CN115768438A - 用于向肺递送治疗剂的脂质纳米颗粒 - Google Patents

用于向肺递送治疗剂的脂质纳米颗粒 Download PDF

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CN115768438A CN202180048101.4A CN202180048101A CN115768438A CN 115768438 A CN115768438 A CN 115768438A CN 202180048101 A CN202180048101 A CN 202180048101A CN 115768438 A CN115768438 A CN 115768438A
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Abstract

本发明的某些实施方案提供用于将核酸治疗剂递送至肺的脂质纳米颗粒。

Description

用于向肺递送治疗剂的脂质纳米颗粒
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2020年7月10日提交的美国申请序列号63/050,594的优先权权益，所述申请以引用的方式并入本文。
背景技术
含阳离子脂质的脂质纳米颗粒(LNP)已经用于递送多种活性剂和治疗剂。然而，需要能够将这些剂递送至身体特定区域(例如肺)的LNP。因此，需要可用于递送治疗剂的改进的LNP制剂。将这些剂递送至肺上皮细胞尤其令人感兴趣。
发明内容
如本文所述，已发现某些LNP制剂可有效地将治疗剂(例如，核酸治疗剂，如siRNA和mRNA)递送至肺组织。还已经证明，与包含不可生物降解的脂质的制剂相比，包含阳离子脂质(例如，硅脂质的组合)的这些LNP制剂从肺中更快地清除。
将活性剂递送至肺部存在许多挑战，LNP可能能够缓解这些挑战。向气道的递送由于呼吸道上皮的粘膜屏障而变得复杂，所述粘膜屏障促进颗粒在进入气道时的纤毛清除。此外，带负电荷的核酸不能穿过细胞膜，并且因此需要帮助来进行细胞内递送。LNP能够有效地包封、保护这些核酸并将这些核酸递送至靶部位。本文中的新型制剂已进行工程化以赋予血清稳定性并减少粘膜捕获、促进内体逃逸并提供结构完整性。
因此，本文提供了一种包含核酸-脂质颗粒的制剂，其中核酸-脂质颗粒包含：
一种或多种核酸分子；
约0.1％至约0.9％的PEG-脂质缀合物；
约40％至约80％的阳离子脂质；以及
非阳离子脂质，
其中所述制剂是气雾化制剂。
还提供了一种核酸-脂质颗粒，所述核酸-脂质颗粒包含：
(a)一种或多种核酸分子；
(b)非阳离子脂质；
(c)缀合脂质；以及
(d)至少两种式(I)的阳离子脂质的组合。
附图说明
图1.图1提供在用不同剂量的X:60 101/102 siRNA LNP 24小时转染后A549细胞中剩余的相对PPIB(n＝3)。
图2.图2提供在用不同剂量的具有各种101/102比率的0.5:60101/102 siRNA LNP24小时转染后A549细胞中剩余的相对PPIB(n＝3)。
图3.图3提供在用不同剂量的0.5:X 101/102 siRNA LNP 24小时转染后A549细胞中剩余的相对PPIB(n＝3)。
图4.图4提供与101一起使用的不同量的PEG相关的数据。改变PEG浓度影响荧光素酶表达。
图5.图5提供与肺部脂质清除相关的数据，包括本文所述的生物可降解脂质的清除，包括101和102与103进行比较。
图6.图6提供与改变阳离子脂质101和102及其使用比率相关的数据。改变脂质和比率影响荧光素酶表达。
图7.图7提供描绘施用5μg的0.5:X 101/102 mRNA LNP后6小时肺中的荧光素酶表达的结果(n＝4只Balb/C小鼠)。
具体实施方式
本文提供了一种包含核酸-脂质颗粒的制剂，其中核酸-脂质颗粒包含：
一种或多种核酸分子；
约0.1％至约0.9％的PEG-脂质缀合物；
约40％至约80％的阳离子脂质；以及
非阳离子脂质，
其中所述制剂是气雾化制剂。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含约0.2％至约0.8％的PEG-脂质缀合物和约45％至约75％的阳离子脂质。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含约0.2％至约0.7％的PEG-脂质缀合物和约45％至约75％的阳离子脂质。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含约0.2％至约0.6％的PEG-脂质缀合物和约50％至约70％的阳离子脂质。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含约0.2％至约0.5％的PEG-脂质缀合物和约55％至约65％的阳离子脂质。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含约0.2％至约0.5％的PEG-脂质缀合物和约60％的阳离子脂质。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含约0.25％的PEG-脂质缀合物和约60％的阳离子脂质。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含：
0.25％的所述PEG-脂质缀合物；
30％的第一阳离子脂质；
30％的第二阳离子脂质，所述第二阳离子脂质可与所述第一阳离子脂质相同或不同；
22％-26％的胆固醇；以及
13％-17％的DSPC。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含约0.5％的PEG-脂质缀合物和约60％的阳离子脂质。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含：
0.5％的所述PEG-脂质缀合物；
30％的第一阳离子脂质；
30％的第二阳离子脂质，所述第二阳离子脂质可与所述第一阳离子脂质相同或不同；
22％-26％的胆固醇；以及
13％-17％的DSPC。
在某些实施方案中，所述制剂包含至少一种式(I)的阳离子脂质或第一阳离子脂质和第二阳离子脂质的组合：
Figure BDA0004038514880000051
其中：
R1是C2-C30烃基；
R2是C2-C30烃基；
R3是C2-C30烃基；
X是二价C2-C8烷基；
R4是NRaRb；并且
每个Ra和Rb独立地选自由以下组成的组：甲基、乙基、丙基、环丙基和丁基，所述甲基、乙基、丙基、环丙基和丁基任选地被羟基取代；或者Ra和Rb与它们所连接的氮一起形成氮丙啶、氮杂环丁烷、脯氨酸、哌啶、哌嗪或吗啉环，所述环任选地被羟基或C1-C6烷基取代，所述烷基任选地被羟基取代。
在某些实施方案中，所述阳离子脂质独立地选自如实施例1-23中任一项所述的阳离子脂质。
在某些实施方案中，阳离子脂质的所述组合包括如实施例24中所述的组合。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含：
0.25％的所述PEG-脂质缀合物PEG2000-C-DMA；
30％的所述阳离子脂质化合物101；
30％的所述阳离子脂质化合物102；
22％-26％的胆固醇；以及
13％-17％的DSPC。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含：
0.25％的所述PEG-脂质缀合物PEG2000-C-DMA；
30％的所述阳离子脂质化合物101；
30％的所述阳离子脂质化合物102；
24.2％的胆固醇；以及
15.2％的DSPC。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含：
0.5％的所述PEG-脂质缀合物PEG2000-C-DMA；
30％的所述阳离子脂质化合物101；
30％的所述阳离子脂质化合物102；
22％-26％的胆固醇；以及
13％-17％的DSPC。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒包含：
0.5％的所述PEG-脂质缀合物PEG2000-C-DMA；
30％的所述阳离子脂质化合物101；
30％的所述阳离子脂质化合物102；
24.2％的胆固醇；以及
15.2％的DSPC。
在某些实施方案中，所述核酸选自由以下组成的组：小干扰RNA(siRNA)、切丁酶-底物dsRNA、小发夹RNA(shRNA)、不对称干扰RNA(aiRNA)、微小RNA(miRNA)、mRNA、tRNA、rRNA、病毒RNA(vRNA)、自我扩增RNA以及它们的组合。
在某些实施方案中，所述核酸是mRNA。
在某些实施方案中，所述核酸是siRNA。
在某些实施方案中，所述非阳离子脂质是胆固醇或其衍生物。
在某些实施方案中，所述缀合脂质是聚乙二醇(PEG)-脂质缀合物。
在某些实施方案中，所述缀合脂质是PEG-C-DMA。
在某些实施方案中，所述PEG具有约2,000道尔顿的平均分子量。
在某些实施方案中，所述脂质与药物比率是约12:1至约20:1。
在某些实施方案中，所述脂质与药物比率是约20:1。
还提供了一种用于将核酸引入细胞中的方法，所述方法包括使所述细胞与本文所述的制剂接触。
还提供了一种用于核酸的体内递送的方法，所述方法包括：向哺乳动物受试者施用如本文所述的制剂。
还提供了一种用于治疗有需要的哺乳动物受试者的疾病或病症的方法，所述方法包括向所述哺乳动物受试者施用治疗有效量的如本文所述的制剂。
在某些实施方案中，所述制剂是通过吸入施用的雾化制剂。
在某些实施方案中，所述施用是鼻内或气管内施用。
在某些实施方案中，所述疾病或病症是肺部疾病或病症。
还提供了本文所述的用于将核酸分子递送至哺乳动物的肺的制剂或脂质纳米颗粒。
在雾化含有高PEG-脂质含量(例如，>1mol％PEG-C-DMA)的LNP后观察到颗粒特性的显著变化。这通常导致粒度增加和核酸包封减少。从监管的角度来看，性质的变化在药物产品中是不合乎需要的。此外，较大的颗粒具有更大的捕获在粘膜屏障中的风险，从而限制向气道上皮靶细胞的递送。并且有效载荷包封的损失将导致有效载荷降解增加，从而降低治疗潜力。因此，本文所述的具有相对较低的PEG-脂质含量的LNP应该具有不表现出在雾化含有相对较高的PEG-脂质含量的LNP时观察到的颗粒特性变化的优点。
在某些实施方案中，本文还提供了一种核酸-脂质颗粒，所述核酸-脂质颗粒包含：
(a)一种或多种核酸分子；
(b)非阳离子脂质；
(c)缀合脂质；以及
(d)至少两种式(I)的阳离子脂质的组合。
Figure BDA0004038514880000091
其中：
R1是C2-C30烃基；
R2是C2-C30烃基；
R3是C2-C30烃基；
X是二价C2-C8烷基；
R4是NRaRb；并且
每个Ra和Rb独立地选自由以下组成的组：甲基、乙基、丙基、环丙基和丁基，所述甲基、乙基、丙基、环丙基和丁基任选地被羟基取代；或者Ra和Rb与它们所连接的氮一起形成氮丙啶、氮杂环丁烷、脯氨酸、哌啶、哌嗪或吗啉环，所述环任选地被羟基或C1-C6烷基取代，所述烷基任选地被羟基取代。
在某些实施方案中，每种脂质的R1独立地是C2-C20烃基、C2-C15烃基、C2-C10烃基、C5-C20烃基、(C2-C20)烷基、(C2-C20)烯基、(C2-C20)炔基、(C8-C20)烷基、(C8-C20)烯基、(C8-C20)炔基或具有仅一个双键的(C8-C20)烯基。
在某些实施方案中，每种脂质的R1独立地是(Z)-4-癸烯-1-基、1-壬基、3-十一烷基、1-癸基、6(Z),15(Z)-二十一碳二烯-11-基、3-己烯-1-基、9(Z)-十八碳烯-1-基或2-丁基辛-1-基、4-(1-甲基乙烯基)环己烯-1-基甲基。
在某些实施方案中，每种脂质的R2独立地是C2-C20烃基、C2-C15烃基、C2-C10烃基、C5-C20烃基、(C2-C20)烷基、(C2-C20)烯基、(C2-C20)炔基、(C8-C20)烷基、(C8-C20)烯基、(C8-C20)炔基或具有仅一个双键的(C8-C20)烯基。
在某些实施方案中，每种脂质的R2独立地是(Z)-4-癸烯-1-基、1-壬基、3-十一烷基、1-癸基、6(Z),15(Z)-二十一碳二烯-11-基、3-己烯-1-基、9(Z)-十八碳烯-1-基或2-丁基辛-1-基、4-(1-甲基乙烯基)环己烯-1-基甲基。
在某些实施方案中，每种脂质的R3独立地是C2-C20烃基、C2-C15烃基、C2-C10烃基、C5-C20烃基、(C2-C20)烷基、(C2-C20)烯基、(C2-C20)炔基、(C8-C20)烷基、(C8-C20)烯基、(C8-C20)炔基或具有仅一个双键的(C8-C20)烯基。
在某些实施方案中，每种脂质的R3独立地是(Z)-4-癸烯-1-基、1-壬基、3-十一烷基、1-癸基、6(Z),15(Z)-二十一碳二烯-11-基、3-己烯-1-基、9(Z)-十八碳烯-1-基、金刚烷基-1-基甲基、2-丁基辛-1-基、(Z)-2-((Z)-癸-4-烯-1-基)二十二-6-烯-1-基或4-(丙-1-烯-2-基)环己-1-烯-1-基)甲基。
在某些实施方案中，每种脂质的X独立地是二价C2-C6烷基。
在某些实施方案中，每种脂质的X独立地是二价C3-C5烷基。
在某些实施方案中，每种脂质的X独立地是–CH2CH2CH2-。
在某些实施方案中，每种脂质的X独立地是-CH2CH2CH2CH2-。
在某些实施方案中，每种脂质的X独立地是–CH2CH2CH2CH2CH2-。
在某些实施方案中，每种脂质的每个Ra和Rb独立地选自由以下组成的组：甲基、乙基、丙基、环丙基和丁基，所述甲基、乙基、丙基、环丙基和丁基任选地被羟基取代。
在某些实施方案中，每种脂质的Ra和Rb与它们所连接的氮一起独立地形成氮丙啶、氮杂环丁烷、脯氨酸、哌啶、哌嗪或吗啉环，所述环任选地被羟基或C1-C6烷基取代，所述烷基任选地被羟基取代。
在某些实施方案中，每种脂质的每个Ra和Rb独立地选自由甲基和乙基组成的组。
在某些实施方案中，每种脂质的R4独立地是二甲氨基。
在某些实施方案中，每种阳离子脂质独立地选自如实施例1-23中任一项所述的阳离子脂质。
在某些实施方案中，阳离子脂质的所述组合包括如实施例24中所述的组合。
在某些实施方案中，所述核酸选自由以下组成的组：小干扰RNA(siRNA)、切丁酶-底物dsRNA、小发夹RNA(shRNA)、不对称干扰RNA(aiRNA)、微小RNA(miRNA)、mRNA、tRNA、rRNA、病毒RNA(vRNA)、自我扩增RNA以及它们的组合。
在某些实施方案中，所述核酸是mRNA。
在某些实施方案中，所述核酸是siRNA。
在某些实施方案中，所述非阳离子脂质是胆固醇或其衍生物。
在某些实施方案中，所述缀合脂质是聚乙二醇(PEG)-脂质缀合物。
在某些实施方案中，所述缀合脂质是PEG-C-DMA。
在某些实施方案中，所述PEG具有约2,000道尔顿的平均分子量。
在某些实施方案中，PEG脂质与总阳离子脂质的摩尔比是约：
0.1％至0.9％的PEG脂质(例如，0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％或0.9％)：和
40％至80％的总阳离子脂质(例如，40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％)。
在某些实施方案中，PEG脂质与总阳离子脂质的摩尔比是约：
0.2％至0.8％的PEG脂质和
45％至75％的总阳离子脂质。
在某些实施方案中，PEG脂质与总阳离子脂质的摩尔比是约：
0.3％至0.7％的PEG脂质和
50％至70％的总阳离子脂质。
在某些实施方案中，PEG脂质与总阳离子脂质的摩尔比是约：
0.4％至0.6％的PEG脂质和
55％至65％的总阳离子脂质。
在某些实施方案中，PEG脂质与总阳离子脂质的摩尔比是约：
0.5％的PEG脂质和
60％的总阳离子脂质。
在某些实施方案中，总阳离子脂质包含选自两种式(I)脂质的两种阳离子脂质，其中所述两种阳离子脂质的摩尔比是约25:75。
在某些实施方案中，总阳离子脂质包含选自两种式(I)脂质的两种阳离子脂质，其中所述两种阳离子脂质的摩尔比是约50:50。
在某些实施方案中，总阳离子脂质包含选自两种式(I)脂质的两种阳离子脂质，其中所述两种阳离子脂质的摩尔比是约75:25。
在某些实施方案中，所述脂质与药物比率是约12:1至约20:1。
在某些实施方案中，所述脂质与药物比率是约20:1。
本文还提供了一种药物组合物，所述药物组合物包含如本文所述的核酸-脂质颗粒和药学上可接受的载体。
本文还提供了一种用于将核酸引入细胞中的方法，所述方法包括使所述细胞与如本文所述的核酸-脂质颗粒或组合物接触。
本文还提供了一种用于核酸的体内递送的方法，所述方法包括：向哺乳动物受试者施用如本文所述的核酸-脂质颗粒或组合物。
本文还提供了一种用于治疗有需要的哺乳动物受试者的疾病或病症的方法，所述方法包括向所述哺乳动物受试者施用治疗有效量的如本文所述的核酸-脂质颗粒或组合物。
在某些实施方案中，所述核酸-脂质颗粒或所述组合物在气雾剂制剂(例如，雾化制剂)中，所述制剂可通过吸入施用。
在某些实施方案中，所述施用是鼻内或气管内施用。
在某些实施方案中，所述疾病或病症是肺部疾病或病症。
本文还提供了如本文所述的用于将核酸分子递送至哺乳动物的肺的核酸脂质颗粒或组合物。
本文还提供了用于将核酸分子递送至哺乳动物的肺的核酸-脂质颗粒，所述核酸-脂质颗粒包含：
(a)一种或多种核酸分子；
(b)非阳离子脂质；
(c)缀合脂质；以及
(d)至少一种如本文所述的式(I)的第一阳离子脂质，所述核酸-脂质颗粒还可包含至少一种不同的式(I)的第二阳离子脂质和/或不是式(I)的第二阳离子脂质。
定义
如本文所用，除非另外指明，否则以下术语具有赋予其的含义。
术语“干扰RNA”或“RNAi”或“干扰RNA序列”是指在干扰RNA处于与靶基因或序列相同的细胞中时，能够减少或抑制靶基因或序列的表达(例如，通过介导降解或抑制与干扰RNA序列互补的mRNA的翻译)的单链RNA(例如，成熟miRNA)或双链RNA(即，双链体RNA，如siRNA、aiRNA或前体miRNA)。干扰RNA因此是指与靶mRNA序列互补的单链RNA或由两条互补链或由单条自身互补链形成的双链RNA。干扰RNA可与靶基因或序列基本同一或完全同一，或者可包含错配区(即，错配基序)。干扰RNA的序列可对应于全长靶基因或其子序列。
干扰RNA包括“小干扰RNA”或“siRNA”，例如长度为约15-60、15-50或15-40个(双链体)核苷酸的干扰RNA，更通常地长度为约15-30、15-25或19-25个(双链体)核苷酸，并且优选地长度为约20-24、21-22或21-23个(双链体)核苷酸(例如，双链siRNA的每个互补序列的长度均为15-60、15-50、15-40、15-30、15-25或19-25个核苷酸，优选地长度为约20-24、21-22或21-23个核苷酸，并且双链siRNA的长度为约15-60、15-50、15-40、15-30、15-25或19-25个碱基对，优选地长度为约18-22、19-20或19-21个碱基对)。siRNA双链体可包含约1至约4个核苷酸或约2至约3个核苷酸的3’突出端和5’磷酸酯末端。siRNA的实例包括但不限于：由两个分开链分子组装的双链多核苷酸分子，其中一条链为有义链并且另一个为互补反义链；由单链分子组装的双链多核苷酸分子，其中有义区和反义区由基于核酸或基于非核酸的接头连接；具有带自身互补有义区和反义区的发夹二级结构的双链多核苷酸分子；以及具有带自身互补有义区和反义区的两个或更多个环结构和一个茎结构的环形单链多核苷酸分子，其中环形多核苷酸可在体内或体外加工以产生活性双链siRNA分子。
优选地，化学合成siRNA。还可通过用大肠杆菌RNA酶III或切丁酶裂解较长的dsRNA(例如，长度大于约25个核苷酸的dsRNA)来产生siRNA。这些酶将dsRNA加工成生物活性的siRNA(参见，例如Yang等人,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,99:9942-9947(2002)；Calegari等人,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,99:14236(2002)；Byrom等人,AmbionTechNotes,10(1):4-6(2003)；Kawasaki等人,Nucleic Acids Res.,31:981-987(2003)；Knight等人,Science,293:2269-2271(2001)；以及Robertson等人,J.Biol.Chem.,243:82(1968))。优选地，dsRNA的长度为至少50个核苷酸至约100、200、300、400或500个核苷酸。dsRNA的长度可像1000、1500、2000、5000个核苷酸一样长或更长。dsRNA可编码整个基因转录物或部分基因转录物。在某些实例中，可由质粒编码siRNA(例如，转录为自动折叠到具有发夹环的双链体中的序列)。
如本文所使用，术语“错配基序”或“错配区”是指对其靶序列不具有100％互补性的干扰RNA(例如，siRNA、aiRNA、miRNA)序列的一部分。干扰RNA可具有至少一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个错配区。错配区可为邻接的或可被1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或更多个核苷酸分开。错配基序或区可包含单个核苷酸或可包含两个、三个、四个、五个或更多个核苷酸。
诸如核酸(例如，干扰RNA或mRNA)的活性剂或治疗剂的“有效量”或“治疗有效量”是足以产生所需效果，例如与不存在干扰RNA的情况下检测到的正常表达水平相比抑制靶序列的表达；或抑制一定量的蛋白质的mRNA定向表达的量，在表达所述蛋白质的生物体中引起理想的生物学效应。当相对于对照使用干扰RNA获得的值为约90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％或0％时，实现靶基因或靶序列的表达的抑制。在其他实施方案中，所表达的蛋白质是通常在体内细胞类型中表达的蛋白质的活性形式，并且mRNA的治疗有效量是产生为通常在健康个体的细胞类型中表达的蛋白质的量的至少50％(例如，至少60％或至少70％或至少80％或至少90％)的量的所编码蛋白质的量。用于测量靶基因或靶序列的表达的合适测定包括，例如，使用本领域技术人员已知的技术(如斑点印迹、RNA印迹、原位杂交、ELISA、免疫沉淀、酶功能)以及本领域技术人员已知的表型测定检查蛋白质或RNA水平。
由干扰RNA引起的免疫应答“减小(decrease)”、“减小(decreasing)”、“减少(reduce)”或“减少(reducing)”旨在意指给定干扰RNA(例如，修饰的干扰RNA)的免疫应答的可检测的减小。可相对于存在未修饰的干扰RNA情况下的免疫应答水平确定由修饰的干扰RNA引起的免疫应答的减小量。可检测的减小可比在存在未修饰的干扰RNA情况下检测到的免疫应答低约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％或更多。通常通过由体外应答细胞引起的细胞因子产生减少(例如，IFNγ、IFNα、TNFα、IL-6或IL-12)或在施用干扰RNA之后哺乳动物受试者的血清中的细胞因子产生减少来测量干扰RNA的免疫应答减小。
由mRNA引起的免疫应答“减小(decrease)”、“减小(decreasing)”、“减少(reduce)”或“减少(reducing)”旨在意指给定干扰mRNA(例如，修饰的mRNA)的免疫应答的可检测的减小。可相对于存在未修饰的mRNA情况下的免疫应答水平确定由修饰的mRNA引起的免疫应答的减小量。可检测的减小可比在存在未修饰的mRNA情况下检测到的免疫应答低约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％或更多。通常通过由体外应答细胞引起的细胞因子产生减少(例如，IFNγ、IFNα、TNFα、IL-6或IL-12)或在施用mRNA之后哺乳动物受试者的血清中的细胞因子产生减少来测量mRNA的免疫应答减小。
如本文所使用，术语“应答细胞”是指在与免疫刺激性干扰RNA如未修饰的siRNA接触时产生可检测的免疫应答的细胞，优选为哺乳动物细胞。示例性的应答细胞包括例如树突细胞、巨噬细胞、外周血单核细胞(PBMC)、脾细胞等。可检测的免疫应答包括例如产生细胞因子或生长因子如TNF-α、IFN-α、IFN-β、IFN-γ、IL-1、IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-10、IL-12、IL-13、TGF及其组合。
“基本同一”是指在严格条件下与参比序列杂交或与在参比序列的指定区上具有指定百分比同一性的序列杂交的序列。
短语“严格杂交条件”是指在所述条件下，通常在核酸的复杂混合物中，核酸将与其靶序列杂交但不与其他序列杂交的条件。严格条件是序列依赖性的并且在不同的环境中将是不同的。较长的序列在较高温度下特异性地杂交。核酸杂交的详尽指南参见Tijssen,Techniques in Biochemistry and Molecular Biology—Hybridization with NucleicProbes,“Overview of principles of hybridization and the strategy of nucleicacid assays”(1993)。通常，将严格条件选择为比限定离子强度pH下的特定序列的热熔点(Tm)低约5℃-10℃。Tm是在所述温度下处于平衡时50％互补于靶标的探针杂交于靶标序列(因为靶标序列过量存在，所以在Tm下，在平衡时50％的探针被包含据)的温度(在限定的离子强度、pH和核酸浓度下)。严格条件还可通过添加去稳定剂如甲酰胺来实现。针对选择性或特异性杂交，阳性信号为背景的至少两倍，优选地为背景杂交的10倍。
示例性严格性杂交条件可如下：50％甲酰胺、5×SSC和1％ SDS，在42℃孵育，或者5×SSC、1％ SDS，在65℃孵育，其中在0.2×SSC和0.1％ SDS中在65℃下洗涤。对应PCR，低严格性扩增的温度通常为约36℃，虽然退火温度可取决于引物长度在约32℃与48℃之间变化。对于高严格性PCR扩增，通常的温度为约62℃，虽然高严格性退火温度可取决于引物长度和特异性在约50℃至约65℃的范围内。通常用于高严格性和低严格性扩增的循环条件包括90℃-95℃的变性阶段持续30秒-2分钟、持续30秒-2分钟的退火阶段以及约72℃的延伸阶段持续1-2分钟。用于低严格性和高严格性扩增反应的方案和指导提供于例如Innis等人,PCR Protocols,A Guide to Methods and Applications,Academic Press,Inc.N.Y.(1990)中。
如果它们编码的多肽基本上相同，则在严格条件下不彼此杂交的核酸仍然是基本上相同的。例如，当使用遗传密码所允许的最大密码子简并性而生成核酸的拷贝时，发生这种情况。在此类情况下，核酸通常在中等严格杂交条件下杂交。示例性“中等严格杂交条件”包括在37℃下、在40％甲酰胺、1M NaCl、1％ SDS的缓冲液中杂交，并且在45℃下在1×SSC中洗涤。阳性杂交为背景的至少两倍。本领域技术人员将很容易地认识到，可使用替代的杂交和洗涤条件来提供类似严格性的条件。用于确定杂交参数的另外指导提供于许多参考文献中，例如Current Protocols in Molecular Biology,Ausubel等编著。
在两种或更多种核酸背景下的术语“基本同一(substantially identical)”或“基本同一(substantial identity)”是指当在使用以下序列比较算法之一或通过手动比对和目测检查所测量的比较窗口或指定区上比较并且比对最大对应性时，相同的或具有指定百分比的相同核苷酸(即，在指定区上至少约60％、优选地至少约65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％同一性)的两种或更多种序列或子序列。当上下文指明时，这个定义还类似地指序列的互补序列。优选地，基本同一性存在于长度为至少约5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60个核苷酸的区上。
对于序列比较，通常一个序列充当参考序列，测试序列与其进行比较。当使用序列比较算法时，将测试序列和参考序列输入到计算机中，如果需要，指定子序列坐标，并且指定序列算法程序参数。可使用默认程序参数或者可指定替代参数。序列比较算法然后基于程序参数计算测试序列相对于参考序列的序列同一性百分比。
如本文所使用的“比较窗口”包括涉及多个连续位置中的任一个区段，所述连续位置选自由约5至约60、通常约10至约45、更通常约15至约30组成的组，其中在两个序列最佳对比之后，可将一个序列与相同数目的连续位置的参比序列比较。比对用于比较的序列的方法是本领域中熟知的。可通过以下方法来进行序列的最佳比对以供比较，例如Smith和Waterman,Adv.Appl.Math.,2:482(1981)的局部同源性算法；Needleman和Wunsch,J.Mol.Biol.,48:443(1970)的同源性比对算法；Pearson和Lipman,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,85:2444(1988)的相似性搜索法；这些算法的计算机实施(威斯康辛遗传学软件包(Wisconsin Genetics Software Package)中的GAP、BESTFIT、FASTA和TFASTA，Genetics Computer Group,575Science Dr.,Madison,Wis.)；或手动比对和目视检查(参见例如，Current Protocols in Molecular Biology,Ausubel等人,编辑(1995增刊))。
适合用于确定序列同一性百分比和序列相似性的算法的优选实例是BLAST和BLAST 2.0算法，其分贝描述于Altschul等人,Nuc.Acids Res.,25:3389-3402(1977)和Altschul等人,J.Mol.Biol.,215:403-410(1990)中。使用具有本文描述的参数的BLAST和BLAST 2.0来确定本发明的核酸的序列同一性百分比。用于执行BLAST分析的软件可通过国家生物技术信息中心公开获得(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)。
BLAST算法还进行两个序列之间的相似性的统计分析(参见，例如Karlin和Altschul,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,90:5873-5787(1993))。由BLAST算法提供的相似性的一个量度是最小和概率(P(N))法，它提供了两个核苷酸序列之间的匹配偶然发生的概率的指示。例如，如果在测试核酸序列与参考核酸序列的比较中，最小和概率小于约0.2、更优选地小于约0.01并且最优选地小于约0.001，则认为测试核酸序列与参考序列相似。
如本文所使用的术语“核酸”是指以单链或双链形式含有至少两个脱氧核糖核苷酸或核糖核苷酸的聚合物并且包括DNA和RNA。DNA可呈以下形式：例如反义分子、质粒DNA、预先缩合的DNA、PCR产物、载体(P1、PAC、BAC、YAC、人工染色体)、表达盒、嵌合序列、染色体DNA或这些组的衍生物和组合。RNA可呈以下形式：siRNA、不对称干扰RNA(aiRNA)、微小RNA(miRNA)、mRNA、tRNA、rRNA、tRNA、病毒RNA(vRNA)、自我扩增RNA以及它们的组合。核酸包括含有已知核苷酸类似物或修饰的主链残基或键联的核酸，所述核酸是合成的、天然存在的和非天然存在的，并且其具有与参靠核酸类似的结合性质。此类类似物的实例包括，但不限于，硫代磷酸酯、氨基磷酸酯、膦酸甲酯、手性膦酸甲酯、2'-O-甲基核糖核苷酸和肽-核酸(PNA)。除非确切地限制，否则术语涵盖具有与参考核酸类似的结合性质的含有天然核苷酸的已知类似物的核酸。除非另外指明，否则特定核酸序列还隐含地涵盖其保守修饰的变体(例如，简并密码子取代)、等位基因、直向同源物、SNP和互补序列以及明确指明的序列。具体地说，简并密码子取代可通过产生其中一个或多个选择的(或所有)密码子的第三位置被混合型碱基和/或脱氧肌苷残基取代的序列来实现(Batzer等人,Nucleic Acid Res.,19:5081(1991)；Ohtsuka等人,J.Biol.Chem.,260:2605-2608(1985)；Rossolini等人,Mol.Cell.Probes,8:91-98(1994))。“核苷酸”含有糖脱氧核糖(DNA)或核糖(RNA)、碱基和磷酸酯基团。核苷酸通过磷酸酯基团连接在一起。“碱基”包括嘌呤和嘧啶，所述嘌呤和嘧啶进一步包括天然化合物腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶、肌苷和天然类似物；以及嘌呤和嘧啶的合成衍生物，其包括但不限于放置新反应性基团如但不限于胺、醇、硫醇、羧酸酯和烷基卤化物的修饰。
术语“基因”是指包含产生多肽或前体多肽所需要的编码部分长度或全长序列的核酸(例如，DNA或RNA)序列。
如本文所使用的“基因产物”是指基因的产物，如RNA转录物或多肽。
术语“脂质”是指包括但不限于脂肪酸的酯的一组有机化合物，并且特征在于不溶于水但溶于许多有机溶剂。它们通常分成至少三类：(1)“简单脂质”，其包括脂肪和油以及蜡；(2)“复合脂质”，其包括磷脂和糖脂；以及(3)“衍生的脂质”如类固醇。
如本文所用，术语“LNP”是指脂质-核酸颗粒或核酸-脂质颗粒(例如，稳定的核酸-脂质颗粒)。LNP表示由脂质(例如，阳离子脂质、非阳离子脂质和防止颗粒聚集的缀合脂质)和核酸制成的颗粒，其中核酸(例如，siRNA、aiRNA、miRNA、ssDNA、dsDNA、ssRNA、短发夹RNA(shRNA)、dsRNA、mRNA、自我扩增RNA或质粒，包括由其转录干扰RNA或mRNA的质粒)包封在脂质中。在一个实施方案中，核酸被至少50％包封在脂质中；在一个实施方案中，核酸被至少75％包封在脂质中；在一个实施方案中，核酸被至少90％包封在脂质中；并且在一个实施方案中，核酸被完全包封在脂质中。LNP通常含有阳离子脂质、非阳离子脂质和脂质缀合物(例如，PEG-脂质缀合物)。LNP极其有用于系统应用，因为它们可在静脉内(i.v.)注射后表现出延长的循环寿命，它们可在远端部位(例如，与施用部位物理分开的部位)上累积，并且它们可在这些远端部位处介导所转染基因的表达或靶基因表达的沉默。LNP对局部施用同样有用，因为它们保护核酸有效载荷免于在生物环境中降解，并且能够将这些大的、高度带电的分子穿过细胞膜转运到靶细胞的细胞质中。
本发明的脂质颗粒(例如，LNP)通常具有约40nm至约150nm、约50nm至约150nm、约60nm至约130nm、约70nm至约110nm或约70至约90nm的平均直径，并且是基本上无毒的。另外，当存在于本发明的脂质颗粒中时，核酸在水溶液中对使用核酸酶的降解具有抗性。核酸-脂质颗粒及其制备方法公开于例如美国专利公开号20040142025和20070042031中，所述专利公布的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
如本文所用，“脂质包封的”可以是指在完全包封、部分包封或两者情况下提供活性剂或治疗剂如核酸(例如，干扰RNA或mRNA)的脂质颗粒。在某一实施方案中，核酸被完全包封在脂质颗粒中(例如，以形成SPLP、pSPLP、LNP或其他核酸-脂质颗粒)。
术语“脂质缀合物”是指抑制脂质颗粒聚集的缀合的脂质。此类脂质缀合物包括但不限于聚酰胺低聚物(例如，ATTA-脂质缀合物)、PEG-脂质缀合物，如与二烷基氧基丙基偶联的PEG、与二酰基甘油偶联的PEG、与胆固醇偶联的PEG、与磷脂酰乙醇胺偶联的PEG、与神经酰胺缀合的PEG(参见例如，美国专利号5,885,613，其公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文)，阳离子PEG脂质及其混合物。PEG可直接缀合至脂质或可经由接头部分连接至脂质。可使用适合用于将PEG偶联至脂质的任何接头部分，包括例如含有非酯的接头部分和含酯接头部分。在某些实施方案中，使用了含有非酯的接头部分。
术语“两亲性脂质”部分地指其中脂质材料的疏水部分定向到疏水相中而亲水部分定向朝向水相的任何适合的材料。亲水特征来源于极性或带电荷的基团的存在，如碳水化合物、磷酸酯、羧酸、硫酸根、氨基、巯基、硝基、羟基以及其他类似基团。可通过包括非极性基团来赋予疏水性，所述非极性基团包括但不限于长链饱和和不饱和的脂肪族烃基和被一个或多个芳香族、脂环族或杂环基团取代的此类基团。两亲性化合物的实例包括但不限于磷脂、氨基脂和鞘脂。
磷脂的代表性实例包括但不限于磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、磷脂酸、棕榈酰油酰基磷脂酰胆碱、溶血磷脂酰胆碱、溶血磷脂酰乙醇胺、二棕榈酰磷脂酰胆碱、二油酰磷脂酰胆碱、二硬脂酰磷脂酰胆碱以及二亚油酰磷脂酰胆碱。缺少磷的其他化合物如鞘脂、糖鞘脂家族、二酰基甘油以及β-酰氧基酸也在称为两亲性脂质的组内。另外，以上描述的两亲性脂质可与包括甘油三酯和甾醇的其他脂质混合。
术语“中性脂质”是指在选择的pH下以不带电荷或中性的两性离子形式存在的许多脂质种类中的任一种。在生理pH下，此类脂质包括例如二酰基磷脂酰胆碱、二酰基磷脂酰乙醇胺、神经酰胺、鞘磷脂、脑磷脂、胆固醇、脑苷脂以及二酰基甘油。
术语“非阳离子脂质”是指任何两亲性脂质以及任何其他中性脂质或阴离子脂质。
术语“阴离子脂质”是指在生理pH下带负电荷的任何脂质。这些脂质包括但不限于：磷脂酰甘油、心磷脂、二酰基磷脂酰丝氨酸、二酰基磷脂酸、N-十二烷酰磷脂酰乙醇胺、N-琥珀酰磷脂酰乙醇胺、N-戊二酰磷脂酰乙醇胺、赖氨酰磷脂酰甘油、棕榈酰油酰磷脂酰甘油(POPG)以及与中性脂质连接的其他阴离子修饰基团。
术语“阳离子脂质”是指在选定pH，如生理pH(例如约7.0的pH)下携带净正电荷的许多脂质种类中的任一种。出人意料地发现，包含具有多个不饱和位点，例如至少两个或三个不饱和位点的烷基链的阳离子脂质特别适用于形成具有增加的膜流动性的脂质颗粒。也可用于本发明中的许多阳离子脂质和相关类似物已经在美国专利公开号20060083780和20060240554；美国专利号5,208,036；5,264,618；5,279,833；5,283,185；5,753,613；和5,785,992以及PCT公开号WO 96/10390或WO 2013/126803或WO 2010/144740中进行了描述，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。阳离子脂质的非限制性实例在本文中进行了详细描述。在一些情况下，阳离子脂质包含可质子化的叔胺(例如，pH可滴定的)头基、C18烷基链、所述头基与烷基链之间的醚键联以及0至3个双键。此类脂质包括例如DSDMA、DLinDMA、DLenDMA和DODMA。
所述阳离子脂质可包含例如以下中的一种或多种：1,2-二亚油烯基氧基-N,N-二甲基氨基丙烷(DLinDMA)、1,2-二亚麻基氧基-N,N-二甲基氨基丙烷(DLenDMA)、2,2-二亚油烯基-4-(2-二甲基氨基乙基)-[1,3]-二氧戊环(DLin-K-C2-DMA；“XTC2”)、2,2-二亚油烯基-4-(3-二甲基氨基丙基)-[1,3]-二氧戊环(DLin-K-C3-DMA)、2,2-二亚油烯基-4-(4-二甲基氨基丁基)-[1,3]-二氧戊环(DLin-K-C4-DMA)、2,2-二亚油烯基-5-二甲基氨基甲基-[1,3]-二氧杂环己烷(DLin-K6-DMA)、2,2-二亚油烯基-4-N-甲基哌嗪并-[1,3]-二氧戊环(DLin-K-MPZ)、2,2-二亚油烯基-4-二甲基氨基甲基-[1,3]-二氧戊环(DLin-K-DMA)、1,2-二亚油烯基氨基甲酰基氧基-3-二甲基氨基丙烷(DLin-C-DAP)、1,2-二亚油烯基氧基-3-(二甲基氨基)乙酰氧基丙烷(DLin-DAC)、1,2-二亚油烯基氧基-3-吗啉代丙烷(DLin-MA)、1,2-二亚油酰基-3-二甲基氨基丙烷(DLinDAP)、1,2-二亚油烯基硫代-3-二甲基氨基丙烷(DLin-S-DMA)、1-亚油酰基-2-亚油烯基氧基-3-二甲基氨基丙烷(DLin-2-DMAP)、1,2-二亚油烯基氧基-3-三甲基氨基丙烷氯化物盐(DLin-TMA.Cl)、1,2-二亚油酰基-3-三甲基氨基丙烷氯化物盐(DLin-TAP.Cl)、1,2-二亚油烯基氧基-3-(N-甲基哌嗪并)丙烷(DLin-MPZ)、3-(N,N-二亚油烯基氨基)-1,2-丙二醇(DLinAP)、3-(N,N-二油烯基氨基)-1,2-丙二醇(DOAP)、1,2-二亚油烯基氧代-3-(2-N,N-二甲基氨基)乙氧基丙烷(DLin-EG-DMA)、N,N-二油烯基-N,N-二甲基氯化铵(DODAC)、1,2-二油烯基氧基-N,N-二甲基氨基丙烷(DODMA)、1,2-二硬脂酰基氧基-N,N-二甲基氨基丙烷(DSDMA)、N-(1-(2,3-二油烯基氧基)丙基)-N,N,N-三甲基氯化铵(DOTMA)、N,N-二硬脂酰基-N,N-二甲基溴化铵(DDAB)、N-(1-(2,3-二油酰基氧基)丙基)-N,N,N-三甲基氯化铵(DOTAP)、3-(N—(N′,N′-二甲基氨基乙烷)-氨基甲酰基)胆固醇(DC-Chol)、N-(1,2-二肉豆蔻基氧基丙-3-基)-N,N-二甲基-N-羟乙基溴化铵(DMRIE)、2,3-二油烯基氧基-N-[2(精胺-甲酰胺基)乙基]-N,N-二甲基-1-丙烷三氟乙酸铵(DOSPA)、双十八烷基酰胺基甘氨酰基精胺(DOGS)、3-二甲基氨基-2-(胆甾-5-烯-3-β-氧基丁-4-氧基)-1-(顺式,顺式-9,12-十八二烯氧基)丙烷(CLinDMA)、2-[5′-(胆甾-5-烯-3-β-氧基)-3′-氧杂戊氧基)-3-二甲基-1-(顺式,顺式-9′,1-2′-十八二烯氧基)丙烷(CpLinDMA)、N,N-二甲基-3,4-二油烯基氧基苄胺(DMOBA)、1,2-N,N′-二油烯基氨基甲酰基-3-二甲基氨基丙烷(DOcarbDAP)、1,2-N,N′-二亚油烯基氨基甲酰基-3-二甲基氨基丙烷(DLincarbDAP)或它们的混合物。在某些实施方案中，阳离子脂质是DLinDMA、DLin-K-C2-DMA(“XTC2”)或它们的混合物。
阳离子脂质如DLin-K-C2-DMA(“XTC2”)、DLin-K-C3-DMA、DLin-K-C4-DMA、DLin-K6-DMA和DLin-K-MPZ以及额外的阳离子脂质的合成在2008年10月9日提交的美国临时申请号61/104,212中描述，所述申请的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。阳离子脂质如DLin-K-DMA、DLin-C-DAP、DLin-DAC、DLin-MA、DLinDAP、DLin-S-DMA、DLin-2-DMAP、DLin-TMA.Cl、DLin-TAP.Cl、DLin-MPZ、DLinAP、DOAP和DLin-EG-DMA以及额外的阳离子脂质的合成在2008年12月31日提交的PCT申请号PCT/US08/88676中描述，所述申请的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。阳离子脂质如CLinDMA以及额外的阳离子脂质的合成在美国专利公布号20060240554中描述，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
术语“阳离子脂质”可指如本文所述的式(I)化合物。
术语“疏水性脂质”是指具有非极性基团的化合物，所述非极性基团包括但不限于长链饱和和不饱和的脂肪族烃基和任选地被一个或多个芳香族、脂环族或杂环基团取代的此类基团。适合的实例包括但不限于二酰基甘油、二烷基甘油、N-N-二烷基氨基、1,2-二酰氧基-3-氨基丙烷以及1,2-二烷基-3-氨基丙烷。
术语“融合”是指脂质颗粒如LNP与细胞的膜融合的能力。膜可为质膜或包围细胞器例如核内体、细胞核等的膜。
如本文所用，术语“水溶液”是指全部或部分包含水的组合物。
如本文所用，术语“有机脂质溶液”是指全部或部分包含具有脂质的有机溶剂的组合物。
如本文所使用的“远端部位”是指物理分开的部位，其不限于相邻毛细血管床，但包括广泛分布在整个生物体中的部位。
与核酸-脂质颗粒如LNP相关的“血清稳定的”意指颗粒在暴露于将显著降解游离DNA或RNA的血清或核酸酶测定之后不会显著降解。适合的测定包括例如标准血清测定、DNA酶测定或RNA酶测定。
如本文所用的“系统递送”是指引起活性剂或治疗剂(如干扰RNA或mRNA)广泛生物分布在生物体内的脂质颗粒的递送。施用的一些技术可引起某些剂的系统递送，但不会引起其他剂的系统递送。系统递送意指将有用量，优选地治疗量的剂暴露于身体的大多数部分。为了获得广泛生物分布，通常需要血液寿命，使得剂在到达远离施用部位的疾病部位之前不会被快速降解或清除(如通过首过器官(肝脏、肺等)或通过快速非特异性细胞结合)。脂质颗粒的系统递送可通过本领域中已知的任何方式实现，包括例如静脉内、皮下和腹膜内。在某一实施方案中，脂质颗粒的系统递送通过静脉内递送实现。
如本文所用的“局部递送”是指直接向生物体内的靶部位(如肺)递送活性剂或治疗剂，如干扰RNA或mRNA。
术语“哺乳动物”是指任何哺乳动物种类，如人、小鼠、大鼠、犬、猫、仓鼠、豚鼠、兔、家畜等。
术语“癌症”是指特征在于异常细胞不受控制生长的一类疾病的任何成员。术语包括所有已知的癌症和肿瘤性病状，无论表征为恶性的、良性的、软组织或实体以及所有阶段和等级的癌症，包括转移前癌症和转移后癌症。不同类型的癌症的实例包括但不限于肺癌、结肠癌、直肠癌、肛门癌、胆管癌、小肠癌、胃(胃部)癌、食道癌；胆囊癌、肝癌、胰腺癌、阑尾癌、乳腺癌、卵巢癌；宫颈癌、前列腺癌、肾癌(例如，肾细胞癌)、中枢神经系统的癌症、成胶质细胞瘤、皮肤癌、淋巴瘤、绒毛膜癌、头颈癌、骨原性肉瘤以及血癌。具体类型的肝癌的非限制性实例包括肝细胞癌(HCC)、继发性肝癌(例如，由一些其他非肝癌细胞类型的转移引起)以及肝母细胞瘤。如本文所使用，“肿瘤”包含一个或多个癌细胞。
术语“阴离子前体基团”包括能够在生理pH下形成离子的基团。例如，所述术语包括基团–CO2H、-O-P(＝O)(OH)2、-OS(＝O)2(OH)、-O-S(＝O)(OH)和-B(OH)2。在一个实施方案中，阴离子前体是-CO2H。
某些实施方案的描述
在某些实施方案中，本发明提供了包含一种或多种活性剂或治疗剂的新型、血清稳定的脂质颗粒，制备所述脂质颗粒的方法，和递送和/或施用所述脂质颗粒(例如，用于治疗疾病或病症)的方法，以及包含所述脂质颗粒的组合物。
在一个方面，本发明提供了脂质颗粒，所述脂质颗粒包含：(a)一种或多种活性剂或治疗剂；(b)包含存在于所述颗粒中的总脂质的约30mol％至约85mol％的一种或多种阳离子脂质；(c)包含存在于所述颗粒中的总脂质的约13mol％至约49.5mol％的一种或多种非阳离子脂质；以及(d)包含存在于所述颗粒中的总脂质的约0.1mol％至约10mol％的一种或多种抑制颗粒聚集的缀合脂质。
在一个方面，本发明提供了脂质颗粒，所述脂质颗粒包含：(a)一种或多种活性剂或治疗剂；(b)包含存在于所述颗粒中的总脂质的约50mol％至约85mol％的一种或多种阳离子脂质；(c)包含存在于所述颗粒中的总脂质的约13mol％至约49.5mol％的一种或多种非阳离子脂质；以及(d)包含存在于所述颗粒中的总脂质的约0.5mol％至约2mol％的一种或多种抑制颗粒聚集的缀合脂质。
在某些实施方案中，活性剂或治疗剂被完全包封在脂质颗粒的脂质部分内，使得脂质颗粒中的活性剂或治疗剂在水溶液中对例如由核酸酶或蛋白酶引起的酶促降解具有抗性。在某些其他实施方案中，脂质颗粒对哺乳动物如人基本无毒。
在一些实施方案中，活性剂或治疗剂包含核酸。在某些实例中，核酸包含干扰RNA分子，例如像siRNA、aiRNA、miRNA或它们的混合物。在某些其他实例中，核酸包含单链或双链DNA、RNA或DNA/RNA杂交体，例如像反义寡核苷酸、核酶、质粒、免疫刺激性寡核苷酸或它们的混合物。在某些情况下，核酸包含mRNA分子。
在其他实施方案中，活性剂或治疗剂包含肽或多肽。在某些情况下，肽或多肽包含抗体，例如像多克隆抗体、单克隆抗体、抗体片段；人源化抗体、重组抗体、重组人抗体、PrimatizedTM抗体或它们的混合物。在某些其他实例中，肽或多肽包含细胞因子、生长因子、凋亡因子、分化诱导因子、细胞表面受体、配体、激素、小分子(例如，小有机分子或化合物)或它们的混合物。
在一个实施方案中，活性剂或治疗剂包含siRNA。在一个实施方案中，siRNA分子包含长度为约15至约60个核苷酸(例如，长度为约15-60个、15-50个、15-40个、15-30个、15-25个或19-25个核苷酸，或长度为15个、16个、17个、18个、19个、20个、21个、22个、23个、24个或25个核苷酸)的双链区。本发明的siRNA分子能够在体外和/或在体内使靶序列的表达沉默。
在一些实施方案中，siRNA分子包含至少一个修饰的核苷酸。在某些实施方案中，siRNA分子在双链区中包含一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个修饰的核苷酸。在某些实例中，siRNA在双链区中包含约1％至约100％(例如，约1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％)修饰的核苷酸。在实施方案中，双链区中少于约25％(例如，少于约25％、20％、15％、10％或5％)或约1％至约25％(例如，约1％-25％、5％-25％、10％-25％、15％-25％、20％-25％或10％-20％)的核苷酸包含修饰的核苷酸。
在其他实施方案中，siRNA分子包含修饰的核苷酸，包括但不限于2’-O-甲基(2’OMe)核苷酸、2’-脱氧-2’-氟(2’F)核苷酸、2’-脱氧核苷酸、2’-O-(2-甲氧基乙基)(MOE)核苷酸、锁核酸(LNA)核苷酸以及它们的混合物。在实施方案中，siRNA包含2’OMe核苷酸(例如，2’OMe嘌呤和/或嘧啶核苷酸)，例如像2’OMe-鸟苷核苷酸、2’OMe-尿苷核苷酸、2’OMe-腺苷核苷酸、2’OMe-胞嘧啶核苷酸以及它们的混合物。在某些实例中，siRNA不包含2’OMe-胞嘧啶核苷酸。在其他实施方案中，siRNA包含发夹环结构。
siRNA可在siRNA分子的双链区的一条链(即，有义或反义的)或两条链中包含修饰的核苷酸。优选地，在siRNA双链体的双链区中的选择性位置修饰尿苷和/或鸟苷核苷酸。关于尿苷核苷酸修饰，有义和/或反义链中的至少一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个尿苷核苷酸可以是修饰的尿苷核苷酸，如2’OMe-尿苷核苷酸。在一些实施方案中，有义和/或反义链中的每个尿苷核苷酸均是2’OMe-尿苷核苷酸。关于鸟苷核苷酸修饰，有义和/或反义链中的至少一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个鸟苷核苷酸可以是修饰的鸟苷核苷酸，如2’OMe-鸟苷核苷酸。在一些实施方案中，有义和/或反义链中的每个鸟苷核苷酸均是2’OMe-鸟苷核苷酸。
在某些实施方案中，siRNA序列中的至少一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个或更多个5’-GU-3’基序可例如通过引入错配以消除5’-GU-3’基序和/或通过引入修饰的核苷酸如2’OMe核苷酸来加以修饰。5’-GU-3’基序可处于siRNA序列的有义链、反义链或这两条链中。5’-GU-3’基序可彼此相邻或可替代地，它们可被1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或更多个核苷酸分开。
在一些实施方案中，修饰的siRNA分子的免疫刺激性比相应的未修饰的siRNA序列的免疫刺激性小。在此类实施方案中，具有减小的免疫刺激性质的修饰的siRNA分子有利地保留对抗靶序列的RNAi活性。在另一个实施方案中，修饰的siRNA分子的免疫刺激性质和其使靶基因表达沉默的能力可通过在siRNA序列内，例如像在siRNA双链体的双链区内引入最小的且选择性的2’OMe修饰来加以平衡或优化。在某些实例中，修饰的siRNA的免疫刺激性比相应的未修饰的siRNA的免疫刺激性小至少约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或100％。本领域技术人员将很容易看出，修饰的siRNA分子和相应的未修饰的siRNA分子的免疫刺激性质可通过例如在哺乳动物体内系统施用或使用适当的基于脂质的递送系统(如本文公开的LNP递送系统)转染哺乳动物应答细胞之后约两小时至约十二小时测量INF-α和/或IL-6水平来确定。
在某些实施方案中，修饰的siRNA分子具有小于或等于相应的未修饰的siRNA十倍的IC50(即，半数最大抑制浓度)(即，修饰的siRNA具有小于或等于相应的未修饰的siRNA的IC50十倍的IC50)。在其他实施方案中，修饰的siRNA具有小于或等于相应的未修饰的siRNA序列三倍的IC50。在其他实施方案中，修饰的siRNA具有小于或等于相应的未修饰的siRNA两倍的IC50。本领域技术人员将很容易看出，可产生剂量-反应曲线并且修饰的siRNA和相应的未修饰的siRNA的IC50值可使用本领域技术人员已知的方法容易地确定。
在另一个实施方案中，相对于相应的未修饰的siRNA序列，修饰的siRNA分子能够使至少约5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％的靶序列的表达沉默。
在一些实施方案中，siRNA分子例如在双链区的有义和/或反义链中不包含磷酸主链修饰。在其他实施方案中，siRNA例如在双链区的有义和/或反义链中包含一个、两个、三个、四个或更多个磷酸主链修饰。在实施方案中，siRNA不包含磷酸主链修饰。
在另外的实施方案中，siRNA例如在双链区的有义和/或反义链中不包含2’-脱氧核苷酸。在另外的实施方案中，siRNA例如在双链区的有义和/或反义链中包含一个、两个、三个、四个或更多个2’-脱氧核苷酸。在实施方案中，siRNA不包含2’-脱氧核苷酸。
在某些实例中，在有义和/或反义链中的双链区的3’-末端上的核苷酸不是修饰的核苷酸。在某些其他实例中，接近有义和/或反义链中的双链区的3’-末端(例如，在3’-末端的一个、两个、三个或四个核苷酸内)的核苷酸不是修饰的核苷酸。
本文描述的siRNA分子可在双链区的一侧或两侧上具有一个、两个、三个、四个或更多个核苷酸的3’突出端，或可在双链区的一侧或两侧上缺乏突出端(即，具有平末端)。优选地，siRNA在双链区的每一侧具有两个核苷酸的3'突出端。在某些实例中，反义链上的3'突出端与靶序列具有互补性，并且有义链上的3'突出端与靶序列的互补链具有互补性。可替代地，3'突出端与靶序列或其互补链不具有互补性。在一些实施方案中，3'突出端包含一个、两个、三个、四个或更多个核苷酸，如2'-脱氧(2'H)核苷酸。在某些实施方案中，3'突出端包含脱氧胸苷(dT)和/或尿苷核苷酸。在其他实施方案中，双链区的一侧或两侧上的3'突出端中的一个或多个核苷酸包含修饰的核苷酸。修饰的核苷酸的非限制性实例在上文描述，并且包括2'OMe核苷酸、2'-脱氧-2'F核苷酸、2'-脱氧核苷酸、2'-O-2-MOE核苷酸、LNA核苷酸以及它们的混合物。在某些实施方案中，存在于siRNA的有义和/或反义链上的3'突出端中的一个、两个、三个、四个或更多个核苷酸包含2'OMe核苷酸(例如，2'OMe嘌呤和/或嘧啶核苷酸)，例如像2'OMe-鸟苷核苷酸、2'OMe-尿苷核苷酸、2'OMe-腺苷核苷酸、2'OMe-胞嘧啶核苷酸以及它们的混合物。
siRNA可包含使靶基因表达沉默的未修饰的和/或修饰的siRNA序列中的至少一个或混合物(例如，至少两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个)。siRNA的混合物可包含针对相同区或结构域(例如“热点”)和/或针对一种或多种靶基因的不同区或结构域的序列。在某些实例中，在混合物中存在使靶基因表达沉默的一个或多个(例如，至少两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个)修饰的siRNA。在某些其他实例中，在混合物中存在使靶基因表达沉默的一个或多个(例如，至少两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个)未修饰的siRNA序列。
在一些实施方案中，siRNA分子的反义链包含与靶序列或其一部分至少约80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％互补的序列或由组成。在其他实施方案中，siRNA分子的反义链包含与靶序列或其一部分100％互补的序列或由其组成。在其他实施方案中，siRNA分子的反义链包含与靶序列或其一部分特异性地杂交的序列或由其组成。
在其他实施方案中，siRNA分子的有义链包含与靶序列或其一部分至少约80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％或99％同一的序列或由其组成。在另外的实施方案中，siRNA分子的有义链包含与靶序列或其一部分100％同一的序列或由其组成。
在本发明的脂质纳米颗粒中，阳离子脂质可选自如本文所述的式(I)化合物。
在一些实施方案中，所述阳离子脂质可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约30mol％至约90mol％、约30mol％至约85mol％、约30mol％至约80mol％、约30mol％至约75mol％、约30mol％至约70mol％、约30mol％至约65mol％或约30mol％至约60mol％。
在一些实施方案中，所述阳离子脂质可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约40mol％至约90mol％、约40mol％至约85mol％、约40mol％至约80mol％、约40mol％至约75mol％、约40mol％至约70mol％、约40mol％至约65mol％或约40mol％至约60mol％。
在其他实施方案中，所述阳离子脂质可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约55mol％至约90mol％、约55mol％至约85mol％、约55mol％至约80mol％、约55mol％至约75mol％、约55mol％至约70mol％或约55mol％至约65mol％。
在其他实施方案中，所述阳离子脂质可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约60mol％至约90mol％、约60mol％至约85mol％、约60mol％至约80mol％、约60mol％至约75mol％或约60mol％至约70mol％。
在其他实施方案中，所述阳离子脂质可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约65mol％至约90mol％、约65mol％至约85mol％、约65mol％至约80mol％或约65mol％至约75mol％。
在其他实施方案中，所述阳离子脂质可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约70mol％至约90mol％、约70mol％至约85mol％、约70mol％至约80mol％、约75mol％至约90mol％、约75mol％至约85mol％或约80mol％至约90mol％。
在另外的实施方案中，所述阳离子脂质可包含存在于所述颗粒中的总脂质的(至少)约30mol％、35mol％、40mol％、45mol％、50mol％、51mol％、52mol％、53mol％、54mol％、55mol％、56mol％、57mol％、58mol％、59mol％、60mol％、61mol％、62mol％、63mol％、64mol％、65mol％、66mol％、67mol％、68mol％、69mol％、70mol％、71mol％、72mol％、73mol％、74mol％、75mol％、76mol％、77mol％、78mol％、79mol％、80mol％、81mol％、82mol％、83mol％、84mol％、85mol％、86mol％、87mol％、88mol％、89mol％或90mol％(或其任何分数或其中的范围)。
在本发明的脂质颗粒中，非阳离子脂质可包含例如一种或多种阴离子脂质和/或中性脂质。在某些实施方案中，非阳离子脂质包含以下中性脂质组分中的一种：(1)胆固醇或其衍生物；(2)磷脂；或(3)磷脂和胆固醇或其衍生物的混合物。
胆固醇衍生物的实例包括但不限于胆固醇、胆甾烷酮、胆甾烯酮、粪固醇、胆固醇基-2'-羟乙基醚、胆固醇基-4'-羟丁基醚以及它们的混合物。本文描述了胆固醇基-2'-羟乙基醚的合成。
磷脂可以是中性脂质，包括但不限于二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、二硬脂酰磷脂酰胆碱(DSPC)、二油酰磷脂酰乙醇胺(DOPE)、棕榈酰油酰-磷脂酰胆碱(POPC)、棕榈酰油酰-磷脂酰乙醇酰(POPE)、棕榈酰油酰-磷脂酰甘油(POPG)、二棕榈酰-磷脂酰乙醇胺(DPPE)、二肉豆蔻酰-磷脂酰乙醇胺(DMPE)、二硬脂酰-磷脂酰乙醇胺(DSPE)、单甲基-磷脂酰乙醇胺、二甲基-磷脂酰乙醇胺、二反式油酰基-磷脂酰乙醇胺(DEPE)、硬脂酰油酰-磷脂酰乙醇胺(SOPE)、卵磷脂酰胆碱(EPC)以及它们的混合物。在某些实施方案中，磷脂是DPPC、DSPC或它们的混合物。
在一些实施方案中，非阳离子脂质(例如，一种或多种磷脂和/或胆固醇)可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约10mol％至约60mol％、约15mol％至约60mol％、约20mol％至约60mol％、约25mol％至约60mol％、约30mol％至约60mol％、约10mol％至约55mol％、约15mol％至约55mol％、约20mol％至约55mol％、约25mol％至约55mol％、约30mol％至约55mol％、约13mol％至约50mol％、约15mol％至约50mol％或约20mol％至约50mol％。当非阳离子脂质是磷脂和胆固醇或胆固醇衍生物的混合物时，所述混合物可包含存在于所述颗粒中的总脂质的至多约40mol％、50mol％或60mol％。
在其他实施方案中，非阳离子脂质(例如，一种或多种磷脂和/或胆固醇)可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约10mol％至约49.5mol％、约13mol％至约49.5mol％、约15mol％至约49.5mol％、约20mol％至约49.5mol％、约25mol％至约49.5mol％、约30mol％至约49.5mol％、约35mol％至约49.5mol％或约40mol％至约49.5mol％。
在其他实施方案中，非阳离子脂质(例如，一种或多种磷脂和/或胆固醇)可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约10mol％至约45mol％、约13mol％至约45mol％、约15mol％至约45mol％、约20mol％至约45mol％、约25mol％至约45mol％、约30mol％至约45mol％或约35mol％至约45mol％。
在其他实施方案中，非阳离子脂质(例如，一种或多种磷脂和/或胆固醇)可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约10mol％至约40mol％、约13mol％至约40mol％、约15mol％至约40mol％、约20mol％至约40mol％、约25mol％至约40mol％或约30mol％至约40mol％。
在其他实施方案中，非阳离子脂质(例如，一种或多种磷脂和/或胆固醇)可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约10mol％至约35mol％、约13mol％至约35mol％、约15mol％至约35mol％、约20mol％至约35mol％或约25mol％至约35mol％。
在其他实施方案中，非阳离子脂质(例如，一种或多种磷脂和/或胆固醇)可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约10mol％至约30mol％、约13mol％至约30mol％、约15mol％至约30mol％、约20mol％至约30mol％、约10mol％至约25mol％、约13mol％至约25mol％或约15mol％至约25mol％。
在另外的实施方案中，非阳离子脂质(例如，一种或多种磷脂和/或胆固醇)可包含存在于所述颗粒中的总脂质的(至少)约10mol％、11mol％、12mol％、13mol％、14mol％、15mol％、16mol％、17mol％、18mol％、19mol％、20mol％、21mol％、22mol％、23mol％、24mol％、25mol％、26mol％、27mol％、28mol％、29mol％、30mol％、31mol％、32mol％、33mol％、34mol％、35mol％、36mol％、37mol％、38mol％、39mol％、40mol％、41mol％、42mol％、43mol％、44mol％、45mol％、46mol％、47mol％、48mol％、49mol％、50mol％、51mol％、52mol％、53mol％、54mol％、55mol％、56mol％、57mol％、58mol％、59mol％或60mol％(或其任何分数或其中的范围)。
在某些实施方案中，非阳离子脂质包含存在于所述颗粒中的总脂质的约31.5mol％至约42.5mol％的胆固醇或其衍生物。作为非限制性实例，本发明的不含磷脂的脂质颗粒可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约37mol％的胆固醇或其衍生物。在其他实施方案中，本发明的不含磷脂的脂质颗粒可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约30mol％至约45mol％、约30mol％至约40mol％、约30mol％至约35mol％、约35mol％至约45mol％、约40mol％至约45mol％、约32mol％至约45mol％、约32mol％至约42mol％、约32mol％至约40mol％、约34mol％至约45mol％、约34mol％至约42mol％、约34mol％至约40mol％或约30mol％、31mol％、32mol％、33mol％、34mol％、35mol％、36mol％、37mol％、38mol％、39mol％、40mol％、41mol％、42mol％、43mol％、44mol％或45mol％(或其任何分数或其中的范围)的胆固醇或其衍生物。
在某些其他实施方案中，非阳离子脂质包含以下的混合物：(i)包含存在于颗粒中的总脂质的约4mol％至约10mol％的磷脂；和(ii)包含存在于颗粒中的总脂质的约30mol％至约40mol％的胆固醇或其衍生物。作为非限制性实例，包含磷脂和胆固醇的混合物的脂质颗粒可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约7mol％的DPPC和约34mol％的胆固醇。在其他实施方案中，非阳离子脂质包含以下的混合物：(i)包含存在于所述颗粒中的总脂质的约3mol％至约15mol％、约4mol％至约15mol％、约4mol％至约12mol％、约4mol％至约10mol％、约4mol％至约8mol％、约5mol％至约12mol％、约5mol％至约9mol％、约6mol％至约12mol％、约6mol％至约10mol％或约3mol％、4mol％、5mol％、6mol％、7mol％、8mol％、9mol％、10mol％、11mol％、12mol％、13mol％、14mol％或15mol％(或其任何分数或其中的范围)的磷脂；和(ii)包含存在于所述颗粒中的总脂质的约25mol％至约45mol％、约30mol％至约45mol％、约25mol％至约40mol％、约30mol％至约40mol％、约25mol％至约35mol％、约30mol％至约35mol％、约35mol％至约45mol％、约40mol％至约45mol％、约28mol％至约40mol％、约28mol％至约38mol％、约30mol％至约38mol％、约32mol％至约36mol％、或约25mol％、26mol％、27mol％、28mol％、29mol％、30mol％、31mol％、32mol％、33mol％、34mol％、35mol％、36mol％、37mol％、38mol％、39mol％、40mol％、41mol％、42mol％、43mol％、44mol％或45mol％(或其任何分数或其中的范围)的胆固醇或其衍生物。
在其他实施方案中，非阳离子脂质包含以下的混合物：(i)包含存在于颗粒中的总脂质的约10mol％至约30mol％的磷脂；和(ii)包含存在于颗粒中的总脂质的约10mol％至约30mol％的胆固醇或其衍生物。作为非限制性实例，包含磷脂和胆固醇的混合物的脂质颗粒可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约20mol％的DPPC和约20mol％的胆固醇。在其他实施方案中，非阳离子脂质包含以下的混合物：(i)包含存在于所述颗粒中的总脂质的约10mol％至约30mol％、约10mol％至约25mol％、约10mol％至约20mol％、约15mol％至约30mol％、约20mol％至约30mol％、约15mol％至约25mol％、约12mol％至约28mol％、约14mol％至约26mol％、或约10mol％、11mol％、12mol％、13mol％、14mol％、15mol％、16mol％、17mol％、18mol％、19mol％、20mol％、21mol％、22mol％、23mol％、24mol％、25mol％、26mol％、27mol％、28mol％、29mol％或30mol％(或其任何分数或其中的范围)的磷脂；和(ii)包含存在于所述颗粒中的总脂质的约10mol％至约30mol％、约10mol％至约25mol％、约10mol％至约20mol％、约15mol％至约30mol％、约20mol％至约30mol％、约15mol％至约25mol％、约12mol％至约28mol％、约14mol％至约26mol％、或约10mol％、11mol％、12mol％、13mol％、14mol％、15mol％、16mol％、17mol％、18mol％、19mol％、20mol％、21mol％、22mol％、23mol％、24mol％、25mol％、26mol％、27mol％、28mol％、29mol％或30mol％(或其任何分数或其中的范围)的胆固醇或其衍生物。
缀合脂质
在本发明的脂质颗粒(例如，包含例如干扰RNA，如siRNA或mRNA的LNP)中，缀合脂质可包含例如以下中的一者或多者：聚乙二醇(PEG)-脂质缀合物、聚酰胺(ATTA)-脂质缀合物或它们的混合物。在一个实施方案中，核酸-脂质颗粒包含PEG-脂质缀合物或ATTA-脂质缀合物。缀合脂质可包含PEG-脂质，包括例如PEG-二酰基甘油(DAG)、PEG二烷基氧基丙基(DAA)、PEG-磷脂、PEG-神经酰胺(Cer)或它们的混合物。PEG-DAA缀合物可以是PEG-二月桂基氧基丙基(C12)、PEG-二肉豆蔻基氧基丙基(C14)、PEG-二棕榈基氧基丙基(C16)、PEG-二硬脂基氧基丙基(C18)或它们的混合物。
适用于本发明的另外的PEG-脂质缀合物包括但不限于，mPEG2000-1,2-二-O-烷基-sn3-氨基甲酰基甘油酯(PEG-C-DOMG)。PEG-C-DOMG的合成在2008年12月31日提交的PCT申请号PCT/US08/88676中描述，所述申请的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。适用于本发明的另外的PEG-脂质缀合物包括但不限于，1-[8′-(1,2-二肉豆蔻酰基-3-丙氧基)-甲酰胺基-3',6'-二氧杂辛基]氨基甲酰基-w-甲基-聚(乙二醇)(2KPEG-DMG)。2KPEG-DMG的合成在美国专利号7,404,969中描述，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
本文描述的PEG-脂质缀合物的PEG部分可包含约550道尔顿至约10,000道尔顿范围内的平均分子量。在某些实例中，PEG部分具有约750道尔顿至约5,000道尔顿(例如，约1,000道尔顿至约5,000道尔顿、约1,500道尔顿至约3,000道尔顿、约750道尔顿至约3,000道尔顿、约750道尔顿至约2,000道尔顿等)的平均分子量。在某些实施方案中，PEG部分具有约2,000道尔顿或约750道尔顿的平均分子量。
在某些实例中，缀合脂质(例如，PEG-脂质缀合物)可包含存在于颗粒中的总脂质的约0.1％至约10％(或其任何分数或其中的范围)。在某些实例中，缀合脂质(例如，PEG-脂质缀合物)可包含存在于颗粒中的总脂质的约0.1mol％至约2mol％、约0.5mol％至约2mol％、约1mol％至约2mol％、约0.6mol％至约1.9mol％、约0.7mol％至约1.8mol％、约0.8mol％至约1.7mol％、约1mol％至约1.8mol％、约1.2mol％至约1.8mol％、约1.2mol％至约1.7mol％、约1.3mol％至约1.6mol％、约1.4mol％至约1.5mol％、或约1mol％、1.1mol％、1.2mol％、1.3mol％、1.4mol％、1.5mol％、1.6mol％、1.7mol％、1.8mol％、1.9mol％或2mol％(或其任何分数或其中的范围)。
在特定实施方案中，使用PEG-C-DMA并且其具有以下结构：
Figure BDA0004038514880000391
其中选择n，使得所得聚合物链具有约1000至约3000的分子量。在另一个实施方案中，选择n，使得所得聚合物链具有约2000的分子量。PEG-C-DMA可如Heyes等人,Synthesisand Characterization of Novel Poly(Ethylene Glycol)-lipid Conjugates Suitablefor use in Drug Delivery,”Journal of Controlled Release,2006和美国专利号8,936,942所述来制备。
在本发明的脂质颗粒中，活性剂或治疗剂可完全包封在所述颗粒的脂质部分内，从而保护活性剂或治疗剂不受酶促降解。在某些实施方案中，包含核酸如干扰RNA(例如siRNA)或mRNA的LNP被完全包封在颗粒的脂质部分内，从而保护核酸不受核酸酶降解。在某些实例中，在37℃下将颗粒暴露于核酸酶至少约20、30、45或60分钟之后LNP中的核酸基本上不降解。在某些其他实例中，在37℃下将颗粒在血清中孵育至少约30、45或60分钟或至少约2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34或36小时之后LNP中的核酸基本上不降解。在其他实施方案中，活性剂或治疗剂(例如核酸，如siRNA)与颗粒的脂质部分复合。本发明的制剂的益处之一为脂质颗粒组合物对哺乳动物如人基本无毒。
术语“完全包封”表示脂质颗粒中的活性剂或治疗剂在暴露于血清或将显著降解游离DNA、RNA或蛋白质的核酸酶或蛋白酶测定后没有显著降解。在完全包封的系统中，在将通常降解100％的游离活性剂或治疗剂的处理中降解优选小于约25％的颗粒中的活性剂或治疗剂，更优选小于约10％并且最优选小于约5％的颗粒中的活性剂或治疗剂被降解。在核酸治疗剂的背景下，完全包封可通过
Figure BDA0004038514880000401
测定来确定。
Figure BDA0004038514880000402
是用于定量溶液中的寡核苷酸和单链DNA或RNA的超灵敏荧光核酸染色剂(可从Invitrogen Corporation；Carlsbad,Calif.获得)。“完全包封的”还指示脂质颗粒为血清稳定的，也就是说当体内施用时它们不会快速分解为其组分部分。
在另一个方面，本发明提供了包含多脂质颗粒的脂质颗粒(例如，LNP)组合物。在某些实施方案中，活性剂或治疗剂(例如，核酸)完全包封在脂质颗粒(例如LNP)的脂质部分内，使得约30％至约100％、约40％至约100％、约50％至约100％、约60％至约100％、约70％至约100％、约80％至约100％、约90％至约100％、约30％至约95％、约40％至约95％、约50％至约95％、约60％至约95％、约70％至约95％、约80％至约95％、约85％至约95％、约90％至约95％、约30％至约90％、约40％至约90％、约50％至约90％、约60％至约90％、约70％至约90％、约80％至约90％或至少约30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％(或其任何分数或其中的范围)的脂质颗粒(例如LNP)在其中包封活性剂或治疗剂。
通常，本发明的脂质颗粒(例如，LNP)具有约1至约100的脂质:活性剂(例如，脂质:核酸)比率(质量/质量比率)。在一些实例中，脂质:活性剂(例如，脂质:核酸)比率(质量/质量比率)在约1至约50、约2至约25、约3至约20、约4至约15或约5至约10的范围内。在某些实施方案中，本发明的脂质颗粒具有约5至约15，例如约5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15(或其任何分数或其中的范围)的脂质:活性剂(例如脂质:核酸)比率(质量/质量比率)。
通常，本发明的脂质颗粒(例如，LNP)具有约40nm至约150nm的平均直径。在某些实施方案中，本发明的脂质颗粒(例如，LNP)具有约40nm至约130nm、约40nm至约120nm、约40nm至约100nm、约50nm至约120nm、约50nm至约100nm、约60nm至约120nm、约60nm至约110nm、约60nm至约100nm、约60nm至约90nm、约60nm至约80nm、约70nm至约120nm、约70nm至约110nm、约70nm至约100nm、约70nm至约90nm、约70nm至约80nm或小于约120nm、110nm、100nm、90nm或80nm(或其任何分数或其中的范围)的平均直径。
在本发明的一个具体实施方案中，LNP包含：(a)一个或多个未修饰的和/或修饰的核酸分子(例如，使靶基因表达沉默的干扰RNA，如siRNA、aiRNA、miRNA；或导致靶蛋白表达的mRNA)；(b)包含存在于颗粒中的总脂质的约56.5mol％至约66.5mol％的阳离子脂质；(c)包含存在于颗粒中的总脂质的约31.5mol％至约42.5mol％的非阳离子脂质；以及(d)包含存在于颗粒中的总脂质的约0.5mol％至约2mol％的抑制颗粒聚集的缀合脂质。LNP的这一具体实施方案在本文中通常称为“0.5:60”制剂。在某一实施方案中，阳离子脂质是本申请中公开的阳离子脂质，非阳离子脂质是胆固醇，并且缀合脂质是PEG-DAA缀合物。此外，非阳离子脂质是磷脂(如DPPC或DSPC)和胆固醇的混合物，其中磷脂包含存在于颗粒中的总脂质的约14mol％至约16mol％(例如，约15.2mol％)，并且胆固醇(或胆固醇衍生物)包含存在于颗粒中的总脂质的约23mol％至约25mol％(例如，约24.2mol％)，并且PEG-脂质是PEG-DAA(例如，PEG-cDMA或PEG2000-C-DMA)。尽管这是0.5:60制剂的某一实施方案，但是本领域技术人员将理解，其他阳离子脂质、非阳离子脂质(包括其他胆固醇衍生物)和缀合脂质也可用于如本文所述的0.5:60制剂中。
在本发明的另一个具体实施方案中，LNP包含：(a)一个或多个未修饰的和/或修饰的核酸分子(例如，使靶基因表达沉默的干扰RNA，如siRNA、aiRNA、miRNA，或导致靶蛋白表达的mRNA)；(b)包含存在于颗粒中的总脂质的约56.5mol％至约66.5mol％的阳离子脂质；(c)包含存在于颗粒中的总脂质的约31.5mol％至约42.5mol％的非阳离子脂质；以及(d)包含存在于颗粒中的总脂质的约1mol％至约2mol％的抑制颗粒聚集的缀合脂质。LNP的这一具体实施方案在本文中通常称为“1:62”制剂。在某一实施方案中，阳离子脂质是本文所述的脂质，非阳离子脂质是胆固醇，并且缀合脂质是PEG-DAA缀合物。尽管这些是1:62制剂的某些实施方案，但是本领域技术人员将理解，其他阳离子脂质、非阳离子脂质(包括其他胆固醇衍生物)和缀合脂质也可用于如本文所述的1:62制剂中。
在本发明的另一个具体实施方案中，LNP包含：(a)一个或多个未修饰的和/或修饰的核酸分子(例如，使靶基因表达沉默的干扰RNA，如siRNA、aiRNA、miRNA，或导致靶蛋白表达的mRNA)；(b)包含存在于颗粒中的总脂质的约52mol％至约62mol％的阳离子脂质；(c)包含存在于颗粒中的总脂质的约36mol％至约47mol％的非阳离子脂质；以及(d)包含存在于颗粒中的总脂质的约1mol％至约2mol％的抑制颗粒聚集的缀合脂质。LNP的这一具体实施方案在本文中通常称为“1:57”制剂。在一个实施方案中，阳离子脂质是本文所述的脂质，非阳离子脂质是磷脂(如DPPC或DSPC)和胆固醇的混合物，其中磷脂包含存在于颗粒中的总脂质的约5mol％至约9mol％(例如，约7.1mol％)，并且胆固醇(或胆固醇衍生物)包含存在于颗粒中的总脂质的约32mol％至约37mol％(例如，约34.3mol％)，并且PEG-脂质是PEG-DAA(例如，PEG-cDMA)。在另一个实施方案中，阳离子脂质是本文所述的脂质，非阳离子脂质是磷脂(如DPPC或DSPC)和胆固醇的混合物，其中磷脂包含存在于颗粒中的总脂质的约15mol％至约25mol％(例如，约20mol％)，并且胆固醇(或胆固醇衍生物)包含存在于颗粒中的总脂质的约15mol％至约25mol％(例如，约20mol％)，并且PEG-脂质是PEG-DAA(例如，PEG-cDMA或PEG2000-C-DMA)。尽管这些是1:57制剂的实施方案，但是本领域技术人员将理解，其他阳离子脂质、非阳离子脂质(包括其他磷脂和其他胆固醇衍生物)和缀合脂质也可用于如本文所述的1:57制剂中。
在一些实施方案中，1:57LNP和0.5:60LNP制剂是四组分系统。例如，0.5:60LNP制剂包含约0.5mol％至1.5mol％的PEG2000-C-DMA、约58mol％至约61mol％的总阳离子脂质(包括约0mol％至61mol％的101和约0mol％至61mol％的102)、约15mol％至16mol％的DSPC以及约24mol％至25mol％的胆固醇(或其衍生物)。在另一实例中，1:57LNP制剂是包含约1.4mol％的PEG-cDMA(或PEG-cDSA)、约57.1mol％的本文所述的脂质、约20mol％的DPPC和约20mol％的胆固醇(或其衍生物)的四组分系统。在其他实施方案中，1:62LNP制剂是不含磷脂并且包含约1.5mol％的PEG-cDMA(或PEG-IDSA)、约61.5mol％的本文所述的脂质和约36.9mol％的胆固醇(或其衍生物)的三组分系统。在其他实施方案中，1:57LNP制剂是包含约1.4mol％的PEG-cDMA(或PEG-cDSA)、约57.1mol％的本文所述的脂质、约7.1mol％的DPPC和约34.3mol％的胆固醇(或其衍生物)的四组分系统。应理解，这些LNP制剂是目标制剂，并且LNP制剂中存在的脂质(阳离子和非阳离子两者)的量和脂质缀合物的量可变化。
本发明还提供了一种药物组合物，所述药物组合物包含本文所述的脂质颗粒(例如，LNP)和药学上可接受的载体。
在另一方面，本发明提供了一种用于将一种或多种活性剂或治疗剂(例如核酸)引入细胞中的方法，所述方法包括使所述细胞与本文所述的脂质颗粒(例如，LNP)接触。在一个实施方案中，细胞处于哺乳动物中并且哺乳动物为人。在另一个实施方案中，本发明提供了一种用于体内递送一种或多种活性剂或治疗剂(例如核酸)的方法，所述方法包括向哺乳动物受试者施用本文所述的脂质颗粒(例如，LNP)。在某一实施方案中，施用方式包括但不限于口服、鼻内、静脉内、腹膜内、肌肉内、关节内、病灶内、气管内、皮下和皮内。优选地，哺乳动物受试者是人。
在一个实施方案中，在注射后约8、12、24、36或48小时，至少约5％、10％、15％、20％或25％的脂质颗粒(例如，LNP)的总注射剂量存在于血浆中。在其他实施方案中，在注射之后约8、12、24、36或48小时，多于约20％、30％、40％以及多达约60％、70％或80％的脂质颗粒(例如，LNP)的总注射剂量存在于血浆中。在某些实例中，在施用后约1小时，多于约10％的多个颗粒存在于哺乳动物的血浆中。在某些其他实例中，在施用颗粒后至少约1小时可检测到脂质颗粒(例如，LNP)的存在。在某些实施方案中，在施用后(例如，肺、肝脏、肿瘤或炎症部位)约8、12、24、36、48、60、72或96小时的细胞中可检测到活性剂或治疗剂，如干扰RNA(例如siRNA)或mRNA的存在。在其他实施方案中，在施用后约8、12、24、36、48、60、72或96小时可检测到活性剂或治疗剂，如干扰RNA(例如，siRNA)对靶序列表达的下调。在其他实施方案中，活性剂或治疗剂如干扰RNA(例如，siRNA)对靶序列表达的下调优先在肿瘤细胞或炎症部位的细胞中发生。在其他实施方案中，在施用后约12、24、48、72或96小时或约6、8、10、12、14、16、18、19、20、22、24、26或28天可检测到施用部位近端或远端部位处的细胞中或肺、肝脏或肿瘤细胞中的活性剂或治疗剂如mRNA或干扰RNA(例如，siRNA)的存在或作用。在其他实施方案中，在施用后约8、12、24、36、48、60、72或96小时可检测到活性剂或治疗剂，如mRNA或自我扩增RNA对靶序列表达的上调。在其他实施方案中，活性剂或治疗剂如mRNA或自我扩增RNA对靶序列表达的上调优先在肿瘤细胞或炎症部位的细胞中发生。在其他实施方案中，在施用后约12、24、48、72或96小时或约6、8、10、12、14、16、18、19、20、22、24、26或28天可检测到施用部位近端或远端部位处的细胞中或肺、肝脏或肿瘤细胞中的活性剂或治疗剂如mRNA或自我扩增RNA的存在或作用。在另外的实施方案中，本发明的脂质颗粒(例如，LNP)胃肠外或腹膜内施用。
在一些实施方案中，本发明的脂质颗粒(例如，LNP)在用于治疗性递送包含干扰RNA序列(例如，siRNA)的一种或多种核酸的方法中特别有用。具体地说，本发明的目的为提供用于通过下调或沉默感兴趣的一个或多个靶核酸序列或基因的转录和/或翻译来治疗哺乳动物(例如，啮齿动物如小鼠或灵长类动物如人、黑猩猩或猴)体内的疾病或病症的体外和体内方法。作为一个非限制性实例，本发明的方法可用于将mRNA或干扰RNA(例如，siRNA)体内递送至哺乳动物受试者的肺。在某些实施方案中，疾病或病症与基因的表达和/或过表达相关，并且基因的表达或过表达通过干扰RNA(例如，siRNA)减少。在某些其他实施方案中，可向哺乳动物施用治疗有效量的脂质颗粒(例如，LNP)。在一些实例中，将干扰RNA(例如，siRNA)配制成LNP，并且将所述颗粒施用于需要这种治疗的患者。在其他实例中，从患者中去除细胞，体外(例如，使用本文所述的LNP)递送干扰RNA(例如，siRNA)，并且将细胞再注入患者中。
在另一方面，本发明提供了包含使靶基因表达沉默的不对称干扰RNA(aiRNA)分子的脂质颗粒(例如，LNP)，以及使用此类颗粒来使靶基因表达沉默的方法。
在一个实施方案中，aiRNA分子包含长度为约10至约25个(碱基配对)核苷酸的双链(双链体)区，其中aiRNA分子包含含有5'和3'突出端的反义链，并且其中aiRNA分子能够使靶基因表达沉默。
在某些实例中，aiRNA分子包含长度为约12-20、12-19、12-18、13-17或14-17个(碱基配对)核苷酸，更通常为长度为12、13、14、15、16、17、18、19或20个(碱基配对)核苷酸的双链(双链体)区。在某些其他实例中，反义链上的5'和3'突出端包含与靶RNA序列互补的序列，并且可任选地进一步包含非靶序列。在一些实施方案中，反义链上的5'和3'突出端各自包含1、2、3、4、5、6、7个或更多个核苷酸或由1、2、3、4、5、6、7个或更多个核苷酸组成。
在其他实施方案中，aiRNA分子包含选自由以下组成的组的修饰的核苷酸：2'OMe核苷酸、2'F核苷酸、2'-脱氧核苷酸、2'-O-MOE核苷酸、LNA核苷酸以及它们的混合物。在某一实施方案中，aiRNA分子包含2'OMe核苷酸。作为非限制性实例，2'OMe核苷酸可选自由以下组成的组：2'OMe-鸟苷核苷酸、2'OMe-尿苷核苷酸以及它们的混合物。
在相关方面，本发明提供了包含使靶基因表达沉默的微小RNA(miRNA)分子的脂质颗粒(例如，LNP)，以及使用此类组合物来使靶基因表达沉默的方法。
在一个实施方案中，所述miRNA分子包含约15至约60个核苷酸的长度，其中所述miRNA分子能够使靶基因表达沉默。
在某些实例中，miRNA分子包含约15-50、15-40或15-30个核苷酸的长度，更通常地约15-25或19-25个核苷酸的长度，并且优选约20-24、21-22或21-23个核苷酸的长度。在某一实施方案中，miRNA分子是靶向目标RNA序列的成熟miRNA分子。
在一些实施方案中，miRNA分子包含选自由以下组成的组的修饰的核苷酸：2'OMe核苷酸、2'F核苷酸、2'-脱氧核苷酸、2'-O-MOE核苷酸、LNA核苷酸以及它们的混合物。在某一实施方案中，miRNA分子包含2'OMe核苷酸。作为非限制性实例，2'OMe核苷酸可选自由以下组成的组：2'OMe-鸟苷核苷酸、2'OMe-尿苷核苷酸以及它们的混合物。
在一些实施方案中，本发明的脂质颗粒(例如，LNP)可用于治疗性递送一种或多种mRNA分子的方法中。具体地，本发明的一个目的是提供用于通过表达一种或多种靶蛋白来治疗哺乳动物(例如，啮齿动物如小鼠或灵长类动物如人、黑猩猩或猴)的疾病或病症的体外和体内方法。作为非限制性实例，本发明的方法可用于将一种或多种mRNA分子体内递送至哺乳动物受试者。在某些其他实施方案中，可向哺乳动物施用治疗有效量的脂质颗粒(例如，LNP)。在一些实例中，将一种或多种mRNA分子配制成LNP，并且将所述颗粒施用于需要这种治疗的患者。在其他实例中，从患者中去除细胞，体外(例如，使用本文所述的LNP)递送一种或多种mRNA分子，并且将细胞再注入患者中。
在其他实施方案中，mRNA分子包含选自由以下组成的组的修饰的核苷酸：2'OMe核苷酸、2'F核苷酸、2'-脱氧核苷酸、2'-O-MOE核苷酸、LNA核苷酸以及它们的混合物。在相关方面，本发明提供了包含使靶基因表达沉默的微小RNA(miRNA)分子的脂质颗粒(例如，LNP)，以及使用此类组合物来使靶基因表达沉默的方法。
如此，本发明的脂质颗粒(例如，LNP)是有利的并且适合用于施用活性剂或治疗剂，如核酸(例如，干扰RNA，如siRNA、aiRNA和/或miRNA；或mRNA)，因为它们在循环中稳定，具有药效学行为所需的大小，从而使得接近血管外位点，并且能够到达靶细胞群体。
活性剂
活性剂(例如，治疗剂)包括能够对细胞、组织、器官或受试者施加所需效果的任何分子或化合物。此类效果可以是例如生物的、生理的和/或化妆用的。活性剂可以是任何类型的分子或化合物，包括但不限于核酸、肽、多肽、小分子以及它们的混合物。核酸的非限制性实例包括干扰RNA分子(例如，siRNA、aiRNA、miRNA)、反义寡核苷酸、mRNA、自我扩增RNA、质粒、核酶、免疫刺激性寡核苷酸以及它们的混合物。肽或多肽的实例包括但不限于抗体(例如，多克隆抗体、单克隆抗体、抗体片段；人源化抗体、重组抗体、重组人抗体、PrimatizedTM抗体)、细胞因子、生长因子、凋亡因子、分化诱导因子、细胞表面受体及其配体、激素以及它们的混合物。小分子的实例包括但不限于小的有机分子或化合物，如本领域技术人员已知的任何常规试剂或药物。
在一些实施方案中，活性剂为治疗剂或其盐或衍生物。治疗剂衍生物可以本身为治疗活性的或它们可以是前药，其在进一步修饰时变为活性的。因此，在一个实施方案中，与未修饰的剂相比治疗剂衍生物保留一些或所有治疗活性，而在另一个实施方案中，治疗剂衍生物为缺乏治疗活性的前药，但在进一步修饰时变为活性的。
核酸
在某些实施方案中，本发明的脂质颗粒与核酸缔合，从而产生核酸-脂质颗粒(例如，LNP)。在一些实施方案中，核酸完全包封在脂质颗粒中。如本文所使用，术语“核酸”包括具有通常称为寡核苷酸的含有高达至60个核苷酸的片段和称为多核苷酸的较长片段的任何寡核苷酸或多核苷酸。在具体实施方案中，本发明的寡核苷酸的长度为约15至约60个核苷酸。核酸可在本发明的脂质颗粒中单独施用或与包含肽、多肽或小分子如常规药物的本发明脂质颗粒组合施用(例如，共同施用)。
在本发明的上下文中，术语“多核苷酸”和“寡核苷酸”是指由天然存在的碱基、糖和糖间(骨架)连接组成的核苷酸单体或核苷单体的聚合物或低聚物。术语“多核苷酸”和“寡核苷酸”还包括包含非天然存在的单体或其功能类似的部分的聚合物或低聚物。此类修饰的或取代的寡核苷酸常常优于天然形式，因为例如像细胞摄取增强、免疫原性减小以及在核酸酶存在下稳定性增加的性质。
寡核苷酸通常分为脱氧核糖寡核苷酸或核糖寡核苷酸。脱氧核糖寡核苷酸由称为脱氧核糖的5-碳糖组成，其在此糖的5’和3’碳上共价连接至磷酸酯以形成交替非支链聚合物。核糖寡核苷酸由类似重复结构组成，其中5-碳糖为核糖。
存在于根据本发明的脂质-核酸颗粒中的核酸包括已知的任何形式的核酸。本文使用的核酸可以是单链DNA或RNA、或双链DNA或RNA、或DNA-RNA杂交体。本文描述了双链DNA的实例并且包括例如结构基因、包括控制区和终止区的基因以及自我复制系统如病毒或质粒DNA。双链RNA的实例在本文进行了描述并且包括例如siRNA和其他RNAi剂，如aiRNA和前体miRNA。单链核酸包括例如反义寡核苷酸、核酶、成熟miRNA以及形成三链体的寡核苷酸(triplex-forming oligonucleotide)。
本发明的核酸可具有各种长度，通常取决于核酸的具体形式。例如，在具体实施方案中，质粒或基因的长度可为约1,000个至约100,000个核苷酸残基。在具体实施方案中，寡核苷酸的长度可在约10至约100个核苷酸范围内。在各种相关实施方案中，单链、双链和三链的寡核苷酸的长度都可在约10至约60个核苷酸、约15至约60个核苷酸、约20至约50个核苷酸、约15至约30个核苷酸或约20至约30个核苷酸的范围内。
在具体实施方案中，本发明的寡核苷酸(或其链)特异性地与靶多核苷酸序列杂交或与靶多核苷酸序列互补。如本文所使用的术语“可特异性杂交”和“互补”指明充分程度的互补性，使得在DNA或RNA靶与寡核苷酸之间发生稳定的且特异性的结合。应该理解，寡核苷酸不需要与其待特异性杂交的靶核酸序列100％互补。在某些实施方案中，在寡核苷酸与靶序列的结合干扰靶序列的正常功能以引起其实用性或表达丧失时，寡核苷酸为可特异性杂交的，并且存在充分程度的互补性以避免在其中所需特异性结合的条件下，即在体内测定或治疗处理的情况下在生理条件下、或在体外测定的情况下在其中进行测定的条件下寡核苷酸与非靶序列非特异性结合。因此，与靶向或与其特异性杂交的基因或mRNA序列的区相比，寡核苷酸可包括1、2、3或更多个碱基取代。
siRNA
本发明的核酸-脂质颗粒的siRNA组分能够使感兴趣的靶基因的表达沉默。siRNA双链体的每条链的长度通常均为约15至约60个核苷酸，优选地长度为约15至约30个核苷酸。在某些实施方案中，siRNA包含至少一个修饰的核苷酸。修饰的siRNA的免疫刺激性通常比相应的未修饰的siRNA序列小并且保留对感兴趣的靶基因的RNAi活性。在一些实施方案中，修饰的siRNA含有至少一个2’OMe嘌呤或嘧啶核苷酸，如2’OMe-鸟苷、2’OMe-尿苷、2’OMe-腺苷和/或2’OMe-胞嘧啶核苷酸。在某些实施方案中，尿苷和/或鸟苷核苷酸中的一个或多个被修饰。修饰的核苷酸可存在于siRNA的一条链(即，有义或反义的)或两条链中。siRNA序列可具有突出端(例如，如在Elbashir等人,Genes Dev.,15:188(2001)或
Figure BDA0004038514880000501
等人,Cell,107:309(2001)中描述的3’或5’突出端)，或者可缺乏突出端(即，具有平末端)。
修饰的siRNA通常在siRNA双链体的双链区中包含约1％至约100％(例如，约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％)的修饰的核苷酸。在某些实施方案中，siRNA的双链区中的一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个核苷酸包含修饰的核苷酸。
在一些实施方案中，在siRNA的双链区中，少于约25％(例如，少于约25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％)的核苷酸包含修饰的核苷酸。
在其他实施方案中，在siRNA的双链区中，1％至约25％(例如，约1％-25％、2％-25％、3％-25％、4％-25％、5％-25％、6％-25％、7％-25％、8％-25％、9％-25％、10％-25％、11％-25％、12％-25％、13％-25％、14％-25％、15％-25％、16％-25％、17％-25％、18％-25％、19％-25％、20％-25％、21％-25％、22％-25％、23％-25％、24％-25％等)或约1％至约20％(例如，约1％-20％、2％-20％、3％-20％、4％-20％、5％-20％、6％-20％、7％-20％、8％-20％、9％-20％、10％-20％、11％-20％、12％-20％、13％-20％、14％-20％、15％-20％、16％-20％、17％-20％、18％-20％、19％-20％、1％-19％、2％-19％、3％-19％、4％-19％、5％-19％、6％-19％、7％-19％、8％-19％、9％-19％、10％-19％、11％-19％、12％-19％、13％-19％、14％-19％、15％-19％、16％-19％、17％-19％、18％-19％、1％-18％、2％-18％、3％-18％、4％-18％、5％-18％、6％-18％、7％-18％、8％-18％、9％-18％、10％-18％、11％-18％、12％-18％、13％-18％、14％-18％、15％-18％、16％-18％、17％-18％、1％-17％、2％-17％、3％-17％、4％-17％、5％-17％、6％-17％、7％-17％、8％-17％、9％-17％、10％-17％、11％-17％、12％-17％、13％-17％、14％-17％、15％-17％、16％-17％、1％-16％、2％-16％、3％-16％、4％-16％、5％-16％、6％-16％、7％-16％、8％-16％、9％-16％、10％-16％、11％-16％、12％-16％、13％-16％、14％-16％、15％-16％、1％-15％、2％-15％、3％-15％、4％-15％、5％-15％、6％-15％、7％-15％、8％-15％、9％-15％、10％-15％、11％-15％、12％-15％、13％-15％、14％-15％等)的核苷酸包含修饰的核苷酸。
在其他实施方案中，例如，当siRNA的一条或两条链在尿苷和/或鸟苷核苷酸处选择性地修饰时，所得的修饰的siRNA可包含少于约30％的修饰的核苷酸(例如，少于约30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％的修饰的核苷酸)或约1％至约30％的修饰核苷酸(例如，约1％-30％、2％-30％、3％-30％、4％-30％、5％-30％、6％-30％、7％-30％、8％-30％、9％-30％、10％-30％、11％-30％、12％-30％、13％-30％、14％-30％、15％-30％、16％-30％、17％-30％、18％-30％、19％-30％、20％-30％、21％-30％、22％-30％、23％-30％、24％-30％、25％-30％、26％-30％、27％-30％、28％-30％或29％-30％的修饰的核苷酸)。
siRNA序列的选择
可使用本领域中已知的任何方式鉴定合适的siRNA序列。通常，将在Elbashir等人,Nature,411:494-498(2001)和Elbashir等人,EMBO J.,20:6877-6888(2001)中描述的方法与在Reynolds等人,Nature Biotech.,22(3):326-330(2004)中列举出的合理设计规则组合。
一般来说，扫描来自目标靶基因的转录物的AUG起始密码子的核苷酸序列3’的二核苷酸序列(例如，AA、NA、CC、GG或UU，其中N═C、G或U)(参见，例如Elbashir等人,EMBO J.,20:6877-6888(2001))。将紧邻二核苷酸序列的3’的核苷酸鉴定为可能的siRNA序列(即，靶序列或有义链序列)。通常，将紧邻二核苷酸序列的3’的19个、21个、23个、25个、27个、29个、31个、33个、35个或更多个核苷酸鉴定为可能的siRNA序列。在一些实施方案中，二核苷酸序列是AA或NA序列，并且将紧邻AA或NA二核苷酸的3'的19个核苷酸鉴定为可能的siRNA序列。siRNA序列通常沿着靶基因的长度在不同位置间隔开。为了进一步增强siRNA序列的沉默效率，可分析可能的siRNA序列以鉴定例如在靶细胞或生物体中不含有与其他编码序列同源的区的位点。例如，具有约21个碱基对的适合siRNA序列通常在靶细胞或生物体中将不具有多于16-17个与编码序列同源的邻接碱基对。如果siRNA序列将从RNA Pol III启动子表达，选择缺乏多于4个邻接A’s或T’s的siRNA序列。
一旦已经鉴定出可能的siRNA序列，就可设计互补序列(即，反义链序列)。还可使用本领域中已知的各种标准分析可能的siRNA序列。例如，为了增强其沉默效率，可通过合理的设计算法鉴定具有以下特征中的一个或多个的序列来分析siRNA序列：(1)G/C含量为约25％至约60％ G/C；(2)在有义链的位置15-19上有至少3个A/U；(3)没有内部重复；(4)在有义链的位置19上有A；(5)在有义链的位置3上有A；(6)在有义链的位置10上有U；(7)在有义链的位置19上没有G/C；以及(8)在有义链的位置13上没有G。掺入为每个这些特征赋予适合值并且有用于选择siRNA的算法的siRNA设计工具可在例如http://boz094.ust.hk/RNAi/siRNA找到。本领域技术人员将了解，可选择具有一个或多个上述特征的序列用于进一步分析并且测试作为可能的siRNA序列。
另外，具有一个或多个以下标准的可能的siRNA序列可常常省略为siRNA：(1)包含成排的4个或更多个相同碱基的延伸的序列；(2)包含G的同聚物(即，为了减少由于这些聚合物的结构特征引起的可能的非特异性效应的序列；(3)包含三碱基基序(例如，GGG、CCC、AAA或TTT)的序列；(4)包含成排的7个或更多个G/C的延伸的序列；以及(5)在导致内部折回结构的候选物内包含具有4个或更多个碱基的直接重复的序列。然而，本领域技术人员将了解仍然可选择具有一个或多个上述特征的序列用于进一步分析并且测试作为可能的siRNA序列。
在一些实施方案中，可基于如在例如Khvorova等人,Cell,115:209-216(2003)；和Schwarz等人,Cell,115:199-208(2003)中描述的siRNA双链体不对称性进一步分析可能的siRNA序列。在其他实施方案中，可能的siRNA序列可基于如在例如Luo等人,Biophys.Res.Commun.,318:303-310(2004)中描述的在靶位点处的二级结构进一步分析。例如，可使用Mfold算法(在http://www.bioinfo.rpi.edu/applications/mfold/rna/form1.cgi可获得)来建模靶位点处的二级结构以选择有利于在靶位点进入的siRNA序列，其中存在较少的呈碱基配对和茎-环形式的二级结构。
一旦已经鉴定出可能的siRNA序列，就可例如使用体外细胞因子测定或体内动物模型分析序列的任何免疫刺激性质的存在。siRNA序列的有义链和/或反义链中的基序如富含GU的基序(例如，5'-GU-3'、5'-UGU-3'、5'-GUGU-3'、5'-UGUGU-3'等)还可提供序列是否可能为免疫刺激性的指示。一旦发现siRNA分子为免疫刺激性的，然后就可如本文所描述对其修饰以减少其免疫刺激性质。作为一个非限制性实例，可在使得细胞产生可检测的免疫应答以确定siRNA是否为免疫刺激性或非免疫刺激性的siRNA的条件下使siRNA序列与哺乳动物应答细胞接触。哺乳动物应答细胞可来自初生哺乳动物(即，先前尚未与siRNA序列的基因产物接触的哺乳动物)。哺乳动物应答细胞可以是例如外周血单核细胞(PBMC)、巨噬细胞等。可检测的免疫应答可包括产生细胞因子或生长因子例如像TNF-α、IFN-α、IFN-β、IFN-γ、IL-6、IL-12或其组合。然后可通过用修饰的核苷酸替代有义链和/或反义链上的至少一个核苷酸来修饰鉴定为免疫刺激性的siRNA分子以减少其免疫刺激性质。例如，在siRNA双链体的双链区中，少于约30％(例如，少于约30％、25％、20％、15％、10％或5％)的核苷酸可被修饰的核苷酸如2’OMe核苷酸替代。然后可使修饰的siRNA与如上描述的哺乳动物应答细胞接触以证实其免疫刺激性质有所减小或消除。
用于检测免疫应答的适合的体外测定包括但不限于David等人(美国专利号4,376,110)的双单克隆抗体夹心免疫测定技术；单克隆-多克隆抗体夹心测定(Wide等人,在Kirkham和Hunter,编辑,Radioimmunoassay Methods,E.and S.Livingstone,Edinburgh(1970)中)；Gordon等人(美国专利号4,452,901)的“蛋白质印迹”方法；标记配体的免疫沉淀(Brown等人,J.Biol.Chem.,255:4980-4983(1980))；如例如由Raines等人,J.Biol.Chem.,257:5154-5160(1982)所描述的酶联免疫吸附测定(ELISA)；免疫细胞化学技术，包括使用荧光染料(Brooks等人,Clin.Exp.Immunol.,39:477(1980))；以及活性的中和(Bowen-Pope等人,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,81:2396-2400(1984))。除了以上描述的免疫测定之外，许多其他免疫测定可供使用，包括在美国专利号3,817,827；3,850,752；3,901,654；3,935,074；3,984,533；3,996,345；4,034,074和4,098,876中描述的那些。这些参考文献的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
用于检测免疫应答的体内模型的非限制性实例包括如在例如Judge等人,Mol.Ther.,13:494-505(2006)中描述的体内小鼠细胞因子诱导测定。在某些实施方案中，可进行的测定如下：(1)可通过在侧尾静脉中的标准静脉内注射来施用siRNA；(2)在施用后约6小鼠可通过心脏穿刺收集血液并且加工成血浆用于细胞因子分析；以及(3)可根据制造商的说明使用夹心ELISA试剂盒来定量细胞因子(例如，小鼠和人IFN-α(PBL Biomedical；Piscataway,N.J.)；人IL-6和TNF-α(eBioscience；San Diego,Calif.)；以及小鼠IL-6、TNF-α和IFN-γ(BD Biosciences；San Diego,Calif.))。
特异性地结合细胞因子和生长因子的单克隆抗体可从多种来源商业上获得并且可使用本领域中已知的方法产生(参见，例如Kohler等人,Nature,256:495-497(1975)以及Harlow和Lane,ANTIBODIES,A LABORATORY MANUAL,Cold Spring Harbor Publication,New York(1999))。先前已描述了单克隆抗体的产生并且可通过本领域中已知的任何方式实现(Buhring等人,在Hybridoma,第10卷,第1期,第77-78页(1991)中)。在一些方法中，标记(例如，使用通过光谱、光化学、生物化学、电学、光学或化学方式可检测的任何组合物)单克隆抗体以有利于检测。
产生siRNA分子
可以若干形式提供siRNA，包括例如呈一种或多种分离的小干扰RNA(siRNA)双链体、呈较长的双链RNA(dsRNA)或呈由DNA质粒中的转录盒转录的siRNA或dsRNA。siRNA序列可具有突出端(例如，如在Elbashir等人,Genes Dev.,15:188(2001)或
Figure BDA0004038514880000561
等人,Cell,107:309(2001)中描述的3’或5’突出端)，或者可缺乏突出端(即，具有平末端)。
RNA群可用来提供长前体RNA，或与选择的靶序列基本上或完全同一的长前体RNA可用来制造siRNA。可根据本领域技术人员熟知的方法从细胞或组织中分离RNA，合成和/或克隆RNA。RNA可以是混合群体(从细胞或组织获得，由cDNA转录，减去，选择等)，或者可代表单一靶序列。RNA可以是天然存在的(例如，从组织或细胞样品中分离的)、体外合成(例如，使用T7或SP6聚合酶和PCR产物或克隆的cDNA)或化学合成。
为了形成长dsRNA，针对合成的RNA，还在体外转录并且杂交补体以形成dsRNA。如果使用天然存在的RNA群，还例如通过转录相应于RNA群的cDNA或通过使用RNA聚合酶提供RNA补体(例如，以形成用于被大肠杆菌RNA酶III或切丁酶消化的dsRNA)。然后杂交前体RNA以形成用于消化的双链RNA。可直接向受试者施用dsRNA或可在施用之前体外消化所述dsRNA。
用于分离RNA、合成RNA、杂交核酸、制造和筛选cDNA文库以及进行PCR的方法为本领域中熟知的(参见，例如，Gubler和Hoffman,Gene,25:263-269(1983)；Sambrook等人,同上；Ausubel等人,同上)，PCR方法同样如此(参见，美国专利号4,683,195和4,683,202；PCRProtocols:A Guide to Methods and Applications(Innis等人,编辑,1990))。表达文库也为本领域技术人员熟知的。公开了在本发明中使用的一般方法的另外基础文章包括Sambrook等人,Molecular Cloning,A Laboratory Manual(第2版1989)；Kriegler,GeneTransfer and Expression:A Laboratory Manual(1990)；以及Current Protocols inMolecular Biology(Ausubel等人,编辑,1994)。这些参考文献的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
优选地，化学合成siRNA。包含本发明的siRNA分子的寡核苷酸可使用本领域中已知的任何各种技术来合成，如在Usman等人,J.Am.Chem.Soc.,109:7845(1987)；Scaringe等人,Nucl.Acids Res.,18:5433(1990)；Wincott等人,Nucl.Acids Res.,23:2677-2684(1995)；以及Wincott等人,Methods Mol.Bio.,74:59(1997)中描述的那些。寡核苷酸的合成使用了常见的核酸保护基和偶联基，如5’-末端上的二甲氧基三苯甲基和3’-末端上的亚磷酰胺。作为一个非限制性实例，小规模合成可在使用0.2μmol规模方案的AppliedBiosystems合成仪上进行。或者，在0.2μmol规模下的合成可在来自Protogene(Palo Alto,Calif.)的96孔板合成仪上进行。然而，更大或更小规模的合成也在本发明的范围内。用于寡核苷酸合成的适合试剂、用于RNA去保护的方法以及用于RNA纯化的方法为本领域技术人员已知的。
siRNA分子还可经由串联合成技术合成，其中两条链均合成为通过可裂解接头分开的单一连续寡核苷酸片段或链，所述可裂解接头随后裂解以提供杂交形成siRNA双链体的分开的片段或链。接头可为多核苷酸接头或非核苷酸接头。siRNA的串联合成可易于适应多孔/多板合成平台以及采用间歇反应器、合成塔等的大规模合成平台。或者，可由两个相异的寡核苷酸组装siRNA分子，其中一个寡核苷酸包含siRNA的有义链并且另一个包含siRNA的反义链。例如，可分开合成每条链并且在合成和/或去保护之后通过杂交或连接连在一起。在某些其他实例中，siRNA分子可合成为单一连续寡核苷酸片段，其中自身互补有义区和反义区杂交形成具有发夹二级结构的siRNA双链体。
修饰siRNA序列
在某些方面中，siRNA分子在双链区中包含具有两条链的双链体和至少一个修饰的核苷酸，其中每条链的长度均为约15至约60个核苷酸。有利地，修饰的siRNA的免疫刺激性比相应的未修饰的siRNA序列的免疫刺激性小，但仍保留使靶序列的表达沉默的能力。在某些实施方案中，引入到siRNA分子中的化学修饰的程度在siRNA的免疫刺激性质的减小或消除与RNAi活性保留之间达成平衡。作为一个非限制性实例，靶向感兴趣的基因的siRNA分子可在siRNA双链体内的选择性尿苷和/或鸟苷核苷酸上最小修饰(例如，小于约30％、25％、20％、15％、10％或5％修饰)以消除由siRNA产生的免疫应答同时保留其使靶基因表达沉默的能力。
适合用于本发明的修饰的核苷酸的实例包括但不限于具有2’-O-甲基(2’OMe)、2’-脱氧-2’-氟(2’F)、2’-脱氧、5-C-甲基、2’-O-(2-甲氧基乙基)(MOE)、4’-硫基、2’-氨基或2’-C-烯丙基的核糖核苷酸。具有Northern构象的修饰的核苷酸如在例如Saenger,Principles of Nucleic Acid Structure,Springer-Verlag编著(1984)中描述的那些也适合用于siRNA分子。此类修饰的核苷酸包括但不限于锁核酸(LNA)核苷酸(例如，2’-O核苷酸、4’-C-亚甲基-(D-呋喃核糖基)核苷酸)、2’-O-(2-甲氧基乙基)(MOE)核苷酸、2’-甲基-硫-乙基核苷酸、2’-脱氧-2’-氟(2’F)核苷酸、2’-脱氧-2’-氯(2’Cl)核苷酸以及2’-叠氮基核苷酸。在某些实例中，本文描述的siRNA分子包括一个或多个G型夹核苷酸。G型夹核苷酸是指修饰的胞嘧啶类似物，其中修饰赋予双链体内的互补鸟嘌呤核苷酸的Watson-Crick和Hoogsteen这两个面的氢键能力(参见，例如Lin等人,J.Am.Chem.Soc.,120:8531-8532(1998))。另外，具有核苷酸碱基类似物例如像C-苯基、C-萘基、其他芳香族衍生物、肌苷、吡咯羧酰胺(azole carboxamide)以及硝基吡咯衍生物如3-硝基吡咯、4-硝基吲哚、5-硝基吲哚和6-硝基吲哚(参见，例如Loakes,Nucl.Acids Res.,29:2437-2447(2001))的核苷酸可掺入到siRNA分子中。
在某些实施方案中，siRNA分子还可包含一种或多种化学修饰，如末端帽部分、磷酸主链修饰等。末端帽部分的实例包括但不限于：反向脱氧脱碱基残基、甘油基修饰、4’,5’-亚甲基核苷酸、1-(β-D-赤呋喃糖基)核苷酸、4’-硫代核苷酸、碳环核苷酸、1,5-脱水己糖醇核苷酸、L-核苷酸、α-核苷酸、修饰的碱基核苷酸、苏型呋喃戊糖基核苷酸、无环3’,4’-闭联核苷酸、无环3,4-二羟基丁基核苷酸、无环3,5-二羟基戊基核苷酸、3’-3’-反向核苷酸部分、3’-3’-反向脱碱基部分、3’-2’-反向核苷酸部分、3’-2’-反向脱碱基部分、5’-5’-反向核苷酸部分、5’-5’-反向脱碱基部分、3’-5’-反向脱氧脱碱基部分、磷酸5’-氨基-烷基酯、磷酸1,3-二氨基-2-丙酯、磷酸3-氨基丙酯、磷酸6-氨基己酯、磷酸1,2-氨基十二烷基酯、磷酸羟丙酯、磷酸1,4-丁二醇酯、3’-氨基磷酸酯、5’-氨基磷酸酯、磷酸己酯、磷酸氨基己酯、3’-磷酸酯、5’-氨基、3’-硫代磷酸酯、5’-硫代磷酸酯、二硫代磷酸酯以及桥联或未桥联的膦酸甲酯或5’-巯基部分(参见，例如美国专利号5,998,203；Beaucage等人,Tetrahedron 49:1925(1993))。磷酸主链修饰(即，产生修饰的核苷酸间键联)的非限制性实例包括硫代磷酸酯、二硫代磷酸酯、膦酸甲酯、磷酸三酯、吗啉代、酰胺化物、氨基甲酸酯、羧甲基、乙酰胺酯、聚酰胺、磺酸酯、磺酰胺、氨基磺酸酯、甲缩醛(formacetal)、硫代甲缩醛以及烷基甲硅烷基取代(参见，例如Hunziker等人,Nucleic Acid Analogues:Synthesisand Properties,在Modern Synthetic Methods,VCH,331-417(1995)中；Mesmaeker等人,Novel Backbone Replacements for Oligonucleotides,在Carbohydrate Modificationsin Antisense Research,ACS,24-39(1994)中)。此类化学修饰可发生在siRNA的有义链、反义链或这两条链的5’-末端和/或3’-末端。这些参考文献的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
在一些实施方案中，siRNA分子的有义链和/或反义链还可包含3’-末端突出端，其具有约1至约4个(例如，1个、2个、3个或4个)2’-脱氧核糖核苷酸和/或修饰的和未修饰的核苷酸的任何组合。可引入到siRNA分子中的修饰的核苷酸和化学修饰的类型的另外实例描述于例如英国专利号GB 2,397,818 B和美国专利公开号20040192626、20050282188和20070135372中，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
本文描述的siRNA分子可在siRNA的一条链或两条链中任选地包含一个或多个非核苷酸。如本文所使用，术语“非核苷酸”是指可替代一个或多个核苷酸单元掺入到核酸链中的任何基团或化合物，包括糖和/或磷酸酯取代，并且允许剩余的碱基展现其活性。所述基团或化合物是脱碱基的，因为其不含有公认的核苷酸碱基如腺苷、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶或胸腺嘧啶并且因此在1’-位置上缺乏碱基。
在其他实施方案中，siRNA的化学修饰包括将缀合物附接至siRNA分子。缀合物可经由共价附接例如像生物可降解的接头在siRNA的有义链和/或反义链的5’-末端和/或3’-末端上附接。还可例如通过氨基甲酸酯基团或其他连接基团将缀合物附接至siRNA(参见，例如美国专利公开号20050074771、20050043219和20050158727)。在某些实例中，缀合物是有利于siRNA递送至细胞中的分子。适用于附接至siRNA的缀合物分子的实例包括但不限于类固醇如胆固醇、二醇如聚乙二醇(PEG)、人血清白蛋白(HSA)、脂肪酸、类胡萝卜素、萜烯、胆汁酸、叶酸盐(例如，叶酸、叶酸盐类似物及其衍生物)、糖(例如，半乳糖、半乳糖胺、N-乙酰基半乳糖胺、葡萄糖、甘露糖、果糖、岩藻糖等)、磷脂、肽、能够介导细胞摄取的细胞受体的配体及其组合(参见，例如美国专利公开号20030130186、20040110296和20040249178；美国专利号6,753,423)。其他实例包括描述于美国专利公开号20050119470和20050107325中的亲脂性部分、维生素、聚合物、肽、蛋白质、核酸、小分子、寡糖、碳水化合物簇、嵌入剂、小沟粘合剂、裂解剂以及交联剂缀合物分子。其他的实例包括描述于美国专利公开号20050153337中的2’-O-烷基胺、2’-β-烷氧基烷基胺、多胺、C5-阳离子修饰的嘧啶、阳离子肽、胍基、脒鎓基团、阳离子氨基酸缀合物分子。其他实例包括描述于美国专利公开号20040167090中的疏水性基团、膜活性化合物、细胞穿透化合物、细胞靶向信号、相互作用改性剂以及空间稳定剂缀合物分子。另外的实例包括描述于美国专利公开号20050239739中的缀合物分子。可针对siRNA的改进的药物代谢动力学特征、生物利用度和/或稳定性同时保留RNAi活性来评价所使用的缀合物的类型和缀合至siRNA分子的程度。因此，本领域技术人员可使用任何各种熟知的体外细胞培养物或体内动物模型筛选具有附接至其上的各种缀合物的siRNA分子以鉴定具有改进性质和全部RNAi活性的siRNA分子。上述专利文件的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
靶基因
在某些实施方案中，本文描述的核酸-脂质颗粒的核酸(例如，siRNA)组分可用来下调或沉默目标基因的翻译(即，表达)。目标基因包括但不限于：与病毒感染和存活相关的基因、与代谢疾病和病症(例如，肺部疾病和病症)相关的基因、与肿瘤发生和细胞转化(例如，癌症)相关的基因、血管生成基因、免疫调节基因如与炎性和自身免疫应答相关的那些、配体受体基因以及与神经变性病症相关的基因。在某些实施方案中，目标基因在肝细胞中表达。
与病毒感染和存活相关的基因包括病毒表达的那些基因，以便与细胞结合，进入细胞和在细胞中复制。特别感兴趣的是与慢性病毒疾病相关的病毒序列。特别感兴趣的病毒序列包括以下病毒的序列：丝状病毒，如埃博拉病毒和马尔堡病毒(参见，例如，Geisbert等人,J.Infect.Dis.,193:1650-1657(2006))；沙粒病毒如拉沙病毒、胡宁病毒、马丘波病毒、瓜纳瑞托病毒和萨比亚病毒(Buchmeier等人,Arenaviridae:the viruses and theirreplication,In:FIELDS VIROLOGY,Knipe等人(编辑),第4版,Lippincott-Raven,Philadelphia,(2001))；流感病毒如甲型流感病毒、乙型流感病毒和丙型流感病毒(参见，例如Steinhauer等人,Annu Rev Genet.,36:305-332(2002)；和Neumann等人,J GenVirol.,83:2635-2662(2002))；肝炎病毒(参见，例如Hamasaki等人,FEBS Lett.,543:51(2003)；Yokota等人,EMBO Rep.,4:602(2003)；Schlomai等人,Hepatology,37:764(2003)；Wilson等人,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,100:2783(2003)；Kapadia等人,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,100:2014(2003)；和FIELDS VIROLOGY,Knipe等人(编辑),第4版,Lippincott-Raven,Philadelphia(2001))；人免疫缺陷病毒(HIV)(Banerjea等人,Mol.Ther.,8:62(2003)；Song等人,J.Virol.,77:7174(2003)；Stephenson,JAMA,289:1494(2003)；Qin等人,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,100:183(2003))；疱疹病毒(Jia等人,J.Virol.,77:3301(2003))；以及人乳头瘤病毒(HPV)(Hall等人,J.Virol.,77:6066(2003)；Jiang等人,Oncogene,21:6041(2002))。
可被沉默的示例性丝状病毒核酸序列包括但不限于编码结构蛋白(例如，VP30、VP35、核蛋白(NP)、聚合酶蛋白(L-pol))和膜相关蛋白(例如，VP40、糖蛋白(GP)、VP24)的核酸序列。用于埃博拉病毒的完整基因组序列在例如Genbank登录号NC—002549；AY769362；NC—006432；NC—004161；AY729654；AY354458；AY142960；AB050936；AF522874；AF499101；AF272001；以及AF086833中列出。埃博拉病毒VP24序列在例如Genbank登录号U77385和AY058897中列出。埃博拉病毒L-pol序列在例如Genbank登录号X67110中列出。埃博拉病毒VP40序列在例如Genbank登录号AY058896中列出。埃博拉病毒NP序列在例如Genbank登录号AY058895中列出。埃博拉病毒GP序列在例如Genbank登录号AY058898；Sanchez等,VirusRes.,29:215-240(1993)；Will等人,J.Virol.,67:1203-1210(1993)；Volchkov等人,FEBSLett.,305:181-184(1992)；以及美国专利号6,713,069中列出。额外的埃博拉病毒序列在例如Genbank登录号L11365和X61274中列出。用于马尔堡病毒的完整基因组序列在例如Genbank登录号NC—001608；AY430365；AY430366和AY358025中列出。马尔堡病毒GP序列在例如Genbank登录号AF005734；AF005733和AF005732中列出。马尔堡病毒VP35序列在例如Genbank登录号AF005731和AF005730中列出。额外的马尔堡病毒序列在例如Genbank登录号X64406；Z29337；AF005735和Z12132中列出。靶向埃博拉病毒和马尔堡病毒核酸序列的siRNA分子的非限制性实例包括在美国专利公开号20070135370中描述的那些，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
可被沉默的示例性流感病毒核酸序列包括但不限于编码核蛋白(NP)、基质蛋白(M1和M2)、非结构蛋白(NS1和NS2)、RNA聚合酶(PA、PB1、PB2)、神经氨酸酶(NA)以及血凝素(HA)的核酸序列。甲型流感病毒NP序列在例如Genbank登录号NC—004522；AY818138；AB166863；AB188817；AB189046；AB189054；AB189062；AY646169；AY646177；AY651486；AY651493；AY651494；AY651495；AY651496；AY651497；AY651498；AY651499；AY651500；AY651501；AY651502；AY651503；AY651504；AY651505；AY651506；AY651507；AY651509；AY651528；AY770996；AY790308；AY818138；以及AY818140中列出。甲型流感病毒PA序列在例如Genbank登录号AY818132；AY790280；AY646171；AY818132；AY818133；AY646179；AY818134；AY551934；AY651613；AY651610；AY651620；AY651617；AY651600；AY651611；AY651606；AY651618；AY651608；AY651607；AY651605；AY651609；AY651615；AY651616；AY651640；AY651614；AY651612；AY651621；AY651619；AY770995；以及AY724786中列出。靶向流感病毒核酸序列的siRNA分子的非限制性实例包括在美国专利公开号20070218122中描述的那些，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
可被沉默的示例性肝炎病毒核酸序列包括但不限于在转录和翻译中涉及的核酸序列(例如，En1、En2、X、P)以及编码结构蛋白(例如，包括C蛋白和C相关蛋白的核心蛋白；包括S蛋白、M蛋白和/或L蛋白的衣壳蛋白和包膜蛋白或其片段)的核酸序列(参见，例如FIELDS VIROLOGY,同上)。可被沉默的示例性丙型肝炎病毒(HCV)核酸序列包括但不限于5’-非翻译区(5’-UTR)、3’-非翻译区(3’-UTR)、多蛋白翻译起始密码子区、内部核糖体进入位点(IRES)序列、和/或编码以下蛋白质的核酸序列：核心蛋白、E1蛋白、E2蛋白、p7蛋白、NS2蛋白、NS3蛋白酶/解旋酶、NS4A蛋白、NS4B蛋白、NS5A蛋白、和/或NS5B RNA依赖性的RNA聚合酶。HCV基因组序列在例如Genbank登录号NC—004102(HCV基因型1a)、AJ238799(HCV基因型1b)、NC—009823(HCV基因型2)、NC—009824(HCV基因型3)、NC—009825(HCV基因型4)、NC—009826(HCV基因型5)和NC—009827(HCV基因型6)中列出。甲型肝炎病毒核酸序列在例如Genbank登录号NC—001489中列出；乙型肝炎病毒核酸序列在例如Genbank登录号NC—003977中列出；丁型肝炎病毒核酸序列在例如Genbank登录号NC—001653中列出；戊型肝炎病毒核酸序列在例如Genbank登录号NC—001434中列出；以及庚型肝炎病毒核酸序列在例如Genbank登录号NC—001710中列出。使编码与病毒感染和存活相关的基因的序列沉默可方便地与用来治疗病毒病状的常规剂的施用组合使用。靶向肝炎病毒核酸序列的siRNA分子的非限制性实例包括在美国专利公开号20060281175；20050058982和20070149470；美国专利号7,348,314；和2009年3月20日提交的美国临时申请号61/162,127中描述的那些，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
与肿瘤发生和细胞转化(例如，癌症或其他瘤形成)相关的基因序列的实例包括有丝分裂驱动蛋白如Eg5(KSP，KIF11；Genbank登录号NM—004523)；丝氨酸/苏氨酸激酶如polo样激酶1(PLK-1)(Genbank登录号NM—005030；Barr等人,Nat.Rev.Mol.Cell.Biol.,5:429-440(2004))；酪氨酸激酶如WEE1(Genbank登录号NM—003390和NM—001143976)；凋亡抑制剂如XIAP(Genbank登录号NM—001167)；COP9信号体亚基如CSN1、CSN2、CSN3、CSN4、CSN5(JAB1；Genbank登录号NM—006837)；CSN6、CSN7A、CSN7B和CSN8；泛素连接酶如COP1(RFWD2；Genbank登录号NM—022457和NM—001001740)；以及组蛋白脱乙酰酶如HDAC1、HDAC2(Genbank登录号NM—001527)、HDAC3、HDAC4、HDAC5、HDAC6、HDAC7、HDAC8、HDAC9等。靶向Eg5和XIAP基因的siRNA分子的非限制性实例包括在2007年5月29日提交的美国专利申请序列号11/807,872中描述的那些，所述专利申请的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。靶向PLK-1基因的siRNA分子的非限制性实例包括在美国专利公开号20050107316和20070265438；和2008年12月23日提交的美国专利申请序列12/343,342中描述的那些，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。靶向CSN5基因的siRNA分子的非限制性实例包括在2008年4月15日提交的美国临时申请号61/045,251中描述的那些，所述临时申请的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
与肿瘤发生或细胞转化相关的基因序列的另外实例包括易位序列如MLL融合基因、BCR-ABL(Wilda等人,Oncogene,21:5716(2002)；Scherr等人,Blood,101:1566(2003))、TEL-AML1、EWS-FLI1、TLS-FUS、PAX3-FKHR、BCL-2、AML1-ETO和AML1-MTG8(Heidenreich等人,Blood,101:3157(2003))；过表达序列如多药耐药性基因(Nieth等人,FEBS Lett.,545:144(2003)；Wu等人,Cancer Res.63:1515(2003))、细胞周期蛋白(Li等人,Cancer Res.,63:3593(2003)；Zou等人,Genes Dev.,16:2923(2002))、β-连环蛋白(Verma等人,ClinCancer Res.,9:1291(2003))、端粒酶基因(Kosciolek等人,Mol Cancer Ther.,2:209(2003))、c-MYC、N-MYC、BCL-2、生长因子受体(例如，EGFR/ErbB1(Genbank登录号NM—005228、NM—201282、NM—201283和NM—201284；还参见Nagy et al.Exp.Cell Res.,285:39-49(2003)、ErbB2/HER-2(Genbank登录号NM—004448和NM—001005862)、ErbB3(Genbank登录号NM—001982和NM—001005915)和ErbB4(Genbank登录号NM—005235和NM—001042599)；以及突变序列如RAS(在Tuschl和Borkhardt,Mol.Interventions,2:158(2002)中综述)。靶向EGFR基因的siRNA分子的非限制性实例包括2007年5月29日提交的美国专利申请序列号11/807,872中描述的那些，所述专利申请的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
使编码DNA修复酶的序列沉默与化学治疗剂的施用组合使用(Collis等,CancerRes.,63:1550(2003))。编码与肿瘤迁移相关的蛋白质的基因还靶向感兴趣的序列，例如整联蛋白、选择蛋白和金属蛋白酶。上述实例不是排他的。本领域技术人员将理解，可包括有利于或促进肿瘤发生或细胞转化、肿瘤生长或肿瘤迁移的任何全部或部分基因序列作为模板序列。
血管生成基因能够促进新血管的形成。特别令人感兴趣的是血管内皮生长因子(VEGF)(Reich等人,Mol.Vis.,9:210(2003))或VEGFR。靶向VEGFR的siRNA序列在例如GB2396864；美国专利公开号20040142895；和CA 2456444中列出，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
抗血管生成基因能够抑制新血管形成。这些基因对于治疗其中血管生成在疾病的病理发展中起作用的那些癌症特别有用。抗血管生成基因的实例包括但不限于内皮抑素(参见例如，美国专利号6,174,861)、血管抑素(参见例如，美国专利号5,639,725)和VEGFR2(参见例如，Decaussin等人,J.Pathol.,188:369-377(1999))，所述文献的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。免疫调节基因是调节一种或多种免疫应答的基因。免疫调节基因的实例包括但不限于细胞因子如生长因子(例如，TGF-α、TGF-β、EGF、FGF、IGF、NGF、PDGF、CGF、GM-CSF、SCF等)、白细胞介素(例如，IL-2、IL-4、IL-12(Hill等人,J.Immunol.,171:691(2003))、IL-15、IL-18、IL-20等)、干扰素(例如，IFN-α、IFN-β、IFN-γ等)以及TNF。Fas基因和Fas配体基因也是目标免疫调节靶序列(Song等人,Nat.Med.,9:347(2003))。在造血细胞和淋巴样细胞中编码二级信号传导分子的基因也包括在本发明中，例如Tec家族激酶如布鲁顿酪氨酸激酶(Btk)(Heinonen等人,FEBS Lett.,527:274(2002))。
细胞受体配体包括能够与细胞表面受体(例如胰岛素受体、EPO受体、G蛋白偶联受体、具有酪氨酸激酶活性的受体、细胞因子受体、生长因子受体等)结合以调节(例如，抑制，激活等)受体所参与的生理途径(例如，葡萄糖水平调节、血细胞发育、有丝分裂发生等)。细胞受体配体的实例包括但不限于细胞因子、生长因子、白细胞介素、干扰素、促红细胞生成素(EPO)、胰岛素、胰高血糖素、G蛋白偶联受体配体等。编码三核苷酸重复序列(例如，CAG重复序列)的扩增的模板可用于在由三核苷酸重复序列的扩增引起的神经变性病症中使致病序列沉默，所述神经变性病症如脊髓延髓肌肉萎缩和亨廷顿氏病(Caplen等人,Hum.Mol.Genet.,11:175(2002))。
可被核酸(例如，被siRNA)靶向以下调或沉默基因表达的某些其他靶基因包括但不限于肌动蛋白、α2、平滑肌、Aorta(ACTA2)、乙醇脱氢酶1A(ADH1A)、乙醇脱氢酶4(ADH4)、乙醇脱氢酶6(ADH6)、Afamin(AFM)、血管紧张素原(AGT)、丝氨酸-丙酮酸氨基转移酶(AGXT)、α-2-HS-糖蛋白(AHSG)、醛-酮还原酶家族1成员C4(AKR1C4)、血清白蛋白(ALB)、α-1-微球蛋白/二库宁前体(AMBP)、血管生成素相关蛋白3(ANGPTL3)、血清淀粉样蛋白P组分(APCS)、载脂蛋白A-II(APOA2)、载脂蛋白B-100(APOB)、载脂蛋白C3(APOC3)、载脂蛋白C-IV(APOC4)、载脂蛋白F(APOF)、β-2-糖蛋白1(APOH)、水通道蛋白9(AQP9)、胆汁酸-CoA:氨基酸N-酰基转移酶(BAAT)、C4b结合蛋白β链(C4BPB)、由LINC01554(C5orf27)编码的推定未表征蛋白、补体因子3(C3)、补体因子5(C5)、补体组分C6(C6)、补体组分C8α链(C8A)、补体组分C8β链(C8B)、补体组分C8γ链(C8G)、补体组分C9(C9)、钙调蛋白结合转录激活因子1(CAMTA1)、CD38(CD38)、补体因子B(CFB)、补体因子H相关蛋白1(CFHR1)、补体因子H相关蛋白2(CFHR2)、补体因子H相关蛋白3(CFHR3)、大麻素受体1(CNR1)、血浆铜蓝蛋白(CP)、羧肽酶B2(CPB2)、结缔组织生长因子(CTGF)、C-X-C基序趋化因子2(CXCL2)、细胞色素P450 1A2(CYP1A2)、细胞色素P450 2A6(CYP2A6)、细胞色素P450 2C8(CYP2C8)、细胞色素P450 2C9(CYP2C9)、细胞色素P450家族2亚家族D成员6(CYP2D6)、细胞色素P450 2E1(CYP2E1)、叶绿醌ω-羟化酶CYP4F2(CYP4F2)、7-α-羟基胆甾-4-烯-3-酮12-α-羟化酶(CYP8B1)、二肽基肽酶4(DPP4)、凝血因子12(F12)、凝血因子II(凝血酶)(F2)、凝血因子IX(F9)、纤维蛋白原α链(FGA)、纤维蛋白原β链(FGB)、纤维蛋白原γ链(FGG)、纤维蛋白原样1(FGL1)、含黄素单氧化酶3(FMO3)、含黄素单氧化酶5(FMO5)、群组特异性组分(维生素D结合蛋白)(GC)、生长激素受体(GHR)、甘氨酸N-甲基转移酶(GNMT)、透明质酸结合蛋白2(HABP2)、铁调素抗微生物肽(HAMP)、羟基酸氧化酶(乙醇酸氧化酶)1(HAO1)、HGF激活因子(HGFAC)、结合珠蛋白相关蛋白质；结合珠蛋白(HPR)、血色素结合蛋白(HPX)、富含组氨酸的糖蛋白(HRG)、羟基类固醇(11-β)脱氢酶1(HSD11B1)、羟基类固醇(17-β)脱氢酶13(HSD17B13)、间α-胰蛋白酶抑制因子重链H1(ITIH1)、间α-胰蛋白酶抑制因子重链H2(ITIH2)、间α-胰蛋白酶抑制因子重链H3(ITIH3)、间α-胰蛋白酶抑制因子重链H4(ITIH4)、前激肽释放酶(KLKB1)、乳酸脱氢酶A(LDHA)、肝脏表达的抗菌肽2(LEAP2)、白细胞源性趋化因子2(LECT2)、脂蛋白(a)(LPA)、甘露聚糖结合凝集素太酶2(MASP2)、S-腺苷甲硫氨酸合酶同种型1型(MAT1A)、NADPH氧化酶4(NOX4)、具有[ADP-核糖]聚合酶1(PARP1)、对氧磷酶1(PON1)、对氧磷酶3(PON3)、维生素K依赖性蛋白C(PROC)、视黄醇脱氢酶16(RDH16)、血清淀粉样蛋白A4、组成型(SAA4)、丝氨酸脱水酶(SDS)、Serpin家族A成员1(SERPINA1)、Serpin A11(SERPINA11)、激肽释放素抑素(SERPINA4)、皮质类固醇结合球蛋白(SERPINA6)、抗凝血酶-III(SERPINC1)、肝素辅因子2(SERPIND1)、Serpin家族H成员1(SERPINH1)、溶质运载蛋白家族5成员2(SLC5A2)、纳/胆汁酸协同转运蛋白(SLC10A1)、溶质运载蛋白家族13成员5(SLC13A5)、溶质运载蛋白家族22成员1(SLC22A1)、溶质运载蛋白家族25成员47(SLC25A47)、溶质运载蛋白家族2促葡萄糖转运蛋白成员2(SLC2A2)、钠偶联的中性氨基酸转运蛋白4(SLC38A4)、溶质运载蛋白有机阴离子转运蛋白家族1B1(SLCO1B1)、神经鞘磷脂磷酸二脂酶1(SMPD1)、胆汁盐磺基转移酶(SULT2A1)、酪氨酸氨基转移酶(TAT)、色氨酸2,3-双加氧酶(TDO2)、UDP葡糖醛酸基转移酶2家族多肽B10(UGT2B10)、UDP葡糖醛酸基转移酶2家族多肽B15(UGT2B15)、UDP葡糖醛酸基转移酶2家族多肽B4(UGT2B4)以及玻连蛋白(VTN)。
除了其用于使治疗目的的任何以上描述的基因的表达沉默之外，本文描述的某些核酸(例如siRNA)还有用于研究和开发应用以及诊断、预防、预后、临床和其他医疗保健应用。作为一个非限制性实例，某些核酸(例如，siRNA)可以用于针对测试感兴趣的基因是否可能成为治疗性靶标的靶标验证研究中。某些核酸(例如siRNA)还可用于旨在发现作为可能的治疗性靶标的基因的靶标鉴定研究中。
CRISPR
靶向基因组编辑已从小众技术发展为许多生物学研究人员使用的方法。聚簇规律间隔的短回文重复序列(CRISPR)技术的出现在很大程度上推动了这一进展(参见例如，Sander等人,Nature Biotechnology,32(4),347-355，包括补充信息(2014)和国际公开号WO 2016/197132和WO 2016/197133)。因此，本文提供了可与CRISPR技术组合使用以治疗诸如HBV的疾病的改进(例如脂质纳米颗粒及其制剂)。关于使用CRISPR的靶标，可将CRISPR技术中使用的向导RNA(gRNA)设计为靶向特异性鉴定的序列，例如HBV基因组的靶基因。此类靶序列的实例在国际公开号WO 2016/197132中提供。此外，国际公开号WO 2013/151665(例如，参见表6；所述文件以引用的方式明确地并入本文，特别是包括表6，以及相关的序列表)描述在mRNA表达构建体的背景下要求保护的约35,000个mRNA序列。本发明的某些实施方案利用CRISPR技术来靶向这些序列中的任一者的表达。本发明的某些实施方案还可利用CRISPR技术来靶向本文讨论的靶基因的表达。
aiRNA
像siRNA一样，不对称干扰RNA(aiRNA)可募集RNA-诱导的沉默复合体(RISC)并且通过介导相对于反义链的5’末端的核苷酸10与核苷酸11之间的靶序列的序列特异性裂解而在哺乳动物细胞中导致各种基因的有效沉默(Sun等人,Nat.Biotech.,26:1379-1382(2008))。通常，aiRNA分子包含具有有义链和反义链的短RNA双链体，其中双链体在反义链的3’末端和5’末端上含有突出端。aiRNA一般为不对称的，因为当与互补反义链相比时，有义链在两端上更短。在一些方面中，可在类似于用于siRNA分子的那些条件下设计、合成和退火aiRNA分子。作为一个非限制性实例，可使用以上描述用于选择siRNA序列的方法选择和产生aiRNA序列。
在另一个实施方案中，可设计在反义链的3’末端和5’末端上具有突出端的各种长度(例如，约10-25、12-20、12-19、12-18、13-17或14-17个碱基对，更通常地12、13、14、15、16、17、18、19或个碱基对)的aiRNA双链体以靶向目标mRNA。在某些实例中，aiRNA分子的有义链的长度为约10-25、12-20、12-19、12-18、13-17或14-17个核苷酸，更通常地长度为12、13、14、15、16、17、18、19或20个核苷酸。在某些其他实例中，aiRNA分子的反义链的长度为约15-60、15-50或15-40个核苷酸，更通常地长度为约15-30、15-25或19-25个核苷酸，并且优选地长度为约20-24、21-22或21-23个核苷酸。
在一些实施方案中，5’反义突出端含有一个、两个、三个、四个或更多个非靶向核苷酸(例如，“AA”、“UU”、“dTdT”等)。在其他实施方案中，3’反义突出端含有一个、两个、三个、四个或更多个非靶向核苷酸(例如，“AA”、“UU”、“dTdT”等)。在某些方面中，本文描述的aiRNA分子可例如在双链(双链体)区和/或在反义突出端中包含一个或多个修饰的核苷酸。作为一个非限制性实例，aiRNA序列可包含一个或多个以上针对siRNA序列描述的修饰的核苷酸。在某一实施方案中，aiRNA分子包含2’OMe核苷酸例如像2’OMe-鸟苷核苷酸、2’OMe-尿苷核苷酸或其混合物。
在某些实施方案中，aiRNA分子可包含相应于siRNA分子例如本文描述的siRNA分子之一的反义链的反义链。在其他实施方案中，aiRNA分子可用于使上述靶基因中的任一者的表达沉默，例如与病毒感染和存活相关的基因、与代谢疾病和病症相关的基因、与肿瘤发生和细胞转化相关的基因、血管生成基因、免疫调节基因(如与炎症性和自身免疫应答相关的基因)、配体受体基因以及与神经变性病症相关的基因。
miRNA
通常，微小RNA(miRNA)为调节基因表达的长度为约21-23个核苷酸的单链RNA分子。miRNA由转录它们的DNA的基因编码，但是miRNA并没有翻译为蛋白质(非编码RNA)；相反，每个初始转录物(初始-miRNA)均被加工为称作前体-miRNA的短茎-环结构并且最终成为功能性成熟miRNA。成熟miRNA分子与一个或多个信使RNA(mRNA)分子部分或完全互补，并且其主要功能为下调基因表达。miRNA分子的鉴定在例如Lagos-Quintana等人,Science,294:853-858；Lau等人,Science,294:858-862；和Lee等人,Science,294:862-864中描述。
编码miRNA的基因比加工的成熟miRNA分子长很多。首先miRNA被转录为初始转录物或具有帽和多聚A尾的初始-miRNA并且在细胞核中被加工成称为前体-miRNA的短的、大约70个核苷酸的茎-环结构。通过称为由核酸酶Drosha和双链RNA结合蛋白Pasha组成的微处理器复合体的蛋白质复合体在动物体内进行此加工(Denli等人,Nature,432:231-235(2004))。然后通过与核酸内切酶切丁酶相互作用在细胞质中将这些前体-miRNA加工为成熟的miRNA，这还启动RNA-诱导的沉默复合体(RISC)的形成(Bernstein等人,Nature,409:363-366(2001))。DNA的有义链或反义链可用作产生miRNA的模板。
当切丁酶裂解前体-miRNA茎-环时，形成两个互补的短RNA分子，但只有一个合并到RISC复合体中。此链称为引导链并且基于5’末端的稳定性通过RISC复合体中的催化活性RNA酶argonaute蛋白来选择(Preall等人,Curr.Biol.,16:530-535(2006))。称为反引导或过客链的剩余链被降解为RISC复合体底物(Gregory等人,Cell,123:631-640(2005))。在合并到活性RISC复合体中之后，miRNA与其互补mRNA分子碱基配对并且诱导靶mRNA降解和/或翻译沉默。
哺乳动物miRNA分子通常与靶mRNA序列的3’UTR中的位点互补。在某些实例中，miRNA与靶mRNA的退火通过阻断蛋白质翻译机制而抑制了蛋白质翻译。在某些其他例子中，miRNA与靶mRNA的退火通过类似于RNA干扰(RNAi)的方法有利于靶mRNA的裂解和降解。miRNA还可靶向相应于靶向的mRNA的基因组位点的甲基化。通常，与蛋白质的补体相关的miRNA功能统称为miRNP。
在某些方面中，本文描述的miRNA分子的长度为约15-100、15-90、15-80、15-75、15-70、15-60、15-50或15-40个核苷酸，更通常地长度为约15-30、15-25或19-25个核苷酸，并且优选地长度为约20-24、21-22或21-23个核苷酸。在某些其他方面中，miRNA分子可包含一个或多个修饰的核苷酸。作为一个非限制性实例，miRNA序列可包含一个或多个以上针对siRNA序列描述的修饰的核苷酸。在某一实施方案中，miRNA分子包含2’OMe核苷酸例如像2’OMe-鸟苷核苷酸、2’OMe-尿苷核苷酸或其混合物。
在一些实施方案中，miRNA分子可用于使上述靶基因中的任一者的表达沉默，例如与病毒感染和存活相关的基因、与代谢疾病和病症相关的基因、与肿瘤发生和细胞转化相关的基因、血管生成基因、免疫调节基因(如与炎症性和自身免疫应答相关的基因)、配体受体基因以及与神经变性病症相关的基因。
在其他实施方案中，使用本发明的脂质颗粒(例如，核酸-脂质颗粒)施用阻断靶向目标mRNA的miRNA的活性的一种或多种剂。阻断剂的实例包括但不限于空间阻挡寡核苷酸、锁核酸寡核苷酸以及吗啉代寡核苷酸。此类阻断剂可直接与miRNA结合或与靶mRNA上的miRNA结合位点结合。
反义寡核苷酸
在一个实施方案中，核酸为涉及感兴趣的靶基因或序列的反义寡核苷酸。术语“反义寡核苷酸”或“反义”包括与靶向的多核苷酸序列互补的寡核苷酸。反义寡核苷酸为与选择的序列互补的DNA或RNA的单链。反义RNA寡核苷酸通过与RNA结合防止互补RNA链的翻译。反义DNA寡核苷酸可用来靶向特异性的互补(编码或非编码)RNA。如果发生结合，此DNA/RNA杂交体可被酶RNA酶H降解。在具体实施方案中，反义寡核苷酸包含约10至约60个核苷酸，更优选地约15至约30个核苷酸。术语还涵盖可能不与所需的靶基因精确互补的反义寡核苷酸。因此，本发明可用于使用反义发现非靶特异性活性的实例中，或其中与靶序列含有一个或多个错配的反义序列为最优选的具体使用的实例中。
已证明反义寡核苷酸为蛋白质合成的有效且靶向的抑制剂，并且因此可用来通过靶向基因特异性地抑制蛋白质合成。反义寡核苷酸用于抑制蛋白质合成的功效为良好确立的。例如，通过涉及其对应的mRNA序列的反义寡核苷酸抑制聚半乳糖醛酸酶(polygalactauronase)和毒蕈碱2型乙酰胆碱受体的合成(参见，美国专利号5,739,119和5,759,829)。此外，反义抑制的实例已证明有核蛋白细胞周期蛋白、多药耐药性基因(MDR1)、ICAM-1、E-选择蛋白、STK-1、纹状体GABAA受体以及人EGF(参见，Jaskulski等人,Science,240:1544-6(1988)；Vasanthakumar等人,Cancer Commun.,1:225-32(1989)；Penis等人,Brain Res Mol Brain Res.,15；57:310-20(1998)；以及美国专利号5,801,154；5,789,573；5,718,709和5,610,288)。此外，反义构建体也已被描述抑制并且可用来治疗各种异常的细胞增殖例如癌症(参见，美国专利号5,747,470；5,591,317；以及5,783,683)。这些参考文献的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
产生反义寡核苷酸的方法为本领域中已知的并且可容易地适合产生靶向任何多核苷酸序列的反义寡核苷酸。对给定的靶序列特异性的反义寡核苷酸序列的选择基于选择的靶序列的分析和二级结构、Tm、结合能以及相对稳定性的确定。可基于其相对不能形成二聚体、发夹或其他二级结构的能力选择反义寡核苷酸，所述结构将在宿主细胞中减少或禁止与靶mRNA的特异性结合。mRNA的高度优选的靶区包括处于或接近AUG翻译起始密码子的那些区和与mRNA的5’区基本上互补的那些序列。这些二级结构分析和靶位点选择考虑可例如使用OLIGO引物分析软件v.4版(Molecular Biology Insights)和/或BLASTN 2.0.5算法软件(Altschul等人,Nucleic Acids Res.,25:3389-402(1997))来进行。
核酶
根据本发明的另一个实施方案，核酸-脂质颗粒与核酶缔合。核酶为具有拥有核酸内切酶活性的特异性催化结构域的RNA-蛋白质复合体(参见，Kim等人,Proc.Natl.Acad.Sci.USA.,84:8788-92(1987)；和Forster等人,Cell,49:211-20(1987))。例如，大量核酶加速了高度特异性的磷酸酯转移反应，常常在寡核苷酸底物中仅裂解若干磷酸酯之一(参见，Cech等人,Cell,27:487-96(1981)；Michel等人,J.Mol.Biol.,216:585-610(1990)；Reinhold-Hurek等人,Nature,357:173-6(1992))。此特异性归因于在化学反应之前经由特异性碱基配对相互作用的底物与核酶的内部引导序列(“IGS”)结合的需要。
目前已知天然存在的酶促RNA分子的至少六种基本种类。每种均可在生理条件下催化反式RNA磷酸二酯键的水解(并且因此可裂解其他RNA分子)。一般来说，酶性核酸通过首先结合于靶标RNA来起作用。所述结合通过酶性核酸的靶标结合部分来发生，所述部分被保持紧密邻近于分子的起裂解靶标RNA作用的酶性部分。因此，酶性核酸首先通过互补碱基配对来识别并接着结合靶标RNA，并且一旦结合于恰当位点，即以酶促方式起切割靶标RNA作用。策略性裂解所述靶标RNA将破坏它的引导编码蛋白质的合成的能力。在酶性核酸已结合并裂解它的RNA靶标之后，它自那个RNA释放以搜索另一靶标，并且可重复结合并裂解新靶标。
酶促核酸分子可在例如锤头、发夹、肝炎δ病毒、I组内含子或RNA酶P RNA(与RNA引导序列相关)或脉孢菌属VS RNA基序中形成。锤头基序的具体实例在例如Rossi等人,Nucleic Acids Res.,20:4559-65(1992)中描述。发夹基序的实例在例如EP 0360257；Hampel等人,Biochemistry,28:4929-33(1989)；Hampel等人,Nucleic Acids Res.,18:299-304(1990)；以及美国专利号5,631,359中描述。肝炎δ病毒基序的实例在例如Perrotta等人,Biochemistry,31:11843-52(1992)中描述。RNA酶P基序的实例在例如Guerrier-Takada等人,Cell,35:849-57(1983)中描述。脉孢菌属VS RNA核酶基序的实例在例如Saville等人,Cell,61:685-96(1990)；Saville等人,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,88:8826-30(1991)；Collins等人,Biochemistry,32:2795-9(1993)中描述。I组内含子的实例在例如美国专利号4,987,071中描述。根据本发明使用的酶促核酸分子的重要特征是它们具有与一个或多个靶基因DNA或RNA区互补的特异性底物结合位点，并且它们在向分子施加RNA裂解活性的底物结合位点内或在其周围具有核苷酸序列。因此，核酶构建体不需要限制于本文提到的具体基序。这些参考文献的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
产生靶向任何多核苷酸序列的核酶的方法为本领域中已知的。可如在例如PCT公开号WO 93/23569和WO 94/02595中所描述设计核酶并且合成以如在其中所描述的在体外和/或体内测试。这些PCT出版物的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
核酶活性可通过改变核酶结合臂的长度或化学合成具有防止其被血清核糖核酸酶降解的修饰的核酶(参见，例如PCT公开号WO 92/07065、WO 93/15187、WO 91/03162和WO94/13688；EP 92110298.4；以及美国专利号5,334,711，所述专利描述了可对酶促RNA分子的糖部分进行的各种化学修饰，所述专利的公开内容出于所有目的各自以引用的方式整体并入本文)，增强其在细胞中的功效的修饰以及去除茎II碱基以缩短RNA合成时间和减少化学需要来优化。
免疫刺激性寡核苷酸
与本发明的脂质颗粒缔合的核酸可为免疫刺激性的，包括在向受试者施用时能够诱导免疫应答的免疫刺激性寡核苷酸(ISS；单链或双链)，所述受试者可为哺乳动物如人。ISS包括例如导致发夹二级结构的某些回文序列(参见，Yamamoto等人,J.Immunol.,148:4072-6(1992))或CpG基序以及其他已知的ISS特征(如多G结构域；参见PCT公开号WO 96/11266，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文)。
免疫刺激性核酸被认为在不需要它们特异性结合靶序列和减少靶序列的表达以便引起免疫应答时为非序列特异性的。因此，某些免疫刺激性核酸可包含相应于天然存在的基因或mRNA的区的序列，但是它们可仍然认为是非序列特异性的免疫刺激性核酸。
在一个实施方案中，免疫刺激性核酸或寡核苷酸包含至少一个CpG二核苷酸。寡核苷酸或CpG二核苷酸可为未甲基化或甲基化的。在另一个实施方案中，免疫刺激性核酸包含至少一个具有甲基化的胞嘧啶的CpG二核苷酸。在一个实施方案中，核酸包含单个CpG二核苷酸，其中CpG二核苷酸中的胞嘧啶为甲基化的。在替代实施方案中，核酸包含至少两个CpG二核苷酸，其中CpG二核苷酸中的至少一个胞嘧啶为甲基化的。在另外的实施方案中，存在于序列中的CpG二核苷酸中的每个胞嘧啶均为甲基化的。在另一个实施方案中，核酸包含多个CpG二核苷酸，其中至少一个CpG二核苷酸包含甲基化的胞嘧啶。适合用于本发明的组合物和方法的免疫刺激性寡核苷酸的实例在2008年12月31日提交的PCT申请号PCT/US08/88676、PCT公开号WO 02/069369和WO 01/15726、美国专利号6,406,705以及Raney等人,J.Pharm.Exper.Ther.,298:1185-92(2001)中描述，所述文献的公开内容各自出于所有目的以引用的方式整体并入本文。在某些实施方案中，用于本发明的组合物和方法中的寡核苷酸具有磷酸二酯(“PO”)骨架或硫代磷酸酯(“PS”)骨架，和/或在CpG基序中具有至少一个甲基化的胞嘧啶残基。
mRNA
在某些实施方案中，核酸是一个或多个mRNA分子(例如，mRNA分子的混合物)。
对mRNA的修饰
在本发明的实践中使用的mRNA可包含一个、两个或多于两个核苷修饰。在一些实施方案中，相对于相应的未修饰的mRNA，修饰的mRNA在引入了mRNA的细胞中表现出降低的降解。
在一些实施方案中，修饰的核苷包括吡啶-4-酮核糖核苷、5-氮杂-尿苷、2-硫代-5-氮杂-尿苷、2-硫代尿苷、4-硫代-假尿苷、2-硫代-假尿苷、5-羟基尿苷、3-甲基尿苷、5-羧甲基-尿苷、1-羧甲基-假尿苷、5-丙炔基-尿苷、1-丙炔基-假尿苷、5-牛磺酸甲基尿苷、1-牛磺酸甲基-假尿苷、5-牛磺酸甲基-2-硫代-尿苷、1-牛磺酸甲基-4-硫代-尿苷、5-甲基-尿苷、1-甲基1-假尿苷、4-硫代-1-甲基1-假尿苷、2-硫代-1-甲基1-假尿苷、1-甲基1-1-脱氮-假尿苷、2-硫代-1-甲基-1-脱氮-假尿苷、二氢尿苷、二氢假尿苷、2-硫代-二氢尿苷、2-硫代-二氢假尿苷、2-甲氧基尿苷、2-甲氧基-4-硫代-尿苷、4-甲氧基-假尿苷和4-甲氧基-2-硫代-假尿苷。
在一些实施方案中，修饰的核苷包括5-氮杂-胞苷、假异胞苷、3-甲基-胞苷、N4-乙酰基胞苷、5-甲酰基胞苷、N4-甲基胞苷、5-羟甲基胞苷、1-甲基-假异胞苷、吡咯并-胞苷、吡咯并-假异胞苷、2-硫代-胞苷、2-硫代-5-甲基-胞苷、4-硫代-假异胞苷、4-硫代-1-甲基-假异胞苷、4-硫代-1-甲基-1-脱氮-假异胞苷、1-甲基-1-脱氮-假异胞苷、泽布拉恩、5-氮杂-泽布拉恩、5-甲基-泽布拉恩、5-氮杂-2-硫代-泽布拉恩、2-硫代-泽布拉恩、2-甲氧基-胞苷、2-甲氧基-5-甲基-胞苷、4-甲氧基-假异胞苷和4-甲氧基-1-甲基-假异胞苷。
在其他实施方案中，修饰的核苷包括2-氨基嘌呤、2,6-二氨基嘌呤、7-脱氮-腺嘌呤、7-脱氮-8-氮杂-腺嘌呤、7-脱氮-2-氨基嘌呤、7-脱氮-8-氮杂-2-氨基嘌呤、7-脱氮-2,6-二氨基嘌呤、7-脱氮-8-氮杂-2,6-二氨基嘌呤、1-甲基腺苷、N6-甲基腺苷、N6-异戊烯基腺苷、N6-(顺式-羟基异戊烯基)腺苷、2-甲硫基-N6-(顺式-羟基异戊烯基)腺苷、N6-甘氨酰基氨甲酰基腺苷、N6-苏氨酰基氨甲酰基腺苷、2-甲硫基-N6-苏氨酰基氨甲酰基腺苷、N6,N6-二甲基腺苷、7-甲基腺嘌呤、2-甲硫基-腺嘌呤和2-甲氧基-腺嘌呤。
在具体实施方案中，修饰的核苷是5'-0-(l-硫代磷酸酯)-腺苷、5'-0-(1-硫代磷酸酯)-胞苷、5'-0-(1-硫代磷酸酯)-鸟苷、5'-0-(1-硫代磷酸酯)-尿苷或5'-0-(1-硫代磷酸酯)-假尿苷。提供α-硫代取代的磷酸酯部分以便通过非天然的硫代磷酸酯主链键联来对RNA聚合物赋予稳定性。硫代磷酸酯RNA具有增加的核酸酶抗性并且因此在细胞环境中具有更长的半衰期。预期硫代磷酸酯连接的核酸还通过细胞先天性免疫分子的较弱结合/激活来减少先天性免疫应答。
在某些实施方案中，例如，如果需要精确的蛋白质生产时间，则希望在细胞内降解引入细胞中的修饰的核酸。因此，本发明提供一种含有降解结构域的修饰的核酸，所述降解结构域能够在细胞内以定向的方式被作用。
在其他实施方案中，修饰的核苷包括肌苷、1-甲基-肌苷、怀俄苷、怀丁苷、7-脱氮-鸟苷、7-脱氮-8-氮杂-鸟苷、6-硫代-鸟苷、6-硫代-7-脱氮-鸟苷、6-硫代-7-脱氮-8-氮杂-鸟苷、7-甲基-鸟苷、6-硫代-7-甲基-鸟苷、7-甲基肌苷、6-甲氧基-鸟苷、1-甲基鸟苷、N2-甲基鸟苷、N2,N2-二甲基鸟苷、8-氧代-鸟苷、7-甲基-8-氧代-鸟苷、1-甲基-6-硫代-鸟苷、N2-甲基-6-硫代-鸟苷和N2,N2-二甲基-6-硫代-鸟苷。
修饰的核酸的任选组分
在其他实施方案中，修饰的核酸可包括其他任选的组分，其在一些实施方案中可以是有益的。这些任选的组分包括但不限于非翻译区、kozak序列、内含子核苷酸序列、内部核糖体进入位点(IRES)、帽和多聚A尾。例如，可提供5'非翻译区(UTR)和/或3'UTR，其中任一者或两者可独立地含有一种或多种不同的核苷修饰。在此类实施方案中，核苷酸修饰还可存在于可翻译区中。还提供了含有Kozak序列的核酸。
另外，提供了含有一个或多个能够从核酸中切除的内含子核苷酸序列的核酸。
非翻译区(UTR)
基因的非翻译区(UTR)被转录但不被翻译。5'UTR始于转录起始位点，并且继续至起始密码子，但不包括起始密码子；而3'UTR在终止密码子之后立即开始，并且持续直到转录终止信号。越来越多的证据表明，UTR在核酸分子的稳定性和翻译方面起着调控作用。可将UTR的调控特征并入本发明中使用的mRNA中以增加分子的稳定性。在转录物被错误引导至所不希望的器官部位的情况下还可并入所述特定特征以确保转录物的受控下调。
5'加帽
mRNA的5′帽结构涉及核输出，从而增加mRNA稳定性，并且结合mRNA帽结合蛋白(CBP)，所述mRNA帽结合蛋白通过CBP与聚(A)结合蛋白缔合以形成成熟的环状mRNA物种来负责细胞中的mRNA稳定性和翻译能力。所述帽在mRNA剪接过程中进一步帮助去除5’近端内含子。
内源性mRNA分子可以是5'端加帽的，从而在末端鸟苷帽残基与mRNA分子的5'末端转录的有义核苷酸之间产生5'-ppp-5'-三磷酸酯键联。这种5’-鸟苷酸帽然后可被甲基化以便产生N7-甲基-鸟苷酸残基。mRNA的5'端的末端和/或前末端转录的核苷酸的核糖也可任选地2'-0-甲基化。通过鸟苷酸帽结构的水解和裂解进行的5'-脱帽可靶向降解的核酸分子，如mRNA分子。
IRES序列
含有内部核糖体进入位点(IRES)的mRNA也可用于实施本发明。IRES可用作唯一核糖体结合位点或可用作mRNA的多个核糖体结合位点之一。含有多于一个功能性核糖体结合位点的mRNA可编码独立地通过核糖体翻译的几种肽或多肽(“多顺反子mRNA”)。当mRNA具有IRES时，进一步任选地提供第二可翻译区。可根据本发明使用的IRES序列的实例包括但不限于来自以下病毒的那些：细小核糖核酸病毒(例如FMDV)、昆虫病毒(CFFV)、脊髓灰质炎病毒(PV)、脑心肌炎病毒(ECMV)、口蹄疫病毒(FMDV)、丙型肝炎病毒(HCV)、典型猪瘟病毒(CSFV)、鼠白血病病毒(MLV)、猿猴免疫缺陷病毒(S1V)或蟋蟀麻痹病毒(CrPV)。
多聚A尾
在RNA加工过程中，可将长链腺嘌呤核苷酸(多聚A尾)添加至多核苷酸如mRNA分子以便增加稳定性。紧随转录之后，转录物的3'端可被裂解以释放3'羟基。然后多聚A聚合酶将腺嘌呤核苷酸链添加至RNA。所述过程(称为多腺苷酸化)添加长度可介于100与250个残基之间的多聚A尾。
一般而言，多聚A尾的长度大于30个核苷酸。在另一个实施方案中，多聚A尾在长度上大于35个核苷酸(例如，至少或大于约35、40、45、50、55、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2,000、2,500以及3,000个核苷酸)。
在这种背景下，多聚A尾可在长度上大于修饰的mRNA 10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％。多聚A尾还可被设计为它所属的修饰的核酸的一部分。在这种背景下，多聚A尾可以是修饰的mRNA的总长度或修饰的mRNA减去多聚A尾的总长度的10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％或更多。
产生mRNA分子
用于分离RNA、合成RNA、杂交核酸、制造和筛选cDNA文库以及进行PCR的方法是本领域中熟知的(参见例如，Gubler和Hoffman,Gene,25:263-269(1983)；Sambrook等人,Molecular Cloning,A Laboratory Manual(第2版1989))；PCR方法同样如此(参见，美国专利号4,683,195和4,683,202；PCR Protocols:A Guide to Methods and Applications(Innis等人,编辑,1990))。表达文库也是本领域技术人员熟知的。公开了在本发明中使用的一般方法的另外基础文章包括Kriegler,Gene Transfer and Expression:ALaboratory Manual(1990)；和Current Protocols in Molecular Biology(Ausubel等人,编辑,1994)。这些参考文献的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
编码的多肽
本文所述的核酸-脂质颗粒的mRNA组分可用于表达目标多肽。人的某些疾病是由其中蛋白质正常存在且具有活性的细胞类型中的功能性蛋白的缺失或受损引起的。由于例如编码基因的转录失活或由于编码基因中存在使蛋白质完全或部分无功能的突变，因此功能性蛋白可完全或部分缺失。由蛋白质的完全或部分失活引起的人疾病的实例包括X连锁严重联合免疫缺陷症(X-SCID)和肾上腺脑白质营养不良(X-ALD)。X-SCID是由编码共同的γ链蛋白的基因中的一个或多个突变引起的，所述基因是参与免疫系统中B细胞和T细胞的发育和成熟的几种白细胞介素受体的组分。X-ALD是由称为ABCD1的过氧化物酶体膜转运蛋白基因中的一个或多个突变引起的。患有X-ALD的个体在整个身体的组织中都具有非常高水平的长链脂肪酸，其导致可能导致精神障碍或死亡的多种症状。
已经尝试使用基因疗法来治疗由其中蛋白质正常存在且具有活性的细胞类型中的功能性蛋白的缺乏或损害所引起的一些疾病。基因治疗通常包括将包含编码受影响蛋白质的功能形式的基因的载体引入患病的人，并且表达所述功能性蛋白以治疗所述疾病。迄今为止，基因治疗取得了有限的成功。另外，例如在国际公开号WO 2018/006052和WO 2015/011633中描述了使用LNP递送mRNA的某些方面。
如此，持续需要改进以在患有由功能性蛋白的完全或部分缺失引起的疾病的人中表达蛋白质的功能性形式，并且需要通过例如可触发更少的对疗法的免疫应答的方法和组合物进行的改进的核酸(例如，mRNA)递送。本发明的某些实施方案在此背景下是有用的。因此，在某些实施方案中，多肽的表达改善疾病或病症的一种或多种症状。本发明的某些组合物和方法可用于治疗由人体内功能性多肽的缺乏或水平降低引起的人疾病。在其他实施方案中，本发明的某些组合物和方法可适用作疫苗，例如用于表达例如用于治疗癌症的疫苗抗原。
自我扩增RNA
在某些实施方案中，核酸是一种或多种自我扩增RNA分子。自我扩增RNA(sa-RNA)也可称为自我复制RNA、具有复制能力的RNA、复制子或RepRNA。RepRNA(称为自我扩增mRNA)当来源于正链病毒时，是从缺乏至少一种结构基因的病毒基因组产生的；它可翻译和复制(因此“自我扩增”)而不会产生传染性子代病毒。在某些实施方案中，RepRNA技术可用于插入编码所需目标抗原的基因盒。例如，甲病毒基因组被分为两个开放阅读框(ORF)：第一ORF编码RNA依赖性RNA聚合酶(复制酶)的蛋白，并且第二ORF编码结构蛋白。在sa-RNA疫苗构建体中，编码病毒结构蛋白的ORF可用任何选择的抗原替代，而病毒复制酶仍然是疫苗的组成部分，并且在免疫后驱动RNA的细胞内扩增。
其他活性剂
在某些实施方案中，与本发明的脂质颗粒缔合的活性剂可包含一种或多种治疗性蛋白、多肽或小的有机分子或化合物。此类治疗有效剂或药物的非限制性实例包括肿瘤药物(例如，化学治疗药物、激素治疗剂、免疫治疗剂、放射治疗剂等)、降脂剂、抗病毒药物、抗炎性化合物、抗抑郁剂、兴奋剂、止痛剂、抗生素、节育药剂、退热剂、血管扩张剂、抗血管生成剂、细胞血管剂(cytovascular agent)、信号转导抑制剂、心血管药物如抗心律不齐剂、激素、血管收缩剂和类固醇。这些活性剂可在本发明的脂质颗粒中单独施用或与包含核酸如干扰RNA或mRNA的本发明脂质颗粒组合施用(例如，共同施用)。
化学治疗药物的非限制性实例包括基于铂的药物(例如，奥沙利铂、顺铂、卡铂、螺铂、异丙铂、沙铂等)、烷化剂(例如，环磷酰胺、异环磷酰胺、苯丁酸氮芥、白消安、美法仑、氮芥、乌拉莫司汀(uramustine)、塞替派、亚硝基脲等)、抗代谢物(例如，5-氟尿嘧啶(5-FU)、硫唑嘌呤、甲氨蝶呤、甲酰四氢叶酸、卡培他滨、阿糖胞苷、氟尿苷、氟达拉滨、吉西他滨、培美曲塞、雷替曲塞等)、植物生物碱(例如，长春新碱、长春碱、长春瑞滨、长春地辛、鬼臼毒素、紫杉醇(紫杉酚)、多西他赛等)、拓扑异构酶抑制剂(例如，伊立替康(CPT-11；盐酸伊立替康(Camptosar))、托泊替康、安吖啶、依托泊苷(VP16)、磷酸依托泊苷、替尼泊苷等)、抗肿瘤抗生素(例如，多柔比星、阿霉素、柔红霉素、表柔比星、放线菌素、博来霉素、丝裂霉素、米托蒽醌、普卡霉素等)、酪氨酸激酶抑制剂(例如，吉非替尼
Figure BDA0004038514880000831
舒尼替尼(
Figure BDA0004038514880000832
SU11248)、厄洛替尼(
Figure BDA0004038514880000833
OSI-1774)、拉帕替尼(lapatinib)(GW572016；GW2016)、卡奈替尼(canertinib)(CI 1033)、司马沙尼(semaxinib)(SU5416)、瓦他拉尼(vatalanib)(PTK787/ZK222584)、索拉非尼(BAY 43-9006)、伊马替尼(
Figure BDA0004038514880000841
STI571)、达沙替尼(BMS-354825)、来氟米特(SU101)、凡德他尼(vandetanib)(ZactimaTM；ZD6474)等)、其药学上可接受的盐、其立体异构体、其衍生物、其类似物及其组合。
常规激素治疗剂的实例包括但不限于类固醇(例如，地塞米松)、非那雄胺、芳香酶抑制剂、他莫昔芬和戈舍瑞林以及其他促性腺激素释放激素激动剂(GnRH)。
常规免疫治疗剂的实例包括但不限于免疫刺激剂(例如，卡介苗(BCG)、左旋咪唑、白细胞介素-2、α-干扰素等)、单克隆抗体(例如，抗CD20、抗HER2、抗CD52、抗HLA-DR以及抗VEGF单克隆单体)、免疫毒素(例如，抗CD33单克隆抗体-加利车霉素(calicheamicin)缀合物、抗CD22单克隆抗体-假单胞菌外毒素缀合物等)以及放射免疫疗法(例如，缀合至111In、90Y或131I等的抗CD20单克隆抗体)。
常规放射治疗剂的实例包括但不限于放射性核素，如47Sc、64Cu、67Cu、89Sr、86Y、87Y、90Y、105Rh、111Ag、111In、117mSn、149Pm、153Sm、166Ho、177Lu、186Re、188Re、211At和212Bi，任选地缀合至针对肿瘤抗原的抗体
根据本发明可使用的另外肿瘤药物包括但不限于爱克兰、别嘌呤醇、六甲蜜胺、氨磷汀、阿那曲唑、araC、三氧化二砷、贝沙罗汀、biCNU、卡莫司汀、CCNU、塞来昔布、克拉屈滨、环孢菌素A、阿糖胞苷、环磷酰胺、右雷佐生、DTIC、雌莫司汀、依西美坦、FK506、吉妥珠单抗-奥佐米星、羟基脲、羟基脲、伊达比星、干扰素、来曲唑、克拉立平、亮丙瑞林、阿利维A酸、甲地孕酮、L-PAM、美司钠、甲氧沙林、普卡霉素、氮芥、帕米膦酸盐、培加酶、喷司他丁、卟吩姆钠、泼尼松、美罗华、链佐星、STI-571、泰索帝、替莫唑胺、VM-26、托瑞米芬、维甲酸、ATRA、戊柔比星以及长春碱。根据本发明可使用的肿瘤药物的其他实例为玫瑰树碱(ellipticin)和玫瑰树碱类似物或衍生物、埃坡霉素(epothilone)、细胞内激酶抑制剂以及喜树碱(camptothecin)。
用于治疗与升高的甘油三酯、胆固醇和/或葡萄糖相关的脂质疾病或病症的降脂剂的非限制性实例包括他汀类药物、贝特类药物、依泽替米贝、噻唑烷二酮、烟酸、β-阻断剂、硝化甘油、钙拮抗剂、鱼油及其混合物。
抗病毒药物的实例包括但不限于阿巴卡韦(abacavir)、阿昔洛韦(aciclovir)、无环鸟苷(acyclovir)、阿德福韦(adefovir)、金刚烷胺(amantadine)、安泼那韦(amprenavir)、阿比多尔(arbidol)、阿扎那韦(atazanavir)、立普妥(atripla)、西多福韦(cidofovir)、可比韦(combivir)、达芦那韦(darunavir)、地拉韦啶(delavirdine)、地达诺新(didanosine)、二十二烷醇、依度尿苷(edoxudine)、依法韦仑(efavirenz)、恩曲他滨(emtricitabine)、恩夫韦地(enfuvirtide)、恩替卡韦(entecavir)、进入抑制剂、泛昔洛韦(famciclovir)、固定剂量组合、福米韦生(fomivirsen)、福沙那韦(fosamprenavir)、膦甲酸(foscarnet)、膦乙酸(fosfonet)、融合抑制剂、更昔洛韦(ganciclovir)、伊巴他滨(ibacitabine)、异丙肌苷(immunovir)、碘苷(idoxuridine)、咪喹莫特(imiquimod)、茚地那韦(indinavir)、肌苷、整合酶抑制剂、III型干扰素(例如，IFN-λ分子如IFN-λ1、IFN-λ2和IFN-λ3)、II型干扰素(例如，IFN-γ)、I型干扰素(例如，IFN-α如PEG化的IFN-α、IFN-β、IFN-κ、IFN-δ、IFN-ε、IFN-τ、IFN-ω和IFN-ζ)、干扰素、拉米夫定(lamivudine)、洛匹那韦(lopinavir)、洛韦胺(loviride)、MK-0518、马拉韦罗(maraviroc)、吗啉胍(moroxydine)、奈非那韦(nelfinavir)、奈韦拉平(nevirapine)、nexavir、核苷类似物、奥塞米韦(oseltamivir)、喷昔洛韦(penciclovir)、帕拉米韦(peramivir)、普来可那立(pleconaril)、鬼臼毒素、蛋白酶抑制剂、逆转录酶抑制剂、利巴韦林(ribavirin)、金刚乙烷、利托那韦(ritonavir)、沙奎那韦(saquinavir)、司他夫定(stavudine)、协同增强剂、替诺福韦(tenofovir)、替诺福韦酯(tenofovir disoproxil)、替拉那韦(tipranavir)、曲氟尿苷(trifluridine)、三协唯(trizivir)、曲金刚胺(tromantadine)、特鲁瓦达(truvada)、伐昔洛韦(valaciclovir)、缬更昔洛韦(valganciclovir)、维立韦罗(vicriviroc)、阿糖腺苷、韦拉米定(viramidine)、扎西他滨(zalcitabine)、扎那米韦(zanamivir)、齐多夫定(zidovudine)、其药学上可接受的盐、其立体异构体、其衍生物、其类似物及其混合物。
脂质颗粒
本发明的脂质颗粒通常包含活性剂或治疗剂、阳离子脂质、非阳离子脂质以及抑制颗粒聚集的缀合的脂质。在一些实施方案中，活性剂或治疗剂被完全包封在脂质颗粒的脂质部分内，使得脂质颗粒中的活性剂或治疗剂在水溶液中对例如由核酸酶或蛋白酶引起的酶促降解有抗性。在其他实施方案中，本文描述的脂质颗粒对哺乳动物如人基本无毒。本发明的脂质颗粒通常具有约40nm至约150nm、约50nm至约150nm、约60nm至约130nm、约70nm至约110nm或约70nm至约90nm的平均直径。
在某些实施方案中，本发明的脂质颗粒是血清稳定的核酸-脂质颗粒(LNP)，其包含一种或多种核酸分子，如干扰RNA(例如，siRNA、aiRNA和/或miRNA)或mRNA；阳离子脂质(例如，式I、II和/或III的阳离子脂质)；非阳离子脂质(例如，单独胆固醇或一种或多种磷脂与胆固醇的混合物)；以及抑制颗粒聚集的缀合脂质(例如，一种或多种PEG-脂质缀合物)。LNP可包含至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个未修饰和/或修饰的核酸分子。核酸-脂质颗粒和其制备方法在例如美国专利号5,753,613；5,785,992；5,705,385；5,976,567；5,981,501；6,110,745和6,320,017以及PCT公开号WO 96/40964中描述，所述专利的公开内容出于所有目的各自以引用的方式整体并入本文。
阳离子脂质
在脂质纳米颗粒中，在某些实施方案中，阳离子脂质可选自式(I)化合物：
Figure BDA0004038514880000871
其中：
R1是C2-C30烃基；
R2是C2-C30烃基；
R3是C2-C30烃基；
X是二价C2-C8烷基；
R4是NRaRb；并且
每个Ra和Rb独立地选自由以下组成的组：甲基、乙基、丙基、环丙基和丁基，所述甲基、乙基、丙基、环丙基和丁基任选地被羟基取代；或者Ra和Rb与它们所连接的氮一起形成氮丙啶、氮杂环丁烷、脯氨酸、哌啶、哌嗪或吗啉环，所述环任选地被羟基或C1-C6烷基取代，所述烷基任选地被羟基取代。
在一个实施方案中，R1是C2-C20烃基。
在一个实施方案中，R1是C2-C15烃基。
在一个实施方案中，R1是C2-C10烃基。
在一个实施方案中，R1是C5-C20烃基。
在一个实施方案中，R1是(C2-C20)烷基、(C2-C20)烯基或(C2-C20)炔基
在一个实施方案中，R1是(C8-C20)烷基。
在一个实施方案中，R1是(C8-C20)烯基。
在一个实施方案中，R1是(C8-C20)炔基。
在一个实施方案中，R1是(C8-C20)烯基，具有仅一个双键。
在一个实施方案中，R1是(Z)-4-癸烯-1-基、1-壬基、3-十一烷基、1-癸基、6(Z),15(Z)-二十一碳二烯-11-基、3-己烯-1-基、9(Z)-十八碳烯-1-基或2-丁基辛-1-基、4-(1-甲基乙烯基)环己烯-1-基甲基。
在一个实施方案中，R2是C2-C20烃基。
在一个实施方案中，R2是C2-C15烃基。
在一个实施方案中，R2是C2-C10烃基。
在一个实施方案中，R2是C5-C20烃基。
在一个实施方案中，R2是(C2-C20)烷基、(C2-C20)烯基或(C2-C20)炔基
在一个实施方案中，R2是(C8-C20)烷基。
在一个实施方案中，R2是(C8-C20)烯基。
在一个实施方案中，R2是(C8-C20)炔基。
在一个实施方案中，R2是(C8-C20)烯基，具有仅一个双键。
在一个实施方案中，R2是(Z)-4-癸烯-1-基、1-壬基、3-十一烷基、1-癸基、6(Z),15(Z)-二十一碳二烯-11-基、3-己烯-1-基、9(Z)-十八碳烯-1-基或2-丁基辛-1-基、4-(1-甲基乙烯基)环己烯-1-基甲基。
在一个实施方案中，R3是C2-C20烃基。
在一个实施方案中，R3是C2-C15烃基。
在一个实施方案中，R3是C2-C10烃基。
在一个实施方案中，R3是C5-C20烃基。
在一个实施方案中，R3是(C2-C20)烷基、(C2-C20)烯基或(C2-C20)炔基
在一个实施方案中，R3是(C8-C20)烷基。
在一个实施方案中，R3是(C8-C20)烯基。
在一个实施方案中R3是(C8-C20)炔基。
在一个实施方案中，R3是(C8-C20)烯基，具有仅一个双键。
在一个实施方案中，R3是(Z)-4-癸烯-1-基、1-壬基、3-十一烷基、1-癸基、6(Z),15(Z)-二十一碳二烯-11-基、3-己烯-1-基、9(Z)-十八碳烯-1-基、金刚烷基-1-基甲基、2-丁基辛-1-基、(Z)-2-((Z)-癸-4-烯-1-基)二十二-6-烯-1-基或4-(丙-1-烯-2-基)环己-1-烯-1-基)甲基。
在一个实施方案中，X是二价C2-C6烷基。
在一个实施方案中，X是二价C3-C5烷基。
在一个实施方案中，X是–CH2CH2CH2-。
在一个实施方案中，X是–CH2CH2CH2CH2-。
在一个实施方案中，X是–CH2CH2CH2 CH2CH2-。
在一个实施方案中，每个Ra和Rb独立地选自由以下组成的组：甲基、乙基、丙基、环丙基和丁基，所述甲基、乙基、丙基、环丙基和丁基任选地被羟基取代。
在一个实施方案中，Ra和Rb与它们所连接的氮一起形成氮丙啶、氮杂环丁烷、脯氨酸、哌啶、哌嗪或吗啉环，所述环任选地被羟基或C1-C6烷基取代，所述烷基任选地被羟基取代。
在一个实施方案中，每个Ra和Rb独立地选自由甲基和乙基组成的组。
在一个实施方案中，R4是二甲氨基。
非阳离子脂质
用于本发明的脂质颗粒(例如，LNP)中的非阳离子脂质可为能够产生稳定复合体的任何各种中性不带电荷、两性离子或阴离子脂质。
非阳离子脂质的非限制性实例包括磷脂如卵磷脂、磷脂酰乙醇胺、溶血卵磷脂、溶血磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、鞘磷脂、卵鞘磷脂(ESM)、脑磷脂、心磷脂、磷脂酸、脑苷脂、磷酸二鲸蜡酯、二硬脂酰磷脂酰胆碱(DSPC)、二油酰磷脂酰胆碱(DOPC)、二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、二油酰磷脂酰甘油(DOPG)、二棕榈酰磷脂酰甘油(DPPG)、二油酰磷脂酰乙醇胺(DOPE)、棕榈酰油酰基-磷脂酰胆碱(POPC)、棕榈酰油酰基-磷脂酰乙醇胺(POPE)、棕榈酰油酰基-磷脂酰甘油(POPG)、二油酰磷脂酰乙醇胺4-(N-马来酰亚胺基甲基)-环己烷-1-羧酸酯(DOPE-mal)、二棕榈酰基-磷脂酰乙醇胺(DPPE)、二肉豆蔻酰基-磷脂酰乙醇胺(DMPE)、二硬脂酰基-磷脂酰乙醇胺(DSPE)、单甲基-磷脂酰乙醇胺、二甲基-磷脂酰乙醇胺、二反式油酰基-磷脂酰乙醇胺(DEPE)、硬脂酰油酰基-磷脂酰乙醇胺(SOPE)、溶血磷脂酰胆碱、二亚油酰基磷脂酰胆碱及其混合物。还可使用其他二酰基磷脂酰胆碱和二酰基磷脂酰乙醇胺磷脂。这些脂质中的酰基优选地为衍生自具有C10-C24碳链的脂肪酸的酰基，例如月桂酰基、肉豆蔻酰基、棕榈酰基、硬脂酰基或油酰基。
非阳离子脂质的另外实例包括固醇，如胆固醇及其衍生物，如胆固醇、胆甾烷酮、胆甾烯酮、粪固醇、胆固醇基-2'-羟乙基醚、胆固醇基-4'-羟丁基醚以及它们的混合物。
在一些实施方案中，存在于脂质颗粒(例如，LNP)中的非阳离子脂质包含胆固醇或其衍生物或由其组成，例如不含磷脂的脂质颗粒制剂。在其他实施方案中，存在于脂质颗粒(例如，LNP)中的非阳离子脂质包含一种或多种磷脂或由其组成，例如不含胆固醇的脂质颗粒制剂。在其他实施方案中，存在于脂质颗粒(例如，LNP)中的非阳离子脂质包含一种或多种磷脂和胆固醇或其衍生物的混合物或由其组成。
适合用于本发明的非阳离子脂质的其他实例包括不含磷的脂质例如像硬脂胺、十二烷基胺、十六烷基胺、乙酰基棕榈酸酯、甘油蓖麻醇酸酯(glycerolricinoleate)、硬脂酸十六烷基酯、肉豆蔻酸异丙酯、两性丙烯酸聚合物、十二烷基硫酸三乙醇胺、烷基-芳基硫酸酯聚乙氧基化脂肪酸酰胺、双十八烷基二甲基溴化铵、神经酰胺、鞘磷脂等。
在一些实施方案中，非阳离子脂质包含存在于颗粒中的总脂质的约13mol％至约49.5mol％、约20mol％至约45mol％、约25mol％至约45mol％、约30mol％至约45mol％、约35mol％至约45mol％、约20mol％至约40mol％、约25mol％至约40mol％或约30mol％至约40mol％(或其任何分数或其中的范围)。
在某些实施方案中，存在于不含磷脂的脂质颗粒中的胆固醇包含存在于所述颗粒中的总脂质的约30mol％至约45mol％、约30mol％至约40mol％、约35mol％至约45mol％或约35mol％至约40mol％。作为非限制性实例，不含磷脂的脂质颗粒可包含存在于颗粒中的总脂质的约37mol％的胆固醇。
在某些其他实施方案中，存在于含有磷脂和胆固醇的混合物的脂质颗粒中的胆固醇包含存在于所述颗粒中的总脂质的约30mol％至约40mol％、约30mol％至约35mol％或约35mol％至约40mol％。作为非限制性实例，包含磷脂和胆固醇的混合物的脂质颗粒可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约34mol％的胆固醇。
在其他实施方案中，存在于含有磷脂和胆固醇的混合物的脂质颗粒中的胆固醇包含存在于所述颗粒中的总脂质的约10mol％至约30mol％、约15mol％至约25mol％或约17mol％至约23mol％。作为非限制性实例，包含磷脂和胆固醇的混合物的脂质颗粒可包含存在于所述颗粒中的总脂质的约20mol％的胆固醇。
在其中脂质颗粒含有磷脂和胆固醇或胆固醇衍生物的混合物的实施方案中，混合物可包含存在于颗粒中的总脂质的高达至约40mol％、45mol％、50mol％、55mol％或60mol％。在某些实例中，混合物中的磷脂组分可包含存在于颗粒中的总脂质的约2mol％至约12mol％、约4mol％至约10mol％、约5mol％至约10mol％、约5mol％至约9mol％或约6mol％至约8mol％。作为非限制性实例，包含磷脂和胆固醇的混合物的脂质颗粒可包含存在于颗粒中的总脂质的约7mol％的磷脂如DPPC或DSPC(例如，在具有约34mol％胆固醇的混合物中)。在某些其他实例中，混合物中的磷脂组分可包含存在于颗粒中的总脂质的约10mol％至约30mol％、约15mol％至约25mol％或约17mol％至约23mol％。作为另一个非限制性实例，包含磷脂和胆固醇的混合物的脂质颗粒可包含存在于颗粒中的总脂质的约20mol％的磷脂如DPPC或DSPC(例如，在具有约20mol％胆固醇的混合物中)。
脂质缀合物
除了阳离子脂质和非阳离子脂质外，本发明的脂质颗粒(例如，LNP)还可包含脂质缀合物。缀合的脂质是有用的，因为它防止了颗粒的聚集。适合的缀合的脂质包括但不限于PEG-脂质缀合物、ATTA-脂质缀合物、阳离子聚合物-脂质缀合物(CPL)以及它们的混合物。在某些实施方案中，颗粒包含PEG-脂质缀合物或ATTA-脂质缀合物连同CPL。
在某一实施方案中，脂质缀合物是PEG-脂质。PEG-脂质的实例包括但不限于如在例如PCT公开号WO 05/026372中所描述的偶联至二烷基氧基丙基的PEG(PEG-DAA)、如在例如美国专利公开号20030077829和2005008689中所描述的偶联至二酰基甘油的PEG(PEG-DAG)、偶联至磷脂如磷脂酰乙醇胺的PEG(PEG-PE)、如在例如美国专利号5,885,613中所描述的缀合至神经酰胺的PEG、缀合至胆固醇或其衍生物的PEG以及它们的混合物。这些专利文件的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。另外的PEG-脂质包括但不限于PEG-C-DOMG、2KPEG-DMG以及它们的混合物。
PEG为具有两个末端羟基的亚乙基PEG重复单元的线性、水溶性聚合物。通过其分子量对PEG分类；例如PEG 2000的平均分子量为约2,000道尔顿，并且PEG 5000的平均分子量为约5,000道尔顿。PEG可从Sigma Chemical Co.和其他公司商购获得，并且包括例如以下：单甲氧基聚乙二醇(MePEG-OH)、单甲氧基聚乙二醇-琥珀酸酯(MePEG-S)、单甲氧基聚乙二醇-琥珀酰亚胺琥珀酸酯(MePEG-S-NHS)、单甲氧基聚乙二醇-胺(MePEG-NH2)、单甲氧基聚乙二醇-三苯甲酸酯(MePEG-TRES)和单甲氧基聚乙二醇-咪唑基-羰基(MePEG-IM)。如在美国专利号6,774,180和7,053,150中描述的那些的其他PEG(例如，mPEG(20KDa)胺)也有用于制备本发明的PEG-脂质缀合物。这些专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。另外，单甲氧基聚乙二醇乙酸(MePEG-CH2COOH)特别有用于制备PEG-脂质缀合物包括例如PEG-DAA缀合物。
本文描述的PEG-脂质缀合物的PEG部分可包含约550道尔顿至约10,000道尔顿范围内的平均分子量。在某些实例中，PEG部分具有约750道尔顿至约5,000道尔顿(例如，约1,000道尔顿至约5,000道尔顿、约1,500道尔顿至约3,000道尔顿、约750道尔顿至约3,000道尔顿、约750道尔顿至约2,000道尔顿等)的平均分子量。在某些实施方案中，PEG部分具有约2,000道尔顿或约750道尔顿的平均分子量。
在某些实例中，PEG可任选地被烷基、烷氧基、酰基或芳基取代。PEG可直接缀合至脂质或可经由接头部分连接至脂质。可使用适合用于将PEG偶联至脂质的任何接头部分，包括例如含有非酯的接头部分和含酯接头部分。在某一实施方案中，接头部分是含有非酯的接头部分。如本文所使用，术语“含有非酯的接头部分”是指不含有羧酸酯键(—OC(O)—)的接头部分。适合的含有非酯的接头部分包括但不限于酰胺基(—C(O)NH—)、氨基(—NR—)、羰基(—C(O)—)、氨基甲酸酯(—NHC(O)O—)、脲(—NHC(O)NH—)、二硫化物(—S—S—)、醚(—O—)、琥珀酰基(—(O)CCH2CH2C(O)—)、琥珀酰胺基(—NHC(O)CH2CH2C(O)NH—)、醚、二硫化物以及它们的组合(如含有氨基甲酸酯接头部分和酰胺基接头部分的接头)。在某一实施方案中，氨基甲酸酯接头用来将PEG偶联至脂质。
在其他实施方案中，含酯接头部分用来将PEG偶联至脂质。适合的含酯接头部分包括例如碳酸酯(—OC(O)O—)、琥珀酰基、磷酸酯(—O—(O)POH—O—)、磺酸酯以及它们的组合。
适用于本发明中的另外PEG-脂质缀合物包括但不限于下式的化合物：
A-B-C
或其盐，其中：
A是(C1-C6)烷基、(C3-C8)环烷基、(C3-C8)环烷基(C1-C6)烷基、(C1-C6)烷氧基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C1-C6)烷酰基、(C1-C6)烷氧基羰基、(C1-C6)烷硫基或(C2-C6)烷酰基氧基，其中任何(C1-C6)烷基、(C3-C8)环烷基、(C3-C8)环烷基(C1-C6)烷基、(C1-C6)烷氧基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C1-C6)烷酰基、(C1-C6)烷氧基羰基、(C1-C6)烷硫基和(C2-C6)烷酰基氧基被一个或多个阴离子前体基团取代，并且其中任何(C1-C6)烷基、(C3-C8)环烷基、(C3-C8)环烷基(C1-C6)烷基、(C1-C6)烷氧基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C1-C6)烷酰基、(C1-C6)烷氧基羰基、(C1-C6)烷硫基和(C2-C6)烷酰基氧基任选地被一个或多个独立地选自由以下组成的组的基团取代：卤基、羟基、(C1-C3)烷氧基、(C1-C6)烷酰基、(C1-C3)烷氧基羰基、(C1-C3)烷硫基或(C2-C3)烷酰基氧基；
B是具有约550道尔顿至约10,000道尔顿的分子量的聚乙二醇链；
C是–L-Ra
L选自由以下组成的组：直接键、-C(O)O-、-C(O)NRb-、-NRb-、-C(O)-、-NRbC(O)O-、-NRbC(O)NRb-、-S-S-、-O-、-(O)CCH2CH2C(O)-和-NHC(O)CH2CH2C(O)NH-；
Ra是支链(C10-C50)烷基或支链(C10-C50)烯基，其中所述支链(C10-C50)烷基或支链(C10-C50)烯基的一个或多个碳原子已被–O-替代；以及
每个Rb独立地是H或(C1-C6)烷基。
缀合的脂质可包含PEG-脂质，包括例如式A-PEG-二酰基甘油(DAG)、A-PEG二烷基氧基丙基(DAA)、A-PEG-磷脂、A-PEG-神经酰胺(Cer)或它们的混合物，其中A是(C1-C6)烷基、(C3-C8)环烷基、(C3-C8)环烷基(C1-C6)烷基、(C1-C6)烷氧基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C1-C6)烷酰基、(C1-C6)烷氧基羰基、(C1-C6)烷硫基或(C2-C6)烷酰基氧基，其中任何(C1-C6)烷基、(C3-C8)环烷基、(C3-C8)环烷基(C1-C6)烷基、(C1-C6)烷氧基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C1-C6)烷酰基、(C1-C6)烷氧基羰基、(C1-C6)烷硫基和(C2-C6)烷酰基氧基被一个或多个阴离子前体基团取代，并且其中任何(C1-C6)烷基、(C3-C8)环烷基、(C3-C8)环烷基(C1-C6)烷基、(C1-C6)烷氧基、(C2-C6)烯基、(C2-C6)炔基、(C1-C6)烷酰基、(C1-C6)烷氧基羰基、(C1-C6)烷硫基和(C2-C6)烷酰基氧基任选地被一个或多个独立地选自由以下组成的组的基团取代：卤基、羟基、(C1-C3)烷氧基、(C1-C6)烷酰基、(C1-C3)烷氧基羰基、(C1-C3)烷硫基或(C2-C3)烷酰基氧基。A-PEG-DAA缀合物可以是A-PEG-二月桂基氧基丙基(C12)，A-PEG-二肉豆蔻基氧基丙基(C14)、A-PEG-二棕榈基氧基丙基(C16)或A-PEG-二硬脂基氧基丙基(C18)或它们的混合物。
具有不同链长度和饱和度的各种酰基链基团的磷脂酰乙醇胺可缀合至PEG以形成脂质缀合物。此类磷脂酰乙醇胺是可商购的，或者可使用本领域技术人员已知的常规技术分离或合成。优选的是含有饱和或不饱和脂肪酸且碳链长度在C10至C20范围内的磷脂酰乙醇胺。还可使用具有单不饱和脂肪酸或双不饱和脂肪酸以及饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的混合物的磷脂酰乙醇胺。适合的磷脂酰乙醇胺包括但不限于二肉豆蔻酰基-磷脂酰乙醇胺(DMPE)、二棕榈酰基-磷脂酰乙醇胺(DPPE)、二油酰基磷脂酰乙醇胺(DOPE)以及二硬脂酰基-磷脂酰乙醇胺(DSPE)。
术语“ATTR”或“聚酰胺”是指但不限于在美国专利号6,320,017和6,586,559中描述的化合物，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。这些化合物包括具有下式的化合物：
Figure BDA0004038514880000961
其中R是选自由氢、烷基和酰基组成的组的成员；R1是选自由氢和烷基组成的组的成员；或任选地，R和R1以及它们结合的氮形成叠氮基部分；R2是选自氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基以及氨基酸的侧链的组的成员；R3是选自由氢、卤素、羟基、烷氧基、巯基、肼基、氨基和NR4R5组成的组的成员，其中R4和R5独立地是氢或烷基；n是4至80；m是2至6；p是1至4；并且q是0或1。本领域技术人员将清楚其他聚酰胺可用于本发明的化合物中。
术语“二酰基甘油”是指具有2个脂肪酰基链R1和R2(所述脂肪酰基链均独立地具有通过酯键联结合至甘油的1-位置和2-位置的介于2与30个之间的碳)的化合物。酰基可是饱和的或具有不同的不饱和度。合适的酰基包括但不限于月桂基(C12)、肉豆蔻基(C14)、棕榈基(C16)、硬脂基(C18)和二十烷基(C20)。在某些实施方案中，R1和R2是相同的，即R1和R2两者均是肉豆蔻基(即二肉豆蔻基)，R1和R2两者均是硬脂基(即二硬脂基)，等等。二酰基甘油具有以下通式：
Figure BDA0004038514880000971
术语“二烷基氧基丙基”是指具有2个烷基链R1和R2(所述烷基链均独立地具有介于2个与30个之间的碳)的化合物。烷基可为饱和的或具有不同的不饱和度。二烷基氧基丙基具有以下通式：
Figure BDA0004038514880000972
在某一实施方案中，PEG-脂质为具有下式的PEG-DAA缀合物：
Figure BDA0004038514880000973
其中R1和R2被独立地选择并且为具有约10至约22个碳原子的长链烷基；PEG是聚乙二醇；并且L是如上所述的含有非酯的接头部分或含酯接头部分。长链烷基可为饱和或不饱和的。合适的烷基包括但不限于月桂基(C12)、肉豆蔻基(C14)、棕榈基(C16)、硬脂基(C18)和二十烷基(C20)。在某些实施方案中，R1和R2是相同的，即R1和R2两者均是肉豆蔻基(即二肉豆蔻基)，R1和R2两者均是硬脂基(即二硬脂基)，等等。
在以上的式VII中，PEG具有在约550道尔顿至约10,000道尔顿范围内的平均分子量。在某些实例中，PEG具有约500道尔顿至约5,000道尔顿(例如，约1,000道尔顿至约5,000道尔顿、约1,500道尔顿至约3,000道尔顿、约750道尔顿至约3,000道尔顿、约750道尔顿至约2,000道尔顿等)的平均分子量。在某些实施方案中，PEG具有约2,000道尔顿或约750道尔顿的平均分子量。PEG可任选地被烷基、烷氧基、酰基或芳基取代。在某些实施方案中，末端羟基被甲氧基或甲基取代。
在某一实施方案中，“L”是含有非酯的接头部分。适合的含有非酯的接头包括但不限于酰胺基接头部分、氨基接头部分、羰基接头部分、氨基甲酸酯接头部分、脲接头部分、醚接头部分、二硫化物接头部分、琥珀酰胺基接头部分及其组合。在某一实施方案中，含有非酯的接头部分是氨基甲酸酯接头部分(即，PEG-C-DAA缀合物)。在另一个实施方案中，含有非酯的接头部分是酰胺基接头部分(即，PEG-A-DAA缀合物)。在又另一个实施方案中，含有非酯的接头部分是琥珀酰胺基接头部分(即，PEG-S-DAA缀合物)。
在特定实施方案中，PEG-脂质缀合物选自：
Figure BDA0004038514880000981
在一个实施方案中，选择n，使得所得聚合物链具有约2000的分子量。
使用本领域技术人员已知的标准技术和试剂合成PEG-DAA缀合物。将认识到PEG-DAA缀合物将含有各种酰胺、胺、醚、硫基、氨基甲酸酯和脲键。本领域技术人员将认识到用于形成这些键的方法和试剂为熟知的并且容易获得。参见，例如March,ADVANCED ORGANICCHEMISTRY(Wiley 1992)；Larock,COMPREHENSIVE ORGANIC TRANSFORMATIONS(VCH 1989)；以及Furniss,VOGEL'S TEXTBOOK OF PRACTICAL ORGANIC CHEMISTRY,第5版(Longman1989)。还将了解，存在的任何官能团可在合成PEG-DAA缀合物中的不同点处需要保护和去保护。本领域技术人员将认识到此类技术为熟知的。参见，例如Green和Wuts,PROTECTIVEGROUPS IN ORGANIC SYNTHESIS(Wiley 1991)。
优选地，PEG-DAA缀合物是二月桂基氧基丙基(C12)-PEG缀合物、二肉豆蔻基氧基丙基(C14)-PEG缀合物、二棕榈基氧基丙基(C16)-PEG缀合物或二硬脂基氧基丙基(C18)-PEG缀合物。本领域技术人员将很容易了解到，其他二烷基氧基丙基可用于本发明的PEG-DAA缀合物中。
除了上述内容之外，本领域技术人员将很容易清楚其他亲水聚合物可代替PEG而使用。可代替PEG而使用的适合的聚合物的实例包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基噁唑啉、聚乙基噁唑啉、聚羟丙基甲基丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺和聚二甲基丙烯酰胺、聚乳酸、聚乙醇酸以及衍生的纤维素如羟甲基纤维素或羟乙基纤维素。
聚阳离子部分上的电荷可分布在整个颗粒部分周围，或可选地，它们可在颗粒部分的一个具体区域中为不连续浓度的电荷密度，例如电荷尖峰(charge spike)。如果电荷密度分布在颗粒上，电荷密度可均匀分布或不均匀分布。本发明涵盖聚阳离子部分的电荷分布的所有变化。
脂质“A”和非免疫原性聚合物“W”可通过各种方法并且优选地通过共价附接来附接。本领域技术人员已知的方法可用于“A”和“W”的共价附接。适合的键包括但不限于酰胺、胺、羧基、碳酸酯、氨基甲酸酯、酯和腙键。本领域技术人员将清楚“A”和“W”必须具有实现键联的互补官能团。这两个基团(一个在脂质上并且另一个在聚合物上)的反应将得到所需的键。例如，当脂质为二酰基甘油并且例如用NHS和DCC活化末端羟基以形成活性酯，并且然后与含有氨基的聚合物如与聚酰胺反应(参见，例如美国专利号6,320,017和6,586,559，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文)时，酰胺键将在两个基团之间形成。
在某些实例中，聚阳离子部分可具有附接的配体，如用于络合钙的靶向配体或螯合部分。优选地，在配体附接之后，阳离子部分维持正电荷。在某些实例中，附接的配体具有正电荷。适合的配体包括但不限于具有反应性官能团的化合物或装置并且包括脂质、两亲性脂质、载体化合物、生物亲和性化合物、生物材料、生物聚合物、生物医学装置、分析可检测化合物、治疗活性化合物、酶、肽、蛋白质、抗体、免疫刺激剂、放射性标记、荧光团、生物素、药物、半抗原、DNA、RNA、多糖、脂质体、病毒体、胶束、免疫球蛋白、官能团、其他靶向部分或毒素。
脂质缀合物(例如，PEG-脂质)通常包含存在于颗粒中的总脂质的约0.1mol％至约10mol％、约0.5mol％至约10mol％、约1mol％至约10mol％、约0.6mol％至约1.9mol％、约0.7mol％至约1.8mol％、约0.8mol％至约1.7mol％、约0.9mol％至约1.6mol％、约0.9mol％至约1.8mol％、约1mol％至约1.8mol％、约1mol％至约1.7mol％、约1.2mol％至约1.8mol％、约1.2mol％至约1.7mol％、约1.3mol％至约1.6mol％或约1.4mol％至约1.5mol％。
本领域技术人员将了解，脂质缀合物的浓度可取决于所采用的脂质缀合物和核酸-脂质颗粒变为融合性的速率而改变。
通过控制脂质缀合物的组成和浓度，可控制从核酸-脂质颗粒交换出脂质缀合物的速率，并且反过来控制核酸-脂质颗粒变为融合性的速率。例如，当PEG-磷脂酰乙醇胺缀合物或PEG-神经酰胺缀合物用作脂质缀合物时，核酸-脂质颗粒变为融合性的速率可例如通过改变脂质缀合物的浓度、通过改变PEG的分子量或通过改变磷脂酰乙醇胺或神经酰胺上的酰基链的链长和饱和度来改变。另外，其他变量包括例如pH、温度、离子强度等可用来改变和/或控制核酸-脂质颗粒变为融合性的速率。当阅读本公开内容时，可用来控制核酸-脂质颗粒变为融合性的速率的其他方法将对本领域技术人员而言变得清楚。
脂质颗粒的制备
本发明的脂质颗粒(例如LNP)可通过本领域中已知的任何方法来形成，包括但不限于连续混合方法或直接稀释方法，其中活性剂或治疗剂如核酸被包封在脂质双层中并且被保护免于降解。
在一些实施方案中，阳离子脂质是式I的脂质，或它们的组合。在其他实施方案中，非阳离子脂质是卵鞘磷脂(ESM)、二硬脂酰磷脂酰胆碱(DSPC)、二油酰磷脂酰胆碱(DOPC)、1-棕榈酰基-2-油酰基-磷脂酰胆碱(POPC)、二棕榈酰基-磷脂酰胆碱(DPPC)、单甲基-磷脂酰乙醇胺、二甲基-磷脂酰乙醇胺、14:0 PE(1,2-二肉豆蔻酰基-磷脂酰乙醇胺(DMPE))、16:0 PE(1,2-二棕榈酰基-磷脂酰乙醇胺(DPPE))、18:0 PE(1,2-二硬脂酰基-磷脂酰乙醇胺(DSPE))、18:1 PE(1,2-二油酰基-磷脂酰乙醇胺(DOPE))、18:1反式PE(1,2-二反式油酰基-磷脂酰乙醇胺(DEPE))、18:0-18:1 PE(1-硬脂酰基-2-油酰基-磷脂酰乙醇胺(SOPE))、16:0-18:1 PE(1-棕榈酰基-2-油酰基-磷脂酰乙醇胺(POPE))、基于聚乙二醇的聚合物(例如，PEG 2000、PEG 5000、PEG-改性的二酰基甘油或PEG-改性的二烷基氧基丙基)、胆固醇或它们的组合。
在某些实施方案中，本发明提供了经由连续混合方法产生的LNP，所述连续混合物方法是例如包括以下步骤的方法：在第一储罐中提供包含核酸(如干扰RNA或mRNA)的水溶液，在第二储罐中提供有机脂质溶液，以及将所述水溶液与所述有机脂质溶液混合，使得所述有机脂质溶液与所述水溶液混合，从而基本上瞬时产生包封核酸(例如，干扰RNA或mRNA)的脂质体。这种方法和用于进行这种方法的装置在美国专利公开号20040142025中详细描述，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
连续将脂质和缓冲溶液引入到混合环境中如在混合室中的动作引起用缓冲溶液连续稀释脂质溶液，从而当混合时基本上瞬时产生脂质体。如本文所使用，短语“用缓冲溶液连续稀释脂质溶液”(和变化)通常意指用足够实现囊泡产生的力在水合过程中充分快速地稀释脂质溶液。在存在缓冲溶液(即，水溶液)的情况下通过使包含核酸的水溶液与有机脂质溶液混合有机脂质溶液经历连续逐步稀释以产生核酸-脂质颗粒。
使用连续混合方法形成的LNP通常具有约40nm至约150nm、约50nm至约150nm、约60nm至约130nm、约70nm至约110nm或约70nm至约90nm的大小。因此所形成的颗粒不会聚集并且任选地大小设定为实现均匀的粒度。
在另一个实施方案中，本发明提供了经由直接稀释方法产生的LNP，所述直接稀释方法包括形成脂质体溶液和立即并直接将所述脂质体溶液引入到含有控制量的稀释缓冲液的收集容器中。在某些方面中，收集容器包括一个或多个被配置成搅拌收集容器的内容物以稀释的元件。在一个方面中，存在于收集容器中的稀释缓冲液的量基本上等于引入其中的脂质体溶液的体积。作为非限制性实例，当引入到含有相等体积的稀释缓冲液的收集容器中时，在45％乙醇中的脂质体溶液将有利地产生更小的颗粒。
在另一个实施方案中，本发明提供了经由直接稀释方法产生的LNP，其中含有稀释缓冲液的第三储罐流体联接至第二混合区。在此实施方案中，在第一混合区中形成的脂质体溶液立即并直接与第二混合区中的稀释缓冲液混合。在某些方面中，第二混合区包括T-连接器，所述T-连接器被布置以使得脂质体溶液流和稀释缓冲液流相遇呈反向180°流动；然而，可使用例如约27°至约180°的提供更小角度的连接器。泵机构将可控流量的缓冲液递送至第二混合区。在一个方面中，提供至第二混合区的稀释缓冲液的流速控制为基本上等于从第一混合区将脂质体溶液引入其中的流速。此实施方案有利地允许对与第二混合区中的脂质体溶液混合的稀释缓冲液的流量的更多控制，并且因此还控制整个第二混合过程中的缓冲液中的脂质体溶液的浓度。对稀释缓冲液流速的此种控制有利地允许在减少的浓度下的小的粒度形成。
这些方法和用于进行这些直接稀释方法的装置在美国专利公开号20070042031中详细描述，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
使用直接稀释方法形成的LNP通常具有约40nm至约150nm、约50nm至约150nm、约60nm至约130nm、约70nm至约110nm或约70nm至约90nm的大小。因此所形成的颗粒不会聚集并且任选地大小设定为实现均匀的粒度。
如果需要，本发明的脂质颗粒(例如，LNP)可通过可供用于设定脂质体大小的任何方法来设定大小。可进行设定大小以便实现所需的大小范围和相对窄的粒度分布。
若干技术可供用于将颗粒的大小设定为所需的大小。用于脂质体并且同等可适用于本发明颗粒的一种设定大小的方法在美国专利号4,737,323中描述，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。通过浴或探针超声对颗粒悬浮液超声产生了大小逐渐减小至大小小于约50nm的颗粒。均质化为依赖于剪切能量将更大的颗粒破碎成更小的颗粒的另一种方法。在通常的均质化工序中，颗粒流通穿过标准的乳液均化器直到观察到选择的粒度，通常在约60nm与约80nm之间。在这两种方法中，粒度分布可通过常规的激光束粒度鉴别或QELS来监测。
通过小孔聚碳酸酯膜或不对称陶瓷膜将颗粒挤出也是用于将粒度减小至相对明确定义的大小分布的有效方法。通常，悬浮液循环穿过膜一次或多次直到实现所需的粒度分布。可通过孔越来越小的膜挤出颗粒来实现大小逐渐减小。
在一些实施方案中，LNP中的核酸是如例如美国专利申请序列号09/744,103中所描述进行预缩合，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
在其他实施方案中，所述方法将进一步包括使用本发明组合物添加有用于影响细胞脂转染的非脂质聚阳离子。适合的非脂质聚阳离子的实例包括海美溴铵(hexadimethrine bromide)(以商品名
Figure BDA0004038514880001041
出售，来自Aldrich ChemicalCo.,Milwaukee,Wis.,USA)或海地美铵的其他盐。其他适合的聚阳离子包括例如聚-L-鸟氨酸、聚-L-精氨酸、聚-L-赖氨酸、聚-D-赖氨酸、聚丙烯胺以及聚乙烯亚胺的盐。这些盐的加入优选地在颗粒已形成之后。
在一些实施方案中，形成的LNP中的核酸与脂质比率(质量/质量比率)将在约0.01至约0.2、约0.02至约0.1、约0.03至约0.1或约0.01至约0.08的范围内。起始材料的比率也落于此范围内。在其他实施方案中，LNP制备使用每10mg总脂质约400μg核酸或约0.01至约0.08的核酸与脂质质量比率，并且更优选地约0.04，其相应于每50μg核酸1.25mg总脂质。在其他实施方案中，颗粒具有约0.08的核酸:脂质质量比。
在其他实施方案中，形成的LNP中的脂质与核酸比率(质量/质量比率)将在约1(1:1)至约100(100:1)、约5(5:1)至约100(100:1)、约1(1:1)至约50(50:1)、约2(2:1)至约50(50:1)、约3(3:1)至约50(50:1)、约4(4:1)至约50(50:1)、约5(5:1)至约50(50:1)、约1(1:1)至约25(25:1)、约2(2:1)至约25(25:1)、约3(3:1)至约25(25:1)、约4(4:1)至约25(25:1)、约5(5:1)至约25(25:1)、约5(5:1)至约20(20:1)、约5(5:1)至约15(15:1)、约5(5:1)至约10(10:1)、约5(5:1)、6(6:1)、7(7:1)、8(8:1)、9(9:1)、(10:1)、11(11:1)、12(12:1)、13(13:1)、14(14:1)、15(15:1)、16(16:1)、17(17:1)、18(18:1)、19(19:1)、20(20:1)、21(21:1)、22(22:1)、23(23:1)、24(24:1)、25(25:1)、26(26:1)、27(27:1)、28(28:1)、29(29:1)或30(30:1)的范围内。起始材料的比率通常也落于此范围内。
如先前所讨论，缀合的脂质可进一步包括CPL。本文讨论了用于制造LNP-CPL(含CPL的LNP)的各种通用方法。两种通用技术包括：“后插入”技术，即将CPL插入到例如预先形成的LNP中；和“标准”技术，其中CPL在例如LNP形成步骤过程中包括在脂质混合物中。后插入技术产生主要在LNP双层膜的外表面中具有CPL的LNP，而标准技术提供在内表面和外表面均具有CPL的LNP。方法尤其有用于从磷脂(其可含有胆固醇)制得的囊泡并且还有用于含有PEG-脂质(如PEG-DAA和PEG-DAG)的囊泡。制造LNP-CPL的方法例如在美国专利号5,705,385；6,586,410；5,981,501；6,534,484和6,852,334；美国专利公开号20020072121；以及PCT公开号WO 00/62813中教导，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
用于产生LNP的其他方法可例如在美国专利号9,005,654和PCT公开号WO 2007/012191中找到，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
药盒
本发明还提供了呈药盒形式的脂质颗粒(例如，LNP)。所述药盒可包括被分成隔间用于容纳脂质颗粒的各种要素(例如，活性剂或治疗剂如核酸和颗粒的单独脂质组分)的容器。在一些实施方案中，药盒还可包括内体膜去稳定剂(例如，钙离子)。药盒通常含有本发明的脂质颗粒组合物，优选呈脱水形式，以及其再水合和施用的说明书。
在某些其他实例中，可使靶向部分附接至脂质颗粒的表面以进一步增强颗粒的靶向是令人希望的。将靶向部分(例如，抗体、蛋白质等)附接至脂质(如用于本发明颗粒中的那些)的方法为本领域技术人员所已知。
脂质颗粒的施用
一旦形成，本发明的脂质颗粒(例如，LNP)可用于将活性剂或治疗剂(例如，核酸如干扰RNA或mRNA)引入到细胞中。因此，本发明还提供了用于将活性剂或治疗剂如核酸(例如，干扰RNA或mRNA)引入到细胞中的方法。通过首先形成如上所述的颗粒并且然后使颗粒与细胞接触足够用于发生活性剂或治疗剂递送至细胞的一段时间来体外或体内进行所述方法。
本发明的脂质颗粒(例如，LNP)可被吸收至几乎与其混合或接触的任何细胞类型中。一旦吸收，颗粒可被细胞的一部分内吞，与细胞膜交换脂质，或与细胞融合。颗粒的活性剂或治疗剂(例如，核酸)部分的转移或掺入可经由这些途径中的任何一种来发生。具体地说，当融合发生时，颗粒膜并入细胞膜中并且颗粒的内容物与细胞内流体组合。
本发明的脂质颗粒(例如，LNP)可单独地或与根据施用途径和标准药物实践选择的药学上可接受的载体(例如，生理盐水或磷酸盐缓冲液)混合施用。通常，生理缓冲盐水(例如，135-150mM NaCl)将采用作为药学上可接受的载体。其他适合的载体包括例如水、缓冲水、0.4％盐水、0.3％甘氨酸等，包括用于增强稳定性的糖蛋白，如白蛋白、脂蛋白、球蛋白等。另外合适的载体在例如REMINGTON'S PHARMACEUTICAL SCIENCES,Mack PublishingCompany,Philadelphia,Pa.,第17版(1985)中描述。如本文所使用，“载体”包括任何和所有的溶剂、分散介质、媒介物、包衣、稀释剂、抗菌剂和抗真菌剂、等渗剂和吸收延迟剂、缓冲剂、载体溶液、悬浮液、胶体等。短语“药学上可接受的”是指当向人施用时不会产生过敏或类似不良反应的分子实体和组合物。
药学上可接受的载体通常在颗粒形成后添加。因此，在颗粒形成后，可将颗粒稀释到药学上可接受的载体如生理缓冲盐水中。
药物制剂中的颗粒浓度可广泛变化，即从小于约0.05重量％，通常在或至少约2重量％至5重量％至多达约10重量％至90重量％，并且将根据所选择的具体施用方式主要通过流体体积、粘度等来选择。例如，可增加浓度以降低与治疗相关的流体负荷。这可在患有动脉粥样硬化相关的充血性心力衰竭或严重高血压的患者中是特别可取的。或者，可将主要由刺激性脂质组成的颗粒稀释至低浓度以减少施用部位上的炎症。
本发明的药物组合物可通过常规熟知的灭菌技术来灭菌。可将水性溶液进行包装以期使用或在无菌条件下过滤并冻干，冻干制剂在施用之前与无菌水溶液混合。当需要接近生理条件时，组合物可含有药学上可接受的辅助物质，如pH调节剂和缓冲剂、张力调节剂等，例如乙酸钠、乳酸钠、氯化钠、氯化钾以及氯化钙。另外，颗粒悬浮液可包括在储存时保护脂质不受自由基和脂质过氧化损害的脂质保护剂。亲脂性自由基淬灭剂如α生育酚和水溶性铁特异性螯合剂如铁草胺为适合的。
体内施用
使用核酸-脂质颗粒如在PCT公开号WO 05/007196、WO 05/121348、WO 05/120152和WO 04/002453中描述的那些已实现了用于体内疗法的系统递送，例如经由身体系统如循环将治疗性核酸递送至远端靶细胞，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。本发明还提供了完全包封的脂质颗粒，其保护核酸不受血清中的核酸酶降解、为非免疫原性的、尺寸小的并且适用于重复给药。
针对体内施用，施用可以本领域中已知的任何方式，例如气管内、通过雾化、注射、口服施用、吸入(例如，鼻内或气管内)、透皮涂敷或直肠施用。施用可经由单次剂量或分开剂量来完成。药物组合物可胃肠外即关节内、静脉内、腹膜内、皮下或肌肉内施用。在一些实施方案中，药物组合物通过团注静脉内或腹膜内施用(参见，例如美国专利号5,286,634)。细胞内核酸递送的讨论还见于Straubringer等人,Methods Enzymol.,101:512(1983)；Mannino等人,Biotechniques,6:682(1988)；Nicolau等人,Crit.Rev.Ther.Drug CarrierSyst.,6:239(1989)；和Behr,Acc.Chem.Res.,26:274(1993)中。施用基于脂质的治疗剂的其他方法在例如美国专利号3,993,754；4,145,410；4,235,871；4,224,179；4,522,803以及4,588,578中描述。脂质颗粒可通过在疾病部位处直接注射或通过在远离疾病部位的部位处注射来施用(参见，例如Culver,HUMAN GENE THERAPY,MaryAnn Liebert Inc.,,Publishers,New York.第70-71页(1994))。上述参考文献的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
单独或与其他适合的组分组合的本发明组合物可制成有待经由吸入(例如，鼻内或气管内)施用的气雾剂制剂(例如，它们可被“雾化”)(参见，Brigham等人,Am.J.Sci.,298:278(1989))。气雾剂制剂可被置于加压可接受的推进剂中，如二氯二氟甲烷、丙烷、氮等。
在某些实施方案中，药物组合物可通过鼻内喷雾、吸入和/或其他气雾剂递送媒介物来递送。用于经由鼻气雾剂喷雾直接将核酸组合物递送至肺的方法已描述于例如美国专利号5,756,353和5,804,212中。同样，使用鼻内微粒树脂和溶血磷脂酰-甘油化合物递送药物(美国专利号5,725,871)在药学领域中也是熟知的。类似地，以聚四氟乙烯载体基质形式的透粘膜药物递送在美国专利号5,780,045中描述。上述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。在本发明的实践中，组合物最优选地例如气管内或通过雾化施用，并且优选地通过静脉内输注、口服、局部、腹膜内、脑室内或鞘内施用。
适用于胃肠外施用例如像通过关节内(在关节中)、静脉内、肌肉内、皮内、腹膜内以及皮下途径的制剂包括水性和非水性的等渗无菌注射溶液，其可含有抗氧化剂、缓冲剂、抑菌剂和使制剂与所预期的受体的血液等渗的溶质；和水性和非水性的无菌悬浮液，其可包括悬浮剂、增溶剂、增稠剂、稳定剂和防腐剂。
通常，当静脉内施用时，脂质颗粒制剂用适合的药物载体配制。许多药学上可接受的载体可在本发明的组合物和方法中采用。用于本发明的适合制剂例如在REMINGTON'SPHARMACEUTICAL SCIENCES,Mack Publishing Company,Philadelphia,Pa.,第17版(1985)中找到。可使用各种水性载体，例如水、缓冲水、0.4％盐水、0.3％甘氨酸等，并且可包括用于增强稳定性的糖蛋白，如白蛋白、脂蛋白、球蛋白等。通常，生理缓冲盐水(135mM-150mMNaCl)将采用作为药学上可接受的载体，但其他适合的载体也将满足需要。这些组合物可通过常规脂质体灭菌技术如过滤来灭菌。当需要接近生理条件时，组合物可含有药学上可接受的辅助物质，如pH调节剂和缓冲剂、张力调节剂、湿润剂等，例如乙酸钠、乳酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化钙、脱水山梨糖醇单月桂酸酯、三乙醇胺油酸酯等。可使用以上提到的技术对这些组合物进行灭菌，或者可替代地这些组合物可在无菌条件下产生。所得到的水溶液可包装使用或在无菌条件下过滤并且冻干，冻干的制剂在施用之前与无菌水溶液组合。
在某些应用中，本文公开的脂质颗粒可经由口服施用向个体递送。颗粒可与赋形剂合并并且以可摄取片剂、颊部片剂、锭剂、胶囊剂、丸剂、糖锭、酏剂、漱口水、混悬剂、口服喷雾剂、糖浆剂、晶片等形式使用(参见，例如美国专利号5,641,515、5,580,579以及5,792,451，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文)。这些口服剂型还可含有以下物质：粘合剂、明胶；赋形剂、润滑剂和/或调味剂。当单位剂型为胶囊剂时，它可含有除了以上描述的材料以外的液体载体。各种其他材料可作为包衣存在或以其他方式修饰剂量单位的物理形式。当然，用于制备任何单位剂型的任何材料应该为药物纯的并且在所采用的量的情况下基本上无毒。
通常，这些口服制剂可含有至少约0.1％的脂质颗粒或更多，虽然颗粒的百分比当然可改变并且可常规上为总制剂的重量或体积的约1％或2％与约60％或70％或更多之间。自然地，可适合剂量将在化合物的任何给定单位剂量中获得的方式制备每个治疗有用的组合物中的颗粒的量。制备此类药物制剂的领域中的技术人员将想到如溶解度、生物利用度、生物半衰期、施用途径、产品有效期的因素以及其他药理学考虑，并且同样地，各种剂量和治疗方案可以是可取的。
适用于口服施用的制剂可由以下组成：(a)液体溶液，如有效量的悬浮在稀释剂如水、盐水或PEG 400中的包装的治疗剂如核酸(例如，干扰RNA或mRNA)；(b)胶囊剂、小药囊剂或片剂，每种均含有呈液体、固体、细粒或明胶形式的预先确定的量的治疗剂如核酸(例如，干扰RNA或mRNA)；(c)在适当液体中的悬浮液；以及(d)适合的乳液。片剂形式可包含以下中的一者或多者：乳糖、蔗糖、甘露糖醇、山梨糖醇、磷酸钙、玉米淀粉、土豆淀粉、微晶纤维素、明胶、胶态二氧化硅、滑石、硬脂酸镁、硬脂酸和其他赋形剂、着色剂、填充剂、粘合剂、稀释剂、缓冲剂、湿润剂、防腐剂、调味剂、染料、崩解剂以及药学上相容的载体。糖锭形式可包含在香料例如蔗糖中的治疗剂如核酸(例如，干扰RNA或mRNA)以及在惰性基质如明胶和甘油或蔗糖中包含治疗剂的锭剂和除了治疗剂以外含有本领域中已知的载体的阿拉伯树胶乳液、凝胶等。
在其使用的另一个实例中，脂质颗粒可并入广范围的局部剂型中。例如，含有核酸-脂质颗粒如LNP的悬浮液可配制成凝胶、油、乳液、局部霜剂、糊剂、软膏、洗剂、泡沫、摩丝等形式并且以所述形式施用。
当制备本发明的脂质颗粒的药物制剂时，优选使用大量已纯化减少或消除空颗粒或具有治疗剂如与外表面缔合的核酸的颗粒的这些颗粒。
本发明的方法可在各种宿主中实践。某些宿主包括哺乳动物种类，如灵长类动物(例如，人和黑猩猩以及其他非人灵长类动物)、犬、猫、马、牛、绵羊、山羊、啮齿动物(例如，大鼠和小鼠)、兔类动物以及猪。
所施用的颗粒的量将取决于治疗剂(例如，核酸)与脂质的比率、所使用的具体治疗剂(例如，核酸)、治疗的疾病或病症、患者的年龄、重量和病状以及临床医生的判断，但是通常将在约0.01mg/Kg体重与约50mg/Kg体重之间，优选地约0.1mg/Kg体重与约5mg/Kg体重之间，或每次施用(例如，注射)约108-1010个颗粒。
体外施用
针对体外应用，治疗剂如核酸(例如，干扰RNA或mRNA)可递送至培养生长的任何细胞，无论具有植物或动物来源、脊椎动物或无脊椎动物以及具有任何组织或类型。在某些实施方案中，细胞是动物细胞，更优选地哺乳动物细胞，并且最优选地人细胞。
当体外进行时细胞与脂质颗粒之间的接触发生在生物相容的培养基中。颗粒的浓度广泛取决于具体应用而改变，但是通常在约1μmol与约10mmol之间。通常在生理温度(约37℃)下进行用脂质颗粒对细胞的治疗，持续约1至48小时、优选地约2至4小时的时间段。
在一组实施方案中，将脂质颗粒悬浮液添加至细胞密度为约103至约105个细胞/ml、更优选地约2×104个细胞/ml的60％-80％汇合的涂铺细胞中。添加至细胞中的悬浮液的浓度优选地为约0.01μg/ml至0.2μg/ml，更优选地约0.1μg/ml。
使用内体释放参数(ERP)测定，可优化本发明的LNP或其他脂质颗粒的递送效率。ERP测定在美国专利公开号20030077829中详细描述，所述专利的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。更具体地，ERP测定的目的在于基于其对内体膜的结合/吸收或融合/去稳定的相对作用区分LNP的各种阳离子脂质和协助脂质组分的作用。此测定允许人们定量确定LNP或其他脂质颗粒的每种组分如何影响递送效率，从而优化LNP或其他脂质颗粒。通常，ERP测定测量报告蛋白质(例如，荧光素酶、β-半乳糖苷酶、绿色荧光蛋白(GFP)等)的表达，并且在一些实例中，针对表达质粒优化的LNP制剂也将适用于包封干扰RNA或mRNA。在其他实例中，ERP测定可适用于测量干扰RNA(例如，siRNA)存在或不存在情况下的靶序列的转录或翻译的下调。在其他实例中，ERP测定可适用于测量在存在或不存在mRNA的情况下靶蛋白的表达。通过比较各种LNP或其他脂质颗粒中的每一种的ERP，人们可容易地确定优化的系统，例如在细胞中具有最大吸收的LNP或其他脂质颗粒。
用于递送脂质颗粒的细胞
本发明的组合物和方法用来体内和体外治疗各种各样的细胞类型。合适的细胞包括例如肺细胞、造血前体(干)细胞、成纤维细胞、角质形成细胞、肝细胞、内皮细胞、骨骼肌和平滑肌细胞、成骨细胞、神经元、休眠淋巴细胞、终末分化细胞、慢循环或不循环原代细胞、实质细胞、淋巴样细胞、上皮细胞、骨细胞等。在某些实施方案中，将活性剂或治疗剂如一种或多种核酸分子(例如，干扰RNA(例如siRNA)或mRNA)递送至癌细胞，例如像肺癌细胞、结肠癌细胞、直肠癌细胞、肛门癌细胞、胆管癌细胞、小肠癌细胞、胃(胃的)癌细胞、食管癌细胞、胆囊癌细胞、肝癌细胞、胰腺癌细胞、阑尾癌细胞、乳腺癌细胞、卵巢癌细胞、宫颈癌细胞、前列腺癌细胞、肾癌细胞、中枢神经系统的癌细胞、成胶质细胞瘤肿瘤细胞、皮肤癌细胞、淋巴瘤细胞、绒毛膜癌肿瘤细胞、头颈癌细胞、骨原性肉瘤肿瘤细胞以及血癌细胞。
脂质体颗粒的体内递送，如包封一种或多种核酸分子(例如，干扰RNA(例如，siRNA)或mRNA)的LNP适合于靶向任何细胞类型的细胞。可针对各种各样的脊椎动物采用本发明的方法和组合物，所述脊椎动物包括哺乳动物例如像犬、猫、马、牛、绵羊、山羊、啮齿动物(例如，小鼠、大鼠和豚鼠)、兔类动物、猪以及灵长类动物(例如，猴、黑猩猩和人)。
根据细胞的组织培养可能需要的程度，它是本领域中熟知的。例如，Freshney,Culture of Animal Cells,a Manual of Basic Technique,第3版,Wiley-Liss,New York(1994)；Kuchler等,Biochemical Methods in Cell Culture and Virology,Dowden,Hutchinson and Ross Inc.(1977)以及在其中引用的参考文献提供了细胞培养的一般指导。培养的细胞系统常常将呈细胞单层的形式，虽然也使用细胞悬液。
脂质颗粒的检测
在一些实施方案中，本发明的脂质颗粒(例如，LNP)可在约1、2、3、4、5、6、7、8或更多小时下在受试者体内检测到。在其他实施方案中，本发明的脂质颗粒(例如，LNP)可在颗粒施用之后约8、12、24、48、60、72或96小时或约6、8、10、12、14、16、18、19、22、24、25或28天时在受试者体内检测到。可在来自受试者的细胞、组织或其他生物样品中检测到颗粒的存在。可例如通过直接检测颗粒、检测治疗性核酸如干扰RNA(例如，siRNA)序列或mRNA序列、检测目标靶序列(即，通过检测目标序列的表达或减少的表达)或其组合来检测颗粒。
颗粒的检测
可使用本领域中已知的任何方法检测本发明的脂质颗粒如LNP。例如，可使用本领域中熟知的方法直接或间接地将标记偶联至脂质颗粒的组分。可使用各种各样的标记，其中标记的选择取决于所需要的灵敏度、与脂质颗粒组分缀合的容易性、稳定性要求以及可供使用的仪器和防护条件。适合的标记包括但不限于光谱标记如荧光染料(例如，荧光素和衍生物，如异硫氰酸荧光素(FITC)和Oregon GreenTM；罗丹明和衍生物如德克萨斯红、异硫氰酸四甲基罗丹明(TRITC)等、地高辛(digoxigenin)、生物素、藻红蛋白、AMCA、CyDyesTM等；放射性标记如3H、125I、35S、14C、32P、33P等；酶如辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶等；光谱比色标记如胶体金或有色玻璃或塑料珠如聚苯乙烯、聚丙烯、乳胶等。可使用本领域中已知的任何方式检测标记。
核酸的检测
通过本领域技术人员熟知的许多方式中的任一种在本文中检测和定量核酸(例如，干扰RNA或mRNA)。可通过熟知的方法如DNA分析、RNA分析、凝胶电泳、PCR、放射性标记、闪烁计数以及亲和色谱法来进行核酸的检测。还可采用另外的分析生物化学方法如分光光度法、放射显影法、电泳、毛细管电泳、高效液相色谱法(HPLC)、薄层色谱法(TLC)以及高扩散色谱法。
核酸杂交形式的选择不是关键性的。各种核酸杂交形式为本领域技术人员已知的。例如，常见形式包括夹心测定和竞争或置换测定。杂交技术通常描述于例如“NucleicAcid Hybridization,A Practical Approach,”编著Hames和Higgins,IRL Press(1985)中。
可通过使用使所检测到的靶核酸倍增的核酸扩增系统来增强杂交测定的灵敏度。适用于扩增用作分子探针的序列或用于产生用于随后亚克隆的核酸片段的体外扩增技术为已知的。通过包括聚合酶链反应(PCR)、连接酶链反应(LCR)、Qβ-复制酶扩增以及其他RNA聚合酶介导的技术(例如，NASBATM)的此类体外扩增方法足够指导技术人员的技术的实例在Molecular Cloning:A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Laboratory Press(2000)；和Ausubel等人,SHORT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY,编辑,CurrentProtocols,Greene Publishing Associates,Inc.and John Wiley&Sons,Inc.(2002)；以及美国专利号4,683,202；PCR Protocols,A Guide to Methods and Applications(Innis等人编辑)Academic Press Inc.San Diego,Calif.(1990)；Arnheim和Levinson(1990年10月1日),C&EN 36；The Journal Of NIH Research,3:81(1991)；Kwoh等人,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,86:1173(1989)；Guatelli等人,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,87:1874(1990)；Lomell等人,J.Clin.Chem.,35:1826(1989)；Landegren等人,Science,241:1077(1988)；Van Brunt,Biotechnology,8:291(1990)；Wu和Wallace,Gene,4:560(1989)；Barringer等人,Gene,89:117(1990)；以及Sooknanan和Malek,Biotechnology,13:563(1995)中找到。体外克隆扩增的核酸的改进方法描述于美国专利号5,426,039中。在本领域中描述的其他方法为基于核酸序列的扩增(NASBATM,Cangene,Mississauga,Ontario)和Qβ-复制酶系统。这些系统可用来直接鉴定其中存在选择序列时PCR或LCR引物仅设计为延伸或连接的突变体。或者，通常可使用例如非特异性PCR引物和后来探测指明突变的特异性序列的扩增的靶区来扩增选择序列。上述参考文献的公开内容出于所有目的以引用的方式整体并入本文。
用作例如在体外扩增方法中的探针、用作基因探针或作为抑制剂组分的核酸通常根据Beaucage等人,Tetrahedron Letts.,22:1859 1862(1981)所描述的固相亚磷酰胺三酯方法，例如使用如在Needham VanDevanter等人,Nucleic Acids Res.,12:6159(1984)中描述的自动合成器来化学合成。在必要的情况下，通常通过天然丙烯酰胺凝胶电泳或通过如在Pearson等人,J.Chrom.,255:137 149(1983)中描述的阴离子交换HPLC来进行多核苷酸的纯化。可使用Maxam和Gilbert(1980)在Grossman和Moldave(编辑)Academic Press,New York,Methods in Enzymology,65:499的化学降解方法验证合成多核苷酸的序列。
用于确定转录水平的替代方式为原位杂交。原位杂交测定为熟知的并且通常描述于Angerer等人,Methods Enzymol.,152:649(1987)中。在原位杂交测定中，细胞被固定至固体载体，通常为载玻片。如果探测DNA，用加热或碱使细胞变性。然后在中等温度下使细胞与杂交溶液接触以容许标记的特异性探针退火。探针优选地用放射性同位素或荧光报告分子标记。
实施例
将通过具体实施例来更详细地描述本发明。下列实施例是出于说明目的而提供且不欲以任何方式限制本发明。本领域技术人员将很容易地认识到，可改变或修改各种非关键性参数以产生基本上相同的结果。
以下含硅脂质是可用于实践本发明的实施方案的脂质的实例。此类脂质也在WO2020/097520中有所描述。
实施例1.
Figure BDA0004038514880001161
的合成
将(3-氯丙基)三(癸-3-基氧基)硅烷(0.75g，1.21mmol)、二甲胺(12.1mmol(6.05ml的于THF中2.0M)和MeCN在密封的反应器中在150℃下微波中加热十分钟。冷却后，将反应物分配于EtOAc与饱和NaHCO3之间。将有机物用水和盐水洗涤，干燥(Na2SO4)并真空浓缩。将残余物通过自动柱色谱法(o％-100％ EtOAc/己烷)纯化，得到N,N-二甲基-3-(三(癸-3-基氧基)甲硅烷基)丙-1-胺(0.16g，21.6％)。1H NMR CDCl3δ3.85(m,3H),2.23(m,8H),1.5(m 15H),1.28(m,34H),0.87(m,19H),0.55(m,2H)。
如下制备中间体3-氯丙基)三(癸-3-基氧基)硅烷。
a.3-氯丙基)三(癸-3-基氧基)硅烷的制备。
Figure BDA0004038514880001171
在室温下在Et2O中搅拌三氯(3-氯丙基)硅烷(1.72g，8.1mmol)。在室温下逐滴添加十一烷-3-醇(4.19g，24.3mmol)和TEA(3.15g，24.34mmol)于Et2O中的混合物。将反应物在室温下搅拌16小时。通过过滤除去所得沉淀，用另外的Et2O洗涤。将有机物依次用NaHCO3、水和盐水洗涤，干燥(Na2SO4)并在真空中浓缩。将残余物通过自动快速色谱法(2％ EtOAc/己烷)纯化，得到(3-氯丙基)三(癸-3-基氧基)硅烷(2.48g，49.3％)。1H NMR CDCl3δ3.85(p,3H),3.53(t,2H),1.89(m,2H),1.47(m,13H),1.28(m,35H),0.9(m,18H),0.7(m,2H)。
Figure BDA0004038514880001172
步骤2：N,N-二甲基-3-(三(癸-3-基氧基)甲硅烷基)丙-1-胺(4)的合成
实施例2-23
使用类似于实施例1中所述的程序，制备了以下化合物(实施例2-23)。
实施例2
Figure BDA0004038514880001181
实施例3
Figure BDA0004038514880001182
实施例4
Figure BDA0004038514880001183
实施例5
Figure BDA0004038514880001191
实施例6
Figure BDA0004038514880001192
实施例7
Figure BDA0004038514880001193
实施例8
Figure BDA0004038514880001194
实施例9
Figure BDA0004038514880001201
实施例10
Figure BDA0004038514880001202
实施例11
Figure BDA0004038514880001203
实施例12
Figure BDA0004038514880001204
实施例13
Figure BDA0004038514880001211
实施例14
Figure BDA0004038514880001212
实施例15
Figure BDA0004038514880001213
实施例16
Figure BDA0004038514880001221
实施例17
Figure BDA0004038514880001222
实施例18
Figure BDA0004038514880001223
实施例19
Figure BDA0004038514880001231
实施例20
Figure BDA0004038514880001232
实施例21
Figure BDA0004038514880001233
实施例22
Figure BDA0004038514880001241
实施例23
Figure BDA0004038514880001242
实施例24.脂质的组合
在本发明的某些实施方案中，可使用例如实施例1-23中所述的脂质中的至少两种(例如，第一阳离子脂质和第二阳离子脂质)的组合。下表中描绘这些2路组合，其中每个实施例编号的交叉点代表每个实施例中描绘的脂质的组合。对于这些组合，第一阳离子脂质与第二阳离子脂质的比率可相等，或者一种阳离子脂质可以比另一种阳离子脂质更高的量存在。例如，比例可以是1:1、2:1、1:2、3:1、1:3、4:1或1:4等。在某些实施方案中，制剂中阳离子脂质的总摩尔百分比可以是例如约40％至75％，例如，约40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％或约75％。
Figure BDA0004038514880001243
Figure BDA0004038514880001251
在以下实施例中，以下脂质的结构如下。
101(并且参见WO 2020/097520和本文的实施例4)
Figure BDA0004038514880001252
102(并且参见WO 2020/097520和本文的实施例8)
Figure BDA0004038514880001261
103(并且参见WO 2013/126803)
Figure BDA0004038514880001262
实施例25.PEG滴定
方法：
siRNA-LNP制剂：
脂质溶液含有摩尔比为0.1mol％:30mol％:30mol％:24mol％:15mol％；0.25mol％:30mol％:30mol％:24mol％:15mol％；0.5mol％:30mol％:30mol％:24mol％:15mol％；1.6mol％:30mol％:30mol％:24mol％:15mol％；和3.0mol％:29mol％:29mol％:24mol％:15mol％的5种组分：PEG2000-C-DMA、两(2)种可电离脂质(101和102)、胆固醇和磷脂(DSPC)。
使用所描述的脂质特性和摩尔比在90％乙醇中制备脂质储备液，以在混合过程中实现6.8的N/P(阳离子脂质/siRNA)摩尔比。将siRNA(siPPIB；IDT)在EDTA(pH 4.5)缓冲液和不含核酸酶的水中稀释，以在20mM EDTA(pH 4.5)中达到0.304mg/mL siRNA的目标浓度。通过T-连接器将等体积的脂质和核酸溶液以400mL/min的流速掺混，并直接稀释到PBS(pH7.4)中。将制剂置于Spectrum Spectra/Por透析管(12-14,000MWCO)(Fisher Scientific)中并相对于100体积的10mM Tris、500mM NaCl(pH 8)透析过夜。在透析后，使用VivaSpin-6(100,000MWCO)单元将样品浓缩至约0.3mg/mL，随后通过0.2μm注射器过滤器(PES膜)进行无菌过滤。通过RiboGreen测定确定核酸浓度。
A549细胞的体外转染：
将A549细胞(人肺上皮腺癌细胞)在37℃与5％ CO2下保持在T75组织培养物处理的烧瓶中的完全培养基(添加有10％胎牛血清、1mM丙酮酸钠、2mM L-谷氨酰胺和青霉素/链霉素(分别100IU/mL和100μg/mL)的DMEM)中。在转染之前，将细胞以5000个细胞/孔涂铺于96孔组织培养物处理的板中的完全培养基中，并在37℃与5％ CO2下生长16-24小时。在转染当天，将新鲜完全培养基施加至细胞。将样品在PBS中稀释至25、2.5、0.25和0.025μg/mL并以2.5、0.25、0.025和0.0025μg/mL施加至细胞，一式三份。将细胞转染24小时，此时除去培养基，将细胞裂解，并将裂解物加工以通过Quantigene 2.0分析确定mRNA的水平。
使用Quantigene 2.0测定进行mRNA分析：
使用制造商推荐的程序，使用Quantigene 2.0(分支DNA)测定(ThermoFisher)测定细胞裂解物中人PPIB和GAPDH mRNA的水平。计算PPIB mRNA的相对水平与管家GAPDHmRNA水平的相对水平的比率。根据此值，通过将此值与针对经PBS处理的细胞的裂解物获得的PPIB/GAPDH比率相关来确定细胞中剩余的PPIB mRNA的百分比。
结果和结论：
此实施例的结果在下表和图1中描绘。这些结果证明，当PEG-C-DMA含量介于0.25mol％与1.6mol％之间时实现最佳功效。将含量增加至3mol％仅导致制剂功效的略微下降。随着PEG-C-DMA含量进一步降低至0.1mol％，观察到功效的显著下降。
在不同剂量的X:60 101/102 siRNA LNP 24小时转染后A549细胞中剩余的相对PPIB(n＝3)的表
Figure BDA0004038514880001281
实施例26.阳离子脂质特性和滴定
方法：
siRNA-LNP制剂：
脂质溶液含有摩尔比为0.5mol％:15mol％:45mol％:24mol％:15mol％；0.5mol％:30mol％:30mol％:24mol％:15mol％；和0.5mol％:45mol％:15mol％:24mol％:15mol％的5种组分：PEG2000-C-DMA、两(2)种可电离脂质(101和102)、胆固醇和磷脂(DSPC)。
使用所描述的脂质特性和摩尔比在90％乙醇中制备脂质储备液，以在混合过程中实现6.8的N/P(阳离子脂质/siRNA)摩尔比。将siRNA(siPPIB；IDT)在EDTA(pH 4.5)缓冲液和不含核酸酶的水中稀释，以在20mM EDTA(pH 4.5)中达到0.304mg/mL siRNA的目标浓度。通过T-连接器将等体积的脂质和核酸溶液以400mL/min的流速掺混，并直接稀释到PBS(pH7.4)中。将制剂置于Spectrum Spectra/Por透析管(12-14,000MWCO)(Fisher Scientific)中并相对于100体积的10mM Tris、500mM NaCl(pH 8)透析过夜。在透析后，使用VivaSpin-6(100,000MWCO)单元将样品浓缩至约0.3mg/mL，随后通过0.2μm注射器过滤器(PES膜)进行无菌过滤。通过RiboGreen测定确定核酸浓度。
A549细胞的体外转染：
将A549细胞(人肺上皮腺癌细胞)在37℃与5％ CO2下保持在T75组织培养物处理的烧瓶中的完全培养基(添加有10％胎牛血清、1mM丙酮酸钠、2mM L-谷氨酰胺和青霉素/链霉素(分别100IU/mL和100μg/mL)的DMEM)中。在转染之前，将细胞以5000个细胞/孔涂铺于96孔组织培养物处理的板中的完全培养基中，并在37℃与5％ CO2下生长16-24小时。在转染当天，将新鲜完全培养基施加至细胞。将样品在PBS中稀释至25、2.5、0.25和0.025μg/mL并以2.5、0.25、0.025和0.0025μg/mL施加至细胞，一式三份。将细胞转染24小时，此时除去培养基，将细胞裂解，并将裂解物加工以通过Quantigene 2.0分析确定mRNA的水平。
使用Quantigene 2.0测定进行mRNA分析：
使用制造商推荐的程序，使用Quantigene 2.0(分支DNA)测定(ThermoFisher)测定细胞裂解物中人PPIB和GAPDH mRNA的水平。计算PPIB mRNA的相对水平与管家GAPDHmRNA水平的相对水平的比率。根据此值，通过将此值与针对经PBS处理的细胞的裂解物获得的PPIB/GAPDH比率相关来确定细胞中剩余的PPIB mRNA的百分比。
结果和结论：
此实施例的结果在下表和图2中描绘。这些结果证明，当101/102的比率介于25:75与50:50之间时实现最佳功效。随着组合中101进一步增加至75:25，仅观察到功效的略微降低。
用不同剂量的具有不同101/102比率的0.5:60 101/102 siRNA LNP 24小时转染后A549细胞中剩余的相对PPIB(n＝3)的表
Figure BDA0004038514880001301
Figure BDA0004038514880001311
实施例27.混合物阳离子脂质滴定
方法：
siRNA-LNP制剂：
脂质溶液含有摩尔比为0.5mol％:22.5mol％:22.5mol％:34mol％:21mol％；0.5mol％:25mol％:25mol％:30mol％:19mol％；0.5mol％:30mol％:30mol％:24mol％:15mol％；0.5mol％:35mol％:35mol％:18mol％:11mol％；和0.5mol％:40mol％:40mol％:12mol％:7mol％的5种组分：PEG2000-C-DMA、两(2)种可电离脂质(101和102)、胆固醇和磷脂(DSPC)。
使用所描述的脂质特性和摩尔比在90％乙醇中制备脂质储备液，以在混合过程中实现6.8的N/P(阳离子脂质/siRNA)摩尔比。将siRNA(siPPIB；IDT)在EDTA(pH 4.5)缓冲液和不含核酸酶的水中稀释，以在20mM EDTA(pH 4.5)中达到0.304mg/mL siRNA的目标浓度。通过T-连接器将等体积的脂质和核酸溶液以400mL/min的流速掺混，并直接稀释到PBS(pH7.4)中。将制剂置于Spectrum Spectra/Por透析管(12-14,000MWCO)(Fisher Scientific)中并相对于100体积的10mM Tris、500mM NaCl(pH 8)透析过夜。在透析后，使用VivaSpin-6(100,000MWCO)单元将样品浓缩至约0.3mg/mL，随后通过0.2μm注射器过滤器(PES膜)进行无菌过滤。通过RiboGreen测定确定核酸浓度。
A549细胞的体外转染：
将A549细胞(人肺上皮腺癌细胞)在37℃与5％ CO2下保持在T75组织培养物处理的烧瓶中的完全培养基(添加有10％胎牛血清、1mM丙酮酸钠、2mM L-谷氨酰胺和青霉素/链霉素(分别100IU/mL和100μg/mL)的DMEM)中。在转染之前，将细胞以5000个细胞/孔涂铺于96孔组织培养物处理的板中的完全培养基中，并在37℃与5％ CO2下生长16-24小时。在转染当天，将新鲜完全培养基施加至细胞。将样品在PBS中稀释至25、2.5、0.25和0.025μg/mL并以2.5、0.25、0.025和0.0025μg/mL施加至细胞，一式三份。将细胞转染24小时，此时除去培养基，将细胞裂解，并将裂解物加工以通过Quantigene 2.0分析确定mRNA的水平。
使用Quantigene 2.0测定进行mRNA分析：
使用制造商推荐的程序，使用Quantigene 2.0(分支DNA)测定(ThermoFisher)测定细胞裂解物中人PPIB和GAPDH mRNA的水平。计算PPIB mRNA的相对水平与管家GAPDHmRNA水平的相对水平的比率。根据此值，通过将此值与针对经PBS处理的细胞的裂解物获得的PPIB/GAPDH比率相关来确定细胞中剩余的PPIB mRNA的百分比。
结果和结论：
此实施例的结果在下表和图3中描绘。这些结果证明，当101/102(50:50)含量介于60mol％与80mol％之间时实现最佳功效。将含量降低至45mol％和50mol％导致制剂的功效降低，其中50mol％比45mol％制剂稍微更有效。
在不同剂量的0.5:X 101/102 siRNA LNP 24小时转染后A549细胞中剩余的相对PPIB(n＝3)的表
Figure BDA0004038514880001321
Figure BDA0004038514880001331
实施例28.PEG滴定
如下表和图4(其提供与所使用的PEG的不同量相关的数据)中所示，改变PEG浓度影响荧光素酶表达。
方法：
mRNA-LNP制剂：
脂质溶液含有摩尔比为0.25mol％:60mol％:24mol％:15mol％；0.5mol％:60mol％:24mol％:15mol％；1.6mol％:59mol％:24mol％:15mol％；和3.0mol％:59mol％:24mol％:15mol％的4种组分：PEG2000-C-DMA、可电离脂质(101)、胆固醇和磷脂(DSPC)。
使用所描述的脂质特性和摩尔比在乙醇中制备脂质储备液，以在混合过程中实现6.8的N/P(阳离子脂质/mRNA)摩尔比。将mRNA(萤火虫荧光素酶；TriLinkBiotechnologies，目录号L-7202)在乙酸盐(pH 5)缓冲液和不含核酸酶的水中稀释，以在100mM乙酸盐(pH 5)中达到0.366mg/mL mRNA的目标浓度。通过T-连接器将等体积的脂质和核酸溶液以400mL/min的流速掺混，并直接稀释到PBS(pH 7.4)中。将制剂置于3mL Slide-A-Lyzer(MWCO 10,000)透析单元(ThermoFisher)中并相对于100体积的10mM Tris、500mMNaCl(pH 8)透析过夜。在透析后，使用VivaSpin-6(100,000MWCO)单元将样品浓缩至约0.3mg/mL，随后通过0.2μm注射器过滤器(PES膜)进行无菌过滤。通过RiboGreen测定确定核酸浓度。
mRNA-LNP IT施用：
在给药当天，用PBS将LNP制剂稀释至0.1mg/mL并使用Penn CenturyMicrosprayer设备(使用制造商的推荐程序)将50μL(5μg)的溶液施用至麻醉的Balb/C小鼠(n＝4)的气管。施用后6小时，用致死剂量的氯胺酮/甲苯噻嗪对动物实施安乐死，并且将肺切除并切成约100mg切片。将这些置于FastPrep管中，在液体N2中快速冷冻，并储存在-80C下，直到荧光素酶测定分析。
荧光素酶测定分析：
使用Fast Prep匀浆器使用各自15秒的2个循环(速度为4.5m/s)将肺的约100mg等分试样在1mL的1xCCLR(细胞培养裂解试剂)中均质化。然后将匀浆在4C下以16,000RPM离心10分钟。将二十(20)uL的上清液负载到96孔白色板中，并在将荧光素酶试剂(来自Promega荧光素酶测定系统)注射到所述板的孔中后使用BioTek板光度计测量发光。通过将均质化样品的发光与荧光素酶蛋白质标准物的发光进行比较来确定荧光素酶活性(为此产生了Std曲线)。为了解释肺匀浆中的组分对发光的任何猝灭，将已知量的荧光素酶添加至未处理动物的肺匀浆中并测量所得发光。将所得猝灭因子应用于所有样品以获得经校正的荧光素酶活性，然后将所述荧光素酶活性针对所分析组织的质量进行归一化。
结果和结论：
此实施例的结果在下表和图4中描述。这些结果证明，当制剂中的PEG2000-C-DMA介于0.25mol％与0.5mol％之间时，在气雾剂施用后在肺中实现了最佳功效。随着制剂中的PEG2000-C-DMA进一步增加至1.6mol％和3mol％，功效急剧下降。
在Penn Century施用5μg的X:60 101/102 mRNA LNP后6小时肺中的荧光素酶表达(n＝4只Balb/C小鼠)的表
组成 荧光素酶活性(pg/g肺) 标准偏差(pg/g肺)
0.25:60 101 2.2e5 6.8e4
0.5:60 101 2.1e5 3.1e4
1.6:60 101 7.0e4 6.6e3
3.0:60 101 3.0e4 8.7e3
实施例29：脂质清除
如下表和图5(其提供与肺部脂质清除相关的数据)中所指示，硅脂质(101和102；左侧条形)与历史阳离子脂质103(右侧条形)相比是生物可降解的。
方法
mRNA-LNP制剂：
0.5:60 101/102脂质溶液含有5种组分：PEG2000-C-DMA、两种可电离脂质(101和102)、胆固醇和磷脂(例如DSPC)。所述组分的摩尔比是0.5mol％:30mol％:30mol％:24mol％:15mol％。0.5:60 103脂质溶液含有4种组分：PEG2000-C-DMA、可电离脂质(103)、胆固醇和磷脂(例如DSPC)。所述组分的摩尔比是0.5mol％:60mol％:24mol％:15mol％。
使用所描述的脂质特性和摩尔比在乙醇中制备脂质储备液，以在混合过程中实现6.8的N/P(阳离子脂质/mRNA)摩尔比。将mRNA(萤火虫荧光素酶；TriLinkBiotechnologies，目录号L-7202)在乙酸盐(pH 5)缓冲液和不含核酸酶的水中稀释，以在100mM乙酸盐(pH 5)中达到0.366mg/mL mRNA的目标浓度。通过T-连接器将等体积的脂质和核酸溶液以400mL/min的流速掺混，并直接稀释到PBS(pH 7.4)中。将制剂置于切向流超滤(MWCO 500,000)上并在最终储存缓冲液中浓缩至约3mg/mL，然后通过0.2μm注射器过滤器(PES膜)进行无菌过滤。通过RiboGreen测定确定核酸浓度。将最终制剂等分到无菌微量离心管中并储存在-20℃下直到使用。
mRNA-LNP雾化：
在给药当天，用PBS将LNP制剂稀释至1.2mg/mL，并将1.25mL(1.5mg剂量)的这些溶液置于Aerogen Solo雾化器单元中，所述雾化器单元位于连接至附接有碳过滤器的尺寸为9”x 4”x 5”(l x w x h)的小鼠腔室的壳体中。六(6)只Balb/C小鼠一次在腔室内给药。1.5L/min的气流被强制通过雾化器壳体单元并且雾化器打开。在雾化过程中，一些LNP从雾化器冷凝并被收集且通过雾化器返回。这种情况持续直到没有收集到冷凝物。雾化至干燥后，小鼠在腔室中再停留1-2分钟，直到LNP蒸气消散。LNP的完全雾化通常需要约15分钟。在0.25小时(雾化后立即)、1小时、6小时和24小时的每个时间点，用致死剂量的氯胺酮/甲苯噻嗪对每种制剂三(3)只动物实施安乐死，并且将肺切除并切成约100mg切片。将这些置于FastPrep管中，在液体N2中快速冷冻，并储存在-80C下，直到LC-MS分析。
LC-MS分析：
向肺切片中添加5体积的PBS(例如，向50mg的肺中添加250μL的PBS)。然后将这些在FastPrep仪器中使用各自15秒的3个循环(速度为5.0m/s)均质化并以低速离心。使用给予PBS的小鼠的肺匀浆对于每种阳离子脂质(103、101和102)制备掺杂肺匀浆标准物。对于每种阳离子脂质，制备10个标准物：最高标准物的浓度为12,500ng/mL，连续稀释1/2直至24.4ng/mL。将20μL的匀浆(样品和标准物)添加至96孔板中的225μL的ISS(含IPA的100ng/mL 1-B11内部标准物)。通过上下移液将板混合，并以2500rpm离心15分钟。通过LC-MS分析来自这些提取的上清液。通过将针对每个样品获得的信号与每种阳离子脂质(103、101和102)的适当标准曲线进行比较，确定每种匀浆中的阳离子脂质的ng/mL。然后将这些值针对所分析的肺组织的确切质量归一化。对于不可生物降解的阳离子脂质，绘制所得平均(n＝3)ng 103/g肺值，没有任何进一步操作。对于可水解的阳离子脂质，将101和102两者在每个时间点的ng/g肺值组合以给出平均(n＝3)ng阳离子脂质/g肺值。
结果和结论：
此实施例的结果在下表和图5中描绘。这些结果证明，此实施例中使用的2种硅脂质(101和102)是生物可降解的，到施用后6小时约50％的脂质从肺中消失并且到24小时接近完全脂质水解。另一方面，在此实施例中，历史脂质103保留在肺中持续完整24小时。
在mRNA LNP的室雾化后从小鼠肺中清除可电离脂质的时程(n＝3只Balb/C小鼠)的表
Figure BDA0004038514880001371
Figure BDA0004038514880001381
实施例30.阳离子脂质特性和滴定
如下表和图6(其提供与改变所使用的阳离子脂质及其比率有关的数据)中所指示，改变脂质和比率影响荧光素酶表达。
方法：
mRNA-LNP制剂：
脂质溶液含有4或5种组分。两(2)种4组分系统含有摩尔比为0.5mol％:60mol％:24mol％:15mol％的PEG2000-C-DMA、可电离脂质(101或102)、胆固醇和磷脂(DSPC)。三(3)种5组分系统含有摩尔比为0.5mol％:15mol％:45mol％:24mol％:15mol％；0.5mol％:30mol％:30mol％:24mol％:15mol％；和0.5mol％:45mol％:15mol％:24mol％:15mol％的PEG2000-C-DMA、两种(2)可电离脂质(101和102)、胆固醇和磷脂(DSPC)。
使用所描述的脂质特性和摩尔比在乙醇中制备脂质储备液，以在混合过程中实现6.8的N/P(阳离子脂质/mRNA)摩尔比。将mRNA(萤火虫荧光素酶；TriLinkBiotechnologies，目录号L-7202)在乙酸盐(pH 5)缓冲液和不含核酸酶的水中稀释，以在100mM乙酸盐(pH 5)中达到0.366mg/mL mRNA的目标浓度。通过T-连接器将等体积的脂质和核酸溶液以400mL/min的流速掺混，并直接稀释到PBS(pH 7.4)中。将制剂置于3mL Slide-A-Lyzer(MWCO 10,000)透析单元(ThermoFisher)中并相对于100体积的10mM Tris、500mMNaCl(pH 8)透析过夜。在透析后，使用VivaSpin-6(100,000MWCO)单元将样品浓缩至约0.3mg/mL，随后通过0.2μm注射器过滤器(PES膜)进行无菌过滤。通过RiboGreen测定确定核酸浓度。
mRNA-LNP IT施用：
在给药当天，用PBS将LNP制剂稀释至0.1mg/mL并使用Penn CenturyMicrosprayer设备(使用制造商的推荐程序)将50μL(5μg)的溶液施用至麻醉的Balb/C小鼠(n＝4)的气管。施用后6小时，用致死剂量的氯胺酮/甲苯噻嗪对动物实施安乐死，并且将肺切除并切成约100mg切片。将这些置于FastPrep管中，在液体N2中快速冷冻，并储存在-80C下，直到荧光素酶测定分析。
荧光素酶测定分析：
使用Fast Prep匀浆器使用各自15秒的2个循环(速度为4.5m/s)将肺的约100mg等分试样在1mL的1xCCLR(细胞培养裂解试剂)中均质化。然后将匀浆在4C下以16,000RPM离心10分钟。将二十(20)uL的上清液负载到96孔白色板中，并在将荧光素酶试剂(来自Promega荧光素酶测定系统)注射到所述板的孔中后使用BioTek板光度计测量发光。通过将均质化样品的发光与荧光素酶蛋白质标准物的发光进行比较来确定荧光素酶活性(为此产生了Std曲线)。为了解释肺匀浆中的组分对发光的任何猝灭，将已知量的荧光素酶添加至未处理动物的肺匀浆中并测量所得发光。将所得猝灭因子应用于所有样品以获得经校正的荧光素酶活性，然后将所述荧光素酶活性针对所分析组织的质量进行归一化。
结果和结论：
此实施例的结果在下表和图6中描绘。这些结果证明，当2种硅脂质(101和102)的比率为50:50时，在气雾剂施用后在肺中实现最佳功效，并且当比率变为25:75和75:25时功效仅略微降低。当这2种脂质单独存在于制剂中时，观察到功效的2至3倍降低。
在Penn Century施用5μg的具有不同101/102 LNP比率的0.5:60 101/102 mRNALNP后6小时肺中的荧光素酶表达(n＝4只Balb/C小鼠)的表
组成 荧光素酶活性(pg/g肺) 标准偏差(pg/g肺)
0.5:60 101 1.5e5 3.3e4
0.5:60 101/102(75:25) 3.0e5 1.4e4
0.5:60 101/102(50:50) 3.5e5 3.1e4
0.5:60 101/102(25:75) 3.4e5 5.8e4
0.5:60 102 1.0e5 3.8e4
实施例31.混合物阳离子脂质滴定
mRNA-LNP制剂：
脂质溶液含有摩尔比为0.5mol％:25mol％:25mol％:30mol％:19mol％；0.5mol％:30mol％:30mol％:24mol％:15mol％；0.5mol％:35mol％:35mol％:18mol％:11mol％和0.5mol％:40mol％:40mol％:12mol％:7mol％的5种组分：PEG2000-C-DMA、两(2)种可电离脂质(101和102)、胆固醇和磷脂(DSPC)。
使用所描述的脂质特性和摩尔比在乙醇中制备脂质储备液，以在混合过程中分别实现5.7、6.8、7.9和9.0的N/P(阳离子脂质/mRNA)摩尔比。将mRNA(萤火虫荧光素酶；TriLink Biotechnologies，目录号L-7202)在乙酸盐(pH 5)缓冲液和不含核酸酶的水中稀释，以在100mM乙酸盐(pH 5)中达到0.366mg/mL mRNA的目标浓度。通过T-连接器将等体积的脂质和核酸溶液以400mL/min的流速掺混，并直接稀释到PBS(pH 7.4)中。将制剂置于3mLSlide-A-Lyzer(MWCO10,000)透析单元(ThermoFisher)中并相对于100体积的10mM Tris、500mM NaCl(pH 8)透析过夜。在透析后，使用VivaSpin-6(100,000MWCO)单元将样品浓缩至约0.3mg/mL，随后通过0.2μm注射器过滤器(PES膜)进行无菌过滤。通过RiboGreen测定确定核酸浓度。
mRNA-LNP IT施用：
在给药当天，用PBS将LNP制剂稀释至0.1mg/mL并使用Penn CenturyMicrosprayer设备(使用制造商的推荐程序)将50μL(5μg)的溶液施用至麻醉的Balb/C小鼠(n＝4)的气管。施用后6小时，用致死剂量的氯胺酮/甲苯噻嗪对动物实施安乐死，并且将肺切除并切成约100mg切片。将组织样品在液体N2中快速冷冻，并储存在-80C。
荧光素酶测定分析：
使用Fast Prep匀浆器使用各自15秒的2个循环(速度为4.5m/s)将肺的约100mg等分试样在1mL的1xCCLR(细胞培养裂解试剂)中均质化。然后将匀浆在4C下以16,000RPM离心10分钟。将二十(20)uL的上清液负载到96孔白色板中，并在将荧光素酶试剂(来自Promega荧光素酶测定系统)注射到所述板的孔中后使用BioTek板光度计测量发光。通过将均质化样品的发光与荧光素酶蛋白质标准物的发光进行比较来确定荧光素酶活性(为此产生了Std曲线)。为了解释肺匀浆中的组分对发光的任何猝灭，将已知量的荧光素酶添加至未处理动物的肺匀浆中并测量所得发光。将所得猝灭因子应用于所有样品以获得经校正的荧光素酶活性，然后将所述荧光素酶活性针对所分析组织的质量进行归一化。
结果和结论：
此实施例的结果在下表和图7中描绘。使用0.5:60 101/102制剂在肺中实现最佳功效。所测试的其他制剂仍然提供显著靶蛋白表达。
在Penn Century施用5μg的0.5:X 101/102 mRNA LNP后6小时肺中的荧光素酶表达(n＝4只Balb/C小鼠)的表
Figure BDA0004038514880001411
Figure BDA0004038514880001421

Claims (33)

1.一种包含核酸-脂质颗粒的制剂，其中核酸-脂质颗粒包含：
一种或多种核酸分子；
约0.1％至约0.9％的PEG-脂质缀合物；
约40％至约80％的阳离子脂质；以及
非阳离子脂质，
其中所述制剂是气雾化制剂。
2.如权利要求1所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含约0.2％至约0.8％的PEG-脂质缀合物和约45％至约75％的阳离子脂质。
3.如权利要求2所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含约0.2％至约0.7％的PEG-脂质缀合物和约45％至约75％的阳离子脂质。
4.如权利要求3所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含约0.2％至约0.6％的PEG-脂质缀合物和约50％至约70％的阳离子脂质。
5.如权利要求4所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含约0.2％至约0.5％的PEG-脂质缀合物和约55％至约65％的阳离子脂质。
6.如权利要求5所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含约0.2％至约0.5％的PEG-脂质缀合物和约60％的阳离子脂质。
7.如权利要求6所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含约0.25％的PEG-脂质缀合物和约60％的阳离子脂质。
8.如权利要求7所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含：
0.25％的所述PEG-脂质缀合物；
30％的第一阳离子脂质；
30％的第二阳离子脂质，所述第二阳离子脂质可与所述第一阳离子脂质相同或不同；
22％-26％的胆固醇；以及
13％-17％的DSPC。
9.如权利要求6所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含约0.5％的PEG-脂质缀合物和约60％的阳离子脂质。
10.如权利要求9所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含：
0.5％的所述PEG-脂质缀合物；
30％的第一阳离子脂质；
30％的第二阳离子脂质，所述第二阳离子脂质可与所述第一阳离子脂质相同或不同；
22％-26％的胆固醇；以及
13％-17％的DSPC。
11.如权利要求1-10中任一项所述的制剂，所述制剂包含至少一种式(I)的阳离子脂质或第一阳离子脂质和第二阳离子脂质的组合：
Figure FDA0004038514870000021
其中：
R1是C2-C30烃基；
R2是C2-C30烃基；
R3是C2-C30烃基；
X是二价C2-C8烷基；
R4是NRaRb；并且
每个Ra和Rb独立地选自由以下组成的组：甲基、乙基、丙基、环丙基和丁基，所述甲基、乙基、丙基、环丙基和丁基任选地被羟基取代；或者Ra和Rb与它们所连接的氮一起形成氮丙啶、氮杂环丁烷、脯氨酸、哌啶、哌嗪或吗啉环，所述环任选地被羟基或C1-C6烷基取代，所述烷基任选地被羟基取代。
12.如权利要求11所述的制剂，其中所述阳离子脂质独立地选自如实施例1-23中任一项所述的阳离子脂质。
13.如权利要求11或12所述的制剂，其中阳离子脂质的所述组合包括如实施例24中所述的组合。
14.如权利要求11所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含：
0.25％的所述PEG-脂质缀合物PEG2000-C-DMA；
30％的所述阳离子脂质化合物101；
30％的所述阳离子脂质化合物102；
22％-26％的胆固醇；以及
13％-17％的DSPC。
15.如权利要求14所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含：0.25％的所述PEG-脂质缀合物PEG2000-C-DMA；
30％的所述阳离子脂质化合物101；
30％的所述阳离子脂质化合物102；
24.2％的胆固醇；以及
15.2％的DSPC。
16.如权利要求11所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含：0.5％的所述PEG-脂质缀合物PEG2000-C-DMA；
30％的所述阳离子脂质化合物101；
30％的所述阳离子脂质化合物102；
22％-26％的胆固醇；以及
13％-17％的DSPC。
17.如权利要求16所述的制剂，其中所述核酸-脂质颗粒包含：0.5％的所述PEG-脂质缀合物PEG2000-C-DMA；
30％的所述阳离子脂质化合物101；
30％的所述阳离子脂质化合物102；
24.2％的胆固醇；以及
15.2％的DSPC。
18.如权利要求1-17中任一项所述的制剂，其中所述核酸选自由以下组成的组：小干扰RNA(siRNA)、切丁酶-底物dsRNA、小发夹RNA(shRNA)、不对称干扰RNA(aiRNA)、微小RNA(miRNA)、mRNA、tRNA、rRNA、病毒RNA(vRNA)、自我扩增RNA以及它们的组合。
19.如权利要求18所述的制剂，其中所述核酸是mRNA。
20.如权利要求18所述的制剂，其中所述核酸是siRNA。
21.如权利要求1-20中任一项所述的制剂，其中所述非阳离子脂质是胆固醇或其衍生物。
22.如权利要求1-21中任一项所述的制剂，其中所述缀合脂质是聚乙二醇(PEG)-脂质缀合物。
23.如权利要求22所述的制剂，其中所述缀合脂质是PEG-C-DMA。
24.如权利要求22或23所述的制剂，其中所述PEG具有约2,000道尔顿的平均分子量。
25.如权利要求1-24中任一项所述的制剂，其中所述脂质与药物比率是约12:1至约20:1。
26.如权利要求25所述的制剂，其中所述脂质与药物比率是约20:1。
27.一种用于将核酸引入细胞中的方法，所述方法包括使所述细胞与权利要求1-26中任一项所述的制剂接触。
28.一种用于核酸的体内递送的方法，所述方法包括：向哺乳动物受试者施用权利要求1-26中任一项所述的制剂。
29.一种用于治疗有需要的哺乳动物受试者的疾病或病症的方法，所述方法包括向所述哺乳动物受试者施用治疗有效量的权利要求1-26中任一项所述的制剂。
30.如权利要求28或29所述的方法，其中所述制剂是通过吸入施用的雾化制剂。
31.如权利要求28或29所述的方法，其中所述施用是鼻内或气管内施用。
32.如权利要求29-31中任一项所述的方法，其中所述疾病或病症是肺部疾病或病症。
33.如权利要求1-26中任一项所述的制剂，所述制剂用于将核酸分子递送至哺乳动物的肺。
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