JP2000157270A - 遺伝子導入用キャリアー、該キャリアーと遺伝子との複合体及び細胞への遺伝子導入方法 - Google Patents

遺伝子導入用キャリアー、該キャリアーと遺伝子との複合体及び細胞への遺伝子導入方法

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JP2000157270A
JP2000157270A JP33689398A JP33689398A JP2000157270A JP 2000157270 A JP2000157270 A JP 2000157270A JP 33689398 A JP33689398 A JP 33689398A JP 33689398 A JP33689398 A JP 33689398A JP 2000157270 A JP2000157270 A JP 2000157270A
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chitosan
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carrier
plasmid
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Tomonori Sato
智典 佐藤
Shigeo Okahata
恵雄 岡畑
Ryosuke Katsumi
亮介 勝見
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Yaizu Suisan Kagaku Kogyo Co Ltd
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Yaizu Suisan Kagaku Kogyo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 遺伝子の導入効率がよく、導入した遺伝子の
発現率が高く、しかも安全性に優れた遺伝子導入用キャ
リアー、遺伝子とキャリアーとの複合体、及び遺伝子導
入方法を提供する。 【解決手段】 遺伝子導入用キャリアーとして、固有粘
度1.0dl/gのキトサンを用い、これを遺伝子と混
合して遺伝子−キトサン複合体を形成し、この複合体と
細胞を血清存在下に接触させて遺伝子を細胞内に導入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アンチセンス療法や遺
伝子治療に応用可能な、安全性が高く効率的な遺伝子導
入用キャリアー、該キャリアーと遺伝子との複合体及び
細胞への遺伝子導入方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の目覚ましい遺伝子工学の進歩によ
って、多くの遺伝病やガンなどの原因遺伝子が同定、単
離されてきている。そしてそれら病気の原因となる遺伝
子の異常がDNAレベルで明らかにされたことで、その
異常な遺伝子を正常に戻すことによりその病気を治療す
るという遺伝子治療が考えられるようになってきた。
【0003】現在、実用化されている遺伝子治療法は大
きくわけて2つある。1つは、先天性免疫不全症や先天
性代謝異常症等の先天的な遺伝病において、その欠損し
た遺伝子を外部から導入して補うという治療法であり、
もう1つはガン細胞やAIDSなどのような細胞やウイ
ルスをターゲットにして、それらの増殖を抑制したり、
死滅させるための遺伝子を導入する治療法である。上記
どちらの治療法においても、目的とする遺伝子を細胞内
に導入し、発現させることが重要であることが知られて
いる。
【0004】しかしながら、DNAと細胞膜は共にアニ
オン性を示し、電気的に反発してしまうため、遺伝子
(DNA)を単独で直接細胞内に導入することは非常に
困難である。
【0005】そこで、これまでにもDNAキャリアーと
して様々な物質が検討されてきたが、安全性や導入効率
等の面で問題があり、実用化の妨げとなっている。例え
ば、代表的なウイルスベクターであるレトロウイルスベ
クターは、導入効率が高いという利点がある一方で、
大きなサイズのDNAを使えない、非分裂細胞に導入
できない、発現レベルが低いなどの欠点がある。ま
た、アデノウイルスベクターは、非分裂細胞にも導入可
能だが、免疫原性が強く、抗体ができてしまうという欠
点があり、ヘルペスウイルスベクターは、神経細胞への
導入に優れているが、細胞毒性が強いという欠点があ
る。その他ウイルスベクター以外のキャリアーとしてカ
チオン性リポソーム、脂質、ポリマーなどが研究されて
いるが、導入効率や細胞特異性が低くなるという問題が
あった。
【0006】また、特開平3−198782号公報にお
いて、低分子キトサンをキャリアーとした遺伝子導入の
方法が開示されているが、この方法は、遺伝子を細胞に
導入する際に、細胞膜の透過性を増強する薬剤を使用す
るため、細胞にダメージを与えてしまうという問題があ
った。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決し、導入した遺伝子の発現レベルが高く、しかも安
全性に優れた遺伝子導入用キャリアー、該キャリアーと
遺伝子との複合体及び細胞への遺伝子導入方法を提供す
るものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、生体に対
して安全性が高いことを主眼として、鋭意研究した結
果、遺伝子導入用キャリアーとして、天然の塩基性高分
子多糖類であるキトサンのうち、比較的高分子量のもの
を使用して、遺伝子−キトサン複合体を調製し、この複
合体と細胞とを血清存在下に接触させることにより、遺
伝子を効率良く細胞に導入、発現できることを見い出
し、本発明を完成した。
【0009】すなわち、本発明の1つは、固有粘度1.
0dl/g以上のキトサンからなることを特徴とする遺
伝子導入用キャリアーを提供するものである。
【0010】本発明のもう一つは、固有粘度1.0dl
/g以上のキトサンと導入すべき遺伝子とからなること
を特徴とするキャリアーと遺伝子との複合体を提供する
ものである。
【0011】本発明の更にもう一つは、固有粘度1.0
dl/g以上のキトサンと導入すべき遺伝子とを混合し
てそれらの複合体を形成し、この複合体を細胞と接触さ
せることを特徴とする遺伝子導入方法を提供するもので
ある。
【0012】本発明の遺伝子導入方法においては、導入
すべき遺伝子の塩基とキトサンの糖単位の比率が1:2
〜1:20となるように両者を混合することが好まし
い。
【0013】また、前記複合体を前記細胞と接触させる
際に、前記細胞の培養培地に血清成分を添加することが
好ましい。
【0014】本発明によれば、後述する実施例に示され
るように、天然物から得られた安全性の高いキトサンを
遺伝子のキャリアーとして、遺伝子との複合体を形成す
ることにより、遺伝子を効率的に細胞内に導入できると
共に、現在最も優れたキャリアーとされているリポフェ
クチンよりも高い発現率を得ることができる。
【0015】
【発明の実施形態】キトサンは、主にエビやカニなどの
甲殻類の甲羅に含まれるキチン(N−アセチル−D−グ
ルコサミンがβ−1,4結合した多糖)のアセトアミド
基を脱アセチル化して得られる多糖類である。
【0016】本発明で使用するキトサンは、希酸に可溶
な通常のキトサンで、1.0dl/g以上の固有粘度を
有するものであればよく、起源、脱アセチル化度等は特
に限定されるものではない。固有粘度が上記よりも低い
低分子量キトサンでは、導入率が著しく低くなるという
問題がある。
【0017】なお、本発明において固有粘度とは、例え
ば特開平1−185301号に記載された方法に従い、
ウベローデ粘度計を用いて、試料は、キトサンをこれと
同量の酢酸を用いて水に溶解し、この溶液と同量の0.
4N酢酸+0.2N酢酸ナトリウムとを混合して測定に
用いる溶液を調製し、希釈には0.2N酢酸+0.1N
酢酸ナトリウムを用い、30℃の条件で測定された固有
粘度を意味する。
【0018】本発明において、遺伝子は、導入するDN
Aが発現ベクターのプロモーター下流に連結されている
プラスミド(組み換えベクター)が好ましく用いられ
る。
【0019】本発明の遺伝子−キトサン複合体の形成
は、両者の溶液を0〜50℃で10分〜24時間、好ま
しくは20〜30℃で1〜4時間混合することにより得
ることができる。この時の両者の混合の比率は、プラス
ミド1塩基:キトサン中のグルコサミン単位=1:2〜
1:20とすることが好ましく、1:5〜1:10とす
ることがより好ましい。なお、両者の溶媒としては、滅
菌された超純水、緩衝液等が好ましく用いられる。
【0020】本発明の好ましい態様においては、上記条
件で調製した遺伝子−キトサン複合体を培養中の目的の
細胞にそのまま添加して、細胞の培養温度で4〜12時
間静置して上記複合体と細胞を十分接触させた後、血清
を添加した培地に交換して更に4〜24時間培養するこ
とにより導入する。培地中に血清を加えることにより、
遺伝子発現率を高めることができる。
【0021】本発明で使用する血清成分は、細胞培養に
適したものであればよく、例えば牛胎児血清(FBS)
などが好ましく用いられる。血清成分の培地中への添加
量は、0.1〜50重量%が好ましく、2〜20重量%
が更に好ましい。
【0022】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細かつ
具体的に説明するが、これにより本発明が何ら制約され
るものではない。
【0023】実施例1 実験材料としては、下記のものを用いた。 細胞:ヒト肺がん細胞 A549(細胞開発銀行製) 培地:DMEM培地(日水製薬製)+10%ウシ胎児
血清(以下、FBSとする) キトサン: (i) 固有粘度2.0dl/g、脱アセチル化度93.6
% (ii)固有粘度0.6dl/g、脱アセチル化度79.0
% 遺伝子:ホタルのルシフェラーゼ遺伝子を導入したプ
ラスミド なお、プラスミドとキトサンとの混合比は、プラスミド
1塩基:キトサンのグルコサミン単位=1:5の割合と
なるようにした。
【0024】実験方法について説明すると、まず、ホタ
ルのルシフェラーゼ遺伝子を導入したプラスミド水溶液
5ml(1mg/ml)とキトサン水溶液5ml(2.
95mg/ml)を混合し、室温で2時間撹拌してプラ
スミド−キトサン複合体を形成させた。
【0025】次に、A549細胞を37℃で24時間培
養後、上記プラスミド−キトサン複合体溶液を1ml加
え、更に8時間インキュベーションした後、上記複合体
の入った培地を上記血清培地に替えて12時間培養して
プラスミドを細胞内に導入させた。
【0026】対照として、プラスミドのみと、プラスミ
ド−リポフェクチン複合体とを用いて、同様な方法で細
胞内への遺伝子導入を行った。なお、リポフェクチン
は、現在最も優れたキャリアーと言われているものであ
る。
【0027】それぞれの培養後、上清を取り除いてから
PBSで3回洗浄し、細胞溶解液100mlを加えてか
ら細胞を回収した。これを遠心分離して、上清を細胞抽
出液とし、そのルシフェラーゼ活性を測定した。
【0028】ルシフェラーゼ活性の測定は、Prome
ga社のルシフェラーゼアッセイシステムを用いて行
い、プラスミドのみの場合のルシフェラーゼ活性を10
0としてその相対値を求めた。その結果を表1(実施例
4の後に記載)に示す。
【0029】表1の結果から、(i) のプラスミド−キト
サン複合体(固有粘度2.0dl/g)は、プラスミド
のみに比べて240倍、プラスミド−リポフェクチン複
合体に比べて約2.7倍の発現率であった。
【0030】一方、(ii)のプラスミド−キトサン複合体
(固有粘度0.6dl/g)は、プラスミドのみ、プラ
スミド−リポフェクチン複合体に比べると発現率は高い
ものの、(i) のプラスミド−キトサン複合体(固有粘度
2.0dl/g)に比べると明らかに発現率が低下す
る。
【0031】実施例2 実験材料として下記のものを用いた。 細胞:ヒト肺がん細胞 A549(細胞開発銀行製) 培地:DMEM培地(日水製薬)のみ及びDMEM培
地+10%FBS キトサン:固有粘度2.0dl/g、脱アセチル化度
93.6% 遺伝子:ホタルのルシフェラーゼ遺伝子を導入したプ
ラスミド なお、プラスミドとキトサンとの混合比は、プラスミド
1塩基:キトサンのグルコサミン単位=1:5の割合と
なるようにした。
【0032】実施例1と同様な方法で調製したプラスミ
ド−キトサン複合体を細胞に接触させた後に、血清添加
又は無添加の培地で培養した以外は、実施例1と同様に
して遺伝子導入を行い、その発現率を見た。その結果を
表1に示す。
【0033】表1の結果から、培地に血清(FBS)を
加えることにより発現率が約6.9倍上昇した。
【0034】実施例3 実験材料として下記のものを用いた。 細胞:ヒト肺がん細胞 A549(細胞開発銀行製) 培地:DMEM培地(日水製薬)+10%FBSとす
る キトサン:固有粘度3.0dl/g、脱アセチル化度
84.0% 遺伝子:ホタルのルシフェラーゼ遺伝子を導入したプ
ラスミド 上記実験材料を用い、プラスミドとキトサンとの混合比
をプラスミド1塩基:キトサンのグルコサミン単位=
1:2〜1:20の範囲で変えた他は、実施例1と同様
な方法で、プラスミド−キトサン複合体を形成し、この
複合体を用いて細胞への遺伝子導入を行い、その発現率
を見た。その結果を表1に示す。
【0035】表1の結果から、プラスミド−キトサン複
合体を調製する際の混合比は、プラスミド1塩基:キト
サンのグルコサミン単位=1:5である場合が最も発現
率が高く、プラスミドのみの場合に比べて380倍の発
現率であった。
【0036】
【表1】
【0037】試験例1 上記実施例4におけるプラスミドとキトサンを1:0.
5〜1:20の比率で混合して得られたプラスミド−キ
トサン複合体を電気泳動して、複合体形成の様子を見
た。この結果を図1に示す。図1中、1はプラスミドの
み、2はプラスミド:キトサン=1:0.5、3はプラ
スミド:キトサン=1:2、4はプラスミド:キトサン
=1:5、5はプラスミド:キトサン=1:10、6は
プラスミド:キトサン=1:20のそれぞれの電気泳動
パターンを示す。また、図1中の7はプラスミドを示す
パターン、8はプラスミド−キトサン複合体を示すパタ
ーンである。
【0038】図1に示されるように、プラスミド:キト
サン=1:2〜1:20の比率で混合した場合、殆ど全
てのプラスミドがキトサンと複合体を形成していること
が分かる。
【0039】
【発明の作用】以上説明したように、本発明によれば、
遺伝子導入用キャリアーとして固有粘度1.0dl/g
以上の比較的高分子のキトサンを用いたことにより、遺
伝子を効率的に細胞内に導入できると共に、現在最も優
れたキャリアーとされているリポフェクチンよりも高い
発現率を得ることができる。また、キトサンは、天然物
であって、安全性が非常に高いので、例えばアンチセン
ス療法や遺伝子治療に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 プラスミドとキトサンを様々な比率で混合し
て得られたプラスミド−キトサン複合体を電気泳動した
結果を示す図表である。
【符号の説明】
1…プラスミドのみ 2…プラスミド:キトサン=1:0.5 3…プラスミド:キトサン=1:2 4…プラスミド:キトサン=1:5 5…プラスミド:キトサン=1:10 6…プラスミド:キトサン=1:20 7…プラスミド 8…プラスミド−キトサン複合体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4B024 AA20 BA08 DA03 FA20 GA16 HA17 4B029 AA21 BB16 CC04 4C090 AA07 BA47 BD08 DA10 DA23

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固有粘度1.0dl/g以上のキトサン
    からなることを特徴とする遺伝子導入用キャリアー。
  2. 【請求項2】 固有粘度1.0dl/g以上のキトサン
    と導入すべき遺伝子とからなることを特徴とするキャリ
    アーと遺伝子との複合体。
  3. 【請求項3】 固有粘度1.0dl/g以上のキトサン
    と導入すべき遺伝子とを混合してそれらの複合体を形成
    し、この複合体を細胞と接触させることを特徴とする遺
    伝子導入方法。
  4. 【請求項4】 導入すべき遺伝子の塩基とキトサンの糖
    単位の比率が1:2〜1:20となるように両者を混合
    する請求項3記載の遺伝子導入方法。
  5. 【請求項5】 前記複合体を前記細胞と接触させる際
    に、前記細胞の培養培地に血清成分を添加する請求項3
    又は4記載の遺伝子導入方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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