JP2004515450A - 敗血症処置のためのリポ多糖結合体ワクチン - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Small Business Innovation Research助成金番号1 R43A144578−01の支援を受けてなされた。政府は、本発明に一定の権利を有する。
【0002】
(発明の背景)
抗生物質治療および集中治療の顕著な改善にもかかわらず、敗血症およびその続発症、敗血症症候群または敗血症性ショック(集合的に、「敗血症」)は、入院患者における罹患率および死亡率の主な原因のままである。敗血症は、グラム陰性細菌およびグラム陽性細菌、真菌および他の病原性微生物によって誘発される。これらの生物は、損傷または感染の病巣で毒素を放出し、この毒素は次いで、サイトカインおよび他のメディエーターの放出を誘発する。感染が制御されない場合、内毒素および/または他の炎症メディエーターが循環中に進入し得、このことは、敗血症ならびに内皮損傷、低血圧および多器官不全をもたらす事象のカスケードを開始する。グラム陰性細菌は、多数のこのようなエピソードを担い、このようなエピソードは、高い死亡率と関連する。例えば、Centers for Disease Control,「Increase in national hospital discharge survey rates for septicemia B United States,1979−1987」,Morbid.Mortal.Weekly Reports,39,31(1990)を参照のこと。グラム陰性細菌によって引き起こされた敗血症性ショックを発症した患者において、致命率は50%以上に達し得る。R.C.Boneら,N.Eng.J.Med.,317,653(1987)を参照のこと。Escherichia coliは、グラム陰性血液単離物の40%〜52%を占める主な原因生物のままである(S.Chamberlandら,Clin.Infect.Dis.,15,615(1992);B.E.Kregerら,Am.J.Med.,68,332(1980))。
【0003】
リポ多糖(LPS、内毒素)は、グラム陰性細菌の外膜の主成分であり、敗血症性ショックおよび死をもたらし得る、グラム陰性病原体による感染の間に観察される病原性効果の多くを担う(E.T.Rietschelら,Scient.Amer.,267,54(1992);FASEB J.,8,217(1994))。腸内細菌LPSは、3つのドメイン(すなわち、リピドA、コア領域およびO特異的鎖)からなり、そのうちリピドAは、異なる病原性細菌間で構造的に最も保存されており、そしてLPSの毒性素因を表す(C.A.H.Raetz,Ann.Rev.Biochem.,59,129(1990);E.T.Reitschelら,Infect.Dis.Clin.North Am.,5,753(1991);C.Galanosら,Eur.J.Biochem.,148,1(1985))。E.coli J5 LPSの構造を図1に示す(Galanosら(1985)から)。LPSによって発揮される毒性効果は、細菌の生存率とは独立しており、そして抗生物質に対する病原性細菌の耐性を増大させることを考慮すると、敗血症についての代替処置ストラテジーについての探索は主な重要性である。
【0004】
敗血症の免疫治療についての最も有望なアプローチの1つは、LPSの保存領域(すなわち、リピドAおよびコア領域)に対する抗体を用いた受動免疫である。このような抗体は、異なるグラム陰性病原体と交差反応性であり、それゆえ、交差防御性であり得ると期待される。細菌LPSに対するポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体(Mab)を用いた受動免疫は、敗血症の動物モデルにおいて防御効果を示した。E.coli J5由来の部分的に無毒化されたLPSが、ラットにおけるPseudomonas aeruginosa感染に対する受動防御を提供されたウサギにおいてポリクローナル抗体を惹起し得ることが示された(A.K.Bhattacharjeeら,J.Infect.Dis.,170,622(1994))。同様に、E.coli J5に対するモノクローナル抗体が、マウスにおける異種細菌チャレンジ(challenge)に対する受動免疫防御を提供し得ることが示された(M.P.Schutzeら,J.Immunol.,142,2635(1989))。F.E.DiPadovaら,Infect.Immun.,61,3869(1993);J.D.Baumgartnerら,Immunobiology.187,464(1993)もまた参照のこと。しかし、防御は一般に、敗血症の病理が始まる前に抗体(Ab)が投与されることを必要とする。このことは、受動免疫が、予防的防御を提供する可能性を有するが、治療効力を提供する可能性は有さないことを示す。
【0005】
予防的防御は、受動免疫よりもむしろ、能動免疫またはワクチン接種によって最もよく提供される。防御抗体の誘導は、適切に改変された形態で提示されるLPSでの免疫によって、またはLPS生合成が欠損した変異細菌(ラフ型変異体(rough mutant))を介して、潜在的に達成され得る(C.Galanosら,Eur.J.Biochem.,31,230(1972);S.C.Bruinsら,Infect.Immun.,17,16(1977))。Escherichia coli J−5(E.coli O111:B4のラフ型変異体)は、30年より長い間、LPSに対する広範に交差反応性でかつ交差防御性の抗体を誘導する試みにおいて、免疫学的研究の大多数において用いられている。実際、熱殺傷E.coli J5細胞でのマウスの免疫は、b型Haemophilus influenzaeでのマウスのチャレンジに対して能動免疫防御を惹起し得る(M.I.Marksら,J.Clin.Invest,69,742(1982))。J.B.Baumgartnerら,J.Infect.Dis.,163,769(1991)もまた参照のこと。精製した無毒化E.coli J5 LPSの多重感染は、交差防御性抗LPS Abを惹起する抗原としても機能し得る。A.K.Bhattacharjeeら,J.Infect.Dis.,173,1157(1996)は、非共有結合性ワクチンを、部分的に無毒化したJ5 LPSおよびB群N.meningitidisの外膜タンパク質を用いて調製した。
【0006】
しかし、敗血症に対する安全かつ有効なワクチンの開発は、多くの種類の細菌に対する交差防御性抗体を惹起し得る非毒性LPS抗原の調製に関連した問題によって妨害されている。図1に示すように、LPSのジグルコサミン部分は、エステル連結ホスフェート、エステルおよびアミド連結脂肪酸、およびグリコシド性アリル(glycosidically)連結多糖で置換されている(C.R.Raetz,Annu.Rev.Biochem.,59,129(1990))。LPS分子の非脂質部分は、有益な抗体を惹起することに関与し得るエピトープを含む;そして、脂質(または脂肪酸)置換基は、LPS毒性の決定基を含む(C.Galanosら,Eur.J.Biochem.,148,1(1985);T.Reitschelら,Infect.Dis.Clin.North Amer.,5,753(1991))。従って、LPSを無毒化するために、他のエピトープの損失を最小限にしながら、脂肪酸を加水分解的に除去する試みが行われている。1つのアプローチは、エステル連結脂肪酸をジグルコサミン骨格から遊離させるマイルドなアルカリ加水分解を使用する。この方法を用いる問題は、この方法は、アミド連結した脂肪酸を遊離させず、それゆえ、完全な無毒化を提供しないことである。この処理をE.coli J5由来のLPSに適用した場合、LPSの部分的脱アシル化は、LPS発熱性を約100倍減少させた(A.K.Bhattacharjeeら,J.Infect.Dis.,170,622(1994))。しかし、部分的に脱アシル化された生成物は、防御抗体を惹起するために必要とされる用量よりも少ない用量で、発熱活性を依然として示した。
【0007】
LPSの無毒化のための他のアプローチは、マイルドな酸性加水分解を使用する。このアプローチは、毒性のより大きな弱毒化を提供するが、多糖エピトープのより広範囲の破壊を引き起こす。この処理は、LPSの内部コアとリピドAジグルコサミン骨格との間のグリコシド結合を切断する(S.J.Cryzら(米国特許第5,370,872号);R.K.Guptaら,Infect.Immunol.,63,2805(1995);C.Galanosら,Eur.J.Biochem.,148,1(1985))。加水分解後、多糖画分は、抗原として使用するために収集され、そして脂肪酸およびホスフェートが連結したジグルコサミンは廃棄される。この方法の問題は、酸性加水分解が、ジグルコサミンに会合したエピトープを除去し、そしてまた、LPS多糖の構造を部分的に改変することである。E.coli J5 LPSの場合、マイルドな酸性加水分解処理は、ネイティブなLPSの多糖コアに存在することが公知の糖基およびホスフェート基の両方を失った多糖抗原を生成し得る。従って、ジグルコサミン骨格が存在しないことに加えて、無毒化LPS多糖は、エタノールアミンホスフェートおよび非還元末端の3−デオキシ−マンノ−オクト−2−ウロソン酸(KDO)残基が枯渇している(S.Muller−Loenniesら,Eur.J.Biochem.,260,235(1999))。
【0008】
無毒化LPSに基づくワクチンの調製はまた、LPS抗原について適切なキャリアタンパク質の調製に関連した問題によって妨害されている。LPS多糖はヘルパーT細胞を活性化するエピトープを有さず、そしてキャリアを伴わないと、高力価の長期存続抗体を惹起するために必要とされる免疫記憶を誘導しないので、キャリアタンパク質が必要とされる(J.B.Robbinsら,J.Infect.Dis.,161,821(1990))。「トキソイド」といわれる、破傷風毒素またはトキシンAのような無毒化細菌毒素は、多糖抗原についてのキャリアとして用いられている。キャリアタンパク質に共有結合した場合、無毒化LPS多糖は、ハプテンとして作用し、そしてキャリアのいくつかの免疫原性特性がこの連結した多糖に付与される。特に、キャリア中のT細胞エピトープは、連結した多糖ハプテンに対する免疫記憶応答を誘導し得る。
【0009】
トキソイドキャリアの使用における制限は、トキソイドが、ハプテンのキャリア特異的エピトープ抑制を引き起こし得ることである。実験動物においては、この現象は、動物をトキソイド−ハプテン結合体でワクチン接種する前に動物をトキソイドに対して免疫した場合に生じる(C.Berquistら,Infect.Immun.,65,1579(1997);L.A.Herzenbergら,Nature,285,664(1980);M.P.Schutzeら,J.Immunol.,135,2319(1985))。トキソイドに対する獲得免疫がまた、キャリア特異的エピトープ抑制をヒトにおいて引き起こし得る証拠が存在する(D.DiJohnら,Lancet,2,1415(1989))。成人は、暴露の可能性の増加に起因して、トキソイドに対する免疫を有する可能性が若い子供よりも高い。この観察は、トキソイド−多糖結合体ワクチンが、若い子供においてよりも成人において、より効力が低いという予測をもたらす。
【0010】
それゆえ、グラム陰性敗血症に感受性である哺乳動物においてグラム陰性敗血症に対する防御を提供し得る免疫原性結合体についての継続した必要性が存在する。
【0011】
(発明の要旨)
本発明は、D.discoideumプロテイナーゼ1の分子のグルコサミン残基に共有結合した複数の脱脂グラム陰性細菌性リポ多糖(LPS)分子を含む免疫原性結合体を提供し、この結合体は、キャリア分子として機能する。本発明の結合体は好ましくは、各脱脂LPS部分をプロテイナーゼ1のグルコサミン残基へと共有結合する二官能性連結分子(すなわち「リンカー」)をさらに含む。本発明の結合体は、グラム陰性細菌によって引き起こされる感染または敗血症(全身性炎症応答および敗血症性ショックを含めて、その病原的結果を含む)を処置(予防または減弱)するために、ワクチンとして使用されて、感受性哺乳動物または感染した哺乳動物(例えば、ヒト)を、この感染または敗血症に対して能動的に免疫し得る。
【0012】
好ましくは、リンカーを、LPSおよびプロテイナーゼ1分子の両方においてグルコサミン残基に導入されたアルデヒドまたはアセタール部分と反応させる。例えば、リンカー上のアミン部分および/またはヒドラジノ部分は、Schiff塩基反応を介して、アルデヒド部分またはアセタール部分と反応し得、続いて還元されて、安定なCH2−NH結合を生じ得る。従って、本発明の結合体を作製するために用いられる方法および中間体もまた本発明の局面である。
【0013】
脱アシル化LPS分子は、グラム陰性細菌(例えば、E.coli(例えば、J5株))から調製され得、そして本明細書中以下では、多糖抗原または「PS」抗原といわれる。PS抗原は、得られるPS抗原上のリピドAジグルコサミン骨格もしくはコア成分(例えば、ジホスホリルエタノールアミン(−OP(O)(OH)−O−P(O)(OH)−OCH2CH2−NH2)またはKDO部分)も失うことなく、従って、高レベルの抗原性を保持して、脂肪酸のアミド結合およびエステル結合を切断することによって細菌性LPSが脱脂される条件下でグラム陰性細菌上で粘菌D.discoideumを増殖させることによって入手され得る。この生物変換を達成する好ましい発酵条件は、最少塩培地(例えば、脱イオン水中に約1mM〜10mMのMgCl2および約5mM〜50mMのKClを含む培地)中のグラム陰性細菌上でD.discoideumを増殖させることを含む。好ましいPS抗原は、E.coli J5 LPSから得られた脱脂したLPSである。D.discoideum培養物によって生成されるこのPS抗原の構造を図2に示す。
【0014】
この物質は、ホスホロモノエステラーゼ(phosphoromonoesterase)によって処理されて、1’−ホスフェート基を切断して、アセタール(またはCHO)基を生成し得、この基はさらに改変され得るかまたはリンカー上の官能基と反応し得る。それゆえ、脱脂したPS抗原および加水分解したPS抗原は両方とも、本発明の実施形態である。
【0015】
さらなる実施形態では、本発明は、細菌細胞由来のLPSを無毒化するための生物学的方法を提供する。特に、E.coliのJ5株から無毒化LPSを単離するために生物学的方法が提供される。この具体化方法は、細菌細胞をD.discoideumの培養物についての食物供給源としての使用に適切にするような方法で細菌細胞が調製されることを必要とする。この方法はまた、細菌細胞中のLPSが、D.discoideum細胞によって生成される酵素によって脱アシル化され得る形態のリピドAを含むことを必要とする。これらの条件が満たされれば、具体化方法を用いて無毒化LPS抗原を、いくつかの異なる種類のグラム陰性細菌(Enterobactereaceae、PseudomonadaceaeおよびVibrionaceae科の細菌、ならびにヒトの組織および器官における炎症および/または感染を引き起こす雑多な属のグラム陰性細菌を含めて、野生型または変異株のいずれかの医学的に関連した細菌を含む)から単離し得ることを期待することは妥当である。
【0016】
PS抗原のための新規キャリア分子は、D.discoideumプロテイナーゼ1の誘導体である。本発明のさらなる局面は、このキャリア分子を調製するための方法を提供することである。プロテイナーゼ1は、D.discoideum培養物の細胞画分から単離され得る。PS抗原分子は、PS抗原の直接的または間接的な結合を可能にするように改変された、キャリア分子中のリン酸化糖基に連結される。このリン酸化糖部分は、プロテイナーゼ1中の主なB細胞エピトープであると考えられ、そしてPS抗原の結合体化は、キャリア上のTh細胞エピトープを保存しながら、これらのエピトープを本質的に除去する。PS抗原によるキャリアB細胞エピトープの置換は、キャリアエピトープがPSエピトープに対する免疫応答のエピトープ抑制を引き起こすのを阻害すると期待される。この結合体化方法は、本発明のさらなる局面であり、キャリアがインビボでの防御抗PS抗体の生成を増幅し、次いでこの抗体がLPSが敗血症および敗血症性ショックの病理を引き起こすのをブロックする能力を最適化する。
【0017】
別の局面では、本発明は、結合体ワクチンのような免疫原性分子において有用な部分および抗原性ハプテンのためのキャリア分子として使用するためのD.discoideumプロテイナーゼ1誘導体を提供する。プロテイナーゼ1誘導体は、D.discoideumプロテイナーゼ1の、または類似のリン酸化グルコサミンを含む他のタンパク質(例えば、類似の構造のプロテイナーゼ)の、リン酸化されたグルコサミン部分の3,4−ジオール部分の酸化的切断によって調製された複数のアルデヒド部分を含む。このようなキャリア分子は、本明細書中以下の実施例に記載のようにE.coli J5 PS抗原とともに用いられ得るか、あるいは他の無毒化細菌性LPS部分または他のネイティブハプテンもしくは合成ハプテンに対して結合体化され得る。例えば、本発明の方法を用いて、ハプテンが、感染性疾患のワクチン、癌ワクチン、アトピー性疾患についてのワクチンまたは自己免疫疾患についてのワクチンのための防御多糖またはペプチドエピトープを表す結合体ワクチンを調製し得る。
【0018】
トキソイドまたは他のキャリアタンパク質、ならびに本発明のキャリア分子およびPS抗原と組み合わされ得る他のPS抗原およびハプテンを含む結合体ワクチンはそれぞれ、例えば、C.J.Cryzら(米国特許第4,771,127号および同第5,370,870号)、Schneersonら(米国特許第5,445,819号)およびParro(米国特許第5,306,492号)に開示される。
【0019】
(発明の詳細な説明)
(LPS多糖抗原)
抗原用途のためにLPSを無毒化する伝統的な方法は、非特異的な酸触媒加水分解プロセスまたは塩基触媒加水分解プロセスを用いて、脂肪酸をLPS多糖抗原から除去し、これらのプロセスは、本明細書中で上記で考察したように、多糖エピトープの所望でない改変を引き起こす。対照的に、本発明の生物学的無毒化プロセスは、D.discoideum細胞によって生成される酵素に頼って、脂肪酸をLPSへと連結するアミド結合およびエステル結合を加水分解する。これらの酵素的改変は非常に特異的であるので、この生物学的処理は、防御抗体を惹起するために必要とされる非毒性エピトープを保持しながら、毒性成分を選択的に除去する。従って、LPS無毒化の生物学的方法は、化学的無毒化プロセスとは異なり、ジグルコサミン、非還元末端のKDO、またはエタノールアミンピロリン酸基のいずれかをLPSの多糖へと連結する共有結合を加水分解することなく、LPSを完全に脱アシル化する。
【0020】
本発明の方法は、本発明の方法を例示するためにE.coli J5をPS抗原の供給源として用いる。本明細書中上記で考察したように、この生物由来のネイティブなLPSは、いくつかの他種のグラム陰性細菌由来のLPSと交差反応性の抗体を惹起し得る。D.discoideum細胞によるE.coli J5の生物学的処理を、E.coli J5 LPSを無毒化するための手段として用いた。なぜなら、以前の研究によって、D.discoideum細胞が脱アシル化LPS誘導体を細菌性異化の最終生成物として天然で生成することが示されたからである(D.Malchowら,Eur.J.Biochem.,2,469(1967);7,239(1969))。これらの研究はまた、D.discoideum細胞がエステル連結脂肪酸およびアミド連結脂肪酸をLPSのリピドA部分から代謝的に除去するが、LPSの多糖部分におけるグリコシド結合を加水分解しないことを示唆した。さらに、これらの研究は、ネイティブなLPSに対して惹起された抗体が、D.discoideumによって生成されるいくつかのLPS異化代謝産物を認識することを示した。しかし、D.discoideumがE.coliのJ5株を代謝し得ることは公知ではなかった。また、本発明より前には、その構造がどのようなものであろうとも、D.discoideumによって生成される形態の脱アシル化LPSが、抗体を惹起する免疫原性エピトープとしての活性を有し、次いでこの抗体がネイティブな形態のLPSを認識し得ることは公知でなかった。さらに、本発明よりも前には、先行技術は、脱アシル化E.coli J5 LPSをD.discoideum培養物から単離するための方法を提供しなかった。
【0021】
従って、本発明は、細菌性LPSをワクチン抗原として有用である形態で生物学的に抽出および無毒化するための、D.discoideumのような細胞性粘菌の最初に報告された用途を表す。無毒化LPS抗原を生成するための具体化生物学的方法は、LPSワクチン抗原を調製するために以前に用いられた化学的プロセスよりも経済的かつ有効である。以前の単離方法とは異なり、新たな生物学的方法は、LPSを抽出するために毒性の溶媒を必要としない。さらに、新たなプロセスは、LPSを無毒化する前にLPSを化学的に分画することを必要としない。その代わり、無毒化LPS抗原は、食物供給源として細菌上で増殖させたD.discoideum細胞の培養物によって生成される水溶性の最終生成物として直接入手される。抗原は、選択的濾過プロセスによって、およびエタノール−水混合物中でのそれらのバリウム塩の分別沈澱によって、D.discoideum培養培地から容易に精製される。
【0022】
本発明の無毒化方法によって、細菌を、液体培地中で培養し、収集し、そして塩化カリウムおよび塩化マグネシウムを含有する塩溶液で洗浄する。E.coli J5を、塩化マグネシウムおよび塩化カリウムの両方を含有する培地に添加した場合、細菌細胞は、D.discoideumによって容易に食作用される凝集物を形成した。細菌でD.discoideumを培養するための具体的方法は、5mM〜50mMの塩化カリウムおよび1mM〜10mMの塩化マグネシウムを含有する、リン酸を含まない培地を使用する。これらの塩の最適濃度は、異なる細菌株をこの具体化方法に用いた場合、異なり得る。例えば、E coli J5については、塩化カリウムおよび塩化マグネシウムについての好ましい濃度は、それぞれ、15mMおよび5mMである。
【0023】
洗浄した細菌を同じ塩溶液中に懸濁し、そしてD.discoideum胞子またはD.discoideumアメーバを播種する。得られた懸濁物を、15℃と25℃との間の一定温度で攪拌およびエアレーションしながらインキュベートする。D.discoideum細胞の増殖および凝集を、培養サンプルの定期的な顕微鏡検査によって追跡する。
【0024】
D.discoideum細胞が増殖を止めて集まって多細胞凝集物になるまで、培養を継続する。これらの条件が満たされた場合、培養物の攪拌およびエアレーションを中断し、そして凝集したD.discoideum細胞を培養培地から沈降(sediment)させる。次いで、培養培地を沈降物から分離し、そして濾過して残りの細胞を除去する。次いで、培地濾液を、0.2〜0.5容量のエタノールと混合し、そして混合物に、水溶性のバリウム塩を補充する。バリウムイオンの添加によって、エタノール−培地混合物から沈澱(precipitate)および沈降するバリウム−抗原錯体の形成が引き起こされる。
【0025】
LPS抗原をD.discoideum培養培地から沈澱させるためのこの方法は新規である。以前の研究(D.Malchowら,上記で引用)では、D.discoideum培養培地中のLPS誘導体は、遠心分離、エバポレーションおよび透析のプロセスを含む多段階法によって濃縮された。これらの方法は、ワクチン抗原として使用することが意図されたLPS誘導体を精製するためには望ましくない。第1に、遠心分離およびエバポレーションのプロセスは大規模で行うにはコストがかかるからであり;そして第2に、E.coli J5由来の脱アシル化LPS抗原は、従来の透析膜を容易に透過するからである。
【0026】
濾過された培養培地からLPS抗原を濃縮するための本発明の方法では、この培地は、10%と50%との間のエタノールおよび1mM〜10mMの間のバリウムイオンを含むように調整される。通常の水溶性バリウム塩(例えば、酢酸バリウムまたは塩化バリウム)は、バリウムイオンの供給源として使用される。代替的な二価カチオンでバリウムを置換することは、これらの方法の範囲内である。例えば、カルシウムイオンは、D.discoideum培養物において生成されたいくつかの種のLPS抗原を沈澱させるためにバリウムイオンよりも適切であり得る。
【0027】
0℃〜10℃の温度での少なくとも10時間のインキュベーション後、沈降物を収集し、水中に懸濁し、そして酸で処理してバリウムイオンをPS抗原から除去する。この処理後、PS抗原溶液を、適切な量の塩基(例えば、水酸化カリウム)の添加によって中和し、そして可溶化した抗原は、選択的濾過によって、および分別沈澱によって、種々の濃度のエタノールおよび種々の緩衝液を含有する溶液からさらに精製される。
【0028】
本発明の方法によって入手される精製されたPS抗原は、E.coli J5由来のネイティブなLPSの多糖部分について以前に決定された糖組成と類似した糖組成を有する(S.Muller−Loenniesら,Eur.J.Biochem.,260,235(1999))。精製された抗原調製物におけるKDO:ヘプトース:グルコサミン:グルコース:N−アセチルグルコサミンの比は、それぞれ、約2:3:2:1:1であった。リン−31 NMRは、ホスフェートが、精製された抗原分子中に、ジホスホジエステル形態およびホスホモノエステル形態として生じることを示した。PS抗原の構造を図2に示す。
【0029】
最終精製工程では、抗原は、ホスホモノエステラーゼで処理されて、1’−ホスフェートが各抗原分子中のジグルコサミン基から除去される。この処理は、各抗原分子中に1つのアルデヒド官能基またはアセタール官能基を生じ、この官能基は、キャリアタンパク質への直接的結合のためにさらに改変され得るか、または種々の(二)官能性連結分子と反応され得る。この加水分解反応を、図3の工程(1)に示す。
【0030】
(リンカー分子)
分子中へのアルデヒドまたはケタールの導入後、これらの基を、二官能性リンカー(例えば、アジピン酸ジヒドラジド(adipic dihydrazide;ADH)と反応させ、続いて、Schiff塩基の還元を行って、キャリアタンパク質へのPS抗原分子のその後の結合体化のために用いられ得るリンカー基を取り込み得る。この反応を、図3の工程2に示す。この誘導体化反応では、抗原は、pH5で約10% v/vの酢酸ナトリウムを含有するホルムアミドの溶液中で、または過剰のシアノ水素化ホウ素ナトリウム(sodium cyanoborohydride)を含有するpH4〜6の間の緩衝水溶液中で、約20℃〜40℃で約20時間インキュベートされる。続いて、水素化ホウ素ナトリウムを誘導体化反応液に添加して、抗原とADHとの間に形成されるヒドラジン結合の還元を増強し得る。これらの条件は、抗原中のアルデヒド基をADH中のα−ヒドラジド基へと連結する共有結合的なヒドラジド結合を含む、抗原−ヒドラジド分子を形成する反応を支持する。この反応に関与するアルデヒド基は、各抗原分子の還元末端グルコサミンにおけるアノマー性炭素を表す。
【0031】
他のリンカーが入手可能であり、そして2つのアルデヒド部分、2つのカルボン酸部分、またはそれらの混合物を連結するために用いられ得る。このようなリンカーとしては、(C1〜C6)アルキレンジヒドラジド、(C1〜C6)アルキレンジアミンもしくは(C1〜C6)アリーレンジアミン、ω−アミノアルカン酸(aminoalkanoic acid)、アルキレンジオールもしくはオキシアルケンジオールもしくはオキシアルケンジチオール、環状アミドおよび無水物などが挙げられる。例えば、米国特許第5,739,313号を参照のこと。
【0032】
(キャリアタンパク質およびその改変)
PS抗原についての本発明のキャリア分子を調製するために、プロテイナーゼ1(リソソーム性システインプロテイナーゼ)を、D.discoideum細胞から新規な方法によって精製した。以前に、プロテイナーゼ1は、2以上のクロマトグラフィー工程を用いる方法によって精製された(G.L.Gustafsonら,J.Biol.Chem.,254,12471(1979);D.P.Mehtaら,J.Biol.Chem.,271,10897(1996);T.Ordら,Arch.Biochem.Biophys.,339,64(1997))。以前のこれらの方法は、本発明の方法における使用のためには不適切であった。なぜなら、これらの方法は、精製された酵素の回収率が低く、そしてクロマトグラフィー工程は、酵素の大規模生成には望ましくなかったからである。本発明のプロテイナーゼ1精製方法における新規の工程は、酵素を酢酸バリウムの存在下でエタノール水溶液から沈澱させる工程、および酵素を高濃度の硫酸アンモニウムの存在下で沈澱させる工程を含む。クロマトグラフィー分画をこれらの新規工程で置き換えることによって、精製された酵素を、以前に達成されたよりもはるかに高い収率でかつより大きな規模で製造することが可能である。
【0033】
精製されたプロテイナーゼ1を、キャリアタンパク質としての使用に適切な形態に変換するために、このプロテイナーゼを、pH5とpH6との間のpHに調整された緩衝水溶液中で過ヨウ素酸ナトリウムと反応させる。この反応混合物中の過ヨウ素酸塩の好ましい濃度は、50mMと150mMとの間であり、そして好ましい反応温度は−20℃と20℃との間、好ましくは約0℃であり、そして所望の反応は、N−アセチルグルコサミン−1−ホスフェート(GlcNAcP)残基中のジオール基の、ジアルデヒド基への酸化的変換である。
【0034】
GlcNAcP−セリン部分を含む他のタンパク質(例えば、同様のリソソーム性システインプロテイナーゼ)は、D.discoideumまたは他の粘菌(Dictyosteliumの他の種またはPolysphondyliumの種を含む)から入手され得ると考えられる。
【0035】
本発明の実施は、プロテイナーゼ1を生成するために用いられるDictyostelium細胞を遺伝的に改変することによって増強され得る。例えば、遺伝的改変は、(1)より多量のプロテイナーゼ1を生成するDictyostelium変異体、(2)精製することがより容易である、変更された形態のプロテイナーゼ1を生成するDictyostelium変異体、または(3)より多数のGlcNAcP残基を含む、変更された形態のプロテイナーゼ1を生成するDictyostelium変異体を提供し得る。これらの増強は、Dictyostelium細胞を、天然または改変形態のプロテイナーゼ1の合成をコードするDNAでトランスフェクトすることによって達成され得る。組換えDNA技術は、Dictyosteliumの遺伝的改変における使用のために適合されており(Jenneら,J.Cell Sci.,111,61(1998);Moreno−Buenoら,Biochem.J.,349,527(2000)、およびAgarwalら,Differentiation,65,73(1999))、そしてプロテイナーゼ1の製造またはプロテイナーゼ1のキャリア機能のいずれかを増強するためにDictyosteliumのゲノムを改変する方法の使用は、本発明の範囲内である。
【0036】
(結合体化)
キャリアタンパク質(すなわち、酸化されたプロテイナーゼ)をPS抗原−ヒドラジドに結合体化するために、酸化されたタンパク質を、脱塩し、緩衝水溶液(好ましくはpH4とpH7との間のpH)中に懸濁し、そして約10℃〜30℃の温度で約20時間〜30時間、抗原−ヒドラジドと反応させる。次いで、得られる混合物を、過剰のシアノ水素化ホウ素ナトリウムで約24時間〜72時間、約0℃〜20℃で処理する。図4に示すように、これらの条件は、キャリアタンパク質中のアルデヒド基とPS抗原−ヒドラジド中のヒドラジド基との間で共有結合を生成する反応を支持する。いくつかの抗原を用いた場合、結合体化工程は、ADHが、酸化されたプロテアーゼと最初に反応し、次いで遊離ヒドラジノ基が抗原アルデヒドと反応するように逆転され得る。
【0037】
結合体化反応が完了したら、結合体は、未結合の抗原から分離され、透析によって脱塩され、そして濾過滅菌される。無菌の結合体は、水溶液、凍結溶液または凍結乾燥生成物として貯蔵され得る。
【0038】
(ワクチン処方物およびワクチン接種)
本発明のワクチンは代表的に、本発明のPS抗原−キャリア結合体を薬学的に受容可能な処方物中に取り込むことによって形成される。この処方物は、薬学的に受容可能なアジュバント(例えば、オイル、界面活性剤、ミョウバン)、免疫促進剤(例えば、リン脂質、糖脂質、グリカン、グリコペプチド、またはリポペプチド)、および1以上の希釈剤(「賦形剤」)を含み得る。使用のために適切な希釈剤の例は、水、リン酸緩衝化生理食塩水、0.15M塩化ナトリウム溶液、デキストロース、グリセロール、マンニトール、ソルビトール、希エタノール、およびこれらの混合物である。薬学的に受容可能な投薬形態のワクチンは、液剤、乳剤、分散剤、錠剤またはカプセル剤として処方され得る。
【0039】
ヒトでの使用については、ワクチンは好ましくは、通常、皮下注射経路または筋肉内注射経路を介して、非経口的に投与される。あるいは、これらは、腹腔内に、静脈内に、または吸入によって投与され得る。液剤または懸濁剤のような経口投薬形態もまた用いられ得る。一般に、本発明のワクチンは、1用量のワクチンが、0.1mlと0.5mlとの間の容量で投与され得るように処方されるが、経口的に与えられる場合、本発明のワクチンは、カプセル剤または錠剤の形態で投与され得る。ワクチン投薬量、個体に与えられる用量の数、およびワクチン接種スケジュールは、結合体中の抗原の抗原性および免疫原性、ならびに他の公知の薬学的考慮事項(例えば、個体の年齢および体重)に依存する。
【0040】
本発明のワクチンは、敗血症および敗血症性ショックを発症する危険性の高いヒトに防御的利益を提供する。これらとしては、慢性疾患を有する、より高齢の患者、攻撃的化学療法または免疫抑制治療で処置されている患者、移植器官を受けている患者、および重篤な外傷性傷害の犠牲者が挙げられる。本発明のワクチンはまた、ヒトにおいて、病原性グラム陰性細菌を含む1種以上の感染に対する防御的利益を提供し得る。ワクチンを用いて得られる防御のレベルは、ワクチン接種された個体において生成される抗LPS抗体の血液力価と相関し得る。投薬量はまた、ヒトにおいて安全および/または有効であることが見出されているトキソイド−PSワクチンの投薬量から外挿され得る。例えば、米国特許第4,771,127号および同第5,370,872号を参照のこと。
【0041】
本発明は、以下の詳細な実施例を参照してさらに記載され、ここで、比色アッセイおよびHPLCアッセイは、LPS−多糖およびPS抗原の化学的組成を評価するために用いられた。これらは、以下についてのアッセイを含んでいた:ホスフェート(B.N.Ames,Methods in Enzymol.,8,115(1966))、グルコサミン(R.L.Smithら,Anal.Biochem.,98,478(1979))、N−アセチルグルコサミン(T.A.Goodら,Anal.Biochem.,9,253(1964))、KDOおよびヘプトース(M.S.Osbornら,Biochemistry,50,499(1963))、グルコース(Sigma Chemicals,St.Louis,MO,Kit #510−A)(E.Raaboら,Scand.J.Clin.Lab.Invest.,12,402(1960))およびアルデヒド官能基(J.T.Parkら,J.Biol.Chem.,181,149(1949))。種々の精製工程を通じての多糖の回収は、フェノール−硫酸アッセイ(G.Ashwellら,Arch.Biochem.Biophys.,42,648(1965))によってモニタリングされた。エタノールアミン、エタノールアミンホスフェートおよびジグルコサミンは、HPLCによってモニタリングされた。プロテイナーゼ1の酵素活性は、G.L.Gustafson(上記に引用)によって以前に記載された通りに決定された。全ての遠心分離プロセスは、3600×gで15分間、5℃で行われた。核磁気共鳴分光法は、Varian Unity 400 MHZ NMR装置を用いて行われた。プロテイナーゼ1の分画のためのトリクロロ酢酸緩衝液(TCAB)は、ナトリウム塩として購入されたかまたは4Mの冷トリクロロ酢酸溶液を4Mの冷水酸化ナトリウムで1.5の最終pHになるまで滴定することによって調製されたかのいずれかであった。全てのTricine緩衝液は、pH8で調製された。
【0042】
(実施例1:D.discoideum細胞およびグラム陰性細菌からの粗脱アシル化LPSの生成)
(A.材料)
酵母抽出物、トリプトン(tryptone)、デキストロースおよび寒天は、Difco Laboratories,Detroit,MI製であった。他の全ての化学物質は、試薬等級であった。
【0043】
(B.生物および増殖条件)
1.細胞株。D.discoideumのNC−4株(ATCC 24697)およびE.coliのJ5株(ATCC 43475)を、American Type Culture Collection,Rockville,MDから入手した。D.discoideum NC−4胞子およびE.coli J5細胞のストックを、−80℃で、それぞれ、33%グリセロールおよび15%グリセロール中で保存した。Pa3は、Pseudomonas aeruginosa(ATCC 33354)から誘導されたラフ型LPS変異体である。
【0044】
2.処方箋。栄養ブロス(NB):10g Tryptone、10gデキストロース、1g酵母抽出物、0.247g(1mM)硫酸マグネシウム七水和物、0.378g(2.7mM)第二リン酸ナトリウム、1.44g(10.6mM)第一リン酸カリウム(脱イオン水で1リットルにする)。栄養寒天(NA):1LのNB+15g寒天。栄養培地1(NM1):18mMリン酸カリウム緩衝液(pH6.9)、20g Tryptone、30gデキストロース、3g酵母抽出物、0.0255g(0.23mM)CaCl2、0.5g(3.8mM)硫酸アンモニウム、0.45g(2mM)硫酸マグネシウム、0.0427g(0.18mM)クエン酸ナトリウム、0.012g(0.08mM) 硫酸鉄(II)および1.0ml微量元素(脱イオン水で1リットルにする)。栄養培地2(NM):酵母抽出物を含まないNM1。マグネシウム培地(MgM):脱イオン水中の5mM塩化マグネシウムおよび15mM塩化カリウム。
【0045】
3.作業培養物。微生物を、各生成操作について新たに調製した。E.coli J5の作業培養物については、ストック細胞を、無菌の栄養寒天プレートに画線し、そして37℃にて3日間インキュベートした。Pa3の作業培養物については、ストック細胞を、無菌のTSAプレートに画線し、そして37℃で24時間〜48時間インキュベートした。D.discoideum胞子の作業培養物については、E.coli J5のストック細胞およびD.discoideumのストック胞子を、無菌の栄養寒天プレートに広げ、そして20℃で1週間インキュベートした。
【0046】
4.種菌培養物。種細菌を、3リットルの無菌のNM1に、E.coli J5またはPa3の作業培養物を接種し、そして10時間〜16時間、37℃にてインキュベートすることによって調製した。得られた培養物中の細菌を遠心分離によって収集し、そして無菌のMgMで洗浄した。D.discoideumアメーバの種菌培養物を、1リットルのMgMに12g(湿重量)の種細菌(2×108個のD.discoideum胞子)を接種することによって調製し、そして培養物を、30時間〜40時間、20℃にてインキュベートした。
【0047】
5.E.coli J5およびPa3飼料(feed)細菌:飼料細菌を、15LのNM2に6gの洗浄E.coli J5またはPa3種細菌を接種し、そしてこの培養物が定常期に入るまで、攪拌、エアレーションおよびpH制御しながら37℃でこの培養物をインキュベートすることによって調製した。飼料細菌を遠心分離によって収集し、そして無菌のMgMで洗浄した。代表的に、洗浄した細菌の湿重量の収量は、E.coli J5について400g〜500gの間、そしてPa3について200g〜400gの間であった。これらの細菌を用いて、15LのD.discoideum培養物に給餌した。
【0048】
6.培養条件。15リットルの無菌のMgMに、120g〜160g(湿重量)の洗浄した飼料細菌を補充し、1リットルのD.discoideum種菌アメーバを接種し、そして攪拌およびエアレーションしながら20℃でインキュベートした。本質的に全ての細菌が消費されたときに、D.discoideum細胞を培養培地から分離し、25mM塩化カリウムで洗浄し、そしてその後のプロテイナーゼ1を調製する際の使用のために、−80℃で凍結して保存した。粗脱アシル化LPSを含有する培養培地を、多糖抗原を調製する際の使用のために別に収集した。
【0049】
7.多糖抗原の単離。15〜17リットルの遠心分離した培養培地(粗脱アシル化LPSを含有する)を、ZetaPlus 60SP薬学的等級の深層フィルターに通過させた。濾液に、0.5M Tricine緩衝液(20ml/濾液1L)、1M酢酸バリウムまたは塩化バリウム(4ml/濾液1L)、95%エタノール(300ml/濾液1L)を補充し、そして4℃で10時間〜20時間インキュベートした。工程2からのインキュベーション混合物を遠心分離した;ペレットを400mlの脱イオン水に懸濁し、そして硫酸の添加によってpH3にした。酸性化した懸濁物のpHを、水酸化カリウムの添加によってpH8になるように再度調整した。この懸濁物を遠心分離し、そして硫酸バリウムペレットを棄てた。
【0050】
上清を10mM EDTAにし、等容量の95%エタノールと混合し、そして得られた混合物を−20℃で30分間インキュベートする。沈澱した多糖抗原を遠心分離によって収集した。ペレットを150mlの50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH4.5)中に溶解し、等容量の95%エタノールと混合し、そして−20℃で30分間インキュベートさせた。沈澱した多糖抗原を遠心分離によって再度回収した。
【0051】
ペレットを、30mlの50mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH4.5)に溶解し、そして30psiの圧力下で攪拌セル中で5,000分子量カットオフのフィルターに通過させた。次いで、このフィルターを、さらに30ml〜50mlの酢酸ナトリウム緩衝液(pH4.5)を通過させることによって洗浄した。この洗浄液を最初の濾液に添加し、2容量の95%エタノールと混合し、そして−20℃で10時間〜20時間インキュベートした。沈澱した多糖抗原を遠心分離によって収集した。ペレットを10ml〜15mlの脱イオン水に溶解し、150mM Tricine(pH8.0)にし、2容量の95%エタノールと混合し、そして−20℃で1時間〜20時間インキュベートした。沈澱した多糖抗原を遠心分離によって収集した。
【0052】
精製した抗原を、脱イオン水に約10mg/ml〜20mg/mlで再度溶解し、そしてアルカリホスファターゼで56℃で1時間〜2時間消化して残りのホスフェートをジグルコサミン骨格の還元末端から除去した。ホスフェート遊離の完了を、標準的な比色アッセイを用いてアルデヒド対KDO比をモニタリングすることによって確認した。
【0053】
ホスファターゼ処理PS抗原を、5,000分子量カットオフのフィルターを通した濾過によってアルカリホスファターゼから分離した。最初の濾液およびその後の洗浄液を上記のようにプールしておき、そして150mM Tricine(pH8.0)にした。2容量の95%エタノールを、このプールした濾液に添加し、そして混合物を−20℃で2時間〜24時間インキュベートした。沈澱したホスファターゼ処理PS抗原を遠心分離によって収集した。精製した加水分解PS抗原を脱イオン水中に再懸濁し、所望の数の血清バイアル中に分散させ、シェル凍結(shell frozon)し、凍結乾燥し、キャップし、そしてPS抗原ヒドラジドを作製するために用いるまで貯蔵した。
【0054】
(実施例2)
(A.抗原ヒドラジドの調製(方法I))
アジピン酸ジヒドラジド(2.48g)を63.9mlのホルムアミドに溶解して溶液1を得た。精製したホスファターゼ処理PS抗原(280mg)(「PS抗原アルデヒド」)を7.1mlの2M酢酸ナトリウム緩衝液(pH5)中に溶解して、溶液2を得た。溶液1と溶液2とを合わせ、1.34gのシアノ水素化ホウ素ナトリウムを補充して溶液3を得た。
【0055】
溶液3を氷酢酸の添加によってpH7.5にし、そして室温で20時間インキュベートした。このインキュベーション期間の最初の12時間の間、溶液のpHを、氷酢酸の定期的な添加によってほぼpH7.5に維持した。
【0056】
インキュベーション後、溶液に71mlの0.5M Tricine緩衝液、0.5mlの1M酢酸バリウムおよび140mlの95%エタノールを補充し;そして混合物を−20℃で1時間インキュベートした。インキュベートした混合物を遠心分離し、ペレットを収集し、25mgの水素化ホウ素ナトリウムを含有する22mlの0.5M Tricine緩衝液中に溶解し、そして室温でインキュベートした。さらに25mgの部分の水素化ホウ素ナトリウムを、1時間のインキュベーション期間の経過の間に15分間の間隔でこの混合物に3回添加した。
【0057】
PS抗原ヒドラジドを、反応混合物に22mlの脱イオン水、88mlの95%エタノールおよび0.2mlの酢酸バリウムを添加することによって反応混合物から沈澱させた。沈澱させたPS抗原ヒドラジドを遠心分離によって収集し、ペレットを、1.5mM酢酸バリウムを含有する44mlの0.25M Tricineに溶解させ、そして88mlの95%エタノールの添加によって再度沈澱させた。再沈澱工程を繰り返し、そして得られた洗浄したPS抗原ヒドラジドを、8000分子量カットオフのメンブレンを通して濾過した。
【0058】
濾過したPS抗原ヒドラジドを、2容量の95%エタノールで沈澱させ、遠心分離によって収集し、そしてペレットを減圧下で乾燥させた。
【0059】
(B.抗原ヒドラジドの調製(方法II))
アジピン酸ジヒドラジド(2.63g)およびシアノ水素化ホウ素ナトリウム(1.43g)を、0.5M MES緩衝液(pH6.3)(75mL)中のホスファターゼ処理化ポリサッカリド抗原(300mg)の溶液に添加した。反応物を、37℃で20時間、攪拌しそしてインキュベートした。
【0060】
このインキュベーション後、反応混合物に、乾燥CHES緩衝剤(7.77g)を補充し、次いで、溶液を、水酸化ナトリウムでpH9.0に調整した。この反応物に、1時間周囲温度でインキュベートしながら、30分間隔で、水素化ホウ素ナトリウム(700mg)を2回添加した。抗原ヒドラジドを、95%エタノール(200mL)での沈殿および−20℃で1時間のインキュベーション後に、遠心分離(4℃、3600rpmで、15分間)によって回収した。
【0061】
ペレットを、水(70mL)および0.5M Tricine(pH 8.0)(30mL)中に溶解し、そして95%エタノール(200mL)を添加しそして−20℃で1時間インキュベートすることによって沈殿させた。抗原ヒドラジドを、上記のように遠心分離によって回収した。
【0062】
この抗原ヒドラジドペレットを、水(70mL)および0.9%生理食塩水(30mL)中に溶解し、次いで、上記のように遠心分離によって沈殿させそして回収した。
【0063】
このペレットを、水(50mL)中に溶解し、−80℃で凍結させ、そして乾燥するまで凍結乾燥させた。
【0064】
(実施例3)
(プロテイナーゼ1の単離)
D.discoideum細胞の凍結ケーク(500〜600gm湿重量)を、3mM ジチオトレイトール(2.25ml/gm細胞)中に懸濁し、そして懸濁液を、約4℃の温度で平衡化した。冷TCAB(0.75ml/gm細胞)を、攪拌しながら懸濁液に添加し、次いで、得られた混合物を、約2.4の最終pHまで冷0.5N HClで滴定した。滴定した混合物を遠心分離し、そして上清液をプロテイナーゼ1のさらなる分画のために収集した。冷0.5M Tricine緩衝液(0.5ml/gm細胞)を上清液に添加し、そして混合物を水酸化ナトリウムの添加によってpH8に調整した。この溶液を、フラクションF1と名付けた。
【0065】
フラクションF1を、95%エタノール(F1の0.67×容量)と混合し、そして混合物を、−20℃で1.5時間インキュベートした。遠心分離後、上清液を収集し、そして95%エタノール(F1の1/3×容量)および1M 酢酸バリウム(F1の0.004×容量)で補充した。−20℃で1.5時間でのインキュベーション後、混合物を遠心分離し、ペレットを収集し、そして10mM Tricine/4mM ジチオトレイトール(10T/4D)を含有する600mlの緩衝液中に懸濁した。この懸濁液を遠心分離し、そして上清液(フラクションF2)を収集した。
【0066】
フラクションF2を、95%エタノール(F2の1×容量)および1M 酢酸バリウム(F2の1/500×容量)と混合した。−20℃で1時間のインキュベーション後、混合物を遠心分離し、上清を捨て、そしてペレットを、150mlの10T/4D緩衝液中に懸濁した。この懸濁液を遠心分離し、そして上清液(フラクションF3)を回収した。
【0067】
フラクションF3を、95%エタノール(F3の1×容量)および1M 酢酸バリウム(F3の0.002×容量)と混合した。−20℃で1時間のインキュベーション後、混合物を遠心分離し、上清を捨て、そしてペレットを、80mlの10T/4D緩衝液中に懸濁した。この懸濁液を遠心分離し、そして上清液(フラクションF4)を回収した。
【0068】
フラクションF4を、95%エタノール(F4の1×容量)および1M 酢酸バリウム(F4の0.002×容量)と混合した。−20℃で1時間のインキュベーション後、混合物を遠心分離し、上清を捨て、そしてペレットを、40mlの10T/4D緩衝液中に懸濁した。この懸濁液を遠心分離し、そして上清液(フラクションF5)を回収した。
【0069】
フラクションF5を、95%エタノール(F5の0.15×容量)と混合した。−20℃で1時間のインキュベーション後、混合物を遠心分離し、ペレットを捨て、そして上清を、エタノール(F5の0.85×容量)と混合した。−20℃で1時間のインキュベーション後、混合物を遠心分離し、上清を捨て、そしてペレットを、10mlの10T/4D緩衝液中に懸濁した(フラクションF6)。
フラクションF6を、10T/4D緩衝液に対して透析し、そして透析液を、等量の4M 硫酸アンモニウムと混合した。遠心分離後、上清液を収集した(フラクションF7)。
【0070】
プロテイナーゼ1を、さらなる硫酸アンモニウムでの処理によってF7から沈殿させた。沈殿物を、遠心分離によって収集し、そして少量の5mM 重炭酸アンモニウム中に溶解し、さらなる5mM 重炭酸アンモニウムに対して透析し、そして凍結乾燥して、精製プロテイナーゼ1を得た。
【0071】
(実施例4)
(プロテイナーゼ1−PS抗原結合体の合成)
以下のように、精製プロテイナーゼ1を酸化して、ジアルデヒド側鎖部分を導入した:1)約35mgのプロテイナーゼを、545mgの過ヨウ素酸ナトリウムを含有する25.5mlの0.1M 酢酸ナトリウム(pH5)中に溶解し、そして得られた混合物を、20時間4℃で暗所にて、氷浴中でインキュベートし、2)次いで、混合物に、5mlの50%グリセロールを補充し、そして氷浴中のインキュベーションを、さらに2時間継続した。この反応の生成物を、10,000分子量カットオフを有する透析膜を備えた攪拌透析チャンバ中で、透析および濃縮した。得られた溶液を、約10mlの最終容量中に0.1Mの酢酸ナトリウム(pH5)を含むように調整した。
【0072】
乾燥PS抗原ジヒドラジド(約280mg)を、この酸化されたプロテイナーゼ1の溶液中に溶解し、結合体化反応混合物を形成した。この反応混合物を、室温で約16時間インキュベートした。次いで、これに、3mlの0.5M 酢酸ナトリウム(pH5)および169mgのシアノ水素化ホウ素ナトリウムを補充し、そしてインキュベーションを室温でさらに20時間継続し、HNHNC(O)(CH2)4C(O)NHNリンカーによって複数のPS抗原部分に連結されたプロテイナーゼ1を得た。
【0073】
次いで、キャリア−抗原結合体を、5000分子量カットオフを有する膜を備えた攪拌透析チャンバ中での反応混合物の濾過によって、結合体化されていない抗原ヒドラジドから分離した。この結合体化生成物は、膜上に保持され、そしてこれを、15mlの10mM Tricine緩衝液中に収集した。
【0074】
緩衝溶液中の残りのバリウムイオンを、0.02mlの4M硫酸アンモニウムの添加後に硫酸バリウムとして沈殿させた。この沈殿を遠心分離によって除去し、そして残りの上清液体を5mMの重炭酸アンモニウムに対して透析し、そして凍結乾燥させた。この凍結乾燥させた結合体化ワクチンは、約18mgのキャリアタンパク質および約26mgの多糖類抗原を含んだ。
【0075】
(実施例5)
(プロテイナーゼ1ベースのキャリアがE.coli J5 PS−抗原に対する免疫原性応答および免疫記憶応答を増強する能力)
抗原−キャリア結合体を用いてワクチンを調製するために、結合体のサンプルを、0.1%のTween−80の適切な容量に溶解させ、0.1mlの溶液当たり10ワクチン用量を含む溶液を得た。等量のフロイント不完全アジュバントをこの溶液に添加し、そしてこの混合物を、乳化した。生じた乳濁液を、4容量の0.1%のTween−80で希釈して、10ワクチン用量/mlを含む最終乳濁液を得た。別々の乳濁液を、抗原−キャリア結合体の各々の用量レベルについて調製し、そして各々の用量を0.1mlの総容量で送達した。
【0076】
各ワクチン用量を、皮下注射によって別々のマウス群に投与した。成熟した雌性ICRマウスの年齢適合集団から、群を無作為に集合させた。免疫したマウス由来の血液サンプルを、ヘパリン中に回収し、マウスの各群由来の個々の血漿の等アリコートを、抗体分析のためにプールした。抗体力価をネガティブコントロールとして正常免疫血清(ワクチン接種されない10匹のマウスからプールされた)を使用し、そしてポジティブコントロールとしてE.coli J5 LPSに対するモノクローナル抗体を使用するELISAによって決定した。
【0077】
予備実験(データは示さず)は、非結合体化PS抗原でのマウスの一次免疫および二次免疫が、E.coli J5またはSalmonella enteritidis(SE)のいずれか由来のLPSでのELISAにおいて反応性の抗体を微量のみ誘発したことを示した。これらの結果は、非結合体化LPS多糖類が弱い抗原であることを示す他の研究と一致する。
【0078】
以下の表1は、E.coli J5 PS抗原およびキャリアタンパク質を含む結合体ワクチンの一次、二次および三次用量を与えられたマウスからのELISAの結果を要約する。一次ワクチン用量を、15週齢で与えた。二次ブースターワクチン用量を、一次用量の24時間後に与え、そして三次ブースター用量を、二次用量の11日後に与えた。群1のマウスは、各注射において25μg用量の抗原−キャリア結合体を受け、群2のマウスは、50μg用量の結合体を受け、そして群3のマウスは、100μg用量の結合体を受けた。
【0079】
【表1】
*力価を、0.1+バックグラウンドのOD450の読み取りで決定した。平均OD450バックグラウンドは、約0.065であった。
【0080】
これらの結果は、結合体ワクチンによるマウスの一次免疫が、700〜1700の間の抗LPS抗体力価を誘発し;そして二次免疫が、約20〜30倍の抗体力価をブーストしたことを示す。これらの結果は、キャリアタンパク質が、これに結合体化した多糖類抗原の免疫原性およびT細胞依存性の両方を増強したことを実証する。各一次ワクチン用量と各二次ワクチン用量との間の、および各二次ワクチン用量と各三次ワクチン用量との間で観察される抗体力価の増幅は、このキャリアタンパク質がPS抗原に連結した免疫学的記憶を誘発することを実証する。有意な差異(P>0.05)は、100μgのワクチン用量によって誘発された三次抗体力価と、PS抗原−キャリア結合体の25μg用量または50μg用量のいずれかによって誘発された三次抗体力価との間で観察されなかった。
【0081】
(実施例6)
(交差反応性の抗LPS抗体を誘発する、E.coli J5 PS抗原結合体ワクチンの能力)
表2は、3つの別々の実験、E1、E2およびE3から得られた、本発明の結合体ワクチンによって誘発される抗体の交差反応性についてのデータを示す。全ての実験におけるマウスは、成熟した非近交系(out−bred)の雌性ICRマウスであった。4つの異なるロットの結合体ワクチンを使用した。E1におけるマウスは、一次注射のために200μgのロット1ワクチンを受け、7週間後の二次注射のために200μgのロット3ワクチンを受け、そして一次注射の10週間後の三次注射のために200μgのロット4ワクチンを受けた。
【0082】
E2におけるマウスは、一次注射のために200μgのロット2ワクチンを受け、6週間後の二次注射のために200μgの結合体ロット3ワクチンを受け、そして一次注射の11週間後の三次注射のために200μgの結合体ロット4ワクチンを受けた。
【0083】
E3におけるマウスは、一次注射のために25μgのロット4ワクチンを受け、3週間後の二次注射のために25μgのロット4ワクチンを受けた。
【0084】
血漿を、E1およびE2については三次ワクチン接種の2週間後に回収し、そしてE3については二次ワクチン接種の11日後に回収した。各群のマウス由来の等アリコートの血漿をプールした。プールした血漿サンプルを、指定された型の細菌から精製したLPSに対する抗体力価についてELISAによって評価した。ワクチン接種したマウス由来のプールされた血漿における抗LPS力価を、非免疫マウス由来のプールされた血漿における抗LPS力価と比較した。表2に報告した交差反応抗体力価は、非免疫のバックグラウンド力価より少なくとも4〜5倍であった。
【0085】
【表2】
E1、E2、E3=実験1,2,および3
非免疫血清は、100に等しいかまたはそれより小さかった
ND=検出されず
表2中の結果は、敗血症の原因因子として関連した種々野生型細菌からのLPSと交差反応した抗体を惹起した発明の複合ワクチンを示し、しかも本発明のワクチンが、これらの種類の細菌により引き起こされた感染に対し有益な保護を提供し得たことを示す。
【0086】
(実施例7)
E.coli J5 PS抗原−キャリア結合体を用いたワクチン接種は、重篤な敗血症に対しマウスを保護する。
【0087】
誘導されたLPS−過敏症を含むモデルを用い、本発明の複合ワクチンにより与えられる保護活性を評価した。マウスを、熱殺傷したCorynebacterium parvumの腹腔注射により過敏症にした(C.Galanosら、Immunobiol.、187、349(1993))。この処置の6日後、動物を、S.enteritidisからの、10ngのLPSを抗原投与した。抗原投与後、2時間および6時間に体温を測定した。
【0088】
図5−6中のデータは、マウスの2つの非ワクチン接種コントロール群(第1群および第2群)に由来する。第1群は、C.parvumで感作したが、LPSを抗原投与しなかった;そして第2群は、感作および抗原投与した。実験群(第3群)は、3回の、100μg用量の複合ワクチンで免疫化した。
【0089】
図5−6中に要約した実験では、第3群のマウスは、第2群と同じ様式で感作および抗原投与した。この実験は、第3群のマウスが、第3の免疫化後40日にC.parvum感作を受け、そしてこの免疫化の後46日にLPSで抗原投与されるようなスケジュールとした。すべての群からのマウスの体温を、LPSを用いた抗原投与後2および6時間後(それぞれ図5および6)測定した。
【0090】
第1群に関する図5に示される結果は、LPSで抗原投与されなかったC.parvum処理マウスが、36.5〜38℃の範囲の体温を有し、そしてこの温度範囲が、観察期間の経過の間保持されたことを示した(図6)。対照的に、抗原投与後2時間の第2群マウスの体温範囲は、32.7−37.2℃であり、そして約70%のマウスが、第1群で観察された最小温度より低い体温を有していた。図6に示されるように、抗原投与後6時間では、第2群のマウスの約55%が、第1群の36.5℃最小温度より低い体温を有しており、そして第2群の残りは、37.5〜38.5℃の範囲にある温度を有していた。
【0091】
対照的に、ワクチン接種された群のマウス(第3群)は、抗原投与後2時間には、34.3〜38℃の範囲の体温を有し、47%が第1群の最小36.5℃より低い温度を有していた。抗原投与後6時間では、19匹のワクチン接種マウスのうち2匹だけ(11%)が、36.5℃より低い体温を有し、そして残りは、36.9〜38.5℃の範囲の温度を有していた。
【0092】
通常の非処理マウスの体温範囲は、36.1〜37.1℃で、36.7℃の平均温度であることが観察された(データは示さず)。これは、他の研究者により得られた平均の通常体温と同様である(A.Romanovskyら.、Am.J.Physiol.、270、R693(1996))。従って、図5−6における結果を評価する目的には、37.1℃を超える体温が高体温(hyperthermic)であると考えられ、そして36.1℃より低い体温が低体温(hypothermic)であると考えられた。この関係から、図5−6における結果から、以下の結論が導かれた:a)LPSで抗原投与されなかった非ワクチン接種過敏症マウス(第1群)の約半分が、通常マウスの範囲の体温を有し、そして残りがわずかに高体温であった;b)LPSで抗原投与された非ワクチン接種過敏症マウスの大部分が、抗原投与後2時間で高体温であり、抗原投与後6時間で約半分のマウスで高体温が持続した;およびc)ワクチン接種した、過敏症マウスの約1/3が、抗原投与後2時間で低体温であったが、低体温は、抗原投与後6時間で19匹のマウスのうち2匹のみで持続した。
【0093】
図5−6で要約される実験の前に、非ワクチン接種過感作マウスにおけるS.enteritidisの致死用量の閾値が約20ngであることを見出した。従って、上記の実験に用いられた10ngのLPS抗原投与用量は、非ワクチン接種マウスの致死用量の閾値に近かった。マウスおよびラットのような小げっ歯類では、持続する低体温は重篤な敗血症の症状であり、そして一時的な低体温は、軽い敗血症の症状である。例えば、R.Blanqueら、Gen.Pharmacol.、27、973(1996);T.P.Clemmerら、Crit.Care Med.、20、1395(1992)を参照のこと。従って、図5−6における結果は、10ngのLPS抗原投与用量が、具現化された複合ワクチンで免疫化したマウスにおけるより、コントロールマウス中でかなり重篤な敗血症を引き起こしたという結論を支持する。
【0094】
敗血症に対する保護を提供することに加えて、具現化された複合ワクチンはまた、その他の感染性合併症に対する保護を提供し得る。例えば、このワクチンは、紅斑性狼瘡(エリテマトーデス)を患う患者および鎌型赤血球病を患う患者において生じるS.enteritidusによる感染に対する保護を提供し得、そして、それは、この細菌によって引き起こされる胃腸炎および腸熱に対する保護もまた提供し得る。例えば、S.Abramsonら、Arthritis Rheum.、28、75(1985);J.R.Wrightら、J.Pediatr.、130、334(1997);J.L.Taylorら、J.Infect.Dis.、167、781(1993);MMWR Morb.Weekly Rep.、49、73(2000)を参照のこと。また、本明細書に開示される方法は、その他の種類のLPS多糖を含む複合ワクチンを生成することに容易に適用し得、そしてこれらのワクチンは、単独または組み合わせて用いられ、グラム陰性細菌により引き起こされる広範な合併症および感染性疾患に対する予防的保護を提供し得る。
【0095】
(実施例8)
プロテイナーゼ1を基礎にしたキャリアワクチンが、生理食塩水中、非アジュバント化ワクチン中のPS抗原に対する、免疫原性および記憶応答を可能にする能力。
【0096】
E.coli J5またはP.aeuroginosaのラフ(rough)変異体Pa3のいずれかからのPS抗原を用いるワクチンを、上記の実施例で記載したのとほぼ同様に調製した。これらのワクチンは、0.9%NaClのみ中で処方し、そして一次ワクチン接種で開始し、三次ワクチン接種まで、2週間のスケジュールでマウスに投与した。各ワクチン接種で、少なくとも4つの異なるワクチン用量を与えた。用いた用量(1−8μg)は、上記の実施例5および6で提示したアジュバント化ワクチンで用いた用量より少ない。二次接種後および三次接種後、血清を、各々のワクチン接種の2週間後、尾放血により採取した。
【0097】
表3−5は、バックグラウンドの2倍のOD(450nm)読み取り値を与える希釈の逆数に等しいELISA力価を提示する。表3は、二次および三次注射後の抗J5PSワクチンに対する用量応答を示す。J5PS複合ワクチンの二次および三次ワクチン接種の両方の後に、明瞭な用量応答がある。ELISA測定を基づけば、生理食塩水のみのワクチンは、三次注射の後、水中油ワクチンが示したよりも高い記憶増幅を示した。8μgの三次の後の力価は、任意の水中油ワクチンの三次後の力価より高い。この水中油ワクチン接種は、100、50、および25μgの用量を有していた。従って、生理食塩水のみのワクチンは、全体に亘って、水中油ワクチンの示すより大きい免疫活性を示す。
【0098】
【表3】
表4は、その親のE.coli細菌株、関連細菌、Salmonella enteriditis、およびより遠いグラム陰性細菌P.auruginosaからのLPSを利用するJ5PSワクチンの制限された交差反応データを提示する。このJ5PS複合ワクチンは、すべての3つの細菌株からのLPSと有意な程度まで交差反応する抗体を惹起した。上記の初期のワクチンと同様に、非アジュバント化ワクチンは、S.enteriditis LPSに対し最高の交差反応応答を示す。マウスにおける保護データは、生理食塩水のみのワクチン処方について利用可能ではない。
【0099】
【表4】
a 抗原としてJ5−LPSを用いて決定された相同的な力価。
【0100】
表5は、抗Pa3PSワクチンにより惹起された抗体についての用量応答データを提示する。このワクチンに対する相同的LPSは利用可能ではないので、ELISAアッセイは、抗原として全細菌を用いた。定性的には、これらのデータは、二次注射後の用量応答の証拠がより少ないことを除いて、J5PSワクチンについて観察されたデータと類似である。しかし、三次の注射後に生じる記憶増幅の実質的な証拠、および明らかな用量応答の証拠がある。
【0101】
【表5】
Pa3PSワクチンの交差反応性について、ほんの限られたデータが利用可能である。J5PSワクチンとは異なり、Pa3PSワクチンは、その野生型親細菌と良好に交差反応する抗体を惹起する(J5PSワクチンについては14%であるのに対し41%)。Pa3PS複合ワクチンは、J5全細菌と14%まで交差反応した。
【0102】
抗原およびキャリアタンパク質の両方を提供するために、細胞の粘菌を用いて同様に各々調製されたこれらの2つの異なるワクチンは、広範な種類のグラム陰性細菌からの低コストで有効なワクチンの調製への、本特許およびその実施例で提示された核となる技法の利用可能性のさらなる証拠を提供する。たとえこれらのワクチンが、小さな脱脂LPS炭水化物ハプテンのみを用いても、結合体ワクチン中でキャリアタンパク質であるプロテイナーゼ1に連結されるとき、このワクチンは、マウスにおいて顕著な免疫および記憶応答を惹起した。
【0103】
すべての刊行物、特許および特許書類は、個々に参考として援用されるように、本明細書中に参考として援用される。本発明を、種々の詳細かつ好適な実施態様および技法を参照して記載してきた。しかし、多くの改変および修飾が、本発明の思想および範囲にありながらなされえることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、E.coli J−5 LPSの構造を示す。
【図2】
図2は、脱O−アセチル化および脱Nアセチル化E.coli J5 LPSの構造を示す。
【図3】
図3は、リンカー基を導入するためのJ−5抗原の改変を示す。
【図4】
図4は、J−5抗原ヒドラジドへキャリアタンパク質を連結するためのこのキャリアタンパク質の改変を示す。
【図5】
図5は、本発明の結合体ワクチンが、マウスにおいて実験的に誘導された敗血症において低体温を阻害する能力をまとめる。
【図6】
図6は、本発明の結合体ワクチンが、マウスにおいて実験的に誘導された敗血症において低体温を阻害する能力をまとめる。
Claims (31)
- D.discoideumのプロテイナーゼ1のグルコサミン残基に共有結合した、複数の、グラム陰性細菌由来の脱アシル化LPS分子を含む、免疫原性結合体。
- 前記脱アシル化LPS分子が、リピッドAの脱脂グルコサミンの二糖類骨格を含む、請求項1に記載の免疫原性結合体。
- 二官能性のリンカー分子によって、脱アシル化LPS分子を、酸化的に切断されたプロテイナーゼ1のグルコサミン残基と共有結合することにより形成された、請求項1または2に記載の免疫原性結合体。
- 前記リンカー分子が、前記脱アシル化LPS分子上のアルデヒド基またはアセタール基と反応性であって、かつそれを、プロテイナーゼ1中のグルコサミン残基のアルデヒドまたはジアルデヒド部分に連結する、請求項3に記載の結合体。
- 前記リンカー分子が、1、ω−アルキレンジヒドラジドである、請求項4に記載の結合体。
- 前記細菌が、E.coli J5株である、請求項1または2に記載の結合体。
- 請求項1または2の結合体の有効な免疫原性量を、キャリアとの組み合わせで含む、組成物。
- 前記キャリアが、生理学的に受容可能な液体ビヒクルである、請求項7に記載の組成物。
- 請求項8に記載の組成物を含む、単位用量形態。
- 敗血症にかかるか、またはグラム陰性細菌で感染される哺乳動物において、感染または敗血症を防ぐか軽減するに有効な量の、請求項1または2に記載の結合体を含む、ワクチン。
- 前記哺乳動物がヒトである、請求項10に記載のワクチン。
- 敗血症に罹患したか、またはその危険性のあるヒトにおいて、グラム陰性敗血症の少なくとも1つの症状をブロックまたは軽減する、請求項10に記載のワクチン。
- 免疫原性に有効な量のハプテンに連結した、セリン連結GlcNAcP残基を含むリソソームシステインプロテイナーゼを含む、免疫原性結合体を調製する方法であって:
a)i)プロテイナーゼ、およびii)抗原として有効な量の免疫学的に活性なハプテンを調製する工程;
b)反応性部位を提供するために、前記プロテイナーゼおよび前記ハプテンを改変する工程;および
c)前記改変されたプロテイナーゼを、前記改変されたハプテンに、直接または二官能性有機リンカーで連結する工程を包含し、
ここで、前記プロテイナーゼが、前記結合体をインビボで投与するとき、前記ハプテンに対する抗体応答を実質的に増大する、方法。 - 前記キャリアタンパク質が、D.discoideum由来のProteinase1である、請求項13に記載の方法。
- 前記プロテイナーゼ中のN−アセチルグルコサミン−1−リン酸基が、ハプテンへの共有結合を可能にするように改変されている、請求項13および14に記載の方法。
- 前記ハプテンが、リピッドAの脱脂グルコサミン二糖骨格、およびその多糖を含む脱アシル化細菌LPSである、請求項13に記載の方法。
- 前記脱アシル化が、最小塩類培地中のグラム陰性細菌上で生育するD.discoideumから得られる、請求項16に記載の方法。
- 前記最小塩類培地が、水中に、約1−5mMの塩化マグネシウム、および約10−20mMの塩化カリウムを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記ハプテンが、E.coli J5 LPSから得られた脱アシル化リポ多糖である、請求項16に記載の方法。
- 前記脱アシル化LPSのリピッドAが、加水分解により改変されてアルデヒド基またはケタール基が導入されている、請求項19に記載の方法。
- 請求項13、14、15または16に記載の方法により生産された、免疫原性結合体。
- 請求項21に記載の結合体、および薬学的に受容可能な賦形剤を含む、組成物。
- 請求項22に記載の組成物を含む、ワクチン。
- リピッドAの脱脂グルコサミン二糖、およびその多糖を含む、グラム陰性細菌から得られる、リポ多糖(LPS)誘導体。
- 少なくとも1つのKDO部分を含む、請求項24に記載のLPS誘導体。
- 少なくとも1つのエタノールアミン二リン酸基、または少なくとも1つのエタノールアミン一リン酸基を含む、請求項24に記載のLPS誘導体。
- 前記リピッドAのジグルコサミン部分上のOCH(OPO3H−)部分が、−OCH−OHまたは−CHO部分に変換されている、請求項26に記載のE.coli LPS誘導体。
- リン酸化グルコサミン残基上の3,4−ジオールの酸化的切断により調製された、複数のアルデヒド部分を含む、D.discoideumのプロテイナーゼ1誘導体。
- キャリア分子に連結された、複数の請求項24、25または26に記載のLPS誘導体を含む、免疫原性組成物。
- 前記キャリア分子が、プロテイナーゼ1以外のキャリアタンパク質である、請求項29に記載の免疫原性組成物。
- 前記キャリア分子が、酸化的に切断されたリン酸化グルコサミン基のジオール部分を含むプロテアーゼである、請求項30に記載の免疫原性組成物。
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