione con i parametri comunemente noti (pellettizzazione iniziale a 120.000 x g per 90 minuti e lavaggio seguito da ri-pellettizzazione usando gli stessi parametri). [0041] To further assist in the isolation of EVs by ultracentrifugation, Gao et al. (Gao et al., 2019; Gao et al., 2021a; Gao et al., 2021b) also describe a process involving the coagulation of milk proteins by rennet treatment, before subsequently isolating the EVs using ultracentrifugation with the parameters commonly known (initial pelletizing at 120,000 x g for 90 minutes and washing followed by re-pelletizing using the same parameters).
[0042] Quando si considerano metodi di isolamento alternativi, oltre all'ultracentrifugazione, una metodologia candidata è la separazione su base dimensionale basata sulla cromatografia ad esclusione dimensionale. Blans et al., (Blans et al., 2017) descrivono una tale metodologia in dettaglio. La loro metodologia usa una colonna impaccata con resina di esclusione dimensionale Sephacryl S 500 per ottenere le frazioni di EV, tuttavia solo dopo precedente centrifugazione a 20.000 g. Inoltre, la metodologia descritta dagli autori è mostrata solo su piccola scala (volumi di processamento di ml), e gli autori stessi riconoscono che la fase di esclusione dimensionale è usata per separare la caseina e le proteine del siero rimanenti dal materiale vescicolare dopo le fasi di centrifugazione a 340.000 g o a 20.000 g. Pertanto, una sfida specifica dell'utilizzo del latte come materiale di partenza è l'elevata abbondanza di lipidi, acidi grassi e lipoproteine che, nello stato attuale dell'arte, è abitualmente rimossa precedentemente mediante centrifugazione, dato che altrimenti porterebbe alla formazione di incrostazioni della resina ad esclusione dimensionale o delle membrane di separazione. Per questa ragione, nella tecnica attuale, questi metodi sono stati usati piuttosto come metodi di purificazione aggiuntivi per la separazione delle EV dopo (ultra)centrifugazione iniziale. When considering alternative isolation methods, other than ultracentrifugation, a candidate methodology is size-based separation based on size exclusion chromatography. Blans et al., (Blans et al., 2017) describe such a methodology in detail. Their methodology uses a column packed with Sephacryl S 500 size exclusion resin to obtain EV fractions, however only after prior centrifugation at 20,000 g. Furthermore, the methodology described by the authors is only shown at small scales (processing volumes of ml), and the authors themselves acknowledge that the size exclusion step is used to separate the remaining casein and whey proteins from the vesicular material after the steps of centrifugation at 340,000 g or 20,000 g. Therefore, a specific challenge of using milk as starting material is the high abundance of lipids, fatty acids and lipoproteins which, in the current state of the art, is usually previously removed by centrifugation, as otherwise it would lead to scale formation. size exclusion resin or separation membranes. For this reason, in the present art, these methods have rather been used as additional purification methods for the separation of EVs after initial (ultra)centrifugation.
[0043] È anche importante menzionare che i processi di esclusione dimensionale con alcuni tipi di resine (ad esempio, Sepharose CL-2B), hanno portato talvolta ad ottenere preparazioni di EV aventi proprietà fisico-chimiche e chimiche modificate, come spostamento verso particelle di dimensioni inferiori, composizione superficiale modificata, mancanza di attività biologica, ecc. Sfortunatamente, è ancora poco chiaro a quali parametri della resina ad esclusione dimensionale siano connessi gli effetti negativi e, per questa ragione, i processi di separazione basati sull'esclusione dimensionale sono pertanto meno preferiti. [0043] It is also important to mention that size exclusion processes with some types of resins (for example, Sepharose CL-2B), have sometimes led to obtaining EV preparations having modified physicochemical and chemical properties, such as displacement towards smaller size, changed surface composition, lack of biological activity, etc. Unfortunately, it is still unclear to which size exclusion resin parameters the adverse effects are related and, for this reason, size exclusion based separation processes are therefore less preferred.
[0044] La separazione basata su membrane è stata applicata con successo per ottenere preparazioni di EV derivate da fonti meno complesse del latte. Infatti, nel caso dell'uso di latte come materiale grezzo per il loro isolamento, deve essere posta attenzione specifica alle altre strutture colloidali che sono presenti in questo fluido naturale e si trovano nello stesso intervallo dimensionale delle EV, come globuli grassi del latte (intervallo dimensionale: 0,1-15 µm) e micelle di caseina (intervallo dimensionale: 100-200 nm). In aggiunta, il latte contiene un grande eccesso di proteine non associate a EV aventi un'ampia distribuzione dimensionale ed una tendenza a coagulare a concentrazioni al di sopra dell'intervallo di 10 mg/ml. A causa di questi fattori di complicazione, è comunemente noto che l'uso di filtrazioni tramite membrana è sconveniente e può portare al verificarsi di artefatti e alla formazione di incrostazioni della membrana, partendo da latte come fonte di EV. [0044] Membrane-based separation has been successfully applied to obtain IV preparations derived from less complex sources than milk. In fact, in the case of the use of milk as a raw material for their isolation, specific attention must be paid to the other colloidal structures that are present in this natural fluid and are found in the same size range as the EVs, such as milk fat globules (range size range: 0.1-15 µm) and casein micelles (size range: 100-200 nm). In addition, milk contains a large excess of non-EV associated proteins having a broad size distribution and a tendency to coagulate at concentrations above the range of 10 mg/mL. Due to these complicating factors, it is commonly known that the use of membrane filtrations is inconvenient and can lead to the occurrence of artifacts and membrane fouling, starting with milk as the source of EVs.
[0045] Comunque, e contrariamente rispetto all'insegnamento derivante dalla tecnica nota è stato trovato sorprendentemente che il processo in accordo con la presente invenzione, basato sulla filtrazione su membrana, può essere impiegato con successo per l'efficiente isolamento di EV ad elevata purezza da latte o da derivati del latte, quando preceduto sia da una fase di pre-purificazione di coagulazione di proteine intenzionale, che da una fase di chiarificazione su un letto di filtrazione inerte. [0045] However, and contrary to the teaching deriving from the prior art it has been surprisingly found that the process according to the present invention, based on membrane filtration, can be successfully employed for the efficient isolation of high purity EVs from milk or milk derivatives, when preceded by both a pre-purification phase of intentional protein coagulation and a clarification phase on an inert filtration bed.
[0046] Sulla base di queste premesse, la presente invenzione concerne un processo per l'isolamento di EV derivate da latte e il loro uso come carrier di farmaci o di preparazioni aventi attività biologica intrinseca, utili per una gamma di applicazioni comprendenti, ma non limitate a, applicazioni farmaceutiche, veterinarie, cosmetiche e/o nutraceutiche o come additivi per diete umane o animali. [0046] Based on these premises, the present invention relates to a process for the isolation of milk-derived EVs and their use as a carrier of drugs or preparations having intrinsic biological activity, useful for a range of applications including, but not limited to limited to, pharmaceutical, veterinary, cosmetic and/or nutraceutical applications or as an additive to human or animal diets.
[0047] Il termine generale „latte“, se non altrimenti specificato, è usato per definire il prodotto fornito da tutte le specie di mammiferi, come comunemente trattato nell'industria casearia. Esempi di tipi di latte comprendono, ma non sono limitati a, latte bovino, colostro bovino, latte umano, colostro umano, latte di pecora, latte di capra, latte di bufala, latte di asina o latte di cammello, incluse le loro rispettive forme di colostro. [0047] The general term "milk", unless otherwise specified, is used to define the product supplied by all mammalian species, as commonly dealt with in the dairy industry. Examples of types of milk include, but are not limited to, bovine milk, bovine colostrum, human milk, human colostrum, sheep's milk, goat's milk, buffalo's milk, donkey's milk or camel's milk, including their respective forms of colostrum.
[0048] In accordo con la presente invenzione, è fornito un processo per l'isolamento delle EV purificate da latte, detto processo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una fase di coagulazione di proteine del latte ed almeno una fase di ultrafiltrazione e di concentrazione basata su membrana, fornendo almeno una singola frazione omogenea avente caratteristiche uniformi, ad esempio in termini di parametri bioanalitici, concentrazione delle particelle, rapporto di proteine/particelle, purezza cromatografica, distribuzione della dimensione particellare, ecc. In particolare, in accordo con la presente invenzione, il processo per l'isolamento delle EV purificate da latte della presente invenzione, fornisce una singola frazione omogenea delle EV purificate da latte avente caratteristiche uniformi. [0048] In accordance with the present invention, a process is provided for the isolation of purified EVs from milk, said process being characterized in that it comprises at least one milk protein coagulation step and at least one ultrafiltration and concentration step. membrane-based, providing at least a single homogeneous fraction having uniform characteristics, e.g. in terms of bioanalytical parameters, particle concentration, protein/particle ratio, chromatographic purity, particle size distribution, etc. In particular, according to the present invention, the process for the isolation of purified EVs from milk of the present invention provides a single homogeneous fraction of purified EVs from milk having uniform characteristics.
[0049] Il processo per l'isolamento delle EV purificate secondo la presente invenzione comprende le seguenti fasi di: a) fornire un campione di latte; b) chiarificare facoltativamente detto campione per mezzo di processi tradizionalmente noti di filtrazione o decantazione per ottenere latte chiarificato; c) sottoporre detto latte o detto latte chiarificato ad un trattamento con una miscela di enzimi adatta alla coagulazione di proteine del latte ad una temperatura e in un tempo pre-definiti per ottenere un liquido contenente proteine coagulate; d) separare detta proteina coagulata dal loro surnatante svolgendo una o più filtrazioni di detto liquido con uno strato inerte di un mezzo filtrante, per ottenere una soluzione trasparente; e) sottoporre detta soluzione trasparente ad almeno una fase di ultrafiltrazione e concentrazione usando membrane con dimensioni dei pori definite e mezzo di dialisi, acqua o tampone di regolata forza ionica, al fine di ottenere una preparazione concentrata di EV; f) trattare facoltativamente detta preparazione concentrata di EV con un agente stabilizzante, come sorbato di potassio e, contemporaneamente, regolare il pH ottenendo una preparazione concentrata di EV stabilizzata; g) sottoporre detta preparazione concentrata di EV, o detta preparazione concentrata di EV stabilizzata, ad una seconda fase di filtrazione/chiarificazione al fine di ottenere un isolato chiarificato essenzialmente puro di EV da latte; h) sottoporre facoltativamente detto isolato chiarificato essenzialmente puro di EV da latte ad una filtrazione sterilizzante usando filtri sterili standard di dimensioni tipiche dei pori inferiori a 1 µm, preferibilmente tra 0,45 µm e 0,2 µm, al fine di ottenere un isolato chiarificato essenzialmente puro e sterile di EV da latte.[0049] The process for the isolation of purified EVs according to the present invention comprises the following steps of: a) providing a milk sample; b) optionally clarifying said sample by means of traditionally known processes of filtration or decantation to obtain clarified milk; c) subjecting said milk or clarified milk to a treatment with a mixture of enzymes suitable for the coagulation of milk proteins at a pre-defined temperature and time to obtain a liquid containing coagulated proteins; d) separating said coagulated protein from their supernatant by carrying out one or more filtrations of said liquid with an inert layer of a filter medium, to obtain a transparent solution; e) subjecting said clear solution to at least one ultrafiltration and concentration step using membranes with defined pore sizes and dialysis medium, water or buffer of adjusted ionic strength, in order to obtain a concentrated EV preparation; f) optionally treating said concentrated EV preparation with a stabilizing agent, such as potassium sorbate, and simultaneously adjusting the pH to obtain a stabilized EV concentrated preparation; g) subjecting said concentrated EV preparation, or said stabilized EV concentrated preparation, to a second filtration/clarification step in order to obtain an essentially pure clarified isolate of dairy EV; h) optionally subjecting said essentially pure clarified isolate of dairy EVs to sterilizing filtration using standard sterile filters of typical pore size less than 1 µm, preferably between 0.45 µm and 0.2 µm, in order to obtain a clarified isolate essentially pure and sterile of dairy IV.
[0050] Facoltativamente, detto isolato chiarificato essenzialmente puro di EV da latte ottenuto dalla fase (g) o detto un isolato chiarificato essenzialmente puro e sterile di EV da latte ottenuto da detta fase (h) possono essere conservati a 4°C fino ad ulteriore uso o congelati a temperature tra 1°C e -80°C o più preferibilmente ancora, congelati rapidamente in azoto liquido e conservati a temperature tra -20 e -80 °C o liofilizzati in assenza o in presenza di crioconservanti comuni come, ma non limitati a, mannitolo, saccarosio, trealosio o proteine come BSA o caseina, per ottenere una preparazione di EV congelata o liofilizzata. Optionally, said essentially pure clarified dairy EV isolate obtained from step (g) or said essentially pure and sterile clarified dairy EV isolate obtained from said step (h) may be stored at 4°C until further use or frozen at temperatures between 1°C and -80°C or more preferably still, flash frozen in liquid nitrogen and stored at temperatures between -20 and -80°C or freeze-dried in the absence or presence of common cryopreservatives such as, but not limit yourself to, mannitol, sucrose, trehalose, or proteins such as BSA or casein, to make a frozen or freeze-dried IV preparation.
[0051] In un'altra forma di realizzazione della presente invenzione è stato trovato che l'isolato di EV ottenuto dal processo dell'invenzione è adatto a essere conservato mediante congelamento con perdite minime di particelle di EV dopo scongelamento. Tale procedura necessita il congelamento di preparazioni di EV sostanzialmente pure contenenti concentrazioni particellari quanto più numerose possibile nell'ordine di 10^12 particelle per ml, più preferibilmente 10^13 e superiori. In generale, è stato trovato che preparazioni di EV aventi una certa purezza, così come richiesta per modificazioni chimiche precise e caricamento controllati, tendono a mostrare ampie perdite di particelle dopo congelamento/scongelamento. Pertanto, è un vantaggio intrinseco del processo dell'invenzione il fatto che esso porti ad ottenere preparazioni di EV che consistono in una singola frazione avente concentrazioni particellari controllabili ed uniformemente elevate, adatte al congelamento e alla conservazione. In another embodiment of the present invention it has been found that the EV isolate obtained from the process of the invention is suitable for being preserved by freezing with minimal losses of EV particles after thawing. This procedure requires freezing substantially pure EV preparations containing as numerous particulate concentrations as possible in the order of 10^12 particles per mL, more preferably 10^13 and higher. In general, it has been found that EV preparations of a certain purity, as well as a requirement for precise chemical modification and controlled loading, tend to exhibit large particle losses after freeze/thaw. Therefore, it is an intrinsic advantage of the process of the invention that it leads to obtaining EV preparations which consist of a single fraction having controllable and uniformly high particulate concentrations, suitable for freezing and storage.
[0052] Le filtrazioni secondo le fasi (d) e (g) del processo sopra descritto, in accordo con la presente invenzione, possono essere eseguite usando qualsiasi metodo noto nell'arte, ad esempio, impiegando filtri fisici monouso o riutilizzabili comprendenti un materiale filtrante come un filtro di cartone o altri rivestimenti o tessuti filtranti, o usando o altrimenti usando adeguati metodi di chiarificazione e filtrazione noti nell'arte. [0052] The filtrations according to steps (d) and (g) of the process described above, in accordance with the present invention, can be performed using any method known in the art, for example, using disposable or reusable physical filters comprising a material filter media such as a cardboard filter or other filter cloth or lining, or by or otherwise using suitable clarification and filtration methods known in the art.
[0053] Nella seguente descrizione, differenti forme di realizzazione della presente invenzione verranno indicate come parte della presente invenzione. Le informazioni qui fornite, insieme ai dettagli specifici degli esempi, sono ivi riportati per scopi di chiarezza e non dovrebbero essere intesi come limitativi dell'invenzione né dovrebbero essere tratte da queste forme di realizzazioni esemplificative e dai dettagli contenuti negli esempi conclusioni limitative non necessarie. [0053] In the following description, different embodiments of the present invention will be referred to as part of the present invention. The information provided herein, along with the specific details of the examples, are set forth herein for purposes of clarity and should not be construed as limiting the invention nor should unnecessary limiting conclusions be drawn from these exemplary embodiments and the details contained in the examples.
[0054] È da notare che, in una forma di realizzazione della presente invenzione, possono essere usate varie forme pre-processate di latte e di derivati del latte come materiali di partenza al posto del campione di latte puro. Ad esempio, questi possono essere, ma non sono limitati a, latte in polvere, latte scremato, latte trattato con calore, latte pastorizzato o colostro, a condizione che questi derivati contengano EV „intatte“, ovvero EV aventi il potenziale per esercitare le proprie funzioni biologiche. It should be noted that, in one embodiment of the present invention, various pre-processed forms of milk and milk products may be used as starting materials in place of the pure milk sample. For example, these may be, but are not limited to, dry milk, skim milk, heat-treated milk, pasteurized milk, or colostrum, provided that these derivatives contain "intact" EVs, i.e. EVs that have the potential to exert their effects. biological functions.
[0055] Quando sono forniti latte in polvere o colostro in polvere, il processo della presente invenzione comprende inoltre una fase di re-idratazione, in cui detti polveri e granulati sono dispersi in acqua a dare una sospensione uniforme. Questo è abitualmente ottenuto combinando le polveri o i granuli con acqua ed agitando la miscela per produrre una sospensione omogenea. Tutti i metodi di reidratazione e di sospensione noti sono adatti per detta fase aggiuntiva, a condizione che essi non danneggino le particelle di EV. [0055] When powdered milk or powdered colostrum is supplied, the process of the present invention further comprises a re-hydration step, in which said powders and granulates are dispersed in water to give a uniform suspension. This is usually achieved by combining the powders or granules with water and agitating the mixture to produce a homogeneous suspension. All known rehydration and suspension methods are suitable for said additional step, provided they do not damage the EV particles.
[0056] In un'altra forma di realizzazione della presente invenzione, la fase (c) è eseguita usando una miscela enzimatica contenente pepsina e chimosina, che è adatta alla coagulazione basata su caseina delle proteine del latte. Miscele enzimatiche adatte ad ottenere questa coagulazione sono composte, ad esempio, da pepsina (in un intervallo dallo 0 al 90 %) e da chimosina (in un intervallo dal 100 al 10 %). Miscele preferite sono composte dal 5% di pepsina e dal 95% di chimosina, ancor più preferibilmente dal 20% di pepsina e dall'80% di chimosina. La miscela enzimatica può essere usata in una quantità e per tempi ben noti dall'esperto nell'arte, ad esempio circa 40 mg di miscela enzimatica o circa 50 unità internazionali di coagulazione del latte (IMCU, International Milk Clotting Units) per litro di latte. Il tempo di reazione dipenderà dalla quantità di miscela enzimatica e può variare da pochi minuti a diversi giorni. In una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, sono usate temperature nell'intervallo di 25-37°C per eseguire la reazione. Il pH è regolato ad un valore debolmente acido, tra 5 e 7, usando metodi ed ingredienti standard noti nell'arte, o lasciato non regolato al valore iniziale del materiale di partenza. In another embodiment of the present invention, step (c) is performed using an enzyme mixture containing pepsin and chymosin, which is suitable for casein-based coagulation of milk proteins. Enzyme mixtures suitable for achieving this coagulation consist, for example, of pepsin (in the range of 0 to 90%) and chymosin (in the range of 100 to 10%). Preferred mixtures are composed of 5% pepsin and 95% chymosin, even more preferably 20% pepsin and 80% chymosin. The enzyme mixture can be used in an amount and for times well known by the person skilled in the art, for example about 40 mg of enzyme mixture or about 50 International Milk Clotting Units (IMCU) per liter of milk . The reaction time will depend on the amount of enzyme mixture and can range from a few minutes to several days. In a preferred embodiment of the invention, temperatures in the range of 25-37°C are used to carry out the reaction. The pH is adjusted to a weakly acidic value, between 5 and 7, using standard methods and ingredients known in the art, or left unadjusted to the initial value of the starting material.
[0057] La miscela enzimatica maggiormente preferita da usare in accordo con l'invenzione è caglio di origine bovina, contenente il 5% di pepsina e il 95% di chimosina. La possibilità di impiegare questa miscela enzimatica può essere considerata uno dei molti vantaggi della presente invenzione rispetto alla tecnica anteriore che ad esempio, contrariamente descrive, l'uso di soluzioni acide o di agenti complessanti come EDTA. Il caglio, di fatto, è usato abitualmente per la produzione di differenti tipi di formaggi e, pertanto, può essere considerato completamente sicuro per il suo utilizzo nel processo di isolamento delle EV da usare ulteriormente per somministrazioni umane o animali. [0057] The most preferred enzyme mixture to be used in accordance with the invention is rennet of bovine origin, containing 5% pepsin and 95% chymosin. The possibility of using this enzymatic mixture can be considered one of the many advantages of the present invention with respect to the prior art which, for example, describes the contrary, the use of acid solutions or complexing agents such as EDTA. Rennet, in fact, is routinely used for the production of different types of cheeses and, therefore, can be considered completely safe for its use in the EV isolation process to be further used for human or animal administrations.
[0058] In una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, dopo detta fase (c) può essere prevista un'ulteriore fase (c') al fine di migliorare le caratteristiche microbiologiche del prodotto, svolgendo una breve pastorizzazione. Preferibilmente, il liquido contenente le proteine coagulate ottenute nella fase (c) è riscaldato a 45-65°C, preferibilmente tra 53-56°C per almeno decine di minuti. [0058] In a preferred embodiment of the invention, after said phase (c) a further phase (c') can be provided in order to improve the microbiological characteristics of the product, carrying out a short pasteurization. Preferably, the liquid containing the coagulated proteins obtained in step (c) is heated to 45-65°C, preferably between 53-56°C for at least tens of minutes.
[0059] In seguito, la miscela è raffreddata e sottoposta ad una o più filtrazioni, in accordo con la fase (d). In una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, la fase (d) prende in considerazione una prima filtrazione grossolana per rimuovere la maggior parte della proteina coagulata, seguita da una filtrazione profonda usando un coadiuvante di filtrazione come una terra diatomacea o simili coadiuvanti di filtrazione, così come disponibili in commercio ed abitualmente impiegati come strati filtranti nella filtrazione profonda. Il materiale chiarificato ottenuto al termine della fase (d) ha un indice di rifrazione di 3-5°Brix. [0059] Subsequently, the mixture is cooled and subjected to one or more filtrations, in accordance with step (d). In a preferred embodiment of the present invention, step (d) involves a first coarse filtration to remove most of the coagulated protein, followed by deep filtration using a filter aid such as diatomaceous earth or similar filter aids. , as well as commercially available and routinely used as filter sheets in deep filtration. The clarified material obtained at the end of step (d) has a refractive index of 3-5°Brix.
[0060] Il liquido chiarificato e de-caseinizzato ottenuto al termine della fase (d) è poi sottoposto ad una serie di almeno una fase di concentrazione e di dialisi in accordo con la fase (e). In una forma di realizzazione preferita è eseguita una prima fase di pre-concentrazione, seguita da dialisi per rimuovere in modo efficiente le rimanenti proteine contaminanti ed altri componenti, più piccoli, prima di eseguire una fase finale di concentrazione al fine di raggiungere la concentrazione finale desiderata delle EV del latte. [0060] The clarified and de-caseinized liquid obtained at the end of step (d) is then subjected to a series of at least one concentration and dialysis step in accordance with step (e). In a preferred embodiment, a first pre-concentration step is performed, followed by dialysis to efficiently remove the remaining contaminating proteins and other, smaller components, before performing a final concentration step in order to reach the final concentration. desired EV of milk.
[0061] Per le fasi di concentrazione e di dialisi sono state testate membrane aventi differenti dimensioni dei pori. In generale, la maggior parte delle proteine contaminanti sarà rimossa mediante membrane aventi un limite di cut-off dimensionale superiore a 70 kDa, in modo più appropriato aventi un cut-off vicino a o superiore a 100 kDa, in modo ancora più appropriato aventi un cut-off vicino a o superiore a 300 kDa, e più preferibilmente una membrana avente un cut-offdi 750 kDa. In particolare, l'uso di una membrana avente un cut-offdi peso molecolare di o vicino a 750 kDa in almeno una fase di ultrafiltrazione in seguito alla coagulazione di caseina, consente di eliminare virtualmente tutte le proteine vescicolari contaminanti (come misurato mediante cromatografia SEC analitica, ad esempio, su una colonna Sephadex S-200 30/10). La scelta di una tale membrana non è ovvia a priori a coloro esperti nell'arte dato che da un lato le proteine contaminanti hanno tipicamente pesi molecolari molto inferiori a 300 kDa e dall'altro lato è stato mostrato che le EV passano sostanzialmente senza impedimenti attraverso membrane aventi dimensioni dei pori di 0,22 µm o coadiuvanti inerti di filtrazione, in grado di rimuovere aggregati solubili, suggerendo in tal modo che dimensioni maggiori delle membrane possano portare a perdite significative delle EV, non migliorando l'eliminazione di proteine. Ancora, per EV non derivate da latte, l'uso di membrane di ultrafiltrazione con tagli di peso molecolare significativamente maggiori di 100kDa, come 300 kDa e superiore, è stato associato con perdite di EV. Inoltre, membrane con cut-off di peso molecolare di 750 kDa non sono abitualmente comunemente disponibili. Membranes having different pore sizes were tested for the concentration and dialysis steps. In general, the majority of contaminating proteins will be removed by membranes having a size cut-off limit greater than 70 kDa, more appropriately having a cut-off close to or greater than 100 kDa, even more appropriately having a cut -off close to or greater than 300 kDa, and more preferably a membrane having a cut-off of 750 kDa. In particular, the use of a membrane having a molecular weight cut-off of or near 750 kDa in at least one ultrafiltration step following casein coagulation allows virtually all contaminating vesicular proteins to be eliminated (as measured by SEC chromatography). analytical, for example, on a Sephadex S-200 30/10 column). The choice of such a membrane is not a priori obvious to those skilled in the art since on the one hand contaminating proteins typically have molecular weights much lower than 300 kDa and on the other hand EVs have been shown to pass substantially unimpeded through membranes having pore sizes of 0.22 µm or inert filter aids, capable of removing soluble aggregates, thus suggesting that larger membrane sizes may lead to significant EV losses, not improving protein removal. Again, for non-dairy EVs, the use of ultrafiltration membranes with molecular weight cutoffs significantly greater than 100kDa, such as 300 kDa and higher, have been associated with EV losses. Furthermore, membranes with a molecular weight cut-off of 750 kDa are not usually commonly available.
[0062] È da notare che per il metodo di isolamento dell'invenzione, la frazione da recuperare (ovvero, quella contenente le EV) è quella che rimane sopra il filtro, non la frazione che passa attraverso di esso. [0062] It should be noted that for the isolation method of the invention, the fraction to be recovered (that is, the one containing the EVs) is that which remains above the filter, not the fraction which passes through it.
[0063] In una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, al fine di ottenere la concentrazione e la purezza desiderate, è svolta una prima pre-concentrazione, durante la quale il materiale è concentrato numerose volte, tipicamente 2-6 volte con una membrana appropriata. Questa prima pre-concentrazione è seguita da un'altra filtrazione, in modalità dialisi, e sono scambiati almeno 5-10 volumi. È stato trovato che per questa dialisi deve essere controllata la forza ionica dell'acqua o del tampone acquoso al fine di prevenire l'aggregazione delle macromolecole rimanenti e che le soluzioni diventino torbide. È stato trovato che l'inclusione di cloruro di sodio in concentrazioni nell'intervallo tra 0,5 e 1,5%, più preferibilmente tra 0,8-1% è sufficiente a tal scopo. Per coloro esperti nell'arte, saranno evidenti altre soluzioni, come un cambiamento della specifica forma salificata o un cambiamento di uno dei numerosi sistemi tampone usati nelle preparazioni biochimiche, come, ma non limitatamente a, tamponi basati su fosfato, citrato, carbonato, Tris, HEPES ed altri. [0063] In a preferred embodiment of the present invention, in order to obtain the desired concentration and purity, a first pre-concentration is performed, during which the material is concentrated numerous times, typically 2-6 times with a membrane appropriate. This first pre-concentration is followed by another filtration, in dialysis mode, and at least 5-10 volumes are exchanged. It has been found that for this dialysis the ionic strength of the water or aqueous buffer must be controlled in order to prevent aggregation of the remaining macromolecules and the solutions becoming cloudy. It has been found that the inclusion of sodium chloride in concentrations in the range of 0.5-1.5%, more preferably 0.8-1% is sufficient for this purpose. To those skilled in the art, other solutions will be apparent, such as a change of the specific salt form or a change of one of several buffer systems used in biochemical preparations, such as, but not limited to, buffers based on phosphate, citrate, carbonate, Tris , HEPES and others.
[0064] Al termine della dialisi, la preparazione di EV può essere ulteriormente concentrata fino alla desiderata concentrazione finale di EV. Questa concentrazione finale può essere determinata con metodi consolidati nell'arte, come l'analisi di monitoraggio delle nano particelle (Nano-Particle Tracking analysis). Generalmente, i valori per i numeri di particelle raggiunti con il metodo secondo l'invenzione sono nell'intervallo di 10^12-10^13 particelle/ml, con valori tipici di particelle/mg di proteina totale anch'essi nell'intervallo di 10^12-10^14 particelle/mg di proteina. Upon completion of dialysis, the EV preparation may be further concentrated to the desired final EV concentration. This final concentration can be determined by methods well established in the art, such as Nano-Particle Tracking analysis. Generally, the values for the particle numbers achieved with the method according to the invention are in the range of 10^12-10^13 particles/ml, with typical values of particles/mg of total protein also in the range of 10^12-10^14 particles/mg of protein.
[0065] Come fase finale del metodo di preparazione, il materiale ottenuto nella fase (e) è ulteriormente chiarificato nella fase (g), usando ad esempio una terra diatomacea come nella fase (d). [0065] As a final step of the preparation method, the material obtained in step (e) is further clarified in step (g), using for example a diatomaceous earth as in step (d).
[0066] Facoltativamente, una tale fase di filtrazione può essere necessaria anche dopo le prime fasi di ultrafiltrazione e concentrazione del pre-processamento o durante l'ultrafiltrazione se, ad esempio, il materiale da processare è particolarmente ricco di grassi, a seconda delle sue esatte caratteristiche e delle specie da cui è derivato il materiale di partenza. Tali fasi di filtrazione servono anche per rimuovere precocemente aggregati di proteine solubili, derivati ad esempio da stress da taglio a cui il materiale è sottoposto durante la dialisi, e che potrebbero altrimenti catalizzare o indurre ulteriore aggregazione proteica. Tali aggregati possono portare ulteriormente alla formazione di incrostazioni della membrana durante le successive fasi di dialisi e di concentrazione, o dare origine alla precipitazione o alla perdita di materiale di EV dopo conservazione prolungata in forma di liquido o congelata o dopo ricostituzione in seguito a liofilizzazione o spray-drying. [0066] Optionally, such a filtration step may also be necessary after the first ultrafiltration and concentration steps of the pre-processing or during ultrafiltration if, for example, the material to be processed is particularly rich in fats, depending on its exact characteristics and of the species from which the starting material is derived. These filtration steps also serve to remove soluble protein aggregates early, derived for example from shear stress to which the material is subjected during dialysis, and which could otherwise catalyze or induce further protein aggregation. Such aggregates may further lead to membrane fouling during subsequent dialysis and concentration steps, or give rise to precipitation or loss of EV material after prolonged storage in liquid or frozen form or after reconstitution following lyophilization or spray-drying.
[0067] Queste fasi di filtrazione per la chiarificazione possono essere utili per ottenere una preparazione di EV priva di aggregati, ben solubile e stabile. These filtration steps for clarification can be useful in obtaining an aggregate-free, well soluble and stable EV preparation.
[0068] Facoltativamente, in un'ulteriore forma di realizzazione dell'invenzione, la preparazione può essere sottoposta ad ulteriore filtrazione, che riduce la contaminazione microbica, o ad un'effettiva filtrazione sterile (h). L'esperto dell'arte è perfettamente in grado di scegliere un metodo adatto per questa fase, ad esempio, l'uso di filtri sterili standard aventi dimensioni dei pori inferiori a 1 µm. Optionally, in a further embodiment of the invention, the preparation may be subjected to further filtration, which reduces microbial contamination, or to effective sterile filtration (h). The skilled in the art is perfectly capable of selecting a suitable method for this step, for example, the use of standard sterile filters having pore sizes of less than 1 µm.
[0069] Inoltre, in un'altra forma di realizzazione, possono essere applicati differenti metodi alla preparazione al fine di migliorarne la stabilità e la durata di conservazione. A titolo esemplificativo, possono essere aggiunti stabilizzatori al prodotto finale e/o gli estratti di EV possono essere congelati con o senza differenti crioprotettori, liofilizzati e/o sottoposti a spray-drying. Furthermore, in another embodiment, different methods may be applied to the preparation in order to improve its stability and shelf life. By way of example, stabilizers can be added to the final product and/or the EV extracts can be frozen with or without different cryoprotectants, freeze-dried and/or spray-dried.
[0070] La presente invenzione concerne pertanto anche preparazioni di EV, ottenute tramite il processo di cui sopra, che soddisfino numerosi criteri di qualità eccezionalmente elevata. Tali standard qualitativi stringenti sono importanti per l'utilizzo di isolati naturali, come EV in preparazioni farmaceutiche o in prodotti farmaceutici finiti. Le preparazioni di EV in accordo con la presente invenzione sono preparazioni di EV sostanzialmente pure e mostrano le seguenti caratteristiche analitiche: elevate concentrazioni particellari di almeno 10^12 particelle/ml, ancora più preferibilmente almeno 10^13 particelle per ml, o più preferibilmente almeno 10^14 particelle come determinato mediante analisi NTA e tipicamente un elevato rapporto tra particelle e proteine nell'ordine di 5x10^12 particelle/mg di proteina o più preferibilmente almeno 10^13 particelle/mg di proteina ed una purezza del picco delle EV non inferiore al 75% o più preferibilmente almeno l'80% e più preferibilmente ancora avente una purezza del picco delle EV superiore all'85% o in modo maggiormente preferibile avente una purezza del picco delle EV superiore al 90%, come misurato mediante FPLC usando una colonna analitica Sephadex-S200 30/10 con un rilevamento a 280 nm o un allestimento cromatografico equivalente. [0070] The present invention therefore also relates to preparations of EVs, obtained by means of the above process, which satisfy numerous criteria of exceptionally high quality. Such stringent quality standards are important for the use of natural isolates, as IVs in pharmaceutical preparations or finished pharmaceutical products. EV preparations according to the present invention are substantially pure EV preparations and show the following analytical characteristics: high particle concentrations of at least 10^12 particles/ml, even more preferably at least 10^13 particles per ml, or more preferably at least 10^14 particles as determined by NTA analysis and typically a high particle to protein ratio on the order of 5x10^12 particles/mg of protein or more preferably at least 10^13 particles/mg of protein and an EV peak purity not less than 75% or more preferably at least 80% and more preferably still having an EV peak purity greater than 85% or most preferably having an EV peak purity greater than 90%, as measured by FPLC using a Sephadex-S200 30/10 analytical column with a detection at 280 nm or equivalent chromatographic setup.
[0071] La presente invenzione concerne anche l'uso del prodotto di EV, isolato dal latte o da derivati del latte seguendo il metodo in accordo con l'invenzione, nei campi farmaceutico, veterinario, nutraceutico e/o cosmetico. In particolare, le EV ottenute possono essere rifinite usando i metodi noti nell'arte al fine di potenziare la loro captazione e/o il loro veicolamento verso organi o tessuti specifici e/o esse possono essere caricate con principi attivi e, di conseguenza, essere impiegate come carrier di farmaci e sistemi di rilascio. [0071] The present invention also relates to the use of the EV product, isolated from milk or milk derivatives following the method according to the invention, in the pharmaceutical, veterinary, nutraceutical and/or cosmetic fields. In particular, the EVs obtained can be refined using the methods known in the art in order to enhance their uptake and/or their delivery towards specific organs or tissues and/or they can be loaded with active ingredients and, consequently, be used as drug carriers and delivery systems.
[0072] Di fatto, le preparazioni di EV ottenute in accordo con la presente invenzione sono particolarmente adatte all'uso come carrier di farmaci dato che esse sono caratterizzate da un basso grado di proteine contaminanti, tipicamente derivate altrimenti dalla co-precipitazione con le EV durante l'ultracentrifugazione usando latte come materiale di partenza. È noto che tali contaminanti e co-precipitati proteici interferiscono con le successive fasi di modificazione e caricamento degli esosomi e/o possono dare origine a falsi positivi o a reazioni collaterali indesiderate, ad esempio, durante la bioconiugazione, l'inserimento di lipidi o altri metodi chimici o fisici per il caricamento di EV con molecole di farmaci attive o con pro-farmaci. Indeed, EV preparations obtained in accordance with the present invention are particularly suitable for use as drug carriers since they are characterized by a low degree of contaminating proteins, typically otherwise derived from co-precipitation with EVs. during ultracentrifugation using milk as starting material. Such contaminants and protein co-precipitates are known to interfere with the subsequent exosome modification and loading steps and/or may give rise to false positives or unwanted side reactions, for example, during bioconjugation, lipid insertion or other methods or physical chemicals for loading EVs with active drug molecules or pro-drugs.
[0073] I termini „principio attivo“ e „farmaco“ possono essere considerati sinonimi ed essi possono indicare differenti tipi di molecole o composti in grado di avere un effetto sul corpo umano o animale in termini di miglioramento della salute o di trattamento o prevenzione di sindromi o malattie. Oltre ai composti farmaceuticamente attivi noti, nella presente invenzione possono essere considerati un „principio attivo“ anche composti con valore cosmetico e/o nutraceutico. La persona esperta nell'arte è perfettamente in grado di selezionare il composto più adatto e il modo corretto di caricarlo nelle EV in relazione allo scopo per il quale è prevista la preparazione di EV. [0073] The terms "active ingredient" and "drug" can be considered synonymous and they can indicate different types of molecules or compounds capable of having an effect on the human or animal body in terms of improving health or treating or preventing syndromes or diseases. In addition to the known pharmaceutically active compounds, compounds with cosmetic and/or nutraceutical value can also be considered an "active ingredient" in the present invention. The person skilled in the art is perfectly capable of selecting the most suitable compound and the correct way to load it into the EVs in relation to the purpose for which the preparation of EVs is intended.
[0074] In una forma di realizzazione specifica della presente invenzione, le EV derivate da latte o da derivati del latte in seguito al processo di isolamento dell'invenzione sono caricate con Amfotericina B, un composto ben noto avente attività antifungina e antiparassitaria. In a specific embodiment of the present invention, the EVs derived from milk or dairy products following the isolation process of the invention are loaded with Amphotericin B, a well-known compound having antifungal and antiparasitic activity.
[0075] Un ulteriore aspetto della presente invenzione è correlato alle preparazioni contenenti le EV isolate seguendo il processo dell'invenzione, usate per essere somministrate, e se presente, con il loro farmaco caricato, ad un soggetto umano o animale. A further aspect of the present invention relates to preparations containing the EVs isolated following the process of the invention, used to be administered, and if present, with their loaded drug, to a human or animal subject.
[0076] In particolare, le EV eventualmente funzionalizzate e/o caricate con uno o più principi attivi possono essere formulate in differenti preparazioni per la somministrazione sistemica e/o topica. Ad esempio, ma non in modo limitato, le EV possono essere miscelate con eccipienti appropriati al fine di ottenere formulazioni adatte alla somministrazione orale e/o parenterale, per l'inalazione, per la somministrazione topica sulla pelle o sulla mucosa. [0076] In particular, the EVs optionally functionalized and/or loaded with one or more active ingredients can be formulated in different preparations for systemic and/or topical administration. For example, but not limited to, the IVs can be mixed with appropriate excipients in order to obtain formulations suitable for oral and/or parenteral administration, for inhalation, for topical administration on the skin or on the mucosa.
[0077] Grazie alle loro caratteristiche intrinseche, di fatto, le particelle di EV sono particolarmente biocompatibili con le barriere biologiche dei corpi umani ed animali. La loro struttura e composizione possono facilitare l'assorbimento delle EV a livello della membrana cellulare potenziando, come conseguenza, la biodisponibilità del farmaco caricato ogni volta che è presente una barriera fisica. A titolo esemplificativo, l'uso di EV come sistema di rilascio, può potenziare la biodisponibilità del farmaco trasportato lungo il tratto gastrointestinale, la mucosa bronchiale e/o la pelle, portando ad una concentrazione potenziata del principio attivo nel flusso sanguigno e in corrispondenza del sito bersaglio. [0077] Thanks to their intrinsic characteristics, in fact, EV particles are particularly biocompatible with the biological barriers of human and animal bodies. Their structure and composition can facilitate the absorption of EVs at the cell membrane level, thus enhancing the bioavailability of the loaded drug whenever a physical barrier is present. By way of example, the use of IVs as a delivery system can enhance the bioavailability of drug transported along the gastrointestinal tract, bronchial mucosa and/or skin, leading to an enhanced concentration of the active ingredient in the bloodstream and at the target site.
[0078] In una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, è stato trovato che le preparazioni di EV del latte sono particolarmente adatte all'inclusione in una formulazione per inalazione. In a preferred embodiment of the present invention, IV milk preparations have been found to be particularly suitable for inclusion in an inhalation formulation.
[0079] È stato sorprendentemente trovato che la somministrazione di preparazioni di EV del latte, in accordo con la presente invenzione, effettua un'esposizione sistemica molto efficiente dopo averle portate a contatto con l'epitelio respiratorio di individui di tutte le età, inclusi gli adulti. It has been surprisingly found that the administration of IV milk preparations, in accordance with the present invention, effect a very efficient systemic exposure after bringing them into contact with the respiratory epithelium of individuals of all ages, including adults.
[0080] È pertanto sorprendente e da notare che per l'efficiente meccanismo di rilascio sistemico tramite l'epitelio respiratorio in accordo con la presente invenzione, non è necessaria alcuna modificazione ulteriore delle EV del latte ed è stato trovato che tale esposizione sistemica in seguito al contatto con l'epitelio respiratorio è maggiore di numerosi ordini di grandezza rispetto all'esposizione sistemica ottenuta con dosaggi equivalenti delle EV del latte per via orale. Dopo applicazione di piccoli volumi di preparazioni di EV del latte tramite via nasale, l'esposizione sistemica in numerosi tessuti, inclusi il tessuto cerebrale e il fegato, è stata rilevata in mammiferi adulti. It is therefore surprising and notable that for the efficient systemic delivery mechanism via the respiratory epithelium in accordance with the present invention, no further modification of the milk EVs is required and it has been found that such systemic exposure following upon contact with the respiratory epithelium is several orders of magnitude greater than the systemic exposure obtained with equivalent dosages of oral milk IVs. After application of small volumes of IV milk preparations via the nose, systemic exposure in numerous tissues, including brain tissue and liver, has been detected in adult mammals.
[0081] Tutti i vantaggi discussi presentati dall'invenzione saranno ulteriormente comprovati nella seguente parte sperimentale che non intende essere limitativa con riferimento all'ambito completo dell'invenzione riportato precedentemente. All the discussed advantages presented by the invention will be further proved in the following experimental part which is not intended to be limiting with reference to the complete scope of the invention reported above.
Sezione sperimentaleExperimental section
Esempio 1:Example 1:
[0082] Latte fresco di vacca (2,5 L) è stato raccolto e lasciato riposare in un cilindro graduato a 10°C per 22 ore, durante tale tempo è avvenuta la scrematura naturale. Lo strato superiore del latte (ca. 150 mL) è stato rimosso mediante decantazione. [0082] Fresh cow's milk (2.5 L) was collected and left to rest in a graduated cylinder at 10°C for 22 hours, during which time natural skimming took place. The upper milk layer (ca. 150 mL) was removed by decanting.
[0083] Il pH del latte scremato è stato regolato a pH = 6,4 usando acido citrico. Poi, il latte scremato (2 L) è stato pre-riscaldato a 35°C per 15 minuti con un'unità di scambio termico collegata ad un serbatoio incamiciato. A questa soluzione riscaldata è stato aggiunto caglio di origine bovina contenente 20% di pepsina e 80% di chimosina, ad un dosaggio di 50 IMCU (unità internazionali di coagulazione del latte) per L. La temperatura di coagulazione è stata mantenuta a 35°C per 25 minuti. Dopo di che la miscela è stata riscaldata, quanto più velocemente possibile, a 56°C ed è stata mantenuta a tale temperatura per 10 minuti. La miscela è stata poi raffreddata rapidamente al di sotto di 10°C e il siero liquido di latte è stato separato dalla massa solida di proteina caseina coagulata usando un imbuto in vetro sinterizzato avente porosità 1 con un ingresso di filtrazione rivestito. In totale, sono stati ottenuti circa 1,7 L di siero del latte leggermente torbido. [0083] The pH of the skim milk was adjusted to pH = 6.4 using citric acid. Then, the skimmed milk (2 L) was preheated to 35°C for 15 minutes with a heat exchange unit connected to a jacketed tank. To this heated solution was added rennet of bovine origin containing 20% pepsin and 80% chymosin, at a dosage of 50 IMCU (international milk coagulation units) per L. The coagulation temperature was maintained at 35°C for 25 minutes. After which the mixture was heated, as quickly as possible, to 56°C and was maintained at this temperature for 10 minutes. The mixture was then rapidly cooled below 10°C and the liquid whey was separated from the coagulated casein protein solid mass using a sintered glass funnel having porosity 1 with a lined filtration inlet. In total, approximately 1.7 L of slightly cloudy whey was obtained.
[0084] Il materiale risultante è stato caratterizzato tramite il numero di particelle e la loro distribuzione dimensionale, così come il contenuto totale di proteina, come descritto negli Esempi 13 e 15. 1.14E+12 1.29E+11 186,5 1.6 154.8 5.8 1.55 0,04 7,32E+11 1,14E+12[0084] The resulting material was characterized by the number of particles and their size distribution, as well as the total protein content, as described in Examples 13 and 15. 1.14E+12 1.29E+11 186.5 1.6 154.8 5.8 1.55 0.04 7.32E+11 1.14E+12
Esempio 2:Example 2:
[0085] Il siero di latte torbido (1,5 L) ottenuto nell'Esempio 1 è stato sottoposto a chiarificazione mediante filtrazione su un coadiuvante di filtrazione (Diacel CF/S con 0.1 -0,2 unità Darcy, dimensione particellare media di 13 µm) usando un imbuto di filtrazione standard in vetro sinterizzato avente porosità 3 per ottenere una soluzione giallognola trasparente con un indice di rifrazione di circa 6. The cloudy whey (1.5 L) obtained in Example 1 was subjected to clarification by filtration on a filter aid (Diacel CF/S with 0.1 -0.2 Darcy units, average particle size of 13 µm) using a standard sintered glass filtration funnel of porosity 3 to obtain a transparent yellowish solution with a refractive index of approximately 6.
Esempio 3:Example 3:
[0086] Il prodotto dell'Esempio 2 (1,5 L) è stato poi processato usando un sistema di TFF Vivaflow 200 (Sartorius) con cartucce di membrana monouso aventi un taglio di MW di 100 kDa. Il materiale è stato innanzitutto concentrato quattro volte per raggiungere un volume totale di ca. 370 mL. Poi sono stati aggiunti quattro volumi (1,5 L) di una soluzione all' 1% di cloruro di sodio e il materiale è stato concentrato nuovamente a dare il volume precedente di 370 mL. L'esaurimento relativo di contaminanti proteici con differenti pesi molecolari durante questa fase di pre-processamento è stato determinato mediante Cromatografia ad Esclusione Dimensionale (SEC), come descritto nell'Esempio 14 ed è mostrato nell'Esempio 4. The product of Example 2 (1.5 L) was then processed using a Vivaflow 200 TFF system (Sartorius) with disposable membrane cartridges having a MW cutoff of 100 kDa. The material was first concentrated four times to reach a total volume of approx. 370 mL. Then four volumes (1.5 L) of a 1% sodium chloride solution were added and the material was concentrated again to give the previous volume of 370 mL. The relative depletion of protein contaminants with different molecular weights during this pre-processing step was determined by Size Exclusion Chromatography (SEC), as described in Example 14 and is shown in Example 4.
Esempio 4:Example 4:
[0087] Il prodotto dell'Esempio 3 è stato chiarificato seguendo la procedura descritta nell'Esempio 2. Dopo chiarificazione, il campione è stato filtrato a sterilità su un'unità di filtrazione monouso da 0.45 µm per ottenere ca. 350 mL di una soluzione opaca trasparente avente un indice di rifrazione di 2. Il prodotto è stato poi suddiviso in differenti aliquote da 50 mL ciascuna ed alcune aliquote sono state congelate rapidamente per una conservazione a lungo termine. [0087] The product of Example 3 was clarified following the procedure described in Example 2. After clarification, the sample was sterile filtered on a disposable 0.45 µm filtration unit to obtain approx. 350 mL of a clear opaque solution having a refractive index of 2. The product was then divided into different aliquots of 50 mL each and some aliquots were flash frozen for long-term storage.
[0088] Il materiale risultante è stato caratterizzato tramite il numero di particelle e la loro distribuzione dimensionale, così come il contenuto totale di proteina, come descritto negli Esempi 13 e 15. 1,80E+12 4,97E+11 161,1 2,3 147,0 9,6 1,14 0,14 1,57E+12 4,49E+11[0088] The resulting material was characterized by the number of particles and their size distribution, as well as the total protein content, as described in Examples 13 and 15. 1.80E+12 4.97E+11 161.1 2 ,3 147.0 9.6 1.14 0.14 1.57E+12 4.49E+11
Esempio 5:Example 5:
[0089] Il prodotto congelato dell'Esempio 4 (4x 50 mL) è stato scongelato lentamente per tutta la notte e chiarificato nuovamente con il metodo descritto nell'Esempio 2. Il materiale è stato poi sottoposto ad un secondo ciclo di concentrazione/dialisi usando una membrana a fibre cave avente un taglio di peso molecolare di 750 kDa (MWCO) (D02-E750-10-N mPES). Il materiale è stato concentrato quattro volte per raggiungere un volume 50 mL. Poi, un totale di 20 volumi è stato scambiato mediante dialisi aggiungendo ripetutamente 100 mL di PBS pH 7.4. Infine, il campione è stato concentrato per ottenere ca. 40 mL di EV da latte purificate e concentrate. Il materiale è stato filtrato a sterilità usando un filtro su siringa in PES da 0,2 µM. Il materiale risultante è stato caratterizzato tramite il numero di particelle e la loro distribuzione dimensionale, così come il contenuto totale di proteina, come descritto negli Esempi 13 e 15. 9,26E+12 5,90E+11 165,33 0,6 146,17 7,87 1,67 0,016 5,55E+12 2,01E+11The frozen product of Example 4 (4x 50 mL) was slowly thawed overnight and clarified again by the method described in Example 2. The material was then subjected to a second round of concentration/dialysis using a hollow fiber membrane having a molecular weight cutoff of 750 kDa (MWCO) (D02-E750-10-N mPES). The material was concentrated four times to reach a volume of 50 mL. Then, a total of 20 volumes were exchanged by dialysis by repeatedly adding 100 mL of PBS pH 7.4. Finally, the sample was concentrated to obtain approx. 40 mL of purified and concentrated dairy EVs. The material was sterile filtered using a 0.2 µM PES syringe filter. The resulting material was characterized by the number of particles and their size distribution, as well as the total protein content, as described in Examples 13 and 15. 9.26E+12 5.90E+11 165.33 0.6 146 .17 7.87 1.67 0.016 5.55E+12 2.01E+11
Esempio 6:Example 6:
[0090] Latte fresco di vacca (1.500 L) è stato raccolto e parzialmente scremato lasciandolo sedimentare in un serbatoio per 24 ore. [0090] Fresh cow's milk (1,500 L) was collected and partially skimmed leaving it to settle in a tank for 24 hours.
[0091] Il latte scremato (1.300 L) è stato poi pre-riscaldato a 35°C per 15 min. A questa soluzione riscaldata è stato aggiunto caglio di origine bovina (contenente 5% di pepsina-95% di chimosina) ad un dosaggio di 50 IMCU/L. La temperatura di coagulazione è stata mantenuta a 32°C per 60 minuti. Dopo di che la miscela è stata riscaldata, quanto più velocemente possibile, a 56°C ed è stata mantenuta a tale temperatura per 15 minuti. La miscela è stata poi lasciata raffreddare e il siero liquido di latte è stato separato dalla massa solida di proteina caseina coagulata usando un filtro con maglie metalliche. [0091] The skimmed milk (1,300 L) was then pre-heated at 35°C for 15 min. Rennet of bovine origin (containing 5% pepsin-95% chymosin) was added to this heated solution at a dosage of 50 IMCU/L. The coagulation temperature was maintained at 32°C for 60 minutes. After which the mixture was heated, as quickly as possible, to 56°C and was maintained at this temperature for 15 minutes. The mixture was then allowed to cool and the liquid whey was separated from the solid mass of coagulated casein protein using a metal mesh filter.
[0092] In totale, sono stati ottenuti circa 1.000 L di siero di latte leggermente torbido. [0092] In total, approximately 1,000 L of slightly cloudy whey were obtained.
Esempio 7:Example 7:
[0093] Il siero di latte (600 L) ottenuto nell'Esempio 6 è stato chiarificato usando un dispositivo di filtrazione a piastre e telai. La pressa del filtro è stata innanzitutto assemblata con fogli filtranti (filtri di Pall EK) e pre-rivestita facendo passare una soluzione di coadiuvante di filtrazione (Diacel CF/S, 10 kg) in acqua. Poi, altri 5 kg di tale coadiuvante di filtrazione sono stati aggiunti al siero di latte e il siero è stato fatto passare sopra il filtro. Dopo filtrazione sono stati ottenuti 500 L di siero trasparente. Il siero trasparente così ottenuto è stato poi concentrato a 100 L usando una cartuccia in fibre cave da 5" con un MWCO di 100 kDa. Poi, 500 L di una soluzione all' 1% di NaCl in acqua distillata sono stati aggiunti al prodotto e la soluzione è stata nuovamente concentrata ad un volume finale di 100 L. Questo materiale è stato poi chiarificato un'altra volta usando l'allestimento per filtrazione profonda ed immediatamente dopo il filtro è stato fatto passare attraverso una cartuccia di filtrazione sterile (Filtrox, 0,5 µm). Sono stati quindi ottenuti e congelati 80 L di EV da latte pre-concentrato chiarificato. 5,52E+12 5,90E+11 147,1 0,8 139,2 5,1 1,54 0,021 3,57E+12 7,36E+11[0093] The whey (600 L) obtained in Example 6 was clarified using a plate and frame filtration device. The filter press was first assembled with filter sheets (Pall EK filters) and pre-coated by passing a solution of filter aid (Diacel CF/S, 10 kg) in water. Then, another 5 kg of this filter aid was added to the whey and the whey was passed over the filter. After filtration, 500 L of clear serum were obtained. The clear serum thus obtained was then concentrated to 100 L using a 5" hollow fiber cartridge with a MWCO of 100 kDa. Then, 500 L of a 1% NaCl solution in distilled water was added to the product and the solution was again concentrated to a final volume of 100 L. This material was then clarified once more using the deep filtration setup and immediately thereafter the filter was passed through a sterile filtration cartridge (Filtrox, 0 .5 µm).80 L of EV from clarified pre-concentrated milk was then obtained and frozen. 57E+12 7.36E+11
Esempio 8:Example 8:
[0094] Un campione da 6 L ottenuto dall'Esempio 7 è stato concentrato sei volte (a dare IL) e sottoposto a sei cicli di dialisi/concentrazione, come descritto nell'Esempio 5 usando una membrana in fibre cave con un MWCO di 750 kDa (D02-E750-10-N mPES) mediante aggiunta di 6 volumi (6L) di PBS (pH 7.4) per ottenere IL di EV da latte filtrate a sterilità e purificate. 2,41E+13 4,40E+11 142,4 1,7 126,0 5,3 1,0 0,021 2,41E+13 5,13E+11A 6 L sample obtained from Example 7 was concentrated six times (to give IL) and subjected to six cycles of dialysis/concentration as described in Example 5 using a hollow fiber membrane with a MWCO of 750 kDa (D02-E750-10-N mPES) by addition of 6 volumes (6L) of PBS (pH 7.4) to obtain IL of EVs from sterile filtered and purified milk. 2.41E+13 4.40E+11 142.4 1.7 126.0 5.3 1.0 0.021 2.41E+13 5.13E+11
Esempio 9:Example 9:
[0095] Il siero di latte (2.000 L) ottenuto come descritto nell'Esempio 6 è stato chiarificato usando un dispositivo di filtrazione a piastre e telai. La pressa del filtro è stata innanzitutto assemblata con fogli filtranti (filtri di Pall EK) e pre-rivestita facendo passare una soluzione di coadiuvante di filtrazione (Diacel CF/S, 10 kg) in acqua. Poi, altri 5 kg di tale coadiuvante di filtrazione sono stati aggiunti al siero di latte e il siero è stato fatto passare sopra il filtro. Dopo filtrazione sono stati ottenuti 1800 L di siero trasparente. Il siero trasparente così ottenuto è stato inizialmente concentrato a 400 L usando una cartuccia in fibre cave da 5" con un MWCO di 500 kDa. Poi, 2.000 L di una soluzione all' 1% di NaCl in acqua distillata sono stati aggiunti al prodotto e la soluzione è stata nuovamente concentrata per ottenere 100 L. A questo punto, sono stati aggiunti altri 500 L di PBS (pH 7.4) al prodotto e la soluzione è stata concentrata a ca. 60 L. Questo materiale è stato poi chiarificato un'altra volta usando l'allestimento per filtrazione profonda ed immediatamente dopo il filtro è stato fatto passare attraverso una cartuccia di filtrazione sterile (Filtrox, 0,5 µm). Sono stati ottenuti quindi 50 L di EV da latte purificati. The whey (2,000 L) obtained as described in Example 6 was clarified using a plate and frame filtration device. The filter press was first assembled with filter sheets (Pall EK filters) and pre-coated by passing a solution of filter aid (Diacel CF/S, 10 kg) in water. Then, another 5 kg of this filter aid was added to the whey and the whey was passed over the filter. After filtration, 1800 L of transparent serum were obtained. The clear serum thus obtained was initially concentrated to 400 L using a 5" hollow fiber cartridge with a MWCO of 500 kDa. Then, 2,000 L of a 1% NaCl solution in distilled water was added to the product and the solution was concentrated again to give 100 L. At this point, another 500 L of PBS (pH 7.4) was added to the product and the solution was concentrated to approximately 60 L. This material was then clarified another time using the deep filtration set-up and immediately thereafter the filter was passed through a sterile filtration cartridge (Filtrox, 0.5 µm).Therefore, 50 L of purified dairy EVs were obtained.
Esempio 11:Example 11:
[0096] Questo esempio procede come gli Esempi da 1 a 5, a partire da latte di capra fresco (2,5 L) per ottenere 20 mL di EV da latte di capra purificate. [0096] This example proceeds as Examples 1 to 5, starting with fresh goat milk (2.5 L) to obtain 20 mL of EV from purified goat milk.
[0097] Il latte di capra è stato pre-processato secondo le fasi descritte negli Esempi 1-4. 150 mL di siero di latte di capra pre-processato sono stati lentamente scongelati durante la notte. Il materiale è stato poi sottoposto ad un secondo ciclo di concentrazione/dialisi usando una membrana a fibre cave avente un MWCO di 750 kDa (D02-E750-10-N mPES). Il materiale è stato concentrato quattro volte per raggiungere un volume 38 mL. Poi, un totale di 20 volumi è stato scambiato mediante dialisi aggiungendo ripetutamente 112 mL di PBS pH 7.4. Infine, il campione è stato concentrato per ottenere ca. 20 mL di EV da latte di capra purificate e concentrate. Il materiale è stato filtrato a sterilità usando un filtro su siringa in PES da 0,2 µM. Il materiale risultante è stato caratterizzato tramite il numero di particelle e la loro distribuzione dimensionale, così come il contenuto totale di proteina, come descritto Esempi 13 e 15. 1.18E+13 1,12E+12 137,5 1,5 103,0 6,4 1.44 0.13 8.19E+12 4.33E+11[0097] The goat milk was pre-processed according to the steps described in Examples 1-4. 150 mL of pre-processed goat whey was slowly thawed overnight. The material was then subjected to a second round of concentration/dialysis using a hollow fiber membrane having a MWCO of 750 kDa (D02-E750-10-N mPES). The material was concentrated four times to reach a volume of 38 mL. Then, a total of 20 volumes were exchanged by dialysis by repeatedly adding 112 mL of PBS pH 7.4. Finally, the sample was concentrated to obtain approx. 20 mL of purified and concentrated goat's milk IV. The material was sterile filtered using a 0.2 µM PES syringe filter. The resulting material was characterized by the number of particles and their size distribution, as well as the total protein content, as described in Examples 13 and 15. 1.18E+13 1.12E+12 137.5 1.5 103.0 6.4 1.44 0.13 8.19E+12 4.33E+11
Esempio 12:Example 12:
[0098] A titolo comparativo, è stato svolto un protocollo tratto dalla letteratura per l'isolamento di EV da latte basato su ultracentrifugazione. Il protocollo era basato su procedure sperimentali riportate nelle sezioni dei materiali e metodi di Betker et al., 2019; Agrawal et al., 2017; Munagala et al., 2017. [0098] As a comparison, a protocol from the literature for the isolation of EVs from milk based on ultracentrifugation was performed. The protocol was based on experimental procedures reported in the materials and methods sections of Betker et al., 2019; Agrawal et al., 2017; Munagala et al., 2017.
[0099] Latte intero fresco è stato sgrassato mediante vorticazione per 30 min a 4°C a 13.000 g. Il surnatante è stato fatto passare attraverso una carta da filtro Whatman. Il latte sgrassato è stato centrifugato per 60 min a 4°C a 100.000 g (corrispondente a una rcf max 31.400 rpm, Sorvall Discovery Ultracentrifuge, con rotore ad angolo fisso T865). Il surnatante (non superiore al 70% del volume totale) è stato raccolto attentamente con una pipetta in vetro senza perturbare lo strato di poltiglia inferiore. Le EV sono state pellettizzate facendo vorticare il surnatante per 90 min a 4°C a 135.000 g, corrispondente ad una rcf max = 36.400 rpm (Figura 12). I pellet sono stati lavati 3 volte con PBS pH 7.4, disciolti in PBS pH 7.4 e filtrati a sterilità usando una siringa con filtro in PES da 0,2 µM. 1,14E+11 0.20E+11 142.8 1.6 119,0 3,0 0.287 n a 2.28E+11 2.13E+09[0099] Fresh whole milk was defatted by swirling for 30 min at 4°C at 13,000 g. The supernatant was passed through a Whatman filter paper. The defatted milk was centrifuged for 60 min at 4°C at 100,000 g (corresponding to rcf max 31,400 rpm, Sorvall Discovery Ultracentrifuge, with fixed angle rotor T865). The supernatant (not exceeding 70% of the total volume) was collected carefully with a glass pipette without disturbing the bottom slush layer. The EVs were pelletized by vortexing the supernatant for 90 min at 4°C at 135,000 g, corresponding to an rcf max = 36,400 rpm (Figure 12). The pellets were washed 3 times with PBS pH 7.4, dissolved in PBS pH 7.4 and filtered to sterility using a syringe with a 0.2 µM PES filter. 1.14E+11 0.20E+11 142.8 1.6 119.0 3.0 0.287 n a 2.28E+11 2.13E+09
Esempio 13: Analisi per il Monitoraggio di Nanoparticelle (NTA) di preparazioni di EVExample 13: Nanoparticle Tracking (NTA) analysis of EV preparations
[0100] I numeri e la distribuzione dimensionale delle particelle sono stati analizzati usando uno strumento NanoSight LM10 (Malvern), configurato con un laser a 488 nm. I video sono stati raccolti ed analizzati usando il software NTA 3.1. The particle numbers and size distribution were analyzed using a NanoSight LM10 instrument (Malvern), configured with a 488 nm laser. Videos were collected and analyzed using NTA 3.1 software.
[0101] Le misurazioni sono state eseguite in triplicato ad una temperatura controllata di 25°C. Ciascun campione è stato diluito da 1 a 100 in PBS filtrato a sterilità pH 7.4 fino a 1 mL. I campioni sono stati diluiti ulteriormente al fine di svolgere le misurazioni in un intervallo di 80-120 particelle/telaio. Il livello della videocamera è stato mantenuto a 12 durante tutte le misurazioni e sono state effettuate cinque registrazioni consecutive da 60 secondi per ciascun campione. I campioni sono stati analizzati con una soglia di rilevamento di 5. La caratterizzazione di preparazioni di EV da latte mediante i metodi della presente invenzione usando NTA è illustrata in Figura 1, nelle Figure 2, 6 (b-e), 8, 10 (b-e) e 12 (b-e). [0101] The measurements were performed in triplicate at a controlled temperature of 25°C. Each sample was diluted 1 to 100 in sterile filtered PBS pH 7.4 to 1 mL. Samples were further diluted in order to perform measurements in the range of 80-120 particles/frame. The camera level was held at 12 throughout all measurements and five consecutive 60 second recordings were made for each sample. Samples were tested with a detection threshold of 5. Characterization of dairy EV preparations by methods of the present invention using NTA is illustrated in Figure 1, Figures 2, 6(b-e), 8, 10(b-e) and 12 (b-e).
Esempio 14: Analisi mediante Cromatografia ad Esclusione Dimensionale (SEC) della Preparazione di EVExample 14: Analysis by Size Exclusion Chromatography (SEC) of EV Preparation
[0102] 50 µL dei campioni sono stati sottoposti a cromatografia ad esclusione dimensionale usando una colonna Superdex 200 10/300 (Cytiva) su un sistema Shimadzu LC-20Ai dotato di un Rivelatore a Serie di Diodi SPD-M20A PDA ed un Rilevatore a Fluorescenza RF-20A. L'esclusione dimensionale è stata eseguita in PBS a pH 7.4 ad una portata di 0,8 mL/min. La dimensione dei picchi eluiti è stata determinata usando uno standard di filtrazione su gel (BioRad # 5119011, Figura 4). La caratterizzazione di preparazioni di EV del latte mediante i metodi della presente invenzione usando SEC è illustrata nelle Figure 3, 4, 6 (a), 9, 10 (a) e 12(a). [0102] 50 µL of the samples were subjected to size exclusion chromatography using a Superdex 200 10/300 column (Cytiva) on a Shimadzu LC-20Ai system equipped with an SPD-M20A PDA Diode Array Detector and a Fluorescence Detector RF-20A. Size exclusion was performed in PBS pH 7.4 at a flow rate of 0.8 mL/min. The size of the eluted peaks was determined using a gel filtration standard (BioRad # 5119011, Figure 4 ). Characterization of milk EV preparations by the methods of the present invention using SEC is illustrated in Figures 3, 4, 6(a), 9, 10(a) and 12(a).
Esempio 15: Analisi Proteica della Preparazione di EVExample 15: Protein Analysis of EV Preparation
[0103] Le concentrazioni proteiche dei campioni di EV sono state determinate con i reagenti di Bradford (Pierce Detergent Compatible Bradford Assay Kit, Thermo Fisher Scientific 23246) o BCA (Pierce BCA Protein Assay Kit, Thermo Fisher Scientific 23225) in accordo con le istruzioni del produttore usando diluizioni seriali di BSA come standard. Le concentrazioni proteiche sono state determinate in triplicato. [0103] Protein concentrations of EV samples were determined with Bradford (Pierce Detergent Compatible Bradford Assay Kit, Thermo Fisher Scientific 23246) or BCA (Pierce BCA Protein Assay Kit, Thermo Fisher Scientific 23225) reagents according to the instructions of the manufacturer using serial dilutions of BSA as a standard. Protein concentrations were determined in triplicate.
Esempio 16: Analisi Western Blot delle Preparazioni di EVExample 16: Western Blot Analysis of EV Preparations
[0104] I campioni di EV sono stati analizzati mediante SDS-PAGE usando Gel di TGX al 4-20% (BioRad) in condizioni riducenti (per i marcatori MFGE8, tsg101) o non riducenti (CD9) a 150 Volt per approssimativamente 50 min. Le proteine separate sono state trasferite su una membrana di nitrocellulosa da 0,45 µM mediante blot semi-asciutto a 20 Volt per 45 min. Il bloccaggio è stato eseguito usando TBS + 0,2% di Tween-20 + 5% di BSA (per i marcatori MFGE8, CD9) o TBS + 0,2% di Tween-20 + 2% di latte in polvere senza grassi (tsg101) per 1 ora a temperatura ambiente con agitazione. Dopo il bloccaggio, le membrane sono state incubate a 4°C o/n con i seguenti anticorpi primari: MFGE8 (HPA002807, Sigma, diluizione 1:1000), tsg101 (ab83, Abcam diluizione 1:1000) o CD9 (AHS0902, Invitrogen, diluizione 1:2000) diluiti in TBS + 0,2% di Tween-20 + 1% di BSA (MFGE8, CD9) o TBS + 0,2% di Tween-20 + 2% di latte in polvere senza grassi (tsg101) con agitazione. Dopo incubazione, la membrana è stata lavata 5 volte con TBS + 0,2% di Tween-20 per 5 min ogni volta ed incubata successivamente con il corrispondente anticorpo secondario (LI-COR) per 1 ora a temperatura ambiente con agitazione (1:15000 di IRDye 680RD anti-topo per rilevare tsg101 e CD9 o 1:15000 di IRDye 800 CW anti-coniglio per rilevare MFGE8). Le membrane sono state lavate 5 volte per 5 minuti con TBS + 0,2% di Tween-20 prima dell'analisi in uno strumento di visualizzazione LI-COR. La caratterizzazione di preparazioni di EV del latte con i metodi della presente invenzione usando Western Blot è illustrata in Figura 5. EV samples were analyzed by SDS-PAGE using 4-20% TGX Gel (BioRad) under reducing (for markers MFGE8, tsg101) or non-reducing (CD9) conditions at 150 Volts for approximately 50 min . The separated proteins were transferred onto a 0.45 µM nitrocellulose membrane by semi-dry blot at 20 Volts for 45 min. Blocking was performed using TBS + 0.2% Tween-20 + 5% BSA (for markers MFGE8, CD9) or TBS + 0.2% Tween-20 + 2% nonfat dry milk ( tsg101) for 1 hour at room temperature with stirring. After blocking, the membranes were incubated at 4°C o/n with the following primary antibodies: MFGE8 (HPA002807, Sigma, dilution 1:1000), tsg101 (ab83, Abcam dilution 1:1000) or CD9 (AHS0902, Invitrogen , dilution 1:2000) diluted in TBS + 0.2% Tween-20 + 1% BSA (MFGE8, CD9) or TBS + 0.2% Tween-20 + 2% nonfat dry milk (tsg101 ) with shaking. After incubation, the membrane was washed 5 times with TBS + 0.2% Tween-20 for 5 min each time and subsequently incubated with the corresponding secondary antibody (LI-COR) for 1 hour at room temperature with shaking (1: 15000 of IRDye 680RD anti-mouse to detect tsg101 and CD9 or 1:15000 of IRDye 800 CW anti-rabbit to detect MFGE8). The membranes were washed 5 times for 5 minutes with TBS + 0.2% Tween-20 before analysis in a LI-COR visualization instrument. Characterization of milk EV preparations by the methods of the present invention using Western Blot is illustrated in Figure 5.
Esempio 17: Captazione cellulare dopo marcatura di EVExample 17: Cellular uptake after EV labelling
[0105] Le EV del latte ottenute nell'Esempio 8, così come nell'Esempio 11, sono state diluite ognuna a 10 µM in PBS a pH 7.4 e fatte reagire con 25 µM di (5',6'-)TMR-NHS e 50 µM di Cy5-NHS per 1 ora a 37°C. Il colorante non reagito è stato rimosso mediante sei cicli di concentrazione/dialisi ogni volta con sei volumi di PBS a pH 7.4 su una membrana in mPES a fibre cave da 750kDa come descritto nell'Esempio 5. Le concentrazioni delle EV sono state determinate mediante NTA come descritto nell'Esempio 13. Cellule A549 (adenocarcinoma polmonare umano) sono state piastrate in piastre a 96 pozzetti pre-rivestiti con collagene e fatte crescere in condizioni di coltura cellulare standard fino ad una confluenza cellulare del 50-60% (5% CO2, umidità del 95%, 37°C). Vescicole extracellulari marcate doppie con Cy5/TMR (EV derivate da siero di latte bovino conservate a 4°C o a -80°C (Figura 7) o EV derivate da siero di latte di capra conservate a 4°C (Figura 11) sono state aggiunte a concentrazioni crescenti con tre replicati biologici indipendenti per condizione. Dopo 6 ore di incubazione, le cellule sono state fissate con PenFix (Richard Allen Scientific) arricchito con Hoechst 33258 a 0,5 µM. Le cellule sono state visualizzate mediante microscopia a fluorescenza a campo largo (Olympus IX83) usando un obiettivo ApoPlan 40x con un'apertura numerica di 0,95. Sono state scattate oltre 10 immagini per pozzetto, laddove ogni immagine rappresentava una proiezione di intensità massima di 7 singole immagini Z e sono stati visualizzati 5 differenti canali: Campo chiaro, Hoechst (ex385nm, em417-477nm), TMR (ex545nm, em605/70nm), CY5 (ex640nm, em700/75nm) e TMR- CY5 FRET (ex545, em700/75). Il rilevamento di cellule e vescicole è stato eseguito con un plugin ImageJ Fiji auto-programmato. In breve, le cellule sono state rilevate mediante rilevamento angolare del canale in campo chiaro seguito da lisciamento e applicazione di una soglia all'immagine. Le EV sono state rilevate usando l'auto soglia Li (soglie simili sono usate in tutte le concentrazioni) sul canale CY5. Le EV nell'area cellulare sono state contate e sono mostrate come area cellulare „EV/1.000 pixel“. [0105] The milk EVs obtained in Example 8, as well as in Example 11, were each diluted to 10 µM in PBS pH 7.4 and reacted with 25 µM of (5',6'-)TMR-NHS and 50 µM of Cy5-NHS for 1 hour at 37°C. Unreacted dye was removed by six rounds of concentration/dialysis each time with six volumes of PBS pH 7.4 on a 750kDa hollow fiber mPES membrane as described in Example 5. EV concentrations were determined by NTA as described in Example 13. A549 (human lung adenocarcinoma) cells were plated in 96-well plates pre-coated with collagen and grown under standard cell culture conditions to 50-60% cell confluency (5% CO2 , 95% humidity, 37°C). Double Cy5/TMR-labelled extracellular vesicles (bovine whey-derived EVs stored at 4°C or -80°C (Figure 7) or goat whey-derived EVs stored at 4°C (Figure 11) were added at increasing concentrations with three independent biological replicates per condition.After 6 hours of incubation, cells were fixed with PenFix (Richard Allen Scientific) enriched with Hoechst 33258 at 0.5 µM.Cells were visualized by fluorescence microscopy at wide field (Olympus IX83) using an ApoPlan 40x objective with a numerical aperture of 0.95 Over 10 images were taken per well, where each image represented a maximum intensity projection of 7 individual Z images and 5 different images were displayed Channels: Brightfield, Hoechst (ex385nm, em417-477nm), TMR (ex545nm, em605/70nm), CY5 (ex640nm, em700/75nm) and TMR- CY5 FRET (ex545, em700/75).The detection of cells and vesicles it was done with a self-programmed ImageJ Fiji plugin. Briefly, cells were detected by angle detection of the channel in bright field followed by smoothing and thresholding of the image. EVs were detected using auto Li threshold (similar thresholds are used at all concentrations) on the CY5 channel. The EVs in the cell area have been counted and are shown as cell area „EV/1,000 pixel“.
Esempio 18: Microscopia Elettronica a Trasmissione di EV con colorazione negativaExample 18: Transmission Electron Microscopy of negatively stained EVs
[0106] Le EV del latte ottenute nell'Esempio 8 sono state diluite ad una concentrazione da 1 a 5x10^10 particelle per mL in PBS e sono state pipettate su griglie rivestite con Formvar e carbonio. Dopo asciugatura all'aria per 30-45 min a temperatura ambiente, l'eccesso della soluzione di EV è stato rimosso premendo le griglie su carta da filtro con un angolo di ca. 45°. Le griglie sono state poi lavate 3x con acqua distillata posizionandole su gocce da 100 µL su parafilm, seguito da fissazione con 1% di glutaraldeide in PBS per 5 minuti su gocce da 40 µL, lavaggio 8 x con acqua in gocce da 40µL e colorazione negativa con uranil acetato acquoso al 2% per 5 minuti. I campioni sono stati asciugati all'aria per 1 ora e visualizzati su un Microscopio Elettronico a Trasmissione EM 910 di Zeiss a 80.000 kV e ingrandimento di 40.000 x (videocamera Tröndle). Le immagini tipiche delle preparazioni di EV del latte dell'Esempio 8 sono mostrate in Figura 13. The milk EVs obtained in Example 8 were diluted to a concentration of 1 to 5x10^10 particles per mL in PBS and pipetted onto grids coated with Formvar and carbon. After air-drying for 30-45 min at room temperature, excess IV solution was removed by pressing grids on filter paper at an angle of approx. 45th. Grids were then washed 3x with distilled water by placing them in 100 µL drops on parafilm, followed by fixation with 1% glutaraldehyde in PBS for 5 min on 40 µL drops, washing 8x with water in 40 µL drops and negative staining with 2% aqueous uranyl acetate for 5 minutes. The samples were air-dried for 1 hour and viewed on a Zeiss EM 910 Transmission Electron Microscope at 80,000 kV and 40,000 x magnification (Tröndle camera). Typical images of milk EV preparations from Example 8 are shown in Figure 13.
Esempio 19: Quantificazione di Amfotericina B (caricata su EV del latte) usando cromatografia liquida ad elevate prestazioniExample 19: Quantification of Amphotericin B (loaded on milk IV) using high performance liquid chromatography
[0107] La quantificazione di Amfotericina B (AmB) è stata eseguita usando cromatografia liquida ad elevate prestazioni in fase inversa (RP-HPLC, Reversed Phase High-Performance Liquid Chromatography) in uno strumento Shimadzu Prominence. I campioni di MEV caricati erano campioni da 50 µL e sono stati iniettati e separati su una colonna C18 (3,0 × 150 mm con dimensioni particellari di 5 µm) mediante eluizione isocratica con una fase mobile di Acetonitrile/20 mM di EDTA (55% / 45% vol/vol) con una portata di 1 mL/min. EDTA è stato usato nella fase mobile, dato che esso migliora il comportamento cromatografico di AmB mediante competizione diretta rispetto ad Amfotericina B per la chelazione con ioni metallici. AmB è stata rilevata mediante misurazione dell'assorbanza di UV a 406 nm. Le soluzioni standard di calibratura sono state preparate a concentrazioni variabili nell'intervallo di 0,0125 - 10 µg/mL. I cromatogrammi rappresentativi e le curve di calibratura di AmB sono mostrati in Figura 14 a e b, rispettivamente. Quantification of Amphotericin B (AmB) was performed using reversed phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC) in a Shimadzu Prominence instrument. The loaded MEV samples were 50 µL samples and were injected and separated on a C18 column (3.0 × 150 mm with 5 µm particle size) by isocratic elution with a mobile phase of Acetonitrile/20 mM EDTA (55 % / 45% vol/vol) with a flow rate of 1 mL/min. EDTA has been used in the mobile phase, as it improves the chromatographic behavior of AmB by direct competition with Amphotericin B for metal ion chelation. AmB was detected by measuring the absorbance of UV at 406 nm. Calibration standard solutions were prepared at concentrations ranging from 0.0125 - 10 µg/mL. Representative chromatograms and calibration curves of AmB are shown in Figure 14 a and b, respectively.
Esempio 20: Caricamento di Amfotericina B su esosomi di latte bovinoExample 20: Amphotericin B loading on bovine milk exosomes
[0108] Per il caricamento di AmB su esosomi di latte bovino, sono stati testati numerosi metodi, inclusa incubazione a temperatura ambiente, incubazione a 37 °C, condizione ipotonica, sonicazione, estrusione, incubazione con saponina e congelamento-scongelamento. AmB è stata aggiunta da una soluzione stock 1 mM in DMSO nei campioni di EV del latte in PBS a dare concentrazioni finali di MEV a 1 nM, di AmB a 2 µM e di DMSO a 0,5 % e sono stati trattati in differenti condizioni, come segue: – Incubazione: le formulazioni sono state incubate a temperatura ambiente (21 °C), a 37 °C o a 50°C per tempi differenti (come specificato nella Tabella 1) in PBS. – Saponina: saponina è stata aggiunta ad una concentrazione finale del 2% p/v e le formulazioni sono state incubate in condizioni differenti (come specificato nella Tabella 1). – Sonicazione: le formulazioni sono state sonicate usando un sonicatore con sonda (potenza all'80 % con impulso di 30 secondi / pausa di 30 secondi). – Condizione ipotonica: le formulazioni sono state diluite con H2O fino ad una concentrazione finale di PBS 0,5 x. – Congelamento-scongelamento: le formulazioni sono state congelate rapidamente, mantenute a -80°C per 0,5 ore e scongelate a temperatura ambiente per 3 cicli. – Estrusione: le formulazioni sono state estruse (x10 volte e x20 volte) usando un estrusore Avanti Lipids avente un diametro dei pori di 200 nm.For loading AmB onto bovine milk exosomes, a number of methods have been tested, including room temperature incubation, 37°C incubation, hypotonic condition, sonication, extrusion, saponin incubation, and freeze-thaw. AmB was added from 1 mM stock solution in DMSO to milk EV samples in PBS to give final concentrations of 1 nM MEV, 2 µM AmB and 0.5 % DMSO and were treated under different conditions , as follows: – Incubation: The formulations were incubated at room temperature (21°C), 37°C or 50°C for different times (as specified in Table 1) in PBS. – Saponin: Saponin was added to a final concentration of 2% w/v and the formulations were incubated under different conditions (as specified in Table 1). – Sonication: formulations were sonicated using a probe sonicator (80 % power with 30 second pulse / 30 second pause). – Hypotonic condition: the formulations were diluted with H2O up to a final concentration of PBS 0.5x. – Freeze-thaw: the formulations were flash frozen, kept at -80°C for 0.5 hours and thawed at room temperature for 3 cycles. – Extrusion: formulations were extruded (x10-fold and x20-fold) using a Avanti Lipids extruder having a pore diameter of 200 nm.
[0109] Per rimuovere la AmB libera dalla formulazione, la miscela è stata ultrafiltrata sei volte con PBS mediante centrifugazione in unità di ultrafiltrazione Vivaspin (MWCO di 10 kDa) a 10.000 x g per 15 minuti. La fase finale di lavaggio ha portato ad ottenere campioni concentrati 10 volte. La AmB è stata poi estratta aggiungendo acetonitrile al volume originale, risultando in una concentrazione finale di ACN:H2O di 90:10. La miscela è stata fatta vorticare a temperatura ambiente a 1.000 rpm per 30 minuti e centrifugata a 1.000 x g per 15 minuti prima dell'iniezione per determinare la concentrazione di AmB usando RP-HPLC come descritto nell'Esempio 19. Le concentrazioni di AmB ritenuta per le differenti condizioni sono elencate in Tabella 1, rivelando che il caricamento mediante incubazione a temperatura ambiente per ≥ 6 ore ha permesso di ottenere le densità di caricamento maggiori. [0109] To remove free AmB from the formulation, the mixture was ultrafiltered six times with PBS by centrifugation in a Vivaspin ultrafiltration unit (MWCO of 10 kDa) at 10,000 x g for 15 minutes. The final washing step led to obtaining 10 times concentrated samples. The AmB was then extracted by adding acetonitrile to the original volume, resulting in a final ACN:H2O concentration of 90:10. The mixture was vortexed at room temperature at 1,000 rpm for 30 minutes and centrifuged at 1,000 x g for 15 minutes before injection to determine the AmB concentration using RP-HPLC as described in Example 19. The AmB concentrations retained for the different conditions are listed in Table 1, revealing that loading by incubation at room temperature for ≥ 6 hours resulted in the highest loading densities.
Tabella 1. Concentrazione di AmB ritenuta in esosomi di latte bovino in differenti condizioni di caricamentoTable 1. Concentration of AmB retained in bovine milk exosomes under different loading conditions
[0110] Temperatura ambiente 1 ora 0 nM Temperatura ambiente 2 ore 21 nM Temperatura ambiente 4 ore 179 nM Temperatura ambiente 6 ore 227 nM Temperatura ambiente 24 ore 252 nM 37°C per 6 ore 171 nM 37°C per 24 ore 128 nM 50°C per 6 ore 87 nM 50°C per 24 ore 52 nM Condizione ipotonica 189 nM Sonicazione per 2,5 min (bagno di ghiaccio) 294 nM Sonicazione per 5 min (bagno di ghiaccio) 162 nM Sonicazione per 10 min (bagno di ghiaccio) 81 nM Sonicazione per 2,5 min (senza bagno di ghiaccio) 44 nM Sonicazione per 5 min (senza bagno di ghiaccio) 24 nM Estrusione 10 volte 184 nM Estrusione 20 volte 172 nM Temperatura ambiente per 24 ore + 0,2% di Saponina 254 nM 37°C per 24 ore + 0,2% di Saponina 132 nM 50°C per 24 ore + 0,2% di Saponina 54 nM 3 Cicli di congelamento-scongelamento 108 nM[0110] Ambient temperature 1 hour 0 nM Ambient temperature 2 hours 21 nM Ambient temperature 4 hours 179 nM Ambient temperature 6 hours 227 nM Ambient temperature 24 hours 252 nM 37°C for 6 hours 171 nM 37°C for 24 hours 128 nM 50 °C for 6 hours 87 nM 50°C for 24 hours 52 nM Hypotonic condition 189 nM Sonication for 2.5 min (ice bath) 294 nM Sonication for 5 min (ice bath) 162 nM Sonication for 10 min (ice bath) ice) 81 nM Sonication for 2.5 min (without ice bath) 44 nM Sonication for 5 min (without ice bath) 24 nM Extrude 10 times 184 nM Extrude 20 times 172 nM Room temperature for 24 hours + 0.2% of Saponin 254 nM 37°C for 24 hours + 0.2% of Saponin 132 nM 50°C for 24 hours + 0.2% of Saponin 54 nM 3 Freeze-thaw cycles 108 nM
Esempio 21: Caricamento di Amfotericina B su esosomi di latte di capraExample 21: Amphotericin B loading on goat milk exosomes
[0111] Il caricamento di AmB su esosomi di latte di capra è stato testato usando le procedure come descritte nell'Esempio 20. La concentrazione di AmB ritenuta è stata eseguita usando RP-HPLC come descritto nell'Esempio 19. Loading of AmB onto goat milk exosomes was tested using the procedures as described in Example 20. Retained AmB concentration was performed using RP-HPLC as described in Example 19.
Tabella 2: Concentrazione di AmB ritenuta in EV da latte di capra (1 nM) in differenti condizioniTable 2: Retained AmB concentration in goat milk IV (1 nM) under different conditions
[0112] Temperatura ambiente 2 ore 82 nM Temperatura ambiente 4 ore 271 nM Temperatura ambiente 6 ore 392 nM Temperatura ambiente 24 ore 388 nM 37°C per 6 ore 199 nM 37°C per 24 ore 112 nM 50°C per 6 ore 91 nM 50°C per 24 ore 48 nM Sonicazione per 2,5 min (bagno di ghiaccio) 209 nM Sonicazione per 5 min (bagno di ghiaccio) 103 nM Sonicazione per 10 min (bagno di ghiaccio) 73 nM[0112] Ambient temperature 2 hours 82 nM Ambient temperature 4 hours 271 nM Ambient temperature 6 hours 392 nM Ambient temperature 24 hours 388 nM 37°C for 6 hours 199 nM 37°C for 24 hours 112 nM 50°C for 6 hours 91 nM 50°C for 24 hours 48 nM Sonication for 2.5 min (ice bath) 209 nM Sonication for 5 min (ice bath) 103 nM Sonication for 10 min (ice bath) 73 nM
Esempio 22: Saturazione del caricamento di AmB su EV da latte di capraExample 22: Saturation of AmB loading on goat milk IV
[0113] Per testare in aggiunta la saturazione del caricamento di EV come funzione della concentrazione di AmB, sono state incubate per 6 ore EV da latte di capra 1 nM a temperatura ambiente con concentrazioni crescenti di AmB variabili nell'intervallo da 1 µM a 10 µM (DMSO a 1 % v/v in tutti i campioni). Inoltre, abbiamo testato la formulazione di esosomi caricati con AmB con concentrazione crescente di EV mantenendo costante il rapporto di EV:AmB. Le concentrazioni di MEV: AmB erano a 1 nM: 2 µM; 2 nM: 4 µM; 3 nM: 6 µM; 4 nM: 8 µM e 5 nM: 10 µM. Tutte le formulazioni contenevano 1 % di DMSO. La concentrazione di AmB ritenuta è stata eseguita usando RP-HPLC come descritto nell'Esempio 19. I risultati sono mostrati in Figura 15. [0113] To additionally test the saturation of EV loading as a function of AmB concentration, EVs from 1 nM goat milk were incubated for 6 hours at room temperature with increasing AmB concentrations ranging in the range from 1 µM to 10 µM (DMSO at 1% v/v in all samples). Furthermore, we tested the formulation of AmB-loaded exosomes with increasing EV concentration while keeping the ratio of EV:AmB constant. MEV:AmB concentrations were at 1 nM: 2 µM; 2 nM: 4 µM; 3 nM: 6 µM; 4 nM: 8 µM and 5 nM: 10 µM. All formulations contained 1% DMSO. The retained AmB concentration was performed using RP-HPLC as described in Example 19. The results are shown in Figure 15.
Esempio 23. Co-frazionamento di AmB con EV del latte usando cromatografia ad esclusione dimensionaleExample 23. Co-fractionation of AmB with milk EV using size exclusion chromatography
[0114] Per testare se AmB ritenuta con le EV dopo caricamento è effettivamente associata fisicamente con le vescicole, abbiamo usato cromatografia analitica ad esclusione dimensionale in condizioni native per verificare il co-frazionamento. 10 µL dei campioni come preparati nell'Esempio 20 (1 nM di EV da latte bovino o di capra caricate con 2 µM di AmB mediante incubazione per 6 ore a temperatura ambiente) prima e dopo l'eliminazione di AmB libera mediante ultrafiltrazione sono stati iniettati su una colonna Sephadex 200 30/10 e separati mediante eluizione isocratica con PBS a pH 7.4 ad una portata di 0,8 mL/min in uno strumento Shimadzu LC-20Ai dotato di un rivelatore a serie di diodi UV/Vis e di fluorescenza. AmB è stata rilevata con un'assorbanza a 406 nm, le EV del latte sono state rivelate mediante autofluorescenza a 488nm/510 nm (ex/em). Oltre alle formulazioni, sono state anche analizzate AmB e MEV libere. Come mostrato in Figura 16, AmB caricata sia su EV da latte bovino (Figura 16a) che da EV da latte di capra (Figura 16b) è anche co-frazionata con il picco di MEV come analizzato mediante cromatografia nativa ad esclusione dimensionale, dimostrando l'associazione fisica di AmB con le vescicole. [0114] To test whether AmB retained with the EVs after loading is actually physically associated with the vesicles, we used size exclusion analytic chromatography under native conditions to verify co-fractionation. 10 µL of the samples as prepared in Example 20 (1 nM of bovine or goat milk EVs loaded with 2 µM AmB by incubation for 6 hours at room temperature) before and after elimination of free AmB by ultrafiltration were injected on a Sephadex 200 30/10 column and separated by isocratic elution with PBS pH 7.4 at a flow rate of 0.8 mL/min in a Shimadzu LC-20Ai instrument equipped with a UV/Vis and fluorescence diode array detector. AmB was detected with an absorbance at 406 nm, milk EVs were detected by autofluorescence at 488nm/510 nm (ex/em). In addition to the formulations, free AmB and MEV were also analysed. As shown in Figure 16, AmB loaded on both bovine milk EVs (Figure 16a) and goat milk EVs (Figure 16b) is also co-fractionated with the MEV peak as analyzed by native size exclusion chromatography, demonstrating the physical association of AmB with vesicles.
Esempio 24: Captazione cellulare di EV da latte di capra caricate con AmBExample 24: Cellular uptake of AmB-loaded goat milk EVs
[0115] Le EV da latte di capra sono state marcate con Cy5 NHS e Tamra NHS come descritto nell'Esempio 17 e caricate con AmB come descritto nell'Esempio 21 (1 nM di EV da latte di capra caricate con 2 µM di AmB mediante incubazione per 6 ore a temperatura ambiente). La captazione cellulare in cellule A549 è stata poi quantificata mediante microscopia a fluorescenza, come descritto nell'Esempio 17. Come mostrato in Figura 17, gli esosomi di latte di capra caricati con AmB sono stati captati dalle cellule in modo identico alle EV da latte di capra non caricate, confermando che il caricamento di AmB non influenza la funzionalità delle EV del latte nella captazione cellulare. Goat milk EVs were labeled with Cy5 NHS and Tamra NHS as described in Example 17 and loaded with AmB as described in Example 21 (1 nM goat milk EV loaded with 2 µM AmB by incubation for 6 hours at room temperature). Cell uptake in A549 cells was then quantified by fluorescence microscopy, as described in Example 17. As shown in Figure 17 , AmB-loaded goat milk exosomes were uptake by the cells identically to dairy EVs from unloaded goats, confirming that AmB loading does not influence the functionality of milk EVs in cell uptake.
Esempio 25: Esposizione sistemica di EV del latte della presente invenzione dopo rilascio nasale tramite il tratto respiratorio.Example 25: Systemic IV exposure of the milk of the present invention after nasal delivery via the respiratory tract.
[0116] Le EV da latte bovino marcate con TMR e Cy5 ottenute nell'Esempio 17 sono state usate per la somministrazione intranasale in topi C57/B16 (femmina 8 settimane). Dopo aspirazione di 5 µL delle EV marcate a 3,4x10^13 particelle/mL in PBS tramite il naso, i topi sono stati sacrificati dopo 6 ore, gli organi sono stati fissati con 4 % di PFA, trasferiti in un Cryobuffer (30% p/v di saccarosio, 1 % p/v di polivinilpirrolidone-40, 30 % v/v di etilen glicole in 100 mM di PBS a pH 7,4) ed analizzati mediante visualizzazione tramite epifluorescenza in uno strumento di visualizzazione IVIS Spectrum. Le intensità dei segnali di fluorescenza relativi agli organi da animali trattati con PBS sono mostrate in Tabella 3. The TMR and Cy5 labeled bovine milk EVs obtained in Example 17 were used for intranasal administration in C57/B16 mice (female 8 weeks). After aspiration of 5 µL of labeled EVs at 3.4x10^13 particles/mL in PBS through the nose, the mice were sacrificed after 6 hours, the organs were fixed with 4% PFA, transferred to a Cryobuffer (30% w/v sucrose, 1% w/v polyvinylpyrrolidone-40, 30% v/v ethylene glycol in 100 mM PBS pH 7.4) and analyzed by epifluorescence visualization in an IVIS Spectrum visualization instrument. The intensities of the fluorescence signals relating to organs from PBS-treated animals are shown in Table 3.
Tabella 3: Intensità dei segnali di fluorescenza di differenti organi da topi a cui sono state somministrate EV a confronto con gli organi corrispondenti di animali di controllo trattati con PBS:Table 3: Intensities of fluorescence signals of different organs from IV-administered mice compared to the corresponding organs of PBS-treated control animals:
[0117] Cervello 1,2 Tratto GI 44,2 Cuore 7,7 Rene sinistro 32,4 Rene destro 29,5 Fegato 18,5 Linfonodo 5,7 Polmone sinistro 386,0 Polmone destro 412,7 Milza 7,0[0117] Brain 1.2 GI tract 44.2 Heart 7.7 Left kidney 32.4 Right kidney 29.5 Liver 18.5 Lymph node 5.7 Left lung 386.0 Right lung 412.7 Spleen 7.0
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Legal Events
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PK | Correction |
Free format text: RETTIFICA A9 |