JP2023500294A - 低分子量コンドロイチン硫酸、組成物、製造方法及びそれらの使用 - Google Patents

低分子量コンドロイチン硫酸、組成物、製造方法及びそれらの使用 Download PDF

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Abstract

本発明は、低分子量硫酸コンドロイチン及びその製造方法に関するものである。高分子硫酸コンドロイチンを原料として使って、コンドロイチン硫酸リアーゼ分解、脱蛋白、濾過及び滅菌乾燥の製造工程を経て、平均分子量1000ダルトン未満の低分子量コンドロイチン硫酸を得ることができる。低分子量コンドロイチン硫酸は分子量分布範囲の狭い、コンドロイチン硫酸二糖の比率は43~60%、コンドロイチン硫酸四糖の比率は30~45%であり、コンドロイチン硫酸二糖とコンドロイチン硫酸四糖の合計は87%超、低分子量コンドロイチン硫酸のオリゴ糖含有率が97%超、タンパク質含有率が0.5%未満であり;一般市場の高分子コンドロイチン硫酸と比較して、本生成物は50~100μg/mLの濃度で、1mM過酸化水素で損傷を受けた軟骨細胞に対して、より顕著な修復効果を有し、その修復能力は強く、修復率は14%~23%である。この低分子量コンドロイチン硫酸は、関節損傷の治療に用いることができ、医療品、ヘルスケア製品、化粧品、食品などの重要な原料となる。【選択図】なし

Description

本発明は、生化学の技術分野に関し、特に、低分子量コンドロイチン硫酸、組成物、製造方法及びそれらの使用に関するものである。
コンドロイチン硫酸(CS、即ち高分子コンドロイチン硫酸又はコンドロイチン硫酸多糖)は、ポリアニオンを含む直鎖多糖の一種である。D-グルクロン酸(GlcA)とN-アセチル-D-ガラクトサミン(GalNAc)がβ-1,3グリコシド結合で結合して二糖単位となり、それらがβ-1,4グリコシド結合で互いに結びつき、その後の生合成過程において異なる位置に硫酸基が導入される。コンドロイチン硫酸は、様々な動物の軟骨や結合組織中に広く存在している。
多くの研究により、CSは血中脂質低下作用、抗動脈硬化作用、免疫力増強作用、抗ウイルス肝炎作用、抗腫瘍作用を有することが明らかにされており、整形外科、眼科、循環器疾患、口腔疾患などの医療・食品分野で広く臨床利用されている。例えば、欧州リウマチ連盟が発表した変形性膝関節症の治療に関する勧告では、CSは変形性膝関節症の治療に有効な薬剤とされており、日本では、CSは関節痛緩和のための経口製剤、涙液充填や角膜保護のための点眼剤として、米国では、栄養サプリメントとしてCSが販売されており、オーストラリアでは、CSは主に複合製剤に調製されて栄養サプリメントとして販売されている。又、コンドロイチン硫酸ナトリウム(CS-Na)、CS-Na錠剤、CS-Naカプセル剤が、中国薬局方2015年版に収載され、血中脂質低減、骨・関節疾患治療薬として分類されている。したがって、CSは多様な生物活性と広い応用範囲を持つ高分子物質の一種として、開発上の希少価値が高く及びその利用価値も高い。しかし、従来の高分子CSは見かけの粘度が高く、構造が複雑で、細胞膜を通過しにくいという欠点がある。臨床応用においては、主に生物学的利用能が低く、経口吸収性が悪く、効能が不安定であるという問題に直面する。
天然CSの相対分子量(Mr)は概して50~100kDaであり、異なるプロセス及び供給源によって調製されたCSのMr範囲は、概して10~40kDaである。Mrが10kDaより低い場合、低分子量コンドロイチン硫酸(LMWCS)又はコンドロイチン硫酸オリゴ糖(CSO)と呼ばれる。
LMWCSは通常、酸加水分解、アルカリ加水分解、酵素法などによってCS製品を分解することによって調製される。酸分解による反応生成物には多くの不純物が含まれ、それらを除去することは容易でない。又、コンドロイチン硫酸上のスルホン基が反応中に程度の差こそあれ脱落し、環境汚染の原因となる。これに対し、酵素加水分解の反応条件は温和であるため、汚染が軽減され、制御し易く、又、酵素加水分解ではスルホン酸基の分解が起こらないため、工業生産に向いている。
特許文献の中国特許第102676613(B)号明細書の先行技術によれば、牛睾丸由来のヒアルロニダーゼは特異性が低く効率が悪いことが開示され、さらに、コンドロイチン硫酸二糖、四糖、六糖の混合物を得た後、それぞれを分子量521Da、1024Da、1527Daの3つの単量体に分離したところ、本発明の低分子量コンドロイチン硫酸とその組成物及び分子量の異なるものが得られたことが開示されている。尚、本工程における二糖の分子量は約379Da及び約459Daであり、四糖の分子量は約838Da及び約918Daである。又、得られた生成物の薬力学的な検討は、特許文献1では行われていない。
中国特許出願第108070627(A)号明細書には、高コストのコンドロイチン硫酸AC酵素を使用して、特定の構造と分子量を有するコンドロイチン硫酸D四糖を得ることが開示されているが、その分子量は1078Daで、現行の低分子量コンドロイチン硫酸四糖の約838Da及び約918Daとは異なっている。又、この特許出願では、得られた生成物の薬力学的な検討は行われていない。
中国特許第103602711(B)号明細書には、バクテリアsulfolifoliaを使って発酵時の酵素液を使用するも、その効率は低く、1000Lの発酵液を使っても400kgの製品しか触媒化できず、得られるコンドロイチン硫酸二糖は450~480Daの分子量を持ち、二糖の含有量は97%超であった、ことが開示されている。本発明の組成、分子量における低分子量コンドロイチン硫酸とは異なり、本工程における二糖の分子量は約379Da及び約459Daであり、二糖の含有比率は42~58%である。また、特許文献1には、その生成物は、鶏軟骨、豚軟骨、牛軟骨を原料とし、特に心筋炎の治療に使用することが開示されている。
定期刊行物「酵素法によるコンドロイチン硫酸オリゴ糖の調製とその抗酸化活性」(食品産業科学技術、2017、13,pp48~52)には、酵素生産株Acinetobacter sp.C26を使った発酵時のコンドロイチン硫酸酵素(分子量76kDa)を利用することが開示されている。触媒効率は低く、反応濃度も2%としか報告されておらず、オリゴ糖の割合も分析されていない。コンドロイチン硫酸二糖と四糖は熱分解によって得られる。二糖のm/Zは342Daと458Da、四糖のm/Zは939Daであり、本発明における、二糖の分子量は約379Daと約459Da、四糖の分子量は約838Daと、約918Daとは異なることがわかる。又、この文献で得られた生成物は、抗酸化活性についてのみ試験されており、他の薬力学的な検討は行われていない。
したがって、低分子量コンドロイチン硫酸の薬力学に関する国内外の研究は十分ではなく、特に、含有量が一定範囲に制御され、平均分子量が1000ダルトン未満に安定的に制御され、分子量分布の狭い、コンドロイチン硫酸二糖やコンドロイチン硫酸四糖を主成分とするものについての薬力学的な研究は不十分であると考えられる。今後、低分子量コンドロイチン硫酸の関節損傷治療への応用をさらに検討し、国内外の技術研究を補完する必要がある。
本発明は、先行技術における上記欠陥を克服することを目的とし、新規な低分子量コンドロイチン硫酸、組成物、製造方法及びその使用を提供するものである。
上記目的を実現するために、本発明の目的の一つは、以下の技術的解決策を提供することである:低分子量コンドロイチン硫酸であって、前期低分子量コンドロイチン硫酸の平均分子量が1000ダルトン未満であり、前記低分子量コンドロイチン硫酸の分子量分布の狭い、コンドロイチン硫酸二糖とコンドロイチン硫酸四糖を主成分として含み、前記コンドロイチン硫酸二糖の含有量が43~60%、前記コンドロイチン硫酸四糖の含有量が30~45%、前記コンドロイチン硫酸二糖と前記コンドロイチン硫酸四糖の合計が87%超であり、そして、前記低分子量コンドロイチン硫酸の構造の一般式は、以下の式I:
Figure 2023500294000001
上記式(I)中、n=0~5であり、nは整数、R1、R2、R3=-H又は-SO3Naである、で示される。
また、低分子量コンドロイチン硫酸の平均分子量は、590~830Da、好ましくは677~742Daである。
さらに、低分子量コンドロイチン硫酸において、コンドロイチン硫酸二糖の含有量は48~55%であり、コンドロイチン硫酸四糖の含有量は35~40%である。
本発明の第2の目的は、以下の技術的解決策を提供することである:低分子量コンドロイチン硫酸の製造方法であって、原料である高分子コンドロイチン硫酸を、コンドロイチン硫酸リアーゼで加水分解し、平均分子量が1000ダルトン未満に安定に制御され、分子量分布の狭い低分子量コンドロイチン硫酸生成物を得;この低分子量コンドロイチン硫酸が、コンドロイチン硫酸二糖とコンドロイチン硫酸四糖を主成分として含み、前記コンドロイチン硫酸二糖の含有量が、43~60%、前記コンドロイチン硫酸四糖の含有量が、30~45%で、前記コンドロイチン硫酸二糖と前記コンドロイチン硫酸四糖の合計が87%超であり;そして、前記低分子量コンドロイチン硫酸の構造の一般式が、以下の式I:
Figure 2023500294000002
である。
上記式(I)中、n=0~5であり、nは整数、R1、R2、R3=-H又は-SO3Naである。さらに、コンドロイチン硫酸リアーゼは、以下の工程:沿岸地域、河川堤防、ファーマーズマーケット、屠殺場、食堂からの土壌サンプル、下水又はシルトを選別して同定し、そして大腸菌又は枯草菌によって最適に発現させることにより得られる。
さらに、当該技術的方法は、市販の高分子コンドロイチン硫酸を原料として製造するものであり、原料は、陸上動物及び海洋動物の軟骨組織から得られるものである。原料はさらに、鶏軟骨、豚軟骨、牛軟骨又は鮫骨、好ましくは鮫骨の1種以上の混合物を意味する。
さらに、酵素加水分解反応の操作条件は、以下の通りである。リッター当たりの発酵ブロスに対するコンドロイチン硫酸リアーゼの添加量が100~300U/L、原料である高分子コンドロイチン硫酸の濃度が100~700g/L、酵素加水分解の時間が6~40時間、好ましくは6~10時間、より好ましくは6~8時間、酵素加水分解の温度が25~35℃、撹拌速度が100~700rpm、酵素加水分解のpHが6.5~8.5である。さらに、タンパク質を、酵素加水分解反応後に加水分解物から、混合溶媒により除去するが、その際、前記加水分解物と前記混合溶媒の体積比は2~5:1、混合溶媒中のジクロロメタンとイソプロピルアルコールの体積比は3~5:1、混合物は100~500rpmで10~40分間撹拌し、3000~5000rpmで10~30間遠心分離して、上層の反応溶液を採取する。
さらに、タンパク質を、酵素加水分解反応後の加水分解物から限外濾過により除去し、反応溶液を得ることも可能である。
さらに、タンパク質を除去した上層の反応溶液を、0.22μmのカプセルフィルターで濾過及び滅菌し、そして反応溶液を8~12倍量の無水エタノール中に添加して沈殿させ、そして真空乾燥させる。
さらに、タンパク質を除去した後で、反応溶液を、0.22μmのカプセルフィルターで限外濾過及び滅菌し、スプレードライする。
さらに、鮫骨由来の高分子コンドロイチン硫酸と比較して、鮫骨と鶏軟骨の1種以上を酵素加水分解して得られる低分子量コンドロイチン硫酸は、1mM過酸化水素により損傷を受けた軟骨細胞に対して、50~100μg/mLの濃度でより著しい修復効果を示し、そしてその修復率は14%~23%である。
さらに、特定の含有量範囲の二糖及び四糖を有する低分子量コンドロイチン硫酸は、50~1600μg/mLの濃度範囲で、1mM過酸化水素により損傷を受けた軟骨細胞を修復することができ、その修復率は20%~62.4%である。
さらに、特定の二糖及び四糖の含有量範囲を有する低分子量コンドロイチン硫酸は、50~1600μg/mLの濃度範囲で、1mM過酸化水素により損傷を受けた軟骨細胞を修復でき、その修復率は20%超、好ましくは40%超、さらに好ましくは50%超、そしてさらに好ましくは60%超とすることができる。
さらに、低分子量コンドロイチン硫酸は、薬剤、化粧品、ヘルスケア製品、食品を製造する分野での応用が可能である。
本発明の別の態様によれば、骨密度を増加させ、関節炎を緩和する加水分解コンドロイチン硫酸組成物が提供される。加水分解性コンドロイチン硫酸とグルコサミンとの組成物の1日の投与量は、現在知られている市販のコンドロイチン硫酸とグルコサミンとの組成物より少なく、例えば、Move free中のコンドロイチン硫酸とグルコサミンの1日の投与量は1700mg/日、BJトムソン中のコンドロイチン硫酸とグルコサミンの1日の投与量は1160mg/日である。投与量を減らすことにより、投与を受け入れやすくはなり、骨密度の増加の効果及び関節炎の緩和効果は減りえない。
以下の文脈では、グルコサミンを単に「アンモニア糖」と称することがある。
この文脈では、用語「加水分解性コンドロイチン硫酸」は、用語「コンドロイチン硫酸オリゴ糖(CSO)」及び用語「低分子量コンドロイチン硫酸」と同じ意味を有する。
本明細書中で使用される用語「加水分解性コンドロイチン硫酸」は、種々の分子量の加水分解性コンドロイチン硫酸の混合物を意味する。例えば、分子量は、約300Da超10000Da未満、例えば379~10000Da、例えば約350Da超、約400Da超、約500Da超、約600Da超、約700Da超、約800Da超、約900Da超、約9000Daより低く、約8000Daより低く、約7000Daより低く、約約6000Daより低く、約5000Daより低く、約4000Daより低く、約3000Daより低く、約2000Daより低く、又は約1000Daより低い、低分子量コンドロイチン硫酸生成物であり、より好ましくは約590Da~830Da、例えば約600Da~750Da、さらには677~742Daである。
一実施形態において、本発明は、以下の技術提案を採用する加水分解コンドロイチン硫酸組成物を提供する:本発明は、加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物に関し、ヒトのための1日量の50mg~800mgの加水分解コンドロイチン硫酸を含有することを特徴とする、加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物に関する。いくつかの実施形態では、加水分解コンドロイチン硫酸を含む組成物は、約50mg~800mgの加水分解コンドロイチン硫酸を含む。別の実施形態では、加水分解コンドロイチン硫酸を含む組成物は、約60mg、約70mg、約80mg、約90mg、約100mg、約110mg、約120mg、約130mg、約140mg、約150mg、約160mg、約170mg、約180mg、約190mg、約200mg、約210mg、約220mg、約230mg、約240mg、約250mg、約260mg、約270mg、約280mg、約290mg、約300mg、約310mg、約320mg、約330mg、約340mg、約350mg、約360mg、約370mg、約380mg、約390mg、約400mg、約410mg、約420mg、約430mg、約440mg、約450mg、約460mg、約470mg、約480mg、約490mg、約500mg、約510mg、約520mg、約530mg、約540mg、約550mg、約560mg、約570mg、約580mg、約590mg、約600mg、約610mg、約620mg、約630mg、約640mg、約650mg、約660mg、約670mg、約680mg、約690mg、約700mg、約710mg、約720mg、約730mg、約740mg、約750mg、約760mg、約770mg、約780mg、約790mg、約800mgの加水分解コンドロイチン硫酸を含む組成物である。
加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物は、グルコサミンを含有することができることを特徴とする、加水分解コンドロイチン硫酸含有組成物に関する。
本発明は、グルコサミンが、グルコサミン塩酸塩及びグルコサミン硫酸塩の一方又は両方の混合物であってもよいことを特徴とする、加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物に関するものである。
加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物は、加水分解コンドロイチン硫酸が種々の分子量の加水分解コンドロイチン硫酸の混合物であることを特徴とする。
加水分解コンドロイチン硫酸を含む組成物は、グルコサミンに対する加水分解コンドロイチン硫酸の比が、約1:3~1:10、例えば約1:9、約1:8、約1:7、約1:6、約1:5、約1:4、約1:3であり、好ましくは約1:6~1:4、より好ましくは約1:5であることが特徴である。組成物は、ヒトの1日投与量として、約150mg~8000mgのグルコサミンを含んでもよい。いくつかの実施形態では、組成物は、約7200mg、約6400mg、約5600mg、約4800mg、約4000mg、約3200mg、約2400mg、約1600mg、約1200mg、約800mg、約600mg、約450mg、約400mg、約350mg、約300mg、約250mg、約200mg、約150mgのグルコサミンを含んでいても良い。組成物は、より好ましくは、約100mgの加水分解コンドロイチン硫酸と、約500mgのグルコサミンを含む。組成物は又、約200mgの加水分解コンドロイチン硫酸と、約1000mgのグルコサミンとを含んでもよい。
本発明は、加水分解コンドロイチン硫酸組成物に関し、加水分解コンドロイチン硫酸は、コンドロイチン硫酸を酵素加水分解、精製、濃度、スプレードライして得られる混合物で、その分子量は379~10000Daである。
加水分解コンドロイチン硫酸を含む組成物は又、充填剤、崩壊剤、接着剤、オドラント、潤滑剤及びフィルムコーティング剤から選択される、薬剤的に許容可能な賦形剤を含む。
本発明は、加水分解コンドロイチン硫酸組成物及びその製造方法に関するものであり、充填剤としては、微結晶セルロース、デンプン、デキストリン、マンニトール、乳糖等が挙げられるが、これらに限定されないことを特徴としている。崩壊剤としては、クロスポビドン、クロスカルメロースナトリウム、カルボキシメチルデンプンナトリウム、ヒドロキシプロピルデンプン、アルファ化デンプン、低置換ヒドロキシプロピルセルロース(L-ヒドロキシプロピルセルロース)、重炭酸ナトリウム、クエン酸、酒石酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。粘着剤としては、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルピロリドン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。潤滑剤としては、ステアリン酸マグネシウム、二酸化ケイ素、タルク、水添植物油、ポリエチレングリコール、ステアリン酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。フィルムコーティング剤組成物としては、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリエチレングリコール、レーキ顔料等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明は、加水分解コンドロイチン硫酸組成物及びその製造方法に関するものであり、その調製物としては、錠剤、顆粒、カプセル、丸薬などが挙げられるが、これらに限定されないことを特徴とする。
本発明の組成物は、関節炎を軽減し、痛みを和らげるヘルスケア製品又は医薬品の製造に使用することができる。特に、本発明の組成物は、変形性関節症の軽減、骨密度の増加、骨粗鬆症の改善、又は痛みを和らげるヘルスケア製品又は医薬品の製造に使用することができる。
低分子量コンドロイチン硫酸組成物又は加水分解コンドロイチン硫酸組成物により、血清中の炎症性サイトカインIL-6、IL-1β及びTNF-αのレベル及び/又は血清中の補体C5b-9のレベルを減少させることができる。
低分子量コンドロイチン硫酸組成物又は加水分解コンドロイチン硫酸組成物は、大腿骨中のヒドロキシプロリンレベルを増加させることができる。
先行技術と比較して、コンドロイチン硫酸の酵素加水分解により製造された加水分解コンドロイチン硫酸は、骨密度の増加、骨粗鬆症の改善、関節炎の緩和を目的としたヘルスケア製品の製造に用いることができ、投与量が少なく、胃腸への刺激も少ない。本発明の組成物に含まれる加水分解コンドロイチン硫酸及びグルコサミン成分のヒトの1日投与量は、現在市販されている公知のコンドロイチン硫酸及びグルコサミンより低い。投与量を減らすことによって服用のコンプライアンスを改善することができるが、骨密度の増加や関節炎の軽減の効果を低下させることはない。マウスを用いた関節炎の痛みの程度とヒト1日投与量を評価した結果、加水分解コンドロイチン硫酸の1日投与量が50~800mgであると、変形性関節症の痛みに対する明らかな緩和と治療の効果があり、組成物にグルコサミンを加えることで変形性関節症及び骨粗鬆症の痛みに対する緩和と治療の効果を増大させ得ることが分かった。
先行技術と比較して、本発明は以下の利点を有する。
1.コンドロイチン硫酸リアーゼは、沿岸地域、河川堤防、ファーマーズマーケット、屠殺場及び食堂からの、土壌サンプル、下水又はヘドロを選別し同定してから、大腸菌又は枯草菌によって最適に発現されることにより得られ、良好な特定化能を持ち、酵素活性の高いコンドロイチン硫酸リアーゼを、酵素加水分解に用いる。平均分子量1000ダルトン未満の低分子量コンドロイチン硫酸が安定的に得られ、特に平均分子量590~830Daで分子量分布の狭い、低分子量コンドロイチン硫酸を得ることができること。
2.タンパク質を溶媒法又は限外濾過法により除去し、そのタンパク質含有量は0.5%以下であること。
3.100Lの発酵ブロスで、400kg超の高分子コンドロイチン硫酸を触媒化する。このことには、生産サイクルが短く、効率が高く、工業的な倍増化に適しているという利点がある。
4.LC-MS分析により、各成分のオリゴ糖の割合を測定する。製品品質は安定している。低分子量コンドロイチン硫酸中の二糖、四糖、六糖、八糖の総オリゴ糖含有量は97%を超え、コンドロイチン硫酸二糖とコンドロイチン硫酸四糖が主成分として含有される。コンドロイチン硫酸二糖の含有量は43~60%、コンドロイチン硫酸四糖の含有量は30~45%で、コンドロイチン硫酸二糖とコンドロイチン硫酸四糖の合計が87%超であることを特徴とする。
5.鮫骨に含まれる高分子コンドロイチン硫酸に比べ、鮫骨と鶏軟骨の1種以上を酵素加水分解して得られる低分子量コンドロイチン硫酸は、1mM過酸化水素で損傷を受けた軟骨細胞に対して、その濃度が50~100μg/mLでより顕著な修復効果を示し、その修復率は14~23%で、関節損傷の治療に使用可能である。鮫骨から得られる低分子量コンドロイチン硫酸の修復効果は、鶏軟骨、豚軟骨、牛軟骨及び混合骨から得られる修復効果よりも優れている。鮫骨、鶏軟骨、豚軟骨、牛軟骨、混合骨から得られた低分子量コンドロイチン硫酸は、50μg/mLの濃度で、1mM過酸化水素で損傷を受けた軟骨細胞に対して、鮫骨から得られた高分子コンドロイチン硫酸よりも顕著な修復効果を示すことが分かった。
図1は、実施例9の鮫骨由来の低分子量コンドロイチン硫酸のオリゴ糖分布スペクトルである。 図2は、実施例10の鮫骨由来の低分子量コンドロイチン硫酸のオリゴ糖分布スペクトルである。 図3は、実施例11の鮫骨由来の低分子量コンドロイチン硫酸のオリゴ糖分布スペクトルである。 図4は、実施例12の鮫骨由来の低分子量コンドロイチン硫酸のオリゴ糖分布スペクトルである。 図5は、実施例14における異なる供給源からの低分子量コンドロイチン硫酸の有効性及び活性試験結果である。 図6は、本発明の組成物のマウスの体重への効果を示す図である。 図7は、本発明の組成物のマウスの支持力への効果を示す図である。 図8は、コントロール群1における、純度97.72%の低分子量コンドロイチン硫酸のオリゴ糖分布スペクトルを示す図である。 図9は、異なる濃度レベルにおける、1mM過酸化水素傷害により損傷を受けた軟骨細胞に対する実施例9のサンプルとコントロール群1及び2の修復効果を示す図である。 図10Aは、マウスにおける、種々の投与群の、IL-6(A)、IL-1β(B)、TNF-α(C)及びC5b-9(D)の血清濃度への効果を示す図である。 図10Bは、マウスの大腿骨におけるヒドロキシプロリン(HYP)レベルの決定を示す図である。 図10Cは、マウスの膝関節におけるサフラニンO-ファストグリーン染色(100倍)を示す図である。 図10Dは、マウス膝関節におけるサフラニンO-ファストグリーン染色時の病理学的スコアを示す図である。 図10Eは、マウス膝関節のC5b-9免疫組織化学染色(×100)を示す図である。 図10Fは、マウス膝関節のC5b-9陽性細胞数を示す図である。 図11Aは、膝関節へのパパイン注入により誘発されたラット変形性関節症モデルにおいて、CSO投与試験を行った際の、ラットの体重変化を示す図である。 図11Bは、膝関節へのパパイン注入により誘発されたラット変形性関節症モデルにおいて、CSO投与試験を行った際の、ラットの血清IL-6のレベルを示す図である。 図11Cは、膝関節へのパパイン注入により誘発されたラット変形性関節症モデルにおいて、CSO投与試験を行った際の、ラットの血清IL-1βのレベルを示す図である。 図11Dは、膝関節へのパパイン注入により誘発されたラット変形性関節症モデルにおいて、CSO投与試験を行った際の、ラットの血清TNF-αのレベルを示す図である。 図11Eは、膝関節へのパパイン注入により誘発されたラット変形性関節症モデルにおいて、CSO投与試験を行った際の、ラットの膝関節の病理学的染色(100倍)結果を示す。 図11Fは、膝関節へのパパイン注入により誘発されたラット変形性関節症モデルにおいて、CSO投与試験を行った際の、ラットの膝関節の病理学的スコアを示す図である。 図12Aは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、ラットの体重変化を示す図である。 図12Bは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、雄ラットの体重変化を示す図である。 図12Cは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、雄ラットの大腿骨重量係数を示す図である。 図12Dは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、雌ラットの大腿骨重量係数を示す図である。 図12Eは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、雌ラットの骨密度を示す図である。 図12Fは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、雄ラットの骨密度を示す図である。 図12Gは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、ラットの大腿骨灰レベルを示す図である。 図12Hは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣摘出誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、ラットの骨リンレベルを示す図である。 図12Iは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣摘出誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、ラットの血清アルカリホスファターゼ(ALP)レベルを示す図である。 図12Jは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣摘出誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、ラットの骨形成タンパク質-4(BMP-4)の血清レベルを示す図である。 図12Kは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣摘出誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、ラットの血清カルシトニン(CT)濃度を示す図である。 図12Lは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣摘出誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、ラットの血清副甲状腺ホルモン(PTH)レベルを示す図である。 図12Mは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発性骨粗鬆症及び雄ラットの精巣摘出誘発性骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、ラットの大腿骨骨梁(femoral trabecula)の面積を示す図である。 図12Nは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、ラットの大腿骨骨梁面積の百分率を示す図である。 図12Oは、CSOによる、雌ラットの卵巣摘出誘発骨粗鬆症及び雄ラットの精巣誘発骨粗鬆症への治療効果を調べる試験における、ラットの大腿骨骨梁の数を示す図である。
当業者が本発明を理解しやすくするために、以下、実施例を参照して本発明の技術的解決策をさらに説明するが、以下の内容は添付の請求項により請求される発明の範囲を何ら限定するものではない。
以下の実施例で使用した材料、試薬等は、特に断らない限り、市販のものである。コンドロイチン硫酸リアーゼは、沿岸地域、河川堤防、ファーマーズマーケット、屠殺場及び食堂からの、土壌サンプル、下水又はシルトを選別し同定し、大腸菌又は枯草菌によって最適に発現されることにより得られるものである。酵素としての最高活性は11976.5U/Lで、酵素には998個のアミノ酸が含まれ、分子量は113kDaであった。コンドロイチン硫酸リアーゼのアミノ酸配列は、同一出願人の発明に係る別の特許出願(出願日:2019年4月3日、出願番号:201910264385.5、公開日:2019年6月21日、公開番号:中国特許出願第109913437(A)号明細書において開示されている。当該特許出願の関連内容は全て本特許出願に援用されている。
低分子量コンドロイチン硫酸の平均分子量の計算式は、以下の通りである。
Figure 2023500294000003
上記の式中、rt=rU1+rU2+rU3+rU4+rU5である。
ここで、ru1:サンプル溶液中の成分1(六糖、八糖)のピーク応答値;Mw1は、サンプル溶液中の成分1の分子量である。
u2:サンプル溶液中の成分2(四糖)のピーク応答値;Mw2はサンプル溶液中の成分2の分子量である。
u3:サンプル溶液中の成分3(四糖類)のピーク応答値;Mw3はサンプル溶液中の成分3の分子量である。
u4:サンプル溶液中の成分4(二糖類)のピーク応答値;Mw4はサンプル溶液中の成分4の分子量である。
u5:サンプル溶液中の成分5(二糖類)のピーク応答値;Mw5はサンプル溶液中の成分5の分子量。
t:サンプル溶液中の成分1、成分2、成分3、成分4、成分5のピーク応答値の総和。
鮫骨由来の高分子コンドロイチン硫酸を酵素加水分解して得られた低分子量コンドロイチン硫酸中の二糖(n=0)、四糖(n=1)、六糖(n=2)、八糖(n=3)の分子量は異なっていることが判った。十糖(n=4)、十二糖(n=5)の含有量は非常に少ないので、オリゴ糖組成物の平均分子量を計算する際には無視した。実施例9で得られたサンプルについて、液体質量分析法で測定した二糖、四糖、六糖、八糖の分子量を以下の表1に示す。
Figure 2023500294000004
実施例1.酵素加水分解反応
5Lのガラスビーカーに2Lの精製水を加え、攪拌速度400rpmで鮫骨由来のコンドロイチン硫酸800gを添加した。溶解後、水酸化ナトリウム溶液でpHを7.0に調整し、200U/Lのコンドロイチン硫酸リアーゼを添加した。系内を30℃で6時間撹拌し、平均分子量が1000Da未満になったかどうかを検出した。反応が完了していない場合は、さらに4時間反応時間を延長し、中心制御を継続した。平均分子量が1000Da未満になるまで反応を継続した。
実施例2.酵素加水分解反応
5Lのガラスビーカーに2Lの精製水を加え、攪拌速度700rpmで鮫骨由来のコンドロイチン硫酸400gを添加した。全ての原料が溶解した後、水酸化ナトリウム溶液でpHを6.5に調整し、300U/Lのコンドロイチン硫酸リアーゼを添加した。系を35℃で6時間攪拌し、平均分子量が1000Da未満になったかどうかを検出した。反応が完了していない場合は、さらに4時間反応時間を延長し、中心制御を継続した。平均分子量が1000Da未満になるまで反応を継続した。
実施例3.酵素加水分解反応
5Lのガラスビーカーに2Lの精製水を加え、攪拌速度100rpmで鮫骨由来のコンドロイチン硫酸200gを添加した。全ての原料が溶解した後、水酸化ナトリウム溶液でpHを8.0に調整し、100U/Lのコンドロイチン硫酸リアーゼを添加した。系を25℃で6時間撹拌し、平均分子量が1000Da未満になったかどうかを検出した。反応が完了していない場合は、さらに4時間反応時間を延長し、中心制御を継続した。平均分子量が1000Da未満になるまで反応を継続した。
実施例4.酵素による加水分解反応
5Lのガラスビーカーに2Lの精製水を加え、攪拌速度を500rpmに制御し、鮫骨由来のコンドロイチン硫酸1400gを添加した。全ての原料が溶解した後、水酸化ナトリウム溶液でpHを8.5に調整し、280U/Lのコンドロイチン硫酸リアーゼを添加した。系を28℃で6時間攪拌し、平均分子量が1000Da未満になったかどうかを検出した。反応が完了していない場合は、さらに4時間反応時間を延長し、中心制御を継続した。平均分子量が1000Da未満になるまで反応を継続した。
実施例5.タンパク質の除去
実施例1の反応後の加水分解物2Lを採取し、遠心分離機に移した。反応後の加水分解物を4200rpmで15分間遠心分離して葉状態物を除去し、上清を取り、0.4Lの有機溶媒(ジクロロメタンとイソプロピルアルコールの体積比=5:1)を加えて、タンパク質を除去した。100rpmで40分間攪拌し、4200rpmで15分間遠心分離した後、反応溶液の上層を取り出し、注液した。
実施例6.タンパク質の除去
実施例2の反応後の加水分解物2.1Lを採取し、遠心分離機に移した。反応後の加水分解物を4200rpmで15分間遠心分離して葉状態物を除去し、上清を取り、0.7Lの有機溶媒(ジクロロメタンとイソプロピルアルコールの体積比=4:1)を加えて、タンパク質を除去した。500rpmで10分間攪拌し、3000rpmで30分間遠心分離した後、反応溶液の上層を取り出し、注液した。
実施例7.タンパク質の除去
実施例3の反応後の加水分解物2Lを採取し、遠心分離機に移した。反応後の加水分解物を4200rpmで15分間遠心分離して葉状態物を除去し、上清を取り、有機溶媒(ジクロロメタンとイソプロピルアルコールの体積比=3:1)1Lを加えてタンパク質を除去した。300rpmで30分間攪拌し、5000rpmで10分間遠心分離した後、反応溶液の上層を取り出し、注液した。
実施例8.タンパク質の除去
実施例4の反応後の加水分解物2.3Lを採取し、低温条件下でカットオフ分子量が50,000~80,000の膜バッグにより限外濾過を行い、タンパク質を除去して限外濾過反応溶液を得た。
実施例9.アルコールの沈殿と乾燥
実施例5で得られた反応溶液の上層2Lを、0.22μmのカプセルフィルターでろ過し、クリーン域へ滅菌して入れた。次に、得られた濾液を20Lの無水エタノールに滴下し、0.5時間撹拌した後、2時間静置した。固形分を完全に沈殿させた後、上澄みを除去した。遠心濾過により固形分を回収し、真空乾燥炉で45℃、24時間、重量減少が10%以下になるまで乾燥させた。そして、650gの低分子量コンドロイチン硫酸生成物を収率81.3%で得た(即ち、鮫骨からの原料としてのコンドロイチン硫酸800gに対する低分子量コンドロイチン硫酸650gの割合)。クーマシーブライトブルー法で検出されたタンパク質含有量は0.3%であった。液体質量分析法により分子量分布を求めたところ、図1に示すように、成分1のピーク保持時間は5.879分、成分1の含有量は9.51%であり、六糖と八糖を主成分とするものであった。ピーク保持時間が8.632分の成分2は四糖であり、その含有量は33.83%であった。ピーク保持時間8.966分の成分3も四糖であり、その含有量は5.07%であった。ピーク保持時間9.846分の成分4は二糖で、その含有量は47.08%であった。ピーク保持時間が10.786分の成分5も二糖であり、その含有量は2.03%であった。ピークの保持時間が12.506分である成分6は塩のピークであった。したがって、二糖類、四糖類、六糖類、八糖類を含む低分子量コンドロイチン硫酸の総含有量は、二糖類と四糖類を主成分とする97.52%で、そのうち二糖類と四糖類の含有量の和は88.01%であることが分かった。鮫骨の酵素加水分解で得られた低分子量コンドロイチン硫酸の平均分子量は704.3~741.2Daで、特別に計算すると次のようになった。
成分1がすべて六糖であったと仮定すると、その平均分子量は、
Figure 2023500294000005
であり、
成分1がすべて八糖類であったとすると、その平均分子量は、
Figure 2023500294000006
となる。
分子量は、液体質量分析法(LC-MS)により、以下の具体的な分析条件にて分析した。
クロマトグラフィー条件:
クロマトグラフィーカラム1:TSKガードカラム SWXL 7μm,6mm×4cm
クロマトグラフィーカラム2:TSK G3000 SWXL 5μm,7.8mm×30cm
フローレート:1mL/min
サンプル量:10μL
カラム温度:30℃
検出波長:195nm
捕集時間:25分
バッファー:0.38gのギ酸アンモニウムを水で2000mLに希釈し、均一に混合した後、ろ過して得た。
移動相:緩衝液とメタノールの体積比は9:1であった。
マススペクトルの条件:
イオンモード:負イオンモード[M-H]-。
破砕電圧:70V
質量/電荷比の範囲:300-1000m/z
乾燥ガス流量:12L/min
スプレー器圧力:35psig
キャップ電圧:3000V。
分子量検出の結果は以下の通りであり、二糖の対応する分子量は378.1及び458.1であり、四糖の対応する分子量は837.2及び917.1であった。
実施例10.アルコールの沈殿と乾燥
実施例6で得られた反応溶液の上層2Lを、0.22μmのカプセルフィルターでろ過し、クリーン域へと滅菌していれた。次に、得られた濾液を16Lの無水エタノールに滴下し、0.5時間撹拌した後、2時間静置した。固形分を完全に沈殿させた後、上澄みを除去した。遠心濾過により固形分を回収し、真空乾燥炉にて50℃、24時間、重量減少が10%以下になるまで乾燥させた。そして、低分子量コンドロイチン硫酸生成物320gを収率80.0%で得た(即ち、鮫骨由来のコンドロイチン硫酸原料400gに対する低分子量コンドロイチン硫酸320gの割合)。クーマシーブライトブルー法により検出されたタンパク質含有量は0.4%であった。液体質量分析法により分子量分布を測定したところ、図2に示すように、成分1のピーク保持時間は5.878分、成分1の含有量は9.50%であり、主に六糖と八糖から構成されていた。ピーク保持時間が8.625分の成分2は四糖であり、その含有量は33.90%であった。ピーク保持時間8.958分の成分3も四糖であり、その含有量は5.08%であった。ピーク保持時間9.838分の成分4は二糖であり、その含有量は46.86%であった。ピーク保持時間10.785分の成分5も二糖類であり、その含有量は2.13%であった。ピークの保持時間が12.505分の成分6は塩のピークであった。したがって、二糖、四糖、六糖、八糖を含む低分子量コンドロイチン硫酸の総含有量は97.47%であり、主に二糖と四糖であって、二糖と四糖の含有量の和は87.97%であった。鮫骨の酵素加水分解で得られた低分子量コンドロイチン硫酸の平均分子量は704.7~741.6Daで、具体的な計算過程は次の通りであった。
成分1がすべて六糖類であったとすると、その平均分子量は、
Figure 2023500294000007
であり、
成分1がすべて八糖類であったと仮定すると、その平均分子量は
Figure 2023500294000008
である。
実施例11.アルコール沈殿と乾燥
実施例7で得られた反応溶液の上層2Lを、0.22μmのカプセルフィルターでろ過し、クリーン域へ滅菌していれた。次に、得られた濾液を24Lの無水エタノール中に滴下し、0.5時間撹拌した後、2時間静置し、固形分を完全に沈殿させた後、上澄みを除去した。遠心濾過により固形分を回収し、真空乾燥炉にて40℃、24時間、重量減少が10%以下になるまで乾燥させた。低分子量コンドロイチン硫酸生成物150gを、収率75.0%で得た(すなわち、鮫骨由来のコンドロイチン硫酸原料200gに対する低分子量コンドロイチン硫酸150gの割合)。クーマシーブライトブルー法により検出されたタンパク質含有量は0.4%であった。液体質量分析法により分子量分布を求めたところ、図3に示すように、成分1のピーク保持時間は5.879分、成分1の含有量は8.62%であり、六糖と八糖を主成分とするものであった。ピーク保持時間が8.632分の成分2は四糖であり、その含有量は30.79%であった。ピーク保持時間8.966分の成分3も四糖であり、その含有量は4.41%であった。ピーク保持時間9.872分の成分4は二糖類であり、その含有量は52.49%であった。ピーク保持時間が10.786分の成分5も二糖で、その含有量は2.02%であった。ピークの保持時間が12.512分の成分6は塩のピークであった。したがって、二糖、四糖、六糖、八糖を含む低分子量コンドロイチン硫酸の総含有量は98.32%で、主に二糖と四糖であって、二糖と四糖の含有量の和は89.70%であった。鮫骨の酵素加水分解で得られた低分子量コンドロイチン硫酸の平均分子量は679.2~712.5Daであり、具体的な計算過程は以下の通りであった。
成分1がすべて六糖であったと仮定すると、その平均分子量は
Figure 2023500294000009
であった。
成分1がすべて八糖類であったと仮定し、その平均分子量は
Figure 2023500294000010
であった。
実施例12.スプレードライ
実施例8で得られた反応溶液の上層2Lを、0.22μmのカプセルフィルターを通してクリーン域に濾過・滅菌して入れ、スプレードライした。スプレードライの条件は、入口空気温度120℃、出口空気温度60℃、流速100rpmとした。そして、低分子量コンドロイチン硫酸生成物1200gを収率85.7%で得た(即ち、鮫骨由来のコンドロイチン硫酸原料1400gに対する低分子量コンドロイチン硫酸1200gの割合)。クーマシーブライトブルー法により検出されたタンパク質含有量は0.5%であった。液体質量分析法により分子量分布を測定したところ、図4に示すように、成分1のピーク保持時間は5.876分、成分1の含有量は8.50%であり、主に六糖と八糖で構成されていることがわかった。ピーク保持時間が8.636分の成分2は四糖であり、その含有量は30.59%であった。ピーク保持時間8.963分の成分3も四糖であり、その含有量は4.43%であった。ピーク保持時間9.870分の成分4は二糖であり、その含有量は52.69%であった。ピーク保持時間が10.783分の成分5も二糖類であり、その含有量は2.14%であった。ピークの保持時間が12.510分の成分6は塩のピークであった。したがって、二糖、四糖、六糖、八糖を含む低分子量コンドロイチン硫酸の総含有量は98.35%で、主に二糖と四糖であって、二糖と四糖の含有量の和は89.85%であった。鮫骨の酵素加水分解で得られた低分子量コンドロイチン硫酸の平均分子量は677.4~710.2Daで、具体的な計算過程は以下の通りであった。
成分1がすべて六糖であったと仮定すると、その平均分子量は
Figure 2023500294000011
であった。
成分1がすべて八糖類であったと仮定すると、その平均分子量は
Figure 2023500294000012
であった。
実施例13
実施例1の酵素加水分解反応、実施例5のタンパク質除去工程、実施例9のアルコール沈殿乾燥工程に従い、山東宝麗居社から入手した、牛軟骨、豚軟骨、鶏軟骨、及び鶏軟骨と鮫骨の混合骨コンドロイチン硫酸を用いて、それぞれ90%の含有量で4種類の異なる供給源からの低分子量コンドロイチン硫酸を得た。
実施例14.効能と活性の試験
(1)サンプルの製造
(1.1)実施例9のサンプルは、実施例1の酵素加水分解反応工程で得たものである。
(1.2)コントロール群1のサンプル:純度97.72%の二糖0.63gと深海魚由来のオリゴマーペプチド(寧夏バニラバイオテクノロジー社製、規格98%)0.41gとの混合物である。計算上、深海魚由来の二糖は61.56%、オリゴペプチドは40.18%となった。
97.72%の二糖サンプルの製造プロセスは以下の通りである。
移動相の調製
A:20mM トリス、HClでpHを7.5に調整したもの。
B:20mM トリス、1MNaCl、HClによりpHを7.5に調整。
サンプルの処理
実施例9のサンプル20gの粉末を秤量し、1Lの移動相Aに溶解させた。
工程:精製前にQ-Sepharose-FF充填剤を移動相Bで洗浄し、移動相Aで平衡化した後、Q-Sepharose-FF充填剤にサンプルを充填し、透過ピークを採取した。カラムに吸着した四糖を移動相Bで洗浄し、溶出したピークを回収し、単一の二糖のピークが検出されるまでクロマトグラフィー精製相内を再循環させた。
脱塩:検出された単一の二糖類のピークを合わせて回収し、グルコースゲルカラムで脱塩した。サンプルを、注入前に、導電率が0.1ms/cmより低くなるまで精製水で洗浄し、サンプル注入量がカラム容量の20%~30%になるようにした。その後、精製水でカラムを洗浄し、導電率が1ms/cmより低いピークを回収した。
凍結乾燥:脱塩したピークを回収し、-20℃で予備凍結した後、凍結乾燥機に投入し凍結乾燥させた。凍結乾燥して粉末にした後、純度97.72%の二糖類を回収した。この二糖の純度は次のようにして測定した。HPLCを用いて分子量分布を測定したところ、図8に示すような結果が得られた。ピーク保持時間が9.265分の成分1は四糖であり、含有量は2.28%であった。ピーク保持時間10.070分の成分2は二糖で、その含有率は65.79%であった。ピーク保持時間10.937分の成分2は二糖で、その含有率は31.93%であった。図8中の塩のピークは積分していない。
(1.3)コントロール群2のサンプル:山東宝理亞公司社製の鮫骨高分子コンドロイチン硫酸を90%含有するものを使用した。平均分子量は約70000Daで、二糖と四糖はほとんど含まれていない。
(2)培地、溶液、細胞の調製。
(2.1)基本培地:DMEM/F-12培地。
(2.2)増殖培地:180mLの基本培地に、20mLの牛胎児血清(FBS)を加え、2℃~8℃で保存した。
(2.3)完全培地:DMEM(ダルベッコ改変イーグル培地)+ウシ胎児血清細胞P5(第5世代)。
(2.4)1mMH22刺激液:30%(9790mM)の過酸化水素を0.2μmの滅菌フィルターで濾過し、基本培地で1mMに希釈して使用した。
(2.5)サンプル原液1及び2:一定重量のサンプル[牛骨由来CSOオリゴ糖(実施例13)、豚骨由来CSOオリゴ糖(実施例13)、鮫骨由来CSOオリゴ糖(実施例9)、鶏骨由来CSOオリゴ糖(実施例13)、鶏骨・鮫骨由来CSOオリゴ糖(実施例13)、鮫骨由来CSO多糖(山東宝鶏)]を計量し、サンプル原液とした。希釈液にはDPBSを用い、10mg/mLのサンプル原液1を調製し、0.2μmの滅菌濾過膜で濾過して使用した。
実施例9のサンプル、コントロール群1及び2のサンプルを一定重量ずつ秤量し、DPBSを希釈液として10mg/mLのサンプル原液2を調製し、0.2μmの滅菌濾過膜で濾過して使用した。
(2.6)グラジエント溶液1及び2で検出されたサンプル。
上記で調製したサンプル溶液1をさらに塩基性培地で希釈し、それぞれ50μg/mLと100μg/mLの濃度の2種類の希釈系列を調製した。
上記で調製したサンプル溶液2をさらに塩基性培地で希釈し、50~3200μg/mLの範囲の濃度で7系列の希釈液を調製した、すなわち、それぞれ、50、100、200、400、800、1600、3200μg/mLとした。
(2.7)細胞培養の製造
ATDC5細胞を増殖培地で蘇生し、湿潤下、温度37±2℃、二酸化炭素濃度5±1%のインキュベーターで培養した。培養の約70%から90%にコンフルエンスが、適当な倍率の顕微鏡(例えば:10-40倍)により観察されたとき、増殖培地をサブカルチャーとして使用した。
細胞培地を細胞通過のために除去した。細胞はDPBSで1回洗浄した。その後、0.25%のトリプシンを含む約0.5mLの溶液で約1分間浸潤させると、細胞は丸くなり、表面から剥がれた。顕微鏡で見ると、細胞の形態は丸くなり、一部は瓶の壁から離れるので、直ちに完全培地に加え、消化を止めた。ピペットで培地を吸い、細胞を瓶壁から吹き飛ばし、細胞を培地中に均一に分散させた後、細胞懸濁液を15mLの遠心管に移し、1000r/mで5分間遠心分離を行った。遠心上清を捨てた後、細胞を2mLの完全培地で再懸濁し、新しいT25角フラスコ2本にそれぞれ移し替えた。各角フラスコにそれぞれ5mLの完全培地を加え、穏やかに混合し、炭酸ガス(37℃、5%CO2)を含むインキュベーターに入れ、培養を行った。
細胞通過4~20、コンフルエンス70~90%を使って、細胞を2~5日以内に二次培養した。細胞培養の調製手順に従って、2×106/mLの生細胞を含む適量の細胞溶液を増殖培地に調製した。96ウェルの透明な細胞培養プレートを取り、各ウェルに約6000個の細胞が入るように100μLの細胞溶液を添加した。細胞の沈降を防ぎ、各ウェルの均一性を確保するため、細胞液を添加する際、頻繁に攪拌した。このプレートを炭酸ガスからなるインキュベーター(37℃、5%CO2)内で一晩(24時間)培養した。
培養後、翌日(24時間)、元の培地を捨て、1mMH22の50μLを各ウェルに添加した(1mMH22刺激液の製造方法は工程4.2参照)。次に、異なる供給源、異なる濃度のコンドロイチン硫酸の勾配検出溶液を各ウェルに添加し(サンプル検出勾配溶液製造法は工程4.3参照)、さらに炭酸ガス(37℃、5%CO2)からなるインキュベーター内に入れ、12時間培養を行った。
培養後、翌日(12時間)にさらに2時間、各ウェルに10μLのCCK-8溶液を添加した。反応後、直ちに多機能酵素プレートアナライザーで450nmの吸光度値を検出した。各サンプルについて2回並行して実験を行い、最終的に吸光度の平均値を取ることとした。
(3)異なる動物由来の低分子量コンドロイチン硫酸と高分子コンドロイチン硫酸との細胞活性の比較。
異なる動物由来の低分子量コンドロイチン硫酸と高分子コンドロイチン硫酸について、損傷を受けた軟骨細胞に対する修復効果をCCKアッセイにより調べた。図5に示すように、有効性試験の結果、鮫骨由来の高分子コンドロイチン硫酸(コンドロイチン硫酸多糖類)と比較して、鮫骨と鶏骨の1つ以上を酵素加水分解して得られる低分子量コンドロイチン硫酸は、50~100μg/mLの濃度下で、1mM過酸化水素で損傷を受けた軟骨細胞に対して、より著しい修復効果があることが示され、その修復能は14%~23%であり、関節損傷の治療に利用することができた。
(4)異なる成分を含む、鮫骨由来の低分子量コンドロイチン硫酸と鮫骨由来の高分子コンドロイチン硫酸の細胞活性の比較。
コントロール群1では、純度97.72%の二糖類0.63gを、フィッシュコラーゲンオリゴペプチド0.41gと混合した。計算上、二糖の含有量は61.56%、深海魚由来のオリゴペプチドの含有量は40.18%(寧夏バニラバイオテクノロジー社製、規格は98%)であった。
その結果を表A及び図9に示す。1mM過酸化水素で損傷を受けた軟骨細胞に対する本発明の生成物の修復効果は、50~3200μg/mLの濃度範囲において、コントロール群1及び2よりも顕著であった。中でも、本発明の生成物は、50~1600μg/mLの濃度範囲で軟骨細胞の修復率に改善効果を示し、濃度が高くなれなるほど、より高い改善効果が得られることが確認できた。しかし、濃度が3200μg/mLになると、濃度が高すぎるため抑制効果が現れ、修復率は20%~62.4%となり、明らかに低下する傾向を示した。
Figure 2023500294000013
実施例15.加水分解コンドロイチン硫酸カプセル
Figure 2023500294000014
製造方法
(1)実施例9の加水分解コンドロイチン硫酸と微結晶セルロースを別個に80メッシュの篩を通過させ、すぐに使用できるようにした。
(2)加水分解コンドロイチン硫酸と微結晶セルロースを均一に混合した後、所定量のクロスポビドン、コロイド状二酸化ケイ素、ステアリン酸マグネシウムを順次添加し、15分間混合した。
(3)混合物をカプセル充填機に通してカプセルシェルに充填し、カプセル剤を形成した。
実施例16.加水分解コンドロイチン硫酸錠剤
Figure 2023500294000015
製造方法
(1)実施例9の加水分解コンドロイチン硫酸と微結晶セルロースを別個に80メッシュの篩を通過させ、すぐに使用できるようにした。
(2)加水分解コンドロイチン硫酸と微結晶セルロースを均一に混合した後、所定量のクロスカルメロースナトリウム、コロイド状二酸化ケイ素及びステアリン酸マグネシウムを順次添加し、15分間混合した。
(3)混合物を回転式錠剤機で加圧し、錠剤の硬度が6~10kgになるように制御した。
(4)精製水を用いて、固形分10%のコーティング剤を調製した。
(5)高性能コーティング機で錠剤をコーティングした。吸気温度は55℃、微粒子化圧力は0.2MPa、シート床温度は40~45℃に制御した。コーティングが完了した後、錠剤を得た。
実施例17.加水分解コンドロイチン硫酸錠剤
Figure 2023500294000016
製造方法
(1)実施例9の加水分解コンドロイチン硫酸と乳糖を別個に80メッシュの篩を通過させ、すぐに使用できるようにした。
(2)加水分解コンドロイチン硫酸と乳糖を均一に混合した後、所定量のヒドロキシプロピルセルロース、L-ヒドロキシプロピルセルロース、コロイド状二酸化ケイ素及びステアリン酸マグネシウムを順次加え、15分間混合した。
(3)混合物を回転式錠剤機で加圧し、錠剤の硬度が6~10kgになるように制御した。
(4)精製水を用いて固形分10%のコーティング剤を調製した。
(5)高性能コーティング機で錠剤をコーティングした。吸気温度は55℃、微粒子化圧力は0.2MPa、シート床温度は40~45℃に制御した。コーティングが完了した後、錠剤を得た。
実施例18.加水分解コンドロイチン硫酸錠剤
Figure 2023500294000017
製造方法
(1)実施例9の加水分解コンドロイチン硫酸、澱粉、デキストリンを別個に80メッシュの篩を通過させ、すぐに使用できるようにした。
(2)加水分解コンドロイチン硫酸、澱粉及びデキストリンを均一に混合した後、所定量のヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチル澱粉ナトリウム、コロイド状二酸化ケイ素及びステアリン酸マグネシウムを順次加え、15分間混合した。
(3)混合物を回転式錠剤機で加圧し、錠剤の硬度が6~10kgになるように制御した。
(4)精製水を用いて固形分10%のコーティング剤を調製した。
(5)高性能コーティング機で錠剤をコーティングした。吸気温度は55℃、微粒子化圧力は0.2MPa、シート床温度は40~45℃に制御した。コーティングが完了した後、錠剤を得た。
実施例19.加水分解コンドロイチン硫酸カプセル
Figure 2023500294000018
実施例20.加水分解コンドロイチン硫酸とグルコサミン硫酸塩錠剤
Figure 2023500294000019
製造方法
(1)実施例9の加水分解コンドロイチン硫酸、グルコサミン硫酸塩、微結晶セルロース及び乳糖を個別に80メッシュの篩にかけ、すぐに使用できるようにした。
(2)加水分解コンドロイチン硫酸、グルコサミン硫酸塩、微結晶セルロース及び乳糖を均一に混合した後、所定量のクロスカルメロースナトリウム、コロイド状二酸化ケイ素及びステアリン酸マグネシウムを順次添加し、15分間混合した。
(3)混合物を回転式錠剤機で加圧し、錠剤の硬度が6~10kgになるように制御した。
(4)精製水を用いて固形分10%のコーティング剤を調製した。
(5)高性能コーティング機で錠剤をコーティングした。吸気温度は55℃、微粒子化圧力は0.2MPa、シートベッド温度は40~45℃に制御した。コーティングが完了した後、錠剤を得た。
実施例21.本発明により製造された組成物によるマウス内側半月板不安定性(DMM)のモデル試験
1.材料
1.1 試験サンプル:本発明の実施例15~20に従って組成物を製造し、実施例15、実施例16、実施例17、実施例18、実施例19及び実施例20において、組成物の1日の推奨投与量を2錠(顆粒)/日、朝夕に1錠(顆粒)とした。
1.2 被験物質の調製:試験サンプルを飼料に混合して供した。実施例15、16、17、18、19、20については、サンプルを1日150mg/日、マウスに与えた。
1.3 対象の投与経路:各実施例のサンプルを胃内投与により各群の動物に与えた。
2.モデルの構築
マウスを抱水クロラールで麻酔し、右後肢の膝関節の毛を剃毛した。ヨウ素とアルコールで消毒した後、マウスの内骨格の側面に沿って長さ約1cmの開口部を長手方向に切り落とし、膝関節を露出させた。顕微手術用鋏を用いて関節腔を開き、脛骨プラトー上の内側半月板リベットを切り落とした。6-0吸収性縫合糸で関節包を閉じた。関節皮膚を6-0縫合糸で縫合し,縫合した皮膚には感染予防のため少量のペニシリンを塗布した。コントロール群(9匹)に対しては、内側半月板脛腓靭帯を切断しない以外は同様の処置を施した。手術後2日目にDMMマウスを無作為に7群に分け、各群13匹ずつとした(1.モデルコントロール群;2.実施例15;3.実施例16;4.実施例17;5.実施例18;6.実施例19;7.実施例20)。
3.実験結果
手術後2日目にマウスに胃内投与を行い、ブランク群とモデル群には同量の通常生理食塩水を胃内に投与した。日1回、12週間投与した。週1回、動物の体重を測定し、体重に応じて投与量を調整した。
Figure 2023500294000020
結論:図6に示すように、実験開始0日目から、各群のマウスの体重は若干の増加傾向を示し、各時点で群間の有意差は見られなかった(P>0.05)。
マウスに12週間、胃内投与を行った後、マウスの足支持力測定用にYLS-11Aチャンネルモードの測定器を用いて、マウスの起立時の2本の後肢の支持力の差を検出し、マウスの変形性関節症の痛みの程度を評価した。マウスを1つのチャンネルに導き、60度の角度で斜面を登る実験を行った。マウスが斜面に沿って立ち始めると、左右の後肢の支持力の差を記録できるようにした。支持力の差が大きいほど、変形性関節症の程度が深刻であることを示す。
Figure 2023500294000021
マウスの支持力の差を検出することにより、マウスの変形性関節症の痛みの程度を評価した。図7に示すように、モデル群における足の支持力の差が最も大きく、モデル群における変形性関節症の痛みの程度が最も深刻であることが示された。又、偽手術群と比べても有意差があり、モデルとして確立できたことが分かる。実施例15、16、19、20では、モデル群と比較して、足支持力の差を有意に減少させることができ(P<0.01)、実施例17、18も足支持力の差を減少させることができた(P<0.05)。尚、マウスの1日投与量は、ヒト投与量=マウス投与量*体重/等価用量比の式により算出することができる。尚、ヒトの1日投与量は、以下のように算出される。
Figure 2023500294000022
その結果、加水分解コンドロイチン硫酸の1日投与量が50~800mgであれば、変形性関節症の痛みに対して顕著な緩和と治療の効果を示し、組成物中にグルコサミンを添加することにより、変形性関節症の痛みに対する緩和と治療の効果を向上させることができることが判明した。
実施例22.コンドロイチン硫酸オリゴ糖(CSO)及びCSOとグルコサミン(アミノ糖)の組み合わせによる、マウスの内側半月板不安定症(DMM)により誘発された変形性関節症への治療効果を、血清中の炎症因子、骨水酸、サフラニンOファストグリーン染色について病理組織科学的に検出し、評価すること。
C57BL/6雄マウス、8~9週齢、100匹に対して、自由飲水及び自由摂食させた。マウスを抱水クロラールで麻酔し、右後肢の膝関節の毛を剃毛した。マウスをヨウ素とアルコールで消毒後、マウスの内骨格の側面に沿って長さ約1cmの開口部を長手方向に切り、膝関節を露出させた。顕微手術用バサミで関節腔を開き,脛骨プラトーにある内側半月板リベットを切り落とした.6-0吸収性縫合糸で関節包を縫合した.関節皮膚を6-0縫合糸で縫合し,感染予防のため縫合した皮膚に少量のペニシリンを塗布した。偽手術群(9匹)にも同様の処置を施したが,内側半月板脛腓靭帯は切断しなかった.
手術後2日目に、DMMマウスをランダムに7群に分け、各群に13匹のマウスを配置した。
1)モデルコントロール群
2)最高用量(60mg/kg)のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群。
3)高用量(30mg/kg)のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群。
4)中用量のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群(15mg/kg)群。
5)低用量のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群(7.5mg/kg)群。
6)コンドロイチン硫酸オリゴ糖(15mg/kg)+グルコサミン塩酸塩(75mg/kg)群。
7)高分子コンドロイチン硫酸(CS)(80mg/kg)+グルコサミン(400mg/kg)群。
手術後2日目に、0.2mL/20gをマウスの胃内に投与し、偽手術群及びモデル群には同量の通常生理食塩水を投与した。高分子コンドロイチン硫酸(CS)群(80mg/kg)+グルコサミン(400mg/kg)を0.5%CMC-NAに懸濁させた。動物に1日1回、12週間投与した。週1回体重を測定し、体重に応じて投与量を調整した。
マウスの眼球から血液を採取し、血清を分離した。TNF-α、IL-1β、IL-6、C5b-9はELISA法により測定した。マウスを犠牲にし、右後肢大腿骨を採取し、骨中のヒドロキシプロリン酸をキット法に従って測定した。後肢の右膝関節を採取し、病理検査(サフラニンO-ファストグリーン染色)及びC5b-9の発現(免疫組織化学)により調べた。評価指標をまとめると以下のようになった。
Figure 2023500294000023
-血清中の炎症性サイトカインレベルへの影響
マウスの変形性関節症の重篤度を、血清中の炎症性サイトカインIL-6、IL-1β、TNF-α及び補体C5b-9のレベルを測定することにより評価した。図10Aに示すように、モデル群の炎症性サイトカインIL-6、IL-1β、TNF-α及び補体C5b-9のレベルが最も高く、モデル群が最も重度の変形性関節症であることが示された。又、偽手術群と比較して有意差があり(P<0.01)、モデルとして確立できたことが示された。
図10Aに示すように、モデル群と比較して、最高用量、高用量、中用量、低用量のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群における、炎症性サイトカインIL-6、IL-1β、TNF-α、補体C5b-9のレベルは程度の差はあれ減少しており、各用量のコンドロイチン硫酸オリゴ糖が、変形性関節症に対して緩和と治療の効果を有することが示された。
中用量群と比較して、CSO+グルコサミン群の血清中の炎症因子IL-6、IL-1β、TNF-α及び補体C5b-9のレベルは様々な程度でもって減少し、コンドロイチン硫酸オリゴ糖とグルコサミンの組み合わせにより、変形性関節症の緩和及び治療効果を改善できることが示された。
高分子+グルコサミン群と比較して、CSO+グルコサミン群及び本発明のオリゴ糖群の血清中の炎症因子IL-6、IL-1β、TNF-α及び補体C5b-9のレベルが有意に低下しており、コンドロイチン硫酸オリゴ糖の変形性関節症治療効果は、高分子+グルコサミン群より優れていることが示された。
-大腿骨のヒドロキシプロリンレベルに対する効果
マウスの大腿骨中のヒドロキシプロリンを検出することにより、マウスの変形性関節症の重篤性を評価した。図10Bに示すように、モデル群の大腿骨中のヒドロキシプロリンレベルは最も低く、モデル群の変形性関節症が最も深刻であることが示された。偽手術群と比較して有意差があり(P<0.01)、モデルとして確立できたことがわかる。
モデル群と比較して、最高用量、高用量、中用量、低用量のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群及びコンドロイチン硫酸オリゴ糖+グルコサミン群は、マウス大腿骨のヒドロキシプロリンレベルを有意に増加させた(P<0.01)。
中用量群と比較して、CSO+グルコサミン群のヒドロキシプロリンレベルは、有意に上昇し、グルコサミンとCSOの併用により変形性関節症の治療効果が促進されることが示された。
高分子+グルコサミン群と比較して、CSO+グルコサミン群のデータからは、CSOの効果がCSよりも優れていることが示された。
-膝関節の病理学的検査
マウスの変形性関節症の重症度を、膝関節をサフラニンO-ファストグリーン染色で染色することにより評価した。その結果を図10C及び図10Dに示した。モデル群のマウスの膝関節を、サフラニンO-ファストグリーンで染色した時の病理スコアが最も高く、モデル群が最も重度の変形性関節症に罹患していることが示された。又、偽手術群と比較して有意差があり(P<0.01)、モデルとして確立できたことが示された。
モデル群と比較して、最高用量と高用量のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群、及び中用量のコンドロイチン硫酸オリゴ糖+グルコサミン群の場合には、サフラニンOファストグリーン染色時の病理スコアが有意に減り(P<0.05)、コンドロイチン硫酸オリゴ糖に骨関節炎緩和作用があることが示唆された。
-膝関節軟骨表面におけるC5b-9レベル
マウスの変形性関節症の重症度を、膝関節C5b-9の免疫組織化学染色により評価した。その結果を図10E及び図10Fに示した。モデル群のマウスの膝関節におけるC5b-9陽性細胞数が最も多く、モデル群の変形性関節症が最も重篤であることが示された。又、偽手術群と比較して有意差があり(P<0.01)、モデルとして確立に成功したことが示された。
モデル群と比較して、最高用量のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群及び高用量のオリゴ糖+グルコサミン群の場合、マウスの膝関節におけるC5b-9陽性細胞数を有意に減少させることができ(P<0.01)、コンドロイチン硫酸オリゴ糖は、変形性関節症の軟骨障害を緩和することが示された。
実施例23.膝関節へのパパイン注入により誘発されたラットの変形性関節症モデルにおけるCSOの投与。
Wistar雄ラット80匹、180~220g。4%パパインと0.03mol/LのL-システインを2:1の割合で混合し、30分間静置した。実験開始0日目、3日目、6日目に、0.3mLの混合溶液をラットの膝腔内に注入することを、変形性関節症モデルとした。正常コントロール群には等量の普通生理食塩水を注射した。
パパイン混合物を最後に注射した後、モデル動物を無作為に7群に分け、各群に10匹のラットを配置した。
1)モデルコントロール群;
2)最高用量(30mg/kg)のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群。
3)高用量(15mg/kg)のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群。
4)中用量のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群(7.5mg/kg)。
5)低用量のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群(3.8mg/kg)。
6)コンドロイチン硫酸オリゴ糖(7.5mg/kg)+グルコサミン塩酸塩(37.5mg/kg)群。
7)高分子コンドロイチン硫酸(40mg/kg)+グルコサミン(200mg/kg)群。
モデル実験後2日目に、0.2mL/100gをラットの胃内に投与した。正常コントロール群及びモデル群には、同量の通常生理食塩水を投与した。高分子コンドロイチン硫酸(80mg/kg)+グルコサミン(400mg/kg)群を0.5%CMC-Naに懸濁させた。1日1回、12週間投与した。3日ごとに動物の体重を測定し、体重に応じて投与量を調節した。
モデル実験前、投与前、投与後1、3、6、9、12週目に両膝関節の幅を測定した。関節の腫れの程度は、以下の式に従って算出した。関節腫脹の程度(mm)=炎症後の膝の幅(投与後)-炎症前の膝の幅。
12週間の胃内投与後、ラットの腹部大動脈から採血し、血清を分離した。TNF-α、IL-1β、IL-6をELISA法により測定した。ラットの大腿骨を採取し、骨中のヒドロキシプロリン酸をキット法に従って測定した。膝関節を採取し、病理学的検査(HE染色)を行った。評価指標をまとめると、以下のようになる。
Figure 2023500294000024
図11Aに示すように、実験開始0日目から、各群のラットの体重は増加傾向を示し、各時点で群間に有意差はなかった。この結果から、コンドロイチン硫酸オリゴ糖は12週間後のラットの体重に有意な影響を及ぼさなかったことが示された。
ラットの変形性関節症の重篤度を、ラットの血清中の炎症性サイトカインIL-6、IL-1β、TNF-αの濃度を測定することにより評価した。その結果を図11B、図11C及び図11Dに示した。モデル群の血清中の炎症性サイトカインIL-6、IL-1β及びTNF-αの濃度は最も高く、モデル群が最も重度の変形性関節症を患っていることが示された。又、偽手術群と比較して有意差があり(P<0.01)、モデルとして確立できたことが示された。
中用量オリゴ糖+グルコサミン投与群のラットの血清中の炎症因子IL-6、IL-1β、TNF-αのレベルは中用量群と比較して種々の程度に減少し、コンドロイチン硫酸オリゴ糖とグルコサミンとの併用により、変形性関節症の緩和と治療の効果を高めることができることが示された。
高分子+グルコサミン群と比較して、CSO+グルコサミン群のラットの血清中の、炎症性サイトカインIL-6、IL-1β、TNF-αのレベルは有意に減少しており、コンドロイチン硫酸オリゴ糖の変形性関節症に対する効果は、高分子+グルコサミン群のそれよりも優れていることが示された。
ラットの変形性関節症の重症度を、膝関節の病理学的検査により評価した。その結果を図11E及び図11Fに示した。モデル群のラットの膝関節の病理学的スコアは最も高く、モデル群の変形性関節症が最も深刻であることが示された。又、偽手術群と比較して有意差があり(P<0.01)、モデルとして確立できたことがわかる。
モデル群と比較して、コンドロイチン硫酸オリゴ糖を最高用量にした群、高用量群、オリゴ糖中用量+グルコサミン群の場合、病理学的スコアを有意に減少させることができ(P<0.01)、コンドロイチン硫酸オリゴ糖が、変形性関節症を緩和する効果を有することが示された。
実施例24.CSO治療の卵巣摘出雌ラット及び精巣摘出雄ラットの骨粗鬆症への治療効果
雌ラット
体重200~220gの雌SDラット90匹を使用した。ラットを3日間環境に順応させた。手術前に24時間絶食させたが、水は自由に摂取させた。ラットに対して3%抱水クロラールの腹腔内注射を行い、麻酔をかけた。卵巣を摘出せず、腰椎と背骨の両側から皮膚と筋肉を縦に切開したマウスを10匹、偽手術群として使用した。その他のマウスについては、腰椎と背骨の両側から皮膚と筋肉を縦に切開し、両卵巣を摘出し、傷口を縫合した。すべてのマウスに術後3日間連続でペニシリンを筋肉内注射した(雄ラットも同様の方法で睾丸を摘出する手術を行った)。
手術後2日目に、卵巣摘出ラットを無作為に8群に分け、各群8匹ずつとした。
1)偽手術群。
2)モデル群。
3)酢酸カルシウム(158mg/kg)群。
4)コンドロイチン硫酸オリゴ糖を最高用量(30mg/kg)使用+酢酸カルシウム(158mg/kg)群。
5)高用量(15mg/kg)のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群+酢酸カルシウム(158mg/kg)群。
6)コンドロイチン硫酸オリゴ糖を中用量使用した群(7.5mg/kg)+酢酸カルシウム(158mg/kg)
7)低用量(7.5mg/kg)+酢酸カルシウム(158mg/kg)のコンドロイチン硫酸オリゴ糖群。
8)コンドロイチン硫酸オリゴ糖(7.5mg/kg)+グルコサミン塩酸塩(37.5mg/kg)+酢酸カルシウム(158mg/kg)群。
9)高分子コンドロイチン硫酸(40mg/kg)+グルコサミン(200mg/kg)+酢酸カルシウム(158mg/kg)群。
手術後2日目に、0.2ml/100gをラットの胃内に投与した。尚、偽手術群及びモデル群には、同量の通常生理食塩水を投与した。12週間連続投与後、週1回体重を測定し、体重により投与量を調整した。
最終投与から24時間後に、ラットの眼窩から採血を行った。血清アルカリホスファタ-ゼ(ALP)、骨形成タンパク質(BGP)、副甲状腺ホルモン(PTH)及びカルシトニン(CT)を測定した。
ラットを犠牲にし、両側の大腿骨を分離した。右大腿骨を採取し、骨重量係数(g/100g体重)、骨密度、灰分レベル、骨カルシウム又は骨リン、骨ヒドロキシプロリン、HE病理を指標として測定した。評価指標をまとめると、以下のようになる。
Figure 2023500294000025
雄ラット
体重200~220gの雄のSDラットを合計90匹使用した。ラットを3日間環境に適応させた。手術前24時間絶食させたが、水は自由に摂取できるようにした。体重200~220gの雄のSDラットを合計90匹使用した。ラットを3日間環境に適応させた。手術前24時間絶食させたが、水は自由に摂取できるようにした。ラットに対して、3%抱水クロラールの腹腔内注射を行い、麻酔をかけ、陰嚢の皮膚を水平姿勢の状態で、ヨウ素、アルコールで消毒した。縦方向の切開を両側で2回、縦隔1cmにて行った。膣中膜を切断後、10匹のラットに対して、両側睾丸を精巣上体から分離し(切除せず)、陰嚢内に戻し、切開部を縫合したものを偽手術群とした。他の80匹の精巣切除群については、両側の精巣を見つけ、同じように切除した。手術後3日間、全てのマウスにペニシリンを筋肉内注射した。
手術後2日目に、卵巣摘出ラットを無作為に8群に分け、各群に8匹のラットを配置した。
残りの工程は、雌ラットの場合と同じであった。
実験結果
-体重の変化
図12A及び図12Bに示すように、実験開始0日目から、各群のラットの体重は増加傾向を示し、各時点で群間に有意差はなかった。このことから、コンドロイチン硫酸オリゴ糖は、12週間投与後の雌及び雄ラットの体重に大きな影響を与えないことが分かった。
-骨量係数
図12C及び図12Dに示すように、偽手術群と比較して、モデル群のラットの骨重量係数は有意に減少しており(P<0.01)、モデル化に成功したことを示している。モデル群と比較して、オリゴ糖高用量群の場合、雌及び雄ラットの骨重量係数を有意に増加させた(P<0.05)。
-骨ミネラル密度
骨粗鬆症の重篤度は、ラットの骨密度を検出することにより評価した。図12E及び図12Fに示すように、モデル群のラットの骨ミネラル密度は著しく減少しており、モデル群のラットの骨ミネラル密度が最も深刻であり、モデル群と偽手術群の間に有意差があり(P<0.01)、モデルとして確立できたことが示される。
モデル群と比較して、雌骨粗鬆症ラットの大腿骨軸及び骨端のBMDは、各投与群で有意に増加し(P<0.05,P<0.01)、コンドロイチン硫酸オリゴ糖は骨粗鬆症改善作用を有することが示された。
モデル群と比較して、最高、高、中、低、CSO+グルコサミン群及び高分子+グルコサミン群の場合、雄ラットの大腿骨骨端部BMDを有意に増加させ(P<0.05,P<0.01)、CSO+グルコサミン群及び高分子+グルコサミン群では、雄ラットの大腿骨軸部の骨ミネラル量が有意に増加した(P<0.05)。
-灰のレベル
ラットの骨粗鬆症の重篤度を、ラットの大腿骨灰中のレベルを測定することにより評価した。図12Gに示すように、モデル群では骨灰のレベルが有意に低下しており、モデル群が最も骨粗鬆症の重篤度が高く、偽群と有意差があり(P<0.01,P<0.05)、モデルとしての確立に成功したことが示された。
モデル群と比較して、CSO+グルコサミン投与群については、雌ラットの大腿骨灰が有意に増加し(P<0.05)、他の投与群では増加傾向にあり、統計的な差は見られなかった(P>0.05)。CSO高用量群、中用量群、低用量群、CSO+グルコサミン群、Ca群では、雄ラットの大腿骨灰量が有意に増加した(P<0.01,P<0.05)。この結果から、コンドロイチン硫酸オリゴ糖は骨粗鬆症を改善する効果があることが示された。
-骨リン
骨粗鬆症の重篤度を、ラットの骨リン値を測定することにより評価した。図12Hに示すように、モデル群のラットの骨リン値は有意に低下しており、モデル群の骨リン値が最も深刻であり、偽手術群と有意差があり(P<0.01)、モデルとしての確立に成功したことが示される。
モデル群と比較して、CSO高用量群、中用量群、高分子+グルコサミン群、CSO+グルコサミン群の雌ラットの骨リン値は有意に上昇した(P<0.05,P<0.01)。CSO低用量群、CSO+グルコサミン群、CA群では、雄ラットの骨リン値が有意に増加した(P<0.05,P<0.01)。この結果から、コンドロイチン硫酸オリゴ糖は骨粗鬆症を改善する効果があることが示された。
-血清アルカリホスファターゼ
骨粗鬆症の重症度を評価するために、ラットの血清アルカリホスファターゼ(ALP)レベルを測定した。図12Iに示すように、モデル群のラットの血清アルカリホスファターゼレベルは有意に低下しており、モデル群が最も骨粗鬆症の重症度が高く、偽手術群と有意差があり(P<0.01)、モデルとして確立できたことが示された。
モデル群と比較して、投与群では、雌骨粗鬆症ラットの血清アルカリホスファターゼ値が有意に上昇した(P<0.05,P<0.01)。CSO低用量投与群以外の投与群では、雄骨粗鬆症ラットの血清アルカリホヅファターゼ値は有意に増加した(P<0.01)。
-骨形成タンパク質-4の血清レベル
骨粗鬆症の重篤度を評価するために、ラットの骨形成タンパク質-4(BMP-4)の血清レベルを測定した。図12Jに示すように、モデル群のラットの骨形成タンパク質-4(BMP-4)の血清レベルは有意に低下しており、モデル群が最も重度の骨粗鬆症であることを示し、偽群と有意差があり(P<0.01)、モデルとしての確立に成功したことが示された。
モデル群と比較して、全ての投与群の中で、雌骨粗鬆症ラットの血清BMP-4濃度は有意に上昇した(P<0.05,P<0.01)。CSO低用量投与群を除き、他の投与群では、血清BMP-4が有意に増加した(P<0.05,P<0.01)。
-血清カルシトニン
骨粗鬆症の重篤度を評価するために、ラットの血清カルシトニン(CT)濃度を測定した。図12Kに示すように、モデル群のラットの血清カルシトニン(CT)値は有意に低下しており、モデル群が最も重度の骨粗鬆症であることを示し、偽手術群と有意差があり(P<0.01)、モデルとして確立できたことが示された。
モデル群に比べ、各投与群の中で、雌骨粗鬆症ラットの血清CT値は有意に上昇した(P<0.05,P<0.01)。CSO低用量投与群を除く他の投与群の中で、雄骨粗鬆症ラットの血清CTは、有意に上昇した(P<0.05,P<0.01)。
-血清副甲状腺ホルモン
骨粗鬆症の重篤度を評価するために、ラットの血清副甲状腺ホルモン(PTH)濃度を測定した。図12Lに示すように、モデル群のラットの血清PTH値は有意に低下しており、モデル群が最も重度の骨粗鬆症であることを示し、偽手術群と有意差があり(P<0.01)、モデルとして確立できたことが示された。
モデル群と比較して、CSO低用量投与群及びCA群を除く他の投与群では、雌骨粗鬆症ラットの血清PTH値が有意に低下した(P<0.05,P<0.01)。高分子+グルコサミン投与群を除く他の投与群では、雄骨粗鬆症ラットの血清PTH値は有意に低下した(P<0.05,P<0.01)。
-大腿骨骨梁面積、骨梁面積の百分率及び骨梁の数
骨粗鬆症の重篤度を評価するために、ラットの大腿骨骨梁面積、骨梁面積の百分率、及び骨梁の数を測定した。結果は図12M、図12N、図12Oに示すように、モデル群のラットの大腿骨骨梁面積、骨梁面積の百分率、骨梁の数は著しく減少しており、モデル群のラットが最も重度の骨粗鬆症であることが示された。偽手術群と有意に異なっており(P<0.01)、モデルとして確立できたことが示された。
モデル群と比較して、最高用量群、高用量群、中用量群及びオリゴ糖中用量+グルコサミン群では、雄骨粗鬆症ラットの大腿骨骨梁面積及び骨梁面積の百分率は有意に増加した(P<0.05,P<0.01)。モデル群と比較して、投与群では、雌骨粗鬆症ラットの大腿骨骨梁面積及び骨梁面積の百分率が有意に増加した(P<0.05,P<0.01)。
モデル群と比較して、雄骨粗鬆症ラットの大腿骨骨梁の数は、Ca群を除くすべての投与群で有意に増加した(P<0.05,P<0.01)。又、モデル群と比較して、CSO低用量投与群及びCa投与群を除くすべての投与群において、雌骨粗鬆症ラットの大腿骨骨梁の数が有意に増加した(P<0.05,P<0.01)。
これらの結果は、コンドロイチン硫酸オリゴ糖が骨粗鬆症を緩和する効果を有することを示唆するものであった。
以上得られた実験データから、以下のような結論を導き出すことができた:様々な用量のコンドロイチン硫酸オリゴ糖は、変形性関節症の痛みと骨粗鬆症を緩和し治療する効果を有していた。コンドロイチン硫酸オリゴ糖とグルコサミンを併用することで、変形性関節症の痛みと骨粗鬆症を緩和し、治療する効果を向上させることができた。コンドロイチン硫酸オリゴ糖の、変形性関節症及び骨粗鬆症に対する治療効果は、高分子コンドロイチン硫酸のそれよりも優れていることが確認された。
本明細書出願中、上記の各引用文献は、参照することにより本明細書に援用された。前述の説明と文献との間に矛盾がある場合、本明細書でなされた説明を優先するものとする。

Claims (23)

  1. 平均分子量が1000ダルトン未満であり、分子量分布の狭い、低分子量コンドロイチン硫酸であって、前記低分子量コンドロイチン硫酸は、コンドロイチン硫酸二糖とコンドロイチン硫酸四糖を主成分として含み、前記コンドロイチン硫酸二糖の含有量が48~55%、前記コンドロイチン硫酸四糖の含有量が30~45%、前記コンドロイチン硫酸二糖と前記コンドロイチン硫酸四糖の合計が87%超であり、そして、前記低分子量コンドロイチン硫酸の構造の一般式は、以下の式I:
    Figure 2023500294000026
    上記式I中、n=0~5であり、nは整数であり、R1、R2、R3=-H又は-SO3Naである、で示される、前記低分子量コンドロイチン硫酸。
  2. 前記低分子量コンドロイチン硫酸の平均分子量が、590~830Da、好ましくは677~742Daである、請求項1に記載の低分子量コンドロイチン硫酸。
  3. 請求項1及び2のいずれか1項に記載の低分子量コンドロイチン硫酸の製造方法であって、原料である高分子コンドロイチン硫酸を、コンドロイチン硫酸リアーゼで加水分解し、平均分子量が1000ダルトン未満に安定に制御され、分子量分布の狭い低分子量コンドロイチン硫酸生成物を得;前記低分子量コンドロイチン硫酸が、コンドロイチン硫酸二糖とコンドロイチン硫酸四糖を主成分として含み、前記コンドロイチン硫酸二糖の含有量が、43~60%、前記コンドロイチン硫酸四糖の含有量が、30~45%で、前記コンドロイチン硫酸二糖と前記コンドロイチン硫酸四糖の合計が87%超であり;そして、前記低分子量コンドロイチン硫酸の構造の一般式は、以下の式I:
    Figure 2023500294000027
    上記式I中、n=0~5であり、nは整数、R1、R2、R3=-H又は-SO3Naである、で示される、前記低分子量コンドロイチン硫酸の調製方法。
  4. 前記コンドロイチン硫酸リアーゼが、以下の工程:
    沿岸地域、河川堤防、ファーマーズマーケット、屠殺場及び食堂からの、土壌サンプル、下水又はシルトを選別し同定すること、及び
    大腸菌又は枯草菌によって最適に発現されること、
    によって得られる、請求項3に記載の低分子量コンドロイチン硫酸の製造方法。
  5. 原料となる前記高分子コンドロイチン硫酸が、鶏軟骨、豚軟骨、牛軟骨、又は鮫骨の1種以上から選ばれる陸上および海洋動物の軟骨組織由来である、請求項3に記載の低分子量コンドロイチン硫酸の製造方法。
  6. 原料としての前記高分子コンドロイチン硫酸が、鮫骨由来である、請求項5に記載の低分子量コンドロイチン硫酸の製造方法。
  7. 前記酵素加水分解反応の操作条件が、リッター当たりの発酵ブロスに対する前記コンドロイチン硫酸リアーゼの添加量が100~300U/L、原料である前記高分子コンドロイチン硫酸の濃度が、100~700g/L、前記酵素加水分解の時間が6~10時間、前記酵素加水分解の温度が、25~35℃、撹拌速度が100~700rpm、前記酵素加水分解のpHが6.5~8.5である、請求項3に記載の低分子量コンドロイチン硫酸の製造方法。
  8. タンパク質を、酵素分解反応後に加水分解物から混合溶媒により除去する反応において、前記加水分解物と前記混合溶媒の体積比が2~5:1であり、及び前記混合溶媒中のジクロロメタンとイソプロピルアルコールの体積比が3~5:1であり、及び前記反応物を、100~500rpmで10~40分間撹拌し、3000~5000rpmで10~30分間遠心分離し、そして前記反応溶液の上層を採取する、請求項3に記載の低分子量コンドロイチン硫酸の製造方法。
  9. 前記タンパク質を、酵素加水分解反応後の加水分解物から限外濾過により除去して反応溶液を得る、請求項3に記載の低分子量コンドロイチン硫酸の製造方法。
  10. 前記タンパク質を除去した後、前記上層の反応溶液を0.22μmのカプセルフィルターでろ過及び滅菌し、そして前記反応溶液を8~12倍量の無水エタノール中に添加して沈殿させ、そして真空乾燥する、請求項8に記載の低分子量コンドロイチン硫酸の製造方法。
  11. 前記タンパク質を除去した後、前記反応溶液を0.22μmのカプセルフィルターでろ過及び滅菌し、スプレードライする、請求項9に記載の低分子量コンドロイチン硫酸の製造方法。
  12. 鮫骨由来の高分子コンドロイチン硫酸と比較して、鮫骨及び鶏軟骨の1種以上を酵素加水分解して得られる低分子量コンドロイチン硫酸は、1mM過酸化水素により損傷を受けた軟骨細胞に対して50~100μg/mLの濃度でより著しい修復効果を示し、そして前記修復率は14%~23%であるか、又は、50~1600μg/mLの濃度範囲の、請求項1に記載の特定の含有量範囲の二糖と四糖を有する低分子量コンドロイチン硫酸は、1mMの過酸化水素により損傷を受けた軟骨細胞を修復することができ、そして前記修復率は20~62.4%である、請求項1に記載の低分子量コンドロイチン硫酸。
  13. 前記低分子量コンドロイチン硫酸が、薬剤、化粧品、ヘルスケア製品及び食品を製造する分野で使用される、請求項1又は2のいずれか1項に記載の低分子量コンドロイチン硫酸。
  14. 加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物であって、前記組成物が、ヒトのための1日量の50mg~800mgの加水分解コンドロイチン硫酸を含有する、加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物。
  15. 前記組成物がグルコサミンを含んでもよい、請求項14に記載の加水分解コンドロイチン硫酸を含む組成物。
  16. 前記グルコサミンが、グルコサミン塩酸塩、グルコサミン硫酸塩又はそれらの混合物であってもよい、請求項15に記載の加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物。
  17. 前記加水分解コンドロイチン硫酸が、種々の分子量を有する加水分解コンドロイチン硫酸の混合物である、請求項14に記載の加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物。
  18. 加水分解コンドロイチン硫酸の平均分子量が、379~10000Daである、請求項17に記載の加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物。
  19. 充填剤、崩壊剤、粘着剤、オドラント、潤滑剤及びフィルムコーティング剤から選ばれる薬剤的に許容可能な賦形剤を含有する、請求項14に記載の加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物。
  20. 前記充填剤は、微結晶性セルロース、デンプン、デキストリン、マンニトール、乳糖を含むがこれらに限定されず、前記崩壊剤は、クロスポビドン、クロスカルメロースナトリウム、カルボキシメチルデンプンナトリウム、ヒドロキシプロピルデンプン、アルファ化デンプン、低置換ヒドロキシプロピルセルロース、重炭酸ナトリウム、クエン酸、酒石酸を含むが、それらに限定されず、前記接着剤は、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリビニルピロリドンを含むがこれらに限定されず、前記潤滑剤は、ステアリン酸マグネシウム、コロイド状二酸化ケイ素、タルク、水添植物油、ポリエチレングリコール、ステアリン酸を含むがこれらに限定されず;そして、前記フィルムコーティング剤は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリエチレングリコール及びレーキ顔料を含むがこれらに限定されない、請求項19に記載の加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物。
  21. 前記組成物が、錠剤、顆粒剤、カプセル剤及び丸薬を含むがこれらに限定されない剤形である、請求項14に記載の加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物。
  22. 関節の炎症を抑え、痛みを和らげるための医薬品の調製に用いられる、請求項14~21のいずれか1項に記載の加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物。
  23. 骨粗鬆症を緩和し、治療するための医薬を調製するのに使用される、請求項14~21のいずれか1項に記載の加水分解コンドロイチン硫酸を含有する組成物。
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