JP2004263065A - 新規キトサン類 - Google Patents

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Abstract

【課題】
【解決手段】50,000−140,000 g/モルの重量平均分子量と、85−95%の脱アセチル化率を有するキトサン。菌からキトサンを調製する方法、および乳がんまたは子宮頚がんを治療するためにキトサンを利用する方法も開示される。
【選択図】 なし

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は新規なキトサン、菌からのキトサンの生産、およびがんを治療するためのキトサンの使用方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
キチンは、不溶性が高い、β−(1,4)−D−グルコサミンのN−アセチル化ポリマーである。キトサンは、キチンの酸可溶性の脱アセチル化体である。キチンは海洋無脊椎動物の外骨格および昆虫の外皮に普通に見出される。キチンおよびキトサンは共に、ほとんどの接合菌綱(Zygomycetes)の細胞壁にも存在する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
キトサンはカニまたはエビの殻から調製されたキチンを脱アセチル化することによって得られる。しかしながら、この処理では均一な品質のキトサンを生産することができない。そのうえ、カニやエビの殻の組成は季節要因や環境要因に大きく依存している。従って、カニやエビの殻から一定の物理化学的性質を有するキトサンを得ることは困難である。キトサンはケカビ科(Mucoraceae)の糸状菌からも得ることができる。この処理では化学的な脱アセチル化は必要ない。その結果、菌由来のキトサンの品質はより一定している。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は新規なキトサン、菌からのキトサンの生産、およびがんを治療するためのキトサンの使用方法に関するものである。
【0005】
本発明のキトサンは、50,000−140,000g/モルの重量平均分子量と85−95%の脱アセチル化率を有する。
重量平均分子量(M)は、各分子量域のポリマーの重量を分子量に対してプロットした1次積率である。重量平均分子量は下式のとおりに算出される:
【0006】
【数1】
Figure 2004263065
異なる大きさの全てのポリマー分子(i=1〜i=∞)について総和され、Nは分子量がMである分子の数(モル)である。M値は、例えば光散乱法、沈降平衡測定法、または当該分野において知られた任意の他の方法によって決定することができる。
【0007】
脱アセチル化は、キチンの分子鎖からアセチル基を除き、アミノ基(−NH)を残すことを意味する。脱アセチル化率(DD)は、多糖類中の遊離アミノ基の含量を表すが、例えばニンヒドリンテスト、直線的電位差滴定法、コロイド滴定法、近赤外線分光分析法、核磁気共鳴分光法、臭化水素滴定法、赤外線分光分析法、紫外線分光分析法、一次導関数紫外線分光分析法、酵素的測定法、または当該分野において既知の任意の他の方法によって決定することができる。
【0008】
本発明のキトサンは、例えば菌から調製することができる。適当な菌類には、シャジクケカビ属(Actinomucor)の菌類のようなケカビ科の菌類が含まれる。本発明に有用な菌類の特定の例は、Actinomucor taiwanesisである。キトサンは、菌の培養物を15−24℃で培養することと、該培養物からキトサンを単離することによって得られる。
【0009】
キトサンは、がんを治療するために、医薬として許容可能な担体とともに医薬組成物に利用可能である。1つの態様では、本発明は乳がんを治療する方法を特徴とする。該方法は、該治療を必要とする患者に有効な量のキトサン、例えば50,000−140,000g/モルの重量平均分子量と85−95%の脱アセチル化率とを有するキトサンを投与することを含む。別の態様では、本発明は、該治療を必要とする患者に有効な量の本発明のキトサンを投与することによって子宮頚がんを治療する方法を特徴とする。
【0010】
本発明は、抗がん活性を有する新規なキトサンを提供する。本発明の1つまたはそれ以上の実施形態の詳細を、以下に続く発明の実施の形態の中で述べる。本発明の他の特徴、目的、および利点は、発明の実施の形態および請求項から明らかとなるであろう。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明は、Actinomucor taiwanesisから調製されたキトサンがヒト子宮頚類上皮がん細胞(HeLa)およびヒト乳がん細胞(MCF−7)の成長をインビトロで抑制するという、予期せぬ発見に基づく。
【0012】
従って、本発明は菌からキトサンを調製する方法を特徴とする。該方法は菌の培養物を15−24℃で培養することと、該培養物からキトサンを単離することを含む。
【0013】
本発明にとって有用な菌類には、ケカビ科の菌類(例えばシャジクケカビ属)が含まれる。これらの菌類は、公的に利用可能な種々の菌類保存資源から入手可能である。例えば、以下に述べる実施例で使用される菌(Actinomucor taiwanesis)は、生物資源保存研究センター(BCRC:Bioresource Collection and Research Center、カタログ番号BCRC31159)や、中華民国台湾シンチュ(Hsinchu)300、シーピン(Shih−Ping)ロード、331番に所在のフード インダストリー リサーチ アンド ディヴェロップメント インスティテュート(Food Industry and Research Development Institute)から、請求により入手可能である。
【0014】
菌類は当該分野でよく知られた手順に従って培養することができる。例えば、YM寒天に菌を接種し、その接種された寒天を25−37℃で3〜6日間インキュベートすることができる。該菌から得た胞子を、10〜10cfu/mlのストックとなるように液体中に懸濁する。このストックを培養用培地に直接接種する。
【0015】
培養用培地は3〜6の範囲(例えば3と5の間)の初期pHを有し、5〜50g/L(例えば20g/L)のグルコース、5〜60g/L(例えば10g/L)のペプトン、0.1〜5g/L(例えば1g/L)の酵母エキス、または他の適当な成分を含みうる。該培地は0.01〜30g/Lの(NHSO、0〜3gのKHPO、0〜3gのNaCl、0〜15gのMgSO・7HOおよび0〜0.3g/LのCaClをさらに含みうる。該菌を、培養用培地中で15−24℃でさらに2〜4日間培養する。
【0016】
キトサンは、米国特許第6,255,085B1号に記載のアルカリおよび酸処理によって菌糸体から単離および精製可能である。細胞集団を培養液から分離し、蒸留水で洗浄する。次いで細胞を0.5〜2N NaOHで処理し、該アルカリ混合物を121℃で15分間インキュベートする。次に固形物を遠心分離によりペレットにし、蒸留水とエタノールで洗浄する。該洗浄物を2%酢酸溶液で処理し、95℃で12時間インキュベートする。次いで生じたスラリーを遠心分離により単離し、酸可溶性の上清を生じる。上清のpHを2N NaOHで10に調整し、これによってキトサンを沈殿させる。精製されたキトサンを最後に蒸留水で洗浄し、凍結乾燥する。
【0017】
キトサンの重量平均分子量(M)および脱アセチル化率(DD)は、例えばそれぞれGPC/SECおよび一次導関数紫外線分光分析法の手法によって、または当該分野で知られた任意の他の方法によって測定可能である。以下の実施例で述べるように、上述の方法に従って調製された菌由来のキトサンのMおよびDDは、50,000−140,000g/モルおよび85−95%である。
【0018】
予想外なことに、菌由来のキトサンは濃度10ppm(約10−7M)でHeLa細胞およびMCF−7細胞の成長に対して強力な細胞毒性を示すが、甲殻類由来のキトサンはそのような効果を示さない。さらに、菌由来のキトサンはヒト胎児肺細胞(MRC−5)、またはヒト胃がん細胞株(AGS)やヒト肝臓がん細胞株(HepG2)のような他の腫瘍細胞株に対する細胞毒性を持たない。
【0019】
従って本発明は、医薬として許容可能な担体と、50,000−140,000g/モルの重量平均分子量と85−95%の脱アセチル化率とを有する有効な量のキトサンとを含む、医薬組成物を特徴とする。該医薬組成物は、乳がんまたは子宮頚がんを予防および治療するために使用可能である。医薬として許容可能な担体には、溶媒、分散媒、コーティング剤、抗細菌剤および抗真菌剤、等張化剤および吸収遅延剤が含まれる。「有効な量」とは治療効果を与えるために必要な量である。(体表面の1メートル平方あたりのミリグラム数に基づいた)動物とヒトでの用量の相関関係は、Freireich, et al. (1966) Cancer Chemother. Rep. 50:219によって説明されている。体表面積は、患者の体長と体重から概算可能である。例えば、ニューヨーク州アードレイに所在のガイギー製薬(Geigy Pharmaceuticals)によるScientific Tables、1970年、p.537を参照のこと。当業者には認識されるように、有効な用量は投与経路、賦形剤の使用などによっても変動する。
【0020】
本発明のキトサンは、従来の方法を利用して、様々な投与経路のための投与形態に製剤化可能である。例えば、キトサンを経口投与のためのカプセル剤、ゲル封入剤、または錠剤に製剤化することができる。カプセル剤は、ゼラチンまたはセルロースのような医薬として許容可能な任意の標準的な物質を含みうる。錠剤は、キトサンを固形の担体および潤滑剤とともに圧縮することにより従来の手順に従って製剤化可能である。固形の担体の例には、デンプンおよびシュガーベントナイトが含まれる。本発明のキトサンは、結合剤(例えばラクトースまたはマンニトール)、従来の充填剤、および製錠剤を含んだ、硬い外殻の錠剤またはカプセルの形態でも投与可能である。医薬組成物は、非経口経路で投与可能である。非経口の投与形態の例には、活性物質の、水溶液、等張生理食塩水、もしくは5%グルコース溶液、または他の周知の医薬として許容可能な賦形剤が含まれる。シクロデキストリンまたは当業者によく知られた他の可溶化剤を、治療薬の送達のための医薬用賦形剤として利用することができる。
【0021】
本発明の組成物の有効性を、インビトロおよびインビボの両方で評価することができる。例えば以下の実施例を参照のこと。簡潔に言えば、組成物を、インビトロにおいて乳がん細胞または子宮頚がん細胞の成長を抑制する能力についてテストすることができる。インビボの検討については、組成物を動物に注射することが可能であり、次いでそのがん抑制効果にアクセスする。結果に基づき、妥当な用量範囲および投与経路を決定することができる。
【0022】
予防・治療を必要とする患者に有効な量のキトサン(例えば上述の菌由来のキトサン)を投与することにより、乳がんまたは子宮頚がんを予防・治療する方法も、本発明の範囲内にある。処置を受ける患者は、がん患者、または遺伝要因もしくは環境要因により乳がんもしくは子宮頚がんを発症するリスクのある個人でありうる。本方法は、単独でも、他の薬剤または治療と併せても実施可能である。
【0023】
一般には、キトサンは、医薬として許容可能な担体(例えば生理食塩水)に懸濁し、経口もしくは静注で投与するか、または皮下、筋肉内、クモ膜下、腹腔内、直腸内、膣内、鼻腔内、胃内、気管内、肺内に注入もしくは埋め込んで投与する。必要とされる用量は、投与経路の選択;製剤の性質;患者の疾患の状態;患者の大きさ、体重、体表面積、年齢、および性別;投与される他の薬剤;および担当医師の判断;によって変わる。適当な用量は0.01−100.0mg/kgの範囲内にある。必要用量の変動が大きいことは、利用可能なキトサンの多様性および種々の投与経路の有効性の違いを考慮すれば、予想されるべきことである。例えば、経口投与は静脈注射による投与よりも高い用量を必要とすることが予想されるであろう。このような用量水準の変動は、当業界ではよく知られているように、最適化のための標準的経験的手順を用いて調節可能である。該化合物を適当な送達媒体(例えば高分子体の微小粒子または埋め込み可能な装置)に封入すると、送達効率を、特に経口での送達について増大できることがある。
【0024】
以下の特定の実施例は単に例証的なものであり、何であれ決して開示内容の残りの部分を限定するものではないと解釈されるべきである。さらに詳しく述べるまでもなく、当業者は本明細書の説明に基づいて本発明を最大限まで利用可能であると考えられる。本明細書で挙げられた全ての公開資料は、その全体が引用により本願に組み込まれる。
【0025】
(菌由来キトサンの調製)
(1)菌由来キトサンAの調製
4日間のスラント培養から得たActinomucor taiwanesisの胞子の懸濁液を、400mlの新鮮な培養用培地の入った1L容振とうフラスコに直接接種した。培養を、200往復/分で振とうしながら温度22℃で50時間実施した。リットルあたりの培地には10gのペプトン、20gのグルコース、1gの酵母エキス、5gの(NHSO、1gのKHPO、1gのNaCl、5gのMgSO・7HO、および0.1gのCaClが含まれた。初期pHを4.0に調整した。
【0026】
培養液から細胞集団を回収し、1N水酸化ナトリウム溶液で121℃で15分間処理した。アルカリ不溶物を2%酢酸に懸濁し、キトサンを溶解すべく混合物を95℃で12時間インキュベートした。酸可溶な上清のpHを10に調整することにより、前記の可溶化キトサンを沈殿させた。次いで沈殿物(菌由来キトサンA)を洗浄し乾燥させた。
【0027】
(2)菌由来キトサンBの調製
4日間のスラント培養から得たActinomucor taiwanesisの胞子の懸濁液を、3Lの新鮮な培養用培地の入った5L容培養槽に直接接種した。培養を、温度22℃で、400rpmで撹拌し、3L/分で通気しながら、50時間実施した。リットルあたりの培地には10gのペプトン、20gのグルコース、1gの酵母エキス、5gの(NHSO、1gのKHPO、1gのNaCl、5gのMgSO・7HO、および0.1gのCaClが含まれた。初期pHを4.0に調整した。
培養液から細胞集団を分離し、キトサン(菌由来キトサンB)を上記(1)に記載したようにして調製した。
【0028】
(菌由来キトサンの抗腫瘍活性)
HeLa細胞(BCRC60005)およびMCF−7細胞(BCRC60436)を、中華民国台湾に所在の生物資源保存研究センターから入手した。細胞懸濁液を、ハンクの緩衝塩類溶液(HBSS)中の0.05%トリプシン/0.53mM EDTA・4Naで処理し、ピペッティングによりバラバラにし、血球計数器で細胞数を数えた。細胞をMEM培地(10%血清含有)に再懸濁し、8.35×10個/ml(HeLa)または1.67×10個/ml(MCF−7)とした。細胞懸濁液(180μl)を96ウェル組織培養プレートに植え、37℃、5%CO雰囲気中で17−20時間インキュベートした。
【0029】
種々のキトサン溶液(5×10−3M酢酸を含んだダルベッコのリン酸緩衝液(D−PBS)溶液、各20μl)をウェルに添加し、細胞を37℃、5%CO雰囲気中で3日間インキュベートした。各キトサンの終濃度を10ppm(約10−7M)とした。
【0030】
細胞の生存率を、MTT(3−(4,5−ジメチル−チアゾール−2−イル)2,5−ジフェニルテトラゾリウムブロマイド)法を用いて解析した。D−PBS中の5mg/ml MTT溶液20μlを各ウェルに添加し、細胞を37℃、5%CO雰囲気中で4時間インキュベートした。次に培地を取り除いた。100μlのDMSOを各ウェルに添加し、プレートを5分間振とうした。次いで各ウェルの光学密度を、試験波長(540nm)と対照波長(690nm)の両方について測定した。
【0031】
本検討に使用したキトサンには菌由来キトサンA、菌由来キトサンB、カニ殻由来キトサンI 、カニ殻由来キトサンII、カニ殻由来キトサンIII 、およびカニ殻由来キトサンIVが含まれる。
【0032】
各キトサンの脱アセチル化率を、Tan et al. (1998) Talanta 45:713−719に記載のように一次導関数紫外線分光分析法を用いて測定した。
【0033】
各キトサンの分子特性をトリプル検出GPC/SECを用いて測定した。キトサン試料を移動相中に2.5mg/mlに調製し、90℃で3時間加熱した。上記移動相は0.35N酢酸、8.2g/L酢酸ナトリウム、pH4.1とし、流速を0.7ml/分とした。試料の注入容量を100μlとし、SEC分離を日本国所在の東ソー社のTSK GPCカラムGMPWXLを用いて実施した。トリプル検出分析に使用する検出器は屈折率検出器(ウォーターズ社)、差圧粘度検出器(ビスコテック(Viscotek)社、モデルT60)、および光散乱検出器(ビスコテック社、モデルT60)とした。上記の3つの検出器を同時に用いて、データを収集しTriSECソフトウェアで処理した。
【0034】
各キトサンの重量平均分子量(M)、数平均分子量(M)、多分散性係数(M/M)、回転半径(Rgw)、重量平均固有粘度([ η] )、および脱アセチル化率(DD)を下表1に記載する。
【0035】
【表1】
Figure 2004263065
【0036】
予想外なことに、HeLa細胞およびMCF−7細胞はいずれも菌由来キトサン(A,B)感受性であるが、カニ殻由来キトサン(I−IV)感受性ではないことが見出された。菌由来キトサン(A,B)は30%を上回る抑制率で腫瘍の成長を選択的に抑制した(下表2を参照のこと)。一方、菌由来キトサン(A,B)は、ヒト胎児肺細胞(MRC−5)、またはヒト胃がん細胞株(AGS)やヒト肝臓がん細胞株(HepG2)のような他の腫瘍細胞株の成長を、有意には抑制しなかった。
【0037】
【表2】
Figure 2004263065
【0038】
(他の実施形態)
本明細書で開示された全ての特徴は、任意の組み合わせで組み合わせることが可能である。本明細書で開示された各々の特徴を、同一の、同等の、または類似の目的を果たす別の特徴で置き換えることが可能である。従って、特に明示のないかぎり、開示された各特徴は、一般的な一連の同等または類似の特徴のうちの単なる一例である。
【0039】
以上の説明から、当業者は本発明の本質的な特徴を簡単に確認することが可能であり、その趣旨および範囲を逸脱することなく、様々な利用および状態に合わせて本発明の種々の変形形態および修正形態を作製することが可能である。従って、他の実施形態も本明細書に記載の請求項の範囲内にある。

Claims (27)

  1. 50,000−140,000g/モルの重量平均分子量と85−95%の脱アセチル化率とを有するキトサン。
  2. 請求項1のキトサンと、医薬として許容可能な担体とを含む医薬組成物。
  3. 乳がんを治療する方法であって、該治療を必要とする患者に有効な量のキトサンを投与することからなる方法。
  4. 前記キトサンが50,000−140,000g/モルの重量平均分子量と85−95%の脱アセチル化率とを有する、請求項3に記載の方法。
  5. 前記キトサンが菌から調製される、請求項4に記載の方法。
  6. 前記キトサンがケカビ科の菌から調製される、請求項5に記載の方法。
  7. 前記キトサンがシャジクケカビ属の菌から調製される、請求項6に記載の方法。
  8. 前記キトサンがActinomucor taiwanesisから調製される、請求項7に記載の方法。
  9. 前記キトサンが菌から調製される、請求項3に記載の方法。
  10. 前記キトサンがケカビ科の菌から調製される、請求項9に記載の方法。
  11. 前記キトサンがシャジクケカビ属の菌から調製される、請求項10に記載の方法。
  12. 前記キトサンがActinomucor taiwanesisから調製される、請求項11に記載の方法。
  13. 子宮頚がんを治療する方法であって、該治療を必要とする患者に、50,000−140,000g/モルの重量平均分子量と85−95%の脱アセチル化率とを有するキトサンを有効な量投与することからなる方法。
  14. 前記キトサンがケカビ科の菌から調製される、請求項13に記載の方法。
  15. 前記キトサンがシャジクケカビ属の菌から調製される、請求項14に記載の方法。
  16. 前記キトサンがActinomucor taiwanesisから調製される、請求項15に記載の方法。
  17. 子宮頚がんを治療する方法であって、該治療を必要とする患者に、ケカビ科の菌から調製されるキトサンを有効な量投与することからなる方法。
  18. 前記キトサンがシャジクケカビ属の菌から調製される、請求項17に記載の方法。
  19. 前記キトサンがActinomucor taiwanesisから調製される、請求項18に記載の方法。
  20. 菌からキトサンを調製する方法であって、
    菌の培養物を15−24℃の温度で培養すること;および
    前記培養物からキトサンを単離すること;からなる方法。
  21. 前記菌がケカビ科の菌である、請求項20に記載の方法。
  22. 前記菌がシャジクケカビ属の菌である、請求項21に記載の方法。
  23. 前記菌がActinomucor taiwanesisである、請求項22に記載の方法。
  24. 50,000−140,000g/モルの重量平均分子量と85−95%の脱アセチル化率とを有する、請求項20に記載の方法で調製されるキトサン。
  25. 前記菌がケカビ科の菌である、請求項24に記載のキトサン。
  26. 前記菌がシャジクケカビ属の菌である、請求項25に記載のキトサン。
  27. 前記菌がActinomucor taiwanesisである、請求項26に記載のキトサン。
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