JP2021528421A - 細胞保護の方法と組成物 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図5B
Description
本発明は、国立衛生研究所によって授与された助成金番号GM102137及びHL094463の下で米国政府の支援を受けてなされた。従って、米国政府は本発明に一定の権利を有する。
ヒストンは比較的強い正電荷を持っており、クロマチンに結合していない時には、細胞内外の環境で有害な影響を引き起こす可能性がある。従って、ヒストンのレベルはさまざまなメカニズムを介して細胞内で厳密に調節されている。しかし、多くの生物学的条件はクロマチンに結合していないヒストンの蓄積を誘発する可能性があり、それは「遊離」ヒストン又は「過剰」ヒストンとも呼ばれる。細胞環境における遊離ヒストンは、重大な細胞死を引き起こす可能性があり、それは敗血症、外傷、虚血/再灌流障害及び自己免疫疾患に見られる。このヒストンの細胞毒性効果は、ダメージ関連分子パターンタンパク質として作用し、免疫系を活性化し、及び/又はさらなる細胞毒性を引き起こすことに関連している可能性がある。この遊離ヒストンの細胞毒性効果は、急性臓器損傷及び死につながる可能性がある。
いくつかの実施態様において、ヒストン毒性及び/又は敗血症の治療に使用するための医薬組成物であって、1又はそれ以上のコンドロイチン硫酸化合物及び薬学的に許容される担体を含む医薬組成物が提供される。このコンドロイチン硫酸化合物は、CS骨格、CS−A、CS−E、CS−C及び/又はこれらの組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施態様において、このコンドロイチン硫酸化合物は、コンドロイチン硫酸骨格 19-mer(19量体)、CS−A 19-mer(19量体)、CS−C 19-mer(19量体)、CS−E 19-mer(19量体)、CS骨格13-mer(13量体)、CS−A 13-mer(13量体)、CS−C 13-mer(13量体)、CS−E 13-mer(13量体)及び/又はこれらの組み合わせから成ってもよい。いくつかの実施態様において、このコンドロイチン硫酸化合物は、下記構造のうちの1又はそれ以上を含んでもよい:
この目的及び他の目的は、本発明によって全体的又は部分的に達成される。さらに、上記の本発明の目的、本発明の他の目的及び利点は、以下の記載、図面及び実施例を研究した後に当業者に明らかになるであろう。
全体を通して、同様の番号は同様の要素を指す。各図において、明確にするために、特定の線の太さ、層、構成物、要素、又は特徴は誇張されていてもよい。破線は、特に指定がない限り、任意の機能又は操作を示す。
本発明をより完全に理解するために、以下の図面を参照されたい:
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本発明を限定することを意図するものではない。
以下の用語は、当業者によって十分に理解されると考えられるが、本発明の説明を容易にするために、以下の定義が示されている。
本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、以下で別途定義されない限り、当業者によって一般に理解されているのと同じ意味を持つように意図されている。本明細書で使用される技術への言及は、それらの技術の変形又は当業者に明らかな同等技術の置換を含む、当技術分野で一般に理解される技術を指すものとする。以下の用語は、当業者によって十分に理解されると考えられるが、本発明の説明を容易にするために、以下の定義を示す。
本発明を説明する際、多くの技術及び段階が開示されていることが理解されるであろう。これらのそれぞれには個別の利点があり、それぞれ他で開示された技術の1又はそれ以上、又は場合によってはすべてと組み合わせて使用することもできる。
従って、この説明は、明瞭性のため、不必要な方法で個々の段階のあらゆる可能な組み合わせを繰り返すことを控える。それでも、明細書及び請求項は、そのような組み合わせが完全に本発明及び請求項の範囲内であることを理解して読まれるべきである。
長年にわたる特許法協定に従い、原文の"不定冠詞−ある(a, an)""定冠詞−その(the)"は、クレイムを含む本出願で用いられる場合、"1又は2以上"を意味する。従って、例えば、"ある細胞"は、複数のこのような細胞の複数を含む、等である。
もし別途示されなければ、明細書及び請求の範囲で用いられる構成要素の量、反応条件、等々を表す全ての数は、用語"約"で全ての事例において修正されると理解すべきである。従って、それと反対に示されない場合は、本明細書及び添付した請求の範囲に述べられた数字的なパラメーターは、本明細書に開示された対象物により見出された好ましい特性によって変わりうる近似的なものである。
本明細書で使用する「約」という用語は、値又は組成物の量、質量、重量、温度、時間、体積、濃度、パーセンテージなどに言及する場合、特定の値から、一部の実施形態では±20%、一部の実施形態では±10%、一部の実施形態では±5%、一部の実施形態では±1%、一部の実施形態では±0.5%、及び部の実施形態では±0.1%の変動を包含することを意味し、このような変動は、開示された方法を実行するため、又は開示された組成物を採用するために適当である。
用語「consisting of(のみから成る)」は、請求の範囲に明記してない全ての要素、段階又は内容物を除外する。成句「consist of(のみから成る)」が、プレアンブルに直ちに続かないで、請求の範囲の本体に現れる場合、示された要素のみに限定されるが、他の要素は、全体として請求の範囲から排除されない。
用語「consisting essentially of(本質的に、から成る)」は、請求範囲を、明記した材料又は段階に限定して、さらに請求範囲の発明事項の基本的及び新規の特徴に実質的に影響しない材料又は段階を限定する。
用語「comprising(から成る)」、「consisting of(のみから成る)」及び「consisting essentially of(本質的に、から成る)」に関して、これらの3種の用語の1種が本明細書で用いられた時、本発明は、他の2種の用語のいずれかの使用を含めることができる。
本明細書で使用される用語「及び/又は」は、物を列挙するときに使用される場合、単独で又は組み合わせて存在する物を示す。従って、例えば、「A、B、C、及び/又はD」という表現は、個別にA、B、C、及びDを含むだけでなく、A、B、C、及びDの任意の及び全ての組み合わせ並びにサブコンビネーションを含む。
本明細書で使用される「化合物」は、如何なるタイプでもよい物質又は薬剤を指し、これは一般的に、薬物、治療薬、医薬品、小分子、又はそれらと同様に使用されるための候補物、ならびにこれらの組み合わせや混合物であると考えられる。
用語「検出する」及びその文法上変形を使用することは、定量せずに種を測定することを意味するが、一方、用語「決定する」又は「測定する」及びその文法上変形を使用することは、定量して種を測定することを意味する。用語「検出する」と「特定する」は、本明細書では交換可能に使用される。
本明細書で使用される用語「調節する」は、ある活性、機能又はプロセスのレベルを変更することを指す。用語「調節する」は、ある活性、機能又はプロセスを阻害及び刺激することの両方を含む。本明細書ではこの用語「調節する」は用語「調整する」と交換可能に使用される。
本明細書で使用される用語「防止する」、何かが起こることを阻止すること、又は起こる可能性がある又は起こるかもしれない何かに対して予め措置を講じることを意味する。医薬の文脈では、「予防」は一般的に病気や症状になる可能性を減らすためにとられる行動を指す。
用語「調整する」は、関心の機能又は活性を刺激又は阻害することを指す。
本明細書で使用される「サンプル/試料」は、患者から採られた生物学的サンプルを指し、これには正常組織サンプル、病変組織サンプル、生検、血液、唾液、糞便、精液、涙、及び尿を含むがこれらに限定されない、サンプルはまた、患者から得られた他の任意の材料源であってもよく、それには細胞、組織、又は液体が含まれる。
本明細書で使用される用語「治療する」、「処置する」及び「処理する」は、有益な又は望ましい結果の生成することを示し、これには、例えば、症状を緩和すること、一時的又は恒久的に病気や障害の原因を排除すること、 症状の出現及び/又は障害の進行を遅らせること、又は病気の進行を防ぐことなどがある。用語「治療する」又は「治療」は、治療的治療と予防的又は予防的措置の両方を指し、その目的は、疾患又は症状の発症又は拡大を予防又は遅らせることである。有益な又は望ましい臨床結果には、症状の緩和、疾患の程度の減少、疾患の安定した状態(すなわち、悪化しない状態)、疾患の進行の遅延又は鈍化、病状の改善又は緩和、及び鎮静(部分的又は全体的な)が含まれるが、これらに限定されない。また「治療」は、治療を受けない場合に予想される生存と比較して、生存を延長することを指すこともある。
この様に、本明細書で用いられるように、用語"置換アルキル基"は、ここで定義されたように、1又は2以上の原子又はアルキル基の官能基が、他の原子又は官能基で置き換えられたアルキル基を含み、例えば、アルキル基、置換アルキル基、ハロゲン原子、アリール基、置換アリール基、アルコキシル基、水酸基、ニトロ基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、硫酸塩基及びメルカプト基が挙げられる。
アリール基の特別な例としては、シクロペンタジエニル基、フェニル基、フラン基、チオフェン基、ピロール基、ピラン基、ピリジン基、イミダゾール基、ベンジミダゾール基、イソチアゾール基、イソキサゾール基、ピラゾール基、ピラジン基、トリアジン基、ピリミジン基、キノリン基、イソキノリン基、インドール基、カルバゾール基、等々が挙げられるが、これらに制限されない。
"アラルキル基"はアリール−アルキル−基を指し、ここでアリール基及びアルキル基は既述の通りであり、置換アリール基及び置換アルキル基を含む。アラルキル基の例としては、ベンジル基、フェニルエチル基、又はナフチルメチル基がある。
本明細書で用いるように、用語"アシル基"は、そのカルボキシル基の−OH基が他の置換基に置き変えられた有機酸基を表す(例えば、RC(=O)−で代表されるように、Rは、本明細書で定義されたようなアルキル基、置換アルキル基、アラルキル基、アリール基又は置換アリール基である。)。従って、用語"アシル基"は、特に、アセチルフラン基及びフェナシル基のようなアリールアシル基を含む。アシル基の特別な例は、アセチル基及びベンゾイル基である。
用語"アミノ"は、−NH2、−NHR、及びNR2基(式中、各Rは、独立して、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、又はアラルキルである。)を指し、またN−複素環(例えば、モルホリンなど)中のアミノ及びアンモニウム官能基を指す。
本明細書で使用される用語"アミノ"は、−+NH3、−+NH(R)2、及び+N(R)3基などの四級アンモニウムカチオンを提供する置換基も指すことができる。(式中、各Rは独立してアルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール又はアラルキルである。)。
用語"アミド"は、−N(R')−C(=O)−R基(式中、Rはアルキル、置換アルキル、アラルキル、アリール又は置換アリールから選択され、R'は水素原子、アルキル、置換アルキル、アラルキル、アリール、又は置換アリールである。)を含む部分を指す。
本明細書で使用される"尿素"という用語は、−N(R')−C(=O)−N(R')−基(式中、各R'は独立して水素原子、アルキル、置換アルキル、アラルキル、アリール、又は置換アリールである。)を含む部分を指す。
用語"ヒドロキシル"は、−OH基を指す。
用語"独立して選択される"が用いられる場合、指定された置換基(例えば、R1及びR2基のようなR基又はX基及びY基)は同一又は異なる。例えば、R1及びR2ともに置換アルキル基である、又はR1は水素原子であり、R2は置換アルキル基である等々。
コンドロイチン硫酸(以下「CS」又は「ChS」という。)は硫酸化多糖類であり、哺乳類の細胞表面及び細胞外マトリックスに広く存在する。CSは、癌の転移、寄生虫感染、及び損傷後のニューロン成長阻害に関与することが知られている。CSの硫酸化パターンは、標的タンパク質への結合親和性を指示し、生物学的機能の選択性を明らかにする。CSを含む6-O-硫酸化N-アセチルガラクトサミン(GalNAc6S)は、B. burgdorferiの感染を促進し、ライム病を引き起こし、4-O-硫酸化N-アセチルガラクトサミン(GalNAc4S)は、P.falciparum感染に関与し、マラリアを引き起こす。4,6二硫酸化N-アセチルガラクトサミン(GalNAc4S6S)残基を含むドメインは、場合によっては、ニューロンのシグナル伝達を指示し、軸索の成長を阻害するために必要になる可能性がある。
それにもかかわらず、コンドロイチン硫酸(CS)、その生物学的システムへの影響、及びその治療用化合物としての可能性については不明なままである。これは、部分的には、単一の硫酸化糖配列と特定の長さを持つ多糖を分離することが技術的に困難であるためである。これまで、構造的に均質又は単分散のCSが無いことが、CSの研究や治療や治療への適用を妨げる主要な障害となっている。
本明細書には、様々な形態のコンドロイチン硫酸(CS)が開示される。本発明の治療の使用法及び治療方法には、硫酸化多糖を含むCS化合物が含まれ、これには、3糖から19糖単位(すなわち19-mer(19量体)の多糖の範囲のサイズを有するものが含まれる。CSには、β1→3結合グルクロン酸(GlcA)及びN-アセチルガラクトサミン(GalNAc)二糖の繰り返し二糖単位、→4)GlcAβ(1→3)GalNAcβ(1→、が含まれる。GlcAとGalNAcの両方の残基は複数のスルホ基を持っており、これにより異なるタイプのCSが生じる。コンドロイチン硫酸A(CS-A)は、4-O-硫酸化GalNAc(GalNAc4S)残基を含み、コンドロイチン硫酸C(CS-C)は、6-O-硫酸化GalNAc(GalNAc6S)を含み、コンドロイチン硫酸D(CS-D)は、2-O-硫酸化GlcAを含み、コンドロイチン硫酸E(CS-E)は、4,6-O-二硫酸化GalNAcを含む。4-O-スルホトランスフェラーゼ(CS4OST)、6-O-スルホトランスフェラーゼ(CS6OST)、2-O-スルホトランスフェラーゼ及びGalNAc4S-6-O-スルホトランスフェラーゼを含む、特殊なCSスルホトランスフェラーゼはCSの生合成に関与する。
敗血症は、感染症と戦うために血流に放出された化学物質が全身の炎症を引き起こすときに発生する。これは、複数の臓器系に損傷を与える一連の変化を引き起こし、それらを失敗に導き、時には死に至ることさえある。その症状には、発熱、呼吸困難、低血圧、速い心拍数、精神錯乱などがあるが、これらに限定されない。
このコンドロイチン硫酸化合物は、医薬組成物の一部として投与することができる。いくつかの実施態様において、この医薬組成物は、コンドロイチン硫酸(CS)化合物及びCS化合物の投与のための医薬的に許容される担体又はアジュバントを含むことができる。
いくつかの実施態様において、1又はそれ以上のコンドロイチン硫酸化合物及び薬学的に許容される担体を含む医薬組成物が提供される。このような医薬組成物において、コンドロイチン硫酸化合物は、CS骨格、CS−A、CS−E、CS−C及び/又はこれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施態様において、このコンドロイチン硫酸化合物には、コンドロイチン硫酸骨格 19-mer(19量体)、CS−A 19-mer(19量体)、CS−C 19-mer(19量体)、CS−E 19-mer(19量体)、CS骨格13-mer(13量体)、CS−A 13-mer(13量体)、CS−C 13-mer(13量体)、CS−E 13-mer(13量体)、CS骨格7-mer(7量体)、CS−A 7-mer(7量体)、CS−C 7-mer(7量体)、CS−E 7-mer(7量体)、及び/又はこれらの組み合わせ、並びに本発明の方法及び合成経路を介して合成可能な他の任意のコンドロイチン硫酸(CS)化合物を含まれる。
本発明は、本明細書に開示されるようなコンドロイチン硫酸(CS)化合物を含む医薬及び/又は治療用組成物を提供する。いくつかの実施態様において、この医薬組成物は、本明細書に開示されるような1又はそれ以上のCSを含んでもよい。いくつかの実施態様において、医薬組成物はまた、コンドロイチン硫酸(CS)の投与のための薬学的に許容される担体又はアジュバントを含んでもよい。いくつかの実施態様において、この担体は、ヒトにおける使用に薬学的に許容されたものである。この担体又はアジュバントは、望ましくは、それ自体が、組成物を受け取る個体に有害な抗体の産生を誘発してはならず、毒性であってはならない。適切な担体は、大きく、ゆっくりと代謝される高分子であってもよく、例えば、タンパク質、ポリペプチド、リポソーム、多糖類、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、高分子アミノ酸、アンモニア酸コポリマー、及び不活性ウイルス粒子などである。
薬学的に許容される塩としては、例えば、塩酸塩、臭化水素酸塩、リン酸塩及び硫酸塩などの鉱酸塩、又は酢酸塩、プロピオン酸塩、マロン酸塩及び安息香酸塩などの有機酸の塩を使用することができる。
治療用組成物中の薬学的に許容される担体は、更に、水、生理食塩水、グリセロール及びエタノールなどの液体を含んでもよい。この組成物は、更に、湿潤剤、乳化剤又はpH緩衝物質などの補助物質を含んでもよい。このような担体は、患者への投与のために医薬組成物を処方することを可能にする。
本発明の医薬組成物のpHは、5.5〜8.5、好ましくは6〜8、より好ましくは約7であってもよい。このpHは、緩衝液の使用によって維持することができる。この組成物は、無菌及び/又はパイロジェンフリーであってもよい。この組成物は、ヒトに関して等張性であってもよい。本発明の医薬組成物は、密閉された容器で供給することができる。
本発明の医薬組成物の有効量が、それを必要とする患者に投与される。この用語「治療有効量」、「治療有効投与量」、「有効量」、「有効投与量」及びそれらの変形は、本明細書で互換的に使用され、測定可能な反応(例えば、敗血症の症状の軽減)を示すに十分な本発明の治療組成物又は医薬組成物の量をいう。実際の投与量レベルは、特定の患者に対して所望の治療反応を達成するのに有効な量を投与するように変えることができる。
いくつかの実施態様において、患者に投与される本発明の治療用組成物の量は、患者のサイズ、体重、年齢、標的組織又は器官、投与経路、治療される症状、及び治療される症状の重症度を含む(但し、これらに限定されない)多くの要因に依存する。
いくつかの実施態様において、ヒストン毒性及び/又は敗血症の治療に使用するための医薬組成物が提供され、この組成物は、1又はそれ以上のコンドロイチン硫酸化合物及び薬学的に許容される担体を含む。
いくつかの実施態様において、このような使用におけるコンドロイチン硫酸化合物は、コンドロイチン硫酸(CS)骨格、CS−A、CS−E、CS−C及び/又はこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施態様において、このような用途におけるコンドロイチン硫酸化合物は、コンドロイチン硫酸骨格 19-mer(19量体)、CS−A 19-mer(19量体)、CS−C 19-mer(19量体)、CS−E 19-mer(19量体)、CS骨格13-mer(13量体)、CS−A 13-mer(13量体)、CS−C 13-mer(13量体)、CS−E 13-mer(13量体)及び/又はこれらの組み合わせを含む。
本発明の原理は、この組成物及び方法が、無脊椎動物及び哺乳動物を含むすべての脊椎動物(これらは用語「患者」に含まれることが意図されている。)に関して有効であることは理解されるべきであるが、本発明は、望ましくはヒトの発明ある。さらに、この哺乳動物は、ヒストン毒性症状の治療が望ましい任意の哺乳動物種、特に農業及び家畜の哺乳動物種を含むと理解される。
本発明の方法は、温血脊椎動物の治療に特に有用である。従って、本発明は、哺乳類及び鳥類に関する。
より具体的には、本明細書で提供されるのは、ヒトなどの哺乳動物、及び絶滅の危機にあるため(シベリアトラなど)、経済的重要性があるため(人間が消費するために農場で飼育された動物)、及び/又は人間にとって社会的重要性のため(ペット又は動物園で飼われている動物)重要な哺乳類、例えば、人間以外の肉食動物(猫や犬など)、豚類(ブタ、食肉用の成長した豚、イノシシ)、反芻動物(畜牛、去勢牛、羊、キリン、鹿、ヤギ、バイソン、ラクダなど)、馬、などを治療することである。また、鳥の治療も提供され、これには、絶滅の危機にあり動物園で飼われている鳥類、また家禽、より具体的には七面鳥、鶏、アヒル、ガチョウ、ホロホロ鳥などの飼いならされた家禽(これらは人間にとって経済的にも重要であるので)の治療を含む。従って、本明細書で提供されるのは、家畜豚(ブタ、食肉用の成長した豚)、反芻動物、馬、家禽などを含むがこれらに限定されない家畜の治療である。
n=5、CS-A 13-mer(13量体)
n=6、CS-A 15-mer(15量体)
n=7、CS-A 17-mer(17量体)
n=8、CS-A 19 mer(19量体)、
ここで、Rは、水素原子、アルキル(−CH3又は−CH2CH3などであるが、これらに限定されない。)、置換アルキル、アリール、及び置換アリール(p−ニトロフェニル基などであるが、これらに限定されない。)からなる群から選択される。
n=5、CS-C 13-mer(13量体)
n=6、CS-C 15-mer(15量体)
n=7、CS-C 17-mer(17量体)
n=8、CS-C 19 mer(19量体)、
ここで、Rは、水素原子、アルキル(−CH3又は−CH2CH3などであるが、これらに限定されない。)、置換アルキル、アリール、及び置換アリール(p−ニトロフェニル基などであるが、これらに限定されない。)からなる群から選択される。
n=2、CS-E 7-mer(7量体)
n=3、CS-E 9-mer(9量体)
n=4、CS-E 11-mer(11量体)
n=5、CS-E 13-mer(13量体)
n=6、CS-E 15-mer(15量体)
n=7、CS-E 17-mer(17量体)
n=8、CS-E 19-mer(19量体)、
ここで、Rは、水素原子、アルキル(−CH3又は−CH2CH3などであるが、これらに限定されない。)、置換アルキル、アリール、及び置換アリール(p−ニトロフェニル基などであるが、これらに限定されない。)からなる群から選択される。
CS-Eを合成するためのアプローチは、本明細書に開示されているように開発された。このような方法は、CS-A及びCS-Cの合成と同様のアプローチを利用するが、追加の酵素ステップがある。いくつかの実施態様において、CS−Eの合成は、例えば、GalNAc4S−6−O−スルホトランスフェラーゼを含む追加のCSスルホトランスフェラーゼを必要とする。本開示では、このような追加のステップに必要な2−O−スルホトランスフェラーゼ及びGalNAc4S−6−O−スルホトランスフェラーゼの両方を提供する。
CS及びCS-Aオリゴ糖の化学構造:
n=5、CS 13-mer(13量体)
n=8、CS 19-mer(19量体)
ここで、Rは、水素原子、アルキル(−CH3又は−CH2CH3などであるが、これらに限定されない。)、置換アルキル、アリール、及び置換アリール(p−ニトロフェニル基などであるが、これらに限定されない。)からなる群から選択される。
いくつかの実施態様において、Rは
n=5、CS-A 13-mer(6量体)
n=8、CS-A 19-mer(6量体)
ここで、Rは、水素原子、アルキル(−CH3又は−CH2CH3などであるが、これらに限定されない。)、置換アルキル、アリール、及び置換アリール(p−ニトロフェニル基などであるが、これらに限定されない。)からなる群から選択される。
いくつかの実施態様において、Rは
n=5、CS-C 13-mer(13量体)
n=8、CS-C 19-mer(19量体)
ここで、Rは、水素原子、アルキル(−CH3又は−CH2CH3などであるが、これらに限定されない。)、置換アルキル、アリール、及び置換アリール(p−ニトロフェニル基などであるが、これらに限定されない。)からなる群から選択される。
いくつかの実施態様において、Rは
ヒストン誘発性内皮細胞毒性のCS緩和
ヒト内皮細胞株EA.hy926細胞(ATCC)を、10%ウシ胎児血清と1%ペニシリン-ストレプトマイシン(Gibco)を添加したダルベッコ改変イーグル培地(DMEM、Gibco)中、37℃、5%CO2で培養した。この実験のため、この5x105個の細胞を12ウェルプレート(Corning)にプレーティングし、一晩インキュベートした後、無血清DMEMで洗浄した。このEA.hy926細胞は、次の化合物の存在下で30 μg/mLの子牛胸腺ヒストン(Roche)で処理された:コンドロイチン硫酸(CS)骨格19 mer(19量体)、CS A 19 mer、CS C 19 mer、CS E 19 mer、CS骨格13 mer(13量体)、CS A 13 mer、CS C 13mer又はCSE 13mer。これらの構造は本明細書に提供されている。この内皮細胞は、37℃及び5%CO2で1時間処理された。そして培地を除去し、0.05%トリプシン-EDTA(Gibco)を用いて、これら細胞をプレートから剥がした。これら細胞をPBSで洗浄し、500 gで遠心分離した後、PBS(Gibco)に再懸濁した。細胞死を測定するために、これら細胞を10 μg/mLヨウ化プロピジウム(PI、Sigma)とともに室温で10分間インキュベートした。このヨウ化プロピジウム(PI)は細胞不透過性の蛍光色素であり、生細胞から排除されて壊死細胞に取り込まれ、塩基対間の二本鎖DNAに結合する。励起488nm及び発光617nm検出によるフローサイトメトリーによって、PI陽性細胞が検出された。データは、全細胞中のPI陽性の割合(%)で表される。
実施例1の実験の結果を図1Aに示す。この結果は、具体的には、いくつかの実施態様において、細胞ベースの評価モデルを使用して、合成CSオリゴ糖がヒストン細胞毒性を中和できることを実証する。
ヒストン誘発死亡率のCS緩和
オスのC57Bl6/Jマウス(Jackson Laboratories)を、ノースカロライナ大学(Chapel Hill, North Carolina, USA)内で、12時間の明暗サイクルで、餌と水を不断に与え1週間飼育した。この研究は、ノースカロライナ大学の施設内動物管理使用委員会によって承認されたプロトコルに従って実施された。このマウスに滅菌生理食塩水(n=8)又は75 mg/kg コンドロイチン硫酸(ChS)E 19-mer(19量体)(n=5)を静脈内注射し、その1分後に子牛の胸腺ヒストン(75 mg/kg)を注射した。ヒストンのみを注入された8匹のマウス(生理食塩水処理)のうち7匹は、おそらく心停止のために、注入から15分以内に死亡した。CS-E19merを投与された5匹のマウスは、すべてが生き残った。CS-E 19merと子牛の胸腺ヒストンの比率は3:1であり、これはインビトロの内皮細胞保護で使われた比率より低い(比率は10:1であった)。
実施例2の実験の結果を図1Bに示す。この結果は、具体的には、CSオリゴ糖と共にヒストンで処理されたマウスの生存率が100%であったのに対し、ヒストンに曝露され、CS療法を受けなかったマウスは生存しなかったことを示している。GraphPad Prismソフトウェアを使用したログランク検定によるカプランマイヤー生存曲線を実行して、P=0.001を取得した。
CS化合物の合成
実施例1及び2に示した、ヒストン誘発性の内皮毒性及び死亡率を軽減するというコンドロイチン硫酸(CS)の有効性に基づいて、CS化合物を特徴付け、それらの機能を解明するためにさらなる研究が行われた。ヒストンはDNA結合タンパク質であり、核内にカプセル化されている。ヒストンの放出は、感染又は炎症刺激に応答する際の好中球の活性化に関連している(1、2)。細胞外ヒストンは宿主に対して細胞毒性を示し、敗血症を含む病状に寄与する(3)。ヒストンは複数のアイソフォームを含み、ヒストンH3は細胞毒性に起因する主要な形態である(4)。
ヒト組織や海洋生物から分離されたCS-Eは、サイズや硫酸化パターンが異なる多糖類の混合物であるため、その構造や活性の相関を調べる研究は困難である。そのため均質なCS-Eオリゴ糖を酵素的に合成する能力が必要である。
CS化合物の構造の特性評価
高分解能ジエチルアミノエチル(DEAE)-HPLC、高分解能質量分析及びNMR分光法を使用して、CS-Eオリゴ糖を分析した。代表的な例として、CS-E 7-mer(7量体)を示す。それは単一の対称ピークで溶出され、高純度であった(図3A)。高分解能質量分析により、その分子量が1772.227であることが明らかになった。これは、計算値1772.221に非常に近い値である(図3B)。1H-NMR及び13C-NMR分析においても、CS-E7-merの純度が確認された。追加のNMR分析により、硫酸化の部位及びGalNAcとGlcAの間のグリコシド結合の性質を決定した。CS-E13-mer(13量体)及びCS-E19-mer(19量体)は、-GalNAc4S6S-GlcA-の繰り返し二糖単位の複数のコピーを含むので、NMR信号に実質的な重複が生じる。従って、これらの構造は、主に高分解能質量分析による分子量測定に基づいて決定された。
CS化合物の活性の特性評価
長鎖CS-Eオリゴ糖の利用可能性は、CSの生物学的機能を調査するための新しい機会を開く。ヒストンを標的とすることにより、均一なCS-Eオリゴ糖の抗炎症効果が探索された。ヒストンは正に帯電したタンパク質であり、DNAに結合し、健康条件下では核内にカプセル化されている。ヒストンが病理学的刺激によって放出されると、細胞外ヒストンは強力な細胞毒性を示す。炎症性疾患を治療するために、細胞外ヒストンを標的とすることは、可能な戦略の一つである。そのため、CSオリゴ糖はヒストンに結合して細胞毒性を中和すると仮定した。結合親和性(KD)測定によれば、CS-E 19-merはヒストンH3(44.7 nM)にしっかりと結合し、オリゴ糖のサイズが短くなるにつれて結合親和性が一般に低下することを示した(表1)。
ヒストン誘発毒性及び罹患率のCS緩和のさらなる評価
ヒストンの投与がマウスにとって有毒であることが知られている(4)。上記のように、CS-E 19-merはヒストンを介した動物の死を防ぐことが実証された(図1B)。6匹中5匹(83.3%)のマウスがヒストン(75 mg/kg)の投与後60分以内に死亡したのに対し、ヒストン中毒マウスではCS-E 19-mer(75 mg/kg)による処理で、5匹のマウスの全て(100 %)が実験の過程で生き残った。
また、CS-E19-merによる処理の有りと無しで、肺組織への損傷を調べた。ヒストン処理マウスの肺組織のH&E染色は、血管の内側と外側に血栓症が大量に形成されていることを示す(図4A)。このデータは、ヒストンの投与が血管内の血栓形成を誘発しただけでなく、血管漏出を引き起こして血管外の血栓を引き起こしたことを示唆する。CS-E 19-merを投与されたマウスの肺の血餅の顕著な減少が観察された(図4A)。この血栓症は、ヒストン処理マウスの肝臓と腎臓においても見られた。CS-E 19-merは、同様に、肝臓と腎臓の血栓症も軽減することができる(図4B)。これらをまとめると、これらのデータは、CS-E 19-merがヒストンに結合し、マウスの臓器損傷におけるヒストンの毒性作用から効果的に保護することを示唆する。
細菌性リポ多糖(LPS)ショックに対するコンドロイチン硫酸(CS)の保護効果の評価
次に、細菌性リポ多糖(LPS)ショックに対するCS-E19-mer(19量体)の保護効果を調べた。エンドトキシンとしても知られるグラム陰性菌の細胞壁に多く含まれる細菌性リポ多糖(LPS)は、宿主に炎症反応を誘発し、米国で年間750,000人以上の死亡を引き起こす生命を脅かす敗血症のような症状を引き起こす。LPSによる死のメカニズムの1つは、LPSが細胞毒性細胞外ヒストンの放出を誘導するためである(7)。LPSをマウスへ投与すると、予想された通り、血漿中にヒストンH3の放出をもたらした(図5A)。さらに、LPS(6 mg/kg)を投与すると、そのマウスの85%が72時間で死亡した。その一方で、CS-E 19-mer(0.5 mg/kg)の処理により、この死亡率を30%に減少させた。これは、CS-E 19-merがLSP誘発死に対する保護効果を示すことを示唆している(図5B)。
また、臓器の損傷を評価し、CS-E 19-merの機能を実証するために、バイオマーカーを測定した。腎機能のマーカーである血中尿素窒素(BUN)レベルの有意な低下が検出された(図5C)。また、CS-E 19-mer処理後の、腎機能のマーカーであるクレアチニンレベルの低下も観察された(図5D)。クレアチニンの減少は統計的に有意な傾向にあるが、このデータと血中尿素窒素(BUN)レベルの減少データとを組み合わせることで、CS-E19-merがLPSによって誘発される腎臓の損傷に対する保護効果を示すことを確認できた。肝障害のマーカーであるアスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ(AST)の血漿レベルも、CS-E 19-mer処理群で低下し、この化合物がLPSによって引き起こされる肝障害を保護することを示唆している(図5E)。全体として、CS-E 19-merは、LPSによって引き起こされる臓器損傷を保護し、LPSに曝露した後のマウスの生存率を高める。
−第一に、CS-E 19-merがマウス血漿からヒストンH3を取り壊すことができることが実証された(図6A)。この目的のために、LPS処理マウス血漿をビオチン化CS-E 19-merとインキュベートした後、アビジン-アガロースカラムを使用してアフィニティー精製した。CS-E 19-merアフィニティー精製後の血漿サンプルでヒストンH3が検出された(図6A、レーン5)。この実験の結果は、CS-E19-merがインビボ条件下でヒストンと複合体を形成し、結合がヒストンの毒性を中和することを示唆している。
−第二に、ヒストンによって引き起こされる内皮細胞死に対するCS-E19-mer(19量体)の保護効果を評価した。EA.hy926細胞をヒストンH3で処理し、PI染色に基づくフローサイトメトリーを使用して細胞死を測定した(7)。CS-E 19-merの添加は、用量反応的に細胞死を低下させた(図6B)。CS-E 13-mer(13量体)の保護度はこれより低く、CS-E 13-mer(13量体)のヒストンへの結合親和性がCS-E19-mer(19量体)よりも低いという観察結果と一致している。CS-0S(非硫酸化コンドロイチン非デカ糖骨格)19-merでは保護効果は観察されなかった。
−第三に、CS-E 19-merの投与は、LPSによって誘発される血管漏出を防ぐが、腎臓におおけるCS-E 19-merによる減少はそれほど顕著ではなく、肝臓の血管透過性の減少に有意な影響はなかった(図6C~E)。
CS化合物の研究とその使用に基づく結論
ここに開示された本発明のコンドロイチン硫酸(CS)化合物の柔軟かつ効果的な合成方法及びアプローチは、例えば、5-mer(5量体)、9-mer(9量体)、11-mer(11量体)、15-mer(15量体)及び17-mer(17量体)などの異なるサイズのCS−Eオリゴ糖を含む多数のコンドロイチン硫酸(CS)化合物を合成することによって実証された。明確さと単純さのために、本研究はCS-E 7-mer(7量体)、CS-E 13-mer(13量体)及びCS-E 19-mer(19量体)に焦点を合わせたが、その結果と応用はこれらに限定されない。天然源から単離された最も単純なCSプロテオグリカンであるビクニンは、約27〜約39の糖残基のサイズを持っていることに注意すべきである(8)。ここで合成され開示された19-mer(19量体)CSオリゴ糖のサイズは、自然界の完全長CS鎖の約50%〜約70%である。
以下に列挙するすべての参考文献、並びにそれらのすべての特許、特許出願及び出版物、科学雑誌論文並びにデータベースエントリを含むすべての参考文献(但し、これらに限定されない)は、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。これらは、本明細書で使用される方法論、技術、及び/又は組成物を補足し、説明し、背景を提供し、又は教示する。
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本発明の様々な詳細は、本発明の範囲から逸脱することなく変更されてもよいことが理解されるであろう。さらに、前述の説明及び実施例は、例示のみを目的としたものであり、本発明を限定することを目的とするものではない
Claims (19)
- 患者におけるヒストン毒性を治療する方法であって、以下を含む方法。
−ヒストン毒性治療を必要とする患者を提供する段階、及び
−患者にコンドロイチン硫酸化合物を投与し、患者におけるヒストン毒性が治療される段階。 - 前記患者が敗血症に罹患している、請求項1に記載の方法。
- 前記患者がヒト患者である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記コンドロイチン硫酸化合物が、CS骨格、CS−A、CS−E、CS−C及び/又はこれらの組み合わせを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記コンドロイチン硫酸化合物が、コンドロイチン硫酸骨格 19-mer(19量体)、CS−A 19-mer(19量体)、CS−C 19-mer(19量体)、CS−E 19-mer(19量体)、CS骨格13-mer(13量体)、CS−A 13-mer(13量体)、CS−C 13-mer(13量体)、CS−E 13-mer(13量体)及び/又はこれらの組み合わせから成る、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記コンドロイチン硫酸化合物が、医薬組成物の一部として投与される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記医薬組成物が、CS化合物及びこのCS化合物の投与のための薬学的に許容される担体又はアジュバントを含む、請求項7に記載の方法。
- ヒストン毒性及び/又は敗血症の治療に使用するための医薬組成物であって、1又はそれ以上のコンドロイチン硫酸化合物及び薬学的に許容される担体を含む医薬組成物。
- 前記コンドロイチン硫酸化合物が、CS骨格、CS−A、CS−E、CS−C及び/又はこれらの組み合わせを含む、請求項9に記載の医薬組成物。
- 前記コンドロイチン硫酸化合物が、コンドロイチン硫酸骨格 19-mer(19量体)、CS−A 19-mer(19量体)、CS−C 19-mer(19量体)、CS−E 19-mer(19量体)、CS骨格13-mer(13量体)、CS−A 13-mer(13量体)、CS−C 13-mer(13量体)、CS−E 13-mer(13量体)及び/又はこれらの組み合わせから成る、請求項9又は10に記載の医薬組成物。
- 患者の敗血症を治療する方法であって、以下を含む方法。
−敗血症治療を必要とする患者を提供する段階、及び
−患者にコンドロイチン硫酸化合物を投与し、患者における敗血症が治療される段階。 - 前記患者がヒト患者である、請求項13に記載の方法。
- 前記コンドロイチン硫酸化合物が、CS骨格、CS−A、CS−E、CS−C及び/又はこれらの組み合わせを含む、請求項13又は14に記載の方法。
- 前記コンドロイチン硫酸化合物が、コンドロイチン硫酸骨格 19-mer(19量体)、CS−A 19-mer(19量体)、CS−C 19-mer(19量体)、CS−E 19-mer(19量体)、CS骨格13-mer(13量体)、CS−A 13-mer(13量体)、CS−C 13-mer(13量体)、CS−E 13-mer(13量体)及び/又はこれらの組み合わせから成る、請求項13〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記コンドロイチン硫酸化合物が、医薬組成物の一部として投与される、請求項13〜17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記医薬組成物が、CS化合物及びこのCS化合物の投与のための薬学的に許容される担体又はアジュバントを含む、請求項18に記載の方法。
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