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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einem neuen Peptid, seiner
Verwendung als Träger
für ein Konjugat,
insbesondere in Kombination mit einem Polysaccharid und einem Verfahren
zur Herstellung des Peptids sowie Impfstoffe, die das Peptid umfassen.
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Polysaccharide
liegen vor als Kapseln in gram-positiven und gram-negativen Bakterien
und als Bestandteil der Zellwand von Bakterien und Pilzen. Verschiedene
Spezies der Gattungen Neisseria, Streptococcus, Klebsiella, Salmonella,
Shigella und Haemophilus sind pathogen und verantwortlich für verschiedene menschliche
Krankheiten, zum Beispiel epidemische Meningitis, Otitis, Pneumonia
und Diarrhöe.
Diese Krankheiten stellen ein schwerwiegendes öffentliches Gesundheitsproblem
weltweit bei Kindern dar und daher ist es wichtig eine Prophylaxe
gegen diese Krankheiten zu haben.
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Die
Polysaccharidmakromoleküle
umfassen Saccharideinheiten, die Immunogenität vermitteln können. Daher
wurden bakterielle oder Bakterienpolysaccharide oder Teile davon
verwendet für
die Immunisierung von Menschen. Obwohl diese Impfstoffe immunogen
sind bei Kindern und Erwachsenen und schützende Antiköper induzieren
können,
sind sie nicht geeignet, um Säuglinge
oder Kleinkinder zu schützen,
da sie nur eine T-Zellen unabhängige
Immunantwort hervorrufen. Daher induziert der Kontakt mit Kapselpolysacchariden keine „Memory"-Antwort oder Antwort
mir „Memory"-Funktion und führt nicht
zu einem anhaltenden Schutz. Außerdem
ist es nicht möglich
eine Immunantwort bei Säuglingen
oder Kleinkindern hervorzurufen.
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Um
das Problem einer T-Zellen unabhängigen
Immunantwort zu überwinden,
wurde eine kovalente Konjugation von Polysacchariden als T-unabhängige Antigene
an Proteinträger
als T-abhängige
Antigene verwendet, und man fand, dass dies erfolgreich war bei
der Überwindung
dieses Mangels. Eine Immunisierung mit solchen Konjugaten ruft eine
T-Zellen abhängige
Antikörperantwort
hervor. Jedoch die Auswahl an Trägerproteinen,
die geeignet sind für
Menschen, ist sehr beschränkt,
und in den meisten Fällen
wurden Polysaccharide gekoppelt an ein Tetanustoxoid, Choleratoxoid
oder Diphtherietoxoid. Die unbeschränkte oder exzessive Verwendung
von diesen Toxoiden als Träger
ist gedacht, um nachfolgende Antworten auf ein Polysaccharid, das
an diesen Typ von Träger
gekoppelt ist zu unterdrücken.
Es wird erwartet, dass diese Unterdrückung der Immunantwort durch
vorher existierende Antikörper
zu dem Träger
in Zukunft ein Problem wird.
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Ein
weiteres Problem, das die Auswahl eines neuen Trägerproteins beschränkte in
Bezug auf diesen Typ von Konjugat ist, dass das Protein nicht toxisch
sein muss oder detoxifiziert.
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Außerdem leiden
bekannte Peptid-Polysaccharidkonjugate unter dem Nachteil, dass
es notwendig ist einen Hilfsstoff zu verwenden, um die Immunantwort
zu steigern. Viele bekannte Hilfsstoffe sind jedoch nicht anwendbar
auf Menschen, weil sie eine inflammatorische Antwort hervorrufen
können.
Bis jetzt ist nur ein Hilfsmittel für Menschen erlaubt: Aluminiumgel.
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Die
WO 90/11367 A1 offenbart das Klonen des Gens, das die IgA1 Protease
von Haemophilus influenzae kodiert und lehrt die Verwendung von
IgA1 Protease in einem Impfstoff gegen Meningitis.
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Daher
war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue Trägermoleküle bereitzustellen,
die hoch immunogen sind, eine T-Zellen abhängige Immunantwort hervorrufen
können,
zu einem lang andauernden „Memory"-Effekt bei Säugern führen und
möglicherweise
die Verwendung von Hilfsstoffen vermeiden. Diese Aufgabe und weitere
Aufgaben, die sich aus der folgenden Beschreibung ableiten lassen,
werden erreicht durch die Verwendung eines neuen Peptids, das mindestens
40 Aminosäuren
aufweist.
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Daher
stellt die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Gesichtspunkt
ein Peptid bereit, das 40 bis 200 Aminosäurereste aufweist, das mindestens
40 Aminosäuren
umfasst von einer Aminosäuresequenz,
wie sie gezeigt ist in SEQ ID NO 1, beginnend mit der Aminosäure in einer
der Positionen 1 bis 5 und endend mit einer Aminosäure in einer
der Positionen 40 bis 104 oder einer homologen Sequenz.
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Unter
einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden diese
neuen Peptide als Träger
für ein
Konjugat verwendet.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass ein Peptid, das mindestens 40 N-terminale Aminosäuren umfasst
von einer der SEQ ID NO 1, 2, 3, 4 oder 5, die Teil sind einer IgA1
Protease von Neisseria oder einer homologen Sequenz, verwendet werden
konnten als Träger
für ein
Antigen, um eine T-Zellen
abhängige
Immunantwort hervorzurufen mit langer Beständigkeit, sogar ohne die Verwendung
von einem Hilfsstoff. Es war nicht vorhersehbar, dass ein solch
kleines Peptid brauchbar sein könnte
als ein Träger
für ein
immunogenes Konjugat.
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Die
Verwendung von diesem kleinen Peptid weist viele Vorteile auf in
Bezug auf solche Träger,
die bisher verwendet wurden. Da es nur ein kleines Peptid ist, kann
es synthetisch hergestellt werden, kann konjugiert werden mit allen
Typen von Verbindungen, die verwendet werden als Immunogene, wie
Polysaccharide, und ist besonders geeignet in Kombination mit einem
Polysaccharid von Neisseria, insbesondere von N. meningitidis, oder
Haemophilus, insbesondere H. influenzae. Daher ist es geeignet zur
Herstellung von Impfstoffen für Säuglinge
oder Kleinkinder sowie für
kleine Kinder und Erwachsene.
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Das
Peptid der vorliegenden Erfindung ist Teil einer IgA1 Protease,
die hergestellt wird durch pathogene Bakterien von dem Stamm Neisseria.
Die IgA1 Protease ist ein Enzym, das IgA1 Antikörper abbaut, die hergestellt
werden von dem Wirt als Schutz gegen die Bakterien. Obwohl es bekannt
war, dass IgA1 Proteasen eine Immunantwort hervorrufen können, wurde
die Verwendung von einer solchen Protease als Träger nicht in Betracht gezogen,
das es einerseits ein großes
Molekül
ist, und andererseits einen negativen Einfluss hat auf das Immunsystem
von dem Menschen, der immunisiert wird. Im Gegensatz dazu weist
das Peptid diesen enzymatischen Effekt nicht auf.
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Das
Peptid der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens 40 Aminosäuren, vorzugsweise
mindestens 50 Aminosäuren,
besonders bevorzugt mindestens 70 Aminosäuren und am allermeisten bevorzugt
alle 104 Aminosäuren
von einer der Sequenzen von SEQ ID NO 1, 2, 3, 4 oder 5 oder einer
homologen Sequenz davon. Am meisten bevorzugt ist das Peptid das
104 mer von SEQ ID NO 1.
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Das
Peptid kann auch mehr als 104 Aminosäuren aufweisen. Die Sequenzen,
die veranschaulicht sind in SEQ ID NO 1, 2, 3, 4 und 5, können erweitert
sein durch weitere Aminosäuren,
die nicht störend
einwirken auf andere Aminosäuren,
das T-Epitop beeinflussen oder die Struktur der ersten 40 N-terminalen Aminosäuren des
Peptids verändern.
Die Sequenz kann erweitert sein an dem N-Terminus sowie an dem Carboxy-Terminus. Das
Peptid muss mindestens 40 Aminosäuren
aufweisen und nicht mehr als etwa 200 Aminosäuren. Wenn das Peptid weniger
als 40 Aminosäuren
aufweist, ist es nicht geeignet als Träger, und es ist unwahrscheinlich, dass
eine andauernde Immunisierung auftritt, wenn es als Träger verwendet
wird. Andererseits ist ein Peptid, das mehr als 200 Aminosäuren aufweist,
schwierig zu synthetisieren. Es wurde gefunden, dass ein Peptid,
das mehr als 70 Aminosäuren
aufweist, verbesserte Antigenizität aufweist, und am meisten
bevorzugt ist ein Peptid, das 104 Aminosäuren aufweist mit der Sequenz
von SEQ ID NO 1. Die genannte Sequenz ist Teil einer IgA1 Protease
von Neisseria menin gitidis, Serogruppe A, Subgruppe III, Stamm Z3906
und ist identisch zu einer Sequenz mit der Genbankhinterlegungsnummer
X82474.
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Das
Peptid der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise identisch oder
homolog zu einem Peptid, das die Aminosäuresequenz von einer von SEQ
ID NO 1, 2, 3, 4 oder 5 aufweist. Vorzugsweise ist das Peptid mindestens
85 % identisch zu einem der oben genannten Aminosäuresequenzen,
besonders bevorzugt ist es 90 % identisch und ganz besonders bevorzugt
ist es 95 % identisch zu den oben genannten Aminosäuresequenzen.
Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist das Peptid 100
% identisch zu den oben genannten Aminosäuresequenzen, insbesondere
zu SEQ ID NO 1.
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Ein
Peptid, das eine Sequenz aufweist, die homolog ist zu einer der
Sequenzen, wie sie gezeigt sind in SEQ ID NO 1, 2, 3, 4 oder 5,
ist auch innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung.
SEQ ID NO 2 ist eine Sequenz von N. meningitidis, Serogruppe C,
ET-37 Komplex, Stamm Z4400. SEQ ID NO 3 ist eine Sequenz von N.
meningitidis, Serogruppe A, Subgruppe III, Stamm Z3524. SEQ ID NO
4 stammt von der Sequenz S09386 von SwissProt. SEQ ID NO 5 ist eine
Sequenz von N. gonorrhoeae, Stamm MS11, veröffentlicht in
EP 0 254 090 A und ist identisch
zu der Genbankhinterlegungsnummer A02796.
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Der
Begriff oder die Bezeichnung „homolog", wie sie in der
vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, bezieht
sich auf eine Sequenz, die mindestens 80 % identisch ist zu der
jeweiligen Sequenz. Die Homologie eines Peptids wird typischerweise
gemessen unter Verwendung einer Sequenzanalysesoftware (z.B. dem
Sequenzanalysesoftwarepaket von der Genetics Computer Group, University
of Wisconsin Biotechnology Center, 1710 University Avenue, Madison,
WI, 53705). Ähnliche
Aminosäuresequenzen werden
abgeglichen, um den maximalen Grad an Homologie zu erreichen. Zu
diesem Zweck kann es notwendig sein, künstlich Lücken in die Sequenz einzufügen. Sobald
eine optimale Abgleichung oder Ausrichtung aufgestellt worden ist,
wird der Grad der Homologie festgestellt durch Aufzeichnen oder
Feststellen aller Positionen, in denen die Aminosäuren von
beiden Sequenzen identisch sind bezogen auf die Gesamtzahl der Positionen.
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Analoga
des Peptids der vorliegenden Erfindung fallen demzufolge auch innerhalb
des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung. Ein „analoges" Peptid ist eine
weitere Ausführungsform
eines Peptids, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Substitution,
Deletion oder Addition von ein oder mehr Aminosäuren aufweist, die die biologische
Funktion des Polypeptids nicht verändern. Die biologische Funktion
des Peptids der vorliegenden Erfindung besteht darin eine T-abhängige Immunantwort
hervorzurufen, wenn es verwendet wird als Träger zusammen mit einem Antigen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Peptid der vorliegenden Erfindung zusätzlich einen
Cysteinrest. Der Cysteinrest kann entweder an dem Carboxy-Terminus,
an dem N-Terminus oder innerhalb der Aminosäurekette angeordnet sein durch
Substitution einer der Aminosäuren
in der Sequenz durch einen Cysteinrest. Die Substitution kann durchgeführt an allen
Stellen, unter der Bedingung, dass das T-abhängige Epitop nicht zerstört oder
beeinflusst wird. Vorzugsweise wird das Cystein an eines der Termini
addiert. Da das Peptid, das eine Sequenz gemäß einer der SEQ ID NO 1, 2,
3, 4 oder 5 aufweist, kein Cystein enthält, ist die Einführung eines
Cysteins besonders geeignet, da es die Struktur des Peptids nicht
zerstört
oder störend
beeinflusst. Das Cystein wird eingeführt für eine stabile Kupplung mit
einem Linkermolekül.
Es ist auch möglich,
das Peptid über
andere funktionelle Gruppen zu koppeln, zum Beispiel der Aminogruppe
eines Lysinrests oder der Carboxylgruppe einer Glutamin- oder Asparaginsäure.
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Das
Peptid der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden durch
mikrobiologische Verfahren sowie durch organische Synthese. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Peptid hergestellt entweder unter Verwendung rekombinanter
Techniken oder durch Synthese. Für
die rekombinante Reproduktion des Peptids wird ein Polynucleotid
bereit gestellt an der Basis der Aminosäuresequenz, die angegeben ist
in einer der SEQ ID NO 1, 2, 3, 4 oder 5, und das Peptid wird hergestellt
gemäß den gut
bekannten Techniken der Gentechnologie oder des Genetic Engineering.
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Das
weitere bevorzugte Verfahren zur Herstellung des Peptids der vorliegenden
Erfindung verläuft über eine
organische Synthese. Das Peptid kann synthetisiert werden durch
Verfahren, die dem Fachmann gut bekannt sind. Zum Beispiel können einige
kleinere Fragmente hergestellt werden durch Kupplung der geeigneten
Aminosäuren.
Das vollständige
Peptid wird dann erhalten durch Kupplung dieser Fragmente.
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Daher
ist ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung des Peptids unter Verwendung einer organischen Synthese.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird das vollständige
Peptid hergestellt durch eine Festphasensynthese, vorzugsweise unter
Verwendung der Fmoc- oder Boc-Chemie. Es ist besonders bevorzugt,
die Synthese auszuführen
mit einem automatischen Peptid-Synthesizer und die FastMoc-Chemie
zu verwenden.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird das 104mer der SEQ ID NO 1, die Sequenz, die oben hervorgehoben
ist, synthetisiert unter Verwendung eines automatischen Peptid-Synthesizers und
der FastMoc-Chemie, wobei die Festphase TentaGel S RAM Spezial ist,
wobei die Aminosäuren
durch FMoc geschützt
sind, und die Seitengruppen vorzugsweise wie folgt geschützt sind:
die Carboxyl- bzw. Hydroxylgruppe der Asparaginsäure, Glutaminsäure, Serin,
Threonin und Tyrosin mit O-tert.-Butyl; die Amino- bzw. Iminogruppe
von Histidin, Asparagin und Glutamin mit Trityl; die Aminogruppe
von Lysin mit tert.-Butyloxycarbonyl; und die Iminogruppe von Arginin
mit PMC. Bei den Zyklen 1 bis 2, 4, 10 bis 13, 17, 27, 32, 49, 59,
66, 75 bis 78, 84 bis 85, 88, 96 bis 97 und 104 bis 105 sollten
Doppelkupplungen durchgeführt
werden und freie Aminogruppen blockiert werden durch Acetylierung
mit Essigsäureanhydrid.
Die Aktivierung und Kupplung wird vorzugsweise durchgeführt in Gegenwart
von HBTU/Diisopropylethylamin. Nach einer Abspaltung einer Schutzgruppe mit
Piperidin wird das Endprodukt N-terminal acetyliert unter Verwendung
von Essigsäureanhydrid.
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Das
oben hervorgehobene Verfahren kann natürlich auch eingesetzt werden,
wenn das Peptid der vorliegenden Erfindung weniger als 104 Aminosäuren oder
mehr als 104 Aminosäuren
aufweist. In dem ersten Fall wird das Verfahren verändert durch
Auslassen von einigen der ersten Zyklen, wohingegen in dem letzt
genannten Fall das Verfahren verändert
wird durch Hinzufügen
einiger weiterer Zyklen, um weitere Aminosäuren einzuführen. Wenn das Peptid ein homologes
Peptid ist oder eine Sequenz aufweist, wie sie in einer der SEQ ID
NO 2, 3, 4 oder 5 angegeben ist oder homolog ist zu einer dieser
Sequenzen, die einige verschiedene Aminosäuren aufweisen, kann das Verfahren
entsprechend angepasst werden unter Verwendung der entsprechenden
Aminosäure
in geschützter
Form für
den jeweiligen Zyklus.
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Das
Peptid der vorliegenden Erfindung ist ein geeigneter Träger für immunreaktive
Moleküle,
wie Polysaccharide. Das Peptid stellt T-Zellen Epitope bereit, die
notwendig sind zur Erzeugung eines immu nologischen „Gedächtnisses" oder „Memory" und können daher
im Allgemeinen als Träger
verwendet werden für
alle bekannten immunreaktiven Moleküle, um Konjugate herzustellen,
die verwendet werden können
als wirksame Impfstoffe.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das Peptid als Träger verwendet
für ein
Polysaccharid, um eine Immunantwort hervorzurufen. Das Polysaccharid
kann irgendein Polysaccharid sein, von dem bekannt ist, dass es
immunogen ist. bei Säugern,
insbesondere Menschen. Der Begriff oder die Bezeichnung „Polysaccharid" umfasst auch kleinere
Polysaccharide, die immunogen sind und die manchmal als Oligosaccharide
bezeichnet werden. Polysaccharide, die verwendet werden können als
Teil des Konjugats, sind Kapselpolysaccharide, Lipopolysaccharide,
O-Antigene, bakterielle oder Bakterien- oder Fungus- oder Pilzmembranpolysaccharide
oder depolymerisierte Teile davon, zum Beispiel Polysaccharid C
von Neisseria meningitidis. Das Polysaccharid kann ein Molekulargewicht
aufweisen in dem Bereich von 10.000 bis 500,000. Natürlich auftretende
Polysaccharide weisen normalerweise ein Molekulargewicht in dem
Bereich von 100.000 bis 500.000 auf, wohingegen depolymerisierte
Formen davon ein niedrigeres Molekulargewicht aufweisen können, so
niedrig wie 10.000.
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Eine
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Konjugat,
umfassend das Peptid, wie es oben beschrieben ist, und ein immunreaktives
Molekül.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist das immunreaktive Molekül
gekoppelt an das Peptid über
einen Linker. Der Linker stellt funktionelle Gruppen bereit an beiden
Enden, die für
die Bindung an das Peptid beziehungsweise das antigene Molekül sorgen.
Beide funktionelle Gruppen sind verbunden mit einer Brücke, deren
Länge so
ausgewählt
ist, dass beide Teile dem Immunsystem in einer optimalen Art und
Weise präsentiert
werden. Die Brücke
sollte nicht zu kurz sein, da ansonsten sterische Hinderung auftreten
könnte.
Andererseits sollte sie nicht zu lang sein, um nicht störend auf die
Struktur und Teile davon einzuwirken. Es ist bevorzugt, dass die
Länge der
Brücke
zwischen beiden funktionellen Gruppen 2 bis 20 Atome beträgt, ausgewählt aus
C, N, O und S. Besonders bevorzugt ist die Brücke ausgewählt aus C2-C8-Alkylen, Phenylen, C7-C12-Aralkylen, C2-C6-Alkanoyloxy und Benzylcarbonyloxy.
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Die
funktionellen Gruppen, die verwendet werden für die Kupplung an das Peptid
und das Polysaccharid sind solche funktionellen Gruppen, die üblicherweise
verwendet werden auf diesem Gebiet. Eine Übersicht über Kupplungsverfahren wird
gefunden in W. E. Dick und M. Beurret in Conjugates Vaccines, J.
M. Cruse, R. E. Lewis Jr., Hrsg., Contrib. Microbiol. Immunol.,
Basel, Karger (1989), 10:48. Das Peptid ist an den Linker gebunden über eine
funktionelle Gruppe, die bereitgestellt wird durch eine der Aminosäuren, zum
Beispiel eine Amino-, eine Carboxy- oder Hydroxygruppe. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
ist das Peptid an den Linker gebunden über die Thiolgruppe, die bereitgestellt
wird durch einen Cysteinrest. Das immunreaktive Molekül kann gebunden
sein an den Spacer oder Abstandhalter über funktionelle Gruppen, die
verfügbar
sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform,
wenn ein Polysaccharid als immunreaktives Molekül verwendet wird, werden Hydroxy-,
Amino- oder Carboxygruppen, die vorliegen oder eingeführt worden
sind in die Saccharideinheiten, für die Kupplung verwendet. Vorzugsweise
ist der Linker an die Hydroxygruppen des Polysaccharids gebunden über eine
Ether-, Ester-, Amid- oder Carbamatbindung, an die Aminogruppen über eine N-OH-Succinimidylbindung
und/oder an die Carboxylgruppen über
eine Esterbindung. Das Konjugat der vorliegenden Erfindung kann
hergestellt werden unter Verwendung von Verfahren, die dem Fachmann
bekannt sind.
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Die
Immunantwort, die hervorgerufen wird durch das Konjugat der vorliegenden
Erfindung, ist abhängig
von der Zahl und Verfügbarkeit
von T-Zellen abhängigen
und B-Zellen abhängigen
Epitopen und ihrem Verhältnis.
Bei dem Konjugat der vorliegenden Erfindung werden die T-Zellen
abhängigen
Epitope bereitgestellt durch das Peptid, wohingegen die B-Zellen
abhängigen
Epitope zur Verfügung
gestellt werden durch das Polysaccharid. Daher ist das Verhältnis von
beiden Teilen des Konjugats ein wesentlicher Sachverhalt. Deshalb sollte
das Verhältnis
von beiden Bestandteilen eingestellt werden, so dass es nicht zu
klein ist von beiden Sorten von Molekül, das vorliegt. Es wurde von
den Erfindern der vorliegenden Erfindung gefunden, dass gute Ergebnisse
erzielt werden können,
wenn etwa 1 Mol an Peptid vorliegt pro 1 bis 50 Mol, vorzugsweise
3 bis 30 Mol, und ganz besonders bevorzugt 5 bis 20 Mol, an Wiederholungseinheiten
des Polysaccharids. Wenn weniger als 1 Mol an Peptid pro 50 Mol
an Wiederholungseinheiten vorliegt, kann keine Immunantwort nachgewiesen
werden, weil es nicht genug Peptidmoleküle gibt, um eine andauernde
Immunantwort zu induzieren. Wenn andererseits mehr als 1 Mol an
Peptid pro Mol an Wiederholungseinheiten vorliegt, sind die Ergebnisse auch
nicht zufriedenstellend, da zu viele der Polysaccharide sterisch
gehindert sind, um eine Immunantwort hervorzurufen. Der Begriff
oder die Bezeichnung „Wiederholungseinheiten" bezieht sich auf
Einheiten innerhalb der Polysaccharide, die zusammengesetzt sind
aus 1 bis 7 verschiedenen Sacchariden und sich unterscheiden hinsichtlich
der Natur oder der Herkunft des Saccharids, Verknüpfungsposition
und der anomeren Konfiguration des Saccharids.
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Ein
weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Impfstoff,
der ein Konjugat gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst, zusammen mit herkömmlichen Trägern, Hilfsstoffen und Verdünnungsmitteln. Das
Konjugat wird gemischt mit oder verdünnt in oder gelöst in einem
herkömmlichen
Träger,
Hilfsstoff oder Verdünnungsmittel,
wie es auf diesem Gebiet bekannt ist in einer wirksamen Menge. Dieser
Impfstoff kann verwendet werden, um Säuglinge oder Kleinkinder, Kinder
und Erwachsene zu immunisieren. Er ist besonders geeignet für die Bekämpfung oder
Kontrolle von epidemisch auftretenden Krankheiten, die verursacht
werden durch Neisseria meningitidis oder andere Bakterien, die Kapselpolysaccharide
tragen. Die Verwendung des Impfstoffs der vorliegenden Erfindung
führt zu
hohen Titern an Antikörpern.
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Beispiel 1
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Herstellung
eines synthetischen 105mer Peptids, das die folgende Sequenz aufweist
(SEQ ID NO 1 + N-terminales Cystein):
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Das
Peptid wurde synthetisiert unter Verwendung der FastMoc-Chemie mit
einem automatischen Peptid-Synthesizer (Modell 431A, Applied Biosystems).
Die Festphase war ein Rinkharz (0,13 mM TentaGel S RAM Spezial,
0,15 mM g–1,
Rapp Polymere, Tübingen,
Deutschland), das ein C-terminales mit Amid-Kappen (amide capped)
versehenes Peptid ergibt. Die Aminogruppe der Aminosäuren, die
verwendet werden für
die Synthese wurden geschützt
mit 9-Fluorenylmethyloxycarbonyl(Fmoc)-Gruppen, und die Seitengruppen
wurden geschützt
mit den folgenden Gruppen:
für die Carboxyl- bzw. Hydroxylgruppe
von Asparaginsäure,
Glutaminsäure,
Serin, Threonin und Tyrosin: die O-tert.-Butylgruppe;
für die Amino-
bzw. Iminogruppe von Histidin, Asparagin und Glutamin: die Tritylgruppe;
für die Aminogruppe
von Lysin: die tert.-Butyloxycarbonylgruppe;
und für die Iminogruppe
von Arginin: die PMC-Gruppe.
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Die
Aktivierung und Kupplung wurde ausgeführt in Gegenwart von 2-(1H-Benzotriazol-1-yl)-1,3,3-tetramethyluroniumhexafluorphosphat
(HBTU)/Diisopropylethylamin. Bei den Zyklen 1 bis 2, 4, 10 bis 13,
17, 27, 32, 49, 59, 66, 75 bis 78, 84 bis 85, 88, 96 bis 97 and
104 bis 105 wurde eine Doppelkupplung durchgeführt, und freie Aminogruppen
wurden blockiert durch Acetylierung mit Essigsäureanhydrid. Nach dem letzten
Zyklus wurde das Peptid von der Schutzgruppe befreit mit Piperidin,
und das Endprodukt wurde N-terminal acetyliert unter Verwendung
von Essigsäureanhydrid.
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Die
Seitengruppen-Schutzgruppenabspaltung und Spaltung von dem Trägerharz
wurde durchgeführt mit
2,1 % (v/v) 1,2-Ethandithiol, 4,2 % (v/v) Thioanisol, 4,2 % (v/v)
Wasser, 6,2 % Phenol (v/v) und 83 % (v/v) Trifluoressigsäure (TFA) über einen
Zeitraum von 3 Stunden bei Raumtemperatur. Das Harz wurde entfernt durch
Filtration, und Triethylsilan wurde in tropfenweiser Art und Weise
zugegeben bis die Lösung
farblos war. Die Lösung
wurde dann 3 weitere Stunden inkubiert bei Raumtemperatur. 360 mg
rohes Peptid wurden wiedergewonnen nach Präzipitation oder Kristallisation
mit tert.-Butylmethylether,
gefolgt von einer Zentrifugation und Lyophilisation. 130 mg des
rohen Peptids wurden gelöst
in 40 ml 50 mM Ethylmorpholine, pH 8,3, enthaltend 50 mM Dithiothreitol
und über
Nacht inkubiert bei Raumtemperatur. Der pH wurde eingestellt auf
3,5 mit 10 % TFA, und das Peptid wurde gereinigt durch Umkehrphasen
HPLC (Pep-S, C2/C18, 100 Å Porengröße, 12 μm 22,5 mm × 25 cm,
Pharmacia) unter Verwendung eines Gradienten (25 bis 45 % (v/v))
von Acetonitril, 0,1 % TFA (10 ml min–1,
Gradient von 0,33 % min–1). Das Peptid eluierte
als eine Bande (Peak) bei etwa 25 % Acetonitril, und die Bande wurde
lyophilisiert (73 mg) bevor der weiteren Verwendung. Eine Analyse
durch HPLC und Massenspektrometrie zeigte, dass über 65 % des Endprodukts der
gewünschten
Sequenz entsprachen. Die N-terminale Sequenz wurde bestätigt durch
N-terminales Edman-Sequenzieren der Probe, die entfernt wurde vor
der N-terminalen Acetylierung.
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Beispiel 2
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Herstellung
eines Polysaccharidpeptidkonjugats
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Ein
trockenes Pulver von Kapselpolysaccharid von Neisseria meningitidis
Serogruppe C, das im Folgenden als Polysaccharid C bezeichnet wird,
wurde erhalten durch ein Extraktionsverfahren wie es beschrieben
ist von E. Gotschlich et al. in J. Exp. Med., Nr. 129 (1969), Seiten
1349 bis 1365. 100 mg des Polysaccharids C wurden gelöst in 0,2
M NaCl bis zu einer Endkonzentration von 11,1 mg/ml (Lösung A).
Parallel dazu wurde eine Lösung
hergestellt von 0,2 M Adipinsäuredihydrazid
(ADH) in 0,2 M NaCl (Lösung
B). Eine 0,5 M Lösung
von Ethyldimethylaminopropylcarbodiimid (EDAC) in 0,2 M NaCl wurde
auch hergestellt (Lösung
C). 9 ml der Lösung
A, 10 ml der Lösung
B und 1 ml der Lösung
C wurden zusammengemischt, um eine Zubereitung zu ergeben, die 5
mg/ml von Polysaccharid C, 0,125 M ADH und 0,025 M EDAC enthielt.
0,1 M HCl wurde zugegeben, um den pH einzustellen auf 6,5; dieser pH
wurde beibehalten während
des gesamten Reaktionszeitraums von 45 Minuten. Die Temperatur betrug
etwa 20°C.
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Die
Reaktion wurde gestoppt durch 40 μl
0,1 N NaOH, das den pH erhöhte
auf 7,1. Die Reaktionsmischung wurde dialysiert gegen 0,5 M NaCl,
10 mM Phosphat und dann Wasser und nachfolgend lyophilisiert.
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Die
Größe des derivatisierten
Polysaccharids C wurde kontrolliert auf einer HPLC Ausschlusssäule TSK
4000 (Hersteller Tosohaas). Die Ergebnisse zeigten, dass keine Depolymerisation
stattgefunden hatte im Verlauf der Derivatisierung.
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Während der
Derivatisierung wurden etwa 3,4 % der Wiederholungseinheiten derivatisiert
mit einer -NH2 Gruppe.
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Das
lyophilisierte Produkt wurde gelöst
in 0,02 M Phosphatpuffer, pH 7, bis zu einer Konzentration von 6,25
mg/ml und entgast. Succinimidylmaleimidobutyrat (GMBS) wurde gelöst in Dimethylsulfoxid
(DMSO) unter Stickstoff bei einer Konzentration von 25 mg/ml, und
dann zugegeben zu derivatisiertem Polysaccharid C in gleicher Menge.
Die Reaktionsmischung wurde 90 Minuten lang bei Raumtemperatur unter
Stickstoff gerührt.
Das aktivierte Polysaccharid C wurde gereinigt durch Sephadex G50
Ausschlusssäulenchromatographie.
Die ausgeschlossene Fraktion wurde wiedergewonnen und konzentriert
auf etwa 7,5 mg/ml durch Ultrafiltration (30 K Amiconmembran). Die
konzentrierte Lösung
wurde entgast.
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20
mg des Peptids, wie in Beispiel 1 erhalten, wurden in Wasser gelöst mit einer
Konzentration von 10 mg/ml unter Stickstoff. 1,5 ml der Peptidlösung wurden
zugegeben zu 1,2 ml der Zubereitung, die das aktivierte Polysaccharid
C enthielt, so dass das Verhältnis
(Maleimidoreste)/(Thiolreste) 2 betrug. Die Reaktionsmischungen
wurden über
Nacht unter Rühren
bei Raumtemperatur gehalten. Dann wurden die nicht umgesetzten Maleimidoreste
inaktiviert durch Zugabe von 0,010 ml Mercaptoethanol.
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Das
konjugierte Produkt wurde gereinigt auf einer 4BCL Sepharosesäule. Die
eluierten Fraktionen wurden untersucht hinsichtlich der Gegenwart
von Sacchariden (Sialinsäure)
und Peptiden. Fraktionen, die positiv auf beide Essays oder Untersuchungen
antworteten, wurden zusammengegeben.
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Die
Menge an Sialinsäureresten
wurde bestimmt gemäß dem Dosierungsverfahren,
das beschrieben ist in Svennerholm L., Biochim. Biophys. Acta (1957)
24: 604, und die Menge des Peptids wurde bestimmt gemäß dem Verfahren
von Lowry et al., J. Biol. Chem. (1951) 193: 265. Es wurde gezeigt,
dass das Verhältnis (Peptid)/(Wiederholungseinheiten
von Polysaccarid C) Mol/Mol 1:18 betrug (entsprechend einem Verhältnis Gewicht/Gewicht
von 1,8:1).
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Beispiel 3
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Ein
trockenes Pulver des Kapselpolysaccharids von Streptococcus pneumoniae
Typ 4, das im Folgenden als Polysaccharid Pneumo 4 bezeichnet wird,
wird erhalten durch ein Extraktionsverfahren, wie es beschrieben
ist in der Patentanmeldung WO 82/01995 A „Procédé de purification de polyosides
de Streptococcus pneumoniae et vaccins à base de polyosides ainsi
purifiés". 100 mg des Polysaccharids
Pneumo 4 wurden gelöst
in 0,2 M NaCl bis zu einer Endkonzentration von 11,1 mg/ml (Lösung A).
Parallel dazu wurde eine Lösung
hergestellt von Adipinsäuredihydrazid
(ADH) in 0,2 M NaCl in einer Konzentration von 0,25 M (Lösung B).
Eine Lösung
von Ethyldimethylaminopropylcarbodiimid (EDAC) in 0,2 M NaCl wurde
auch hergestellt in einer Konzentration von 0,5 M (Lösung C).
9 ml der Lösung
A, 10 ml der Lösung
B und 1 ml der Lösung
C wurden zusammengemischt, um eine Zubereitung zu ergeben, die 5 mg/ml
von Polysaccharid Pneumo 4, 0,125 M ADH und 0,025 M EDAC enthielt.
1 N NCl wurde zugegeben, bis zu einem pH von 4,9; dieser pH wurde
beibehalten während
des gesamten Reaktionszeitraums von 30 Minuten. Die Temperatur betrug
etwa 25°C.
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Die
Reaktion wurde gestoppt durch 0,28 ml N NaOH. Der pH wurde erhöht auf 7,5.
Die Reaktionsmischung wurde dialysiert gegen 0,5 M und dann Wasser
und nachfolgend lyophilisiert.
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Die
Größe des derivatisierten
Polysaccharids Pneumo 4 wurde kontrolliert auf einer HPLC Ausschlusssäule TSK
4000 (Hersteller Tosohaas). Keine Depolymerisation trat im Verlauf
der Derivatisierung auf.
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Während der
Derivatisierung wurden etwa 8,2 % der Wiederholungseinheiten des
Polysaccharids Pneumo 4 mit einer -NH2 Gruppe
derivatisiert.
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Das
lyophilisierte Produkt wurde gelöst
in 0,05 M NaCl bei einer Konzentration von 2,76 mg/ml und entgast.
Succinimidylmaleimidobutyrat (GMBS) wurde gelöst in Dimethylsulfoxid (DMSO)
unter Stickstoff bei einer Konzentration von 25 mg/ml. 1,75 ml der
GMBS-Lösung
wurden zugegeben zu 16 ml der Polysaccharidlösung unter Stickstoff. Das
Reaktionsgemisch lies man 5 Stunden lang bei Raumtemperatur unter
Stickstoff rühren.
Das aktivierte Polysaccharid Pneumo 4 wurde auf einer Ausschlusssäule Sephadex
G50 gereinigt. Die ausgeschlossene Fraktion wurde wiedergewonnen
und konzentriert auf etwa 7 mg/ml auf einer 30K Membran (Amicon).
Die konzentrierte Lösung
wurde entgast.
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20
mg des Peptids, wie in Beispiel 1 erhalten, wurden gelöst in 0,1
M NaCl, 0,01 M Phosphatpuffer pH 7,5, bei einer Konzentration von
4,6 mg/ml unter Stickstoff. Andererseits wurden 2,2 ml der Peptidlösung zugegeben
zu 1,25 ml der Zubereitung, die das aktivierte Polysaccharid Pneumo
4 enthielt, so dass das Verhältnis
(Maleimidoreste)/(Thiolgruppen) 1 betrug (Pneumo 4-Peptid-1 Konjugat).
Die Reaktionsgemische wurden 6 Stunden lang unter Rühren bei
Raumtemperatur unter Stickstoff gehalten, dann über Nacht bei +4°C. Dann wurden
die nicht umgesetzten Maleimidoreste inaktiviert durch Zugabe von
0,005 ml Mercaptoethanol zu jedem Reaktionsgemisch.
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Die
Konjugate wurden gereinigt auf einer Sepharose 4BCL Säule. Die
eluierten Fraktionen wurden untersucht hinsichtlich des Vorliegens
von Zuckern und Peptiden. Fraktionen, die positiv auf beide Untersuchungen
antworteten, wurden zusammengegeben.
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Die
Menge an Zucker wurde bestimmt gemäß dem Dosierungsverfahren,
das beschrieben ist in Dubois et al., Anal. Chem. (1956) 3: 350,
und die Menge an Peptid wurde bestimmt gemäß dem Verfahren von Lowry et
al., J. Biol. Chem. (1951) 193: 265. Das Verhältnis von Wiederholungseinheiten
von Peptid/Polysaccarid Mol/Mol beträgt 1:30 für das Pn 4-Peptid-1 Konjugat
(entsprechend einem Verhältnis
w/w von 0,4:1).
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Beispiel 4
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Ein
trockenes Pulver des Kapselpolysaccharids von Neisseria meningitidis
Serogruppe A, das im Folgenden als Polysaccharid A bezeichnet wird,
wird erhalten durch ein Extraktionsverfahren, wie es beschrieben ist
von E. Gotschlich et al. in J. Exp. Med., Nr. 129 (1969), Seiten
1349 bis 1365. 100 mg des Polysaccharids A wurden gelöst in Wasser
bis zu einer Endkonzentration von 5 mg/ml (Lösung A). Parallel dazu wurde
eine Lösung
von Cyanogenbromid (CNBr) in Wasser hergestellt in einer Konzentration
von 67 mg/ml (Lösung
B). Eine Lösung
von Adipinsäuredihydrazid
(ADH) in 0,5 M NaHCO3 wurde ebenso zubereitet
bei einer Konzentration von 150 mg/ml (Lösung C). 20 ml der Lösung A und
0,75 ml der Lösung
C wurden zusammengemischt, um eine Zubereitung zu ergeben mit einem
Verhältnis
von Polysaccharid/CNBr Gewicht/Gewicht, das 1 betrug. 0,1 N NaOH
wurde zugegeben bis zu einem pH von 10,8; dieser pH wurde beibehalten
während
des gesamten Reaktionszeitraums von 60 Minuten. Die Temperatur betrug
etwa 20°C.
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Dann
wurde der pH gesenkt auf 8,5 durch Zugabe von 0,15 ml 0,1 N HCL.
1,17 ml der Lösung
C wurden zugegeben, so dass das Verhältnis ADH/Polysaccharid Gewicht/Gewicht
gleich 3,5 war. Der pH wurde während
15 Minuten beibehalten. Dann wurde die Reaktionsmischung über Nacht
stehen gelassen unter Rühren
bei +4°C.
0,1 ml 1 N HCl wurden zugegeben, um den pH auf 7 zu senken. Das
Reaktionsgemisch wurde dialysiert gegen 0,5 M NaCl und dann Wasser
und nachfolgend lyophilisiert.
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Die
Größe des derivatisierten
Polysaccharids A wurde kontrolliert auf einer HPLC Ausschlusssäule TSK
4000 (Hersteller Tosohaas). Keine Depolymerisation fand im Verlauf
der Derivatisierung statt.
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Während der
Derivatisierung wurden etwa 2,5 % der Wiederholungseinheiten des
Polysaccharids A mit einer -NH2 Gruppe derivatisiert.
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Dann
wurden die gleichen Verfahren wie in Beispiel 2 verwendet, um das
derivatisierte Polysaccharid A zu aktivieren und das aktivierte
Polysaccharid A an das Peptid, wie es in Beispiel 1 erhalten wurde,
zu konjugieren.
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Beispiel 5
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Vergleich des Konjugats,
das erhalten wurde im Beispiel 2 mit anderen Produkten
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Verwendbarkeit
des Peptids aus Beispiel 1 als Träger in einem Polysaccharidkonjugat
wird wie folgt gezeigt:
Sechs Wochen alte NMRI Mäuse erhielten über den
subkutanen Weg eine der folgenden Zusammensetzungen in einem Volumen
von 0,5 ml (jede Injektion) und über
den intraperitonealen Weg, im Fall, dass ein Hilfsstoff verwendet
wurde:
- (a) 5 μg Polysaccharid C (ohne Peptid)
an den Tagen 1, 15 und 29 in Abwesenheit eines Adjuvans;
- (b) 5 μg
Polysaccharid C (ohne Peptid) zusammen mit dem vollständigen Adjuvans
von Freund am Tag 1, und an den Tagen 15 und 29 zusammen mit dem
unvollständigen
Adjuvans von Freund;
- (c) 5 μg
Polysaccharid C und 9 μg
Peptid zusammen mit den vollständigen
Adjuvans von Freund am Tag 1, und an den Tagen 15 und 29 zusammen
mit dem unvollständigen
Adjuvans von Freund;
- (d) das Konjugat, das im Beispiel 2 erhalten wurde, das 1 μg Polysaccharid
C und 1,8 μg
Peptid enthielt, an den Tagen 1, 15 und 29 in Abwesenheit von einem
Adjuvans;
- (e) das Konjugat, das im Beispiel 2 erhalten wurde, das 5 μg Polysaccharid
C und 9 μg
Peptid enthielt, an den Tagen 1, 15 und 29 in Abwesenheit von einem
Adjuvans;
- (f) das Konjugat, das im Beispiel 2 erhalten wurde, das 5 μg Polysaccharid
und 9 μg
Peptid enthielt, zusammen mit dem vollständigen Adjuvans von Freund
am Tag 1, und an den Tagen 15 und 29 das Konjugat, das in Beispiel
2 erhalten wurde, zusammen mit dem unvollständigen Adjuvans von Freund;
und
- (g) Ein Konjugat von 5 μg
Polysaccharid C zusammen mit Diphtherie Anatoxin.
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An
den Tagen 15, 29 und 43 (berechnet von dem Tag der ersten Immunisierung)
wird eine Probe von Blut gesammelt, und die Antipolysaccharid C
Antikörper
werden titriert nach ELISA.
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Die
Ergebnisse sind zusammengefasst in der folgenden Tabelle. Tabelle
1
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Die
Antikörperantwort
auf nicht-konjugiertes Polysaccharid C ist in jedem Fall ziemlich
schwach, wohingegen die Antwort auf Polysaccharid C, das entweder
an DT oder das Peptid konjugiert ist, zufriedenstellend ist. Mit
dem Konjugat der vorliegenden Erfindung wird ein Booster Effekt
erhalten nach der zweiten Injektion, was ein Anzeichen für eine Immunantwort
ist. Die Antwort des Konjugats Polysaccharid C-Peptid ist äquivalent
zu der Antwort, die erhalten wird mit dem Konjugat von Polysaccharid
C-DT.
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Beispiel 6
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Das
in Beispiel 3 hergestellte Konjugat mit einem Verhältnis (w/w)
von Peptid zu Polysaccharid von 0,4:1 (entspricht einem Verhältnis von
Mol Peptid pro Mol Wiederholungseinheiten von 1:30) wurde an Mäusen getestet
unter Verwendung des gleichen Protokolls wie in Beispiel 5. Es war
in Mäusen
immunogen in Gegenwart eines Adjuvans oder Zusatzmittels und führte zu
einem Booster Effekt nach der zweiten Injektion. Die Ergebnisse
können
der folgenden Tabelle 2 entnommen werden.
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