JP2013533856A - 局所筋麻痺効果を有する非拡散型ボツリヌス毒素とその精製方法 - Google Patents

局所筋麻痺効果を有する非拡散型ボツリヌス毒素とその精製方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、局所筋麻痺効果を有する非拡散型ボツリヌス毒素の精製方法とこれによって精製された非拡散型ボツリヌス毒素に関するものであって、さらに詳しくは、精製されたボツリヌス毒素A型製剤を、塩化ナトリウム(NaCl)の濃度を調節して添加した陰イオンクロマトグラフィーを遂行して亜分画を分離する段階と、上記亜分画のうちA260/A280の値が一定範囲である分画を収得する段階を含んでなる非拡散型ボツリヌス毒素の精製方法と、これによって精製されたものであって局所筋麻痺効果を有する非拡散型ボツリヌス毒素に関するものである。

Description

本発明は、非拡散型ボツリヌス毒素の精製方法とそれによって得られた局所筋麻痺効果を有する非拡散型ボツリヌス毒素に関するものである。
アメリカ食品医薬品局(FDA)は、しわ取り等の美容治療に使われる「ボトックス」(Botox)が、ひどい場合には死亡等の深刻な副作用を起こし得ると警告した。
「ボトックスを注射した部位ではない他の部位に筋肉麻痺反応が起きる副作用が報告された」、「ボトックス注射を打って病院に入院したり、死亡することもあった」ということであった。深刻なボトックスの副作用が発生した患者の大部分は、脳性マヒによる筋肉硬直を治療するために脚の筋肉にボトックス注射を打った子供の患者達であるとFDAは明らかにした。
韓国内でもボトックスは脳性マヒ患者の筋肉治療はもちろん、硬直した首の筋肉の治療や顔面筋肉の硬直による痛みの治療及び声帯麻痺の治療等に広範囲に使われている。美容治療分野ではシワ取り・皮膚の老化防止治療等に使われており、最近老化防止医療が流行しながらボトックスの使用量は毎年増加している。
ボトックスを筋肉に注射すれば、筋肉神経が麻痺する効果がある。これにより脚の筋肉が過度に硬直した脳性麻痺の子供にボトックスを注射して歩き方を自然にする治療が施行されてきた。FDAは、ボトックス毒素が脚以外に体内の他の部位に広がっていき、呼吸筋肉の機能に影響を及ぼして副作用が発生したものとみている[FDA NEWS RELEASE FOR IMMEDIATE RELEASE April 30、2009、FDA Patient Safety News: Show #74、April 2008]。 FDAはこれと関連して「ボトックスを打ってから呼吸が遅くなったり飲み込みにくくなったりする症状が出るかを患者と医者らは注意する必要がある」といっている[FDA−approved Patient Labeling 7/31/09 APPENDIX 1: MEDICATION GUIDE BOTOX、BOTOX Cosmetic(Boe−tox)(on a botulinum toxin A) for Injection]]。
しかしFDAは、「シワ取り等の美容目的で使われたボトックス注射では、いまだ深刻な副作用事例が報告されていない」といっている。FDAは、これと関して医者らにボトックス処方を中断させるという措置を取らなかった。
アメリカの消費者団体らは最近、「1997年から2006年までFDAに報告されたボトックス関連の副作用事例が180件であり、そのうち16件の死亡事例もある」とボトックス使用時に異常反応が生じ得るという警告を強化するようにという請願をFDAに出している。
従来の発明では、酸沈殿(USP 7,354,740. Animal product free system and process for purifying a botulinum toxin、Allergan、Inc.)、又は酸沈殿後にクロマトグラフィーを追加的に施行(USP 7,452,697. Chromatographic method and system for purifying a botulinum toxin、Allergan、Inc. 韓国特許出願第10−2008−0016800号 クロストリジウム・ボツリヌムからボツリヌス毒素を精製する方法、メデックスゼン; 韓国特許出願第10−2002−0000685号 クロストリジウム・ボツリヌムA型毒素を精製する方法、メディトックス)してボツリヌス毒素を精製してきた。
しかし、上記の方法で精製されたボツリヌス毒素は、相当量が治療部位以外の体内に広がって周辺臓器や呼吸筋肉が麻痺する症状が現われており、深刻な場合には死亡に至る深刻な副作用を有するものと知られている。
韓国特許出願第10−2008−0016800号
本発明は、上記の問題点を解決するために提案されるものであり、酸沈殿又は酸沈殿後のクロマトグラフィーによって精製された既存のボツリヌス毒素A型製剤を塩化ナトリウムを使用して陰イオンイオン交換樹脂クロマトグラフィーして3つの異質な亜分画が存在することを確認し、そのうちの一つの亜分画が筋麻痺活性を有しながらも体内非拡散型であることを確認した。
すなわち、本発明は、体内非拡散型でありながら局所制限的に筋麻痺活性を有する非拡散型ボツリヌス毒素とこれを分離する方法を提供するところにその目的がある。
上記した目的を達成するための一例として、本発明の非拡散型ボツリヌス毒素の精製方法は、精製されたボツリヌス毒素A型製剤を、pHは4.5ないし6.5の範囲、塩化ナトリウム(NaCl)の濃度を0.02ないし0.2Mに調節して添加した陰イオンイオン交換樹脂クロマトグラフィーを遂行して亜分画を分離する段階;及び上記亜分画のうちA260/A280の値が0.4ないし0.6の水準を維持する非拡散性ボツリヌス毒素分画を収得する段階を含んでなることを特徴とする。
上記した目的を達成するための一例として、本発明の非拡散型ボツリヌス毒素は、上記した方法によって分離精製されたものであって、毒素100U/ml当りZnイオンが少なくとも150ppb、Feイオンが少なくとも80ppb、Mgイオンが少なくとも140ppbで含まれることを特徴とする。
上記した目的を達成するための一例として、本発明の非拡散型ボツリヌス毒素を判別する方法は、上記非拡散型ボツリヌス毒素をその半数致死量の1.5ないし3倍の量でマウスの右下肢に注射し、右下肢の筋肉と呼吸筋の麻痺有無と致死有無を判断することを特徴とする。
上記した本発明によれば、目的とする部分に筋麻痺効果が発生し、それ以外の部分には毒素が拡散せず、筋麻痺効果が早く持続的に発生する局所筋麻痺効果を有する非拡散型ボツリヌス毒素を得ることができる。
また本発明によれば、既存と異なって各生産配置別にタンパク質対比毒素力価が高い非拡散型ボツリヌス毒素を得ることができる。
また本発明によれば、陰イオンクロマトグラフィー条件を調節して拡散性毒素と混合しない非拡散型ボツリヌス毒素を多量に得ることができる。
図1は、実施例1によって亜分画を分離した結果を示したイオン樹脂クロマトグラフィーの結果である。 図2は、バッファーのpH変化による亜分画ピーク%の変化を示したグラフである。 図3は、試料量に伴う各亜分画のピーク%の変化を示したグラフである。 図4は、実施例1によって分離された亜分画のうち、活性分画(pI及びpII)の投与量(A)及び投与後の時間変化(B)に伴う生存率を示したものである[Mouse: ICR、female、4week、18〜22g n=10、IM injection into right hind leg]。 図5は、実施例1によって分離された亜分画のうち、体内非拡散型活性分画(pII)と既存の市販製品をマウスの右下肢に投与後12時間の体内拡散性を比較した写真である。 図6は、実施例1によって分離された亜分画のうち、体内非拡散型活性分画(pII)と既存市販製品をマウスの右下肢に投与後、投与量(A)及び投与後の時間(B)に伴う生存率を示したグラフである。 図7は、実施例1によって分離された亜分画のうち、体内非拡散型活性分画(pII)と既存の市販製品を1Uずつマウスの右下肢に投与後、筋麻痺の効果開始時間を比較したグラフである。 図8は、実施例1によって分離された亜分画のうち、体内非拡散型活性分画(pII)と既存市販製品を0.5Uずつマウスの右下肢に投与後、筋麻痺効果の持続時間を比較したグラフである。
以下、本発明の非拡散型ボツリヌス毒素の精製方法を段階別に具体的に説明する。
本発明は、精製されたボツリヌス毒素A型製剤を塩化ナトリウム(NaCl)の濃度を調節して添加した陰イオンクロマトグラフィーを遂行して亜分画を分離する段階と、上記亜分画のうちA260/A280の値が0.4ないし0.6の水準を維持する非拡散性ボツリヌス毒素分画を収得する段階を含んでなることを特徴とする。
本発明の非拡散型ボツリヌス毒素の精製方法は、既存の酸沈殿法や酸沈殿後にイオン樹脂クロマトグラフィーを利用して得られたボツリヌス毒素を再び本発明の発明者によって提案された新しい陰イオンイオン交換樹脂クロマトグラフィー法を適用して非拡散型ボツリヌス毒素の分画を獲得する方法である。
したがって、本発明の非拡散型ボツリヌス毒素の精製方法には、クロストリジウム・ボツリヌム(Clostridium botulinum)A型菌株培養液からボツリヌス毒素A型製剤を酸沈殿させるか、酸沈殿後にクロマトグラフィーによって分離し精製して得られたボツリヌス毒素A型製剤を使用する。
上記した精製されたボツリヌス毒素A型製剤を塩化ナトリウムを使用して陰イオンイオン交換樹脂クロマトグラフィーを遂行する場合、イオン交換樹脂から 3つの亜分画を得ることができる。上記陰イオンイオン交換樹脂クロマトグラフィーを遂行するために使用される緩衝液は酢酸ナトリウム(sodium acetate)緩衝液であり、ここに亜分画を得るために添加される塩化ナトリウム濃度を順次に高めて分離される各分画を取る。塩化ナトリウムを使用しない場合(濃図0M NaCl)に分離される分画は、体内拡散型活性分画(peak I、pI)であることが確認され、塩化ナトリウムの濃度を0.02ないし0.2Mにした場合に分離される分画は、体内非拡散型活性分画(peak II、PII) であることが確認されており、塩化ナトリウムの濃度を1Mにした場合に分離される分画は、体内拡散型非活性分画(peak III、pIII)であることが確認された。
すなわち、上記したpIIを得るために使用される塩化ナトリウムの濃度は0.02ないし0.2Mの範囲であり、塩化ナトリウムを使用しないか、塩化ナトリウムの濃度が上記範囲より高いか低い場合には、収得される亜分画にpI 又はpIII分画が混合することがあり得るため、本発明で目的とする局所的筋麻痺効果を有する非拡散型活性分画を得ることが困難である。
一方、上記の通り塩化ナトリウムを使用した陰イオンイオン交換樹脂クロマトグラフィーの場合、緩衝液のpHが4.5ないし5.5の範囲で遂行される場合、分離する亜分画のうちpI又はpIII分画の混合程度が少なくなりpII分画の純度が高くなる。これはA260/A280を比較するかマウスの右下肢筋肉注射時の麻痺部位の程度で確認することができる。
また、上記の通り塩化ナトリウムを使用した陰イオンイオン交換樹脂クロマトグラフィーの場合、精製されたボツリヌス毒素A型製剤の試料量が、使用される陰イオンイオン交換樹脂クロマトグラフィーカラム体積対比1/5ないし1倍の範囲で遂行される場合、pIIの分画量が大きくなる。すなわち、カラムの体積が1mlで、精製されたボツリヌス毒素A型製剤の試料量が0.2ないし1mlの場合に得られるpIIの分画量は20%ないし50%の範囲で現われる。
一方、上記した本発明の非拡散型ボツリヌス毒素の精製方法によって得られた pII分画は、マウスを使用して確認した半数致死量(total LD50)が1×10ないし5×10U/mlで現われる等、安定しているものと確認された。また、処置対象に投与時に目的部位以外に拡散する現象がなく、市販製品と比較する場合、筋麻痺効果の開始が有意的に早く、筋麻痺持続時間が長いということを確認することができる。
また、上記した本発明の非拡散型ボツリヌス毒素の精製方法によって得られた非拡散型ボツリヌス毒素(pII分画)は、毒素100U/ml当りZnイオンが少なくとも150ppb、Feイオンが少なくとも80ppb、Mgイオンが少なくとも140ppbで含まれる。本発明の非拡散型ボツリヌス毒素の精製方法は、既存の方法によって精製されたボツリヌス毒素A型よりMg、Fe及びZnの含量が有意的に高く現われる特徴があることを確認した。
このような本発明の精製方法によって得られた非拡散型ボツリヌス毒素は、その半数致死量の1.5ないし3倍の量でマウスの右下肢に注射時、右下肢の筋肉は麻痺する反面、呼吸筋の麻痺や致死活性がないものと確認され、これにより本発明の非拡散型ボツリヌス毒素の拡散有無を判別することができる。
以下本発明を実施例及び図面等に基づいて具体的に説明するところ、本発明が次の実施例及び図面等によって限定されるものではない。
以下、本発明の実施例等で使われた市販製品は、USP 7,354,740[Animal product free system and process for purifying a botulinum toxin]に開示された方法によって製造されたアラガン社(Allergan、Inc)のボトックス製剤(Lot#: C2066 C2、C2481 C2)であるが、本発明がここに提示された市販製品や方法によって精製されたボツリヌス毒素A型製剤にのみ適用されるのではなく、その他の酸沈殿等によって精製されたボツリヌス毒素A型製剤として使用可能なものなら充分に適用することができるものである。
実施例1. 陰イオンイオン樹脂クロマトグラフィー分離分画
ボツリヌス毒素培養液を既存の酸沈殿法で精製した精製物を試料として陰イオンクロマトグラフィーを実施して3つの亜分画を分離し、分離結果は図1に示した[pI、Peak I(体内拡散型活性分画); pII、Peak II(体内非拡散型活性分画); pIII、PeakIII(非活性分画)]。
陰イオンイオン交換クロマトグラフィー時の使用器機はAKTA FPLC(GE Healthcare)で、使用カラム(column)はHitrap DEAE FF 1ml(GE healthcare、Cat# 17−5055−01)、使用緩衝液(buffer)はランニング緩衝液(running buffer)として酢酸ナトリウム緩衝液(Sodium Acetate buffer)(pH5.5)、エルーション緩衝液(elution buffer)だった。
酢酸ナトリウムに1M塩化ナトリウム(pH5.5)、エリューション(Elution)条件0M NaClでunbound wash(pI、体内拡散型活性分画)した後、0.05M NaCl(pII、体内非拡散型活性分画)を利用してピーク(peak)を分離し、1M NaClでエリューション(elution)(pIII、非活性分画)、流速(Flow rate)1ml/min、試料前処理として酸沈殿後に脱塩(desalting)して使用した。
実施例2. バッファー(Buffer)のpH変化によるピーク(Peak) 変化及び特性
上記陰イオンイオン交換クロマトグラフィー時に使用したバッファーのpHの変化に伴う亜分画のピーク%は、図2に示した。図2に図示したように、バッファーのpHが4.5ないし5.5の範囲の場合、pIIのピーク%が大きくなることを確認することができる。バッファーのpHに伴う亜分画のA260/A280は次表1に示し、半数致死量(Total LD50(Unit))を次表2に示した。
上記表1に示されたように、バッファーのpHが4.5ないし5.5の範囲の場合、A260/A280が0.45ないし0.6と示されて投与試料として適するものと判断することができる。
したがって、精製された体内非拡散型活性分画(pII)を得るためには、バッファーのpHを4.5ないし5.5に調節するのが望ましいのである。
上記表2に示されたように、バッファーのpHが5.0ないし5.5の範囲の場合、半数致死量が0.8×10ないし3.5×10U/mlと示されてpIIの回収率が高いものと判断することができる。
したがって、安定した体内非拡散型活性分画(pII)を得るためには、バッファーのpHを5.0ないし5.5に調節するのが望ましいのである。
実施例3. 試料量(sample loading)の変化によるピーク変化及び特性
実施例1と同一の方法で亜分画を得るが、このための試料の量変化による各亜分画(pI、pII及びpIII)のピーク特性変化を図3に示し、各亜分画別A260/A280の変化を次表3に示し、半数致死量(Total LD50(Unit))を次表4に示した。
上記表3に示されたように、試料量が0.25ないし2mlの範囲の場合、A260/A280が0.4ないし0.6と示され、投与試料として適するものと判断することができる。
したがって、体内非拡散型活性分画(pII)を多量に得るためには、試料量をカラム体積対比1/5ないし2倍の範囲で調節するのが望ましいのである。
上記表4に示されたように、試料量が0.25ないし1mlの範囲の場合、半数致死量が0.8×10ないし3.5×10U/mlと示され、pIIの回収率が高いものと判断することができる。
したがって、安定した体内非拡散型活性分画(pII)を得るためには、試料量をカラム体積対比1/5ないし1倍の範囲に調節するのが望ましいのである。
実験例1. 筋麻痺効果の比較試験方法
1) 右下肢筋肉注射方法
上記実施例1によって分離された亜分画の筋麻痺効果を確認するために、マウスを使用して右下肢筋肉注射法を遂行した。
使用したマウス(ICRMouse、female、4week、18〜22g)は実験群当り10匹であり、マウスの重さを正確に測定して記録した。50μlハミルトン注射器に上記亜分画を1U/20μl濃度で単位に合うように空気なく満たしてからICRマウスの右側後脚の足首部位で針を3cmほど入れて筋肉内に注射した。筋肉内注射後、時間帯別に次表5に提示された麻痺指数及び測定基準に準して麻痺指数及び死亡有無を観察してその結果を図4 に示した。
図4に図示されたように、上記実施例1で分離した亜分画のうち体内非拡散型活性分画(pII)は拡散型活性分画(pI)に比べて投与用量対比有意な生存率増加をにせ(A)、投与用量2Uで時間経過に伴う生存率はpII 100%対比pI 0%の極端的な差を示したこと(B)を確認することができる。
実験例2. 市販製品と体内非拡散型活性分画(pII)間の体内拡散性比較
市販製品(アラガン社ボトックス(Lot#: C2066 C2、C2481 C2))と上記実施例1によって分離された亜分画pIIの筋麻痺効果を確認するために、マウスを使用して右下肢筋肉注射法を遂行した。
使用したマウス(ICRMouse、female、4week、18〜22g)は実験群当り10匹であり、マウスの重さを正確に測定して記録した。50μlハミルトン注射器に精製前試料と亜分画pIIを1U/20μl濃度で単位に合うように空気なく満たしてからICRマウスの右側後脚の足首部位で針を3cmほど入れて筋肉内に注射した。筋肉内注射後、体内拡散性を観察するために、マウスの麻痺程度を肉眼で確認し、注射後12時間が経過したマウスの状態を写真図5に示し、投与時間及び投与量に伴う死亡有無を観察した結果を図6に示した。また、筋麻痺効果の開始時間は図7に示し、筋麻痺効果の持続時間を図8に示した。
図5に図示されたように、pIIは筋肉内注射した右下肢が麻痺するが、既存市販製品は腰及び反対側の脚まで拡散して麻痺したことを示している。
図6に図示されたように、pIIは市販製品に比べて投与用量対比有意な生存率増加をみせ(A)、投与用量2Uで時間経過に伴う生存率はpII 100% 対比既存技術製造品0%の極端的な差を示すことを確認することができる(B)。
図7に図示されたように、pIIは市販製品に比べて投与用量1Uで筋麻痺効果の開始が有意的に早く現われることを確認することができる。
図8に図示されたように、pIIは市販製品に比べて投与用量0.5Uで筋麻痺効果の持続期間が80日以上長かった。
実験例3. ボツリヌス毒素凍結乾燥物のイオン含量分析
市販製品(アラガン社ボトックス(Lot#: C2066 C2、C2481 C2))と上記実施例1によって分離された亜分画pIIの凍結乾燥物間のイオン含量についての分析を遂行した。
市販製品と比較するためにpII分画を希釈して同じ量のボツリヌス毒素(100U)と付随添加物を瓶に入れて凍結乾燥を遂行し、マウス半数致死試験法を利用して市販製品とpII凍結乾燥物間の活性が同一であることを確認した後イオン含量分析を進行した。二つの凍結乾燥物を蒸溜水10mlを用いて溶かした後、誘導結合プラズマ質量分析機を利用してイオン含量を測定し、その結果を次表7に示した。
上記表7に示されたように、本発明によって精製された非拡散型ボツリヌス毒素(pII分画)の凍結乾燥物が市販製品に比べてMg、Fe、Znイオンの含量が有意的に高いことを確認することができた。
以上で説明した本発明は、前述の実施例及び添付された図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を脱しない範囲内でさまざまな置換、変形及び変更が可能なことは、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明白なことである。
本発明によれば、目的とする部分に筋麻痺効果が発生し、それ以外の部分には毒素が拡散せず、筋麻痺効果が早く持続的に発生する局所筋麻痺効果を有する非拡散型ボツリヌス毒素を多量に得ることができる。

Claims (3)

  1. 精製されたボツリヌス毒素A型製剤を、pHは4.5ないし6.5の範囲、
    塩化ナトリウム(NaCl)の濃度を0.02ないし0.2Mに調節して添加した陰イオンイオン交換樹脂クロマトグラフィーを遂行して亜分画を分離する段階;及び
    上記亜分画のうちA260/A280の値が0.4ないし0.6の水準を維持する非拡散性ボツリヌス毒素分画を収得する段階を含んでなることを特徴とする非拡散型ボツリヌス毒素の精製方法。
  2. 請求項1によって分離精製されたものであって、
    毒素100U/ml当りZnイオンが少なくとも150ppb、Feイオンが少なくとも80ppb、Mgイオンが少なくとも140ppbで含まれることを特徴とする非拡散型ボツリヌス毒素。
  3. 請求項2の非拡散型ボツリヌス毒素をその半数致死量の1.5ないし3倍の量でマウスの右下肢に注射し、右下肢の筋肉と呼吸筋の麻痺有無と致死有無を判断することを特徴とする非拡散型ボツリヌス毒素を判別する方法。
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