ES2240958T3 - Metodo para transferir acidos nucleicos a las celulas. - Google Patents
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Abstract
UN METODO PARA FACILITAR LA TRANSFERENCIA DE ACIDOS NUCLEICOS A CELULAS, QUE COMPRENDE PREPARAR UNA DISPERSION LIPIDA MEZCLADA DE UN LIPIDO CATIONICO CON UN CO-LIPIDO EN UN DISOLVENTE PORTADOR ADECUADO. EL LIPIDO TIENE UNA ESTRUCTURA QUE INCLUYE UN GRUPO LIPOFILICO DERIVADO DE COLESTEROL, UN ENLACE ARTICULADOR, UN BRAZO SEPARADOR QUE INCLUYE DE 1 A 20 ATOMOS DE CARBONO EN UNA CADENA ALQUILO LINEAL RAMIFICADA O NO, Y UN GRUPO AMINO CATIONICO ELEGIDO DEL GRUPO CONSISTENTE EN GRUPOS AMINO PRIMARIOS, SECUNDARIOS, TERCIARIOS Y CUATERNARIOS. EL METODO COMPRENDE ADEMAS ADICIONAR LOS ACIDOS NUCLEICOS A LA DISPERSION PARA FORMAR UN COMPLEJO. LAS CELULAS SON ENTONCES TRATADAS CON EL COMPLEJO. TAMBIEN SE DESCRIBE UN NUEVO ANFIFILO CATIONICO UTIL PARA ESTE PROPOSITO.
Description
Método para transferir ácidos nucleicos a las
células.
La presente invención se refiere a métodos para
facilitar la transferencia de ácidos nucleicos a las células, y a
nuevos anfífilos catiónicos útiles para este propósito.
Se sabe que algunos, pero no todos los anfífilos
catiónicos, facilitan la transferencia de ADN a las células, es
decir, la transfección. Si bien el mecanismo de esta actividad aún
no está claro, probablemente implique la unión de complejo de
ADN/lípido con la superficie celular vía el exceso de cargas
positivas en el complejo. El complejo unido a la superficie celular
probablemente se internaliza y el ADN se libera hacia el citoplasma
de la célula desde un compartimiento endocítico. No se sabe cómo el
ADN liberado se traslada hacia el núcleo.
Un anfífilo catiónico contiene los siguientes
cuatro importantes elementos estructurales:
grupo lipófilo - Enlazador - Brazo Espaciador -
Grupo amino
El grupo amino está positivamente cargado a pH
neutro. Puede ser un grupo amonio primario, secundario, terciario o
cuaternario. El brazo espaciador usualmente es un resto hidrófilo de
2 a 15 átomos que conecta el grupo amino con el grupo lipófilo vía
el enlazador. El enlazador bien es un éter, éster, amida o bien un
enlace hidrolizable.
El grupo lipófilo es un resto hidrófobo que
permite la inserción del anfífilo catiónico en las membranas de la
célula o liposoma. Cumple la función de anclaje para que el grupo
amonio catiónico se una a la superficie de una célula o
liposoma.
Biochem.Biophys.Acta, 1982, vol 684; Nº1, pp
12-20 se refiere a análogos de colesterol para
incorporación en vesículas. Estos análogos son aminas primarias que
tienen un enlazador -NH-C(=O)-* y un espaciador de
etoxietano, y no están entre los compuestos de interés de acuerdo
con la presente invención. La publicación internacional
US-A-4.544.545 describe liposomas
formados con colesterol químicamente modificado que se tornan así
más específicos para acumulación rápida y preferencial in
vivo en un órgano deseado específico. Los derivados de
colesterol descritos muestran una amina primaria con un enlazador
-NH-C(=O)-O-* y un espaciador
(CH_{2})_{5}; estos derivados no son parte de la presente
invención. Si bien la publicación internacional
US-A-4.544.545, columna 3, líneas
47-51 menciona la incorporación de material genético
a los liposomas, no conduce con obviedad, a la persona experimentada
en la técnica, al uso de dichos liposomas en un método para
facilitar la transferencia de ácido nucleico a células mamíferas, ya
que la publicación internacional
US-A-4.544.545 se refiere a
liposomas adaptados para reconocimiento específico de órganos. En la
publicación US-A-4.544.545 no se
describe la transfección. La publicación internacional
WO-A-8800824 se refiere a liposomas
que contienen componentes de lípidos positivamente cargados
adaptados para usos oftálmicos en los cuales los liposomas se
proveen como gotas para el ojo del paciente. Los derivados de
lípidos se enlazan con el colesterol a través de un átomo de oxígeno
o nitrógeno. La publicación
WO-A-8800824 no describe los
enlazadores del tipo -NH-C(=O)-* o
-N-C(=)- * ni en los que el átomo de carbono es el
átomo enlazador como en -O-(O=)C-. J. Biol. Chem., Vol. 265, Nº 21,
1990, pp. 12404-12409 investiga el efecto de sulfato
de colesterol y compuestos relacionados sobre la fusión del virus
Sendai con neutrones y modelos biológicos. El derivado de colesterol
descrito es una amina cuaternaria con un enlazador
a-NH-C(=O)- * y un espaciador
(CH_{2})_{2}, que no es parte de la presente invención.
Polym. Commun., 1987, vol. 28, Nº 1, páginas 16-19,
describe derivados de colesterol de amonio cuaternario que forman
vehículos de lípidos. Estos compuestos amino cuaternarios tienen
-(C=O)-O * y un espaciador (CH_{2})_{10}
y no son parte de los compuestos reivindicados. J. Chem. Soc,
Chem.Commun., 1988, Nº 15, pp. 1037-1038 publica un
estudio piezoeléctrico de la conducta de adsorción molecular de
modelos simples de alcoholes hidrófobos, incluyendo películas de
capas múltiples de lípidos sintéticos o colesterol. J. Med. Chem.,
1984, Vol.27, Nº5, pp.659-664 publica la síntesis de
ésteres de (ácido aminobotiri (GABA)), incluyendo el colesteril
éster de GABA. Se reseña que el éster es activo para cambiar la
actividad motora de ratas.
La patente estadounidense 4.958.013 muestra
distintas fórmulas de oligonucleótidos modificados con colesterol
que son intermedios químicos para oligonucleótidos modificados que
se anclarán a las membranas. Los compuestos son oligonucleótidos
modificados con colesterilo que son aminas secundarias con un
enlazador -NH-C(=O)-O- * y un
espaciador (CH_{2})_{n}, en el que n es 2 ó 6, los cuales
no se incluyen en la presente invención.
Ninguna de estas referencias revela derivados de
colesterol que tengan las propiedades de ser sustancialmente no
tóxicos, biodegradables, formar una dispersión acuosa estable con un
lípido neutro y facilitar la transfección de ácido nucleico.
El cloruro de
N-[1-(2,3-dioleoxiloxi)propil]-N,N,N-trimetilamonio
(DOTMA) es el primer anfífilo catiónico que exhibe la actividad de
transfección. Su grupo lipófilo es una doble cadena, grupo alifático
C18:1. Contiene un grupo amonio cuaternario conectado al grupo
lipófilo vía un brazo espaciador de 3 carbonos con dos enlazadores
de éter. Si bien la molécula es eficaz en la transfección, no es
biodegradable y es bastante tóxica para las células.
Otra serie de anfífilos catiónicos utilizada en
la transfección consiste en detergentes de amonio cuaternario. Los
detergentes de cadena simple (como bromuro de cetiltrimetilamonio) o
de cadena doble (como bromuro de dimetildioctadecilamonio) exhiben
actividad para transfectar células animales. El grupo amino en estos
anfífilos es cuaternario y está conectado al grupo lipófilo sin el
brazo espaciador o los enlazadores. Otro detergente de cadena
simple, estearilamina, contiene un grupo amino primario conectado a
una cadena simple C18:0 sin un brazo espaciador o enlazador. Este
grupo de anfífilos es también tóxico para las células.
Se han reseñado otros dos grupos de anfífilos
catiónicos para transfección. El primer grupo contiene dos cadenas
C18:1 como el grupo lipófilo. Ambos grupos contienen un grupo amonio
cuaternario, pero varía la estructura del brazo espaciador. En el
primer caso, el grupo trimetilamonio está directamente conectado a
las dos cadenas C18:1 vía un brazo espaciador de 3 carbonos y enlace
éster. El anfífilo,
1,2-dioleoxi-3-(trimetilamonio)propano,
(DOTAP) es un análogo próximo a DOTMA. En otros casos, como
1,2-dioleoil-3-(4'-trimetilamonio)
butanoil-sn-glicerol, DOBT, o
colesteril (4'-trimetilamonio) butanoato, ChOTB, el
grupo trimetilamonio está conectado vía un brazo espaciador de
butanoilo ya sea al grupo de cadena doble (para DOTB) o colesterilo
(para ChOTB). Otros anfífilos, es decir, éster de colina de
1,2-dioleoil-3-succinil-sn-glicerol
(DOSC) y éster colina de hemisuccinato de colesterilo, ChOSC,
contienen un resto colina como el grupo amonio cuaternario que está
conectado al grupo de cadena doble (para DOSC) o colesterilo (para
ChOSC) vía un brazo espaciador de succinilo. Las actividades de
transfección de estos anfífilos en general son débiles.
Incluso se ha reseñado también otra clase de
anfífilos, denominada "lipopoliamina". El grupo amonio es
L-5-carboxiespermina que contiene 2
grupos amonio primarios y 2 secundarios. Dos ejemplos de esta
lipopoliamina son dioctadecilamidologlicilespermina, DOGS, y
dipalmitoil fosfatidiletanolamidoespermina, DPPES. El grupo
catiónico está conectado a dos cadenas dobles diferentes, grupo
lipófilo C16:0 vía un brazo espaciador amidoglicilo (para DOGS) o
fosforiletanolamina (para DPPES). Estos compuestos son especialmente
eficientes en la transfección de las células endocrinas primarias
sin toxicidad celular.
También se ha reseñado un reactivo de
lipopolilisina para transfección. El reactivo contiene un resto
polilisina como el grupo amonio que está conectado a un fosfolípido
(N-glutarilfosfatidiletanolamina). Por lo tanto, el
brazo espaciador es la cadena lateral de lisina y el grupo principal
del fosfolípido. El grupo lipófilo es un grupo de doble cadena,
C18:1 que se conecta al brazo espaciador vía dos enlaces éster. Si
bien el reactivo es eficiente en la transfección y no es tóxico para
las células, la actividad requiere raspar las células tratadas. Esto
definitivamente no es un paso conveniente y no se puede efectuar en
experimentos in vivo.
Un reactivo de transfección ideal debería exhibir
un alto nivel de actividad de transfección sin raspado ni ninguna
otra manipulación mecánica o física de las células o los tejidos. El
reactivo no debería ser tóxico o debería ser mínimamente tóxico en
las dosis eficaces. Debería ser también biodegradable para evitar
cualquier efecto adverso en el largo plazo sobre las células
tratadas.
Muchos reactivos que satisfacen estos criterios
contienen un enlazador que es hidrolizable en la célula. Por
ejemplo, DOBT y DOSC, contienen ambos enlazadores de éster, se
pueden metabolizar y catabolizar en otras especies de lípidos en las
células tratadas. No obstante, los anfífilos catiónicos que
contienen enlazadores de éster no son estables cuando se conservan
en una disolución acuosa. Esto probablemente se deba a una reacción
de hidrólisis catalizada por base mediada por el grupo amino del
anfífilo.
Otro factor clave en la toxicidad celular de los
anfífilos catiónicos consiste en sus efectos inhibidores sobre la
actividad de la proteína cinasa C (PKC). La PKC es una enzima clave
que cumple una función crucial en la transducción de señal celular.
Los anfífilos catiónicos inhiben la actividad de la PKC imitando al
inhibidor endógeno, esfingosina. La actividad de la PKC es también
importante para la vía de endocitosis celular que es propensa a
implicarse en la acción de los anfífilos catiónicos para facilitar
la entrada de ADN a las células. Se ha publicado recientemente que
un activador de PKC, forbolmiristatoacetato, puede estimular la
eficacia de la transfección de ADN mediada por los precipitados de
fosfato de calcio.
Por lo tanto, los inventores de la presente han
sintetizado una serie de nuevos anfífilos catiónicos y detectado sus
actividades para inhibir la PKC. Existen varios anfífilos que
exhiben actividades inhibidoras débiles hacia la PKC, que son
particularmente adecuados para transfecciones. Además, se han
preparado reactivos catiónicos con un enlazador de carbamoilo, a fin
de superar el problema de la inestabilidad en la disolución. La
estabilidad del enlace en disolución acuosa es mucho mayor que
aquella del enlace éster, y es incluso hidrolizable en la
célula.
En resumen, la presente invención provee un
método para facilitar la transferencia de ácidos nucleicos a las
células. El método comprende preparar una dispersión de lípidos
mixta de un lípido catiónico con un co-lípido en un
disolvente vehículo adecuado, como agua destilada o disolución
salina normal. El lípido catiónico tiene una estructura que incluye
un grupo lipófilo derivado de colesterol, un enlazador, un brazo
espaciador, incluyendo entre aproximadamente 1 y aproximadamente 20
átomos de carbono en una cadena de alquilo lineal ramificada o no
ramificada, y un grupo amino catiónico. El grupo amino se selecciona
entre el grupo que consiste en grupos amino primarios, secundarios,
terciarios y cuaternarios. El método comprende también añadir los
ácidos nucleicos a la dispersión para formar un complejo. Las
células se tratan luego con el complejo.
En una realización preferida de la invención, la
dispersión tiene partículas con un diámetro promedio de
aproximadamente 150 nm. El lípido catiónico preferiblemente se
selecciona entre el grupo que consiste en yoduro de
colesteril-3\beta-carboxilamidoetilentrimetilamonio,
yoduro de
1-dimetilamino-3-trimetilamonio-DL-2-propil-colesterilcarboxilato,
colesteril-3\beta-carboxiamidoetilenamina,
yoduro de
colesteril-3\beta-oxisuccinamidoetilentrimetilamonio,
yoduro de
1-dimetilamino-3-trimetilamonio-DL-2-propilcolesteril-3\beta-oxisuccinato, yoduro de 2-[(2-trimetilamonio)-etil-metilamino] etil-colesteril-3\beta-oxisuccinato, 3\beta[N-(N',N'-dimetilaminoetano)-carbamoil]colesterol y 3\beta-[N-(polietilenimi-
na)-carbamoil]colesterol En una realización preferida, el co-lípido es un fosfolípido neutro o ácido que preferiblemente se puede seleccionar entre el grupo que consiste en fosfatidil colina y fosfatidil etanolamina.
1-dimetilamino-3-trimetilamonio-DL-2-propilcolesteril-3\beta-oxisuccinato, yoduro de 2-[(2-trimetilamonio)-etil-metilamino] etil-colesteril-3\beta-oxisuccinato, 3\beta[N-(N',N'-dimetilaminoetano)-carbamoil]colesterol y 3\beta-[N-(polietilenimi-
na)-carbamoil]colesterol En una realización preferida, el co-lípido es un fosfolípido neutro o ácido que preferiblemente se puede seleccionar entre el grupo que consiste en fosfatidil colina y fosfatidil etanolamina.
Además, la presente invención provee también un
lípido catiónico sustancialmente no tóxico, sustancialmente no
hidrolizable para facilitar la transferencia de ácidos nucleicos a
las células. El lípido comprende un grupo lipófilo derivado de
colesterol, un enlazador, un brazo espaciador que incluye
aproximadamente 1 a aproximadamente 20 átomos de carbono en una
cadena de alquilo lineal ramificada o no ramificada, y un grupo
amino catiónico. El grupo amino se selecciona entre el grupo que
consiste en grupos amino primarios, secundarios, terciarios o
cuaternarios.
El lípido catiónico preferentemente se selecciona
entre el grupo que consiste en yoduro de
colesteril-3\beta-carboxiamidoetilentrimetilamonio,
yoduro de
1-dimetilamino-3-trimetilamonio-DL-2-propil-colesterilcarboxilato,
coles-teril-3\beta-carboxiamidoetilenamina,
yoduro de
colesteril-3\beta-oxisuccinamidoetilentrimetilamonio,
yoduro de
1-dimetil-amino-3-trimetilamonio-DL-2-propil-colesteril-3\beta-oxisuccinato,
yoduro de
2-[(2-trimetilamonio)etilmetil-amino]etil-colesteril-3\beta-oxisuccinato,
3\beta[N-(N(N',N'dimetilaminoetano)-carbamoil]-colesterol
y
3\beta[N-(polietilenimina)-carbamoil]colesterol.
La presente invención se entenderá por referencia
a los siguientes Ejemplos, siempre que se consideren junto con los
dibujos en los que:
La Figura 1 es el esquema sintético para análogos
de colesteril carboxilato;
la Figura 2 es el esquema sintético para análogos
de colesteril hemisuccinato;
la Figura 3 es el esquema sintético para análogos
de colesteril formato;
la Figura 4 es un gráfico del efecto de
diferentes co-lípidos sobre la actividad de
transfección de una dispersión de lípido catiónico en células
L929;
la Figura 5 es un gráfico del efecto de la
relación de co-lípido a lípido catiónico de la
presente invención sobre la actividad de transfección en células
L929;
la Figura 6 es un gráfico del efecto de la dosis
de lípido sobre la actividad de transfección en células L929;
la Figura 7 es un gráfico del efecto de dosis de
ADN sobre la actividad de transfección de la dispersión de lípidos
en células L929;
la Figura 8 es una representación de un gel que
muestra la formación de complejo de ADN con la dispersión de lípido
catiónico; y
la Figura 9 es un gráfico de la eficacia de la
transfección y de la toxicidad de un lípido catiónico de la presente
invención.
Con el fin de facilitar una mayor comprensión de
la presente invención, los siguientes Ejemplos se exponen
principalmente con propósitos de ilustrar ciertos detalles más
específicos de los mismos.
Se adquirieron Colesterol (99 + % grado),
colesterol hemisuccinato, 1,1'-carbonildiimidazol de
Sigma Chemical Co., St. Louis, MO. Se obtuvieron magnesio en polvo -
50 mesh (99 + %), tionilbromuro (97%),
1,3-propanosulfona (99%), yodometano (99%),
trans-1,2-dicloroetileno (98%),
M,M-dimetilanilina (99%),
N,N-dimetiletilendiamina (95%),
1,3-bis-dimetilamino-2-propanol
(97%), 2-{[2-(dimetilamino)etil]metilamino}etanol
(98%) de Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI. Se obtuvieron
colesteril cloroformato (95%) y polietilenimina de Fluka. El
metanol, diclorometano y acetonitrilo fueron disolventes de grado
HPLC. Todos los otros químicos y disolventes, a menos que se
especifique lo contrario, fueron de grado reactivo.
En la Figura 1 se muestra un esquema sintético
para análogos de colesteril carboxilato.
Se disolvió colesterol, (25 g, 64,6 mmol) en 10
ml de dimetilanilina (78,9 mmol) y 5 ml de cloroformo. Mientras se
agitaba con hielo, se añadieron lentamente pequeñas cantidades de
tionil bromuro (6 ml, 77,6 mmol) disueltas en 20 ml de cloroformo
frío durante un período de 15 minutos. Después de completar la
adición de tionil bromuro, la mezcla se agitó durante 2 horas
adicionales a temperatura ambiente. La disolución resultante se
vertió en 200 ml de etanol enfriado con hielo al 95% y se dejó en
hielo durante 2 horas hasta completar la cristalización. El producto
se filtró y se lavó con 25 ml de etanol enfriado con hielo al 95%.
Se recuperó una pequeña cantidad de producto del filtrado con la
adición de 75 ml de agua destilada y luego se refrigeró. Finalmente,
el producto se recristalizó a partir de 120 ml de acetona,
produciendo 21,8 g de colesteril bromuro (rendimiento, 75%) con un
punto de fusión de 93-95ºC (lit
97-98ºC). La identidad del producto se confirmó con
espectrometría de masas (EI), la cual demostró un pico intenso con
un m/z de 448, correspondiente al ión molecular (M^{+}º) de
colesteril bromuro. Además, se observó la característica del patrón
de peso molecular del bromuro de los dos isótopos diferentes de
bromo (79Br:81Br, 1:1).
Se llevó a cabo la síntesis de
colesteril-3\beta-carboxilato,
usando una reacción Grignard. Todos los materiales de vidrio se
secaron en estufa a 110ºC durante toda la noche. En un matraz de
tres cuellos de 500 ml, preparado para reflujo, se preparó una
disolución nueva de yoduro de metilmagnesio, tratando 9 g de
magnesio en polvo en estufa de vacío (110ºC) en 100 ml de éter
dietílico anhidro con 10 ml de yoduro de metilo. Después de que cesó
la reacción vigorosa, se añadió lentamente colesteril bromuro (25 g,
56 mmol), disuelto en 100 ml de éter dietílico anhidro, a la
disolución de yoduro de metilmagnesio durante un período de tres
horas. La disolución se sometió a reflujo durante 36 horas con el
calor suficiente requerido para llevar el éter dietílico a una
ebullición. Después de enfriar, el reactivo Grignard se añadió a
dióxido de carbono sólido finamente molido y, después de 1 hora, el
complejo se hidrolizó por tratamiento con ácido sulfúrico 1 M
enfriado con hielo. Después de extraer el esteroide con éter
dietílico (3 x 250 ml), la capa etérea se lavó con tiosulfato sódico
10 mM (3 x 50 ml) para eliminar un color anaranjado persistente.
Después de separar la capa de agua, la capa de éter se lavó con agua
destilada y se filtró para eliminar un residuo insoluble. La capa de
éter se secó posteriormente sobre sulfato de magnesio anhidro y se
dispuso en un evaporador giratorio para producir una suspensión
oleosa blanca amarillenta. La trituración con pentano produjo 8,6 g
de colesteril-3\beta-carboxilato
(rendimiento, 37%) como un polvo fino con un punto de fusión de
212-215ºC (lit 218-220ºC). La
espectrometría de masas (EI) mostró un m/z de 414 de ión molecular
(M+º). El producto se caracterizó por RMN de 2 protones. El
producto se liofilizó durante toda la noche para producir un
material de inicio anhidro para las reacciones de acilación.
La acilación de colesteril carboxilato se llevó a
cabo bajo una atmósfera de nitrógeno o argón seco en un recipiente
de vidrio secado en estufa. El colesterol carboxilato (2 g, 4,8
mmol) se suspendió en 5 ml de diclorometano (grado HPLC en tamices
moleculares 4 A). Se añadió un exceso molar 1,5 de
1,1'-carbonildiimidazol (CDI, 1,2 g) disuelto en 15
ml de diclorometano a la suspensión de colesteril carboxilato en
volúmenes pequeños con agitación intermitente. Cuando cesó la
reacción, la disolución se agitó durante toda la noche.
Posteriormente se añadió N,N-dimetiletilendiamina (5
ml, 43,2 mmol) y la disolución resultante se agitó durante 36 horas
a temperatura ambiente. Se eliminó el diclorometano por evaporación
giratoria, después de lo cual la reacción se enfrió repentinamente
con un volumen pequeño de agua destilada. El esteroide acilado se
extrajo con éter dietílico (4 x 50 ml). Posteriormente, las
fracciones de éter combinadas se retroextrajeron con agua destilada
(3 x 50 ml), se secaron sobre sulfato de sodio anhidro y evaporaron
girando a presión reducida. El residuo se trituró luego con pentano
y el producto se recogió en un embudo de vidrio sinterizado. Se
obtuvo un polvo voluminoso (1,7 g, 73% rendimiento) y se descubrió
que era puro por TLC (Rf=0,72), usando cloroformo:metanol:agua
(65:25:4,v/v/v) como el disolvente revelador. El producto
proporcionó un punto de fusión de 167-169ºC. La
espectrometría de masas (FAB+) mostró un pico intenso a un m/z de
485, que corresponde al ión molecular protonado (M+H)^{+}º.
El producto se caracterizó por RMN de protones.
La cuaternización del Compuesto III se llevó a
cabo usando yoduro de metilo y bicarbonato de potasio. En resumen,
se disolvió 1 g (2,1 mmol) del compuesto III en 40 ml de metanol en
presencia de 2 g (20 mmol) de bicarbonato de potasio y 2 ml (32,1
mmol) de yoduro de metilo. La reacción se agitó durante 24 horas a
temperatura ambiente. El disolvente se eliminó posteriormente al
vacío y el bicarbonato restante se neutralizó con HCl 1 M hasta que
la disolución produjo una lectura del pH de 7. Se eliminó el agua
por liofilización y al producto se le extrajeron las impurezas de
sales inorgánicas, usando un volumen pequeño de metanol enfriado con
hielo. Después de evaporar el disolvente, el producto se
recristalizó a partir de etanol absoluto y se purificó
adicionalmente sobre una columna de fase inversa, usando un
gradiente de acetonitrilo/0,1% ácido trifluoroacético (100% a 85%
acetonitrilo en 60 minutos). Se demostró que el polvo era puro por
TLC (Rf=0,10) usando cloroformo:metanol:agua (65:25:4 v/v/v) como el
disolvente revelador. Se demostró que se fundía con la
descomposición a aproximadamente 190ºC, y tenía un ión molecular con
un m/z de 500 (M^{+}º) de acuerdo con la espectrometría de masas
(FAB^{+}). El producto se caracterizó por RMN de protones.
Se llevó a cabo la acilación usando
colesteril-3\beta-carboxilato
activado con CDI análogo al método descrito para el compuesto III,
excepto que el nucleófilo fue
2,3-bis-dimetilamino-2-propanol
(8 ml, 47,6 mmol). Después de la adición del nucleófilo, la reacción
se agitó a temperatura ambiente durante 72 horas. Se eliminó el
diclorometano y el residuo oleoso restante se disolvió en
cloroformo. Las impurezas se precipitaron con un gran volumen de
éter de petróleo (punto de ebullición, 35-60ºC). El
filtrado se pasó por un evaporador giratorio hasta secarse, se
volvió a disolver en pentano y se filtró nuevamente una vez. Después
de secar, el material soluble en pentano se secó y se redisolvió en
un volumen pequeño de éter dietílico y se añadió a un gran volumen
de éter dietílico:acetonitrilo caliente (30:70, v/v). El producto se
cristalizó a -20ºC después de permitir que se evaporara parte del
éter. La espectrometría de masas (FAB+) produjo un m/z de 543 para
el ión molecular protonado (M+H)+º. El producto se caracterizó por
RMN de protones.
El compuesto V de metoyoduro se preparó
sometiendo suavemente a reflujo el compuesto V (0,5 g, 0,9 mmol) y
yoduro de metilo (2 ml, 32,1 mmol) en 20 ml de etanol durante una
hora. Después de enfriar, el precipitado (0,5 g, rendimiento 79%) se
recristalizó dos veces a partir de metanol absoluto. El producto se
fundió con la descomposición a aproximadamente 232ºC y se pasó una
sola vez por una placa de TLC (Rf=0,22) usando
cloroformo:metanol:agua (65:25:4, v/v/v) como el disolvente
revelador. El producto tuvo un ión molecular con un m/z de 557
(M^{+}º) con FAB+ espectrometría de masas, consistente con la
alquilación de uno de los dos posibles sitios de amina terciaria. El
producto se caracterizó por RMN de protones.
A una disolución de etilendiamina (5,11 g, 85
mmol) en 20 ml de diclorometano, se le añadió gota a gota una
disolución de colesteril carboxilato activado con CDI (0,7 g, 1,7
mmol) en 5 ml de diclorometano durante un período de 1,5 h. Cuando
se había completado la adición de esterol activado, la reacción se
agitó durante 48 horas bajo nitrógeno. Después de eliminar el
disolvente a presión reducida, el residuo se disolvió en
cloroformo:metanol (2:1, v/v) y se extrajo con agua (3 x 50 ml). La
fase de cloroformo posteriormente se secó con sulfato de sodio
anhidro, se eliminó el disolvente y el residuo se purificó por TLC
preparativa, usando cloroformo:metanol:agua (65:25:4, v/v/v) como el
disolvente revelador. Se recogió la banda a aproximadamente Rf =
0,3, se extrajo con cloroformo:metanol (1:1, v/v) y se secó a
presión reducida. El producto (0,65 g, rendimiento, 81%) se pasó por
un único sitio (Rf = 0,33) y se fundió con descomposición a
aproximadamente 194ºC. La espectrometría de masas (FAB+) produjo un
m/z de 457 para el ión molecular protonado (M+H)+. El producto se
caracterizó por RMN de protones.
En la Figura 2, se representa un esquema que
describe las distintas etapas para producir análogos de colesterol
hemisuccinato.
La síntesis del compuesto VIII requirió primero
la acil imidazolida de colesteril hemisuccinato, que se preparó
haciendo reaccionar colesterol hemisuccinato con
N,N-carbonildiimidazol (CDI), tal como se describió
para la síntesis del compuesto III. En resumen, al colesterol
hemisuccinato (2 g, 4,1 mmol), suspendido en 5 ml de diclorometano,
se le añadió 1,5 equivalentes de CDI (1 g) disueltos en 15 ml de
diclorometano. La disolución se agitó durante toda la noche, tras lo
cual se añadió N,N-dimetiletilendiamina (5 ml, 43,2
mmol). Posteriormente se eliminó el diclorometano por evaporación
giratoria, se añadió agua destilada y el esterol acilado se extrajo
con éter dietílico (4 x 50 ml). Posteriormente, las fracciones de
éter se lavaron con agua destilada (3 x 50 ml) y se secaron sobre
sulfato de sodio anhidro. El éter se eliminó por evaporación
giratoria. El producto se lavó con 200 ml de pentano, y las
impurezas menores se eliminaron usando TLC sobre gel de sílice
preparativa. Después de revelar con cloroformo:metanol:agua
(65:25:4), v/v/v) la banda presente se recogió en aproximadamente un
Rf = 0,80 y se extrajo con cloroformo/metanol (2:1 v/v). El residuo
se purificó adicionalmente usando cloroformo: acetato de etilo (1:1,
v/v) como el segundo disolvente de revelación. Se extrajo la banda
en aproximadamente Rf = 0,2 con cloroformo/metanol (2:1 v/v). El
producto liofilizado se pasó una sola vez por TLC con un Rf de 0,75,
usando cloroformo:metanol:agua (65:25:4, v/v/v) como el disolvente
revelador y tuvo un punto de fusión de 119-111ºC. La
espectrometría de masas (FAB+) mostró un m/z de 557 que
correspondería al ión molecular protonado (M+H)^{+}º. El
producto se caracterizó por RMN de protones.
La cuaternización del compuesto VIII se llevó a
cabo con yoduro de metilo en etanol absoluto, tal como se describió
anteriormente para la síntesis del compuesto VI. Permitiendo que la
disolución se enfríe hasta temperatura ambiente, se produjo 0,5 g
(80% rendimiento) de la sal de amonio cuaternario. Posteriormente,
el producto se recristalizó a partir de etanol absoluto, produciendo
un polvo blanco fino que se fundió con descomposición a
aproximadamente 196ºC. El producto se pasó una sola vez por TLC (R =
0,43), usando cloroformo:metanol:agua (65:25:4) como el disolvente
revelador. La espectrometría de masas (FA+) indicó un ión molecular
con un m/z de 572 (M_{+}º). El producto se caracterizó por RMN de
protones.
La acilación se llevó a cabo usando colesteril
hemisuccinato activado con CDI de acuerdo con el procedimiento
descrito anteriormente para el compuesto V. Después de la adición de
1,3-bi-dimetilamino-2-propanol
(7 ml, 41,6 mmol), la mezcla se agitó durante 72 horas, después de
lo cual se eliminó el disolvente al vacío. El producto, extraído del
residuo con éter dietílico (3 x 75 ml), produjo un aceite después de
la eliminación del éter. La adición de pentano precipitó impurezas
adicionales; después de la evaporación giratoria, el aceite
resultante no se pudo cristalizar exitosamente usando una variedad
de disolventes o por liofilización. La espectrometría de masas (FA+)
indicó un ión molecular protonado con un m/z de 616
(M+H)^{+}º. El producto se caracterizó por RMN de
protones.
La metilación del compuesto X se llevó a cabo
usando el método descrito previamente (Ejemplo VI). Después de 1
hora, la disolución se enfrió y el metiyoduro se recristalizó dos
veces a partir de metanol absoluto para producir cristales con forma
de aguja que se fundieron con descomposición a aproximadamente
222ºC. El producto se pasó una sola vez por una placa de TLC (R =
0,17) usando cloroformo:metanol:agua (65:25:4, v/v/v) como el
disolvente revelador. La espectrometría de masas (FA+) indicó un ión
molecular con un m/z de 629 (M^{+}º) consistente con la metilación
de 1 de uno de 2 sitios posibles de amina terciaria. El producto se
caracterizó por RMN de proto-
nes.
nes.
La síntesis del compuesto XII fue análoga a la
del método descrito para la acilación del compuesto VIII, excepto
que
2-{[2-dimetilamino)etil]-metilamino}etanol
(7 ml, 42,0 mmol) fue el alcohol de amino utilizado como el
nucleófilo. Después de la extracción con éter dietílico, el producto
se secó liofilizando y se purificó adicionalmente por TLC
preparativa, usando cloroformo:metanol:agua (65:25:4, v/v/v).
Después de recoger la banda presente a R = 0,80 y extraer con
cloroformo:metanol, (2:1, v/v), el residuo se purificó
adicionalmente usando cloroformo:acetato de etilo (1:1; v/v) como el
segundo disolvente revelador por TLC. Se recogió la banda que estaba
presente a aproximadamente R = 0,2 y se extrajo la sílice con
cloroformo:metanol (2:1, v/v). El producto, que se pasó una sola vez
por de una placa de TLC, (R = 0,72) usando cloroformo:metanol:agua
(65:25:4 v/v/v) como el disolvente revelador produjo un punto de
fusión de 50-52ºC. La espectrometría de masas (FA+)
demostró un ión molecular protonado con un m/z de 615
(M+H)^{+}º. El producto se caracterizó por RMN de
protones.
La acilación del compuesto XII (0,5 g, 0,8 mmol)
se llevó a cabo bajo condiciones de reflujo con yoduro de metilo en
etanol absoluto, tal como se describió en el Ejemplo VI. El
precipitado se recristalizó dos veces a partir de metanol absoluto y
se tiñó sobre una placa de TLC (R = 0,22) usando
cloroformo:metanol:agua (65:25:4; v/v/v) como el disolvente
revelador. Los cristales se fundieron con descomposición a
aproximadamente 172ºC. La espectrometría de masas (FA+) produjo un
m/z de 629 para el ión molecular (M^{+0}) consistente con la
metilación de únicamente uno de dos sitios posibles de amina
terciaria. El producto se caracterizó por RMN de protones.
En la Figura 3, se muestra el esquema para la
síntesis de análogos de colesteril formato.
El compuesto XIV se sintetizó mezclando una
disolución de colesteril cloroformato (0,5 mmol) en cloroformo con
una disolución de N,N-dimetiletilendiamina (9,1
mmol) en cloroformo en un baño de etanol en hielo seco. El
disolvente y la amina sin reaccionar se eliminaron in vacuo.
El compuesto XIV se purificó mediante dos recristalizaciones
sucesivas en etanol. (Rendimiento, 65%) La TLC
(cloroformo:metanol=65:35) mostró una sola mancha (R = 0,37) cuando
se reveló con yodo. El producto se caracterizó por RMN de
protones.
La síntesis del compuesto XV fue similar a
aquella del compuesto XIV. El colesterol cloroformato (0,1 mmol) y
la polietilenimina 600 (6 g) se mezclaron en cloroformo en un baño
de etanol en hielo seco. Después de que se eliminó el material
volátil de la mezcla de reacción in vacuo, el producto bruto
sólido se dializó en agua destilada 4L durante 3 días (tiempo
durante el cual se cambió el agua varias veces). Finalmente, el
producto se liofilizó hasta secarse, proporcionando un rendimiento
estimado de 81%. El compuesto XV se pasó una sola vez por TLC
(cloroformo:metanol=65:35).
Los derivados de colesterol catiónico se
mezclaron con un fosfolípido en disolución de cloroformo en
diferentes relaciones molares. El disolvente se eliminó por
evaporación bajo una corriente de gas N_{2} y se disecó in
vacuo durante por lo menos 30 minutos. La película de lípido
seco se hidrató en tampón Hopes 20 mM, Ph 7,8, durante toda la
noche. La suspensión se sonicó en un sonicador del tipo baño
(Laboratory Supplies, Hicksville, NY) para generar dispersiones de
partícula pequeña (diámetro promedio = 150 nm).
El plásmido pUCSV2CAT (aproximadamente 5kb de
tamaño) que contiene el gen estructural de E. coli
cloranfenicol acetil transferasa (CAT) impulsado por el promotor
temprano del virus SV40 se utilizó como un modelo para los
polianiones que han de ser distribuidos por las dispersiones de
lípidos catiónicos. El ADN se mezcló con dispersiones de lípidos
catiónicos en 1 ml de medio M199 sin suero o medio McCoy para formar
un complejo de ADN/lípido. Las células de mamíferos cultivadas de
aproximadamente 80-100% de confluencia en una placa
de 6 pocillos se lavaron una vez con medio sin suero. El complejo de
ADN/lípido se añadió a las células lavadas, las cuales se incubaron
a 37ºC durante 5 horas. Las células se lavaron nuevamente y se
añadió el medio que contenía suero. Las células se recogieron
30-72 horas después y se extrajeron para proteínas
celulares. La actividad de CAT en la proteína extraída se midió
usando [^{14}C] cloranfenicol o [^{3}H] acetil CoA como un
sustrato radiomarcado. Una unidad de actividad de CAT se define como
el nmol de sustrato radiomarcado convertido al producto radiomarcado
en un minuto. El contenido proteínico en los extractos celulares se
midió mediante el ensayo Bradford (BIORAD).
Tan rápido como fue posible, se extirparon los
cerebros de 25 ratas Sprague-Dawley
(150-200 g), se lavaron con 100 ml de TRIS 20 mM,
EDTA 1 mM, EGTA 1mM, Ph 7,5, y se homogeneizaron en 150 ml de TRIS
20 mM enfriado con hielo, EGTA 10 mM, EDTA 2 mM, DTT 10 mM, sacarosa
0,25 M, PMSF 2 mM y 100 \mug/ml leupeptina, pH 7,5. El
homogeneizado se centrifugó inmediatamente a 100.000 g durante 40
minutos a 4ºC en un rotor Beckman Ti50.2. Se aplicó el sobrenadante
a una columna de 2,5 X 20 cm de DEAE Sefarosa (flujo rápido) que
contenía 60 ml de resina equilibrada con TRIS 20 mM, EDTA 1 mM, DTT
1 mM, pH 7,5 (tampón A). La columna se lavó con 300 ml de tampón A y
200 ml adicionales de tampón A que contenía KCI 0,03 M. La proteína
cinasa C se eluyó con 500 ml de KCI en gradiente continuo (0,03 -
0,3 M KCI). Se recogieron fracciones con volúmenes de 5 ml. Se
combinaron las fracciones que mostraron dependencia de calcio y
fosfolípido; la concentración de sal se ajustó a 1,5 KCI con la
cantidad apropiada de KCI sólido. La muestra bruta, que contenía KCI
1,5 M, se agitó durante 15 minutos y posteriormente se cargó a una
columna de 1 X 10 cm que contenía 9 ml de Fenil sefarosa equilibrada
con KCI 1,5 M en TRIS 20 mM, EGTA 0,5 mM, DTT 1 mM, pH 7,5 (tampón
B). La columna se lavó con 90 ml de tampón B que contenía KCI 1,5 M.
Se eluyó PKC con un gradiente continuo de 100 ml de KCI (KCI
1,5-0 M). Se recogieron fracciones con volúmenes de
3 ml. La columna se lavó con 50 ml adicionales de tampón B. La mayor
parte de la actividad enzimática se eluyó durante esta etapa. Se
combinaron las fracciones que mostraron dependencia de calcio y
fosfolípido, y se concentraron hasta 4 ml usando una célula de
ultrafiltración Amicon equipada con un filtro YM-10.
La muestra concentrada se cargó a una columna de 2,5 X100 cm que
contenía 400 ml de perlas Sephacryl S-200 HR
equilibradas con tampón B que contenía 10% glycerod (tampón C). Se
recogieron fracciones con volúmenes de 3 ml. Se pasaron
aproximadamente 150 ml de tampón; La PKC se eluyó muy próxima al
vacío de la columna. Se combinaron las fracciones que mostraron
dependencia de calcio y fosfolípido, y se cargaron en una columna de
0,5 x 5 cm que contenía 2,5 ml de polilisina agarosa equilibrada con
tampón C. La PKC se eluyó con un gradiente continuo de 40 ml de KCI
(KCI 0-0,8 M). Se recogieron fracciones con
volúmenes de 1 ml. Las primeras fracciones activas se contaminaron.
Se combinaron las fracciones no contaminadas, se concentraron y se
diluyeron con tampón C para eliminar el alto contenido de sal.
Después de volver a concentrar, la muestra se dividió en porciones
para futuros ensayos, se congeló en nitrógeno líquido y se conservó
a -80ºC. Se volvió a lograr una actividad total después de
congelación y deshielo rápidos. Aún pudieron detectarse indicios de
impurezas (116 k, 66 k y 50 k Mr) cuando el gel se plateó
marcadamente. La enzima proporcionó una actividad específica de 200
nmoles de fosfato incorporado por minuto por miligramo de proteína
cuando se ensayó para fosforilación de histona, usando el ensayo de
micelas mixtas Triton con presencia de 6,5% mol fosfatidilserina,
2,5% mol DAG y 100 \muM calcio. Se observaron actividades
específicas comprendidas entre 30 nmoles/min/mg y 600 nmoles/min/mg
para la PKC, usando el ensayo de micelas mixtas Triton bajo las
mismas condiciones.
Se disolvieron fosfatidilserina y
1,2-dioleína con y sin aditivo en una disolución de
cloroformo/metanol (2:1, v/v). El disolvente se evaporó con una
corriente de nitrógeno y se eliminaron los últimos indicios usando
un vacuodesecador a 40ºC. Las películas de lípido luego se
solubilizaron por la adición de 3% Triton X-100, se
agitaron vigorosamente en vórtex durante 30 segundos y luego se
incubaron a 30ºC durante 10 minutos para permitir el equilibrio. A
25 \mul, se utilizó una alícuota de esta disolución en un volumen
de ensayo final de 250 \mul, que contenía
TRIS-HCl 20 mM, pH 7,5, MgCL_{2}10 mM, 200
\mug/ml histona IIII-S, 100 \muM CaCl_{2}, 10
\muM[\gamma-^{32}P] adenosin 5'
trifosfato, Triton X-100 2,75 mM, con 300 \muM
(6,5 porcentaje en mol) fosfatidil-serina y 107
\muM (2,5 porcentaje en mol 1,2-dioleína. Para
los controles, 25 \mul de EGTA 20 mM reemplazaron el CaCl_{2}.
Para iniciar la reacción, se añadieron 150 ng de proteína. Después
de mezclar por un período breve, los tubos se incubaron durante 10
minutos a 30ºC. La reacción se terminó añadiendo 1 ml de 0,5 mg/ml
BSA frío y 1 ml de ácido tricloroacético al 25% frío. Esta mezcla se
pasó por un filtro GF/C Whatman y se lavó cinco veces con 2 ml de
ácido trifluoroacético al 25%. Después de secar, los filtros se
contaron con 6 ml de fluido de centello ACS.
Ninguno de los derivados de colesterol catiónico
forma por sí mismo una dispersión homogénea estable por sonicación
en un tampón de baja concentración iónica. Se debió añadir un
fosfolípido, ácido o neutro, para formar una dispersión de lípidos
mixta. Por ejemplo, el compuesto VIII requiere un mínimo de 1 parte
de PC o 9 partes del compuesto VIII para formar una dispersión
uniforme. En el caso del compuesto XIV, se requiere una ración
mínima de fosfatidil colina (PC) o fosfatidil etanolamina (PE) para
XIV = 4:6. Dicho lípido no catiónico utilizado en la dispersión se
denomina co-lípido.
Se utilizó ADN plásmido, pUCSV2CAT, como un
compuesto modelo para polianiones, ya que contiene un gen
estructural para la CAT. La eficacia de la administración
intracelular se puede ensayar fácilmente por la expresión de la
actividad de CAT en las proteínas extraídas de las células tratadas.
La Tabla I exhibe la actividad de CAT de células L929 de ratón que
han sido transfectadas con este ADN plásmido, mediadas por distintas
dispersiones de lípidos catiónicos. Además, también se ha medido la
actividad inhibidora de los derivados de colesterol catiónico puros
en dioleína, fosfatidil serina (PS) y proteína cinasa C estimulada
con Ca^{2+}. Esta actividad se expresó como un IC_{50}, que es
la concentración en la cual se inhibió el 50% de la actividad de
PKC. Como se puede observar a partir de la Tabla I, los derivados
con valores IC_{50} bajos, es decir, aquellos inhibidores potentes
de PKC, no fueron un buen vehículo de administración para ADN. Por
ejemplo, los compuestos IV, XI, VI y XIII, todos con un valor
IC_{S0} inferior a 20 \muM, produjeron actividades de CAT
mínimas en las células tratadas. Entre los que dieron origen a altas
actividades de CAT, los derivados con un solo grupo amino terciario
(compuestos VIII, VI y III) fueron más eficaces para suministrar ADN
que los análogos similares que contienen un solo grupo amino
cuaternario (compuestos IX y IV). A su vez, entre los derivados con
el mismo grupo principal amino, aquellos que contenían un brazo
espaciador más largo (compuestos VIII y IX) suministraron una mayor
cantidad de ADN que aquellos que contenían un brazo espaciador más
corto (compuestos X, XI, V, VI y XV), los cuales en general fueron
vehículos de administración menos eficaces.
El compuesto VII merece atención especial.
Contiene únicamente un solo grupo amino primario con un brazo
espaciador corto, incluso así, la actividad de transfección fue
alta.
Compuesto | IC_{50}(nM) de Inhibición PKC | Actividad Relativa de CAT |
III | 258 | 18 |
IV | 12 | 0,7 |
V | 643 | 2 |
VI | 11 | 1 |
VII | 246 | 68 |
VIII | 191 | 100 |
IX | 59 | 50 |
X | 408 | 0,5 |
XI | 15 | 11 |
XII | 164 | 19 |
XIII | 20 | 14 |
XIV | - | 75 |
XV | - - | 11 |
Los experimentos descritos en el Ejemplo XXI se
llevaron a cabo con una dispersión de lípidos que contenía un
derivado de colesterol catiónico y un co-lípido,
dioleoil fosfatidiletanolamina (DOPE). Se ha estudiado la función
del co-lípido en la eficacia de la administración.
La Figura 4 muestra los datos de un experimento en el cual el
compuesto VIII se mezcló con una variedad de
co-lípidos diferentes, neutros o ácidos, en una
relación molar de 1:1. Luego se estudió la actividad de la
administración de ADN de estas dispersiones mixtas. Como se puede
observar, solamente la DOPE soportó la actividad de administración
del compuesto VIII. Otros lípidos neutros, tales como dioleoil
fosfatidilcolina (DOPC),
N-metil-DOPE,
N,N-dimetil DOPE exhibieron poca actividad o
ninguna. Ninguno de los lípidos ácidos, como PS y fosfatidilglicerol
(PG) mostraron ninguna actividad.
La relación molar de DOPE y el compuesto VIII en
la dispersión también cumplió una función importante. La Figura 5
muestra la actividad máxima de administración de ADN de la
dispersión, que tuvo lugar cuando la dispersión contuvo
20-50% del compuesto VIII. Las cantidades excesivas
o deficientes del compuesto VIII en la dispersión mixta no
produjeron buena actividad de administración.
Se utilizó una mezcla 1:1 del compuesto VIII y
DOPE para estudiar la relación óptima de dispersión a ADN para la
administración. La Figura 6 muestra los datos de un experimento en
el que se añadieron distintas cantidades de dispersión a una
cantidad fija de ADN (5 \mug) para la transfección. Las
actividades máximas tuvieron lugar en 69-80 nmoles
de dispersión. Luego se utilizaron 70 nmoles de dispersión y se
varió la cantidad de ADN para la transfección (Fig. 7). La curva
acampanada en la figura indica que 5 \mug de ADN produjeron la
actividad máxima. Por lo tanto, la relación óptima de dispersión a
ADN fue 70 nmol de lípido para 5 \mug de ADN.
Se esperaba que los polianiones formaran complejo
con la dispersión de lípido catiónico vía interacciones
electroestáticas. Nuevamente, se utilizó para este estudio una
mezcla 1:1 del compuesto VIII y DOPE. Se caracterizaron los
complejos de dispersión/ADN por electroforesis con gel de agarosa.
Como se muestra en la Figura 8, se sometió a electroforesis 1 \mug
de ADN plásmido como dos bandas ubicadas próximamente en el gel (vía
1), que podían digerirse completamente si se incluía ADNasa en el
tampón de incubación (vía 7). Las mezclas de incubación que
contenían un aumento en las cantidades de dispersión, mostraron una
disminución en las intensidades de las bandas de ADN (vías
2,3,4,5 y 6). Además, todos los ADN libres sin complejo pudieron
digerirse por ADN se, pero se digirió solamente una porción del ADN
con complejo (vías 8,9,10,11 y 12). Estos resultados muestran
claramente que la dispersión de lípidos forma complejos con ADN que
son ya sea de tamaño mayor y/o cargados menos negativamente, de modo
tal que el complejo no penetra en el gel durante la electroforesis.
Además, el complejo es parcialmente resistente a ADNasa, mientras
que el ADN libre, sin complejo, no lo es. Se ha de destacar que en
la relación de dispersión/ADN óptima, prácticamente todo el ADN
formó complejo con los liposomas (no se muestra en la Figura 8).
Esto se estudió usando una dispersión compuesta
por el compuesto XIV y DOPE (3:2, relación molar). Se utilizaron
células A431 de carcinoma epidermoide humano para los experimentos
de transfección. Se mezcló una cantidad fija de ADN (4 \mug) con
una cantidad en aumento de dispersión de lípidos catiónicos o un
reactivo de transfección existente en plaza, Lipofectin, y se añadió
a las células A431 para la transfección (Figura 9). La toxicidad del
tratamiento a las células se midió como la cantidad total de
proteína celular extractable al momento del ensayo de la actividad
de CAT. Como se puede observar a partir de la Figura, las células
tratadas con Lipofectin mostraron un contenido proteínico altamente
reducido, teniendo lugar el 50% de la inhibición a aproximadamente 7
\mug lípido/ml. Las células tratadas con la dispersión que
contenía el compuesto XIV y DOPE exhibieron menos toxicidad; el
IC_{50} tuvo lugar a aproximadamente 25 \mug lípido/ml. La
dispersión nueva de colesterol catiónico también había producido
mayores actividades de CAT que la Lipofectin. Cabe destacar que la
actividad máxima de CAT de las células tratadas con Lipofectin tuvo
lugar en la concentración de Lipofectin de 15 \mug/ml. En esta
concentración, únicamente aproximadamente 12% de las proteínas
celulares totales pudieron recuperarse del cultivo. Por otra parte,
la actividad de CAT máxima de las células tratadas con la dispersión
de colesterol catiónico tuvo lugar a 20 \mug/ml; aproximadamente
80% de la proteína celular total aún permaneció en el cultivo en
esta concentración. Por lo tanto, la actividad de administración de
la nueva dispersión de colesterol catiónico es más potente y es
también menos tóxica para las células tratadas.
Se prepararon dispersiones de lípidos con
distintos derivados de colesterol catiónico y DOPE (aproximadamente
1:1 relación molar). Las actividades de transfección de las
dispersiones se probaron en diferentes momentos después de haber
almacenado las dispersiones a 4ºC en PBS, pH 7,5. De los derivados
mencionados en la Tabla I, solamente las dispersiones que contenían
los compuestos XIV y XV fueron estables después del almacenamiento;
sus actividades de transfección no cambiaron durante por lo menos 2
meses. Por otra parte, las dispersiones compuestas por otros
derivados perdieron actividad al cabo de 2-3 días de
almacenamiento. Los compuestos XIV y XV contienen un enlazador de
carbamoilo, mientras que los otros compuestos contienen un enlace
éster o un enlace amida. Se sabe que los enlaces éster y amida son
más sensibles a hidrólisis que el enlace carbamoilo, particularmente
en presencia de bases. Los derivados catiónicos pueden catalizar la
hidrólisis de los enlaces éster entre sí, lo que conduce a la
inactivación de la actividad de administración. Los compuestos que
contienen enlazadores de carbamoilo son menos sensibles a la
hidrólisis catalizada con base e incluso así pueden ser hidrolizados
por enzimas celulares, es decir, son biodegradables. Esto se
contrapone con el enlace éter no degradable en DOTMA, que es el
ingrediente activo de Lipofectin. Por lo tanto, un enlace carbamoilo
parece ser la mejor opción para el enlazador de los lípidos
catiónicos como vehículo de administración para polianiones.
En las reivindicaciones anejas se exponen varias
de las características de la invención que se cree son
novedosas.
Claims (83)
1. Un derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico, que tiene un grupo
colesterilo, un enlazador seleccionado entre el grupo que consiste
en carbamoil-NH-(CO)-O-*,
carboxiamida-NH-(CO)-*,
éster-O-(CO)-* inverso, en el que el enlazador está
unido por el lado marcado con un asterisco a la posición 3 del grupo
colesterilo y por el otro lado vía el nitrógeno o el carbono, a un
espaciador, teniendo el espaciador 1 a 20 átomos de carbono en una
cadena de alquilo ramificada o no ramificada, que contiene o no, por
lo menos uno de los siguientes heteroátomos: oxígeno o nitrógeno y
estando unido en su otro lado a un grupo amino catiónico
seleccionado entre el grupo que consiste en grupos amino primarios,
secundarios, terciarios y cuaternarios, excepto los compuestos en
los que:
(1) el grupo amino es primario, el enlazador es
-NH-C(=O)-O-* y el espaciador
contiene (i) un grupo
-(CH_{2}-O-CH_{2})_{2}-
o (ii) el espaciador es -(CH_{2})_{2}- o
-(CH_{2})_{5}-,
(2) el grupo amino es secundario, el enlazador es
-NH-C(C=O)-O-* y el
espaciador es -(CH_{2})_{n}-, en el que n es 2 ó 6,
y
(3) el grupo amino es cuaternario, el enlazador
es carbonato -O-C(=O)-O-* o éster
-(CO)-O-*, y el espaciador es
-(CH_{2})_{2}- o -(CH_{2})_{10}-.
2. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el enlazador
---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}--- C(=O) --- O ---
es
-NH-C(=O)-O-*.
3. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el enlazador es -NH-C
(=O)-*.
4. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el espaciador comprende por lo menos un
átomo de nitrógeno.
5. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el espaciador comprende un átomo de
oxígeno.
6. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que el compuesto es
colesteril-3\beta-oxisuccinamidoetilendimetilamina.
7. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que el espaciador es
-(CH_{2})_{2}-.
8. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que el grupo amino es terciario.
9. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con las
reivindicaciones 1 a 8, que es un lípido catiónico.
10. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 9, que es una sal de ácido de amonio cuaternario.
11. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 10, en el que la sal es una sal de yoduro.
12. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 9, en el que la sal es una sal de ácido
inorgánica.
13. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 9, que es
3\beta[N-(N',N'dimetil-aminoetano)-carbamoil]-colesterol.
14. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 9, que es
3\beta[N-(polietileno-imina)-carbamoil]-colesterol.
15. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 13 ó 14, que es sal de hidrocloruro.
16. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 13 ó 14, que está libre de disolvente orgánico.
17. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 13 ó 14, que es un sólido seco.
18. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 13, que es cristalino.
19. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 14, que está liofilizado.
20. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 13 ó 14, que es una película seca.
21. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 13 ó 14, que está hidratado.
22. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 21, en un tampón acuoso.
23. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 4, en el que el enlazador es -NH-C
(=O)-O-*
24. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 23, en el que el espaciador comprende un grupo amino
primario.
25. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 23, en el que el espaciador está unido a un grupo
amino seleccionado entre grupos amino primarios y secundarios.
26. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 24, que es
colesteril-3\beta-carboxiamidoetilenamina.
27. El derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico de acuerdo con la
reivindicación 1, que es un polvo, cristalizado o liofilizado.
28. Una dispersión acuosa que comprende un lípido
neutro y un derivado aminado de colesterol biodegradable,
sustancialmente no tóxico que tiene un grupo colesterilo, un
enlazador seleccionado entre el grupo que consiste en carbamoil
-NH-(CO)-O-*, carboxiamida -NH-(CO)-* o éster
-O-(CO)-* inverso, en el que el enlazador está unido por el lado
marcado por un asterisco a la posición 3 del grupo colesterilo y por
el otro lado vía el nitrógeno o el carbono, a un espaciador,
teniendo el espaciador 1 a 20 átomos de carbono en una cadena de
alquilo, ramificada o no ramificada, que contiene o no por lo menos
uno de los siguientes heteroátomos: oxígeno o nitrógeno y estando
unido en su otro lado a un grupo amino catiónico seleccionado entre
el grupo que consiste en grupos amino primarios, secundarios,
terciarios y cuaternarios, excepto los compuestos en los que
el grupo amino es primario, el enlazador es
-NH-C(=O)-O-* y el espaciador es (i)
-(C_{2}H_{5})- o (ii) contiene un grupo
-(CH_{2}-O- CH_{2})_{2}-.
29. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 28, en la que el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico es un lípido catiónico.
30. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 28, en la que en el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico, el enlazador
---
\delm{N}{\delm{\para}{}}--- C(=O) --- O ---*
es
-NH-C(=O)-O-*.
31. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 28, en la que en el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico, el enlazador es
-NH-C(=O)-*.
32. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, que tiene un pH alcalino.
33. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que en el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico, el brazo espaciador es
-(CH_{2})_{2}-.
34. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que en el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico, el grupo amino es
terciario.
35. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que el lípido neutro es
fosfatidiletanolamina.
36. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 35, en la que la fosfatidiletanolamina es
dioleoilfosfatidiletanolamina.
37. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico es
3\beta[N-(N',N'-dimetilaminoetano)carbamoil]-colesterol.
38. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 37, en la que el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico es
3\beta[N-(N',N'-dimetilaminoetano)carbamoil]-colesterol
y el lípido neutro es dioleoilfosfatidiletanolamina.
39. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 38, en la que el porcentaje molar del derivado
aminado de colesterol biodegradable, sustancialmente no tóxico en la
dispersión es de 20 a 50%.
40. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 39, en la que el porcentaje molar del derivado
aminado de colesterol biodegradable, sustancialmente no tóxico en la
dispersión es de 50%.
41. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 38, que es en agua destilada, disolución salina
normal o disolución salina tamponada.
42. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 38, en la que las partículas en la dispersión acuosa
tienen un diámetro promedio de aproximadamente 150 nm.
43. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, que comprende ácido nucleico.
44. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 43, en la que el ácido nucleico es ADN.
45. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 44, en la que la dispersión comprende ADN de
mamífero.
46. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 44, en la que el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico es
3\beta[N-(N',N'-dimetilaminoetano)carbamoil]-colesterol.
47. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que en el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico, el espaciador comprende
por lo menos un átomo de nitrógeno.
48. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 47, en la que en el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico, el espaciador comprende un
átomo de oxígeno.
49. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 47, en la que en el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico, el espaciador es
-(CH_{2})_{2}-.
50. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico es una sal de ácido de
amonio cuaternario.
51. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico tiene más de un grupo amino
catiónico.
52. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico tiene un solo grupo amino
terciario.
53. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 52, en la que el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico es
3\beta[N-(N',N'-dimetilaminoetano)carbamoil]-colesterol.
54. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico es
3\beta[N-(polietilenimina)
carbamoil]colesterilo.
55. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico es
3\beta[N-(N',N'-dimetilaminoetano)carbamoil]-colesterol.
56. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que en el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico, el grupo amino es
terciario.
57. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que en el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico, el espaciador comprende un
grupo amino primario.
58. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 29, en la que en el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico, el espaciador está unido a
un grupo amino seleccionado entre grupos amino primarios y
secundarios.
59. La dispersión de acuerdo con la
reivindicación 43, en la que el derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico es
Colesteril-3\beta-Carboxiamidoetilenamina,
Colesteril-3\beta-Oxisuccinamidoetilendimetilamina,
Yoduro de
Colesteril-3\beta-Oxisuccinamidoetilentrimetilamonio,
Sal de Yodo de
1-Dimetilamino-3-Trimetilamonio-DL-2-Propil-Colesteril-3\beta-Oxisuccinato,
2-{[2-(dimetilamino)etil]metilamino}etil-Colesteril-3\beta-Oxisuccinato,
3\beta[N-(N',N'-dimetilaminoetano)-carbamoil]colesterol
o
3\beta[N-(polietilenimina)-carbamoil]colesterol.
60. Un método para facilitar la transferencia de
ácido nucleico a las células mamíferas con una dispersión acuosa que
comprende un lípido neutro, con la excepción de que cuando el lípido
neutro contiene un grupo acilo, es un lípido insaturado, y el
derivado aminado de colesterol biodegradable, sustancialmente no
tóxico que tiene un grupo colesterilo, un enlazador seleccionado
entre el grupo que consiste en
---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}--- C(C=O) --- O ---*
-NH-C(=O)-*, y -O-(O=)C-* o
en el que el enlazador está unido por el lado
marcado con un asterisco a la posición 3 del grupo colesterilo y por
el otro lado vía el nitrógeno o el carbono, a un espaciador,
teniendo el espaciador 1 a 20 átomos de carbono en una cadena de
alquilo, ramificada o no ramificada, que contiene o no por lo menos
uno de los siguientes heteroátomos: oxígeno o nitrógeno y estando
unido en su otro lado a un grupo amino catiónico seleccionado entre
el grupo que consiste en grupos amino primarios, secundarios,
terciarios y cuaternarios, en el que el método comprende mezclar
dicha dispersión acuosa con el ácido nucleico, formando así un
complejo de dispersión/ácido nucleico, e incubar las células
mamíferas que se van a transfectar con el complejo, facilitando de
este modo la transferencia del ácido nucleico a las células.
61. El método de acuerdo con la reivindicación
60, en el que el derivado aminado de colesterol biodegradable,
sustancialmente no tóxico es un lípido catiónico.
62. El método de acuerdo con la reivindicación
61, en el que en el derivado aminado de colesterol biodegradable,
sustancialmente no tóxico, el enlazador
---
\uelm{N}{\uelm{\para}{}}--- C(C=O) --- O ---
es
-NH-C(=O)-O-*.
63. El método de acuerdo con la reivindicación
61, en el que en el derivado aminado de colesterol biodegradable,
sustancialmente no tóxico, el enlazador es
-NH-C(=O)-*.
64. El método de acuerdo con la reivindicación
61, en el que en el derivado aminado de colesterol biodegradable,
sustancialmente no tóxico, el enlazador es -O-(O=)C-*.
65. El método de acuerdo con la reivindicación
61, en el que la dispersión tiene un pH alcalino.
66. El método de acuerdo con la reivindicación
61, en el que en el derivado aminado de colesterol biodegradable,
sustancialmente no tóxico, el espaciador es
-(CH_{2})_{2}-.
67. El método de acuerdo con la reivindicación
61, en el que en el derivado aminado de colesterol biodegradable,
sustancialmente no tóxico, el grupo amino es terciario.
68. El método de acuerdo con la reivindicación
61, en el que el lípido neutro es fosfatidiletanolamina.
69. El método de acuerdo con la reivindicación
68, en el que la fosfatidiletanolamina es
dioleoilfosfatidiletanolamina.
70. El método de acuerdo con la reivindicación
68, en el que el derivado aminado de colesterol biodegradable,
sustancialmente no tóxico es
3\beta[N-(N',N'-dimetilaminoetano)-
carbamoil]colesterol.
71. El método de acuerdo con la reivindicación
70, en el que el derivado aminado de colesterol biodegradable,
sustancialmente no tóxico es
3\beta[N-(N',N'-dimetilaminoetano)carbamoil]-colesterol
y el lípido neutro es dioleoilfosfatidiletanolamina.
72. El método de acuerdo con la reivindicación
71, en el que el porcentaje molar del derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico en la dispersión es de 20 a
50%.
73. El método de acuerdo con la reivindicación
72, en el que el porcentaje molar del derivado aminado de colesterol
biodegradable, sustancialmente no tóxico en la dispersión es de
50%.
74. El método de acuerdo con la reivindicación
71, en el que la dispersión es en agua destilada, disolución salina
normal o disolución salina tamponada.
75. El método de acuerdo con la reivindicación
71, en el que las partículas en la dispersión acuosa tienen un
diámetro promedio de aproximadamente 150 nm.
76. El método de acuerdo con la reivindicación
61, en el que la dispersión acuosa comprende ácido nucleico.
77. El método de acuerdo con la reivindicación
76, en el que el ácido nucleico es ADN.
78. El método de acuerdo con la reivindicación
77, en el que el ADN es ADN de mamífero.
79. El método de acuerdo con la reivindicación
61, en el que el derivado aminado de colesterol biodegradable,
sustancialmente no tóxico es
3\beta[N-(N',N'dimetilaminoetano)-carbamoil]-colesterol.
80. El método de acuerdo con la reivindicación
79, en el que la dispersión acuosa comprende ácido nucleico.
81. El método de acuerdo con la reivindicación
80, en el que el ácido nucleico es ADN.
82. El método de acuerdo con la reivindicación
81, en el que la dispersión comprende ADN de mamífero.
83. El método de acuerdo con la reivindicación
61, en el que el derivado aminado de colesterol biodegradable,
sustancialmente no tóxico es
Colesteril-3\beta-Carboxiamidoetilenamina,
Colesteril-3\beta-Oxisuccinamidoetilendimetilamina,
Yoduro de
Colesteril-3\beta-Oxisuccinamidoetilentrimetilamonio,
Sal de Yodo de
1-Dimetilamino-3-Trimetilamonio-DL-2-Propil-Colesteril-3\beta-Oxisuccinato,
2-{[2-(dimetilamino)etil]metilamino}etil-Colesteril-3\beta-Oxisuccinato,
3\beta[N-(N',N'-dimetilaminoetano)-carbamoil]colesterol
o
3\beta[N-(polietilenimina)-carbamoil]colesterol.
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