DE69122828T2 - Hydroxyapatit-antigen-konjugate und verfahren zur auslösung einer poly-ig-immunantwort - Google Patents
Hydroxyapatit-antigen-konjugate und verfahren zur auslösung einer poly-ig-immunantwortInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung wurde teilweise durch Unterstützung durch die Regierung der Vereinigten Staaten finanziert, und die US-Regierung besitzt bestimmte Rechte an der Erfindung.
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet des passiven mukosalen Immunschutzes und Poly-Ig-Immunreagentien und -Techniken. Wir benutzen den Begriff Poly-Ig für die polymeren Klassen an Antikörpern, d.h. IgA und IgM. IgM-Antikörper werden im allgemeinen in einem frühen Stadium der Immunantwort erzeugt und stellen keinen wichtigen Faktor bei der schützenden mukosalen Immunität dar. Somit bezieht sich die Erfindung allgemein auf polymere Ig-Antikörper, und die üblichen und bevorzugten Antikörper für sämtliche erfindungsgemäße Aspekte sind Antikörper der IgA-Klasse, die normalerweise in dimerer Form sezerniert und zu einem geringeren Ausmaß als höhere IgA- Polymere sezerniert werden.
- Viele pathogene Bakterien und Viren gewinnen anfänglich Eintritt in den Körper durch Durchqueren der zellulären Auskleidung (Epithelien) des gastrointestinal, respiratorischen oder Genitaltrakts. Eine spezialisierte Klasse an Antikörpern, IgA- Antikörper, schützt diese Oberflächen. IgA-Antikörper sind dimere oder polymere Moleküle, die von Zellen hergestellt werden, die in den Geweben unter den epithelialen Oberflächen lokalisiert sind. Sie werden durch epitheliale Zellen in Mukosaausscheidungen transportiert, wo sie Pathogene, die noch nicht in den Körper eingetreten sind, vernetzen oder beschichten, wobei sie die Pathogene davon abhalten, mit epithelialen Zellen in Kontakt zu treten und sich daran zu heften. Somit wirken IgA- Antikörper auf Pathogene, die sich außerhalb des Körpers befinden, und sie schützen, indem sie den Eintritt durch die epithelialen Oberflächen in den Körper verhindern.
- Die natürlich vorkommende IgA-Antwort wird durch die Antigenanlieferung an Mukosaoberflächen beeinflußt. Das Antigen tritt in den Körper durch spezifische Sammelstellen (Mikrofaltung oder M-Zellen genannt) ein, die den transepithelialen Antigentransport in Bereiche der Mukosaauskleidung bewirken, enthaltend spezialisierte, organisierte Ansammlungen der Zellen des mukosalen Immunsystems. Insbesondere, wie in Figur 1 gezeigt, binden Antigene A (gezeigt als ausgefüllte Punkte) im Lumen 1 an die Lumenoberfläche von M-Zellen an Stelle 2. Die Antigene werden internalisiert und transcytosiert an 3, um in die intraepitheliale Tasche 4, enthaltend lymphoide Zellen L (B- und T- Zellen) und Antigen-prozessierende/präsentierende Zellen, wie Makrophagenzellen (M), freigesetzt zu werden.
- IgA-Antikörper werden in einem natürlich immunisierten Wirt in Ausscheidungen transportiert durch das Binden an einen spezifischen Rezeptor (als Poly-Ig-Rezeptor bezeichnet) auf den basalen (interioren) Oberflächen von epithelialen und glandulären Zellen, die sich durch die respiratorischen und Verdauungssysteme, den Genitaltrakt und die Brustdrüsen erstrecken. Siehe Solari und Krähenbuhl, "Receptor-Mediated Transepithelial Transport of Polymeric Immunoglobulins", Seiten 269-298 in The Mammary Gland, Neville and Daniel Herausg., Plenum Publishing, Cambridge (1987); Mestecky (1987), J. Clin. Immunol. 7: 265- 276. Rezeptor-IgA-Komplexe werden durch diese Zellen transportiert und per Exocytose auf luminale (exteriore) Zelloberflächen gebracht, wo der Rezeptor enzymatisch gespalten wird, wobei IgA in die Ausscheidungen zusammen mit einem Rezeptorfragment, sekretorische Komponente (SC) genannt, freigesetzt werden. Siehe Mostov et al. (1980) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77: 7257-7261; Solari, R. und Krähenbuhl, J. P. Cell 36: 61-71 (1984); Kuhn und Krähenbuhl, J. Biol. Chem. 256: 12490-12495 (1981). Es wurde berichtet, daß die sekretorische Komponente den proteolytischen Abbau von IgA verringert. Lindh, J., J. Immunol. 114: 284-286 (1975); Brown, Neucomb, Ishizaka, J. Clin. Invest. 49: 1374 (1974).
- Im allgemeinen rufen bestehende Immunisierungsstrategien, die die Injektion von Antigenen umfassen, die Erzeugung der IgG- Klasse von Antikörpern hervor, die systemisch zirkulieren und Pathogene neutralisieren, nachdem sie in den Körper eingetreten sind. Die Injektion von Antigenen ruft im allgemeinen keine wesentliche IgA-Antwort hervor.
- Anstrengungen, die darauf abzielen, den IgA-Schutz an den Mukosagrenzen auszunutzen, umfassen die orale Immunisierung, entweder für den aktiven Schutz des immunisierten Säugers oder für den passiven Schutz eines anderen Säugers unter Verwendung von Mukosaausscheidungen des immunisierten Tiers. Glass et al., New Eng. J. Med., 308: 1389-1392 (1983); Fubara et al., J. Immunol., 111(2): 395-403 (1973). Monoklonale IgA-Antikörper sind hergestellt worden und direkt auf respiratorische Mukosaoberflächen aufgebracht worden in dem Bemühen, Schutz gegen den Pathogeneintritt zu verleihen. Mazanec et al., J. Virol., 61: 2624-2625 (1987).
- Die aktive Immunisierung kann die Konfrontation der Mukosaoberfläche mit intakten (abgetöteten) Bakterien oder Viren umfassen. Um Gefahren zu vermeiden, die mit diesem Ansatz für bestimmte Pathogene verbunden sein könnten, werden Antigenbestandteile, wie immunogene Oberflächenbestandteile des Pathogens, auf die Mukosaoberfläche angewendet. In einigen Fällen sind diese Antigene an größere Moleküle konjugiert worden. Zum Beispiel ist die B-Untereinheit des Choleratoxins an Antigene konjugiert worden. Siehe Czerkinsky et al., die die orale Verabreichung eines Streptococcen-Antigens, gekoppelt an Choleratoxin-B-Untereinheit, in Infection and Immunity 57: 1072-1077 (1989) berichten. Biologisch abbaubare Mikrokügelchen sind ebenfalls als Antigenträger verwendet worden. Zum Beispiel berichten Eldrigde et al., Curr. Top. Micobiol. Immunol. 146: 59 (1989) über den Einbau von Antigen in biologisch abbaubare Mikrokügelchen. Das trockene Proteinantigen wird in einer Copolymermatrix ohne chemische Konjugation dispergiert.
- Die britische Patenanmeldung 2206585 beschreibt die Immobilisierung der Enzyme Levanase, Mutanase und Dextranase auf Hydroxyapatit (hydroxyliertes Calciumphosphat) oder Fluorapatit und die Verwendung solcher Produkte in Zahnpflegemitteln. Die Partikelgröße des Apatits liegt zwischen 2 bis 200 µm.
- Das Scandinavian Journal of Dental Research, Juni 1983, Band 91, Nr. 3, Seiten 186-190, beschreibt die Verwendung von Suspensionen von Hydroxyapatit zum Aussetzen an Speichel, um darin wirtsspezifische und bakterielle Antigene zu identifizieren. Folgend auf diese Aussetzung wird das speichelausgesetzte Hydroxyapatit verwendet zum Immunisieren von Kaninchen durch subkutane Injektion in Intervallen, und die Antiseren wurden untersucht.
- Wir haben gefunden, daß hydroxylierte Calciumphosphat(HCP)- Partikel einen besonders brauchbaren Träger für Therapeutika darstellen, die durch Mukosaoberflächen eingeführt werden sollen. Konjugate aus HCP und therapeutischen Wirkstoffen (z.B. biologisch aktive Substanzen wie Antigene oder Arzneimittel) werden durch das Epithel transportiert, wo sie die gewünschte therapeutische Antwort - z.B. das Hervorrufen einer Poly-Ig- Immunantwort - hervorrufen.
- Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung umfassend mikropartikuläres hydroxyliertes Calciumphosphat in einer Größe, die geeignet ist zum Transport durch das Epithel in einem Säuger, wobei ein beträchtlicher Anteil des hydroxylierten Calciumphosphates Fragmente darstellt mit einer Größe, die 1 µm nicht überschreitet, und ein Immunogen, umfassend ein Antigen oder eine Antigenmischung, die IgA-produzierende Lymphoblasten in einem Säuger hervorrufen können. Die immunogene Zusammensetzung umfassend ein Antigen oder eine Antigenmischung in Assoziation mit hydroxylierten Calciumphosphat(HCP)-Partikeln wird auf eine Mukosaoberfläche des Säugers verabreicht. Die Antigen-sensibilisierten Lymphoblasten können in geeigneter Weise gewonnen werden und immortalisiert werden, um ein IgA-erzeugendes Hybridom zu ergeben.
- Eine erfindungsgemäße Zusammensetzung kann in einem Verfahren zum Impfen eines Säugers (insbesondere eines Menschen) verwendet werden, wobei dies das Verabreichen des oben beschriebenen Immunogens auf eine Mukosaoberfläche des Säugers umfaßt.
- Vorzugsweise umfaßt das Antigen eine extern verfügbare Determinante eines Pathogens oder von Spermatozoen, wie ein virales Mantel- oder Hüllprotein, ein Lipopolysaccharid oder ein Zelloberflächenprotein.
- Eine Form von HCP ist Hydroxyapatit (HA), ein gewerblich erhältliches kristallines hydroxyliertes Calciumphosphat, das unten diskutiert wird.
- Die bevorzugten Arten der Verabreichung des aktiven Wirkstoffs gemäß der Erfindung sind oral, vaginal, nasal, rektal, okular oder in das Mittelohr. Die orale Verabreichung kann die Bereitstellung an andere G.I.-Mukosa einschließlich der intestinalen Mukosa ermöglichen.
- Die Erfindung stellt einen effizienten, polyvalenten Komplex bereit, der an die Mukosa (Schleimhaut) anheften kann und der effizient durch die epitheliale Barriere transportiert werden kann, um seinen biologischen Effekt, z.B. die Präsentation an das Mukosaimmunsystem, auszuüben. Die Adsorption von Wirkstoffen, insbesondere Proteinen, an HCP ist relativ einfach, rasch und billig, wobei dies die Erfindung ökonomisch macht. Weiterhin besitzt HCP eine hohe allgemeine Affinität für die Antigene von Interesse, einschließlich Proteine und andere Antigene, wobei dies die Erfindung in breiter Form anwendbar macht. HCP ist im allgemeinen untoxisch, wie sich durch den Umstand zeigt, daß HA ein integraler Bestandteil von Knochen ist, und das systemische Immunsystem trifft regelmäßig auf HA während der normalen Knochenresorption, einem Vorgang, der ständig auf mikroskopischer Ebene in gesunden Individuen abläuft. Demzufolge kann reines HA vermutlich sicher verabreicht werden ohne eine Wirtsimmunantwort, und die Verabreichung kann wiederholt werden als Vehikel für das gleiche oder verschiedene Antigene, ohne eine Anti-Vehikel-Immunantwort hervorzurufen. Weiterhin ist HCP, insbesondere HA, relativ billig. HA kann leicht auf eine Größe verringert werden, die geeignet ist für den transepithelialen Transport durch M-Zellen; und eine solche verringerte Größe ist geeignet für die Verdauung durch Makrophagen und andere Zellen des retikuloendothelialen Systems, so daß die Immunantwort verstärkt wird. Schließlich ist die M-Zellaufnahme und der Transport des Immunogens gemäß der Erfindung relativ selektiv.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung und der bevorzugten Ausführungsformen.
- Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der Transcytose von Antigen durch M-Zellen.
- Im allgemeinen können die unten beschriebenen Verfahren und Materialien als Teil einer Strategie für den IgA-Schutz, die ausführlicher in der europäischen Patentanmeldung Nr. 480014A offenbart sind, verwendet werden.
- Insbesondere können Immunogene und Verfahren gemäß der Erfindung mit stabilisierendem Protein verwendet werden, wie in der oben angegebenen Anmeldung beschrieben, um Poly-Ig-Reagentien für die passive Immunisierung zu erzeugen. Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung betreffen Hydroxyapatit-Antigenkonjugate und deren Verwendung. Insbesondere stellt Hydroxyapatit eine modifizierte Form des kristallinen Calciumphosphats Ca&sub1;&sub0; (PO&sub4;)&sub6; (OH)&sub2; dar. Es wird als ein Reagenz zur Proteinfraktionierung aufgrund seiner allgemeinen Proteinbindungsfähigkeit verwendet. Gewerblich erhältliches HA besteht im allgemeinen aus tafelähnlichen Kristallen, die chemisch und physikalisch analog zu anorganischem HA in normalem Knochengewebe sind. Solange das Ausgangsmaterial frei von Verunreinigungen ist, sollte die Aufnahme von HA relativ sicher sein, wie sich aus dem Vorkommen von Calcium/Phosphor-Nahrungsmittelergänzungsstoffen, die sich von gemahlenem Knochen ableiten, herleiten läßt, die für den Verzehr entworfen sind.
- Kommerzielles HA mit hoher Auflösung (von Calbiochem) besteht aus Kristallen, deren Größe stark streut. Wie von den Herstellen bereitgestellt, sind die HA-Kristalle wahrscheinlich im Ganzen zu groß, um wirkungsvoll durch die Epithelbarrieren durchtreten zu können. Zum Beispiel ist es unwahrscheinlich, daß Kristalle über 1 µm Länge von M-Zellen aufgenommen werden. Deshalb werden für den Einsatz in der Erfindung kommerzielle HA-Kristalle in kleine, relativ gleichförmige, kristalline Fragmente, z.B. durch Beschallen, gebrochen.
- Die erhaltenen beschallten Kristalle variieren etwas in der Größe, aber ihre Größe überschreitet im allgemeinen nicht 1 µm. Vorzugsweise ist ein wesentlicher Anteil des HA als Fragmente von ungefähr 0,01 bis 0,1 µm vorhanden. Die Fragmentierung kann entweder durch Elektronenmikroskopie oder Lichtstreuung unter Verwendung von Standardtechniken gemessen werden.
- HA bindet die meisten Proteine mit hoher Avidität und Geschwindigkeit bei niedrigen oder physiologisch sicheren Konzentrationen. Von der Bindung wird angenommen, daß sie auf der Wechselwirkung von Calciumstellen mit sauren und Phosphatgruppen von Proteinen und Wechselwirkung der Phosphate mit basischen Proteingruppen abhängt. Proteine mit höhrem Molekulargewicht werden dazu neigen, fester an HA zu adsorbieren, aber die Proteinladung spielt ebenfalls eine Rolle. 1 g HA kann z.B. ungefähr 30 mg Rinderserumalbumin binden. Somit kann HA wirkungsvoll Proteinantigen aus verdünnten Lösungen einfangen, ohne Zusatz von Vernetzungschemikalien, ohne drastische oder denaturierende Bedingungen und ohne wertvolles reines Antigen zu verschwenden.
- HA-adsorbierte Antigene können zur aktiven Impfung von Menschen oder anderen Säugern verwendet werden. Die Erfindung ist insbesondere brauchbar zum Schutz gegen Pseudomonas aeruginosa, Hemophilus influenza, Vibrio cholerae, insbesondere Infektionen durch Gruppe-B-Streptococcen: US-Patent 4,367,221; 4,367,222; 4,367,223; 4,356 263; 4,207,414 (RE 31,672) und WO 87/06267.
- Andere geeignete Antigene sind offenbart in Bacterial Vaccines and Local Immunitiy, Proceedings of the Sclavo Internationale Conference, Siena, Italy 17.-19. November 1986. Spezifische Reagentien, die für HIV-Antigene geeignet sind, sind offenbart in AIDS Research and Reference Reagent Program, National Institute of Health, Juni 1989. Zum Beispiel wird gp120 von MicroGeneSys, Inc. verkauft. Spermatozoen-Zelloberflächenantigene, wie LDH-C4, sind auch bekannt. Siehe z.B. Shaha et al. und Talwar et al., Vaccine 7:97-100 (1989) und Shaha et al. Int. J. Androl. 11: 479 (1988).
- Von besonderer Bedeutung für die Selektion von Antigenen zum Ausüben der Erfindung ist, daß der Mukosaschutz das Vernetzen umfaßt, um den Eintritt in den Körper zu verhindern, und dieser Mechanismus verlangt nicht, daß der polymere Antikörper das Pathogen abtötet oder "neutralisiert". Im Gegensatz dazu umfaßt der systemische (IgG) Schutz das Anbinden, und, um wirkend zu sein, muß im allgemeinen das Pathogen neutralisiert werden. Somit ist nicht jeder IgG-Antikörper, der an das Pathogen bindet, schützend, wie sich durch das Vorliegen von monoklonalen Antikörpern zeigt, die spezifisch Vibrio cholerae binden, dieses aber nicht neutralisieren in dem Sinne, daß sie es vom Besiedeln, Wachsen oder dem Manifestieren von klinischen Symptomen in seinem Wirt abhalten. Das Universum von Antigenen und Determinanten, die zur Verfügung stehen zum Erzeugen von schützenden IgA-Antikörpern, ist somit deutlich erhöht.
- Insbesondere wird das HA-adsorbierte Antigen nach dem oben erläuterten Verfahren hergestellt mit geeigneten Modifikationen für die Massenherstellung. Das HA-adsorbierte Antigen oder die Antigenmischung wird in ein physiologisch akzeptables Vehikel eingebracht und direkt auf das Mukosaoberflächengewebe aufgebracht oder diesem zugeführt, z.B. auf orale, nasale, rektale und/oder vaginale Oberflächen. Die Präparation wird in einem Aerosol, einer Suspension, einer Kaspel und/oder einem Suppositorium verabreicht. Der Fachmann weiß, wie solche Vehikel unter Anwendung bekannter Techniken zu formulieren sind.
- Die Erfindung ist insbesondere nützlich zur Herstellung von IgA-produzierenden Hybridomen. Solche Hybridome können leicht hergestellt werden durch Konfrontation eines Säugers, z.B. durch Anwenden der oben beschriebenen Zusammensetzung auf eine Mukosaoberfläche, und dann Gewinnen der lymphoiden Zellen von Mukosa der Peyer-Plaques oder anderer Mukosa, die reich sind an lymphoidem Gewebe, und dann Fusionieren der lymphoiden Zellen mit Myelomzellen durch bekannte Techniken. Siehe z.B. die oben erwähnte europäische Patentanmeldung Nr. 480014A.
- Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.
- 2 mg HA (Calbiochem), suspendiert in 20 ml PBS, werden mit einer Sondenbeschallvorrichtung für 30 Minuten bei Raumtemperatur beschallt unter Verwendung der hohen Einstellung (140, 80% der Leistung eines Microson-Zellaufbruchgeräts (Heat Systems Ultrasonics, Inc., Farmingdale, NY). Die durchschnittliche Kristallgröße beträgt ungefähr 0,01 x 0,1 µm nach der Beschallung, wie durch Elektronenmikroskopie gemessen. Eine angemessene Beschallung kann durch die spektrophotometrische Absorption registriert werden. Zum Beispiel ist eine Absorption (gemessen bei 650 nm) einer 2 mg/ml Suspension vor der Beschallung 0,108 O.D. Einheiten, und nach Verringerung der Kristallgröße (wie oben) steigt die O.D. auf 2,060.
- HA-Kristalle dieser Größe, beschichtet bis zur Sättigung mit Proteinen verschiedener Größen in dem Bereich von 65 kD (Albumin) bis 450 kD (Ferritin), wurden, wenn sie in das intestinale Lumen von Mäusen oder Kaninchen eingebracht wurden, selektiv von M-Zellen der Peyer-Plaques gebunden und transportiert. Dieses Verfahren liefert in wirkungsvoller Weise Proteine an Zellen des Mukosaimmunsystems in einer partikulären immunogenen Form.
- Für die orale Immunisierung einer 25-Gramm-Maus: eine kleine Menge (z.B. 30 µg) eines Proteins in 200 µl PBS werden mit einer geeigneten Menge (z.B. 1 mg HA für 30 µg Protein) von zuvor beschalltem und gewaschenem HA gemischt. Die Mischung wird dann geschüttelt für 1 Stunde bei 4ºC, und HA wird dann durch Zentrifugieren für 2 Minuten bei 10000 Upm in einer Mikrozentrifuge pelletiert. Das Pellet wird durch Vortexen oder Beschallen in 200 µl Wasser, das einen Puffer enthalten kann zum Neutralisieren von Magensäure, resuspendiert.
- Weitere Ausführungsformen werden durch die folgenden Ansprüche angegeben.
Claims (6)
1. Zusammensetzung, umfassend einen aktiven Bestandteil in
Verbindung mit hydroxyliertem Calciumphosphat, dadurch
gekennzeichnet, daß das hydroxylierte Calciumphosphat in der
Form von Mikropartikeln einer Größe vorliegt, die für
einen Transport durch das Epithel in einem Säuger geeignet
ist, wobei die Größe im allgemeinen 1 µm nicht
überschreitet, und dadurch, daß der aktive Bestandteil ein Immunogen
umfaßt, welches ein Antigen oder eine Antigenmischung
umfaßt, welche fähig ist, IgA-produzierende Lymphoblasten in
einem Säuger zu erzeugen, an welchen der Komplex durch die
Schleimhaut verabreicht wird.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Antigen eine
äußerlich erreichbare Determinante eines Pathogens oder
von Spermatozoen umfaßt.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Antigen
ein virales Kapsidprotein, ein virales Hüllprotein, ein
Zelloberflächen-Lipopolysaccharid oder ein
Zelloberflächen-Protein ist.
4. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
worin ein wesentlicher Anteil des hydroxylierten
Calciumphosphats aus Partikeln mit einer Größe im Bereich von
0,01-0,1 µm besteht.
5. Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche zur
Verwendung für die Herstellung eines Produkts für die
Verabreichung an die Schleimhautoberfläche eines Säugers, um
eine immunogene Antwort, umfassend IgA-Antikörper,
hervorzurufen.
6. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der
vorstehenden Ansprüche zur Erzeugung mindestens einer
immortalisierten Lymphoblastenzelle, welche IgA sezerniert, das
spezifisch an ein Antigen binden kann, welche die Schritte
des Isolierens und Immortalisierens mehrerer Lymphoblasten
aus dem Säuger und das Identifizieren mindestens einer
IgA-sezernierenden, immortalisierten Lymphoblastenzelle
unter den immortalisierten Lymphoblasten umfaßt.
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