JP2005525874A - 内毒素結合性リガンドおよびそれらの使用 - Google Patents

内毒素結合性リガンドおよびそれらの使用 Download PDF

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Abstract

構造式:Z−Spacer−[NX−A]m−NY−A−NX2で示される親和性リガンド−マトリックス複合体は、水性系における内毒素の単離、分離、精製、特徴付け、同定または定量化に有用である;ここで、mは少なくとも1の整数であり;各Aは、独立して、炭素数1〜6の、置換されていてもよい直鎖状、分枝鎖状または環状の飽和炭化水素鎖を表し;各Xは、独立して、水素またはアルキルを表し;YはXまたはA−NX2であり;Zは、任意のスペーサーアーム(Spacer)を介してリガンドに結合している支持マトリックスである。

Description

発明の詳細な説明
(発明の分野)
本発明は、親和性リガンド、ならびに水、水溶液、血液、血漿、医薬製剤、抗生物質、ワクチン、タンパク質、核酸および他の生物学的産物のような種々の液体から内毒素を除去するためのそれらの使用に関する。
(発明の背景)
内毒素は、イー・コリ(E. coli)のようなグラム陰性細菌の外膜にて見出されるリポ多糖(LPS)である(Raetz, Ann. Rev. Biochem., 1990, p.129, Vol.59)。該LPS分子は、リピドA領域、中心多糖領域およびO−抗原領域の3つの異なる化学的領域を含有している。リピドA領域は、リン酸基を含有するグルコサミン二糖からなり、長鎖脂肪酸で高度に置換されており、内毒素の毒作用の原因であると考えられる(Rietschel et al., Cellular and Molecular Aspects of Endotoxin Reaction, Ed. Nowotny, A., Spitzner, J.J. and Ziegler, E.J., 1990, p.15)。
内毒素によって誘発される生物学的効果は、免疫系、特に、単球およびマクロファージの活性化により生じ、発熱、代謝低下、および敗血症性ショックを包含する非常に多様なものである(Martich et al., Immunobiology, 1993, p.403, Vol.187)。生物学的に誘導された産物および治療用の医薬製剤における内毒素の存在は、内毒素の強力な有害作用のため、非常に重要な分野である。滅菌プロセスを維持することにより生物学的産物が確実に内毒素を含まないようにすることができるが、このことは、特に、該生物学的産物がイー・コリのようなグラム陰性細菌源において発現される場合には、あまり起こり得ない。内毒素を不活化するための典型的なプロセスとしては、濃水酸化ナトリウム(1M NaOH)への暴露および/または長時間の加熱処理(250℃)が挙げられる。しかしながら、かかる処理プロセスは、大多数の生物学的産物に適用できない。
生物学的産物から内毒素を除去するのに多くの技法が使用されており、該技法としては、限外濾過(Sweadner et al., Appl. Environ. Microbiol., 1977, p.382, Vol.34;Li et al., Biotechnol. Tech., 1998, p.119, Vol.12)、木炭吸着(Nagaki et al., Int. J. Artif. Organs., 1991, p.43, Vol.14)、サイズ排除クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー(Hou et al., J. Parenter. Sci. Technol., 1990, p.204, Vol.44;Hou et al., Biotechnol. Bioeng., 1990, p.315, Vol.12;Neidhardt et al., J. Chromatogr., 1992, p.255, Vol.590)およびアフィニティークロマトグラフィーが挙げられる。これらの技法は全て、特に、治療用タンパク質および他の生物学的産物から内毒素を除去するのに適用する場合に有意な欠点を示す。木炭吸着およびイオン交換クロマトグラフィーは、タンパク質溶液からの内毒素レベルを減少させるが、それらはまた、生物学的成分を結合する傾向がある。
固定化ポリミキシンBに対する効率的な内毒素除去は、アフィニティークロマトグラフィーを使用して行われている(Talmadge et al., J. Chromatogr., 1989, p.175, Vol.476;Anspach et al., J. Chromatogr. A, 1995, p.81, Vol.711)。しかしながら、ポリミキシンB浸出液の毒性を有する可能性に対する懸念により、その使用は限定されている。固相マトリックスに結合しているジアミノアルカンおよびモノアミノアルカン化合物に基づく合成リガンドは、水溶液から内毒素を除去するのに使用されているが、内毒素の結合については限定された能力が示されているだけである(Hou et al., Biochim. Biophys. Acta, 1991, p.149, Vol.1073)。
J. Chromatography 248, 401-408 (1982)および262, 193-198 (1983)、ならびに米国特許第4381239号には、固相マトリックスに共有結合したヒスタミンおよび他の芳香族窒素複素環が記載されている。
米国特許第5358933号には、細菌性内毒素の解毒のための、ならびに敗血症ショックの予防および治療のための合成ペプチドが記載されている。
(発明の概要)
本発明は、生物学的治療製剤を含有する溶液から内毒素を選択的に捕獲および除去するための新規クラスの合成親和性リガンド構造の発見に関する。本発明の合成親和性リガンド−マトリックス複合体は、下記一般構造式(構造1および2)で示すことができる:
Figure 2005525874
Figure 2005525874
式中、
Aは、置換されていてもよい直鎖状、分枝鎖状または環状の飽和炭化水素鎖を表し、それぞれの反復単位における各Aは、同一であっても異なっていてもよく;
1、X2およびX3は、各々、独立して、水素原子またはアルキル置換基を表し;
nは2またはそれ以上であり;
mは1またはそれ以上であり;
該リガンドは、任意のスペーサーアームを介して支持マトリックスZに結合している。
特に、構造式2で示される複合体は新しい。
(好ましい実施態様の記載)
構造1または2を有するポリアミンリガンドは、少なくとも3個の塩基性窒素原子を有しており、これらの窒素原子は、好ましくは、互いに少なくとも2個の炭素原子によって隔てられている。窒素原子は、第1、第2、第3または第4アミン基の形態であってよく、対になっている窒素原子間に介在する炭素原子は、直鎖状、分枝鎖状または環状の炭化水素鎖の形態であってよい。
例としては、Aは、式−(CH2)x−CHR−(CH2)y−を有していてよく、ここで、xおよびyは、独立して、0、1または2であり、Rは、HまたはC1-4アルキル、例えば、水素、メチル、エチル、プロピルまたはブチルである。特に、Aは、二価のC1-4アルキル基、すなわち、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチルまたはtert−ブチル、またはトランス−1,4−ジアミノシクロヘキサンから誘導されるような1,4−シクロヘキシレンであってよい。より一般的には、Aは原子を6個までまたは10個まで有してよい。
mおよびnは、各々、好ましくは、1、2、3または4である。Xは、原子を6個まで、または10個まで有してよい。
支持マトリックスZは、内毒素親和性リガンドの固定化に使用して、内毒素リガンド−マトリックス複合体を形成し、それにより、接触溶液から内毒素を除去する好都合な手段を提供することができる、粒状または非粒状で、可溶性または不溶性で、多孔質または非多孔質の、いずれもの化合物または物質であってよい。粒状の支持マトリックスの例としては、アガロース、デキストラン、セルロースまたはデンプンのような天然高分子、ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、パーフルオロカーボンおよびポリメチルメタクリレートのような合成高分子および共重合体、ならびにシリカ、ガラス、アルミナおよび金属酸化物のような無機化合物が挙げられる。可溶性担体の例としては、デキストラン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールおよび加水分解されたデンプンのような高分子が挙げられる。支持マトリックスはまた、上記高分子ならびにニトロセルロース、ポリエーテルスルホンおよびナイロンのような他の高分子を含む膜またはシートの形態であってもよい。
リガンドの支持マトリックスZへの共有結合は、臭化シアノ、エピクロロヒドリン、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,2,7,8−ジエポキシオクタン、トシルクロリド、トレシルクロリド、ジビニルスルホンおよび塩化シアヌルが挙げられるがこれらに限定されるものではない種々の活性化剤の使用により行うことができる。
スペーサーアームは存在しなくてもよい。存在する場合には、活性化方法の一部として導入することができ、好ましくは、構造式:
−T−L−
[式中、Tは、酸素原子、硫黄原子、または基N−R2を表し、ここで、R2は、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表し;
Lは、炭素数2〜20の、置換されていてもよいアルキル、アルキルエーテル、アルキルチオエーテル、アルキルエステルまたはアミド結合である]
で示される。
本発明の特に好ましい複合体としては、以下のものが挙げられる:
Z−(Spacer)−NH(CH2)2N[(CH2)2NH2]2 (A)
Z−(Spacer)−NH(CH2)2NH(CH2)2NH2 (B)
Z−(Spacer)−NH(CH2)2NH(CH2)2NH(CH2)2NH2 (C)
Z−(Spacer)−NH(CH2)2NH(CH2)3NH2 (D)
Z−(Spacer)−NH(CH2)3NH(CH2)3NH(CH2)3NH2 (E)
Z−(Spacer)−NH(CH2)3NH(CH2)2NH(CH2)3NH2 (F)
Z−(Spacer)−NH(CH2)2N[(CH2)3NH2]2 (G)
ここで、Zおよび(Spacer)は、上記と同じ意味を有する。
本発明の一の実施態様において、本発明の親和性複合体は、好都合には、適当なポリアミンを、前活性化した水不溶性マトリックスと共有結合させることにより製造することができる。例えば、ポリアミンリガンド(A)のエピクロロヒドリン活性化アガロースマトリックスへの結合は、下記反応スキーム(スキーム1)に従って行うことができる:
Figure 2005525874
Zとポリアミンリガンドとの間の介在基はスペーサーアームを形成する。
本発明の好ましい態様によると、内毒素を含有する溶液から内毒素を捕獲および除去するためのプロセスは、好ましくは、1.0〜13.0の範囲のpHで、上記定義の親和性複合体を該溶液と接触させることを含む。かかる溶液の例としては、水、水溶液、血液、血漿、医薬製剤、抗生物質、タンパク質、核酸および他の生物学的産物のような液体が挙げられる。本発明の内毒素結合性リガンド−マトリックス複合体の別の使用は、全血または血漿からの内毒素の体外除去のためである。エンドトキシシン結合性リガンド−マトリックス複合体は、好都合には、カラム中に該複合体を充填し、重力または他の機械的手段を使用して内毒素汚染溶液を該カラムに通すことにより使用することができる。別法としては、該複合体を内毒素含有溶液と混合し、回分的に使用することができる。
本発明の別の実施態様において、該複合体を多孔質膜に結合させ、溶液から内毒素を選択的に除去するための使い捨て濾過装置として使用できる。
本発明のさらに別の実施態様において、例えば、内毒素のインビボ捕獲および解毒のために、本発明の内毒素結合性リガンドを、デキストラン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールまたは加水分解されたデンプンのような可溶性の高分子または非高分子担体に結合させることができる。
本発明の複合体は、抗生物質およびタンパク質の緩衝化または非緩衝化溶液からの内毒素の除去が高度に効率的かつ選択的であるが、生物学的成分に対して低い選択性を示すことが見出された。
以下の実施例により本発明を例示する。実施例1〜3は複合体の調製を示し、実施例4〜6は内毒素除去におけるそれらの使用を示す。
工程1 − エピクロロヒドリン活性化PuraBeadR 6XLの調製
保存剤を含まないPuraBeadR 6XL(沈殿した重量200g)、RO水(128ml)および10M水酸化ナトリウム(3.2ml)のスラリーをエピクロロヒドリン(14.4ml)と40℃で1時間反応させた。エポキシ活性化PuraBeadR 6XLをRO水(10×200mlアリコート)で徹底的に洗浄して過剰の反応体を除去し、すぐに、工程2に使用した。
工程2 − トリス(2−アミノエチル)アミン−PuraBeadR 6XLの調製
工程1からのエポキシ活性化PuraBeadR 6XL(沈殿した重量200g)をアリコートに分けて、トリス(2−アミノエチル)アミンの水溶液(RO水80ml中15.97g)に添加し、反応混合物を40℃で16時間撹拌した。得られたアミノ化吸着剤をRO水(10×200mlアリコート)で洗浄し、次に使用するまで、20%(v/v)の水性エタノール中にて貯蔵した。
工程1 − エピクロロヒドリン活性化PuraBeadR 6XLの調製
保存剤を含まないPuraBeadR 6XL(沈殿した重量200g)、RO水(128ml)および10M水酸化ナトリウム(3.2ml)のスラリーをエピクロロヒドリン(14.4ml)と40℃で1時間反応させた。エポキシド活性化PuraBeadR 6XLをRO水(10×200mlアリコート)で徹底的に洗浄し、すぐに工程2に使用した。
工程2 − トリエチレンテトラアミン−PuraBeadR 6XLの調製
工程1からのエポキシ活性化PuraBeadR 6XL(沈殿した重量200g)をアリコートに分けて、トリエチレンテトラアミンの水溶液(RO水60ml中8.04g)に添加し、得られたスラリーを40℃で16時間攪拌した。アミノ化吸着剤を多量のRO水(10×200ml部分)で洗浄して過剰のポリアミンを除去した。
Purabead 6XLを総容積の10倍のRO水で洗浄し、排出したゲル300gをRO水192mlでスラリー化した。10M NaOH(4.8ml)を添加し、該混合物を36℃に加温し、その後、エピクロロヒドリン21.6mlを添加した。反応温度を40℃に上昇させ、この温度で1時間維持し、その後、活性化Purabeadを総容積の10倍のRO水で洗浄し、重力下にて排水させた。水60ml中のN,N'−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミン(9.586g)を添加し、該混合物を40℃に加熱し、それにエポキシ活性化アガロース100gをいくつかに分けて30分間にわたって添加した。該反応スラリーを40℃で16時間攪拌し、総容積の10倍の水で洗浄して過剰のアミンを除去した。
実施例1〜3により調製した脱パイロジェン複合体(1ml)(複合体A、CおよびG)を、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)#0113:H10:K陰性内毒素(1.0×103EU)を含有するゲンタマイシンの水溶液(2ml、9mg/ml)に添加し、得られたスラリーを25℃で1時間攪拌した。Limulus Amoebocyte Lysate Turbidimetricアッセイを使用して内毒素の存在について上清をアッセイした(表1を参照)。
Figure 2005525874
結果は、硫酸ゲンタマイシンの水溶液からの内毒素の非常に効率的かつ選択的な除去、および100%のゲンタマイシン回収率を示している。
エシェリキア・コリ#0113:H10:K陰性内毒素(3.0×102EU)を含有するヒト血清アルブミンの緩衝(150mMリン酸緩衝生理食塩水、pH7.4)溶液(2ml、27mg/ml)に脱パイロジェン複合体(コンジュゲートA、1ml)を添加し、25℃で1時間攪拌した。Limulus Amoebocyte Lysate Turbidimetricアッセイを使用して未結合内毒素について上清をアッセイし、較正して適当な濃度のヒト血清アルブミン中の内毒素を検出した。結果を表2に示す。
Figure 2005525874
結果は、ヒト血清アルブミンの存在下での99%を超える内毒素の除去、および、100%の適用されたタンパク質の回収率の維持を示している。
実施例1および2に従って調製した脱パイロジェン複合体(コンジュゲートAおよびC、1ml)をそれぞれガラスカラム(内径10mm×高さ30mm)中に充填し、内毒素を含まない水20mlで平衡化した。エシェリキア・コリ#0113:H10:K陰性内毒素(7.5×102EU)を含有する硫酸ゲンタマイシンの水中溶液(1ml、3mg/ml)を61cm/時の線流れ速度でカラムに負荷した。次いで、該カラムを内毒素を含まない水(9ml)で洗浄していずれもの未結合内毒素を除去し、Limulus Amoebocyte Lysateアッセイを使用して内毒素含有量について、合わせたフロースルーをアッセイした。結果を表3に示す。
Figure 2005525874

Claims (12)

  1. 水性系における内毒素の単離、分離、精製、特徴付け、同定または定量化のための、構造式:
    Z−Spacer−[NX−A]m−NY−A−NX2
    [式中、
    mは、少なくとも1の整数であり;
    各Aは、独立して、炭素数1〜6の、置換されていてもよい直鎖状、分枝鎖状、または環状の飽和炭化水素鎖を表し;
    各Xは、独立して、水素またはアルキルを表し;
    YはXまたはA−NX2であり;
    Zは、任意のスペーサーアーム(Spacer)を介してリガンドと結合している支持マトリックスである]
    で示される親和性リガンド−マトリックス複合体の使用。
  2. 水性系がバッファー、タンパク質、ワクチン、抗生物質、血液、血漿、血清、核酸、医薬製剤、および他の生物学的化合物から選択される、請求項1記載の使用。
  3. 各Aが独立して二価のC1-4アルキル基を表す、請求項1または2記載の使用。
  4. Spacerが存在し、それが構造:
    −T−L−
    [式中、Tは、O、SまたはN−R2を表し、R2は、水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表し;
    Lは、2〜20個の原子を含有する、置換されていてもよいアルキル、アルキルエーテル、アルキルチオエーテル、アルキルエステルまたはアミド結合である]
    を有する、請求項1〜3いずれか1項記載の使用。
  5. Spacerが存在しない、請求項1〜3いずれか1項記載の使用。
  6. Zが多孔質アガロースビーズ、パーフルオロカーボン粒子および機能的な膜から選択される、請求項1〜5いずれか1項記載の使用。
  7. リガンドがジエチレントリアミン、トリエチレンテトラアミン、N,N−ビス(3−アミノプロピル)エチレンジアミンおよびN−(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミンから選択される、請求項1〜6いずれか1項記載の使用。
  8. リガンドがトリス(2−アミノエチル)アミンである、請求項1〜6いずれか1項記載の使用。
  9. 水性系が3〜10の範囲のpHを有する、請求項1〜8いずれか1項記載の使用。
  10. 水性系を複合体の懸濁液または充填床と接触させる、請求項1〜9いずれか1項記載の使用。
  11. 全血または血漿から内毒素を除去するための体外装置における、請求項1〜10いずれか1項記載の使用。
  12. リガンドを内毒素のインビボ捕獲のために可溶性の高分子担体または非高分子担体と結合させる、請求項1〜11いずれか1項記載の使用。
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