JP2017507946A - Rnaを胃腸内投与するための組成物 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ポリリボヌクレオチド(RNA)およびカチオン性剤を含み、胃腸管へ投与するための固形剤として製剤化されている医薬組成物に関する。さらに、本発明は、上記医薬組成物のRNAの全身送達のための使用、および、上記医薬組成物を胃腸管に投与する工程を含む、RNAを対象へ全身送達する方法に関する。さらに、本発明は、キットに関する。
Description
本発明は、ポリリボヌクレオチド(RNA)およびカチオン性剤を含み、胃腸管へ投与するための固形剤として製剤化されている医薬組成物に関する。本発明は、さらに、RNAを全身送達するための上記医薬組成物の使用、および、上記医薬組成物を胃腸管へ経口投与する工程を含む、RNAを対象に全身送達する方法に関する。さらに、本発明は、キットに関する。
核酸療法の実現可能性は、結局のところ、核酸を細胞内、および/または、1つまたは複数の組織(内)に送達する効率的な方法の利用可能性に依存している。
一般に、核酸の送達では、細胞をトランスフェクションするのに、場合によっては、裸の核酸の使用が好適であり且つ充分である(非特許文献1)。しかしながら、想定される実際の用途の多くで、核酸を少なくとも1つの第二の剤であって、送達の間に核酸を分解から保護し、かつ/または、核酸の標的組織(内)への分布を促進し、かつ/または、核酸の細胞内取り込みを促進して好適な細胞内プロセッシングを可能にするものと配合することが有利であるか、または、常に必要とされている。そのような核酸送達用の製剤は、科学文献においてベクターと呼ばれている。これまでに、核酸のベクター化用の化合物、いわゆる、トランスフェクション試薬が非常に多数報告されている。これら化合物は、大抵、ポリカチオンか、またはカチオン性脂質若しくはリピドイドのような脂質様化合物を含む化合物のどちらかである(特許文献1)。核酸とポリカチオンとの複合体はポリプレックスと呼ばれ、カチオン性脂質を含むこれらをリポプレックスと呼ぶ(非特許文献2)。同様に、ポリカチオンと脂質との両方を含む複合体が報告されている(非特許文献3)。トランスフェクション試薬は、核酸に結合して核酸を圧縮し、ナノメートルサイズの範囲の一次複合体を生じることに用いられる。塩含有媒体では、これら複合体が凝集する傾向にあり、これは塩誘導凝集としても知られ、細胞培養物でのトランスフェクションまたはインビボでの局所的投与に有利である(非特許文献4および5)。凝集を回避することができ、核酸とトランスフェクション試薬との複合体を、ポリ(エチレングリコール)のようなポリマーで表面を遮蔽することによって安定化することができる。遮蔽は、核酸とトランスフェクション試薬との複合体のオプソニン化および該複合体による捕耐活性化を回避することにも用いられる(非特許文献6)。トランスフェクション試薬による核酸の前記圧縮は、それらをヌクレアーゼによる分解に対して保護するだけでなく、それらをエンドサイトーシスによる細胞内取り込みに適したものとする。多数の直鎖状および分枝状ポリカチオンは、核酸に結合して圧縮することに適しており、特に限定されないが、ポリ(エチレンイミン)、ポリ(アミドアミン)デンドリマー、ポリ(2−(ジメチルアミノ)エチルメタクリレート)(pDMAEMA)またはポリ(N−(2−ヒドロキシプロピル)メタクリルアミド)(pHPMA)のカチオン性誘導体、ポリ(β−アミノエステル)(非特許文献7)、ポリ(リジン)、ヒストン、HMGタンパク質のような天然もしくは合成のカチオン性ポリ(アミノ酸)もしくはペプチド、またはキトサンのような炭水化物が挙げられる。核酸の複合体化および送達の目的のためには、上述する一級アミン、二級アミンおよび/または三級アミンに加えて、グアニジル部分を含有する構造体が、重要な種類の分子である。アルギニンベースの構造体(非特許文献8)、アルギニンで修飾したPAMAM(非特許文献9)またはグアニジル化PEI(非特許文献10)のようなグアニジル修飾したポリマーは、そのような系の効率性を目立たせる。特にRNA相互作用の場合には、当該グアニジル部分の分子的特徴が、ユニークな結合特性を示す(非特許文献11)。そのような構造体の形成のために、カトリッツキー(Katritzky)およびロゴボイ(Rogovoy)によって検討された方法を用いることができる(非特許文献12)。多くの場合、ポリプレックスは、更に修飾されて、細胞標的指向化もしくは細胞内標的指向化部分、ならびに/または、不活性化ウイルス(非特許文献13)、ウイルスカプシドまたはウイルスタンパク質もしくはペプチド(非特許文献14および15)または膜破壊性合成ペプチド(非特許文献16および17)のような膜不安定化成分を含有する。
しかしながら、いくつか利点があるにもかかわらず、現行の遺伝子送達用ウイルスベクターは強い免疫原性、挿入突然変異などの安全性の懸念を伴う。非ウイルスベクターは遺伝子導入効率が低く、制限される(Evans、2012)。後者の主な原因は、プラスミドDNAの核内への輸送が不十分であるためである。
エンドサイトーシス性取り込みに際して、複合体は、エンドソームおよびリソソームのような細胞内小胞の中へ隔離されて、細胞分解機構に曝露される。よって、効率的で機能的な核酸送達のためには、細胞内小胞からの脱出が必須であることが認識されており、その必要性は機能的ウイルス感染にも当てはまる(非特許文献16および17)。自然物がウイルスの感染性に対して進化してきたメカニズムは、合成ベクターによる効率的な核酸送達を達成するために模倣されてきた。結局のところ、ポリカチオン性トランスフェクション試薬をエンドソーム脱出機能で補うためにINFペプチド、GALAペプチドおよびKALAペプチドまたはメリチンおよびメリチン誘導体(非特許文献18)のような両親媒性の膜不安定化ペプチドが使用されて、大きな成功を収めている(非特許文献19)。リポプレックスでは、その脂質部分が細胞膜に融合する能力によって、当該機能が固有のものとなっている(非特許文献20および21)。ボウシフ(Boussif)らによる重要な中心的論文(非特許文献22)以降、ポリプレックスのエンドソーム脱出機能は、物理化学的手段によって実現できることが知られている。ポリプレックスを形成するのにポリ(エチレンイミン)(PEI)がポリカチオンとして用いられる場合、酸性pHでのPEIの緩衝能力は、エンドソーム脱出を引き起こすのに十分である。エンドソームの内腔は、エンドソームの膜に存在するプロトンポンプによって酸性にされることが知られている(非特許文献23)。この酸性化は、インフルエンザまたはアデノウイルスのような幾つかのウイルスのエンドソーム脱出のトリガーである。実験的証拠に裏付けられた、いわゆるプロトンスポンジ理論は、PEIの化学構造特徴を備えたポリマーの推定機構的作用:PEIの複数のアミノ基のかなりの割合が中性(生理学的な)pHで非プロトン化されている、を説明する(非特許文献24)。プロトン化およびそれによる正電荷を帯びた複数のアミノ基のおかげで、PEI様ポリマーは、核酸に結合して核酸を圧縮することができる。前記非プロトン化アミンは、酸性pHでプロトン化された状態となることができ、よって、エンドソーム内部で緩衝能力を持つことができる。プロトンポンプによるエンドソーム酸性化は、塩化物イオンの蓄積を伴う(非特許文献25)。PEIのような緩衝分子がエンドソーム内腔に存在する場合、プロトンポンプは、塩化物の蓄積と共に、エンドソーム内腔へ、多くのプロトンを緩衝分子が存在しない場合と同様に本来の酸性エンドソームpHに到達するまで輸送する。エンドソーム内部の不均衡なイオンの蓄積は、小胞の浸透圧の不安定化をもたらし、最終的には、小胞破裂と細胞質への前記核酸複合体の放出とをもたらすと考えられる。
前記プロトンスポンジ理論に基づき、数え切れないほどの研究者達が、酸性pHで緩衝能力を有するアミンを含む新規なポリマーライブラリーの創出において、PEIの構造的特徴を取り上げてきた。特許文献2および3では、カタオカらが、酸性pHでプロトン化できるアミン側鎖でカルボン酸側鎖が誘導体化されている、ポリ(グルタミン酸)またはポリ(アスパラギン酸)骨格に基づくポリマーを報告している。しかしながら、ポリカチオンにおけるトランスフェクション増強部分として役立つ、互い違いになった非同一アルキレンアミン単位を含有するオリゴ(アルキルアミン)の豊富な構造空間は、調査されていない。特に、これまで、mRNAトランスフェクションについて研究されてこなかった。
対照的に、カタオカらの科学的研究の多くは、ポリ{N−[N’−(2−アミノエチル)−2−アミノエチル]アスパルトアミド}に焦点が当てられてきた。ウチダらによる出版物(非特許文献26)では、一般式−(CH2−CH2−NH)m−Hの側鎖に繰り返しアミノエチレン単位を有する一連のN置換ポリアスパルトアミド類で同じ基を検討している。興味深いことに、その著者らがプラスミドDNAのトランスフェクションにおける該ポリマーファミリーの効率を検討したところ、“エンドソーム脱出効率および幾つかの細胞株へのトランスフェクション効率に関して、該ポリマー側鎖の繰り返しアミノエチレン単位の特徴的な奇遇効果が観察された。偶数の繰り返しアミノエチレン単位を含むポリマー由来のポリプレックス(PA−E)は、目立った細胞毒性を伴うことなく、奇数の繰り返しアミノエチレン単位を含むポリマー由来のポリプレックス(PA−O)のものよりも1桁高いトランスフェクション効率を達成した。この奇遇効果は、これらポリマーの緩衝能力、およびエンドソームpHで選択的に膜の完全性を破壊してPA−Eポリプレックスの高効率エンドソーム脱出をもたらす機能とよく合致していた。更に、前記ポリマー側鎖の複数のプロトン化アミノ基間で正確な間隔を有する多価に帯電した配列の形成は、エンドソーム膜の効率的な破壊に不可欠であり、それによって細胞質内への前記ポリプレックスの輸送を促進することが示された”(非特許文献26)。興味深いことに、同グループの研究者らが、1,2−ジアミノエチレン側鎖を有するポリ(アスパルトアミド)誘導体[PAsp(DET)]を1,3−ジアミノプロパン側鎖を有する類似体[PAap(DPT)]に対して比較したところ、PAap(DPT)は、粒子サイズおよびζ電位における[PAsp(DET)]との物理学的相違が僅かであったにも関わらず、N/Pによる細胞毒性の漸増的増加のために高いN/P比でプラスミドDNAのトランスフェクション効率の著しい落ち込みを示したことが観察された(非特許文献27)。従って、この奇遇ルールに基づき、3個のプロトン化可能なアミノ基とプロピレンスペーサー基とを含むポリマーは、PAsp(DET)より劣ること、1,3−ジアミノプロパン含有側鎖が毒性の問題に関連すること、を予想する。このようなポリマーのmRNAトランスフェクションに対する構造−活性関係について何も知られていない。
ゲアール(Geall)と同僚らは、一般式:−NH−CH2−(CH2)n−CH2−NH−CH2−(CH2)m−CH2−NH−CH2−(CH2)n―NH2(式中、mは0、1または2であり、nは0または1である)を有するポリアミン部分を含むコレステロール−ポリアミンカルバメートについて報告している(非特許文献28)。彼らは、これら物質の仔ウシ胸腺DNAの圧縮におけるpKa値およびそれらの特性を調べた。彼らは、コレステロールポリアミンカルバメートに沿った正電荷の位置化学的分配が、DNA結合親和性およびリポフェクション効率の調節に重要な役割を果たしていることを見出した。彼らは、調べたコレステロール−ポリアミンカルバメートのうち、ポリアミン部分−HN−CH2−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−CH2−NH2(プロピル/ブチル/プロピル)の構成要素であるスペルミンは、βガラクトシダーゼをコードするプラスミドDNAの細胞培養物でのトランスフェクションについて遥かに高いレポーター遺伝子発現を生じた一方、例えば、−HN−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−NH2(エチル/プロピル/エチル)は3〜10倍少ない効率であったことを見出した。従って、カタオカらの教示(奇遇ルール)およびゲアールらの知見に照らし、当業者は、核酸送達において後者の構造を却下するであろう。
ワン(Wang)らは、ポリ(メチルメタクリレート)−グラフト−オリゴアミンを、プラスミドDNAに対する効率的且つ低細胞毒性のトランスフェクション試薬として報告している(非特許文献29)。これらポリマーは、一般式H2N−CH2−CH2−(NH−CH2−CH2)m−NH2(式中、mは1、2または3である)のオリゴアミンを有するポリ(メチルメタクリレート)のアミノ分解によって得られた。著者らは、アミノ酸が長くなるにつれてトランスフェクション効率が上昇したことを見出した。
オウ(Ou)らは、Dde−HN−(CH2)a−HN−(CH2)b−HN−(CH2)a−NH−Ddeの構造を有する末端保護オリゴアミンからN,N’−シスタミンビスアクリルアミドとの共重合によって誘導されるポリ(ジスルフィドアミドアミン)を報告している(非特許文献30、特許文献4)。彼らは、aが2且つbが2、aが2且つbが3、aが3且つbが2、aが3且つbが3、aが3且つbが4(スペルミン)の組み合わせを調べた。Ddeは2−アセチルジメドン保護基である。前記保護基の除去後、合成はポリ(ジスルフィドアミドアミン)を生成し、本来の内部の二級アミンは該ポリマー主鎖の一部としての三級アミンとなり、三級アミンは未反応のままのエチレンまたはプロピレンアミン側鎖の一部となる。当該ポリマーは、核酸送達に適したpH範囲において緩衝能力を有し、細胞へのプラスミドDNAのトランスフェクションに有用である。
近年、インビトロおよびインビボでの核酸送達に対して、新しい種類の、脂質様であるが脂質でない合成構造体、いわゆるリピドイドの有用性が発見された(特許文献1および5、非特許文献31および32)。リピドイドは、アミン含有化合物を脂肪族エポキシド、脂肪族アクリレート、脂肪族アクリルアミドまたは脂肪族アルデヒドと反応させることによって得られる。それらの著者ら/発明者らは、リピドイドライブラリーを得る合成手法と、インビトロで細胞への核酸送達における有用性を有する有益な化合物を選択するスクリーニング手法とを提供している。
上記から明らかなとおり、プラスミドDNA、オリゴヌクレオチド、siRNAまたは核酸類似体のような他の核酸分子の送達に関して、多数の研究および開発活動が過去に行われてきた。mRNA送達は、非常に深くは調べられていない。ある著者らは、DNAまたはsiRNA送達に十分役に立つ化合物および製剤がmRNA送達に同様に役に立つであろうと主張してきた。しかしながら、プラスミドDNAまたはsiRNAと対照的に、mRNAは一本鎖分子である。したがって、構造的考察だけに基づくと、mRNA送達には、DNAまたはsiRNA送達とは異なる化合物および製剤の要求が予想される。
上で引用した先の文献は、プラスミドDNAまたはsiRNAのような二本鎖核酸の細胞内または1つまたは複数の組織内への送達を報告している。特に、DNA、主にプラスミドDNA(pDNA)の経口または直腸内投与に基づく遺伝子治療アプローチが適用されている。代表例は、ダス(Dass)(非特許文献33)、バブサル(Bhavsar)(非特許文献34〜36)、ダドワー(Dhadwar)(非特許文献37)、チェン(Chen)(非特許文献38)、ロイ(Roy)(非特許文献39)、ボウマン(Bowman)(非特許文献40)、カンベ(Kanbe)(非特許文献41)、タイ(Tai)(非特許文献42)、および、ジーン(Jean)(非特許文献43)に記載されている。これに関して、キトサンを介在させたDNA送達が、例えばキトサン/DNAナノ粒子を使用して、一般的に適用されていた(非特許文献33、37〜40、43)。ナノ粒子−イン−マイクロスフィア経口システム(NiMOS)も採用されている(非特許文献34〜36)。ベクターを使用しない遺伝子治療も提案されている(非特許文献41)。しかしながら、上記報告された方法および化合物がmRNAのような一本鎖DNAを細胞内または1つまたは複数の組織内へ送達することができるかどうかは、RNAの経口投与により達成され得るかは言うまでもなく、未知である。特に、mRNAのトランスフェクションは、細胞内へのプラスミドDNAのトランスフェクションと実質的に異なることが以前から認められている(非特許文献44および45)。
これを踏まえ、本発明者らが、特許文献6に開示されたポリマーファミリーの100を超えるメンバーを、RNA送達、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAの送達における適合性についてスクリーニングしたところ、いずれの化合物も、該mRNAによってコードされる遺伝子の発現を生じる様式でmRNAをトランスフェクションするには有用でなかった。対照的に、それら化合物は全て、プラスミドDNAおよび/またはsiRNAの送達に有用である。従って、細胞への二本鎖核酸の送達について確立されたルールは、一本鎖mRNAには先験的に当てはまらない。特許文献6の開示は、2〜60単位のオリゴ(アルキレンアミノ)酸ユニットであり、一般式:HOOC−Z−R−NH−[(CH2)b−NH]a−H(式中、Zは、一連のメチレンまたは様々な他の基(groupings)であり、Rは、メチレン基またはカルボキシ基であり、aおよびbは、独立して、それぞれ1〜7または2〜7の整数である)に相当する化学的に規定されたオリゴマー群を含む。このオリゴマーファミリーは、いわゆるプロトンスポンジ効果を発揮することができるプロトン化可能なアミノ基を含み、インビトロおよびインビボでプラスミドDNAおよびsiRNAのトランスフェクションにおいて高活性であることが示されている。重要なことに、特許文献6および関連する科学出版物は、どのようにして一般式:HOOC−Z−R−NH−[(CH2)b−NH]a−Hに相当する構成要素から配列を規定したオリゴマー/ポリマーライブラリーを確立することができるかを非常に詳細に教示している。
DNAに基づく遺伝子治療に代替するものはメッセンジャーRNA(mRNA)の送達である。特に、近年、mRNAは非ウイルス遺伝子治療を代替するものとして台頭している。mRNAはその機能を細胞質内で発揮するため、核膜通過輸送に関する制限は克服される。これらの制限は、mRNAに基づく転写産物治療では無関係である。
しかしながら、単純かつ耐容性の良好なRNAに基づく遺伝子治療を可能とする好適かつ信頼性の高いアプローチは、未だにない。
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よって、本発明の根底にある技術的課題は、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを細胞内または組織に高効率で送達する単純かつ信頼性の高い耐容性の良好な手段および方法を、特に遺伝子治療アプローチに関して、提供することである。
この課題は、特許請求の範囲で特徴付けられ、かつ、以下の一般的な説明および実施例によって更に詳細に例示される実施形態の提供によって達成される。
したがって、本発明は、本明細書中で更に規定される様々な実施形態で、下記を提供する:
(i)RNAおよびカチオン性剤を含み、胃腸管(内)に投与(例えば、直腸内投与、好ましくは経口投与)するための固形剤として製剤化されている(医薬)組成物;
(ii)RNAおよび/または該RNAから翻訳されたタンパク質を全身送達するための、および/または、RNAを、特に胃腸管の、細胞内および/または組織内に送達するための、本発明の医薬組成物の使用;
(iii)RNAおよび/または該RNAから翻訳されたタンパク質を対象に全身送達するか、対象の、特に胃腸管の、細胞および/または組織にRNAを送達する方法であって、本発明の医薬組成物を胃腸管(内)に経口投与(例えば、直腸内投与、好ましくは経口投与)する工程を含む、方法。
(i)RNAおよびカチオン性剤を含み、胃腸管(内)に投与(例えば、直腸内投与、好ましくは経口投与)するための固形剤として製剤化されている(医薬)組成物;
(ii)RNAおよび/または該RNAから翻訳されたタンパク質を全身送達するための、および/または、RNAを、特に胃腸管の、細胞内および/または組織内に送達するための、本発明の医薬組成物の使用;
(iii)RNAおよび/または該RNAから翻訳されたタンパク質を対象に全身送達するか、対象の、特に胃腸管の、細胞および/または組織にRNAを送達する方法であって、本発明の医薬組成物を胃腸管(内)に経口投与(例えば、直腸内投与、好ましくは経口投与)する工程を含む、方法。
驚くべきことに、mRNAなどのRNAは、カチオン性剤(例えば、PEIまたはC12−(2−3−2))と共に投与し、かつ、固形剤内にまたは固形剤として製剤化(例えば、カプセル中に提供)すると、分解されず、そのため、その所望する治療機能が失われずに経口投与することができることが見出された。
特に、リピドイド/mRNA複合体を固形剤(例えば、硬質ゼラチンカプセル中で(図35を参照))として経口投与すると、mRNAがラット胃腸管で効果的に発現する(ルシフェラーゼシグナル)ことが見出された。該リピドイド/mRNA複合体は、トレハロースで凍結乾燥することができ、かつ/または、ナノ粒子および/またはマイクロ粒子中にローディングすることができた。これに対して、主要な臓器(心臓、肺、肝臓、脾臓、腎臓)において、また、mRNAを非固形、すなわち液体製剤として経口投与した場合には、顕著な発現は検出されなかった。
他の驚くべき発見は、PEIと共に投与すると、ヘルパー脂質および/またはマイクロ粒子を使用しなくても効果的なmRNAの発現を達成できたことである(図36を参照)。しかしながら、ナノ粒子および/またはマイクロ粒子としての、または、ナノ粒子および/またはマイクロ粒子中の製剤もmRNA発現に関して非常に良好な結果を示した(図36を参照)。
原則として、カチオン性剤とは、正電荷を提供するため核酸(通常、負に帯電している)と複合化して核酸と複合体を形成することができる、本発明に係る任意の剤である。通常、本発明に関して使用されるカチオン性剤は、オリゴカチオン性剤またはポリカチオン性剤である。カチオン性剤は、カチオン性オリゴマー、カチオン性ポリマー、または、カチオン性脂質もしくはカチオン性リピドイドであり得る。
非限定的な好適なカチオン性ポリマーの1つは、ポリエチレンイミン(PEI)である。原則として、本発明に従って任意のPEIを使用することができる。そのため、PEIは未分岐、部分分岐または分岐PEI(brPEI)であり得る。分岐PEI(brPEI)が好ましい。
他の一実施形態において、カチオン性剤、特にカチオン性のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイドは、PCT/EP2014/063756に記載されているように、例えば、特徴的なオリゴ(アルキレンアミン)部分のようなオリゴ(アルキレンアミン)部分を含み得る。特には、PCT/EP2014/063756に記載されているように、カチオン性剤はオリゴマー、ポリマーまたはリピドイドであり得る。非限定的な好適なカチオン性リピドイドの1つは、PCT/EP2014/063756に記載され、かつ、本明細書に定義および記載されているように、「C12−(2−3−2)」である。
具体的な一実施形態において、医薬組成物またはその成分の少なくとも1つ、特に、含まれているRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAは、単離されており、かつ/または、非天然である。
特に、本発明および本明細書中で更に規定される本発明の様々な実施形態に関して、下記のものが使用される:
・異なるアルキレンアミン単位を交互に含有するオリゴ(アルキレンアミン)を含む、細胞内または組織へのRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを送達することに有用なカチオン性のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイドであって、前記RNAを含み、かつ、胃腸内投与することができるため固形剤(例えば、本明細書の他の箇所に規定されているように(硬質または軟ゼラチン)カプセル剤、錠剤、坐剤、ペレット剤、顆粒剤または(分包)散剤)の形態を取り得る医薬組成物に含有される場合に特に有用であるもの。
・交互の異なるアルキレンアミン単位を含有するオリゴ(アルキレンアミン)を含む前記オリゴマー、ポリマーまたはリピドイドをRNA、特にmRNAと共に含む、細胞内または組織へのRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを送達することに有用な(医薬)組成物。特に、前記(医薬)組成物は胃腸内投与され得るため、上記剤形のいずれかを取り得る。
・前記化合物および組成物を調製する方法。
・前記化合物および組成物を用いて細胞内へRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを送達する方法、ならびに、本発明による前記組成物のRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを送達する能力を活用する医療用途および治療方法。
・異なるアルキレンアミン単位を交互に含有するオリゴ(アルキレンアミン)を含む、細胞内または組織へのRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを送達することに有用なカチオン性のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイドであって、前記RNAを含み、かつ、胃腸内投与することができるため固形剤(例えば、本明細書の他の箇所に規定されているように(硬質または軟ゼラチン)カプセル剤、錠剤、坐剤、ペレット剤、顆粒剤または(分包)散剤)の形態を取り得る医薬組成物に含有される場合に特に有用であるもの。
・交互の異なるアルキレンアミン単位を含有するオリゴ(アルキレンアミン)を含む前記オリゴマー、ポリマーまたはリピドイドをRNA、特にmRNAと共に含む、細胞内または組織へのRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを送達することに有用な(医薬)組成物。特に、前記(医薬)組成物は胃腸内投与され得るため、上記剤形のいずれかを取り得る。
・前記化合物および組成物を調製する方法。
・前記化合物および組成物を用いて細胞内へRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを送達する方法、ならびに、本発明による前記組成物のRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを送達する能力を活用する医療用途および治療方法。
RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを送達するのに有用な組成物に含まれる、直線状、分枝状および樹枝状のランダムもしくは配列規定された化合物を含むオリゴマー化合物もしくはポリマー化合物中、またはリピドイド化合物中の、交互に異なるアルキレンアミン単位を含有するオリゴ(アルキレンアミン)の豊富な構造空間は、調査されていない。当該化合物の配列空間それ自体も、調査されていない。
さらに驚くべきことに、本発明に関して、オリゴマー、ポリマーおよびリピドイドについての一般原理として、3つ以上の単位の基で長さを交互にし且つエチレンアミン単位を含有する複数のアルキレンアミン単位の配置が、細胞をRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAでトランスフェクションするための組成物において、長さが交互でない複数のアルキレンアミン単位の類似配置よりも一貫して効率的であったことを見いだした。よって、下記式(I)で例示され下で更に説明される共通の構造実体を共有する、オリゴマー、ポリマーまたはリピドイド、特にカチオン性のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイドが本発明に関して使用される。
(I)
特に、本発明の医薬組成物は、第一の態様で、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNA、および、オリゴ(アルキレンアミン)を含む成分(を含む組成物)を含み、該成分は下記(a)〜(c)から選択される。
(a)複数の式(II)の基を側鎖および/もしくは末端基として含む、オリゴマーまたはポリマー、特にカチオン性のオリゴマーまたはポリマー:
(II)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R6は、下で定義する通りであり、複数の式(II)の基において、各式(II)の基はそれぞれ独立しており:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;またはaは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R2〜R5は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;およびポリ(エチレングリコール)鎖から選択され、
R6は、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;ポリ(エチレングリコール)鎖;および受容体リガンドから選択され、
式(II)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(II)のカチオン基を提供してもよい)、
(b)複数の式(III)の基を反復単位として含む、オリゴマーまたはポリマー、特にカチオン性のオリゴマーまたはポリマー:
(III)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R5は、下で定義する通りであり、複数の式(III)の基において、各式(III)の基はそれぞれ独立しており:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;またはaは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R2〜R5は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;およびポリ(エチレングリコール)鎖から選択され;
式(III)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(III)のカチオン基を提供してもよい)、
(c)式(IV)の構造を有するリピドイド、特にカチオン性リピドイド:
(IV)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR1〜R6は、下で定義する通りであり:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;または、aは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R1〜R6は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;ポリ(エチレングリコール)鎖;および受容体リガンドから選択され;ただし、R1〜R6のうちの少なくとも2つの残基は、基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される)であり;
式(IV)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(IV)のカチオン基を提供してもよい)。
(a)複数の式(II)の基を側鎖および/もしくは末端基として含む、オリゴマーまたはポリマー、特にカチオン性のオリゴマーまたはポリマー:
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R6は、下で定義する通りであり、複数の式(II)の基において、各式(II)の基はそれぞれ独立しており:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;またはaは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R2〜R5は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;およびポリ(エチレングリコール)鎖から選択され、
R6は、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;ポリ(エチレングリコール)鎖;および受容体リガンドから選択され、
式(II)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(II)のカチオン基を提供してもよい)、
(b)複数の式(III)の基を反復単位として含む、オリゴマーまたはポリマー、特にカチオン性のオリゴマーまたはポリマー:
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R5は、下で定義する通りであり、複数の式(III)の基において、各式(III)の基はそれぞれ独立しており:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;またはaは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R2〜R5は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;およびポリ(エチレングリコール)鎖から選択され;
式(III)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(III)のカチオン基を提供してもよい)、
(c)式(IV)の構造を有するリピドイド、特にカチオン性リピドイド:
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR1〜R6は、下で定義する通りであり:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;または、aは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R1〜R6は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;ポリ(エチレングリコール)鎖;および受容体リガンドから選択され;ただし、R1〜R6のうちの少なくとも2つの残基は、基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される)であり;
式(IV)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(IV)のカチオン基を提供してもよい)。
更なる態様では、本発明で使用される組成物の調製に有用な中間体としての上記定義のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイド、ならびに、前記組成物を含む医薬組成物が、本発明に関して使用される。また、本発明の前記オリゴマー、ポリマーまたはリピドイド、ならびに、本発明の前記組成物および医薬組成物の製造方法が本明細書で記載される。
更に別の態様は、標的細胞内または組織へRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを、特に胃腸管(内)へ固形剤として投与して送達するための、本発明の(医薬)組成物または本発明のカチオン性のポリマーもしくはデンドリマーもしくはリピドイドの使用、および、本発明の(医薬)組成物を細胞または組織に接触させる工程を含む、細胞または組織内へRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを、特に胃腸管(内)へ固形剤として投与することにより送達する方法を記載する。
[オリゴ(アルキレンアミン)基]
式(II)、(III)および(IV)のオリゴ(アルキレンアミン)構造は、短い(説明のため“S”とも称される)エチレンアミン単位(すなわち、aまたはbが1である)と、長い(説明のため“L”とも称される)アルキレンアミン単位(すなわち、aまたはbの他の一つが2〜4の整数である)とを、交互の形式で組み合わせることを特徴とする。予想外に、複数のプロトン化可能な単位がこのように配置されると、生じた基が、細胞内へのRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを送達するためのビヒクルを提供する上で好適であるという利点が得られることが見出された。
式(II)、(III)および(IV)のオリゴ(アルキレンアミン)構造は、短い(説明のため“S”とも称される)エチレンアミン単位(すなわち、aまたはbが1である)と、長い(説明のため“L”とも称される)アルキレンアミン単位(すなわち、aまたはbの他の一つが2〜4の整数である)とを、交互の形式で組み合わせることを特徴とする。予想外に、複数のプロトン化可能な単位がこのように配置されると、生じた基が、細胞内へのRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを送達するためのビヒクルを提供する上で好適であるという利点が得られることが見出された。
上で指摘したように、本発明の好ましい一実施形態の(医薬)組成物で使用することができるオリゴマーまたはポリマーは、複数の式(II)のオリゴ(アルキレンアミン)基を側鎖および/または末端基として含む:
−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (II)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R6は、下で定義する通りであり、複数の式(II)の基において、各式(II)の基はそれぞれ独立しており:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;またはaは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R2〜R5は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;およびポリ(エチレングリコール)鎖から選択され、
R6は、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C16アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C16アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;ポリ(エチレングリコール)鎖;および受容体リガンドから選択される)。好ましくは、R2〜R5が水素であり、R6が、水素、アミノ基の保護基、−C(NH)−NH2およびポリ(エチレングリコール)鎖から選択される。より好ましくは、R2〜R6が水素である。好ましくは、R7が、C8〜C18アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC8〜C18アルケニルから、より好ましくはC8〜C12アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC8〜C12アルケニルから、最も好ましくはC10〜C12アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC10〜C12アルケニルから、選択される。
−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (II)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R6は、下で定義する通りであり、複数の式(II)の基において、各式(II)の基はそれぞれ独立しており:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;またはaは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R2〜R5は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;およびポリ(エチレングリコール)鎖から選択され、
R6は、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C16アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C16アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;ポリ(エチレングリコール)鎖;および受容体リガンドから選択される)。好ましくは、R2〜R5が水素であり、R6が、水素、アミノ基の保護基、−C(NH)−NH2およびポリ(エチレングリコール)鎖から選択される。より好ましくは、R2〜R6が水素である。好ましくは、R7が、C8〜C18アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC8〜C18アルケニルから、より好ましくはC8〜C12アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC8〜C12アルケニルから、最も好ましくはC10〜C12アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC10〜C12アルケニルから、選択される。
式(II)またはその好ましい実施形態に示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて式(II)のカチオン基を提供してもよい。
複数の式(II)の基とは、本発明のオリゴマーまたはポリマーに、式(II)の基もしくはその好ましい実施形態が2個以上、好ましくは3個以上、含有されることを意味する。複数の式(II)の基を含有するポリマーでは、10個以上の式(II)の基が存在することが好ましい。式(II)の基またはその好ましい実施形態は、ポリマーまたはオリゴマー内で同一の構造を有していてもよく、式(II)の範囲内で2つ以上の異なる構造を有していてもよいことが理解される。
別の好ましい一実施形態では、本発明の(医薬)組成物で使用することができるオリゴマーまたはポリマーは、複数の式(III)のオリゴ(アルキレンアミン)基を反復単位として含む:
−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n− (III)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R5は、下で定義する通りであり、複数の式(III)の基において、各式(III)の基はそれぞれ独立しており:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;またはaは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R2〜R5は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;ポリ(エチレングリコール)鎖;エンドソーム脱出エフェクターおよび受容体リガンドから選択される)。好ましくは、R2〜R5が水素である。好ましくは、R7が、C8〜C18アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC8〜C18アルケニルから、より好ましくはC8〜C12アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC8〜C12アルケニルから、最も好ましくはC10〜C12アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC10〜C12アルケニルから、選択される。
−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n− (III)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R5は、下で定義する通りであり、複数の式(III)の基において、各式(III)の基はそれぞれ独立しており:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;またはaは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R2〜R5は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;ポリ(エチレングリコール)鎖;エンドソーム脱出エフェクターおよび受容体リガンドから選択される)。好ましくは、R2〜R5が水素である。好ましくは、R7が、C8〜C18アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC8〜C18アルケニルから、より好ましくはC8〜C12アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC8〜C12アルケニルから、最も好ましくはC10〜C12アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC10〜C12アルケニルから、選択される。
式(III)またはその好ましい実施形態に示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(III)のカチオン基を提供してもよい。
任意で、複数の式(III)の基またはその好ましい実施形態を反復単位として含むオリゴマーまたはポリマーは、更に、式(II)の1以上のオリゴ(アルキレンアミン)基を側鎖および/または末端基として含むことができる。
反復単位としての複数の式(III)の基は、本発明のオリゴマーまたはポリマーに、式(III)の基またはその好ましい実施形態が、2個以上、好ましくは3個以上、含有されることを意味する。一般に、2〜9個の反復単位を含む物質は、本明細書中ではオリゴマーと呼ばれ、10個以上の反復単位を含む物質はポリマーと呼ばれる。よって、複数の式(III)の基を反復単位として含有するポリマーでは、好ましくは10個以上の式(III)の基が存在する。式(III)の基またはその好ましい実施形態は、ポリマーまたはオリゴマー内で同一の構造を有していてもよく、式(III)の範囲内で2つ以上の異なる構造を有していてもよいことが理解される。有利なことに、好ましい実施形態によれば、複数の式(III)の基を反復単位として含有するオリゴマーまたはポリマーを、制御された段階重合で異なる式(III)の基から製造される配列が決定されたポリマーのライブラリーの形態で提供することができる。
上記式(II)および(III)に従って、アルキレンアミン単位は、−S−L−L−S−または−L−S−S−L−(Sは短いエチレンアミン単位を表し、Lは長いアルキレンアミン単位を表す)の種類のオリゴ(アルキレンアミン)部分が生じ得るように、1回交互鎖で繰り返してもよい。しかしながら、式(II)および(III)の好ましい基は、短い単位または長い単位が二つ組で現れないように、繰り返しが起こらない、すなわちpが1であるものである。言い換えると、式(II)の基は、好ましくは式(IIa)のオリゴ(アルキレンアミン)基であり、式(III)の基は、好ましくは(IIIa)のオリゴ(アルキレンアミン)基である:
−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (IIa)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R6は、好ましい実施形態を含め、式(II)で定義する通りであり、式(IIa)に示される1個以上の窒素原子はプロトン化されてカチオン性オリゴマーまたはポリマー構造を提供してもよい);
−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n− (IIIa)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R5は、好ましい実施形態を含め、式(III)で定義する通りであり、式(IIIa)に示される1個以上の窒素原子はプロトン化されてカチオン性オリゴマーまたはポリマー構造を提供してもよい)。
−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (IIa)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R6は、好ましい実施形態を含め、式(II)で定義する通りであり、式(IIa)に示される1個以上の窒素原子はプロトン化されてカチオン性オリゴマーまたはポリマー構造を提供してもよい);
−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n− (IIIa)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R5は、好ましい実施形態を含め、式(III)で定義する通りであり、式(IIIa)に示される1個以上の窒素原子はプロトン化されてカチオン性オリゴマーまたはポリマー構造を提供してもよい)。
更に、式(II)および(III)のオリゴ(アルキレンアミン)基については、nが1であることが一般に好ましく、より好ましくは、mが1であり且つnが1である。よって、特に好ましくは、式(II)の基が式(IIb)のオリゴ(アルキレンアミン)基であり、式(III)の基が式(IIIb)のオリゴ(アルキレンアミン)基である:
−NR2−CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4−CH2−(CH2)a−NR5−R6 (IIb)
(式中、変数a、bおよびR2〜R6は、好ましい実施形態を含め、式(II)で定義する通りであり、式(IIb)に示される1個以上の窒素原子はプロトン化されてカチオン性オリゴマーまたはポリマー構造を提供してもよい);
−NR2−CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4−CH2−(CH2)a−NR5− (IIIb)
(式中、変数a、bおよびR2〜R5は、好ましい実施形態を含め、式(III)で定義する通りであり、式(IIIb)に示される1個以上の窒素原子はプロトン化されてカチオン性オリゴマーまたはポリマー構造を提供してもよい)。
−NR2−CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4−CH2−(CH2)a−NR5−R6 (IIb)
(式中、変数a、bおよびR2〜R6は、好ましい実施形態を含め、式(II)で定義する通りであり、式(IIb)に示される1個以上の窒素原子はプロトン化されてカチオン性オリゴマーまたはポリマー構造を提供してもよい);
−NR2−CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4−CH2−(CH2)a−NR5− (IIIb)
(式中、変数a、bおよびR2〜R5は、好ましい実施形態を含め、式(III)で定義する通りであり、式(IIIb)に示される1個以上の窒素原子はプロトン化されてカチオン性オリゴマーまたはポリマー構造を提供してもよい)。
式(II)、(IIa)、(IIb)および(III)、(IIIa)、(IIIb)のオリゴ(アルキレンアミン)基におけるアルキレンアミン単位の長さに関して、交互単位の1つがエチレンアミン単位である(すなわち、aまたはbの一方が1でなければならない)ことが理解される。他の交互単位は、プロピレンアミン単位、ブチレンアミン単位またはペンチレンアミン単位(すなわち、他の一方のaまたはbが2〜4の整数)であり得る。好ましくは、他の一方のaまたはbが2または3であり、より好ましくは、aが1であり且つbが2であるか、またはaが2であり且つbが1である。従って、より一層好ましい基(II)は式(IIc)のオリゴ(アルキレンアミン)基であり、より一層好ましい基(III)は式(IIIc)のオリゴ(アルキレンアミン)基である:
−NR2−CH2−CH2−NR3−CH2−CH2−CH2−NR4−CH2−CH2−NR5−R6 (IIc)
(式中、R2〜R6は、好ましい実施形態を含め、式(II)で定義する通りであり、最も好ましくは水素であり、式(IIc)に示される1個以上の窒素原子はプロトン化されてカチオン性オリゴマーまたはポリマー構造体を提供してもよい);
−NR2−CH2−CH2−NR3−CH2−CH2−CH2−NR4−CH2−CH2−NR5− (IIIc)
(式中、R2〜R5は、好ましい実施形態を含め、式(III)で定義する通りであり、最も好ましくは水素であり、式(IIIc)に示される1個以上の窒素原子はプロトン化されてカチオン性オリゴマーまたはポリマー構造を提供してもよい)。
−NR2−CH2−CH2−NR3−CH2−CH2−CH2−NR4−CH2−CH2−NR5−R6 (IIc)
(式中、R2〜R6は、好ましい実施形態を含め、式(II)で定義する通りであり、最も好ましくは水素であり、式(IIc)に示される1個以上の窒素原子はプロトン化されてカチオン性オリゴマーまたはポリマー構造体を提供してもよい);
−NR2−CH2−CH2−NR3−CH2−CH2−CH2−NR4−CH2−CH2−NR5− (IIIc)
(式中、R2〜R5は、好ましい実施形態を含め、式(III)で定義する通りであり、最も好ましくは水素であり、式(IIIc)に示される1個以上の窒素原子はプロトン化されてカチオン性オリゴマーまたはポリマー構造を提供してもよい)。
式(II)、(IIa)、(IIb)および(IIc)の基R2〜R6または式(III)、(IIIa)、(IIIb)および(IIIc)の基R2〜R6のいずれかが例えば特許文献5に記載されるようなアミノ基の保護基である限りにおいて、それらの好ましい実施形態は、t−ブトキシカルボニル(Boc)、9−フルオレニルメトキシカルボニル(Fmoc)、またはカルボベンジルオキシ(Cbz)である。
式(II)、(IIa)、(IIb)および(IIc)の基R2〜R6または式(III)、(IIIa)、(IIIb)および(IIIc)の基R2〜R6のいずれかが受容体リガンドである限りにおいて、有用な例は、フィリップおよびワグナーの「遺伝子および細胞療法−治療のメカニズムおよび戦略」第3版、第15章(CRC出版、テイラーアンドフランシスグループ社、ボーカラトーン、2009年)に示されている。肺組織に好ましい受容体リガンドは、フェイファー(Pfeifer)らの文献(Ther. Deliv. 1(1):133-48)に記載されている。好ましい受容体リガンドとしては、ペプチドライブラリーを特定の細胞表面構造体もしくは特定の細胞型への結合についてスクリーニングして得られるような、合成の環状または直鎖状のペプチド;環状または直鎖状のRGDペプチド;シアル酸、ガラクトースもしくはマンノースのような合成もしくは天然の炭水化物、または炭水化物の、例えばペプチドとの反応によって得られる合成リガンド;細胞表面構造体を特異的に認識する抗体;葉酸、上皮増殖因子およびそれらの誘導ペプチド;トランスフェリン;抗トランスフェリン受容体抗体、ナノボディおよび抗体フラグメント;既知の細胞表面分子に結合する承認薬などが挙げられる。
式(II)、(IIa)、(IIb)および(IIc)の基R1〜R6または式(III)、(IIIa)、(IIIb)および(IIIc)の基R2〜R5のいずれかがポリ(エチレングリコール)鎖である限りにおいて、該ポリ(エチレングリコール)鎖の好ましい分子量は、100〜20,000g/mol、より好ましくは1,000〜10,000g/mol、最も好ましくは1,000〜5,000g/molである。
最も好ましい基(II)は、式(IId)のオリゴ(アルキレンアミン)基である:
−NH−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−NH−H (IId)
(ここで、式(IId)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されてカチオン性ポリマーまたはデンドリマー構造を提供してもよい)。
−NH−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−NH−H (IId)
(ここで、式(IId)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されてカチオン性ポリマーまたはデンドリマー構造を提供してもよい)。
最も好ましい基(III)は、式(IIId)のオリゴ(アルキレンアミン)基である:
−NH−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−NH− (IIId)
(ここで、式(IIId)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されてカチオン性ポリマーまたはデンドリマー構造を提供してもよい)。
−NH−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−NH− (IIId)
(ここで、式(IIId)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されてカチオン性ポリマーまたはデンドリマー構造を提供してもよい)。
上で指摘したように、本発明の好ましい一実施形態の(医薬)組成物で使用することができるリピドイドは、式(IV)の構造を有する:
R1−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (IV)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR1〜R6は、下で定義する通りであり:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;または、aは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R1〜R6は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;ポリ(エチレングリコール)鎖;および受容体リガンドから選択され;ただし、R1〜R6のうちの少なくとも2つの残基は、基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される)である)。好ましくは、R1〜R6は、独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7もしくは−CH(R7)−CH2−OH(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;およびポリ(エチレングリコール)鎖から選択され;ただし、R1〜R6のうちの少なくとも2つの残基は、基−CH2−CH(OH)−R7もしくは−CH(R7)−CH2−OH(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される)である。より好ましくは、R1〜R6は、独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7もしくは−CH(R7)−CH2−OH(式中、R7は、C3〜C16アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C16アルケニルから選択される)から選択され;ただし、R1〜R6のうちの少なくとも2つの残基は、基−CH2−CH(OH)−R7もしくは−CH(R7)−CH2−OH(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される)である。より一層好ましくは、R1〜R6は、独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7もしくは−CH(R7)−CH2−OH(式中、R7は、C3〜C16アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C16アルケニルから選択される)から選択され;且つR2〜R5は、全て、基−CH2−CH(OH)−R7または−CH(R7)−CH2−OH(式中、R7は、C3〜C16アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C16アルケニルから選択される)である一群である。好ましくは、R7は、C8〜C16アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC8〜C18アルケニルから、より好ましくはC8〜C12アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC8〜C12アルケニルから、最も好ましくはC10〜C12アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC10〜C12アルケニルから、選択される。
R1−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (IV)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR1〜R6は、下で定義する通りであり:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;または、aは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R1〜R6は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;ポリ(エチレングリコール)鎖;および受容体リガンドから選択され;ただし、R1〜R6のうちの少なくとも2つの残基は、基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7もしくは−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される)である)。好ましくは、R1〜R6は、独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7もしくは−CH(R7)−CH2−OH(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;およびポリ(エチレングリコール)鎖から選択され;ただし、R1〜R6のうちの少なくとも2つの残基は、基−CH2−CH(OH)−R7もしくは−CH(R7)−CH2−OH(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される)である。より好ましくは、R1〜R6は、独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7もしくは−CH(R7)−CH2−OH(式中、R7は、C3〜C16アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C16アルケニルから選択される)から選択され;ただし、R1〜R6のうちの少なくとも2つの残基は、基−CH2−CH(OH)−R7もしくは−CH(R7)−CH2−OH(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される)である。より一層好ましくは、R1〜R6は、独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7もしくは−CH(R7)−CH2−OH(式中、R7は、C3〜C16アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C16アルケニルから選択される)から選択され;且つR2〜R5は、全て、基−CH2−CH(OH)−R7または−CH(R7)−CH2−OH(式中、R7は、C3〜C16アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C16アルケニルから選択される)である一群である。好ましくは、R7は、C8〜C16アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC8〜C18アルケニルから、より好ましくはC8〜C12アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC8〜C12アルケニルから、最も好ましくはC10〜C12アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC10〜C12アルケニルから、選択される。
式(IV)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(IV)のカチオン性リピドイドを提供してもよい。
上記式(IV)に従って、アルキレンアミン単位は、−S−L−L−S−または−L−S−S−L−(Sは短いエチレンアミン単位を表し、Lは長いアルキレンアミン単位を表す)の種類のオリゴ(アルキレンアミン)部分が生じ得るように、1回交互鎖で繰り返してもよい。しかしながら、式(IV)の好ましい基は、短い単位または長い単位が二つ組で現れないように、繰り返しが起こらない、すなわちpが1であるものである。言い換えると、式(IV)の基は、好ましくは式(IVa)のリピドイドである:
R1−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (IVa)
(式中、a、b、m、nおよびR1〜R6は、好ましい実施形態を含め、式(IV)で定義する通りであり、式(IVa)中で表示される1個以上の窒素原子はプロトン化されて、カチオン性リピドイドを提供してもよい)。
R1−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (IVa)
(式中、a、b、m、nおよびR1〜R6は、好ましい実施形態を含め、式(IV)で定義する通りであり、式(IVa)中で表示される1個以上の窒素原子はプロトン化されて、カチオン性リピドイドを提供してもよい)。
更に、nが1である式(IV)のリピドイドが一般に好ましく、より好ましくはmが1であり且つnが1であるものである。よって、特に好ましくは、式(IV)のリピドイドが式(IVb)のリピドイドである:
R1−NR2−CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4−CH2−(CH2)a−NR5−R6 (IVb)
(式中、a、bおよびR1〜R6は、好ましい実施形態を含め、式(IV)で定義する通りであり、式(IVb)中で表示される1個以上の窒素原子はプロトン化されて、カチオン性リピドイドを提供してもよい)。
R1−NR2−CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4−CH2−(CH2)a−NR5−R6 (IVb)
(式中、a、bおよびR1〜R6は、好ましい実施形態を含め、式(IV)で定義する通りであり、式(IVb)中で表示される1個以上の窒素原子はプロトン化されて、カチオン性リピドイドを提供してもよい)。
式(IV)、(IVa)および(IVb)のリピドイド中のアルキレンアミン単位の長さに関して、交互単位の一つはエチレンアミン単位である必要がある(すなわち、aまたはbの一方が1でなければならない)ことが理解される。他の交互単位は、プロピレンアミン単位、ブチレンアミン単位またはペンチレンアミン単位(すなわち、他の一方のaまたはbが2〜4の整数)であり得る。好ましくは、他の一方のaまたはbが2または3であり、より好ましくは、aが1であり且つbが2であるか、またはaが2であり且つbが1である。従って、より一層好ましい式(IV)のリピドイドは式(IVc)のリピドイドである:
R1−NR2−CH2−CH2−NR3−CH2−CH2−CH2−NR4−CH2−CH2−NR5−R6 (IVc)
(式中、R1〜R6は、好ましい実施形態を含め、式(IV)で定義する通りであり、式(IVc)中で表示される1個以上の窒素原子はプロトン化されて、カチオン性リピドイドを提供してもよい)。
R1−NR2−CH2−CH2−NR3−CH2−CH2−CH2−NR4−CH2−CH2−NR5−R6 (IVc)
(式中、R1〜R6は、好ましい実施形態を含め、式(IV)で定義する通りであり、式(IVc)中で表示される1個以上の窒素原子はプロトン化されて、カチオン性リピドイドを提供してもよい)。
式(IV)、(IVa)、(IVb)および(IVc)の基R1〜R6が例えば特許文献5に記載されるようなアミノ基の保護基である限りにおいて、それらの好ましい実施形態は、t−ブトキシカルボニル(Boc)、9−フルオレニルメトキシカルボニル(Fmoc)、またはカルボベンジルオキシ(Cbz)である。
式(IV)、(IVa)、(IVb)および(IVc)の基R1〜R6が受容体リガンドである限りにおいて、有用な例は、フィリップおよびワグナーの「遺伝子および細胞療法−治療のメカニズムおよび戦略」第3版、第15章(CRC出版、テイラーアンドフランシスグループ社、ボーカラトーン、2009年)に示されている。肺組織に好ましい受容体リガンドは、フェイファーらの文献(Ther. Deliv. 1(1):133-48)に記載されている。好ましい受容体リガンドとしては、ペプチドライブラリーを特定の細胞表面構造体もしくは特定の細胞型への結合についてスクリーニングして得られるような、合成の環状または直鎖状のペプチド;環状または直鎖状のRGDペプチド;シアル酸、ガラクトースもしくはマンノースのような合成もしくは天然の炭水化物、または炭水化物の、例えばペプチドとの反応によって得られる合成リガンド;細胞表面構造体を特異的に認識する抗体;葉酸、上皮増殖因子およびそれらの誘導ペプチド;トランスフェリン;抗トランスフェリン受容体抗体、ナノボディおよび抗体フラグメント;既知の細胞表面分子に結合する承認薬などが挙げられる。
式(IV)、(IVa)、(IVb)および(IVc)の基R1〜R6がポリ(エチレングリコール)鎖である限りにおいて、該ポリ(エチレングリコール)鎖の好ましい分子量は、100〜20,000g/mol、より好ましくは1,000〜10,000g/mol、最も好ましくは1,000〜5,000g/molである。
上で示すように、式(I)ならびにその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)、(IIIa)〜(IIId)および(IVa)〜(IVd)を含む)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、カチオン形態、典型的にはオリゴカチオン形態もしくはポリカチオン形態の、オリゴマーまたはポリマーまたはリピドイドを生じ得る。式(I)ならびにその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)、(IIIa)〜(IIId)および(IVa)〜(IVd)を含む)の基の一級および/または二級および/または三級アミノ基は、特に、水および生理液を含む水溶液中で、プロトンアクセプターとして作用することができる。よって、本発明のオリゴマー、ポリマーおよびリピドイドは、典型的に、7.5を下回るpHの水溶液中で全体として正電荷を有する。本明細書中で称する水溶液は、溶媒が、50%(体積/体積)以上の水、好ましくは80%または90%以上の水、最も好ましくは100%の水を含む溶液である。また、本発明の(医薬)組成物が、例えば血液および肺液などを含む、7.5を下回るpHを有する生理液と接触している場合、式(I)ならびにその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)、(IIIa)〜(IIId)および(IVa)〜(IVd)を含む)の基は、典型的に、プロトン化されたアミノ基を1個以上含有する。これら化合物のpKa値は、自動pKa滴定装置を用いた酸−塩基滴定によって決定することができる。次いで、所定のpH値での正味荷電は、ヘンダーソン−ハッセルバルヒの式から計算することができる。ゲオールらによると(J. Geall et al. 1998, Chem Commun, 1403-1404)、全ての電荷は幾つかの塩基性中心によって共有され、一点に起することができないことを認識することが、重要である。1,9−ジアミノ−3,7−ジアザノナン(プロピル/エチル/プロピル)は、例えば、9.3、7.6および5.7のpKaを有し、このことは、生理的pHでアミノ基の実質的な画分がプロトン化および非プロトン化の状態であることを意味する。
しかしながら、当業者には理解されるように、本発明で使用されるオリゴマー、ポリマーおよびリピドイドならびに本発明の(医薬)組成物は、該オリゴマー、ポリマーまたはリピドイドをカチオン体で含有する乾燥した塩の形態としても提供され得る。
更に理解されるように、オリゴマー、ポリマーまたはリピドイドとRNAとを含む本発明の(医薬)組成物におけるプロトン化されたアミノ基の正電荷に対する対イオン(アニオン)は、典型的に、該RNA中に含有されるアニオン部分によって提供される。該正に帯電した基が、前記RNA中のアニオン部分と比べて過剰に存在する場合、正電荷は、生理液中で典型的に遭遇するCl−またはHCO3 −のような他のアニオンによって平衡を保たれ得る。
本発明の内容上の使用に好適なオリゴ(アルキレンアミン)は、既知の化学物質供給業者から商業的に取得してもよく、または本技術分野で既知の方法(例えば、van Alphen 1936, Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas, 55, 835-840)によって合成してもよい。必要とされ得るいかなる修飾も、標準的な化学合成法によって達成することができる。
[オリゴマー/ポリマー構造]
上で示したように、式(I)およびその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)および(IIIa)〜(IIId)を含む)の基は、様々なオリゴマーもしくはポリマー骨格構造に結合されてもよく、または様々なオリゴマーもしくはポリマー骨格構造を提供してもよい。
上で示したように、式(I)およびその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)および(IIIa)〜(IIId)を含む)の基は、様々なオリゴマーもしくはポリマー骨格構造に結合されてもよく、または様々なオリゴマーもしくはポリマー骨格構造を提供してもよい。
一般に、複数の式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基を含むオリゴマーまたはポリマーは、複数の式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基を側鎖および/または末端基として持つポリマー骨格とも呼ぶことができる。複数の式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基を側鎖または末端基として持ち得るポリマー骨格は、直鎖状、分枝状または被架橋ポリマーおよびに樹枝状ポリマー(デンドリマー)を含む。前記ポリマーは、合成ポリマーまたは生体高分子を含む。好ましくは、直鎖状または分枝状のポリマー骨格構造である。これは、式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基を側鎖または末端基として持つオリゴマーにも同様に適用され、違いは、ポリマー骨格が典型的に10個以上の反復単位を含む一方で、オリゴマー骨格は2〜9個、好ましくは3〜9個の反復単位を含むことである。一般に、複数の式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基を側鎖または末端基として含むオリゴマーまたはポリマーの中では、ポリマーが好ましい。
式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の側鎖または末端基は、本発明のポリマーを提供するために、既知の化学的な官能性および反応を用いて、好都合にポリマーまたはオリゴマー骨格にグラフトすることができる。当業者に理解されるように、「ポリマーまたはオリゴマーにグラフトする」という用語は、重合反応に先立って前記側鎖がモノマーに結合されるという選択肢を排除しない。式(II)の自由電子価によって示されるように、前記側鎖または末端基は、共有結合を解してポリマーまたはオリゴマー骨格に結合されている。
更に、本明細書中で用いられる「ポリマー」および「オリゴマー」という用語は、ラジカル重合、アニオン重合またはカチオン重合を含む重付加反応および重縮合反応のような広範な反応によって得ることができるポリマーおよびオリゴマー、ならびに、段階的カップリング反応(例えば、段階的成長プロセス)によって得ることができるポリマーおよびオリゴマーを包含することが理解されるであろう。
よって、複数の式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基を側鎖または末端基として持つポリマーまたはオリゴマー骨格として好適なポリマーまたはオリゴマーとしては、ポリアミド、ポリエステル、炭素鎖骨格を有するポリマー、および多糖のようなポリマーまたはオリゴマーが挙げられる。例示的なポリマーまたはオリゴマー骨格は、ポリ(グルタミン酸)およびポリ(アスパラギン酸)のような、複数のグルタミン酸単位もしくはアスパラギン酸単位を含むポリ(アミノ酸)、タンパク質、ポリアルキン、ポリアミン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、ポリスルホネート、ポリスチレンスルホネート、ポリホスフェート、ペントサンポリサルフェート、ポリ(ビニルリン酸)、ポリ(ブタジエン−co−マレイン酸)、ポリ(エチルアセテート−co−アクリル酸)、ポリ(エチレン−co−アクリル酸)、ポリ(エチレン−co−マレイン酸無水物)、ポリ(メチルメタクリレート−co−メタクリル酸)、ポリ(メチルメタクリレート−co−メタクリル酸)、ポリ(スチレンスルホン酸−co−マレイン酸)、ポリ(塩化ビニル−co−酢酸ビニル−co−マレイン酸)、炭水化物、例えば、一般に、ヘパリン、ヘパラン硫酸、ポリ(グルクロン酸)、ポリ(ガラクトウロン酸)、ヒアルロン酸、ポリ(ウロン酸)、またはカルボキシ末端デンドリマーによって提供される。その中でも、ポリ(グルタミン酸)およびポリ(アスパラギン酸)のような複数のグルタミン酸もしくはアスパラギン酸単位を含むポリ(アミノ酸)、ならびにポリ(メタ)アクリル酸が、好ましい。本発明の目的のために最も好ましいのは、ポリアクリル酸およびポリメタクリル酸である。
好ましくは、前記ポリマー骨格の重合度(ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)などで測定した重合単位の平均数換算)は、10〜10,000、好ましくは50〜5,000である。
本発明のポリマーは、ホモポリマーまたはコポリマーによって与えられてもよい。コポリマーは、該ポリマー骨格がコポリマーであるように、異なる構造を有する重合単位を複数含有してもよい。あるいは、コポリマーは、ポリマー骨格としてホモポリマーに基づいて得られ、その重合単位の全てが式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基を持つわけではなくてもよい。コポリマー骨格において一定のパーセンテージの重合単位に側鎖をグラフトすることによって、これら2つの代替物を組み合わせる選択肢も存在することが理解されるであろう。コポリマーは、ランダムコポリマー、グラジエントコポリマーまたはブロックコポリマーの形態でもよい。
本発明のポリマーがホモポリマーである場合、全ての重合単位が式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基を持つ。本発明のポリマーがコポリマーである場合、重合単位全体の5〜100%が式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基を持つことが好ましく、より好ましくは25〜100%、特には50〜100%が式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基を持つ。前記パーセンテージは、式(II)の基を持つ重合単位の数に関し、重合単位全体に対して定められる。
上記コポリマーは、式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基に加えて、側鎖または末端基を含有する他のアミンを含有してもよい。しかしながら、本発明のポリマーは、式:−NH−(CH2)x−(NH(CH2)2)y−NH2(式中、xは1〜5の整数を表し、yは1〜5の整数を表す)の側鎖または末端基を含まないことが好ましい。
式(II)もしくはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の側鎖を持つ好ましいポリアミドは、式(V)の反復単位を含有する:
(V)
(式中、変数は、下記の意味を有する:
R8およびR9は、独立して、結合およびC1〜C6アルカンジイルから選択され;
R10は、HおよびC1〜C6アルキルから選択され;
R11は、結合およびC1〜C6アルカンジイルから選択され;
L1は、二価連結基であり;
A1は、式(II)のオリゴ(アルキレンアミン)基を表す)。
(式中、変数は、下記の意味を有する:
R8およびR9は、独立して、結合およびC1〜C6アルカンジイルから選択され;
R10は、HおよびC1〜C6アルキルから選択され;
R11は、結合およびC1〜C6アルカンジイルから選択され;
L1は、二価連結基であり;
A1は、式(II)のオリゴ(アルキレンアミン)基を表す)。
好ましくは、R8およびR9は、独立して、結合およびC1〜C5アルカンジイルから選択され、より好ましくは結合である。好ましくは、R10は、Hおよびメチルから選択され、最も好ましくはHである。R11は、好ましくはC1〜C6アルカンジイルである。
連結基L1は、好ましい実施形態では、構造:−Z1−R’−Z2−であり、ここで、Z1は、結合、−NH−(C=O)−、−NH−C(S)−NH−、 −NH−(C=O)−NH−、−NH−S(O)2−、−NH−CH2−C(OH)−、−NH−(C=O)−O−、−NH−C(NH)−、−CH=N−NH−(C=O)−、−S−S−、−チオエーテル結合−、−S−CH2−(C=O)−、−S−、−S−CH2−CH−NH2−、および−アリールチオエーテル結合−から選択され;R’は、結合、C1〜C6アルカンジイルおよび−(CH2−CH2−O)n−H(nは1〜3である)から選択され;Z2は、結合、−(C=O)−、−NH−C(S)−、−NH−(C=O)−、−S(O)2−、−O−P(O)2−、−CH(OH)−CH2、−O−(C=O)−および−C(NH)−から選択される。好ましくは、Z1が、結合、−NH−(C=O)−、−NH−(C=O)−NH−、−NH−(C=O)−O−および−NH−C(NH)−から選択され;R’が、結合およびC1〜C6アルカンジイルから選択され;Z2が、結合、−(C=O)−、−NH−(C=O)−および−O−(C=O)−から選択され;ただし、Z1およびZ2のうちの一方は、結合でない。L1について最も好ましくは、Z1およびR’が結合であり且つZ2が−(C=O)−であるか、またはZ1が−NH−(C=O)−であり、R’がC1〜C6アルカンジイルであり且つZ2が−(C=O)−である。
A1は、本明細書中で式(II)のオリゴ(アルキレンアミン)基について規定される好ましい実施形態のうちの1つ、具体的には、式(IIa)〜(IId)の基の1つであることが好ましい。
式(V)の反復単位を含有する好ましいポリアミドでは、好ましくは重合単位全体の5〜100%、より好ましくは25〜100%、具体的には50〜100%が、式(V)の単位である。前記パーセンテージは、式(V)の単位の数に関し、重合単位全体に対して定められる。式(V)の変数について定められた上記定義および好ましい定義の中において、式(V)の反復単位は、本発明の好ましいポリマーにおいて同一であってもよく異なっていてもよい。
本発明での用途に特に好ましいポリアミンポリマーは、式(Va)および(Vb)のポリマーである。
(Va)
(Vb)
これら式中、R8、R9、R10、R11、L1およびA1は、その好ましい実施形態も含め、式(V)について定義した通りである。R12は、OHもしくはC1〜C6アルコキシ、−NH2、ポリ(エチレングリコール)鎖、または受容体リガンドから選択される。R13は、H、アミノ基の保護基、ポリ(エチレングリコール)鎖、または受容体リガンドである。X1は、H、−NH2、−COOHおよび−COOR”(R”は、C1〜C6アルキル、ポリ(エチレングリコール)鎖、または受容体リガンドである)から選択される。式(Va)では、s(平均重合単位数を示し、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定される)は、10〜10,000、好ましくは50〜5,000である。式(Vb)では、括弧内の単位は、反復単位であり、ポリマー中いかなる順序で配置することもできる(具体的には、ランダム、交互またはブロック様の配置を含む)。qとrの和(q+r)(平均重合単位数を示し、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定される)は、10〜10,000、好ましくは50〜5,000であり、q/(q+r)の比は、0.05〜1であり、好ましくは0.25〜1であり、より好ましくは0.5〜1である。
これら式中、R8、R9、R10、R11、L1およびA1は、その好ましい実施形態も含め、式(V)について定義した通りである。R12は、OHもしくはC1〜C6アルコキシ、−NH2、ポリ(エチレングリコール)鎖、または受容体リガンドから選択される。R13は、H、アミノ基の保護基、ポリ(エチレングリコール)鎖、または受容体リガンドである。X1は、H、−NH2、−COOHおよび−COOR”(R”は、C1〜C6アルキル、ポリ(エチレングリコール)鎖、または受容体リガンドである)から選択される。式(Va)では、s(平均重合単位数を示し、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定される)は、10〜10,000、好ましくは50〜5,000である。式(Vb)では、括弧内の単位は、反復単位であり、ポリマー中いかなる順序で配置することもできる(具体的には、ランダム、交互またはブロック様の配置を含む)。qとrの和(q+r)(平均重合単位数を示し、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定される)は、10〜10,000、好ましくは50〜5,000であり、q/(q+r)の比は、0.05〜1であり、好ましくは0.25〜1であり、より好ましくは0.5〜1である。
式(II)またはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の側鎖によって好都合に修飾することができる、例示的な好ましいポリ(アミノ酸)は、ポリ(グルタミン酸)、ポリ(アスパラギン酸)、ポリリジン、ポリオルニチンまたは、グルタミン酸単位、アスパラギン酸単位、オルニチン単位および/もしくはリジン単位を含有するポリ(アミノ酸)である。より好ましくは、ポリ(グルタミン酸)である。
式(II)またはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の側鎖を持つ炭素鎖骨格を有する好ましいポリマーは、式(VI)の反復単位を含有する:
(VI)
(式中、変数は、下記の定義を有する:
R14およびR15は、独立して、結合およびC1〜C6アルカンジイルから選択され;
R16は、HおよびC1〜C6アルキルから選択され;
R17は、結合およびC1〜C6アルカンジイルから選択され;
L2は、二価連結基であり;
A1は、式(II)のオリゴ(アルキレンアミン)基を表す)。
(式中、変数は、下記の定義を有する:
R14およびR15は、独立して、結合およびC1〜C6アルカンジイルから選択され;
R16は、HおよびC1〜C6アルキルから選択され;
R17は、結合およびC1〜C6アルカンジイルから選択され;
L2は、二価連結基であり;
A1は、式(II)のオリゴ(アルキレンアミン)基を表す)。
好ましくは、R14が結合であり且つR15が結合または−CH2−である。より好ましくは、R14が結合であり且つR15が−CH2−である。好ましくは、R16がHおよびメチルから選択される。R17は好ましくは結合または−CH2−である。
連結基L2は、好ましい実施形態では、構造:−Z3−R’−Z4−であり、ここで、Z3は、結合、−NH−(C=O)−、−NH−C(S)−NH−、 −NH−(C=O)−NH−、−NH−S(O)2−、−NH−CH2−C(OH)−、−NH−(C=O)−O−、−NH−C(NH)−、−S−S−、−CH=N−NH−(C=O)−、−チオエーテル結合−、−S−CH2−(C=O)−、−S−、−S−CH2−CH−NH2−、および−アリールチオエーテル結合−から選択され;R’は、結合、C1〜C6アルカンジイルおよび−(CH2−CH2−O)n−H(nは1〜3である)から選択され;Z4は、結合、−(C=O)−、−NH−C(S)−、−NH−(C=O)−、−S(O)2−、−O−P(O)2−、−CH(OH)−CH2、−O−(C=O)−および−C(NH)−から選択される。好ましくは、Z3が、結合、−NH−(C=O)−、−NH−(C=O)−NH−、−NH−(C=O)−O−および−NH−C(NH)−から選択され;R’が、結合およびC1〜C6アルカンジイルから選択され;Z4が、結合、−(C=O)−、−NH−(C=O)−および−O−(C=O)−から選択され;ただし、Z3およびZ4のうちの一方は、結合でない。L2について最も好ましくは、Z3およびR’が結合であり且つZ4が−(C=O)−である。
A1は、本明細書中で式(II)のオリゴ(アルキレンアミン)基について規定される好ましい実施形態のうちの1つ、具体的には、式(IIa)〜(IId)の基の1つであることが好ましい。
式(VI)の反復単位を含有する好ましいポリアミドでは、好ましくは重合単位全体の5〜100%、より好ましくは25〜100%、具体的には50〜100%が、式(VI)の単位である。前記パーセンテージは、式(VI)の単位の数に関し、重合単位全体に対して定められる。式(VI)の変数について定められた上記定義および好ましい定義の中において、式(VI)の反復単位は、本発明の好ましいポリマーにおいて同一であってもよく異なっていてもよい。
式(II)またはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の側鎖を持つ炭素鎖骨格を有するポリマーとして特に好ましくは、式(VIa)および(VIb)のポリマーである。
(VIa)
(VIb)
これらの式中、R14、R15、R16、R17、L2およびA1は、その好ましい実施形態も含め、式(VI)について定義した通りである。X2は、−COOHおよび−COOR”(R”は、C1〜C6アルキル、ポリ(エチレングリコール)鎖、または受容体リガンドである)から選択される。式(VIa)では、s(平均重合単位数を示し、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定される)は、10〜10,000、好ましくは50〜5,000である。式(VIb)では、括弧内の単位は、反復単位であり、ポリマー中いかなる順序で配置することもできる(具体的には、ランダム、交互またはブロック様の配置を含む)。qとrの和(q+r)(平均重合単位数を示し、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定される)は、10〜10,000、好ましくは50〜5,000であり、q/(q+r)の比は、0.05〜1であり、好ましくは0.25〜1であり、より好ましくは0.5〜1である。
これらの式中、R14、R15、R16、R17、L2およびA1は、その好ましい実施形態も含め、式(VI)について定義した通りである。X2は、−COOHおよび−COOR”(R”は、C1〜C6アルキル、ポリ(エチレングリコール)鎖、または受容体リガンドである)から選択される。式(VIa)では、s(平均重合単位数を示し、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定される)は、10〜10,000、好ましくは50〜5,000である。式(VIb)では、括弧内の単位は、反復単位であり、ポリマー中いかなる順序で配置することもできる(具体的には、ランダム、交互またはブロック様の配置を含む)。qとrの和(q+r)(平均重合単位数を示し、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定される)は、10〜10,000、好ましくは50〜5,000であり、q/(q+r)の比は、0.05〜1であり、好ましくは0.25〜1であり、より好ましくは0.5〜1である。
式(II)またはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の側鎖によって好都合に修飾することができる、例示的な好ましい炭素鎖骨格を有するポリマーは、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸またはポリマレイン酸であり、より好ましくはポリアクリル酸およびポリメタクリル酸である。
式(II)またはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の側鎖を持つ好ましい多糖は、式(VII)の反復単位を含有する:
(VII)
(式中、変数の定義は下記の通りである:
R19およびR22は、独立して、結合および−(CH)2−から選択され;tは0または1であり;R18、R20およびR21のうちの1つは、−L3−A1(ここで、L3は、二価連結基であり、A1は式、(II)のオリゴ(アルキレンアミン)基を表す)を表し、残りは、独立して、−H、−OHおよび−(CH2)n−OH(nは1または2である)から選択される)。
(式中、変数の定義は下記の通りである:
R19およびR22は、独立して、結合および−(CH)2−から選択され;tは0または1であり;R18、R20およびR21のうちの1つは、−L3−A1(ここで、L3は、二価連結基であり、A1は式、(II)のオリゴ(アルキレンアミン)基を表す)を表し、残りは、独立して、−H、−OHおよび−(CH2)n−OH(nは1または2である)から選択される)。
好ましくは、R19およびR22が結合である。好ましくは、R18、R20およびR21のうちの1つが、−L3−A1(ここで、L3は、二価連結基であり、A1は式、(II)のオリゴ(アルキレンアミン)基を表す)を表し、残りは、−OHである。
連結基L3は、好ましい実施形態では、構造:−Z5−R’−Z6−であり、ここで、Z5は、結合、−NH−(C=O)−、−NH−C(S)−NH−、 −NH−(C=O)−NH−、−NH−S(O)2−、−NH−CH2−C(OH)−、−NH−(C=O)−O−、−NH−C(NH)−、−S−S−、−CH=N−NH−(C=O)−、−チオエーテル結合−、−S−CH2−(C=O)−、−S−、−S−CH2−CH−NH2−、および−アリールチオエーテル結合−から選択され;R’は、結合、C1〜C6アルカンジイルおよび−(CH2−CH2−O)n−H(nは1〜3である)から選択され;Z6は、結合、−(C=O)−、−NH−C(S)−、−NH−(C=O)−、−S(O)2−、−O−P(O)2−、−CH(OH)−CH2、−O−(C=O)−および−C(NH)−から選択され;ただし、Z5およびZ6のうちの一方は、結合でない。好ましくは、Z5が、結合、−NH−(C=O)−、−NH−(C=O)−NH−、−NH−(C=O)−O−および−NH−C(NH)−から選択され;R’が、結合およびC1〜C6アルカンジイルから選択され;Z6が、結合、−(C=O)−、−NH−(C=O)−および−O−(C=O)−から選択され;ただし、Z5およびZ6のうちの一方は、結合でない。L3について最も好ましくは、Z5およびR’が結合であり且つZ6が−(C=O)−である。
A1は、本明細書中で式(II)のオリゴ(アルキレンアミン)基について規定される好ましい実施形態のうちの1つ、特に、式(IIa)〜(IId)の基の1つであることが好ましい。
式(VII)の反復単位を含有する好ましい多糖では、好ましくは重合単位全体の5〜100%、より好ましくは25〜100%、具体的には50〜100%が、式(VII)の単位である。前記パーセンテージは、式(VII)の単位の数に関し、重合単位全体に対して定められる。式(VII)の変数について定められた上記定義および好ましい定義の中において、式(VII)の反復単位は、本発明の好ましいポリマーにおいて同一であってもよく異なっていてもよい。
式(II)またはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の側鎖を持つ多糖として特に好ましいのは、式(VIIa)のポリマーである。
(VIIa)
式中、R18、R19、R20、R21、R22およびtは、その好ましい実施形態も含め、式(VII)について定義した通りである。s(平均重合単位数を示し、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定される)は、10〜10,000、好ましくは50〜5,000である。
式中、R18、R19、R20、R21、R22およびtは、その好ましい実施形態も含め、式(VII)について定義した通りである。s(平均重合単位数を示し、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定される)は、10〜10,000、好ましくは50〜5,000である。
式(II)またはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の側鎖によって好都合に修飾することができる、多糖骨格を有する例示的なポリマーは、デンプン、アミロース、アミロペクチン、グリコーゲン、セルロース、デキストラン、デキストリン、シクロデキストリン、キチン、キトサン、イヌリン、プルラン、スクレログルカン、カードラン、カロース、ラミナリン、クリソラミナリン、キシラン、アラビノキシラン、マンナン、フコイダンおよびガラクトマンナン、プロテオグリカン、ポリグルクロナン、ポリグルクロナン、セロウロン酸、キトウロン酸、ポリウロン酸、ペクチン、グルコサミノグリカン、へパリン、へパラン硫酸、コンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸、ヒアルロン酸、寒天、アルギン酸塩、アルギン酸、アラビアガム、カラギーナン、フコイダン、フコガラクタン、オクタアセチルキトビオース、ウンデカアセチルキトトリオース、マルトオリゴサッカライドである。好ましくは、キトサン、ヒドロキシエチルデンプン、デキストラン、デキストリン、シクロデキストリン類(α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリン、およびδ−シクロデキストリン)である。
修飾されて、その分枝状構造に、複数の式(II)またはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の末端基を含有することができる様々なデンドリマー構造は、本技術分野で既知であり、例えば、ポリアミドアミン(PAMAM)(Tomalia et al. 1990, Angew. Chem. Int. Edn. Engl. 29, 138-175)または被破砕(fractured)PAMAM(Tang et al, 1996, Bioconjug. Chem. 7, 703-714)、ポリアミン(Hawker et al. 1990, J. Am. Chem. Soc. 112, 7638-7647)、ポリアミド(ポリペプチド)(Sadler et al. 2002, J. Biotechnol. 90, 195-229)、ポリ(アリールエステル)(Hawker et al. 1990, J. Am. Chem. Soc. 112, 7638-7647)、ポリエステル(Ihre et al. 1996, J. Am. Chem. Soc. 118, 6388-6395; Grinstaff et al. 2002, Chemistry 8, 2838-2846)、炭水化物(Turnbull et al. 2002, J. Biotechnol. 90, 231-255)、DNA(Nilsen et al. 1997, J. Theor. Biol. 187, 273-284; Li et al., 2004, Nat. Mater. 3, 38-42)、脂質(Ewert et al. 2006, Bioconjug Chem. 17, 877-88)、ポリ(エーテルイミン)(Thankappan et al. 2011, Bioconjug Chem. 22, 115-9.)、トリアジン(Lim et al. 2012, Adv Drug Deliv Rev. 15, 826-35)およびポリグリセロール(Fischer et al. 2010, Bioconjug Chem. 21, 1744-52)が報告されている。
複数の式(II)またはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基を末端基として含むオリゴマーは、複数の式(II)またはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基の結合に適した官能基を提供する多官能性コア構造体に、複数の当該基が末端基として共有結合されているオリゴマーを包含することも理解されるであろう。これら多官能性コア構造体として、具体的には、二価、三価もしくは更に高い価のカルボン酸またはポリアミンが挙げられる。必要に応じて、前記多官能性コア構造体の官能基は、式(II)またはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)の基の結合を可能にするために、活性化されてもよく、または連結基と反応させられてもよい。修飾されて複数の当該基を有することができる例示的な分枝状コア構造体は、下記の式(VIIIa)〜(VIIIg)によって図示される。
(VIIIa)
(VIIIb)
(VIIIc)
(VIIId)
(VIIIe)
(VIIIf)
(VIIIg)
当業者に認知されるように、式(II)またはその好ましい実施形態(式(IIa)〜(IId)を含む)を側鎖および/または末端基として含むポリマーまたはオリゴマーは、様々な合成経路によって、カップリング化学反応を受け入れられる官能基を含むまたは含むように修飾されたポリマー骨格にオリゴ(アルキレンアミン)をカップリングすることで、容易に得ることができる。そのような官能基としては、−COOH、−CO−、−CHO、−SO3H、−PO4H、−NH−、−NH2、−OHまたは−SHが挙げられる。理解されるように、好適なモノマーをその重合に先だって式(II)の基で修飾して、式(II)の側鎖および/または末端基を含有する本発明のポリマーまたはオリゴマーを提供することも可能であり得る。しかしながら、ポリマーの修飾が、一般に好ましい。
例えば、親ポリマー(すなわち、本発明のポリマーにおいてポリマー骨格を提供しているポリマー)は、必要に応じて、例えば、カルボジイミドを用いた活性化と、それに続く下記式(プレII)(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R6は、式(II)について定義する通りである)のオリゴ(アルキレンアミン)とのアミド結合形成とによって、直接カップリングを受け入れて式(II)の側鎖および/または末端基を提供する、カルボン酸基を含む。
H−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (プレII)
H−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (プレII)
必要に応じて、式(プレII)の化合物は、その末端および/または内部のアミノ基の1個または全部を、例えば特許文献5に記載されるようなアミノ基の保護基、好ましくは、t−ブトキシカルボニル(Boc)、9−フルオレニルメトキシカルボニル(Fmoc)、またはカルボベンジルオキシ(Cbz)を用いて保護してもよい。
そのような反応は、架橋反応が所望されない場合、好ましくは、親ポリマーのカルボン酸基を上回る、過剰量の式(プレII)のオリゴ(アルキレンアミン)の反応性アミノ基の存在下で行われる。親ポリマーの性質に応じて、水性溶媒中または有機溶媒中でカップリング反応を行うことができる。好適なカップリング条件は、ペプチドおよびバイオコンジュゲート化学反応の技術分野で周知である(Greg T. Hermanson, Bioconjugate Techniques, 2nd Edition, Academic Press 2008)。上述したように、好適なポリマー骨格としては、ポリ(グルタミン酸)およびポリ(アスパラギン酸)などの、複数のグルタミン酸またはアスパラギン酸単位を含むポリ(アミノ酸)に限定されず、タンパク質、ポリアルキン、ポリアミン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、ポリスルホネート、ポリスチレンスルホネート、ポリホスホネート、ペントサンポリサルフェート、ポリ(ビニルリン酸)、ポリ(ブタジエン−co−マレイン酸)、ポリ(エチルアセテート−co−アクリル酸)、ポリ(エチレン−co−アクリル酸)、ポリ(エチレン−co−マレイン酸無水物)、ポリ(メチルメタクリレート−co−メタクリル酸)、ポリ(メチルメタクリレート−co−メタクリル酸)、ポリ(スチレンスルホン酸−co−マレイン酸)、ポリ(塩化ビニル−co−酢酸ビニル−co−マレイン酸)、炭水化物、例えば、一般に、ヘパリン、ヘパラン硫酸、ポリ(グルクロン酸)、ポリ(ガラクトウロン酸)、ヒアルロン酸、ポリ(ウロン酸)など、またはカルボキシ末端デンドリマーが挙げられる。
本発明の他の実施形態について、式(II)の側鎖および/または末端基を含むポリマーは、親ポリマーの還元的アミノ化によって得ることができる。炭水化物または糖は、アルデヒドへと酸化されて、続いてオリゴ(アルキルアミン)との反応によってイミンをもたらし、該イミンは、例えば、シアノホウ素化水素ナトリウムで還元することができ、アミンを生じることができる。
本発明の更なる一実施形態について、オリゴ(アルキルアミン)を、最初の工程で誘導体化して、例えば、親ポリマー中のヒドロキシル基およびアミノ基とカップリングし易い式(プレII’)のカルボキシ末端オリゴ(アルキルアミン)を生じることができる:
HOOC−(CH2)u−L’−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (プレII’)
(式中、uは1〜6の整数であり、L’は結合または−(CH)2−であり、他の変数は、式(II)について定義する通りである)。必要に応じて、式(プレII)または(プレII’)の化合物中の末端および/または内部の全てのの二級アミノ基を、例えば特許文献5に記載されるような通常のアミノ基の保護基、好ましくは、t−ブトキシカルボニル(Boc)、9−フルオレニルメトキシカルボニル(Fmoc)、またはカルボベンジルオキシ(Cbz)を用いて保護してもよい。
HOOC−(CH2)u−L’−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (プレII’)
(式中、uは1〜6の整数であり、L’は結合または−(CH)2−であり、他の変数は、式(II)について定義する通りである)。必要に応じて、式(プレII)または(プレII’)の化合物中の末端および/または内部の全てのの二級アミノ基を、例えば特許文献5に記載されるような通常のアミノ基の保護基、好ましくは、t−ブトキシカルボニル(Boc)、9−フルオレニルメトキシカルボニル(Fmoc)、またはカルボベンジルオキシ(Cbz)を用いて保護してもよい。
この目的のため、オリゴ(アルキルアミン)を、ジカルボン酸無水物、ジカルボン酸またはアルデヒドと反応させて、構造体(プレII’)を生じることができる。前記構造体(プレII’)は、オリゴ(アルキレンアミン) (プレII)中のアミンに直交する保護基を提供することなく得ることができるが、そうすることが好まれ得る。構造体(プレII’)は、直接カップリングによって、例えば、ポリ(リジン)、ポリ(オルニチン)またはポリ(ビニルアミン)の修飾を可能にし、アミド結合の形成をもたらす。当該カップリング反応の完了に際して、全ての保護基を常法により除去することができる。得られたポリマーは、次いで、例えば、透析またはイオン交換もしくはサイズ排除もしくは逆相もしくは疎水性相互作用クロマトグラフィーによって、精製することができる。
中間体および最終生成物は、アミン保護基が除去された後で且つデンドリマーの場合は最終カップリング段階の前に、沈殿、透析またはサイズ排除クロマトグラフィーによって精製することができる。
複数の式(III)またはその好ましい実施形態(式(IIIa)〜(IIId)を含む)の反復単位を含有するポリマーまたはオリゴマーは、直線状、分枝状もしくは架橋ポリマー、または樹枝状ポリマー(デンドリマー)とすることができる。好ましくは、複数の式(III)またはその好ましい実施形態(式(IIIa)〜(IIId)を含む)の反復単位を含有するポリマーまたはオリゴマーは、該ポリマーまたはオリゴマー中の反復単位の総数に対して、式(III)の単位の数に関し少なくとも25%の、より好ましくは少なくとも40%の該反復単位を含有する。特に好ましくは、複数の式(III)またはその好ましい実施形態(式(IIIa)〜(IIId)を含む)の反復単位を含有するポリマーまたはオリゴマーにおいて、全反復単位の50%以上が、該反復単位である。分子によって提供される残りの反復単位は、式(III)またはその好ましい実施形態(式(IIIa)〜(IIId)を含む)の反復単位、特に、二価、三価または更に多価のカルボン酸から誘導された単位のカップリングを可能にする。
複数の式(III)またはその好ましい実施形態(式(IIIa)〜(IIId)を含む)の反復単位を含有するポリマーまたはオリゴマーは、式(プレIII):
H−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (プレIII)
(ここで、「プレ」は、式(III)の前駆体である式(プレIII)を示し、式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R5は、式(III)について定義する通りであり、R6は、好ましい実施形態を含め、式(II)について定義する通りである)の化合物を用いて、または好ましくは式(プレIIIa)〜(プレIIId):
H−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (プレIIIa);
H−NR2−CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4−CH2−(CH2)a−NR5−R6 (プレIIIb);
H−NR2−CH2−CH2−NR3−CH2−CH2−CH2−NR4−CH2−CH2−NR5−R6 (プレIIIc);
H−NH−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−NH−H (プレIIId);
(式中、変数は、それぞれ、式(IIIa)、(IIIb)、(IIIc)または(IIId)で定義される通りである)の化合物を用いて、好都合に得てもよい。
H−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (プレIII)
(ここで、「プレ」は、式(III)の前駆体である式(プレIII)を示し、式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R5は、式(III)について定義する通りであり、R6は、好ましい実施形態を含め、式(II)について定義する通りである)の化合物を用いて、または好ましくは式(プレIIIa)〜(プレIIId):
H−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (プレIIIa);
H−NR2−CH2−(CH2)a−NR3−CH2−(CH2)b−NR4−CH2−(CH2)a−NR5−R6 (プレIIIb);
H−NR2−CH2−CH2−NR3−CH2−CH2−CH2−NR4−CH2−CH2−NR5−R6 (プレIIIc);
H−NH−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−NH−H (プレIIId);
(式中、変数は、それぞれ、式(IIIa)、(IIIb)、(IIIc)または(IIId)で定義される通りである)の化合物を用いて、好都合に得てもよい。
末端アミン基を持つこれら化合物は、通常のカップリング反応を用いて、連結されて、直線状、分枝状もしくは架橋ポリマー、または樹枝状ポリマー(デンドリマー)を形成することができる。そのようなカップリング反応における反応体として使用することができる好適な化合物としては、二価、三価または更に多価のカルボン酸が挙げられる。例示的な化合物は、商業的に入手可能であり、それぞれ、式(プレIII)、(プレIIIa)、(プレIIIb)、(プレIIIc)および(プレIIId)のリンカー化合物と反応することができ、下記式(VIIIa)〜(VIIIg)によって例示される:
(VIIIa)
(VIIIb)
(VIIIc)
(VIIId)
(VIIIe)
(VIIIf)
(VIIIg)
多価カルボン酸のジアミンとの直接反応は好都合に達成することができる一方、リンカー化合物は、カルボン酸基(またはその活性化形態)を提供するものに限定されないことが理解されるであろう。例えば、式(VIIIg)の化合物は、コハク酸のようなジカルボン酸を用いて式(プレIII)の化合物のジアミドが形成された後に、式(プレIII)の化合物と反応することができる。
また、オリゴ(アルキレンアミン)を最初の工程で誘導体化して、例えば式(プレII’)の化合物の調製について上述するように、式(プレIII')のカルボキシ末端オリゴ(アルキレンアミン)を生じることができる:
HOOC−(CH2)u−L”−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (プレIII’)
(式中、uは1〜6の整数であり、L”は結合または−(CH)2−であり、他の変数は、式(III)について定義する通りである)。必要に応じて、式(プレIII’)の化合物中の内部の全ての二級アミノ基を、例えば特許文献5に記載されるような通常のアミノ基の保護基、好ましくは、t−ブトキシカルボニル(Boc)、9−フルオレニルメトキシカルボニル(Fmoc)、またはカルボベンジルオキシ(Cbz)を用いて保護してもよい。残る末端アミノ基−NR5R6が、保護されてない形態で/カルボン酸基とアミド形成できる形態で存在する場合、式(プレIII’)の化合物は、重合されてまたはオリゴマー形成されて、複数の式(IIIa)のオリゴ(アルキレンアミン)基もしくはその好ましい実施形態(式(IIIa)〜(IIId)を含む)を反復単位として含むオリゴマーまたはポリマーを提供することができる。そのようなポリマーは直線状であっても分枝状であってもよい。
HOOC−(CH2)u−L”−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (プレIII’)
(式中、uは1〜6の整数であり、L”は結合または−(CH)2−であり、他の変数は、式(III)について定義する通りである)。必要に応じて、式(プレIII’)の化合物中の内部の全ての二級アミノ基を、例えば特許文献5に記載されるような通常のアミノ基の保護基、好ましくは、t−ブトキシカルボニル(Boc)、9−フルオレニルメトキシカルボニル(Fmoc)、またはカルボベンジルオキシ(Cbz)を用いて保護してもよい。残る末端アミノ基−NR5R6が、保護されてない形態で/カルボン酸基とアミド形成できる形態で存在する場合、式(プレIII’)の化合物は、重合されてまたはオリゴマー形成されて、複数の式(IIIa)のオリゴ(アルキレンアミン)基もしくはその好ましい実施形態(式(IIIa)〜(IIId)を含む)を反復単位として含むオリゴマーまたはポリマーを提供することができる。そのようなポリマーは直線状であっても分枝状であってもよい。
例えば、構造体(プレIII’)を用いて、ランダム重合または所定の様式いずれか一方によって分枝状構造体を形成することができる。共重合は、オリゴ(アルキレンアミン)、任意で、内部保護アミノ基を有するものと、水性溶媒または有機溶媒に含まれるポリカルボン酸(Vllla〜VIIIg)との混合物において、カルボジイミド活性化により、インサイチュで活性化することができる。
複数の式(IIIa)のオリゴ(アルキレンアミン)基もしくはその好ましい実施形態(式(IIIa)〜(IIId)を含む)を反復単位として含むデンドリマーは、例えば、多価結合(coupling)分子を用いて、調製されてもよい。デンドリマーは、中心コアから放射状に生じる完全に多重分岐したモノマーからなるポリマー分子で、木を思い起こさせ、そこからデンドリマーの名前が来ている(ギリシャ語の「木々」)。デンドリマーのコアが除去されると、デンドロンと呼ばれる多数の同一フラグメントが残り、デンドロンの数は中心コアの多重性(2、3、4またはそれ以上)に左右される。デンドロンは、3つの異なる領域:コア、内部(または分岐)、および末端(または終端または末端基)に分けることができる。デンドロンのコアからその末端へ外側に向けて移動中に遭遇する分岐点の数が、その世代(G−1、G−2、G−3)を規定する;高次世代のデンドリマーが大きくなるにつれて、その末端で、低い世代のデンドリマーよりも多く分岐して多くの終端基を有する。
この合成は、指数関数的な成長を生じる発散型でもよく、またはデンドロンが別々に成長させられて最終段階でコアに結合させられる収束型でもよい。デンドリマーは、固相ポリペプチドおよびオリゴヌクレオチド合成にしようされる方法と同様な段階的な方法で調製され、従って、その生成物は、鎖の成長が統計的であり多分散の生成物が得られる従来のポリマー合成とは対照的に、サイズが理論的に単分散である。単分散の生成物は、合成の再現性のためだけでなく、実験上および理論上の変動性も低減するため、非常に望ましい。実際には、単分散の生成物は、低世代(G−3まで)のデンドリマーについて簡単に得ることができるが、高次世代では、構造的に非常に類似しているため、微小欠陥を伴うデンドリマー群から完全なデンドリマーを精製することが、時に不可能であり、典型的には僅かなものであるが、絶対的な単分散性からの逸脱を生じる。
複数の式(III)のオリゴ(アルキレンアミン)基またはその好ましい実施形態(式(IIIa)〜(IIId)を含む)を含む本発明のポリマーとして好ましいデンドリマーは、G1〜G10の世代数を有し、より好ましくはG2〜G8の世代数、特にはG3〜G6の世代数を有する。これらデンドリマーの分子量(反応段階で組み合わさった反応体を基に計算することができる)は、好ましくは1,500〜1,000,000、より好ましくは3,000〜230,000、特には6,000〜60,000、更に好ましくは15,000〜30,000である。
所定のポリ(アミドアミン)デンドリマーの製造のため、(保護された)構造体(プレIII)および/または(プレIII’)を、既に文献で報告された(例えば、Lee et al. 2005, Nat Biotechnol 23, 1517 - 1526)ような分岐コアの段階的生成に用いることができる。出発分子として、ジ−カルボン酸、アルデヒドもしくはアクリル酸またはポリカルボン酸(例えば、VIIIa〜VIIIg)によって活性化したオリゴ(アルキルアミン)(例えば、プレIII)を用いることができる。このコアを用いて、構造体(プレIII)のオリゴ(アルキルアミン)と段階的に反応させて、次いで精製、および、例えばアクリル酸による、末端アミノ基の活性化を行う。精製の後、このコアをオリゴ(アルキルアミン)の更なる層を追加することに用いることができる。デンドリマーを得るための反応条件は、文献で詳細に説明されている(例えば、上記Lee et al.およびその中に含まれる参考文献を参照されたい)。
更なる実施形態によれば、必要に応じて、両末端がカルボキシル基で終端したオリゴ(アルキレンアミン)の一方の末端を保護し、かつ/または、その内部アミンを保護することができ、ジアミン、もしくは末端にアミン基を有する樹枝状出発構造体と、または当該オリゴ(アルキレンアミン)自体と共重合させることができる。
中間体および最終生成物は、アミン保護基が除去された後、デンドリマーの場合は最終カップリング段階の前に、沈殿、透析またはサイズ排除クロマトグラフィーによって精製することができる。
更に別の実施形態では、末端カルボキシ基(または、その好適に保護もしくは活性化された形態)および末端アミノ基(または、その好適に保護された形態)を有するオリゴ(アルキルアミン)、例えば、式(プレIII’)のオリゴ(アルキレンアミン)を、特許文献6およびシャファートらの文献(Schaffert et al. 2011, Angew Chem Int Ed Engl 50(38), 8986-9)に記載されているのと同様な、充分に定義されたペプチド性直線状または分枝状構造体の段階的生成に用いることができる。段階的生成は、ペプチド化学反応の原理に従って行うことができ、自動ペプチド合成機で行うことができる。ペプチド合成の分野の当業者に既知であるように、リジンまたはオルニチンのようなジアミノ酸を、分枝状構造体を構築することに用いることができる。従って、多種多様な直線状および分枝状のホモポリマーだけでなく、式(I)の異なる複数のオリゴ(アルキレンアミン)をポリマーの所望の位置に含むヘテロポリマーも、提供することができる。加えて、そのような定義された構造体の任意の位置に、標準的なアミノ酸を組み込むこともできる。
式I(IV)ならびにその好ましい実施形態(式(IVa),(IVd)および(IVc)を含む)のリピドイドの調製のために、米国特許出願公開第2010/0331234号明細書、特許文献1および5、非特許文献31および32に記載された方法と類似する方法を用いることができる。
例えば、式I(IV)ならびにその好ましい実施形態(式(IVa),(IVd)および(IVc)を含む)のリピドイドは、R7−エポキシドまたはR7−O−(C=O)−CH=CH2またはR7−NH−(C=O)−CH=CH2またはR7−(C=O)−Hを、式(プレIV)のオリゴ(アルキレンアミン):
H−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (プレIV)
(式中、変数a、b、p、m、nは式(IV)中で定義する通りであり、R2〜R6は、互いに独立して、水素またはアミノ基の保護基であり、R7は、C3〜C18アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルキレンから選択される)と反応させることによって得ることができる。好ましくは、R7が、C8〜C16アルキルまたはアルケニルであり、より好ましくはC8〜C12アルキルまたはアルケニルであり、最も好ましくはC10〜C12アルキルまたはアルケニルである。有利なことに、一方の末端がエポキシド、アクリレート、アクリルアミドまたはアルデヒドで終端した脂肪族化合物は、多数市販されている。
H−NR2{CH2−(CH2)a−NR3−[CH2−(CH2)b−NR4]p}m−[CH2−(CH2)a−NR5]n−R6 (プレIV)
(式中、変数a、b、p、m、nは式(IV)中で定義する通りであり、R2〜R6は、互いに独立して、水素またはアミノ基の保護基であり、R7は、C3〜C18アルキルまたは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルキレンから選択される)と反応させることによって得ることができる。好ましくは、R7が、C8〜C16アルキルまたはアルケニルであり、より好ましくはC8〜C12アルキルまたはアルケニルであり、最も好ましくはC10〜C12アルキルまたはアルケニルである。有利なことに、一方の末端がエポキシド、アクリレート、アクリルアミドまたはアルデヒドで終端した脂肪族化合物は、多数市販されている。
好ましくは、式(IV)のリピドイドが、(プレIV’)のオリゴ(アルキレンアミン)から調製される。
H−NH−{CH2−(CH2)a−NH−[CH2−(CH2)b−NH]p}m−[CH2−(CH2)a−NH]n−H (プレIV’)
H−NH−{CH2−(CH2)a−NH−[CH2−(CH2)b−NH]p}m−[CH2−(CH2)a−NH]n−H (プレIV’)
より好ましくは、式(プレIV)の前駆体が、4個以上のアミノ基を有する。最も好ましくは、式(IV)のリピドイドが、(プレIV”)のオリゴ(アルキレンアミン)から調製される。
H−NH−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−NH−H (プレIV”)
H−NH−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−CH2−NH−CH2−CH2−NH−H (プレIV”)
上記反応は、50℃〜90℃の高温で、溶媒を用いてまたは用いずに行うことができる。好適な溶媒は、例えば、CH2Cl2、CH2Cl3、メタノール、エタノール、THF、ヘキサン、トルエン、ベンゼンなどである。
式(プレIV’)のオリゴ(アルキルアミン)中の複数の窒素原子に、例えば特許文献5で説明されるような直交保護基を提供することができることが当業者に知られている:
H−NH−{CH2−(CH2)a−NH−[CH2−(CH2)b−NH]p}m−[CH2−(CH2)a−NH]n−H (プレIV’)。
これに関して、保護基は、式(プレIV’)の化合物中の1個または複数個の窒素を、反応を同一分子中の他の非保護窒素で選択的に行うことができるように、一時的に遮断することに適する。前記反応の後、前記保護基は、同一分子内で窒素原子に連結されている他の残基に影響を及ぼさない化学反応によって外される。直交保護基は、所定の分子内で1種の保護基に特異的に影響を及ぼす化学反応によって選択的に外すことができる保護基とは異なる。例えば、実施例で説明するように、式(プレIV’)のオリゴ(アルキレンアミン)中の末端一級アミン基を、保護基9−フルオレニルメトキシカルボニル(Fmoc)で選択的に保護することができると同時に、内部二級アミンを保護基t−ブトキシカルボニル(Boc)で保護することができる。Fmoc基は塩基によって選択的に外すことができ、Boc基は酸によって選択的に外すことができる。保護されたまたは部分的に保護された中間体は、クロマトグラフィーによって分離することができる。よって、直交保護基の所定の配置および/または選択的除去のため、例えば、式(プレIV’)のオリゴ(アルキレンアミン)中の内部二級アミノ基の全部もしくは一部または末端二価一級アミン基の全部もしくは一部いずれか一方を、一方の末端がエポキシドもしくはアクリレートもしくはアクリルアミドで終端した脂肪族鎖と選択的に反応させることが可能である。同じ原理により、R7−エポキシドまたはR7−O−(CO)−CH=CH2またはR7−NH−(CO)−CH=CH2またはR7−(CO)−Hの1種以上を、式(プレIV)のオリゴ(アルキレンアミン)にカップリングすることが可能である(ここで、「種」は、アルキルもしくはアルケニルに関しては異なる種類のR7残基いい、脂肪族鎖長に関しては末端エポキシド、アクリレート、アクリルアミドもしくはアルデヒドをいう)。このような反応における式(プレIV’)のオリゴ(アルキレンアミン)の誘導体化の度合いは、先に挙げた文献に記載されたような反応体の化学量論によって制御することができる。保護基を外した後、窒素原子の残る価数を、グアニジン基(−C(NH)−NH2)、ポリ(エチレングリコール)鎖または受容体リガンドとの結合に用いることができる。式(IV)のリピドイドは、沈殿、抽出またはクロマトグラフィーによって精製することができる。保護基の助けを借りて制御された段階的反応によって式(IV)のリピドイドを調製することができ、式(プレIV’)のオリゴ(アルキレンアミン)の誘導体化の度合いをその反応体の化学量論によって制御できるという選択肢に基づき、本発明のリピドイドは、一級、二級、三級および/または四級アミン、ならびにそれらの塩を含有することができる。その結果、リピドイドのpKa値は、式(IV)中の1個以上の窒素原子はプロトン化されて、RNAに結合し圧縮し保護することに適した式(IV)のカチオン性リピドイドを提供するように、誘導体化の度合いの合理的設計によって変化させることもできる。更に、前記pKa値は、式(IV)中の1個以上の窒素原子は、酸性pHで緩衝機能を有し、それにより細胞内へのエンドサイトーシス取り込みについてプロトンスポンジ効果を発揮し得るように、変化させることができる。好ましくは、式(IV)のリピドイドの複数のpKa値が3.0〜9.0であり、より好ましくは、少なくとも1つのpKa値が5.0〜8.0である。
H−NH−{CH2−(CH2)a−NH−[CH2−(CH2)b−NH]p}m−[CH2−(CH2)a−NH]n−H (プレIV’)。
これに関して、保護基は、式(プレIV’)の化合物中の1個または複数個の窒素を、反応を同一分子中の他の非保護窒素で選択的に行うことができるように、一時的に遮断することに適する。前記反応の後、前記保護基は、同一分子内で窒素原子に連結されている他の残基に影響を及ぼさない化学反応によって外される。直交保護基は、所定の分子内で1種の保護基に特異的に影響を及ぼす化学反応によって選択的に外すことができる保護基とは異なる。例えば、実施例で説明するように、式(プレIV’)のオリゴ(アルキレンアミン)中の末端一級アミン基を、保護基9−フルオレニルメトキシカルボニル(Fmoc)で選択的に保護することができると同時に、内部二級アミンを保護基t−ブトキシカルボニル(Boc)で保護することができる。Fmoc基は塩基によって選択的に外すことができ、Boc基は酸によって選択的に外すことができる。保護されたまたは部分的に保護された中間体は、クロマトグラフィーによって分離することができる。よって、直交保護基の所定の配置および/または選択的除去のため、例えば、式(プレIV’)のオリゴ(アルキレンアミン)中の内部二級アミノ基の全部もしくは一部または末端二価一級アミン基の全部もしくは一部いずれか一方を、一方の末端がエポキシドもしくはアクリレートもしくはアクリルアミドで終端した脂肪族鎖と選択的に反応させることが可能である。同じ原理により、R7−エポキシドまたはR7−O−(CO)−CH=CH2またはR7−NH−(CO)−CH=CH2またはR7−(CO)−Hの1種以上を、式(プレIV)のオリゴ(アルキレンアミン)にカップリングすることが可能である(ここで、「種」は、アルキルもしくはアルケニルに関しては異なる種類のR7残基いい、脂肪族鎖長に関しては末端エポキシド、アクリレート、アクリルアミドもしくはアルデヒドをいう)。このような反応における式(プレIV’)のオリゴ(アルキレンアミン)の誘導体化の度合いは、先に挙げた文献に記載されたような反応体の化学量論によって制御することができる。保護基を外した後、窒素原子の残る価数を、グアニジン基(−C(NH)−NH2)、ポリ(エチレングリコール)鎖または受容体リガンドとの結合に用いることができる。式(IV)のリピドイドは、沈殿、抽出またはクロマトグラフィーによって精製することができる。保護基の助けを借りて制御された段階的反応によって式(IV)のリピドイドを調製することができ、式(プレIV’)のオリゴ(アルキレンアミン)の誘導体化の度合いをその反応体の化学量論によって制御できるという選択肢に基づき、本発明のリピドイドは、一級、二級、三級および/または四級アミン、ならびにそれらの塩を含有することができる。その結果、リピドイドのpKa値は、式(IV)中の1個以上の窒素原子はプロトン化されて、RNAに結合し圧縮し保護することに適した式(IV)のカチオン性リピドイドを提供するように、誘導体化の度合いの合理的設計によって変化させることもできる。更に、前記pKa値は、式(IV)中の1個以上の窒素原子は、酸性pHで緩衝機能を有し、それにより細胞内へのエンドサイトーシス取り込みについてプロトンスポンジ効果を発揮し得るように、変化させることができる。好ましくは、式(IV)のリピドイドの複数のpKa値が3.0〜9.0であり、より好ましくは、少なくとも1つのpKa値が5.0〜8.0である。
式(IV)のリピドイドを得るために、式(プレIV’)のオリゴ(アルキルアミン)に結合することができる脂肪族側鎖の最大数は、(p+1)×m+n+3であり、その最小数は1であり、p、mおよびnは式(IV)で定義される通りである。好ましくは、脂肪族側鎖の数は、残基R1〜R6のうち水素または−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−C(O)−O−R7、−CH2−CH2−C(O)−NH−R7もしくは−CH2−R7以外のものがない場合は、少なくとも2であり、最大で(p+1)×m+n+2であり、好ましくは、残基R1〜R6のうち1つがアミノ基の保護基または−CH(NH)−NH2またはポリ(エチレングリコール)鎖または受容体リガンドである場合、脂肪族側鎖の数は最大で(p+1)×m+n+1である。
本発明で使用される好ましい非限定的なカチオン性のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイドの一例は、100mgのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(0.623mmol)と575.07mgの1,2−エポキシドデカン(3.12mmol、(N−1)等量:ここでNは、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりの、一級アミン量×2と二級アミン量×1との和である)とを混合し、常時撹拌しながら、80℃で96時間混合することにより調製されたものである。このようなカチオン性のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイドは、リピドイド「C12−(2−3−2)」とも称される。該脂質(および、本発明で使用される他のカチオン性のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイド)の調製に関する指針は、本明細書および実施例で提供される。
[核酸]
本発明の(医薬)組成物は、核酸、好ましくはRNA、より一層好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを含む。
本発明の(医薬)組成物は、核酸、好ましくはRNA、より一層好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを含む。
「核酸」という用語は、天然に存在する種類の核酸ならびに化学的におよび/または酵素的に合成された核酸の全ての形態を包含し、例えば、ロックド核酸(LNA)、ペプチド核酸(PNA)、オリゴヌクレオシドのチオリン酸エステルおよびリン酸トリエステル、モリホルノオリゴヌクレオチド、カチオン性オリゴヌクレオチド(米国特許第6017700号明細書、国際公開第2007/069092号)、置換リボオリゴヌクレオチドまたはホスホロチオエートのような、核酸アナログおよび核酸誘導体も包含する。更に、「核酸」という用語は、ヌクレオチドまたはヌクレオチドアナログを含むあらゆる分子もいう。本発明の組成物に含まれる核酸の配列またはサイズに関して、如何なる限定も存在しない。核酸は、本発明の組成物が送達される生物学的標的で達成される生物学的効果によって、主に規定される。一例を挙げると、遺伝子または核酸療法における用途の場合、核酸または核酸配列は、発現される遺伝子もしくは遺伝子フラグメントによって、または置換もしくは修復が意図される欠陥遺伝子もしくは任意の遺伝子標的配列によって、または阻害、ノックダウンもしくはダウンレギュレートされる遺伝子の標的配列によって、規定することができる。
好ましくは、「核酸」という用語は、オリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドをいい、デオキシリボ核酸(DNA)およびリボ核酸(RNA)を含む。RNAに関して、原則として、本発明に関してあらゆる種類のRNAを用いることができる。好ましい一実施形態では、RNAが一本鎖RNAである。「一本鎖DNA」という用語は、2本以上の別個の鎖が該別個の鎖のハイブリダイゼーションにより1つの2本鎖分子を形成しているRNA分子とは対照的に、リボヌクレオチドの連続した一本の鎖を意味する。「一本鎖RNA」という用語は、ループ、二次構造または三次構造のような、一本鎖分子がそれ自体で二本鎖構造を形成するものを排除しない。
「RNA」という用語は、アミノ酸配列をコードするRNAおよびアミノ酸配列をコードしないRNAを網羅する。ゲノムの80%超が、タンパク質をコードしない機能的DNA要素を含有することが示唆されている。これらの非コード配列は、調節DNA要素(転写因子、レギュレーターおよびコレギュレーターなどの結合部位)ならびにタンパク質に翻訳されない転写産物をコードする配列を含む。これら、ゲノムによってコードされRNAへ転写されるがタンパク質に翻訳されない転写産物は、ノンコーディングRNA(ncRNA)と呼ばれる。このように、一実施形態では、RNAがノンコーディングRNAである。好ましくは、ノンコーディングRNAが一本鎖RNAである。ncRNAは、遺伝子制御、ゲノムの完全性の維持、細胞分化、および成長において重要な役割を果たしており、様々なヒト疾患で誤制御されていることが、研究で証明されている。異なる種類のncRNA:短い(20〜50nt)ncRNA、中間長の(50〜200nt)ncRNA、および長い(>200nt)ncRNAが存在している。短いncRNAとしては、マイクロRNA(miRNA)、小型干渉RNA(siRNA)、piwi相互作用RNA(piRNA)、および転写開始RNA(tiRNA)が挙げられる。中間長のncRNAの例は、核内低分子RNA(snRNA)、核小体低分子RNA(snoRNA)、転移RNA(tRNA)、転写開始点関連RNA(TSSaRNA)、プロモーター関連小型RNA(PASR)、およびプロモーター上流転写産物RNA(PROMPT)である。長いノンコーディングRNA(lncRNA)としては、遺伝子間の長いノンコーディングRNA(lincRNA)、アンチセンスlncRNA、イントロンlncRNA、転写超保存(領域)RNA(T−UCR)、およびその他(Bhan A, Mandal SS, ChemMedChem. 2014 Mar 26. doi: 10.1002/cmdc.201300534)が挙げられる。上述するノンコーディングRNAのうち、siRNAのみが二本鎖である。よって、好ましい実施形態では、ノンコーディングRNAが一本鎖DNAであることから、ノンコーディングRNAはsiRNAで無いことが好ましい。別の実施形態では、RNAがコードRNA、すなわち、アミノ酸配列をコードするRNAである。そのようなRNA分子は、mRNA(メッセンジャーRNA)とも呼ばれ、一本鎖RNA分子である。核酸は、当業者に既知の合成化学的および酵素的方法論によって、もしくは組換え技術の使用によって、作製されてもよく、または天然供給源から単離されてもよく、またはそれらの組み合わせによって作製されてもよい。オリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチドは、任意で非天然ヌクレオチドを含んでもよく、一本鎖または二本鎖または三本鎖であってもよい。「核酸」は、センスおよびアンチセンスのオリゴヌクレオチドおよびポリヌクレオチド、つまり、DNAおよび/またはRNA中の特定のヌクレオチド配列に対して相補的であるヌクレオチド配列もいう。
好ましくは、核酸という用語はmRNA、より好ましくは修飾mRNAをいう。
メッセンジャーRNA(mRNA)は、ヌクレオシドとしてのアデノシン、シチジン、ウリジンおよびグアノシンを主に含むヌクレオシドリン酸構成単位で作られたポリマーであり、細胞核中のDNAから遺伝情報をそれがタンパク質へと翻訳される場である細胞質へ運ぶ仲介担体である。よって、これらは、遺伝子発現の代替物として好適である。
本発明に関して、mRNAは、細胞内に入ると、タンパク質もしくはそのフラグメントの発現に適しているまたはタンパク質もしくはそのフラグメントを翻訳し得る、あらゆるポリリボヌクレオチド分子を意味するものと理解されるべきである。「タンパク質」という用語は、本明細書中において、あらゆる種類のアミノ酸配列、すなわち、ペプチド結合を介して各々連結された2個以上のアミノ酸の鎖を包含し、ペプチドおよび融合タンパク質も含む。mRNAは、細胞内でもしくは細胞付近でその機能が必要とされるもしくは有益であるタンパク質、例えば、その欠損もしくは欠陥形態が疾患もしくは病気の引き金であり、その供給が疾患若しくは病気を緩和するもしくは予防することができるタンパク質、または身体にとって有益な過程を細胞内もしくはその付近で促進することができるタンパク質、あるいはそのフラグメントをコードするリボヌクレオチド配列を含有する。mRNAは、完全なタンパク質またはその機能性変異体の配列を含有し得る。さらに、リボヌクレオチド配列は、因子、誘導物質、調節物質、刺激物質もしくは酵素、またはそれらのフラグメントとして作用するタンパク質をコードすることができ、当該タンパク質は、その機能が、疾患、特に代謝疾患を治療するために、またはインビボで新たな血管、組織などの形成のような過程を開始させるために必要なものである。本明細書中で、機能性変異体とは、細胞内で機能が必要とされる、またはその欠損若しくは欠陥形態が病原性であるタンパク質の機能を細胞内で引き受けるフラグメントを意味すると理解される。加えて、mRNAは、更なる機能性領域および/または3’もしくは5’非コード領域を有してもよい。3’もしくは5’非コード領域は、タンパク質コード配列に天然に隣接する領域またはRNAの安定化に貢献する人工配列とすることができる。当業者は、各々の事例でこのために適する配列を慣例的な実験によって決定することができる。
好ましい実施形態では、mRNAは、特に翻訳を改善するために、m7GpppGキャップ、配列内リボソーム進入部位(IRES)および/または3’末端にポリA尾部を有する。mRNAは、更に、翻訳を促進する領域を有することができる。
好ましい実施形態では、mRNAは修飾ヌクレオチドと非修飾ヌクレオチドとの組み合わせを含有するmRNAである。好ましくは、国際公開第2011/012316号に記載されるような修飾ヌクレオチドと非修飾ヌクレオチドとの組み合わせを含有するmRNAである。このようなmRNAは「SNIM(登録商標)−RNA」としても知られ、かつ市販されている。国際公開第2011/012316号に記載されたmRNAは、安定性の増加と免疫原性の低減とを示すことが報告されている。好ましい実施形態では、そのような修飾mRNAにおいて、シチジンヌクレオチドの5〜50%およびウリジンヌクレオチドの5〜50%が修飾されている。アデノシンおよびグアノシン含有ヌクレオチドは、非修飾とすることができる。アデノシンおよびグアノシンヌクレオチドは、修飾されていなくても部分的に修飾されていてもよく、好ましくは非修飾形態で存在する。好ましくは、シチジンヌクレオチドの10〜35%およびウリジンヌクレオチドの10〜35%が修飾されており、特に好ましくは、修飾シチジンヌクレオチドの含有量が7.5〜25%であり、修飾ウリジンヌクレオチドの含有量が7.5〜25%である。実際、比較的低含有量、例えば、修飾シチジンヌクレオチドおよび修飾ウリジンヌクレオチド各10%で所望の特性を達成できることが見出された。特に好ましくは、修飾シチジンヌクレオチドが5−メチルシチジン残基であり、修飾ウリジンヌクレオチドが2−チオウリジン残基である。最も好ましくは、修飾シチジンヌクレオチドの含有量および修飾ウリジンヌクレオチドの含有量が、それぞれ25%である。
別の好ましい一実施形態では、関連する細胞内でのみ所望のmRNAの活性化を可能にするために、mRNAを、標的結合部位、標的指向化配列および/またはマイクロRNA結合部位と組み合わせてもよい。更に好ましい実施形態では、RNAを、3’ポリA尾部の下流でマイクロRNAまたはshRNAと組み合わせることができる。
さらに、「核酸」という用語は、DNAまたはRNAまたはそれらの混成物またはそれらの修飾物をいうことがあり、それらは本技術分野の最高水準で公知である(例えば、米国特許第8278036号、国際公開第2013/052523号、国際公開第2011/012316号、米国特許第5525711号、米国特許第4711955号、米国特許第5792608号、または欧州特許公開第302175号、修飾物の例としては、Lorenz et al. 2004, Bioorg Med Chem Lett, 14, 4975-4977; Soutschek et al. 2004, Nature, 432, 173-178)。そのような核酸分子は、一本鎖または二本鎖、直線状または環状、天然または合成であり、いかなるサイズ限定も伴わない。一例として、核酸分子は、ゲノムDNA、cDNA、mRNA、アンチセンスRNA、リボソーム、または小型干渉RNA(siRNA)、マイクロRNA、マイクロRNA阻害剤(antagomir)、または短ヘアピンRNA(shRNA)、tRNAまたは長い二本鎖RNAまたはそれらのRNAをコードするDNA構築体またはキメラプラスト(Colestrauss et al. 1996, Science, 273, 1386-1389)、またはアプタマー、規則的な間隔をもってクラスター化された短鎖反復回文配列(RNA誘導部位特異的DNA切断用の「CRISPR」)(Cong et al. 2013, Science, 339, 819-823)、すなわちRNAおよびDNAである。前記核酸分子は、プラスミド、コスミド、人工クロモソーム、ウイルス性DNA若しくはRNA、バクテリオファージDNA、コーディングおよび非コーディング一本鎖(mRNA)もしくは二本鎖RNA、ならびにオリゴヌクレオチドの形態であってよく、糖骨格および/または上述の塩基における最高水準の修飾ならびに3’または5’修飾が含まれる。特に好ましい実施形態では、核酸がRNAであり、より好ましくはmRNAまたはsiRNAであり、より一層好ましくは、mRNAである。
核酸は、標的細胞で発現されるポリペプチドをコードする核酸配列を含有してもよい。当業者に周知の方法を用いて、組換え核酸分子を構築することができる;例えば、次に記載された技術を参照されたい:Sambrook et al., Molecular Cloning A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory (2001) N.Y.; Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biology, Green Publishing Associates and Wiley Interscience, N.Y. (1989)。
好ましい実施形態では、前記核酸は、上で列挙された全ての種類の核酸および修飾ならびに治療若しくは予防効果を有し得ることが当業者に既知のすべての種類の核酸および修飾を含めた、治療上または医薬上活性な核酸である。そのため、前記核酸は遺伝子治療および関連する用途に使用され得る。これに関して、本発明では、RNAを一般的に使用されているDNA(pDNAなど)の代わりに使用してもよい。一般に、治療または予防効果は、核酸と、細胞質の物質および細胞小器官との相互作用によって達成することができる。そのような相互作用は、単独で、例えば、トール様および他の細胞外または細胞内受容体と特異的に相互作用するように設計されたある種のCpGオリゴヌクレオチドおよび配列の場合のように、先天性免疫系を活性化することができる。更に、細胞への核酸の取り込みまたは導入は、核酸に含まれる遺伝子のようなヌクレオチド配列の発現をもたらすように意図することができ、導入された外来性核酸の細胞内存在の結果としての内在性遺伝子の発現のダウンレギュレーション、サイレンシングもしくはノックダウンを意図することができ、内在性核酸配列の選択された塩基もしくは一続き全体の修復、除去、挿入もしくは交換のような内在性核酸配列の修飾を意図することができ、または、導入された外来性核酸の細胞内存在および相互作用の結果としての、事実上如何なる細胞内プロセスでの干渉をも意図することができる。導入された外来性核酸の過剰発現は、特に、外来性遺伝子が不完全であるもしくは無発現性で、何ももたらさない、不充分である場合において、または、2〜3例を挙げると、のう胞性線維症、血友病もしくは筋ジストロフィーのような多くの代謝性および遺伝性疾患が原因である事例のような遺伝子発現の不完全なもしくは非機能性の産物の場合において、内在性遺伝子の発現を埋め合わせるまたは補うように意図されてもよい。導入された外来性核酸の過剰発現は、遺伝子発現の制御、シグナル伝達および他の細胞内プロセスのような、あらゆる内因性細胞内プロセスと相互作用するまたは該過程に干渉する発現の産物を有するように意図されてもよい。導入された外来性核酸の過剰発現は、トランスフェクションされたもしくはトランスダクションされた細胞が常在するまたは常在するようにさせられた生物に免疫応答を引き起こすように意図されてもよい。例としては、ワクチン接種目的のため抗原を提示させるための、樹状細胞のような抗原提示細胞の遺伝的修飾である。他の例は、腫瘍特異的免疫応答を誘発するための、腫瘍でのサイトカインの過剰発現である。更に、導入された外来性核酸の過剰発現は、再生医療用の改変されたT細胞もしくは前駆体細胞もしくは幹細胞もしくは他の細胞のような、細胞療法用の遺伝的に修飾された細胞を一時的にインビボまたはエクスビボで生成するように意図されてもよい。
治療目的の内在性遺伝子の発現のダウンレギュレーション、サイレンシングまたはノックダウンは、例えば、RNA干渉(RNAi)、リボザイム、アンチセンスオリゴヌクレオチド、tRNA、長い二本鎖RNAによって達成することができ、そのようなダウンレギュレーションは、配列特異的または非特異的とすることができ、長い二本鎖RNAが細胞に導入される場合のように細胞死をもたらすこともできる。内在性または先在性遺伝子の発現のダウンレギュレーション、サイレンシングまたはノックダウンは、ウイルス性感染および癌を含む、後天性疾患、遺伝性疾患または自然発生的疾患の治療に有用であり得る。細胞への核酸の導入は、例えば、ウイルス感染または新生物形成を予防するための予防的手段として行うことができることを予測することもできる。内在性遺伝子の発現のダウンレギュレーション、サイレンシングまたはノックダウンは、転写レベルおよび翻訳レベルで発現することができる。多数のメカニズムは、当業者に公知であり、例えば、後成性修飾、クロマチン構造の変化、導入核酸による転写因子の選択的結合、導入核酸のゲノムDNA、mRNAまたは他のRNA種における相補性配列との塩基対形成によるハイブリダイゼーションを含み、三重ヘリックス形成のような異例の塩基対形成メカニズムも含まれる。同様に、遺伝子修復、塩基もしくは配列の変更は、ゲノムレベル、およびエクソンスキッピングを含めたmRNAレベルで達成することができる。塩基または配列の変更は、例えば、RNA誘導性部位特異的DNA切断によって、トランススプライシング、トランススプライシングリボザイム、キメラプラスト、スプライソソーム仲介性RNAトランススプライシングを利用する、カットアンドペーストメカニズムによって、またはグループIIもしくは再標的化イントロンの利用によって、またはウイルスにより仲介される挿入突然変異の利用によって、または原核生物、真核生物もしくはウイルスのインテグラーゼシステムを用いた標的化ゲノム挿入の利用によって、達成することができる。核酸は、生体系の構築計画の担い手であることから、また核酸は、直接的および間接的な手法で多数の細胞内プロセスに関与することから、理論的には、外部から細胞内への核酸の導入によって、あらゆる細胞内プロセスに影響を及ぼすことができる。特に、この導入は、細胞または臓器培養物にインビボおよびエクスビボで直接的に行うことができ、そのようにして改変した臓器または細胞をレシピエントに移植することができる。核酸を活性薬剤として含む本発明の複合体は、上述する目的の全てに有用であり得る。
[組成物または(該組成物を含む)各医薬組成物]
上述したように、本発明の組成物および各医薬組成物は、核酸と、カチオン性剤、例えば、PEIまたはオリゴ(アルキレンアミン)を含む成分とを含み、該成分は、下記(a)〜(c)から選択される:
(a)複数の式(II)の基を側鎖および/もしくは末端基として含む、オリゴマーまたはポリマー:
(II)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R6は、上で定義する通りであり、好ましい実施形態、特には好ましい式(IIa)〜(IId)の基を含み;式(II)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(II)のカチオン基を提供してもよい);
(b)複数の式(III)の基を反復単位として含む、オリゴマーまたはポリマー:
(III)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R5は、上で定義する通りであり、好ましい実施形態、特には好ましい式(IIIa)〜(IIId)の基を含み;式(III)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(III)のカチオン基を提供してもよい);または、
(c)式(IV)の構造を有するリピドイド:
(IV)
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR1〜R6は、上で定義する通りであり、好ましい実施形態、特には好ましい式(IVa)〜(IVc)の基を含み;式(IV)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(IV)のカチオン基を提供してもよい)。
上述したように、本発明の組成物および各医薬組成物は、核酸と、カチオン性剤、例えば、PEIまたはオリゴ(アルキレンアミン)を含む成分とを含み、該成分は、下記(a)〜(c)から選択される:
(a)複数の式(II)の基を側鎖および/もしくは末端基として含む、オリゴマーまたはポリマー:
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R6は、上で定義する通りであり、好ましい実施形態、特には好ましい式(IIa)〜(IId)の基を含み;式(II)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(II)のカチオン基を提供してもよい);
(b)複数の式(III)の基を反復単位として含む、オリゴマーまたはポリマー:
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R5は、上で定義する通りであり、好ましい実施形態、特には好ましい式(IIIa)〜(IIId)の基を含み;式(III)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(III)のカチオン基を提供してもよい);または、
(c)式(IV)の構造を有するリピドイド:
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR1〜R6は、上で定義する通りであり、好ましい実施形態、特には好ましい式(IVa)〜(IVc)の基を含み;式(IV)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(IV)のカチオン基を提供してもよい)。
本発明は、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAと、PEIまたは本明細書中で規定される成分(a)〜(c)からその好ましい実施形態も含めて選択されるオリゴ(アルキレンアミン)を含む成分のようなカチオン性剤とからなる(または含む)(医薬)組成物も包含する。前記(医薬)組成物は、更なる成分、例えば、脂質形成用成分ならびに/またはRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを細胞(内)および/または1つまたは複数の組織(内)へ送達する間にエフェクター機能を発揮する成分を含んでもよい。
本発明の(医薬)組成物は、一般的に、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを、PEIまたはオリゴマー、ポリマーもしくはリピドイドのようなカチオン性剤、および、任意の更なる成分と会合させ、これらは、適用の間(例えば、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを送達する所望経路の間)、生物標的または生物標的の周囲に到達するまで、前記成分のかなりの割合の会合を維持するのに充分安定した1つの有限物質とされることが理解されよう。
本発明のオリゴマー、ポリマーもしくはリピドイドまたはPEIなどのカチオン性剤中にはプロトン化し得るアミノ基が存在するため、これらのカチオン性剤は(例えば、式(II)もしくは(III)の基または式(IV)の構造体に)正電荷を含み得る。その結果、これらは、プロトンの存在下で、例えば、水中もしくは水溶液中で、またはプロトン供与酸の存在下で、カチオン、典型的には、複数のカチオン性部分を含有するオリゴカチオンまたはポリカチオンを形成する。よって、好ましくは、本発明の(医薬)組成物は、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAと本発明のカチオン性剤との複合体を含むかまたは該複合体からなる。言い換えると、本発明に関して使用するRNAおよびカチオン性剤は複合体を形成し得る。そのような複合体において、カチオン性剤とアニオン性核酸とは、一般的に、静電相互作用を介して会合していることが理解されるであろう。しかしながら、カチオン性剤、および、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAの特定の構造に応じて、水素結合および共有結合を含む他の引力相互作用が前記複合体の安定化に関与し得る。本発明の複合体の非限定的な例は、リポソームまたはリポプレックスであるか、リポソームまたはリポプレックスに含有される。各カチオン性剤はカチオン性のリピドイドまたは脂質であり得る。
具体的な一態様では、例えばリポソームまたはリポプレックスのような複合体の形態のRNAおよびカチオン性剤は、ナノ粒子であり得る(ナノ粒子として製剤化され得る)か、ナノ粒子中に含有され得る。このようなナノ粒子は、(a)「ヘルパー脂質」のような1つ以上の更なる成分、例えば、本明細書の他の箇所に記載の1つ以上のヘルパー脂質を含み得る。ナノ粒子は、直径が約1〜1000nm、好ましくは約5〜900nmである粒子である。
他の具体的の一態様では、例えばリポソームまたはリポプレックスのような複合体の形態のRNAおよびカチオン性剤は、マイクロ粒子(マイクロスフィアとも称されることがある)として製剤化され得るか、MP中に含有され得る。このようなマイクロ粒子は、ポリラクチド酸を(更に)含み得るか、ポリラクチド酸マイクロ粒子であり得る。本発明のポリラクチド酸の非限定的な好ましい一例は、ポリ(乳酸−co−グリコール酸)(PLGA)である。好ましい非限定的なマイクロ粒子は、マイクロ粒子として製剤化された、RNA、カチオン性剤およびポリラクチド酸(PLGAなど)である。さらに具体的な一態様では、本明細書で規定されるナノ粒子は本明細書で規定されるマイクロ粒子に含有される。同様のアプローチがDNAの経口投与について知られており、「ナノ粒子−イン−マイクロスフィア経口システム」(NiMOS;非特許文献34〜36)と呼ばれている。原則として、NiMOSも本発明に関連して適用され得るが、DNAの代わりにRNAを使用する。マイクロ粒子は、直径が約1〜1000μm、好ましくは約2〜1000μmである粒子である。
当業者は、本発明の複合体、ナノ粒子、および、マイクロ粒子を容易に製造および製剤化することができる。これに関して、当業者は、本明細書に記載の手段および方法、ならびに、実施例を参考にすることができると考えられる。さらに、当業者は非特許文献34〜36を参考にすることができると考えられる。例えば、ナノ粒子は、カチオン性剤、RNA(および、任意で1つ以上のヘルパー脂質)を混合することにより製造/製剤化され得る。各比率の例は本明細書の他の箇所に記載されている。同様に、マイクロ粒子は、カチオン性剤、RNA(および、任意で1つ以上のヘルパー脂質)、または、これらを含むナノ粒子をマイクロ粒子用材料(本明細書に記載のポリラクチド酸など)と混合することにより製造/製剤化され得る。各比率の例も本明細書の他の箇所に記載されている。
本発明の(医薬)組成物では、カチオン性剤と、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAとを、例えば、0.25/1〜50/1、好ましくは、0.5/1〜30/1、より好ましくは1/1〜20/1のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイド重量/核酸重量(w/w)比で含有することができる。
より好ましくは、前記(医薬)組成物が、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAと本発明のカチオン性剤との複合体を含有する場合、本発明の(医薬)組成物における該カチオン性剤と、該RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAとの相対比は、相互電荷中和の程度を考慮して選択され得る。RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAと、カチオン性剤との複合体を用いたRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAの送達では、一般的に、RNAの負電荷を少なくとも中和、好ましくはRNAの負電荷を過剰補償する量のカチオン性剤が、所定量のRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAと混合される。
カチオン性剤とRNAとの好適な比率は、ゲル遅延度アッセイ、臭化エチジウム置換/消光アッセイのような蛍光消光法によって、粒子サイジングおよびゼータ電位測定によって、容易に決定することができる。カチオン性剤とRNAとの有用な比率は、通常、アガロースゲル電気泳動を行った場合の該カチオン性剤との複合体に含まれる該RNAの少なくとも部分的、好ましくは完全な遅延;該RNAにインターカレートした臭化エチジウム、リボグリーン(RiboGreen)またはYOYOのような色素の高程度の蛍光消光;または、カチオン性剤とRNAとの混合における(ナノ)粒子の形成によって、特徴づけられる。化学的に十分に定義されているカチオンについては、算出されたN/P比が、カチオン性剤とRNAとの相対比を選択し規定する上で好適なファクターである。例えば、前記N/P比は、本発明の(医薬)組成物における、本発明のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイドの式(II)の基(もしくはその好ましい実施形態)中、式(III)の基(もしくはその好ましい実施形態)中または式(IV)の構造体(もしくはその好ましい実施形態)中のプロトン化可能な窒素原子の、RNAのリン酸基に対するモル比を示す。前記N/P比は、このようなRNAとカチオン性ビヒクルとの複合体をキャラクタライズするための確立されたパラメータであり、例えば、アミド結合の窒素原子はプロトン化可能な窒素原子として数えないことを当業者は理解するであろう。カチオン性オリゴマーまたはポリマーの場合、N/P比は、通常、例えば、次式:
(式中、Wpは、オリゴマーまたはポリマーの重量であり、nは、反復単位1つあたりのプロトン化可能なアミノ基の数であり、Mwpは、反復単位(対イオンを含む)の分子量であり、Wnaは、RNAの重量であり、Mbaseは、RNAのヌクレオチドの平均分子量であり、RNAの場合は346である)に従って算出することができる。本発明のRNA送達用のポリカチオン/RNA2成分複合体では、カチオン性剤の該RNAに対する相対量は、好ましくは、正のゼータ電位の最終2成分(医薬)組成物を生じるN/P比を提供するように用いられるべきである。式(IV)のリピドイドとRNAとを含む(医薬)組成物については、N/P比は、通常、該リピドイド中のプロトン化可能な窒素原子の数と、組成物に用いられる該リピドイドのモル数とを考慮して算出することができる。本発明に関して、本発明の2成分(医薬)組成物について、1〜100のN/P比が好ましく、より好ましくは3〜60のN/P比であり、最も好ましくは4〜44のN/P比である。
(式中、Wpは、オリゴマーまたはポリマーの重量であり、nは、反復単位1つあたりのプロトン化可能なアミノ基の数であり、Mwpは、反復単位(対イオンを含む)の分子量であり、Wnaは、RNAの重量であり、Mbaseは、RNAのヌクレオチドの平均分子量であり、RNAの場合は346である)に従って算出することができる。本発明のRNA送達用のポリカチオン/RNA2成分複合体では、カチオン性剤の該RNAに対する相対量は、好ましくは、正のゼータ電位の最終2成分(医薬)組成物を生じるN/P比を提供するように用いられるべきである。式(IV)のリピドイドとRNAとを含む(医薬)組成物については、N/P比は、通常、該リピドイド中のプロトン化可能な窒素原子の数と、組成物に用いられる該リピドイドのモル数とを考慮して算出することができる。本発明に関して、本発明の2成分(医薬)組成物について、1〜100のN/P比が好ましく、より好ましくは3〜60のN/P比であり、最も好ましくは4〜44のN/P比である。
本発明の(医薬)組成物は、任意で、脂質形成用の更なる成分を含む。例えば、式(IV)のリピドイドまたはその好ましい実施形態(式(IVa)〜(IVc)を含む)のようなカチオン性剤を含む(医薬)組成物は、更に、科学文献において「ヘルパー脂質」と呼ばれる、コレステロール、DOPE、DOPC、DSPC、DPPC、DPG(DPG−PEG 2kのようなDPG−PEGなど)もしくはDMG(DMG−PEG200など)のような脂質、および/または、PEG化脂質(DMG−PEG200、DMPE−PEGなど)またはリポプレックスの調製に有用な任意の他の脂質を含み得る。本発明に関して、好ましいヘルパー脂質は、DSPC、DPPC、コレステロール、DMG(DMG−PEG200など)、および、DPG(DPG−PEG 2kのようなDPG−PEGなど)である。ある実施形態では、リピドイドを含有する組成物が、(該組成物の総重量に対する重量パーセントで)約40〜60%のリピドイドと、約40〜60%のコレステロールと、約5〜20%のPEG脂質とを含む。ある実施形態では、リピドイドを含有する組成物が、約50〜60%のリピドイドと、約40〜50%のコレステロールと、約5〜10%のPEG脂質とを含む。ある実施形態では、リピドイドを含有する組成物が、約50〜75%のリピドイドと、約20〜40%のコレステロールと、約1〜10%のPEG脂質とを含む。ある実施形態では、リピドイドを含有する組成物が、約60〜70%のリピドイドと、約25〜35%のコレステロールと、約5〜10%のPEG脂質とを含む。前記組成物は、本技術分野で既知のいずれかの手法(例えば、Akinc et al, 2007, Nat Biotech, 26, 561-569; Akinc et al, 2009, Mol Ther, 17, 872-9; Love et al, 2010, PNAS, 107, 1864-9;特許文献1または6に記載されるような)によって提供され得る。RNA/リピドイド複合体は、細胞内へのRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAの送達に有用な粒子を形成してもよい。複数のリピドイド分子が、1分子のRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAと会合し得る。例えば、複合体は、1〜100個のリピドイド分子、1〜1,000個のリピドイド分子、10〜1,000個のリピドイド分子、または100〜10,000個のリピドイド分子を含み得る。(m)RNAとリピドイドとの複合体は、粒子を形成し得る。前記粒子の直径は、例えば、10〜1,200nmでもよく、より好ましくは、前記粒子の直径が10〜500nmであり、最も好ましくは20〜150nmである。
本発明の組成物は、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを細胞および細胞内へ送達する間にエフェクター機能を発揮する成分を任意で含む。そのような成分は、特に限定されないが、ポリアニオン、上述のような脂質、本明細書の他の箇所で具体的に規定された使用されたカチオン性剤以外のポリカチオン(カチオン性ペプチドを含む)、遮蔽オリゴマー、遮蔽ポリマー、ポロキサマー(プルロニックとしても既知)、ポロキサミン、標的指向化リガンド、エンドソーム融解剤、細胞透過性ペプチド、シグナルペプチド、磁気ナノ粒子、非磁気ナノ粒子、RNAse阻害剤、蛍光色素、放射性同位体、または医用画像用の造影剤とすることができる。「エフェクター機能」という用語は、生物学的標的でもしくはその中でまたは生物学的標的の周囲でもしくはその中で前記組成物のRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAの意図される生物学的効果を達成することを支援するあらゆる機能を包含する。例えば、核酸送達用の組成物は、非コード核酸または非核酸アニオンをスタッファー材料として含むように配合されている(Kichler et al. 2005, J Gene Med, 7, 1459-1467)。そのようなスタッファー材料は、意図される生物学的効果を有する核酸の用量を低減しつつ、該スタッファー材料の非存在下、高用量の核酸で得られる効果の程度または度合いを維持することに適する。非核酸ポリアニオンは、延長した遺伝子発現をインビボで低減された毒性で得るためにも用いられている(Uchida et al. 2011, J Control Release, 155, 296-302)。本発明の組成物は、リポポリプレックスにおける場合のようなカチオン性、アニオン性または中性脂質を含むこともできる(Li and Huang in “Nonviral Vectors for Gene Therapy”, Academic Press 1999, Chapter 13, 295-303)。リポポリプレックスは、本発明の式(IV)に相当するリピドイドを用いて、PEI、特にはbrPEIから、または、本発明の式(II)および(III)に相当するポリマーから有利に調製してもよい。更に、本発明の組成物は、本発明に関して記載したカチオン性剤以外のオリゴカチオンまたはポリカチオンを含むことができる。そのような追加のポリカチオンは、核酸の所望の圧縮度を達成することに有用であり、ポリカチオン性ペプチドの場合は以前に報告されたような核局在化シグナル機能を有することができる(Ritter et al. 2003, J Mol Med, 81, 708-717)。同様にポリ(エチレングリコール)(PEG)のような遮蔽ポリマーは、本発明の組成物に含めることができ、生物学的環境における凝集および/または所望でない相互作用(オプソニン化)、例えば、血清成分、血球または細胞外基質との相互作用に対して、ポリプレックスおよびリポプレックスを安定化することに頻繁に用いられる。遮蔽は、核酸含有組成物の毒性を低減することにも適し得る(Finsinger et al. 2000, Gene Ther, 7, 1183-1192)。PEGのような遮蔽ポリマーは、本発明のポリマーまたはリピドイドに直接的に共有カップリングすることができる。前記カップリングは、ポリマー骨格において、好ましくは、可能であれば、ポリマー骨格またはデンドリマーの末端へ行うことができる。しかしながら、前記カップリングは、例えば、式(II)、(III)および(IV)のアミノ基にも行うことができる。
PVPのようなポリビニル誘導体およびポロキサマーは、筋肉内注射のときのトランスフェクションを増強することに有用であることが見出されており(Mumper et al. 1996, Pharm Res, 13, 701-709; Lemieux et al. 2000, Gene Ther, 7, 986-991)、従って、本発明の組成物に有用に含むことができる。
核酸送達用の組成物に含まれる抗体を含む標的指向化リガンドは、標的細胞の優先的かつ改良されたトランスフェクションに有用である(Philipp and Wagner, “Gene and Cell Therapy - Therapeutic Mechanisms and Strategy”, 3rd Edition, Chapter 15. CRC Press, Taylor & Francis Group LLC, Boca Raton 2009)。標的指向化リガンドは、本発明の組成物に、直接的または間接的なやり方で標的認識および/または標的結合機能を付与する任意の成分でよい。最も一般的に言うと、標的は、標的指向化リガンドが分子相互作用を介して特異的に結合することができる特徴的な生物学的構造(体)であり、そのような結合は、最終的には、標的組織においておよび/または標的細胞でもしくはその中で前記組成物に含まれる核酸の優先的蓄積をもたらすであろう。PEG鎖と同様に、標的指向化リガンドは、ポリマー骨格またはデンドリマーの末端にカップリングすることができる。しかしながら、前記カップリングは、式(II)、(III)および(IV)のアミノ基にも行うことができる。
さらに、エンドソーム融解ペプチド(Plank et al. 1998, Adv Drug Deliv Rev, 34, 21-35)のようなエンドソーム融解剤、または取り込まれた核酸のエンドソーム放出を増強するのに適する他の化合物は、本発明の組成物の有用な成分である。同様に、細胞透過ペプチド(別の状況では、タンパク質トランスダクションドメインとしても知られている)(Lindgren et al. 2000, Trends Pharmacol Sci, 21, 99-103)は、核酸の細胞内送達を仲介するために、本発明の組成物の有用な成分であり得る。いわゆるTATペプチドは、この分類に含まれ、核局在化機能も有する(Rudolph et al. 2003, J Biol Chem, 278, 11411-11418)。
本発明の組成物に含まれ得る磁気ナノ粒子は、磁力による送達の物理的標的指向化に有用であり、核酸転移の効率の劇的な増強、マグネトフェクションとしても知られているメカニズム(欧州特許出願公開第1297169号;Plank et al. 2011, Adv Drug Deliv Rev, 63, 1300-1331)に有用である。同様に、本発明の組成物は、超音波を介する核酸送達の物理的増強および標的指向化、ならびに任意で磁界適用に有用な非磁性または磁性マイクロバブルとすることもできる(Holzbach et al. 2010, J Cell Mol Med, 14, 587-599, Vlaskou et al. 2010, Adv Funct Mater, 20, 3881-3894)。量子ドット(Zintchenko et al. 2009, Mol Ther, 17, 1849-1856)、放射性トレーサーおよび医用画像用の造影剤を、核酸送達の追跡および核酸送達用組成物の生体内分布の決定に有利に用いることができる。まとめると、核酸送達用の非常に多数のエフェクターが報告されており、本発明の核酸とカチオン性剤とを含む組成物に有用な成分とすることができる。
本発明の(医薬)組成物に含まれる各成分の物質量に関しては非常に融通が効くことが当業者に周知である。例えば、プラスミドDNA用にいわゆる単分子2成分ポリプレックスが記載されており、組成物は、ポリカチオンとプラスミドDNAとの混合により形成され、正確に1つのプラスミドDNA分子と、電荷の中和または電荷の過剰補償(負電荷よりも正電荷が多い)に必要な数のポリカチオン分子とを含むナノ粒子からなる(DeRouchey et al. 2006, J Phys Chem B. 110(10):4548-54)。トランスフェクションで多用されるN/P比のPEI−DNA複合体については、蛍光相関分光法によって、平均3.5(±1)個のDNAプラスミド分子と30個のPEI分子とを含有する一方、該複合体の調製に用いられた該PEI分子の約86%が遊離形態であったことが見出された(Clamme et al. 2003, Biophys J 84,1960-1968)。対照的に、PEIとプラスミドDNAとの複合体凝集物は、該成分分子を多数(10〜100個)含むことが推測され、トランスフェクションにおいて、小さな別々に離散したPEI−DNAナノ粒子よりも良い性能であったことが見出された(Ogris et al. 1998, Gene Ther, 5, 1425-1433; Ogris et al. 2001, AAPS PharmSci, 3, E21)。従って、本発明の(医薬)組成物は、少数のRNA分子、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAの分子を含む(ナノおよび/またはマイクロ)粒子とすることができるか、または、該粒子を含むことができるが、同様に、非常に多数のRNA分子、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAの分子を含む沈殿物または乾燥粉末のような微小物体であってもよいか、または、該微小物を含んでもよい。まとめると、本発明の組成物は、自己集合の前にそれら成分の投入比率によって特徴付けられる。RNA成分、好ましくはmRNAのような一本鎖RNA成分に対する、個々の成分の代表的な投入重量/重量(w/w)比は、1〜50である。N/P比は、カチオン性剤が化学的に十分定義付けられている場合、2成分カチオン性剤組成物についての投入比の好適な尺度である。本発明の組成物が更なる成分を含む場合、N/P比の割り当ては曖昧となり得る。この場合は、好適な投入比は、限定されないが、ゲル遅延度アッセイ、臭化エチジウム置換/消光アッセイのような蛍光消光アッセイを含む実験;粒子サイジングおよびゼータ電位測定;および、本明細書中で記載するようなトランスフェクションアッセイのような機能性アッセイによって決定される。追加のポリアニオンまたは遮蔽ポリマーを含む三重複合体では、正味の電荷比(負電荷に対する正電荷)が1より小さくなる場合があり、ゼータ電位は中立または負となる場合がある。
本発明の(医薬)組成物は、下に説明するように製造することができる。自己集合過程の後、本発明の組成物は、組み込まれていない成分から分離してもよく、同じ工程で、懸濁媒体を、遠心分離または限外濾過またはサイズ排除クロマトグラフィーまたは透析または関連する任意の方法によって置換することができる。精製または未精製の、本発明の組成物の成分の化学量論は、UV/VIS分光法もしくは蛍光相関分光法(DeRouchey et al. 2006, J Phys Chem B. 110(10):4548-54)のような分光法を含む様々な分析方法によって、個々の成分の直交蛍光もしくは放射性同位体標識によって、または該組成物の分解(物)に対するNMRおよびIR分光法もしくはクロマトグラフィー分析および定量によって、決定することができる。分解は、例えば、本明細書中で記載するようなヘパリンまたはコンドロイチン硫酸のようなポリアニオンを過剰量添加することによって、またはドデシル硫酸ナトリウムの添加によって、達成することができる。
本発明は、本発明の(医薬)組成物の製造方法にも関する。PEIまたは本発明のオリゴマー、ポリマーもしくはリピドイドのようなカチオン性剤は、本明細書中に記載するように製造し精製することができる。これらは、水溶液中でまたは乾燥粉末として保存することができ、乾燥粉末の場合には、前記組成物を製造する前に、該オリゴマー、ポリマーまたはリピドイドが、水性媒体、好ましくは水に再溶解される。前記溶液のpHは、必要に応じて、酸、好ましくは塩酸もしくはクエン酸を用いて、中性または僅かに酸性(最低でpH4.5)に調整される。前記組成物に含まれる核酸がRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAである場合、前記pHは、約4.5〜5.5、好ましくは約4.9〜5.1、より好ましくは約5.0に調整されることが好ましい。核酸は、当業者に周知の最高水準の技術に従って、生産され、精製される。前記核酸は、溶液として、水性媒体、好ましくは水中に提供される。任意で、前記カチオン性剤と前記核酸のいずれか一方またはその両方は、標的指向化リガンド、シグナルペプチド、細胞透過ペプチド、エンドソーム融解物質もしくは遮蔽ポリマーのようなエフェクター分子と化学的に連結される。しかしながら、前記エフェクター分子の化学的性質に応じて、該エフェクター分子は、化学結合によって結合される必要が無く、むしろ非共有結合、すなわち、静電相互作用、疎水性相互作用またはファンデルワールス相互作用に基づき、組成物の他のいずれかの成分との自己集合によって、本発明の組成物に組み込むことができる。この目的のため、個々の成分溶液のイオン強度、対イオンの種類、pHまたは有機溶媒含有量を調整することが有利であり得る。
有機溶媒は、カチオン性剤、特に式(IV)のリピドイドのストック溶液の調製に用いることができ、脂質または疎水性オリゴマーもしくはポリマーのような、更なる弱水溶性または非水溶性成分の共集合に必要であり得る。適切な有機溶媒は、例えば、エタノールおよび他のアルコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、またはグリコフロールならびに国際公開第2013/045455号に記載される他の溶媒のような水混和性溶媒である。一実施形態では、本発明のリピドイド含有組成物は、リピドイドと、前記溶媒のいずれか、好ましくはエタノールに溶解されたヘルパー脂質のような更なる成分と、水性媒体に溶解され、好ましくは酸性pHに緩衝化されたRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAとから調製される。第一工程では、有機相に溶解された成分が所望の化学量論比で混合されて、最適な有機溶媒で所望の最終体積まで希釈される。前記脂質に対して所望の最終比率に相当する量のRNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを水性媒体に希釈する。好ましくは水性媒体の体積は、少なくとも、有機溶媒の該複合成分溶液の体積と等しい。好ましくは、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを含む水相の体積は、有機溶媒の該複合成分溶液の体積を超えており、最も好ましくは、水相と有機相との体積/体積(v/v)比が4:1である。第二工程では、リピドイド含有有機混合液が、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAの水溶液に、好ましくはボルテックスしながら、迅速に投入される。任意で、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAの溶液およびリピドイド含有成分の溶液は、この工程の前または後に最高70℃まで加熱される。必要であるまたは所望される場合、前記有機溶媒は、直ちに、蒸発、透析、限外濾過、透析濾過またはサイズ排除クロマトグラフィーによって除去することができると同時に、同工程で、分散媒をPBSのような最終的に所望する緩衝組成に交換することができる。任意で、前記組成物は、無菌化のためにおよび/または単分散製剤を得るために所望の孔サイズの膜フィルターから押し出すことができる。
上述する混合手法の代替として、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAと、リピドイド成分とを、例えばヒロタら(Hirota et al. 1999, Biotechniques, 27, 286-290)もしくはカスパーら(Kasper et al. 2011, Eur J Pharm Biopharm, 77, 182-185)によって報告されたようなマイクロ混合用自動化装置を用いて、またはクアンら(Xuan et al. 2010, Microfluidics and Nanofluidics, 9, 1-16)によって検討されたようなマイクロ流体集束によって、混合することができる。
本発明のリピドイド含有組成物を得る代替法は、中間体としてリポソームまたはミセルを介することである。リポプレックスは、水性懸濁液に含まれるミセルまたはリポソームであり、多くの場合、市販のトランスフェクション試薬から調製される。本発明のリピドイドを、ミセルまたはリポソームを調製することに用いてもよい。ミセルおよびリポソームを調製する多数の手法が本技術分野で公知であり、いずれかの方法を本発明のリピドイドと共に用いて、ミセルおよびリポソームを作製すればよい。加えて、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNA、小型分子、タンパク質、ペプチド、金属、有機金属化合物などを含むあらゆる化学物質をミセルまたはリポソームに含めることができる。ある実施形態では、リポソーム(脂質またはリピドイドのビヒクル)が自発的集合によって形成される。別の実施形態では、薄い脂質フィルムまたは脂質ケーキが水和されて脂質結晶性二重層の積み重ねが流動性になり膨張するときに、リポソームが形成される。攪拌の間に水和した脂質シートが脱離し、自己閉鎖して、大きな多重膜ビヒクル(LMV)を形成する。これは、端で、水と前記二重層の炭水化物コアとの相互作用を阻む。これらリポソームを一旦形成すると、超音波エネルギーの投入(超音波処理)または機械的エネルギーの投入(押出)(Szoka et al, 1980, Ann Rev Biophys Bioeng, 9, 467-508)によって、前記粒子のサイズを修正し縮小することができる。リポソームの調製は、水和用のリピドイドを準備し、撹拌しながら該リピドイドを水和させ、リポソームの均一分布を達成するために該ビヒクルをサイジングすることを伴う。個の目的のため、本発明の組成物に含まれる脂質成分を、クロロホルムのような有機溶媒に溶解してストック溶液とする。次いで、前記成分を所望の化学量論比で混合し、丸底フラスコのような適切な容器内での回転蒸発によって前記有機溶媒を除去して、該容器の壁の上に薄い脂質のフィルムを生じさせる。好ましくは、前記フィルムを、高真空中で乾燥させる。リピドイドフィルム/ケーキの水和は、乾いたリピドイドの容器に水性媒体を添加し、その混合物を撹拌することによって、行われる。超音波エネルギーを用いたLMV懸濁液の破壊は、15〜50nmの直径を有する小さな単層ビヒクル(SUV)を生成する。脂質押出は、脂質懸濁液を、所定の孔サイズを有するポリカーボネートフィルターに強制的に通して、用いた該フィルターの孔サイズに近い直径を有する粒子を得る手法である。100nmの孔を有するフィルターによる押出は、典型的に、120〜140nmの平均直径を有する大きな単層ビヒクル(LUV)を生成する。ある種のリピドイドは、核酸(例えば、DNAおよびmRNA)のような、ある種の分子の周囲で自発的に自己集合して、リポソームを形成することができる。幾つかの実施形態では、その用途が、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAの送達である。これらリピドイドの使用は、追加の工程または押出機のような追加の装置を必要とすることなく、リポソームの単純な会合を可能にする。
RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを含む本発明の組成物は、次いで、前記成分の溶液の混合の際の自己集合によって調製することができる。自己集合は、ピペッティングおよび振盪/ボルテックスを用いた手動混合によって、または例えばヒロタら(Hirota et al. 1999, Biotechniques, 27, 286-290)もしくはカスパーら(Kasper et al. 2011, Eur J Pharm Biopharm, 77, 182-185)によって報告されたようなマイクロ混合用自動化装置を用いて、またはクアンら(Xuan et al. 2010, Microfluidics and Nanofluidics, 9, 1-16)によって検討されたようなマイクロ流体集束によって、行うことができる。本発明の組成物が、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAと、本発明のカチオン性剤とに加えて更なる成分を含む場合は、連続する混合が必要とされ得る。この場合、更なる成分は、前記カチオン性剤と該RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAとの自己集合の後に添加されてもよく、またはそれらのいずれか一方に混合の前に添加されてもよい。混合工程の最適な順序は、追加成分の化学的性質に左右されるであろう。例えば、前記追加成分が負に帯電している場合、カチオン性剤との混合の前のRNA成分、好ましくはmRNAのような一本鎖RNA成分に、または該カチオン性剤と該RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAとの予備形成複合体に、該追加成分を最適に加えることができ、該予備形成複合体では、該オリゴマー、ポリマーまたはリピドイド、該(m)RNAとアニオン性追加成分との負電荷の合計に対する正電荷の比において、過剰量で存在する。逆もまた同様に、前記追加成分がカチオン性である場合には、(m)RNAとの混合の前に、オリゴマー、ポリマーまたはリピドイドに該追加成分を加えることが最適である。または、前記追加成分を化学量論で用いて(m)RNAの負電荷を部分的に中和し、次いで本発明のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイド溶液と混合してもよい。マグネトフェクション用の(m)RNA含有複合体の場合、塩誘導性コロイド凝集が、(m)RNAとポリカチオンまたはカチオン脂質と磁気粒子とを含む組成物の調製に適した手段であることが示されている(欧州特許出願公開第1297169号)。(m)RNAがカチオン性オリゴヌクレオチドである特別な事例では、ポリアニオンを、本発明のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイドと該(m)RNAとの自己集合に用いることができる。この場合、本発明のカチオン性剤は、前記カチオン性オリゴヌクレオチドと混合されてから、前記ポリアニオンと混合される。本発明の組成物を得るために非常に多くの配合選択肢が利用可能であることは、当業者に周知である。個々の成分の濃度は、本発明の組成物の意図される使用に従って選択される。関連するパラメータは、(m)RNA成分の最終濃度、および上述する成分の比率である。細胞培養物中の(m)RNA送達のために、1〜100μg/mLの最終(m)RNA濃度が一般に好ましい。インビボ用途のためには、有用な最終(m)RNA濃度を最高5mg/mLとすることができる。
本発明の(医薬)組成物、または1つ以上のその成分(RNAおよびカチオン性剤、1つ以上のヘルパー脂質、ナノ粒子およびマイクロ粒子など)は、水性懸濁液で保存することもでき、乾燥させることもできる。従って、好ましい一実施形態では、本発明の(医薬)組成物または1つ以上のその成分が、乾燥形態、任意でフリーズドライ(凍結乾燥)形態で保存される。他の好ましい一実施形態では、前記(医薬)組成物、または、RNAおよびカチオン性剤(またはその複合体)のような1つ以上のその成分は、例えばリオプロテクタントと共に凍結乾燥される。より好ましい一実施形態では、乾燥または凍結乾燥された複合体または(医薬)組成物(または1つ以上のその成分)が、リオプロテクタントも含む。リオプロテクタントは、(凍結)乾燥された物質を保護する分子である。そのような分子は、典型的には、糖類(単糖類、二糖類および多糖類)、多価アルコール、ならびにそれらの誘導体のようなポリヒドロキシ化合物である。トレハロースおよびスクロースは、乾燥処理加工の天然の保護剤であることが知られている。トレハロースは、干ばつ期の間に休眠状態(無水生活としても知られている)にある様々な植物、菌類および無脊椎動物によって生産される。糖類、例えば、トレハロース、ラクトース、ラフィノース、スクロース、マンノース、ソルビトール、マンニトール、キシリトール、ポリエチレングリコール、デキストリン、尿素、マルトデキストリン、フルクタン、マルトオリゴ糖、マンノオリゴ糖、シクロイヌロヘキサオース、ヒドロキシエチルデンプン、デキストラン、イヌリン、ポリビニルピロリドンなど、またはアミノ酸、例えばトリプトファン、グリシンおよびフェニルアラニンなどが、本発明の範囲で特に適したリオプロテクタントである。最も好ましくは、トレハロースが本発明に関して用いられる。そのため、より具体的な一態様では、本発明の医薬組成物は、トレハロースまたは1つまたは複数の他のリオプロテクタントを更に含む。
[医薬品態様]
本発明の医薬組成物は、胃腸管(内)に投与する(「胃腸内投与」とも称される)するために固形剤として製剤化される。胃腸内投与とは、本発明の医薬組成物が最終的に胃腸管内に送達される任意の投与(形態)を意味する。胃腸内投与には、経口投与、直腸内投与、および、プローブ/チューブ(胃チューブ、腸プローブ、および、腹部プローブ(腹壁を通したプローブ)など)を介した投与が含まれる。一般的には、直腸内投与が好ましく、本発明では経口投与が特に好ましい。特に、本発明の医薬組成物は:
(i)胃腸内投与(経口投与、直腸内投与、または、プローブ/チューブを介した投与など)されるかまたはすることができ;
(ii)胃腸内投与(経口投与、直腸内投与、または、プローブ/チューブを介した投与など)用に設計または製剤化されるかまたはすることができ;
(iii)胃腸内投与(経口投与、直腸内投与、または、プローブ/チューブを介した投与など)用であり;かつ/または
(iv)胃腸内投与(経口投与、直腸内投与、または、プローブ/チューブを介した投与など)を予定している。
本発明の医薬組成物は、胃腸管(内)に投与する(「胃腸内投与」とも称される)するために固形剤として製剤化される。胃腸内投与とは、本発明の医薬組成物が最終的に胃腸管内に送達される任意の投与(形態)を意味する。胃腸内投与には、経口投与、直腸内投与、および、プローブ/チューブ(胃チューブ、腸プローブ、および、腹部プローブ(腹壁を通したプローブ)など)を介した投与が含まれる。一般的には、直腸内投与が好ましく、本発明では経口投与が特に好ましい。特に、本発明の医薬組成物は:
(i)胃腸内投与(経口投与、直腸内投与、または、プローブ/チューブを介した投与など)されるかまたはすることができ;
(ii)胃腸内投与(経口投与、直腸内投与、または、プローブ/チューブを介した投与など)用に設計または製剤化されるかまたはすることができ;
(iii)胃腸内投与(経口投与、直腸内投与、または、プローブ/チューブを介した投与など)用であり;かつ/または
(iv)胃腸内投与(経口投与、直腸内投与、または、プローブ/チューブを介した投与など)を予定している。
そのため、医薬組成物は胃腸内投与(経口投与、直腸内投与、または、プローブ/チューブを介した投与など)に好適となるように設計される。胃腸内投与するために、本発明の化合物(RNA、好ましくはmRNA、および、カチオン性剤、好ましくは該RNAと複合化したもの)を含む医薬組成物、または、該RNAおよび該カチオン性剤を含む本明細書に規定の組成物は、固形剤として製剤化される。本発明の医薬組成物は、例えば、顆粒剤、スフィア剤、ペレット剤、錠剤、坐剤、コーティング錠、フィルム剤、分包散剤、硬質または軟ゼラチンカプセル剤の形態を取り得る。本発明の剤形、特に固形剤は、例えば、特にフィドラーの“Lexikon der Hilfstoffe” 5th Edition, Editio Cantor Verlag Aulendorf 2002、“The Handbook of Pharmaceutical Excipients”, 4th Edition, American Pharmaceuticals Association, 2003で言及されている、製剤で通常使用されている1つ以上の賦形剤を使用し、“Pharmazeutische Technologie”, 11th Edition Deutscher Apotheker Verlag 2010”または“Pharmazeutische Techologie”, 9th Edition. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart, 2012”などに記載されているような当業者に周知の方法に従って製剤化され得る。これらは、原則として、担体、希釈剤または充填剤、結合剤、崩壊剤、滑沢剤、流動化剤、安定化剤、界面活性剤、膜形成剤、軟化剤、湿潤剤、甘味剤、色素/着色剤、抗酸化剤、保存料などから選択され得る。このような1つまたは複数の賦形剤は固体であることが好ましいが、固形剤が得られる範囲で他の1つまたは複数の賦形剤も使用してもよい。
原則として、「固形剤」は固体として提供かつ/または投与することができる任意の剤形である。より具体的には、本発明の「固形剤」は、本発明の医薬組成物に含まれるRNAに対して何らかの保護(例えば、胃腸管内での分解からの保護)を付与し、かつ/または、該RNAの(例えば胃腸管内での分解に対する)耐性に寄与しかつ/または該耐性を向上する剤形である。本発明に関して使用される固形剤は当該技術分野で周知であり、例えば、“Lehrbuch der Pharmazeutischen Technologie”, 8th edition, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart (チャプタ−14)に記載されている。
固形剤は、例えば、顆粒剤、スフィア剤、1つまたは複数のペレット剤、1つまたは複数の錠剤、1つまたは複数の坐剤、1つまたは複数のコーティング錠、1つまたは複数のフィルム剤、1つまたは複数の散剤、1つまたは複数の分包散剤、1つまたは複数の丸剤、および、1つまたは複数のカプセル剤(1つまたは複数の2ピース式カプセル剤など)からなる群から選択され得る。このような剤形はまた当該技術分野で周知であり、例えば、上述の“Lehrbuch der Pharmazeutischen Technologie”、“Pharmazeutische. Technologie”, 10th edition, Deutscher Apotheker Verlag Stuttgart、および、“Innovative Arzneiformen”, 2010 (ISBN 978-3-8047-2455-6), Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgartに記載されている。
より具体的には、散剤(およびその製造)は上述の“Lehrbuch der Pharmazeutischen Technologie”のチャプター14.2に、顆粒剤(およびその製造)はそのチャプター14.3に記載されている。丸剤、錠剤(およびその製造)は上述の“Lehrbuch der Pharmazeutischen Technologie”のチャプター14.4に記載されている。ペレット剤(およびその製造)は上述の“Innovative Arzneiformen”のチャプター8に記載されている。カプセル剤(およびその製造)は上述の“Pharmazeutische Technologie”のチャプター11に記載されている。坐剤(およびその製造)は上述の“Lehrbuch der Pharmazeutischen Technologie”のチャプター13,14、および、上述の“Pharmazeutische Technologie”のチャプター13に記載されている。
例えば、本発明によれば、散剤を使用して顆粒剤を製造したり、散剤および/または顆粒剤を使用してペレット剤を製造したり、かつ/または、散剤および/または顆粒剤および/またはペレット剤を使用して1つまたは複数の錠剤、丸剤またはカプセル剤を製造してもよい。
具体的な一態様では、1つまたは複数のカプセル剤は1つまたは複数のゼラチンカプセル剤であり得る。典型的には、ゼラチンカプセル剤は硬質または軟ゼラチンカプセル剤である。本発明に関して特に好ましいのは硬質ゼラチンカプセル剤である。好適なカプセル、特にゼラチンカプセルは、当該技術分野で周知であって市販されており、例えば、Capsugel(登録商標)ベルギーNV(ベルギー、ボルネム)から「Coni−Snap(登録商標)」カプセル、「OBcaps(登録商標)」カプセル、「PCcaps(登録商標)」カプセル(または他のカプセル)として入手でき、上述の“Pharmazeutische Technologie”のチャプター11に記載されている。
他の具体的な一態様では、坐剤は、例えば上述の“Pharmazeutische Technologie”のチャプター13に記載されているように直腸坐剤であり得る。
好適な結合剤には、限定されないが、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリエチレングリコール(PEG)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、α化(コーン)スターチ、および、それらの組み合わせが含まれる。
好適な担体/充填剤/希釈剤には、限定されないが、微結晶セルロース、マンニトール、ショ糖、または、ラクトースなどの他の糖もしくは糖誘導体、リン酸水素カルシウム、スターチ、好ましくはコーンスターチ、低置換ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、および、それらの組み合わせが含まれる。
好適な滑沢剤には、限定されないが、ステアリン酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウムまたはカルシウム、ステアリン酸、硬化ヒマシ油、PEG4000−8000、タルク、ベヘン酸グリセリル、ステアリン酸フマル酸ナトリウム、および、それらの組み合わせが含まれる。
好適な流動化剤には、限定されないが、コロイダルシリカ(Aerosil 200など)、三ケイ酸マグネシウム、粉末化セルロース、タルク、および、それらの組み合わせが含まれる。
好適な崩壊剤には、限定されないが、カルボキシメチルセルロースカルシウム(CMC−Ca)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC−Na)、架橋PVP(例えば、クロスポビドン、ポリプラスドンまたはコリドンXL)、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、ポテトスターチ、グアーガム、架橋CMC(クロスカルメロースナトリウム、例えばAc−Di−Sol)、カルボキシメチルスターチNa(スターチグリコール酸ナトリウム、例えばPrimojelまたはExplotab)が含まれる。
好適な湿潤剤には、ラウリル硫酸ナトリウムなどの界面活性剤が含まれる。
好適な担体/充填剤/希釈剤には、限定されないが、微結晶セルロース、マンニトール、ショ糖、または、ラクトースなどの他の糖もしくは糖誘導体、リン酸水素カルシウム、スターチ、好ましくはコーンスターチ、低置換ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、および、それらの組み合わせが含まれる。
好適な滑沢剤には、限定されないが、ステアリン酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウムまたはカルシウム、ステアリン酸、硬化ヒマシ油、PEG4000−8000、タルク、ベヘン酸グリセリル、ステアリン酸フマル酸ナトリウム、および、それらの組み合わせが含まれる。
好適な流動化剤には、限定されないが、コロイダルシリカ(Aerosil 200など)、三ケイ酸マグネシウム、粉末化セルロース、タルク、および、それらの組み合わせが含まれる。
好適な崩壊剤には、限定されないが、カルボキシメチルセルロースカルシウム(CMC−Ca)、カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC−Na)、架橋PVP(例えば、クロスポビドン、ポリプラスドンまたはコリドンXL)、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、ポテトスターチ、グアーガム、架橋CMC(クロスカルメロースナトリウム、例えばAc−Di−Sol)、カルボキシメチルスターチNa(スターチグリコール酸ナトリウム、例えばPrimojelまたはExplotab)が含まれる。
好適な湿潤剤には、ラウリル硫酸ナトリウムなどの界面活性剤が含まれる。
さらに、本発明の胃腸内投与用の固体医薬組成物/固剤形は、フィルム形成ポリマー、不透明化剤、着色剤および可塑剤などの混合物などの市販のコーティング材を使用した当業者に周知のコーティング法によって、例えば、フィルムコーティングまたは放出調整コーティングを使用してコーティングしてもよい。各コーティングは胃液耐性コーティングとしてもよい。しかしながら、発明に関して実証されるように、コーティング、特に胃液耐性コーティングは、RNAを本発明に従って固形剤として経口投与(または直腸内投与もしくはプローブ/チューブを介した投与)する場合、すなわち、RNAが本発明の医薬組成物に含まれる場合は、効果的にRNAを発現させるために必ずしも必要ではない。
胃腸内投与用の調製物は、本発明の化合物(例えば、mRNAとカチオン性剤との複合体)の制御放出/調整放出を図るために、放出制御マトリックスなどの他の手段によって好適に製剤化され得る。
好適な賦形剤のリストはまた、Remington's Pharmaceutical Sciences, 18th Ed. (Alfonso R. Gennaro, ed.; Mack Publishing Company, Easton, PA, 1990);Remington: the Science and Practice of Pharmacy 19th Ed.( Lippincott, Williams & Wilkins, 1995);Handbook of Pharmaceutical Excipients, 3rdEd. (Arthur H. Kibbe, ed.; Amer. Pharmaceutical Assoc, 1999);the Pharmaceutical Codex: Principles and Practice of Pharmaceutics 12th Ed. (Walter Lund ed.; Pharmaceutical Press, London, 1994);The United States Pharmacopeia: The National Formulary (United States Pharmacopeial Convention);および、 Goodman and Gilman's: the Pharmacological Basis of Therapeutics (Louis S. Goodman and Lee E. Limbird, eds.; McGraw Hill, 1992)などの教科書に見出され得、それらの開示内容を本明細書に参照により援用する。好適な賦形剤(ゼラチンなど)、担体およびコーティングは、上述の“Lehrbuch der Pharmazeutischen Technologie”にも記載されている。
具体的な一実施形態では、本発明の医薬組成物は食事/食物サプリメントまたは食物の形態である。これに関して、本発明の医薬組成物は食事/食物に添加かつ/または食事/食物と共に投与され得る。さらに、本発明の医薬組成物は食物と共にまたは食物として投与され得る。再度述べるが、本実施形態に関しても、医薬組成物が固形剤として製剤化されていることが肝要である。そのため、各食事/食物も固体であることが想定される。そうでない場合、食事/食物に含まれる少なくとも医薬組成物が、消化中および/または消化後に固体形状を維持するように製剤化されることが想定される。各剤形の例は、(難溶または不溶な)顆粒剤、ペレット剤、(小)カプセル剤などである。各食事/食物の例は、シリアルバー、ビスケット、スナック、キャンディー、ペストリー、パン、ミューズリー、パスタなどである。
具体的な一態様では、本実施形態の医薬組成物は小児問題に関して使用するためのもの、すなわち、子供の疾病の治療(予防)に使用するためのものである。
食事/食物として(食事/食物の形態で)提供される場合、医薬組成物は特に子供に耐容がある。
食事/食物としては、人間の食事/食物だけでなく、動物用の餌も含まれる。
具体的な一態様では、本実施形態の医薬組成物は小児問題に関して使用するためのもの、すなわち、子供の疾病の治療(予防)に使用するためのものである。
食事/食物として(食事/食物の形態で)提供される場合、医薬組成物は特に子供に耐容がある。
食事/食物としては、人間の食事/食物だけでなく、動物用の餌も含まれる。
更なる一態様では、本発明は、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを、特に固形剤として胃腸内投与することによって、組織または標的細胞内へ送達するための本発明の(医薬)組成物または記載したカチオン性剤の使用に関する。「RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを細胞へ送達する」という用語は、好ましくは、該RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを細胞内へ移動させることを意味する。前記使用は、インビボまたはインビトロで行うことができる。
本発明はまた、本発明の(医薬)組成物を、特に固形剤として胃腸内投与することにより、標的細胞または標的組織と接触させる工程を含む、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを標的細胞または標的組織へ送達する方法に関する。そのような方法は、インビボで行うことができる。前記接触は、当業者に既知の手段および方法によって達成し得る。インビボでは、細胞または組織との接触は、例えば、当業者に既知の投与経路によって、特に遺伝子治療の分野でも原則用いられている胃腸内投与によって、前記組成物を個体に投与することにより達成することができる。前記組成物の製剤化および個体への投与の可能な方法は、本明細書の別の箇所にも記載されている。
「インビボ」という用語は、生きている生物の身体にもたらされるあらゆる適用をいい、前記生物は、好ましくは、多細胞生物であり、より好ましくは哺乳動物であり、最も好ましくはヒトである。「インビトロ」という用語は、生きている生物の身体から単離されて該生物の外側にある部分、例えば、細胞、組織および臓器にもたらされるあらゆる適用をいい、前記生物は、好ましくは、多細胞生物であり、より好ましくは哺乳動物であり、最も好ましくはヒトである。
本発明はまた、本発明の組成物、および/または、RNAと、PEIまたは本明細書に記載のオリゴマー、ポリマーもしくはリピドイドのようなカチオン性剤と、任意で医薬として許容される担体および/または希釈剤とを含む、医薬組成物に関する。「医薬組成物」という用語は、対象に投与することができる、本明細書に記載の組成物の医薬として許容される形態をいう。
「医薬として許容される」という用語は、本発明の組成物が医薬組成物として製剤化されることを意味し、該医薬組成物は、更に医薬として許容される担体および/または希釈剤を含み得る。そのため、本発明の医薬組成物は、医薬として許容される担体および/または希釈剤を更に含み得る。適切な医薬担体の例は、当該技術分野で周知であり、得られる医薬組成物が本発明の固形剤として製剤化される限りにおいて、(上述の)結合剤、担体、充填剤、希釈剤、滑沢剤、流動化剤、崩壊剤、賦形剤、および、様々な種類の湿潤剤などが挙げられる。そのような担体を含む組成物は、周知の常法によって製剤化することができる。
本発明の医薬組成物は、好適な用量で対象に投与することができる。投与計画は、担当医および臨床学的因子によって決定されるであろう。医療分野で周知のように、ある一対象に対する投与量は、対象の大きさ、体表面積、年齢、投与される特別な化合物、性別、投与の期間および経路、全身の健康状態、ならびに同時に投与される他の薬剤を含む、多数の要因によって左右される。活性物質の典型的な用量は、例えば、1ngから数グラムの範囲とすることができる。(m)RNA療法への適用では、発現用または発現阻害用の(m)RNAの用量が、この範囲に相当するべきであるものの、この例示的範囲を下回るまたは上回る用量が、特に上述する要因を考慮して、想定される。一般に、医薬組成物の標準的な投与としての投与計画は、1日あたり、体重1キログラムあたり0.1μg〜10mg単位の範囲とすべきである。投与法が持続注入である場合、前記用量は、各々、体重1キログラムあたり1μg〜10mg単位の範囲とすべきである。進捗は、定期評価によってモニタリングすることができる。投与量は変動するであろうが、本発明の組成物の構成成分としての(m)RNAの静脈内投与に好ましい用量は、およそ106〜1019コピーの(m)RNA分子である。
原則として、「投与(される)」という用語は、前記組成物を対象の体内に導入するのに適したあらゆる方法を包含する。しかしながら、上述したとおり、本発明に関して使用する場合は、胃腸内投与法を主に包含する。そのため、好適な組成物の投与は様々な方法で達成され得るが、特に経口もしくは直腸内投与、または、プローブ/チューブを介した投与によって達成され得る。本発明の組成物は、特に、シェイらによって報告され(Shea et al. 1999, Nat Biotechnol, 17, 551-554)また欧州特許出願公開第1198489号明細書に記載されるような遺伝活性化マトリックスとして投与されてもよい。
原則として、本発明の医薬組成物は全身的に投与され得る。本発明はまた、本明細書の別の箇所に規定および記載されたように、RNAおよび/または該RNAから翻訳されたタンパク質を全身送達するための本発明の医薬組成物の使用、および、本発明の医薬組成物を胃腸内投与する工程を含む、前記RNAおよび/または該RNAから翻訳されたタンパク質を(それを必要とする)対象に全身送達する方法に関する。
例えば、(全身送達された)RNAから翻訳された(される)タンパク質は分泌タンパク質であり得る。これは、RNAが送達された胃腸管の上皮細胞により(腸細胞などにより)産生され得る。そのため、例えば血流を介して全身に送達され得る(腎臓内のシグナルを示す図36の「brPEI」を参照)。よって、本発明は、本発明の医薬組成物を使用してタンパク質を全身送達する手段および方法を更に提供する。このタンパク質は本発明の医薬組成物に含まれるRNAによりコードされている。
更に、本発明の医薬組成物は、該医薬組成物の意図される用途に応じて、インターロイキンまたはインターフェロンのような更なる薬剤を含んでもよい。
他の一実施形態では、本発明は、本発明の医薬組成物を、RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを該組成物に含有させて予防効果または治療効果を引き起こさせるために、(それを必要とする)患者に経口投与する工程を含む、治療(または予防)方法に関する。特に、「患者」という用語は、動物および人間を含む。
本発明は、更に、疾病、例えば本明細書の別の箇所に記載および定義された疾患の治療(または予防)に使用される本発明の医薬組成物に関する。
これに関して、医薬組成物は胃腸内投与され、かつ、固形剤として製剤化されることが想定される。
本発明は、更に、疾病、例えば本明細書の別の箇所に記載および定義された疾患の治療(または予防)に使用される本発明の医薬組成物に関する。
これに関して、医薬組成物は胃腸内投与され、かつ、固形剤として製剤化されることが想定される。
本発明の医薬組成物を投与することによって、疾患を治療、予防またはワクチン接種することができる。「疾患」という用語は、本発明の実施形態を用いることによって、治療、予防またはそれに対するワクチン接種することができる想定されるあらゆる病状をいう。
前記方法または医薬組成物の好ましい実施形態では、前記疾患が、先天性、後天性、感染性もしくは非感染性、加齢に伴う、心血管系、代謝性、消化器系、新生物性(特に癌)または遺伝性のものであり得る。疾患は、例えば、生体内での生理的過程、分子過程、生化学反応の異常に基づき得るし、それらは同様に、生体の遺伝的素養、化学物質または放射線への曝露のような行動的、社会的または環境的要因に基づき得る。特に好ましい実施形態では、本発明の医薬組成物は、国際公開第2011/012316号に開示されるように治療(予防)のために/治療(予防)に用いられる。
原則として、本発明の医薬組成物ならびに各使用および各方法は、所定の1つまたは複数の疾患または疾病の治療(または予防)に限定されない。むしろ、本発明に従ってRNAの胃腸内投与をすることにより、すなわち、本発明の医薬組成物を胃腸内に投与することにより、任意の疾患または疾病を治療(または予防)することを想定している。この点、以下の3つの治療(予防)領域が想定される。
第1は、(胃)腸管に関する局所的な疾患を治療(または予防)するための患者への胃腸内投与である。それぞれの最も著名な例はクローン病および潰瘍性大腸炎(炎症性腸疾患)である。この領域に関しては、mRNAは、例えば、関連するシグナル伝達経路と相互作用する任意の抗炎症因子をコードし得る。IL−10などが例として挙げられ得る。同様に、対応する1つまたは複数のシグナル伝達経路と相互作用する胃腸管内の抗体の局所的な発現が想定される(例えば、抗TNFα抗体;Humira)。更なる局所的(例えば局所的炎症性)疾患が存在し得る。
第2は、欠損タンパク質、特に通常全身で産生される欠損タンパク質を置換するための患者への胃腸内投与である。この領域に関しては、胃腸管の上皮細胞がmRNAを発現し、また、翻訳されたタンパク質が患者の血液循環中に分泌されてその機能を全身的に発揮することが期待される。非限定的な例は、EPO、hGH、hCSF、血液凝固因子(FVIII、FIX)などである。各疾患は代謝または遺伝疾患であり得る。他の非限定的な例は、リソソーム蓄積病などの酵素置換が必要な治療の場合における機能性酵素の発現であり得る(Leader, Nature Reviews Drug Discovery 7, 2008, 21-39を参照)。さらに、血流中に分泌された際に、抗体が局所的に発現され、遠位部の臓器においてその機能を発揮することが考えられる(例えば、炎症性疾患、癌など;http://www.pharmazeutische-zeitung.de/index.php?id=35238またはhttp://www.vfa.de/de/arzneimittel-forschung/datenbanken-zu-arzneimitteln/amzulassungen-gentec.htmlなども参照)。
この領域に関して、本発明の医薬組成物は下記化合物を代表し得る(すなわち、各RNAは下記化合物をコードし得る)。各疾患は治療(または予防)され得る。
ベバシズマブ(Avastin(登録商標))、ラニビズマブ(Lucentis(登録商標)、または、ペガプタニブ(Macugen(登録商標))のような血管形成阻害剤。オマリズマブ(Xolair(登録商標))のような抗喘息薬。エポエチンα(Eprex(登録商標)、Erypo(登録商標))、エポエチンα、バイオシミラー(エポエチンαHexal(登録商標)、Binocrit(登録商標)、Abseamed(登録商標))、エポエチンθ(Biopoin(登録商標)、Eporatio(登録商標))、エポエチンζ、バイオシミラー(Silapo(登録商標)、Retacrit(登録商標))、エポエチンβ(Neorecormon(登録商標))、エポエチンδ(Dynepo(登録商標))、ダーベポエチンα(Aranesp(登録商標),Nespo(登録商標))、または、メトキシ−ポリエチレングリコール−エポエチンβ(Mircera(登録商標))のような抗貧血薬。ヒトインスリン、遺伝子組換え体(Insuman(登録商標)、Actraphane(登録商標)、Insulin Human Winthrop(登録商標)など)、インスリンリスプロ(Humalog(登録商標))、インスリンアスパルト(NovoRapid(登録商標))、インスリングルリジン(Apidra(登録商標))、インスリングラルギン(Lantus(登録商標)、Optisulin(登録商標))、インスリンデテミル(Levemir(登録商標))、グルカゴン(Glucagen(登録商標))、エキセナチド(Byretta(登録商標))、または、リラグルチド(Victoza(登録商標))のような抗糖尿病薬。インターフェロン−α−2a(Roferon A(登録商標))、ペグインターフェロン−α−2a(Pegasys(登録商標))、インターフェロン−α−2b(Intron A(登録商標)),ペグインターフェロン−α−2b(Pegintron(登録商標)、Viraferonpeg(登録商標)、Vitron(登録商標))、インターフェロン−γ−1b(Imukin(登録商標))、パリビズマブ(Synagis(登録商標)、または、エンフビルチド(Fuzeon(登録商標))のような抗感染薬/呼吸系治療薬。エファリズマブ(Raptiva(登録商標))、アレファセプト(Amevive(登録商標))、ウステキヌマブ(Stelara(登録商標))、インフリキシマブ(Remicade(登録商標))、アダリムマブ(Humira(登録商標))、または、エタネルセプト(Enbrel(登録商標))のような抗乾癬薬。リツキシマブ(MabThera(登録商標))、インフリキシマブ(Remicade(登録商標))、アダリムマブ(Humira(登録商標))、ゴリムマブ(Simponi(登録商標)),セルトリズマブペゴル(Cimzia(登録商標))、エタネルセプト(Enbrel(登録商標))、アナキンラ(Kineret(登録商標))、アバタセプト(Orenica(登録商標))、トシリズマブ(Roactemra(登録商標))、または、カナキヌマブ(Ilaris(登録商標))のような抗リウマチ薬。ストレプトキナーゼ(Streptase(登録商標))、ウロキナーゼ(Corase 500.000(登録商標))、アブシキシマブ(Reopro(登録商標))、アンチトロンビンα(Atryn(登録商標))、レピルジン(Refludan(登録商標))、デシルジン(Revasc(登録商標))、ビバリルジン(Angiox(登録商標))、レテプラーゼ(Rapilysin(登録商標))、または、テネクテプラーゼ(Metalyse(登録商標))のような抗血栓薬/線維素溶解薬。エプタコグα(活性型)(Novoseven(登録商標))、オクタコグα(Recombinate(登録商標)、Advate(登録商標)、Helixate(登録商標)、Kogenate(登録商標))、モロクトコグα(Refacto(登録商標))、または、ノナコグα(Benefix(登録商標))のような凝固因子。エクリズマブ(Soliris(登録商標))のような溶血阻害薬。フォリトロピンβ(Puregon(登録商標)、Fertavid(登録商標))、フォリトロピンα(Gonal−f(登録商標))、コリフォリトロピンα(Elonva(登録商標))、ルトロピンα(Luveris(登録商標))、フォリトロピンα/ルトロピンα(Pergoveris(登録商標))、または、コリオゴナドトロピンα(Ovitrelle(登録商標))のような受胎障害治療(または予防)用ホルモン。インターフェロン−β−1b(Betaferon(登録商標),Extavia(登録商標))、インターフェロン−β−1a(Rebif(登録商標)、Avonex(登録商標))、ナタリズマブ(Tysabri(登録商標))、または、グラチラマーアセテート(Copaxone(登録商標))のような免疫系(多発性硬化症など)調節薬。(ウサギ由来)抗ヒトTリンパ球グロブリン(ATG−Fresenius(登録商標)S)、(ウサギ由来)抗T細胞グロブリン(Thymoglobuline(登録商標))、バシリキシマブ(Simulect(登録商標))、または、ダクリズマブ(Zenapax(登録商標))のような免疫抑制薬(移植片対宿主病の予防など)。B型肝炎(rDNA)ワクチン(HBVAXPRO(登録商標)、Fendrix(登録商標)、Engerix(登録商標)−B)、ヒトパピローマウイルスワクチン(Cervarix(登録商標)、Gardasil(登録商標))、肺炎球菌結合型ワクチン(Synflorix(登録商標))、または、経口コレラワクチン(Dukoral(登録商標))のようなワクチン。ジボテルミンα(Inductos(登録商標))、または、エプトテルミンα(Osigraft(登録商標))のような骨成長因子。ドルナーゼα(Pulmozyme(登録商標))のような嚢胞性線維症治療薬。テリパラチド(Forsteo(登録商標))、パラチロイドホルモン(Preotact(登録商標))、サケカルシトニン(Forcaltonin(登録商標))、または、デノスマブ(Prolia(登録商標))のような骨粗鬆症治療薬。ドロトレコギンα(Xigris(登録商標))のような敗血症治療薬。イミグルセラーゼ(Cerezyme(登録商標))、アガルシダーゼα(Replagal(登録商標))、アガルシダーゼβ(Fabrazyme(登録商標))、ラロニダーゼ(Aldurazyme(登録商標))、イデュルスルファーゼ(Elaprase(登録商標))、ガルスルファーゼ(Naglazyme(登録商標))、または、アグルコシダーゼα(Myozyme(登録商標))のような酵素補充薬。ロミプロスチム(Nplate(登録商標))のようの血小板成長因子。アルデスロイキン(Proleukin(登録商標))、タソネルミン(Beromun(登録商標))、インターフェロンα−2a(Roferon(登録商標)−A)、インターフェロンα−2b(IntronA(登録商標))、セツキシマブ(Erbitux(登録商標))、パニツムバム(Vectibix(登録商標))、ニモツズマブ(Theraloc(登録商標))、トラスツマブ(Herceptin(登録商標))、ペルツズマブ(Omnitarg(登録商標))、エルツマキソマブ(Rexomum(登録商標))、リツキシマブ(MabThera(登録商標))、イブリツモマブ−チウキセタン(Zevalin(登録商標))、トシツモマブ(Bexxar(登録商標))、アレムツズマブ(MabCampath(登録商標))、ベバシズマブ(Avastin(登録商標))、アスパラギナーゼ(アスパラギナーゼ medac(登録商標))、ペグアスパラガーゼ(Oncaspar(登録商標))、フィルグラスチム(Neupogen(登録商標))、フィルグラスチム、バイオシミラー(Biograstim(登録商標)、フィグラスチムHexal(登録商標)、フィグラスチム ratiopharm(登録商標)、Ratiograstim(登録商標)、Zarzio(登録商標)、Tevagrastim(登録商標))、ペグフィグラスチム(Neulasta(登録商標))、レノグラスチム(Granocyte(登録商標))、パリフェルミン(Kepivance(登録商標))、ラスブリカーゼ(Fasturtec(登録商標))、チロトロピンα(Thyrogen(登録商標))、または、オファツムマブ(Arzerra(登録商標))のような癌/腫瘍治療薬。ソマトロピン(Humatrope(登録商標)、Genotropin(登録商標)MiniQuick、NutropinAq(登録商標)、Zomacton(登録商標)、ノルジトロピン Nodiflex(登録商標)、ノルジトロピン Simplexx(登録商標)、Saizen(登録商標)、Omnitrope(登録商標)、Valtropin(登録商標))、メカセルミン(Increlex(登録商標))、または、ペグビソマント(Somavert(登録商標))のような成長ホルモン。ベカプレルミン(Regranex(登録商標))のような創傷治療薬。
ベバシズマブ(Avastin(登録商標))、ラニビズマブ(Lucentis(登録商標)、または、ペガプタニブ(Macugen(登録商標))のような血管形成阻害剤。オマリズマブ(Xolair(登録商標))のような抗喘息薬。エポエチンα(Eprex(登録商標)、Erypo(登録商標))、エポエチンα、バイオシミラー(エポエチンαHexal(登録商標)、Binocrit(登録商標)、Abseamed(登録商標))、エポエチンθ(Biopoin(登録商標)、Eporatio(登録商標))、エポエチンζ、バイオシミラー(Silapo(登録商標)、Retacrit(登録商標))、エポエチンβ(Neorecormon(登録商標))、エポエチンδ(Dynepo(登録商標))、ダーベポエチンα(Aranesp(登録商標),Nespo(登録商標))、または、メトキシ−ポリエチレングリコール−エポエチンβ(Mircera(登録商標))のような抗貧血薬。ヒトインスリン、遺伝子組換え体(Insuman(登録商標)、Actraphane(登録商標)、Insulin Human Winthrop(登録商標)など)、インスリンリスプロ(Humalog(登録商標))、インスリンアスパルト(NovoRapid(登録商標))、インスリングルリジン(Apidra(登録商標))、インスリングラルギン(Lantus(登録商標)、Optisulin(登録商標))、インスリンデテミル(Levemir(登録商標))、グルカゴン(Glucagen(登録商標))、エキセナチド(Byretta(登録商標))、または、リラグルチド(Victoza(登録商標))のような抗糖尿病薬。インターフェロン−α−2a(Roferon A(登録商標))、ペグインターフェロン−α−2a(Pegasys(登録商標))、インターフェロン−α−2b(Intron A(登録商標)),ペグインターフェロン−α−2b(Pegintron(登録商標)、Viraferonpeg(登録商標)、Vitron(登録商標))、インターフェロン−γ−1b(Imukin(登録商標))、パリビズマブ(Synagis(登録商標)、または、エンフビルチド(Fuzeon(登録商標))のような抗感染薬/呼吸系治療薬。エファリズマブ(Raptiva(登録商標))、アレファセプト(Amevive(登録商標))、ウステキヌマブ(Stelara(登録商標))、インフリキシマブ(Remicade(登録商標))、アダリムマブ(Humira(登録商標))、または、エタネルセプト(Enbrel(登録商標))のような抗乾癬薬。リツキシマブ(MabThera(登録商標))、インフリキシマブ(Remicade(登録商標))、アダリムマブ(Humira(登録商標))、ゴリムマブ(Simponi(登録商標)),セルトリズマブペゴル(Cimzia(登録商標))、エタネルセプト(Enbrel(登録商標))、アナキンラ(Kineret(登録商標))、アバタセプト(Orenica(登録商標))、トシリズマブ(Roactemra(登録商標))、または、カナキヌマブ(Ilaris(登録商標))のような抗リウマチ薬。ストレプトキナーゼ(Streptase(登録商標))、ウロキナーゼ(Corase 500.000(登録商標))、アブシキシマブ(Reopro(登録商標))、アンチトロンビンα(Atryn(登録商標))、レピルジン(Refludan(登録商標))、デシルジン(Revasc(登録商標))、ビバリルジン(Angiox(登録商標))、レテプラーゼ(Rapilysin(登録商標))、または、テネクテプラーゼ(Metalyse(登録商標))のような抗血栓薬/線維素溶解薬。エプタコグα(活性型)(Novoseven(登録商標))、オクタコグα(Recombinate(登録商標)、Advate(登録商標)、Helixate(登録商標)、Kogenate(登録商標))、モロクトコグα(Refacto(登録商標))、または、ノナコグα(Benefix(登録商標))のような凝固因子。エクリズマブ(Soliris(登録商標))のような溶血阻害薬。フォリトロピンβ(Puregon(登録商標)、Fertavid(登録商標))、フォリトロピンα(Gonal−f(登録商標))、コリフォリトロピンα(Elonva(登録商標))、ルトロピンα(Luveris(登録商標))、フォリトロピンα/ルトロピンα(Pergoveris(登録商標))、または、コリオゴナドトロピンα(Ovitrelle(登録商標))のような受胎障害治療(または予防)用ホルモン。インターフェロン−β−1b(Betaferon(登録商標),Extavia(登録商標))、インターフェロン−β−1a(Rebif(登録商標)、Avonex(登録商標))、ナタリズマブ(Tysabri(登録商標))、または、グラチラマーアセテート(Copaxone(登録商標))のような免疫系(多発性硬化症など)調節薬。(ウサギ由来)抗ヒトTリンパ球グロブリン(ATG−Fresenius(登録商標)S)、(ウサギ由来)抗T細胞グロブリン(Thymoglobuline(登録商標))、バシリキシマブ(Simulect(登録商標))、または、ダクリズマブ(Zenapax(登録商標))のような免疫抑制薬(移植片対宿主病の予防など)。B型肝炎(rDNA)ワクチン(HBVAXPRO(登録商標)、Fendrix(登録商標)、Engerix(登録商標)−B)、ヒトパピローマウイルスワクチン(Cervarix(登録商標)、Gardasil(登録商標))、肺炎球菌結合型ワクチン(Synflorix(登録商標))、または、経口コレラワクチン(Dukoral(登録商標))のようなワクチン。ジボテルミンα(Inductos(登録商標))、または、エプトテルミンα(Osigraft(登録商標))のような骨成長因子。ドルナーゼα(Pulmozyme(登録商標))のような嚢胞性線維症治療薬。テリパラチド(Forsteo(登録商標))、パラチロイドホルモン(Preotact(登録商標))、サケカルシトニン(Forcaltonin(登録商標))、または、デノスマブ(Prolia(登録商標))のような骨粗鬆症治療薬。ドロトレコギンα(Xigris(登録商標))のような敗血症治療薬。イミグルセラーゼ(Cerezyme(登録商標))、アガルシダーゼα(Replagal(登録商標))、アガルシダーゼβ(Fabrazyme(登録商標))、ラロニダーゼ(Aldurazyme(登録商標))、イデュルスルファーゼ(Elaprase(登録商標))、ガルスルファーゼ(Naglazyme(登録商標))、または、アグルコシダーゼα(Myozyme(登録商標))のような酵素補充薬。ロミプロスチム(Nplate(登録商標))のようの血小板成長因子。アルデスロイキン(Proleukin(登録商標))、タソネルミン(Beromun(登録商標))、インターフェロンα−2a(Roferon(登録商標)−A)、インターフェロンα−2b(IntronA(登録商標))、セツキシマブ(Erbitux(登録商標))、パニツムバム(Vectibix(登録商標))、ニモツズマブ(Theraloc(登録商標))、トラスツマブ(Herceptin(登録商標))、ペルツズマブ(Omnitarg(登録商標))、エルツマキソマブ(Rexomum(登録商標))、リツキシマブ(MabThera(登録商標))、イブリツモマブ−チウキセタン(Zevalin(登録商標))、トシツモマブ(Bexxar(登録商標))、アレムツズマブ(MabCampath(登録商標))、ベバシズマブ(Avastin(登録商標))、アスパラギナーゼ(アスパラギナーゼ medac(登録商標))、ペグアスパラガーゼ(Oncaspar(登録商標))、フィルグラスチム(Neupogen(登録商標))、フィルグラスチム、バイオシミラー(Biograstim(登録商標)、フィグラスチムHexal(登録商標)、フィグラスチム ratiopharm(登録商標)、Ratiograstim(登録商標)、Zarzio(登録商標)、Tevagrastim(登録商標))、ペグフィグラスチム(Neulasta(登録商標))、レノグラスチム(Granocyte(登録商標))、パリフェルミン(Kepivance(登録商標))、ラスブリカーゼ(Fasturtec(登録商標))、チロトロピンα(Thyrogen(登録商標))、または、オファツムマブ(Arzerra(登録商標))のような癌/腫瘍治療薬。ソマトロピン(Humatrope(登録商標)、Genotropin(登録商標)MiniQuick、NutropinAq(登録商標)、Zomacton(登録商標)、ノルジトロピン Nodiflex(登録商標)、ノルジトロピン Simplexx(登録商標)、Saizen(登録商標)、Omnitrope(登録商標)、Valtropin(登録商標))、メカセルミン(Increlex(登録商標))、または、ペグビソマント(Somavert(登録商標))のような成長ホルモン。ベカプレルミン(Regranex(登録商標))のような創傷治療薬。
第3は、(組換え)タンパク質の免疫原性を回避するなどのために患者に局所的な寛容(経口寛容など)を誘発することである(Wang, Advanced Drug Delivery Reviews 65, 2013, 759-73を参照)。経口寛容とは、食物タンパク質などの無毒な抗原を経口投与することにより導入される、局所的および全身的に免疫不応答な状態である(Pabst, Mucosal Immunology 5(3), 2012, 232-9を参照)。経口寛容は、抗原に対するホルモン性および/または細胞性の免疫応答を、同じ抗原を経口経路で投与することにより特異的に抑制することと定義される。これは、胃腸管を使用して患者の血流内にタンパク質を翻訳および分泌する場合のmRNA技術の更なる利点である。これにより、発現タンパク質に係る全ての免疫上の懸念を払拭することができる。これは特に、遺伝的欠陥により発現タンパク質が発現されていなかったために身体が該発現タンパク質に曝されたことがない遺伝的疾患に罹患する患者において、重要であると思われる。このような患者に未知のタンパク質を与えると(あるいは未知のタンパク質が発現すると)、免疫系はこのようなタンパク質を異物として認識する可能性が高い。免疫系が成熟する過程において存在していなかったからである。このような場合に、免疫寛容が確立されていると有益である。
そのため、具体的な一実施形態では、本発明の医薬組成物は、(例えば、上記第2の領域に関して、または、本明細書の別の箇所に記載および定義されているように、遺伝的疾患および/または治療(または予防)対象の疾患の治療と併用して)患者に局所的な(免疫)寛容(経口(免疫)寛容など)を誘発するために使用されるものである。
そのため、具体的な一実施形態では、本発明の医薬組成物は、(例えば、上記第2の領域に関して、または、本明細書の別の箇所に記載および定義されているように、遺伝的疾患および/または治療(または予防)対象の疾患の治療と併用して)患者に局所的な(免疫)寛容(経口(免疫)寛容など)を誘発するために使用されるものである。
上記治療方法を踏まえ、他の一実施形態では、本発明は、組成物中に含有される前記RNA、好ましくはmRNAのような一本鎖RNAを疾患に罹患した患者の身体内の組織または臓器へ提供することによって治療することができる疾患の治療用医薬組成物を調製するための、本発明の組成物の使用に関する。
本発明の医薬組成物は、使用説明書または使用説明小冊子と共に提供され得る。この使用説明書/小冊子は、当業者/担当医が本発明に従って本明細書に記載の疾患または疾病をどのように治療または予防すべきかについての指針を含み得る。特に、この使用説明書/小冊子は、本明細書に記載の投与形態/投与レジメン(例えば、投与経路、用量レジメン、投与時間、投与頻度)についての指針を含み得る。特に、この使用説明書/小冊子は、医薬組成物を胃腸管(内)に投与(例えば、経口投与、直腸内投与、または、プローブ/チューブを介した投与(胃チューブなど))する旨の指示を含み得る。このような指示は、医薬組成物を、例えば、経口または直腸内投与するための(に設計された)固形剤として、投与する旨の指示を含み得る。原則として、投与形態/投与レジメンについて本明細書の別の箇所に記載した事項は、使用説明書/小冊子中に当業者/担当医のための指針として含まれ得る。
本発明の医薬組成物は、キット内に(またはキットの形態で)提供され得る。このキットは、本発明の医薬組成物の1つ以上の成分を、例えば1つ以上の個別の容器内に含み得る。例えば、このキットは、RNA、カチオン性剤、および/または、1つまたは複数のヘルパー脂質を、例えば1つ、2つ、3つ(またはそれ以上の)個別の容器内にそれぞれ含み得る。このキットはまた、使用説明書または使用説明小冊子を含み得る。
さらなる説明のため、本発明の好ましい態様を次項にまとめる。これらは、先行する一般的開示の一部を形成し、そこで開示される好ましい実施形態も同様である。
下記実施例は、本発明を説明するものである。
[製造例I:N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン修飾ポリ(アクリル酸)、MW:8,000Da、PAA8k−(2-3-2)の合成]
50mMのMESを含有する反応バッファー(pH6.0)2mLにポリ(アクリル酸)ナトリウム塩(MW:8,000Da、シグマアルドリッチ社)10mgを希釈した。同じバッファー2mLにN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(100当量/カルボキシル基、シグマアルドリッチ社)1.69gを希釈した。該オリゴ(アルキレンアミン)は遊離塩基として購入したため、pHを32%HClの滴下によってpH6.0に再調整した。前記ポリ(アクリル酸)溶液と前記オリゴ(アルキレンアミン)溶液とを混合した。反応を開始させるため、カルボキシル基あたり10倍モル過剰量の1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC、シグマアルドリッチ社、反応バッファー2mLに希釈)を加えた。最終体積を10mLに調整した。得られた混合物をオーバーヘッド型振盪機上で室温にて3時間インキュベーションした。得られた生成物を透析で精製した。この目的のため、該反応混合物をslide−a−lyzer透析カセット(3〜12mL、MWCO:3,500Da、テルモフィッシャーサイエンティフィック社)内に充填し、水に対して72時間透析を行った。水は、1日あたり2回交換した。透析後、精製したポリマーを凍結乾燥させた。同一条件下で、次の表1に列挙するポリマーを合成し、試験した。
50mMのMESを含有する反応バッファー(pH6.0)2mLにポリ(アクリル酸)ナトリウム塩(MW:8,000Da、シグマアルドリッチ社)10mgを希釈した。同じバッファー2mLにN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(100当量/カルボキシル基、シグマアルドリッチ社)1.69gを希釈した。該オリゴ(アルキレンアミン)は遊離塩基として購入したため、pHを32%HClの滴下によってpH6.0に再調整した。前記ポリ(アクリル酸)溶液と前記オリゴ(アルキレンアミン)溶液とを混合した。反応を開始させるため、カルボキシル基あたり10倍モル過剰量の1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC、シグマアルドリッチ社、反応バッファー2mLに希釈)を加えた。最終体積を10mLに調整した。得られた混合物をオーバーヘッド型振盪機上で室温にて3時間インキュベーションした。得られた生成物を透析で精製した。この目的のため、該反応混合物をslide−a−lyzer透析カセット(3〜12mL、MWCO:3,500Da、テルモフィッシャーサイエンティフィック社)内に充填し、水に対して72時間透析を行った。水は、1日あたり2回交換した。透析後、精製したポリマーを凍結乾燥させた。同一条件下で、次の表1に列挙するポリマーを合成し、試験した。
[製造例II:固相担持ペプチド合成によるブラシ様ポリマーの作製用のオリゴ(アルキレンアミン)構成要素の合成]
<I.トリ(Boc)保護N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(EPE(Boc)3)の合成>
5gのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(31.2mmol)を100mLのジクロロメタン(DCM)に可溶化して、0℃まで冷却した。4.43gのエチルトリフルオロアセテート(31.2mmol、1当量/分子)を100mLのDCMに希釈して、該撹拌溶液に4時間かけて滴下した。添加後、得られた溶液を室温で一晩撹拌した。翌日、得られた反応混合物に19.46mLのトリエチルアミン(14.2g、0.1404mol、1.5当量/遊離アミン)を加えた。30.64gのジ−tert−ブチルジカーボネート(0.1404mol、1.5当量/アミン)を100mLのDCMに可溶化し、該撹拌溶液に滴下して、一定撹拌下、室温で24時間インキュベーションした。反応の後、有機相をおよそ100mLにまで濃縮して、5%NaHCO3で3回、水で3回洗浄した。この有機相を無水Na2SO4で乾燥させて、濾過し、溶媒を蒸発させた。得られた生成物を100mLのメタノールおよび200mLの3M NaOH(20当量/分子)に希釈して、室温で一晩撹拌した。メタノールを蒸発させて、水溶液をDCMで3回洗浄した。有機相を集めて無水Na2SO4で乾燥させ、濾過し、蒸発させた。得られた分子(EPE(Boc)3)をH1−NMRで分析した。
5gのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(31.2mmol)を100mLのジクロロメタン(DCM)に可溶化して、0℃まで冷却した。4.43gのエチルトリフルオロアセテート(31.2mmol、1当量/分子)を100mLのDCMに希釈して、該撹拌溶液に4時間かけて滴下した。添加後、得られた溶液を室温で一晩撹拌した。翌日、得られた反応混合物に19.46mLのトリエチルアミン(14.2g、0.1404mol、1.5当量/遊離アミン)を加えた。30.64gのジ−tert−ブチルジカーボネート(0.1404mol、1.5当量/アミン)を100mLのDCMに可溶化し、該撹拌溶液に滴下して、一定撹拌下、室温で24時間インキュベーションした。反応の後、有機相をおよそ100mLにまで濃縮して、5%NaHCO3で3回、水で3回洗浄した。この有機相を無水Na2SO4で乾燥させて、濾過し、溶媒を蒸発させた。得られた生成物を100mLのメタノールおよび200mLの3M NaOH(20当量/分子)に希釈して、室温で一晩撹拌した。メタノールを蒸発させて、水溶液をDCMで3回洗浄した。有機相を集めて無水Na2SO4で乾燥させ、濾過し、蒸発させた。得られた分子(EPE(Boc)3)をH1−NMRで分析した。
<II.Fmoc−グルタミン酸修飾Boc化N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(Fmoc−Glu(EPE(Boc)3)−OH)の合成>
3.5gのN−(9−フルオレニルメトキシカルボニル)−L−グルタミン酸(Fmoc−Glu−OH、9.47mmol)を100mLの無水酢酸に混合して、油浴中で、還流しながら、溶液が透明になるまで撹拌しながら、100℃に加熱した。得られた溶液を氷中で冷却して、60℃の真空蒸発により溶媒を除去した。得られた生成物を100mLのテトラヒドロフランに可溶化した。5.24gのEPE(Boc)3(11.37mmol、1.2当量/分子)を100mLのテトラヒドロフランに希釈して、3.3mLのN,N−ジイソプロピルエチルアミン(18.94mmol、2当量/分子)と混合し、グルタミン酸含有溶液に加えた。得られた反応混合物を室温で2時間撹拌した。得られた溶液を蒸発によって濃縮した後、それをDCMに希釈して、クエン酸三ナトリウムバッファー(0.1M、pH5.5)で3回洗浄した。有機相を無水Na2SO4で乾燥させた後、このサンプルを、乾式カラムフラッシュクロマトグラフィーによりシリカカラム上でヘプタン/酢酸エチル(50/50から0/100)および酢酸エチル/メタノール(100/0から80/20)の段階グラジエントを用いて精製した。シリカTLC上でUVシグナルを含有する画分をプールし、溶媒を蒸発させて、得られた生成物をH1−NMRで分析した。
3.5gのN−(9−フルオレニルメトキシカルボニル)−L−グルタミン酸(Fmoc−Glu−OH、9.47mmol)を100mLの無水酢酸に混合して、油浴中で、還流しながら、溶液が透明になるまで撹拌しながら、100℃に加熱した。得られた溶液を氷中で冷却して、60℃の真空蒸発により溶媒を除去した。得られた生成物を100mLのテトラヒドロフランに可溶化した。5.24gのEPE(Boc)3(11.37mmol、1.2当量/分子)を100mLのテトラヒドロフランに希釈して、3.3mLのN,N−ジイソプロピルエチルアミン(18.94mmol、2当量/分子)と混合し、グルタミン酸含有溶液に加えた。得られた反応混合物を室温で2時間撹拌した。得られた溶液を蒸発によって濃縮した後、それをDCMに希釈して、クエン酸三ナトリウムバッファー(0.1M、pH5.5)で3回洗浄した。有機相を無水Na2SO4で乾燥させた後、このサンプルを、乾式カラムフラッシュクロマトグラフィーによりシリカカラム上でヘプタン/酢酸エチル(50/50から0/100)および酢酸エチル/メタノール(100/0から80/20)の段階グラジエントを用いて精製した。シリカTLC上でUVシグナルを含有する画分をプールし、溶媒を蒸発させて、得られた生成物をH1−NMRで分析した。
[製造例III:固相担持ペプチド合成による直線状ポリマーおよび分枝状ポリマーの作製用のオリゴ(アルキレンアミン)構成要素の合成]
<I.ジ(Boc)保護N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(EPE(Boc)2)の合成>
5gのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(31.2mmol)を100mLのジクロロメタン(DCM)に可溶化して、0℃まで冷却した。8.86gのエチルトリフルオロアセテート(62.4mmol、2当量/分子)を100mLのDCMに希釈して、該撹拌溶液に4時間かけて滴下した。添加後、得られた溶液を室温で一晩撹拌した。翌日、得られた反応混合物に13mLのトリエチルアミン(9.47g、0.0936mol、1.5当量/遊離アミン)を加えた。20.43gのジ−tert−ブチルジカーボネート(0.0936mol、1.5当量/アミン)を100mLのDCMに可溶化し、該撹拌溶液に滴下して、一定撹拌下、室温で24時間インキュベーションした。反応の後、有機相をおよそ100mLにまで濃縮して、5%NaHCO3で3回、水で3回洗浄した。この有機相を無水Na2SO4で乾燥させて、濾過し、溶媒を蒸発させた。得られた生成物を100mLのメタノールおよび200mLの3M NaOH(20当量/分子)に希釈して、室温で一晩撹拌した。メタノールを蒸発させて、水溶液をDCMで3回洗浄した。有機相を集めて無水Na2SO4で乾燥させ、濾過し、蒸発させた。得られた分子(EPE(Boc)2)をH1−NMRで分析した。
5gのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(31.2mmol)を100mLのジクロロメタン(DCM)に可溶化して、0℃まで冷却した。8.86gのエチルトリフルオロアセテート(62.4mmol、2当量/分子)を100mLのDCMに希釈して、該撹拌溶液に4時間かけて滴下した。添加後、得られた溶液を室温で一晩撹拌した。翌日、得られた反応混合物に13mLのトリエチルアミン(9.47g、0.0936mol、1.5当量/遊離アミン)を加えた。20.43gのジ−tert−ブチルジカーボネート(0.0936mol、1.5当量/アミン)を100mLのDCMに可溶化し、該撹拌溶液に滴下して、一定撹拌下、室温で24時間インキュベーションした。反応の後、有機相をおよそ100mLにまで濃縮して、5%NaHCO3で3回、水で3回洗浄した。この有機相を無水Na2SO4で乾燥させて、濾過し、溶媒を蒸発させた。得られた生成物を100mLのメタノールおよび200mLの3M NaOH(20当量/分子)に希釈して、室温で一晩撹拌した。メタノールを蒸発させて、水溶液をDCMで3回洗浄した。有機相を集めて無水Na2SO4で乾燥させ、濾過し、蒸発させた。得られた分子(EPE(Boc)2)をH1−NMRで分析した。
<II.サクシニル化Fmoc保護Boc化N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(Fmoc−EPE(Boc)2−OH)の合成>
3.0gの(EPE(Boc)2)(8.3mmol)を50mLのテトラヒドロフランに再溶解して、0℃まで冷却した。0.996gの無水コハク酸(10mmol、1.2当量/分子)を200mLのテトラヒドロフランに溶解して、該攪拌溶液に滴下した。添加後、得られた溶液を室温で更に1時間撹拌した。4.34mLのN,N−ジイソプロピルエチルアミン(33.2mmol、4当量/分子)を加えた。次いで、アセトニトリル/テトラヒドロフランに溶解した4.2gのFmoc N−ヒドロキシスクシンイミドエステル(12.45mmol、1.5当量/分子)を、該反応混合物に滴下した。得られた溶液を一晩攪拌した。得られた反応混合物をおよそ100mLにまで濃縮し、100mLのジクロロメタンと混合し、0.1Mクエン酸ナトリウムバッファー(pH5.2)で5回洗浄した。この有機相を乾燥させ、濃縮し、得られた生成物を、乾式カラムフラッシュクロマトグラフィーによりシリカカラム上でn−ヘプタンから酢酸エチルへ(100/0から0/100)および更に酢酸エチル/メタノールまで(100/0から80/20)の段階グラジエントを用いて精製した。シリカTLC上でUVシグナルを含有する画分をプールし、溶媒を蒸発させて、得られた生成物をH1−NMRで分析した。
3.0gの(EPE(Boc)2)(8.3mmol)を50mLのテトラヒドロフランに再溶解して、0℃まで冷却した。0.996gの無水コハク酸(10mmol、1.2当量/分子)を200mLのテトラヒドロフランに溶解して、該攪拌溶液に滴下した。添加後、得られた溶液を室温で更に1時間撹拌した。4.34mLのN,N−ジイソプロピルエチルアミン(33.2mmol、4当量/分子)を加えた。次いで、アセトニトリル/テトラヒドロフランに溶解した4.2gのFmoc N−ヒドロキシスクシンイミドエステル(12.45mmol、1.5当量/分子)を、該反応混合物に滴下した。得られた溶液を一晩攪拌した。得られた反応混合物をおよそ100mLにまで濃縮し、100mLのジクロロメタンと混合し、0.1Mクエン酸ナトリウムバッファー(pH5.2)で5回洗浄した。この有機相を乾燥させ、濃縮し、得られた生成物を、乾式カラムフラッシュクロマトグラフィーによりシリカカラム上でn−ヘプタンから酢酸エチルへ(100/0から0/100)および更に酢酸エチル/メタノールまで(100/0から80/20)の段階グラジエントを用いて精製した。シリカTLC上でUVシグナルを含有する画分をプールし、溶媒を蒸発させて、得られた生成物をH1−NMRで分析した。
[製造例IV:N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミンに基づくリピドイドの合成]
100mgのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(0.623mmol)を575.07mgの1,2−エポキシドデカン(3.12mmol、(N−1)当量:ここで、Nは、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりの、一級アミン量×2と二級アミン量×1との和である)と混ぜ、常時撹拌しながら80℃で96時間混合した。反応の後、得られたリピドイドを25mM酢酸ナトリウムバッファー(pH5)で100μg/mLの濃度に希釈して、トランスフェクションに用いた。
100mgのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(0.623mmol)を575.07mgの1,2−エポキシドデカン(3.12mmol、(N−1)当量:ここで、Nは、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりの、一級アミン量×2と二級アミン量×1との和である)と混ぜ、常時撹拌しながら80℃で96時間混合した。反応の後、得られたリピドイドを25mM酢酸ナトリウムバッファー(pH5)で100μg/mLの濃度に希釈して、トランスフェクションに用いた。
同じ条件下で表2に列挙したリピドイドを合成した。
[製造例V:N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン修飾ポリ(アリルアミン);(PALAM−(2-3-2))の合成]
500mgのポリ(アリルアミン)溶液(シグマアルドリッチ社、20%w/w、分子量:17,000Da)を、50mMのMESを含有する2mLの反応バッファー(pH6.0)に希釈した。10.33gのコハク酸(50当量/アミン、シグマアルドリッチ社)を同じ反応バッファー5mLに希釈した。これら溶液をプールして、pHを6.0に調整した。反応を開始させるため、5mLの反応バッファーに希釈した3.36gの1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC、10当量/アミン、シグマアルドリッチ社)を加えた。得られた混合物を、オーバーヘッド型振盪機上で室温にて3時間インキュベーションした。得られた生成物を透析によって精製した。この目的のため、該反応混合物をslide−a−lyzer透析カセット(3〜12mL、MWCO:10,000Da、テルモフィッシャーサイエンティフィック社)内に充填し、水に対して72時間透析を行った。水は、1日あたり2回交換した。透析後、精製したポリマーを凍結乾燥させた。
500mgのポリ(アリルアミン)溶液(シグマアルドリッチ社、20%w/w、分子量:17,000Da)を、50mMのMESを含有する2mLの反応バッファー(pH6.0)に希釈した。10.33gのコハク酸(50当量/アミン、シグマアルドリッチ社)を同じ反応バッファー5mLに希釈した。これら溶液をプールして、pHを6.0に調整した。反応を開始させるため、5mLの反応バッファーに希釈した3.36gの1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC、10当量/アミン、シグマアルドリッチ社)を加えた。得られた混合物を、オーバーヘッド型振盪機上で室温にて3時間インキュベーションした。得られた生成物を透析によって精製した。この目的のため、該反応混合物をslide−a−lyzer透析カセット(3〜12mL、MWCO:10,000Da、テルモフィッシャーサイエンティフィック社)内に充填し、水に対して72時間透析を行った。水は、1日あたり2回交換した。透析後、精製したポリマーを凍結乾燥させた。
5mgの凍結乾燥させたコハク酸修飾ポリ(アリルアミン)を、50mMのMESを含有する2mLの反応バッファー(pH6.0)に希釈した。510.38mgのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(100当量/カルボキシル基、シグマアルドリッチ社)を、同じバッファー2mLに希釈した。該オリゴ(アルキレンアミン)は遊離塩基として購入したため、pHを32%HClの滴下によってpH6.0に再調整した。前記ポリ(アリルアミン)溶液と前記オリゴ(アルキレンアミン)溶液とを混合した。反応を開始させるため、カルボキシル基あたり10倍モル過剰量の1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC、シグマアルドリッチ社、反応バッファー4mLに希釈)を加えた。最終体積を10mLに調整した。得られた混合物をオーバーヘッド型振盪機上で室温にて3時間インキュベーションした。得られた生成物を透析で精製した。この目的のため、該反応混合物をslide−a−lyzer透析カセット(3〜12mL、MWCO:3,500Da、テルモフィッシャーサイエンティフィック社)内に充填し、水に対して72時間透析を行った。水は、1日あたり2回交換した。透析後、精製したポリマーを凍結乾燥させた。
同一条件下で、次の表3に列挙するポリマーを合成し、試験した。
[製造例VI:N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン修飾ポリプロピレンイミン(PPI−(2-3-2))の合成]
100mgのポリプロピレンイミンヘキサデカアミンデンドリマー(PPI、世代3.0、シグマアルドリッチ社)を、50mMのMESを含有する1.5mLの反応バッファー(pH6.0)に希釈した。11.2gのコハク酸(100当量/一級アミン、シグマアルドリッチ社)を、30mLの同一反応バッファーに希釈した。これら溶液をプールして、pHを6.0に再調整した。反応を開始させるため、2mLの反応バッファーに希釈した1.81gの1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC、10当量/一級アミン、シグマアルドリッチ社)を加えた。得られた混合物を、オーバーヘッド型振盪機上で室温にて一晩インキュベーションした。得られた生成物を透析によって精製した。この目的のため、該反応混合物をslide−a−lyzer透析カセット(3〜12mL、MWCO:2,000Da、テルモフィッシャーサイエンティフィック社)内に充填し、水に対して72時間透析を行った。水は、1日あたり2回交換した。透析後、精製したポリマーを凍結乾燥させた。
100mgのポリプロピレンイミンヘキサデカアミンデンドリマー(PPI、世代3.0、シグマアルドリッチ社)を、50mMのMESを含有する1.5mLの反応バッファー(pH6.0)に希釈した。11.2gのコハク酸(100当量/一級アミン、シグマアルドリッチ社)を、30mLの同一反応バッファーに希釈した。これら溶液をプールして、pHを6.0に再調整した。反応を開始させるため、2mLの反応バッファーに希釈した1.81gの1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC、10当量/一級アミン、シグマアルドリッチ社)を加えた。得られた混合物を、オーバーヘッド型振盪機上で室温にて一晩インキュベーションした。得られた生成物を透析によって精製した。この目的のため、該反応混合物をslide−a−lyzer透析カセット(3〜12mL、MWCO:2,000Da、テルモフィッシャーサイエンティフィック社)内に充填し、水に対して72時間透析を行った。水は、1日あたり2回交換した。透析後、精製したポリマーを凍結乾燥させた。
10mgの凍結乾燥させたコハク酸修飾PPIを、50mMのMESを含有する2mLの反応バッファー(pH6.0)に希釈した。0.776gのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(100当量/カルボキシル基、シグマアルドリッチ社)を、2mLの同一バッファーに希釈した。該オリゴ(アルキレンアミン)は遊離塩基として購入したため、32%HClの滴下によってpHをpH6.0に再調整した。前記ポリプロピレンイミン溶液と前記オリゴ(アルキレンアミン)溶液とを混合した。反応を開始させるため、カルボキシル基あたり10倍モル過剰量の1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDC、シグマアルドリッチ社、4mLの反応バッファーに希釈)を加えた。最終体積を10mLに調整した。得られた混合物をオーバーヘッド型振盪機上で室温にて5時間インキュベーションした。得られた生成物を透析で精製した。この目的のため、該反応混合物をslide−a−lyzer透析カセット(3〜12mL、MWCO:3,500Da、テルモフィッシャーサイエンティフィック社)内に充填し、水に対して72時間透析を行った。水は、1日あたり2回交換した。透析後、精製したポリマーを凍結乾燥させた。
同一条件下で、次の表4に列挙するポリマーを合成し、試験した。
[製造例VII:N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミンおよび1−ブロモデカンに基づくリピドイドの合成]
100mgのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(0.623μmol)を10mLのテトラヒドロフラン(THF)と混合した。815.2μLのN,N−ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)と690.1mgの1−ブロモデカン(3.12μmol、(N−1)当量:ここで、Nは、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりの、一級アミン量×2と二級アミン量×1との和である)と加え、常時撹拌しながら室温で22時間混合した。得られた生成物を冷n−ヘキサン中で2回沈殿させて、DCMに溶解した。溶媒を60℃の蒸発によって除去した。得られたリピドイドをエタノールで50mg/mLの濃度に希釈して、4℃で保存した。
100mgのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(0.623μmol)を10mLのテトラヒドロフラン(THF)と混合した。815.2μLのN,N−ジイソプロピルエチルアミン(DIPEA)と690.1mgの1−ブロモデカン(3.12μmol、(N−1)当量:ここで、Nは、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりの、一級アミン量×2と二級アミン量×1との和である)と加え、常時撹拌しながら室温で22時間混合した。得られた生成物を冷n−ヘキサン中で2回沈殿させて、DCMに溶解した。溶媒を60℃の蒸発によって除去した。得られたリピドイドをエタノールで50mg/mLの濃度に希釈して、4℃で保存した。
[製造例VIII:N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミンおよびN−ドデシルアクリルアミドに基づくリピドイドの合成]
100mgのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(0.623μmol)を746.9mgのN−ドデシルアクリルアミド(3.12μmol、(N−1)当量:ここで、Nは、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりの、一級アミン量×2と二級アミン量×1との和である)と混ぜ、常時撹拌しながら90℃で192時間混合した。得られたリピドイドをエタノールで50mg/mLの濃度に希釈して、4℃で保存した。
100mgのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(0.623μmol)を746.9mgのN−ドデシルアクリルアミド(3.12μmol、(N−1)当量:ここで、Nは、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりの、一級アミン量×2と二級アミン量×1との和である)と混ぜ、常時撹拌しながら90℃で192時間混合した。得られたリピドイドをエタノールで50mg/mLの濃度に希釈して、4℃で保存した。
[製造例IX:N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミンおよびドデシルアクリレートに基づくリピドイドの合成]
100mgのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(0.623μmol)を750mgのドデシルアクリレート(3.12μmol、(N−1)当量:ここで、Nは、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりの、一級アミン量×2と二級アミン量×1との和である)と混ぜ、常時撹拌しながら90℃で22時間混合した。得られたリピドイドをエタノールで50mg/mLの濃度に希釈して、4℃で保存した。
100mgのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(0.623μmol)を750mgのドデシルアクリレート(3.12μmol、(N−1)当量:ここで、Nは、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりの、一級アミン量×2と二級アミン量×1との和である)と混ぜ、常時撹拌しながら90℃で22時間混合した。得られたリピドイドをエタノールで50mg/mLの濃度に希釈して、4℃で保存した。
[製造例X:N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミンおよび1,2−エポキシドデカンに基づくリピドイドの合成]
100mgのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(0.623μmol)を575.07mgの1,2−エポキシドデカン(3.12mmol、(N−1)当量:ここで、Nは、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりの、一級アミン量×2と二級アミン量×1との和である)と混ぜ、常時撹拌しながら80℃で96時間混合した。得られたリピドイドをエタノールで50mg/mLの濃度に希釈して、4℃で保存した。
100mgのN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(0.623μmol)を575.07mgの1,2−エポキシドデカン(3.12mmol、(N−1)当量:ここで、Nは、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりの、一級アミン量×2と二級アミン量×1との和である)と混ぜ、常時撹拌しながら80℃で96時間混合した。得られたリピドイドをエタノールで50mg/mLの濃度に希釈して、4℃で保存した。
[実施例1]
様々な細胞株内へのカチオン性ポリマーのmRNA輸送能力の試験
<材料および方法>
様々な細胞株内へのカチオン性ポリマーのmRNA輸送能力の試験
<材料および方法>
(ポリプレックス形成)
インビトロでのトランスフェクションのため、ポリプレックスを44μLの体積で形成した。ホタルルシフェラーゼをコードするmRNA(5−メチルシチジンおよび2−チオウリジンをそれぞれ25%含む化学修飾mRNA)を1100ng含有する注射用の水22μLを、所望量のポリマーを含有する注射用の水22μLと混合した。前記ポリマーのRNAに対する比率を、核酸リン酸基あたりのポリマー窒素(N/P)として規定し、一定量の核酸を用いて試験を行った。該核酸と前記ポリマーとを混合した後、サンプルを室温にて30分インキュベーションしてトランスフェクションに用いた。
インビトロでのトランスフェクションのため、ポリプレックスを44μLの体積で形成した。ホタルルシフェラーゼをコードするmRNA(5−メチルシチジンおよび2−チオウリジンをそれぞれ25%含む化学修飾mRNA)を1100ng含有する注射用の水22μLを、所望量のポリマーを含有する注射用の水22μLと混合した。前記ポリマーのRNAに対する比率を、核酸リン酸基あたりのポリマー窒素(N/P)として規定し、一定量の核酸を用いて試験を行った。該核酸と前記ポリマーとを混合した後、サンプルを室温にて30分インキュベーションしてトランスフェクションに用いた。
(ポリプレックスのインビトロでのトランスフェクション)
ポリマーを2つの異なる細胞株(NIH3T3およびA549)に対するトランスフェクション効率について試験した。処理の24時間前、5,000個の細胞(NIH3T3)または7,000個の細胞(A549)を含む培地100μLを96ウェルプレートの1ウェル内に播種した。トランスフェクション当日、記載されたようにポリプレックスを形成した。様々なmRNA量を試験するため、50%のポリプレックス溶液を同量の培地(FCS無添加)と混合し、この溶液を用いて同様に更なる希釈などを行って、最終濃度62.5ng/20μLに到達するまで、希釈系列を実施した。各希釈段階の20μLを、培地交換を行わずに、細胞に添加した。トランスフェクションから24時間後、培地を除去した。100μLの溶解バッファー(25mMトリスHCl、0.1%トライトンX100、pH7.8)の添加および室温で20分間のインキュベーションによって、細胞を溶解した。溶解物80μLを96ウェルプレートの1ウェル内に入れてWallac Victor2(パーキンエルマー社)でのルシフェラーゼ活性測定に用いた。この目的のため、100μLのルシフェラーゼアッセイ試薬(0.5mM D−ルシフェリン、0.3mM 補酵素A、33mM DTT、0.5mM ATP、1mM炭酸マグネシウム、2.7mM硫酸マグネシウム、0.1mM EDTA,20mMトリシン)を加えて、化学発光を測定した。実験は三連で行った。
ポリマーを2つの異なる細胞株(NIH3T3およびA549)に対するトランスフェクション効率について試験した。処理の24時間前、5,000個の細胞(NIH3T3)または7,000個の細胞(A549)を含む培地100μLを96ウェルプレートの1ウェル内に播種した。トランスフェクション当日、記載されたようにポリプレックスを形成した。様々なmRNA量を試験するため、50%のポリプレックス溶液を同量の培地(FCS無添加)と混合し、この溶液を用いて同様に更なる希釈などを行って、最終濃度62.5ng/20μLに到達するまで、希釈系列を実施した。各希釈段階の20μLを、培地交換を行わずに、細胞に添加した。トランスフェクションから24時間後、培地を除去した。100μLの溶解バッファー(25mMトリスHCl、0.1%トライトンX100、pH7.8)の添加および室温で20分間のインキュベーションによって、細胞を溶解した。溶解物80μLを96ウェルプレートの1ウェル内に入れてWallac Victor2(パーキンエルマー社)でのルシフェラーゼ活性測定に用いた。この目的のため、100μLのルシフェラーゼアッセイ試薬(0.5mM D−ルシフェリン、0.3mM 補酵素A、33mM DTT、0.5mM ATP、1mM炭酸マグネシウム、2.7mM硫酸マグネシウム、0.1mM EDTA,20mMトリシン)を加えて、化学発光を測定した。実験は三連で行った。
<結果>
図1に示すように、ルシフェラーゼの発現レベルは、様々な修飾ポリマー間で非常に変動する。PAA8k−(2−3−2)またはPAA8k−(3−2−3) を用いると全ての細胞種で最も効率的なトランスフェクションレベルを達成でき、対照的に、アルキル鎖の1個が置換えられた((2−2−2)および(3−3−3))または除去された(2−2)オリゴ(アルキレンアミン)側鎖を含有する修飾ポリマーでは、当該効率が10〜1000倍と劇的に低減した。該オリゴ(アルキレンアミン)中のすべてのアルキル鎖の伸長(3−4−3)も当該効率が100倍低下した。
図1に示すように、ルシフェラーゼの発現レベルは、様々な修飾ポリマー間で非常に変動する。PAA8k−(2−3−2)またはPAA8k−(3−2−3) を用いると全ての細胞種で最も効率的なトランスフェクションレベルを達成でき、対照的に、アルキル鎖の1個が置換えられた((2−2−2)および(3−3−3))または除去された(2−2)オリゴ(アルキレンアミン)側鎖を含有する修飾ポリマーでは、当該効率が10〜1000倍と劇的に低減した。該オリゴ(アルキレンアミン)中のすべてのアルキル鎖の伸長(3−4−3)も当該効率が100倍低下した。
[実施例2]
(2−3−2)および(3−2−3)修飾PAA8kの複合体形成およびmRNA結合能力
<材料および方法>
(2−3−2)および(3−2−3)修飾PAA8kの複合体形成およびmRNA結合能力
<材料および方法>
(ゲル移動度アッセイ)
ポリプレックスを1、2、4、8および12のN/P比で実施例1に記載したように形成した。インキュベーションの後、5μLのサンプルを、5μLの2×RNAローディング色素(フェルメンタス社)と混合し、70℃で10分間インキュベーションし、臭化エチジウムを含有する1%アガロースゲルにローディングした。TBEバッファー中で150Vにて30分間ゲル移動を行った。移動した核酸を260nmのUV吸収によって可視化した。
ポリプレックスを1、2、4、8および12のN/P比で実施例1に記載したように形成した。インキュベーションの後、5μLのサンプルを、5μLの2×RNAローディング色素(フェルメンタス社)と混合し、70℃で10分間インキュベーションし、臭化エチジウムを含有する1%アガロースゲルにローディングした。TBEバッファー中で150Vにて30分間ゲル移動を行った。移動した核酸を260nmのUV吸収によって可視化した。
(リボグリーンアッセイ)
ポリプレックスを1、2、4、8および12のN/P比で実施例1に記載したように形成した。インキュベーションの後、2μLのサンプルを、96ウェルプレートで、148μLの水および50μLのリボグリーン溶液(1:200、QuantiT Ribogreen RNAアッセイキット、インビトロジェン社)と混合した。このサンプルを光の遮断下で室温にて5分間インキュベーションし、Wallac Victor2(パーキンエルマー社、1s、Ex.:485nm、Em.:535nm)を用いて蛍光を測定した。
ポリプレックスを1、2、4、8および12のN/P比で実施例1に記載したように形成した。インキュベーションの後、2μLのサンプルを、96ウェルプレートで、148μLの水および50μLのリボグリーン溶液(1:200、QuantiT Ribogreen RNAアッセイキット、インビトロジェン社)と混合した。このサンプルを光の遮断下で室温にて5分間インキュベーションし、Wallac Victor2(パーキンエルマー社、1s、Ex.:485nm、Em.:535nm)を用いて蛍光を測定した。
<結果>
ポリマーが核酸と相互作用して安定な複合体を形成する能力は、効率的な輸送システムにとって重要な性質である。修飾ポリマーのmRNAとの相互作用を、ゲル移動度(図2)およびリボグリーンアッセイ(図3)によって分析した。ポリマーは、核酸と相互作用できる場合、安定な複合体を形成し、ナノサイズの粒子および電荷反転をもたらす。その両方の効果は、アガロースゲル電気泳動中の移動妨害である。図2に示されるように、(2−3−2)または(3−2−3)で修飾したPAA8kは、ポリマーを含まない(N/P比0)コントロールと比べ、遊離mRNAの非存在/大幅な減少をもたらし、強い相互作用を示している。この結合は、至適基準分枝状PEI(brPEI)と同じくらい効率的である。
ポリマーが核酸と相互作用して安定な複合体を形成する能力は、効率的な輸送システムにとって重要な性質である。修飾ポリマーのmRNAとの相互作用を、ゲル移動度(図2)およびリボグリーンアッセイ(図3)によって分析した。ポリマーは、核酸と相互作用できる場合、安定な複合体を形成し、ナノサイズの粒子および電荷反転をもたらす。その両方の効果は、アガロースゲル電気泳動中の移動妨害である。図2に示されるように、(2−3−2)または(3−2−3)で修飾したPAA8kは、ポリマーを含まない(N/P比0)コントロールと比べ、遊離mRNAの非存在/大幅な減少をもたらし、強い相互作用を示している。この結合は、至適基準分枝状PEI(brPEI)と同じくらい効率的である。
これらデータは、リボグリーンアッセイを用いて確かめることができた。このアッセイでは、結合効率の増加が蛍光シグナルの低減を生じる。図3に示されるように、PAA8k−(2−3−2)およびPAA8k−(3−2−3)の蛍光シグナルの低減は、brPEIのものと同じくらい強い。よって、同様な安定性を有する複合体が生成されている。
[実施例3]
トランスフェクション効率がポリマー骨格と無関係であること
<材料および方法>
トランスフェクション効率がポリマー骨格と無関係であること
<材料および方法>
ポリプレックス形成は、実施例1に従って行った。
(ポリプレックスのインビトロでのトランスフェクション)
ポリプレックスのインビトロでのトランスフェクションおよび効率試験のため、NIH3T3細胞を用いた。処理の24時間前に、5,000個の細胞を含む10%FCS含有培地100μLを96ウェルプレートの1ウェルに播種した。トランスフェクション当日、培地を、FCS無添加培地100μLと交換した。ポリプレックスを、記載したように形成した。様々なmRNA量を試験するため、20μL(500ng)、10μL(250ng)、5μL(125ng)および2.5μL(62.5ng)を該培地に加えた。37℃にて5%CO2で4時間インキュベーションした後、培地を、新鮮な10%FCS含有培地と交換した。トランスフェクションから24時間後、培地を除去した。細胞を、実施例1に記載したように、溶解して分析した。
ポリプレックスのインビトロでのトランスフェクションおよび効率試験のため、NIH3T3細胞を用いた。処理の24時間前に、5,000個の細胞を含む10%FCS含有培地100μLを96ウェルプレートの1ウェルに播種した。トランスフェクション当日、培地を、FCS無添加培地100μLと交換した。ポリプレックスを、記載したように形成した。様々なmRNA量を試験するため、20μL(500ng)、10μL(250ng)、5μL(125ng)および2.5μL(62.5ng)を該培地に加えた。37℃にて5%CO2で4時間インキュベーションした後、培地を、新鮮な10%FCS含有培地と交換した。トランスフェクションから24時間後、培地を除去した。細胞を、実施例1に記載したように、溶解して分析した。
<結果>
(2−3−2)修飾ポリマーを使用した細胞内への核酸の輸送能力がポリマー骨格構造と無関係であることを確認するため、様々な種類のポリマー(実施例1のポリ(アクリル酸)8,000Daに加えて)を、記載した条件下で(2−3−2)にて修飾した(表1)。結果は、様々な種類の骨格ポリマー(図4)および様々な鎖長(図5)は、オリゴ(アルキレンアミン)で修飾した場合に、顕著なレポーター遺伝子発現をもたらすことを示す。
(2−3−2)修飾ポリマーを使用した細胞内への核酸の輸送能力がポリマー骨格構造と無関係であることを確認するため、様々な種類のポリマー(実施例1のポリ(アクリル酸)8,000Daに加えて)を、記載した条件下で(2−3−2)にて修飾した(表1)。結果は、様々な種類の骨格ポリマー(図4)および様々な鎖長(図5)は、オリゴ(アルキレンアミン)で修飾した場合に、顕著なレポーター遺伝子発現をもたらすことを示す。
[実施例4]
様々な種類のオリゴ(アルキレンアミン)で修飾したポリマーの細胞毒性の評価
様々な種類のオリゴ(アルキレンアミン)で修飾したポリマーの細胞毒性の評価
<材料および方法>
実施例3に従って、トランスフェクションを行った。TACS MTT細胞増殖アッセイ(トレビジェン社)を用いて、生存細胞の決定を行った。トランスフェクションから24時間後、培地を100μLの新鮮な培地と交換した。10μLのMTT試薬を加えた後、細胞を37℃にて5%CO2で4時間インキュベーションした。100μLの溶解試薬を加えてから、室温で一晩インキュベーションした。読み取りは、Wallac Victor2(パーキンエルマー社)を用いて570nmの吸光測定によって行った。結果は、未処理のコントロールに対する生存細胞の百分率として示される。
実施例3に従って、トランスフェクションを行った。TACS MTT細胞増殖アッセイ(トレビジェン社)を用いて、生存細胞の決定を行った。トランスフェクションから24時間後、培地を100μLの新鮮な培地と交換した。10μLのMTT試薬を加えた後、細胞を37℃にて5%CO2で4時間インキュベーションした。100μLの溶解試薬を加えてから、室温で一晩インキュベーションした。読み取りは、Wallac Victor2(パーキンエルマー社)を用いて570nmの吸光測定によって行った。結果は、未処理のコントロールに対する生存細胞の百分率として示される。
<結果>
図6に示すように、様々な修飾ポリマーは細胞毒性で相違した。(2−3−2)および(3−2−3)修飾ポリ(アクリル酸)(PAA8k−(2−3−2)、PAA8k−(3−2−3)、PAA20k−(2−3−2)、PAA70k−(2−3−2))を含有する複合体で処理した細胞は、ほぼ100%の生存率を示す一方、他の側鎖交互物(PAA8k−(3−4−3)、PAA8k−(3−3−3))は、毒性標準(brPEI)と比べて強い毒性をもたらした。
図6に示すように、様々な修飾ポリマーは細胞毒性で相違した。(2−3−2)および(3−2−3)修飾ポリ(アクリル酸)(PAA8k−(2−3−2)、PAA8k−(3−2−3)、PAA20k−(2−3−2)、PAA70k−(2−3−2))を含有する複合体で処理した細胞は、ほぼ100%の生存率を示す一方、他の側鎖交互物(PAA8k−(3−4−3)、PAA8k−(3−3−3))は、毒性標準(brPEI)と比べて強い毒性をもたらした。
[実施例5]
マウスにおけるメッセンジャーRNA輸送効率
<材料および方法>
マウスにおけるメッセンジャーRNA輸送効率
<材料および方法>
(動物)
6〜8週齢の雌のBALB/cマウスをジャンビエール社(Janvier,フランス)から得て、特定の病原体フリーの条件下で維持した。マウスを、実験前少なくとも7日間、動物施設の環境に慣れさせた。全ての動物実験手法は、地元の倫理委員会により承認され管理され、ドイツの動物保護法のガイドラインに従って実施した。
6〜8週齢の雌のBALB/cマウスをジャンビエール社(Janvier,フランス)から得て、特定の病原体フリーの条件下で維持した。マウスを、実験前少なくとも7日間、動物施設の環境に慣れさせた。全ての動物実験手法は、地元の倫理委員会により承認され管理され、ドイツの動物保護法のガイドラインに従って実施した。
(ポリプレックス形成)
ポリプレックスを次のように形成した:mRNAおよびPAA20k−(2−3−2)を4.0mLの再蒸留水で希釈して、mRNA濃度を500μg/mLとし、また、PAA20k−(2−3−2)を10、20、30または40のN/P比に相当する濃度とした。mRNA溶液をポリマー溶液にピペットで加え、上下のピペッティングによって混合し、250μg/mLの最終mRNA濃度を得た。得られた複合体を、使用前に、周囲温度で20分間インキュベーションした。
ポリプレックスを次のように形成した:mRNAおよびPAA20k−(2−3−2)を4.0mLの再蒸留水で希釈して、mRNA濃度を500μg/mLとし、また、PAA20k−(2−3−2)を10、20、30または40のN/P比に相当する濃度とした。mRNA溶液をポリマー溶液にピペットで加え、上下のピペッティングによって混合し、250μg/mLの最終mRNA濃度を得た。得られた複合体を、使用前に、周囲温度で20分間インキュベーションした。
(エアロゾル装置の設計)
全身装置での噴霧手段のため、蓋で密封できる9.8cm×13.2cm×21.5cmのプラスチックボックスにマウスを入れた。ボックスの狭い一側面に、エアロゾル流出穴として4個の小さい穴を配置した。このボックスを、反対側の狭い一側面の穴を通して直径2.1cmの接続部品で幅15.4cm×長さ41.5cmのプラスチックシリンダーに接続した。このシリンダーの底部は、このシリンダーの別の端に節側されたジェットネブライザー(PARI BOY(登録商標)LC plus,PARI GmbH)により生成されるエアロゾルを乾燥させるため150gのシリカゲル(1〜3mm、#85330;フルカ社、スイス)で全体的に覆われている。(詳細は、ルドルフ(Rudolph)ら、J Gene Med. 2005, 7: 59-66に記載されている)
全身装置での噴霧手段のため、蓋で密封できる9.8cm×13.2cm×21.5cmのプラスチックボックスにマウスを入れた。ボックスの狭い一側面に、エアロゾル流出穴として4個の小さい穴を配置した。このボックスを、反対側の狭い一側面の穴を通して直径2.1cmの接続部品で幅15.4cm×長さ41.5cmのプラスチックシリンダーに接続した。このシリンダーの底部は、このシリンダーの別の端に節側されたジェットネブライザー(PARI BOY(登録商標)LC plus,PARI GmbH)により生成されるエアロゾルを乾燥させるため150gのシリカゲル(1〜3mm、#85330;フルカ社、スイス)で全体的に覆われている。(詳細は、ルドルフ(Rudolph)ら、J Gene Med. 2005, 7: 59-66に記載されている)
(インビボでの生物発光イメージングを用いたマウス肺でのルシフェラーゼ活性の測定)
投与から24時間後、マウスを頸椎脱臼によって安楽死させた。正中線切開によって腹膜を開けた後、動物から肺を解剖してPBSで灌流させた。肺を液体窒素中でカチカチに凍結させて凍った状態でホモジナイズした。400μLの溶解バッファー(250mMトリスHCl、pH7.8、トライトンX−100、ロシュComplete Protease Inhibitor Cocktailタブレット)を加えた後、氷上で20分間インキュベーションして、Lumat LB9507チューブルミノメーター(EG&Gベルトールド社、ドイツ)で上清中のルシフェラーゼ活性を測定した。
投与から24時間後、マウスを頸椎脱臼によって安楽死させた。正中線切開によって腹膜を開けた後、動物から肺を解剖してPBSで灌流させた。肺を液体窒素中でカチカチに凍結させて凍った状態でホモジナイズした。400μLの溶解バッファー(250mMトリスHCl、pH7.8、トライトンX−100、ロシュComplete Protease Inhibitor Cocktailタブレット)を加えた後、氷上で20分間インキュベーションして、Lumat LB9507チューブルミノメーター(EG&Gベルトールド社、ドイツ)で上清中のルシフェラーゼ活性を測定した。
<結果>
実験は、PAA20k−(2−3−2)と併用した経肺エアロゾル送達でマウスの肺細胞内でmRNAが効率的に発現したことを示し、該ポリマーがインビボで肺細胞内へmRNAを効率的に輸送できることを示している(図7参照)。
実験は、PAA20k−(2−3−2)と併用した経肺エアロゾル送達でマウスの肺細胞内でmRNAが効率的に発現したことを示し、該ポリマーがインビボで肺細胞内へmRNAを効率的に輸送できることを示している(図7参照)。
[実施例6]
ブタにおけるメッセンジャーRNA輸送効率
<材料および方法>
ブタにおけるメッセンジャーRNA輸送効率
<材料および方法>
(ポリプレックス形成)
インビボでのトランスフェクションのために、ポリプレックスを28mLの体積で形成した。ホタルルシフェラーゼをコードするmRNA5.83mgとβガラクトシダーゼをコードするmRNA1.17mgとを含有する注射用の水14mLと、所望量のポリマーを含有する注射用の水14mLとを準備し、2チャネルシリンジポンプ(KDS−210−CE;KDサイエンティフィック社)で混合した。この装置の引張り機能を用いて、2本の20mLシリンジを満たした。シリンジをTピース(Discofix C 3SC、ビー・ブラウン社)によって接続し、この混合装置の注入機能を利用して、混合を行った。ポリマーのmRNAに対する比率は、核酸リン酸基あたりのポリマー窒素(N/P)で規定し、N/P比10で試験した。核酸をポリマーと混合した後、サンプルを室温で30分間インキュベーションし、24mLを噴霧に用いた。残りの容量は、物理化学的分析に用いた。純粋なサンプルの粒子サイズおよびゼータ電位を、Zetasizer Nano ZS(マルバーン社)を用いて測定した。
インビボでのトランスフェクションのために、ポリプレックスを28mLの体積で形成した。ホタルルシフェラーゼをコードするmRNA5.83mgとβガラクトシダーゼをコードするmRNA1.17mgとを含有する注射用の水14mLと、所望量のポリマーを含有する注射用の水14mLとを準備し、2チャネルシリンジポンプ(KDS−210−CE;KDサイエンティフィック社)で混合した。この装置の引張り機能を用いて、2本の20mLシリンジを満たした。シリンジをTピース(Discofix C 3SC、ビー・ブラウン社)によって接続し、この混合装置の注入機能を利用して、混合を行った。ポリマーのmRNAに対する比率は、核酸リン酸基あたりのポリマー窒素(N/P)で規定し、N/P比10で試験した。核酸をポリマーと混合した後、サンプルを室温で30分間インキュベーションし、24mLを噴霧に用いた。残りの容量は、物理化学的分析に用いた。純粋なサンプルの粒子サイズおよびゼータ電位を、Zetasizer Nano ZS(マルバーン社)を用いて測定した。
(ブタへのエアロゾル投与の実験手法)
ブタの鎮静は、体重1kgあたりアザペロン2mg、体重1kgあたりケタミン15mg、体重1kgあたりアトロピン0.1mgの前投薬およびその後の静脈ラインから側耳介静脈への挿入によって開始した。要量の体重1kgあたり3〜5mgのプロポフォールの必静脈注射により、ブタを麻酔した。必要量の1%プロポフォールの連続静脈注射で麻酔を維持した。換気パラメータを呼気終末二酸化炭素分圧と一致させ、必要に応じて調整した。麻酔、呼吸および心血管パラメータを、パルスオキシメトリー、カプノグラフ、直腸温プローブおよび反射状態を用いて連続的にモニタリングした。ブタに10mL/kg/hの平衡電解液を注入した。麻酔の持続時間はおよそ80〜120分であった。エアロゾル投与(エアロネブ(Aeroneb)メッシュネブライザー)が完了した後の術後鎮静後に側耳静脈を介し体重1kgあたり100mgのペントバルビタールのボーラス注射によってブタを屠殺した。肺を切り取っておよそ1cmの棒状にスライスし、肺の様々な領域から組織標本を集めてから、細胞培地に入れて37℃、5%CO2のインキュベータ内で24時間インキュベーションした。ルシフェラーゼ活性の測定のため、組織標本を、D−ルシフェリン基質を含むPBS(100μg/mL)を含む培地浴に入れて37℃で30分間インキュベーションし、エクスビボでのルシフェラーゼ生物発光イメージングを行った(IVIS 100、キセノゲン社、アメリカ)。
ブタの鎮静は、体重1kgあたりアザペロン2mg、体重1kgあたりケタミン15mg、体重1kgあたりアトロピン0.1mgの前投薬およびその後の静脈ラインから側耳介静脈への挿入によって開始した。要量の体重1kgあたり3〜5mgのプロポフォールの必静脈注射により、ブタを麻酔した。必要量の1%プロポフォールの連続静脈注射で麻酔を維持した。換気パラメータを呼気終末二酸化炭素分圧と一致させ、必要に応じて調整した。麻酔、呼吸および心血管パラメータを、パルスオキシメトリー、カプノグラフ、直腸温プローブおよび反射状態を用いて連続的にモニタリングした。ブタに10mL/kg/hの平衡電解液を注入した。麻酔の持続時間はおよそ80〜120分であった。エアロゾル投与(エアロネブ(Aeroneb)メッシュネブライザー)が完了した後の術後鎮静後に側耳静脈を介し体重1kgあたり100mgのペントバルビタールのボーラス注射によってブタを屠殺した。肺を切り取っておよそ1cmの棒状にスライスし、肺の様々な領域から組織標本を集めてから、細胞培地に入れて37℃、5%CO2のインキュベータ内で24時間インキュベーションした。ルシフェラーゼ活性の測定のため、組織標本を、D−ルシフェリン基質を含むPBS(100μg/mL)を含む培地浴に入れて37℃で30分間インキュベーションし、エクスビボでのルシフェラーゼ生物発光イメージングを行った(IVIS 100、キセノゲン社、アメリカ)。
(ポリプレックスの透過型電子顕微鏡検査)
透過型電子顕微鏡検査(TEM)のため、エアロゾル投与用に製造した混合物の液滴を用いた。この液滴を格子(プラノ社、ドイツ)上に置いた。5分間のインキュベーションの後、ろ紙を用いて液滴を除去した。サンプルを酢酸ウラニル溶液で染色して、透過型電子顕微鏡(Jem1011、日本電子株式会社)で分析した。
透過型電子顕微鏡検査(TEM)のため、エアロゾル投与用に製造した混合物の液滴を用いた。この液滴を格子(プラノ社、ドイツ)上に置いた。5分間のインキュベーションの後、ろ紙を用いて液滴を除去した。サンプルを酢酸ウラニル溶液で染色して、透過型電子顕微鏡(Jem1011、日本電子株式会社)で分析した。
<結果>
図8に示すように、N/P比10のPAA20k−(2−3−2)およびmRNAは、100nm以下の流体力学複合体直径と40mVの表面電荷(ゼータ電位)とを有する複合体を生じた。両パラメータ範囲はbrPEIベースの複合体と同じサイズで、これは、インビボで細胞内へ核酸を効率的に輸送することが既に示されている。この粒子は、TEMで分析して、丸い形状および均一なサイズを示す(図9)。図10に示すように、これら粒子は、エアロゾル投与後に肺組織内へmRNA(ホタルルシフェラーゼをコードする)を効率的に送達でき、標的タンパク質の発現を生じることができる。その発現レベルは、至適brPEIを用いて形成したポリプレックスの噴霧と同等であった。
図8に示すように、N/P比10のPAA20k−(2−3−2)およびmRNAは、100nm以下の流体力学複合体直径と40mVの表面電荷(ゼータ電位)とを有する複合体を生じた。両パラメータ範囲はbrPEIベースの複合体と同じサイズで、これは、インビボで細胞内へ核酸を効率的に輸送することが既に示されている。この粒子は、TEMで分析して、丸い形状および均一なサイズを示す(図9)。図10に示すように、これら粒子は、エアロゾル投与後に肺組織内へmRNA(ホタルルシフェラーゼをコードする)を効率的に送達でき、標的タンパク質の発現を生じることができる。その発現レベルは、至適brPEIを用いて形成したポリプレックスの噴霧と同等であった。
[実施例7]
複合体の凍結乾燥安定性
<材料および方法>
複合体の凍結乾燥安定性
<材料および方法>
(サンプルの調製)
PAA20k−(2−3−2)/mRNA(メトリディアルシフェラーゼをコードする)複合体を、異なる4本のバイアル中にN/P比20、体積1mLで、実施例1に記載するように形成した。1本のバイアルは更なる処理を行わずにトランスフェクションに用い、第2のバイアルには11%トレハロース溶液を100μL加えて、最終容量では1%トレハロースとした。第3のバイアルを凍結乾燥させて、1mLの水で再水和させた。第4のバイアルは、11%トレハロース100μLで処理してから、凍結乾燥させて、1mLの水で再水和させた。
PAA20k−(2−3−2)/mRNA(メトリディアルシフェラーゼをコードする)複合体を、異なる4本のバイアル中にN/P比20、体積1mLで、実施例1に記載するように形成した。1本のバイアルは更なる処理を行わずにトランスフェクションに用い、第2のバイアルには11%トレハロース溶液を100μL加えて、最終容量では1%トレハロースとした。第3のバイアルを凍結乾燥させて、1mLの水で再水和させた。第4のバイアルは、11%トレハロース100μLで処理してから、凍結乾燥させて、1mLの水で再水和させた。
(トランスフェクション)
トランスフェクションの24時間前に、5,000個のNIH3T3細胞を含む100μLの培地を96ウェルプレートに播種し、37℃、5%CO2でインキュベーションした。トランスフェクション当日、培地を新鮮なFCS無添加培地100μLと置換した。20μL、10μL、5μLおよび2.5μLの各複合体溶液を細胞に三連で加えて、500ng、250ng、125ngおよび62.5ngでのトランスフェクションとした。トランスフェクションから24時間後、培地を取り除き、収集して、新鮮な培地で置換えた。これを48時間後および72時間後にも繰り返した。収集した培地をメトリディアルシフェラーゼ活性について分析した。その目的のため、50μLの培地を96ウェル白色プレートに入れ、20μLのセレンテラジン溶液(50μMセレンテラジンを含む50mMリン酸ナトリウムバッファー)と混合し、Wallac Victor2(パーキンエルマー社)を用いて化学発光シグナルを測定した。
トランスフェクションの24時間前に、5,000個のNIH3T3細胞を含む100μLの培地を96ウェルプレートに播種し、37℃、5%CO2でインキュベーションした。トランスフェクション当日、培地を新鮮なFCS無添加培地100μLと置換した。20μL、10μL、5μLおよび2.5μLの各複合体溶液を細胞に三連で加えて、500ng、250ng、125ngおよび62.5ngでのトランスフェクションとした。トランスフェクションから24時間後、培地を取り除き、収集して、新鮮な培地で置換えた。これを48時間後および72時間後にも繰り返した。収集した培地をメトリディアルシフェラーゼ活性について分析した。その目的のため、50μLの培地を96ウェル白色プレートに入れ、20μLのセレンテラジン溶液(50μMセレンテラジンを含む50mMリン酸ナトリウムバッファー)と混合し、Wallac Victor2(パーキンエルマー社)を用いて化学発光シグナルを測定した。
<結果>
図11に示すように、作りたての複合体は24時間後にメトリディアルシフェラーゼの発現をもたらした。その発現は、更に24時間安定した状態を保ち、次いで緩やかに低減した。この効果は、トレハロースの添加により悪影響を受けず、発現レベルの僅かな増加を生じた。凍結乾燥処理後、未処理の複合体は細胞をトランスフェクションすることができず、レポータータンパク質の発現が欠如した。対照的に、トレハロースの添加により、複合体および得られるトランスフェクション効率が保たれた。
図11に示すように、作りたての複合体は24時間後にメトリディアルシフェラーゼの発現をもたらした。その発現は、更に24時間安定した状態を保ち、次いで緩やかに低減した。この効果は、トレハロースの添加により悪影響を受けず、発現レベルの僅かな増加を生じた。凍結乾燥処理後、未処理の複合体は細胞をトランスフェクションすることができず、レポータータンパク質の発現が欠如した。対照的に、トレハロースの添加により、複合体および得られるトランスフェクション効率が保たれた。
[実施例8]
PAA8k−(2−3−2)およびPAA8k−(3−2−3)のプラスミドDNA用輸送システムとしての利用
<材料および方法>
PAA8k−(2−3−2)およびPAA8k−(3−2−3)のプラスミドDNA用輸送システムとしての利用
<材料および方法>
(ポリプレックス形成)
mRNAの代わりにホタルルシフェラーゼをコードするプラスミドDNA(pCMVLuc、プラスミドファクトリー社)を用いて、実施例1に記載するように、ポリプレックスを形成した。
mRNAの代わりにホタルルシフェラーゼをコードするプラスミドDNA(pCMVLuc、プラスミドファクトリー社)を用いて、実施例1に記載するように、ポリプレックスを形成した。
(ポリプレックスを用いたインビトロでのトランスフェクション)
トランスフェクション実験を、実施例3に記載するように行った。
トランスフェクション実験を、実施例3に記載するように行った。
<結果>
この実験では、N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(2−3−2)修飾ポリマー(ポリ(アクリル酸))のDNA輸送および生じるタンパク質発現における効率を、至適標準の分枝状PEI(brPEI)と比較して分析した(図12)。pDNAとオリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)および(3−2−3)修飾ポリマーとからなる複合体を用いたNIH3T3細胞のトランスフェクションが、レポータータンパク質の発現に顕著な増加をもたらしたことが明らかに示された。発現レベルは、至適標準のものよりも高かった。
この実験では、N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(2−3−2)修飾ポリマー(ポリ(アクリル酸))のDNA輸送および生じるタンパク質発現における効率を、至適標準の分枝状PEI(brPEI)と比較して分析した(図12)。pDNAとオリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)および(3−2−3)修飾ポリマーとからなる複合体を用いたNIH3T3細胞のトランスフェクションが、レポータータンパク質の発現に顕著な増加をもたらしたことが明らかに示された。発現レベルは、至適標準のものよりも高かった。
[実施例9]
RNA干渉を誘導するためのsiRNA用輸送システムとしてのPAA20k−(2−3−2)の利用
RNA干渉を誘導するためのsiRNA用輸送システムとしてのPAA20k−(2−3−2)の利用
<材料および方法>
GL3−Luc siRNA(キアゲン社)を用いて、実施例1に記載するように、複合体を形成した。siRNA量の用量設定のため、その複合体を室温で30分間インキュベーションした後に段階的に希釈した。その目的のため、22μLの複合体溶液を、FCS無添加培地22μLと混合した。この希釈液22μLをFCS無添加培地22μLと再び混合した。この希釈系列を、20μLあたり7.8ngのsiRNA濃度が達成されるまで繰り返した。ホタルルシフェラーゼを安定に発現しているHeLa細胞(HeLa−Luc)を用い、各希釈段階20μLを実施例1で記載するようなトランスフェクションに用いた。ルシフェラーゼ発現のダウンレギュレーションに基づくRNA干渉の特異性に対するコントロールとして、細胞内発現に影響しないコントロールsiRNA(GFP22−siRNA、キアゲン社)を同一条件下のトランスフェクションに用いた。結果を、未処理コントロール細胞に対する相対ルシフェラーゼ発現量として示す。
GL3−Luc siRNA(キアゲン社)を用いて、実施例1に記載するように、複合体を形成した。siRNA量の用量設定のため、その複合体を室温で30分間インキュベーションした後に段階的に希釈した。その目的のため、22μLの複合体溶液を、FCS無添加培地22μLと混合した。この希釈液22μLをFCS無添加培地22μLと再び混合した。この希釈系列を、20μLあたり7.8ngのsiRNA濃度が達成されるまで繰り返した。ホタルルシフェラーゼを安定に発現しているHeLa細胞(HeLa−Luc)を用い、各希釈段階20μLを実施例1で記載するようなトランスフェクションに用いた。ルシフェラーゼ発現のダウンレギュレーションに基づくRNA干渉の特異性に対するコントロールとして、細胞内発現に影響しないコントロールsiRNA(GFP22−siRNA、キアゲン社)を同一条件下のトランスフェクションに用いた。結果を、未処理コントロール細胞に対する相対ルシフェラーゼ発現量として示す。
<結果>
図13に示すように、GL3-Luc−siRNA(siLuc)とPAA20k−(2−3−2)との複合体は、ルシフェラーゼ発現のダウンレギュレーションをもたらした。この効果は、用量依存的(低いsiRNA量で効果が低減した)かつ特異的(非特異的siRNA(siGFP)に対して効果が無かった)であった。より高いN/P比では、siGFP処理細胞のシグナル減少によって示されるように、追加の非特異的効果が観察された。
図13に示すように、GL3-Luc−siRNA(siLuc)とPAA20k−(2−3−2)との複合体は、ルシフェラーゼ発現のダウンレギュレーションをもたらした。この効果は、用量依存的(低いsiRNA量で効果が低減した)かつ特異的(非特異的siRNA(siGFP)に対して効果が無かった)であった。より高いN/P比では、siGFP処理細胞のシグナル減少によって示されるように、追加の非特異的効果が観察された。
[実施例10]
オリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)に基づくリピドイド構造体の有益なmRNA輸送効率
<材料および方法>
オリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)に基づくリピドイド構造体の有益なmRNA輸送効率
<材料および方法>
(リピドイド/mRNA複合体形成)
製造例IVに記載するように、リピドイドを合成して希釈した。トランスフェクションのため、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNA250ngを含む50μLの水を、最適条件下で、4,000ngのリピドイドを含む50μLの水と混合して、w/w比(リピドイド重量/mRNA重量)を16とした。室温で30分間インキュベーションした後、サンプルをトランスフェクションに用いた。
製造例IVに記載するように、リピドイドを合成して希釈した。トランスフェクションのため、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNA250ngを含む50μLの水を、最適条件下で、4,000ngのリピドイドを含む50μLの水と混合して、w/w比(リピドイド重量/mRNA重量)を16とした。室温で30分間インキュベーションした後、サンプルをトランスフェクションに用いた。
(リピドイド/mRNA複合体を用いたインビトロでのトランスフェクション)
処理24時間前に、5,000個のNIH3T3細胞を含む培地100μLを、96ウェルプレートの1ウェルに播種した。トランスフェクション当日、記載するようにポリプレックスを形成した。様々なmRNA量を試験するため、50%の複合体溶液を同量の培地(FCS無添加)と混合し、この溶液を用いて同様の更なる希釈などを行い、15.6ng/50μLの最終濃度に到達するまで希釈系列を行った。トランスフェクションに先だって、細胞から培地を除去してFCS無添加培地100μLで置換えた。各希釈段階の50μLを細胞に加えて、37℃、5%CO2で4時間インキュベーションした。その後、培地を再び新鮮な10%FCS含有培地で置き換えた。トランスフェクションから24時間後、培地を除去した。実施例1に記載するように、細胞を溶解して、溶解物をレポータータンパク質活性について分析した。
処理24時間前に、5,000個のNIH3T3細胞を含む培地100μLを、96ウェルプレートの1ウェルに播種した。トランスフェクション当日、記載するようにポリプレックスを形成した。様々なmRNA量を試験するため、50%の複合体溶液を同量の培地(FCS無添加)と混合し、この溶液を用いて同様の更なる希釈などを行い、15.6ng/50μLの最終濃度に到達するまで希釈系列を行った。トランスフェクションに先だって、細胞から培地を除去してFCS無添加培地100μLで置換えた。各希釈段階の50μLを細胞に加えて、37℃、5%CO2で4時間インキュベーションした。その後、培地を再び新鮮な10%FCS含有培地で置き換えた。トランスフェクションから24時間後、培地を除去した。実施例1に記載するように、細胞を溶解して、溶解物をレポータータンパク質活性について分析した。
<結果>
図14に示すように、構造体(2−3−2)に基づくリピドイドは、(2−2−2)または(3−3−3)に基づく類似構造体よりも高いホタルルシフェラーゼ発現レベルをもたらした。この効果は、取り付けたアルキル鎖(C12またはC14)とは無関係であることが実証できた。ホタルルシフェラーゼの活性はその細胞内での発現レベルと相関し、ひいては細胞内へのmRNA輸送の効率と相関する。そのため、これら結果は、(2−3−2)に基づくリピドイドがインビトロでより効率的に細胞内へmRNAを輸送することを示す。
図14に示すように、構造体(2−3−2)に基づくリピドイドは、(2−2−2)または(3−3−3)に基づく類似構造体よりも高いホタルルシフェラーゼ発現レベルをもたらした。この効果は、取り付けたアルキル鎖(C12またはC14)とは無関係であることが実証できた。ホタルルシフェラーゼの活性はその細胞内での発現レベルと相関し、ひいては細胞内へのmRNA輸送の効率と相関する。そのため、これら結果は、(2−3−2)に基づくリピドイドがインビトロでより効率的に細胞内へmRNAを輸送することを示す。
[実施例11]
静脈内投与後のマウスにおけるリピドイド製剤のメッセンジャーRNA輸送効率
<材料および方法>
静脈内投与後のマウスにおけるリピドイド製剤のメッセンジャーRNA輸送効率
<材料および方法>
(動物)
6〜8週齢の雌のBALB/cマウスをジャンビエール社(Janvier,フランス)から得て、特定の病原体フリーの条件下で維持した。マウスを、実験前少なくとも7日間、動物施設の環境に慣れさせた。全ての動物実験手法は、地元の倫理委員会により承認され管理され、ドイツの動物保護法のガイドラインに従って実施した。
6〜8週齢の雌のBALB/cマウスをジャンビエール社(Janvier,フランス)から得て、特定の病原体フリーの条件下で維持した。マウスを、実験前少なくとも7日間、動物施設の環境に慣れさせた。全ての動物実験手法は、地元の倫理委員会により承認され管理され、ドイツの動物保護法のガイドラインに従って実施した。
(リピドイド製剤)
リピドイドは、mRNAを用いて次のように形成した:C12−(2−3−2)、DOPE、コレステロールおよびDSPE−PEG2k(3.6:0.18:0.76:1重量比)をエタノールに溶解して、ホタルルシフェラーゼをコードする化学修飾mRNAを含むクエン酸緩衝化溶液(10mMクエン酸、150mM NaCl、pH=4.5)中に脂質/mRNA重量比10.5で速やかに注入して、最終エタノール濃度20%を得て、水に対して透析を行った。得られたリピドイド/mRNA複合体は、正に帯電したナノ粒子(92.6±0.7nm;21.0±0.2mV)を生じ、これを、拘束したマウスの尾静脈内に静脈注射した。第二の実験では、前記リピドイド/mRNA複合体を静脈注射前にPBSで調整して、殆ど帯電していないナノ粒子(91.5±0.6nm;−0.7±0.2mV)を得た。
リピドイドは、mRNAを用いて次のように形成した:C12−(2−3−2)、DOPE、コレステロールおよびDSPE−PEG2k(3.6:0.18:0.76:1重量比)をエタノールに溶解して、ホタルルシフェラーゼをコードする化学修飾mRNAを含むクエン酸緩衝化溶液(10mMクエン酸、150mM NaCl、pH=4.5)中に脂質/mRNA重量比10.5で速やかに注入して、最終エタノール濃度20%を得て、水に対して透析を行った。得られたリピドイド/mRNA複合体は、正に帯電したナノ粒子(92.6±0.7nm;21.0±0.2mV)を生じ、これを、拘束したマウスの尾静脈内に静脈注射した。第二の実験では、前記リピドイド/mRNA複合体を静脈注射前にPBSで調整して、殆ど帯電していないナノ粒子(91.5±0.6nm;−0.7±0.2mV)を得た。
(インビボでの生物発光イメージングを用いたマウスにおけるルシフェラーゼ活性の測定)
投与から24時間後、マウスを、メデトミジン(体重1kgあたり11.5μg)、ミダゾラム(体重1kgあたり115μg)およびフェンタニル(体重1kgあたり1.15μg)の腹腔内注射によって麻酔した。D−ルシフェリン基質(マウス1匹あたり3mg/PBS100μL)を腹腔内注射によって投与した。10分後に、IVIS 100イメージングシステム(キセノゲン社、アメリカ)およびカメラ設定;Bin(HS)、視野10、f1 f−stop、高解像度ビニングおよび露出時間5分を用いて、生物発光を測定した。Living Image Softwareバージョン2.50(キセノゲン社、アメリカ)を用いて、シグナルを定量し、分析した。
投与から24時間後、マウスを、メデトミジン(体重1kgあたり11.5μg)、ミダゾラム(体重1kgあたり115μg)およびフェンタニル(体重1kgあたり1.15μg)の腹腔内注射によって麻酔した。D−ルシフェリン基質(マウス1匹あたり3mg/PBS100μL)を腹腔内注射によって投与した。10分後に、IVIS 100イメージングシステム(キセノゲン社、アメリカ)およびカメラ設定;Bin(HS)、視野10、f1 f−stop、高解像度ビニングおよび露出時間5分を用いて、生物発光を測定した。Living Image Softwareバージョン2.50(キセノゲン社、アメリカ)を用いて、シグナルを定量し、分析した。
<結果>
実験は、リピドイド/mRNA複合体がほぼ中性の電荷を含むPBS中で製剤化された場合にのみ、マウスの腹部領域でmRNAが効率的に発現したが、水中で配合した場合は発現しなかったことを示す(図16を参照)。
実験は、リピドイド/mRNA複合体がほぼ中性の電荷を含むPBS中で製剤化された場合にのみ、マウスの腹部領域でmRNAが効率的に発現したが、水中で配合した場合は発現しなかったことを示す(図16を参照)。
[実施例12]
静脈内投与後のマウスにおける様々な臓器へのリピドイド製剤のメッセンジャーRNA輸送効率
<材料および方法>
静脈内投与後のマウスにおける様々な臓器へのリピドイド製剤のメッセンジャーRNA輸送効率
<材料および方法>
(動物)
6〜8週齢の雌のBALB/cマウスをジャンビエール社(Janvier,フランス)から得て、特定の病原体フリーの条件下で維持した。マウスを、実験前少なくとも7日間、動物施設の環境に慣れさせた。全ての動物実験手法は、地元の倫理委員会により承認され管理され、ドイツの動物保護法のガイドラインに従って実施した。
6〜8週齢の雌のBALB/cマウスをジャンビエール社(Janvier,フランス)から得て、特定の病原体フリーの条件下で維持した。マウスを、実験前少なくとも7日間、動物施設の環境に慣れさせた。全ての動物実験手法は、地元の倫理委員会により承認され管理され、ドイツの動物保護法のガイドラインに従って実施した。
(リピドイド製剤)
リピドイドは、mRNAを用いて次のように形成した:リピドイド、DOPE、コレステロールおよびDMPE−PEG2k(8:6:5:1モル比)をエタノールに溶解して、ホタルルシフェラーゼをコードする化学修飾mRNAを含むクエン酸緩衝化溶液(10mMクエン酸、150mM NaCl、pH=4.5)中にN/P比15で速やかに注入して、最終エタノール濃度20%を得て、水に対して透析を行った。得られたリピドイド/mRNA複合体は、正に荷電したナノ粒子を生じた。前記リピドイド/mRNA複合体を静脈注射前にPBSで調整して、殆ど帯電していないナノ粒子を得た(表5参照)。
リピドイドは、mRNAを用いて次のように形成した:リピドイド、DOPE、コレステロールおよびDMPE−PEG2k(8:6:5:1モル比)をエタノールに溶解して、ホタルルシフェラーゼをコードする化学修飾mRNAを含むクエン酸緩衝化溶液(10mMクエン酸、150mM NaCl、pH=4.5)中にN/P比15で速やかに注入して、最終エタノール濃度20%を得て、水に対して透析を行った。得られたリピドイド/mRNA複合体は、正に荷電したナノ粒子を生じた。前記リピドイド/mRNA複合体を静脈注射前にPBSで調整して、殆ど帯電していないナノ粒子を得た(表5参照)。
(インビボでの生物発光イメージングを用いたマウスでのルシフェラーゼ活性の測定)
投与から24時間後、マウスを、メデトミジン(体重1kgあたり11.5μg)、ミダゾラム(体重1kgあたり115μg)およびフェンタニル(体重1kgあたり1.15μg)の腹腔内注射によって麻酔した。D−ルシフェリン基質(マウス1匹あたり3mg/PBS100μL)を腹腔内注射によって投与した。10分後に、IVIS 100イメージングシステム(キセノゲン社、アメリカ)およびカメラ設定;Bin(HR)、視野10、f1 f−stop、高解像度ビニングおよび露出時間30秒を用いて、生物発光を測定した。Living Image Softwareバージョン2.50(キセノゲン社、アメリカ)を用いて、シグナルを定量し、分析した。続いて、臓器を解剖して、別々に再度イメージングを行った。
投与から24時間後、マウスを、メデトミジン(体重1kgあたり11.5μg)、ミダゾラム(体重1kgあたり115μg)およびフェンタニル(体重1kgあたり1.15μg)の腹腔内注射によって麻酔した。D−ルシフェリン基質(マウス1匹あたり3mg/PBS100μL)を腹腔内注射によって投与した。10分後に、IVIS 100イメージングシステム(キセノゲン社、アメリカ)およびカメラ設定;Bin(HR)、視野10、f1 f−stop、高解像度ビニングおよび露出時間30秒を用いて、生物発光を測定した。Living Image Softwareバージョン2.50(キセノゲン社、アメリカ)を用いて、シグナルを定量し、分析した。続いて、臓器を解剖して、別々に再度イメージングを行った。
<結果>
実験は、マウスの腹部領域でmRNAが効率的に発現し、アルカン鎖長が短くなるにつれて増加したことを示した(図17A,Bを参照)。更に、実験は、肝臓へのmRNA送達が、リピドイドのアルカン鎖長が増加するにつれて低減し(C16<C14<C12)、C16については殆ど検出できなかったことを示した。脾臓におけるルシフェラーゼ発現量は、C14について最も高かった。肺ではルシフェラーゼ発現が幾らか観察されたが、心臓、腎臓、胃または脳では全く観察されなかった(図18A,Bを参照)。
実験は、マウスの腹部領域でmRNAが効率的に発現し、アルカン鎖長が短くなるにつれて増加したことを示した(図17A,Bを参照)。更に、実験は、肝臓へのmRNA送達が、リピドイドのアルカン鎖長が増加するにつれて低減し(C16<C14<C12)、C16については殆ど検出できなかったことを示した。脾臓におけるルシフェラーゼ発現量は、C14について最も高かった。肺ではルシフェラーゼ発現が幾らか観察されたが、心臓、腎臓、胃または脳では全く観察されなかった(図18A,Bを参照)。
[実施例13]
様々なトランスフェクション試薬のpDNAおよびmRNAの送達能力の効率の比較
<材料および方法>
様々なトランスフェクション試薬のpDNAおよびmRNAの送達能力の効率の比較
<材料および方法>
(ポリプレックス形成)
ホタルルシフェラーゼをコードするプラスミドDNA(pCMVLuc、プラスミドファクトリー社)またはホタルルシフェラーゼをコードするプラスミドmRNAを用いて、実施例1に記載するように、ポリプレックスを形成した。
ホタルルシフェラーゼをコードするプラスミドDNA(pCMVLuc、プラスミドファクトリー社)またはホタルルシフェラーゼをコードするプラスミドmRNAを用いて、実施例1に記載するように、ポリプレックスを形成した。
(ポリプレックスを用いたインビトロでのトランスフェクション)
トランスフェクション実験を、実施例3に記載するように行った。
トランスフェクション実験を、実施例3に記載するように行った。
<結果>
実験を行って、トランスフェクション効率が、もっぱらトランスフェクション媒体(ポリマー/リピドイド)に関連するか、または核酸の種類にも関連するかを実証した。pDNAを効率的に輸送するトランスフェクション試薬が必ずしもmRNA輸送の効率的なビヒクルでないことが明らかに示された(図19)。このように、pDNAに対して高いトランスフェクション効率を有する担体システムでは、mRNAに対する効率の予測をすることができない。
実験を行って、トランスフェクション効率が、もっぱらトランスフェクション媒体(ポリマー/リピドイド)に関連するか、または核酸の種類にも関連するかを実証した。pDNAを効率的に輸送するトランスフェクション試薬が必ずしもmRNA輸送の効率的なビヒクルでないことが明らかに示された(図19)。このように、pDNAに対して高いトランスフェクション効率を有する担体システムでは、mRNAに対する効率の予測をすることができない。
[実施例14]
N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(2−3−2)またはN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−ブタンジアミン(2−4−2)で修飾したPAA8kのトランスフェクション効率の比較
<材料および方法>
N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−プロパンジアミン(2−3−2)またはN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−ブタンジアミン(2−4−2)で修飾したPAA8kのトランスフェクション効率の比較
<材料および方法>
(ポリプレックス形成)
ポリプレックスを、実施例1に記載するように形成した。
ポリプレックスを、実施例1に記載するように形成した。
(ポリプレックスを用いたインビトロでのトランスフェクション)
トランスフェクション実験を、実施例3に記載するように行った。
トランスフェクション実験を、実施例3に記載するように行った。
<結果>
(2−3−2)で修飾したポリマーの効率が、構造(2−3−2)に強く関連するのか、または他のいずれかの構造2−X−2(X>2)に対して同様の効率を示すのかを更に調べるため、PAA8kをN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−ブタンジアミン(2−4−2)で修飾した。PAA8k−(2−3−2)とPAA8k−(2−4−2)との比較(図20)は、両ポリマーが、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAのトランスフェクション後に殆ど同一の高いルシフェラーゼ発現レベルを生じたことを示した。このことは、構造2−X−2(X>2)で修飾したポリマーが、他のオリゴ(アルキルアミン)での修飾と比べて、一般にmRNA輸送効率が向上したトランスフェクション試薬を生じることを裏付けた。
(2−3−2)で修飾したポリマーの効率が、構造(2−3−2)に強く関連するのか、または他のいずれかの構造2−X−2(X>2)に対して同様の効率を示すのかを更に調べるため、PAA8kをN,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,3−ブタンジアミン(2−4−2)で修飾した。PAA8k−(2−3−2)とPAA8k−(2−4−2)との比較(図20)は、両ポリマーが、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAのトランスフェクション後に殆ど同一の高いルシフェラーゼ発現レベルを生じたことを示した。このことは、構造2−X−2(X>2)で修飾したポリマーが、他のオリゴ(アルキルアミン)での修飾と比べて、一般にmRNA輸送効率が向上したトランスフェクション試薬を生じることを裏付けた。
[実施例15]
リピドイド製剤の透過型電子顕微鏡検査
<材料および方法>
リピドイド製剤の透過型電子顕微鏡検査
<材料および方法>
(リピドイド製剤)
リピドイドは、mRNAを用いて次のように形成した:C10−(2−3−2)、1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン(DOPE)または1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DPPC)、コレステロールおよび1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン−N−[メトキシ(ポリエチレングリコール)−2000](DSPE−PEG2k)または1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DPG−PEG2k)(9:6:5:1モル比)をエタノールに溶解して、ホタルルシフェラーゼをコードする化学修飾mRNAを含むクエン酸緩衝化溶液(10mMクエン酸、150mM NaCl、pH=4.5)中に脂質−窒素/mRNA−リン酸のモル比17で速やかに注入して、最終エタノール濃度20%を得て、水に対して24時間透析を行った。
リピドイドは、mRNAを用いて次のように形成した:C10−(2−3−2)、1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン(DOPE)または1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DPPC)、コレステロールおよび1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン−N−[メトキシ(ポリエチレングリコール)−2000](DSPE−PEG2k)または1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DPG−PEG2k)(9:6:5:1モル比)をエタノールに溶解して、ホタルルシフェラーゼをコードする化学修飾mRNAを含むクエン酸緩衝化溶液(10mMクエン酸、150mM NaCl、pH=4.5)中に脂質−窒素/mRNA−リン酸のモル比17で速やかに注入して、最終エタノール濃度20%を得て、水に対して24時間透析を行った。
(透過型電子顕微鏡検査)
サイズ分析のため、TEM(透過型電子顕微鏡検査)を倍率10,000および60,000で用いた。第1工程として、銅をベースとするプレート(プラノ社;S162−3)をプラズマ洗浄した。この処理の後、8μLのリピドイド製剤を銅プレートに3分間接触させた。前記リピドイド製剤の液滴を除去した後、リピドイドを積載した銅プレートを8μLの酢酸ウラニル溶液1滴と2度接触させて30秒間おくことによって、サンプルを染色した。各工程の後、ろ紙で吸い取ることによって、液体を除去した。最後に、当該担体プレートを、室温で更に30分間乾燥させて、Jem1011(日本電子株式会社)で分析した。
サイズ分析のため、TEM(透過型電子顕微鏡検査)を倍率10,000および60,000で用いた。第1工程として、銅をベースとするプレート(プラノ社;S162−3)をプラズマ洗浄した。この処理の後、8μLのリピドイド製剤を銅プレートに3分間接触させた。前記リピドイド製剤の液滴を除去した後、リピドイドを積載した銅プレートを8μLの酢酸ウラニル溶液1滴と2度接触させて30秒間おくことによって、サンプルを染色した。各工程の後、ろ紙で吸い取ることによって、液体を除去した。最後に、当該担体プレートを、室温で更に30分間乾燥させて、Jem1011(日本電子株式会社)で分析した。
<結果>
TEM写真(図21)は、形成されたリピドイド製剤が、均一なサイズ分布を有する球形粒子であることを示す(概観像)。拡大写真では、これら粒子のサイズが60〜80nmであると推定することができる。
TEM写真(図21)は、形成されたリピドイド製剤が、均一なサイズ分布を有する球形粒子であることを示す(概観像)。拡大写真では、これら粒子のサイズが60〜80nmであると推定することができる。
[実施例16]
アルキルハライドで合成したC10−(2−3−2)のmRNA輸送効率
<材料および方法>
アルキルハライドで合成したC10−(2−3−2)のmRNA輸送効率
<材料および方法>
(合成)
C10−(2−3−2)の合成を、製造例VIIで記載するように行った。
C10−(2−3−2)の合成を、製造例VIIで記載するように行った。
(リピドイド製剤)
C10−(2−3−2)、1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DSPC)、コレステロール、1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DPG−PEG2k)を9:6:5:1のモル比で、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAとN/P比17で用いて、実施例15に記載するようにリピドイド/mRNA複合体を形成した。
C10−(2−3−2)、1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DSPC)、コレステロール、1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DPG−PEG2k)を9:6:5:1のモル比で、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAとN/P比17で用いて、実施例15に記載するようにリピドイド/mRNA複合体を形成した。
(インビトロでのトランスフェクション)
処理の24時間前に、5,000個のNIH3T3細胞を含む培地100μLを96ウェルプレートの1ウェルに播種した。トランスフェクション当日、リピドイドを、記載したように形成して、10×PBS溶液を用いて1×PBSに調整した。リピドイド製剤を希釈して、500ng、250ngまたは125ngを含む50μLとし、細胞に加えて、37℃にて5%CO2で4時間インキュベーションた。トランスフェクションから24時間後、培地を除去した。実施例1に記載するように、細胞を溶解して、溶解物をレポータータンパク質活性について分析した。
処理の24時間前に、5,000個のNIH3T3細胞を含む培地100μLを96ウェルプレートの1ウェルに播種した。トランスフェクション当日、リピドイドを、記載したように形成して、10×PBS溶液を用いて1×PBSに調整した。リピドイド製剤を希釈して、500ng、250ngまたは125ngを含む50μLとし、細胞に加えて、37℃にて5%CO2で4時間インキュベーションた。トランスフェクションから24時間後、培地を除去した。実施例1に記載するように、細胞を溶解して、溶解物をレポータータンパク質活性について分析した。
<結果>
図22に示すように、アルキルハライドで合成したC10−(2−3−2)は、mRNAを細胞内へ輸送し、レポータータンパク質であるルシフェラーゼの発現をもたらすことができた。
図22に示すように、アルキルハライドで合成したC10−(2−3−2)は、mRNAを細胞内へ輸送し、レポータータンパク質であるルシフェラーゼの発現をもたらすことができた。
[実施例17]
N−ドデシルアクリルアミドで合成したC12−(2−3−2) のmRNA輸送効率
<材料および方法>
N−ドデシルアクリルアミドで合成したC12−(2−3−2) のmRNA輸送効率
<材料および方法>
(合成)
C12−(2−3−2)の合成を、製造例VIIIで記載するように行った。
C12−(2−3−2)の合成を、製造例VIIIで記載するように行った。
(リピドイド製剤)
C12−(2−3−2)、1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DSPC)、コレステロール、1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DPG−PEG2k)を9:6:5:1のモル比で、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAとN/P比17で用いて、実施例15に記載するようにリピドイド/mRNA複合体を形成した。
C12−(2−3−2)、1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DSPC)、コレステロール、1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DPG−PEG2k)を9:6:5:1のモル比で、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAとN/P比17で用いて、実施例15に記載するようにリピドイド/mRNA複合体を形成した。
(インビトロでのトランスフェクション)
トランスフェクション実験は、1ウェルあたり500ng、250ngまたは125ngのmRNA用量を用いて、実施例16に記載するように行った。
トランスフェクション実験は、1ウェルあたり500ng、250ngまたは125ngのmRNA用量を用いて、実施例16に記載するように行った。
<結果>
図23に示すように、N−ドデシルアクリルアミドで合成したC12−(2−3−2)は、mRNAを細胞内へ輸送し、レポータータンパク質であるルシフェラーゼの発現をもたらすことができた。
図23に示すように、N−ドデシルアクリルアミドで合成したC12−(2−3−2)は、mRNAを細胞内へ輸送し、レポータータンパク質であるルシフェラーゼの発現をもたらすことができた。
[実施例18]
ドデシルアクリレートで合成したC12−(2−3−2) のmRNA輸送効率
<材料および方法>
ドデシルアクリレートで合成したC12−(2−3−2) のmRNA輸送効率
<材料および方法>
(合成)
C12−(2−3−2)の合成を、製造例IXで記載するように行った。
C12−(2−3−2)の合成を、製造例IXで記載するように行った。
(リピドイド製剤)
C12−(2−3−2)、1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DSPC)、コレステロール、1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DPG−PEG2k)を9:6:5:1のモル比で、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAとN/P比17で用いて、実施例15に記載するようにリピドイド/mRNA複合体を形成した。
C12−(2−3−2)、1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DSPC)、コレステロール、1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DPG−PEG2k)を9:6:5:1のモル比で、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAとN/P比17で用いて、実施例15に記載するようにリピドイド/mRNA複合体を形成した。
(インビトロでのトランスフェクション)
トランスフェクション実験は、1ウェルあたり500ng、250ngまたは125ngのmRNA用量を用いて、実施例16に記載するように行った。
トランスフェクション実験は、1ウェルあたり500ng、250ngまたは125ngのmRNA用量を用いて、実施例16に記載するように行った。
<結果>
図24に示すように、ドデシルアクリレートで合成したC12−(2−3−2)は、mRNAを細胞内へ輸送し、レポータータンパク質であるルシフェラーゼの発現をもたらすことができた。
図24に示すように、ドデシルアクリレートで合成したC12−(2−3−2)は、mRNAを細胞内へ輸送し、レポータータンパク質であるルシフェラーゼの発現をもたらすことができた。
[実施例19]
様々なヘルパー脂質および様々なリピドイド対mRNA(N/P)比率を用いて形成したC12−(2−3−2)のmRNA輸送効率
様々なヘルパー脂質および様々なリピドイド対mRNA(N/P)比率を用いて形成したC12−(2−3−2)のmRNA輸送効率
(リピドイド製剤)
C12−(2−3−2)を、PEG脂質としての1,2−ジミリストイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DMG−PEG2k)と、ヘルパー脂質としてのDOPEまたはDSPCと組み合わせて用いて、N/P比を17または8として、実施例15に記載するようにリピドイド/mRNA複合体を形成した。
C12−(2−3−2)を、PEG脂質としての1,2−ジミリストイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DMG−PEG2k)と、ヘルパー脂質としてのDOPEまたはDSPCと組み合わせて用いて、N/P比を17または8として、実施例15に記載するようにリピドイド/mRNA複合体を形成した。
(インビトロでのトランスフェクション)
トランスフェクション実験は、1ウェルあたり250ngのmRNA用量を用いて、実施例16に記載するように行った。
トランスフェクション実験は、1ウェルあたり250ngのmRNA用量を用いて、実施例16に記載するように行った。
<結果>
図25に示すように、C12−(2−3−2)は、様々なヘルパー脂質(DOPE、DSPC)と組み合わせ、かつ、様々なN/P比(17または8)において、mRNAを細胞内へ輸送し、レポータータンパク質であるルシフェラーゼの発現をもたらすことができた。このように、C12−(2−3−2)は、ヘルパー脂質およびN/P比とは無関係にRNAを細胞内へ効率的に輸送できる。
図25に示すように、C12−(2−3−2)は、様々なヘルパー脂質(DOPE、DSPC)と組み合わせ、かつ、様々なN/P比(17または8)において、mRNAを細胞内へ輸送し、レポータータンパク質であるルシフェラーゼの発現をもたらすことができた。このように、C12−(2−3−2)は、ヘルパー脂質およびN/P比とは無関係にRNAを細胞内へ効率的に輸送できる。
[実施例20]
C12−(2−2−2)およびC12−(3−3−3)と比べたC12−(2−3−2)を含むリピドイド製剤の静脈投与後のマウスにおけるmRNA輸送効率の向上
<材料および方法>
C12−(2−2−2)およびC12−(3−3−3)と比べたC12−(2−3−2)を含むリピドイド製剤の静脈投与後のマウスにおけるmRNA輸送効率の向上
<材料および方法>
(動物)
実施例11に記載する通りである。
実施例11に記載する通りである。
(リピドイド製剤)
C12−(2−3−2)、1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン(DOPE)、コレステロール、1,2−ジミリストイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DMG−PEG2k)と、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAとをN/P比17で用いて、実施例15に記載するように形成した。
C12−(2−3−2)、1,2−ジオレオイル−sn−グリセロ−3−ホスホエタノールアミン(DOPE)、コレステロール、1,2−ジミリストイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DMG−PEG2k)と、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAとをN/P比17で用いて、実施例15に記載するように形成した。
(インビボ生物発光イメージングを用いたマウスにおけるLuc活性の測定)
実施例11に記載するようにして、投与から6時間後に動物を麻酔した。
実施例11に記載するようにして、投与から6時間後に動物を麻酔した。
<結果>
図26に示すように、C12−(2−3−2)が含まれるリピドイド製剤は、C12−(3−3−3) およびC12−(2−2−2)と比較して、マウスでのレポーター遺伝子発現量の顕著な増加をもたらした。このことは、C12−(2−3−2)の有益なmRNA輸送能力を示している。
図26に示すように、C12−(2−3−2)が含まれるリピドイド製剤は、C12−(3−3−3) およびC12−(2−2−2)と比較して、マウスでのレポーター遺伝子発現量の顕著な増加をもたらした。このことは、C12−(2−3−2)の有益なmRNA輸送能力を示している。
[実施例21]
様々な量のアルキル鎖C12で飽和したオリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)のmRNA輸送効率の比較
<材料および方法>
様々な量のアルキル鎖C12で飽和したオリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)のmRNA輸送効率の比較
<材料および方法>
(リピドイド製剤)
透析を行わず、様々な修飾度および修飾位置を有するオリゴ(アルキルアミン)(2−3−2)を用いて(図27Aの合成化合物を参照)、実施例15に記載するように行った。
透析を行わず、様々な修飾度および修飾位置を有するオリゴ(アルキルアミン)(2−3−2)を用いて(図27Aの合成化合物を参照)、実施例15に記載するように行った。
(インビトロでのトランスフェクション)
トランスフェクション実験は、1ウェルあたり250ngのmRNA用量を用いて、実施例16に記載するように行った。
トランスフェクション実験は、1ウェルあたり250ngのmRNA用量を用いて、実施例16に記載するように行った。
<結果>
図27Aに示すように、3種類のC12−(2−3−2)を合成して、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりのアルキル鎖の量および位置のmRNA輸送能力に対する影響を評価した。トランスフェクション効率(図27B)は、レポータータンパク質発現量に相違を示さず、mRNA輸送効率における相違が観察できないことが証明された。このように、様々な種類のC12-(2−3−2)リピドイド製剤が同一の効率でmRNAを輸送する。
図27Aに示すように、3種類のC12−(2−3−2)を合成して、オリゴ(アルキレンアミン)1つあたりのアルキル鎖の量および位置のmRNA輸送能力に対する影響を評価した。トランスフェクション効率(図27B)は、レポータータンパク質発現量に相違を示さず、mRNA輸送効率における相違が観察できないことが証明された。このように、様々な種類のC12-(2−3−2)リピドイド製剤が同一の効率でmRNAを輸送する。
[実施例22]
リピドイド製剤の凍結乾燥
<材料および方法>
リピドイド製剤の凍結乾燥
<材料および方法>
(リピドイド製剤)
実施例15に記載するように形成した。
実施例15に記載するように形成した。
(凍結乾燥方法)
トレハロース、スクロースおよびラクトースのプロテクタント溶液を水で調製した(c:20%w/v)。2倍希釈系列を調製して、20%から0.625%(w/v)までのプロテクタント溶液を作製した。これら溶液に対して同一体積のリピドイド製剤を加えて、ぴペッティングにより混合した。得られた溶液を、液体窒素中で凍結して、シグマα1−4(マーチン・クリスト社)を用いて凍結乾燥させた。凍結乾燥の後、粒子を同一体積の水で再懸濁して、分析に用いた。コントロールとして、リポプレックスを同一濃度でプロテクタント溶液と混合して、凍結および凍結乾燥を行わなかった。
トレハロース、スクロースおよびラクトースのプロテクタント溶液を水で調製した(c:20%w/v)。2倍希釈系列を調製して、20%から0.625%(w/v)までのプロテクタント溶液を作製した。これら溶液に対して同一体積のリピドイド製剤を加えて、ぴペッティングにより混合した。得られた溶液を、液体窒素中で凍結して、シグマα1−4(マーチン・クリスト社)を用いて凍結乾燥させた。凍結乾燥の後、粒子を同一体積の水で再懸濁して、分析に用いた。コントロールとして、リポプレックスを同一濃度でプロテクタント溶液と混合して、凍結および凍結乾燥を行わなかった。
(インビトロでのトランスフェクション)
1ウェルあたり233ngのmRNAを用いて、実施例15に記載するように行った。
1ウェルあたり233ngのmRNAを用いて、実施例15に記載するように行った。
(サイズ測定)
ZetaSier Nano ZS(マルバーン社)を用いて、粒子の流体力学直径を測定した。
ZetaSier Nano ZS(マルバーン社)を用いて、粒子の流体力学直径を測定した。
<結果>
図28に示すように、試験した糖類は全て、様々な濃度で粒子サイズおよびトランスフェクション効率を維持することができた。対して、プロテクタントを含まない(0%)粒子は、凝集プロセスのため、トランスフェクション効率が低下し、サイズが著しく増大した。
図28に示すように、試験した糖類は全て、様々な濃度で粒子サイズおよびトランスフェクション効率を維持することができた。対して、プロテクタントを含まない(0%)粒子は、凝集プロセスのため、トランスフェクション効率が低下し、サイズが著しく増大した。
[実施例23]
エクスビボでの哺乳動物組織へのRNA輸送
<材料および方法>
エクスビボでの哺乳動物組織へのRNA輸送
<材料および方法>
(リピドイド製剤)
C12−(2−3−2)、DOPE、コレステロール、DPG−PEG2kと、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAとをN/P比17で用い、透析を行わずに、実施例15に記載するように形成した。
C12−(2−3−2)、DOPE、コレステロール、DPG−PEG2kと、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAとをN/P比17で用い、透析を行わずに、実施例15に記載するように形成した。
(組織サンプルの処理)
新たに屠殺した動物(ブタまたはヒツジ;表参照)から約1cm3の組織片(筋肉、脂肪、動脈または肺;表参照)を取り出し、PBS中で洗浄した。各組織片内に、10μgのRNAを含有する100μLのリピドイド製剤または20μgのRNAを含有する200μLのリピドイド製剤を注射した(表参照)。ヒツジ動脈の処理では、両端を糸で閉じた血管の内腔にリピドイド製剤を注射した。これら組織を、10%FCSを含有する細胞培養液(DMEM)中で24時間培養した。
新たに屠殺した動物(ブタまたはヒツジ;表参照)から約1cm3の組織片(筋肉、脂肪、動脈または肺;表参照)を取り出し、PBS中で洗浄した。各組織片内に、10μgのRNAを含有する100μLのリピドイド製剤または20μgのRNAを含有する200μLのリピドイド製剤を注射した(表参照)。ヒツジ動脈の処理では、両端を糸で閉じた血管の内腔にリピドイド製剤を注射した。これら組織を、10%FCSを含有する細胞培養液(DMEM)中で24時間培養した。
(ルシフェラーゼ発現の分析)
24時間後、サンプルを、ルシフェリン含有(100μg/mL)PBS中で30分間インキュベーションした。インビボイメージングシステム(IVIS、パーキンエルマー社)を用いて、ルシフェラーゼ活性を測定した。
24時間後、サンプルを、ルシフェリン含有(100μg/mL)PBS中で30分間インキュベーションした。インビボイメージングシステム(IVIS、パーキンエルマー社)を用いて、ルシフェラーゼ活性を測定した。
<結果>
図29に示すように、C12−(2−3−2)は、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAを異なる種の様々な異なる組織の細胞内に輸送して、ルシフェラーゼを発現することができた。対照的に、未処理サンプル(D、E、下側の組織片)は、イメージングシグナルを示さなかった。
図29に示すように、C12−(2−3−2)は、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAを異なる種の様々な異なる組織の細胞内に輸送して、ルシフェラーゼを発現することができた。対照的に、未処理サンプル(D、E、下側の組織片)は、イメージングシグナルを示さなかった。
[実施例24]
インビトロでのアンジオテンシンI変換酵素2(ACE−2)の発現
インビトロでのアンジオテンシンI変換酵素2(ACE−2)の発現
(リピドイド製剤)
C12−(2−3−2)、DOPE、コレステロール、DPG−PEG2kを用い、mRNAを加えずに、実施例15に記載するようにして、空のリポプレックスを作製した。ポストローディングによりリピドイドmRNA複合体の形成を行った。この目的のため、ACE−2をコードするmRNA(1mg/mL)1μLを4μLのリポプレックス含有溶液と混合して、室温で10分間インキュベーションした。
C12−(2−3−2)、DOPE、コレステロール、DPG−PEG2kを用い、mRNAを加えずに、実施例15に記載するようにして、空のリポプレックスを作製した。ポストローディングによりリピドイドmRNA複合体の形成を行った。この目的のため、ACE−2をコードするmRNA(1mg/mL)1μLを4μLのリポプレックス含有溶液と混合して、室温で10分間インキュベーションした。
(インビトロでの細胞のトランスフェクション)
インビトロでのトランスフェクションのため、処理24時間前に、300,000個のHepG2細胞を10%FCS含有培地2mLで6ウェルプレートの1ウェルに播種した。トランスフェクション当日、培地を2mLの新鮮な培地と交換した。記載するようにリピドイド製剤を調製して、500ngのmRNAを含有する2.5μLを各ウェルに加えた。コントロールウェルには、製剤化においてmRNAを添加しなかったリピドイド製剤を同一量注入した。
インビトロでのトランスフェクションのため、処理24時間前に、300,000個のHepG2細胞を10%FCS含有培地2mLで6ウェルプレートの1ウェルに播種した。トランスフェクション当日、培地を2mLの新鮮な培地と交換した。記載するようにリピドイド製剤を調製して、500ngのmRNAを含有する2.5μLを各ウェルに加えた。コントロールウェルには、製剤化においてmRNAを添加しなかったリピドイド製剤を同一量注入した。
(ウエスタンブロットによるACE−2発現の検出)
トランスフェクションから24時間後に、培地を除去して、細胞を1mLのPBSで洗浄した。細胞を、250μLの溶解バッファー(250mMトリス−HCl、0.1%トライトンX、pH7.4)を用いて、氷上で10分間溶解した。溶解物をかき集めた後、14,000rpm、10分間の遠心分離によって破片を除去した。
タンパク質量の推定後(BCAアッセイ、テルモフィッシャーサイエンティフィック社)、10%SDS−PAGEゲル(テルモフィッシャーサイエンティフィック社)に1レーンあたり10μgをローディングした。100Vにて1.5時間の電気泳動の後、ゲルをPVDF膜(TransBlot、バイオラッド社)上にブロッティングした。ブロッティングの後、5%粉乳を含むTBS−T(20mMトリス−HCl、500mM NaCl、pH7.5、0.1% Tween20)を用いて、前記膜を30分間ブロッキングした。
ブロッキングの後、抗ACE2抗体(R&Dシステムズ社)を1:10,000希釈で用いて、前記膜を4℃で一晩プロービングした。3回の洗浄工程(各10分、TBS−T)の後、抗ヤギHRP抗体(SCBT)を1:10,000希釈で用いて、前記膜を室温で1時間プロービングしてから、3回の洗浄工程(各10分、TBS−T)を行った。発光HRP基質(GEヘルスケア社)を用いてシグナルを検出し、カメラ(ChemiDoc XRS+、バイオラッド社)を用いて前記シグナル分析した。ACE2シグナルの検出後、抗GAPDH抗体(NEB)を1:1,000希釈で用いて、均等なローディングであるかの分析を室温にて4時間行った。
トランスフェクションから24時間後に、培地を除去して、細胞を1mLのPBSで洗浄した。細胞を、250μLの溶解バッファー(250mMトリス−HCl、0.1%トライトンX、pH7.4)を用いて、氷上で10分間溶解した。溶解物をかき集めた後、14,000rpm、10分間の遠心分離によって破片を除去した。
タンパク質量の推定後(BCAアッセイ、テルモフィッシャーサイエンティフィック社)、10%SDS−PAGEゲル(テルモフィッシャーサイエンティフィック社)に1レーンあたり10μgをローディングした。100Vにて1.5時間の電気泳動の後、ゲルをPVDF膜(TransBlot、バイオラッド社)上にブロッティングした。ブロッティングの後、5%粉乳を含むTBS−T(20mMトリス−HCl、500mM NaCl、pH7.5、0.1% Tween20)を用いて、前記膜を30分間ブロッキングした。
ブロッキングの後、抗ACE2抗体(R&Dシステムズ社)を1:10,000希釈で用いて、前記膜を4℃で一晩プロービングした。3回の洗浄工程(各10分、TBS−T)の後、抗ヤギHRP抗体(SCBT)を1:10,000希釈で用いて、前記膜を室温で1時間プロービングしてから、3回の洗浄工程(各10分、TBS−T)を行った。発光HRP基質(GEヘルスケア社)を用いてシグナルを検出し、カメラ(ChemiDoc XRS+、バイオラッド社)を用いて前記シグナル分析した。ACE2シグナルの検出後、抗GAPDH抗体(NEB)を1:1,000希釈で用いて、均等なローディングであるかの分析を室温にて4時間行った。
<結果>
トランスフェクションのウエスタンブロット結果を図30に示す。左側2レーンは、処理細胞の溶解物を示し、右側2レーンは、未処理細胞の溶解物を示す。明らかに分かるように、ACE−2発現は、ACE−2をコードするmRNAをポストローディングしたリピドイド製剤で処理したサンプルのみで観察された。この実験は、C12−(2−3−2)含有リピドイド製剤によってACE−2のmRNAも輸送できることを示す。また、空のリポプレックスにポストローディングする方法でも細胞内への効率的なmRNA輸送をもたらすことを示す。
トランスフェクションのウエスタンブロット結果を図30に示す。左側2レーンは、処理細胞の溶解物を示し、右側2レーンは、未処理細胞の溶解物を示す。明らかに分かるように、ACE−2発現は、ACE−2をコードするmRNAをポストローディングしたリピドイド製剤で処理したサンプルのみで観察された。この実験は、C12−(2−3−2)含有リピドイド製剤によってACE−2のmRNAも輸送できることを示す。また、空のリポプレックスにポストローディングする方法でも細胞内への効率的なmRNA輸送をもたらすことを示す。
[実施例25]
Balb/cマウスでのマウスエリスロポエチン(mEPO)の発現
<材料および方法>
Balb/cマウスでのマウスエリスロポエチン(mEPO)の発現
<材料および方法>
(リピドイド製剤)
C12−(2−3−2)、DOPE、コレステロール、DMPE−PEG2kと、マウスエリスロポエチン(mEPO)をコードするmRNAとをN/P比15で用いて、実施例15に記載するように形成した。
C12−(2−3−2)、DOPE、コレステロール、DMPE−PEG2kと、マウスエリスロポエチン(mEPO)をコードするmRNAとをN/P比15で用いて、実施例15に記載するように形成した。
(動物)
実施例11に記載する通りである。
実施例11に記載する通りである。
(動物の処理)
リピドイド製剤を1×PBSに調整し、各130μLにmRNAをそれぞれ5μg、10μgおよび20μg含むように希釈した。各用量につき、3匹のマウスを静脈注射で処理した。コントロールとしては、マウスをPBSで処理した。処理から6時間後に血液を採取してマウスEPOレベルについて分析した。
リピドイド製剤を1×PBSに調整し、各130μLにmRNAをそれぞれ5μg、10μgおよび20μg含むように希釈した。各用量につき、3匹のマウスを静脈注射で処理した。コントロールとしては、マウスをPBSで処理した。処理から6時間後に血液を採取してマウスEPOレベルについて分析した。
(マウスEPOの定量)
マウスエリスロポエチンの定量を、マウスEPO ELISA(Quantikine ELISA、R&Dシステムズ社)によって、製造業者のプロトコルに従って行った。
マウスエリスロポエチンの定量を、マウスEPO ELISA(Quantikine ELISA、R&Dシステムズ社)によって、製造業者のプロトコルに従って行った。
<結果>
この実験では、C12−(2−3−2)含有リピドイド製剤中に配合したマウスEPOのmRNAによる処理後のマウスでのマウスエリスロポエチンの発現量を定量した。図31に示されるように、6時間後、全ての処理群において、PBS処理コントロール群よりも顕著に高い濃度でマウスEPOが検出できた。このように、マウスEPOのmRNAは、細胞内に効率的に輸送されて、当該タンパク質の発現をもたらした。
この実験では、C12−(2−3−2)含有リピドイド製剤中に配合したマウスEPOのmRNAによる処理後のマウスでのマウスエリスロポエチンの発現量を定量した。図31に示されるように、6時間後、全ての処理群において、PBS処理コントロール群よりも顕著に高い濃度でマウスEPOが検出できた。このように、マウスEPOのmRNAは、細胞内に効率的に輸送されて、当該タンパク質の発現をもたらした。
[実施例26]
オリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)修飾直線状ポリマーポリ(アリルアミン)のメッセンジャーRNA輸送効率
<材料および方法>
オリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)修飾直線状ポリマーポリ(アリルアミン)のメッセンジャーRNA輸送効率
<材料および方法>
(ポリプレックス形成)
オリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)、(2−2−2)または(3−3−3)で修飾したポリ(アリルアミン)(PALAM)を用いて、実施例1に記載するように形成した。ポリマー合成は、製造例Vを参照。
オリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)、(2−2−2)または(3−3−3)で修飾したポリ(アリルアミン)(PALAM)を用いて、実施例1に記載するように形成した。ポリマー合成は、製造例Vを参照。
(ポリプレックスのインビトロでのトランスフェクション)
500ngのmRNAを用いて、N/P比を12として、実施例1に記載するように、NIH3T3細胞をトランスフェクションした。
500ngのmRNAを用いて、N/P比を12として、実施例1に記載するように、NIH3T3細胞をトランスフェクションした。
<結果>
図32に示すように、mRNAとPALAM−(2−3−2)とのポリプレックスでトランスフェクションした後の細胞は、PALAM−(2−2−2)/mRNA複合体またはPALAM−(3−3−3)/mRNA複合体でトランスフェクションした後の細胞よりも顕著に高いルシフェラーゼ発現量を示した。このように、これら結果は、交互アルキル鎖を有するオリゴ(アルキレンアミン)による直線状アミン末端ポリマーの修飾が、直線状カルボキシル末端ポリマー骨格におけるものと同じ有利な効果をもたらすことを示す。
図32に示すように、mRNAとPALAM−(2−3−2)とのポリプレックスでトランスフェクションした後の細胞は、PALAM−(2−2−2)/mRNA複合体またはPALAM−(3−3−3)/mRNA複合体でトランスフェクションした後の細胞よりも顕著に高いルシフェラーゼ発現量を示した。このように、これら結果は、交互アルキル鎖を有するオリゴ(アルキレンアミン)による直線状アミン末端ポリマーの修飾が、直線状カルボキシル末端ポリマー骨格におけるものと同じ有利な効果をもたらすことを示す。
[実施例27]
オリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)で修飾した樹枝状ポリマーポリプロピレンイミンのメッセンジャーRNA輸送効率
<材料および方法>
オリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)で修飾した樹枝状ポリマーポリプロピレンイミンのメッセンジャーRNA輸送効率
<材料および方法>
(ポリプレックス形成)
オリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)、(2−2−2)または(3−3−3)で修飾したポリプロピレンイミン(PPI)を用いて、実施例1に記載するように形成した。ポリマー合成は、製造例VIを参照。
オリゴ(アルキレンアミン)(2−3−2)、(2−2−2)または(3−3−3)で修飾したポリプロピレンイミン(PPI)を用いて、実施例1に記載するように形成した。ポリマー合成は、製造例VIを参照。
(ポリプレックスのインビトロでのトランスフェクション)
500ngのmRNAを用いて、N/P比を32として、実施例1に記載するように、NIH3T3細胞をトランスフェクションした。
500ngのmRNAを用いて、N/P比を32として、実施例1に記載するように、NIH3T3細胞をトランスフェクションした。
<結果>
図33に示すように、mRNAとPPI−(2−3−2)とのポリプレックスでトランスフェクションした後の細胞は、PPI−(2−2−2)/mRNA複合体またはPPI−(3−3−3)/mRNA複合体でトランスフェクションした後の細胞よりも顕著に高いルシフェラーゼ発現量を示した。このように、これら結果は、交互アルキル鎖を有するオリゴ(アルキレンアミン)による樹枝状ポリマーの修飾が、直線状ポリマー骨格におけるものと同じ有利な効果をもたらすことを示す。
図33に示すように、mRNAとPPI−(2−3−2)とのポリプレックスでトランスフェクションした後の細胞は、PPI−(2−2−2)/mRNA複合体またはPPI−(3−3−3)/mRNA複合体でトランスフェクションした後の細胞よりも顕著に高いルシフェラーゼ発現量を示した。このように、これら結果は、交互アルキル鎖を有するオリゴ(アルキレンアミン)による樹枝状ポリマーの修飾が、直線状ポリマー骨格におけるものと同じ有利な効果をもたらすことを示す。
[実施例28]
皮下注射後のラットにおけるC12−(2−3−2)製剤の細胞内へのRNA輸送効率
<材料および方法>
皮下注射後のラットにおけるC12−(2−3−2)製剤の細胞内へのRNA輸送効率
<材料および方法>
(リピドイド製剤)
C12−(2−3−2)、DOPE、コレステロール、DMG−PEG2kと、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAとをN/P比17で用いて、実施例15に記載するように製造した。
C12−(2−3−2)、DOPE、コレステロール、DMG−PEG2kと、ホタルルシフェラーゼをコードするmRNAとをN/P比17で用いて、実施例15に記載するように製造した。
(動物の処理)
リピドイド製剤を1×PBSに調整した。63μgのRNAを含有する製剤500μLを、雌のBuffaloラットに皮下注射した。投与から6時間後に、前記ラットを、メデトミジン(体重1kgあたり11.5μg)、ミダゾラム(体重1kgあたり115μg)およびフェンタニル(体重1kgあたり1.15μg)の腹腔内注射によって麻酔した。D−ルシフェリン基質(マウス1匹あたり30mgを含むPBS)を腹腔内注射によって投与した。10分後に、IVIS 100イメージングシステム(キセノゲン社、アメリカ)を用いて、生物発光を測定した。
リピドイド製剤を1×PBSに調整した。63μgのRNAを含有する製剤500μLを、雌のBuffaloラットに皮下注射した。投与から6時間後に、前記ラットを、メデトミジン(体重1kgあたり11.5μg)、ミダゾラム(体重1kgあたり115μg)およびフェンタニル(体重1kgあたり1.15μg)の腹腔内注射によって麻酔した。D−ルシフェリン基質(マウス1匹あたり30mgを含むPBS)を腹腔内注射によって投与した。10分後に、IVIS 100イメージングシステム(キセノゲン社、アメリカ)を用いて、生物発光を測定した。
<結果>
図34で示されるように、ラットは、注射の側で鮮やかな発光シグナルを示し、該RNAの周囲組織内への輸送が非常に効率的であったことを示した。また、コードタンパク質を産生することができるため、RNAの機能性が損なわれないままであることも示される。
図34で示されるように、ラットは、注射の側で鮮やかな発光シグナルを示し、該RNAの周囲組織内への輸送が非常に効率的であったことを示した。また、コードタンパク質を産生することができるため、RNAの機能性が損なわれないままであることも示される。
[実施例29]
ラットに強制経口投与した後の胃腸管におけるmRNAコードタンパク質の発現
<材料および方法>
ラットに強制経口投与した後の胃腸管におけるmRNAコードタンパク質の発現
<材料および方法>
(リピドイド製剤(複合体製剤))
リピドイドC12−(2−3−2)を、1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DSPC;Avanti Polar Lipids社、アラバスター、アラバマ州、米国)、コレステロール、および、1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DPG−PEG 2000;SUNBRIGHT(登録商標) GP−020;NOF America Corporation、ホワイト・プレインズ、ニューヨーク州、米国)と配合した。この目的のために、これらの化合物を、それぞれ濃度が50mg/ml、20mg/ml、20mg/ml、20mg/mlとなるようにエタノールに溶解した。53.2μlのC12−(2−3−2)、64.2μlのDSPC、26.2μlのコレステロール、および、34.8μlのDPG−PEG 2000を1つのマイクロ遠心チューブ内で混合し、エタノールで最終体積200μlに希釈し、モル比を8:5.29:4.41:0.88とした。ホタルルシフェラーゼをコードする修飾mRNA(25%のシチジンモノマーおよび25%のウリジンモノマーを、それぞれ、5−メチルシチジンおよび2−チオウリジンで置換し、インビトロで転写して調製したもの)200μgを、800μlのクエン酸バッファー(10mMクエン酸、pH4.5、0.9%(w/v)塩化ナトリウム)溶液として得た。リポプレックスの形成は、迅速な溶媒交換により行った。脂質混合物のエタノール溶液を、30G針(U−40インシュリンシリンジ BD Micro−Fine(商標)+)を通して800μlのmRNA溶液に注入し、次いで、ボルテックスした。室温で30分間インキュベーションした後、該混合液を水10Lに対して12時間透析した。これにより、N/P比:17、最終mRNA濃度:150μg/mlとした。
リピドイドC12−(2−3−2)を、1,2−ジステアロイル−sn−グリセロ−3−ホスホコリン(DSPC;Avanti Polar Lipids社、アラバスター、アラバマ州、米国)、コレステロール、および、1,2−ジパルミトイル−sn−グリセロールメトキシポリエチレングリコール(DPG−PEG 2000;SUNBRIGHT(登録商標) GP−020;NOF America Corporation、ホワイト・プレインズ、ニューヨーク州、米国)と配合した。この目的のために、これらの化合物を、それぞれ濃度が50mg/ml、20mg/ml、20mg/ml、20mg/mlとなるようにエタノールに溶解した。53.2μlのC12−(2−3−2)、64.2μlのDSPC、26.2μlのコレステロール、および、34.8μlのDPG−PEG 2000を1つのマイクロ遠心チューブ内で混合し、エタノールで最終体積200μlに希釈し、モル比を8:5.29:4.41:0.88とした。ホタルルシフェラーゼをコードする修飾mRNA(25%のシチジンモノマーおよび25%のウリジンモノマーを、それぞれ、5−メチルシチジンおよび2−チオウリジンで置換し、インビトロで転写して調製したもの)200μgを、800μlのクエン酸バッファー(10mMクエン酸、pH4.5、0.9%(w/v)塩化ナトリウム)溶液として得た。リポプレックスの形成は、迅速な溶媒交換により行った。脂質混合物のエタノール溶液を、30G針(U−40インシュリンシリンジ BD Micro−Fine(商標)+)を通して800μlのmRNA溶液に注入し、次いで、ボルテックスした。室温で30分間インキュベーションした後、該混合液を水10Lに対して12時間透析した。これにより、N/P比:17、最終mRNA濃度:150μg/mlとした。
(リピドイド製剤の凍結乾燥、および、ゼラチンカプセルへの充填)
新しく調製したリピドイド製剤を室温で30分間インキュベーションした後、25.6μlの40%(w/v)トレハロース水溶液を添加して(最終濃度:1%(w/v))、次いで、液体窒素中で凍結させた。その後、該サンプルを一晩凍結乾燥した。乾燥物の3分の1(mRNA67μgに相当)を、ゼラチンカプセル(PCcaps(登録商標);Capsugel(登録商標)ベルギーNV(ベルギー、ボルネム))に、該製造業者から提供されているキット(PCcaps(登録商標)キット)を使用して充填した。
新しく調製したリピドイド製剤を室温で30分間インキュベーションした後、25.6μlの40%(w/v)トレハロース水溶液を添加して(最終濃度:1%(w/v))、次いで、液体窒素中で凍結させた。その後、該サンプルを一晩凍結乾燥した。乾燥物の3分の1(mRNA67μgに相当)を、ゼラチンカプセル(PCcaps(登録商標);Capsugel(登録商標)ベルギーNV(ベルギー、ボルネム))に、該製造業者から提供されているキット(PCcaps(登録商標)キット)を使用して充填した。
(PEI複合体製剤)
FFLをコードするSNIM(登録商標)−RNA1mgおよびbrPEI(シグマアルドリッチ社)1.3mgを、それぞれ、水2mLに希釈した。複合体を形成するために、RNA溶液をPEI溶液にピペットで移し、上下に3回ピペッティングして混合した。得られた溶液を室温で30分間インキュベーションした。複合体の形成後、複合体溶液を同体積の2%トレハロース溶液と混合し、最終トレハロース濃度を1%(w/v)とした。液体窒素中で凍結した後、該サンプルを凍結乾燥装置(alpha2−4、Christ社)で凍結乾燥した。
FFLをコードするSNIM(登録商標)−RNA1mgおよびbrPEI(シグマアルドリッチ社)1.3mgを、それぞれ、水2mLに希釈した。複合体を形成するために、RNA溶液をPEI溶液にピペットで移し、上下に3回ピペッティングして混合した。得られた溶液を室温で30分間インキュベーションした。複合体の形成後、複合体溶液を同体積の2%トレハロース溶液と混合し、最終トレハロース濃度を1%(w/v)とした。液体窒素中で凍結した後、該サンプルを凍結乾燥装置(alpha2−4、Christ社)で凍結乾燥した。
(マイクロ粒子製剤)
マイクロ粒子を、oil−in−water−in−oil乳化によりポリ(乳酸−co−グリコール酸)(PLGA)から作製した。ホタルルシフェラーゼをコードするmRNA200μgと、8:5.29:4.41:0.88のモル比でC12−(2−3−2)、DSPC、コレステロールおよびDPG−PEG 2000とを含むリピドイド製剤を上述のように正確に調製した。該製剤1mlをPBSで2mlに希釈した。この水相を、ジクロロメタン2mlに溶解したPLGA 755−S(Boehringer Ingelheim社、ドイツ)100mgと混合した。得られた混合物を、ホーンソニケーター(Branson Digital Sonifier、モデル250−D;ソニケーターホーンモデル102−C)を使用して、強度:20%振幅、バースト:0.5秒としたソニケーションで乳化した。次いで、得られたエマルジョンを、4%ポリビニルアルコール(PVA)水溶液6mlを含む50mlファルコンチューブに滴下した。次いで、この混合液を10秒間ボルテックスした。得られた生成物を、0.6%PVA溶液8mlを含むガラスビーカー(直径:9.2cm)に、マグネット撹拌プレート上で適度の速度で撹拌しながら滴下した。室温で3時間撹拌後、得られた粒子を、1000rpmで5分間遠心した後に上清を置換することにより、注射用水で2回洗浄した。該粒子を注射用水5mlに再懸濁した後、液体窒素中で凍結し、14時間凍結乾燥した。得られた乾燥粉末はそのまま使用できるものであった。13.6mgをゼラチンカプセル(PCcaps(登録商標);Capsugel(登録商標)ベルギーNV(ベルギー、ボルネム))に、該製造業者から提供されているキット(PCcaps(登録商標)キット)を使用して充填した。これは、使用成分の物質収支ベースで25μgの推定mRNA量に相当する。
マイクロ粒子を、oil−in−water−in−oil乳化によりポリ(乳酸−co−グリコール酸)(PLGA)から作製した。ホタルルシフェラーゼをコードするmRNA200μgと、8:5.29:4.41:0.88のモル比でC12−(2−3−2)、DSPC、コレステロールおよびDPG−PEG 2000とを含むリピドイド製剤を上述のように正確に調製した。該製剤1mlをPBSで2mlに希釈した。この水相を、ジクロロメタン2mlに溶解したPLGA 755−S(Boehringer Ingelheim社、ドイツ)100mgと混合した。得られた混合物を、ホーンソニケーター(Branson Digital Sonifier、モデル250−D;ソニケーターホーンモデル102−C)を使用して、強度:20%振幅、バースト:0.5秒としたソニケーションで乳化した。次いで、得られたエマルジョンを、4%ポリビニルアルコール(PVA)水溶液6mlを含む50mlファルコンチューブに滴下した。次いで、この混合液を10秒間ボルテックスした。得られた生成物を、0.6%PVA溶液8mlを含むガラスビーカー(直径:9.2cm)に、マグネット撹拌プレート上で適度の速度で撹拌しながら滴下した。室温で3時間撹拌後、得られた粒子を、1000rpmで5分間遠心した後に上清を置換することにより、注射用水で2回洗浄した。該粒子を注射用水5mlに再懸濁した後、液体窒素中で凍結し、14時間凍結乾燥した。得られた乾燥粉末はそのまま使用できるものであった。13.6mgをゼラチンカプセル(PCcaps(登録商標);Capsugel(登録商標)ベルギーNV(ベルギー、ボルネム))に、該製造業者から提供されているキット(PCcaps(登録商標)キット)を使用して充填した。これは、使用成分の物質収支ベースで25μgの推定mRNA量に相当する。
(キトサン粒子製剤)
それぞれ濃度が100μg/mLであるキトサン(Protasan UP G 213)およびSNIM(登録商標)−RNAの50mMクエン酸バッファー(pH4.5)溶液を、別々に55℃に加熱した。各溶液10mLを一定のボルテックス下で混合した。室温で30分間インキュベーションした後、粒子を水に対して12時間透析し、凍結乾燥し、使用するまで凍結保存した。使用当日、適用する前に粒子を水3mLに再懸濁した。
それぞれ濃度が100μg/mLであるキトサン(Protasan UP G 213)およびSNIM(登録商標)−RNAの50mMクエン酸バッファー(pH4.5)溶液を、別々に55℃に加熱した。各溶液10mLを一定のボルテックス下で混合した。室温で30分間インキュベーションした後、粒子を水に対して12時間透析し、凍結乾燥し、使用するまで凍結保存した。使用当日、適用する前に粒子を水3mLに再懸濁した。
(動物実験)
Srague−Dawleyラット(または雌のBuffaloラット)を5%イソフランで満たしたチャンバー内で麻酔した。上記カプセルを強制経口投与により投与した。24時間後、ペントバルビタールナトリウムの注射により屠殺し、臓器を回収した。ルシフェラーゼ活性を測定するために、PBS中にD−ルシフェリン基質を含む(100μg/ml)培地浴において組織標本を37℃で30分間インキュベーションし、エクスビボのルシフェラーゼ生物発光イメージング(IVIS 100、キセノゲン社、アラメダ、米国)に供した。
Srague−Dawleyラット(または雌のBuffaloラット)を5%イソフランで満たしたチャンバー内で麻酔した。上記カプセルを強制経口投与により投与した。24時間後、ペントバルビタールナトリウムの注射により屠殺し、臓器を回収した。ルシフェラーゼ活性を測定するために、PBS中にD−ルシフェリン基質を含む(100μg/ml)培地浴において組織標本を37℃で30分間インキュベーションし、エクスビボのルシフェラーゼ生物発光イメージング(IVIS 100、キセノゲン社、アラメダ、米国)に供した。
<結果>
リピドイド/mRNA複合体をトレハロースと凍結乾燥するかマイクロ粒子内にローディングし、カプセルを使用して経口投与すると、mRNAがラット胃腸管で効果的に発現することが実験により示された(図35を参照)。その他の主要な臓器(心臓、肺、肝臓、脾臓、腎臓)において、また、mRNAを液体製剤として経口投与すると、実質的なルシフェラーゼシグナルが検出されない。
リピドイド/mRNA複合体をトレハロースと凍結乾燥するかマイクロ粒子内にローディングし、カプセルを使用して経口投与すると、mRNAがラット胃腸管で効果的に発現することが実験により示された(図35を参照)。その他の主要な臓器(心臓、肺、肝臓、脾臓、腎臓)において、また、mRNAを液体製剤として経口投与すると、実質的なルシフェラーゼシグナルが検出されない。
Claims (26)
- ポリリボヌクレオチド(RNA)およびカチオン性剤を含み、胃腸管へ投与するための固形剤として製剤化されている、医薬組成物。
- 経口投与用の固形剤として製剤化されている、請求項1に記載の医薬組成物。
- 直腸内投与用の固形剤として製剤化されている、請求項1に記載の医薬組成物。
- 前記カチオン性剤が、カチオン性のオリゴマー、ポリマーまたはリピドイドである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記カチオン性剤が、ポリエチレンイミン(PEI)である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記カチオン性剤が、オリゴ(アルキレンアミン)を含む成分であり、該成分が下記(a)〜(c)からなる群から選択される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の医薬組成物:
(a)複数の式(II)の基を側鎖および/または末端基として含む、オリゴマーまたはポリマー:
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R6は、下で定義する通りであり、複数の式(II)の基において、各式(II)の基はそれぞれ独立しており:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;またはaは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R2〜R5は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7または−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;およびポリ(エチレングリコール)鎖から選択され、
R6は、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7または−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;ポリ(エチレングリコール)鎖;および受容体リガンドから選択され、
式(II)中に表示される1個以上の窒素原子はプロトン化されて、式(II)のカチオン基を提供してもよい);
(b)複数の式(III)の基を反復単位として含む、オリゴマーまたはポリマー:
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR2〜R5は、下で定義する通りであり、複数の式(III)の基において、各式(III)の基はそれぞれ独立しており:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;またはaは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R2〜R5は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7または−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;およびポリ(エチレングリコール)鎖から選択され;
式(III)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(III)のカチオン基を提供してもよい);および、
(c)式(IV)の構造を有するリピドイド:
(式中、変数a、b、p、m、nおよびR1〜R6は、下で定義する通りであり:
aは1であり且つbは2〜4の整数であるか;または、aは2〜4の整数であり且つbは1であり、
pは1または2であり、
mは1または2であり;nは0または1であり且つm+n≧2であり;
R1〜R6は、互いに独立して、水素;基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7または−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される);アミノ基の保護基;−C(NH)−NH2;ポリ(エチレングリコール)鎖;および受容体リガンドから選択され;ただし、R1〜R6のうちの少なくとも2つの残基は、基−CH2−CH(OH)−R7、−CH(R7)−CH2−OH、−CH2−CH2−(C=O)−O−R7、−CH2−CH2−(C=O)−NH−R7または−CH2−R7(式中、R7は、C3〜C18アルキルもしくは1個のC−C二重結合を有するC3〜C18アルケニルから選択される)であり;
式(IV)中で表示される1個以上の窒素原子は、プロトン化されて、式(IV)のカチオン性リピドイドを提供してもよい)。 - オリゴ(アルキレンアミン)を含む前記成分が、成分(a)および(b)からなる群から選択され、
該成分(a)が、複数の式(IIa)の基を側鎖および/または末端基として含む、オリゴマーまたはポリマー:
−NR2{CH2-(CH2)a-NR3-CH2-(CH2)b-NR4}m-[CH2-(CH2)a-NR5]n-R6 (IIa)
(式中、a、b、m、nおよびR2〜R6は請求項1に定義する通りであり、式(IIa)中で表示される1個以上の窒素原子はプロトン化されて、カチオン性オリゴマーもしくはポリマー構造体を提供してもよい)であり、
該成分(b)が、複数の式(IIIa)の基を反復単位として含む、オリゴマーまたはポリマー:
−NR2{CH2-(CH2)a-NR3-CH2-(CH2)b-NR4}m-[CH2-(CH2)a-NR5]n− (IIIa)
(式中、a、b、m、nおよびR2〜R5は請求項1に定義する通りであり、式(IIIa)中で表示される1個以上の窒素原子はプロトン化されて、カチオン性オリゴマーもしくはポリマー構造体を提供してもよい)である、請求項6に記載の医薬組成物。 - 前記リピドイドが、式(IVa)の構造:
R1−NR2{CH2-(CH2)a-NR3-CH2-(CH2)b-NR4}m-[CH2-(CH2)a-NR5]n-R6(IVa)
(式中、a、b、m、nおよびR1〜R6は請求項1に定義する通りであり、式(IVa)中で表示される1個以上の窒素原子はプロトン化されて、カチオン性リピドイドを提供してもよい)を有する、請求項6に記載の医薬組成物。 - 前記式(II)、(IIa)、(III)、(IIIa)、(IV)または(IVa)において、nが1である、請求項6〜8のいずれか1項に記載の医薬組成物。
- 前記式(II)、(IIa)、(III)、(IIIa)、(IV)または(IVa)において、mが1であり且つnが1である、請求項6〜9のいずれか1項に記載の医薬組成物。
- 前記式(II)、(IIa)、(III)、(IIIa)、(IV)または(IVa)において、aが1であり且つbが2であるか、またはaが2であり且つbが1である、請求項6〜10のいずれか1項に記載の医薬組成物。
- 前記カチオン性剤が、前記RNAと複合体を形成する、請求項1〜11のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記複合体がリポソームである、請求項12に記載の医薬組成物。
- 前記RNAおよび前記カチオン性剤が、ナノ粒子として製剤化されている、請求1〜13のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記RNAおよび前記カチオン性剤が、マイクロ粒子として製剤化されているかまたは凍結乾燥形態である、請求1〜14のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- ポリ(乳酸−co−グリコール酸)(PLGA)および/またはリオプロテクタントを更に含む、請求1〜15のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記RNA、前記カチオン性剤および前記PLGAが、マイクロ粒子として製剤化されている、請求項16に記載の医薬組成物。
- 前記リオプロテクタントがトレハロースである、請求項16または17に記載の医薬組成物。
- 前記固形剤が、(i)カプセル剤、(ii)錠剤、(iii)坐剤、(iv)1つまたは複数のペレット剤、(v)丸剤、(vi)顆粒剤、および、(vii)散剤からなる群から選択される、請求項1〜18のいずれか一項に記載に記載の医薬組成物。
- 前記固形剤がゼラチンカプセル剤である、請求項1〜19のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記固形剤が、硬質または軟ゼラチンカプセル剤である、請求項1〜20のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記RNAが一本鎖RNAである、請求項1〜21のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記RNAがmRNAである、請求項1〜22のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記RNAが、5〜50%の修飾シチジンヌクレオチドおよび/または5〜50%の修飾ウリジンヌクレオチドを有する、請求項1〜23のいずれか一項に記載の医薬組成物。
- 前記RNAおよび/または該RNAから翻訳されたタンパク質を全身送達するための、請求項1〜24のいずれか一項に記載の医薬組成物の使用。
- RNAおよび/または該RNAから翻訳されたタンパク質を対象に全身送達する方法であって、
請求項1〜24のいずれか一項に記載の医薬組成物を胃腸管に投与する工程を含む、方法。
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