CN1345248A - 基因治疗剂 - Google Patents

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Abstract

将要用于治疗显示出对基因治疗敏感的疾病的基因治疗剂,其特征在于它含有作为活性成分的有效量的功能物质,该物质具有对含有用于基因治疗的基因的病毒具亲和力的功能和另一项对需要进行基因转移的靶细胞具特异性亲和力的功能,或有效量的对上述病毒具有亲和力的功能物质和有效量的对上述细胞具有特异性亲和力的另一种功能物质。

Description

基因治疗剂
技术领域
本发明涉及用于导弹基因治疗(missile gene therapy)的组合物和方法，它可用于治疗需要进行基因治疗的疾病和用于体内将基因选择性转移到靶细胞中。
背景技术
迄今在世界上已进行了大约3000例基因治疗。有关基因治疗的最大的技术问题是：将治疗基因转移到靶细胞、特别是转移到造血干细胞中的效率非常低。近来，基因转移效率已通过使用纤连蛋白片段CH-296(Takara Shuzo；RetroNectin)的重组蛋白得到显著提高，并由此使基因治疗具有了实用性(自然医学2：876-882(1996))。重组RetroNectin分子可以与具有掺入的治疗基因的逆转录病毒和靶细胞结合，使得它们变得彼此相邻，从而大大提高了基因转移效率。据说最困难的是将基因转移到人造血干细胞中。然而，即使是对于人造血干细胞，使用RetroNectin也已使治疗基因的转移效率达到了约90％。RetroNectin是一种单多肽，其中特异性结合造血干细胞的肽与特异性结合具有掺入的治疗基因的逆转录病毒载体的肽连接。本发明人已证明即使将RetroNectin中的这两部分彼此分离并混合成混合物，它们也显示出与原始RetroNectin分子相同的活性，并将这种方法称之为鸡尾酒基因转移法(参见WO97/18318)。
使用RetroNectin将基因转移到造血干细胞中的方法是一种划时代的方法，它提高了将基因转移到造血干细胞中的效率。该方法包括在体外将基因转移到造血干细胞中和将具有该转移基因的造血干细胞复原到活体中。因此可以认为，包含这些步骤的方法太复杂了，以致在有些情况下无法将其用于基因治疗。
现在，需要提供一种可应付将要用于基因治疗的靶细胞的多样性的靶细胞特异性基因转移法。
现已进行了尝试，想通过加入对细胞具有特异性亲和力的配体来赋予靶细胞对非病毒载体(例如，使用聚赖氨酸或类似物质作为保留核酸的媒介物的载体)的指向性。但是，利用这种方法转移的基因不能稳定地保持在细胞中。各自表达带有对靶细胞具有亲和力的配体的病毒被膜的融合蛋白的病毒载体是已知的。然而，由于被膜固有的感染功能和配体固有的结合功能二者或二者之一因作为融合体表达而遭到破坏，使得在许多情况下没能实现预期的导向作用。另外，为了表达融合被膜，必需复杂地构建用于每种类型的靶细胞的包装细胞。此外，为了建立可提供高效价病毒载体悬液的包装细胞系，需要将大量时间花费在制备实验上，以确认没有出现具有复制能力的逆转录病毒(RCR)，等等。
如上所述，为了有效地将有价值的基因特异性地转移到靶细胞中，人们一直希望能解决现有技术中仍然存在的各种问题。
发明目的
本发明的主要目的是提供一种用于包括在体内转移基因的基因治疗的治疗组合物，和提供一种方便的基因治疗方法，该方法包括使用所述治疗组合物在体内将基因特异性地转移到靶细胞中。
发明概述
本发明概述如下。本发明的第一个方面涉及用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗用的组合物，它含有作为活性成分的有效量的功能物质，该功能物质具有对包含用于基因治疗的基因的病毒具亲和力的功能和对需要进行基因转移的靶细胞具特异性亲和力的功能。
第一个方面的组合物可以包含有效量的含有用于基因治疗的基因的病毒。例如，该病毒可以与功能物质混合包含其中。另一方面，该病毒可以包含其中使得它能与功能物质混合。
对于第一个方面的组合物，功能物质的对病毒具亲和力的功能没有具体的限制，并可通过由选自下列成员的功能物质产生的一种功能举例说明：抗病毒抗体、纤连蛋白的肝素-II结合结构域、成纤维细胞生长因子、胶原和聚赖氨酸以及其功能等价物。
对于第一个方面的组合物，功能物质的对靶细胞具特异性亲和力的功能没有具体的限制，并可通过由选自下列成员的功能物质产生的一种功能举例说明：各自对靶细胞具有亲和力的蛋白质、激素、细胞因子、抗靶细胞抗体、糖链、糖类和细胞。
本发明的第二个方面涉及用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗用的组合物，它含有作为活性成分的、有效量的、对含有用于基因治疗的基因的病毒具有亲和力的功能物质和有效量的、对需要进行基因转移的靶细胞具有特异性亲和力的另一种功能物质。
第二个方面的组合物可以包含有效量的含有用于基因治疗的基因的病毒。例如，病毒可以是与对该病毒具有亲和力的功能物质混合包含其中的。另一方面，病毒可以包含其中使得它能随着使用而与对该病毒具有亲和力的功能物质混合。
对于第二个方面的组合物，对病毒具有亲和力的功能物质没有具体的限制，并可通过选自下列成员的功能物质举例说明：抗病毒抗体、纤连蛋白的肝素-II结合结构域、成纤维细胞生长因子、胶原和聚赖氨酸以及其功能等价物。
对于第二个方面的组合物，对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质没有具体的限制，并可通过选自下列成员的功能物质举例说明：各自对靶细胞具有亲和力的蛋白质、激素、细胞因子、抗靶细胞抗体、糖链、糖类和细胞。
本发明的第三个方面涉及用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗方法，该方法包括给药作为活性成分的有效量的功能物质，该功能物质具有对包含用于基因治疗的基因的病毒具亲和力的功能和对需要进行基因转移的靶细胞具特异性亲和力的功能。
在第三个方面的基因治疗方法中，有效量的含有用于基因治疗的基因的病毒可以与本发明组合物同时给药或者在不同的时间给药。
对于第三个方面的基因治疗方法，功能物质的对病毒具亲和力的功能没有具体的限制，并可通过由选自下列成员的功能物质产生的一种功能举例说明：抗病毒抗体、纤连蛋白的肝素-II结合结构域、成纤维细胞生长因子、胶原和聚赖氨酸以及其功能等价物。
对于第三个方面的基因治疗方法，功能物质的对靶细胞具特异性亲和力的功能没有具体的限制，并可通过由选自下列成员的功能物质产生的一种功能举例说明：各自对靶细胞具有亲和力的蛋白质、激素、细胞因子、抗靶细胞抗体、糖链、糖类和细胞。
本发明的第四个方面涉及用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗方法，该方法包括给药作为活性成分的、有效量的、对含有用于基因治疗的基因的病毒具有亲和力的功能物质和有效量的、对需要进行基因转移的靶细胞具有特异性亲和力的另一种功能物质。
在第四个方面的基因治疗方法中，有效量的含有用于基因治疗的基因的病毒可以与本发明组合物同时给药或者在不同的时间给药。
对于第四个方面的基因治疗方法，对病毒具有亲和力的功能物质没有具体的限制，并可通过选自下列成员的功能物质举例说明：抗病毒抗体、纤连蛋白的肝素-II结合结构域、成纤维细胞生长因子、胶原和聚赖氨酸以及其功能等价物。
对于第四个方面的基因治疗方法，对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质没有具体的限制，并可通过选自下列成员的功能物质举例说明：各自对靶细胞具有亲和力的蛋白质、激素、细胞因子、抗靶细胞抗体、糖链、糖类和代谢物。
本发明的第五个方面涉及有效量的功能物质在制备用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗用的组合物中的用途，所述功能物质具有对包含用于基因治疗的基因的病毒具亲和力的功能和对需要进行基因转移的靶细胞具特异性亲和力的功能。
本发明的第六个方面涉及有效量的对含有用于基因治疗的基因的病毒具有亲和力的功能物质和有效量的对需要进行基因转移的靶细胞具有特异性亲和力的另一种功能物质在制备用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗用的组合物中的用途。
对于第一或第二个方面的组合物、第三或第四个方面的基因治疗方法或第五或第六个方面的用途来说，用于基因转移的靶细胞没有具体的限制，并可例举造血干细胞、血细胞、白细胞、淋巴细胞、T细胞、肿瘤浸润淋巴细胞、B细胞或癌细胞。
对于第一或第二个方面的组合物、第三或第四个方面的基因治疗方法或第五或第六个方面的用途来说，要转移到靶细胞中的基因没有具体限制，只要它能用于基因治疗目的即可。由转移基因编码的蛋白质是一种治疗蛋白质，它以对治疗来说足够的量随着基因在细胞中的表达而表达。该蛋白质可例举存在于活体中的酶或细胞因子。
对于第一或第二个方面的组合物、第三或第四个方面的基因治疗方法或第五或第六个方面的用途来说，可以使用的病毒没有具体的限制，只要它能在临床上用作治疗工具即可。可以使用已确认了安全性的病毒载体。该病毒载体可例举逆转录病毒载体、腺病毒载体、腺伴随病毒载体或痘苗病毒载体。它可以在其对靶细胞的感染性或基因转移效率的基础上加以选择。
本发明人已发现，具有对靶细胞的亲和力的功能和具有对病毒的亲和力的功能的利用使得能够任意选择要用于体内基因转移、用于利用病毒有效地将基因转移到靶细胞中、以及用于基因转移的体内靶向的靶细胞，或以前难以进行的导弹基因治疗。由此本发明已完成。
附图简述
图1说明了使用HL-60细胞作为载体时基因转移的效率。
发明的详细描述
下面对本发明进行详细描述。
使用本发明的治疗组合物在导弹基因治疗中所用的病毒载体没有具体限制。可以使用常用于基因转移的已知病毒载体诸如逆转录病毒载体、腺病毒载体、腺伴随病毒载体或痘苗病毒载体。本发明中优选使用重组逆转录病毒载体。特别是，复制缺损型重组逆转录病毒载体是更可取的。这种载体的复制能力被消除了，使得它不能在感染细胞中自主复制，因此该载体是不致病的。该载体可以侵入到宿主细胞诸如脊椎动物细胞中(特别是哺乳动物细胞)，并稳定地将插在载体中的用于基因治疗的外源基因整合到染色体DNA中。
在本发明中，要在体内转移到靶细胞中的基因可以插到重组逆转录病毒载体中使用，以使它在适宜启动子的控制下表达，例如存在于病毒载体中的启动子或外源启动子。另外，为了实现基因的有效转录，载体中可以存在与启动子和/或转录起始位点协同作用的另一种调节元件(例如增强子序列或终止子序列)。此外，(在器官中、肿瘤周围等)以位点特异性方式控制表达的启动子、转录起始位点和与它们协同作用的另一种调节元件可以掺入到载体中，以进一步提高目标部位基因表达的特异性。要转移的基因可以是天然存在的基因或人工制备的基因。另一方面，该基因可以是其中不同来源的DNA分子通过连接反应或本领域中已知的其他方法连接在一起的基因。
当基因插入到病毒载体中时，就可选择希望在体内转移到靶细胞中的任何基因。例如，编码与要治疗的疾病有关的酶或蛋白质的基因、胞内抗体(参见，例如WO94/02610)、生长因子、反义核酸、核酶、假引物(参见，例如WO90/13641)或类似物质可以用作该基因。
用于本发明的、对病毒具有亲和力的功能物质的实例包括但不限于：抗病毒抗体、纤连蛋白的肝素-II结合结构域、成纤维细胞生长因子、V型胶原和聚赖氨酸。也可以使用与这些功能物质在功能上等价的物质，诸如具有肝素结合结构域的功能物质。它们可以是从这类功能物质衍生的。在本文中，“从功能物质衍生”的意思是对病毒具有亲和力的功能物质的功能性部位包含在要使用的功能物质的分子中。亲和力的概念包括对病毒的结合能力和附着在细胞上的能力。用于本发明的功能物质的对病毒的亲和力使得有可能将病毒靶向于特定细胞、或含有该细胞的器官或组织，和进行包括将基因体内转移到特定细胞中的基因治疗。
对病毒具有特异性亲和力的抗体尤其可用于将基因特异而有效地转移到特定细胞中。可用于本发明的抗体不限于具体的某种。可以适当地选用识别用于基因转移的病毒表面上的抗原的抗体。这样的抗体可以按照已知方法生产。另一方面，也可以使用许多目前可在商业上购得的抗体。抗体既可以是单克隆抗体也可以是多克隆抗体，只要它具有所需性能诸如与要使用的病毒结合的能力即可。此外，也可以使用利用已知技术进行了修饰的抗体或抗体衍生物诸如人源化抗体、Fab片段或单链抗体。
用于本发明的对靶细胞具有亲和力的功能物质的实例包括但不限于：各自对细胞具有亲和力的蛋白质、激素、细胞因子、针对细胞表面抗原的抗体、多糖、糖蛋白、糖脂、从糖蛋白或糖脂衍生的糖链、靶细胞的代谢物和细胞。它们可以是从这类功能物质衍生的细胞结合位点。在本文中，“从功能物质衍生”的意思是对靶细胞具有亲和力的功能物质的功能性部位包含在要使用的功能物质的分子中。对靶细胞的亲和力的概念包括对靶细胞的结合能力和附着在细胞上的能力。用于本发明的功能物质的对靶细胞的亲和力使得有可能将病毒靶向于特定细胞、或含有该细胞的器官或组织，和进行包括将基因体内转移到特定细胞中的基因治疗。
特异性结合靶细胞的抗体尤其可用于有效地将基因转移到特定靶细胞中。可以用于本发明的抗靶细胞抗体不限于具体的某种。可以适当地选用针对在要将基因转移到其中的靶细胞上表达的抗原的抗体。这样的抗体可以按照已知方法生产。另一方面，也可以使用许多目前可在商业上购得的抗体。抗体既可以是单克隆抗体也可以是多克隆抗体，只要它具有所需性能诸如对靶细胞的特异性即可。此外，也可以使用利用已知技术进行了修饰的抗体或抗体衍生物诸如人源化抗体、Fab片段或单链抗体。
现已对有关的白细胞抗原(称为CD抗原)在各种细胞上的表达进行了详细研究。因此，通过选择能识别在有价值的靶细胞上表达的CD抗原的抗体并在本发明的基因转移方法中使用它，就可高特异性地将基因转移到靶细胞中。例如，通过使用抗CD4抗体可以将基因转移靶向于辅助T细胞，或者通过使用抗CD34抗体将基因转移靶向于造血干细胞。
另外，具有附着在细胞上的活性的蛋白质诸如纤连蛋白、层粘连蛋白、胶原或玻连蛋白可以用作对靶细胞具有亲和力的功能物质。该功能物质可以是其片段，只要它具有结合靶细胞的活性即可。
糖蛋白层粘连蛋白可用于有效地将基因转移到不同靶细胞诸如血细胞中。层粘连蛋白的糖链在使用层粘连蛋白进行的基因转移中起着重要的作用。因此，按照已知方法从层粘连蛋白释放的糖链也可以用作功能物质。另外，具有高甘露糖型N联糖链的糖蛋白象层粘连蛋白、从其释放或化学合成的糖链也可以用于本发明。此外，也可以使用具有附着其上的上述糖链的物质诸如蛋白质。例如，对逆转录病毒具有亲和力并具有附着其上的糖链的功能物质可优选用于基因转移。
如上所述的功能物质可以从天然存在的材料得到，可以人工制备(例如使用重组DNA技术或化学合成技术)，或通过将天然存在的物质与人工制备的物质结合制得。
用于本发明方法的纤连蛋白或其片段可以按照例如《生物化学杂志》256：7277(1981)；《细胞生物学杂志》102：449(1986)；或《细胞生物学杂志》105：489(1987)中描述的方法从天然存在的材料以基本上纯的形式制得。纤连蛋白或其片段可以如美国专利第5,198,423中所述利用重组DNA技术制备。特别地，在该专利出版物中详细描述了含有肝素-II结构域(这是逆转录病毒结合位点)的纤连蛋白片段，诸如重组多肽包括CH-296(RetroNectin)、H-271、H-296和CH-271以及用于得到它们的方法。如该出版物中所述，这些片段可以通过培养以保藏号FERM P-10721(H-296)(初始保藏日期：1989年5月12日)、FERM BP-2799(CH-271)(初始保藏日期：1989年5月12日)、FERM BP-2800(CH-296)(初始保藏日期：1989年5月12日)和FERM BP-2264(H-271)(初始保藏日期：1989年1月30日)在通产省工业技术院生命工学工业技术研究所(日本，1-3，Higashi 1-chome，Tsukuba-shi，Ibaraki-ken)保藏的大肠杆菌菌株得到。此外，一般可从这些片段衍生的片段可以使用已知的重组DNA技术通过修饰携带在这些大肠杆菌菌株中的质粒加以制备。
在上述纤连蛋白片段中，CH-296和CH-271具有VLA-5的配体，而CH-296和H-296具有VLA-4的配体。因此，它们可用于靶向到表达VLA-5或VLA-4的细胞中。例如，具有VLA-4配体的功能物质可用于将基因转移到造血干细胞中。
细胞可以用作对靶细胞具有亲和力的功能物质。某些细胞对器官、组织或细胞具有特异性亲和力。因此，细胞可用作用于在体内用病毒载体感染靶细胞的载体。下面对使用细胞作为载体将基因靶向到靶细胞中加以举例说明。
1、使用血管内皮细胞作为载体的基因转移
血管内皮细胞具有在新近形成血管的部位特异性积聚的特性。使用血管内皮细胞作为载体来靶向基因可以利用这种特性进行。
癌细胞在它们周围诱导血管形成，以用于它们生长、吸收营养物和通过所形成的血管排泄废物。癌症可以通过利用如上所述的血管内皮细胞的特性将病毒载体运送到癌细胞周围的血管形成部位加以治疗。例如，自杀基因诸如HSV-TK可以作为治疗基因转移，以直接攻击癌性组织。另一方面，可以转移抑制血管形成的基因来抑制癌细胞对营养物的摄取和使癌症退行。用这种方法治疗癌症所观察到的副作用小于用常规化疗或放疗所观察到的副作用。通过使用简单的包括接种本发明的用于基因治疗的组合物的治疗方法显著减少了因手术对病人造成的身体负荷。
为了克服为治疗脑梗塞或心肌梗塞进行的血管旁路手术后观察到的局部缺血状态，优选促进侧支循环路径的发展。在这种情况下，通过使用血管内皮细胞作为载体将与增进血管形成有关的基因转移到手术部位周围的血管形成部位来改善局部缺血状态。
2、使用炎性细胞作为载体将基因转移到发炎的组织中
在过敏性炎症诸如支气管性气喘的情况下，来自血管腔的炎性细胞附着在血管壁上，通过血管内皮细胞迁移，然后移到基质中，引起呼吸道粘膜产生炎症。治疗可以利用炎性细胞在炎症部位积聚的这种特性进行。可以用作载体的炎性细胞包括嗜曙红细胞、肥大细胞和淋巴细胞。例如，随着炎性细胞附着到血管壁(这是积聚的第一步)，如果与抑制附着有关的基因被转移到血管内皮细胞中的话，就会抑制炎性细胞的附着，此后就不会发生积聚。
3、使用造血干细胞作为载体将基因转移到骨髓微环境中
造血干细胞具有自动寻的到骨髓微环境中的特性。基因的靶向可以利用这种特性进行。当造血干细胞与病毒载体一起自动寻的到骨髓微环境中时，有用的基因可以转移到骨髓微环境中包括相邻的其他造血干细胞和组成骨髓微环境的细胞诸如基质细胞。
4、使用脑内皮细胞作为载体将基因转移到脑肿瘤中
向脑肿瘤部位的靶向可以通过将病毒载体与从脑衍生的内皮细胞结合来进行。特别是，逆转录病毒载体具有高效率地感染分裂细胞的特性。因此，它可以将愈合基因特异性地运送到脑肿瘤中，而不会感染肿瘤周围的非分裂正常细胞。
5、使用能再生组织的细胞作为载体的基因转移
最近报道了使用骨髓细胞使血管再生，并已利用这种观察进行了对心肌梗塞的治疗。通过向心肌中注射骨髓细胞改善了梗塞状态下心肌中的血流。如果骨髓细胞能允许利用这种特性运送具有有用基因(例如促进血管形成的基因)的病毒载体的话，骨髓细胞再生血管的能力就因与转移基因的协同效应而显著提高。另外，骨髓细胞能象间质干细胞那样分化并再生到骨、软骨、腱、脂肪细胞、骨骼肌和基质细胞中。因此，通过使用用于运送适于该目的的治疗基因的骨髓细胞，就可以利用骨髓细胞来促进组织或细胞的增生、位点特异性治疗等。
本发明中所用的功能物质包括由对病毒具有亲和力的功能物质和对靶细胞具有亲和力的功能物质组成的一种。例如，该功能物质可例举由对靶细胞具有特异性亲和力的抗靶细胞抗体和对病毒具有特异性亲和力的抗病毒抗体组成的功能物质、由对靶细胞具有特异性亲和力的糖链和对病毒具有特异性亲和力的抗病毒抗体组成的功能物质、以及由对靶细胞具有特异性亲和力的细胞和对病毒具有特异性亲和力的多肽组成的功能物质。基因可以使用这种功能物质转移到其中各种类型的细胞共存的活体内的特定细胞中。特别是，糖链据说是细胞的脸面，因为它们决定了细胞的多样性，且细胞通过不同糖链彼此识别和相互作用。因此，利用糖链的这种特异性来靶向基因转移当与具有特异性结合能力的抗体一起使用时可实现最精确的体内导弹基因治疗。
本发明的使用细胞作为载体的用于基因治疗的组合物可例举这样一种：其中对病毒载体具有亲和力的功能物质结合在对靶细胞具有特异性亲和力的细胞上。用于将功能物质与细胞结合的方法包括其中功能物质与细胞化学结合的方法和其中使用对病毒载体具有亲和力并对要用作载体的细胞具有特异性亲和力的功能物质的方法。
此外，对病毒载体具有特异性亲和力和对靶细胞具有特异性亲和力的细胞可以用作载体。生来就具有上述这两种性能的天然细胞可以用作这样的细胞。另一方面，细胞可以具有人工赋予的这两种亲和力或二者之一。对靶细胞的特异性亲和力可以通过迫使细胞在细胞表面上表达对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质(例如，在靶细胞上表达的受体的配体或针对靶细胞上的表面抗原的抗体)而获得。另外，对病毒载体的亲和力可以类似地通过在载体细胞的表面上表达对病毒载体具有特异性亲和力的功能物质而获得。
从要用本发明的用于基因治疗的组合物给药的病人制备的载体细胞没有通过免疫或类似方法消除。因此，它们对于治疗应用来说是特别优选的。如果不可能从病人制备载体细胞，则可以使用从另一个体或另一种动物得到的细胞。在这种情况下，如果细胞用辐射或药物预先进行了处理，则当给药到活体中一定时间后细胞开始分裂时，这些细胞不会生长和消失。这类细胞有足够的功能达到运送病毒载体的目的。
另外，通过利用载体细胞和靶细胞之间的相互作用(例如信号转导)来生成其中靶细胞变得对用病毒载体的感染、例如对进行性细胞周期敏感这样一种状态，可进一步提高基因转移效率。
用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗用的组合物可以使用作为活性成分的有效量的功能物质来制造，所述功能物质具有对包含用于基因治疗的基因的病毒具亲和力的功能和对需要进行基因转移的靶细胞具特异性亲和力的功能。另外，用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗用的组合物可以使用作为活性成分的、有效量的、对含有用于基因治疗的基因的病毒具有亲和力的功能物质和有效量的、对需要进行基因转移的靶细胞具有特异性亲和力的另一种功能物质来制造。
本发明的治疗组合物可以通过使用有效量的上述功能物质作为其活性成分并将其与已知药物载体一起配制加以制备。该组合物可以作为注射制剂或滴注液给药。
治疗组合物的剂量根据特定剂型、给药途径和目的以及要治疗的病人的年龄、体重和病情适当地确定和变化。一般说来，成人的每日剂量为10μg至200mg/kg，以制剂中含有的活性成分的量计。当然，剂量可以根据不同因素改变。因此，在有些情况下，比上述更小的剂量可能就足够了，但在另一些情况下，可能需要比上述更高的剂量。
本发明提供了一种基因治疗方法，它包括给药作为活性成分的有效量的本发明的治疗组合物。
在本发明的基因治疗方法中，对病毒具有亲和力的功能物质可以与有效量的含有用于基因治疗的基因的病毒结合后给药。另一方面，对病毒具有亲和力的功能物质可以给药使得它在体内因其亲和力而与病毒结合。在这两种情况下，给药方式的确定是要使基因在体内有效地转移到靶细胞中。
尽管不打算限制本发明，但最好选择适于将本发明的用于基因治疗的组合物给药到靶细胞的方法。
按照本发明要用作基因转移的目标的细胞的实例包括但不限于：干细胞、造血细胞、非粘着性低密度单核细胞、粘着细胞、骨髓细胞、造血干细胞、外周血干细胞、脐带血细胞、胎儿造血干细胞、形成胚胎的干细胞、胚细胞、原生殖细胞、卵母细胞、卵原细胞、卵细胞、精母细胞、精虫、CD34+细胞、c-kit+细胞、多潜能造血祖代细胞、单能性造血祖代细胞、红细胞样前体细胞、淋巴样母细胞、成熟血细胞、血细胞、白细胞、淋巴细胞、B细胞、T细胞、肿瘤浸润淋巴细胞、成纤维细胞、成神经细胞、神经细胞、内皮细胞、血管内皮细胞、肝细胞、成肌细胞、骨骼肌细胞、平滑肌细胞、癌细胞、骨髓瘤细胞和白血病细胞。
有些使用造血干细胞作为靶细胞的基因治疗是为了补充病人体内的缺陷或异常基因。其实例包括用于腺苷脱氨酶(ADA)缺乏的基因治疗(参见美国专利第5399346号)和用于高歇氏病的基因治疗。此外，为了减轻造血细胞因例如用于治疗癌症或白血病的化疗剂导致的破坏，可以将药物抗性基因转移到造血干细胞中。
此外，作为用于癌症的基因治疗，现已研究了其中将自杀基因诸如胸苷激酶基因转移到癌细胞中然后给药以杀死这些细胞的治疗方法(《科学》256：1550-1552(1992))。另外，也尝试使用基因治疗来治疗AIDS。在这种情况下，考虑了以下方法。在该方法中，将编码干扰人免疫缺陷病毒(HIV)的复制或基因表达的核酸分子(例如反义核酸或核酶)的基因转移到可以被AIDS的病因物质HIV感染的T细胞中〔例如，《病毒学杂志》69：4045-4052(1995)〕。按照本发明的靶细胞特异性基因转移可以如上所述提高基因治疗的效率。
正如上面的详细描述，需要对其采用基因治疗的疾病可以通过使用本发明的治疗组合物和治疗方法在体内将基因特异性地转移到靶细胞中加以治疗。当本发明的治疗组合物以生理学有效浓度给药到活体中时，没有观察到急性毒性。
实施例
下列实施例更详细地阐述了本发明，但不解释为是对其范围的限制。
实施例1
(1)将载体PGK-hADA(《自然医学》2：876-882(1996))-利用EPHA-5-生产者细胞(《自然医学》2：876-882(1996))生产的含有人ADA基因(hADA)的PGK载体，和如下面的实施例2中所述的RetroNectin的注射制剂注射到C3H/HeJ小鼠(8周龄，从日本SLC购得)的尾静脉中。造血干细胞的转导如《自然医学》2：876-882(1996)中所述通过检查转导人ADA cDNA在具有转移基因的小鼠体内的表达进行分析。具体地说，通过使用乙酸纤维素电泳进行检测的ADA同工酶分析来确认人ADA蛋白质在来自小鼠的外周血细胞中的存在。检查在移植术后的第四个月开始时进行，并每个月重复进行。
(2)对于用RetroNectin和载体PGK-hADA给药的小鼠，9个月后使用同工酶分析对来自移植术后小鼠的转导骨髓进行的分析确认了人ADA cDNA的表达。对于对照小鼠没有检测到人ADA。
实施例2
将RetroNectin(CH-296，Takara Shuzo)以2mg/ml的浓度溶于注射用水中。该溶液用盐水平衡以制备注射用制剂。
实施例3：使用HL-60细胞作为载体的基因转移
如下所述制备多肽CH-271。简言之，按照美国专利第5,198,423中描述的方法培养大肠杆菌HB101/pCH101(FERM BP-2799)。从培养物中得到CH-271。
将人白血病HL-60细胞(从Dainippon Pharmaceutical购得)以2×106细胞/ml的浓度悬浮于含有10％胎牛血清(FCS，Bio Whittaker)的D-EME培养基(Bio Whittaker)中。将RetroNectinTM(Takara Shuzo)或CH-271以终浓度100μg/ml加入到1ml细胞悬液中。提供没有加入这类功能物质的对照组。
将100μl含有6.23×106cfu/ml具有增强的绿色荧光蛋白质(EGFP)基因(pLELN(Clontech)，使用GP+E-86细胞(ATCC CRL-9642)制备)的亲环境逆转录病毒载体的溶液加入到细胞中。该混合物在37℃下在5％CO2培养箱中温育30分钟。温育后，细胞通过在含有10％FCS的D-MEM培养基中离心而洗涤两次，以除去没有吸附到细胞上的病毒载体。通过离心洗涤后，将细胞悬浮于1ml含有10％FCS的D-MEM培养基中。
将2×106个由此得到的HL-60细胞加入到6孔细胞培养平板(Falcon)中，该平板中已培养了2×105个NIH/3T3细胞(ATCC CRL-1658)。细胞在37℃下在5％CO2培养箱中温育2天。温育后，收集附着在平板上的NIH/3T3细胞。EGFP表达细胞通过流式细胞计量术使用FACSVantage(Becton Dickinson)在488nm兴奋波长和515-545nm发射波长下进行分析。然后计算基因转移效率(EGFP表达细胞与总细胞的比值)。实验结果显示于图1。
如图1中所示，只在向HL-60细胞中加入了RetriNectin(CH-296)的组中观察到了指示基因转移发生的、从GP+E-86/EGFP逆转录病毒载体衍生的EGFP基因的显著表达。具体地说，现已证明逆转录病毒载体可以经由RetriNectin吸附到HL-60细胞上，接近与HL-60细胞一起作为靶细胞的NIH/3T3细胞，然后感染靶细胞。经由RetriNectin吸附到细胞上的病毒载体在离心或洗涤后没有分离，并且没有随着吸附丧失其感染性。如上所述，能吸附病毒的载体细胞可以仅仅通过将RetriNectin加入到细胞悬液中而方便地制备。
除了具有VLA-5的配体以外，RetriNectin具有在HL-60细胞上表达的VLA-4的配体(CS-1)。另一方面，CH-271具有在HL-60上的表达水平低的VLA-5的配体。据认为，这种差异反映了基因转移效率的差异。这些结果显示，甚至在多种类型细胞共存的状态下，通过适当地选择对要用于与细胞结合的病毒具有亲和力的功能物质(例如纤连蛋白片段)，就有可能特异性地赋予有价值的载体细胞对病毒的亲和力。
实施例4：使用血管内皮细胞作为载体的基因转移
将RetroNectin以终浓度100μl/ml加入到200μl含有5×105个血管内皮细胞(HUVEC，从Bio Whittaker购得)的D-EME培养基(BioWhittaker，添加有10％FBS)中。提供没有加入RetroNectin的对照组。
将200μl含有7.75×106cfu/ml浓度的GP+E-86/EGFP逆转录病毒的溶液加入到细胞中。该混合物在37℃下在5％CO2培养箱中温育30分钟。温育后，细胞通过在含有10％FCS的D-MEM培养基中离心而洗涤两次，以除去没有吸附到细胞上的病毒载体。通过离心洗涤后，将细胞悬浮于100μl含有10％FCS的D-MEM培养基中。将如上所述制备的5×105个HUVEC细胞与存在于500μl RPMI 1640培养基(Bio Whittaker，添加有10％FBS)中的1×105个L1210细胞(从Dainippon Pharmaceutical购得)混合，并转移到24孔平板(Falcon)中。细胞在37℃下在5％CO2培养箱中温育4天。
当细胞经培养后在荧光显微镜下检查时，观察到被L1210细胞包围的HUVEC簇，证明HUVEC对L1210细胞具有亲和力。另外，对于围绕HUVEC的L1210细胞观察到了来自EGFP的荧光，证明在这些细胞中发生了基因转移。对于经历了上述操作但没有加入RetroNectin的细胞，观察到了HUVEC被L1210细胞围绕，但没有观察到荧光。
从上面的描述证明，使用相结合的HUVEC和功能物质诸如RetroNectin可以将基因靶向到靶细胞中。
实施例5：细胞内皮细胞的自动寻的
使用腺病毒表达载体试剂盒(Takara Shuzo)，制备含有具有附加在试剂盒上的lacZ基因的对照质粒pAxCAiLacZ的腺病毒载体AxCAiLacZ。在10cm平板(Falcon)中培养至几乎铺满的HUVEC在m.o.i.＝10下用腺病毒载体AxCAiLacZ感染，并继续培养。将感染后3天收集的细胞指定为LacZ-HUVEC。
将小鼠纤维肉瘤细胞系Meth-A(由物理和化学研究学会(RIKEN)分发，RCB 0464)的1×106个细胞皮下移植到SCID小鼠(从Clea Japan获得)体内。移植5天后通过尾静脉接种2×106个LacZ-HUVEC。接种后7天，从小鼠体内取出肿瘤、在与肿瘤相邻的部位观察到血管形成的腹膜(包括腹壁)和各种器官(肝、脾、心脏、肾和肺)。上述每样东西都使用X-gal(Takara Shuzo)染色，以检查LacZ-HUVEC的定位情况。另外，一部分LacZ-HUVEC在接种到小鼠体内的同时在平板中进行培养，并且当肿瘤、腹膜和器官染色时它们也用X-gal染色，目的是确认LacZ-HUVEC具有lacZ基因。
在平板中培养的LacZ-HUVEC用X-gal染成蓝色，确认它们携带了lacZ基因。取出的部分肿瘤和腹膜用X-gal染成蓝色。特别是，沿着腹膜中的血管形成部位观察到了线形的蓝色染色，确认LacZ-HUVEC定位在血管形成部位。另外，一部分肿瘤也观察到了蓝色染色。由此证明，给药的HUVEC选择性地积聚在血管形成部位。
如上所述，现已证明HUVEC可以用作用于将基因转移到肿瘤发生部位和血管形成部位的载体。
工业实用性
本发明提供了一种使基因转移能够在体内靶向到靶细胞中的疗法，它将基因特异性地转移到有价值的靶细胞中，并因此可用于治疗对基因治疗敏感的疾病，以及用于该疗法的组合物。另外，本发明提供了包括给药所述治疗组合物的基因治疗方法和包括在体内将基因转移到靶细胞中的基因治疗方法。

Claims (45)

1、用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗用的组合物，它含有作为活性成分的有效量的功能物质，该功能物质具有对包含用于基因治疗的基因的病毒具亲和力的功能和对需要进行基因转移的靶细胞具特异性亲和力的功能。
2、按照权利要求1的组合物，它含有有效量的包含用于基因治疗的基因的病毒。
3、按照权利要求1或2的组合物，其中对病毒具有亲和力的功能由选自下列成员的功能物质产生：抗病毒抗体、纤连蛋白的肝素-II结合结构域、成纤维细胞生长因子、胶原和聚赖氨酸以及其功能等价物。
4、按照权利要求1-3任一项所述的组合物，其中对靶细胞具特异性亲和力的功能由选自下列成员的功能物质产生：各自对靶细胞具有亲和力的蛋白质、激素、细胞因子、抗靶细胞抗体、糖链、糖类和细胞。
5、按照权利要求1-4任一项所述的组合物，其中功能物质是从选自下列成员的细胞衍生的对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质：血管内皮细胞、炎性细胞、造血干细胞、脑内皮细胞和骨髓细胞。
6、按照权利要求1的组合物，其中功能物质是对靶细胞具有特异性亲和力的细胞。
7、按照权利要求6的组合物，其中功能物质是选自下列成员的细胞：血管内皮细胞、炎性细胞、造血干细胞、脑内皮细胞和骨髓细胞。
8、用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗用的组合物，它含有作为活性成分的、有效量的、对含有用于基因治疗的基因的病毒具有亲和力的功能物质和有效量的、对需要进行基因转移的靶细胞具有特异性亲和力的另一种功能物质。
9、按照权利要求8的组合物，它含有有效量的包含用于基因治疗的基因的病毒。
10、按照权利要求8或9的组合物，其中对病毒具有亲和力的功能物质是选自下列成员的功能物质：抗病毒抗体、纤连蛋白的肝素-II结合结构域、成纤维细胞生长因子、胶原和聚赖氨酸以及其功能等价物。
11、按照权利要求8-10任一项所述的组合物，其中对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质是选自下列成员的功能物质：各自对靶细胞具有亲和力的蛋白质、激素、细胞因子、抗靶细胞抗体、糖链、糖类和细胞。
12、按照权利要求11的组合物，其中对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质是对靶细胞具有特异性亲和力的细胞。
13、按照权利要求12的组合物，其中对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质是选自下列成员的细胞：血管内皮细胞、炎性细胞、造血干细胞、脑内皮细胞和骨髓细胞。
14、用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗方法，该方法包括给药作为活性成分的有效量的功能物质，该功能物质具有对包含用于基因治疗的基因的病毒具亲和力的功能和对需要进行基因转移的靶细胞具特异性亲和力的功能。
15、按照权利要求14的基因治疗方法，它包括给药有效量的含有用于基因治疗的基因的病毒。
16、按照权利要求14或15的基因治疗方法，其中对病毒具有亲和力的功能由选自下列成员的功能物质产生：抗病毒抗体、纤连蛋白的肝素-II结合结构域、成纤维细胞生长因子、胶原和聚赖氨酸以及其功能等价物。
17、按照权利要求14-16任一项所述的基因治疗方法，其中对靶细胞具特异性亲和力的功能由选自下列成员的功能物质产生：各自对靶细胞具有亲和力的蛋白质、激素、细胞因子、抗靶细胞抗体、糖链、糖类和细胞。
18、按照权利要求14-17任一项所述的基因治疗方法，其中功能物质是从选自下列成员的细胞衍生的对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质：血管内皮细胞、炎性细胞、造血干细胞、脑内皮细胞和骨髓细胞。
19、按照权利要求14的基因治疗方法，其中功能物质是对靶细胞具有特异性亲和力的细胞。
20、按照权利要求19的基因治疗方法，其中功能物质是选自下列成员的细胞：血管内皮细胞、炎性细胞、造血干细胞、脑内皮细胞和骨髓细胞。
21、用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗方法，该方法包括给药作为活性成分的、有效量的、对含有用于基因治疗的基因的病毒具有亲和力的功能物质和有效量的、对需要进行基因转移的靶细胞具有特异性亲和力的另一种功能物质。
22、按照权利要求21的基因治疗方法，它包括给药有效量的含有用于基因治疗的基因的病毒。
23、按照权利要求21或22的基因治疗方法，其中对病毒具有亲和力的功能物质是选自下列成员的功能物质：抗病毒抗体、纤连蛋白的肝素-II结合结构域、成纤维细胞生长因子、胶原和聚赖氨酸以及其功能等价物。
24、按照权利要求21-23任一项所述的基因治疗方法，其中对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质是选自下列成员的功能物质：各自对靶细胞具有亲和力的蛋白质、激素、细胞因子、抗靶细胞抗体、糖链、糖类和细胞。
25、按照权利要求21的基因治疗方法，其中对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质是对靶细胞具有特异性亲和力的细胞。
26、按照权利要求25的基因治疗方法，其中对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质是选自下列成员的细胞：血管内皮细胞、炎性细胞、造血干细胞、脑内皮细胞和骨髓细胞。
27、有效量的功能物质在制备用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗用的组合物中的用途，所述功能物质具有对包含用于基因治疗的基因的病毒具亲和力的功能和对需要进行基因转移的靶细胞具特异性亲和力的功能。
28、按照权利要求27的用途，其中组合物含有有效量的包含用于基因治疗的基因的病毒。
29、按照权利要求27或28的用途，其中对病毒具有亲和力的功能由选自下列成员的功能物质产生：抗病毒抗体、纤连蛋白的肝素-II结合结构域、成纤维细胞生长因子、胶原和聚赖氨酸以及其功能等价物。
30、按照权利要求27-29任一项所述的用途，其中对靶细胞具特异性亲和力的功能由选自下列成员的功能物质产生：各自对靶细胞具有亲和力的蛋白质、激素、细胞因子、抗靶细胞抗体、糖链、糖类和细胞。
31、按照权利要求27-30任一项所述的用途，其中功能物质是从选自下列成员的细胞衍生的对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质：血管内皮细胞、炎性细胞、造血干细胞、脑内皮细胞和骨髓细胞。
32、按照权利要求27的用途，其中功能物质是对靶细胞具有特异性亲和力的细胞。
33、按照权利要求32的用途，其中功能物质是选自下列成员的细胞：血管内皮细胞、炎性细胞、造血干细胞、脑内皮细胞和骨髓细胞。
34、有效量的对含有用于基因治疗的基因的病毒具有亲和力的功能物质和有效量的对需要进行基因转移的靶细胞具有特异性亲和力的另一种功能物质在制备用于治疗对基因治疗敏感的疾病的基因治疗用的组合物中的用途。
35、按照权利要求34的用途，其中组合物含有有效量的包含用于基因治疗的基因的病毒。
36、按照权利要求34或35的用途，其中对病毒具有亲和力的功能物质是选自下列成员的功能物质：抗病毒抗体、纤连蛋白的肝素-II结合结构域、成纤维细胞生长因子、胶原和聚赖氨酸以及其功能等价物。
37、按照权利要求34-36任一项所述的用途，其中对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质是选自下列成员的功能物质：各自对靶细胞具有亲和力的蛋白质、激素、细胞因子、抗靶细胞抗体、糖链、糖类和细胞。
38、按照权利要求34的用途，其中对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质是对靶细胞具有特异性亲和力的细胞。
39、按照权利要求38的用途，其中对靶细胞具有特异性亲和力的功能物质是选自下列成员的细胞：血管内皮细胞、炎性细胞、造血干细胞、脑内皮细胞和骨髓细胞。
40、按照权利要求1-39任一项所述的组合物、基因治疗方法或用途，其中靶细胞是选自下列成员的细胞：造血干细胞、血细胞、白细胞、淋巴细胞、T细胞、肿瘤浸润淋巴细胞、B细胞和癌细胞。
41、按照权利要求1-40任一项所述的组合物、基因治疗方法或用途，其中靶细胞是选自下列成员的细胞：造血干细胞、血细胞、白细胞、淋巴细胞、T细胞、肿瘤浸润淋巴细胞、B细胞和癌细胞。
42、按照权利要求1-41任一项所述的组合物、基因治疗方法或用途，其中由转移基因编码的蛋白质是一种治疗蛋白质，它以对治疗来说足够的量随着基因在靶细胞中的表达而表达。
43、按照权利要求42的组合物、基因治疗方法或用途，其中蛋白质是酶或细胞因子。
44、按照权利要求1-43任一项所述的组合物、基因治疗方法或用途，其中病毒是病毒载体。
45、按照权利要求1-44任一项所述的组合物、基因治疗方法或用途，其中病毒是逆转录病毒载体、腺病毒载体、腺伴随病毒载体或痘苗病毒载体。
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