JP2006508896A - 核酸の送達法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、核酸（例えば、DNA、RNA、PNA、およびそれらのハイブリッド）を細胞へ送達するための方法および組成物を特徴とする。本発明の核酸送達複合体は、生物活性のある核酸を、核酸が所望の生物学的機能を遂行することを可能とする様式および形態で、細胞および生物体にインビトロおよびインビボで送達することを可能にする。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2002年5月6日に提出された米国仮出願第60／378,191号の利益を請求する。
発明の背景
本発明は、核酸（例えば、DNA、RNA、ハイブリッド、ヘテロ二本鎖および修飾核酸）の細胞への送達のための方法および組成物に関する。本発明の核酸送達複合体は、生物活性のある核酸を、核酸が所望の生物学的機能を遂行することが可能となる様式および形態で、細胞および生物体にインビトロおよびインビボで送達することを可能にする。
核酸（例えば、DNA、RNA、ハイブリッド、ヘテロ二本鎖および修飾核酸）は、ヒトおよび動物における疾病の予防および／または治療における治療的成分としての使用を含め、有意義および多様な生物活性を有する極めて有用な作用物質であることが認識されるようになっている。例えば、標的mRNAとハイブリダイズして、それによってそのmRNAの活性をモジュレートする、アンチセンス機序によって作用するオリゴヌクレオチドが設計されている。核酸を治療薬として利用するもう1つのアプローチは三重鎖または三本鎖の形成を利用するようにデザインされ、この場合は一本鎖オリゴマー（例えば、DNAまたはRNA）が、二本鎖DNA標的と結合して所望の結果、例えば、DNA標的からの転写の阻害をもたらすように設計される。核酸を治療薬として利用するさらにもう1つのアプローチはリボザイムを利用するようにデザインされ、この場合は構造をもつRNAまたは改変オリゴマーが、RNAまたは二本鎖DNA標的と結合して所望の結果、例えば、RNAまたはDNA標的の標的指向的な切断をもたらし、それによってその発現を阻害するように設計される。また、例えば、免疫応答を惹起しうるタンパク質を発現するDNA分子を生物の組織または細胞に導入することにより、核酸を免疫化物質として用いることもできる。核酸を、アンチセンス活性、リボザイム活性もしくは三重鎖活性を有するRNAをコードするように、または翻訳されて生物学的機能を有するタンパク質を産生するRNAが作製されるように操作することもできる。さらに最近では、細胞内または生物内部の標的遺伝子のある領域に対して相補的な二本鎖RNA（dsRNA）が標的遺伝子の発現を阻害するという、RNAi、すなわちdsRNAを介した遺伝子サイレンシングの現象が認められている（例えば、1999年7月1日に公開された国際公開公報第99／32619号、Fireら；および米国特許第6,506,559号：「Genetic Inhibition by Double-Stranded RNA」；国際公開公報第00／63364号：「Methods and Compositions for Inhibiting the Function of Polynucleotide Sequences」、PachukおよびSatishchandran；ならびに2002年10月18日に提出された米国特許出願第60／419,532号を参照されたい）。
意図している生物活性の機序が何であれ、核酸を治療的成分として利用することの成否は、選択した核酸を治療的に意味のある様式で標的宿主細胞に送達しうるかどうか、例えば、生物活性のある非毒性形態で、インビボまたはインビトロにおける所望の1つまたは複数の細胞に対して、標的細胞の所望のサイトゾル位置に送達しうるかどうかにかかっている。
ベクターも担体も用いずに、遺伝物質を標的細胞に導入することが可能である。例えば、種々の組織中に単独で注入されたDNAは、細胞内に入って、免疫応答を惹起するタンパク質を発現することができる。このような「裸の（naked）DNA」は、細胞によって取り込まれて、コードされたタンパク質を発現することができるが（米国特許第5,589,466号、Felgnerら）、裸のプラスミドDNAを導入する取り組みによって得られる結果はばらつきが大きく、再現性および予測性に欠ける傾向がある。この結果は、DNAが負に荷電しており、カチオン性側鎖を有するタンパク質および他の分子とインビボで結合するという事実に起因する可能性が高い。その上、DNAは単独で親水性であり、細胞膜が持つ疎水性はDNAがそれを通過して移動する上での大きな障壁となる。
遺伝子の送達をウイルスベクターを用いて行うこともできる。しかし、ウイルスベクターは、媒体自体に対する免疫応答および望ましくない宿主応答を誘発する恐れがある。このため、非ウイルス的な遺伝子送達が、遺伝子を送達するためには望ましいアプローチである。また、非ウイルス性ベクターはウイルスベクターよりも安定性が高いことも予想される。
したがって、DNAおよび他の核酸は、カチオン性脂質ならびに種々の他の分子と複合体を形成させた方がより高頻度に細胞内にトランスフェクトされる。カチオン性脂質を用いる複合体形成剤は細胞トランスフェクションの領域で主要な位置を占めるが、カチオン性脂質を用いたトランスフェクションと構造および機能との間に論理的および予測可能な相関性があることは、特にインビボ応用に関しては示されていない。さまざまなトランスフェクション技術が開発されているが、インビボ応用に対して有望なことが示されているものは少数に過ぎない。明確な科学的枠組みがないために、種々の送達経路により、多様な技術的アプローチを用いてプラスミドDNAを送達するためには経験的な方法に頼ることが必要となっている。
さらに、上記およびその他の作用物質は利用可能であるものの、細胞に対する核酸の改良型送達に対しては、特にインビボでの使用およびRNAiなどの新たな治療的応用に関して、大きな需要が依然として存在している。
発明の概要
1つの局面において、本発明は、核酸、エンドモリティック（endosomolytic）スペルミン（コレステロールまたは脂肪酸を含む）、および標的指向性（targeting）スペルミン（細胞表面分子に対するリガンドを含む）を含む組成物を特徴とする。組成物の正電荷と負電荷との比は0.5から1.5までの範囲にある；エンドモリティックスペルミンは組成物中のスペルミン含有分子の少なくとも20％を占める；さらに標的指向性スペルミンは組成物中のスペルミン含有分子の少なくとも10％を占める。正電荷と負電荷との比は0.8から1.2までの範囲（例えば、0.8から0.9までの範囲）であることが望ましい。
核酸がDNAを含む場合には、エンドモリティックスペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の40％から90％までの範囲を占めること、および／または、標的指向性スペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の10％から60％までの範囲を占めることが望ましい。核酸がRNAである場合には、エンドモリティックスペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の20％から90％までの範囲を占める、および／または標的指向性スペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の10％から80％までの範囲を占める。望ましい態様において、標的指向性スペルミンは組成物中のスペルミン含有分子30％から40％までの範囲を占め、エンドモリティックスペルミンは組成物中のスペルミン含有分子の60％から70％までの範囲を占める。標的指向性スペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の35％を占め、エンドモリティックスペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の65％を占めることが望ましい。
いくつかの態様において、組成物はさらに、コレステロールも脂肪酸も細胞表面分子に対するリガンドも含まないスペルミン含有分子を含む。この付加的なスペルミン含有分子は、非修飾スペルミンでも修飾スペルミン（例えば、生物学的利用能を高めるために1つまたは複数の分枝型または非分枝型PEGリンカーにより修飾されたスペルミン）でもよい。
組成物のイオン強度は、50mMから240mMまでの範囲のナトリウム、例えば125mMから175mMまでの範囲のナトリウム（例えば150mMナトリウム）を含む溶液のイオン強度と等しいことが望ましい。望ましい態様において、組成物のpHは6から8までの範囲、例えば6から7までの範囲、または6.5から6.8までの範囲にある。
さまざまな態様において、核酸はDNA、RNA、DNA／RNAハイブリッドまたはペプチド核酸である。核酸は例えば、直鎖状、環状または超らせん状であってよい。また、核酸は一本鎖でも二本鎖でもよい。さまざまな態様において、核酸は45、40、30、25、10、5、または1キロベース長未満である。いくつかの態様において、核酸の長さは500、100、50、または25ベース長未満である。組成物は1〜50μgの核酸、例えば1〜30μgまたは10〜20μgの核酸を含むことが望ましい。
いくつかの態様において、1つのエンドモリティックスペルミンは、コレステロールを2つ、脂肪酸を2つ、またはコレステロール1つと脂肪酸1つを含む。脂肪酸は同じでも異なってもよい。さまざまな態様において、標的指向性スペルミンは細胞表面分子に対するリガンドを2つ含む。リガンドは同じでも異なってもよい。望ましい態様において、組成物は少なくとも2つの異なるエンドモリティックスペルミンおよび／または少なくとも2つの異なる標的指向性スペルミンを含む。2種類またはそれ以上の標的指向性スペルミンの使用により、特定の細胞種に対する組成物の特異性は少なくとも25、50、75、100、200、500、または700％高めることが好ましい。いくつかの態様において、1つのエンドモリティックスペルミンはコレステロールを1つ含み、1つのエンドモリティックスペルミンは脂肪酸を1つ含む。このような組成物はコレステロール部分（moiety）を脂肪酸部分よりも多く含むことが望ましい。さまざまな態様において、リガンドは、ペプチド（例えば、100、50、もしくは10アミノ酸未満のペプチド、またはRGDモチーフを有するペプチド）、抗体、ビオチン、葉酸受容体リガンド、ラクトース、フコース（例えば、M細胞または癌細胞の表面のフコース受容体に対するリガンド）またはマンノース部分である。リガンドがスペルミン中の第二級アミンとリンカーを介して結合していること、および／またはコレステロール中のC3位の酸素がスペルミン中の第二級アミンとリンカーを介して結合していることが望ましい。脂肪酸はスペルミン中の第二級アミンと直接結合していて、しかも遊離カルボン酸基（COOH）を有することが望ましい。例となるリンカーは、3個から12個までの範囲の炭素原子、例えばC3からC12までの範囲の飽和型または不飽和型の炭化水素部分を含む。望ましい態様において、リンカーは炭素原子を3個もしくは4個含んでいて二重結合は含まない、リンカーは炭素原子を5個もしくは6個含んでいて二重結合を最大1個含む、またはリンカーは炭素原子を7個から12個までの範囲で含んでいて二重結合を最大2個含む。リンカーが炭素原子を5個含んでいることが望ましい。望ましい態様において、リンカーは非分枝型アルキル基である。いくつかの態様において、リンカーは分枝型または非分枝型のPEGである。リンカーは、末端のカルボキシル、アミノ、ヒドロキシル、スルフヒドリル、アルキル、カルボキサミド、カルバメート、チオカルバメートまたはカルバモイル架橋基を介してスペルミンの第二級アミン基と結合していることが望ましい。
脂肪酸は4個または12個までの範囲の炭素原子を含むことが望ましい。さまざまな態様において、リンカーはC4からC12までの範囲の飽和型または不飽和型の炭化水素部分であり、これは非分枝型であることが望ましい。いくつかの態様において、脂肪酸はエステル基を1つ含む、および／または炭素原子を6個含む。脂肪酸のカルボキシル基のpKaは最大6であることが望ましい。
1つの関連した局面において、本発明は、本発明の組成物（例えば、上記の局面の任意の組成物）および薬学的に許容される担体を含む薬学的組成物を特徴とする。組成物のpHは5から8までの範囲、例えば6から7.5までの範囲にあることが望ましい。組成物はヒト血液の電解質濃度に対して等張であることが望ましい。組成物は1〜50μgの核酸、例えば1〜30μgまたは10〜20μgの核酸を含むことが望ましい。
もう1つの局面において、本発明は、水中油型エマルション（例えば、水分が50％を上回るエマルション）中にてカチオン性両親媒性物質と複合体を形成した核酸を含む組成物であって、複合体の少なくとも10％がエマルションの油相中にある組成物を特徴とする。核酸の少なくとも25、50、50、70、75、80、90、95、98、または99％がエマルションの油相中にあることが望ましい。さまざまな態様において、カチオン性両親媒性物質は、カチオン性脂質、修飾スペルミンもしくは非修飾スペルミン（例えば、C3〜C20の脂肪酸を含む1つの脂肪酸、コレステロール、1つの脂肪酸と1つのコレステロール、2つの脂肪酸、または2つのコレステロールなどの疎水性基により修飾されたスペルミン）、ブピバカインまたは塩化ベンザルコニウムである。ある種の態様において、カチオン性両親媒性物質は、（i）正電荷と負電荷との比が1から5までの範囲にあるブピバカイン；（ii）正電荷と負電荷との比が0.5から1.5までの範囲にある非修飾スペルミンもしくは修飾スペルミン；（iii）正電荷と負電荷との比が0.5から5.0までの範囲にあるカチオン性脂質；（iv）正電荷と負電荷との比が0.5から2.0までの範囲にあるリポフェクタミン；または（v）正電荷と負電荷との比が0.01から0.2までの範囲にある塩化ベンザルコニウムである。油は植物油（例えば、ダイズ油またはトウモロコシ油）または動物油、例えばヒトの摂取が認可されている油などである。望ましい態様において、組成物のpHは6から8までの範囲、例えば6から7までの範囲または6.5から6.8までの範囲にある。
もう1つの局面において、本発明は、二本鎖RNAおよび局所麻酔薬、例えばブピバカインを含む組成物を特徴とする。望ましい態様において、組成物のpHは6から8までの範囲、例えば6から7までの範囲または6.5から6.8までの範囲にある。
上記の任意の局面のさまざまな態様において、核酸はDNA、RNA、DNA／RNAハイブリッドまたはペプチド核酸である。核酸は例えば、直鎖状、環状または超らせん状であってよい。また、核酸は一本鎖でも二本鎖でもよい。さまざまな態様において、核酸は45、40、30、25、10、5または1キロベース長未満である。いくつかの態様において、核酸の長さは500、100、50または25ベース長未満である。組成物は1〜50μgの核酸、例えば1〜30μgまたは10〜20μgの核酸を含むことが望ましい。
1つの関連した局面において、本発明は、本発明の組成物（例えば、上記のいずれかの局面の任意の組成物）および薬学的に許容される担体を含む薬学的組成物を特徴とする。組成物のpHは5から8までの範囲、例えば6から7.5までの範囲にあることが望ましい。組成物はヒト血液の電解質濃度に対して等張であることが望ましい。組成物は1〜50μgの核酸、例えば1〜30μgまたは10〜20μgの核酸を含むことが望ましい。
本発明の上記の組成物は、目的のRNAもしくはタンパク質を発現させるため（例えば、遺伝子治療またはDNA ワクチン）、または目的のRNAもしくはタンパク質のサイレンシングのため（例えば、リボザイム、RNAiまたはアンチセンス）の、さまざまな用途に有用である。
このような1つの局面において、本発明は、目的のRNA分子またはタンパク質分子を細胞内で発現させるための方法を特徴とする。本方法は、細胞を本発明の組成物と、核酸の細胞内への導入および組成物中の核酸によりコードされる目的のRNAまたはタンパク質の発現を望ましい形で可能にする条件下で接触させることを含む。いくつかの態様において、細胞は内因型の目的のRNAまたはタンパク質の内部に疾患または障害と関連のある変異を有しており、核酸はその疾患または障害と関連のない型のRNAまたはタンパク質をコードしている。ある種の態様において、目的のRNAまたはタンパク質は病原体に由来するものであり、本方法は目的のRNAまたはタンパク質に対する免疫応答を引き起こす。
もう1つの局面において、本発明は、細胞における標的核酸の発現を抑制するための方法を特徴とする。本方法は、細胞を本発明の組成物と、核酸の細胞内への導入および組成物中の核酸によりコードされるリボザイムの発現を望ましい形で可能にする条件下で接触させることを含む。このリボザイムは、疾患、障害または感染と関連のある細胞内の標的核酸を切断する。
1つの関連した局面において、本発明は、細胞における標的核酸の発現を抑制するためのもう1つの方法を特徴とする。本方法は、細胞を本発明の組成物と、核酸の細胞内への導入を望ましい形で可能にする条件下で接触させることを含む。本組成物は、標的核酸のある領域に対して実質的な配列同一性を有するとともに標的核酸の発現特異的に抑制する第1の二本鎖RNA（dsRNA）またはそのような第1の二本鎖dsRNAをコードする核酸を含む。本方法はさらに、dsRNAにより媒介される毒性（dsRNA-mediated toxicity）を抑制する短い第2のdsRNAまたはそのような短い第2のdsRNAをコードする核酸を細胞内に導入することを含むことが望ましい。
もう1つの局面において、本発明は、動物における疾患、障害または感染を治療、安定化または予防するための方法を提供する。本方法は、動物を本発明の組成物と、動物への核酸の導入を望ましい形で可能にする条件下で接触させることを含む。本組成物は、疾患、障害または感染と関連のある標的核酸のある領域に対して実質的な配列同一性を有するとともに標的核酸の発現を特異的に抑制する第1のdsRNA、またはそのような第1の二本鎖dsRNAをコードする核酸を含む。本方法はさらに、dsRNAにより媒介される毒性を抑制する短い第2のdsRNAまたはそのような短い第2のdsRNAをコードする核酸を細胞内に導入することを含むことが望ましい。
もう1つの局面において、本発明は、細胞における標的核酸の発現を抑制するためのもう1つの方法を提供する。本方法は、細胞を本発明の組成物と、細胞への核酸の導入を望ましい形で可能にする条件下で接触させることを含む。本組成物は、標的核酸のある領域に対して実質的な配列同一性を有するとともに標的核酸の発現を特異的に抑制するアンチセンス核酸を含む。
さらにもう1つの局面において、本発明は、動物における疾患、障害または感染を治療、安定化または予防するための方法を特徴とする。本方法は、動物を本発明の組成物と、動物への核酸の導入を望ましい形で可能にする条件下で接触させることを含む。本組成物は、疾患、障害または感染と関連のある標的核酸のある領域に対して実質的な配列同一性を有するとともに標的核酸の発現特異的に抑制するアンチセンス核酸を含む。いくつかの態様において、標的核酸はウイルス、細菌、酵母または感染性因子などの病原体に関連するものである。
本発明のもう1つの局面は、細胞における検出可能な表現型をモジュレートする核酸を同定するための方法を含む。本方法は、細胞の集団を、核酸のライブラリー（例えば、2、5、10、100、1000、5000、10000種類またはそれ以上の種類の核酸）を含む本発明の組成物と接触させることまたはそれにより形質転換させること（この際、細胞の集団の少なくとも2つの細胞はそれぞれライブラリー由来の異なる核酸によって形質転換される）、および、検出可能な表現型のモジュレーションに関してアッセイすることを含む。モジュレーションにより、その表現型と関連のある核酸が同定される。ライブラリーは、第1のdsRNA分子、または第1のdsRNA分子をコードする核酸を含むことが望ましい。本方法はさらに、dsRNAにより媒介される毒性を抑制する短い第2のdsRNA、またはそのような短い第2のdsRNAをコードする核酸を細胞に導入することを含むことが望ましい。望ましい態様において、ライブラリーは、アンチセンス核酸またはアンチセンス核酸をコードする核酸を含む。さまざまな態様において、検出可能な表現型のモジュレーションは、細胞の機能のモジュレーション、ポリペプチドの生物活性のモジュレーション、または標的核酸の発現のモジュレーションである。本方法はさらに、核酸の増幅および増幅された核酸のシークエンシングによって核酸を同定することを含むことが望ましい。ライブラリーは細胞に由来するcDNA分子を含むことが望ましい。
本発明の任意の局面のさまざまな態様において、第2のdsRNAにおける二本鎖領域は11ヌクレオチドから30ヌクレオチドまでの範囲を含む、および／または第1のdsRNAにおける二本鎖領域は11ヌクレオチドから30ヌクレオチドまでの範囲を含む。いくつかの態様において、第1のdsRNAにおける二本鎖領域は30、50、100、200、1000、または2000ヌクレオチドを上回るものを含む。細胞は哺乳動物細胞（例えば、ヒト細胞）などの脊椎動物細胞であることが望ましい。望ましい態様において、細胞は哺乳動物（例えば、ヒト）の体内にある。動物はヒトなどの哺乳動物であることが望ましい。
本発明の任意の局面のいくつかの態様において、核酸は多エピトープ性dsRNAまたは多エピトープ性アンチセンス核酸である。本発明の方法は、インターフェロン応答またはdsRNAストレス応答を抑制または阻止することが望ましい。いくつかの態様において、スペルミンは、生物学的利用能を高めるために1つまたは複数の分枝型または非分枝型PEGリンカーにより修飾されている。
本発明の任意の局面のまた別の態様において、核酸は、対応する2'位が水素またはヒドロキシル基を含む対応する核酸に比してインビトロまたはインビボでの核酸の半減期を延長させる、ハロゲン（フッ素基またはアルコキシ基（メトキシ基など）を糖の2'位が含む、1つまたは複数の修飾ヌクレオチドを含む。さらに別の態様において、核酸は隣接ヌクレオチドとの間に天然のホスホジエステル結合以外の1つまたは複数の結合を含む。このような結合の例には、ホスホルアミド結合、ホスホロチオエート結合およびホスホロジチオエート結合が含まれる。組成物は等張液に可溶性であることが望ましい。また別の望ましい態様において、組成物中の粒子のサイズは、粒子の不溶性構造への凝集が最小限にとどまるように150、100または50nm未満である。
サイレンシングを行わせる標的核酸の例には、癌または異常な細胞増殖と関連のある核酸、例えば、癌遺伝子、および常染色体優性疾患または劣性疾患と関連のある核酸が含まれる（例えば、国際公開公報第00／63364号、国際公開公報第00／44914号、および国際公開公報第99／32619号を参照されたい）。dsRNAまたはアンチセンス核酸は、優性疾患と関連のある変異を有する核酸のアレルの発現を抑制するが、核酸の他のアレル（例えば、疾患と関連のある変異を有しないアレル）は実質的に抑制しないことが望ましい。サイレンシングを行わせる標的核酸のその他の例には、ウイルス、細菌、酵母、原生動物または寄生生物といった病原体の感染または伝播のために必要な、宿主細胞の核酸または病原体の核酸が含まれる。
本発明のその他の態様には、2002年10月18日に提出された米国特許出願第60／419,532号に記載された態様が含まれる。
定義
「核酸組成物」とは、1つまたは複数のリン酸分子が糖質（例えば、五炭糖または六炭糖）と結合し、その糖質がプリン由来の塩基（例えば、アデニン）およびピリミジン由来の塩基（例えば、チミン）と結合している、任意の1つまたは複数の化合物のことを意味する。具体的な天然の核酸分子には、ゲノム性デオキシリボ核酸（DNA）およびゲノム性リボ核酸（RNA）のほか、後者のいくつかの別の形態、例えば、メッセンジャーRNA（mRNA）、トランスファーRNA（tRNA）およびリボソームRNA（rRNA）が含まれる。また、種々のRNA分子に対して相補的な種々のDNA分子（cDNA）も含まれる。合成DNAまたはそれと天然のDNAとのハイブリッド、さらにはDNA／RNAハイブリッドおよびPNA分子（Gambari, Curr Pharm Des 2001 Nov；7(17): 1839-62）を用いることもできる。
核酸は一般に、2つまたはそれ以上の天然型または修飾型のデオキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチドが共有結合した配列を有する。修飾核酸には例えば、ペプチド核酸および天然性でない塩基を有するヌクレオチドが含まれる。
「dsRNA」とは、二本鎖コンフォメーションにある2つまたはそれ以上のヌクレオチドの領域を含む核酸のことを意味する。さまざまな態様において、dsRNAはすべてリボヌクレオチドからなるか、またはRNA／DNAハイブリッド（例えば、2000年4月19日に提出された国際公開公報第00／63364号、または1999年4月21日に提出された米国特許出願第60／130,377号に開示）のようにリボヌクレオチドとデオキシヌクレオチドとの混合物からなる。dsRNAは、分子の1つのセグメント中のヌクレオチドが分子の別のセグメント中のヌクレオチドと塩基対合を生じるような自己相補的領域を有する単一の分子でもよい。さまざまな態様において、単一の分子からなるdsRNAは、すべてリボヌクレオチドからなるか、またはデオキシリボヌクレオチドの領域に対して相補的なリボヌクレオチドの領域を含む。または、dsRNAが互いに相補的な領域を有する2つの異なる鎖を含んでもよい。さまざまな態様において、両方の鎖はすべてリボヌクレオチドからなるか、一方の鎖がすべてリボヌクレオチドからなって一方の鎖はすべてデオキシリボヌクレオチドからなるか、または一方もしくは両方の鎖がリボヌクレオチドとデオキシリボヌクレオチドとの混合物からなる。相補的領域は少なくとも70、80、90、95、98または100％相補的であることが望ましい。二本鎖コンフォメーションとして存在するdsRNAの領域は、少なくとも5、10、20、30、50、75、100、200、500、1000、2000、もしくは5000ヌクレオチドを含むこと、またはdsRNA中に提示されるcDNA中のヌクレオチドのすべてを含むことが望ましい。いくつかの態様において、dsRNAは一本鎖末端などの一本鎖領域を含まない、またはdsRNAはヘアピンである。また別の態様において、dsRNAは1つまたは複数の一本鎖領域またはオーバーハングを含む。望ましいRNA／DNAハイブリッドは、アンチセンス鎖またはアンチセンス領域である（例えば、標的核酸に対して少なくとも70、80、90、95、98、または100％の相補性を有する）DNA鎖またはDNA領域、および、センス鎖もしくはセンス領域である（例えば、標的核酸に対して少なくとも70、80、90、95、98、または100％の同一性を有する）RNA鎖またはRNA領域を含む。さまざまな態様において、RNA／DNAハイブリッドは、酵素的または化学的な合成方法、例えば本明細書中に記載したもの、または2000年4月19日に提出された国際公開公報第00／63364号または1999年4月21日に提出された米国特許出願第60／130,377号に記載されたものを用いて、インビトロで形成される。また別の態様においては、インビトロで合成されたDNA鎖を、インビボまたはインビトロで形成されたRNA鎖と、細胞へのDNA鎖の形質転換導入の前、後またはそれと同時に複合体形成を行わせる。さらに別の態様において、dsRNAは1つのセンス領域および1つのアンチセンス領域を含む単一の環状核酸である、またはdsRNAは1つの環状核酸および第2の環状核酸または直鎖状核酸を含む（例えば、2000年4月19日に提出された国際公開公報第00／63364号もしくは1999年4月21日に提出された米国特許出願第60／130,377号を参照されたい）。環状核酸の例には、ヌクレオチドの遊離5'ホスホリル基が別のヌクレオチドの2'ヒドロキシル基と折り返し（loop back）様式で結合したラリアット構造が含まれる。
また別の態様において、dsRNAは、例えば2000年4月19日に提出された国際公開公報第00／63364号または1999年4月21日に提出された米国特許出願第60／130,377号に開示されているように、1つもしくは2つのキャップ付き（capped）鎖を含むか、またはキャップ付き鎖を含まない。また別の態様において、dsRNAはコード配列または非コード配列、例えば、調節配列（例えば、転写因子結合部位、プロモーターまたはmRNAの5'もしくは3'非翻訳領域（UTR））を含む。さらに、dsRNAは、2000年4月19日に提出された国際公開公報第00／63364号（例えば、8〜22ページを参照）に開示された、少なくとも部分的に二本鎖であるRNA分子の任意のものでもありうる。dsRNA分子はいずれも、インビトロまたはインビボで、本明細書に記載の方法、または2000年4月19日に提出された国際公開公報第00／63364号（例えば、16〜22ページを参照）に記載されたものなどの標準的な方法を用いて発現させることができる。
「短いdsRNA」とは、二本鎖コンフォメーションにある45、40、35、30、27、25、23、21、18、15、13個またはそれ未満の長さの連続したヌクレオチドを有するdsRNAのことを意味する。短いdsRNAは少なくとも11ヌクレオチド長であることが望ましい。望ましい態様において、二本鎖領域は11個から45個まで、11個から40個まで、11個から30個まで、11個から20個まで、15個から20個まで、15個から18個まで、20個から25個まで、21個から23個まで、25個から30個まで、または30個から40個までの長さの連続したヌクレオチドである。いくつかの態様において、短いdsRNAは30から50まで、50から100まで、100から200まで、200から300まで、400から500まで、500から700まで、700から1000まで、1000から2000まで、または2000から5000までのヌクレオチド長であり、しかも11個から40個までの長さの連続したヌクレオチド二本鎖領域を有する。1つの態様において、短いdsRNAは完全に二本鎖である。いくつかの態様において、短いdsRNAは11〜30ヌクレオチド長であってdsRNA全体が二本鎖である。また別の態様において、短いdsRNAは1つまたは2つの一本鎖領域を有する。特定の態様において、短いdsRNAはPKRまたはdsRNAを介したストレス応答経路の別のタンパク質と結合する。短いdsRNAはPKRの二量体化および活性化を少なくとも20、40、60、80、90、または100％抑制することが望ましい。いくつかの望ましい態様において、短いdsRNAは長いdsRNAとPKRまたはdsRNAを介したストレス応答経路の別の構成要素との結合を少なくとも20、40、60、80、90、または100％抑制する。
「多エピトープ性dsRNA」とは、多数の標的核酸に由来するセグメントを有する、または同一の標的核酸由来の非連続的なセグメントを有する、RNA分子のことを意味する。例えば、多エピトープ性dsRNAは（i）単一の生物の多数の遺伝子に相当する配列；（ii）種々の異なる生物由来の1つまたは複数の遺伝子に相当する配列；および／または（iii）ある特定の遺伝子の異なる領域に相当する配列（例えば、プロモーター由来の1つまたは複数の配列およびエクソンなどのコード領域由来の1つまたは複数の配列）に由来するセグメントを有しうる。各セグメントは標的核酸の対応する領域に対して実質的な配列同一性を有することが望ましい。さまざまな望ましい態様において、標的核酸に対して実質的な配列同一性を有するセグメントは、少なくとも30、40、50、100、200、500、750ヌクレオチド長またはそれ以上の長さである。望ましい態様において、多エピトープ性dsRNAは少なくとも2、4、6、8、10、15、20個またはそれ以上の標的遺伝子の発現を少なくとも20、40、60、80、90、95、または100％抑制する。いくつかの態様において、多エピトープ性dsRNAは同一の標的遺伝子由来の非連続的なセグメント（これらはセグメントの自然下での5'から3'への順序であってもそうでなくてもよい）を有し、このdsRNAは1つのセグメントのみを有するdsRNAよりも核酸の発現を少なくとも50、100、200、500、または1000％抑制する。
「アンチセンス」とは、長さにかかわらず、目的のコード鎖またはmRNAに対して相補的な核酸のことを意味する。いくつかの態様において、アンチセンス分子は目的の1つの分子のみの発現を抑制し、また別の態様において、アンチセンス分子は目的の複数の分子の発現を抑制する。アンチセンス核酸は目的のRNAまたはタンパク質の発現または生物活性を少なくとも20、40、50、60、70、80、90、95、または100％抑制することが望ましい。アンチセンス分子は例えば個々の細胞または動物個体に対して導入することができ、例えば、それを血流を介して全身に導入することもできる。アンチセンス核酸の1つの領域またはアンチセンス核酸全体が、目的のコード配列、調節領域（5'または3'非翻訳領域）またはmRNAに対して少なくとも70、80、90、95、98、または100％相補的であることが望ましい。相補性領域はアンチセンス核酸中の少なくとも5、10、20、30、50、75、100、200、500、1000、2000、もしくは5000ヌクレオチドを含むこと、またはそのヌクレオチドのすべてを含むことが望ましい。
いくつかの態様において、アンチセンス分子は200、150、100、75、50、または25ヌクレオチド長未満である。また別の態様において、アンチセンス分子は50,000、10,000、5,000、または2,000ヌクレオチド長未満である。ある種の態様において、アンチセンス分子は少なくとも200、300、500、1000、または5000ヌクレオチド長である。いくつかの態様において、アンチセンス分子中のヌクレオチドの数は以下の範囲のいずれか1つに含まれる：5から15ヌクレオチドまで、16から20ヌクレオチドまで、21から25ヌクレオチドまで、26から35ヌクレオチドまで、36から45ヌクレオチドまで、46から60ヌクレオチドまで、61から80ヌクレオチドまで、81から100ヌクレオチドまで、101から150ヌクレオチドまで、または151から200ヌクレオチドまで。さらに、アンチセンス分子は完全長配列よりも短い配列を含んでもよく、または完全長配列を含んでもよい。
「疾患または障害を治療、安定化または予防すること」とは、疾患もしくは障害の初発もしくは続発を予防もしくは遅延させること；病状の消失からその再発までの無病生存期間を延長させること；病状に付随する有害症状を安定化もしくは軽減すること；または、病状の進行を抑制もしくは安定化することを意味する。治療を受けた対象の少なくとも20、40、60、80、90、または95％が、疾患のすべての徴候が消失する完全寛解を得ることが望ましい。もう1つの態様において、患者が病状を有すると診断され、本発明の方法を用いて治療された後に生存する期間は、（i）未治療患者が生存する平均期間、または（ii）別の治療法により治療された患者が生存する平均期間よりも、少なくとも20、40、60、80、100、200％、もしくは場合によっては500％長い。
「癌を治療、安定化または予防すること」とは、腫瘍のサイズの減少をもたらすこと、腫瘍のサイズの増大を緩徐化もしくは阻止すること、腫瘍の消失からその再発までの無病生存期間を延長させること、腫瘍の初発もしくは続発を予防すること、または腫瘍に付随する有害症状を軽減もしくは安定化することを意味する。1つの態様において、治療に抗して生存する癌細胞の割合は、任意の標準的なアッセイを用いた測定で、癌細胞の最初の数よりも少なくとも20、40、60、80、または100％少ない。本発明の組成物の投与によって引き起こされる癌細胞数の減少は、非癌細胞数の減少よりも少なくとも2、5、10、20、または50倍多いことが望ましい。さらにもう1つの態様において、本発明の組成物の投与後に存在する癌細胞の数は、媒体対照（vehicle control）の投与後に存在する癌細胞の数よりも少なくとも2倍、5倍、10倍、20倍、または50倍少ない。本発明の方法は、標準的な方法を用いた評価で、腫瘍のサイズを20、40、60、80、または100％縮小させることが望ましい。治療を受けた対象の少なくとも20、40、60、80、90、または95％が、癌のすべての徴候が消失する完全寛解を得ることが望ましい。癌が少なくとも5、10、15、または20年後まで再発しないことが望ましい。もう1つの望ましい態様において、患者が癌と診断され、本発明の組成物による治療を受けた後に生存する期間は、（i）未治療患者が生存する平均期間、または（ii）別の治療法により治療された患者が生存する平均期間よりも、少なくとも20、40、60、80、100、200％、もしくは場合によっては500％長い。
「細菌感染」とは、病原性細菌による侵入を宿主が受けることを意味する。例えば、感染には、動物の体内もしくは体表に通常存在する細菌の過剰増殖、または動物の体内もしくは体表に通常は存在しない細菌の増殖が含まれうる。さらに一般的には、細菌感染は、細菌集団の存在が宿主動物に対して有害である任意の状況でありうる。すなわち、過剰な量の細菌集団が動物の体内もしくは体表に存在する場合、または細菌集団の存在が動物の細胞もしくは他の組織に対して有害である場合、動物は細菌感染に「冒されている」。1つの態様においては、ある特定の属または種の細菌の数は、動物に通常認められる数の少なくとも2、4、6または8倍である。細菌感染はグラム陽性細菌および／またはグラム陰性細菌のいずれに起因するものでもよい。
「ウイルス感染」とは、ウイルスによる侵入を宿主が受けることを意味する。例えば、感染には、動物の体内もしくは体表に通常存在するウイルスの過剰増殖、または動物の体内もしくは体表に通常は存在しないウイルスの増殖が含まれうる。さらに一般的には、ウイルス感染は、ウイルス集団の存在が宿主動物に対して有害である任意の状況でありうる。すなわち、過剰な量のウイルス集団が動物の体内もしくは体表に存在する場合、またはウイルス集団の存在が動物の細胞もしくは他の組織に対して有害である場合、動物はウイルス感染に「冒されている」。
「細胞の機能」とは、測定または評価が可能な任意の細胞活性のことを意味する。細胞機能の例には、細胞運動、アポトーシス、細胞増殖、細胞侵入、血管内侵入、細胞周期イベント、細胞分化、細胞脱分化、神経細胞の再生、および細胞がウイルス複製を扶助する能力が非制限的に含まれる。細胞の機能が、別の細胞、例えば近傍の細胞、その細胞と接触している細胞、またはその細胞を含む媒質または他の細胞外液と接触している細胞の、機能、遺伝子発現またはポリペプチド生物活性に影響を及ぼすことであってもよい。検出可能な表現型には、例えば、任意の外面的な物理的徴候、例えば分子、高分子、構造、代謝、エネルギー利用、組織、臓器、反射および行動、さらには細胞、組織または生体の検出可能な構造、機能または行動の一部をなす任意のものが含まれうる。
「アポトーシス」とは、死滅しつつある細胞が、原形質膜の泡状突起形成、細胞体の縮小、クロマチン凝縮、核の分解およびDNAラダー形成を含む、詳細に解明されている一連の生化学的特徴を示す、細胞死経路のことを意味する。細胞のアポトーシス状態を判定するためのアッセイは数多く周知であり、これには、MTTテトラゾリウム色素の減少、TUNEL染色、アネキシンV染色、ヨウ化プロピジウム染色、DNAラダー形成、PARP分解、カスパーゼ活性化、ならびに細胞および核の形態の評価が非制限的に含まれる。上記またはその他の既知のアッセイの任意のものを、細胞がアポトーシスを起こしているか否かを判定するために、本発明の方法に用いることができる。
「ポリペプチド生物活性」とは、標的ポリペプチドが細胞機能をモジュレートする能力のことを意味する。ポリペプチド生物活性のレベルは、当技術分野で知られた標準的なアッセイを用いて直接測定することができる。例えば、ポリペプチド生物活性の相対的レベルは、標的ポリペプチドをコードするmRNAのレベル（例えば、逆転写-ポリメラーゼ連鎖反応（RT-PCR）増幅またはノーザンブロット分析による）；標的ポリペプチドのレベル（例えば、ELISAまたはウエスタンブロット分析による）；標的ポリペプチドの転写調節領域の転写調節下にあるレポーター遺伝子の活性（例えば、以下の記載のようにレポーター遺伝子アッセイにより）；標的ポリペプチドと別の分子、例えば、標的ポリペプチドによって活性化されるポリペプチドもしくは標的ポリペプチド活性を阻害するポリペプチドとの特異的相互作用（例えば、ツーハイブリッドアッセイによる）；または標的ポリペプチドのリン酸化もしくはグリコシル化の状態を測定することによって評価しうる。dsRNAまたはアンチセンス核酸などの化合物であって、リプレッサーまたは負の調節因子のサイレンシングを行うもの、標的ポリペプチド、標的ポリペプチドをコードするmRNA、または細胞、細胞抽出物もしくはその他の実験試料におけるレポーター遺伝子活性のレベルを高めるものは、標的ポリペプチドの生物活性を賦活または増大させる化合物である。dsRNAまたはアンチセンス核酸などの化合物であって、標的ポリペプチド、標的ポリペプチドをコードするmRNA、または細胞、細胞抽出物もしくはその他の実験試料におけるレポーター遺伝子活性のレベルを低下させるものは、標的ポリペプチドの生物活性を低下させる化合物である。
「モジュレートする」とは、低下または増大のいずれかによって変化させることを意味する。遺伝子サイレンシングの用途のためには、核酸は望ましくは細胞の機能、細胞における標的核酸の発現または細胞における標的ポリペプチドの生物活性を少なくとも20％低下させ、より望ましくは少なくとも30％、40％、50％、60％、または75％、最も望ましくは少なくとも90％低下させる。所望のRNAまたはタンパク質の発現のためには、核酸は望ましくは細胞の機能、細胞における標的核酸の発現または細胞における標的ポリペプチドの生物活性を少なくとも1.5倍〜2倍に増大させ、より望ましくは少なくとも3倍、最も望ましくは少なくとも5倍増大させる。
「低下」とは、a）タンパク質（例えば、ELISAまたはウエスタンブロット分析により測定）；b）レポーター遺伝子活性（例えば、レポーター遺伝子アッセイ、例えばβ-ガラクトシダーゼ、緑色蛍光タンパク質またはルシフェラーゼ活性により測定）；c）mRNA（例えば、「ハウスキーピング」遺伝子産物、例えばβ-アクチンまたはグリセルアルデヒド3-リン酸デヒドロゲナーゼ（GAPDH））などの内部対照との対比によるRT-PCRまたはノーザンブロット分析により測定）；またはd）細胞機能、例えば、被験試料におけるアポトーシス細胞、移動性細胞、増殖性細胞、細胞周期停止細胞、浸潤細胞、分化細胞もしくは脱分化細胞の数によってアッセイされるもの、のレベルの低下を意味する。いずれの場合にも、低下は望ましくは少なくとも20％であり、より望ましくは少なくとも30％、40％、50％、60％、75％、最も望ましくは少なくとも90％である。本明細書で用いる場合、低下は、PTGS、TGSまたは別の遺伝子サイレンシングイベントの直接的な結果でも間接的な結果でもよい。
「増大」とは、a）タンパク質（例えば、ELISAまたはウエスタンブロット分析により測定）；b）レポーター遺伝子活性（例えば、レポーター遺伝子アッセイ、例えばβ-ガラクトシダーゼ、緑色蛍光タンパク質またはルシフェラーゼ活性により測定）；c）mRNA（例えば、「ハウスキーピング」遺伝子産物、例えばβ-アクチンまたはグリセルアルデヒド3-リン酸デヒドロゲナーゼ（GAPDH））などの内部対照との対比によるRT-PCRまたはノーザンブロット分析により測定）；またはd）細胞機能、例えば、被験試料におけるアポトーシス細胞、移動性細胞、増殖性細胞、細胞周期停止細胞、浸潤細胞、分化細胞もしくは脱分化細胞の数によってアッセイされるもの、のレベルの上昇のことを意味する。増加は少なくとも1.5倍〜2倍であることが望ましく、より望ましくは少なくとも3倍、最も望ましくは少なくとも5倍である。本明細書で用いる場合、増大はPTGS、TGSまたは別の遺伝子サイレンシングイベントの間接的な結果であってよい。例えば、dsRNAまたはアンチセンス核酸が、通常であれば別の核酸の発現を抑制する、サプレッサータンパク質などのタンパク質の発現を抑制してもよい。
「遺伝子発現のレベルの変化」とは、遺伝子の産物、すなわちmRNAまたはポリペプチドの総量が増加または減少するような、転写、翻訳またはmRNAもしくはタンパク質の安定性の変化のことを意味する。
「タンパク質」または「ポリペプチド」または「ポリペプチド断片」とは、翻訳後修飾（例えば、グリコシル化またはリン酸化）の如何にかかわらず、天然のポリペプチドもしくはペプチドの全体または部分を構成する、または非天然性のポリペプチドもしくはペプチドを構成する、2個を上回るアミノ酸の任意の連鎖のことを意味する。
「インターフェロン応答またはdsRNAストレス応答が抑制または阻止される条件下」とは、細胞毒性、細胞死、抗増殖性応答またはdsRNAがPTGSイベントもしくはTGSイベントを遂行する能力の低下を伴う、1つまたは複数のインターフェロン応答または細胞RNAストレス応答が阻止または抑制される条件のことを意味する。これらの応答には、インターフェロン誘導（1型およびII型の両方）、インターフェロンにより賦活される1つまたは複数の遺伝子の誘導、PKR活性化、2'5'-OAS活性化、ならびにこれらの応答の1つまたは複数の活性化／誘導に起因する、下流での任意の細胞性および／または生物体性の二次的結果が非制限的に含まれる。「生体性の二次的結果（organismal sequelae）」とは、ストレス応答によって引き起こされる、動物個体、臓器またはより局所的な（例えば、注射部位での）任意の影響のことを意味する。徴候の例には、サイトカイン産生の上昇、局所炎症および壊死が含まれる。これらの応答を抑制する条件は、本発明の組成物を用いずに導入した細胞（例えば、本発明の標的指向性スペルミンおよびエンドモリティックスペルミンにも水中油型エマルションにも曝露されていない同じ細胞種）に比して、細胞の95％、90％、80％、75％、60％、40％、または25％以下、最も望ましくは10％以下が細胞毒性、細胞死またはPTGS、TGSもしくは別の遺伝子サイレンシングイベントを遂行する能力の低下を来すようなものであることが望ましい。
アポトーシス、インターフェロン誘導、2'5' OASの活性化／誘導、PKRの誘導／活性化、抗増殖性応答および細胞変性作用はいずれもRNAストレス応答経路の指標である。RNAストレス応答の誘導を計測するために用いうるアッセイの例には、アポトーシス細胞を検出するためのTUNELアッセイ、α、βおよびγインターフェロンの誘導を検出するためのELISAアッセイ、2'5' OASの活性化を検出するためのリボソームRNA断片化分析、PKR（プロテインキナーゼRNA誘導性）活性化の指標としてのリン酸化eIF2aの測定、細胞増殖の変化を検出するための増殖アッセイ、および細胞変性作用を同定するための細胞の顕微分析が含まれる。また別の態様において、本発明の方法を用いて核酸による形質転換を受けた細胞におけるインターフェロン応答またはdsRNAストレス応答のレベルは500％、200％、100％、50％、25％、または10％を下回り、形質転換を受けていない対応する対照細胞における対応するレベルよりも高い。二本鎖RNAは細胞での転写および翻訳の全体的抑制を誘導しないことが望ましい。
「特異的にハイブリダイズする」とは、変性条件下でアッセイした場合に、標的核酸とはハイブリダイズするが、標的核酸を自然下で含む試料（例えば、細胞由来の試料）中の他の核酸とは実質的にハイブリダイズしない、dsRNAまたはアンチセンス核酸のことを意味する。1つの態様において、標準的なアッセイを用いて測定した場合に、dsRNAとハイブリダイズまたは会合する標的核酸の量は、dsRNAとハイブリダイズまたは会合する対照核酸の量の2倍、望ましくは5倍、より望ましくは10倍、最も望ましくは50倍の多さである。
「実質的な配列同一性」とは、dsRNAまたはアンチセンス核酸とdsRNAまたはアンチセンス核酸の標的核酸との間の、核酸の発現を抑制するのに十分な配列同一性のことを意味する。dsRNAまたはアンチセンス核酸の配列は、標的核酸のある領域の配列に対して少なくとも40、50、60、70、80、90、95、または100％同一であることが望ましい。
「実質的な配列相補性」とは、dsRNAまたはアンチセンス核酸とdsRNAまたはアンチセンス核酸の標的核酸との間の、核酸の発現を抑制するのに十分な配列相補性のことを意味する。dsRNAまたはアンチセンス核酸の配列は、標的核酸のある領域の配列に対して少なくとも40、50、60、70、80、90、95、または100％相補的であることが望ましい。
「標的核酸の発現を特異的に抑制する」とは、標的核酸のものに対する同一性または相補性が99、95、90、80、または70％未満である配列を含む細胞または生物試料中の他の非標的核酸よりも、標的核酸の発現を抑制することを意味する。これらの非標的分子の発現の抑制は、標的核酸の発現の抑制よりも2倍、望ましくは5倍、より望ましくは10倍、最も望ましくは50倍下回ることが望ましい。
「高ストリンジェンシー条件」とは、40℃の2×SSC中での少なくとも40ヌクレオチド長のDNAプローブとのハイブリダイゼーションのことを意味する。高ストリンジェンシー条件のその他の定義については、F. Ausubelら、「分子生物学における最新プロトコール（Current Protocols in Molecular Biology）」、pp. 6.3.1-6.3.6, John Wiley & Sons, New York, NY, 1994を参照されたい（これは参照として本明細書に組み入れられる）。
「発現エレメント（expression element）」とは、核酸配列の転写または翻訳に影響を及ぼすDNAの任意の特徴または配列のことを意味する。発現エレメントの例には、プロモーター、エンハンサー、リプレッサー、ポリアデニル化部位およびイントロンが含まれる。本発明を用いて評価しうる発現エレメントの例には、転写酵素または翻訳酵素、例えば、ポリメラーゼおよび転写因子などのタンパク質エレメントも含まれうる。
「発現ベクター」とは、RNAを転写するように設計された任意の二本鎖DNAまたは二本鎖RNA、例えば、少なくとも1つのプロモーターが下流の目的の遺伝子またはコード領域（例えば、タンパク質をコードするcDNAもしくはゲノムDNA断片、または任意の目的のRNA、これは選択的には例えば、コード領域の外側に位置する配列、アンチセンスRNAコード領域、dsRNAコード領域、またはコード領域の外側に位置するRNA配列と機能的に結合している）と機能的に結合したものを含む構築物のことを意味する。レシピエント細胞への発現ベクターのトランスフェクションまたは形質転換導入により、発現ベクターによってコードされるRNAまたはタンパク質を細胞に発現させることが可能となる。発現ベクターは、遺伝的に操作されたプラスミド、ウイルス、または例えばバクテリオファージ、アデノウイルス、レトロウイルス、ポックスウイルスもしくはヘルペスウイルスなどに由来する人工染色体のいずれでもよい。
「発現構築物」とは、RNAを転写するように設計された任意の二本鎖DNAまたは二本鎖RNA、例えば、少なくとも1つのプロモーターが下流の目的の遺伝子またはコード領域（例えば、タンパク質をコードするcDNAもしくはゲノムDNA断片、または任意の目的のRNA）と機能的に結合したものを含む構築物のことを意味する。レシピエント細胞への発現構築物のトランスフェクションまたは形質転換導入により、発現構築物によってコードされるRNAまたはタンパク質を細胞に発現させることが可能となる。発現構築物は、遺伝的に操作されたプラスミド、ウイルス、または例えばバクテリオファージ、アデノウイルス、レトロウイルス、ポックスウイルスもしくはヘルペスウイルスなどに由来する人工染色体のいずれでもよい。発現構築物は生細胞内で複製可能である必要はなく、合成的に作製されたものでよい。
「機能的に結合した」とは、核酸分子と1つまたは複数の調節配列（例えば、プロモーター）が、適切な分子が調節配列と結合した場合にmRNAの転写を許容する様式または核酸分子の産物（すなわち、ポリペプチド）の発現および／もしくは分泌を許容する様式で連結されていることを意味する。
「プロモーター」とは、共有結合した核酸分子の転写を導くのに十分な核酸配列のことを意味する。同じくこの定義に含まれるものには、細胞種特異的、組織特異的もしくは時期特異的な様式で制御しうるプロモーター依存的な遺伝子発現を行わせるのに十分な、または外部シグナルもしくは外部物質によって誘導されうる、転写制御エレメント（例えば、エンハンサー）が含まれる。このようなエレメントは当業者に周知であり、遺伝子の5'もしくは3'領域またはイントロン内部に存在しうる。プロモーターは、核酸配列、例えばcDNAまたは遺伝子と、核酸配列の発現を許容する様式で機能的に結合していることが望ましい。
「レポーター遺伝子」とは、免疫学的、化学的、生化学的または生物学的なアッセイによってその発現を検出および／または定量化しうる産物をコードする、任意の遺伝子のことを意味する。レポーター遺伝子産物は、例えば、以下の特質の1つを有しうるが、これには限定されない：蛍光（例えば、緑色蛍光タンパク質）、酵素活性（例えば、β-ガラクトシダーゼ、ルシフェラーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ）、毒性（例えば、リシンA）、または別の分子が特異的に結合する能力（例えば、非標識抗体が結合し、その後に標識された二次抗体またはビオチンまたは検出可能な標識がなされた抗体が結合する）。当業者にとって容易に入手可能な、操作された任意の型のレポーター遺伝子も前記の定義に非制限的に含まれることは認識されている。
「エンドモリティックスペルミン」とは、コレステロールまたは脂肪酸の共有結合によって修飾された、エンドソーム小胞の破壊を促すスペルミンのことを意味する。例えば、エンドモリティックスペルミンはエンドソーム小胞の膜内に挿入されてそれを不安定化することができる。エンドモリティックスペルミンはエンドソーム小胞の破壊を非修飾スペルミンよりも少なくとも20、40、60、80、100、200、500、1000、または5000％増大させることが望ましい。
「標的指向性スペルミン」とは、細胞表面分子に対するリガンド（例えば、細胞表面受容体、タンパク質または糖質）の共有結合によって修飾されたスペルミンのことを意味する。リガンドには例えば、細胞表面分子と結合してエンドサイトーシスを誘発しうる任意の分子が含まれうる。標的指向性スペルミンは、所望の細胞または組織への核酸の導入を非修飾スペルミンよりも少なくとも20、40、60、80、100、200、500、1000、または5000％増大させることが望ましい。必要に応じて、所望の細胞または組織に対する特異性を高めるために、複数のリガンドを本発明の組成物中に用いることもできる（例えば、同一の標的指向性スペルミン上に複数のリガンドがある、または異なるリガンドを有する複数の標的指向性スペルミンを用いる）。
「正電荷と負電荷との比」とは、スペルミン中の正電荷の数と本発明の組成物の核酸中の負電荷の数とのモル比のことを意味する。この算出のためには、非修飾スペルミンが4個の正電荷を有するとみなす。1つの修飾を有する（例えば、細胞受容体に対するリガンド、脂肪酸、コレステロール、リンカーまたはPEGを1つ付加した）スペルミン分子は、修飾の内容にかかわらず、3.5個の正電荷を有するとみなす。例えば、1つの正荷電基、負荷電基または非荷電基の付加によって修飾されたスペルミンは3.5個の正電荷を有するとみなす。同様に、2つの修飾（例えば、以下の基のうち2つの付加：細胞受容体に対するリガンド、脂肪酸、コレステロール、リンカーまたはPEG）を有するスペルミン分子は、修飾の内容にかかわらず、3個の正電荷を有するとみなす。例えば、2つの正荷電基、負荷電基、非荷電基またはそれらの任意の組み合わせの付加によって修飾されたスペルミンは3個の正電荷を有するとみなす。
利点
本発明の組成物および方法にはさまざまな利点がある。例えば、本組成物は一般に、細胞における毒性（仮にあるとしても）をわずかしか引き起こさない。特に、本組成物は細胞培養物の細胞増殖速度にわずかな影響しか及ぼさず、このことは本組成物がほとんど毒性を引き起こさないことを意味する。スペルミン含有分子を標的指向性分子およびエンドモリティック分子として用いると、より多くのアミン基を有する他のポリアミンを用いた場合よりも生じる毒性が少ない。スペルミンよりも多数のアミン基を有するポリアミンはDNAとより高い親和性で結合するため、組成物中の核酸と結合したまま保たれ、細胞または動物に導入された後に核酸の所望の生物学的機能を抑制する可能性が高い。すなわち、スペルミンは、細胞および動物への機能的核酸の導入が容易になるような、核酸に対する（より望ましい）弱い親和性を有する。
本発明の組成物中に1つまたは複数の標的指向性スペルミンを用いることにより、動物体内の所望の細胞または組織に対する組成物の特異性が向上する。エンドモリティックスペルミンを用いると、投与された核酸がエンドソーム小胞から放出されて所望の生物学的機能を発揮する能力が高まる。これに対して、修飾抗体を用いて核酸を細胞に送達するためのある従来の方法では、DNA取込みの高度の特異性および効率がこれらの検討で示されたものの、コードされているタンパク質を発現したのは細胞の5％に過ぎなかった（Mohrら、Hepatology (1999) 29: 82-89）。
油相中に核酸を含む水中油型エマルションは、胃の酸性状態などの過酷な状態から核酸を保護する。このため、経口的に送達された水中油型エマルションは油相内部の核酸を分解から保護する。
詳細な説明
本発明は、RNA、DNA、PNAおよびそれらのハイブリッドの送達のための方法および組成物を含む、核酸送達のための組成物および方法に関する。本発明の1つの局面において、本発明の核酸送達複合体は、標的遺伝子の組織特異的サイレンシングまたは動物個体における標的遺伝子のサイレンシング（RNAi）を目的として、二本鎖RNA（dsRNA）の送達を達成するために設計される。
本発明の1つの組成物は、核酸、エンドモリティックスペルミン（コレステロールまたは脂肪酸を含む）および標的指向性スペルミン（細胞表面分子に対するリガンドを含む）を含む。組成物の正電荷と負電荷との比は0.5から1.5までの範囲にある。エンドソーム溶解性スペルミンは組成物中のスペルミン含有分子の少なくとも20％を占める。さらに標的指向性スペルミンは組成物中のスペルミン含有分子の少なくとも10％を占める。標的指向性スペルミンは組成物を目的の特定の細胞または組織に局在させるように設計されている。エンドモリティックスペルミンはエンドサイトーシス過程で組成物を封入するエンドソーム小胞を破壊し、エンドソーム小胞から細胞の細胞質中または核内への核酸の放出を促す。
本発明のもう1つの組成物は、水中油型エマルション（例えば、水が50％を上回るエマルション）中にてカチオン性両親媒性物質と複合体を形成した核酸を含み、複合体の少なくとも10％はエマルションの油相中にある。核酸の少なくとも25、50、50、70、75、80、90、95、98、または99％がエマルションの油相中にあることが望ましい。さまざまな態様において、カチオン性両親媒性物質は、カチオン性脂質、修飾スペルミンもしくは非修飾スペルミン（例えば、C3〜C20の脂肪酸を含む1つの脂肪酸、コレステロール、1つの脂肪酸と1つのコレステロール、2つの脂肪酸または2つのコレステロールなどの疎水性基により修飾されたスペルミン）、ブピバカインまたは塩化ベンザルコニウムである。組成物中の核酸を取り囲む油は、組成物が動物に投与された後に、核酸を過酷な環境条件（例えば、経口送達後の胃の酸性）から保護する。
本発明の改良された核酸送達媒体は、核酸組成物を細胞内に送達するように設計されている。これらの天然の物質に加えて、本発明に用いられる核酸組成物は、合成組成物（例えば、核酸類似体）を含むこともできる。これらは、対応する細胞内標的核酸の正常な必須の機能が損なわれるような比較的短いオリゴヌクレオチドと一本鎖RNAまたは一本鎖DNAとの相補的ハイブリダイゼーションである、アンチセンス法に特に有用なことが明らかになっている。標的細胞に導入しようとする核酸組成物のサイズ、性質および詳細な配列は、必要に応じて、意図している具体的な用途のために最適化することができ、このような最適化はこの分野の当業者の技能の範囲に十分に含まれる。
いくつかの用途では、リボ核酸および／または所望のポリペプチドを発現しうる核酸発現構築物を送達する。このような核酸組成物は、RNAおよび／またはタンパク質を発現させるための適切なオープンリーディングフレームおよびプロモーター、ならびに発現のために適切と思われる他の任意の調節配列を有する。本発明の方法によって送達しようとする核酸組成物は、所望の具体的な要素に対して適切であるように設計および構築することができ、これらはすべてこの分野の当業者の技能の範囲に十分に含まれる。
本発明の多機能性分子複合体および方法を用いて細胞に送達される核酸分子は、（1）予防的および／または治療的な免疫化物質として働くタンパク質のための遺伝的テンプレート；（2）欠陥遺伝子、欠損遺伝子もしくは非機能性遺伝子の代替用コピー；（3）治療的タンパク質のための遺伝的テンプレート；（4）アンチセンス分子のための遺伝的テンプレートおよびアンチセンス分子そのもの；（5）リボザイムのための遺伝的テンプレート；（6）dsRNA分子の発現のための遺伝的テンプレート；および／または（7）RNAi用途のためのdsRNA分子として役立つと考えられる。
タンパク質をコードする核酸分子の場合、本核酸分子は、それが送達される動物個体の標的細胞における転写および翻訳のために必要な調節配列を含むことが望ましい。アンチセンスRNA、dsRNA分子またはリボザイムのためのテンプレートとしての役割を果たす核酸分子は、コードされるアンチセンス分子およびリボザイム分子の十分量のコピーの産生のために必要な調節因子と結合していることが望ましい。これらの核酸はプラスミドの形態として提供されることが望ましい。
本発明に用いられる核酸組成物は一本鎖でも二本鎖でもよく、直鎖状でも環状（例えば、プラスミド）でもよく、さらにオリゴヌクレオチドでもポリヌクレオチドでもよい。核酸はわずか5〜10個の塩基もしくは塩基対から構成されてもよく、または4万5000個もの塩基もしくは塩基対（45kb）を含んでもよい。導入部分（transfer moiety）は核酸組成物に付加された際に比例的に用いられるため、物理的導入の現実的事情および完全な分子を細菌から単離する能力が、利用可能な核酸組成物のサイズの上限を主に規定する。
核酸の凝縮および細胞への導入のための従来の方法の概要
効率的なインビボでのトランスフェクションは、核酸を用いる治療法にとって未だに課題である。「裸の」DNAを投与してインビボでの細胞のトランスフェクションのために用いることもできるが、これはほとんど成功せず、その原因となる問題は、DNAが負に荷電していて結合タンパク質および他の分子がカチオン性側鎖を有することの結果である可能性が高いと考えられる。さまざまなインビトロでの研究により、DNAは電荷の中和後に細胞内に入ることが示されている。多価カチオンおよび多数の配位圏を有するカチオン、例えばポリアミンならびにコバルトヘキサアミンおよびペンタアミンは、単にホスホリル基と塩橋を形成する以外にさまざまな様式でDNA分子と相互作用する。このようなカチオン性化合物はDNAの電荷を中和するだけでなく塩基との水素結合も形成し、DNAの凝縮を促す。すなわち、DNAの凝縮は効率的かつ予測性のあるトランスフェクションのための必要条件の1つであると考えられる。
細胞へのトランスフェクションには、荷電した核酸の進入を容易にする作用物質および方法を用いることが必要である。ほとんどのトランスフェクション法は受動的であり、カチオン性脂質、DEAEデキストランまたはCa＋＋などの複合体形成剤の使用に依拠している。トランスフェクションに関する10年近くの研究を経て、これらの核酸導入法では、生物学的に十分に意味のあるレベルでインビボの細胞へのトランスフェクションは行われないことが明らかである。このため、核酸を用いる治療手段が成功するためには、細胞の関与を引き起こす、改良された受動的トランスフェクション技術および能動的トランスフェクション技術を開発する必要がある。
カチオン性脂質および水溶性カチオン性両親媒性物質を用いる従来の方法の概要
カチオン性両親媒性物質は、親油性ドメインおよび親水性ドメインの両方を含むイオン対分子である。分子の疎水性成分およびイオン性成分の相対量により、その望ましい溶解性が決定される。水性環境において、単一の脂質鎖およびカチオン性頭部基を有するカチオン性両親媒性物質は、脂質鎖が内側の疎水性コアの方を向いたミセル構造を形成する傾向がある。ミセルには内容積がなく、このため薬物分子を意味のあるレベルで閉じ込めることができない。さらに、インビボの循環路に入ると、ミセルは肝臓内のクッパー細胞などのマクロファージ様細胞によって選好的に取り込まれる。このような細胞の厳しい細胞内環境ではDNAの急速な分解が起こると予想される。このため、核酸のミセル送達は望ましくない。
ある種のカチオン性両親媒性物質は2つの脂質鎖および1つのカチオン性頭部基を含む。適切な長さの炭化水素鎖を有する二重鎖脂質は二重層からなる小胞を形成しうる。小胞内に含まれる溶媒が仮に外部溶媒と同一であっても、おそらく2つの層の間の脂質の充填の順序に違いがあるため、小胞は高度の非対称性（不均一性）を示すと考えられる。DNAまたはコリピド（co-lipid）を添加した場合には、さらにはるかに複雑な構造が形成される。これらの多脂質相互作用は、単脂質小胞の通常であれば流動的な環境に局所的な剛性をもたらし、層の再構築を引き起こすとともに複合体の非対称性をさらに増大させる。二重層における不均一性は、送達しようとする分子との不均一な相互作用をもたらし、複合体の不均一性を引き起こすとともにトランスフェクションおよび最終的な所望の効果の効率および再現性に影響を及ぼすと予想される。
二重層には側方流動性がある程度存在するが、層の間での脂質交換に関する報告はなく、これはおそらく二重層における2つの層の構造的安定性に起因すると考えられる。同様の熱力学的障害は2つのリポソームを融合させる際にも存在し、それらを細胞膜と融合させる際にはなおさらそうである。リポソームは細胞膜と融合せず、その取込みは正確には受動的な貪食過程によることが数多くの報告によって示されている。添加したリポソームから細胞へのホスファチジル脂質の移行はタンパク質媒介性であることが示されている。しかし、ホスファチジル脂質の制御下移行は融合を促す方向に熱力学的平衡を変化させることが予想される。DNAの細胞への進入は、活動的な貪食細胞の近くへの滞留時間の増加により、または、受容体を介したターゲティングの場合のように、膜の構成要素と能動的に相互作用して局所的な膜構造を再配列させる官能基を含む複合体により、促進されるように思われる。
このため、カチオン性脂質-DNA複合体の成績が裸のDNAよりも一般に劣ることは驚くには当たらない。DNAのカチオン性脂質複合体は培養下で凝集すること、および凝集レベルが3ミクロンだと細胞の貪食（または飲作用）応答が誘導され、トランスフェクションが生じることが示されている。しかし、それよりも大きな凝集物は抑制性であり、このことはトランスフェクションの可能性に関して、複合体のサイズに基づく限定的な範囲があることを示唆する。カチオン性脂質-DNA複合体にインビボでのトランスフェクション性がないことはしばしば、カチオン性脂質と血清中のタンパク質などの他の分子との相互作用がおそらく生じ、インビトロで生成される理想的なトランスフェクション粒子がそのために変化することが関係するとして合理的に説明されている。
細胞膜と融合し、付随するDNAを細胞内に送達するように設計されたカチオン性脂質複合体が望まれる。脂質二重層が、平衡状態にある生化学的機構として細胞膜と融合するという証拠はない。二重層構造は何らかの役割を果たしうると考えられるが、これは、導入された二重層および細胞二重層の両方の再配列（脂質相の転移）が起こって（おそらくは他の相互作用による）、並進移動およびおそらくは相分離が生じ、その後に膜の固化が起こってからのことである。しかし、細胞膜は特定の細胞およびある範囲の細胞種では不均一である。それらは脂質、糖質およびタンパク質を含む。糖質は糖タンパク質および糖脂質として存在し、その内容は細胞腫によって1.5〜10％と幅がある上、タンパク質と脂質との比もミエリンでの0.2％から肝細胞での1.5％までさまざまである。この不均一性は、これらの複雑性のすべてに対する単一の解決策を定めることは困難と思われることを示唆する。以上の結論として、リポソームが能動的に融合誘導性であることは示されていない。
RNAi用途に小胞性のカチオン性両親媒性物質複合体を用いる従来の方法の概要
カチオン性脂質と比べて、水溶性両親媒性物質に由来する単純な構造は、一様かつ均一なトランスフェクション構造を形成する可能性が高く、これは効率、予測性および効力を高めると期待される。本発明者らは、局所麻酔薬（例えばブピバカイン）などの膜作用性のあるカチオン性両親媒性物質を選択した（米国特許第6,383,512号、「Vesicular complexes and methods of making and using the same」を参照されたい。これはブピバカインなどの局所麻酔薬および核酸分子を含む層状小胞を含む組成物を記載している）。詳細には、この参考文献はアンチセンス核酸分子、リボザイム核酸分子または三重鎖形成性核酸分子である核酸分子、ならびにタンパク質をコードする核酸分子（例えば、非免疫原性で治療効果のあるタンパク質、および宿主における所望の免疫応答を誘発するように設計された免疫原性タンパク質）の送達のための組成物および方法を記載している。RNAiを誘発しうるdsRNA発現構築物の送達のためにこのような小胞複合体を用いうるか否かを判定するために実験を行った。局所麻酔薬はカチオン性脂質とは異なり、膜と能動的に相互作用するほか、血清タンパク質との相互作用の減少および膜透過性の増大といった特性を保有するように開発されている。さらに、これらは現在ヒトに用いられており、その毒性／用量プロフィールは詳細に解明されている。これに対して、インビトロで効率的にトランスフェクションを行う脂質に付随する毒性は、インビボでのその使用の妨げになる可能性がある。しかし、局所麻酔薬などの水溶性カチオン性両親媒性物質は、（i）インビボでの効率的なトランスフェクションを実現するのに必要な濃度では毒性をほとんどまたは全く示さない、（ii）インビボの細胞をトランスフェクトさせる度合いが裸のDNAを上回る、および（iii）効力を高める、サイズおよび電荷分布が一様な均一な複合体を形成するように配置させることできる。方法の変更および制御された速度での集合化により、さまざまなタイプの複合体を調製することができる。局所麻酔薬と複合体を形成したDNAはインビトロでは細胞を効率的にトランスフェクトさせないことが観察されているが（リポフェクタミンによるトランスフェクション効率の1％未満）、このような複合体がトランスフェクトされたインビボの細胞での発現レベルはトランスフェクション用物質を伴わないDNAの3倍となる。裸のDNAはインビボの細胞をトランスフェクトさせるが、これはインビトロのトランスフェクションには無効であることが示されている。
本発明の核酸送達方法
本明細書に記載の方法は、（1）ポリアミンを基盤とする水溶性両親媒性物質であるコレステリルポリアミンのDNAとの複合体を開発するため、（2）プラスミドDNAとの複合体を利用し、コレステリルポリアミンを（インビトロおよびインビボで）利用するトランスフェクション法を開発するため、（3）これらの複合体の内部にタンパク質を閉じ込めることによりタンパク質をDNAとともに送達するため、ならびに（4）経口送達および筋肉などの組織中への送達を目的として油中に分配されるDNA複合体を開発するため、に用いることができる。
スペルミンおよびスペルミジンのビスコレステリル誘導体およびモノコレステリル誘導体が合成されている。コレステロールは、6〜10個の炭素原子からなるスペーサーを介したスペルミンの第二級窒素との結合（カルバモイルまたはアミド結合）により、スペルミン分子の3-OH位に付加された。質量分析およびNMRにより、この化合物の純度は98％を上回ることが示された。元素分析も行われた。ゲルシフト分析、電子顕微鏡検査および光子相関分光法により、これらの化合物はDNAと複合体を形成することが示された。これらの複合体の物理的性質は、反応物の濃度および複合体形成プロセスの条件を変更することにより、おそらくは反応経路の決定的な諸速度の擾乱を通じて、変更することができる。局所麻酔薬のDNAとの複合体形成という本発明者らの発見においてなされた観察は、コレステリルポリアミンと形成される複合体に対しても敷衍しうる。凝縮プロセスはUV、IR、CDおよび／または光子相関分光法によって観測しうる。複合体の均一性を判定するために電子顕微鏡検査および沈降分析を行うこともできる。血清成分との相互作用を評価することもできる。これらの複合体、DNA、トランスフェクション試薬および凝集状態の安定性を、それらの生物学的試験に進む前に、物理的性質に関して評価することができる。
サイズ、電荷密度および疎水性の点で物理的に異なる複合体を、細胞のトランスフェクション能力に関して分析することもできる。レポーター遺伝子、例えば分泌型の熱安定性ヒト胎盤アルカリホスファターゼなどをコードするものを用いて、トランスフェクション効率を評価するために血清レベルを測定することもできる。インビトロ試験には培養下のヒト横紋筋肉腫細胞を用い、インビボ試験のためにはマウスを用いることができる。予備的データからは、これらの複合体が、インビトロの細胞を市販のトランスフェクション用物質（カチオン性脂質）と同程度の効率で、インビボでは局所麻酔薬複合体と同じ効率でトランスフェクトさせることが示されている。必要に応じて、インビトロおよびインビボでのトランスフェクション効率をさらに高めるために、複合体形成プロセスのさらなる最適化を用いることもできる。
局所麻酔薬ブピバカインを用いた本発明者らのDNA複合体形成試験では、これらのDNA複合体が均一であること、および、相互作用の速度を制御することによって単分子複合体を調製しうることが示された。また、これらの複合体が内部に水を含んでおり、種々の水溶性分子（例えば、酵素を含む大分子および小分子）を含めて作製しうることも示された。プラスミド分布試験からは、内部に取り込まれたDNA分子のうち、核区画に入って転写されるのは一部に過ぎないことが示されている。このため、より高レベルの発現を実現するためには、細胞質中に位置する大半のプラスミド分子の転写能を利用することが望まれる。しかし、RNAポリメラーゼが細胞質中に存在しなければ、内部に取り込まれたこれらのプラスミド分子の利用は妨げられる。細胞質で活性のあるRNAポリメラーゼを複合体に封入して同時送達すると、発現サイクルが開始されると予想される。DNAワクチンに対する免疫応答を増強するためのサイトカインとケモカインとの同時投与も望まれる応用である。
ブピバカインを用いて形成された複合体が疎水性溶媒中へのDNAの分配を可能にするという本発明者らの観察所見を広げることにより、DNAを基盤とするワクチンにより粘膜免疫応答を誘導することを目的として粘膜区画に送達するため、および筋肉内への送達（この場合には、脂質を基盤とする配合物が含有DNAの緩徐な放出を可能にし、それにより、注入されたDNAの薬物動態およびその生物学的利用能を変化させると期待される）のための、脂質を基盤とする配合物を作製することができる。本発明者らは、複合体を形成していないDNAのレベルは接種から1時間以内に100倍低下し、1週間でさらに10,000倍低下することを以前に示している。
DNA分子のマイクロエマルションを用いた送達
遺伝子の細胞内送達のための改良された方法が望まれている。特に、RNAi、アンチセンス療法、遺伝子治療および遺伝子ワクチンの用途を含むさまざまな治療的用途を目的として、核酸（これにはプラスミドDNA分子が含まれる）をインビボの細胞へと運搬および送達するための媒体が必要とされている。核酸治療薬の現在の進歩は、DNAおよびRNAの細胞内への送達能力により制限を受けている。マイクロエマルションは細胞内送達を向上させると予想される。核酸治療薬の商業的な将来性は、このような効率的な送達システムの成功と直接つながっている。
遺伝子を、特に経口的経路により、インビボに送達するための1つのアプローチは、安定的なマイクロエマルションを用いる送達である。マイクロエマルションを用いる送達はDNAを粘膜区画に、門脈循環を通って肝臓内に、または腸壁を通って単純に吸収されて体循環へと送達しうる可能性が高い。粘膜誘導組織への送達は粘膜応答を誘導するための唯一のアプローチであると考えられる。粘膜免疫応答は、病原体、特にSTDの原因となる病原体の侵入を阻止するために望まれる。さらに、粘膜表面を介した吸収により、DNAの全身送達を生じさせることもできる。吸収後に起こる全身性トランスフェクションは遺伝子治療およびRNAi用途を容易にさせる。
マイクロエマルションは、溶媒主導性の自己集合過程によって形成される1ミクロン未満の粒子（5〜100nm）のことである。熱力学的に安定なマイクロエマルションは、その中に閉じ込められた薬物分子を送達するために細胞を容易に透過性にする構造を開発するためのナノテクノロジーの手法である。これらの粒子の構造はその機能にとって非常に重要であり、一方、これらのマイクロキャリアの構造は溶媒相互作用によって決定される。核酸薬物分子（例えば、DNAまたはオリゴヌクレオチド）は望ましい到達可能な溶媒相に分配されると予想される。典型的な油中水型エマルションにおいて、親水性核酸分子は粒子の水相中にあると予想される。従来のエマルションとは異なり、マイクロエマルションは熱力学的に安定な薬物担体である。しかし、その内容物を細胞内に送達するように溶媒相互作用は容易に転換させられる。膜作用物質をいずれかの相に含めると、これらのマイクロキャリアに特有な送達特性が付与されると予想される。
本明細書に記載の方法は、透過促進剤（permeation enhancer）を安定なマイクロエマルション（ME）中に用いることによる、DNAなどの核酸の細胞内への迅速送達のための一般化されたトランスフェクションアプローチの開発を含む。本組成物は、デポー剤（注射部位）からのDNAの緩徐放出、プラスミドDNAを基盤とするワクチンの経口投与、遺伝子治療およびRNAi用途を可能にすると予想される。遺伝子治療および遺伝子ワクチンの用途のためのDNAの送達、特に経口投与しうるものに対しては、商業的に大きな関心が寄せられている。これらのエマルションは、DNAがエマルションの内部の親水性微小環境に含まれ、油が酸性マクロ環境に対して曝露されるため、DNAが胃の酸性環境から保護されるという理由から、経口送達のために特に好都合である。DNAに対する損傷（酸性化による）は、胃液相がそれ自体でエマルションとして分離されてDNAを含むエマルションと融合する速度によって律速されると予想される。MEは、複合体を形成していないDNA、または他の手段によって送達した場合に観察されるものとは異なり、DNAワクチンにとっての特有の生体内分布および薬物動態パラメーターに好都合に働くと期待される。また、マイクロエマルション中の成分の膜活性は、膜を介した迅速な吸収も可能にすると予想される。
マイクロエマルションは、油、水、サーファクタントおよびコサーファクタントの、清澄で透明で安定な等方性混合物と定義されている。それらと従来のエマルションとの大きな違いは、分散相液滴のサイズが小さいことであり（5〜200nm）、それが光学的清澄度の理由である。マイクロエマルションは、溶解性の低い薬物のための水中油型（o／w）担体として、さらには水溶性薬物のための油中水型（w／o）担体として用いられている。マイクロエマルションは熱力学的に安定であり、薬物の可溶化を向上させるとともに、油中水型エマルション中の不安定な水溶性薬物を酵素性加水分解から保護する。細胞レベルでは、これらの脂質ベースの配合物（ME）は細胞膜と相互作用し、膜流動性を変化させ、それによって透過性を変化させるように設計される。マイクロエマルションは密着結合を通って細胞内に拡散すること、またはエンドサイトーシスによって取り込まれることが可能である。そのサイズのため、経口投与するとパイエル板を介した飲細胞作用および担体性エンドサイトーシスが生じうる。
ほとんどの吸収促進剤は、膜内のリン脂質に乱れを生じさせることによって作用する。しかし、場合によっては安全性および粘膜障害の問題のためにそれを使用できない可能性がある。安全であると思われ、目立った組織障害を誘発しないいくつかの吸収促進剤がHastewwellらにより検討されている。安全で有効な吸収促進剤の探索については、グリセリドなどの天然物を基盤とする材料が用いられる動向にある。グリセリドは多くの薬物の吸収促進剤として研究されている。中鎖（モノ-、ジ-およびトリ-）グリセリド（C8〜C10）、特にモノグリセリドおよびジグリセリドは、マイクロエマルション配合物にも適した優れた透過促進剤とみなされている。Constantinidesらは、中鎖グリセリドを組み入れたマイクロエマルション配合物は、水性配合物と比較してRGDペプチドの生物学的利用能を向上させ（0.5％から27％に）、消化管粘膜の肉眼的変化も誘導しないことを報告している。インビトロ試験により、中鎖グリセリドは傍細胞（paracellular）マーカーの透過性に対して顕著な影響を及ぼすことが報告されている。SmithおよびEllensは、ウサギ腸管上皮に対する中鎖グリセリドの作用をインビトロで観察し、腸管細胞の透過性の増大に起因する吸収促進が絨毛または表層上皮に限局されることを示唆した。中鎖グリセリドはエクスビボのウサギ腸管上皮の電気的性質および透過性に影響を及ぼすことが見いだされている。これらの作用は、膜を介したイオン輸送を低下させることによって、MEにより媒介される可能性が高い。MEは高用量では、表層上皮から細胞を剥脱させることによって溶質輸送の増大も引き起こした。遠位結腸は回腸よりも中鎖グリセリドの作用に対する感受性が高いことが見いだされた。彼らの結果は以前に報告されたものと類似しており、この著者らはこの仮説を裏づけるためのさらなる検討を示唆している。ラットモデルでの腸間膜静脈送達を用いて、薬物の腸管吸収に関するより直接的な評価が報告されており、この場合には管腔からのペプチドの消失および腸間膜血漿中での出現を調べている。その結果、マイクロエマルション配合物からのペプチドの腸間膜血漿への送達は水性クエン酸配合物からのものと比較してかなり高度であることが示されている。腸管の条件を模倣し、薬物送達の安全性および有効性を評価するためにCaco2細胞システムが用いられたが、pH 6の等張緩衝液と比較して肉眼的な形態変化は示されなかった。
水中油型および油中水型という2つのタイプのエマルションをプラスミドDNAを組み入れるために作製することも考えられる。この薬物送達システムは、細胞への効率的な遺伝子送達をもたらす上記の利点のいくつかがある。その固有の特徴のため、DNA ME（マイクロエマルション）を用いて、効率的な経口送達のためにパイエル板におけるM細胞（抗原提示細胞）を標的とし、それによって強い粘膜応答を生じさせることが可能である。
マイクロエマルションのタイプ
インビトロの細胞をトランスフェクトさせる安定な油中水型マイクロエマルションを作製することもできる。油中水型MEを用いる経口送達および筋肉内送達をマウスに行うことができる。DNAが油相中にある安定な水中油型マイクロエマルションを作製し、マウスで試験を行うこともできる。
1．油中水型ME
油中水型マイクロエマルションは、油、サーファクタントおよびコサーファクタント（固定された割合）の混合物に対して水相を徐々に加え、混濁が生じる点を決定することによって作製しうる。このようにして調製されたマイクロエマルションが油中水型の性質を有することは、水中での非分散性、水溶性色素（カルセイン）の溶解性、導電度の低さおよびゼータ電位などの特性を観察することによって確認される。ME領域を特定するために複数の成分による相図を作成し、経口的／非経口的送達のために望ましいいくつかの配合を選択する。
経口送達用のこのような望ましいマイクロエマルションの1つの組成物は、Lauroglycol（商標）（プロピレンエステル）Labrasol（商標）（飽和型ポリグリコール化C8〜C10グリセリド）、エタノールおよびプラスミドDNAを含みうる。これらをRD細胞および／またはCaco2細胞におけるDNA取込みおよび発現に関して分析する。経口投与のために最適化されたMEを動物試験（例えば、マウス試験）で選択することができる。ME中へのDNAの配合量を増加させ、プラスミドDNA分子の凝縮を容易にするために、陽イオン界面活性剤の試験を行ってもよい。界面活性剤の1つである塩化ベンザルコニウムは、DNAと結合してそれを凝縮させることが示されている。同様に、非経口的用途のために、別のMEを作製することもできる。これらのMEは、成分、特に透過促進剤が組織傷害を引き起こさない点で前記のMEとは異なる。ダイズ油、クレモフォア（cremaphor）および塩化ベンザルコニウムを、これらのMEを遺伝子送達用の媒体として開発するために用いることもできる。
染色したDNAまたは金粒子を結合させたDNAを用いて、DNAの取り込みを評価する。さらに、光子相関分光試験および相転移分析を行ってもよい。予備的データでは、DNAを含む20nmのエマルション粒子を、短鎖グリセリドを補助溶媒および界面活性剤とともに用いて調製しうることが示されている。MEの物理的および機能的な特徴を評価することもできる。MEの生物物理的特質に加えて、DNAの機能性を評価することもできる。
2．水中油型ME
最近の発見により、本発明者らが新たなエマルションを作製することが可能になった。カチオン性両親媒性物質と複合体を形成したプラスミドDNAは非極性溶媒中に分配されることが示されている。DNA分子が疎水性溶媒中に抽出されうることにより、「水中油型」（o／w）エマルションの油相中へのDNAの区画化をもたらす技術を開発することが可能になる。このようなエマルションは、経口投与された場合に、DNAに対してさらなる保護（特に胃酸に対する）を与えると予想される。また、これらの粒子は酵素の到達性を低下させることによってDNAに安定性を付与するとも予想され、含まれるDNAをより長期間にわたってより緩徐に緩徐に放出することもできる。
細胞種特異的なトランスフェクションの方法
遺伝子の細胞内送達のための新規アプローチが望まれる。特に、凝縮によって圧縮されてインビボの当該細胞へと送達されるプラスミドDNA分子を運ぶ媒体は、遺伝子治療、遺伝子サイレンシングおよび遺伝子ワクチンの用途のために必要である。
遺伝子の最適な送達は、ウイルスベクターを用いることによって実現しうる。しかし、ウイルスベクターは媒体それ自体に対する免疫応答、さらには望ましくない宿主応答も誘発する。このため、非ウイルス的な遺伝子送達が遺伝子を送達するための望ましいアプローチである。また、非ウイルス性ベクターはウイルスベクターよりも安定性が高いことも予想される。本発明者らは遺伝子をインビボで送達するためのいくつかのアプローチを対象として取り組んできたが、その1つはある細胞種を標的とする能動的なトランスフェクションのアプローチである。多機能性構造が形成される自己集合過程によって粒子を作製する。DNAを送達するためのこの新規アプローチを本明細書で述べる。これらの微粒子は受動的なトランスフェクション法を上回る度合いで所望の細胞種をトランスフェクトさせる。機能的には、これらの多機能性粒子は、細胞膜タンパク質に対するリガンドを模倣し、それによって細胞プロセスを利用してトランスフェクションを実現することにより、これらの粒子が標的とした細胞種によって選好的に内部に取り込まれるという点で、ウイルスの特徴を有する。
本明細書に記載の送達システムは、核酸分子と、それと複合体を形成して粒子を形成する2種類のポリアミン分子（すなわち、受容体特異的なポリアミンリガンド分子とエンドソーム膜を攪乱させるエンドモリティックポリアミン分子）との相互作用により完全に主導される自己集合過程によって形成される、1ミクロン未満の構造（20〜100nm粒子）を生じさせる。これらの粒子の構築様式はそれらの機能にとって非常に重要である。集合過程では、ナノ粒子の構築に用いられるモノマー単位および自己-自己-自己集合の速度が構築様式を規定し、それによってこれらの粒子の機能を規定する。このような場合に、モノマー単位は、それらがDNAと相互作用してこれらの微小担体中へのDNAの配合量を増加させ、それによってDNA分子自体の構造的な関与を伴う構造を形成する能力に基づいて作製されている。送達媒体のモノマー単位と核酸との間の個々の相互作用はすべて極めて弱く、容易に転換される。
ポリアミンによるDNA複合体形成
ポリアミンならびにコバルトヘキサアミンおよびペンタアミンは、単にDNAの電荷を中和するだけでなく、塩基との水素結合も形成させる。凝縮DNAはトランスフェクションのための必要条件の1つであり、細胞内でのDNA凝縮はポリアミン相互作用によって媒介される。DNAのカチオン性ポリペプチドとの複合体もDNAを効率的に凝縮させ、インビトロおよびインビボで細胞をトランスフェクトさせる。しかし、DNAのある種のポリペプチド複合体は動物において免疫原性があることが示されている。このため、ポリアミンはトランスフェクション目的でのDNAの凝縮に対してある種の利点をもたらす。例えば、それらは生物物理学的および生化学的な反応性のある付属物を含むように化学的に修飾可能であり、それらは細胞内の生理的な対イオンであり、それらは一般に非毒性であり、それらは細胞内の酸化酵素によって容易に代謝される。さらに、スペーサーアームを介した第二級アミンの修飾はDNAに対するポリアミンの静電結合親和性に大きな影響を及ぼさない。マンノシルスペルミンまたはコレステリルスペルミンなどの誘導体化されたスペルミンと複合体を形成した場合には、プラスミドDNAのゲルリターデーションが生じる。
標的指向性トランスフェクションおよび能動的トランスフェクション
DNAおよび他の核酸の標的指向性送達および能動的送達は、より高いトランスフェクション効率を生じさせる望ましいトランスフェクション方法であるように思われる。能動的トランスフェクションはトランスフェクションおよび細胞関与の両方の時点でDNAが確実に保存される可能性が高い。この目的で、細胞および動物への核酸の導入、ならびにエンドソーム小胞からの核酸の放出を容易にするためにポリアミン由来の低分子を基盤とする標的指向性試薬を開発した。
多機能性ポリアミンを基盤とする標的指向性トランスフェクションシステム
多機能性標的指向性システムは、細胞の細胞質中に容易に入り込むウイルスなどの粒子的の機能的要素を刺激するための試みの一つである。特定の機能を生み出す構造的要素および粒子の構築様式が知られていないため、本発明者らは、複数のポリアミン分子を用いてDNAの共同複合体（co-complex）が生成される条件をデザインした。多機能性共同複合体が得られる配合および条件がインビボでの反復スクリーニングにより同定された。本発明者らは、マンノース受容体およびアシアロ糖タンパク質受容体を標的とする単一リガンド性スペルミン複合体が、エンドソーム小胞内へのDNAの迅速な内部取込みを引き起こすことを示した。しかし、受容体結合および内部取込みだけでなくエンドソーム回避も可能にするために複数の機能性を含むように、これらの複合体をさらにデザインした。これらの多機能性共同複合体は、標的細胞種をトランスフェクトさせることに関して、インビボおよびインビトロともに効率的かつ特異的であった。
本発明者らのターゲティングシステムは、ポリアミン骨格、より詳細にはスペルミン骨格を基盤とする。本発明者らは2つのタイプのスペルミン誘導体を開発しており、その一方はポリアミンの窒素原子と結合した標的指向性リガンドを有する誘導体であり、もう一方はポリアミンの窒素原子と結合したエンドソーム膜破壊促進成分（例えば、コレステロールまたは脂肪酸）を有する誘導体である。標的指向性リガンドおよびエンドソーム膜破壊促進成分はそれぞれのポリアミンと、適したリンカー基を介して、例えばPEGスペーサーアームを介して、または例えばアルキル、カルボキシアミド、カルバメート、チオカルバメートもしくはカルバモイル架橋原子団を介して結合していてよい。エンドモリティック分子および標的指向性分子はそれぞれ、選択されたリンカーを介してスペルミン分子の第二級窒素と結合している。2種類のスペルミン誘導体を種々の比で混合することにより、さまざまな構築様式を有する複合体がDNAとの間に形成されうることは合理的に説明されている。これらの構築様式のいくつかは、所望の生物活性特性、例えば効率的かつ選択的な核酸取込みおよびエンドソーム回避性を有すると思われる。この核酸複合体は、両方のスペルミン誘導体がDNA分子と同程度かつ同時に相互作用すると思われるため、多機能性である（標的指向性およびエンドモリティックの両方を示す）と予想される。
米国特許第5,837,533号、米国特許第6,379,965号、または米国特許第6,127,170号（これらは参照として本明細書に組み入れられる）に記載されたリガンド、連結基または合成法のうち任意のものを、本発明の組成物の作製に用いることができる。連結基の例には、アルキル、カルボキシアミド、カルバメート、チオカルバメートまたはカルバモイル架橋原子団が含まれる。いくつかの態様において、本組成物は、外被を有する動物ウイルスのスパイク糖タンパク質またはコール酸もしくはコレステリルもしくは誘導体を含む、融合誘導性ペプチドを含む。望ましい標的指向性スペルミンは、標的細胞の天然受容体のリガンドである1つまたは複数の受容体特異的結合要素が、例えば、アルキル、カルボキシアミド、カルバメート、チオカルバメートまたはカルバモイル架橋原子団を介して結合したものを含む。
1．APCのマンノース受容体を標的とするマンノシルスペルミン
DNAを凝縮させるために、モノマンノシルスペルミンおよびビスマンノシルスペルミンを、コレステリルスペルミン分子とともに用いた。本発明者らの以前の研究によれば、内部に取り込まれたエンドソームからの回避を、それがリソソームへと成熟する前に可能とするには、コレステロール部分（または他の膜活性物質）を含めることが必要であると考えられる。コレステロールは膜の剛性を誘導する。コレステロールによる小胞膜の流動性の低下は裏返し（eversion）を誘導することが示されている。このため、コレステロールはエンドソーム成熟の妨げとなってDNAを細胞質中に放出させることが予想された。少量ながらも比例した量の細胞質性DNAが核内に移行し、それによって核内転写が促進される。スペルミンを基盤とするエンドソーム攪乱物質（例えば、コレステロール、低pH界面活性剤‐LPHD）を標的指向性スペルミン誘導体（APCに対してはビスマンノシル、肝細胞に対してはトリラクトシルアミン）およびプラスミドDNAと共同複合化させることによって調製された多機能性トランスフェクション用粒子を用いることができる。
腹膜由来の細胞をインビボおよびインビトロでトランスフェクトさせるのは、適切な表面／化学的構築様式を有する特異的なビスマンノシルスペルミンおよびコレステリルスペルミンの共同複合体のみである。トランスフェクトされた細胞はいずれもマンノース受容体を含んでおり、トランスフェクトされたマンノース受容体含有細胞はいずれも特異性および高い効率を示した。別の共同複合体が、エンドソーム回避物質（LPHD）を含むように修飾されたスペルミンなどの他の官能基を含んでもよい。
2．肝細胞のASG受容体に対するトリラクトシルスペルミン
トリラクトシルオリゴヌクレオチドおよびトリラクトシル化モノクローナル抗体は、肝細胞によって迅速に（数分で、単回通過により）取り込まれる。DNAを肝細胞内に送達するために、ラクトシル基を含むスペルミン誘導体が開発されている。予備的な実験で、標識ラクトシル化オリゴヌクレオチドのHepG2細胞への非飽和的な取込みが示されている。マンノシル-コレステリルスペルミン共同複合体に類似した共同複合体を調製し、インビボの肝細胞をトランスフェクトさせるために用いてもよい。いずれかの標的指向性システムの共同複合体から得られた情報は、能動的トランスフェクションおよび標的指向性トランスフェクションに利用しうる。
多機能性トランスフェクション用粒子の設計
標的細胞への受容体を介した送達は、当技術分野で周知であり、これには例えば、米国特許第5,837,533号（その教示内容は参照として本明細書に組み入れられる）がある。これらのアプローチは、細胞内に存在する、天然の受容体を介したエンドサイトーシス経路を利用している。いくつかの細胞受容体が、薬物、特に本発明が関係するタイプの遺伝物質の担体として役立つ巨大分子および分子結合物の特異的ターゲティングのために望ましい作用因子として同定されている。これらの細胞受容体は、特定組織に局在することにより、特定組織に対する結合活性が高いことにより、または特定組織における活性が高いことにより、特異的ターゲティングを可能にする（例えば、BodmerおよびR.T. Dean、Meth. Enzymol., 112, 298-306 (1985)）。このことは、低用量による、または望ましくない副作用が著しく少ないことによる利点をもたらす。
細胞および組織に対して選択的な受容体として最も良く知られた例の1つは、肝細胞に存在するアシアロ糖タンパク質受容体である。アシアロ糖タンパク質受容体は、ガラクトースに対して、特に三分枝型オリゴ糖、すなわち末端ガラクトース残基を有するある程度長い鎖またはスペーサーアームを3つ有するものに対して高親和性を有する細胞外受容体である（例えば、H.F. Lodish, TIBS, 16, 374-77 (1991)）。この高親和性は肝細胞に限局的であってクッパー細胞にはみられず、肝臓への送達に高度の選択性をもたらす。
また、受容体を介した遺伝子導入の技術分野では、プロセスがインビボで効率的であるためには、DNA複合体の集合により、エンドサイトーシス経路を介した取込みに適したサイズへのDNAの凝縮が起こる必要があると提唱されている（例えば、Peralesら、Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 91, 4086-4090 (1994)を参照されたい）。
細胞選択的な結合を得るための1つの代替的な方法は、目的の細胞種と結合する能力を備えた実体を付け加えることである；これに関してよく用いられるのは、標的細胞の細胞膜または外部領域に存在する特定のタンパク質と結合しうる抗体である。また別の受容体、例えば、ビオチン受容体および葉酸受容体［Low、HornおよびHeinstein、国際公開公報第90／12095号、1990年10月18日に公開；Low、HornおよびHeinstein、国際公開公報第90／12096号、1990年10月18日に公開；Low、HornおよびHeinstein、米国特許第5,108,921号、1992年4月28日；LeamonおよびLow、Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 88, 5572-5576 (1991)を参照のこと］、トランスフェリン受容体、インスリン受容体およびマンノース受容体（さらに以下も参照のこと）も、巨大分子の輸送を促進させるのに有用であることが認識されている。列挙した受容体は単に代表物に過ぎず、他の受容体も当業者に周知である。
標的指向性抗原提示細胞（APC）、エクスビボ試験およびインビボ試験
本発明の1つの局面において、その目標は、マクロファージなどの抗原提示細胞を標的として核酸送達を行わせる多機能性粒子を開発することにある。マクロファージ細胞膜はマンノース受容体を含む。このため、マンノースを標的指向性リガンドとして含むリガンド性スペルミンを設計した。合成が容易になるように、ビス-マンノース-スペルミンを最初に調製した。本発明者らはコレステロールをエンドソーム破壊性部分として選択した。上述の通り、生体膜は平衡状態にある。添加した脂質に定常状態の膜を破壊する能力がなくても、エンドソーム膜はエンドソームが成熟してリソソームになる際に変化を来す。膜を破壊する能力は、成熟過程にあるエンドソームのように膜が再配列する場合にみられる。コレステロールは通常、膜と会合している。コレステロールなどの平面分子は、それがなければ流動的である膜の環境に局所的な剛性を与える。しかし、膜内にコレステロールが過剰に存在することは、それが側方流動性の妨げとなるために破壊的である。このため、本発明者らはコレステリルスペルミンをエンドモリティックポリアミン物質として選択した。コレステロールは、6〜10個の炭素原子からなるスペーサーを介したスペルミンの第二級窒素との結合（カルバモイル結合またはアミド結合）により、スペルミン分子の3-3-OH位に付加された。質量分析およびNMRにより、この化合物の純度は98％を上回ることが示された。元素分析も行われた。
腹腔液は抗原提示細胞、マクロファージおよび樹状細胞を大量に含む。腹腔液をマウスから単離した。哺乳動物細胞において緑色蛍光タンパク質（GFP）を発現するように設計されたプラスミドDNAと、2種類のスペルミン、すなわちマンノシル-マンノシルスペルミンおよびコレステリルスペルミンの種々の比での混合物と複合体を形成させた。この複合体を培養下の腹膜細胞に対して適用した。細胞の蛍光強度を記録した。エクスビボ試験のために調製した複合体をマウスの腹腔内に注射した。注射から4日後および5日後に細胞を腹腔から採取し、遠心処理を行ってスライド化し、それらが蛍光を発する能力を測定した。蛍光強度は目視的に記録した。トランスフェクションは、コレステリルスペルミンおよびマンノシルスペルミンをある特定の比で含む粒子によってのみ得られた。
標的とした細胞種の同定
細胞種の同定には、規定の細胞表面マーカーに対する標識抗体を用いた。トランスフェクトされた細胞の大部分（＞95％）はマクロファージであった。樹状細胞もいくつかトランスフェクトされた。しかし、マクロファージのうちトランスフェクトされたのは約80％に過ぎず、これはおそらく一部のものがマンノシル受容体を有していなかったため、またはこれらの細胞が複合体と接触不能であったためと考えられる。標識DNAを用いたところ、検討したすべての比で、マンノースをリガンドとするスペルミンを含む粒子が内部に取り込まれたことが示された。しかし、内部に取り込まれたプラスミドからの発現が観察されたのは、コレステリルスペルミンをDNAポリアミン粒子の構成に含めた場合、および十分な量が粒子中に存在する場合のみであった。この結果は、マンノーススペルミンはそれと複合体を形成したDNAの受容体特異的な細胞内取込みを引き起こすが、DNAがエンドソームから細胞内に放出されてそこで発現が起こるためには、DNA複合体が十分な量のコレステリルスペルミンを含む必要があることを示唆している。
範例となる条件および範囲
DNA発現構築物を利用する必要のある用途では、プラスミドが望ましい態様であり、超らせん状DNAも同様である。DNAは開環状でも剪断状でもよい。望ましい正電荷と負電荷との比は0.5から1.5までの範囲にある。正電荷と負電荷との比は0.8から01.2までの範囲にあることが望ましい。標的指向性スペルミン（望ましくはマンノシルスペルミン、ラクトシルスペルミン、葉酸スペルミンまたはビオチン化スペルミン）とエンドモリティックスペルミン（例えば、LPHDスペルミンまたはコレステリルスペルミン）との最適な比は0.35 : 0.65（モル比）である。標的指向性スペルミンとエンドモリティックスペルミンとの比の許容範囲は0.10：0.90から0.50：0.50までである。混合物は、例えば30mMクエン酸塩を含む緩衝液（pH 6.9）中にて調製しうる（緩衝剤は例えば、クエン酸塩、コハク酸塩またはリン酸塩であってよく、5〜50mMおよびpH 6.0〜8.2の範囲でありうる）。EDTAを0.1mM（または最大5mM）含んでよく、NaClを1mM〜200mM含んでよい。最終的なDNA濃度は1mg／mLであることが望ましく、この範囲は10ug／mL〜10mg／mLでありうる。注射容量は100uLであることが望ましく、この範囲は10uL〜1.0mLでありうる。本発明による核酸組成物を含む多機能性分子複合体は、一般に約1ng〜約1000μgのDNAを含むことが好都合である。いくつかの望ましい態様において、複合体は10ngから800μgまでの範囲のDNAを含む。より望ましい態様において、複合体は0.1μgから500μgまでの範囲のDNAを含む。さらにより望ましい態様において、複合体は1μgから350μgまでの範囲のDNAを含む。さらにより望ましい態様において、複合体は25μgから250μgまでの範囲のDNAを含む。最も望ましい態様において、複合体は約100μgのDNAを含む。望ましい投与方法は腹腔内、静脈内、筋肉内、皮内、皮下および吸入である。他の配合変化物と併用する場合、またはエマルション中で用いる場合には、複合体を経口的に送達することもできる。
本発明による核酸組成物を含む多機能性分子複合体は、用いる投与様式に応じて製剤化される。当業者は、本明細書に記載の方法を用いて、核酸組成物を含む薬学的組成物を容易に製剤化することができる。筋肉内注射が選択された投与様式である場合には、等張性製剤を用いることが望ましい。一般に、等張化のための添加物には、塩化ナトリウム、デキストロース、マンニトール、ソルビトールおよび／またはラクトースが含まれる。場合によっては、リン酸緩衝食塩水などの等張液が望ましい。安定剤の例にはゼラチンおよびアルブミンが含まれる。本発明による医薬製剤は、無菌性かつ発熱物質非含有性であるように調製される。
本発明によれば、多機能性分子複合体の送達を容易にする薬学的組成物であって、その多機能性分子複合体が次に、その内部に含まれる核酸組成物の標的細胞への導入を容易にする働きをするような薬学的組成物が提供される。薬学的組成物が、不活性希釈剤と分子複合体の薬学的に許容される塩またはエステル形態に過ぎなくてもよい。しかし、所望の特性を得るために、この分野の当業者に周知のその他の薬学的に許容される担体を適切に用いることもできる。すなわち、1つまたは複数の作用物質を、一般に認められている以下の医薬品クラスの添加剤：溶媒；溶媒系；ならびに可溶化剤および分散剤（これには界面活性剤および乳化剤が含まれる）；粘度調整剤；ならびに安定剤および保存料（これには抗酸化物質、WV吸収剤、抗真菌薬および緩衝剤が含まれる）から選択することができる（例えば、この分野の標準的な教科書である「Remington's Pharmaceutical Sciences」、第19版、1995、Gennaro（編）を参照されたい）。本発明の組成物および方法は、ヒトの医学および獣医学のいずれにも有用である。したがって、本発明は、哺乳動物、鳥類および魚類のRNAi、遺伝子免疫法および核酸を用いるその他の治療的処置に関する。本発明の方法は、ヒト、ウシ、ヒツジ、ブタ、ウマ、イヌおよびネコ種を含む哺乳動物種のこのような治療的処置に対して特に有用である。
本発明の1つの局面においては、標的細胞に対する核酸組成物の導入のための自己集合性送達システムであって、単純な混合によって一つに併せて分子複合体へと自己集合させることが可能な以下の別個の構成要素を含む自己集合性送達システムが提供される：（i）導入しようとする1つまたは複数の核酸；ならびに（ii）それぞれが核酸と結合しうる2種類のカチオン性ポリアミン要素、この際、2つのカチオン性ポリアミン要素は標的指向性スペルミンおよびエンドモリティックスペルミンである。標的指向性スペルミンは、適したリンカー基を介してスペルミンの窒素原子と結合した標的指向性リガンドを含む。1つの望ましい態様において、標的指向性リガンドは第二級窒素原子と結合している。標的指向性リガンドは、例えば、葉酸、フォリン酸、5-メチルテトラヒドロ葉酸、D-ビオチン、マンノース、α-3'-プロピオニルチオマンノシド、α-3'プロピオニルプロピオニルチオマンノシド-6-リン酸；ラクトース；または細胞膜タンパク質と特異的に結合する抗体でありうる。エンドモリティックスペルミンは、エンドソーム破壊促進成分、望ましくはコレステリル部分または脂肪酸部分が、適したリンカー基を介してスペルミンの窒素原子と結合したものを有する。1つの望ましい態様において、エンドソーム破壊促進成分は第二級窒素原子と結合している。標的指向性リガンドおよびエンドソーム膜破壊促進成分はそれぞれのポリアミンと、適したリンカー基を介して、例えばPEGスペーサーアームを介して、または例えばアルキル、カルボキシアミド、カルバメート、チオカルバメートもしくはカルバモイル架橋原子団を介して結合している。エンドモリティック分子および標的指向性分子はそれぞれ、選択されたリンカーを介してスペルミン分子の第二級窒素と結合していることが望ましい。
標的指向性リガンドおよびエンドソーム破壊性スペルミンの合成の例
ビス-マンノシルスペルミンの調製
以下は、「ビス-マンノシルスペルミン」、すなわちN4,N8-ビス(5-N-(α-3'-プロピオンアミドチオマンノシド)ペンチル)-スペルミン四酢酸の合成法である。これは、マクロファージのトランスフェクション用の標的指向性物質としての初期試験のための材料の調製に用いた方法である。
ポリアミンを基盤とするその他のトランスフェクション用物質を調製したその後の経験により、同様の化合物の収率、またはそれを調製するために必要な工程の数を改善する代替的な方法が得られている。
1）N'-(4-(N'-ヘキサヒドロピリミジル)ブチル)-ヘキサヒドロ-ピリミジンの調製
スペルミン（23.8g）を水（250mL）に溶解した溶液を37％v／vのホルムアルデヒド溶液（18.7gまたは6.9gホルムアルデヒド）で処理し、室温で20時間攪拌した。そのごく少量をクロロホルム中に抽出し、溶媒を真空下で除去して蝋状物質を得た（質量は測定せず）。この少量分をNMRによる生成物の構造の確認に用いた。残りの水溶液は次の工程にそのまま用いた。
2）N 1 -(4-(N 3 -tert-ブチルオキシカルボニル-N 1 -ヘキサヒドロピリミジニル)-N 3 -tert-ブチルオキシカルボニル-ヘキサヒドロピリミジンの調製
前工程によるN'-(4-(N'-ヘキサヒドロピリミジル)ブチル)-ヘキサヒドロピリミジン（26.7gと仮定）の水溶液を、テトラヒドロフラン（125mL）、N,N-ジイソプロピルエチルアミン（62mL）およびジ-tertブチルジカーボネート（56.5g）により室温で22時間処理した。THFを除去し、水性混合物をクロロホルム中に抽出した。溶媒を真空下で除去して油状物質を得た。この油状物質をシリカゲルで精製し、クロロホルム中でのメタノールの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.58、CHCl3／メタノール9：1）を一つにまとめ、溶媒を除去して30.1gのN1-(4-(N3-tert-ブチルオキシカルボニル-N1-ヘキサヒドロピリミジル)-N3-tert-ブチルオキシカルボニル-ヘキサヒドロピリミジンを蝋状物質として得た。
3）N 1 ,N 12 -ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミンの調製
N1-(4-(N3-tert-ブチルオキシカルボニル-N1-ヘキサヒドロピリミジル)-N3-tert-ブチルオキシカルボニル-ヘキサヒドロピリミジン（30.1g）をエタノール（250mL）に溶解した溶液を、ピリジン（46mL）およびマロン酸（44.05g）で処理し、5時間環流した。溶媒を真空下で除去し、残留物を水（pH 5）で希釈してクロロホルムで洗浄した。水層をpH 12に調整してクロロホルム中に抽出した。溶媒を除去してN1,N12-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミン（23.1g）を粉末として得た。
4）N-CBZ-5-アミノ-1-ペンタノールの調製
5-アミノ-1-ペンタノール（20.07g）およびN,N-ジイソプロピルエチルアミン（75mL）をテトラヒドロフラン300mLに溶解した溶液をクロロギ酸ベンジル（31ml）により0℃で1.5時間処理し、室温で18時間おいた。溶媒を真空下で除去し、残留物をクロロホルム中に抽出した。クロロホルムを真空下で除去して蝋状物質を得た上で、それを酢酸エチルおよびヘキサンから結晶化させてN-CBZ-5-アミノ-1-ペンタノール（26.2g）を結晶質固体として得た。
5）N-CBZ-5-アミノ-1-ブロモペンタンの調製
トリフェニルホスフィン（11.05g）、臭化リチウム（10.98g）および臭素（2.2mL）を0℃の塩化メチレン中に溶解した溶液を、N-CBZ-5-アミノ-1-ペンタノール（10.0g）およびN,N-ジイソプロピルエチルアミン（17mL）を塩化メチレン中に溶解した溶液の滴下により処理した。室温で20時間攪拌した後に、混合物を水で洗浄し、塩化メチレン中に抽出した。溶媒を真空下で除去して蝋状物質を得た。この蝋状物質をシリカゲルで精製し、ヘキサン中での酢酸エチルの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.94、EtOAc／Hex 1：1）を一つにまとめ、溶媒を除去して7.23gのN-CBZ-5-アミノ-1-ブロモペンタンを油状物質として得た。
6）N 4 ,N 8 -ビス(N-CBZ-5-アミノペンチル)-N 1 ,N 12 -ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミンの調製
N1,N12-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミン（2.0g）をアセトニトリル30ml中に溶解した溶液をN-CBZ-5-アミノ-1-ブロモペンタン（化合物2；1.49g）により処理し、3時間環流した。溶媒を除去して油状物質を得た上で、それをシリカゲルで精製し、N,Nジイソプロピルエチルアミン（0.2％）を含むクロロホルム中でのメタノールの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.35、CHCl3メタノール9：1＋0.4％DIEA）を一つにまとめ、溶媒を除去して生成物（1.41g）を油状物質として得た。
7）N 4 ,N 8 -ビス(5-アミノペンチル)-N 1 ,N 12 -ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミンの調製
N4,N8-ビス(N-CBZ-5'-アミノペンチル)-N1,N12-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミン（2.04g）をメタノール50mLに溶解し、2.04gの20％Pd／Cおよび50PSIGのH2により室温で3.5時間処理した。Pd／Cを珪藻土による濾過によって除去し、濾液から溶媒を真空下で除去してN4,N8-ビス(5'-アミノペンチル)-N1,N12-ビス(tert-ブチルオキシ-カルボニル)スペルミン（0.79g）を油状物質として得た。
8）マンノース五酢酸の調製
D-マンノース（20g）をピリジン（75mL）に溶解した溶液を無水酢酸（75mL）により室温で20時間処理した。ピリジンおよび無水酢酸の大部分を真空下で除去した。残留物をクロロホルムに溶解し、水で洗浄した。溶媒の除去により油状／蜜状物質を得た上で、これをシリカゲルで精製し、クロロホルム中での2-プロパノールの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.7、CHCl3／2-プロパノール9：1）を一つにまとめ、溶媒を除去してマンノース五酢酸（31.7g）を硬い油状物質として得た。
9）アセトブロモマンノースの調製
マンノース五酢酸（19.0g）を0℃の塩化メチレン75mL中に溶解した溶液を、30％HBrを含む酢酸（75mL）により1.5時間処理した。この溶液を直接クロロホルム中に抽出し、炭酸水素ナトリウム飽和溶液で洗浄した。溶媒を真空下で除去して生成物（18.0g）を油状物質として得た。
10）S-α-3'-プロピオニルテトラ-O-アセチルチオマンノシドの調製
アセトブロモマンノース（18.0g）およびチオ尿素（3.33g）をアセトン（200mL）中に溶解した溶液を3時間環流した。水（200mL）、3-ヨードプロパン酸（9.63g）、無水炭酸カリウム（20g）およびメタ亜硫酸カリウム（9.73g）を添加し、室温で4時間攪拌した。この溶液を水で700mLに希釈し、クロロホルムで洗浄した。水層を37％HClでpH 2に酸性化し、クロロホルム中に抽出した。溶媒の除去後に残った粗油状物質をシリカゲルで精製し、ヘキサン中での酢酸エチルの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.36、EtOAc／hex 1：2）を一つにまとめ、溶媒を除去して生成物をガラス状物質として得た。
11）スクシンイミジルS-α-3'-プロピオニルテトラ-O-アセチルチオマンノシドの調製
S-α-3'-プロピオニルテトラ-O-アセチルチオマンノシド（2.94g）をテトラヒドロフラン（100mL）中に溶解した溶液を、N-ヒドロキシスクシンイミド（0.78g）およびN,N'-ジシクロヘキシルカルボジイミド（1.39g）により処理した。この溶液を室温で20時間攪拌し、その後に4℃で0.5時間保存した。沈殿物を濾過して除去し、濾液から溶媒を真空下で除去してスクシンイミジルS-α-3'-プロピオニルテトラ-O-アセチルチオマンノシド（3.80g）を白色固体として得た。
12）N 4 ,N 8 -ビス(5-N-(α-3'-プロピオンアミドテトラ-O-アセチルチオマンノシド)ペンチル)-N 1 ,N 12 -ビス(tert-ブチルオキシカルボニルスペルミンの調製
N4,N8-ビス(5'-アミノペンチル)-N1,N12-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミン（0.79g）をテトラヒドロフラン（75mL）中に溶解した溶液を、N,N-ジイソプロピルエチルアミン（0.64mL）およびスクシンイミジルS-α-3'-プロピオニルテトラ-Oアセチル-チオマンノシド（1.32g）により処理し、溶液を室温で24時間攪拌した。溶媒を真空下で除去してガラス状物質を得た。このガラス状物質をシリカゲルで精製し、N,N-ジイソプロピルエチルアミン（0.2％）を含むクロロホルム中でのメタノールの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.30、CHCl3／メタノール9：1＋0.4％DIEA）を一つにまとめ、溶媒を除去してN4,N8-ビス(5-N-(α-3'-プロピオンアミドテトラ-O-アセチルチオマンノシド)ペンチル)-N1,N12-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミン（0.69g）をガラス状物質として得た。
13）N 4 ,N 8 ビス(5-N-(α-3'-プロピオンアミドテトラ-O-アセチルチオマンノシド)ペンチル)スペルミン四酢酸の調製
N4,N8-ビス(5-N-(α-3'-プロピオンアミドテトラ-O-アセチルチオマンノシド)ペンチル)-N1,N12-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミン（0.69g）をトリフルオロ酢酸（20mL）に溶解し、室温で1時間攪拌した。溶媒を真空下で除去し、残留物をクロロホルムに溶解した上で、溶媒を除去し（2×20mL）、0.78gのN4,N8-ビス(5-N-(α-3'-プロピオンアミドテトラ-O-アセチルチオマンノシド)ペンチル)スペルミン四酢酸を油状物質として得た。
14）N 4 ,N 8 ビス(5-N-(α-3'-プロピオンアミドチオマンノシド)ペンチル)スペルミン四酢酸の調製
N4,N8-ビス(5-N-(α-3'-プロピオンアミドテトラ-O.-アセチルチオマンノシド)ペンチル)スペルミン四酢酸（0.78g）をメタノール25mLに溶解し、水25mLおよび炭酸ナトリウム（1.56g）を添加した。この溶液を室温で5時間攪拌した。溶媒を真空下で除去し、残留物を6mLの1％酢酸に溶解して、2mLずつの3つのアリコートを3つのSephadex （商標） G-25媒体カラム（各12mL）にかけて精製した上で1％酢酸により溶出させた。生成物を含む画分を一つにまとめ、凍結乾燥を行って0.31gのN4,N8-ビス(5-N-(α-3'-プロピオンアミドチオマンノシド)ペンチル)-スペルミン四酢酸を白色固体として得た。
Figure 2006508896
N 4 ,N 8 -ビス(5-N-((-3'-プロピオンアミドチオマンノシド)ペンチル)-スペルミン塩酸塩（「ビス-マンノシルスペルミン」）の合成のための代替的方法
D-マンノースを無水酢酸（ピリジン中）を用いてアセチル化してマンノース五酢酸を生成させた。このアノマー性酢酸塩をHBr／酢酸（塩化メチレン中、0℃）によって臭化物に変換させ、テトラアセトブロモマンノースを得た。この臭化物をチオ尿素を加えたアセトン中で環流した後に、水、3-ヨードプロピオン酸、炭酸カリウムおよびメタ亜硫酸カリウムと反応させ、酸性化によりS-(-3'-プロピオニルテトラ-O-アセチルチオマンノシドを得た。この生成物は、N-ヒドロキシスクシンイミドおよびN,N'-ジシクロヘキシルカルボジイミド（テトラヒドロフラン中）を用いてスクシンイミドエステルに容易に変換された。DIEAを含むテトラヒドロフラン中での5-アミノ-1-ペンタノールとの反応により、このアルコールのテトラアセトマンノシルアミド誘導体が得られた。このアルコールを上記の通りに対応する臭化物に変換させた（トリフェニルホスフィン、臭素、臭化リチウム）。ビス-BOCスペルミン（上記の手順を参照のこと）との反応により、モノ誘導体化およびビス誘導体化を受けた（保護された）マンノシルスペルミンが得られた。これらのスペルミンを、0.2％DIEA（N,N-ジイソプロピルエチルアミン）を含むクロロホルム中でのメタノールの勾配を用いるシリカフラッシュクロマトグラフィーにより分離した。BOC基を4N HCl（ジオキサン中）を用いて除去した。アセチル保護基を炭酸ナトリウム（メタノールおよび水に溶解、pH 12）を用いて除去した。この生成物は合計9％の収率で得られ、その特徴をプロトンNMR（300MHz FT-NMR）、FAB質量分析、元素分析および薄層クロマトグラフィーにより分析した。最後から2番目の（penultimate）生成物に関してはアセトニトリル勾配（0.1％TFA／水中）を用いるC-18 HPLCによって特徴を分析した。
トリラクトシルスペルミンの調製
N4-(5-(トリラクトシルリシルリシル)アミドペンチルスペルミン三酢酸または「トリラクトシルスペルミン」を、ビス-マンノシルスペルミンと同様に調製した。後者の化合物の場合と同じく、トリラクトシルスペルミンの調製に用いた方法を、同様の化合物の収率を改善した、および／またはその調製における工程の数を減らした、想定される変形物とともに、詳細に記載している。
1）N 1 -N 4 -メチレンスペルミンの調製
スペルミン（20.29g）を水（50mL）に溶解した溶液を40％v／vのホルムアルデヒド溶液（10.28g）で処理して24時間攪拌した。この混合物をクロロホルム中に抽出し、溶媒を除去して生成物（15.55g）を蝋状物質として得た。
2）N 1 -N 8 -ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)-N 1 -N 4 -メチレンスペルミジンの調製
N1-N4-メチレンスペルミン（15.55g）およびN,N-ジイソプロピルエチルアミン（52mL）をテトラヒドロフラン（300mL）中に溶解した溶液をジ-tert-ブチルジカーボネート（48.10g）で処理し、室温で3.5日間攪拌した。溶媒を真空下で除去し、残留物を酢酸エチルに溶解した。この溶液を5％NaOH溶液で、さらに続いて水で洗浄した。溶媒を真空下で除去して油状物質を得た。この油状物質をシリカゲルで精製し、N,N-ジイソプロピルエチルアミン（0.2％）を含むヘキサン中での酢酸エチルの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.17、EtOAc／ヘキサン2：3＋0.2％DIEA）を一つにまとめ、溶媒を除去して生成物（22.06g）を油状物質として得た。
3）N 1 -N 8 -ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)-スペルミンの調製
N1-N8-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)-N1-N4-メチレンスペルミン（18.28g）をエタノール（300mL）中に溶解した溶液を、N,N-ジイソプロピルエチルアミン（12.82mL）およびマロン酸（19.69g）で処理した。この混合物を24時間環流した上で溶媒を真空下で除去した。残留物を水（pH 4）で希釈し、塩化メチレンで洗浄した。炭酸水素ナトリウムで水層のpHを9に調整し、塩化メチレン中に抽出した。溶媒の除去によって蝋状物質を得た上で、それをシリカゲルで精製し、N,N-ジイソプロピルエチルアミン（0.2％）を含むクロロホルム中での2-プロパノールの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.21、2-プロパノール／クロロホルム3：7＋0.25％DIEA）を一つにまとめ、溶媒を除去して生成物（5.60g）を蝋状物質として得た。
4）N 4 -(4-シアノブチル)-N 1 -N 8 -ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)-スペルミンの調製
N1-N8-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)-スペルミン（5.60g）、N,N-ジイソプロピルエチルアミン（10.2mL）、ヨウ化カリウム（8.07g）および5-クロロバレロニトリル（5.472mL）をアセトニトリル（300mL）中に溶解した溶液を20時間環流した。溶媒を除去し、残留物をクロロホルムに溶解して水で洗浄した。溶媒を真空下で除去して油状物質を得た。この油状物質をシリカゲルで精製し、N,N-ジイソプロピルエチルアミン（0.4％）を含むヘキサン中での酢酸エチルの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.20、酢酸エチル／ヘキサン4：1＋0.4％DIEA）を一つにまとめ、溶媒を除去して生成物（4.42g）を油状物質として得た。
5）N 4 -(5-アミノペンチル)-N 1 -N 8 -ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)-スペルミンの調製
N4-(4-シアノブチル)-N1-N8-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)-スペルミン（0.77g）を酢酸中に溶解し、0.1gの5％Pd／Cおよび50PSIGのH2により室温で2.75時間処理した。Pd／Cを珪藻土による濾過によって除去し、濾液から溶媒を真空下で除去して油状物質を得た。この油状物質をシリカゲルで精製し、N,N-ジイソプロピルエチルアミン（0.4％）を含むクロロホルム中でのメタノールの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 当初の値、メタノール／クロロホルム3：7＋0.4％DIEA）を一つにまとめ、溶媒を除去して生成物（0.32g）油状物質として得た。
6）ビス(N-α,ε-t-BOC)リシル-N-ε-t-BOCリシンの調製
BOC-Lys(BOC)ONp（10.0g）、N-e-t-BOC-L-リシン（5.27g）およびN,N-ジイソプロピルエチルアミン（13mL）をジメチルホルムアミド（400mL）および水（100mL）に溶解した溶液を室温で48時間攪拌した。溶媒を真空下で除去し、残留物をクロロホルム中に溶解した。この溶液を希HCl溶媒で洗浄して乾燥させ、溶媒を除去して油状物質を得た。この油状物質をシリカゲルで精製し、酢酸（0.5％）を含むクロロホルム中での2-プロパノールの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.23、2-プロパノール／クロロホルム1：19＋0.5％HOAc）を一つにまとめ、溶媒を除去してビス(N-α,ε-t-BOC)リシル-N-ε-t-BOCリシン（13.1g）を油状物質として得た。
7）L-リシル-1-リシンの調製
ビス(N-α,ε-t-BOC)リシル-N-ε-t-BOCリシン（12.2g）をトリフルオロ酢酸（20mL）により処理し、室温で1時間攪拌した。溶媒を真空下で除去して、残留物をクロロホルム中に溶解し、溶媒を除去して（3×20mL）L-リシル-L-リシン酢酸塩（12.09g）を油状物質として得た。この油状物質を0.1N HCl中に溶解し、凍結乾燥を行ってL-リシル-L-リシン塩酸塩（2.88g）を固体として得た。
8）ラクトース八酢酸の調製
この中間生成物は、マンノース五酢酸（ビスマンノシルスペルミンの説明における化合物8）と同様に調製した。この生成物は硬い油状物質であった。
9）アセトブロモラクトースの調製
この中間生成物はアセトブロモマンノース（ビスマンノシルスペルミンの説明における化合物9）と同様に調製した。粗ガラス状物質を酢酸エチル／ヘキサンから再結晶させ、生成物を固体として得た。この化合物は室温では不安定なため、冷凍保存しなければならない。
10）S-(3'-プロピオン酸)チオヘプタ-O-アセチルラクトースの調製
この中間生成物はS-α-3'-プロピオニルテトラ-O-アセチルチオマンノシド（ビスマンノシルスペルミンの説明における化合物10）と同様に調製した。この生成物はTLC Rf 0.12 EtOAc／ヘキサン1：1＋0.7％HOAcにて白色固体として認められた。TLC、NMR、元素分析およびFAB質量分析に加えて、逆相HPLCを用いた特徴分析もこの材料に対して行った。YMC-Pack ODS-A、A303-10カラム（250×内径4.6mm）を、100％Aから100％Bへの直線的勾配によって（A＝0.1％TFA水溶液、B＝0.1％TFA、80％CH3CN）、2mL／分で20分間かけて溶出させた。検出はPDA検出器を200〜300nmで用いることによって行った。この生成物は14.5分の時点で認められた。
11）S-(スクシンイミジル3'-プロピオニル)チオヘプタ-O-アセチルラクトースの調製
この中間生成物はスクシンイミジルS-α-3'-プロピオニルテトラ-O-アセチルチオマンノシド（ビス-マンノシルスペルミンの説明における化合物11）と同様に調製した。この生成物を2-プロパノールから白色固体として再結晶させた。化合物10の説明における逆相HPLCの条件を参照されたい。この生成物は15.4分の時点で認められた。
12）トリ-(アセチルラクトシル)リシルリシンの調製
L-リシル-L-リシン塩酸塩（化合物7；0.48g）およびN,N-ジイソプロピルエチルアミン（0.654mL）をアセトニトリル／水（150mL）の1：1混合物中に溶解してpH 9とした。この溶液をS-(スクシンイミジル3'-プロピオニル)チオヘプタ-O-アセチルラクトース（化合物11；3.60g）によって処理し、pHを低下させた。pHをモニタリングし、pH 8〜9に維持するために必要に応じてさらにN,N-ジイソプロピルエチルアミンを添加した。室温で24時間おいた後に、アセトニトリルを真空下で除去し、水溶液を希HClでpH 5に調整した。この混合物をクロロホルム中に抽出し、乾燥させた上で溶媒を除去してガラス状物質を得た。ガラス状物質をシリカゲルで精製し、酢酸（1％）を含むクロロホルム中での2-プロパノールの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.25、2-プロパノール／クロロホルム1：9＋1％HOAc）を一つにまとめ、溶媒を除去して生成物（0.76g）をガラス状物質として得た。逆相HPLCにはメソッド開発カラム：YMC PACK ODS-A、A313-10（6.0×内径250mm）を用い、90％Aから100％Bへの直線的勾配により（A＝0.1％TFA水溶液、B＝0.1％TFA、80％CH3CN）、2mL／分で20分間かけて溶出させた。検出はPDA検出器を200〜300nmで用いることによって行った。この生成物は20.4分の時点で認められた。
13）スクシンイミジル-トリ-(アセチルラクトシル)リシルリシンの調製
トリ-(アセチルラクトシル)リシルリシン（1.0g）を2-プロパノール／クロロホルムの1：1混合物（20mL）中に溶解し、N-ヒドロキシスクシンイミド（48.1mg）およびジシクロヘキシルカルボジイミド（86.2mg）により処理した。この溶液を室温で19時間攪拌した後、4℃で3時間保存した。沈殿物を濾過して除去し、濾液から溶媒を真空下で除去した。残留物を2-プロパノールから再結晶させて生成物（0.76g）を白色固体として得た。化合物10の説明における逆相HPLCの条件を参照されたい。この生成物は17.2分の時点で認められた。
14）N 4 -(5-(アセチル化トリ-ラクトシルリシルリシル)アミドペンチル-N 1 ,N 8 -ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)-スペルミンの調製
N4-(5-アミノペンチル)-N1-N8-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミン（化合物5；87mg）を塩化メチレン（20mL）に溶解した溶液に対して、スクシンイミジル-トリ-(アセチルラクトシル)リシルリシン（化合物13；0.5g）を塩化メチレンに溶解した溶液を添加した。この溶液を室温で18時間攪拌し、溶媒を真空下で除去して固体を得た。この固体をシリカゲルで精製し、クロロホルム中での2-プロパノールの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.16、2-プロパノール／クロロホルム1：4＋0.5％HOAc）を一つにまとめ、溶媒を除去して生成物（0.38g）を白色固体として得た。化合物10の説明における逆相HPLCの条件を参照されたい。この生成物は18.1分の時点で認められた。
15）N 4 -(5-(アセチル化トリ-ラクトシルリシルリシル)アミドペンチルスペルミントリフルオロ酢酸塩の調製
N4-(5-(アセチル化トリ-ラクトシルリシルリシル)アミドペンチル-N1,N8-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミン（化合物14；0.17g）をトリフルオロ酢酸（5mL）中に溶解し、室温で2.5時間攪拌した。溶媒を真空下で除去し、残留物をクロロホルム中に溶解した上で溶媒を除去して（4×20mL）0.19gの生成物を粘着性固体として得た。化合物10の説明における逆相HPLCの条件を参照されたい。この生成物は15.8分の時点で認められた。
16）N 4 -(5-(トリラクトシルリシルリシル)アミドペンチルスペルミン三酢酸の調製
N4-(5-(アセチル化トリ-ラクトシルリシルリシル)アミドペンチルスペルミントリフルオロ酢酸塩（化合物15；0.17g）をメタノール中に溶解し、この溶液に対して水（40mL）および炭酸ナトリウム（0.37g）を添加した。室温で4時間攪拌した後に溶媒を真空下で除去し、残留物を取り出して3mLの1％酢酸中に入れた。この溶液をSephadex（商標） G-25媒体カラム（16mL）にかけて精製し、1％酢酸により溶出させた。生成物を含む画分を一つにまとめ、凍結乾燥を行って、62.7mgのN4-(5-(トリラクトシルリシルリシル)アミドペンチルスペルミン三酢酸を粘着性固体（極めて含水性が高い）として得た。
エンドソーム回避機能のための低pH界面活性剤（LPHD）
DNAと複合体を形成したカチオン性両親媒性物質の膜貫通性通過の機序は詳細には解明されていないが、受動的な細胞膜破壊と細胞による能動的エンドサイトーシスとの何らかの組み合わせが関与すると考えられている。後者の機序はエンドソームを最終的にリソソームへと推移させ、これに伴ってpHは約7.2から5.0に低下する。分解作用のあるリソソーム酵素はpHの低下によって活性化され、pH 5.0付近で最も活性が高くなる。いくつかのエンドソーム破壊性物質が、低pHおよびリソソーム酵素の両者に起因するDNAの損傷を最小限に抑えるために、エンドソーム膜を介したDNAの拡散を促進させる目的で用いられている。本発明者らは、界面活性剤に似た活性を低pHでは獲得するが高pHでは獲得しない一群の分子を開発した。これらの「低pH界面活性剤」（LPHD）はpH 5〜6では親油性をもたらす。DNAの負に荷電したホスホジエステル骨格とイオン性に結合してそれを中和することにより、複合体は全体としてもさらに親油性となる。もう1つの特質は、非共有的なイオン結合によってLPHDの多数のコピーを単一のDNA分子に結合することが可能となり、エンドソーム膜の脂質二重層への挿入のために必要な内部特性が得られることである。
生理的pHでは負に荷電し（親水性）、pHの低下によってそれらがプロトン付加を受けるのに伴って中性化する（親油性）化合物は、界面活性剤に似た特性をもたらす。これらのタイプの化合物のpKaは、分子の50％がイオン化される（プロトン付加を受けていない）pHである。pKaよりもpHが1単位下では、イオン化された状態に保たれるのは分子の10％に過ぎず、90％はプロトン付加を受けて界面活性剤に似た性質になると考えられる。このため、pKaが6またはそれよりも高いこのタイプの化合物は、pH 5〜6では親油性が高く膜破壊性を有する。カルボン酸が付加された種々のポリアミン誘導体が、適切な範囲内にあるpKaを有している。
「低pH界面活性剤」（LPHD）の調製
以下は、「低pH界面活性剤」（LPHD）の1つ、すなわちN4,N9-ビス(12'-ドデカン酸)-スペルミンテトラ塩酸塩の合成法である。
1）N'-(4-(N-ヘキサヒドロピリミジル)ブチル)-ヘキサヒドロ-ピリミジンの調製
これはビス-マンノシルスペルミン合成の中間生成物（1）と同じ化合物である。
2）N 1 -(4-(N 3 -tert-ブチルオキシカルボニル-N 1 -ヘキサヒドロ-ピリミジニル)-N 3 -tert-ブチルオキシカルボニル-ヘキサヒドロピリミジンの調製
これはビス-マンノシルスペルミン合成の中間生成物（2）と同じ化合物である。
3）N 1 ,N 12 -ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミンの調製
これはビス-マンノシルスペルミン合成の中間生成物（3）と同じ化合物である。
4）12-ブロモドデカン酸ベンジルの調製
12-ブロモドデカン酸（5g）、トルエンスルホン酸（0.5g）および3.73mLのベンジルアルコールをトルエン（100mL）中に溶解した溶液をほぼ乾燥するまで蒸留し、新たなトルエン（100mL）を加えた上で蒸留を再び行った。残ったトルエンを真空下で除去し、粗材料を酢酸エチル中に溶解して炭酸水素ナトリウム飽和溶液で洗浄した。有機層を乾燥させ、溶媒を除去して、純度の低い油状物質（8.61g）を生成物および未反応ベンジルアルコールの混合物として得た。この混合物はこれ以上精製しなかった。
5）N 4 -(ベンジル12'-ドデカノイル-N 1 ,N 12 -ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミンの調製
N1,N12-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミン（2.0g）をアセトニトリル（100mL）中に溶解した溶液を、酢酸（0.268mL）および12-ブロモドデカン酸ベンジル（6.66g）により処理した。この溶液を3時間環流し、続いて室温で18時間攪拌した。溶媒をロータリー蒸発装置で除去し、残留物を取り出してクロロホルム中に入れ、炭酸水素ナトリウム溶液で洗浄した。有機層を乾燥させ、溶媒を真空下で除去して10.11gの粗材料を得た。この粗材料をシリカゲルで精製し、N,N-ジイソプロピルエチルアミン（0.2％）を含むクロロホルム中でのメタノールの勾配によって溶出させた。生成物を含む画分（TLC Rｆ 0.23、CHCl3／メタノール9：1＋0.2％DIEA）を一つにまとめ、溶媒を除去して生成物（0.62g）を油状物質として得た。
6）N 4 -(12'-ドデカン酸)-N 1 ,N 12 -ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)-スペルミンの調製
N4-(ベンジル12'-ドデカノイル)-N1,N12-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミン（0.29g）をメタノール30mL中に溶解し、0.03gの10％Pd／Cおよび50PSIGのH2により室温で1.5時間処理した。Pd／Cを珪藻土による濾過によって除去した。濾液から溶媒を真空下で除去してN4-(12'-ドデカン酸）スペルミンテトラ塩酸塩を油状物質（0.19g）として得た。
7）N 4 -(12'-ドデカン酸)スペルミンテトラ塩酸塩の調製
N4-(12'-ドデカン酸)-N1,N12-ビス(tert-ブチルオキシカルボニル)スペルミン（0.19g）をトリフルオロ酢酸（10mL）中に溶解し、室温で1時間攪拌した。溶媒を真空下で除去し、残留物をクロロホルム中に溶解した上で溶媒を除去して（3×25mL）油状物質を得た。この油状物質を0.1N HCl中に溶解し、凍結乾燥を行って0.18gのN4-(12'-ドデカン酸)スペルミンテトラ塩酸塩を得た。
Figure 2006508896
コレステリルスペルミン（CSm）の合成：N 4 -(5-N-(3β-O-カルバモイル-5-コレステン)-1-ペンチル)-スペルミン塩酸塩（「コレステリルスペルミン」）の合成
スペルミンおよびホルムアルデヒドのヘキサヒドロピリミジン環付加物を生成させ、ジ-tert-ブチルジカーボネート、(BOC)2O水溶液およびTHFを用いてこの第二級アミンをジ-tert-ブトキシカルボニル（BOC）誘導体に変換させた。以前の報告の通りに、メチレン架橋を除去して（マロン酸、ピリジン、エタノール中）ビス-BOCスペルミン中間生成物を得た。クロロギ酸コレステリルを、N,N-ジイソプロピルエチルアミン（DIEA）を含む塩化メチレン中で5-アミノ-1-ペンタノールと反応させて、所望のカルバメート結合を形成させた。冷却した塩化メチレン中でトリフェニルホスフィン、臭素、臭化リチウムおよびDIEAを用いて、このアルコールを対応する臭化物に変換させた。塩化メチレン中での炭酸カリウムの存在下におけるビス-BOCスペルミンによるコレステリル臭化物への求核付加反応により、一置換型および二置換型のコレステリルスペルミンが生成された。DIEAを含むクロロホルム中でのメタノール勾配を用いるシリカフラッシュクロマトグラフィーにより、これらは容易に分離された。ジオキサン中での4N HClによるBOC基の脱保護により、最終的にモノ-コレステリルスペルミン生成物が塩酸塩として得られた。この生成物は合計16％の収率で得られ、その特徴をプロトンNMR（300MHz FT-NMR）、FAB質量分析、元素分析および薄層クロマトグラフィーにより分析した。
実施例1：インビボでのマンノース受容体を含む免疫細胞の標的指向性トランスフェクション
マンノシルスペルミンおよびコレステリルスペルミンが動物体内への核酸の送達を促進する能力を示すために、以下の実験を、本質的には以下に述べる通りに行った。
複合体の調製
DNA（GFP発現プラスミド、EGFP、Clontech, CA）を、上記の通りに合成したマンノシルスペルミンおよびコレステリルスペルミンの混合物と混合する。代表的には、2mg／mLのDNA 1mLを2mg／mLのスペルミン混合物1mLと混合する。スペルミン混合物は、2種類のスペルミン分子：標的指向性スペルミン分子（マンノシル、ラクトシル、葉酸またはビオチン化スペルミン）をコレステリルスペルミンを混合することによって調製する。分子の比は、例えば、コレステリルを65％とし、マンノシル、ラクトシル、葉酸またはビオチン化スペルミンを35％に保つ。DNAおよびスペルミン混合物を併せて混合すると、この両方の修飾スペルミン分子とDNAとの共同複合体が形成される。指定濃度で得られる電荷の比は約0.8（正／負）である。複合体は両方のスペルミン分子を含むが、それらは粒子電荷の分布および結合したスペルミン誘導体の比のいずれの点でも異質である。複合体の組成は、2種類のスペルミンの濃度、濃度、電荷比および相対量を反映する。これらの溶液を混合し、150mM塩化ナトリウムを含む最終的なクエン酸緩衝液（30mM、pH 6.8）に混入する。スペルミン-DNA溶液混合物における正電荷と負電荷との比が0.5〜1.2の範囲でさまざまな、DNAの他の複合体も調製する。2種類のスペルミンの他の比についてもDNAとの混合物として調製し、35％がマンノシル、ラクトシル、ビオチン化、または葉酸指向性スペルミンで65％がコレステリルスペルミンであるDNA混合物と比較する。
インビボ試験
種々の配合物のそれぞれに関して、混合物を5匹のマウスの腹腔内に注射する（100uL）。インビボでのプラスミド発現がピークとなる注射5日後に腹腔液を採取する。腹腔液100μlをスライドに載せ、3000rpmでの遠心処理によりサイトスポット化する。GFP蛍光を検出するためにスライドをUV蛍光顕微鏡によって観察する。蛍光量およびトランスフェクトされた細胞の数を定量的に決定するために腹腔液の一部をFLOW分析（Beckman-Coulter）に供する。腹腔液由来の細胞の別の一部をFITCまたはローダミン結合MAC1抗体（R&D Systems）で染色し、さらに別の腹腔液の一部をFITCまたはローダミン標識マンノシル化BSA（ウシ血清アルブミン）で染色する（Sigma Cemical Co. St. Louis, MI）。対照マウスには、複合体形成剤を添加していないDNA、およびマンノシルスペルミンまたはコレステリルスペルミンのいずれかのみと複合体を形成させたDNAを投与する。
スペルミンおよびDNAを電荷比0.8で含み、かつマンノシル化スペルミンおよびコレステリルスペルミンを35％対65％という比で含む配合物を注射したマウスは、他の配合物で発現されるレベルを上回るレベルでEGFPを発現する。FLOW分析（Beckman Coulter, CA）による分析では結果は類似しており、MAC1陽性細胞（マクロファージ）の大半がトランスフェクトされる。マンノース受容体を含む細胞のほぼ100％がEGFPを発現した。以上を総合すると、これらの結果は、マンノース受容体を用いたDNA内部取込みによって導かれる、インビボでの免疫細胞の標的指向性トランスフェクションが成功したことを示している。さらに、コレステリルスペルミンをエンドソーム／リソソーム遮断物質として用いることが有効なことも示されている。これらの結論をさらに裏づけるために細胞を共焦点顕微鏡検査により分析したところ、その結果は予想と一致した。最適な配合条件の場合にのみ、ローダミン標識DNA（GT Systems, San Diego, CA）は核内にあり、一方、試験に用いた10：90および90：10（標的指向性スペルミンとエンドソーム破壊性スペルミンとの比）という最適に満たない対照の配合では、DNAが細胞を標的としないか、またはエンドソーム／リソソーム内に捕捉された（ローダミンの細胞内局在による評価）。同様の結果（電荷比が0.8で、マンノシルスペルミンとコレステリルスペルミンとのスペルミン比が35対65でのトランスフェクション）は、複合体を尾静脈注射によって静脈内に与えた場合に脾臓由来の細胞でも観察される。5mMクエン酸および150mM NaClを緩衝液として用いる点を除き、複合体を上記と同じように調製する。トランスフェクション効率を決定するために、第5日にマウスから脾臓を摘出する。脾臓をスライド上で破砕することによって細胞を収集し、蛍光顕微鏡によってEGFP蛍光を観察する。細胞種は、標識MAC1抗体（マクロファージの同定）または標識マンノシル化BSA（マンノース受容体を含む細胞の同定）を用いて標本の交差染色を行うことによって識別される（「Current Protocols in Immunology」）。細胞種は主としてマクロファージであり、マンノース受容体含有細胞の大半（＞95％）がトランスフェクトされる。
ランゲルハンス細胞のトランスフェクションを観察するためには、皮膚の生検標本を、皮下注射および皮内注射（前記の通りに調製した1mg／mLの複合体の10uL注射）から5日後に採取する。パラフィン包埋組織を切片化して、標識マンノシル化BSAにより交差染色された蛍光細胞を観察することにより、組織学的分析を行う。ランゲルハンス細胞は上に示した最適な比で最大限にトランスフェクトされる。
実施例2：インビボでの肝細胞の標的指向性トランスフェクション
マンノシルスペルミンおよびコレステリルスペルミンに関して実施例1に記載したものと同様の実験を、他の任意のスペルミン含有化合物が動物体内への核酸の送達を促進する能力を検証するために用いることができる。範例となる方法を以下に述べる。
複合体の調製
DNA（βガラクトシダーゼ発現プラスミド-Clontech, CA）を、ラクトシルスペルミン（モノラクトシル化またはトリラクトシル化）およびコレステリルスペルミンの混合物と混合する。代表的には、2mg／mLのDNA 1mLを2mg／mLのスペルミン混合物1mLと混合する（正電荷と負電荷とのおおよその比は0.8）。スペルミン混合物は、2種類のスペルミン分子、標的指向性スペルミン分子（ラクトシルスペルミン）をコレステリルスペルミンと混合することによって調製する。分子の比はコレステリル65％、およびラクトシルスペルミン35％に保つ。DNAおよびスペルミン混合物を併せて混合すると、この両方の修飾スペルミン分子とDNAとの共同複合体が形成される。指定濃度で得られる電荷比は約0.8（正／負）である。複合体は両方のスペルミン分子を含むが、それらは粒子電荷の分布および結合したスペルミン誘導体の比のいずれの点でも異質である。複合体の組成は、2種類のスペルミンの濃度、電荷比および相対量を反映する。これらの溶液を混合し、150mM塩化ナトリウムを含む最終的なクエン酸緩衝液（5mM、pH 6.8）に混入する。スペルミン-DNA溶液混合物における正電荷と負電荷との比が0.5〜1.2の範囲でさまざまな、DNAの他の複合体も調製する。2種類のスペルミンの他の比についてもDNAとの混合物として調製し、35％がラクトシル、65％がコレステリルスペルミンであるDNA混合物と比較する。
インビボ試験
種々の配合物のそれぞれに関して、混合物を5匹のマウスに静脈内注射する（100uL）。種々の配合物には異なる電荷比のものが含まれ、ラクトシルスペルミンとコレステリルスペルミンの比もさまざまである。インビボでのプラスミド発現がピークとなる注射5日後に、マウスを屠殺して肝臓を摘出し、組織学的分析のために急速凍結する。主要な血管および胆管の近傍部および遠隔部の両方の肝臓組織からのいくつかの切片をパラフィン中に包埋し、ミクロトームを用いて切片化する。組織切片をX-gal（βガラクトシダーゼの酵素基質）を用いて染色する。肝臓組織切片を、肝細胞（アシアロ糖タンパク質受容体）を識別するための交差染色剤としての標識ラクトシル化BSAを用いて染色する。標識蛍光を検出するためにスライドをUV蛍光顕微鏡下で観察し、β-gal染色は光学顕微鏡下で観察する。対照マウスに対しては、複合体形成剤を添加していない「裸の」DNA、およびラクトシルスペルミンまたはコレステリルスペルミンのいずれかのみと複合体を形成させたDNAを投与する。
予想される結果
実施例1の結果に基づくと、スペルミンおよびDNAを電荷比0.8で含み、ラクトシル化スペルミンおよびコレステリルスペルミンを35％対65％という比で含む配合物を注入したマウスは、10％ラクトシルおよび90％コレステリルの配合物を用いて発現されるレベルを上回るレベルでβ-ガラクトシダーゼを発現すると予想される。肝組織中の肝細胞におけるβ-ガラクトシダーゼの発現は、蛍光標識ラクトシル化BSAによる染色後に組織切片の蛍光顕微鏡検査を行うことによって分析しうる。肝細胞におけるβ-ガラクトシダーゼの発現は、アシアロ糖タンパク質受容体を用いたDNA内部取込みによって導かれるインビボでの肝細胞の標的指向性トランスフェクションが成功したこと、およびコレステリルスペルミンをエンドソーム／リソソーム遮断物質として用いることが成功したことを示す指標である。この結論をさらに裏づけるために、細胞を共焦点顕微鏡検査によって分析することが可能である。
実施例3：トリラクトシルスペルミン複合体は肝臓によって選択的に取り込まれ、モノ-およびビス-マンノシルスペルミン複合体はクッパー細胞のトランスフェクションを通じて肝細胞を標的とする
トリラクトシルスペルミンならびにモノ-およびビス-マンノシルスペルミンが核酸の送達を促進する能力を示すために、以下の実験を、本質的には以下に述べる通りに行った。
DNAの標識
β-ガラクトシダーゼ発現プラスミドを含む細菌を、グルコースを唯一の炭素源として含む最小M9培地（Miller, CSHS laboratory Press）中で一晩増殖させる。細胞を遠心処理によって最小培地中にて3回洗浄し、炭素源を含まないM9培地中に再懸濁した上で、均一に14C標識されたリボース（NEN, MA）およびデオキシヌクレオシド（NEN, MA）を含むM9中に再懸濁して3時間おく。細胞を回収し、Qiagenミニプレップカラム（Qiagen, Inc., CA）を用いてプラスミドを単離する。標識プラスミドを非標識プラスミドと混合して、比活性が300万CPM／100ugプラスミドとなるようにする。
修飾スペルミンとの複合体形成
以前の2つの実施例で述べた通りに、DNAとスペルミンとの複合体を、最適な電荷比である0.8で、モノラクトシル、トリラクトシルまたはマンノシル（モノおよびビス）スペルミンのいずれかを用いて、5mMクエン酸緩衝液および150mM NaCl中での最終的なDNA濃度が1.0mg／mLとなるように形成させる。
インビボ試験
1群当たり5匹のマウスに対して尾静脈から静脈内注射を行う（100uL）。指定された種々の時点でマウスを屠殺し、血中クリアランスの決定のためのプラスミドDNAの血清分析を行う。血中のプラスミド量を決定するためには、各試料に付随するCPMを定量するために血清1mLをフッ素とともに液体シンチレーションカウンターに入れる。組織分布の決定のためには、種々の臓器を第5日（以前の試験による発現のピーク）に採取して急速凍結する。動物から全臓器を採取し、5匹の群のうち3匹からの肝臓を弱アルカリ（100mM KOH）中で粉砕し、酸（HCl）で中和した後にシンチレーション計数を行う。残りの2匹からの肝臓は、実施例2に記載した通りにパラフィンに包埋して切片化し、記載の通りにβガラクトシダーゼ活性に関して染色する。
血中クリアランス
静脈内投与後のDNAの分布および血中クリアランスを評価する試験では、標識DNAを別個に修飾スペルミンと複合体化させる（この試験にはいずれか1つのスペルミンとの単一複合体（monocomplex）のみを用いる）。これらの複合体にはマンノース（モノおよびビス）およびラクトース（モノおよびトリ）スペルミンを別個に用いる。非修飾スペルミンおよびDNAとのスペルミジン複合体を対照として用いる。予想に一致して、最も速いクリアランスはトリラクトシルスペルミンを用いた場合である（曲線の外挿により、数分での取込みが示唆される）。同様にモノラクトシル誘導体も血中から急速に消失するが、トリラクトシルスペルミン複合体よりも約10倍緩徐である。対照複合体は細胞標的指向性を一切有していないと予想され、このため、これらは血中にはるかに長い期間にわたって存在する。その結果から、細胞表面タンパク質への標的指向性が存在しなければプラスミドDNAの血中レベルは数時間にわたって変化しないことが示されている。トリラクトシル化分子は、タンパク質と結合（共有結合および非共有結合）させて静脈内に投与すると肝細胞を標的とすることが以前に示されている。組織学的分析では細胞標的指向性（肝細胞とクッパー細胞との対比）をさらに詳細に取り扱う。ビスマンノシルスペルミン複合体も血中からDNAを急速に消失させるが、トリラクトシルスペルミン複合体よりも約50〜100倍緩徐である。別の試験では、ビスマンノシルスペルミン複合体が静脈内投与後にマクロファージおよび樹状細胞系譜の細胞（クッパー細胞、ランゲルハンス細胞ならびに脾および肺のマクロファージ―実施例1）のみによって取り込まれることが示されている。
組織分布
この試験の第2のパートでは、主要臓器のいくつかにおけるDNAの分布を静脈内投与から5日間にわたり評価する。単純な組織破砕およびシンチレーション計数を行う。分析対象に選択した組織（肺、心臓、腎臓、脾臓および肝臓）には広範に毛細血管床がみられる。最終的に取り込まれた95％を上回るDNA（定量的PCRを用いた以前の試験による）は静脈内投与後にこれらの臓器（心臓を除く）に認められる。投与したDNAの大半（＞90％）は通常、48時間以内に分解されて排泄される。しかし、ラクトシル化スペルミンおよびマンノシル化スペルミンの複合体を用いた場合のDNAの保持率はそれぞれ30％および85％であった。臓器のすべてを総合したCPMの合計量には大きな差がみられる。
Figure 2006508896
組織切片のβガラクトシダーゼ活性染色により、ラクトシルスペルミン複合体の投与が肝細胞のみへのDNA内部取込みを引き起こすことが示されている；しかし、発現はわずかである。これは、この試験に用いた複合体にエンドソーム破壊性スペルミン（コレステリル）が含まれていないことによると思われる。実施例1および2に提示した結果に基づくと、最適な発現を得るためには両方のスペルミンとの共同複合体が必要であると推測される。本実施例に記載した結果は、受容体結合リガンドによって修飾されたスペルミンをDNAと複合体化すると、その受容体を含む特異的細胞種を標的としてその内部に取り込まれるという仮説と一致している。しかし、これらの内部に取り込まれたプラスミドDNAの発現のためには、エンドソーム／リソソーム膜破壊活性といった別の生化学的機能が必要である。
ラクトシルスペルミン複合体はβガラクトシダーゼ活性染色によれば静脈内投与後に主として肝細胞をトランスフェクトさせるが、マンノシルスペルミン複合体は肝臓薄片のβgal染色によればクッパー細胞（マクロファージ系譜）をトランスフェクトさせる。DNA分布データからも、マンノシルスペルミン複合体が肺内部の肺胞マクロファージならびに脾臓内の樹状細胞およびマクロファージ細胞をトランスフェクトさせる能力を持つことが示唆される。このため、マンノシルスペルミンを含むDNA複合体を用いて肺（肺胞）マクロファージをトランスフェクトさせるための、吸入技術（Becton-Dickinson, Inhale therapeuticsおよびPowderject Vaccines）を用いる、粉末またはエアロゾルベースの送達システムに基づく配合物を作製することが可能である。
実施例4：マイクロエマルションを用いたインビボでの経口送達試験および静脈内送達試験
マイクロエマルションが動物体内への核酸の送達を促進する能力を示すために、以下の実験を、本質的には以下に述べる通りに行った。
その目的は、DNAの経口送達用に設計されたマイクロエマルション（ME）配合物を開発することである。経口送達用のマイクロエマルションを、DNAまたはその他の核酸（2.0mg／mL、例えば、30mMクエン酸、150mM NaCl pH 6.8緩衝液中）および塩化ベンザルコニウム（0.1％）を含む混合物を用いて調製する。この混合物をさらに、Labrasol（商標）（Gattefosse, Saint-Priest Cedex, France）を7、Lauroglycol（Gattefosse, Franceによる経口投与用のLauroglycol FCCなどのポリプロピレンエステル）を1、さらにエタノールを2の割合で含む同容積の混合物と混合する。別の配合物には、上記の配合物における塩化ベンザルコニウムおよびラウログリコールの代わりにブピバカイン0.25％、オクチルスペルミン2.0mg／mLまたはコレステリルスペルミン2.0mg／mLを含める。塩化ベンザルコニウム、オクチルスペルミン、コレステリルスペルミンおよびブピバカインなどのカチオン性両親媒性物質を含む配合物は水中油型エマルションを生じ、被験DNAは油相中にあるが、これはカチオン性両親媒性物質とのDNA複合体は疎水性であるためである。被験DNAはルシフェラーゼの発現プラスミド（Promega Corp.）である。すべての成分を混合するとマイクロエマルションが容易に形成され、これは熱力学的に安定である。胃内挿管により、DNAを含む配合物（100uL）をマウス（1つの配合群当たり5匹）に摂取させる。投与から5日後に、腎臓、肝臓、肺、腸管各部（回腸、十二指腸、小腸および大腸）、脳、心臓および脾臓を含むいくつかの臓器を採取し、急速凍結する。ポリトロンを用いて、組織をルシフェラーゼ緩衝液（Promega Corp., Madison, WI）中でホモジネート化する。ルシフェラーゼ活性はルミノメーター（Berthold）を用いてアッセイ緩衝液（Promega Corp., Madison, WI）中にて決定する。すべての配合物で、ルシフェラーゼ活性のほとんど（＞70％）は十二指腸、回腸および小腸で検出される。かなりの量（動物における総ルシフェラーゼ活性の〜10％）が肝内で検出される。エマルションは消化管から門脈循環によって吸収され、肝臓へと送達されるように思われる。DNAの最大の全身吸収が観察されているのは、配合物がブピバカイン、コレステリルスペルミン、塩化ベンザルコニウムおよびオクチルスペルミンを含む場合である。
マイクロエマルションの静脈内送達のために、Labrasolの代わりにダイズ油を用いる点を除いて同様に混合物を調製した。植物油および魚油などの他の油（例えば、人の摂取用に販売されている油）を用いてもよい。ダイズ油MEを投与すると（20uL／1回の投与）、肺、肝臓、脾臓および腎臓といった広範な毛細血管床を有するすべての臓器でトランスフェクショシが生じる。これらの臓器は高度のルシフェラーゼ活性を示す。
実施例5：RNAi用途に対する、局所麻酔薬と複合体を形成した核酸の有用性を判定するための、局所麻酔薬と複合体を形成したプラスミドDNAを用いる遺伝子サイレンシングのためのインビボモデル
背景および理論的根拠
本発明はまた、麻酔薬（例えばブピバカイン）およびdsRNAを含む組成物、ならびに麻酔薬とdsRNAとの複合体を細胞内または動物体内に送達するための方法も特徴とする。このため、ブピバカインがdsRNAの送達を促進する能力を示すための以下の実験を行った。実験は転写後遺伝子サイレンシング（PTGS）またはRNAi自体を誘発するように設計するのではなく、免疫応答の非存在下でのマウスにおけるDNAベクターの発現動態を追跡するように設計した。その結果から、dsRNAを介したPTGSを示唆する、非免疫的に媒介される遺伝子特異的なサイレンシング機構の存在が示されている。プラスミドDNAを基盤とする発現ベクターの使用はdsRNAを作製するには効率的でないやり方であるが、それでもこれは植物および細胞培養下でのPTGS誘導のために必要な十分なレベルのdsRNAを生じさせることが示されている。この結果と、プラスミドDNAを注入した動物でdsRNA種の存在が観察されていることは、dsRNAを介した遺伝子サイレンシングと合致する。dsRNAが生成される能力は種々のプラスミドによって異なり、これは一部には潜在性プロモーター因子の存在によって決まる。これらの試験のために用いた発現ベクターではサイレンシングは数カ月間起こらないが、他のベクターはサイレンシングをこれよりも早く誘発する可能性があり、また別のものは全く誘発しない可能性もある。これに対して、dsRNAを急速に生成するように特に設計されたベクターはサイレンシングを誘導した。
自己由来タンパク質（例えば、マウスにおけるマウスIL-12またはマウス第VIII因子）をコードする導入遺伝子の発現動態を評価するためにデザインした動物実験において、本発明者らは、導入遺伝子の発現が一時的なだけでなく、その導入遺伝子をその後に再投与しても導入遺伝子の発現は再び起こらず、導入遺伝子の発現がサイレンシングを受けたことが示唆されることを観察した。免疫機構の可能性は否定されており、分子的機序が提唱されている。
Balb／CマウスにおけるIL12-p40発現のサイレンシング
マウスIL-12を発現するプラスミドをマウスに筋肉内接種することにより、マウスIL-12の発現がベースライン発現レベルよりも増強されることが示されている。マウスIL-12導入遺伝子の発現は、HCMV IEプロモーターおよびSV40ポリアデニル化シグナルを含むベクターによって行った。血清IL-12 p40レベルに関するELISAにより、投与したDNAの発現レベルおよび有効性を分析するための簡単なシステムが得られる。p40はIL-12を含む2種類のポリペプチド鎖のうち1つである。
IL12 DNA（IL12、dsRNAを産生するベクターおよびT7 RNAポリメラーゼをコードするベクター）を用いる本明細書に記載したRNAi試験のすべてで、IL12 DNAは局所麻酔薬の1つであるブピバカインとの複合体として投与したが、これはこの複合体を用いると裸のDNAによって媒介されるよりもインビボで高いインフェクション効率（ほぼ3倍）が得られるためである。ブピバカイン複合体は、2.0mg／mLのDNA（クエン酸緩衝液（30mM）、0.1％EDTAおよび150mM NaCl；pH 6.7中）、5倍濃縮緩衝液（1倍＝クエン酸緩衝液（30m M）、0.1％EDTAおよび150mM NaCl；pH 6.7）およびブピバカインを混合して、ブピバカイン最終濃度を0.25％、緩衝液の成分を1倍（クエン酸緩衝液（30mM）、0.1％EDTAおよび150mM NaCl；pH 6.7）とすることによって調製した。
本発明者らは、100μgのIL12プラスミドの接種によってp40の高い血清レベル（700〜800pg／mL）が誘導されることを観察した。この発現は接種から5〜8日後がピークであり、その後は低下して約140日でベースラインレベルに戻る。本発明者らは、IL-血清IL-IL-12がベースライン近くのレベルに低下した時点（第150日および第240日）でIL-12プラスミドを再接種しても予想される血清IL-12レベルが誘導されないことを示した。初回注射に用いた方とは別の後肢に追加注射を行ってもIL-12発現は再現されないため、初回注射部位でのDNA飽和はIL-12が再発現されないことに影響しないと思われる。これらの結果は、局所的な発現遮断ではなく全身的な発現遮断が存在することを示唆する。PTGSによって媒介される全身性サイレンンングはPTGSの顕著な特徴であり、植物、センチュウ（C. elegans）およびゼブラフィッシュで観察されている。興味深いことに、3回目の接種（第240日）はIL12レベルをベースラインレベルよりも低下させており、このことから染色体性コピーもサイレンシングを受けた可能性が示唆される。
別のセットの実験では、血清中でのマウスIL-12 p40の発現を、用量100ugのマウスIL-12発現プラスミドを筋肉内注射した後のマウス、または注射を行わなかった未処置マウス対照においてモニタリングした。マウス5匹の平均値を比較した。観察されたばらつきは20％未満であった。初回注射および追加注射を第0日、第150日および第240日に行った。p40 ELISAアッセイのカットオフ値は約100pg／mlである。
第0日および第150日に100ugのIL-12発現プラスミドを筋肉内注射したマウス、または第150日のみに注射したマウスにおける、血清中でのマウスIL-12 p40の発現をモニタリングした。マウス5匹の平均値を比較した。観察されたばらつきは20％未満であった。
SCIDマウスにおけるサイレンシング
血清中でのマウスIL-12 p40の発現を、100ugのマウスIL-12発現プラスミドを筋肉内注射したSCIDマウス、または注射を行わなかった未処置SCIDマウス対照においてモニタリングした。マウスには第0日および第60日の時点で初回注射および追加注射を行った。マウス5匹の平均値を比較した。観察されたばらつきは20％未満であった。サイレンシングはSCIDマウスの方が早く起こるように思われる。
年齢を一致させた対照マウスでは、IL-12導入遺伝子の予想されるレベル（700-800pg／mL）での発現が第150日に認められ、このことは年齢はIL-12導入遺伝子が発現されないことに影響しないことを示している。さらに、別の導入遺伝子ベクターの初回接種を第0日に受けたマウスでは、IL-12発現ベクターを第150日に投与した際にIL-12発現が700〜800pg／mLレベルに増強された。IL-12に対する検出可能な免疫応答は観察されず、このことは抗IL-12応答がIL-12発現の消失に影響しないことを示唆する。さらに、SCIDマウスで同様の結果が得られたことも、免疫を介した機序が関与しないことを裏づけており、このことからPTGSなどの分子的機序の関与が示された。組織試料中のp40 mRNAレベルに関する予備的分析により、観察された発現低下に対してPTGSを介した機序が存在することがさらに裏づけられている。
以下の理由から、サイレンシングはIL-12の作用によって媒介されるのではない。マウスに50ugの組換えマウスIL-12を第0日に注射してもマウスIL-12発現プラスミドのその後の発現は阻止されない。さらに、IL-12特異的RNAは生成されるがIL-12タンパク質は全く生じないマウスIL-12 RNA発現ベクターを用いた実験でも、IL-12発現のダウンレギュレーションが起こる。大半の転写物の転写はプロモーター因子によって規定された位置で始まる；しかし、転写物はテンプレートDNA中の他の部位（潜在性プロモーター配列）からも開始される。プロモーター因子によって開始される特異的mRNA転写物とは異なり、乱交雑性転写の開始は多数の異常種を生じさせる。異常転写物の一部はDNAの非テンプレート鎖に由来し、これはアンチセンスRNAを生成して、これがさらに、テンプレート鎖の転写物が豊富に存在する場合にはdsRNA種を形成する。このため、HCMV-IEなどの高活性型プロモーターを含む発現カセットはdsRNAの形成に好都合であると考えられる。dsRNAによるPTGSの媒介は触媒性であることが示されており、非化学量論量のdsRNAの存在は標的mRNAの分解を媒介する上で有効であることが示されている。遺伝子特異的dsRNAの形成は特にプラスミドに基づく発現系で好都合であり、この場合にはプラスミド分子の環状性のためにプラスミド中で開始されたすべての異常な転写物が遺伝子配列の読み過しを起こし、dsRNA種が生成される。マウスIL12 p40の発現のためにプラスミドDNAを用いた実験では、トランスフェクト細胞およびインビボで発現プラスミドを筋肉内接種したマウスの筋肉組織のいずれにおいても、異常な（アンチセンス）転写物がp40 mRNAレベルの0.2％として生じた。本発明者らは、トランスフェクトされたマウス筋肉内にIL-12特異的dsRNA種が存在することも示した。
以上の結論として、導入遺伝子自体により、発現されたタンパク質に対する免疫応答の非存在下で、導入遺伝子発現のサイレンシングが導入された。サイレンシングの現象は全身的であるように思われ、その後に投与したプラスミドからの発現は再投与の部位とは関係なく阻止される。しかし、本発明者らは、観察された全身的作用がサイレンシングシグナルの真の波及によるものか、それとも注入されたプラスミド分子の生体内分布を反映したものかについては把握していない。生体内分布の検討からは、注入されたプラスミドDNAが脳および生殖腺を除くすべての組織中に認められることが示されている。
IL-12 dsRNAまたはIL 12 dsRNA発現ベクターの前投与による、IL-12発現の配列依存的な様式でのサイレンシング
第0日の時点で、第3群および第4群に対して、IL-12特異的dsRNAまたはIL-12特異的dsRNA発現ベクターを筋肉内注射によって投与した。対照である第1群および第4群には第0日に注射を行わなかった。第5日の時点で第2群、第3群、および第4群にIL-12発現ベクターを筋肉内注射し、第13日にすべてのマウスから採血して血清IL-12レベルを測定した。HSVgD-2 RNA発現ベクターおよびHSVgD-2 dsRNA発現ベクターを注射した対照群にIL-12発現に対する影響はみられなかった。
この検討による観察所見は興味深いものであり、dsRNAを介したPTGSの存在が示唆される。この場合に、本発明者らは、この実験に用いた発現ベクターがdsRNAを生成させる上で最適に設計されていないことを認識している。dsRNAのインビトロおよびインビボでの効率的な転写を可能にする系の1つはT7 RNAポリメラーゼ転写系である。このため、dsRNAがマウスで観察されたサイレンシング効果を媒介することを明確に示すために、マウスに対して第0日に、T7 RNAポリメラーゼ発現ベクター、および600bpのIL-12特異的dsRNAまたは単純ヘルペス-2糖タンパク質D（HSVgD-2）特異的配列を含む無関係な600bpの対照dsRNAのいずれかをコードするdsRNA T7発現ベクターを注射した。または、マウスに対して、600bp長のIL-12またはHSVgD-2に特異的なインビトロで転写される裸のdsRNAを前もって注射した。続いてマウスに対して第5日にIL-12発現ベクターを注射し、第13日に血清IL-12レベルを測定した。これらの実験に用いたdsRNAがいずれもタンパク質産物へと翻訳されないことは、これらの実験に関する重要な事項である。このため、観察されるいかなるサイレンシングも、IL-12を介した作用によるものである可能性はない。
結果および結論
第1群の血清は内因性基礎レベルのIL-12である200pg／mlを示している。800pg／mlという第4群の血清IL-12レベルは、内因性IL-12および発現ベクター由来のIL-12の両方を含むIL-12の合計に相当する。dsRNAの前投与（第2群）は、RNAを投与しなかった群（第4群）よりもIL-12レベルを低下させる。しかし、細胞内dsRNA合成を可能にするベクターの前投与（第3群）ではIL-12は検出されない。対照HSVgD-2 dsRNAまたはdsRNA発現ベクターの前投与はIL-12発現に対して影響を及ぼさなかった。これらの結果は、IL-12サイレンシングが、IL-12特異的dsRNAの注射、およびIL-12特異的dsRNA発現ベクターの注射のいずれによっても媒介されることを示している。IL-12発現に対して影響を及ぼしたのはIL-12特異的dsRNAおよびIL-12特異的dsRNA発現ベクターのみであり、HSVgd-2のdsRNAおよび発現ベクターはIL-12発現に対して測定可能な影響を及ぼさなかったことからみて、サイレンシングは配列特異的である。さらに、これらの結果は、ベクターを介したdsRNAの細胞内発現の方がdsRNAの投与よりも効果が大きいことを示している。しかし、第2群におけるdsRNAの効果の最大限の能力はここで用いた送達条件下では認められず、別の送達方法または用量ではさらに効果が大きいという可能性もある。また、本発明者らが第13日よりも後に観察していれば第2群のIL-12レベルはさらに低下していた可能性もある。第3群では第13日にIL-12が検出されず、内因性IL-12およびベクター由来IL-12のいずれの発現の抑制も認められたことは興味深い。dsRNAおよびdsRNA発現ベクターの注射に対するインターフェロン応答についても実験の第1週にモニタリングした。IL-12特異的およびHSVgD-2特異的なdsRNAの注射は顕著なインターフェロン応答を誘導し、これは急速に誘導されたが3日間という短期間しか続かなかった。dsRNA発現ベクターを注射した動物ではインターフェロン応答は検出されなかった。この結果は細胞培養モデルで得られた結果と一致する。
その他の態様
以上の説明により、本明細書に記載された発明に対して種々の用法および条件を採用するための変更および改変を加えうることは明らかであると考えられる。このような態様も以下の特許請求の範囲内にある。
本明細書において言及したすべての刊行物は、それぞれの独立した刊行物または特許出願が参照として組み込まれるように特定的および個々に示されている場合と同程度に参照として本明細書に組み込まれる。

Claims (99)

  1. 核酸、エンドモリティックスペルミン（コレステロールまたは脂肪酸を含む）および標的指向性スペルミン（細胞表面分子に対するリガンドを含む）を含む組成物であって、該組成物の正電荷と負電荷との比が0.5から1.5までの範囲にあり、エンドモリティックスペルミンが該組成物中のスペルミン含有分子の少なくとも20％を占め、かつ標的指向性スペルミンが該組成物中のスペルミン含有分子の少なくとも10％を占める、組成物。
  2. 正電荷と負電荷との比が0.8から1.2までの範囲にある、請求項1記載の組成物。
  3. 核酸がDNAを含み、かつエンドモリティックスペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の40％から90％までの範囲を占める、請求項1記載の組成物。
  4. 核酸がDNAを含み、かつ標的指向性スペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の10％から60％までの範囲を占める、請求項1記載の組成物。
  5. 核酸がRNAであり、かつエンドモリティックスペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の20％から90％までの範囲を占める、請求項1記載の組成物。
  6. 核酸がRNAであり、かつ標的指向性スペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の10％から80％までの範囲を占める、請求項1記載の組成物。
  7. 標的指向性スペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の30％から40％までの範囲を占め、かつエンドモリティックスペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の60％から70％までの範囲を占める、請求項1記載の組成物。
  8. 標的指向性スペルミンが組成物中のスペルミン含有分子の35％を占め、かつエンドモリティックスペルミンが該組成物中のスペルミン含有分子の65％を占める、請求項7記載の組成物。
  9. コレステロール、脂肪酸または細胞表面分子に対するリガンドを含まないスペルミン含有分子をさらに含む、請求項1記載の組成物。
  10. 組成物のイオン強度が、50mMから240mMまでの範囲のナトリウムを含む溶液のイオン強度と等しい、請求項1記載の組成物。
  11. 組成物のイオン強度が、125mMから175mMまでの範囲のナトリウムを含む溶液のイオン強度と等しい、請求項10記載の組成物。
  12. pHが6から8までの範囲にある、請求項1記載の組成物。
  13. pHが6から7までの範囲にある、請求項12記載の組成物。
  14. pHが6.5から6.8までの範囲にある、請求項13記載の組成物。
  15. 核酸がDNA、RNA、DNA／RNAハイブリッド、またはペプチド核酸である、請求項1記載の組成物。
  16. 核酸が直鎖状である、請求項1記載の組成物。
  17. 核酸が環状である、請求項1記載の組成物。
  18. 核酸が超らせん状である、請求項1記載の組成物。
  19. 核酸が一本鎖である、請求項1記載の組成物。
  20. 核酸が二本鎖である、請求項1記載の組成物。
  21. 核酸の長さが45キロベース未満である、請求項1記載の組成物。
  22. 核酸の長さが10キロベース未満である、請求項21記載の組成物。
  23. 核酸の長さが100ベース未満である、請求項22記載の組成物。
  24. 1〜50μgの核酸を含む、請求項21記載の組成物。
  25. 1つのエンドモリティックスペルミンが、2つのコレステロール、2つの脂肪酸、または1つのコレステロールと1つの脂肪酸を含む、請求項1記載の組成物。
  26. 脂肪酸が同一である、請求項25記載の組成物。
  27. 脂肪酸が異なる、請求項25記載の組成物。
  28. 標的指向性スペルミンが細胞表面分子に対するリガンドを2つ含む、請求項1記載の組成物。
  29. リガンドが同一である、請求項28記載の組成物。
  30. リガンドが異なる、請求項24記載の組成物。
  31. 少なくとも2つの異なるエンドモリティックスペルミンおよび／または少なくとも2つの異なる標的指向性スペルミンを含む、請求項1記載の組成物。
  32. 1つのエンドモリティックスペルミンが1つのコレステロールを含み、1つのエンドモリティックスペルミンが1つの脂肪酸を含む、請求項31記載の組成物。
  33. 脂肪酸部分よりもコレステロール部分を多く含む、請求項32記載の組成物。
  34. リガンドがペプチド、抗体、ビオチン、葉酸受容体リガンド、ラクトース、フコース、またはマンノース部分である、請求項1記載の組成物。
  35. ペプチドが最大10個のアミノ酸を含む、または該ペプチドがRGDモチーフを1つ含む、請求項34記載の組成物。
  36. リガンドがスペルミン中の第二級アミンとリンカーを介して結合している、および／またはコレステロール中のC3位の酸素がスペルミン中の第二級アミンとリンカーを介して結合している、請求項1記載の組成物。
  37. 脂肪酸がスペルミン中の第二級アミンと直接結合しており、かつ遊離COOH基を有する、請求項1記載の組成物。
  38. リンカーが3個から12個までの範囲の炭素原子を含む、請求項36記載の組成物。
  39. リンカーがC3からC12までの範囲の飽和型または不飽和型の炭化水素部分を含む、請求項38記載の組成物。
  40. リンカーが炭素原子を3個または4個含んでおり、かつ二重結合は含まない、請求項38記載の組成物。
  41. リンカーが炭素原子を5個または6個含んでおり、かつ二重結合を最大1個含む、請求項38記載の組成物。
  42. リンカーが7個から12個までの範囲の炭素原子を含んでおり、かつ二重結合を最大2個含む、請求項38記載の組成物。
  43. リンカーが炭素原子を5個含む、請求項38記載の組成物。
  44. リンカーが末端のカルボキシル、アミノ、ヒドロキシル、スルフヒドリル、アルキル、カルボキサミド、カルバメート、チオカルバメートまたはカルバモイル架橋基を介してスペルミンの第二級アミン基と結合している、請求項38記載の組成物。
  45. 脂肪酸が4個から12個までの範囲の炭素原子を含む、請求項1記載の組成物。
  46. リンカーがC4からC12までの範囲の飽和型または不飽和型の炭化水素部分である、請求項45記載の組成物。
  47. 脂肪酸がエステル基を含む、請求項45記載の組成物。
  48. 該脂肪酸が炭素原子を6個含む、請求項45記載の組成物。
  49. 脂肪酸のカルボキシル基のpKaが最大6である、請求項45記載の組成物。
  50. 請求項1〜49のいずれか一項記載の組成物および薬学的に許容される担体を含む、薬学的組成物。
  51. pHが5から8までの範囲にある、請求項50記載の組成物。
  52. pHが6から7.5までの範囲にある、請求項51記載の組成物。
  53. ヒト血液の電解質濃度に対して等張である、請求項50記載の組成物。
  54. 1〜30μgの核酸を含む、請求項50記載の組成物。
  55. 水中油型エマルション中にてカチオン性両親媒性物質と複合体を形成した核酸を含む組成物であって、該複合体の少なくとも10％が該エマルションの油相中にある組成物。
  56. 核酸の少なくとも25％がエマルションの油相中にある、請求項55記載の組成物。
  57. 核酸の少なくとも50％がエマルションの油相中にある、請求項56記載の組成物。
  58. 核酸の少なくとも75％がエマルションの油相中にある、請求項57記載の組成物。
  59. 核酸の少なくとも90％がエマルションの油相中にある、請求項58記載の組成物。
  60. カチオン性両親媒性物質がカチオン性脂質、修飾スペルミンもしくは非修飾スペルミン、ブピバカイン、または塩化ベンザルコニウムである、請求項55記載の組成物。
  61. カチオン性両親媒性物質が、（i）正電荷と負電荷との比が1から5までの範囲にあるブピバカイン；（ii）正電荷と負電荷との比が0.5から1.5までの範囲にある非修飾スペルミンもしくは修飾スペルミン；（iii）正電荷と負電荷との比が0.5から5.0までの範囲にあるカチオン性脂質；（iv）正電荷と負電荷との比が0.5から2.0までの範囲にあるリポフェクタミン；または（v）正電荷と負電荷との比が0.01から0.2までの範囲にある塩化ベンザルコニウムである、請求項55記載の組成物。
  62. 油が植物油または動物油である、請求項55記載の組成物。
  63. pHが6から8までの範囲にある、請求項55記載の組成物。
  64. pHが6から7までの範囲にある、請求項63記載の組成物。
  65. pHが6.5から6.8までの範囲にある、請求項64記載の組成物。
  66. 核酸がDNA、RNA、DNA／RNAハイブリッド、またはペプチド核酸である、請求項55記載の組成物。
  67. 核酸が直鎖状である、請求項55記載の組成物。
  68. 核酸が環状である、請求項55記載の組成物。
  69. 核酸が超らせん状である、請求項55記載の組成物。
  70. 核酸が一本鎖である、請求項55記載の組成物。
  71. 1〜50μgの核酸を含む、請求項55記載の組成物。
  72. 請求項55〜71のいずれか一項記載の組成物および薬学的に許容される担体を含む、薬学的組成物。
  73. pHが5から8までの範囲にある、請求項72記載の組成物。
  74. pHが6から7.5までの範囲にある、請求項73記載の組成物。
  75. ヒト血液の電解質濃度に対して等張である、請求項72記載の組成物。
  76. 1〜30μgの核酸を含む、請求項72記載の組成物。
  77. 目的のRNA分子またはタンパク質分子を細胞内で発現させるための方法であって、細胞を請求項1、50、55、または72記載の組成物と、該組成物中の核酸によりコードされる目的のRNAまたはタンパク質の発現を可能にする条件下で接触させる工程を含む方法。
  78. 細胞が内因型の目的のRNAまたはタンパク質の内部に疾患または障害と関連のある変異を有し、かつ核酸が疾患または障害と関連のない型の該RNAまたはタンパク質をコードしている、請求項77記載の方法。
  79. 目的のRNAまたはタンパク質が病原体に由来し、かつ方法が目的のRNAまたはタンパク質に対する免疫応答を引き起こす、請求項77記載の方法。
  80. 細胞における標的核酸の発現を抑制するための方法であって、細胞を請求項1、50、55、または72記載の組成物と、該組成物中の核酸によりコードされるリボザイムの発現を可能にする条件下で接触させる工程を含む方法であり、ここで該リボザイムが疾患、障害、または感染と関連のある、細胞内の標的核酸を切断する方法。
  81. 細胞における標的核酸の発現を抑制するための方法であって、細胞を請求項1、50、55、または72記載の組成物と接触させる工程を含む方法であり、ここで該組成物が、標的核酸のある領域に対する実質的な配列同一性を有しかつ標的核酸の発現を特異的に抑制する第1の二本鎖RNA（dsRNA）または第1の二本鎖dsRNAをコードする核酸を含む方法。
  82. 短い第2のdsRNAまたは短い第2のdsRNAをコードする核酸を細胞内に導入する工程をさらに含む方法であって、第2のdsRNAがdsRNAにより媒介される毒性を抑制する、請求項81記載の方法。
  83. 動物における疾患、障害、または感染を治療、安定化、または予防するための方法であって、動物を請求項1、50、55、または72記載の組成物と接触させる工程を含む方法であり、ここで該組成物が、疾患、障害、または感染と関連のある標的核酸のある領域に対して実質的な配列同一性を有しかつ該標的核酸の発現を特異的に抑制する第1のdsRNA、または第1の二本鎖dsRNAをコードする核酸を含む方法。
  84. 短い第2のdsRNAまたは短い第2のdsRNAをコードする核酸を細胞内に導入する工程をさらに含む方法であって、第2のdsRNAがdsRNAにより媒介される毒性を抑制する、請求項83記載の方法。
  85. 細胞における標的核酸の発現を抑制するための方法であって、細胞を請求項1、50、55、または72記載の組成物と接触させる工程を含む方法であり、ここで該組成物が、標的核酸のある領域に対して実質的な配列同一性を有しかつ標的核酸の発現を特異的に抑制するアンチセンス核酸を含む方法。
  86. 動物における疾患、障害、または感染を治療、安定化、または予防するための方法であって、動物を請求項1、50、55、または72記載の組成物と接触させる工程を含む方法であり、ここで該組成物が、疾患、障害、または感染と関連のある標的核酸のある領域に対して実質的な配列同一性を有しかつ標的核酸の発現を特異的に抑制するアンチセンス核酸を含む方法。
  87. 標的核酸が病原体に関連する、請求項83または86記載の方法。
  88. 病原体がウイルス、細菌、酵母、または感染性因子である、請求項87記載の方法。
  89. 第2のdsRNAにおける二本鎖領域が11ヌクレオチドから30ヌクレオチドまでの範囲を含む、請求項82または84記載の方法。
  90. 第1のdsRNAにおける二本鎖領域が11ヌクレオチドから30ヌクレオチドまでの範囲を含む、請求項81または83記載の方法。
  91. 第1のdsRNAにおける二本鎖領域が30ヌクレオチドを上回るものを含む、請求項81または83記載の方法。
  92. 第1のdsRNAにおける二本鎖領域が200ヌクレオチドを上回るものを含む、請求項91記載の方法。
  93. 細胞が脊椎動物細胞である、請求項77、80、81、83、85、または86記載の方法。
  94. 細胞が哺乳動物細胞である、請求項93記載の方法。
  95. 細胞がヒト細胞である、請求項94記載の方法。
  96. 細胞が哺乳動物の体内にある、請求項77、80、81、83、85、または86記載の方法。
  97. 細胞がヒトの体内にある、請求項96記載の方法。
  98. 動物が哺乳動物である、請求項83または86記載の方法。
  99. 動物がヒトである、請求項98記載の方法。
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