JP2006167521A - Suv型リポソームの膜融合を利用した遺伝子等の新規封入技術 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 膜中に界面活性剤を含み全体として負に帯電するSUV型リポソームと、目的物質を含み全体として正に帯電する被封入体とを接触させた後、前記SUV型リポソームの膜中に含まれる前記界面活性剤を除去することを特徴とする、目的物質が封入されたリポソームの作製方法を提供する。
【選択図】 図1
Description
Sorgi F.L.等, "Protamine sulfate enhances lipid-mediated gene transfer." Gene Ther. 4, 961-968, 1997. Wheeler J.J.等, "Stabilized plasmid-lipid particles: construction and characterization." Gene Ther. 6, 271-281, 1999. Mastrobattista E.等, "Lipid-coated polyplexes for targeted gene delivery to ovarian carcinoma cells." Cancer Gene Ther. 8, 405-413, 2001. Fenske D.B.等, "Stabilized plasmid-lipid particles: a systemic gene therapy vector." Methods Enzymol. 346, 36-71, 2002. Zhang J.S.等, "Cationic liposome-protamine-DNA complexes for gene delivery." Methods Enzymol. 373, 332-342, 2003. Kogure K.等, "Development of a non-viral multifunctional envelope-type nano device by a lipid film hydration method." J. Control. Release 98, 317-323, 2004.
まず、「膜中に界面活性剤を含み全体として負に帯電するSUV型リポソーム」及び「膜中に界面活性剤を含み全体として正に帯電するSUV型リポソーム」について説明する。なお、本発明の方法によって作製される「目的物質が封入されたリポソーム」と区別するために、「膜中に界面活性剤を含み全体として負に帯電するSUV型リポソーム」を以下「負帯電SUV型リポソーム」と、「膜中に界面活性剤を含み全体として正に帯電するSUV型リポソーム」を以下「正帯電SUV型リポソーム」という場合がある。
目的物質が封入されたリポソームを作製するにあたり、まず、膜中に界面活性剤を含み全体として負に帯電するリポソームと、目的物質を含み全体として正に帯電する被封入体とを接触させるか、あるいは、膜中に界面活性剤を含み全体として正に帯電するリポソームと、目的物質を含み全体として負に帯電する被封入体とを接触させる。
1.材料
ジオレオイルホスファチジルエタノールアミン(Dioleoylphosphatidylethanolamine,以下「DOPE」という)及びジステアリルホスファチジルエタノールアミン−ポリエチレングリコース2000(distearylphsphatidylethanolamine-polyethylenglycol 2000,以下「DSPE-PEG2000」という)は、AVANTI社から購入した。
ポリ-L-リシン(Poly-L-lysine,以下「PLL」という)(分子量:27400)、ジセチルホスフェート(dicetylphosphate,以下「DCP」という)、holo-トランスフェリン(以下「Tf」という)、3-(2-ピリジルジチオ)プロピオン酸 N-ヒドロキシスクシンイミドエステル(3-(2-pyridyldithio) propionic acid N-hydroxysuccinimide ester,以下「SPDP」という)及びジチオトレイトール(dithiothreitol,以下「DTT」という)は、SIGMA社から購入した。
ルシフェラーゼをコードするプラスミドDNA pCMV-luc(8454bp)は、EndFreeプラスミド・メガ・キット(Qiagen社)を用いて調製した。
ヒトの慢性骨髄性白血病細胞であるK562細胞は、10% ウシ胎仔血清を含むRPMI1640培地を用いてインキュベータ(37℃,5% CO2)中で培養した。
「MEND」は、非ウイルス性ベクターである多機能性エンベロープ型ナノ構造体であり、凝縮化DNAコアと脂質エンベロープとから構成されている。
「SUV*」は、膜中に界面活性剤を豊富に含む小さなリポソームであり、膜中に界面活性剤を含まないSUV(small unilamellar vesicle)とは区別される。
(i)DNA/PLL複合体(DPC)の形成(DNAの凝縮化)
(ii)正電荷を有するDPCと負電荷を有するSUV*との静電的相互作用
(iii)界面活性剤除去によるSUV*の膜融合(DPCの脂質コーティング)
DNA/PLL複合体(DPC)の粒子径及び電荷は、負電荷を有するSUV*との静電的相互作用及びMENDのサイズに影響を与えるので、SUV*融合法によるMENDの構築において重要な因子である。すなわち、エンドシトーシスによるMENDの細胞内への取り込みの点からは、MENDの粒子径は小さいことが望ましく、粒子径が小さいMENDを構築するためには、粒子径が小さく正に帯電したDPCを得る必要がある。
DNA及びPLLをそれぞれ5mM HEPESバッファー(pH 7.4)に溶解した。なお、DNAとしては、プラスミドDNA(FITC又はローダミンでラベル化されたDNAを20%含む)を用いた。次いで、DNA溶液(0.1mg/ml)及びPLL溶液(0.1mg/ml)を混合し、室温下、ボルテックスを用いて攪拌した。こうして、DNA/PLL複合体(DNA濃度 0.05mg/ml)が調製された。
5mM HEPESバッファーで調製したDPC(0.25mg/ml)を、脂質(DOPE / NBD(又はローダミン)標識化DOPE / DCP /DSPE-PEG-2000 = 77:5:8:10(モル比))及び界面活性剤オクチルグルコシド(octylglucoside)の混合液に加えた。DNA、脂質及び界面活性剤の最終濃度はそれぞれ0.023mg/ml、49μM及び18mMであった。この条件においてSUV*が形成される(Kashiwagi H., Aizawa K., Ueno M. Chem. Lett. 2000, 134-135 (2000))。SUV*はDPCと静電的相互作用し、DPCに結合してDPC表面を覆うと考えられる。なお、SUV*形成の形成方法には2通りの方法があり、一つは、リポソーム(SUVであってもよいし、SUV以外のリポソームであってもよい)を形成した後、外部から界面活性剤を加えて、リポソーム膜に分配させる方法であり、もう一つは、CMC以上の界面活性剤で完全に可溶化した脂質(ミセル)を形成した後、界面活性剤の濃度を徐々に下げていくことにより、ミセルからベシクル(SUV*)を形成させる方法である。界面活性剤の濃度の下げ方としては、希釈する方法と除去する方法があり、本実施例では、脂質/界面活性剤ミセルを希釈することで、最終界面活性剤の濃度を調節し、SUV*を調製した。
DPC表面を覆っているSUV*から界面活性剤を取り除くために、0.12gの疎水性多孔性ビーズ(アンバーライトXAD-2)を5.27mlのSUV*/DPC懸濁液に加えた。さらに、界面活性剤を完全に除去するために1.2gのビーズを追加した。ビーズは、2400gで3分間の遠心分離によって除去した。MENDを単離・精製するために、得られたサンプルを不連続ショ糖密度勾配超遠心分離に供した。なお、ビーズによる処理時間は、1〜5分間とした。
MENDを含む懸濁液を不連続ショ糖密度勾配(0〜40%)上に重層し、20℃、160000gの条件で2時間、超遠心分離を行った。上部から1mlずつ画分を回収し、蛍光強度を測定した。その後、回収したMEND画分を、細胞内ロースチューブ(透過限界15,000ダルトン)を用いて、5mM HEPESバッファー(pH 7.4)に対する3時間以上の透析を3回行った。流体力学的直径は準弾性光散乱方法によって測定した。また、ゼータ電位は、電気泳動的光散乱分光測光器(ELS-8000)によって分析した。
図3に示すように、DNA含量の高い画分としてショ糖25〜40%の境界(画分#9)からMENDを回収することができた。一方、画分#1〜#3では、多量の脂質及び少量のDNAが認められた。おそらく、これらは空のリポソームと、封入されなかったDNAであると思われる。画分#9として単離されたMENDのDNA含有量は総DNAの30%であった。単離されたMENDの粒子径及びゼータ電位は、それぞれ155nm及び-24mVであった。MENDの電荷は負であり、DPCの電荷は正であったので、DPCが負電荷脂質によってコートされたことが明らかになった。
不連続ショ糖密度勾配超遠心分離で得られた画分を、凍結複製装置(FR-7000B、日立、日本)で-196℃で急速に凍結した。放電はPt/Cを用いて45°と90°の角度で行った。300メッシュのNiグリッド上にマウントされたレプリカは、走査型電子顕微鏡(JEM200 CX、JEOL)を用いて観察した。
不連続ショ糖密度勾配超遠心分離で単離されたMENDの電子顕微鏡写真を図4に示す。また、図4に示すように、MENDは球状粒子であることが明らかになるとともに、準弾性光散乱の結果と一致する粒子径(約150nm)を有することが確認された。
以上の結果から、MENDの構築に成功したことが明らかになった。
(1)トランスフェリン(Tf)によるMENDの修飾
TfによるMENDの修飾は、既知の方法(Kakudo T.等, Biochemistry 43, 5618-5628 (2004))に従って行なった。Tf(最終濃度62.5μM)を、室温で30分間、SPDP(最終濃度66μM)で処理した。得られた3-(2-pyridinedithio)propioyl(PDP)-Tfは、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)で平衡化されたSephadexG-25fineによるゲル濾過に供することによって、未反応のSPDPから分離した。さらに、3-mercaptopropyl-Tfを得るためにPDP-Tfを50mM DTTで室温、30分間処理することにより還元した後、SephadexG-25fineカラムで精製した。その後、1mol%のmaleimide化DSPE-PEG2000を含むMENDを3-mercaptopropyl-Tfと4℃で一晩インキュベートすることにより、MENDにTfを結合させた。未反応のTFは、反応混合物を160,000g、4℃で2時間遠心分離することにより除去した。Tf修飾MENDのTfをFe3+で再飽和させるため、Fe2(SO4)3EDTA(pH 7.4、Fe3+の最終濃度100μM)を添加し、平衡化した。
Tf修飾MENDの懸濁液(0.5μg DNA)を、血清及び抗生物質を含まないRPMI1640培地(100mM Fe3+相当のFe2(SO4)3EDTA溶液を含む)に懸濁したヒト白血病細胞K562(5×104細胞/50μl)へ添加し、37℃で3時間インキュベートした。なお、K562細胞は、大量のTfレセプターを有している(Kakudo T.等, Biochemistry 43, 5618-5628 (2004))。3時間後、10% ウシ胎仔血清を含むRPMI1640培地 1mlを追加し、さらに15時間インキュベートした。Tf修飾MENDで処理した後、エンドソーム/リゾソーム染色色素Lysosensor(最終濃度1μM)で30分間細胞を染色した。その後、細胞をPBSで2度洗浄し、共焦点レーザー顕微鏡(LSM510、カール・ツァイス)によって観察した。
DNA(又は凝縮化DNA)及び脂質/界面活性剤ミセルの混合液から界面活性剤を除去することによって非ウイルス性遺伝子ベクターを調製する方法が、これまでにCullis等(Cullis P.R.等, Gene Ther. 6, 271-281 (1999) ; Cullis P.R.等, Methods Enzymol. 346, 36-71 (2002))、Mastrobattista等([5] Mastrobattista E.等, Cancer Gene Ther. 8, 405-413 (2001))によって報告されており、MENDもミセルを用いて調製できる可能性がある。そこで、ミセルを用いてMENDを構築できるか否かを確認するために、MENDの構築における界面活性剤及び脂質の濃度の影響を検討した。なお、MENDの構築の成否は、ショ糖密度勾配遠心法によって評価した。結果を図6に示す。なお、図6中、○はMENDの構築成功を表し、×は失敗を表す。
実施例1及び2で用いた脂質DOPEは膜融合性が高い脂質であるので、MENDの構築がSUV*の自発的膜融合によるものではないことを確認するために、界面活性剤を除去せずにサンプルを不連続ショ糖密度勾配超遠心分離に供した結果を図7に示す。図7中、●は界面活性剤を除去した場合のDNAの結果、■は界面活性剤を除去した場合の脂質の結果、○は界面活性剤を除去しない場合のDNAの結果、□は界面活性剤を除去しない場合の脂質の結果を示す。
Claims (8)
- 膜中に界面活性剤を含み全体として負に帯電するSUV型リポソームと、目的物質を含み全体として正に帯電する被封入体とを接触させた後、前記SUV型リポソームの膜中に含まれる前記界面活性剤を除去することを特徴とする、目的物質が封入されたリポソームの作製方法。
- 膜中に界面活性剤を含み全体として正に帯電するSUV型リポソームと、目的物質を含み全体として負に帯電する被封入体とを接触させた後、前記SUV型リポソームの膜中に含まれる界面活性剤を除去することを特徴とする、目的物質が封入されたリポソームの作製方法。
- 前記被封入体が、カチオン性物質又はアニオン性物質と、前記カチオン性物質又は前記アニオン性物質に静電的相互作用を介して結合した目的物質とを含むことを特徴とする請求項1又は2記載の方法。
- 前記被封入体のゼータ電位が10〜40mVであることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記被封入体のゼータ電位が−40〜−10mVであることを特徴とする請求項2記載の方法。
- 前記被封入体の粒径が50〜200nmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 前記界面活性剤が結合可能なビーズを用いて、前記SUV型リポソームの膜中に含まれる前記界面活性剤を除去することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 前記SUV型リポソームが、リポソーム構成物質と、臨界ミセル濃度の40%以上であって臨界ミセル濃度以下の界面活性剤とを混合することにより得られるものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
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