ES2290952T3 - Composicion que contiene acidos nucleicos y polimeros cationicos, preparacion y utilizacion. - Google Patents

Composicion que contiene acidos nucleicos y polimeros cationicos, preparacion y utilizacion. Download PDF

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Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A LAS COMPOSICIONES QUE COMPRENDEN AL MENOS UN ACIDO NUCLEICO Y UN POLIMERO CATIONICO, Y SU UTILIZACION EN LA TERAPIA GENICA, SOBRE TODO PARA EL TRASLADO IN VIVO DE ACIDOS NUCLEICOS.

Description

Composición que contiene ácidos nucleicos y polímeros catiónicos, preparación y utilización.
La presente invención se refiere a unas composiciones a base de ácidos nucleicos, a su preparación y su utilización. Más particularmente, se refiere a unas composiciones que comprenden al menos un ácido nucleico y ciertos polímeros catiónicos, y a su utilización para la transferencia de ácidos nucleicos en las células, en particular en terapia génica.
La terapia génica consiste en corregir una deficiencia o una anomalía (mutación, expresión aberrante, etc.) o en asegurar la expresión de una proteína de interés terapéutico mediante la introducción de una información genética en la célula o en el órgano afectado. Se puede introducir esta información genética o bien in vitro en una célula extraída del órgano, siendo entonces reintroducida la célula modificada en el organismo, o bien directamente in vivo en el tejido apropiado. Se han descrito diferentes técnicas para la transferencia de esta información genética, entre las que se encuentran técnicas diversas de transfección que implican unos complejos de ADN y de DEAE-dextrano (Pagano et al., J. Virol. 1 (1967) 891), de ADN y de proteinas nucleares (Kaneda et al., Science 243 (1989) 375), de ADN y de lípidos (Felgner et al., PNAS 84 (1987) 7413), de ADN y de polilisina, el empleo de liposomas (Fraley et al., J. Biol. Chem. 255 (1980) 10431), etc. Más recientemente, como alternativa prometedora a estas técnicas fisicoquímicas de transfección, ha aparecido el empleo de virus como vectores para la transferencia de genes. A este respecto, se han testado diferentes virus por su capacidad de infectar ciertas poblaciones celulares. En particular, los retrovirus (RSV, HMS, MMS, etc.), el virus HSV, los virus adenoasociados, y los adenovirus.
Sin embargo, las técnicas desarrolladas hasta la actualidad no permiten resolver de forma satisfactoria las dificultades asociadas a la transferencia de genes en las células y/o el organismo. En particular, los problemas asociados a la penetración del ácido nucleico en las células no están resueltos en su totalidad. En efecto, la naturaleza polianiónica de los ácidos nucleicos, en particular, previene su paso a través de las membranas celulares. Si bien se ha demostrado que los ácidos nucleicos desnudos son capaces de atravesar la membrana plasmática de ciertos tipos de celulares in vivo (véase en particular la solicitud WO 90/11092), la eficacia de transfección resulta bastante baja. Además, los ácidos nucleicos desnudos tienen una semivida plasmática corta, debido a su degradación por las enzimas y a su eliminación por las vías urinarias. Por otra parte, si bien los virus recombinantes permiten mejorar la eficacia de la transferencia de los ácidos nucleicos, su empleo presenta ciertos riesgos tales como la patogenicidad, la transmisión, la replicación, la recombinación, la transformación, la inmunogenicidad, etc. Además, su producción según las normas de la Buena Práctica de fabricación, adolece de ciertas dificultades.
La solicitud de patente WO A 93 20090 da a conocer unos conjugados polímeros catiónicos-oligonucleotídicos acoplados entre sí por enlace covalente mediante un agente de acoplamiento, estando la relación entre cationes y aniones de dicho conjugados comprendida entre 0,8 y 2.
La solicitud de patente EPA 0424688 da a conocer un procedimiento para modificar unas células vegetales con la finalidad de incorporar un ADN extraño. Este procedimiento comprende una etapa de pretratamiento de las células con un policatión, y después el tratamiento de dicha célula pretratada con una suspensión que comprende ácido nucleico y liposomas catiónicos.
La presente invención aporta una solución ventajosa a estos diferentes problemas. El solicitante ha demostrado en efecto que ciertos polímeros catiónicos poseen unas propiedades particularmente ventajosas para la transferencia de ácidos nucleicos en las células, tanto in vitro como in vivo. Además, estos polímeros presentan la ventaja de ser fácilmente accesibles y poco costosos. La utilización de los polímeros catiónicos según la invención permite también evitar los inconvenientes asociados al empleo de vectores virales (peligros potenciales, tamaño límite del gen transferido, precio elevado, etc.).
Más particularmente, la presente invención reside en la puesta en evidencia de las propiedades transfectantes de los polímeros de fórmula (I):
\vskip1.000000\baselineskip
1
en la que
\newpage
- R puede ser un átomo de hidrógeno o un grupo de fórmula
2
- n es un número entero comprendido entre 2 y 10;
- p y q son unos números enteros,
entendiéndose que la suma p + q es tal que el peso molecular medio del polímero está comprendido entre 100 y 10^{7} Da, y las proporciones respectivas del polímero y del ácido nucleico son seleccionadas de tal manera que la relación R aminas del polímero/fosfatos del ácido nucleico esté comprendida entre 5 y 30.
Se entiende que, en la fórmula (I) el valor de n puede variar entre los diferentes motivos p. Así, la fórmula (I) agrupa a la vez los homopolímeros y los heteropolímeros.
Un primer objeto de la invención consiste por lo tanto en una composición constituida por un ácido nucleico y una solución de un polímero catiónico reunidas y homogeneizadas, siendo el polímero catiónico de formula general (I) tal como ha sido definida anteriormente.
La invención se refiere asimismo a la utilización de los polímeros catiónicos de fórmula (I) para la transferencia de ácidos nucleicos en las células.
Más preferentemente, en la fórmula (I), n está comprendido entre 2 y 5. En particular, los polímeros de polietilenimina (PEI) y polipropilenimina (PPI) presentan unas propiedades totalmente ventajosas.
Los polímeros preferidos para la puesta en práctica de la presente invención son aquéllos cuyo peso molecular está comprendido entre 10^{3} y 5.10^{6} Da. A título de ejemplo, se puede citar la polietilenimina de un peso molecular medio de 50.000 Da (PEI50K) o la polietilenimina de un peso molecular medio de 800.000 Da (PEI800K).
Los polímeros utilizados en el marco de la presente invención pueden ser obtenidos de diferentes maneras. En primer lugar, pueden ser sintetizados químicamente a partir del monómero correspondiente, en condiciones de polimerización aniónica (por ejemplo polimerización de la etilenimina), o por reducción de poliamidas obtenidas por policondensación de diácidos con unas diaminas, o también por reducción de iminas obtenidas por policondensación de dialdehídos con unas diaminas. Por otra parte, un cierto número de estos polímeros son accesibles comercialmente, tales como en particular el PEI50K o el PEI800K.
Para obtener un efecto óptimo de las composiciones de la invención, las proporciones respectivas del polímero y del ácido nucleico son determinadas preferentemente de tal manera que la relación molar R = aminas del polímero/fosfatos del ácido nucleico esté comprendida entre 0,5 y 50; más preferentemente entre 5 y 30. Se han obtenido unos resultados muy particularmente ventajosos utilizando de 5 a 15 equivalentes de aminas del polímero por carga de ácido nucleico. Esta relación puede ser obviamente adaptada por el experto en la materia en función del polímero utilizado, de la presencia de un adyuvante (véase a continuación), del ácido nucleico, de la célula diana y del modo de administración utilizado.
En las composiciones de la presente invención, el ácido nucleico puede ser tanto un ácido desoxirribonucleico como un ácido ribonucleico. Puede tratarse de secuencias de origen natural o artificial, y en particular de ADN genómico, de ADNc, de ARNm de ARNt, de ARNr, de secuencias híbridas o de secuencias sintéticas o semisintéticas. Además, el ácido nucleico puede tener un tamaño muy variable, que va del oligonucleótido al cromosoma. Estos ácidos nucleicos pueden tener un origen humano, animal, vegetal, bacteriano, viral, etc. Pueden ser obtenidos mediante cualquier técnica conocida por el experto en la materia, y en particular por cribado de bancos, por síntesis química, o incluso por procedimientos mixtos que incluyen la modificación química o enzimática de secuencias obtenidas por cribado de bancos. Por otra parte pueden ser incorporados en unos vectores, tales como unos vectores plasmídicos.
Haciendo referencia más particularmente a los ácidos desoxirribonucléicos, éstos pueden ser de rama simple o doble. Estos ácidos desoxirribonucléicos pueden llevar unos genes terapéuticos, unas secuencias reguladoras de la transcripción o de la replicación, unas secuencias antisentido, unas zonas de enlace a otros componentes celulares, etc.
En el sentido de la invención, se entiende por gen terapéutico en particular cualquier gen que codifica para un producto proteico que tiene un efecto terapéutico. El producto proteico codificado de esta manera puede ser una proteína, un péptido, etc. Este producto proteico puede ser homólogo con respecto a la célula diana (es decir un producto que es normalmente expresado en la célula diana cuando ésta no presenta ninguna patología). En este caso, la expresión de una proteína permite por ejemplo paliar una expresión insuficiente en la célula o la expresión de una proteína inactiva o poco activa debido a una modificación, o incluso sobrexpresar dicha proteína. El gen terapéutico también puede codificar para un mutante de una proteína celular, que tiene una estabilidad mejorada, una actividad modificada, etc. El producto proteico puede ser asimismo heterólogo respecto a la célula diana. En este caso, una proteína expresada puede, por ejemplo, completar o aportar una actividad deficiente en la célula, permitiéndole luchar contra una patología, o estimular una respuesta inmunitaria. El gen terapéutico puede codificar asimismo para una proteína secretada en el organismo.
Entre los productos terapéuticos en el sentido de la presente invención, se pueden citar más particularmente las enzimas, los derivados sanguíneos, las hormonas, las linfoquinas: interleucinas, interferones, TNF, etc (FR 9203120), los factores de crecimiento, los neurotransmisores o sus precursores o enzimas de síntesis, los factores tróficos: BDNF, CNTF, NGF, IGF, GMF, aFGF, bFGF, NT3, NT5, HARP/pleiotrofina, etc.; las apolipoproteínas: ApoAl, ApoAIV, ApoE, etc. (FR 93 05125), la distrofina o una minidistrofina (FR 911 1947), la proteína CFTR asociada a la mucoviscidosis, los genes supresores de tumores: p53, Rb, Rap1A, DCC, k-rev, etc (FR 93 04745), los genes que codifican para unos factores implicados en la coagulación: Factores VII, VIII, IX, los genes que intervienen en la reparación del ADN, los genes suicidas (timidina quinasa, citosina desaminasa), etc.
El gen terapéutico puede ser también un gen o una secuencia antisentido, cuya expresión en la célula diana permite controlar la expresión de genes o la transcripción de los ARNm celulares. Se pueden, por ejemplo, transcribir dichas secuencias en las células diana en ARN complementarios de ARNm celulares y bloquear así su traducción en proteína, según la técnica descrita en el documento EP 140 308. También se puede tratar de oligonucleótidos sintéticos, eventualmente modificados (EP 92 574). Los antisentido comprenden asimismo las secuencias que codifican para unas ribozimas, que son capaces de destruir selectivamente unos ARN diana (EP 321 201).
Como se ha indicado más arriba, el ácido nucleico puede comprender asimismo uno o varios genes que codifican para un péptido antigénico, capaz de generar en el hombre o en el animal una respuesta inmunitaria. En este modo particular de realización, la invención permite por lo tanto la realización o bien de vacunas o bien de tratamientos inmunoterapéuticos aplicados al hombre o al animal, en particular contra unos microorganismos, unos virus o unos cánceres. Puede tratarse en particular de péptidos antigénicos específicos del virus de Epstein Barr, del virus HIV, del virus de la hepatitis B (EP 185 573), del virus de la pseudorrabia, o incluso específicos de tumores (EP 259 212).
Preferentemente, el ácido nucleico comprende asimismo unas secuencias que permiten la expresión del gen terapéutico y/o del gen que codifica para el péptido antigénico en la célula o en el órgano deseado. Puede tratarse de las secuencias que son naturalmente responsables de la expresión del gen considerado cuando estas secuencias son susceptibles de funcionar en la célula infectada. También puede tratarse de secuencias de origen diferente (responsables de la expresión de otras proteínas, o incluso sintéticas). En particular, puede tratarse de secuencias promotoras de genes eucariotas o virales. Por ejemplo, puede tratarse de secuencias promotoras producidas por el genoma de la célula que se desea infectar. Asimismo, puede tratarse de secuencias promotoras producidas por el genoma de un virus. A este respecto, se pueden citar por ejemplo los promotores de los genes E1A, MLP, CMV, RSV, etc. Además, estas secuencias de expresión pueden ser modificadas mediante la adición de secuencias de activación, de regulación, o que permiten una expresión tisular específica.
Por otra parte, el ácido nucleico puede comprender asimismo, en particular corriente arriba del gen terapéutico, una secuencia señal que dirige el producto terapéutico sintetizado en las vías de secreción de la célula diana. Esta secuencia señal puede ser la secuencia señal natural del producto terapéutico, pero también puede tratarse de cualquier otra secuencia señal funcional, o de una secuencia señal artificial.
Incluso por otra parte, el ácido nucleico puede comprender asimismo, en particular corriente arriba del gen terapéutico, una secuencia que dirige el producto terapéutico sintetizado hacia un compartimiento celular preferido, como una secuencia de localización nuclear.
Las composiciones según la invención pueden ser utilizadas tal cual o en asociación con otros compuestos. Así, en un modo particular de realización, las composiciones según la presente invención comprenden además un adyuvante capaz de asociarse al complejo polímero/ácido nucleico y de mejorar el poder de transfección, siendo dicho adyuvante seleccionado de entre los lípidos, las proteínas, las lipopoliaminas y los polímeros sintéticos, capaces de asociarse al complejo polímero/ácido nucleico. Como lo muestran los ejemplos de la presente solicitud, esta mejora se manifiesta tanto in vitro como in vivo.
Los adyuvantes utilizados preferentemente en las composiciones según la invención son unos lípidos catiónicos (que comprenden una o varias cargas catiónicas en su parte polar) o unos lípidos neutros.
Haciendo referencia a los lípidos catiónicos, puede tratarse más particularmente de lipopoliaminas, es decir de cualquier molécula anfífila que comprende al menos una región hidrófila poliamina y una región lipófila enlazadas covalentemente entre sí mediante un brazo químico. Ventajosamente, la región poliamina de las lipopoliaminas utilizadas en el marco de la invención responde a la fórmula general H_{2}N-(-(CH)_{m}-NH-)l-H en la que m es un número entero superior o igual a 2 y l es un número entero superior o igual a 1, pudiendo variar m entre los diferentes grupos de carbono comprendido entre dos aminas. Preferentemente, m está comprendido entre 2 y 6 inclusive y l está comprendido entre 1 y 5 inclusive. Todavía más preferentemente, la región poliamina está representada por la espermina o un análogo de la espermina que haya conservado sus propiedades de enlace con el ADN.
La región lipófila puede ser una o varias cadenas hidrocarbonadas, saturadas o no, colesterol, un lípido natural o un lípido sintético capaces de formar unas fases laminares o hexagonales.
Ventajosamente, se utilizan en el marco de la presente invención unas lipopoliaminas tales como las definidas en la solicitud de patente EP 394 111. Esta solicitud describe también un procedimiento que se puede utilizar para la preparación de estas lipopoliaminas. De forma particularmente ventajosa, se utilizan en el marco de la invención la dioctadecilamidoglicil espermina (DOGS) o la 5-carboxiespermilamida de la palmitoilfosfatidiletanolamina (DPPES).
Se representan por unos lípidos neutros otros adyuvantes particularmente preferidos para la realización de las composiciones de la invención. La utilización de lípidos neutros es particularmente ventajosa cuando la relación de cargas R (aminas/fosfatos) es baja. Más preferentemente, los lípidos neutros utilizados en el marco de la presente invención son unos lípidos con 2 cadenas grasas.
De manera particularmente ventajosa, se utilizan unos lípidos naturales o sintéticos, zwiteriónicos o desprovistos de carga iónica en las condiciones fisiológicas. Puede ser seleccionados más particularmente de entre la dioleoilfosfatidiletanolamina (DOPE), la oleoil-palmitoilfosfatidiletanolamina (POPE), el di-estearoil, -palmitoil, -miristoil fosfatidiletanolamina así como sus derivados N-metilados 1 a 3 veces; los fosfatidilgliceroles, los diacilgliceroles, los glicosildiacilgliceroles, los cerebrósidos (tales como en particular los galactocerebrósidos), los esfingolípidos (tales como en particular las esfingomielinas) o incluso los asialogangliósidos (tales como en particular los asialoGM1 y GM2).
Se pueden obtener estos diferentes lípidos o bien por síntesis, o bien por extracción a partir de órganos (ejemplo: el cerebro) o de huevos, mediante unas técnicas clásicas bien conocidas por el experto en la materia. En particular, se puede realizar la extracción de los lípidos naturales mediante solventes orgánicos (véase también Lehninger, Biochemistry).
Preferentemente, las composiciones de la invención comprenden, además del polímero catiónico en las proporciones citadas anteriormente, de 0,1 a 20 equivalentes molares de adyuvante por 1 equivalente molar de fosfato del ácido nucleico, y, más preferentemente, de 1 a 5.
En un modo de realización particularmente ventajoso, las composiciones de la presente invención comprenden un elemento de apuntado que permite orientar la transferencia del ácido nucleico. Este elemento de apuntado puede ser un elemento de apuntado extracelular, que permite orientar la transferencia del ácido nucleico hacia ciertos tipos celulares o ciertos tejidos deseados (células tumorales, células hepáticas, células hematopoieticas, etc.). También puede tratarse de un elemento de apuntado intracelular, que permite orientar la transferencia del ácido nucleico hacia ciertos compartimentos celulares privilegiados (mitocondrias, núcleo, etc.)
Más preferentemente, el elemento de apuntado está unido, de forma covalente o no covalente, al polímero de fórmula (I). El enlace puede en particular ser obtenido por interacción iónica con los amonios, o por ataque nucleófilo de las aminas del polímero sobre unos elementos de apuntado que comprenden un grupo nucleófugo (halógeno, tosilato, etc.), un éster activado (hidroxisuccinimida, etc.) o incluso un isotiocianato. El elemento de apuntado puede también ser enlazado al ácido nucleico.
Entre los elementos de apuntado que se pueden utilizar en el marco de la invención, se pueden citar los azúcares, los péptidos, los oligonucleótidos o los lípidos. Preferentemente, se trata de azúcares y/o de péptidos tales como unos anticuerpos o fragmentos de anticuerpos, de unos ligandos de receptores celulares o de fragmentos de éstos, de receptores o fragmentos de receptores, etc. En particular, se puede tratar de ligandos de receptores de factores de crecimiento, de receptores de citoquinas, de receptores de lecitinas celulares o de receptores de proteínas de adhesión. También se pueden citar el receptor de la transferina, de los HDL y de los LDL. El elemento de apuntado puede también ser un azúcar que permite apuntar a los receptores asialoglicoprotéicos, o incluso un fragmento Fab de anticuerpo que permite apuntar el receptor del fragmento Fc de las inmunoglobulinas.
Las composiciones según la invención pueden ser formuladas con vistas a su administración por vía tópica, cutánea, oral, rectal, vaginal, parenteral, intranasal, intravenosa, intramuscular, subcutánea, intraocular, transdérmica, etc. Preferentemente, las composiciones farmacéuticas de la invención contienen un vehículo farmacéuticamente aceptable para una formulación inyectable, en particular para una inyección directa a nivel del órgano deseado, o para una administración por vía tópica (sobre la piel y/o la mucosa). Se puede tratar en particular de soluciones estériles, isotónicas, o de composiciones secas, en particular liofilizadas, que, por adición según el caso de agua esterilizada o de suero fisiológico, permiten la constitución de soluciones inyectables. Las dosis de ácido nucleico utilizadas para la inyección así como el número de administraciones pueden ser adaptadas en función de diferentes parámetros, y en particular en función del modo de administración utilizado, de la patología interesada, del gen a expresar, o incluso de la duración buscada del tratamiento.
Como se ha indicado anteriormente, las composiciones según la invención pueden ser utilizadas para la transferencia de ácidos nucleicos en las células in vivo, in vitro o ex vivo. En particular, los ejemplos muestran que los polímeros catiónicos de la invención pueden ser utilizados para transferir de manera muy eficaz unos ácidos nucleicos en numerosos tipos celulares, y en particular en ciertos tipos celulares habitualmente difíciles de transfectar. Entre los tipos celulares testados se pueden citar en particular los fibroblastos, las células hepáticas, los carcinomas, las células renales y las neuronas. Además, los ejemplos presentados a continuación ilustran asimismo la eficacia de los polímeros de la invención para la transferencia de genes in vivo. Los resultados obtenidos con los vectores de la invención son superiores a los observados en las mismas condiciones con otros agentes de transfección, y demuestran así las potencialidades elevadas de las composiciones de la invención.
La solicitud describe un procedimiento particularmente ventajoso para el tratamiento de enfermedades, que comprende la administración in vivo de un ácido nucleico apto para corregir la mencionada enfermedad asociado a un polímero catiónico tal como se ha definido anteriormente. Más particularmente, este procedimiento es aplicable a las enfermedades que resultan de una deficiencia en un producto proteico o nucleico y el ácido nucleico administrado codifica para dicho producto proteico o contiene dicho producto nucleico.
Las composiciones farmacéuticas de la invención constituyen así unas herramientas particularmente ventajosas para la administración y la transferencia de ácidos nucleicos in vivo.
La presente invención se pondrá más claramente de manifiesto a partir de los siguientes ejemplos, que deben ser considerados como ilustrativos.
Leyenda de las figuras
Figura 1: Eficacia de transfección del PEI800K a pH 7 en función de la relación R (aminas del polímero/fosfatos del ácido nucleico).
Figura 2: Eficacia de transfección del PEI800K a pH 6 en función de la cantidad de ADN.
Figura 3: Eficacia de transfección del PEI800K a pH 6 en función de la relación R.
Figura 4: Eficacia de transfección del PEI800K en función del pH.
Figura 5: Comparación entre el PEI800K y la polilisina.
Figura 6: Test de citotoxicidad del PEI50K.
Figura 7: Eficacia de transfección del PEI50K en presencia de adyuvantes.
Figura 8: Eficacia del PEI para la transfección de las células HeLa.
Figura 9: Eficacia del PEI para la transfección de las células hepáticas y renales.
Figura 10: Eficacia del PEI para la transferencia de ADN plasmídico en las neuronas embrionarias.
Figura 11: Eficacia del PEI para la transferencia de oligonucleótidos en las neuronas embrionarias.
Figura 12: Eficacia del PEI para la transferencia de ADN in vivo.
Ejemplo 1 Plásmidos utilizados para la transferencia de genes in vivo
Se han utilizado tres tipos de construcciones para poner en evidencia la actividad de las composiciones de la invención: unos plásmidos que comprenden el gen que codifica para la luciferasa (Luc), unos plásmidos que comprenden el gen que codifica para la \beta-galactosidasa (gen LacZ) y unos plásmidos que comprende el gen que codifica para la cloranfenicolacetiltransferasa (CAT).
1.1. Plásmidos que comprenden el gen Luc
El plásmido pCMV-luc comprende el promotor del Citomegalovirus (CMV), extraído del plásmido vector pcDNA3 (Invitrogen) por escisión con las enzimas de restricción Mlu I y Hindlll, situado corriente arriba del gen que codifica para la luciferasa, insertado en los sitios MluI y Hindlll en el vector pGL basic Vector (Promega).
El plásmido pGL2-Luc es de origen comercial (Promega).
El plásmido T3RE-Luc contiene un oligonucleótido sintético que corresponde a un elemento de respuesta palindrómica a la hormona tiroidea (Glass et al., Cell 56 (1989) 697).
1.2. Plásmidos que comprenden el gen LacZ
El plásmido pCMV-\betaGal (Clontech) comprende el promotor CMV situado corriente arriba del gen LacZ que codifica para la \beta-galactosidasa de Escherichia coli. El vector pSV-nls LacZ (pAOnLslacZ) comprende el mismo promotor, una secuencia de localización nuclear (salida del virus SV40) localizada en fase y corriente arriba del gen LacZ. Esta construcción permite la expresión de la proteína de fusión nls-\beta-galactosidasa en el núcleo de las células (Cf De Luze et al., PNAS 90 (1993) 7322).
1.3. Plásmidos que comprenden el gen CAT
Los plásmidos que tienen como gen informador el gen que codifica para la cloranfenicolacetiltransferasa (CAT) bajo control de los promotores RSV (pRSV-CAT) y SV40 (pSV40-CAT) han sido publicados (Boutiller et al., Prog. Neuro-PhychoPharmacol. et Biol. Psychiat. 16 (1992) 959; de Luze et al. PNAS 90 n(1993) 7322).
Ejemplo 2 Transferencia del ácido nucleico en los fibroblastos
Este ejemplo describe la transferencia del plásmido pGL2-luc en unos fibroblastos 3T3 mediante polietilenimina 800.000 Da.
Protocolo: se ha preparado una solución 5,375 \muM de PEI 800 K y el pH es ajustado a 7 gracias a una solución de ácido clorhídrico 1 N. Esta solución es utilizada para los experimentos de transferencia de genes.
Protocolo de transfección: los fibroblastos 3T3 son inseminados en una caja de 24 pocillos 24 horas antes de la transfección (50.000 células por pocillo). Son tranfectadas con 2 \mug de plásmido pGL2-Luc por pocillo según el siguiente protocolo:
Se diluyen 2 \mug de plásmido y diferentes volúmenes de la solución 5,375 \muM de PEI800K (en función de la relación equivalente de cargas deseada) separadamente en 50 \mul de NaCl 150 mM y se mezclan. Después de 10 minutos, las dos soluciones son reunidas y homogeneizadas. Después de un nuevo periodo de 10 minutos, se añaden 900 \mul de DMEM. La solución obtenida de esta manera es homogeneizada y después de 10 minutos, es repartida sobre las células previamente aclaradas con medio DMEM sin suero. Al cabo de 2 horas de transfección, se han añadido por pocillo 100 \mul de SVF (suero de ternera fetal). La expresión es parada 24 horas después.
Dosificación de la luciferasa. Para ello, el sobrenadante ha sido incubado en presencia de un tampón que comprende luciferina, coenzima A y ATP, y la luz emitida (generalmente durante 10 segundos) ha sido medida con un luminómetro (Wood K. (1990) Promega Notes, 28).
Los resultados obtenidos están representados en la figura 1. Muestran que el PEI permite transferir eficazmente el plásmido pGL2-Luc en los fibroblastos. Muestran también que la actividad en unidades luz relativas (RLU = "relative light unit") es particularmente buena cuando se utilizan entre 5 y 20 equivalentes de aminas del PEI respecto a los fosfatos del ADN. En un experimento control, el plásmido solo da una señal de 100 RLU aproximadamente.
Ejemplo 3 Efecto de la cantidad de ADN sobre la eficacia de la transfección
Este ejemplo describe el efecto de la cantidad de ácido nucleico sobre la eficacia de la transferencia en los fibroblastos 3T3 por el PEI800K.
Los fibroblastos 3T3 son inseminados en una caja de 24 pocillos durante 24 horas antes de la transfección (50.000 células por pocillo). Éstas son transfectadas con unas cantidades crecientes de plásmido pCMV-Luc por pocillo y una relación de cargas constante (9 equivalentes) según el protocolo descrito anteriormente. Dos puntos se han realizado completando la cantidad de plásmido a dos \mug por pocillo con plásmido pGEM (PROMEGA) que no contiene el gen estudiado. Al cabo de 3 horas de transfección, se añaden 100 \mul de suero SVF por pocillo. La expresión es parada 24 horas después.
Los resultados obtenidos están representados en la figura 2.
La eficacia de transfección crece con la cantidad de plásmido utilizada durante la transfección. La adición de ADN portador no transcrito (pGEM) no aporta nada a la transfección.
Ejemplo 4 Transferencia de ácidos nucleicos en los fibroblastos: Estudio de la influencia de la relación aminas/fosfatos
Este ejemplo describe la transferencia de ácidos nucleicos en los fibroblastos a pH 6 mediante una composición según la invención que comprende el ácido nucleico y el PEI800K en diferentes relaciones R (aminas/fosfatos).
\newpage
Protocolo: Se ha preparado una solución de 5,375 \muM de PEI800K y se ha ajustado el pH a 6 gracias a una solución de ácido clorhídrico 1 N. Esta solución es utilizada para los experimentos de transferencia de genes.
Los fibroblastos 3T3 son inseminados en una caja de 24 pocillos 18 horas antes de la transfección (50.000 células por pocillo). Éstas son transfectadas con 2 \mug de plásmido pGL2-Luc por pocillo según el protocolo utilizado en el ejemplo 2.
Los resultados obtenidos están representados en la figura 3. Muestran que las composiciones según la invención son particularmente eficaces en toda una gama de relaciones R comprendida entre 6 y 22.
Ejemplo 5 Eficacia de transfección en función del pH
Este ejemplo describe la transferencia de ácidos nucleicos en los fibroblastos mediante una composición según la invención que comprende el ácido nucleico y el PEI 800K, en diferentes condiciones de pH.
El protocolo utilizado es idéntico al descrito en el ejemplo 2. Se ha ajustado el pH por adición de ácido clorhídrico 1 N.
Los resultados obtenidos están representados en la figura 4. Muestran que las composiciones según la invención pueden ser utilizadas a diferentes pH y en particular en unas zonas de pH fisiológico (pH 5-8).
Ejemplo 6 Comparación de la eficacia de transfección del PEI y de la polilisina
Este ejemplo describe los resultados comparativos obtenidos con una composición según la invención y con otro polímero catiónico, la polilisina, para la transferencia de ácidos nucleicos en los fibroblastos.
Protocolo: la polilisina (PLL) utilizada en este experimento es la polilisina, HBr de peso medio 50 K. La concentración final en cloroquina es de 100 \muM. El PEI está a pH 6.
Protocolo: los fibroblastos 3T3 son inseminados en una caja de 24 pocillos 18 horas antes de la transfección (50.000 células por pocillo). Éstas son transfectadas con plásmido pCMV-Luc según el protocolo utilizado en el ejemplo 2. Las células transfectadas con la PLL en presencia de cloroquina son aclaradas al cabo de 2 horas y puestas en un medio con 10% de suero. La expresión es parada 24 después.
Los resultados obtenidos están representados en la figura 5. Demuestran claramente que las composiciones según la invención permiten transferir ácidos nucleicos en los fibroblastos con una eficacia muy superior a los vectores poliméricos catiónicos anteriores tales como la polilisina.
Ejemplo 7 Comparación de la eficacia de transfección de los Fibroblastos NIH 3T3 por el PEI 50K y el PEI 800K
Este ejemplo describe la utilización y la comparación de dos polímeros PEI (PEI 50K y PEI 800K), para la transferencia de ácidos nucleicos en las células.
Protocolo: las células son inseminadas 24 horas antes de la transfección con 50.000 células por pocillo de 16 mm. Éstas son transfectadas con el plásmido pCMV-Luc complejado con el PEI. La relación de equivalente molar amina de PEI/fosfato de ácido nucleico varía de 6 a 45 equivalentes. Para cada pocillo, se diluyen separadamente el PEI y 2 \mug de ADN en 50 \mul de NaCl (150 mM). Las soluciones son mezcladas a continuación, y después homogenizadas. Después de 10 minutos, este volumen es añadido a las células. Después de 24 horas, las células son lisadas, la solución de lisis es centrifugada, y el sobrenadante utilizado para dosificar la actividad luciferasa. La dosificación de proteína es realizada sobre un alicuota de este sobrenadante mediante el test de BCA. La actividad luciferasa es expresada en unidad de luz (RLU)/10 segundos de integración/mg de proteína.
Los resultados obtenidos están representados en la siguiente tabla.
3
Estos resultados indican claramente que el PEI 50K posee unas propiedades transfectantes tan ventajosas como las del PEI 800K.
Ejemplo 8 Test de citotoxicidad del PEI
Se ha querido estudiar la citotoxicidad eventual del PEI 50K sobre unos fibroblastos NIH3T3. Para este estudio, se ha seleccionado el test MTT que permite evaluar la capacidad de las células para reducir el MTT tetrazolio, en MTT formazan, mediante la enzima mitocondrial, succinato de deshidrogenasa. El protocolo de transfección es el mismo que en el ejemplo 7 (la cantidad de ADN por pocillo permanece fija (2 \mug), el número de equivalente molar amina de PEI/fosfato del ADN varía entre 9 y 24). Después de 24 horas de transfección, las células son lavadas tres veces con PBS, después incubadas durante 90 minutos con 0,05 mg/ml de MTT. Al término de esta incubación, el medio de las células es eliminado, las células son lavadas tres veces con PBS, y después disueltas en 1 ml de SDS 10%, durante 10 minutos. La densidad óptica de las muestras es leída a 540 nm.
Los resultados están representados en la figura 6. Muestran que en las condiciones de nuestro estudio el PEI 50K no provoca una mortalidad significativa para los fibroblastos NIH 3T3.
Ejemplo 9 Utilización de un adyuvante para mejorar el poder transfectante
Este ejemplo describe la utilización de composiciones según la invención que comprende un polímero catiónico y un adyuvante. El adyuvante utilizado es o bien un lípido neutro (la DOPE); o bien una lipoliamina (el DOGS).
Protocolo: Adición de la DOPE:
Se han estudiado cuatro relaciones equivalentes molares de amina de PEI/fosfato de ADN: 6, 9, 18 y 21. Para cada pocillo, se han añadido a la mezcla de PEI y ADN 12 nanomoles de DOPE. Esta solución ha sido utilizada a continuación para la transfección como se ha descrito en el ejemplo 7.
Adición del DOGS: se han añadido, para cada pocillo, 4 equivalentes molares de amina de DOGS/fosfato de ADN (es decir 6 nanomoles de DOGS por 6 nanomoles de fosfatos) a la solución de PEI antes de la etapa de complejado con el ADN. A continuación, se realiza la transfección como se ha descrito en el ejemplo 7.
Los resultados obtenidos están representados en la figura 7. Muestran claramente que la adición de la DOPE o del DOGS permite aumentar aún las propiedades de transfección, en particular para unas relaciones de equivalentes molares de amina de PEI/fosfatos de ADN bajas.
Ejemplo 10 Transferencia del gen en las Células Hela
Este ejemplo demuestra que las composiciones según la invención pueden ser utilizadas para la transferencia de genes en diferentes tipos celulares, y en particular en las células del carcinoma uterino Hela.
Protocolo: Las células Hela son inseminadas 24 horas antes de la transfección con 50.000 células por pocillo de 16 mm. Éstas son transfectadas a continuación con el plásmido pCMV-Luc complejado o bien con el PEI o bien con la lipopoliamina (DOGS). Se han estudiado cuatro relaciones de equivalentes molares de amina de PEI 50K o de PEI 800K/fosfato de ADN: 6, 9, 18, 21. La lipopoliamina es utilizada a 8 equivalentes molares de amina/fosfato (12 nanomoles de DOGS).
Los resultados obtenidos están representados en la figura 8. Muestran claramente que las composiciones según la invención que comprenden un polímero catiónico eventualmente asociado a un adyuvante, permiten transfectar las células Hela de manera mucho más eficaz que los sistemas anteriores (en particular la lipopoliamina, DOGS,).
Ejemplo 11 Transferencia de genes en diferentes tipos celulares
Este ejemplo muestra también que las composiciones según la invención pueden ser utilizadas para la transferencia de genes en unos tipos celulares muy variados, tales como los fibroblastos, los carcinomas uterinos, los hepatocitomas o células del riñón. Más particularmente, este ejemplo describe la transfección de las células HepG2, K 562 y de cultivos primarios de músculo liso de conejo por el PEI a 9 equivalentes de cargas y a un pH de 6.
\newpage
Las células HepG 2 son inseminadas en unas cajas de 24 pocillos 24 horas antes de la transfección (50.000 células por pocillo). Éstas son transfectadas con el plásmido pCMV-Luc según el protocolo descrito en el ejemplo 2. Al cabo de 4 horas de transfección, se añaden 100 \mul de suero SVF por pocillo. La expresión es parada 30 horas más tarde.
Las células K 562 son inseminadas en unas cajas de 24 pocillos, en 0,5 ml de medio RPMI sin suero una hora antes de la transfección. Éstas son transfectadas con plásmido pCMV-Luc según el siguiente protocolo: la cantidad de plásmido deseada y el PEI son diluidos separadamente en 50 \mul de NaCl 150 mM y mezclados. Después de 10 minutos, las dos soluciones son reunidas y homogeneizadas. Después de un nuevo periodo de 10 minutos se añaden 400 \mul de RPMI. La solución así obtenida es homogeneizada y después de 10 minutos es repartida sobre las células. Al cabo de 4 horas de transfección se añaden 100 \mul de suero SVF. La expresión es parada 30 horas después.
Se han preparado los cultivos primarios de músculo liso de conejo tal como lo ha descrito Fallier-Becker. Las células han sido transfectadas a continuación o bien con 1 \mug o bien con 2 \mug de plásmido pCMV-Luc complejado con el PEI (según el protocolo descrito en el ejemplo 7). La expresión de la luciferasa es parada 24 ó 48 horas después de la transfección.
Los resultados obtenidos están representados en la figura 9. Muestran claramente que las composiciones según la invención permiten una transfección eficaz de tipos celulares muy variados y diferentes.
Ejemplo 12 Transferencia de ADN plasmídico en un cultivo primario de neuronas embrionarias: demostración de una actividad biológica
Los cultivos primarios de neuronas han sido preparados como han descrito Lezoualc'h et al. Después de 36 h, los cultivos son transfectados con 2 \mug de plásmido TRE-Luc (que comprende el gen Luc bajo el control de un elemento de respuesta a la hormona tiroidea T3) y 0,5 \mug de ADN portador por pocillo.
Se han estudiado dos condiciones experimentales:
- 9 equivalentes de aminas respecto a los fosfatos: se ha introducido 1 \mug de plásmido en 2,28 \mul de una solución acuosa de PEI800K 100 mM, pH 7.
- 13 equivalentes de aminas respecto a los fosfatos: se ha introducido 1 \mug de plásmido en 3,33 \mul de una solución acuosa de PEI800K 100 mM, pH 7.
Previamente al complejado, el plásmido ha sido diluido en 50 \mul de NaCl 150 mM, y el PEI ha sido también diluido en un segundo alicuota de 5 \mul de NaCl 150 mM. A continuación, las soluciones son mezcladas y aplicadas sobre las células durante 1 h. El medio de transfección es retirado y reemplazado a continuación por medio de cultivo fresco, con o sin T3 (1 nM). Después de 24 h, las células son lisadas, la solución de la lisis centrifugada, y el sobrenadante utilizado para dosificar la actividad luciferasa.
Los resultados obtenidos están representados en la figura 10. Muestran claramente que las composiciones según la invención permiten transferir ADN en las células neuronales, y que el ADN así transferido es funcional puesto que su actividad es amplificada en presencia de T3. En el experimento de control realizado en presencia de plásmido sólo no se ha detectado ninguna actividad de la luciferasa.
Ejemplo 13 Transferencia de oligonucleótidos antisentido en un cultivo primario de neuronas embrionarias
Los experimentos han sido realizados sobre unos cultivos primarios de neuronas preparados como en el ejemplo 12. Después de 36 h, los cultivos han sido transfectados con 2 \muM de oligonucleótido antisentido 18mer (ODN) complejado con 9 equivalentes de aminas respecto a los fosfatos de PEI800K.
El ODN utilizado es dirigido contra una región del gen que codifica para el receptor alfa de las hormonas tiroideas. Su secuencia es la siguiente:
5'-GCTGGGCTTCTGTTCCAT-3'
Para 4 pocillos de 250 \mul de medio de cultivo, se han utilizado los siguientes productos:
- 8 \mul de una solución de ODN a 0,25 mM diluidos en 10 \mul de NaCl 150 mM, y,
- 20,8 \mul de una solución acuosa de PEI800K 12 mM, pH 7, previamente diluidos en un segunda alicuota de 51,2 \mul de NaCl 150 mM.
Las soluciones son mezcladas a continuación 20 \mul de la mezcla aplicados sobre las células durante 45 min. El medio de transfección es retirado después y reemplazado por medio de cultivo fresco. Las células son seguidamente fijadas en una solución de paraformaldehido al 4%, aclaradas, montadas en Mowiol, y examinadas al microscopio de fluorescencia.
Los resultados obtenidos están representados en la figura 11. Muestran claramente que las composiciones según la invención permiten transferir unos oligonucleótidos antisentido en las células neuronales. En el experimento de control realizado en presencia únicamente del oligonucleótido no se ha detectado ninguna fluorescencia.
Ejemplo 14 Utilización de las composiciones de la invención para la transferencia de ácidos nucleicos in vivo, en el cerebro de ratones recién nacidos
Este ejemplo describe la transferencia del plásmido pCMV-Luc in vivo, en el cerebro de ratones recién nacidos. Demuestra las propiedades particularmente ventajosas de las composiciones según la invención, en particular para aplicaciones de terapia génica.
30 \mug de plásmido pCMV-Luc (7,5 \mul de una solución stock a 4 \mug/\mul) han sido diluidos en 22,5 \mul de glucosa al 5% estéril (concentración final 1 \mug/\mul). A continuación, se añaden 8,5 \mul de PEI800K 100 mM (preparado en agua y tamponado a pH 6,9). La composición obtenida de esta manera contiene por lo tanto 9 equivalentes de aminados con respecto a los fosfatos.
La mezcla ha sido agitada rápidamente y utilizada para unas inyecciones intracerebrales en unos ratones recién nacidos. Para ello, los ratones han sido anestesiados con frío (colocados sobre una hoja de aluminio en contacto con hielo), y después se han inyectado 2 \mul de mezcla (2 \mug de ácido nucleico) por ratón. Las inyecciones han sido realizadas en el cortex, con ayuda de un micromanipulador y una microjeringuilla conectados a un microelectrodo.
Se han extraído los cerebros 48 horas más tarde, han sido homogeneizados, centrifugados y el sobrenadante ha sido utilizado para la dosificación de la luciferasa, Para ello, el sobrenadante ha sido incubado en presencia de un tampón que comprende luciferina, coenzima A y ATP, y se ha medido la luz emitida (generalmente durante 10 segundos) con un luminómetro (Wood. (1990) Promega Notes, 28).
Los resultados obtenidos están representados en la figura 12. Muestran claramente que las composiciones permiten transferir eficazmente el plásmido en el cerebro de los ratones mientras que no se ha observado ninguna actividad luciferasa significativa cuando la transferencia es realizada mediante el plásmido solo.

Claims (30)

1. Composición constituida por una solución de un ácido nucleíco y por una solución de un polímero catiónico reunidas y homogeneizadas, siendo el polímero catiónico de fórmula general (I):
4
en la que
- R puede ser un átomo de hidrógeno o un grupo de fórmula
5
- n es un número entero comprendido entre 2 y 10;
- p y q son números enteros
entendiéndose que la suma p + q es tal que el peso molecular medio del polímero esté comprendida entre 100 y 10^{7} Da, y
- las proporciones respectivas del polímero y del ácido nucleico son seleccionadas de manera que la relación R aminas del polímero/fosfatos del ácido nucleico esté comprendida entre 5 y 30.
2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque en la fórmula (I), n está comprendido entre 2 y 5.
3. Composición según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque el polímero posee un peso molecular medio comprendido entre 10^{3} y 5.10^{6} Da.
4. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el polímero se selecciona de entre la polietilenimina (PEI) y la polipropilenimina (PPI).
5. Composición según la reivindicación 4, caracterizada porque el polímero es seleccionado de entre una polietilenimina de peso molecular medio de 50.000 (PEI50K) y la polietilenimina de peso molecular medio de 800.000 (PEI800K).
6. Composición según la reivindicación 5, caracterizada porque la relación R está comprendida entre 5 y 15.
7. Composición según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende además uno o varios adyuvantes capaces de asociarse al complejo polímero/ácido nucleico y de mejorar el poder de transfección, siendo seleccionado dicho adyuvante de entre los lípidos, las proteínas, las lipopoliaminas y los polímeros sintéticos.
8. Composición según la reivindicación 7, caracterizada porque el adyuvante es un lípido catiónico.
9. Composición según la reivindicación 8, caracterizada porque el lípido catiónico es una o varias lipoliaminas.
10. Composición según la reivindicación 9, caracterizada porque la lipopoliamina responde a la fórmula general H_{2}N-(-CH)_{m}-NH-)l-H en la que m es un número entero comprendido entre 2 y 6 y l es un número entero comprendido entre 1 y 5, pudiendo m variar entre los diferentes grupos de carbono comprendidos entre dos aminas.
11. Composición según la reivindicación 10, caracterizada porque la lipopoliamina es seleccionada de entre la dioctadecilamidoglicilespermina (DOGS) o la 5-carboxiespermilamida de la palmitoilfosfatidiletanolamina (DPPES).
12. Composición según la reivindicación 7, caracterizada porque el adyuvante es uno o varios lípidos neutros.
13. Composición según la reivindicación 12, caracterizada porque el o los lípidos neutros son seleccionado de entre los lípidos sintéticos o naturales, zwiteriónicos o desprovistos de carga iónica en las condiciones fisiológicas.
14. Composición según la reivindicación 13, caracterizada porque el o los lípidos neutros son unos lípidos con 2 cadenas grasas.
15. Composición según la reivindicación 13, caracterizada porque el o los lípidos neutros son seleccionados de entre la dioleoilfosfatidiletanolamina (DOPE), la oleoil-palmitoil-fosfatidiletanolamina (POPE), la di-estearoil,
-palmitoil, -miristoil fosfatidiletanolamina así como sus derivados N-metilados 1 a 3 veces; los fosfatidilgliceroles, los diacilgliceroles, los glicosildiacilgliceroles, los cerebrósidos (tales como en particular los galactocerebrósidos), los esfingolípidos (tales como en particular las esfingomielinas) y los asialogangliosidos (tales como en particular los asialoGM 1 y GM2).
16. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque el ácido nucleico es un ácido desoxirribonucleico.
17. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque el ácido nucleico es un ácido ribonucleico.
18. Composición según la reivindicación 16 ó 17, caracterizada porque el ácido nucleico es modificando químicamente.
19. Composición según la reivindicación 16 a 18, caracterizada porque el ácido nucleico es un antisentido.
20. Composición según una de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizada porque el ácido nucleico comprende un gen terapéutico.
21. Composición según una de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizada porque el ácido nucleico codifica para una proteína antigénica.
22. Composición según la reivindicación 21, caracterizada porque el ácido nucleico codifica para una proteína viral.
23. Composición según la reivindicación 7, caracterizada porque comprende de 0,1 a 20 equivalentes molares de adyuvante para 1 equivalente molar de fosfatos del ácido nucleico, y, más preferentemente, de 1 a 5.
24. Composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende además un elemento de apuntado constituido por un azúcar y/o un péptido, tal como un anticuerpo o un fragmento de anticuerpo, un ligando de receptor celular o un fragmento de éste, o un receptor o un fragmento de receptor.
25. Composición según la reivindicación 22 ó 25, caracterizada porque el elemento de apuntado está enlazado de forma covalente al polímero de fórmula (I).
26. Composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende además un vehículo farmacéuticamente aceptable para una formulación inyectable.
27. Composición según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende un vehículo farmacéuticamente aceptable para una aplicación sobre la piel y/o las mucosas.
28. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27 para su utilización como medicamento.
29. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27 para su utilización como vacuna.
30. Utilización de un polímero catiónico tal como el definido en la reivindicación 1 para la transferencia in vitro de ácidos nucleicos en las células.
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