JP2018082721A - 空キャプシドを実質的に含まない組換えaavビリオン調製物を生成するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アデノ随伴ウイルス(AAV)ビリオンを精製するための方法に関する。より具体的には、本発明は、パッケージングされたゲノムを含む組換えAAV(rAAV)ビリオンを、パッケージングされたrAAVビリオンとそのパッケージングされたゲノムを欠くAAVの空キャプシドとの両方を含むAAVビリオン混合物から精製するための方法に関する。
治療上有効な量の遺伝子産物を安全かつ持続的に患者へと送達する遺伝子治療方法が、現在開発中である。これらの方法を使用して、核酸分子が、患者へと直接導入され得る(インビボ遺伝子治療)か、または患者もしくはドナーから単離された細胞中へと導入され得、その後、その細胞は上記患者へと戻される(エキソビボ遺伝子治療)。その後、導入された核酸は、その患者自身の細胞または移植細胞が望ましい治療産物を産生するように仕向ける。遺伝子治療はまた、臨床家が、治療のために特定の器官または細胞標的(例えば、筋肉、血球、脳細胞など)を選択するのを可能にする。
本発明は、空キャプシドの量が減少したrAAVビリオンストックを調製するための、効率的かつ商業的に実現可能な方法を開発したことに基づく。本発明者らは、本明細書において、空キャプシドが、カラムクロマトグラフィー技術を使用することによって、遺伝物質を含むrAAVビリオン(「AAVベクター粒子」)から分離され得ることを見出した。この結果は、驚くべきものである。なぜなら、空キャプシドと、パッケージングされたキャプシドとは、同一の表面特性を有すると、以前には考えられていたからである。本発明者らが知る限りでは、これは、ウイルス粒子の電荷および/または電荷密度が、空キャプシドと完全粒子との間では異なることについての最初の証明である。本明細書中に記載される技術は、AAVの空キャプシドをAAVベクター粒子から分離するための効率的かつ拡張可能な方法を提供する。
(a)AAVベクター粒子を含む宿主細胞を提供する工程;
(b)上記宿主細胞を溶解して、AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含む粗細胞溶解物を得る工程;
(c)上記粗細胞溶解物を、第一のカチオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドが上記カラムに結合する条件下で適用する工程;
(d)上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドを、非分離条件下で溶出して、AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含むAAV調製物を提供する工程;
(e)上記工程(d)からのAAV調製物を、第二のカチオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドが上記カラムに結合する条件下で適用する工程;
(f)低塩緩衝液を、上記工程(e)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出されAAVの空キャプシドが上記カラムに結合したままである条件下で添加する工程;ならびに
(g)AAVベクター粒子を含む上記工程(f)からの溶出画分を収集して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供する工程、
を包含する。
(h)上記工程(g)からの画分を、アニオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドが存在する場合には上記カラムに結合する条件下で、適用する工程;
(i)低塩緩衝液を、上記工程(h)からのカラムに対して、AAVの空キャプシドが溶出されAAVベクター粒子が上記カラムに結合したままである条件下で添加する工程;
(j)高塩緩衝液を、上記工程(i)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出される条件下で添加する工程;
(k)AAVベクター粒子を含む上記工程(i)からの画分を収集して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供する工程、
をさらに包含する。
(a)AAVベクター粒子を含む宿主細胞を提供する工程;
(b)上記宿主細胞を溶解して、AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含む粗細胞溶解物を得る工程;
(c)上記粗細胞溶解物を清澄化して、清澄化した細胞溶解物を提供する工程;
(d)上記清澄化した細胞溶解物を、機能的リガンドR−SO3−を有するマトリックスを含む第一のカチオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドが上記カラムに結合する条件下で適用する工程;
(e)上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドを、非分離条件下で溶出して、AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含むAAV調製物を提供する工程;
(f)上記工程(e)からのAAV調製物を、第二のカチオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドが上記カラムに結合する条件下で適用する工程;
(g)低塩緩衝液を、上記工程(f)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出されAAVの空キャプシドが上記カラムに結合したままである条件下で添加する工程;
(h)AAVベクター粒子を含む工程(g)からの溶出画分を収集する工程;
(i)上記工程(h)からの画分を、アニオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドが存在する場合には上記カラムに結合する条件下で、適用する工程;
(j)低塩緩衝液を、上記工程(i)からのカラムに対して、AAVの空キャプシドが溶出されAAVベクター粒子が上記カラムに結合したままである条件下で添加する工程;
(k)高塩緩衝液を、上記工程(j)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出される条件下で添加する工程;ならびに
(l)AAVベクター粒子を含む上記工程(k)からの溶出画分を収集して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供する工程、
を包含する。
(a)AAVベクター粒子を含む宿主細胞を提供する工程;
(b)上記宿主細胞を溶解して、AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含む粗細胞溶解物を得る工程;
(c)上記粗細胞溶解物を、カチオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドが上記カラムに結合する条件下で適用する工程;
(d)上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドを、非分離条件下で溶出して、AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含むAAV調製物を提供する工程;
(e)上記工程(d)からのAAV調製物を、アニオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドが上記カラムに結合する条件下で適用する工程;
(f)低塩緩衝液を、上記工程(e)からのカラムに対して、AAVの空キャプシドが溶出されAAVベクター粒子が上記カラムに結合したままである条件下で添加する工程;
(g)高塩緩衝液を、上記工程(f)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出される条件下で添加する工程;
(h)AAVベクター粒子を含む工程(g)からの溶出画分を収集して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供する工程、
を包含する。
(i)上記工程(h)からのAAV調製物を、第二のアニオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドが存在する場合には上記カラムに結合する条件下で、適用する工程;
(j)低塩緩衝液を、上記工程(i)からのカラムに対して、AAVの空キャプシドが溶出されAAVベクター粒子が上記カラムに結合したままである条件下で添加する工程;
(k)高塩緩衝液を、上記工程(j)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出される条件下で添加する工程;
(l)AAVベクター粒子を含む上記工程(k)からの溶出画分を収集して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供する工程、
をさらに包含する。
(i)上記工程(h)からのAAV調製物を、第二のカチオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、上記AAVベクター粒子および上記AAVの空キャプシドが上記カラムに結合する条件下で、適用する工程;
(j)低塩緩衝液を、上記工程(i)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出されAAVの空キャプシドが上記カラムに結合したままである条件下で添加する工程;ならびに
(k)AAVベクター粒子を含む上記工程(j)からの溶出画分を収集して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供する工程、
をさらに包含する。
(項目1)
AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含むAAV調製物からAAVベクター粒子を精製して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供するための方法であって、該方法は、
(a)AAVベクター粒子を含む宿主細胞を提供する工程;
(b)該宿主細胞を溶解して、AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含む粗細胞溶解物を得る工程;
(c)該粗細胞溶解物を、第一のカチオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、該AAVベクター粒子および該AAVの空キャプシドが該カラムに結合する条件下で適用する工程;
(d)該AAVベクター粒子および該AAVの空キャプシドを、非分離条件下で溶出して、AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含むAAV調製物を提供する工程;
(e)該工程(d)からのAAV調製物を、第二のカチオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、該AAVベクター粒子および該AAVの空キャプシドが該カラムに結合する条件下で適用する工程;
(f)低塩緩衝液を、該工程(e)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出されAAVの空キャプシドが該カラムに結合したままである条件下で添加する工程;ならびに
(g)AAVベクター粒子を含む該工程(f)からの溶出画分を収集して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供する工程、
を包含する、方法。
(項目2)
項目1に記載の方法であって、前記第一のカチオン交換カラムは、カルボキシメチル化マトリックスまたはスルホン化マトリックスを含む、方法。
(項目3)
項目2に記載の方法であって、前記マトリックスは、機能的リガンドR−SO3−を含む、方法。
(項目4)
項目1に記載の方法であって、前記第二のカチオン交換カラムは、カルボキシメチル化マトリックスまたはスルホン化マトリックスを含む、方法。
(項目5)
項目4に記載の方法であって、前記マトリックスは、機能的リガンドR−SO3−を含む、方法。
(項目6)
項目1に記載の方法であって、
(h)前記工程(g)からの画分を、アニオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、前記AAVベクター粒子および前記AAVの空キャプシドが存在する場合には該カラムに結合する条件下で、適用する工程;
(i)低塩緩衝液を、該工程(h)からのカラムに対して、AAVの空キャプシドが溶出されAAVベクター粒子が該カラムに結合したままである条件下で添加する工程;
(j)高塩緩衝液を、該工程(i)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出される条件下で添加する工程;
(k)AAVベクター粒子を含む該工程(j)からの画分を収集して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供する工程、
をさらに包含する、方法。
(項目7)
AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含むAAV調製物からAAVベクター粒子を精製して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供するための方法であって、該方法は、
(a)AAVベクター粒子を含む宿主細胞を提供する工程;
(b)該宿主細胞を溶解して、AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含む粗細胞溶解物を得る工程;
(c)該粗細胞溶解物を清澄化して、清澄化した細胞溶解物を提供する工程;
(d)該清澄化した細胞溶解物を、機能的リガンドR−SO3−を有するマトリックスを含む第一のカチオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、該AAVベクター粒子および該AAVの空キャプシドが該カラムに結合する条件下で適用する工程;
(e)該AAVベクター粒子および該AAVの空キャプシドを、非分離条件下で溶出して、AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含むAAV調製物を提供する工程;
(f)該工程(e)からのAAV調製物を、第二のカチオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、該AAVベクター粒子および該AAVの空キャプシドが該カラムに結合する条件下で適用する工程;
(g)低塩緩衝液を、該工程(f)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出されAAVの空キャプシドが該カラムに結合したままである条件下で添加する工程;
(h)AAVベクター粒子を含む工程(g)からの溶出画分を収集する工程;
(i)該工程(h)からの画分を、アニオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、該AAVベクター粒子および該AAVの空キャプシドが存在する場合には該カラムに結合する条件下で、適用する工程;
(j)低塩緩衝液を、該工程(i)からのカラムに対して、AAVの空キャプシドが溶出されAAVベクター粒子が該カラムに結合したままである条件下で添加する工程;
(k)高塩緩衝液を、該工程(j)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出される条件下で添加する工程;ならびに
(l)AAVベクター粒子を含む該工程(k)からの溶出画分を収集して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供する工程、
を包含する、方法。
(項目8)
AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含むAAV調製物からAAVベクター粒子を精製して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供するための方法であって、該方法は、
(a)AAVベクター粒子を含む宿主細胞を提供する工程;
(b)該宿主細胞を溶解して、AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含む粗細胞溶解物を得る工程;
(c)該粗細胞溶解物を、カチオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、該AAVベクター粒子および該AAVの空キャプシドが該カラムに結合する条件下で適用する工程;
(d)該AAVベクター粒子および該AAVの空キャプシドを、非分離条件下で溶出して、AAVベクター粒子とAAVの空キャプシドとを含むAAV調製物を提供する工程;
(e)該工程(d)からのAAV調製物を、アニオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、該AAVベクター粒子および該AAVの空キャプシドが該カラムに結合する条件下で適用する工程;
(f)低塩緩衝液を、該工程(e)からのカラムに対して、AAVの空キャプシドが溶出されAAVベクター粒子が該カラムに結合したままである条件下で添加する工程;
(g)高塩緩衝液を、該工程(f)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出される条件下で添加する工程;
(h)AAVベクター粒子を含む工程(g)からの溶出画分を収集して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供する工程、
を包含する、方法。
(項目9)
項目8に記載の方法であって、
(i)前記工程(h)からのAAV調製物を、第二のアニオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、前記AAVベクター粒子および前記AAVの空キャプシドが存在する場合には該カラムに結合する条件下で、適用する工程;
(j)低塩緩衝液を、該工程(i)からのカラムに対して、AAVの空キャプシドが溶出されAAVベクター粒子が該カラムに結合したままである条件下で添加する工程;
(k)高塩緩衝液を、該工程(j)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出される条件下で添加する工程;
(l)AAVベクター粒子を含む該工程(k)からの溶出画分を収集して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供する工程、
をさらに包含する、方法。
(項目10)
項目8に記載の方法であって、
(i)前記工程(h)からのAAV調製物を、第二のカチオン交換クロマトグラフィーカラムに対して、前記AAVベクター粒子および前記AAVの空キャプシドが該カラムに結合する条件下で、適用する工程;
(j)低塩緩衝液を、該工程(i)からのカラムに対して、AAVベクター粒子が溶出されAAVの空キャプシドが該カラムに結合したままである条件下で添加する工程;ならびに
(k)AAVベクターを含む該工程(j)からの溶出画分を収集して、AAVの空キャプシドを実質的に含まないAAV生成物を提供する工程、
をさらに包含する、方法。
(項目11)
項目1〜10のうちのいずれか1項に記載の方法であって、AAVベクター粒子は、前記AAV生成物中に少なくとも75%の量で存在する、方法。
(項目12)
項目1〜10のうちのいずれか1項に記載の方法であって、AAVベクター粒子は、前記AAV生成物中に少なくとも85%の量で存在する、方法。
(項目13)
項目1〜10のうちのいずれか1項に記載の方法であって、AAVベクター粒子は、前記AAV生成物中に少なくとも90%の量で存在する、方法。
(項目14)
項目1〜10のうちのいずれか1項に記載の方法であって、前記AAVベクター粒子は、AAV−2に由来する、方法。
(項目15)
項目1〜10のうちのいずれか1項に記載の方法であって、前記AAVベクター粒子は、AAV−5に由来する、方法。
本発明のこれらの実施形態および他の実施形態は、本明細書中の開示を考慮すると当業者には容易に思い浮かぶ。
本発明の実施は、別段記載されなければ、ウイルス学、微生物学、分子生物学および組換えDNA技術の従来の方法を使用し、これらの方法は、当該分野の技術範囲内である。このような技術は、文献中に十分に説明されている。例えば、Sambrookら.Molecular Cloning:A Laboratory Manual(最新版);DNA Cloning:A Practical Approach,Vol.I&II(D.Glover,編);Oligonucleotide Synthesis.(N.Gait,編,最新版);Nucleic Acid Hybridization(B.Hames&S.Higgins,編,最新版);Transcription and Translation(B.Hames&S.Higgins,編、最新版);CRC Handbook of Parvoviruses,vol.I&II(P.Tijssen,編);Fundamental Virology,第2版,vol.I&II(B.N.Fields and D.M.Knipe,編);Freshney Culture of Animal Cells,A Manual of
Basic Technique(Wiley−Liss,第3版);ならびにAusubelら(1991)Current Protocols in Molecular Biology(Wiley Interscience,NY)を参照のこと。
(1.定義)
本発明を記載するにあたって、以下の用語が使用され、以下に示されるように定義されると解釈される。
126:505。しかし、E1領域を欠いたアデノウイルスまたはE4領域が欠失したアデノウイルスは、AAV複製を支援することができない。従って、E1A領域またはE4領域は、直接的にせよ間接的にせよ、AAV複製に必要とされるようである。Laughlimら(1982)J.Virol.41:868;Janikら(1981)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 78;1925;Carterら(1983)Virology 126:505。他の特徴づけられたAd変異体は、以下を含む:E1B(Laughlimら(1982)前出;Janikら(1981)前出;Ostroveら(1980)Virology,104:502);E2A(Handaら(1975)J.Gen.Virol.29:239;Straussら(1976)J.Virol.17:140;Myersら(1980)J.Virol.35:665;Jayら(1981)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 78:2927;Myersら(1981)J.Biol.Chem.256:567);E2B(Carter,Adeno−Associated Virus Helper Functions,I CRC Handbook of Parvoviruses(P.Tijssen編、1990));E3(Carterら(1983)前出);E4(Carterら(1983)前出;Carter(1995))。E1Bコード領域に変異を有するアデノウイルスによって提供される補助機能の研究により、矛盾する結果がもたらされたが、Samulskiら(1988)J.Virol.62:206−210は、近年、E1B55kが、AAVビリオン生成に必須である一方で、E1B19kは必須でないことを報告した。さらに、国際公開WO97/17458およびMatshushitaら(1998)Gene Therapy 5:938−945は、種々のAd遺伝子をコードする補助機能ベクターを記載する。
manual,Clod Spring Harbor Laboratories,New York,Davisら(1986)Basic Methods in Molecular Biology,Elsevier,およびChuら(1981)Gene 13:197を参照のこと。このような技術を用いて、1以上の外因性DNA部分を適切な宿主細胞へと導入し得る。
本発明を詳細に記載する前に、特定の処方または特定のプロセスのパラメーターももちろん変化し得るので、本発明が特定の処方にも特定のプロセスのパラメーターにも限定されないことが理解されるべきである。本明細書中で用いられる用語は、単に本発明の特定の実施形態を記載する目的のためのものであり、限定することを意図していないこともまた理解されるべきである。
組換えAAV(rAAV)発現ベクターは、制御エレメント(転写開始領域を含む)、目的のポリヌクレオチド、および転写末端領域を転写の方向に作動可能に連結した成分として提供するように、公知の技術を使用して構築される。この制御エレメントは、目的の宿主細胞において機能的であるように選択される。作動可能に連結した成分を含む、結果の構築物は、機能性AAV ITR配列と結合される(5’および3’)。
上記AAV発現ベクターを含む宿主細胞は、AAV ITRに隣接して、rAAVビリオンを生成するためのヌクレオチド配列を複製し、そしてキャプシド形成するために、AAVヘルパー機能を提供し得なければならない。AAVヘルパー機能は、一般に、AAVに由来するコード配列である。この配列は、順生産的なAAV複製のためにトランスで機能するAAV遺伝子産物を提供するように発現され得る。AAVヘルパー機能は、本明細書中で、AAV発現ベクターから失われる必須のAAV機能を補完するために使用される。従って、AAVヘルパー機能は、主要なAAV ORF(すなわち、repコード領域およびcapコード領域)の1つもしくは両方、またはそれらの機能的ホモログを含む。
宿主細胞(またはパッケージング細胞)はまた、rAAVビリオンを生成するために、非AAVの機能、または「補助機能(accessory function)」を提供され得なければならない。補助機能は、AAVがその複製のために依存する、非AAV由来のウイルス機能および/または細胞機能である。従って、補助機能としては、AAV複製(AAV遺伝子転写の活性化、段階特異的なAAV mRNAスプライシング、AAV
DNA複製、Cap発現産物の合成およびAAVキャプシド集合に関係する機能を含む)の際に必要とされる、少なくともこれらの非AAVタンパク質およびRNAが挙げられる。ウイルスベースの補助機能は、任意の公知のヘルパーウイルスに由来し得る。特に、補助機能は、当業者に公知の方法を使用して宿主細胞に導入され得、次いで宿主細胞中で発現される。代表的には、補助機能は、宿主細胞を関連のないヘルパーウイルスに感染させることによって提供される。多くの適切なヘルパーウイルスが公知である。これらとしては、アデノウイルス;ヘルペスウイルス(例えば、単純ヘルペスウイルス1型および2型);およびワクシニアウイルスが挙げられる。非ウイルス性の補助機能(例えば、種々の公知の薬剤のいずれかを使用する細胞の同期化(cell synchronization)によって提供される機能)もまた、本明細書中で使用を見出される。例えば、Bullerら(1981)J.Virol.40:241−247;McPhersonら(1985)Virology 147:217−222;Schlehoferら(1986)Virology 152:110−117を参照のこと。あるいは、補助機能は、上に記載されるような補助機能ベクターを使用して提供され得る。例えば、米国特許第6,004,797号および国際公開番号WO 01/83797を参照のこと。
組換えAAV複製に続いて、rAAVビリオンは、種々の慣用的な精製方法(例えば、カラムクロマトグラフィー、CsCl勾配など)を使用して、宿主細胞から精製され得る。例えば、多くのカラム精製の工程(例えば、アニオン交換カラム、アフィニティーカラムおよび/またはカチオン交換カラムによる精製)が、使用され得る。例えば、国際公開番号WO 02/12455を参照のこと。さらに、感染が適用されて補助機能が発現される場合、残りのヘルパーウイルスは、公知の方法を使用して不活化され得る。例えば、アデノウイルスは、約60℃の温度まで、例えば20分間以上加熱することによって不活化され得る。この処理は、ヘルパーウイルスのみを効果的に不活化する。なぜならば、AAVが非常に熱安定性である一方、ヘルパーアデノウイルスは熱不安定性だからである。
Events.」Hum.Gene Ther.(2004)In,Pressを参照のこと。
Vectors with Sensitivity Sufficient to Detect Single Infectious Events」Hum.Gene Ther.(2004)(印刷中)を参照のこと。
以下は、本発明を実施するための特定の実施形態の例である。この例は、例示目的のみのために提供され、任意の方法において本発明の範囲を制限することを意図されない。
(rAAV産生および精製)
ヒトIX因子(rAAV−hFIX)をコードする遺伝子を含有する組み換えAAVビリオンを、米国特許第6,001,650号および同第6,004,797号に記載されるトリプルトランスフェクション(triple−transfection)法により産生した。使用したプラスミドは、補助機能プラスミド「pladeno5」、AAVヘルパー機能プラスミド「pHLP19」、および組み換えAAVプラスミド「phFIX−16」であった。ヒト胎児腎臓(HEK)293細胞を、rAAVビリオンの産生のために宿主細胞として使用した。
50HSカラムから、20mMリン酸ナトリウム、370mM NaCl(pH5.5)を含有する緩衝液を使用して溶出した。AAVベクター粒子および空キャプシドの両方を含有するこのAAV調製物を、その塩濃度を減少させるために2倍希釈し、Q SEPHAROSEカラムを通してさらに精製し、流れて通過したAAVベクター粒子および空キャプシドを収集し、そして濃度および緩衝液の交換を限外濾過および透析濾過(dialfiltration)技術を使用して行った。
アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂、等電点樹脂および疎水的相互作用(HIC)樹脂を含む種々の型のクロマトグラフィー樹脂を、AAV空キャプシドおよびAAVベクター粒子を分離するための、その能力について試験した。ハイスループットの多岐管を、樹脂のスクリーニングのために使用した。樹脂を、多岐管に設置された層高3cmの使い捨ての空のカラム(Bio−Rad Laboratories)に充填した。このカラムを、10mMのリン酸ナトリウムを含有する緩衝液を使用して平衡化した。次いで0.2μmで濾過された清澄なHEK293細胞溶解物のAAVベクターおよび空キャプシドを、50mMの濃度のNaCl(塩)のカラム平衡緩衝液中に希釈し、次いでそのカラムにロードした。このカラムを、最初に平衡緩衝液で洗浄し、次いで10mMリン酸ナトリウムおよび40mM NaCl(pH7.4)を含有する緩衝液でさらに洗浄し(低塩洗浄)、非結合物質を洗い出した。カラムを、次いで、10mMリン酸ナトリウムおよび1M
NaClを含有する溶出緩衝液で処理した(高塩洗浄)。低塩洗浄を使用して洗い出された物質を1つの画分として収集し、高塩洗浄を使用して洗い出された物質を別の画分として収集した。
カラム画分からのサンプルを取り、還元剤(DTT)を含有するSDS−PAGEローディング緩衝液中で加熱し、そしてキャプシドタンパク質をプレキャスト勾配ポリアクリルアミドゲル(Novex)上で分解した。銀染色を、SilverXpress(Invitrogen,CA)を使用して、製造者の説明書に従って実施した。同様に、ウエスタンブロット分析を、SDS−PAGEにより分離されたタンパク質のニトロセルロース膜への移送に引き続いて行った。モノクローナル抗体(B1、American Research Products,MA)を、ウエスタンブロットによりAAVキャプシドタンパク質(VP1、VP2およびVP3)を検出するための一次抗体として使用した。ヒツジ抗マウスIgG HRP結合体(Promega,WI)を二次抗体として使用し、ECLキット(Amersham,UK)により検出した。
カラム画分中のAAVベクターゲノム(vg)濃度を、定量リアルタイムPCR(Q−PCR)により測定した。サンプルを希釈し、DNase Iで消化して、外来性DNAを除去した。DNaseの不活化後、サンプルをさらに希釈し、プライマーおよびそのプライマー間のDNA配列に対して特異的なTaqManTM蛍光発生プローブを使用して増幅した。規定されたレベルの蛍光に達するのに必要なサイクル数(閾値サイクル、Ct)を、各サンプルに対して、Applied Biosystems Prism 7700 Sequence Detection Systemで測定した。AAVベクターに含まれる配列と同一な配列を含有するプラスミドDNAを、そのQ−PCR反応における標準曲線を作成するために利用した。上記サンプルから得られるCt値を使用して、そのプラスミドの標準曲線のCt値に対して正規化することによりベクターゲノムの力価を決定した。
(空キャプシドおよびパッケージされたゲノムを有するAAVベクター粒子の結合特性)
AAVベクター粒子がアニオン交換カラムへ結合するか否か試験するために、複数の樹脂を、ハイスループット多岐管技術を使用してスクリーニングした。AAVベクター粒子および空キャプシドを含有する293細胞培養液の細胞溶解物を、NaCl濃度を約50mMまで減少させるために20mMリン酸ナトリウム緩衝液を使用して希釈し、そして各カラムにロードした。このカラムを次いで洗浄し、上記された手順に従って溶出した。その収集されたサンプルをウエスタンブロットに供し、画分中の上記AAV粒子の分布を検出した。図1Aおよび図1Bに示されるように、そのAAVキャプシドタンパク質特異的モノクローナル抗体は、高塩(1M NaCl)溶出画分のみ(図1、3レーン、5レーン、7レーンおよび9レーン)においてタンパク質を検出した。このデータは明らかに、AAVベクター粒子および空キャプシドの両方が、スクリーニングされた全てのアニオン交換樹脂(弱交換体および強交換体の両方)に結合することを示す。
(空キャプシドとAAVベクター粒子との間の電荷の差異)
AAV空キャプシドおよびAAVベクター粒子を、CsCl勾配遠心分離を使用して分離した。上記空キャプシドは、より低塩密度(約1.3gm/cc)で可視バンドとして生じ、上記AAVベクター粒子は、より高塩密度(約1.38〜1.41gm/cc)で可視バンドとして分布した。この空キャプシドおよびAAVベクター粒子を、上に記載されたように調製し、そしてカラムに別々にロードした。Q SEPHAROSE、POROS 50HQおよびUNOSPHERE Qの3つの樹脂を、空粒子と完全(full)粒子との間の溶出プロファイルを比較するために、同じプログラムを使用して行ったカラムクロマトグラフィー泳動のために使用した。AAV空キャプシドは、AAVベクター粒子(より後の画分に溶出する)と比較して、より低塩濃度で溶出(より先の画分に溶出)し;この現象は、全ての3つの試験されたアニオン樹脂に対して観察された。UNOSPHERE Q樹脂の場合、空キャプシドは、0〜500mM NaClの塩勾配における画分10に溶出するが、AAVベクター粒子は、画分11に溶出し;Q SEPHAROSEカラムの場合、空キャプシドは画分11、画分12および画分13に溶出するが、AAVベクター粒子は画分13、画分14および画分15に溶出した。酢酸ナトリウムのより浅い勾配を使用した場合、同様の現象がPOROS 50HQカラムで観察され;空キャプシドは画分30〜画分36で溶出したが、AAVベクター粒子は画分36〜画分40で溶出した。これらのデータは、明らかに、AAV空キャプシドとAAVベクター粒子との間に基礎的な電荷の差異が存在すること、そしてこの2つの集団がカラムクロマトグラフィー技術により、これらの特性を使用して分離され得ることを示す。これらの樹脂による空キャプシドおよびAAVベクター粒子の分離を確認したところ、260/280nmでのUV吸収の比が溶出画分において次第に増加し、これは差次的な溶出と一致する(DNAを欠くより低い260/280比を有する空キャプシドが先に溶出する)。
(空キャプシドとAAVベクター粒子との間の溶出効率および分解能における樹脂および塩の効果)
このプロセスにおいてスクリーニングされる樹脂は、全てアニオン交換樹脂であるが、差異(電荷密度、ビーズサイズおよび組成など)を示した。空キャプシドおよびAAVベクター粒子の結合および分離の効率は、樹脂により変動した。この空キャプシドは、Q SEPHAROSEカラム内で110mMのNaClを使用して溶出した。対照的に、約65mMのNaClが、UNOSPHEREカラムを使用して空キャプシドを溶出するために、十分であった。そしてPOROS HQカラムの場合は、約130mMのNaClが、この空キャプシドを溶出するために十分であった。
(空キャプシドに対する溶出条件を定義する)
上で議論された実験データに基づいて、POROS 50HQ樹脂を使用して、AAVベクター粒子から空キャプシドを分離するための、カラムクロマトグラフィーベースの技術を開発した。上で記載されたようなCsCl遠心分離を使用して調製された空キャプシドを、POROS 50HQ樹脂を詰めたカラムに充填した。低塩(50mM NaCl)の初期洗浄工程に引き続く分離泳動において、このカラムを、150mM酢酸ナトリウム、160mM酢酸ナトリウムまたは170mM酢酸ナトリウムのいずれかで洗浄した。この空キャプシドは、170mM NaAcを使用した場合に最も効率的に溶出した。この同じ塩の溶出プロフィールを使用した分離クロマトグラフィー泳動において、精製されたAAVベクター粒子はカラム内に残り、次いで高い濃度の塩化ナトリウムを使用した線形の塩濃度を加えたとき、溶出した。
(アニオン交換クロマトグラフィーを使用したAAVベクター粒子からの空キャプシドの分離)
空キャプシドおよびAAVベクター粒子がカラムクロマトグラフィー技術を使用して分離され得ることを実証するために、精製された空キャプシドおよびAAVベクター粒子を一緒に混合し、空キャプシドおよびAAVベクター粒子の両方を含有するサンプルを生成した。9E+13粒子/mlの濃度の3mlの空キャプシドを、7E+12ベクターゲノム(vg)/mlの濃度の2mlの完全粒子と混合した。その物質を、20mMのリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.4)を使用して、さらに3倍に希釈した。14mlのこの希釈物質を、20mLのベッド容量(bed volume)で、POROS 50HQカラムに充填した。上に記載されたカラムクロマトグラフィー溶出プロファイルを使用し、そしてそのデータは、その空キャプシドが170mM酢酸ナトリウムの塩条件で溶出するがそのAAVベクター粒子はカラム内に残り、次いでNaCl塩の線形勾配を使用して溶出することを示した。その分離の過程にわたってそのカラムから溶出される物質のUV吸収パターン(260:280nm比)は、そのAAVベクター粒子からのその空キャプシドの効率的な分離と完全に一致し、そしてさらにそれを実証した。そのカラムから溶出される種々の画分を、キャプシドELISA、Q−PCR、SDS−PAGEおよびOD分析を使用してさらに分析した。得られた全てのデータは、AAVベクター粒子からの空キャプシドの分離が完全であり、そのAAVベクター粒子中のベクターゲノムに対する粒子の比は1:1であることを示した。このようにして、(そのカラムに充填された)出発物質がベクター粒子より約16倍多い空キャプシドを含んだとしても、このAAVベクター粒子はその空キャプシドから完全に分離された(図2)。
(アニオン交換クロマトグラフィーを使用したAAVベクター粒子からの空キャプシドの分離におけるpHの効果)
空キャプシドを除去するための完全なカラムベースの精製プロセスを開発するために、空キャプシドおよびAAVベクター粒子の両方を含有するカチオン交換カラム(POROS HS)から回収したビリオンを、そのPOROS 50HQカラムに加えた。CsCl精製サンプルから空キャプシドおよびAAVベクター粒子を分離するための類似の方法を使用した場合、CsCl勾配の前精製および混合したサンプルに対して観察されたような明確な分離は確認されなかったが、その2つの粒子の型は識別可能なままであった。すなわち、空キャプシドおよびAAVベクター粒子の、部分的には分離するが不完全な分離を観察した。カラムクロマトグラフィーの分解能に影響し得る複数のパラメーターを、その分離効率を最適化するために試験した。試験されたパラメーターの中で、pHがその分離分解能を有意に強化することが見出された。pH7.4、pH8.0、pH8.5およびpH9.0の緩衝液を試験した。空AAVキャプシドは、高いpH(例えばpH9.0)がそのプロセスにおいて使用された場合、そのカラムから早期の画分中に選択的に取り出されたが、AAVベクター粒子は後期の画分中に、より高い塩濃度において溶出した。pH9.0を使用して、その空キャプシドを、より高いUV280シグナルおよびより低いUV260シグナルのUV吸収シグネチャーパターンの単一ピークとして取り出した。対照的に、第二のピークはAAVベクター粒子を含み、DNAを含有する完全AAVベクター粒子に対して予想されたものと反対のUV吸収パターン(UV260がUV280より優位を占める)を示した。この知見は、Q−PCRおよびSDS−PAGEアッセイによりさらに確認され、その第二のピークがAAVベクター粒子を含み、第一のピークが空キャプシドを含むことを示した。
(アニオン交換カラムクロマトグラフィーを使用したAAVベクター粒子からのAAV空キャプシド分離の手順)
上に記載された知見に基づいて、XK−16ガラスカラム(Amersham Biosciences,Piscataway,NJ)において、トリスベースの緩衝液(pH8.5)およびPOROS 50HQカラム樹脂を使用して、上記AAVベクター粒子からAAV空キャプシドを分離するために、手順を設計した。UV吸収パターンにより示されたように、早期のセグメントに溶出された物質は空キャプシドを含有し、後期のセグメントはAAVベクター粒子を含有した。これはQ−PCR分析によりさらに確認された。より高い塩濃度で溶出したベクターを、純度を決定するために、SDS−PAGEで分析した。ベクターゲノムはQ−PCRにより決定し、複製されたサンプルをSDS−PAGEに充填し、そして銀染色により染色した。コントロールとして利用するために、AAVベクター粒子のみを含有するrAAVビリオンを、CsCl遠心分離技術を使用して精製し、そして同じベクターゲノムをSDS−PAGEゲルで泳動した。
(カチオン交換カラムクロマトグラフィーを使用したAAVベクター粒子からの空キャプシドの分離)
カチオン交換カラムクロマトグラフィーについてもまた、AAVベクター粒子から空キャプシドを分離するその能力を調査した。空キャプシドおよびAAVベクター粒子の両方を含む第一のカチオン交換カラムからのAAV調製物(材料および方法の節に記載される)を、POROS HS樹脂に加えた。そのカラムを最初に、200mM NaClを含む20mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.4)で平衡化した。第一のカチオン交換カラムから得られたAAVベクター粒子および空キャプシドの両方を含有するAAV調製物を、20mMのリン酸ナトリウム(pH7.4)を使用して希釈し、塩濃度を約200mM NaClまで減少させた。この物質を次いで、POROS HSカラムに充填した。次いでpH8.5の10mMトリスを含む500mM〜700mM酢酸アンモニウム勾配を、そのカラムに適用した。この勾配溶出プロトコールを使用して、上記AAVベクター粒子を最初に溶出し、空キャプシドから効率的に分離し、この空キャプシドを続いてより高い酢酸アンモニウム濃度で溶出した。この分離に対する対照性は、空キャプシドがAAVベクターと比較してより低い塩濃度で溶出したアニオン交換樹脂(上記の実施例7)を使用しても観察された。
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