JP2023539460A - 薬剤と野生型膜透過ペプチド誘導体の組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は薬剤調製分野に属し、眼部疾病治療用組成物に関するものであり、より具体的には、野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と生理pH条件下で正電荷を有する薬剤とを含む組成物に関するものである。
膜透過ペプチド(cell-penetrating peptides,CPPs)は生理pH条件下で正電荷を有する短いペプチドであり、それを通じて、共有結合または非共有結合によって接続された分子または投与システム(例えば、リポソーム、ナノ粒子、ミセル等)が細胞に入ることができる(J.Controlled Release,2019,309: 106-124)。
野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体は、生理pH条件下で正電荷を有するという野生型penetratinの特性が残されているため、従来技術では、野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体は静電相互作用を通じて生理pH条件下で負電荷を有する薬剤と結合し、眼内送達を実現すると考えられている。即ち、野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体は、生理pH条件下で負電荷を有する遺伝子、ポリペプチドや蛋白質等の生体高分子薬剤と静電相互作用を通じて自己組織化によりナノ複合物を形成する、またはポリマーが存在する状態で生理pH条件下で負電荷を有する遺伝子、ポリペプチドや蛋白質等の生体高分子薬剤と自己組織化によりナノ複合物を形成することができ、上述生物高分子薬剤の眼内送達を実現する。例えば中国特許出願CN108976288(A)を参照されたい。
しかし、生理pH条件下で正電荷を有する薬剤は野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と同様に正電荷を有するため、上述のような方式で眼内薬剤の送達を行うことはできないと一般に考えられている。従って、従来技術では、生理pH条件下で正電荷を有する薬剤の眼内吸収を如何にして促進し、前記薬剤の眼内送達を実現するかという課題を早急に解決する必要がある。
本発明の目的は、人工的に改造された膜透過ペプチド(cell-penetrating peptides,CPPs)と薬剤の組成物を提供することである。
そのために、本発明は眼部疾病治療用組成物を提供する。当該組成物は、
(i)生理pH条件下で正電荷を有する薬剤と
(ii)野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と
を含み、
前記野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体は下記アミノ酸配列を有し、
RX1IKIWFX2X3RRMKWKK
ただし、X1、X2とX3は疎水性アミノ酸を表し、天然由来のアミノ酸であるアラニン(alanine,A)、バリン(valine,V)、ロイシン(leucine,L)、イソロイシン(lisoleucine,I)、プロリン(proline,P)、フェニルアラニン(phenylalanine,F)、トリプトファン(tryptophan,W)、メチオニン(methionine,M)、非天然由来のアミノ酸であるα-アミノ酪酸(α-aminobutyric acid)、α-アミノ吉草酸(α-aminopentanoic acid)、α-アミノカプロン酸(α-aminohexanoic acid)、α-アミノヘプタン酸(α-aminoheptanoic acid)、およびそれらの組合せから選択する。
(i)生理pH条件下で正電荷を有する薬剤と
(ii)野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と
を含み、
前記野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体は下記アミノ酸配列を有し、
RX1IKIWFX2X3RRMKWKK
ただし、X1、X2とX3は疎水性アミノ酸を表し、天然由来のアミノ酸であるアラニン(alanine,A)、バリン(valine,V)、ロイシン(leucine,L)、イソロイシン(lisoleucine,I)、プロリン(proline,P)、フェニルアラニン(phenylalanine,F)、トリプトファン(tryptophan,W)、メチオニン(methionine,M)、非天然由来のアミノ酸であるα-アミノ酪酸(α-aminobutyric acid)、α-アミノ吉草酸(α-aminopentanoic acid)、α-アミノカプロン酸(α-aminohexanoic acid)、α-アミノヘプタン酸(α-aminoheptanoic acid)、およびそれらの組合せから選択する。
本発明に記載の前記眼部疾病治療用組成物は、好ましくは前記組成物が溶液または懸濁液である。
本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、好ましくは、X1、X2とX3が疎水性アミノ酸を表し、X1、X2とX3のうち少なくとも2つは、天然由来のアミノ酸であるアラニン(alanine,A)、バリン(valine,V)、ロイシン(leucine,L)、イソロイシン(lisoleucine,I)、プロリン(proline,P)、フェニルアラニン(phenylalanine,F)、トリプトファン(tryptophan,W)、メチオニン(methionine,M)、非天然由来のアミノ酸であるα-アミノ酪酸(α-aminobutyric acid)、α-アミノ吉草酸(α-aminopentanoic acid)、α-アミノカプロン酸(α-aminohexanoic acid)、α-アミノヘプタン酸(α-aminoheptanoic acid)、およびそれらの組合せから選択する。
本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、好ましくはX1、X2またはX3がトリプトファン(tryptophan,W)である。
本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、好ましくはX1、X2またはX3のうち少なくとも2つがトリプトファン(tryptophan,W)である。
本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、好ましくは前記野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体のアミノ酸配列が以下の通りである。
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本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、好ましくは前記野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体のアミノ酸配列が以下の通りである。
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本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、好ましくは前記薬剤がポリペプチドまたは蛋白類薬剤である。
本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、好ましくは前記薬剤が、ナノ抗体(Nanobody)、ラニビズマブ(Ranibizumab)、アフリベルセプト(Aflibercept)、オクリプラスミン(Ocriplasmin)、ベバシズマブ(Bevacizumab)、アダリムマブ(Adalimumab)、アテゾリズマブ(Atezolizumab)、ベリムマブ(Belimumab)、セツキシマブ(Cetuximab)、ダロツズマブ(Dalotuzumab)、デノスマブ(Denosumab)、エロツズマブ(Elotuzumab)、インフリキシマブ(Infliximab)、イピリムマブ(Ipilimumab)、イキセキズマブ(Ixekizumab)、ナタリズマブ(Natalizumab)、NISTモノクローナル抗体(NISTmab)、ニボルマブ(Nivolumab)、オビヌツズマブ(Obinutuzumab)、オファツムマブ(Ofatumumab)、パリビズマブ(Palivizumab)、ペンブロリズマブ(Pembrolizumab)、ペルツズマブ(Pertuzumab)、ラムシルマブ(Ramucirumab)、リツキシマブ(Rituximab)、トラスツズマブ(Trastuzumab)、エンドスタチン(Endostatin)のうちの1つまたは複数から選択される。
本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、好ましくは前記薬剤が、ナノ抗体、ラニビズマブ、アフリベルセプト、オクリプラスミン、ベバシズマブとセツキシマブのうちの1つまたは複数から選択される。
本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、好ましくは前記薬剤が、ラニビズマブ、アフリベルセプト、ベバシズマブのうちの1つまたは複数から選択される。
本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、好ましくは前記ナノ抗体が、カプラシズマブ(Caplacizumab)、オゾラリズマブ(Ozoralizumab)、ボルバリビズマブ(Vobarilizumab)のうちの1つまたは複数から選択される。
本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、好ましくは野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と前記薬剤の比率がモル比で0.1:1~50:1である。
本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、より好ましくは野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と前記薬剤の比率がモル比で0.5:1~35:1である。
本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、より好ましくは野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と前記薬剤の比率がモル比で1:1~20:1である。
本発明に記載の眼部疾病治療用組成物は、最も好ましくは野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と前記薬剤の比率がモル比で3:1~15:1である。
本発明は必要な被験者のために眼部疾病を治療する方法をさらに提供し、前記方法は、治療有効量の本発明に記載の眼部疾病治療用組成物を投与することを含む。
本発明に記載の方法に関して、前記方法は、治療有効量の本発明に記載の組成物を患者に点眼投与することを含むことが好ましい。
本発明は、眼部疾病治療用薬剤を調製するための前記組成物の使用をさらに提供する。
一般的な点眼剤は結膜嚢内の滞留時間が短いうえ吸収効果が悪く、特に遺伝子、ポリペプチドや蛋白質等の生体高分子薬剤は、局所的な点眼投与をしても眼部の生物利用度が極めて低く、ほぼ眼の後段に到達できない。眼内注射剤や眼内インプラントは生物利用度が高いが、患者の順応性が悪く、重い合併症を引き起こしやすい。
従来技術における上記欠点を解決するために、本発明は、人工的に改造した膜透過ペプチドを眼部吸収促進剤とする。これは非外傷性経路を通じて点眼投与が可能であり、生理pH条件下で正電荷を有する薬剤を非共有結合を通じて眼内に送達することができる。前記膜透過ペプチドは生理pH条件下で正電荷を有する短いペプチドであり、前記薬剤も生理pH条件下で正電荷を有する薬剤である。前記生理pH条件下で正電荷を有する膜透過ペプチド及び前記生理pH条件下で正電荷を有する薬剤の組成物が細胞の摂取を顕著に促進できることを出願人は意外にも発見した。生理pH条件下で正電荷を有する薬剤のみを使用する場合との比較において、前記組成物は細胞摂取を顕著に増加させる。
本発明は、(i)生理pH条件下で正電荷を有する薬剤と、(ii)野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体とを含む眼部疾病治療用組成物を提供する。前記野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体は、天然由来の膜透過ペプチドpenetratinに基づきアミノ酸突然変異の方法を用い、眼組織透過性が良く生物安全性が高い一連のポリペプチド誘導体を設計、調製し、非外傷性経路によりこれと混合した生理pH条件下で正電荷を有する薬剤を眼内へ送達できる。本発明の組成物によれば、前記生理pH条件下で正電荷を有する薬剤に眼部の吸収障壁を効率的に透過させることができ、薬剤が眼内に入って眼の後段部位に到達するように促し、ひいては生理pH条件下で正電荷を有する薬剤の眼部生物利用度を向上させることができる。
前記野生型ポリペプチドpenetratinのアミノ酸配列は以下の通りである。
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野生型penetratinの眼組織への透過能力は分子の疎水性の向上にしたがって改善される。したがって、本発明に記載のpenetratin誘導体は、野生型penetratinの基本的なアミノ酸配列を変えずに保持する前提において、アミノ酸突然変異技術を使用して疎水性アミノ酸をその分子に導入することで、得られたpenetratin誘導体の眼組織透過能力を向上させるというものである。
具体的に言えば、本発明は野生型penetratinを基に、元来のアルカリ性アミノ酸であるアルギニン(arginine,R)、リジン(lysine,K)および元来の疎水性アミノ酸であるイソロイシン(isoleucine,I)、フェニルアラニン(phenylalanine,F)、トリプトファン(tryptophan,W)、メチオニン(methionine,M)の配列を変えずに保持し、ポリペプチド固相合成技術を用いてpenetratin分子における親水性アミノ酸であるグルタミン(glutamine,Q)とアスパラギン(asparagine,N)を疎水性アミノ酸に置き換えることにより、一連のポリペプチド誘導体を得るものである。
前記penetratin誘導体は野生型penetratinの異なる親水性アミノ酸(グルタミンとアスパラギン)部位を異なる疎水性アミノ酸で置き換えることを特徴とする。前記疎水性アミノ酸は天然由来のアミノ酸であるアラニン(alanine,A)、バリン(valine,V)、ロイシン(leucine,L)、イソロイシン(lisoleucine,I)、プロリン(proline,P)、フェニルアラニン(phenylalanine,F)、トリプトファン(tryptophan,W)、メチオニン(methionine,M)、非天然由来のアミノ酸であるα-アミノ酪酸(α-aminobutyric acid)、α-アミノ吉草酸(α-aminopentanoic acid)、α-アミノカプロン酸(α-aminohexanoic acid)、α-アミノヘプタン酸(α-aminoheptanoic acid)等、およびそれらの組成物から選択する。
野生型penetratinを基に構造を改造して得たポリペプチド誘導体のアミノ酸配列は、表1の通りである。ここで変異したアミノ酸は下線で示した。なお、この表は非天然アミノ酸突然変異の実例を示しておらず、異なる疎水性アミノ酸の組み合わせ変異に関しては代表的な実例を示すにとどめた。
penetratin誘導体は、眼組織に対する透過能力が疎水性(親油性)と相関性を持ち、疎水性(親油性)が強いほどpenetratin誘導体の眼組織に対する透過能力も強くなるため、他の疎水性アミノ酸を用いて調製したpenetratin誘導体も高い眼部吸収促進効果を得るはずである。
本発明に記載のpenetratin誘導体を安全性の観点から眼部における応用が極めて少ない小分子吸収促進剤と比較すると、このようなポリペプチド類の吸収促進剤は分解しやすく生物安全性が高いと言える。また、ポリペプチド類の吸収促進剤は異なる応用目標を実現するための修飾や改造がしやすい。それに加え、本発明に記載のpenetratin誘導体は天然由来の野生型penetratinよりも強い眼部吸収促進能力を有する。
本分野において、等電点(isoelectric point,pI)とは蛋白質やポリペプチドといった分子の実効電荷がゼロとなるpH値を指す。例えば、文献Kentaro Tomii.Protein Properties.Encyclopedia of Bioinformatics and Computational Biology.2019,2: 28-33.(doi:10.1016/B978-0-12-809633-8.20266-5)を参照されたい。両性イオンが有する電荷は溶液のpH値が異なれば変わるため、両性イオンの正負電荷値が等しいとき、溶液のpH値がその等電点となる。本発明において、生理的pH条件下で正電荷を有する前記薬剤とは等電点が7.45を超える薬剤であり、例えばポリペプチドや蛋白質薬剤である。
本分野において、生理pH条件とは、生理状態において人体のpH範囲が7.35~7.45であり、平均値が7.40であるということを指す。人体における血液のpH値は7.4±0.03という狭い範囲に維持されている。例えば、文献Hopkins E,Sharma S.Physiology,Acid Base Balance.In: StatPearls [Internet].StatPearls Publishing; Treasure Island (FL): Jun 16,2019.PMID: 29939584およびMelvin E.Laski,Neil A.Kurtzman.Acid-base disorders in medicine.Disease-a-Month.1996,42(2): 59-125を参照されたい。本発明における薬剤の等電点は生理状態における人体のpH範囲より高いため、前記生理pH条件下で前記薬剤は正電荷を有する。
本発明組成物は以下の方法で得られる。
即ち、野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と生理pH条件下で正電荷を有するポリペプチドまたは蛋白質薬剤を物理的に混合して調製するという方法である。
本発明者は、物理的混合により得られる本発明の組成物が眼内での蛋白質薬剤の吸収を促進することを見出した。本発明者は細胞摂取実験により、本発明の組成物の体外での細胞摂取促進効果を比較した。その結果、penetratin誘導体と生理pH条件下で正電荷を有する蛋白質薬剤のモル比が0.1:1~50の範囲内である組成物は、眼内において蛋白質薬剤の良好な吸収が得られるということが示されている。またpenetratin誘導体では、二重変異(28WP、29WP、89WP)及び三重変異(289WP)の誘導体の吸収促進効果がより良い。
前記生理pH条件下で正電荷を有する蛋白薬剤はラニビズマブ(等電点8.8)、ベバシズマブ(等電点8.8)、アフリベルセプト(等電点8.2)を含む。前記組成物は特にモル比5:1~35:1の範囲に最良の吸収促進効果を有する。
ナノ抗体は新しくユニークな抗原結合フラグメントであり、アルパカ血清に天然に存在する重鎖抗体から取得する。ナノ抗体はアルパカの重鎖抗体に由来する、組み換えられた単一ドメインの可変フラグメントであり、特定の抗原と選択的に結合することができる。文献Jovcevska I,Muyldermans S.The Therapeutic Potential of Nanobodies.BioDrugs.2020,34:11-26;Rubel Chakravarty,Shreya Goel,Weibo Cai.Nanobody: The “Magic Bullet” for Molecular Imaging? Theranostics 2014; 4(4): 386-398を参照されたい。
汎用のナノ抗体としては、Caplacizumab(一般名ALX 0681またはALX-0081、商品名Cablivi、分子量28kDa、等電点9.2)、Ozoralizumab(一般名ATN-103、分子量38kDa、等電点8.8)、Vobarilizumab(一般名ALX-0061、分子量26kDa、等電点8.7)がある。
本発明は、前記組成物を点眼投与することにより、ナノ抗体を眼内(眼の前段の角膜と眼の後段の網膜を含む)に送達できることがマウス体内で証明されている。ナノ抗体を単独で使用した場合、ほぼ吸収されない。
具体的には、野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体89WPを含まずナノ抗体のみを含む薬物との比較において、89WPとナノ抗体を含み、かつ両者のモル比が5:1~50:1である組成物の細胞摂取は顕著に増加し、同モル比が10:1~15:1である場合に最適な摂取促進効果が得られる。図3に示したように、89WPとナノ抗体の比率(89WP:ナノ抗体)がそれぞれ5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1である組成物を比較したところ、89WP:ナノ抗体がそれぞれ10:1と15:1である組成物が最も多くの細胞摂取を得た。
同様に、89WP及びラニビズマブを含む組成物を飼育ウサギに点眼投与することにより、前記組成物を介してウサギ体内でラニビズマブを眼内(眼の後段の網膜及びガラス体を含む)に送達できることも証明されている。効果は対照R8より顕著に優れている。
ここでR8は8ポリアルギニン(arginine,R)の略称であり、従来に用いられる人工合成膜透過ペプチドである。ある文献では、R8の同族体である6ポリアルギニン(R6)を用いて、ラニビズマブとベバシズマブを点眼投与によりマウス眼内に送達することが掲載されている。例えばInvest Ophthalmol Vis Sci.2017; 58(5): 2578-2590.doi: 10.1167/iovs.16-20072を参照されたい。また、R8はR6よりも高い吸収促進効果があると掲載する文献もある。例えばJ Control Release.2007;118(2): 177-84.doi: 10.1016/j.jconrel.2006.12.022を参照されたい。
本発明において発明者は、R8を対照として本発明の効果がR8より優れていることを証明し、即ち、本発明が文献中のR6より優れた技術効果を得ていることを証明する。89WPを加えなければ吸収されない。
具体的には、細胞摂取実験を用いて体外で野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体(R6(6ポリアルギニン)、野生型Penetratin、2WP、8WP、9WP、28WP、29WP、89WP、289WP)とラニビズマブの組成物をスクリーニングし、モル比を10:1に設定し、2種類の異なる細胞を使用した。その結果、29WP、289WPの効果が最も優れ、野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体を含まずラニビズマブのみを含む組成物との比較において細胞摂取が顕著に増加していた。
文献記載(例えばInvest Ophthalmol Vis Sci.2017; 58(5): 2578-2590.doi: 10.1167/iovs.16-20072を参照。点眼投薬を通し、6ポリアルギニン(R6)がラニビズマブとベバシズマブをマウス眼内へ送達する)における吸収促進作用を有するポリペプチドR6とラニビズマブを含む組成物(R6:ラニビズマブの比率と野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体:ラニビズマブの比率は同一)との比較や、野生型Penetratinとラニビズマブを含む組成物(野生型Penetratin:ラニビズマブの比率と野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体:ラニビズマブの比率は同一)との比較において、細胞摂取が顕著に増加している。図6に示したように、細胞摂取はそれぞれ13.5、14.7倍増加した。
また、細胞摂取実験を用いて体外で89WPとラニビズマブを含む組成物をスクリーニングし、3種類の異なる細胞を使用し、両者のモル比変化範囲を5:1~18:1としたところ、89WPを含まずラニビズマブのみを含む組成物との比較において、細胞摂取は顕著に増加した。文献記載における吸収促進作用のあるポリペプチドR8とラニビズマブを含む組成物(R8:ラニビズマブの比率は5:1~30:1で、89WP:ラニビズマブの比率より高い)との比較においても、細胞摂取は顕著に増加した。図4及び図5に示したように細胞摂取は2.2~6.7倍増加した。
さらに、細胞摂取実験を用いて体外で289WPとラニビズマブを含む組成物をスクリーニングし、2種類の異なる細胞を使用したところ、289WPとラニビズマブが組成物(モル比10:1)になった後、両者は同時に細胞に摂取されたことが明らかになった。
このほか、細胞摂取実験を用いて体外で29WP、289WPとラニビズマブを含む組成物をスクリーニングし、それぞれ29WP、289WPを用いてラニビズマブとの複合体(モル比10:1)を形成したところ、飼育ウサギの体内で点眼投与によりラニビズマブを眼内(眼前段の房水、眼後段の網膜とガラス体を含む)に送達できた。野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体を加えなければ、ラニビズマブはほぼ吸収されない。このように、野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体は生理pH条件下で正電荷を有するラニビズマブとの間で相互作用を生み、また野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体はラニビズマブを眼内に持ち込むことができるということを発明者は意外にも発見した。また、細胞摂取実験を用いて体内で289WPとアフリベルセプトを含む組成物をスクリーニングし、289WPを用いてアフリベルセプトとの組成物(モル比10:1)を形成したところ、点眼投与によりアフリベルセプトを眼内(眼前段の房水、眼後段の網膜とガラス体を含む)に送達できることが飼育ウサギの体内で証明された。野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体を加えなければ、アフリベルセプトはほぼ吸収されない。
本発明の組成物によれば予測外の技術効果が得られる。具体的に言えば、本発明の組成物におけるpenetratin誘導体は、生理pH条件下で正電荷を有するという野生型penetratinの特性を保持しており、生理pH条件下で正電荷を有する薬剤と非共有結合で組成物を形成させたところ、上記薬剤のより好ましい眼内送達を思いがけず実現した。
例えば、マウス体内に前記組成物を投与することで、本発明は点眼投与によりナノ抗体等の薬剤を眼内(眼前段の角膜と眼後段の網膜を含む)に送達できることを証明した。またウサギ体内に前記組成物を投与することにより、本発明は点眼投与によりラニビズマブやアフリベルセプト等の薬剤を眼内(眼前段と眼後段の網膜を含む)に送達できることを証明した。当該薬剤のみを投与し、前記野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体を含まない場合、このような送達効果を得ることはできない。
以下では本発明の具体的な実施例に基づき本発明について説明するが、これはその請求の範囲を制限するものではない。
実施例1.野生型膜透過ペプチドpenetratin誘導体の合成、精製及び特性評価
固相合成技術を用いてポリペプチド合成を行う。ポリペプチド配列は表3の通りである。
固相合成技術を用いてポリペプチド合成を行う。ポリペプチド配列は表3の通りである。
調製液を凍結乾燥した後の粗物を精製する。Waters XBridgeTM BEH130 Prep C18カラム(19×250mm,10μm)を使用した。凍結乾燥後、引き続いて純度及び分子量の測定を行う。
高速液体クロマトグラフィを用いてポリペプチドの純度を考察した。クロマトグラムの条件は以下の通りである。
カラム:YMC-Pack ODS-Aカラム(4.6×150mm,5μm)
カラム温度:20℃
流動相:A相は純水(0.1%TFAを含む)、B相はアセトニトリル(0.1%TFAを含む)、野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体の溶出モードは5~65%B,30min、ポリペプチドR6の溶出モードは2~32%B,30min。
流速:0.7mL/min
検出波長:214nm
カラム温度:20℃
流動相:A相は純水(0.1%TFAを含む)、B相はアセトニトリル(0.1%TFAを含む)、野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体の溶出モードは5~65%B,30min、ポリペプチドR6の溶出モードは2~32%B,30min。
流速:0.7mL/min
検出波長:214nm
エレクトロスプレーイオン化質量分析(ESI-MS)を用いてポリペプチドの分子量を考察した。測定条件は以下の通り。
流動相:メタノール:純水:ギ酸=80:19.9:0.1
流速:0.3mL/min
キャピラリー電圧:3000V
乾燥気体温度及び流速:350℃、12L/min
流速:0.3mL/min
キャピラリー電圧:3000V
乾燥気体温度及び流速:350℃、12L/min
ポリペプチドの純度及び分子量は表4、具体的なスペクトル情報は図1を参照されたい。ポリペプチド液相の純度はすべて95%以上であり、分子量も正確であるため、後続の実験に用いることができる。
実施例2.ポリペプチドによる眼部細胞へのナノ抗体の摂取促進
適量のナノ抗体(等電点9.6、分子量13kD)を100mM Na2CO3溶液に溶解し、蛍光標識試薬Sulfo-Cy5-NHSを加え、4℃条件下で撹拌して一晩反応させ、4℃の純水で透析したのち凍結乾燥させることにより、蛍光プローブCy5で標識されたナノ抗体を得た。
適量のナノ抗体(等電点9.6、分子量13kD)を100mM Na2CO3溶液に溶解し、蛍光標識試薬Sulfo-Cy5-NHSを加え、4℃条件下で撹拌して一晩反応させ、4℃の純水で透析したのち凍結乾燥させることにより、蛍光プローブCy5で標識されたナノ抗体を得た。
ポリペプチド28WPとCy5で標識されたナノ抗体をそれぞれリン酸緩衝溶液(PBS、濃度10mM、pH7.4)に溶解し、28WP溶液とCy5で標識されたナノ抗体溶液をモル比5:1で混合し、室温条件下で24h放置し、28WPとナノ抗体の組成物を得た。
成長状態が良好である人角膜上皮細胞(HCEC)を採取し、1×104細胞/ウェルを24ウェルプレートに敷いて24h培養後、培養液を捨て、28WPとナノ抗体の組成物(Cy5で標識されたナノ抗体の濃度は1μM)を加え、37℃で2h培養し、薬液を捨て、10mM PBS(0.02mg/mLヘパリンナトリウムを含む)で3回洗浄し、細胞を収集し、10mM PBSに再び懸濁させ、フローサイトメトリーで検査を行った。
図2から見て取れるように、遊離のナノ抗体自体は人角膜上皮細胞に摂取されにくいが、ポリペプチド28WPとナノ抗体で形成された組成物は細胞培養後、ナノ抗体の細胞摂取が顕著に改善され、遊離のナノ抗体の細胞摂取に比較して19.4倍に増加している。
実施例3.異なる比率のポリペプチド/ナノ抗体の組成物の細胞摂取
表5のような比率で89WP/ナノ抗体の点眼液を調製し、4℃で一晩培養し、実験用とした。
表5のような比率で89WP/ナノ抗体の点眼液を調製し、4℃で一晩培養し、実験用とした。
ARPE-19細胞を24ウェルプレートに敷き、24h以上培養した。培養液を捨て、ウェルごとに200μLの薬液及び300μLの無血清培養液を加え、2h培養した後、薬液を捨て、PBSで3回洗浄し、細胞を消化させてPBSに再び懸濁させ、Cy5蛍光信号(Ex 645nm、Em 665nm)をフローサイトメトリーで測定した。
89WPとナノ抗体のモル比5:1~50:1条件での細胞摂取は図3の通りである。
図3は、異なる比率の89WP/ナノ抗体の組成物のARPE-19細胞における摂取を示している。ここで、89WPとナノ抗体のモル比はそれぞれ5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1である。
結果によれば、この比率の範囲で89WPはナノ抗体の細胞摂取を顕著に促進することができ、モル比10:1~30:1の範囲での摂取促進効果が比較的に良い。従って、89WPとナノ抗体のモル比は好ましく5:1~35:1であり、さらに好ましくは10:1~30:1である。
実施例4.ポリペプチドによる眼部細胞へのオクリプラスミンの摂取促進
ポリペプチド29WPとCy5で標記されたオクリプラスミン(Ocriplasmin、等電点7.7、分子量27kD)をクエン酸緩衝液(濃度0.53mg/mL)にそれぞれ溶解し、29WP溶液とCy5で標識されたオクリプラスミン溶液をそれぞれモル比0.1:1、0.3:1、0.5:1、0.7:1、0.9:1、1:1で混合し、室温条件下で24h放置し、29WPとオクリプラスミンの組成物を得た。
ポリペプチド29WPとCy5で標記されたオクリプラスミン(Ocriplasmin、等電点7.7、分子量27kD)をクエン酸緩衝液(濃度0.53mg/mL)にそれぞれ溶解し、29WP溶液とCy5で標識されたオクリプラスミン溶液をそれぞれモル比0.1:1、0.3:1、0.5:1、0.7:1、0.9:1、1:1で混合し、室温条件下で24h放置し、29WPとオクリプラスミンの組成物を得た。
そして、成長状態が良好である人網膜色素上皮細胞(ARPE-19)を採取し、1×104細胞/ウェルを24ウェルプレートに敷いて24h培養した後、培養液を捨て、異なるモル比の29WPとオクリプラスミンを含む組成物(Cy5で標識されたオクリプラスミンの濃度は1μM)を加え、37℃で2h培養し、薬液を捨て、10mM PBS(0.02mg/mLヘパリンナトリウムを含む)で3回洗浄し、細胞を収集し、10mM PBSに再び懸濁させ、フローサイトメトリーで検出を行った。
図4から見て取れるように、モル比0.1:1~1:1の条件下でポリペプチド29WPとオクリプラスミンにより形成された組成物は、人網膜色素上皮細胞へのオクリプラスミンの摂取を7~21倍増加させることができた。
実施例5.ポリペプチドによる眼部細胞へのセツキシマブの摂取促進
ポリペプチド289WPとCy5で標記されたセツキシマブ(Cetuximab、等電点8.8、分子量152kD)をそれぞれリン酸緩衝液(PBS、濃度10mM、pH7.4)に溶解し、289WP溶液とCy5で標記されたセツキシマブ溶液をそれぞれモル比0.5:1、0.7:1、1:1、3:1、5:1、7:1、10:1で混合し、室温条件下で24h放置し、289WPとセツキシマブの組成物を得た。
ポリペプチド289WPとCy5で標記されたセツキシマブ(Cetuximab、等電点8.8、分子量152kD)をそれぞれリン酸緩衝液(PBS、濃度10mM、pH7.4)に溶解し、289WP溶液とCy5で標記されたセツキシマブ溶液をそれぞれモル比0.5:1、0.7:1、1:1、3:1、5:1、7:1、10:1で混合し、室温条件下で24h放置し、289WPとセツキシマブの組成物を得た。
そして、成長状態が良好である人角膜上皮細胞(HCEC)を採取し、1×104細胞/ウェルを24ウェルプレートに敷いて24h培養した後、培養液を捨て、異なるモル比の289WPとセツキシマブを含む組成物(Cy5で標識されたセツキシマブの濃度は1μM)を加え、37℃で2h培養し、薬液を捨て、10mM PBS(0.02mg/mLヘパリンナトリウムを含む)で3回洗浄し、細胞を収集し、10mM PBSに再び懸濁させ、フローサイトメトリーで検出を行った。
図5から分かるように、モル比0.5:1~10:1の条件下でポリペプチド289WPとセツキシマブによって形成された組成物は、人角膜上皮細胞へのセツキシマブの摂取を12~32倍増加させることができた。
実施例6.異なる比率のポリペプチド/ラニビズマブ組成物の細胞摂取
まず、ラニビズマブに対して蛍光標識を行う。一定量のラニビズマブ注射液を採取し、4℃の純水で3日間透析して脱塩し(分画分子量10kD)、凍結乾燥後5mgを取り、100mM Na2CO3溶液に再溶解し、0.12mgの蛍光標識試薬Sulfo-Cy5-NHSを加え、4℃条件下で撹拌して一晩反応させ、4℃純水の中で3日間透析した後に凍結乾燥させることにより、蛍光で標識されたラニビズマブ(Cy5-Rani)を得た。
まず、ラニビズマブに対して蛍光標識を行う。一定量のラニビズマブ注射液を採取し、4℃の純水で3日間透析して脱塩し(分画分子量10kD)、凍結乾燥後5mgを取り、100mM Na2CO3溶液に再溶解し、0.12mgの蛍光標識試薬Sulfo-Cy5-NHSを加え、4℃条件下で撹拌して一晩反応させ、4℃純水の中で3日間透析した後に凍結乾燥させることにより、蛍光で標識されたラニビズマブ(Cy5-Rani)を得た。
次いで、ポリペプチド/ラニビズマブの組成物を調製した。適量のポリペプチドを秤量し、一定体積の市販ラニビズマブ注射剤で溶解し、さらに等体積の市販ラニビズマブ注射液溶剤を加え、4℃で保存して実験用とした。
そして、異なるポリペプチド/ラニビズマブ組成物の摂取効果を評価した。成長状態が良好であるHCEC、ARPE-19及びHUVEC細胞を採取し、1×104細胞/ウェルでそれぞれ24ウェルプレートに敷いて24h培養した後、培養液を捨て、異なるポリペプチド/Cy5-Rani組成物の混合物溶液(いずれもCy5-Rani 1 μMを含む)を加え、37℃で2h培養し、薬液を捨て、10mM PBS(ヘパリンナトリウム0.02mg/mLを含む)で3回洗浄し、細胞を収集し、10 mM PBSに再び懸濁させ、フローサイトメトリーで陽性細胞率と平均蛍光強度を測定した。測定チャンネルの励起波長は638nm、放射波長は660nmとした。
異なるモル比条件下でポリペプチドを介して抗体細胞の摂取結果は以下の通りである。眼部透過能が強いポリペプチド89WPとCy5で標識されたポリペプチド(Cy5-Rani)を異なるモル比で混合した後、細胞摂取行為を考察すると、図6、7のような結果が得られた。
図6は異なるモル比条件下でポリペプチドを介してラニビズマブ細胞摂取の定量評価である。具体的に、一定量のポリペプチドを採取し、異なるモル比(89WP/Raniは1:1,3:1,5:1,7:1,10:1; R8/Raniは5:1,15:1,30:1)でCy5で標識されたラニビズマブ1μMと混合し、4℃で24h培養し、そして、異なる細胞と共に37℃の条件下で2h培養した。それに対し、One-Way ANOVA検定により有意性分析を行い、Dunnett’s検定で補正した(n=3,nsp>0.05,***p<0.001、遊離のラニビズマブと比較する)。
図7は異なるモル比条件下でポリペプチドを介してラニビズマブ細胞摂取の定量評価である。具体的に、一定量のポリペプチド89WPを採取し、異なるモル比(5:1,7:1,10:1,12:1,15:1,18:1)でCy5で標記されたラニビズマブ1μMと混合し、4℃で24h培養し、そして、異なる細胞と共に37℃の条件下で2h培養した。それに対し、One-Way ANOVA検定により有意性分析を行い、Tukey’s検定で補正した(n=3,nsp>0.05,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001)。
結果として、モル比1:1~10:1の条件下でポリペプチドによってラニビズマブ細胞の摂取は上昇傾向を示した。初歩的なスクリーニングの結果に基づいて89WPとラニビズマブのモル比をさらに最適化すると、5:1~18:1の条件下で、遊離抗体との比較において、ポリペプチド89WPによって抗体の3種類の細胞への摂取量は2.2~6.7倍に増加した(p<0.001)。ポリペプチドの使用量が増加すれば抗体細胞の摂取量は全体的に上昇傾向を示し、HCEC細胞におけるモル比10:1条件下での抗体細胞の摂取量はモル比7:1及び12:1との比較において有意差がなかった(p>0.05)が、ARPE-19細胞におけるモル比10:1条件下での抗体細胞の摂取量はモル比7:1の混合物より顕著に高く(p<0.001)、モル比12:1の混合物より低く(p<0.01)、HUVEC細胞におけるモル比10:1条件下での抗体細胞摂取量はモル比7:1混合物より顕著に高く(p<0.001)、モル比12:1混合物との比較において有意差がなく(p>0.05)、モル比15:1の混合物よりやや低かった(p<0.05)。全体的に、モル比10:1の条件下でポリペプチドによって抗体細胞の摂取量は低いモル比の組成物よりも顕著に増加するが、その後引き続きポリペプチドの使用量を増加すると、抗体細胞の摂取量の増加速度は緩やかになる。ポリペプチドの利用率を高めるためには、モル比10:1が最適な組成物処方であることを最終的に確定した。
実施例7.異なるポリペプチド/ラニビズマブ組成物の細胞摂取
モル比10:1の条件下で異なるポリペプチドとラニビズマブの組成物を調製し、HCECとARPE-19細胞におけるその摂取行為を考察した。結果は図6の通りである。
モル比10:1の条件下で異なるポリペプチドとラニビズマブの組成物を調製し、HCECとARPE-19細胞におけるその摂取行為を考察した。結果は図6の通りである。
図8は、異なるポリペプチドによってラニビズマブ細胞摂取の定量評価である。異なるポリペプチド10μMを採取して1μMのCy5-Raniと混合し、4℃で24h培養して組成物溶液を得て、組成物溶液と異なる細胞を37℃で2h培養した後に検出した。又は、組成物溶液を4℃で7日間保存した後に細胞と培養し、細胞の平均蛍光強度値(Ex 638nm/Em 660nm)をフローサイトメトリーで測定した。
結果は次の通りであった。2つの細胞モデルにおいて、野生型Penetratinによるラニビズマブの細胞摂取量はいずれも疎水性誘導ペプチドを含む組成物溶液の細胞摂取量よりも低く、誘導ペプチドの親油性は高く、それによるラニビズマブ細胞摂取量は上昇傾向にあった。HCEC細胞においては、ポリペプチド29WP、289WPによるラニビズマブ細胞の摂取能力が最も強く、遊離抗体との比較において平均蛍光強度がそれぞれ13.5、14.7倍増加していた。ARPE-19細胞においても同じ結果であり、ポリペプチド29WP、289WPに基づく組成物溶液群の細胞平均蛍光強度がそれぞれ11.1、11.3倍増加した。調製した組成物溶液を4℃条件下で7日間保存した後その細胞摂取行為を考察したところ、新鮮調製混合物との比較において、全体的に大部分の組成物溶液の細胞摂取は低下したが、2つの細胞において29WP、289WPに基づく組成物溶液群の細胞平均蛍光強度が依然として最高だった(289WPの効果のほうが29WPよりやや優れていた)。従って、好ましい眼部吸収促進剤としてポリペプチド29WP、289WPを選択して市販ラニビズマブ注射液と組み合わせ、引き続き体内薬物動態の評価を行う。
実施例8.ポリペプチド/ラニビズマブ組成物の細胞摂取メカニズム
本実施例ではポリペプチドとラニビズマブの同時細胞摂取行為について検討する。
本実施例ではポリペプチドとラニビズマブの同時細胞摂取行為について検討する。
モル比10:1条件下で、カルボキシフルオレセインで標記されたポリペプチド289WP(289WP-FAM)とCy5で標記されたラニビズマブ(Cy5-Rani)の組成物を調製し、両者のHCECとARPE-19細胞での同時摂取行為を考察した。結果は、図9、10の通りである。
図9はポリペプチド/抗体のHCEC細胞における同時摂取行為である。Aはカルボキシフルオレセイン(FAM)で標記されたポリペプチド289WP(289WP-FAM)の細胞摂取平均蛍光強度であり、BはCy5で標記されたラニビズマブ(Cy5-Rani)の細胞摂取平均蛍光強度であり、Cは289WP-FAMとCy5-Raniの同時細胞摂取のフローサイトメトリー図である。各組成物はいずれも289WP-FAM 10μMとCy5-Rani 1μMを含んでいる。それらを市販のラニビズマブ注射液溶媒に溶解し、いずれも細胞と共に37℃で培養した(289WP-FAM/Cy5-Rani群は両者を混合して4℃で24h培養した後、細胞と共に1.5h培養した。289WP-FAM、Cy5-Rani群は289WP-FAMを細胞と共に1.5h培養して捨て、Cy5-Raniを引き続き細胞と共に1.5h培養した。289WP-FAM+Cy5-Rani群は両者を混合した後、直ちに細胞と共に1.5h培養)後、フローサイトメトリーを行った(FAM、Ex 488nm/Em 520nm;Cy5、Ex 638nm/Em 660nm)。また、One-Way ANOVA検定により有意性分析を行い、Tukey’s検定で補正した(n=3,nsp>0.05,***p<0.001)。
図10はポリペプチド/抗体のARPE-19細胞における同時摂取行為である。AはFAMで標記されたポリペプチド289WP(289WP-FAM)の細胞摂取平均蛍光強度であり、BはCy5で標記されたラニビズマブ(Cy5-Rani)の細胞摂取平均蛍光強度であり、Cは289WP-FAMとCy5-Raniの同時細胞摂取のフローサイトメトリー図である。各組成物はいずれも289WP-FAM 10μMとCy5-Rani 1μMを含んでいる。それらを市販のラニビズマブ注射液溶媒に溶解し、いずれも細胞と共に37℃で培養した(289WP-FAM/Cy5-Rani群は両者を混合して4℃で24h培養した後、細胞と共に1.5h培養した。289WP-FAM、Cy5-Rani群は289WP-FAMを細胞と共に1.5h培養して捨て、Cy5-Raniを引き続き細胞と共に1.5h培養した。289WP-FAM+Cy5-Rani群は両者を混合した後、直ちに細胞と共に1.5h培養)後、フローサイトメトリーを行った(FAM、Ex 488nm/Em 520nm;Cy5、Ex 638nm/Em 660nm)。また、One-Way ANOVA検定を用いて有意性分析を行い、Tukey’s検定で補正した(n=3,nsp>0.05,*p<0.05,***p<0.001)。
結果は次の通りであった。ポリペプチド(289WP-FAM)の細胞摂取に関して、HCEC細胞においては各群の細胞平均蛍光強度値には有意差がない。ARPE-19細胞においては、289WP-FAM細胞摂取について組成物溶液群の平均蛍光強度は遊離ポリペプチドの9/10であり、その他の群は遊離ポリペプチドと有意差がない。これは、ポリペプチドを単独で投与、または抗体と組み合わせて投与した場合、2種類の細胞におけるポリペプチド289WP-FAMの摂取は大きな変化が生じず、抗体はポリペプチドの細胞摂取に対してほぼ影響がないということを示している。一方、遊離抗体との比較においては、組成物溶液群(289W-FAM/Cy5-Rani)、段階的摂取群(289WP-FAM、Cy5-Rani)、新鮮混合群(289WP-FAM+Cy5-Rani)のHCEC細胞における摂取平均蛍光強度はそれぞれ23.2倍、12.6倍、21.3倍である(p<0.001)。ARPE-19細胞においては、混合溶液群、段階的摂取群、新鮮混合群の平均蛍光強度値はそれぞれ遊離抗体の7.4倍、5.3倍、6.2倍である(p<0.001)。これは、ポリペプチドと抗体の同時投与、あるいは先にポリペプチドで細胞を処理してからの抗体投与はいずれも抗体細胞の摂取効果を大幅に改善できる(p<0.001)が、同時投与のほうが段階的投与より優れる(p<0.001)ということを示している。
実施例9.ポリペプチド/ラニビズマブ組成物の細胞エンドサイトーシスのメカニズム
異なる温度またはエンドサイトーシス抑制剤添加の条件下で、フローサイトメトリー法を用いてポリペプチド289WPとラニビズマブ組成物の細胞エンドサイトーシスのメカニズムを考察した。結果は図11の通りである。
異なる温度またはエンドサイトーシス抑制剤添加の条件下で、フローサイトメトリー法を用いてポリペプチド289WPとラニビズマブ組成物の細胞エンドサイトーシスのメカニズムを考察した。結果は図11の通りである。
図11はポリペプチド/ラニビズマブ組成物の細胞摂取メカニズムである。ここでAとBはそれぞれ、組成物中のポリペプチドとラニビズマブのHCEC細胞、ARPE-19細胞への摂取に対して温度とエンドサイトーシス抑制剤の影響を示している。非抑制条件下での289WP-FAMまたは組成物(Mixture)におけるCy5-Raniの摂取量を対照とした(100%)。One-Way ANOVAにより有意差を分析し、Dunnett’s検定で補正を行った(試料数3、nsp>0.05,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001)。
結果は次の通りであった。組成物中の289WP-FAMの細胞摂取に関し、対照群(289WP-FAM、細胞摂取率は100%)との比較において、HCEC細胞において、4℃または抑制剤としてのクロルプロマジン、高浸透蔗糖、Dynasore(動力蛋白(dynein)を抑制するGTP酵素活性)を添加した条件下で289WP-FAM細胞摂取の降下幅は明らかであり、細胞摂取率はそれぞれ23.3%、53.2%、54.4%、49.4%だった。ARPE-19においても類似した結果となり、細胞摂取率はそれぞれ34.3%、55.8%、70.1%、47.8%だった。これは、この2種類の細胞において、289WPは主にエネルギー依存とクラスリン(clathrin)によるエンドサイトーシス経路とを通じて細胞に入るということを示している。ラニビズマブの細胞摂取に関してはHCEC細胞で、対照群(Mixture、細胞摂取率は100%)との比較において、4℃または抑制剤としてのクロロプロピラジン、高浸透蔗糖、Dynasoreを添加した条件下でCy5-Rani細胞摂取率が顕著に低下し、細胞摂取率はそれぞれ40.6%、37.8%、35.2%、24.4%だった。ARPE-19細胞でも類似した結果となり、細胞摂取率はそれぞれ79.6%、63.0%、75.7%、31.4%であった。
実施例10.ポリペプチドによるナノ抗体の非侵襲式眼内送達
まず、ナノ抗体に対して蛍光標識を行った。1mgの脱塩ナノ抗体(等電点9.6、分子量13kD)を600μLの炭酸緩衝液(10mM、pH9.0)に溶解し、4℃で予冷した後、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)溶液(0.53mgのFITCを53μLのDMSOに溶解)を滴下し、4℃で24h反応させ、反応終了後4℃で透析(MWCO 2kD)して過剰なFITCと無機塩を除去し、凍結乾燥して、FITCで標識されたナノ抗体を得た。
まず、ナノ抗体に対して蛍光標識を行った。1mgの脱塩ナノ抗体(等電点9.6、分子量13kD)を600μLの炭酸緩衝液(10mM、pH9.0)に溶解し、4℃で予冷した後、フルオレセインイソチオシアネート(FITC)溶液(0.53mgのFITCを53μLのDMSOに溶解)を滴下し、4℃で24h反応させ、反応終了後4℃で透析(MWCO 2kD)して過剰なFITCと無機塩を除去し、凍結乾燥して、FITCで標識されたナノ抗体を得た。
その後、以下の方法でポリペプチド/ナノ抗体組成物のマウス眼内における分布を検討した。FITCで標識されたナノ抗体1.0mgを精密秤量し、120μLの生理食塩水に溶解し、60μLを取り出して0.5mgの膜透過ペプチド89WPと混和し、4℃で24h放置した後にポリペプチド/ナノ抗体組成物として使用した。残りの60μLは遊離ナノ抗体点眼液とした。
続いてマウスの右眼に対し5min毎に5μL、計3回を投与した。ここで、遊離ナノ抗体(Nb)溶液のFITCで標識されたナノ抗体(緑色)の含有濃度は8.33μg/μL、ポリペプチド/ナノ抗体混合溶液のポリペプチド89WPの濃度とFITCで標識されたナノ抗体の濃度はいずれも8.33μg/μLとした。最後の投与終了の1時間後にマウスを殺処分し、40mLの生理食塩水を心臓灌流して、眼球を摘出し、生理食塩水で洗浄し、FAS眼球固定液内で24h固定し、15%、30%蔗糖溶液の勾配脱水を行い、眼球断面凍結切片を作成し、DAPI染色し、レーザ共焦点顕微鏡下で蛍光信号分布を観察した。
点眼後のナノ抗体の各眼組織における分布の半定量分析の結果は以下の通りである。表6、7、8は点眼投与後のナノ抗体のマウス角膜、角強膜輪部、網膜部位における分布量の比較である。
表6は点眼後のナノ抗体の眼角膜分布である。遊離抗体点眼群とポリペプチド/ナノ抗体溶液点眼群の投与量はいずれも125μg蛍光標識ナノ抗体/眼とした。ImageJソフトウェアを用いて角膜領域の平均緑色蛍光強度値(FITCで標識されたナノ抗体は緑色蛍光を呈する)を計算した結果、遊離ナノ抗体との比較において、89WP/ナノ抗体組成物を点眼投与することで、角膜部位におけるナノ抗体の分布量が3.1倍増加したことが示されている。
表7は点眼後のナノ抗体の角強膜輪部分布である。遊離抗体点眼群とポリペプチド/ナノ抗体溶液点眼群の投与量はいずれも、125μg蛍光で標識されたナノ抗体/眼とした。ImageJソフトウェアを用いて角強膜輪部領域の平均緑色蛍光強度値(FITCで標識されたナノ抗体は緑色蛍光を呈する)を計算した結果、遊離ナノ抗体との比較において、89WP/ナノ抗体組成物を点眼投与することで、角強膜輪部部位におけるナノ抗体の分布量が3.5倍増加したことが示されている。
表8は点眼後ナノ抗体の網膜分布である。遊離抗体点眼群とポリペプチド/ナノ抗体溶液点眼群の投与量はいずれも、125μg蛍光で標記されたナノ抗体/眼とした。ImageJソフトウェアを用いて網膜領域の平均緑色蛍光強度値(FITCで標識されたナノ抗体は緑色蛍光を呈する)を計算した結果、遊離ナノ抗体との比較において、89WP/ナノ抗体組成物を点眼投与することにより、網膜部位におけるナノ抗体の分布量が4.1倍増加したことが示されている。
上述した眼組織の緑色蛍光信号を半定量分析した結果、点眼投与の1h後に、角膜、角強膜輪部に隣接した網膜、眼底網膜領域において、ポリペプチド/ナノ抗体溶液点眼群の緑色蛍光信号強度はいずれも遊離抗体点眼群より顕著に強く(p<0.01)、ナノ抗体溶液にポリペプチド89WPを加えることにより点眼投与後のナノ抗体の眼内吸収が顕著に増加することが示された。特に眼底網膜分布において顕著に増加している。
実施例11.ポリペプチド/ラニビズマブ組成物点眼投与後のウサギ眼内での分布
まず、ポリペプチド/ラニビズマブ(Rani)溶液を調製した。一定量の市販ラニビズマブ注射液(10mg/mL)を採取し、市販品溶媒を用いて等体積で5mg/mLまでに希釈し、得た溶液で4.0mg/mLまでR8を溶解してR8/Rani混合溶液を得るか、または89WPを7.4mg/mLまで溶解して89WP/Rani混合溶液を得て、4℃で保存して実験用とした。使用前に少なくとも4℃で24h培養し、室温で1h静置した。
まず、ポリペプチド/ラニビズマブ(Rani)溶液を調製した。一定量の市販ラニビズマブ注射液(10mg/mL)を採取し、市販品溶媒を用いて等体積で5mg/mLまでに希釈し、得た溶液で4.0mg/mLまでR8を溶解してR8/Rani混合溶液を得るか、または89WPを7.4mg/mLまで溶解して89WP/Rani混合溶液を得て、4℃で保存して実験用とした。使用前に少なくとも4℃で24h培養し、室温で1h静置した。
市販のラニビズマブ注射液溶媒の処方組成は、10mMヒスチジン塩酸塩、10% α,α-トレハロース、0.01%ツィン20、pH5.5である。
その後、投与及び組織試料採取案を確定した。
1kg程の健康な雄ウサギを選択し、実験前に眼科検査を行い眼が正常であることを確認した。実験過程は実験動物倫理規範に従った。ウサギの各眼にラニビズマブ150μg/眼を含んだ薬液30μLを点眼し、投与後1hで組織試料を採取した。
採取時にはウサギを安楽死処分し、直ちに心臓から1mL程度を採血し、それを1.5mL抗凝固管に加え、4℃、2500gで15min遠心分離し、上澄み液を採取し、-20℃で保存して実験用とした。また、房水とガラス体をそれぞれEP管内へ採取し、-20℃で保存して実験用とした。さらに網膜組織を分離し、4℃、2500gで10min遠心分離し、上澄み液を捨てて10mM PBSで2回洗浄し、秤量し、総蛋白抽出キットを用いて組織総蛋白を10mM PBS内に抽出し、-20℃で保存して実験用とした。
次のステップに基づいてELISA検出方法を確立した。
1)抗原コーティング:コーティング液(0.05M炭酸塩緩衝液、pH9.6)を用いてhVEGF-A165を1μg/mLに希釈し、希釈した抗原コーティング液を酵素標識プレートの各孔に100μL加え、プレートを閉じた後、4℃でコーティングして一晩置く。
2)プレート洗浄:抗原コーティング液を捨て、洗浄液(0.02Mリン酸塩緩衝液、pH7.4、0.05%ツィン20を含む)ですべての孔を充填し、30s静置した後、倒置乾燥する。これを6回繰り返す。
3)密封:酵素標識プレートの各ウェルに250μLの密封液を加え、4℃で一晩培養する。
4)密封液を捨てる。プレートを洗うステップは同上。
5)一次抗体(ラニビズマブを含有する試料)培養:試料を各100μL採取し、酵素標識プレートの孔に加え、プレートを密封した後、37℃で1h培養する。
6)一次抗体溶液を捨てる。プレートを洗うステップは同上。
7)二次抗体培養:各ウェルに希釈倍数1:400のHRP標識二次抗体(F(ab’)2-Goat anti-Human IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody,HRP)100μLを加え、プレートを密封した後37℃で1h培養する。
8)二次抗体溶液を捨てる。プレートを洗うステップは同上。
9)発色:TMB溶液200μLを各ウェルに加え、プレートを密封した後、37℃遮光発色3minを行い、各ウェルに終止液(2M硫酸溶液)50μLを加える。
10)検出:終了後10min以内にマイクロプレートリーダーで各ウェルのOD450nm値を測定し、試料濃度を横軸、OD450nm値を縦軸として標準曲線を作り、これに基づいて各試料のラニビズマブ含有濃度を計算する。
その後、ラニビズマブの組織濃度を測定した。コーティングした抗原(hVEGF-A165)ELISAプレートと抽出組織(血漿、房水、ガラス体、網膜総蛋白質抽出液)を準備し、上記ステップ5)~ステップ10)を繰り返しながら試料随行検出標準曲線を作成し、ラニビズマブ組織濃度を計算した。
ELISA法によって検出したラニビズマブの組織濃度検出結果は以下の通りである。試料濃度を吸光度値に対して標準曲線を作成する。所定の濃度範囲内(5~120ng/mL)において、ELISAによって検出されたOD450nm値は試料濃度との線形関係がよく(R2>0.98)、当該濃度範囲内でELISA法によってラニビズマブ濃度を検出する方法は実行可能である。
ラニビズマブの眼組織における分布は以下の通りである。点眼投与の1h後、ウサギ眼の各組織のラニビズマブ濃度は図12の通りだった。
図12は点眼投与の1h後のウサギ体内の各組織(血漿、房水、ガラス体、網膜)のラニビズマブ濃度であり、影をつけた部分が文献に記載のラニビズマブ半数有効濃度(EC50)である。One-Way ANOVAにより有意差を分析し、Tukey’s検定を用いて補正を行った(nsp>0.05,*p<0.05,**p<0.01、Rani群と比較)。
結果は次の通りであった。遊離ラニビズマブ点眼群(Rani)に関して、投与1h後にウサギの眼房水、ガラス体、網膜における薬剤濃度はほぼ測定できず、文献に記載のラニビズマブ半数有効濃度(EC50)よりはるかに低かった。R8/Rani溶液群に関しては、点眼投与を経ても房水内では有効治療濃度に達しなかったが、ガラス体で有効治療濃度下限に達し、網膜組織においては有効治療濃度に達しており、遊離ラニビズマブ群より優れていた(p=0.0377)。89W/Rani複合物群に関しては、点眼投与を経ても房水では有効治療濃度に達しなかったが、ガラス体と網膜組織で有効治療濃度に達しており、遊離ラニビズマブ群より顕著に優れていた(p=0.0025)。
実施例12.ポリペプチド/ラニビズマブ組成物点眼投与後のウサギ体内の薬物動態
まず、点眼液を調製した。ポリペプチド/ラニビズマブ組成物を作成し、一定量の市販ラニビズマブ注射剤(10mg/mL)を採取し、市販品溶剤を用いて等体積で5mg/mLに希釈し、得た溶液で29WPを2.48mg/mLまで溶解して組成物29WP/Raniを得るか、または289WPを2.54mg/mLまで溶解して組成物289WP/Raniを得て、4℃で保存して実験用とした。使用前に少なくとも4℃で24h培養し、室温で1h静置した。
まず、点眼液を調製した。ポリペプチド/ラニビズマブ組成物を作成し、一定量の市販ラニビズマブ注射剤(10mg/mL)を採取し、市販品溶剤を用いて等体積で5mg/mLに希釈し、得た溶液で29WPを2.48mg/mLまで溶解して組成物29WP/Raniを得るか、または289WPを2.54mg/mLまで溶解して組成物289WP/Raniを得て、4℃で保存して実験用とした。使用前に少なくとも4℃で24h培養し、室温で1h静置した。
その後、投与及び試料採取案を確定した。1kg程の健康な雄ウサギを選択し、実験前に眼科検査を行い眼が正常であることを確認した。実験過程は実験動物倫理規範に従った。ウサギの各眼にラニビズマブ150μg/眼を含んだ異なる組成物溶液30μLを点眼し、投与後1h、4h、8h、12h、24hにそれぞれ眼組織試料を採取した。
次に、ラニビズマブの組織濃度を測定した。コーティングした抗原(hVEGF-A165)ELISAプレートと抽出組織(血漿、房水、ガラス体、網膜総蛋白質抽出液)を準備し、実施例11に記載のELISA検出確立方法のステップ5)~ステップ10)を繰り返しながら試料随行検出標準曲線を作成し、ラニビズマブ組織濃度を計算した。
結果は以下の通りである。所定の濃度範囲内(5~120ng/mL)において、ELISAによって検出されたOD450nm値はラニビズマブ試料濃度との線形関係がよく(R2>0.98)、当該濃度範囲内でELISA法によりラニビズマブ濃度を検出する方法は実行可能である。
ポリペプチド/ラニビズマブ組成物の点眼後のウサギ体内の薬物動態行為に関し、ELISA法を用いて点眼投与後にポリペプチドによるラニビズマブのウサギ体内の各組織分布を測定した。結果は図13、表9の通りである。
図13は点眼投与後にポリペプチド/ラニビズマブ組成物のウサギ体内の濃度分布変化である。投与量は以下の通りである。289WP/Rani組成物群は289WP 76.2μg/眼、ラニビズマブ150μg/眼を含む。29WP/Rani組成物群は29WP 74.4μg/眼、ラニビズマブ150μg/眼を含む。Rani群はラニビズマブ150μg/眼を含む。投与後1h、4h、8h、12h、24hのラニビズマブ組織濃度を測定した。影をつけた部分が文献に記載のラニビズマブ半数有効濃度(EC50)である。One-Way ANOVAにより有意差を分析し、Tukey’s検定を用いて補正を行った(nsp>0.05,*p<0.05,**p<0.01、Rani群と比較)。
結果は次の通りであった。薬剤は眼表を通じて滴下した後に全身吸収する可能性があることから、血漿中のラニビズマブ濃度でラニビズマブ全身分布行為を表す。投与の1h後、289WP/Rani組成物群のラニビズマブ血漿濃度は17.2±1.4ng/mL、29WP/Rani組成物群は21.7±9.2ng/mLとなり、文献に記載のラニビズマブの半数有効濃度(EC50)に達した。一方、Rani群は点眼投与の1h後に血液中でラニビズマブが検出されず、投与の4h後に289WP/Rani組成物群と29WP/Rani組成物群の血漿濃度がそれぞれ0.9±0.9ng/mL、14.0±5.0ng/mLに低下し、投与の8h後に各群のラニビズマブ血漿濃度はほぼ0になった。これは、点眼投与後、ポリペプチドによってラニビズマブには一定の全身吸収が生じたが、投与の4h後にラニビズマブの血漿濃度は大幅に低下し、8h後にほぼ除去完了したということが示されている。房水中のラニビズマブ含有量に関して、投与の1h後と4h後に、289WP/Rani組成物群と29WP/Rani組成物群のラニビズマブ濃度は文献に記載のラニビズマブ半数有効濃度(EC50)の範囲内(9.0~28.8ng/mL)であり、前者がやや高かった。一方、Rani群は投与1h後に房水中のラニビズマブ濃度が1.7ng/mLに過ぎず、ラニビズマブは単独点眼後房水内で有効治療濃度に達することが困難であることが示された。ガラス体内のラニビズマブ濃度に関しては、289WP/Rani組成物群のみが点眼1h後に文献記載のラニビズマブ半数有効濃度(EC50)(27.0±7.8ng/mL)に達した。網膜におけるラニビズマブ濃度は抗体の病巣部位への分布を表す。投与の1h後、4h後、8h後に、289WP/Rani組成物群のラニビズマブ網膜濃度はそれぞれ107.1±55.4ng/g、63.4±43.6ng/g、21.9±4.4ng/g、平均値はそれぞれ遊離抗体群の20.6、12.2、4.2倍(p<0.05)であり、文献に記載のラニビズマブ半数有効濃度(EC50)の範囲内か、またはこれより高かった。これは、一回の点眼投与から8h後までの間、289WP/Rani組成物は網膜中のラニビズマブを有効濃度範囲内に維持させることができ、29WP/Rani組成物は点眼投与の1hから8hまでの間、網膜濃度が13.7-35.8ng/gであり、文献に記載のラニビズマブの半数有効濃度(EC50)にも達するが、濃度が低く持続時間も短い。これは、29WPのラニビズマブ眼内送達効果が289WPに及ばないということが示されている。なお、ポリペプチド/ラニビズマブ組成物の点眼投与後、ラニビズマブ網膜濃度>ガラス体または房水内の濃度となることを考慮すると、ポリペプチドによってラニビズマブが網膜に到達するにあたっては、結膜→強膜→脈絡膜→網膜という経路を通じて吸収されている可能性があると思われる。
実施例13.ポリペプチド/アフリベルセプト組成物点眼投与後のウサギ体内の薬物動態
まず、点眼液を調製した。ポリペプチド/アフリベルセプト組成物を作成し、市販のアフリベルセプト注射液溶媒を用いてアフリベルセプト(40mg/mL)を20mg/mLまで希釈し、この溶液を用いてポリペプチド289WPを6.16mg/mLまで溶解し、4℃で保存して実験用とした。使用前に少なくとも4℃で24h培養し、室温で1h静置した。
まず、点眼液を調製した。ポリペプチド/アフリベルセプト組成物を作成し、市販のアフリベルセプト注射液溶媒を用いてアフリベルセプト(40mg/mL)を20mg/mLまで希釈し、この溶液を用いてポリペプチド289WPを6.16mg/mLまで溶解し、4℃で保存して実験用とした。使用前に少なくとも4℃で24h培養し、室温で1h静置した。
市販のアフリベルセプト注射液溶媒の処方組成は、10mMリン酸塩緩衝液、40mM塩化ナトリウム、0.03%ツィン20、5%蔗糖、pH6.2である。
次に、投与及び試料採取案を確定した。1kg程の健康な雄ウサギを選択し、実験前に眼科検査を行い眼が正常であることを確認した。実験過程は実験動物倫理規範に従った。ウサギの各眼にアフリベルセプト600μg/眼を含んだ異なる組成物溶液30μLを点眼し、投与後1hで眼組織試料を採取した。
その後、アフリベルセプトの組織濃度を測定した。コーティングした抗原(hVEGF-A165)ELISAプレートと抽出組織(血漿、房水、ガラス体、網膜総蛋白質抽出液)を準備し、実施例11に記載のELISA検出確立方法のステップ5)~ステップ10)を繰り返しながら試料随行検査曲線を作成し、アフリベルセプト組織濃度を計算した。
結果は以下の通りである。所定の濃度範囲(0-156.25ng/mL)において、ELISAによって検出されたOD450nm値はアフリベルセプト試料濃度との線形関係がよく(R2>0.98)、当該濃度範囲でELISA法によりアアフリベルセプト濃度を検出する方法は実行可能である。
よってELISA法を用い、点眼投与後にポリペプチドによるアフリベルセプトのウサギ体内の各組織分布を測定した。結果は図14の通りである。
図14は、点眼投与後におけるポリペプチド/アフリベルセプト溶液のウサギ体内の濃度分布である。投与量は以下の通りである。Afli群はアフリベルセプト600μg/眼を含み、289WP/Afli組成物群は289WP 184.8μg/眼、アフリベルセプト600μg/眼を含む。投与1h後のアフリベルセプト組織濃度を測定した。One-Wayアンペアt検定により有意差(nsp>0.05,*p<0.05)について分析した。
結果は次の通りであった。投与1h後、遊離アフリベルセプト群と289WP/Afli組成物群の血漿からはアフリベルセプトを検出できなかった。Afli群との比較において、289WP/Afli組成物は点眼後、房水(p<0.05)とガラス体におけるアフリベルセプト濃度がやや高く、網膜濃度は237.6±162.2ng/gに達し、Afli群より顕著に高い(p<0.05)。これは、ポリペプチド289WPがアフリベルセプトの眼部吸収を顕著に改善できることが示されている。ポリペプチド/ラニビズマブ点眼液と同様に、アフリベルセプトも結膜→強膜→脈絡膜→網膜という経路で吸収される可能性がある。
上記実験により、生理pH条件下で正電荷を有する薬剤のみを使用する場合との比較において、前記組成物は細胞摂取を顕著に増加させるということが証明された。本発明の組成物によれば、前記生理pH条件下で正電荷を有する薬剤を眼部の吸収障壁を効率的に透過させ、薬剤の眼内への進入と眼後段への到達を促進し、さらには生理pH条件下で正電荷を有する薬剤の眼部生物利用度を高め、生理pH条件下で正電荷を有する薬剤の細胞摂取を顕著に促進することができる。
Claims (19)
- 眼部疾病治療用組成物であって、当該組成物は、
(i)生理pH条件下で正電荷を有する薬剤と、
(ii)野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と
を含み、
前記野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体は下記アミノ酸配列を有し、
RX1IKIWFX2X3RRMKWKK
ただし、X1、X2とX3は疎水性アミノ酸を表し、天然由来のアミノ酸であるアラニン(alanine,A)、バリン(valine,V)、ロイシン(leucine,L)、イソロイシン(isoleucine,I)、プロリン(proline,P)、フェニルアラニン(phenylalanine,F)、トリプトファン(tryptophan,W)、メチオニン(methionine,M)、非天然由来のアミノ酸であるα-アミノ酪酸(α-aminobutyric acid)、α-アミノ吉草酸(α-aminopentanoic acid)、α-アミノカプロン酸(α-aminohexanoic acid)、α-アミノヘプタン酸(α-aminoheptanoic acid)、およびそれらの組み合せから選択する
眼部疾病治療用組成物。 - 前記組成物は溶液または懸濁液である請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。
- X1、X2とX3が疎水性アミノ酸を表し、X1、X2とX3のうち少なくとも2つは、天然由来のアミノ酸であるアラニン(alanine,A)、バリン(valine,V)、ロイシン(leucine,L)、イソロイシン(lisoleucine,I)、プロリン(proline,P)、フェニルアラニン(phenylalanine,F)、トリプトファン(tryptophan,W)、メチオニン(methionine,M)、非天然由来のアミノ酸であるα-アミノ酪酸(α-aminobutyric acid)、α-アミノ吉草酸(α-aminopentanoic acid)、α-アミノカプロン酸(α-aminohexanoic acid)、α-アミノヘプタン酸(α-aminoheptanoic acid)、およびそれらの組み合せから選択する
ことを特徴とする請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。 - X1、X2またはX3はトリプトファン(tryptophan,W)であることを特徴とする請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。
- X1、X2またはX3のうち少なくとも2つはトリプトファン(tryptophan,W)であることを特徴とする請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。
- 前記野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体のアミノ酸配列は、
RWIKIWFQNRRMKWKK
RQIKIWFWNRRMKWKK
RQIKIWFQWRRMKWKK
RWIKIWFWNRRMKWKK
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であることを特徴とする請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。 - 前記野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体のアミノ酸配列は、
RWIKIWFWNRRMKWKKK
RWIKIWFQWRRMKWKKK
RQIKIWFWWRRMKWKKK
RWIKIWFWWRRMKWKK
であることを特徴とする請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。 - 前記薬剤は、ポリペプチドまたは蛋白質類薬剤である請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。
- 前記薬剤は、ナノ抗体(Nanobody)、ラニビズマブ(Ranibizumab)、アフリベルセプト(Aflibercept)、オクリプラスミン(Ocriplasmin)、ベバシズマブ(Bevacizumab)、アダリムマブ(Adalimumab)、アテゾリズマブ(Atezolizumab)、ベリムマブ(Belimumab)、セツキシマブ(Cetuximab)、ダロツズマブ(Dalotuzumab)、デノスマブ(Denosumab)、エロツズマブ(Elotuzumab)、インフリキシマブ(Infliximab)、イピリムマブ(Ipilimumab)、イキセキズマブ(Ixekizumab)、ナタリズマブ(Natalizumab)、NISTモノクローナル抗体(NISTmab)、ニボルマブ(Nivolumab)、オビヌツズマブ(Obinutuzumab)、オファツムマブ(Ofatumumab)、パリビズマブ(Palivizumab)、ペンブロリズマブ(Pembrolizumab)、ペルツズマブ(Pertuzumab)、ラムシルマブ(Ramucirumab)、リツキシマブ(Rituximab)、トラスツズマブ(Trastuzumab)、エンドスタチン(Endostatin)から選択される1つまたは複数である請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。
- 前記薬剤は、ナノ抗体、ラニビズマブ、アフリベルセプト、オクリプラスミン、ベバシズマブ、セツキシマブから選択される1つまたは複数である請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。
- 前記薬剤は、ラニビズマブ、アフリベルセプト、ベバシズマブから選択される1つまたは複数である請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。
- 前記ナノ抗体は、カプラシズマブ(Caplacizumab)、オゾラリズマブ(Ozoralizumab)、ボルバリビズマブ(Vobarilizumab)から選択される1つまたは複数である請求項9に記載の眼部疾病治療用組成物。
- 野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と前記薬剤の比率はモル比で0.1:1~50:1である請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。
- 野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と前記薬剤の比率はモル比で0.5:1~35:1である請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。
- 野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と前記薬剤の比率はモル比で1:1~20:1である請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。
- 野生型膜透過ペプチドpenetratinの誘導体と前記薬剤の比率はモル比で3:1~15:1である請求項1に記載の眼部疾病治療用組成物。
- 必要な被験者のために眼部疾病を治療する方法であって、治療有効量の請求項1~16のいずれか1項に記載の眼部疾病治療用組成物を使用することを含む眼部疾病の治療方法。
- 治療有効量の請求項1~16のいずれか1項に記載の組成物を患者に点眼投与することを含む請求項17に記載の方法。
- 眼部疾病治療用薬剤を調製するための、請求項1~16のいずれか1項に記載の組成物の使用。
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