JP2011072257A - Gene transfer agent, method for producing the same, and nucleic acid complex - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分岐鎖を有するポリマー材料よりなる遺伝子導入剤、及びこの遺伝子導入剤の製造方法、並びに、この遺伝子導入剤と核酸とを複合させた核酸複合体とに関する。 The present invention relates to a gene introduction agent comprising a polymer material having a branched chain, a method for producing the gene introduction agent, and a nucleic acid complex in which the gene introduction agent and a nucleic acid are complexed.
近年、ヒト疾患の分子遺伝学的要因が明らかになるにつれ、遺伝子治療研究がますます重要視されている。遺伝子治療法は標的とする部位でのDNAの発現を目的としており、いかにDNAを標的部位に到達させるか、いかにDNAを標的部位に効率的に導入し、当該部位で機能的に発現させるかということが重要となる。外来DNAの導入のためのベクターとして、レトロウイルス、アデノウイルス、アデノ付随ウイルス、レンチウイルス、センダイウイルス又はヘルペスウイルスを含む多くのウイルスが、治療用遺伝子を運搬するように改変されて、遺伝子治療のヒトの臨床試験に使用されている。しかし感染及び免疫反応の危険性は依然として残されている。 In recent years, gene therapy research has become more and more important as the molecular genetic factors of human diseases become clear. Gene therapy is aimed at the expression of DNA at the target site, how to make the DNA reach the target site, how to efficiently introduce the DNA into the target site and make it functionally expressed at the site It becomes important. Many vectors, including retroviruses, adenoviruses, adeno-associated viruses, lentiviruses, Sendai viruses or herpes viruses, have been modified to carry therapeutic genes as vectors for the introduction of foreign DNA, Used in human clinical trials. However, the risk of infection and immune response remains.
安全性、品質安定性、製造コストに問題があるウイルスベクターに代わる遺伝子導入技術として、合成高分子ベクター、カチオン性脂質ベクターが研究開発され、例えば、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートなどのカチオン性ビニル系モノマーからなるカチオン性ポリマーを含む遺伝子導入剤が報告されている(非特許文献1)。 Synthetic polymer vectors and cationic lipid vectors have been researched and developed as gene transfer technologies to replace virus vectors that have problems with safety, quality stability, and manufacturing costs. For example, 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate A gene introduction agent containing a cationic polymer composed of a cationic vinyl monomer has been reported (Non-patent Document 1).
本出願人らは、DNAを細胞中に運搬するための合成高分子ベクターとして、ベンゼンなどの芳香環を核としてカチオン性ポリマー鎖が放射状に伸延する分岐構造のベクターがDNAを高密度で凝縮させて小さな核酸複合体微粒子を形成させ、効率良く細胞へ遺伝子導入できることを見出し、先に特許出願した(特許文献1,2)。 The present inventors have proposed that a synthetic polymer vector for transporting DNA into a cell is a branched structure vector in which an aromatic ring such as benzene is used as a nucleus and a cationic polymer chain radially extends to condense DNA at high density. Have found that small nucleic acid complex fine particles can be formed and genes can be efficiently introduced into cells, and patent applications have been filed earlier (Patent Documents 1 and 2).
本出願人らはまた、血清を含む培地における遺伝子導入方法として、所定温度(T)未満ではカチオン性を示すが、所定温度(T)以上では疎水性を示す感温性カチオン性ポリマーからなる遺伝子導入剤を用い、この遺伝子導入剤と核酸とを含む溶液を所定温度(T)未満で混合した後、該溶液を所定温度(T)以上に加温して、遺伝子導入剤と核酸とを複合させることにより核酸複合体を得、この核酸複合体と細胞とを、血清を含む培地において、該所定温度(T)以上で接触させて、細胞に遺伝子を導入する遺伝子導入方法を提案した(特許文献3)。 The present applicants have also introduced a gene comprising a thermosensitive cationic polymer that exhibits a cationic property at a temperature lower than a predetermined temperature (T) but is hydrophobic at a temperature higher than the predetermined temperature (T). Using an introducing agent, a solution containing the gene introducing agent and the nucleic acid is mixed at a temperature lower than a predetermined temperature (T), and then the solution is heated to a predetermined temperature (T) or more to combine the gene introducing agent and the nucleic acid. And a nucleic acid complex was obtained by bringing the nucleic acid complex and cells into contact with each other at a predetermined temperature (T) or higher in a medium containing serum (patent). Reference 3).
上記特許文献1,2に記載されるベンゼン環から放射状にポリマー鎖が伸延する遺伝子導入剤は、同じモノマーユニットからなる線形ポリマーと比較して、その構造上、電荷密度を高く配置することが可能である。このため、DNAやRNAなどの核酸との複合体をより強く凝集させることが可能であり、より粒子径の小さい微細なポリプレックス粒子を形成させることができる。このため、ポリプレックス粒子の細胞膜透過性が高くなり、遺伝子導入活性が向上したが、以下のような問題点がある。 The gene introduction agent in which the polymer chain extends radially from the benzene ring described in Patent Documents 1 and 2 can be arranged with a higher charge density due to its structure compared to a linear polymer composed of the same monomer unit. It is. Therefore, a complex with a nucleic acid such as DNA or RNA can be more strongly aggregated, and fine polyplex particles having a smaller particle diameter can be formed. For this reason, the cell membrane permeability of the polyplex particles is increased and the gene transfer activity is improved, but there are the following problems.
細胞に対して遺伝子を導入する際、細胞を培養するための培地としては、血清を含まない培地よりも、血清を含む培地の方が好適である。これは、血清を含まない培地は、栄養が不足しているため細胞に与えるストレスが大きく、培養後の細胞に悪影響を与えるためであり、特に細胞分化の制御が重要であるiPS細胞などの幹細胞への遺伝子の導入に適していないからである。 When a gene is introduced into cells, a medium containing serum is more suitable as a medium for culturing cells than a medium not containing serum. This is because a medium containing no serum has a large stress on cells due to lack of nutrients, and adversely affects cells after culturing. Stem cells such as iPS cells in which control of cell differentiation is particularly important This is because it is not suitable for the introduction of genes into.
しかしながら、上述のカチオン性ポリマーを含む遺伝子導入剤は、血清を含む培地において、高い遺伝子導入活性を示さない。これは、上述のカチオン性ポリマーを含む遺伝子導入剤は、pHが7程度の中性条件下にあっても高いゼーター電位を有しているため、核酸を凝集することができるが、血清中のアニオン性のタンパクなども吸着・凝集してマクロ粒子を形成してしまい、細胞内に取り込まれにくくなったり、DNAがトランスポーターに認識されにくくなるためであると考えられる。 However, the gene introduction agent containing the above-mentioned cationic polymer does not show high gene introduction activity in a medium containing serum. This is because the gene introduction agent containing the above-mentioned cationic polymer has a high zeta potential even under a neutral condition of about pH 7, and can agglutinate nucleic acids. This is thought to be because anionic proteins and the like are also adsorbed and aggregated to form macro particles, which are difficult to be taken up into cells and DNA is not easily recognized by transporters.
本出願人らは、この問題を回避するための遺伝子導入方法として、所定温度(T)未満ではカチオン性を示し、所定温度(T)以上では疎水性を示す感温性カチオン性ポリマーを遺伝子導入剤として用いる上記特許文献3に記載される方法を提案した。 As a gene introduction method for avoiding this problem, the present applicants have introduced a thermosensitive cationic polymer that exhibits a cationic property at a temperature lower than a predetermined temperature (T) and exhibits a hydrophobic property at a temperature higher than the predetermined temperature (T). The method described in Patent Document 3 used as an agent was proposed.
この特許文献3の遺伝子導入方法は、遺伝子導入剤が所定温度(T)未満ではカチオン性を示すため、遺伝子導入剤と核酸とを効率的に混合することができ、所定温度(T)以上では、遺伝子導入剤が疎水性、即ち、非イオン性に変化するため、所定温度(T)以上で、この遺伝子導入剤と核酸とを複合させ、次いで、この核酸複合体と細胞とを接触させることにより、核酸複合体と血清中のアニオン性物質との複合化を防ぐことができ、結果として、遺伝子導入効率が向上した。 In the gene introduction method of Patent Document 3, since the gene introduction agent is cationic when the temperature is lower than a predetermined temperature (T), the gene introduction agent and the nucleic acid can be mixed efficiently, and at a temperature higher than the predetermined temperature (T). Since the gene introduction agent changes to hydrophobic, that is, nonionic, the gene introduction agent and the nucleic acid are combined at a predetermined temperature (T) or higher, and then the nucleic acid complex and the cell are brought into contact with each other. As a result, it was possible to prevent the nucleic acid complex from being complexed with the anionic substance in the serum, and as a result, the gene transfer efficiency was improved.
しかしながら、この遺伝子導入方法には、次の(1)〜(4)の問題点がある。
(1) 温度を所定温度(T)以上とすることにより、遺伝子導入剤が疎水性に変化し、この遺伝子導入剤と核酸とかならなる核酸複合体も疎水性に変化するため、血清中のアニオン性タンパクなどの影響を受けにくくなるが、血清中の疎水性物質と凝集し易くなる。
(2) 遺伝子導入剤が疎水性に変化することにより、血清中に含まれるコレステロールやアルブミンなどの疎水性物質を可溶化する成分やイオン性脂質の影響を受けるおそれがある。
(3) 細胞培養に一般的に用いられるポリスチレン製シャーレは、水接触角が70°程度の疎水性であるため、この疎水性のポリスチレン製シャーレに疎水性の遺伝子導入剤が吸着されやすくなる。
(4) 疎水性に変化した遺伝子導入剤からなる核酸複合体同士が、水溶液中において凝集しやすくなる。この核酸核酸複合体同士が疎水凝集するという性質を利用することにより、筋肉内などの核酸複合体が局在化しても良い部分、又は核酸複合体が局在化することが好ましい部分に効率的に遺伝子を導入することが可能であるが、この核酸複合体を生体血管内へ投与した場合は、血管内で凝集し、好ましくない。
However, this gene introduction method has the following problems (1) to (4).
(1) Since the gene introduction agent changes to hydrophobic by setting the temperature to a predetermined temperature (T) or higher, and the nucleic acid complex consisting of the gene introduction agent and the nucleic acid also changes to hydrophobic, the anion in the serum It is less susceptible to the effects of sex proteins, but is likely to aggregate with hydrophobic substances in serum.
(2) When the gene introduction agent changes to hydrophobicity, it may be affected by components that solubilize hydrophobic substances such as cholesterol and albumin contained in serum and ionic lipids.
(3) Since the polystyrene petri dish generally used for cell culture is hydrophobic with a water contact angle of about 70 °, the hydrophobic gene introduction agent is easily adsorbed to the hydrophobic polystyrene petri dish.
(4) Nucleic acid complexes composed of gene transfer agents that have changed to hydrophobicity tend to aggregate in an aqueous solution. By utilizing the property that these nucleic acid-nucleic acid complexes are hydrophobically aggregated, the nucleic acid complex, such as in muscle, may be localized, or a portion where it is preferable that the nucleic acid complex is preferably localized. It is possible to introduce a gene into the blood vessel, but when this nucleic acid complex is administered into a living blood vessel, it is not preferable because it aggregates in the blood vessel.
本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、血清を含む培地において、より効率的に、細胞に遺伝子を導入することができる遺伝子導入剤、及びこの遺伝子導入剤の製造方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、この遺伝子導入剤と核酸との複合体を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and provides a gene introduction agent capable of more efficiently introducing genes into cells in a medium containing serum, and a method for producing the gene introduction agent. The purpose is to do.
Another object of the present invention is to provide a complex of this gene introduction agent and a nucleic acid.
本発明(請求項1)の遺伝子導入剤は、分岐鎖を有するポリマー材料よりなる遺伝子導入剤において、該分岐鎖は、少なくとも2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体を重合してなる重合体であって、該重合体の2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体由来の構成単位の一部が、加水分解されているポリマー鎖であることを特徴とするものである。 The gene transfer agent of the present invention (Claim 1) is a gene transfer agent comprising a polymer material having a branched chain, and the branched chain polymerizes at least 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a derivative thereof. A part of the structural unit derived from 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a derivative thereof of the polymer is a polymer chain that is hydrolyzed. Is.
請求項2の遺伝子導入剤は、請求項1において、前記遺伝子導入剤のLCST(Lower Critical Solution Temperature)が、40〜60℃であることを特徴とするものである。 The gene introduction agent according to claim 2 is characterized in that, in claim 1, LCST (Lower Critical Solution Temperature) of the gene introduction agent is 40 to 60 ° C.
請求項3の遺伝子導入剤は、請求項1又は2において、前記遺伝子導入剤は、N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基を同一分子内に3個以上有する化合物をイニファターとし、これに少なくとも前記2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体を光照射リビング重合させてなる分岐型重合体を加水分解してなるものであることを特徴とするものである。 The gene introduction agent according to claim 3 is the gene introduction agent according to claim 1 or 2, wherein the gene introduction agent is a compound having three or more N, N-dialkyldithiocarbamylmethyl groups in the same molecule, and at least the above-mentioned It is obtained by hydrolyzing a branched polymer obtained by photoirradiation living polymerization of 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a derivative thereof.
請求項4の遺伝子導入剤は、請求項3において、前記加水分解は、前記分岐型重合体を透析することにより行われることを特徴とするものである。 The gene introduction agent according to claim 4 is characterized in that, in claim 3, the hydrolysis is performed by dialysis of the branched polymer.
請求項5の遺伝子導入剤は、請求項3又は4において、前記N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基を同一分子内に3個以上有する化合物は、ベンゼン環を核とし、この核に分岐鎖として3個以上の該N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基が結合したものであることを特徴とするものである。 The gene introduction agent according to claim 5 is the gene transfer agent according to claim 3 or 4, wherein the compound having three or more N, N-dialkyldithiocarbamylmethyl groups in the same molecule has a benzene ring as a nucleus and a branched chain in the nucleus. And three or more N, N-dialkyldithiocarbamylmethyl groups bonded to each other.
請求項6の遺伝子導入剤は、請求項1ないし5のいずれか1項において、前記少なくとも2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体を重合してなる重合体が、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体のみからなる重合体であることを特徴とするものである。 The gene introduction agent according to claim 6 is the polymer according to any one of claims 1 to 5, wherein the polymer obtained by polymerizing at least 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a derivative thereof is 2-N. , N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a polymer composed solely of a derivative thereof.
請求項7の遺伝子導入剤は、請求項1ないし6のいずれか1項において、前記分岐鎖の1本当たりの分子量は、300〜60,000であることを特徴とするものである。 The gene introduction agent according to claim 7 is characterized in that, in any one of claims 1 to 6, a molecular weight per one of the branched chains is 300 to 60,000.
請求項8の遺伝子導入剤は、請求項1ないし7のいずれか1項において、前記遺伝子導入剤に含まれる2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体由来の構成単位の分子量は、1,200〜290,000であることを特徴とするものである。 The gene introduction agent according to claim 8 is the molecular weight of the structural unit derived from 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a derivative thereof contained in the gene introduction agent according to any one of claims 1 to 7. , 1,200 to 290,000.
請求項9の遺伝子導入剤は、請求項1ないし8のいずれか1項において、前記遺伝子導入剤の分子量は、2,000〜300,000であることを特徴とするものである。 The gene transfer agent according to claim 9 is characterized in that, in any one of claims 1 to 8, the molecular weight of the gene transfer agent is 2,000 to 300,000.
本発明(請求項10)の遺伝子導入剤の製造方法は、請求項1ないし9のいずれか1項に記載の遺伝子導入剤を製造する方法であって、芳香環に該芳香環から放射状に伸延する複数の分岐鎖を導入することにより分岐型重合体を製造する分岐型重合体製造工程と、得られた分岐型重合体を加水分解することにより該分岐型重合体の分岐鎖に含まれる2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体由来の構成単位の一部を加水分解する加水分解工程とを有することを特徴とするものである。 The method for producing a gene introduction agent according to the present invention (Claim 10) is a method for producing the gene introduction agent according to any one of Claims 1 to 9, wherein the gene introduction agent is radially extended from the aromatic ring to the aromatic ring. A branched polymer production process for producing a branched polymer by introducing a plurality of branched chains, and 2 contained in the branched chain of the branched polymer by hydrolyzing the obtained branched polymer. A hydrolysis step of hydrolyzing a part of the structural unit derived from -N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a derivative thereof.
請求項11の遺伝子導入剤の製造方法は、請求項10において、前記加水分解工程は、前記分岐型重合体を透析する工程であることを特徴とするものである。 The method for producing a gene introduction agent according to claim 11 is characterized in that, in claim 10, the hydrolysis step is a step of dialysis of the branched polymer.
本発明(請求項12)の核酸複合体は、請求項1ないし9のいずれか1項に記載の遺伝子導入剤と核酸とを複合させてなるものである。 The nucleic acid complex of the present invention (Claim 12) is obtained by combining the gene introduction agent according to any one of Claims 1 to 9 and a nucleic acid.
本発明は、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体(以下、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又は誘導体を、単に、「DMAEM」と略記する場合がある。)よりなる重合体が、感温性を有し、且つこの重合体の側鎖部分が加水分解性を有する、という本発明者らにより見出された新規知見に基いてなされたものであって、本発明の遺伝子導入剤は、分岐鎖として、少なくともDMAEMを重合してなる重合体のDMAEM由来の構成単位(以下、「DMAEM単位」と称す場合がある。)の一部が加水分解されてなるポリマー鎖を有するものであるため、血清を含む培地において細胞に遺伝子を導入する場合であっても、効率的に遺伝子を導入することができる。 In the present invention, 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a derivative thereof (hereinafter, 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a derivative may be simply abbreviated as “DMAEM”). ) Based on the novel finding found by the present inventors that the polymer has temperature sensitivity and the side chain portion of the polymer is hydrolyzable. In the gene introduction agent of the present invention, as a branched chain, at least a part of a structural unit derived from DMAEM of a polymer obtained by polymerizing DMAEM (hereinafter sometimes referred to as “DMAEM unit”) is hydrolyzed. Therefore, even when a gene is introduced into cells in a medium containing serum, the gene can be efficiently introduced.
即ち、DMAEMを重合成分とし、DMAEMに由来する構成単位を有するポリマー鎖よりなる分岐鎖は、特許文献3に記載されるように、加温することにより分岐鎖に溶媒和していたアミンが脱溶媒和し、分岐鎖の電荷が限りなくゼロに近くなり、遺伝子導入剤全体として疎水性を示すようになるが、本発明の遺伝子導入剤にあっては、このような分岐鎖のDMAEM単位の一部を加水分解しているため、この加水分解により生成したアニオン性官能基の効果により、遺伝子導入剤全体としては親水性を示すようになる。これにより、本発明の遺伝子導入剤は、血清を含む培地においても、アニオン性タンパクや、血清中の脂質などを吸着することなく、高い遺伝子導入活性を示す。 That is, as described in Patent Document 3, a branched chain composed of a polymer chain having DMAEM as a polymerization component and having a structural unit derived from DMAEM removes the amine solvated to the branched chain by heating. Solvation causes the charge of the branched chain to be as close to zero as possible, and the entire gene transfer agent becomes hydrophobic. In the gene transfer agent of the present invention, the DMAEM unit of such a branched chain Since a part is hydrolyzed, the gene introduction agent as a whole becomes hydrophilic due to the effect of the anionic functional group generated by the hydrolysis. Thereby, the gene introduction agent of the present invention exhibits high gene introduction activity without adsorbing anionic proteins, serum lipids, and the like even in a medium containing serum.
本発明の遺伝子導入剤にあっては、特に、LCST(Lower Critical Solution Temperature)が、40〜60℃であることが好ましい(請求項2)。遺伝子導入剤のLCSTが、40〜60℃であると、細胞を培養するために最適な温度である35〜37℃の条件において、遺伝子導入剤が部分的には疎水性を示すが、全体としては親水性を示し、遺伝子導入剤同士の凝集が生じない。これにより、この遺伝子導入剤からなる核酸複合体も、血清中の疎水性物質や、核酸複合体同士の凝集も生じにくくなり、また、血清に含まれるコレステロールやアルブミンなどの疎水性物質を可溶化する成分などの影響も受けにくくなり、さらに、疎水性のポリスチレン製シャーレへの吸着も防止される。 Especially in the gene introduction agent of this invention, it is preferable that LCST (Lower Critical Solution Temperature) is 40-60 degreeC (Claim 2). When the LCST of the gene introduction agent is 40 to 60 ° C., the gene introduction agent is partially hydrophobic under the conditions of 35 to 37 ° C., which is the optimum temperature for culturing cells. Shows hydrophilicity and does not cause aggregation between gene introduction agents. As a result, the nucleic acid complex consisting of this gene transfer agent is less likely to cause aggregation of serum hydrophobic substances and nucleic acid complexes, and solubilizes hydrophobic substances such as cholesterol and albumin contained in serum. In addition, it is difficult to be affected by components to be absorbed, and further, adsorption to a hydrophobic polystyrene petri dish is prevented.
なお、本明細書において、LCST(Lower Critical Solution Temperature)とは、遺伝子導入剤を含む水溶液を昇温した場合において、この水溶液が透明な溶液から白濁した懸濁液へと変化する温度(曇点)のことであって、遺伝子導入剤が、親水性から疎水性へと変化し、相分離挙動を示す温度を指す。つまり、本発明の遺伝子導入剤のLCSTが40〜60℃である場合、この遺伝子導入剤は、遺伝子を細胞に導入する温度である35〜37℃において、親水性を示すため、血清中の疎水性物質と凝集してしまう不具合などが起こりにくくなる。 In this specification, LCST (Lower Critical Solution Temperature) is a temperature (cloud point) at which an aqueous solution containing a gene introduction agent changes from a transparent solution to a cloudy suspension when the temperature of the aqueous solution containing the gene introduction agent is increased. And the temperature at which the gene transfer agent changes from hydrophilic to hydrophobic and exhibits phase separation behavior. In other words, when the LCST of the gene introduction agent of the present invention is 40 to 60 ° C., this gene introduction agent exhibits hydrophilicity at 35 to 37 ° C., which is a temperature for introducing a gene into cells, and therefore is hydrophobic in serum. The problem of agglomeration with the active substance is less likely to occur.
本発明に係る遺伝子導入剤は、N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基を同一分子内に3個以上有する化合物をイニファターとし、これに少なくとも前記DMAEMを光照射リビング重合させてなる分岐型重合体を得た後、該分岐型重合体を加水分解したものであることが好ましく(請求項3)、この加水分解としては、特に、前記分岐型重合体を透析することにより行われることが好ましい(請求項4)。 The gene transfer agent according to the present invention is a branched polymer obtained by using a compound having three or more N, N-dialkyldithiocarbamylmethyl groups in the same molecule as an iniferter and subjecting at least the DMAEM to light irradiation living polymerization. It is preferable that the branched polymer is hydrolyzed (claim 3), and this hydrolysis is particularly preferably carried out by dialysis of the branched polymer ( Claim 4).
N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基を同一分子内に3個以上有する化合物としては、ベンゼン環を核とし、この核に分岐鎖として3個以上の該N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基が結合したものであることが好ましく(請求項5)、前記分岐鎖としては、前記DMAEMのみからなるポリマー鎖であることが好ましい(請求項6)。分岐鎖をDMAEMのみからなるポリマー鎖とした場合、このポリマー鎖の一部を加水分解することにより、疎水性部分と、親水性部分とを併せ持ち、全体としては親水性を示す遺伝子導入剤を容易に得ることができる。 The compound having three or more N, N-dialkyldithiocarbamylmethyl groups in the same molecule has a benzene ring as a nucleus and three or more N, N-dialkyldithiocarbamylmethyl groups as branched chains in this nucleus. Are preferably bonded (Claim 5), and the branched chain is preferably a polymer chain composed only of the DMAEM (Claim 6). When the branched chain is a polymer chain composed only of DMAEM, a part of this polymer chain is hydrolyzed to have both a hydrophobic part and a hydrophilic part. Can get to.
また、前記分岐鎖の1本当たりの分子量は、300〜60,000であることが好ましい(請求項7)。分岐鎖1本当たりの分子量がこの範囲内であると、遺伝子導入剤の高分子量化を抑えた上で、効率的に遺伝子を導入することができる遺伝子導入剤を得ることができる。また、前記遺伝子導入剤に含まれるDMAEM単位の合計の分子量は、1,200〜290,000であることが好ましい(請求項8)。このDMAEM単位の分子量が上記範囲内であると、親水性に優れる遺伝子導入剤を得ることができる。さらに、前記遺伝子導入剤の分子量は、2,000〜300,000であることが好ましい(請求項9)。遺伝子導入剤の分子量が上記範囲内であると、高分子量化を抑えた上で、より効率的に遺伝子導入剤と核酸とを複合化させることができ、低分子量で遺伝子導入効率に優れた遺伝子導入剤を得ることができる。 Moreover, it is preferable that the molecular weight per said branched chain is 300-60,000 (Claim 7). When the molecular weight per branched chain is within this range, a gene introduction agent capable of efficiently introducing a gene can be obtained while suppressing the increase in the molecular weight of the gene introduction agent. The total molecular weight of the DMAEM units contained in the gene introduction agent is preferably 1,200 to 290,000 (claim 8). When the molecular weight of the DMAEM unit is within the above range, a gene introduction agent having excellent hydrophilicity can be obtained. Furthermore, the molecular weight of the gene introduction agent is preferably 2,000 to 300,000 (claim 9). If the molecular weight of the gene introduction agent is within the above range, the gene introduction agent and the nucleic acid can be more efficiently combined while suppressing high molecular weight, and the gene has a low molecular weight and excellent gene introduction efficiency. An introducer can be obtained.
本発明の遺伝子導入剤の製造方法は、芳香環に対して複数の分岐鎖を導入する分岐型重合体製造工程と、この分岐型重合体を加水分解することにより、分岐鎖に含まれるDMAEMの一部を加水分解する加水分解工程とを有するものであり(請求項10)、この加水分解工程は、前記分岐型重合体を透析する工程であることが好ましい(請求項11)。 The method for producing a gene introduction agent of the present invention comprises a branched polymer production process for introducing a plurality of branched chains into an aromatic ring, and a DMAEM contained in the branched chain by hydrolyzing the branched polymer. A hydrolysis step of hydrolyzing a part (claim 10), and this hydrolysis step is preferably a step of dialysis of the branched polymer (claim 11).
本発明の核酸複合体は、本発明の遺伝子導入剤と核酸とを複合させてなる核酸複合体である(請求項12)。 The nucleic acid complex of the present invention is a nucleic acid complex formed by complexing the gene introduction agent of the present invention and a nucleic acid (claim 12).
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[遺伝子導入剤]
本発明の遺伝子導入剤は、分岐鎖を有するポリマー材料よりなる遺伝子導入剤において、該分岐鎖は、少なくとも2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体(DMAEM)を重合してなる重合体であって、該重合体のDMAEM単位の一部が、加水分解されているポリマー鎖であることを特徴とする。
[Gene transfer agent]
The gene introduction agent of the present invention is a gene introduction agent comprising a polymer material having a branched chain, wherein the branched chain is obtained by polymerizing at least 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a derivative thereof (DMAEM). A polymer, wherein a part of the DMAEM unit of the polymer is a hydrolyzed polymer chain.
本発明の遺伝子導入剤は、前述の通り、DMAEMに由来する構成単位を含むポリマー鎖よりなる分岐鎖を有するものであって、この分岐鎖中のDMAEM単位の一部が加水分解されているため、この加水分解により生成したアニオン性の官能基により、遺伝子導入剤全体が親水性を示し、血清中のアニオン性タンパクや、脂質を吸着することが少なく、血清を含む培地であっても、効率的に遺伝子を導入することができる。 As described above, the gene introduction agent of the present invention has a branched chain composed of a polymer chain containing a structural unit derived from DMAEM, and a part of the DMAEM unit in the branched chain is hydrolyzed. Because of the anionic functional group generated by this hydrolysis, the entire gene transfer agent shows hydrophilicity, hardly adsorbs anionic proteins and lipids in serum, and even in a medium containing serum, efficiency Gene can be introduced automatically.
このような本発明の遺伝子導入剤を製造する方法に特に制限はないが、芳香環に該芳香環から放射状に伸延する複数の分岐鎖を導入することにより分岐型重合体を製造する分岐型重合体製造工程と、得られた分岐型重合体を加水分解することにより該分岐型重合体の分岐鎖に含まれるDMAEM単位の一部を加水分解する加水分解工程とを有する本発明の遺伝子導入剤の製造方法により製造することが好ましい。 The method for producing such a gene introduction agent of the present invention is not particularly limited, but a branched polymer for producing a branched polymer by introducing a plurality of branched chains radially extending from the aromatic ring into the aromatic ring. The gene introduction agent of the present invention comprising a coalescence production step and a hydrolysis step of hydrolyzing a part of the DMAEM unit contained in the branched chain of the branched polymer by hydrolyzing the obtained branched polymer It is preferable to manufacture by this manufacturing method.
以下に、本発明の遺伝子導入剤を、本発明の遺伝子導入剤の製造方法により製造する場合の製造手順に従って説明するが、本発明の遺伝子導入剤の製造方法は、何ら以下の方法に限定されるものではない。 Hereinafter, the gene introduction agent of the present invention will be described in accordance with the production procedure when the gene introduction agent of the present invention is produced, but the method of producing the gene introduction agent of the present invention is limited to the following methods. It is not something.
<分岐型重合体製造工程>
本発明において用いる分岐型重合体は、N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基を同一分子内に3個以上有する化合物をイニファターとし、このイニファターに少なくともDMAEMを光照射リビング重合させたものが好ましい。
<Branched polymer production process>
The branched polymer used in the present invention is preferably a compound in which a compound having three or more N, N-disubstituted dithiocarbamylmethyl groups in the same molecule is used as an iniferter, and at least DMAEM is subjected to light irradiation living polymerization on the iniferter. .
なお、本明細書において、イニファターとは、光照射によりラジカルを発生させる重合開始剤、連鎖移動剤としての機能と共に、成長末端と結合して成長を停止する機能、さらに光照射が停止すると重合を停止させる重合開始・重合停止剤として機能する分子のことである。 In this specification, the iniferter is a polymerization initiator that generates radicals upon irradiation with light, a function as a chain transfer agent, a function that bonds with the growth terminal to stop the growth, and a polymerization when light irradiation stops. It is a molecule that functions as a polymerization initiator / termination agent for stopping.
イニファターとなるN,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基を同一分子内に3個以上有する芳香族化合物としては、ベンゼン環に該N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基、好ましくはN,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基が3個以上分岐鎖として結合しているものが好適であり、具体的には次が例示される。即ち、3分岐鎖化合物としては、1,3,5−トリ(ブロモメチル)ベンゼンとN,N−ジアルキルジチオカルバミン酸ナトリウム(ナトリウムN,N−ジアルキルジチオカルバメート)とをエタノール中で付加反応させて得られる1,3,5−トリ(N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル)ベンゼンであり、4分岐鎖化合物としては、1,2,4,5−テトラキス(ブロモメチル)ベンゼンとN,N−ジアルキルジチオカルバミン酸ナトリウム(ナトリウムN,N−ジアルキルジチオカルバメート)とをエタノール中で付加反応させて得られる1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル)ベンゼンであり、6分岐鎖化合物としては、ヘキサキス(ブロモメチル)ベンゼンとN,N−ジアルキルジチオカルバミン酸ナトリウム(ナトリウムN,N−ジアルキルジチオカルバメート)とをエタノール中で付加反応させて得られるヘキサキス(N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル)ベンゼンが挙げられる。なお、ここで、N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基に含まれるジアルキル部分のアルキル基としては、エチル基等の炭素数2〜18個のアルキル基が好ましいが、アルキル基に限らず、フェニル基など芳香族系の炭化水素基であっても構わない。即ち、N,N−ジアルキルジチオカルバミルメチル基に限らず、N,N−ジアリールジチオカルバミルメチル基等を含む、脂肪族炭化水素基及び/又は芳香族炭化水素基で置換されたN,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基であれば目的を達成することができる。 As an aromatic compound having three or more N, N-disubstituted dithiocarbamylmethyl groups in the same molecule as an iniferter, the N, N-disubstituted dithiocarbamylmethyl group, preferably N, N A compound in which three or more dialkyldithiocarbamylmethyl groups are bonded as a branched chain is preferable, and specific examples are as follows. That is, the tri-branched compound is obtained by addition reaction of 1,3,5-tri (bromomethyl) benzene and sodium N, N-dialkyldithiocarbamate (sodium N, N-dialkyldithiocarbamate) in ethanol. 1,3,5-tri (N, N-dialkyldithiocarbamylmethyl) benzene, and four-branched compounds include 1,2,4,5-tetrakis (bromomethyl) benzene and N, N-dialkyldithiocarbamic acid 1,2,4,5-tetrakis (N, N-dialkyldithiocarbamylmethyl) benzene obtained by addition reaction of sodium (sodium N, N-dialkyldithiocarbamate) in ethanol, 6-branched compound As hexakis (bromomethyl) benzene and N, N-dialkyldithio Rubamin sodium (sodium N, N-dialkyldithiocarbamate) and the hexakis obtained by addition reaction in ethanol (N, N-dialkyldithiocarbamate carbamylmethyl) include benzene. Here, the alkyl group of the dialkyl moiety contained in the N, N-dialkyldithiocarbamylmethyl group is preferably an alkyl group having 2 to 18 carbon atoms such as an ethyl group, but is not limited to an alkyl group. It may be an aromatic hydrocarbon group such as a group. That is, not only N, N-dialkyldithiocarbamylmethyl group but also N, N-substituted by aliphatic hydrocarbon group and / or aromatic hydrocarbon group including N, N-diaryldithiocarbamylmethyl group and the like. A di-substituted dithiocarbamylmethyl group can achieve the object.
上記のイニファターは、アルコール等の極性溶媒に対しては殆ど不溶であるが、非極性溶媒には易溶である。この非極性溶媒としては炭化水素、ハロゲン化アルキル又はハロゲン化アルキレンが好適であり、特に、ベンゼン、トルエン、クロロホルム又は塩化メチレン特にトルエンが好適である。 The above iniferter is almost insoluble in polar solvents such as alcohol, but is easily soluble in nonpolar solvents. The nonpolar solvent is preferably a hydrocarbon, an alkyl halide or an alkylene halide, and particularly preferably benzene, toluene, chloroform or methylene chloride, especially toluene.
イニファターと上記DMAEMとを反応させるには、イニファター、及びDMAEMを含んでなる原料溶液を調製し、これに光照射することによって、イニファターに対し、DMAEMが結合した反応生成物を生成させる。 In order to react the iniferter with the DMAEM, a raw material solution containing the iniferter and the DMAEM is prepared and irradiated with light to thereby generate a reaction product in which DMAEM is bound to the iniferter.
該原料溶液中のDMAEMの濃度は0.5M以上、例えば0.5M〜2.5Mが好適であり、イニファターの濃度は1〜20mM程度が好適である。 The concentration of DMAEM in the raw material solution is preferably 0.5 M or more, for example, 0.5 M to 2.5 M, and the concentration of iniferter is preferably about 1 to 20 mM.
照射する光の波長は250〜400nmが好適であり、例えばショートアークキセノンランプ、低圧水銀灯、高圧水銀灯などを用いることができる。光の照射時間は照射強度にも依存するが、1〜90分程度が好適であり、1μW/cm2〜10mW/cm2程度の低い照射強度で1〜60分程度が特に好適である。 The wavelength of the irradiated light is preferably 250 to 400 nm. For example, a short arc xenon lamp, a low pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, or the like can be used. The irradiation time of the light depends on the irradiation intensity, about 1 to 90 minutes are preferred, about 1 to 60 minutes at a low irradiation intensity of about 1μW / cm 2 ~10mW / cm 2 is particularly preferred.
この光照射により、反応液中に目的とする分岐型重合体が生成するので、必要に応じ精製することにより、分岐鎖部分にDMAEM単位よりなるポリマー鎖が導入され、分岐鎖の末端がN,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基であるホモポリマーを得る。 By this light irradiation, the target branched polymer is produced in the reaction solution. Therefore, by purifying as necessary, a polymer chain composed of DMAEM units is introduced into the branched chain portion, and the end of the branched chain is N, A homopolymer which is an N-disubstituted dithiocarbamylmethyl group is obtained.
この分岐型重合体の分岐鎖の1本当たりの分子量としては、300〜60,000程度、特に3,000〜30,000程度が好ましい。この分子量は、光照射の時間を制御することにより調整することができる。即ち、反応時間を長くすることにより、重合反応を進行させて分子量の大きい分岐型重合体を得ることができる。 The molecular weight per branched chain of this branched polymer is preferably about 300 to 60,000, particularly about 3,000 to 30,000. This molecular weight can be adjusted by controlling the light irradiation time. That is, by extending the reaction time, the polymerization reaction can be advanced to obtain a branched polymer having a large molecular weight.
なお、本明細書において、分子量とは、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によるポリエチレングリコール換算の数平均分子量をさす。 In addition, in this specification, molecular weight means the number average molecular weight of polyethylene glycol conversion by GPC (gel permeation chromatography).
本発明に係る分岐型重合体の分岐鎖は、前述のDMAEMをモノマーとする1種のモノマーのみからなるホモポリマーであることが好ましいが、DMAEMとDMAEMとは異なる1種以上のモノマーを導入したブロックコポリマー又はランダムコポリマーであってもよい。 The branched chain of the branched polymer according to the present invention is preferably a homopolymer composed of only one monomer having the above-mentioned DMAEM as a monomer, but one or more monomers different from DMAEM and DMAEM are introduced. It may be a block copolymer or a random copolymer.
この場合の他のモノマーとしては、アクリル酸誘導体、スチレン誘導体等のビニル系モノマーが好適であり、具体的には、N,N−ジメチルアクリルアミド、メトキシエチル(メタ)アクリレート、3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドCH2=CHCONHC3H6N(CH3)2、4−N,N-ジメチルアミノスチレン、及び4−アミノスチレンの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種のビニル系モノマーが挙げられ、特に、3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドCH2=CHCONHC3H6N(CH3)2等のカチオン性ビニル系モノマーが好ましい。これらのビニル系モノマーは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 As other monomers in this case, vinyl monomers such as acrylic acid derivatives and styrene derivatives are suitable. Specifically, N, N-dimethylacrylamide, methoxyethyl (meth) acrylate, 3-N, N- Dimethylaminopropylacrylamide CH 2 = CHCONHC 3 H 6 N (CH 3 ) 2 , 4-N, N-dimethylaminostyrene, and at least one vinyl monomer selected from the group consisting of 4-aminostyrene derivatives In particular, cationic vinyl monomers such as 3-N, N-dimethylaminopropylacrylamide CH 2 ═CHCONHC 3 H 6 N (CH 3 ) 2 are preferable. These vinyl monomers may be used alone or in combination of two or more.
イニファターとDMAMEとDMAEMとは異なるモノマーとを反応させるには、前述のイニファターとDMAEMとを反応させる場合と同様に、イニファター、DMAEM、及びDMAEM以外のモノマーを含んでなる原料溶液を調製し、これに光照射することによって、イニファターに対し、DMAEM及びDMAEM以外のモノマーが結合したランダムコポリマーを得る。 In order to react an iniferter with a monomer different from DMAME and DMAEM, a raw material solution containing monomers other than the iniferter, DMAEM, and DMAEM is prepared in the same manner as in the case of reacting the iniferter with DMAEM. Is irradiated with light to obtain a random copolymer in which monomers other than DMAEM and DMAEM are bonded to the iniferter.
また、上記イニファターに対し、まず、DMAEMをブロック重合させて、ホモポリマーを形成し、その後、このホモポリマーに3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドをブロック重合させ、分岐鎖の基端側をDMAEMのブロックポリマー、分岐鎖の先端側を3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドブロックポリマーで構成した分岐鎖としてもよい。このように、分岐鎖を2種類以上のモノマーのブロックコポリマーとする場合、イニファターに対する重合の順序は任意である。
いずれの場合も分岐鎖の末端は、N,N−ジ置換ジチオカルバミルメチル基となる。
In addition, to the above iniferter, first, DMAEM is block-polymerized to form a homopolymer, and then 3-N, N-dimethylaminopropylacrylamide is block-polymerized to the homopolymer, and the base end side of the branched chain is The block polymer of DMAEM may be a branched chain composed of 3-N, N-dimethylaminopropylacrylamide block polymer on the tip side of the branched chain. Thus, when making a branched chain into a block copolymer of two or more types of monomers, the order of polymerization with respect to the iniferter is arbitrary.
In either case, the end of the branched chain is an N, N-disubstituted dithiocarbamylmethyl group.
<加水分解工程>
上記の分岐型重合体製造工程で得られた分岐型重合体を加水分解することにより、該分岐型重合体の分岐鎖を構成するDMAEM単位の一部を加水分解する。
<Hydrolysis step>
By hydrolyzing the branched polymer obtained in the branched polymer production process, a part of the DMAEM unit constituting the branched chain of the branched polymer is hydrolyzed.
この分岐型重合体の加水分解は、アルカリ条件下における一般的な方法により行うことができるが、分岐型重合体を透析することにより行うことが好ましい。例えば、前記分岐型重合体の1〜20重量%程度の水溶液を調製し、この調製液を透析用セルロースチューブに移し、脱塩水を透析液として透析することが好ましい。このように透析する場合の好ましい温度は、20〜30℃程度であり、透析時間は、目的とする遺伝子導入剤の親水性の程度によっても異なるが、通常の場合、分岐型重合体の溶解から起算して0.5〜30時間程度、特に1〜20時間程度が好ましい。所定の透析時間経過後、得られた重合体を凍結乾燥することにより目的とする遺伝子導入剤を得ることができる。 The branched polymer can be hydrolyzed by a general method under alkaline conditions, but is preferably performed by dialysis of the branched polymer. For example, it is preferable to prepare an aqueous solution of about 1 to 20% by weight of the branched polymer, transfer the prepared solution to a dialysis cellulose tube, and dialyze it with desalted water as a dialysis solution. The preferred temperature for dialysis in this way is about 20 to 30 ° C., and the dialysis time varies depending on the degree of hydrophilicity of the target gene introduction agent, but usually, from the dissolution of the branched polymer. It is preferably about 0.5 to 30 hours, particularly about 1 to 20 hours when counted. The target gene introduction agent can be obtained by freeze-drying the obtained polymer after elapse of a predetermined dialysis time.
このような製造方法により得ることができる本発明の遺伝子導入剤としては、LCST(Lower Critical Solution Temperature)が、40〜60℃程度、特に40〜50℃程度であることが好ましい。このLCSTが上記下限未満であると、細胞培養環境下において、遺伝子導入剤が疎水性を示すため、この遺伝子導入剤と核酸とからなる核酸複合体同士、もしくは、核酸複合体と血清に含まれる疎水性物質とが凝集することにより遺伝子導入効率が低下する。また、核酸複合体が血清中の疎水性物質可溶化成分の影響を受ける場合や、ポリスチレン製シャーレに吸着されやすくなるなどの不具合が生じるおそれがある。また、LCSTが上記上限を超える場合は、遺伝子導入剤が遺伝子導入剤の分子内及び/又は分子間でイオン結合性に凝集したり、遺伝子導入剤がアニオン性高分子である核酸と複合体を形成しにくくなる。なお、前記加水分解を過度に行うと、側鎖のアニオン性部位が多くなり、本来、カチオン性高分子である遺伝子導入剤がアニオン性に変化し、LCSTが上記上限を超え易くなる。
なお、LCSTの測定方法は、後述の実施例の項に記載される通りである。
As a gene introduction agent of the present invention that can be obtained by such a production method, LCST (Lower Critical Solution Temperature) is preferably about 40 to 60 ° C, particularly about 40 to 50 ° C. If the LCST is less than the above lower limit, the gene introduction agent exhibits hydrophobicity in a cell culture environment, and thus the nucleic acid complex comprising the gene introduction agent and the nucleic acid or between the nucleic acid complex and the serum is contained. Gene transfer efficiency decreases due to aggregation of hydrophobic substances. In addition, the nucleic acid complex may be affected by a hydrophobic substance-solubilizing component in the serum, or it may cause problems such as being easily adsorbed on a polystyrene dish. In addition, when the LCST exceeds the above upper limit, the gene introduction agent aggregates in an ion-binding manner within and / or between the molecules of the gene introduction agent, or the nucleic acid complex with the gene introduction agent is an anionic polymer. It becomes difficult to form. If the hydrolysis is excessively performed, the number of anionic sites in the side chain increases, and the gene introduction agent that is originally a cationic polymer is changed to anionic, and the LCST tends to exceed the above upper limit.
In addition, the measuring method of LCST is as describing in the term of the below-mentioned Example.
前述の如く、加水分解の供される分岐型重合体の分岐鎖1本当たりの分子量としては、300〜60,000程度、特に1,000〜30,000程度が好ましいが、本発明の遺伝子導入剤に含まれるDMAEM単位の合計の分子量は、分岐鎖の鎖数にもよるが、1,200〜290,000程度、特に10,000〜150,000程度が好ましい。この場合の遺伝子導入剤に含まれるDMAEM単位の合計の分子量とは、加水分解されていないDMAEM単位と、加水分解されたDMAEM単位の合計の分子量である。 As described above, the molecular weight per branched chain of the branched polymer subjected to hydrolysis is preferably about 300 to 60,000, particularly about 1,000 to 30,000. The total molecular weight of the DMAEM units contained in the agent is preferably about 1,200 to 290,000, particularly preferably about 10,000 to 150,000, although it depends on the number of branched chains. In this case, the total molecular weight of the DMAEM units contained in the gene introduction agent is the total molecular weight of the unhydrolyzed DMAEM units and the hydrolyzed DMAEM units.
なお、本発明の遺伝子導入剤に含まれるDMAEM単位のうち、加水分解されているDMAEMの割合は、上述のLCSTを満足し得る程度であればよく、特に制限はない。即ち、本発明においては、前述の分岐型重合体を上述のLCSTを満たすように加水分解を行うことが好ましい。この加水分解の程度は、上述の透析による加水分解において、透析時間を調整することにより容易に制御することができ、即ち、透析時間が長い程、加水分解率が高く、従って、LCSTが高く、親水性の高い遺伝子導入剤を得ることができる。 In the DMAEM unit contained in the gene introduction agent of the present invention, the ratio of hydrolyzed DMAEM is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned LCST. That is, in the present invention, it is preferable to hydrolyze the aforementioned branched polymer so as to satisfy the above-mentioned LCST. The degree of hydrolysis can be easily controlled by adjusting the dialysis time in the above-described hydrolysis by dialysis, that is, the longer the dialysis time, the higher the hydrolysis rate, and thus the higher the LCST, A highly hydrophilic gene transfer agent can be obtained.
また、本発明の遺伝子導入剤の分子量としては、2,000〜300,000程度、特に10,000〜150,000程度が好ましい。 Further, the molecular weight of the gene introduction agent of the present invention is preferably about 2,000 to 300,000, particularly preferably about 10,000 to 150,000.
[核酸複合体]
上記の本発明の遺伝子導入剤(ベクター)が核酸を核酸含有複合体として包囲することによって、生体内の酵素による核酸の失活、分解を抑制することができる。
[Nucleic acid complex]
By enclosing the nucleic acid as a nucleic acid-containing complex by the gene introduction agent (vector) of the present invention, it is possible to suppress inactivation and degradation of the nucleic acid by an enzyme in the living body.
上記遺伝子導入剤と核酸とを複合させるには、遺伝子導入剤の濃度0.1〜1000μg/mL程度の溶液に対し、核酸を添加し、混合すればよい。核酸に対して遺伝子導入剤を過剰量添加し、核酸に対して遺伝子導入剤を飽和状態にして遺伝子導入剤と核酸とを複合化することが好ましい。 In order to combine the gene introduction agent and the nucleic acid, the nucleic acid may be added to and mixed with a solution of the gene introduction agent having a concentration of about 0.1 to 1000 μg / mL. It is preferable to add an excessive amount of the gene introduction agent to the nucleic acid and to saturate the gene introduction agent with respect to the nucleic acid so that the gene introduction agent and the nucleic acid are combined.
核酸の好ましい例としては、単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ遺伝子(HSV1−TK遺伝子),p53癌抑制遺伝子及びBRCA1癌抑制遺伝子やサイトカイン遺伝子としてTNF−α遺伝子,IL−2遺伝子,IL−4遺伝子,HLA−B7/IL−2遺伝子,HLA−B7/B2M遺伝子,IL−7遺伝子,GM−CSF遺伝子,IFN−γ遺伝子及びIL−12遺伝子などのサイトカイン遺伝子並びにgp−100,MART−1及びMAGE−1などの癌抗原ペプチド遺伝子が癌治療に利用できる。 Preferred examples of the nucleic acid include herpes simplex virus thymidine kinase gene (HSV1-TK gene), p53 tumor suppressor gene, BRCA1 tumor suppressor gene and cytokine gene such as TNF-α gene, IL-2 gene, IL-4 gene, HLA- Cytokine genes such as B7 / IL-2 gene, HLA-B7 / B2M gene, IL-7 gene, GM-CSF gene, IFN-γ gene and IL-12 gene, and gp-100, MART-1 and MAGE-1 These cancer antigen peptide genes can be used for cancer treatment.
また、VEGF遺伝子,HGF遺伝子及びFGF遺伝子などのサイトカイン遺伝子並びにc−mycアンチセンス,c−mybアンチセンス,cdc2キナーゼアンチセンス,PCNAアンチセンス,E2Fデコイやp21(sdi−1)遺伝子が血管治療に利用できる。かかる一連の遺伝子は当業者には良く知られたものである。 In addition, cytokine genes such as VEGF gene, HGF gene and FGF gene, c-myc antisense, c-myb antisense, cdc2 kinase antisense, PCNA antisense, E2F decoy and p21 (sdi-1) gene are used for vascular treatment. Available. Such a series of genes is well known to those skilled in the art.
核酸複合体の粒径は50〜400nm程度が好適である。この粒径は、例えばレーザを用いた動的光散乱法によって測定される。粒径がこれよりも小さいと、核酸複合体内部の核酸にまで酵素の作用が及ぶおそれ、あるいは腎臓にて濾過排出されるおそれがある。また、これよりも大きいと、細胞に導入されにくくなるおそれがある。 The particle size of the nucleic acid complex is preferably about 50 to 400 nm. This particle size is measured by, for example, a dynamic light scattering method using a laser. If the particle size is smaller than this, the action of the enzyme may reach the nucleic acid inside the nucleic acid complex, or it may be filtered out by the kidney. Moreover, when larger than this, there exists a possibility that it may become difficult to introduce | transduce into a cell.
核酸は、細胞に導入されることによりその細胞内で機能を発現することができるような形態で用いる。例えばDNAの場合、導入された細胞内で当該DNAが転写され、それにコードされるポリペプチドの産生を経て機能発現されるように当該DNAが配置されたプラスミドとして用いる。好ましくは、プロモーター領域、開始コドン、所望の機能を有する蛋白質をコードするDNA、終止コドンおよびターミネーター領域が連続的に配列されている。 The nucleic acid is used in such a form that when introduced into a cell, the function can be expressed in the cell. For example, in the case of DNA, it is used as a plasmid in which the DNA is placed so that the DNA is transcribed in the introduced cell and functionally expressed through production of the polypeptide encoded thereby. Preferably, a promoter region, a start codon, DNA encoding a protein having a desired function, a stop codon, and a terminator region are sequentially arranged.
所望により2種以上の核酸をひとつのプラスミドに含めることも可能である。 If desired, two or more nucleic acids can be included in one plasmid.
本発明において、核酸を導入する対象として望ましい「細胞」としては、当該核酸の機能発現が求められるものであり、このような細胞としては、例えば使用する核酸(すなわちその機能)に応じて種々選択され、例えば心筋細胞、平滑筋細胞、繊維芽細胞、骨格筋細胞、血管内皮細胞、骨髄細胞、骨細胞、血球幹細胞、血球細胞等が挙げられる。また、単球、樹状細胞、マクロファージ、組織球、クッパー細胞、破骨細胞、滑膜A細胞、小膠細胞、ランゲルハンス細胞、類上皮細胞、多核巨細胞等、消化管上皮細胞・尿細管上皮細胞などである。 In the present invention, “cells” that are desirable as a target for introduction of nucleic acids are those in which functional expression of the nucleic acids is desired. Examples thereof include cardiomyocytes, smooth muscle cells, fibroblasts, skeletal muscle cells, vascular endothelial cells, bone marrow cells, bone cells, blood cell stem cells, blood cell cells and the like. In addition, monocytes, dendritic cells, macrophages, histocytes, Kupffer cells, osteoclasts, synovial A cells, microglia, Langerhans cells, epithelioid cells, multinucleated giant cells, etc., gastrointestinal epithelial cells / tubule epithelium Such as cells.
本発明の核酸複合体は培養試験に用いるほか、任意の方法で生体に投与することができる。 The nucleic acid complex of the present invention can be administered to a living body by any method besides being used for a culture test.
生体への投与方法としては静脈内又は動脈内への注入が特に好ましいが、筋肉内、脂肪組織内、皮下、皮内、リンパ管内、リンパ節内、体腔(心膜腔、胸腔、腹腔、脳脊髄腔等)内、骨髄内への投与の他に病変組織内に直接投与することも可能である。 Intravenous or arterial injection is particularly preferable as a method of administration to a living body, but intramuscular, adipose tissue, subcutaneous, intradermal, intralymphatic, intralymphatic, body cavity (pericardial cavity, thoracic cavity, abdominal cavity, brain) In addition to administration into the spinal cavity and the like, it is also possible to administer directly into the diseased tissue.
この核酸複合体を有効成分とする医薬は、更に必要に応じて製剤上許容し得る担体(浸透圧調整剤,安定化剤、保存剤、可溶化剤、pH調整剤、増粘剤等)と混合することが可能である。これら担体は公知のものが使用できる。 The pharmaceutical comprising this nucleic acid complex as an active ingredient further comprises a pharmaceutically acceptable carrier (osmotic pressure regulator, stabilizer, preservative, solubilizer, pH adjuster, thickener, etc.) if necessary. It is possible to mix. Any known carrier can be used.
また、この核酸複合体を有効成分とする医薬は、含まれる核酸の種類が異なる2種以上の核酸含有複合体を含めたものも包含される。このような複数の治療目的を併せ持つ医薬は、多様化する遺伝子治療の分野で特に有用である。 Moreover, the medicine which contains this nucleic acid complex as an active ingredient includes those containing two or more kinds of nucleic acid-containing complexes having different types of nucleic acids. Such a medicine having a plurality of therapeutic purposes is particularly useful in the field of diversifying gene therapy.
投与量としては、動物、特にヒトに投与される用量は目的の核酸、投与方法および治療される特定部位等、種々の要因によって変化する。しかしながら、その投与量は治療的応答をもたらすに十分であるべきである。 As for the dosage, the dosage administered to animals, particularly humans, varies depending on various factors such as the target nucleic acid, the method of administration, and the specific site to be treated. However, the dosage should be sufficient to produce a therapeutic response.
この核酸複合体は、好ましくは遺伝子治療に適用される。適用可能な疾患としては、当該複合体に含められる核酸の種類によって異なるが、末梢動脈疾患、冠動脈疾患、動脈拡張術後再狭窄等の病変を生じる循環器領域での疾患に加え、癌(悪性黒色腫、脳腫瘍、転移性悪性腫瘍、乳癌等)、感染症(HIV等)、単一遺伝病(嚢胞性線維症、慢性肉芽腫、α1−アンチトリプシン欠損症、Gaucher病等)等が挙げられる。 This nucleic acid complex is preferably applied to gene therapy. Applicable diseases vary depending on the type of nucleic acid included in the complex, but in addition to diseases in the cardiovascular region that cause lesions such as peripheral arterial disease, coronary artery disease, restenosis after arterial dilation, cancer (malignant Melanoma, brain tumor, metastatic malignant tumor, breast cancer, etc.), infectious diseases (HIV, etc.), single genetic diseases (cystic fibrosis, chronic granulomas, α1-antitrypsin deficiency, Gaucher disease, etc.) .
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
i)イニファターの合成
イニファターとしての1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジエチルジチオカルバミルメチル)ベンゼンを次のようにして合成した。
i) Synthesis of Iniferter 1,2,4,5-Tetrakis (N, N-diethyldithiocarbamylmethyl) benzene as an iniferter was synthesized as follows.
1,2,4,5−テトラキス(ブロモメチルベンゼン)5.0gとN,N−ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム34.0gをエタノール100mL中へ加え、遮光下、室温で4日間攪拌した。沈殿物を濾過し、3Lのメタノール中に投入して30分間攪拌した後、濾過した。この操作を繰り返し合計4回行った。沈殿物をトルエン200mLへ溶解した後、100mLのメタノールを加えて50℃に加温し、冷蔵庫内で15時間保管して再結晶させ、結晶を濾別後に大量のメタノールで洗浄した。結晶を室温で減圧乾燥して、白色の1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジエチルジチオカルバミルメチル)ベンゼンの針状結晶を得た(収率90%)。高速液体クロマトグラフィーにより、原料ピークが消失し、精製物が単一物質であることを確認した。 5.0 g of 1,2,4,5-tetrakis (bromomethylbenzene) and 34.0 g of sodium N, N-diethyldithiocarbamate were added to 100 mL of ethanol and stirred at room temperature for 4 days under light shielding. The precipitate was filtered, poured into 3 L of methanol, stirred for 30 minutes, and then filtered. This operation was repeated a total of 4 times. After the precipitate was dissolved in 200 mL of toluene, 100 mL of methanol was added and heated to 50 ° C., stored in a refrigerator for 15 hours for recrystallization, and the crystals were separated by filtration and washed with a large amount of methanol. The crystals were dried at room temperature under reduced pressure to obtain white needle-like crystals of 1,2,4,5-tetrakis (N, N-diethyldithiocarbamylmethyl) benzene (yield 90%). High-performance liquid chromatography confirmed that the raw material peak disappeared and the purified product was a single substance.
1H−NMR(in CDCl3)の測定結果は、δ1.26−1.31ppm(t,24H,CH2CH3),δ3.69−3.77ppm(q,8H,N(CH2CH3)2),δ3.99−4.07ppm(q,8H,N(CH2CH3)2),δ4.57ppm(s,8H,Ar−CH2),δ7.49ppm(s,2H,Ar−H)であった。 The measurement result of 1 H-NMR (in CDCl 3 ) is as follows: δ 1.26-1.31 ppm (t, 24H, CH 2 CH 3 ), δ 3.69-3.77 ppm (q, 8H, N (CH 2 CH 3 2 ), δ 3.99-4.07 ppm (q, 8H, N (CH 2 CH 3 ) 2 ), δ 4.57 ppm (s, 8H, Ar—CH 2 ), δ 7.49 ppm (s, 2H, Ar— H).
ii)4分岐型スター型重合体よりなる感温性カチオン性ホモポリマーの光重合による合成
2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートをモノマーとして用い、1,2,4,5−テトラキス[(N,N−ジエチルジチオカルバミル)ポリ(2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート)−メチル]ベンゼン(以下、pDMAEMAAと記載することがある。)よりなる感温性カチオン性ホモポリマーの合成を行った。
ii) Synthesis of a thermosensitive cationic homopolymer comprising a 4-branched star polymer by photopolymerization 1,2,4,5-tetrakis [(N , N-diethyldithiocarbamyl) poly (2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate) -methyl] benzene (hereinafter sometimes referred to as pDMAEMAA) was synthesized. It was.
即ち、上記i)により合成した1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジエチルジチオカルバミルメチル)ベンゼン45.6mgを20mLのトルエンへ溶解し、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート8.5gを加えて混合し、全量をトルエンで50mLに調整した。3mm厚軟質ガラスセル中で激しく攪拌しながら高純度窒素ガスで10分間パージした後に、300Wショートアークキセノンランプ(朝日分光社製、MAX−301)で、波長250〜400nmの混合紫外線を60分間照射した。照射強度は、ウシオ電機社のUIT−150へUVD−C405(検出波長範囲320〜470nm)を装着して2.5mW/cm2に調整した。重合溶液をエバポレーターで濃縮し、n−ヘキサンで重合物を再沈殿させ、クロロホルム/n−ヘキサン系で3回再沈殿を繰り返して精製し、n−ヘキサンを蒸散させた後に少量のベンゼンへ溶解し、0.2μmフィルターで濾過した後、凍結乾燥させて、目的とする4分岐型スター型重合体(pDMAEMAA)よりなる感温性カチオン性ホモポリマーを得た。この感温性カチオン性ホモポリマーのポリエチレングリコールを標準物質とした数平均分子量は、GPCにより、11,000(Mw/Mn=1.4)と測定された。また、計算により分岐鎖1本当たりの分子量は、2570であることが分かった。 Namely, 45.6 mg of 1,2,4,5-tetrakis (N, N-diethyldithiocarbamylmethyl) benzene synthesized by i) above was dissolved in 20 mL of toluene, and 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate was dissolved. 8.5 g was added and mixed, and the total amount was adjusted to 50 mL with toluene. After purging with high-purity nitrogen gas for 10 minutes with vigorous stirring in a 3 mm thick soft glass cell, irradiation with mixed ultraviolet rays having a wavelength of 250 to 400 nm for 60 minutes is performed with a 300 W short arc xenon lamp (manufactured by Asahi Spectroscopic Co., Ltd., MAX-301). did. The irradiation intensity was adjusted to 2.5 mW / cm 2 by attaching UVD-C405 (detection wavelength range of 320 to 470 nm) to UIT-150 manufactured by USHIO. The polymerization solution is concentrated with an evaporator, the polymer is reprecipitated with n-hexane, purified by repeating reprecipitation three times with a chloroform / n-hexane system, and n-hexane is evaporated and dissolved in a small amount of benzene. The solution was filtered through a 0.2 μm filter and then freeze-dried to obtain a temperature-sensitive cationic homopolymer composed of the target 4-branched star polymer (pDMAEMAA). The number average molecular weight using polyethylene glycol of this thermosensitive cationic homopolymer as a standard substance was measured by GPC as 11,000 (Mw / Mn = 1.4). In addition, the molecular weight per branched chain was found to be 2570 by calculation.
1H−NMR(in CD3OD)の測定結果は、δ0.8−1.2ppm(br,3H,−CH2−CH3−),δ1.6−2.0ppm(br,2H,−CH2−CH3−),δ2.2−2.4ppm(br,6H,N−CH3),δ2.5−2.7ppm(br,2H,CH2−N),δ4.0−4.2ppm(br,2H,O−CH2)であった。 The measurement result of 1 H-NMR (in CD 3 OD) is as follows: δ 0.8-1.2 ppm (br, 3H, —CH 2 —CH 3 —), δ 1.6-2.0 ppm (br, 2H, —CH 2 -CH 3 -), δ2.2-2.4ppm ( br, 6H, N-CH 3), δ2.5-2.7ppm (br, 2H, CH 2 -N), δ4.0-4.2ppm (br, 2H, O-CH 2) was.
iii)4分岐型スター型重合体よりなる非感温性カチオン性ホモポリマーの光重合による合成
3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドをカチオン性モノマーとして用い、1,2,4,5−テトラキス[(N,N−ジエチルジチオカルバミル)ポリ(3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド)−メチル]ベンゼン(以下、pDMAPAAmと記載することがある。)よりなる非感温性カチオン性ホモポリマーの合成を行った。
iii) Photopolymerization of a non-thermosensitive cationic homopolymer comprising a 4-branched star polymer 1,2,4,5-tetrakis using 3-N, N-dimethylaminopropylacrylamide as a cationic monomer Non-thermosensitive cationic homopolymer comprising [(N, N-diethyldithiocarbamyl) poly (3-N, N-dimethylaminopropylacrylamide) -methyl] benzene (hereinafter sometimes referred to as pDMAPAAm) Was synthesized.
即ち、上記i)により合成した1,2,4,5−テトラキス(N,N−ジエチルジチオカルバミルメチル)ベンゼン45.6mgを20mLのトルエンへ溶解し、3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド(3−N,N−DMAPAAm)3.4gを加えて混合し、全量をトルエンで50mLに調整した。3mm厚軟質ガラスセル中で激しく攪拌しながら高純度窒素ガスで5分間パージした後に、300Wショートアークキセノンランプ(朝日分光社製、MAX−301)で波長250〜400nmの混合紫外線を15分間照射した。照射強度はウシオ電機社のUIT−150へUVD−C405(検出波長範囲320nm〜470nm)を装着して2.5mW/cm2に調整した。重合溶液をエバポレーターで濃縮し、ジエチルエーテルで重合物を再沈殿させ、クロロホルム/ジエチルエーテル系で3回再沈殿を繰り返して精製し、エーテルを蒸散させた後に少量の水へ溶解し、0.2μmフィルターで濾過した後、凍結乾燥させて、目的とする4分岐型スター型重合体(pDMAPAAm)よりなる非感温性カチオン性ホモポリマーを得た。この非感温性カチオン性ホモポリマーの分子量はGPCにより、13,000(Mw/Mn=1.3)と測定された。また、計算により、分岐鎖1本当たりの分子量は、3070であることが分かった。 Namely, 45.6 mg of 1,2,4,5-tetrakis (N, N-diethyldithiocarbamylmethyl) benzene synthesized by i) above was dissolved in 20 mL of toluene, and 3-N, N-dimethylaminopropylacrylamide was dissolved. 3.4 g of (3-N, N-DMAPAAm) was added and mixed, and the total amount was adjusted to 50 mL with toluene. After purging with high-purity nitrogen gas for 5 minutes with vigorous stirring in a 3 mm thick soft glass cell, irradiation with mixed ultraviolet rays having a wavelength of 250 to 400 nm was performed for 15 minutes with a 300 W short arc xenon lamp (manufactured by Asahi Spectroscopic Co., Ltd., MAX-301). . The irradiation intensity was adjusted to 2.5 mW / cm 2 by attaching UVD-C405 (detection wavelength range of 320 nm to 470 nm) to UIT-150 manufactured by USHIO. The polymerization solution is concentrated with an evaporator, the polymer is reprecipitated with diethyl ether, purified by repeated reprecipitation three times with chloroform / diethyl ether system, ether is evaporated and dissolved in a small amount of water, 0.2 μm After filtering with a filter, it was freeze-dried to obtain a non-thermosensitive cationic homopolymer composed of the target 4-branched star polymer (pDMAPAAm). The molecular weight of this non-thermosensitive cationic homopolymer was measured by GPC as 13,000 (Mw / Mn = 1.3). Moreover, it turned out that the molecular weight per branch chain is 3070 by calculation.
1H NMR(in D2O)の測定結果は、δ1.5−1.8ppm(br,2H,−CH2CH2CH2−),δ2.1−2.2ppm(br,6H,N−CH3),δ2.2−2.4ppm(br,2H,CH2−N),δ3.0−3.4ppm(br,2H,NH−CH2),δ7.4−7.8ppm(br,1H,−NH−)であった。 The measurement result of 1 H NMR (in D 2 O) is as follows: δ1.5-1.8 ppm (br, 2H, —CH 2 CH 2 CH 2 —), δ 2.1-2.2 ppm (br, 6H, N— CH 3), δ2.2-2.4ppm (br, 2H, CH 2 -N), δ3.0-3.4ppm (br, 2H, NH-CH 2), δ7.4-7.8ppm (br, 1H, -NH-).
iv)感温性カチオン性ホモポリマー、及び非感温性カチオン性ホモポリマーのLCSTの測定
ii)で合成した感温性カチオン性ホモポリマー、及びiii)で合成した非感温性カチオン性ホモポリマーの水溶液を調製し、この水溶液の温度を上昇させることにより溶液が白濁する温度(LCST:曇点)の測定を行った。
iv) LCST measurement of thermosensitive cationic homopolymer and non-thermosensitive cationic homopolymer
A temperature-sensitive cationic homopolymer synthesized in ii) and a non-temperature-sensitive cationic homopolymer synthesized in iii) are prepared, and the temperature at which the aqueous solution becomes cloudy by increasing the temperature of the aqueous solution (LCST: The cloud point was measured.
即ち、各ホモポリマーの3重量%水溶液を調製し、これらの水溶液の20〜40℃の温度範囲における波長600nmの光の吸光度を測定した。この測定結果より、ii)で合成した感温性カチオン性ホモポリマー(pDMAEMAA)は、32℃付近にLCST(Lower Critical Solution Temperature)を有しており、細胞培養環境下(37℃)で疎水性の無電荷のポリマーとなって水中で懸濁する感温性のポリマーであることが分かった。一方、iii)で合成した非感温性カチオン性ホモポリマー(pDMAPAAm)は、20〜40℃の範囲で、濁ることなく、100%の透過率を示したところから、この温度範囲において物性が変化するものではないことが分かった。 That is, 3% by weight aqueous solutions of each homopolymer were prepared, and the absorbance of light having a wavelength of 600 nm in the temperature range of 20 to 40 ° C. of these aqueous solutions was measured. From this measurement result, the temperature-sensitive cationic homopolymer (pDMAEMAA) synthesized in ii) has LCST (Lower Critical Solution Temperature) around 32 ° C and is hydrophobic in a cell culture environment (37 ° C). It was found to be a temperature-sensitive polymer that becomes an uncharged polymer and is suspended in water. On the other hand, the non-thermosensitive cationic homopolymer (pDMAPAAm) synthesized in iii) showed a transmittance of 100% in the range of 20 to 40 ° C. without turbidity. I knew it wasn't something to do.
v)4分岐型スター型重合体よりなる感温性カチオン性ホモポリマーの側鎖の部分加水分解
ii)で合成した感温性カチオン性ホモポリマーの10重量%水溶液を50mL調製した。5本の透析用セルロースチューブ(ビスコース社製「UC36−32」)に、この調製液をそれぞれ約10mLずつ速やかに移して試料A〜Eとし、脱塩水を透析液として25℃で透析した。試料Aは、ポリマーの溶解から起算して1時間透析を行い、試料B〜Eについては、透析時間をそれぞれ2時間,4時間,24時間,120時間としたこと以外は、試料Aと同様に透析を行った。各試料を所定の透析時間経過後、透析液から取り出し、−70℃下で迅速に凍結した後、チューブの上側の端部を開封して真空下へ移し、凍結乾燥を行った。
v) Partial hydrolysis of the side chain of a thermosensitive cationic homopolymer comprising a 4-branched star polymer
50 mL of a 10% by weight aqueous solution of the thermosensitive cationic homopolymer synthesized in ii) was prepared. About 10 mL each of this preparation solution was quickly transferred to five dialysis cellulose tubes (“UC36-32” manufactured by Viscose) to prepare samples A to E, and dialyzed at 25 ° C. using demineralized water as a dialysis solution. Sample A was dialyzed for 1 hour from the dissolution of the polymer, and Samples B to E were the same as Sample A except that the dialysis times were 2 hours, 4 hours, 24 hours, and 120 hours, respectively. Dialysis was performed. Each sample was taken out from the dialysate after a predetermined dialysis time, and rapidly frozen at -70 ° C., then the upper end of the tube was opened and transferred to a vacuum, and freeze-dried.
試料A〜Eの凍結乾燥後の粉末の3重量%水溶液をそれぞれ調製し、これらの水溶液の20〜60℃の温度範囲における波長600nmの光の吸光度を測定した。各試料のLCSTは、試料Aが33.0℃、試料Bが34.1℃、試料Cが36.1℃、試料Dが38.9℃、試料Eが41.6℃であった。この結果より、透析時間が長くなる程、側鎖のDMAEM部分の加水分解が進行し、アニオン性の官能基の生成量が増加すること、及び、溶媒の温度が上昇すると分岐鎖に溶媒和していたアミンが脱溶媒和し、分岐鎖が疎水性に変化するが、加水分解により生成したアニオン性官能基により、遺伝子導入剤全体としては親水性になり、遺伝子導入剤の水への溶解性が高くなることがわかる。 3 wt% aqueous solutions of powders after freeze-drying of samples A to E were prepared, and the absorbance of light at a wavelength of 600 nm in the temperature range of 20 to 60 ° C. of these aqueous solutions was measured. The LCST of each sample was 33.0 ° C for sample A, 34.1 ° C for sample B, 36.1 ° C for sample C, 38.9 ° C for sample D, and 41.6 ° C for sample E. From this result, the longer the dialysis time, the more the hydrolysis of the DMAEM part of the side chain proceeds, the amount of anionic functional groups increases, and the solvation of the branched chain occurs when the temperature of the solvent rises. The amine that had been desolvated and the branched chain changes to hydrophobic, but the anionic functional group generated by hydrolysis makes the entire gene transfer agent hydrophilic and the solubility of the gene transfer agent in water. It turns out that becomes high.
なお、ii)において合成した感温性カチオン性ホモポリマーの分岐鎖の予想される加水分解の化学式を示す。この化学式は、分岐鎖に含まれる2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート由来の構成単位1個分の加水分解を示したものである。 The chemical formula for the expected hydrolysis of the branched chain of the thermosensitive cationic homopolymer synthesized in ii) is shown. This chemical formula shows hydrolysis of one structural unit derived from 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate contained in the branched chain.
vi)遺伝子導入活性の評価
次の(1)〜(3)の手順に従って、遺伝子導入活性の評価を行った。
(1) 遺伝子導入剤のポリマー溶液の調製、及び遺伝子導入活性の評価を行った。
細胞にはアフリカミドリサル腎細胞の由来のCOS-1を使用し、DNAにはpGL3コントロールベクターを使用した。COS-1細胞は細胞数を4万個/mLに調整して24Well培養皿へ播種し、培養24時間後に遺伝子導入を行った。上記iii)にて合成した非感温性カチオン性ホモポリマーを比較例1の遺伝子導入剤とし、上記ii)にて合成した感温性カチオン性ホモポリマーを比較例2の遺伝子導入剤とし、上記v)にて加水分解を行った試料E(LCSTが41.6℃のもの)を実施例1の遺伝子導入剤とし、それぞれ生理食塩水へ溶解し、濃度(ポリマー/食塩水)を8μg/60μLのポリマー溶液とした。DNAはTEバッフアーへ溶解し、濃度(DNA/バッファー)を3μg/90μLとした。
vi) Evaluation of gene transfer activity Gene transfer activity was evaluated according to the following procedures (1) to (3).
(1) Preparation of a polymer solution of a gene introduction agent and evaluation of gene introduction activity were performed.
COS-1 derived from African green monkey kidney cells was used for the cells, and pGL3 control vector was used for the DNA. The number of COS-1 cells was adjusted to 40,000 cells / mL, seeded in a 24 Well culture dish, and gene transfer was performed after 24 hours of culture. The non-thermosensitive cationic homopolymer synthesized in the above iii) is used as the gene introduction agent of Comparative Example 1, the thermosensitive cationic homopolymer synthesized in the above ii) is used as the gene introduction agent of Comparative Example 2, and the above Sample E hydrolyzed in v) (with LCST of 41.6 ° C.) was used as the gene introduction agent of Example 1, dissolved in physiological saline, and the concentration (polymer / saline) was 8 μg / 60 μL. A polymer solution was obtained. The DNA was dissolved in TE buffer, and the concentration (DNA / buffer) was adjusted to 3 μg / 90 μL.
(2) 血清を含む培地における遺伝子導入活性評価
血清を含む培地における実施例1及び比較例1,2の遺伝子導入剤の遺伝子導入活性を評価した。
上記(1)で調製した各ポリマー溶液とDNA溶液とを室温(25℃)で混合した後、溶液を37℃に加温して核酸複合体を形成させた。この核酸複合体25μLを1mLの完全培地(DMEM+10重量%FCS+抗生物質)へ加え、30分間インキュベートした。この約1mLの核酸複合体完全培地溶液と、37℃のPBSで洗浄した培養細胞とを接触させ、48時間培養を行った。48時間後、ルシフェラーゼアッセにより遺伝子導入活性の評価を行った(プロメガ社製アッセイキット試薬)。補正はタンパク濃度で行い、タンパク定量はBioRad社のBradford試薬で行った。
(2) Evaluation of gene introduction activity in medium containing serum The gene introduction activity of the gene introduction agents of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 in a medium containing serum was evaluated.
Each polymer solution prepared in (1) above and the DNA solution were mixed at room temperature (25 ° C.), and then the solution was heated to 37 ° C. to form a nucleic acid complex. 25 μL of this nucleic acid complex was added to 1 mL of complete medium (DMEM + 10 wt% FCS + antibiotics) and incubated for 30 minutes. About 1 mL of the nucleic acid complex complete medium solution was brought into contact with the cultured cells washed with PBS at 37 ° C., and cultured for 48 hours. After 48 hours, gene transfer activity was evaluated by luciferase assay (Promega assay kit reagent). Correction was performed at protein concentration, and protein quantification was performed with Bradford reagent from BioRad.
(3) 血清を含まない培地における遺伝子導入活性の評価
血清を含まない培地における実施例1及び比較例1,2の遺伝子導入剤の遺伝子導入活性を評価した。
上記(1)で調製した各ポリマー溶液と、DNA溶液とを室温(25℃)で混合した後、溶液を37℃に加温して核酸複合体を形成させた。この核酸複合体25μLを200μLの無血清培地(OPTI−MEM)へ加えて30分間インキュベートした。37℃のPBSで洗浄した培養細胞へこの核酸複合体のOPTI−MEM溶液約200μLを加え、3時間トランスフェクションした後に完全培地1mLを加え、さらに45時間培養を行った。45時間後、ルシフェラーゼアッセにより遺伝子導入活性の評価を行った(プロメガ社アッセイキット試薬)。補正はタンパク濃度で行い、タンパク定量はBioRad社のBradford試薬で行った。
(3) Evaluation of gene transfer activity in a medium not containing serum The gene transfer activity of the gene transfer agents of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 in a medium not containing serum was evaluated.
Each polymer solution prepared in (1) above and the DNA solution were mixed at room temperature (25 ° C.), and then the solution was heated to 37 ° C. to form a nucleic acid complex. 25 μL of this nucleic acid complex was added to 200 μL of serum-free medium (OPTI-MEM) and incubated for 30 minutes. About 200 μL of the OPTI-MEM solution of this nucleic acid complex was added to cultured cells washed with PBS at 37 ° C., and after 3 hours of transfection, 1 mL of complete medium was added, followed by further incubation for 45 hours. After 45 hours, gene transfer activity was evaluated by luciferase assay (Promega assay kit reagent). Correction was performed at protein concentration, and protein quantification was performed with Bradford reagent from BioRad.
上記(2),(3)の評価結果を図1に示す。 The evaluation results of (2) and (3) are shown in FIG.
[考察]
比較例1の遺伝子導入剤は、血清を含まない培地においては、高い遺伝子導入活性を示したが、血清を含む培地においては、遺伝子導入活性が低下した。これは、比較例1の遺伝子導入剤が、高pKaのカチオン性ポリマーよりなるため、効率よくDNAをコンデンスすることができるが、血清を含む培地では、血清中のアニオン性タンパクなどの作用を受けるためであると考えられる。一方、比較例2の遺伝子導入剤は、血清を含む培地、及び血清を含まない培地のいずれにおいても、同程度の遺伝子導入活性を示したが、血清を含む培地の方が遺伝子導入活性が低くなっている。これは、比較例2の遺伝子導入剤が、感温性カチオン性ホモポリマーよりなるため、加温することにより遺伝子導入剤が疎水性へと変化し、血清に含まれるアニオン性タンパクなどの影響を受けにくくなったが、血清に含まれる疎水性物質と遺伝子導入剤、又は遺伝子導入剤同士が凝集したり、また、血清に含まれるコレステロールやアルブミンなどの疎水性物質を可溶化する成分などの影響を受けるためであると考えられる。
[Discussion]
The gene introduction agent of Comparative Example 1 showed high gene introduction activity in a medium not containing serum, but the gene introduction activity was reduced in a medium containing serum. This is because the gene introduction agent of Comparative Example 1 is composed of a high pKa cationic polymer, so that DNA can be condensed efficiently. However, in a medium containing serum, it is affected by anionic proteins in the serum. This is probably because of this. On the other hand, the gene introduction agent of Comparative Example 2 showed the same level of gene introduction activity in both the medium containing serum and the medium not containing serum, but the gene introduction activity was lower in the medium containing serum. It has become. This is because the gene introduction agent of Comparative Example 2 is composed of a temperature-sensitive cationic homopolymer, so that the gene introduction agent changes to hydrophobic when heated, and the influence of anionic proteins contained in the serum is affected. Although it has become difficult to receive, the influence of components that solubilize hydrophobic substances such as cholesterol and albumin contained in serum, as well as hydrophobic substances contained in serum and gene transfer agents, or gene transfer agents aggregate together It is thought to be for receiving.
これに対して、実施例1の遺伝子導入剤は、血清を含まない培地においては、比較例1,2の遺伝子導入剤よりも低い遺伝子導入活性を示したものの、血清を含む培地においては、比較例1,2の遺伝子導入剤よりも高い遺伝子導入活性を示した。これは、実施例1の遺伝子導入剤が、親水性を示すことによると考えられる。即ち、実施例1の遺伝子導入剤は、比較例2の遺伝子導入剤と同様に、分岐鎖に溶媒和していたアミンが温度の上昇により脱溶媒和し、分岐鎖の電荷が限りなくゼロに近づき疎水性に変化するが、加水分解により生成したアニオン性官能基により、遺伝子導入剤全体として親水性を示すためであると考えられ、この結果、実施例1の遺伝子導入剤は、血清に含まれる疎水性物質や、血清に含まれる疎水性物質を可溶化する成分などの影響を受けことなく、高い遺伝子導入活性を示したと推察される。 In contrast, the gene introduction agent of Example 1 showed lower gene introduction activity than the gene introduction agents of Comparative Examples 1 and 2 in the medium not containing serum, but was compared in the medium containing serum. The gene transfer activity was higher than that of the gene transfer agents of Examples 1 and 2. This is probably because the gene introduction agent of Example 1 exhibits hydrophilicity. That is, in the gene introduction agent of Example 1, like the gene introduction agent of Comparative Example 2, the amine solvated to the branched chain is desolvated by the increase in temperature, and the charge of the branched chain is reduced to zero. Although it approaches, it changes to hydrophobicity, but it is thought that it is because the anionic functional group produced | generated by hydrolysis shows hydrophilicity as a whole gene introduction agent, As a result, the gene introduction agent of Example 1 is contained in serum. It is presumed that high gene transfer activity was exhibited without being affected by the hydrophobic substances and components that solubilize the hydrophobic substances contained in serum.
Claims (12)
該分岐鎖は、少なくとも2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体を重合してなる重合体であって、該重合体の2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体由来の構成単位の一部が、加水分解されているポリマー鎖であることを特徴とする遺伝子導入剤。 In a gene introduction agent comprising a polymer material having a branched chain,
The branched chain is a polymer obtained by polymerizing at least 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a derivative thereof, and the 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate of the polymer and / or its A gene transfer agent, wherein a part of the structural unit derived from a derivative is a hydrolyzed polymer chain.
芳香環に該芳香環から放射状に伸延する複数の分岐鎖を導入することにより分岐型重合体を製造する分岐型重合体製造工程と、
得られた分岐型重合体を加水分解することにより該分岐型重合体の分岐鎖に含まれる2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体由来の構成単位の一部を加水分解する加水分解工程と
を有することを特徴とする遺伝子導入剤の製造方法。 A method for producing the gene introduction agent according to any one of claims 1 to 9,
A branched polymer production process for producing a branched polymer by introducing a plurality of branched chains extending radially from the aromatic ring into the aromatic ring;
By hydrolyzing the obtained branched polymer, a part of the structural unit derived from 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or its derivative contained in the branched chain of the branched polymer is hydrolyzed. A method for producing a gene introduction agent, comprising a hydrolysis step.
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JP2009227405A JP2011072257A (en) | 2009-09-30 | 2009-09-30 | Gene transfer agent, method for producing the same, and nucleic acid complex |
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JP2014162865A (en) * | 2013-02-26 | 2014-09-08 | National Cerebral & Cardiovascular Center | Production method of temperature-responsive polymer, temperature-responsive polymer, production method of cell culture vessel, and cell culture vessel |
-
2009
- 2009-09-30 JP JP2009227405A patent/JP2011072257A/en not_active Withdrawn
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WO2013099924A1 (en) | 2011-12-28 | 2013-07-04 | 独立行政法人国立循環器病研究センター | Method for producing cell having nucleic acid introduced therein |
US9206441B2 (en) | 2011-12-28 | 2015-12-08 | National Cerebral And Cardiovascular Center | Method for producing cell having nucleic acid introduced therein |
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