DD293264A5 - METHOD FOR PRODUCING MEMBRANE ANCHOR COMPOUNDS FOR THE COVALENT LIPOSOMAL IMMOBILIZATION OF HYDROPHILIC AMINOGRUPPENEHOLDING LIGANDS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Membranankerverbindungen zur kovalenten liposomalen Immobilisierung hydrophiler aminogruppenenthaltender Liganden. Die erfindungsgemaesz hergestellten Membranankerverbindungen werden verwendet zur Darstellung von Liposomen-Immunoassays und Agglutinationsassays, fuer den zell- bzw. gewebsspezifischen Transport liposomal verkapselter Medikamente, zur Einschleusung genetischen Materials in Zellen und zur Darstellung neuartiger synthetischer Vaccine auf der Basis der Verwendung von Liposomen als Immunoadjuvantien. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dasz durch Acylierung von Cardiolipin mit Bernsteinsaeure- oder Glutarsaeureanhydrid in Gegenwart von 4-Dimethylaminopyridin als Katalysator Cardiolipinderivate der Formel I, worin R1, R2, R3 und R4 die Alkylgruppe einer gesaettigten oder ungesaettigten laengerkettigen Carbonsaeure und n2 oder 3 bedeuten, hergestellt werden. Formel I{Membranankerverbindung; Cardiolipinderivat; Immobilisierung, liposomal; Ligand, hydrophil; Acylierung}The invention relates to a process for the preparation of membrane anchor compounds for the covalent liposomal immobilization of hydrophilic amino group-containing ligands. The membrane anchor compounds prepared according to the present invention are used to prepare liposome immunoassays and agglutination assays, for the cellular or tissue specific transport of liposomal encapsulated drugs, for the introduction of genetic material into cells, and for the preparation of novel synthetic vaccines based on the use of liposomes as immunoadjuvants. The essence of the invention is that by acylation of cardiolipin with succinic or glutaric anhydride in the presence of 4-dimethylaminopyridine as a catalyst, cardiolipin derivatives of the formula I wherein R1, R2, R3 and R4 represent the alkyl group of a saturated or unsaturated long-chain carboxylic acid and n2 or 3 mean to be produced. Formula I {membrane anchor compound; Cardiolipinderivat; Immobilization, liposomal; Ligand, hydrophilic; acylation}
Description
worin R1, R2, R3 und R4 die Alkylgruppe einer gesättigten oder ungesättigten, längerkettigen Carbonsäure und η = 2 oder 3 bedeuten, erhalten werden.wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 represent the alkyl group of a saturated or unsaturated, long-chain carboxylic acid and η = 2 or 3.
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Membranankerverbindungen zur kovalenten liposomalan Immobilisierung hydrophiler aminogruppenenthaltender Liganden. Liposomen mit kovalent über Membranankerverbindungen immobilisierten hydrophilen Liganden wie verschiedenen Proteinen, u.a. Immunglobulinen, Fab-Fragmenten, Leciinen und Enzymen sowie natürlichen und synthetischen Peptiden, membranrezeptorspezifischen Zuckerderivaten, Hormonen u.a. werden eingesetzt:The invention relates to a process for the preparation of membrane anchor compounds for covalent liposomal immobilization of hydrophilic amino group-containing ligands. Liposomes having covalently immobilized via membrane anchor compounds hydrophilic ligands such as various proteins, u.a. Immunoglobulins, Fab fragments, leucines and enzymes as well as natural and synthetic peptides, membrane receptor-specific sugar derivatives, hormones and the like. be used:
- im immunologisch-analytischen und medizinisch-diagnostischen Bereich zur Herstellung von Liposomen-Immunoassays (LIA) und Agglutinationssays,in the immunological-analytical and medical-diagnostic field for the production of liposome immunoassays (LIA) and agglutination assays,
- im medizinisch-therapeutischen Bereich für den zelt- bzw. gewebsspezifischen Transport liposomal verkapselter Medikamente,in the medical therapeutic field for the tent or tissue-specific transport of liposomal encapsulated drugs,
- zur Einschleusung genetischen Materials in Zellen undfor the introduction of genetic material into cells and
- in Form von „Virosomen" oder „Immunosomen" auf dem Gebiet der Herstellung neuartiger synthetischer Vaccine.in the form of "virosomes" or "immunosomes" in the field of the production of novel synthetic vaccines.
Charakteristik des bekannten Standes aer TechnikCharacteristic of the known state of the art
Die am häufigsten verwendeten synthetischn Membranankerverbindungen haben einen hydrophoben Molekülteil, der aus nur einem oder zwei Fettsäureresten besteht. Ihre Herstellung und Verwendung zur Immobilisierung hydrophiler Liganden an Liposomen ist in folgender Literatur beschrieben:The most commonly used synthetic membrane anchor compounds have a hydrophobic moiety consisting of only one or two fatty acid residues. Their preparation and use for immobilizing hydrophilic ligands on liposomes is described in the following literature:
- Torchilin, V. P., (1987) CRC Critical Reviews in Therapeutic Drug Carrier Systems 2,65-115,Torchilin, V.P., (1987) CRC Critical Reviews in Therapeutic Drug Carrier Systems 2,65-115,
- Machy, P., und Leserman, L., (1987) Liposomes in Cell Biology and Pharmacology, Editions lnserm, John Libbey Eurotext, London,- Machy, P., and Leserman, L., (1987) Liposomes in Cell Biology and Pharmacology, Editions lnserm, John Libbey Eurotext, London,
- Gregoriadis, G., (ed.) (1984) Liposome Technology, Vol.3, CRC Press, Boca Raton.- Gregoriadis, G., (ed.) (1984) Liposome Technology, Vol.3, CRC Press, Boca Raton.
Membranankerverbindungen mit drei Fettsäureresten (synthetische Derivate einer natürlichen Membranankerverbindung aus der Außenmembran von Escherichia coli) sind ebenfalls bekannt. Die Verwendung dieser Verbindungen als Zwischenprodukte zur Herstellung von Membrananker-Wirkstoffkonjugaten und deren potentielle Verwendbarkeit für Liposomenpräparate ist in DE 3546150 A1 beschrieben.Membrane anchor compounds having three fatty acid residues (synthetic derivatives of a natural membrane anchor compound from the outer membrane of Escherichia coli) are also known. The use of these compounds as intermediates for the preparation of membrane anchor drug conjugates and their potential utility for liposome preparations is described in DE 3546150 A1.
Allen bisher bekannten Membranankerverbindungen für die kovalente liposomale Immobilisierung hydrophiler Liganden haftet der Nachteil an, daß deren hydrophober Molekülteil aus maximal drei Fettsäureresten besteht. Dies hat zur Folge, daß für das Erzielen einer ausreichend hohen Hydrophobizität die Zahl der gebundenen Membrananker pro Ligand (vor allem bei höhermolekularen Liganden) relativ hoch sein muß, was wiederum die spezifischen Eigenschaften des Liganden beeinflussen kann.All previously known membrane anchor compounds for the covalent liposomal immobilization of hydrophilic ligands have the disadvantage that their hydrophobic moiety consists of a maximum of three fatty acid residues. This has the consequence that for achieving a sufficiently high hydrophobicity, the number of bound membrane anchors per ligand (especially for higher molecular weight ligands) must be relatively high, which in turn may affect the specific properties of the ligand.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist es, die kovalente Bindung hydrophiler Liganden an liposomale Membranen durch neue Membranankerverbindungen zu verbessern. Die Ligandenbindung soll dabei schonend und mit hohen Bindungsraten erfolgen.The aim of the invention is to improve the covalent attachment of hydrophilic ligands to liposomal membranes by novel membrane anchor compounds. Ligand binding should be gentle and with high binding rates.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung neuer Membranankorverbindungen zur kovalenten liposomalen Immobilisierung hydrophiler amincgruppenenthaltender Liganden vorzuschlagen, wobei in den zu immobilisierenden Liganden mit jedem gebundenen Ankermolekül gleichzeitig vier Fettsäurereste eingeführt werden und somit je Ankermolekül dem Liganden eine höhere Hydrophobizität als bei Verwendung herkömmlicher Membranankerverbindungen verliehen wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Cardiolipinderivate der Formel I hergestellt werden, worin R1, R2, R3 und R« die Alkylgruppe einer gesättigten oder ungesättigten längerkettigen Carbonsäure und η = 2 oder 3 bedeuten.The object of the invention is to propose a process for the preparation of novel membrane anchor compounds for covalent liposomal immobilization of hydrophilic amincgruppenenthaltender ligands, wherein in the ligands to be immobilized with each bound anchor molecule simultaneously four fatty acid residues are introduced and thus per anchor molecule ligands a higher hydrophobicity than when using conventional membrane anchor compounds is awarded. According to the invention the object is achieved in that cardiolipin derivatives of the formula I are prepared, wherein R 1 , R 2 , R 3 and R "is the alkyl group of a saturated or unsaturated long-chain carboxylic acid and η = 2 or 3.
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Die Synthese erfolgt durch Acylierung von Cardiolipin mit Bernsteinsäure- oder Glutarsäureanhydrid und 4-Dimethylamlnopyridin (4-DMAP) als Katalysator. Die erfindungsgemäß synthetisierten Membrananker können, aktiviert mittels Carbodiimidmethode, in bekannter Weise entweder als Lipidkomponente in präformierten Liposomen (Immobilisierungsverfahren A) oder durch Hydrophobisierung von hydrophilen Liganden in Dimethylsulfoxid enthaltender wäßriger Lösung und nachfolgendem Einbau der hydrophobisierten Liganden in Reverse Phase Evaporation Vesicles (REV) im Prozeß der Liposomenbildung (Immobilisierugnsverfahren B) zur kovalenten Immobilisierung hydrophiler, aminogruppenenthaltender Liganden an die Oberfläche von Liposomen verwendet werden.The synthesis is carried out by acylation of cardiolipin with succinic or glutaric anhydride and 4-dimethylamino-pyridine (4-DMAP) as a catalyst. The membrane anchors synthesized according to the invention can, activated by Carbodiimidmethode, in a known manner either as a lipid component in preformed liposomes (immobilization A) or by hydrophilization of hydrophilic ligands in dimethyl sulfoxide-containing aqueous solution and subsequent incorporation of the hydrophobized ligands in reverse phase evaporation vesicles (REV) in the process liposome formation (immobilization method B) for covalent immobilization of hydrophilic amino-containing ligands to the surface of liposomes.
Ausführungsbeispieleembodiments
Synthese von O-SuccinylcardiolipinSynthesis of O-succinyl cardiolipin
25 mg trockenes Cardiolipin, 71,5 mg Bernsteinsäureanhydrid und 6,22 mg 4-DMAP werden in 3 ml trockenem Pyridin unter einer Inertgasatmosphäre, magnetisch gerührt, inkubiert. Nach ca. 10-15 Stunden ist die Umsetzung des Cardiolipins vollständig.25 mg of dry cardiolipin, 71.5 mg of succinic anhydride and 6.22 mg of 4-DMAP are incubated in 3 ml of dry pyridine under an inert gas atmosphere, stirred magnetically. After about 10-15 hours, the conversion of the cardiolipin is complete.
Pyridin wird abgedampft und der Rückstand in 3ml Chloroform aufgenommen. Die Chloroformphase wird zunächst mit 0,1 N HCI und dann mit 0,1 M NaHCO3-Lösung ausgeschüttelt (RF = 0,36 auf Silicagelplatten, d = 0,25mm, Laufmittel: Chloroform/ Methanol/25% Ammoniak = 130/64/15). Die Substanz wurde als O-Succinylcardiolipin durch Verwendung von '^-Bernsteinsäureanhydrid identifiziert, da nach Bestimmung des Bernsteinsäuregehalts auf der Basis der 14C-Markierung und des Phosphatgehaltes durch Veraschung das theoretisch zu erwartende Verhältnis von Bernsteinsäure:Phosphat von 1:2 gefunden wurde. Die Ausbeute auf der Basis der Phosphatbestimmung betrug 57%.Pyridine is evaporated and the residue taken up in 3 ml of chloroform. The chloroform phase is shaken first with 0.1 N HCl and then with 0.1 M NaHCO 3 solution (R F = 0.36 on silica gel plates, d = 0.25 mm, eluent: chloroform / methanol / 25% ammonia = 130 / 64/15). The substance was identified as O-succinyl-cardiolipin by using succinic anhydride because after determining the succinic acid content on the basis of the 14 C label and the phosphate content by ashing, the theoretically expected ratio of succinic acid: phosphate of 1: 2 was found. The yield based on the phosphate determination was 57%.
Immobilisierung von a-Chymotrypsin an der Oberfläche präformierter Liposomen, die O-Succinylcardiolipin enthalten (Immobilisierungsverfahren A)Immobilization of α-chymotrypsin on the surface of preformed liposomes containing O-succinyl cardiolipin (immobilization method A)
200μΙ Ultraschallvesikel (4,8 χ 10"3M Gesamtlipid, 60mol-% Eilecithin, 35mol-% Cholesterol, 5mol-% O-Succinylcardiolipin) in physiologischer Kochsalzlösung werden nach Einstellen des pH-Wertes auf 3,5 mit 2mg 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyDcarbodiimid inkubiert. Nach 5 Minuten werden 100μΙ einer α-Chymotrypsinlösung in 0,1 M Boratpuffer pH 8,5 (0,78-31,25mg a-Chymotrypsin/ml) zupipettiert. Der Ansatz wird bei 4°C magnetisch gerührt. Die Reaktion ist nach 16 Stunden vollständig. Die Abtrennung der Proteoliposomen von ungebundenem a-Chymotrypsin erfolgt über Sephorose CL-4B.200μΙ ultrasound vesicles (4.8 χ 10 " 3 M total lipid, 60mol% egg lecithin, 35mol% cholesterol, 5mol% O-succinyl cardiolipin) in physiological saline solution are adjusted to pH 3.5 with 2mg 1-ethyl After 5 minutes, 100 μl of an α-chymotrypsin solution in 0.1 M borate buffer pH 8.5 (0.78-31.25 mg of α-chymotrypsin / ml) are pipetted in. The batch is stirred at 4 ° C. The reaction is complete after 16 hours The separation of the proteoliposomes from unbound a-chymotrypsin is via Sephorose CL-4B.
Bei einer Konzentration von a-Chymotrypsin im Kopplungsansatz von 10mg/ml wird ein Ergebnis von 1,44 χ 10~2mol a-Chymotrypsin/mol Gesamtlipid bzw. von 360μg/μmol Gesamtlipid erreicht. Die Beladung der Liposomen mit Protein kann durch Variation von Gesamtlipid- und Proteinkonzentration und des Ankergehaltes der Liposomen kontrolliert werden.At a concentration of a-chymotrypsin in the coupling mixture of 10mg / ml, a result of 1.44 χ 10 ~ 2 moles of a-chymotrypsin / mol total lipid and from 360μg / .mu.mol total lipid is achieved. The loading of the liposomes with protein can be controlled by varying the total lipid and protein concentration and the anchor content of the liposomes.
Hydrophobisierung von a-Chymotrypsin mit O-Succinylcardiolipin und Bindung des hydrophobisierton Enzyms an Phospolipiddoppolschichten (Immobilisierugnsverfahren B)Hydrophobization of α-chymotrypsin with O-succinyl-cardiolipin and binding of the hydrophobisierton enzyme to phospholipid double-polyol layers (immobilization method B)
0,58μπιοΙ trockenes O-Succinylcardiolipin werden in 100μΙ Dimethyhulfoxid suspendiert und mit 500μΙ physiologischer Kochsalzlösung versetzt. Nach kurzer Ultraschallbehandlung wird der pH-Wert auf 3,5 eingestellt und 20 mg 1 -Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyDcarbodiimid zugesetzt. Nach 5 Minuten werden dann 4,6mg a-Chymotrypsin in 500μΙ 0,1 M Boratpuffer pH 8,5 zugegeben. Nach Inkubation über Nacht wird das hydrophobisierte Protein von nicht hydrophobisiertem Protein und0.58μπιοΙ dry O-Succinylcardiolipin be suspended in 100μΙ Dimethyhulfoxid and mixed with 500μΙ physiological saline. After a brief ultrasound treatment, the pH is adjusted to 3.5 and 20 mg of 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide are added, and after 5 minutes, 4.6 mg of α-chymotrypsin in 500 μl of 0.1 M borate buffer pH 8.5 are obtained After incubation overnight, the hydrophobized protein of non-hydrophobized protein and
ungebundenem Anker an einer Sepharose CL-4B Minisäule (6 x 2cm) separiert. Das molare Verhältnis von Cardiolipinankena-Chymotrypsin wurde zu 4:1 bestimmt, wobei ca. 2 Ankermoleküle kovalent gebunden sind.unbound anchor on a Sepharose CL-4B mini column (6 x 2cm) separated. The molar ratio of cardiolipinankena-chymotrypsin was determined to be 4: 1 with about 2 anchor molecules covalently attached.
Zum Zwecke der Bindung des hydrophobisierten Proteins an Phospholipiddoppelschichten von Reverse Phase Evaporation Vesicles (Scoka, F., Papahadjopoulos, D.; Proc. Nat. Acad. Sei. USA75 [1978] 4194) werden 1 ml der wäßrigen Lösung des hydrophobisierten Proteins mit 3ml Lecithin und Cholesterol (2:1, mohrnol) enthaltenden Diethylether in einem 25ml Rundkölbchen vermischt. Danach wird der Diethylether bei vermindertem Druck entfernt.For the purpose of binding the hydrophobized protein to phospholipid bilayers of reverse phase evaporation vesicles (Scoka, F., Papahadjopoulos, D .; Proc. Nat. Acad. Ser. USA75 [1978] 4194), 1 ml of the aqueous solution of the hydrophobized protein with 3 ml Lecithin and cholesterol (2: 1, mohrnol) containing diethyl ether mixed in a 25ml round cuvette. Thereafter, the diethyl ether is removed under reduced pressure.
Bis zu 1,59 χ 1C~3mol Protein/mol Lipid ist eine Bildung von Liposomen möglich, wobei das angebotene Protein vollständig in die Vesikel eingebaut wird.Up to 1.59 χ 1C ~ 3 mol protein / mol lipid liposome formation is possible, whereby the offered protein is completely incorporated into the vesicles.
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DD33923990A DD293264A5 (en) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | METHOD FOR PRODUCING MEMBRANE ANCHOR COMPOUNDS FOR THE COVALENT LIPOSOMAL IMMOBILIZATION OF HYDROPHILIC AMINOGRUPPENEHOLDING LIGANDS |
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WO2002066990A2 (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-29 | The Babraham Institute | Immobilised cardiolipin probes |
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1990
- 1990-03-30 DD DD33923990A patent/DD293264A5/en not_active IP Right Cessation
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WO2002066990A2 (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-29 | The Babraham Institute | Immobilised cardiolipin probes |
WO2002066990A3 (en) * | 2001-02-20 | 2002-10-17 | Babraham Inst | Immobilised cardiolipin probes |
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