JP2024500515A - 脂質ナノ粒子を含む癌の予防または治療用組成物 - Google Patents
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Abstract
本発明は、脂質ナノ粒子を含む癌の予防または治療用組成物に関し、一例による薬学組成物は、生体親和性に優れ、高効率に遺伝子治療剤などを伝達できるので、癌の予防または治療効果に優れ、抗がん剤および/または放射線治療と併用時にも癌の予防または治療効果に優れる。
Description
本発明は、脂質ナノ粒子を含む癌の予防または治療用組成物に関する。
医薬製剤産業にあたり、薬の副作用を減らし、効能および効果を極大化させて必要な量の薬物を効率的に伝達できるように設計した薬物送達システム(DDS;Drug Delivery System)は、新薬開発に釣り合う経済的利益を創出しながら成功の可能性が大きい高付加価値核心技術であって、薬物投与を効率化することによって患者の治療の質を高めるのにその目的がある。薬物伝達システムの核心技術の一つである薬物吸収促進技術に属する難溶性薬物の可溶化技術は、新薬物質の開発費用を減らすことができると同時に、現在販売されている医薬品の付加価値を高めることができる最も合理的な方法であると考えられる。特に、我が国のような新薬開発条件が劣悪な状況で薬物の可溶化技術の開発による改良新薬の開発は、少ない費用で莫大な付加価値を創出できる分野である。
遺伝子薬物伝達システムを利用した遺伝子治療法は、遺伝的結合を修正し多くの病気を治療するにあたって大きな希望となる。このような遺伝子治療法を成功的かつ安全に行うにあたり、効果的な遺伝子伝達が主な課題の一つであり、ウイルス伝達体が遺伝子伝達に効果的であることが証明された。しかし、免疫原性(immunogenicity)、注入されたDNAサイズの限界および大量生産の困難さなどいくつかの欠点によって遺伝子伝達システムとしてウイルス利用が制限されている。陽イオン性リポソームおよび重合体などの非-ウイルス性遺伝子担体がウイルス性システムの代替手段として注目を浴び始めた。
改善された安定性プロファイルおよび重合体伝達体の製造と操作の容易性が効果的かつ安全な遺伝子伝達用非毒性および生分解性重合体担体のデザインおよび合成に対する研究を触発した。ポリ(L-リシン)、ポリエチレンイミン(polyethylenimine)、スターバースト(starburst)、ポリアミドアミン(polyamidoamine)デンドリマー、および陽イオン性リポソームなどが自発的に自己組立が可能であり、プラスミドDNA(pDNA)をエンドサイトーシスにより細胞内に侵入するのに十分に小さい構造で圧縮できるため、非-ウイルス性遺伝子伝達体として幅広く研究されてきた。
Antisense RNA、siRNAなどの核酸は、生体内で特定タンパク質の発現を抑制できる物質であって、癌、遺伝病、感染症、自己免疫疾患などの治療に重要なツールとして脚光を浴びている(Novina and Sharp,Nature,430,161-164,2004)。しかし、siRNAなどの核酸は細胞内に直接伝達が難しく、血液中に酵素によって容易に分解されるので、これを克服するための多くの研究が進められている。現在までに核酸を細胞内に運ぶ方法として、正電荷脂質または重合体と混合して運ぶ方法(それぞれ脂質-DNAの複合体(lipoplex)およびポリマー-DNAの複合体(polyplex)と称する)が主に用いられている(Hirkoなど、Curr.Med.Chem.,10,1185-1193,2003;Merdanなど、Adv.Drug.Deliv.Rev.,54,715-758,2002;Spagnouなど、Biochemistry,43,13348-13356,2004)。脂質-DNAの複合体は、核酸と結合して細胞内に核酸をうまく伝達して細胞レベルで多く使用されているが、生体内では局部的に注射の際、多くの場合体内に炎症を誘発させ(FilonandおよびPhillips、Biochim.Biophys.Acta,1329,345-356,1997)、血管内注射の際、主に1次通過器官である肺、肝臓、脾臓などの組織に蓄積する短所がある(Renなど、Gene Therapy,7,764-768,2000)。
また、このような非-ウイルス性伝達体は、トランスフェクション効率が低いという問題がある。トランスフェクション効率を高めるために多くの努力を注いできたが、これは、依然として安定していると考えられるシステムとは距離が遠い。また、非-ウイルス性遺伝子伝達体担体は、劣悪な生体適合性および非-生分解性により顕著に高い細胞毒性を示す。
このような技術的背景下で、抗がん剤を目的とする器官または細胞に効率的に伝達することができ、抗癌効果に優れたナノ粒子の開発が必要であるのが実情である。
本発明の目的は、(1)6員ヘテロ環アミンおよびアルキル-エポキシドが結合したイオン化可能な脂質(ionizable lipid);リン脂質;コレステロール;および脂質-PEG(polyethyleneglycol)複合体を含む脂質ナノ粒子、および
(2)第1抗がん剤を含み、
前記第1抗がん剤は、陰イオン性薬物、核酸、またはその組み合わせである、癌の予防または治療用薬学組成物を提供することである。
(2)第1抗がん剤を含み、
前記第1抗がん剤は、陰イオン性薬物、核酸、またはその組み合わせである、癌の予防または治療用薬学組成物を提供することである。
本発明の他の目的は、前記薬学組成物を含む放射線治療に併用するための癌治療用薬学組成物を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、前記薬学組成物および第2抗がん剤をさらに含む、抗がん剤併用投与用薬学組成物を提供することである。
上記の目的を達成するための一態様は、
(1)6員ヘテロ環アミンおよびアルキル-エポキシドが結合したイオン化可能な脂質(ionizable lipid);リン脂質;コレステロール;および脂質-PEG(polyethyleneglycol)複合体を含む脂質ナノ粒子、および
(2)第1抗がん剤を含み、
前記第1抗がん剤は、陰イオン性薬物、核酸、またはその組み合わせである、癌の予防または治療用薬学組成物を提供する。
(1)6員ヘテロ環アミンおよびアルキル-エポキシドが結合したイオン化可能な脂質(ionizable lipid);リン脂質;コレステロール;および脂質-PEG(polyethyleneglycol)複合体を含む脂質ナノ粒子、および
(2)第1抗がん剤を含み、
前記第1抗がん剤は、陰イオン性薬物、核酸、またはその組み合わせである、癌の予防または治療用薬学組成物を提供する。
前記薬学組成物に含まれる前記脂質ナノ粒子は生体親和性に優れ、高効率に抗がん剤(例えば、遺伝子治療剤)などを伝達できるため、脂質ナノ粒子媒介遺伝子治療および画像診断技術などの関連技術分野で有用に使用することができる。
本明細書において、「イオン化可能な脂質(ionizable lipid)」または「脂質類似体(lipidoid)」は、容易にプロトン化できるアミン-含有脂質を意味し、例えば、周辺のpHにより電荷状態が変わる脂質である。前記イオン化可能な脂質は、6員ヘテロ環アミンおよびアルキル-エポキシドが結合したものであり得る。具体的には、前記イオン化可能な脂質は、6員ヘテロ環アミンおよびアルキル-エポキシドが反応して生成される脂質と類似した特性を有する化合物であり、より具体的には、6員ヘテロ環アミンをアルキル-エポキシドと反応させてエポキシドの開環反応(ring opening reaction)によって生成される化合物であり得る。
一例として、前記イオン化可能な脂質は、6員ヘテロ環アミンおよびアルキル-エポキシドを1:n(n=6員ヘテロ環アミンに含まれている第1級アミンの個数×2+第2級アミンの個数×1)のモル比で反応させて結合したものであり得る。一実施形態によれば、1,4-ビス(3-アミノプロピル)ピペラジン(1,4-bis(3-aminopropyl)piperazine)および1,2-エポキシドデカンを1:4のモル比で混合して700~800rpm、85~95℃の条件で2~4日間反応させて製造したものであり得る。
前記イオン化可能な脂質は、陽イオン性脂質のpKa未満のpHでプロトン化(正に荷電)され、pKa超過のpHでは実質的に中性である。一例として、前記脂質ナノ粒子は、プロトン化されたイオン化可能な脂質および/または中性を示すイオン化可能な脂質を含み得る。
前記イオン化可能な脂質は、脂質と類似した特性を有するイオン化可能な化合物であって、薬物(例えば、陰イオン性薬物および/または核酸)との静電的相互作用により前記薬物が脂質ナノ粒子内に高効率に封入されるようにする役割を果たす。
前記6員ヘテロ環アミンは、ピペラジン(piperazine)またはピペリジン(piperidine)構造を含むものであり得る。
一例として、前記6員ヘテロ環アミンは、1,4-ビス(3-アミノプロピル)ピペラジン(1,4-bis(3-aminopropyl)piperazine)、N-(3-アミノプロピル)ピペリジン(N-(3-Aminopropyl)piperidine)、(1-メチル-4-ピペリジニル)メタンアミン((1-Methyl-4-piperidinyl)methanamine)、2-(4-メチル-ピペラジン-1-イル)-エチルアミン(2-(4-Methyl-piperazin-1-yl)-ethylamine)、1-(2-アミノエチル)ピペラジン(1-(2-Aminoethyl)piperazine)、および1-(3-アミノプロピル)ピペラジン(1-(3-aminopropyl)piperazine)からなる群より選択される1種以上であり得る。
前記イオン化可能な脂質に含まれるアミンの種類によって、(i)前記脂質ナノ粒子の薬物封入率、(ii)前記脂質ナノ粒子のPDI(polydispersity index)、および/または(iii)前記薬学的組成物の癌組織および/または癌細胞への薬物伝達効率などが異なる。
前記アミンを含むイオン化可能な脂質を含む場合、下記特徴の1種以上を有する:
(1)高効率に前記脂質ナノ粒子に薬物を封入;
(2)製造された脂質ナノ粒子の大きさが均一(または低いPDI数値を有し);
(3)癌組織および/または癌細胞への薬物伝達効率に優れ;
(4)生体内で長期循環(long circulation)が可能であり;および/または
(5)癌の予防および/または治療効果に優れる。
(1)高効率に前記脂質ナノ粒子に薬物を封入;
(2)製造された脂質ナノ粒子の大きさが均一(または低いPDI数値を有し);
(3)癌組織および/または癌細胞への薬物伝達効率に優れ;
(4)生体内で長期循環(long circulation)が可能であり;および/または
(5)癌の予防および/または治療効果に優れる。
一実施形態によれば、1,4-ビス(3-アミノプロピル)ピペラジン(1,4-bis(3-aminopropyl)piperazine;Cas Nos.7209-38-3)を含むイオン化可能な脂質を含む脂質ナノ粒子を含む場合、他の種類のアミンを含むイオン化可能な脂質を含む場合より下記特徴の1種以上を有する:
(1)高効率に前記脂質ナノ粒子に薬物を封入;
(2)製造された脂質ナノ粒子の大きさが均一(または低いPDI数値を有し);
(3)癌組織および/または癌細胞への薬物伝達効率に優れ;
(4)生体内で長期循環(long circulation)が可能であり;および/または
(5)癌の予防および/または治療効果に優れる。
(1)高効率に前記脂質ナノ粒子に薬物を封入;
(2)製造された脂質ナノ粒子の大きさが均一(または低いPDI数値を有し);
(3)癌組織および/または癌細胞への薬物伝達効率に優れ;
(4)生体内で長期循環(long circulation)が可能であり;および/または
(5)癌の予防および/または治療効果に優れる。
前記アルキル-エポキシドは、C6~C14、C6~C12、C6~C10、C8~C14、C8~C12、C8~C10、C10~C14、C10~C12、またはC10の炭素の長さを有し、例えば、C10の1,2-エポキシドデカン(1,2-epoxydodecane)である。イオン化可能な脂質に含まれるアルキル-エポキシドの炭素数を上記の範囲とすることにより脂質ナノ粒子内に封入される薬物に対する高い封入率を示すことができる。
上記化学式2の構造は、一実施形態によるイオン化可能な脂質の構造の一例であって、イオン化可能な脂質の構造は、6員ヘテロ環アミンおよびアルキル-エポキシドの種類によって異なる。
一実施形態によれば、前記化学式2の構造を有するイオン化可能な脂質を含む場合、他の種類のイオン化可能な脂質を含む脂質ナノ粒子の場合より下記特徴の1種以上を有する:
(1)高効率に前記脂質ナノ粒子に薬物を封入;
(2)製造された脂質ナノ粒子の大きさが均一(または低いPDI数値を有し);
(3)癌組織および/または癌細胞への薬物伝達効率に優れ;
(4)生体内で長期循環(long circulation)が可能であり;および/または
(5)癌の予防および/または治療効果に優れる。
(1)高効率に前記脂質ナノ粒子に薬物を封入;
(2)製造された脂質ナノ粒子の大きさが均一(または低いPDI数値を有し);
(3)癌組織および/または癌細胞への薬物伝達効率に優れ;
(4)生体内で長期循環(long circulation)が可能であり;および/または
(5)癌の予防および/または治療効果に優れる。
一実施形態によれば、前記薬学的組成物に含まれる前記脂質ナノ粒子は、pKaが5~8、5.5~7.5、6~7、または6.5~7であり得る。pKaは酸解離定数であって、対象物質の酸の強さを表した指標として一般に使用されているものを指す。前記脂質ナノ粒子のpKa値は、脂質ナノ粒子の生体内安定性および脂質ナノ粒子の薬物放出側面において重要である。一例として、上記範囲のpKa値を示す脂質ナノ粒子は、生体内に安全に癌組織および/または癌細胞に伝達され、癌組織および/または癌細胞に到達してエンドサイトーシス(endocytosis)後に正電荷を示して、エンドソーム(endosome)膜の陰イオン性タンパク質と静電的相互作用により封入された薬物(第1抗がん剤)が放出されるようにすることができる。
前記リン脂質は、脂質ナノ粒子内にイオン化可能な脂質および薬物(第1抗がん剤)が相互作用して形成されたコアを囲んで保護する役割を果たし、ターゲット細胞のリン脂質二重層と結合して薬物の細胞内への伝達時、細胞膜通過およびエンドソーム脱出(endosomal escape)を容易にすることができる。
前記リン脂質は、一実施形態による脂質ナノ粒子の融合を促進できるリン脂質を限定なく用いることができ、例えば、ジオレオイルホスファチジルエタノールアミン(dioleoylphosphatidylethanolamine、DOPE)、ジステアロイルホスファチジルコリン(distearoylphosphatidylcholine、DSPC)、パルミトイルオレオイルホスファチジルコリン(palmitoyloleoylphosphatidylcholine、POPC)、卵ホスファチジルコリン(egg phosphatidylcholine、EPC)、ジオレオイルホスファチジルコリン(dioleoylphosphatidylcholine、DOPC)、ジパルミトイルホスファチジルコリン(dipalmitoylphosphatidylcholine、DPPC)、ジオレオイルホスファチジルグリセロール(dioleoylphosphatidylglycerol、DOPG)、ジパルミトイルホスファチジルグリセロール(dipalmitoylphosphatidylglycerol、DPPG)、ジステアロイルホスファチジルエタノールアミン(distearoylphosphatidylethanolamine、DSPE)、ホスファチジルエタノールアミン(Phosphatidylethanolamine、PE)、ジパルミトイルホスファチジルエタノールアミン(dipalmitoylphosphatidylethanolamine)、1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine、1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine(POPE)、1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine(POPC)、1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-[phospho-L-serine](DOPS)、および1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-[phospho-L-serine]などからなる群より選択される1種以上であり得る。一例として、DOPEを含む脂質ナノ粒子を含む場合、薬物としてmRNA伝達に効果的(mRNAに対する薬物伝達効率に優れ)であり、別の例として、DSPEを含む脂質ナノ粒子を含む場合、薬物としてsiRNA伝達に効果的(siRNAに対する薬物伝達効率に優れ)である。
前記コレステロールは、脂質ナノ粒子内に脂質充填に形態的側面から堅固性を付与し、ナノ粒子のコアおよび表面に分散してナノ粒子の安定性を向上させる役割を果たす。
本明細書において「脂質-PEG(polyethyleneglycol)複合体」、「脂質-PEG」、「PEG-脂質」、「PEG-lipid」、または「lipid-PEG」は、脂質とPEGがコンジュゲートされた形態を指し、一側端部に親水性重合体であるポリエチレングリコール(PEG)重合体が結合した脂質を意味する。前記脂質-PEG複合体は、脂質ナノ粒子内でナノ粒子の血清内粒子安定性に寄与し、ナノ粒子間の凝集を防ぐ役割を果たす。また、脂質-PEG複合体は、核酸の生体内伝達時、分解酵素から核酸を保護して核酸の体内安定性を強化させ、ナノ粒子内封入された薬物の半減期を増加させる。
前記脂質-PEG複合体でPEGは脂質に直接接合されるか、またはリンカーモイエティにより脂質に連結される。PEGを脂質に結合させるために好適な任意のリンカーモイエティを用いることができ、例えば、エステル-非含有リンカーモイエティおよびエステル-含有リンカーモイエティが含まれる。前記エステル-非含有リンカーモイエティは、アミド(-C(O)NH-)、アミノ(-NR-)、カルボニル(-C(O)-)、カルバメート(-NHC(O)O-)、尿素(-NHC(O)NH-)、ジスルフィド(-S-S-)、エーテル(-O-)、スクシニル(-(O)CCH2CH2C(O)-)、スクシンアミジル(-NHC(O)CH2CH2C(O)NH-)、エーテル、ジスルフィドのみならず、これらの組み合わせ(例えば、カルバメートリンカーモイエティおよびアミドリンカーモイエティの両方を含有するリンカー)が挙げられるが、これらに限定されない。前記エステル-含有リンカーモイエティは、例えば、カーボネート(-OC(O)O-)、スクシニル、リン酸エステル(-O-(O)POH-O-)、スルホン酸エステル、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
一例として、前記脂質-PEG複合体の平均分子量は、100~10000ダルトン、200~10000ダルトン、500~10000ダルトン、1000~10000ダルトン、1500~10000ダルトン、2000~10000ダルトン、100~7500ダルトン、200~7500ダルトン、500~7500ダルトン、1000~7500ダルトン、1500~7500ダルトン、2000~7500ダルトン、100~5000ダルトン、200~5000ダルトン、500~5000ダルトン、1000~5000ダルトン、1500~5000ダルトン、2000~5000ダルトン、100~3000ダルトン、200~3000ダルトン、500~3000ダルトン、1000~3000ダルトン、1500~3000ダルトン、2000~3000ダルトン、100~2600ダルトン、200~2600ダルトン、500~2600ダルトン、1000~2600ダルトン、1500~2600ダルトン、2000~2600ダルトン、100~2500ダルトン、~2500ダルトン、500~2500ダルトン、1000~2500ダルトン、1500~2500ダルトン、または2000~2500ダルトンであり得る。
前記脂質-PEG複合体内脂質は、ポリエチレングリコールと結合できる脂質であれば限定なく使用することができ、前記脂質ナノ粒子の他の構成要素であるリン脂質および/またはコレステロールを使用することもできる。具体的には、脂質-PEG複合体内脂質は、セラミド(ceramide)、ジミリストイルグリセロール(dimyristoylglycerol、DMG)、スクシニルジアシルグリセロール(succinoyl-diacylglycerol、s-DAG)、ジステアロイルホスファチジルコリン(distearoylphosphatidylcholine、DSPC)、ジステアロイルホスファチジルエターノルアミン(distearoylphosphatidylethanolamine、DSPE)、またはコレステロールであり得る。
一例として、前記脂質-PEG複合体は、ジアルキルオキシプロピルに結合されたPEG(PEG-DAA)、ジアシルグリセロールに結合されたPEG(PEG-DAG)、ホスファチジルエタノールアミンなどのリン脂質に結合されたPEG(PEG-PE)、セラミドに結合されたPEG(PEG-CER、またはセラミド-PEG複合体)、コレステロールまたはその誘導体に結合されたPEG、PEG-c-DOMG、PEG-DMG、PEG-DLPE、PEG-DMPE、PEG-DPPC、PEG-DSPE、およびこれらの混合物を含むことができ、例えば、C16-PEG2000セラミド、DMG-PEG2000、14:0 PEG2000PEであり得る。
一実施形態によれば、セラミド-PEG複合体を含む脂質ナノ粒子を含む場合、他の種類の脂質-PEG複合体を含む脂質ナノ粒子を含む場合より下記特徴の1種以上を有する:
(1)高効率に前記脂質ナノ粒子に薬物を封入;
(2)製造された脂質ナノ粒子の大きさが均一(または低いPDI数値を有し);
(3)癌組織および/または癌細胞への薬物伝達効率に優れ;
(4)生体内で長期循環(long circulation)が可能であり;および/または
(5)癌の予防および/または治療効果に優れる。
(1)高効率に前記脂質ナノ粒子に薬物を封入;
(2)製造された脂質ナノ粒子の大きさが均一(または低いPDI数値を有し);
(3)癌組織および/または癌細胞への薬物伝達効率に優れ;
(4)生体内で長期循環(long circulation)が可能であり;および/または
(5)癌の予防および/または治療効果に優れる。
前記脂質-PEG複合体内PEGは、親水性高分子に血漿タンパク質の吸着を抑制する能力を有しているため、脂質ナノ粒子の体内循環時間を増加させてナノ粒子間の凝集現象を防ぐ役割を果たす。また、脂質-PEG複合体は、生体内でステルス(stealth)機能を果たしてナノ粒子の分解を防止することができる。
前記PEGは、脂質に結合しない側に官能基が結合したもの(functionalized PEG)であり得る。この時、使用可能な官能基は、スクシニル基(succinyl)、カルボン酸(carboxylic acid)、マレイミド(maleimide)、アミン基、ビオチン、シアヌル基(cyanur)、および葉酸(folate)などからなる群より選択される1種以上であり得る。
一例によれば、前記脂質-PEG複合体は、0.1~20モル%、0.25~20モル%、0.5~20モル%、1~20モル%、1.5~20モル%、2~20モル%、2.5~20モル%、3~20モル%、0.1~15モル%、0.25~15モル%、0.5~15モル%、1~15モル%、1.5~15モル%、2~15モル%、2.5~15モル%、3~15モル%、0.1~12.5モル%、0.25~12.5モル%、0.5~12.5モル%、1~12.5モル%、1.5~12.5モル%、2~12.5モル%、2.5~12.5モル%、3~12.5モル%、0.1~10モル%、0.25~10モル%、0.5~10モル%、1~10モル%、1.5~10モル%、2~10モル%、2.5~10モル%、3~10モル%、0.1~7.5モル%、0.25~7.5モル%、0.5~7.5モル%、1~7.5モル%、1.5~7.5モル%、2~7.5モル%、2.5~7.5モル%、3~7.5モル%、0.1~5モル%、0.25~5モル%、0.5~5モル%、1~5モル%、1.5~5モル%、2~5モル%、2.5~5モル%、または3~5モル%で前記脂質ナノ粒子に含まれる。
一例による脂質ナノ粒子の癌組織および/または癌細胞内への薬物伝達効果や癌の予防および/または治療効果は、脂質ナノ粒子に含まれる脂質-PEG複合体の含有量に依存する。
例えば、脂質-PEG複合体を0.1~20モル%、0.25~20モル%、0.5~20モル%、1~20モル%、1.5~20モル%、2~20モル%、2.5~20モル%、3~20モル%、0.1~15モル%、0.25~15モル%、0.5~15モル%、1~15モル%、1.5~15モル%、2~15モル%、2.5~15モル%、3~15モル%、0.1~12.5モル%、0.25~12.5モル%、0.5~12.5モル%、1~12.5モル%、1.5~12.5モル%、2~12.5モル%、2.5~12.5モル%、3~12.5モル%、0.1~10モル%、0.25~10モル%、0.5~10モル%、1~10モル%、1.5~10モル%、2~10モル%、2.5~10モル%、3~10モル%、0.1~7.5モル%、0.25~7.5モル%、0.5~7.5モル%、1~7.5モル%、1.5~7.5モル%、2~7.5モル%、2.5~7.5モル%、3~7.5モル%、0.1~5モル%、0.25~5モル%、0.5~5モル%、1~5モル%、1.5~5モル%、2~5モル%、2.5~5モル%、または3~5モル%で含む脂質ナノ粒子は、上記の範囲以外の含有量で脂質-PEG複合体を含む脂質ナノ粒子より下記特徴の1種以上を有する:
(1)高効率に第1抗がん剤を封入;
(2)製造された粒子の大きさが均一(または低いPDI数値を有し);
(3)癌組織および/または癌細胞への薬物伝達効率に優れ;
(4)生体内で長期循環(long circulation)が可能であり;および/または
(5)癌の予防および/または治療効果に優れる。
(1)高効率に第1抗がん剤を封入;
(2)製造された粒子の大きさが均一(または低いPDI数値を有し);
(3)癌組織および/または癌細胞への薬物伝達効率に優れ;
(4)生体内で長期循環(long circulation)が可能であり;および/または
(5)癌の予防および/または治療効果に優れる。
一例によれば、前記コレステロールは、10~60モル%、20~60モル%、30~60モル%、34.5~60モル%、35~60モル%、39.5~60モル%、40~60モル%、43~60モル%、44~60モル%、10~55モル%、20~55モル%、30~55モル%、34.5~55モル%、35~55モル%、39.5~55モル%、40~55モル%、43~55モル%、44~55モル%、10~52.5モル%、20~52.5モル%、30~52.5モル%、34.5~52.5モル%、35~52.5モル%、39.5~52.5モル%、40~52.5モル%、43~52.5モル%、44~52.5モル%、10~51モル%、20~51モル%、30~51モル%、34.5~51モル%、35~51モル%、39.5~51モル%、40~51モル%、43~51モル%、44~51モル%、10~50モル%、20~50モル%、30~50モル%、34.5~50モル%、35~50モル%、39.5~50モル%、40~50モル%、43~50モル%、44~50モル%、10~45モル%、20~45モル%、30~45モル%、34.5~45モル%、35~45モル%、39.5~45モル%、40~45モル%、43~45モル%、44~45モル%、10~44.25モル%、20~44.25モル%、30~44.25モル%、34.5~44.25モル%、35~44.25モル%、39.5~44.25モル%、40~44.25モル%、43~44.25モル%、44~44.25モル%、10~44モル%、20~44モル%、30~44モル%、34.5~44モル%、35~44モル%、39.5~44モル%、40~44モル%、43~44モル%、44~44モル%、10~43モル%、20~43モル%、30~43モル%、34.5~43モル%、35~43モル%、39.5~43モル%、または40~43モル%で前記脂質ナノ粒子に含まれる。
一例によれば、前記脂質-PEG複合体と前記コレステロールの合計は40~60モル%、40~55モル%、40~53.5モル%、40~50モル%、40~47.5モル%、40~45モル%、40~44.5モル%、42~60モル%、42~55モル%、42~53.5モル%、42~50モル%、42~47.5モル%、42~45モル%、42~44.5モル%、44~60モル%、44~55モル%、44~53.5モル%、44~50モル%、44~47.5モル%、44~45モル%、44~44.5モル%、44.5~60モル%、44.5~55モル%、44.5~53.5モル%、44.5~50モル%、44.5~47.5モル%、または44.5~45モル%で前記脂質ナノ粒子に含まれる。
一例によれば、前記イオン化可能な脂質は、10~60モル%、10~55モル%、10~50モル%、10~45モル%、10~42.5モル%、10~40モル%、10~35モル%、10~30モル%、10~26.5モル%、10~25モル%、10~20モル%、15~60モル%、15~55モル%、15~50モル%、15~45モル%、15~42.5モル%、15~40モル%、15~35モル%、15~30モル%、15~26.5モル%、15~25モル%、15~20モル%、20~60モル%、20~55モル%、20~50モル%、20~45モル%、20~42.5モル%、20~40モル%、20~35モル%、20~30モル%、20~26.5モル%、20~25モル%、25~60モル%、25~55モル%、25~50モル%、25~45モル%、25~42.5モル%、25~40モル%、25~35モル%、25~30モル%、25~26.5モル%、26.5~60モル%、26.5~55モル%、26.5~50モル%、26.5~45モル%、26.5~42.5モル%、26.5~40モル%、26.5~35モル%、26.5~30モル%、30~60モル%、30~55モル%、30~50モル%、30~45モル%、30~42.5モル%、30~40モル%、30~35モル%、35~60モル%、35~55モル%、35~50モル%、35~45モル%、35~42.5モル%、35~40モル%、40~60モル%、40~55モル%、40~50モル%、40~45モル%、40~42.5モル%、42.5~60モル%、42.5~55モル%、42.5~50モル%、または42.5~45モル%で前記脂質ナノ粒子に含まれる。
一例によれば、前記リン脂質は5~30モル%、5~25モル%、5~20モル%、5~15モル%、5~13モル%、5~10モル%、10~30モル%、10~25モル%、10~20モル%、10~15モル%、10~13モル%、15~30モル%、15~25モル%、15~20モル%、20~30モル%、または20~25モル%で前記脂質ナノ粒子に含まれる。
本明細書において「モル%(mol%、モルパーセント)」は、特定の構成成分のモル数を構成成分全体のモル数の和で割った後、100を乗じてパーセントで示したものであり、数式で表現すると、下記数式1の通りである。
前記脂質ナノ粒子は、イオン化可能な脂質:リン脂質:コレステロール:脂質-PEG複合体を20~50:10~30:10~60:0.25~10のモル比、20~50:10~30:20~60:0.25~10のモル比、20~50:10~30:30~60:0.5~5のモル比、25~45:10~25:40~50:0.5~3のモル比、25~45:10~20:40~55:0.5~3のモル比、25~45:10~20:40~55:1.0~1.5のモル比、40~45:10~15:40~45:0.5~3.0のモル比、40~45:10~15:40~45:0.5~3のモル比、40~45:10~15:40~45:1~1.5のモル比、25~30:17~22;50~55:0.5~3.0のモル比、25~30:17~22;50~55:1.0~2.5のモル比、25~30:17~22;50~55:1.5~2.5のモル比で含まれる。前記脂質ナノ粒子に含まれる構成成分中、脂質-PEG複合体およびコレステロールのモル数の和を一定に維持しながら、脂質-PEG複合体のモル数の増加分だけコレステロールのモル数を減少させることで、前記構成成分のモル比を維持する。
本明細書において、モル比はモル数比を意味する。
前記脂質ナノ粒子は、イオン化可能な脂質20~50重量部、リン脂質10~30重量部、コレステロール30~60重量部、および脂質-PEG複合体0.1~5重量部を含み得る。
本明細書において、「重量部」は、各成分が含まれている重量比率を意味する。
前記脂質ナノ粒子は、ナノ粒子全体の重量を基準にしてイオン化可能な脂質20~50重量%、リン脂質10~30重量%、コレステロール40~60重量%、および脂質-PEG複合体1.5~3重量%を含み得る。具体的には、前記脂質ナノ粒子は、ナノ粒子全体の重量を基準にしてイオン化可能な脂質25~50重量%、リン脂質10~20重量%、コレステロール35~55重量%、および脂質-PEG複合体0.5~5.0重量%で含まれる。
上記の範囲(モル比、重量部、および/または重量%)でイオン化可能な脂質、コレステロール、リン脂質、および/または脂質-PEG複合体を含む脂質ナノ粒子を含む薬学組成物は、上記の範囲外でイオン化可能な脂質、コレステロール、リン脂質、および/または脂質-PEG複合体を含む脂質ナノ粒子を含む場合より、(i)脂質ナノ粒子の安定度、(ii)抗がん剤の封入率、(iii)癌組織および/または癌細胞への抗がん剤伝達効率;(iv)生体内で長期循環(long circulation)効果;および/または(v)癌の予防および/または治療効果に優れる。
本明細書において、前記脂質ナノ粒子が癌組織、および/または癌細胞へ「標的化(targeting)」、「位置化(localization)」するとは、組織内または細胞内に内在化(internalization)することであり、核膜も透過できるので核内に内在化することを意味する。
前記薬学組成物は、前記脂質ナノ粒子内部に第1抗がん剤(例えば、陰イオン性薬物および/または核酸などの生理活性物質)が封入されているものであり、前記第1抗がん剤が安定的かつ高効率に前記脂質ナノ粒子に封入され、一例による薬学組成物によって優れた癌の予防および/または治療効果を示すことができる。
一例として、前記脂質ナノ粒子に含まれているイオン化可能な脂質および第1抗がん剤(例えば、陰イオン性薬物、核酸、またはその組み合わせ)の重量比は1~20:1、1~15:1、1~10:1、5~20:1、5~15:1、5~10:1、7.5~20:1、7.5~15:1、または7.5~10:1であり得る。
一例による組成物が上記の範囲内の重量比で(1)イオン化可能な脂質;および(2)第1抗がん剤(例えば、陰イオン性薬物、核酸、またはその組み合わせ)を含む場合、(i)脂質ナノ粒子内部の第1抗がん剤(例えば、陰イオン性薬物、核酸、またはその組み合わせ)の封入率;(ii)癌組織および/または癌細胞への抗がん剤伝達効率;(iii)生体内で長期循環(long circulation)効果;および/または(iv)癌の予防および/または治療効果が上記の範囲外の重量比で(1)イオン化可能な脂質;および(2)第1抗がん剤を含む脂質ナノ粒子を含む組成物より高い(優れる)こともある。
前記第1抗がん剤が封入された脂質ナノ粒子は、癌組織および/または癌細胞内導入が容易になるように平均直径が20nm~200nm、20~180nm、20nm~170nm、20nm~150nm、20nm~120nm、20nm~100nm、20nm~90nm、30nm~200nm、30~180nm、30nm~170nm、30nm~150nm、30nm~120nm、30nm~100nm、30nm~90nm、40nm~200nm、40~180nm、40nm~170nm、40nm~150nm、40nm~120nm、40nm~100nm、40nm~90nm、50nm~200nm、50~180nm、50nm~170nm、50nm~150nm、50nm~120nm、50nm~100nm、50nm~90nm、60nm~200nm、60~180、60nm~170nm、60nm~150nm、60nm~120nm、60nm~100nm、60nm~90nm、70nm~200nm、70~180nm、70nm~170nm、70nm~150nm、70nm~120nm、70nm~100nm、70nm~90nm、80nm~200nm、80~180nm、80nm~170nm、80nm~150nm、80nm~120nm、80nm~100nm、80nm~90nm、90nm~200nm、90~180nm、90nm~170nm、90nm~150nm、90nm~120nm、または90nm~100nmであり得る。上記範囲の直径サイズを有するナノ粒子は血液内で長時間残存することで、標的腫瘍組織に至る機会が増加し得る。上記範囲の直径サイズを有する脂質ナノ粒子は、EPR(Enhanced Permeability and Retention;透過性亢進および停滞効果)効果を示すことができる。前記EPR効果とは、特定の大きさを有する分子が正常組織より腫瘍組織に蓄積する傾向があることを意味する。上記範囲の直径サイスを有する脂質ナノ粒子は、上記範囲外の直径サイズを有する脂質ナノ粒子より腎臓への排泄が減少し、免疫細胞の活性が誘発されず、癌細胞および/または癌組織への伝達が効果的に行われる。一例として、上記範囲内の直径を有する脂質ナノ粒子を含む組成物は、上記範囲の上限値を超える直径を有する脂質ナノ粒子を含む組成物より(i)癌組織および/または癌細胞への抗がん剤伝達効率;(ii)癌組織および/または癌細胞への透過性亢進および停滞効果(EPR効果)の増加;および/または(iii)癌の予防および/または治療効果に優れる。一例による脂質ナノ粒子は5~8、5.5~7.5、6~7または6.5~7のpKaを示すことによって酸性pH条件で正電荷を示して、負電荷を持つ第1抗がん剤(例えば、核酸および陰イオン性薬物(例えば、タンパク質))などの治療剤と静電的相互作用を通じて容易に薬物との複合体を形成して高効率に薬物を封入することができ、第1抗がん剤(例えば、核酸)を含む癌の予防および/または治療用組成物として有用に用いることができる。
本明細書において、「封入(encapsulation)」は、伝達物質を取り囲んで効率的に生体内に取り込ませるためにカプセル化することをいい、第1抗がん剤(薬物)の封入率(カプセル化効率、Encapsulation efficiency)は、製造に使用された薬物全体の含有量に対して脂質ナノ粒子内に封入された第1抗がん剤(薬物)の含有量を意味する。
一例による組成物において、第1抗がん剤の封入率は70%以上、75%以上、80%以上、85%以上、90%以上、91%以上、92%以上、94%以上、80%超~99%以下、80%超~97%以下、80%超~95%以下、85%以上~95%以下、87%以上~95%以下、90%以上~95%以下、91%以上~95%以下、91%以上~94%以下、91%超~95%以下、92%以上~99%以下、92%以上~97%以下、または92%以上~95%以下であり得る。
一例によれば、前記封入率は、通常使用される方法によって計算され、例えば、前記第1抗がん剤(薬物)の封入率は、一例による脂質ナノ粒子にTriton-Xを処理し、Triton-Xが処理され、Triton-Xが処理されない脂質ナノ粒子の蛍光強度を特定の波長帯域幅(例えば、exitation:480~490nm、emission:520~530nm)を測定し、下記数式2によって求められる。
前記第1抗がん剤は、癌の治療および/または予防効果を示す陰イオン性薬物、核酸、またはその組み合わせであり得る。
前記核酸は、小干渉リボ核酸(siRNA)、リボソームリボ核酸(rRNA)、リボ核酸(RNA)、ジオキシリボ核酸(DNA)、相補性ジオキシリボ核酸(cDNA)、アプタマー(aptamer)、伝令リボ核酸(mRNA)、運搬リボ核酸(tRNA)、アンチセンスオリゴヌクレオチド、shRNA、miRNA、リボザイム(ribozyme)、PNA、DNAzyme、および遺伝子矯正のためのsgRNAなどからなる群から選択される1種以上であり得るが、これらに限定されるものではない。
本明細書において用語「siRNA」とは、特定のmRNAの切断(cleavage)によりRNAi(RNA interference)現象を誘導できる二本鎖RNA(duplex RNA)、あるいは一本鎖RNAの内部で二本鎖形態をとる一本鎖RNAを称する。ターゲット遺伝子のmRNAと相同な配列を有するセンスRNA鎖と、これと相補的な配列を有するアンチセンスRNA鎖で構成される。siRNAは、ターゲット遺伝子の発現を抑制できるので、効率的な遺伝子ノックダウン方法として、または遺伝子治療(gene therapy)の方法として提供される。二本鎖間の結合はヌクレオチド間の水素結合により形成され、二本鎖の内部のすべてのヌクレオチドが相補的に完全結合していなくてもよい。
siRNAの長さは約15~60個、具体的には約15~50個、約15~40個、約15~30個、約15~25個、約16~25個、約19~25個、約20~25個、または約20~23個のヌクレオチドであり得る。前記siRNAの長さは、二本鎖RNAの一方のヌクレオチドの数、すなわち塩基対の数を意味し、一本鎖RNAの場合は、一本鎖RNAの内部の二本鎖の長さを意味する。また、siRNAは、血中安定性を増加させるか、または免疫反応を弱化させるなどの目的のために多様な官能基を導入したヌクレオチドから構成される。
本明細書において用語「アンチセンスオリゴヌクレオチド」は、効能を増進させるために一つ以上の塩基、糖または骨格(backbone)の位置で変形できる(De Mesmaeker et al.,Curr Opin Struct Biol.,5(3):343-55,1995)。オリゴヌクレオチド骨格は、ホスホロチオエート、ホスホトリエステル、メチルホスホネート、単鎖アルキル、シクロアルキル、単鎖ヘテロアトミック、ヘテロシクリック糖間結合などに変形できる。また、アンチセンスオリゴヌクレオチドは、一つ以上の置換された糖モイエティ(sugar moiety)を含み得る。アンチセンスオリゴヌクレオチドは、変形された塩基を含み得る。変形された塩基には、ヒポキサンチン、6-メチルアデニン、5-メチルピリミジン(特に5-メチルシトシン)、5-ヒドロキシメチルシトシン(HMC)、グリコシルHMC、ゲントビオシルHMC、2-アミノアデニン、2-チオウラシル、2-チオチミン、5-ブロモウラシル、5-ヒドロキシメチルウラシル、8-アザグアニン、7-デアザグアニン、N6(6-アミノヘキシル)アデニン、2,6-ジアミノフリンなどがある。
本明細書において、「一本鎖ジオキシリボ核酸(ssDNA)」は、特定のターゲットDNAに選択的に結合してアンチジーン(antigene)効果を誘導する一本鎖オリゴヌクレオチドを意味する。
本明細書において、「アプタマー(aptamer)」は、特定のターゲットに結合するオリゴヌクレオチド(一般に、20~80nt DNAあるいはRNA)を意味する。好ましくは、本発明において「アプタマー」は、オリゴヌクレオチドアプタマー(例えば、DNAあるいはRNA aptamer)を意味する。
本明細書において、「mRNA」は、遺伝子を発現可能な合成mRNA(in vitro transcribed mRNA)を意味する。
本明細書において、「shRNA」は、一本鎖で50~70個で構成されたヌクレオチドを意味し、in vivo上でステム-ループ(stemloop)構造をなしている。5~10個のヌクレオチドのループ部位の両方に相補的に19~29個のヌクレオチドの長いRNAが塩基対をなして二本鎖のステムを形成する。
本明細書において、「miRNA(microRNA)」は遺伝子発現を調節し、全長21~23個のヌクレオチドで構成された一本鎖RNA分子を意味する。miRNAは、細胞内で発現しないオリゴヌクレオチドであり、短いステム-ループ構造を有する。miRNAは、1または2以上のmRNA(messenger RNA)と全体または部分的に相同性を有し、前記mRNAと相補的な結合によりターゲット遺伝子発現を抑制する。
本明細書において、「リボザイム(ribozyme)」はRNAの一種であって、特定なRNAの塩基配列を認識して自体的にこれを切断する酵素のような機能を有するRNAである。リボザイムは、ターゲット伝令RNA鎖の相補的な塩基配列で特異性を有し結合する領域とターゲットRNAを切断する領域からなる。
本明細書において、「DNAzyme」は、酵素活性を有する一本鎖DNA分子であって、10~23個のヌクレオチドで構成されたDNAzyme(10-23 DNAzyme)は、生理的に類似した条件下でRNA鎖を特定位置で切断する。10-23 DNAzymeは、塩基対を形成せず露出したいかなるフリンおよびピリミジンの間を切断する。10-23 DNA酵素(DNAzyme)は、15個の保存された塩基配列(例えば、5’-GGCTAGCTACAACGA-3’)からなる酵素の活性部位(catalytic domain)および上述した酵素の活性部位の両方にRNA基質を認識する7~8個のDNA塩基配列からなる基質認識ドメイン(RNA substrate binding domain)で構成される。
本明細書において、「PNA(Peptide nucleic acid)」は、核酸とタンパク質の性質を両方とも有する分子であって、DNAまたはRNAと相補的に結合が可能な分子を意味する。PNAは、核酸塩基(nucleobase)がペプチド結合で連結された類似DNAで1999年に最初に報告された(文献[Nielsen PE,Egholm M,Berg RH,Buchardt O,「Sequence-selective recognition of DNA by strand displacement with a thymine-substituted polyamide」,Science 1991,Vol.254:pp1497-1500])。PNAは自然界には存在せず、人工的に化学的な方法で合成される。PNAは、相補的な塩基配列の天然核酸と混成化(hybridization)反応を起こして二本鎖を形成する。長さが同じ場合、PNA/DNA二本鎖はDNA/DNA二本鎖より、PNA/RNA二本鎖はDNA/RNA二本鎖より安定である。ペプチド基本骨格としては、N-(2-アミノエチル)グリシンがアミド結合により繰り返し連結されたものが最もよく使用され、この場合、ペプチド核酸の基本骨格(backbone)は、負電荷を帯びる天然核酸の基本骨格と異なり電気的に中性である。PNAに存在する4個の核酸塩基は、空間的大きさと核酸塩基間の距離が天然の核酸の場合とほぼ同じである。PNAは、化学的に天然の核酸よりも安定しているだけでなく、核酸分解酵素(nuclease)やタンパク質分解酵素(protease)によって分解されず、生物学的にも安定している。
本明細書において、「sgRNA」は、特定のDNAターゲットに結合するオリゴヌクレオチド(一般にRNA分子)でcrispr RNA(crRNA)とtracer(tracrRNA)の複合単一RNA分子を意味する。CRISPR systemでCas9 nucleaseとともに特定のDNA配列を認識するために利用され、選択的な遺伝子切断を可能にするRNA分子であって、ほぼDNAと相補的に結合が可能な20-nt配列を含み、全長は100ntである。
本明細書において、「遺伝子矯正タンパク質」は、Cas9、spCas9、cjCas9、casX、CasYおよびCpf1などを称し、sgRNAとともにターゲットDNA塩基配列を認識してDNA切断を起こすタンパク質をいう。
一例による薬物伝達用組成物は、Cas9 mRNAを高い封入率で含み得る。公知のCas9 mRNA伝達用組成物は、低い比率でCas9 mRNAを含むのでCas9 mRNA伝達用組成物として活用するには限界があった。これとは異なり、一例による脂質ナノ粒子は高い封入率で、具体的には70%以上の封入率でCas9 mRNAを含むことができ、したがって、遺伝子矯正治療に有用に活用することができる。
前記陰イオン性薬物は、陰イオンを帯びる各種ペプチド、タンパク質薬物、タンパク質-核酸構造体またはヒアルロン酸-ペプチド複合体、ヒアルロン酸-タンパク質複合体などの陰イオン性生体高分子-薬物複合体などであり得る。前記タンパク質薬物の非制限的な例としては、遺伝子矯正はさみであるCas9、cpf1などの遺伝子矯正タンパク質をはじめとして、細胞死誘導因子(例えば、cytocrome C、caspase3/7/8/9など)および多様な細胞内タンパク質(例えば、転写因子)などであり得る。
一例による癌の予防または治療用薬学的組成物は、内部に陰イオン性薬物および/または核酸が封入された脂質ナノ粒子を含み得る。
前記癌は、HPV(human papilloma virus)感染によって誘発された癌であり得る。例えば、前記HPV感染によって誘発された癌は、これらに限定されるものではないが、子宮頸癌、膣がん、外陰癌、肛門癌、陰茎癌、扁桃癌、咽頭癌、喉頭癌、頭頸部癌および肺腺癌からなる群より選択される。
前記癌は、HPV(human papilloma virus)感染によって誘発された癌であり得る。例えば、前記HPV感染によって誘発された癌は、これらに限定されるものではないが、子宮頸癌、膣がん、外陰癌、肛門癌、陰茎癌、扁桃癌、咽頭癌、喉頭癌、頭頸部癌および肺腺癌からなる群より選択される。
前記癌は、子宮頸癌、子宮体癌、膣がん(vaginal cancer)、外陰癌(vulvar cancer)、肛門癌(anal cancer)、陰茎癌(penis cancer)、扁桃癌(tonsil cancer)、咽頭癌(pharynx cancer)、喉頭癌(larynx cancer)、頭頸部癌、頭頸部扁平上皮癌、肺腺癌(lung adenocarcinoma)、非小細胞肺癌、肺扁平上皮癌、肺癌、胃癌、肉腫、リンパ腫、ホジキンリンパ腫、慢性または急性白血病、胸腺癌、上皮癌、唾液腺癌、肝癌、胃癌、甲状腺癌、副甲状腺癌、卵巣癌、乳癌、前立腺癌、食道癌、膵臓癌、神経膠腫、多発性骨髄腫、腎細胞癌、膀胱癌、絨毛膜癌、結腸癌、口腔癌、皮膚癌、黒色腫、骨癌、直腸癌、小腸癌、内分泌腺癌、副腎癌、軟部組織肉腫、尿道癌、脊髄腫瘍、脳幹神経膠腫および下垂体腺腫からなる群より選択される。
前記薬学的組成物は、ヒトを含む哺乳動物に非経口投与を含む多様な経路により投与され、非経口投与は静脈内、皮下、腹腔内または局所に適用でき、投与量は、患者の身体状態および体重、病気の程度、薬物形態、投与経路および時間によって異なるが、当業者によって適宜選択される。
一例による前記薬学的組成物を製剤化する場合、通常使用する充填剤、増量剤、結合剤、湿潤剤、崩壊剤、界面活性剤などの希釈剤または賦形剤を使用して製造される。
非経口投与のための製剤には、滅菌された水溶液、非水性溶液、懸濁剤、乳剤、凍結乾燥製剤、坐剤などが含まれる。
非経口投与のための製剤には、滅菌された水溶液、非水性溶液、懸濁剤、乳剤、凍結乾燥製剤、坐剤などが含まれる。
非水性溶剤や懸濁剤には、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、オリーブオイルなどの植物油、オレイン酸エチルなどの注射可能なエステルなどを使用することができる。坐剤基剤には、ウイテプゾール(witepsol)、マクロゴール、ツイーン(tween)61、カカオ脂、ラウリン脂、グリセロール、ゼラチンなどを使用することができる。
一例による薬学的組成物は、薬学的に有効な量を投与することができる。本発明において、「薬学的に有効な量」は、医学的治療に適用可能な合理的な受益/リスク比で疾患を治療するのに十分な量を意味し、有効容量水準は、患者の疾患の種類、重症度、薬物の活性、薬物に対する敏感度、投与時間、投与経路および排出比率、治療期間、同時に使用される薬物を含む要素およびその他の医学分野でよく知られている要素により決定することができる。一例による薬学的組成物は個別に治療剤として投与するか、または他の治療剤と併用して投与することができ、従来の治療剤とは順次的または同時に投与することができ、単一または多重投与することができる。前記要素をすべて考慮して副作用なく、最小限の量で最大の効果を得ることができる量を投与することが重要であり、これは当業者によって容易に決定することができる。
具体的には、本発明による化合物の有効量は、患者の年齢、性別、体重により異なり、毎日または隔日に投与するか、1日1回~3回に分けて投与することができる。しかし、投与経路、肥満の重症度、性別、体重、年齢などによって増減できるので、前記投与量はいかなる方法でも本発明の範囲を限定するものではない。
一実施形態によれば、前記薬学的組成物は薬学的組成物に含まれている薬物(陰イオン性薬物、核酸、またはその組み合わせ)の濃度を基準にして0.1~100mg/kg、0.1~50mg/kg、1~10mg/kg、または1~5mg/kgの容量を投与することができる。
他の態様は、前記薬学組成物を含む、放射線治療に併用するための癌治療用薬学組成物;放射線敏感性増進用薬学組成物;または放射線治療併用癌治療用薬学組成物を提供することができる。前記薬学組成物は、癌の治療時に癌細胞の放射線に対する損傷敏感度を向上させて癌の治療効果をさらに上昇させることができ、放射線に対する癌細胞の耐性を抑制して放射線による癌細胞の死滅が容易になるように誘導して処理できる組成物または製剤として活用され、前記薬学組成物を含む組成物は放射線治療と併用して使用することができる。
本明細書において、放射線敏感性増進とは、放射線を利用した病気の治療において、放射線に対する細胞の敏感性を増進させることを意味する。これによって放射線治療効率を上昇させることができ、特に、癌の治療時に併行処理する場合、癌細胞の放射線敏感性が増進され、癌細胞の殺傷効果および増殖抑制効果を奏することになる。
一例による放射線治療に併用するための癌治療用薬学組成物(または放射線敏感性増進用組成物、放射線治療併用癌治療用薬学組成物)は第1抗がん剤として、HPV16型(HPV16)またはHPV18型(HPV18)ウイルスE6および/またはE7タンパク質;ホスホメバロン酸キナーゼ(phosphomevalonate kinase;PMVK)タンパク質;またはその組み合わせの発現または活性抑制剤を含み得る。前記PMVK発現抑制剤、E6、および/またはE7発現抑制剤はPMVK、E6、および/またはE7遺伝子のmRNAに相補的に結合するアンチセンスヌクレオチド、小干渉RNA(small interfering RNA;siRNA)、および短ヘアピンRNA(short hairpin RNA;shRNA)から構成された群より選択される。前記PMVK活性抑制剤および/または前記HPV16(またはHPV18型)ウイルスE6および/またはE7活性抑制剤はPMVK、HPV16(またはHPV18型)ウイルスE6、および/またはE7タンパク質に特異的に結合するペプチド、ペプチドミメティクス、およびアプタマーで構成された群より選択される。
一例において、前記薬学組成物は、癌の治療時、放射線照射と併用して投与することができる。前記「放射線照射」は、悪性細胞のDNAに損傷を与える局所治療方法を意味する。正常細胞は腫瘍細胞に比べてこのような損傷を修復する能力がさらに大きい。放射線照射はこの差を利用する治療を意味し、通常意味する放射線を利用して治療する方法を含む。放射線照射は治療目的により、根治的放射線治療、補助的放射線治療、緩和的放射線治療に分けられる。根治的放射線治療は、腫瘍が比較的に局所部位に限定され、遠隔転移のない場合、完治を目的とする放射線治療をいう。補助的放射線治療は、外科的手術後局所再発防止のために行われる放射線治療をいう。放射線治療を併用することによって再発頻度を減らすだけでなく、手術の範囲を減らして機能を維持することもできる。緩和的放射線治療は、癌による症状を緩和する目的で行われる放射線治療である。
放射線は、高エネルギー放射線を利用して癌細胞を破壊する治療法や癌細胞だけでなく、周囲にある正常組織にも影響を与えるので、治療による副作用があらわれることがある。その例として、皮膚の変化、脱毛、悪心および吐き気、下痢、口内炎/食道炎、口腔乾燥症、生殖機能の変化などがある。
一例による放射線治療に併用するための癌治療用薬学組成物;放射線敏感性増進用薬学組成物;または放射線治療併用癌治療用薬学組成物は、放射線の必要量を軽減することによってこのような副作用を減らすことができる。また、放射線に敏感な癌細胞だけでなく、放射線に抵抗性がある癌細胞でも放射線敏感度を上昇させる。
上記の範囲(モル比、重量部、および/または重量%)でイオン化可能な脂質、コレステロール、リン脂質、および/または脂質-PEG複合体を含む脂質ナノ粒子を含む放射線治療に併用するための癌治療用薬学組成物(または放射線敏感性増進用組成物、放射線治療併用癌治療用薬学組成物)は、上記の範囲外でイオン化可能な脂質、コレステロール、リン脂質、および/または脂質-PEG複合体を含む脂質ナノ粒子を含む場合に比べて放射線に対する癌細胞、腫瘍細胞、癌組織の敏感度を上昇させて癌細胞の死滅、癌の治療効果に優れる。
一実施形態によれば、1,4-ビス(3-アミノプロピル)ピペラジン(1,4-bis(3-aminopropyl)piperazine)および/またはセラミド-PEG複合体を含む脂質ナノ粒子を含む場合、他の種類の脂質-PEG複合体を含む脂質ナノ粒子を含む場合に比べて放射線に対する癌細胞、腫瘍細胞、癌組織の敏感度を上昇させて癌細胞の死滅、癌の治療効果に優れる。
さらに他の態様は、前記薬学組成物および第2抗がん剤をさらに含む、抗がん剤併用投与用薬学組成物;または抗癌治療増進用薬学的組成物を提供することができる。前記薬学組成物については上述した通りである。
前記第2抗がん剤は、ゴシポール、ナイトロジェンマスタード、イマチニブ、オキサリプラチン、リツキシマブ、エルロチニブ、ネラチニブ、ラパチニブ、ゲフィチニブ、バンデタニブ、ニロチニブ、セマクサニブ、ボスチニブ、アキシチニブ、セジラニブ、レスタウルチニブ、トラスツズマブ、ゲフィチニブ、ボルテゾミブ、スニチニブ、カルボプラチン、ベバシズマブ、シスプラチン、セツキシマブ、ビスカム・アルバム、アスパラギナーゼ、トレチノイン、ヒドロキシカルバミド、ダサチニブ、エストラムスチン、ゲムツズマブオゾガマイシン、イブリツモマブチウキセタン、ヘプタプラチン、アミノレブリン酸メチル、アムサクリン、アレムツズマブ、プロカルバジン、アルプロスタジル、硝酸ホルミウムキトサン、ゲムシタビン、ドキシフルリジン、ペメトレキセド、テガフール、カペシタビン、ギメラシル、オテラシル、アザシチジン、メトトレキサート、ウラシル、シタラビン、フルオロウラシル、フルダラビン、エノシタビン、フルタミド、デシタビン、メルカプトプリン、チオグアニン、クラドリビン、カルモフール、ラルチトレキセド、ドセタキセル、パクリタキセル、イリノテカン、ベロテカン、トポテカン、ビノレルビン、エトポシド、ビンクリスチン、ビンブラスチン、テニポシド、ドキソルビシン、イダルビシン、エピルビシン、ミトキサントロン、マイトマイシン、ブレオマイシン、ダウノルビシン、ダクチノマイシン、ピラルビシン、アクラルビシン、ペプロマイシン、テムシロリムス、テモゾロミド、ブスルファン、イホスファミド、シクロホスファミド、メルファラン、アルトレタミン、ダカルバジン、チオテパ、ニムスチン、クロラムブシル、ミトラクトール、ロイコボリン、トレチノイン、エキセメスタン、アミノグルテチミド、アナグレリド、ナベルビン、ファドロゾール、タモキシフェン、トレミフェン、テストラクトン、アナストロゾール、レトロゾール、ボロゾール、ビカルタミド、ロムスチン、およびカルムスチンからなる群より選択される少なくとも1種以上であり得る。
一例において、前記第2抗がん剤は、前記薬学組成物に含まれる脂質ナノ粒子の内部に封入されないものであり得る。
さらに他の態様は、癌(例えば、HPV感染によって誘発された癌)の治療のための化学療法または放射線療法を行う場合、前記薬学組成物を併用投与する段階を含む、癌の化合療法または放射線療法に対する敏感度増進方法を提供することができる。
前記「併用投与」は、化合療法の場合、化学療法を行う数時間(例えば、4時間)前に前記薬学組成物を投与する段階を先に行うことができる。また、放射線療法の場合、放射線照射1日後に、2日にわたって数回(例えば2~4回)前記薬学組成物を投与することができる。
他の態様は、前記薬学組成物を患者に投与する段階を含む癌の予防または治療方法を提供する。癌については上述した通りである。
一例による癌の予防または治療方法は、前記投与する段階以前に、前記癌の予防および/または治療を必要とする患者を確認(選別)する段階をさらに含み得る。一例において、前記患者は放射線治療および/または化学治療を受けたことがある患者;放射線治療および/または化学治療を受けている患者;および/または放射線治療および/または化学治療を受ける予定の患者であり得る。
前記治療方法が適用される対象個体は、癌が発病または発病し得るヒトを含むネズミ、家畜などを含む哺乳動物を意味するが、これらに限定されない。上記の範囲(モル比、重量部、および/または重量%の範囲)でイオン化可能な脂質、コレステロール、リン脂質、および/または脂質-PEG複合体を含む脂質ナノ粒子を含む薬学組成物(または放射線治療および/または抗がん剤併用投与用薬学組成物)を対象個体に投与することによって、個体を効率的に治療することができる。
本明細書において「投与」はいかなる適切な方法で対象個体に前記薬学的組成物を導入することを意味し、投与経路は目的とする組織に至る限り経口または非経口(例えば、静脈内、皮下、腹腔内または局所に適用)の様々な経路により投与することができる。
前記予防または治療方法は、前記薬学組成物(または放射線治療および/または抗がん剤併用投与用薬学組成物)を薬学的有効量で投与することを含む。好ましい1日使用量は、正しい医学的判断範囲内で処置によって決定することができ、1回または数回に分けて投与することができる。しかし、特定患者に対する具体的な有効治療量は達成しようとする反応の種類と程度、場合によって他の製剤の使用の有無をはじめとする具体的な組成物、患者の年齢、体重、健康状態、性別および食べ物、投与時間、投与経路および組成物の分泌率、治療期間、具体的な組成物と共に使用または同時に使用される薬物をはじめとする様々な因子および医薬分野で周知の類似因子に応じて適用を異にすることができる。
さらに他の態様は、前記薬学的組成物を動物(例えば、ヒトを除いた動物)に投与する段階;および放射線を照射する段階を含む癌に対する治療方法を提供することができる。
前記薬学的組成物を投与した後に放射線を照射する場合、相乗効果により放射線治療効果、さらには癌の治療効果を顕著に増進することができる。
前記治療の対象となる動物は、ヒト、家畜、および愛玩動物を含む任意の哺乳類であり得るが、これらに限定されるものではない。
前記放射線照射は、従来の癌の放射線治療のために使用されていた任意の放射線照射方法あるいはその後に開発される癌に対する放射線照射方法を適用することができる。
さらに他の態様は、前記脂質ナノ粒子および前記第1抗がん剤を含む癌細胞死滅用組成物を提供することができる。さらに他の態様は、前記第1抗がん剤を前記脂質ナノ粒子に封入させる段階を含む癌細胞死滅方法を提供することができる。一例による組成物で死滅させ得る癌細胞は上述した癌細胞を意味する。
本発明に係る薬学組成物は、生体親和性に優れ、高効率に遺伝子治療剤などを伝達できるので、癌の予防または治療効果に優れ、他の抗がん剤および/または放射線治療と併用する場合にも癌の予防または治療効果に優れる。
本発明は、下記の実施形態を例に挙げて、さらに詳しく説明するが、下記の実施例によって権利範囲を制限することを意図するものではない。
実施例1.イオン化可能な脂質(ionizable lipid)の製造
実施例1-1.イオン化可能な脂質の製造
6員ヘテロ環第3級アミンを含む下記表1のアミン系化合物および1,2-epoxidodecane(以下、C10)(Sigma-Aldrich社製、米国)を1:n(n=第1級アミン×2+第2級アミン×1)のモル比で反応させ、イオン化可能な脂質を合成した。
実施例1-1.イオン化可能な脂質の製造
6員ヘテロ環第3級アミンを含む下記表1のアミン系化合物および1,2-epoxidodecane(以下、C10)(Sigma-Aldrich社製、米国)を1:n(n=第1級アミン×2+第2級アミン×1)のモル比で反応させ、イオン化可能な脂質を合成した。
具体的には、5mlバイアールに前記表1の241~246のアミンそれぞれとエポキシド(C10)を1:n(n=第1級アミン×2+第2級アミン×1)のモル比でマグネチックバーと一緒に添加して、撹拌機で750rpm、90℃で3日間反応させた。その後、WELUX fine silica column(Intertec社製、韓国)で精製した後、前記反応によって生成された各イオン化可能な脂質の分子量を計算し、エタノールを使用して100mg/mlの濃度に合わせて保管した。241のアミンとC10を使用して製造したイオン化可能な脂質を「241-C10」と称し、他の種類のアミンを使用して製造したイオン化可能な脂質も同様に、「使用されたアミン名(241~246)-C10」と称した。
実施例1-2.生成されたイオン化可能な脂質の確認
前記実施例1-1で製造したイオン化可能な脂質を確認するために、1H NMRを行った。具体的には、実施例1-1で合成したイオン化可能な脂質(246-C10)5μgをCDCl3(sigma社製、米国)0.5mlに希釈して100mmoleの濃度となるように準備した。その後、400MHz NMR専用チューブに0.5mlずつ入れて上部を塞いだ後、パラフィルムでシールドしてAgilent 400MHZ FT-NMR(Agilent社製、米国)を用いてNMR spectraを得て、その結果を図2に示す。図2に示すように、246-C10の各官能基を示す信号が飽和されたことが分かった。
前記実施例1-1で製造したイオン化可能な脂質を確認するために、1H NMRを行った。具体的には、実施例1-1で合成したイオン化可能な脂質(246-C10)5μgをCDCl3(sigma社製、米国)0.5mlに希釈して100mmoleの濃度となるように準備した。その後、400MHz NMR専用チューブに0.5mlずつ入れて上部を塞いだ後、パラフィルムでシールドしてAgilent 400MHZ FT-NMR(Agilent社製、米国)を用いてNMR spectraを得て、その結果を図2に示す。図2に示すように、246-C10の各官能基を示す信号が飽和されたことが分かった。
また、実施例1-1で製造したイオン化可能な脂質(241-C10~246-C10)を確認するためにMS分析を行った。具体的には、イオン化可能な脂質は0.5ppm以下の濃度にエタノールに希釈してMS分析を行った。分析に用いられた装置は、Agilent Technologies社製(Palo Alto、米国)の6230LC/MSであり、分離管はAgilent Technologies社製のZorbax SB-C18(100mm×2.1mm i.d.,3.5μm)を用い、移動相として0.1%ギ酸が含まれている蒸留水(A)とアセトニトリル(B)の2種類の溶媒を勾配溶離した。移動相の溶媒勾配は、最初の有機溶媒のアセトニトリル(B)の比率を30%から始まり、2分まで80%まで上げた後、再び有機溶媒の比率を30%まで下げ、安定化するまで4分間維持した。移動相の流速は300ul/minであり、この時、分析装置の注入量は2ulであった。MS分析を行った結果を下記表2に示す。表2に示すように、イオン化可能な脂質の測定されたm/z ratioと計算されたm/z ratioがほぼ一致することを確認することができた。
上記結果から実施例1-1でイオン化可能な脂質がうまく作られたことを確認することができた。
実施例2.脂質ナノ粒子の製造
実施例2-1.脂質ナノ粒子の製造
前記実施例1-1で製造したイオン化可能な脂質(241-C10~246-C10)、コレステロール(Cholesterol powder、BioReagent、suitable for cell culture、≧99%、sigma社製、韓国)、リン脂質(DSPC)(Avanti社製、米国)、および脂質-PEG複合体(C16 PEG2000セラミド)(C16 PEG2000 Ceramide、Avanti社製、米国)をエタノールに42.5:13:43:1.5のモル比で溶解した。
実施例2-1.脂質ナノ粒子の製造
前記実施例1-1で製造したイオン化可能な脂質(241-C10~246-C10)、コレステロール(Cholesterol powder、BioReagent、suitable for cell culture、≧99%、sigma社製、韓国)、リン脂質(DSPC)(Avanti社製、米国)、および脂質-PEG複合体(C16 PEG2000セラミド)(C16 PEG2000 Ceramide、Avanti社製、米国)をエタノールに42.5:13:43:1.5のモル比で溶解した。
イオン化可能な脂質、コレステロール、リン脂質、および脂質-PEGが溶解したエタノールおよびアセテートバッファーを1:3の体積比で12ml/minの流速で微細流体混合装置(Benchtop Nanoassemblr;PNI社製、Canada)を用いて混合して、脂質ナノ粒子(LNP)を製造した。
実施例2-2.核酸が封入された脂質ナノ粒子の製造
前記実施例1-1で製造したイオン化可能な脂質(241-C10~246-C10)、コレステロール(Cholesterol powder、BioReagent、suitable for cell culture、≧99%、sigma社製、韓国)、リン脂質(DSPCまたはDOPE)(18:0 PC(DSPC)、18:1(△9-Cis)PE(DOPE)、Avanti社製、米国)、および脂質-PEG複合体(C16 PEG2000セラミド)(C16 PEG2000 Ceramide、Avanti社製、米国)をエタノールに溶解した。RNA治療剤であるmRNA(luciferase mRNA;配列番号1)30μgをクエン酸ナトリウム0.75mlに希釈するか、またはsiRNA(siLUC、siGFP、Anti-HPV16 E6/E7 siRNA、Anti-PMVK siRNAなど)30μgを50mMの酢酸ナトリウム0.75mlに希釈して水性相を製造した。mRNAおよびsiRNAは、Bioneer(韓国)に依頼して合成して使用した。
前記実施例1-1で製造したイオン化可能な脂質(241-C10~246-C10)、コレステロール(Cholesterol powder、BioReagent、suitable for cell culture、≧99%、sigma社製、韓国)、リン脂質(DSPCまたはDOPE)(18:0 PC(DSPC)、18:1(△9-Cis)PE(DOPE)、Avanti社製、米国)、および脂質-PEG複合体(C16 PEG2000セラミド)(C16 PEG2000 Ceramide、Avanti社製、米国)をエタノールに溶解した。RNA治療剤であるmRNA(luciferase mRNA;配列番号1)30μgをクエン酸ナトリウム0.75mlに希釈するか、またはsiRNA(siLUC、siGFP、Anti-HPV16 E6/E7 siRNA、Anti-PMVK siRNAなど)30μgを50mMの酢酸ナトリウム0.75mlに希釈して水性相を製造した。mRNAおよびsiRNAは、Bioneer(韓国)に依頼して合成して使用した。
イオン化可能な脂質、コレステロール、リン脂質、および脂質-PEG複合体(以下、脂質-PEG)が溶解した有機相(エタノール)およびRNA治療剤(核酸)が溶解した水性相(酢酸ナトリウムまたはクエン酸ナトリウム)を12ml/minの流速で微細流体混合装置(Benchtop Nanoassemblr;PNI社製、Canada)を用いて混合して、核酸が封入された脂質ナノ粒子(LNP)を製造した。(i)mRNAが封入された脂質ナノ粒子を製造するために、イオン化可能な脂質:リン脂質(DOPE):コレステロール:脂質-PEG(C16-PEG2000セラミド)を26.5:20:52.5~51:1.0~2.5(モル比の総和が100となるようにコレステロールと脂質-PEGの含有量を調節)のモル比でエタノールに溶解し、mRNA(luciferase mRNA;配列番号1):イオン化可能な脂質が1:10の重量比となるように有機相および水性相を混合して脂質ナノ粒子を製造した。(ii)siRNAが封入された脂質ナノ粒子を製造するためにイオン化可能な脂質:リン脂質(DSPC):コレステロール:脂質-PEG(C16-PEG2000セラミド)を42.5:13:34.5~44.25:0.25~10.0(モル比の総和が100となるようにコレステロールと脂質-PEGの含有量を調節)のモル比でエタノールに溶解し、siRNA(siLUC、siGFP、Anti-HPV16 E6/E7 siRNA、Anti-PMVK siRNAなど):イオン化可能な脂質が1:7.5の重量比となるように有機相および水性相を混合して脂質ナノ粒子(lipid nanoparticle;LNP)を製造した。使用されたsiRNA配列は、配列は下記表3に記載した。表3中の小文字で表される塩基は2’-O-Methylに変更した。
製造されたLNPをエタノールの除去および体内のpHと脂質ナノ粒子のpHを合わせるために、10,000MWCO透析カセットを用いて、16時間PBSに対して透析した。
イオン化可能な脂質「241-C10」を含む脂質ナノ粒子を「241-C10 LNP」と称し、他の種類のアミンを含むイオン化可能な脂質を使用して製造した脂質ナノ粒子(核酸が封入された脂質ナノ粒子を含み)を「含まれているアミン名(241~246)-C10 LNP」と称した。
イオン化可能な脂質「241-C10」を含む脂質ナノ粒子を「241-C10 LNP」と称し、他の種類のアミンを含むイオン化可能な脂質を使用して製造した脂質ナノ粒子(核酸が封入された脂質ナノ粒子を含み)を「含まれているアミン名(241~246)-C10 LNP」と称した。
実施例2-3.核酸が封入された脂質ナノ粒子の観察
siLuc(配列番号5)が封入された脂質ナノ粒子をセラミド-PEG複合体(C16-PEG2000セラミド)を使用して実施例2-2と同様に製造した。製造された脂質ナノ粒子(セラミド-PEG複合体を1.5モル%含み)を200mesh carbon lacey film Cu-gridにsiRNAの濃度を基準にして60ugロードしてvitrobotで液化した(約-170度以下)Ethaneに浸してplunge freezeさせて準備した後、Cryo-TEM(Tecnai F20、FEI)で観察し、その結果を図1bに示す。図1bに示すように、中身の詰まった球状の100nm以下の大きさの粒子が観察された。
siLuc(配列番号5)が封入された脂質ナノ粒子をセラミド-PEG複合体(C16-PEG2000セラミド)を使用して実施例2-2と同様に製造した。製造された脂質ナノ粒子(セラミド-PEG複合体を1.5モル%含み)を200mesh carbon lacey film Cu-gridにsiRNAの濃度を基準にして60ugロードしてvitrobotで液化した(約-170度以下)Ethaneに浸してplunge freezeさせて準備した後、Cryo-TEM(Tecnai F20、FEI)で観察し、その結果を図1bに示す。図1bに示すように、中身の詰まった球状の100nm以下の大きさの粒子が観察された。
実施例3.脂質ナノ粒子のpKa
本実施例でインビトロTNS分析(In vitro TNS assay)により前記実施例2-1で剤形化された各脂質ナノ粒子(LNP)のpKaを計算した。陰イオン性TNSは、正に荷電したイオン化可能な脂質と相互作用して親油性になり、pH値がそれぞれのLNPのpKa値に近接することによってTNSの親油性が低くなり、さらに多くの水分子がTNS蛍光をクェンチング(quenching)させるので、6.0~7.0のpKaを有する脂質ナノ粒子は生体内薬物伝達効率に優れ、pHによる蛍光(fluorescence)を示すグラフにおいて、「s字型曲線」を示す脂質ナノ粒子はエンドソーム膜と相互作用が容易であり、酸性化の際には、容易にエンドソームから脱出することを意味する。
本実施例でインビトロTNS分析(In vitro TNS assay)により前記実施例2-1で剤形化された各脂質ナノ粒子(LNP)のpKaを計算した。陰イオン性TNSは、正に荷電したイオン化可能な脂質と相互作用して親油性になり、pH値がそれぞれのLNPのpKa値に近接することによってTNSの親油性が低くなり、さらに多くの水分子がTNS蛍光をクェンチング(quenching)させるので、6.0~7.0のpKaを有する脂質ナノ粒子は生体内薬物伝達効率に優れ、pHによる蛍光(fluorescence)を示すグラフにおいて、「s字型曲線」を示す脂質ナノ粒子はエンドソーム膜と相互作用が容易であり、酸性化の際には、容易にエンドソームから脱出することを意味する。
具体的には、20mM sodium phosphate、25mM citrate、20mM ammonium acetate、および150mM NaClを含む溶液のpHを0.1N NaOHおよび/または0.1N HClを使用して、pH4.1からpH9.6まで0.5の間隔で調整して様々なpH単位の溶液を製造した。それぞれのpH(pH4.1からpH9.6まで0.5間隔のpH)を有する溶液を100ulずつblack 96well plateに添加し、300uMのTNSストック(stock)溶液を使用して6uMの最終濃度となるように上記の範囲のpHを有する溶液にそれぞれ添加した。241-C10 LNP~246-C10 LNPを最終濃度が20uMとなるように混合溶液に添加した。蛍光強度は、Tecan装置を用いて325nmのexcitation、435nmのemissionで測定して、各脂質ナノ粒子に対する蛍光強度を図3aおよび図3bに示し、各脂質ナノ粒子に対するpKaは最大蛍光の半分に達するpH値を計算して、下記表4に示す。図3bに示すように、244-C10 LNP~246-C10 LNPは、非線形回帰分析(nonlinear regression)により蛍光滴定s字型曲線を示すことが分かった。
上記表4で確認したように、一実施形態による脂質ナノ粒子は、生体内安全性および薬物放出に優れたpKa6.0~7.0の範囲であることを確認した。
実施例2-2と同様の方法で製造した、核酸が封入されたLNPの場合も含まれているイオン化可能な脂質の種類(イオン化可能な脂質に含まれているアミンの種類)により同じ様相を示した。
実施例4.脂質ナノ粒子の特性確認
実施例4-1.粒子の大きさの測定
本実施例で前記実施例2-2で製造したmRNAが封入された脂質ナノ粒子(LNP;脂質-PEGを1.5モル%含み)の大きさを測定した。前記実施例2-2で製造した各脂質ナノ粒子に含まれているRNA(luciferase mRNA;配列番号1)の濃度が1μg/mlとなるようにPBSを使用して希釈し、Malvern Zetasizer Nano(Malvern Instruments、UK)で動的光散乱法(DLS)を用いてLNPの直径および多分散度(PDI;polydispersity index)を測定し、その結果は下記表5に示す。
実施例4-1.粒子の大きさの測定
本実施例で前記実施例2-2で製造したmRNAが封入された脂質ナノ粒子(LNP;脂質-PEGを1.5モル%含み)の大きさを測定した。前記実施例2-2で製造した各脂質ナノ粒子に含まれているRNA(luciferase mRNA;配列番号1)の濃度が1μg/mlとなるようにPBSを使用して希釈し、Malvern Zetasizer Nano(Malvern Instruments、UK)で動的光散乱法(DLS)を用いてLNPの直径および多分散度(PDI;polydispersity index)を測定し、その結果は下記表5に示す。
上記表5で確認したように、一実施形態による脂質ナノ粒子は、肝細胞内導入が容易で、薬物放出に優れた粒子の大きさを示し、241-C10 LNP>243-C10 LNP>242-C10 LNP=245-C10 LNP>244-C10 LNP>246-C10 LNPの順にPDI数値が小さく、粒子が均一であることが分かった。
実施例4-2.薬物封入率の測定
核酸薬物としてsiRNA(siFVII siRNA)を封入した各LNP(脂質-PEGを1.5モル%含み)のカプセル化効率(薬物封入率、%)をRibogreen分析(Quant-iTTM RiboGreen(登録商標)RNA、Invitrogen)により測定した。前記実施例2-2で製造した核酸薬物を封入したLNPを96ウェルプレートでsiRNAの最終濃度が4~7μg/mlとなるように1×TE緩衝液50ulに希釈した。Triton-Xを処理しないグループ(Triton-X LNP(-))は1×TEバッファー50ulを添加し、Triton-Xを処理したグループ(Triton-X LNP(+))は2%Triton-Xバッファー50ulを添加した。37℃で10分間インキュベーションして、Triton-XでLNPを分解してカプセル化された核酸を放出させた。その後、Ribogreen試薬100ulを各ウェルに添加した。Triton LNP(-)とTriton LNP(+)の蛍光強度(FL)は、Infinite(登録商標)200 PRO NanoQuant(Tecan)で波長帯域幅(exitation:485nm、emission:528nm)で測定し、薬物封入率(カプセル化効率、%)は下記数式3のように計算した。各LNPに対する薬物封入率(%)は、2回繰り返し測定した結果値の平均値であり、下記表6に示す。
核酸薬物としてsiRNA(siFVII siRNA)を封入した各LNP(脂質-PEGを1.5モル%含み)のカプセル化効率(薬物封入率、%)をRibogreen分析(Quant-iTTM RiboGreen(登録商標)RNA、Invitrogen)により測定した。前記実施例2-2で製造した核酸薬物を封入したLNPを96ウェルプレートでsiRNAの最終濃度が4~7μg/mlとなるように1×TE緩衝液50ulに希釈した。Triton-Xを処理しないグループ(Triton-X LNP(-))は1×TEバッファー50ulを添加し、Triton-Xを処理したグループ(Triton-X LNP(+))は2%Triton-Xバッファー50ulを添加した。37℃で10分間インキュベーションして、Triton-XでLNPを分解してカプセル化された核酸を放出させた。その後、Ribogreen試薬100ulを各ウェルに添加した。Triton LNP(-)とTriton LNP(+)の蛍光強度(FL)は、Infinite(登録商標)200 PRO NanoQuant(Tecan)で波長帯域幅(exitation:485nm、emission:528nm)で測定し、薬物封入率(カプセル化効率、%)は下記数式3のように計算した。各LNPに対する薬物封入率(%)は、2回繰り返し測定した結果値の平均値であり、下記表6に示す。
上記表6に示すように、一実施形態による脂質ナノ粒子は、高効率に薬物を封入できることを確認した。
実施例5.脂質ナノ粒子を用いた細胞内核酸伝達確認
実施例5-1.LNPに含まれるイオン化可能な脂質の種類による核酸伝達効果
一実施形態によるLNPを細胞に形質転換(transfection)させる一日前にHeLa細胞(韓国細胞株銀行)をwhite plate(96well)に0.01×106cells/wellに分注してDMEM media(SH30022、Hyclone、米国)で37℃、0.5~3%CO2の条件で培養した。実施例2-2で製造した、ルシフェラーゼ(luciferase)遺伝子をコードするmRNA(luc mRNA;配列番号1)が封入されたLNP(脂質-PEGを1.5モル%含む241-C10 LNP~246-C10 LNP)をApoE3 0.1μg/mlとピペットで攪拌した後、常温で10分間インキュベーションした後、HeLa cellで処理(脂質ナノ粒子に含まれているmRNAを基準にして100ng/well)した。ApoE3は、LNP表面に結合して細胞表面に発現したLDL受容体を通じてLNPが細胞内にエンドサイトーシス(endocytosis)により取り込まれる役割を果たす。
実施例5-1.LNPに含まれるイオン化可能な脂質の種類による核酸伝達効果
一実施形態によるLNPを細胞に形質転換(transfection)させる一日前にHeLa細胞(韓国細胞株銀行)をwhite plate(96well)に0.01×106cells/wellに分注してDMEM media(SH30022、Hyclone、米国)で37℃、0.5~3%CO2の条件で培養した。実施例2-2で製造した、ルシフェラーゼ(luciferase)遺伝子をコードするmRNA(luc mRNA;配列番号1)が封入されたLNP(脂質-PEGを1.5モル%含む241-C10 LNP~246-C10 LNP)をApoE3 0.1μg/mlとピペットで攪拌した後、常温で10分間インキュベーションした後、HeLa cellで処理(脂質ナノ粒子に含まれているmRNAを基準にして100ng/well)した。ApoE3は、LNP表面に結合して細胞表面に発現したLDL受容体を通じてLNPが細胞内にエンドサイトーシス(endocytosis)により取り込まれる役割を果たす。
24時間後、Bright-GloTM Luciferase Assay溶液(promega社製、米国)を100ul/wellずつ処理して10分間常温に置いた後、溶解した細胞をInfinite M200発光測定装置(Tecan社製、米国)を用いて発光強度(luminescence intensity)を測定し、その結果を図4aに示す。図4aに示すように、pKaの範囲が6.0~7.0である244-C10 LNP、245-C10 LNP、および246-C10 LNPの場合、強い発光強度を示し、その中でも246-C10 LNPの場合発光強度が最も高く、246-C10 LNPが細胞内薬物伝達効率が最も高いことが分かった。
実施例5-2.癌細胞内核酸伝達確認
脂質ナノ粒子にC16 PEG-ceramideまたはPEG-DSPEを含む脂質-PEGの含有量を1.5~10.0モル%に変更して前記実施例2-2と同様の方法で脂質ナノ粒子を製造した。
脂質ナノ粒子にC16 PEG-ceramideまたはPEG-DSPEを含む脂質-PEGの含有量を1.5~10.0モル%に変更して前記実施例2-2と同様の方法で脂質ナノ粒子を製造した。
脂質ナノ粒子に含まれているイオン化可能な脂質:siRNAの重量比は7.5:1であり、LNPに含まれるイオン化可能な脂質(246-C10):リン脂質(DSPC):コレステロール:脂質-PEG(C16-PEG2000セラミドまたはPEG-DSPE)のモル比は42.5:13:39.5~43:1.5~5.0(モル比の総和が100となるようにコレステロールと脂質-PEGの含有量を調節)であった。
一実施形態によるLNPを細胞に形質転換(transfection)させる一日前にHeLa細胞(韓国細胞株銀行)をwhite plate(96well)に0.01×106cells/wellに分注してDMEM media(SH30022、Hyclone、米国)で37℃、0.5~3%CO2の条件で培養した。siLuc(配列番号2および3)が封入された脂質ナノ粒子をsiRNAの濃度10nMでHeLa-Luc細胞株に処理24時間後、Bright-GloTMLuciferase Assay溶液(promega、米国)を100ul/wellずつ処理して10分間常温に置いた後、溶解した細胞をInfinite M200発光測定装置(Tecan、米国)を用いて発光強度(luminescence intensity)を測定し、その結果を図4bに示す。使用されたsiLuc(ルシフェラーゼ(luciferase)遺伝子をターゲットとするsiRNA)の配列は上記表3に記載した。
図4bに示すように、一例による脂質ナノ粒子は癌細胞であるHela-Luc細胞への核酸伝達効果に優れた。
実施例5-3.薬物動態学的解析(Pharmacokinetic Analysis)
前記実施例2-2と同様の方法で脂質ナノ粒子に含まれる脂質-PEGの含有量を1.5~5.0モル%にしてAnti-HPV16 E6/E7 siRNA(配列番号6および7;表3)が封入された脂質ナノ粒子を製造した。脂質ナノ粒子に含まれているイオン化可能な脂質:siRNAの重量比は7.5:1であり、LNPに含まれるイオン化可能な脂質(246-C10):リン脂質(DSPC):コレステロール:脂質-PEG(C16-PEG2000セラミド)のモル比は42.5:13:39.5~43:1.5~5.0であった。上記で製造した脂質ナノ粒子の直径およびPDIを前記実施例4-1と同様の方法で測定して下記表7に示す。
前記実施例2-2と同様の方法で脂質ナノ粒子に含まれる脂質-PEGの含有量を1.5~5.0モル%にしてAnti-HPV16 E6/E7 siRNA(配列番号6および7;表3)が封入された脂質ナノ粒子を製造した。脂質ナノ粒子に含まれているイオン化可能な脂質:siRNAの重量比は7.5:1であり、LNPに含まれるイオン化可能な脂質(246-C10):リン脂質(DSPC):コレステロール:脂質-PEG(C16-PEG2000セラミド)のモル比は42.5:13:39.5~43:1.5~5.0であった。上記で製造した脂質ナノ粒子の直径およびPDIを前記実施例4-1と同様の方法で測定して下記表7に示す。
anti-HPV16 E6/E7 siRNAが封入された脂質ナノ粒子2mg/kgの薬物をSpragu-Dawley系ラット(7~8週齢、male)の大腿静脈(femoral vein)に注射した後、0.5分~24時間血液を採取し、直ちに13、000rpm、4℃で5分間遠心分離をした後、plasmaを確保して-70℃ deep freezerに保管した。得られたplasmaからstem-loop RT-qPCR検出法を用いてplasma内にAnti-HPV16 E6/E7 siRNAを確認した。siRNAに特異的なStem-loop RT primerとprobeを選別してsiRNA標準試料を用いてReal time PCR技法を適用した時、siRNA標準試料に対するCp値(y)間の線形分析の結果、勾配平均と決定系数R2を有し、siRNA標準試料とCp値の間の回帰性を分析してstem-loop RT-qPCR検出法を行った。WinNonlinプログラムを利用して薬物動態パラメータを分析した結果を表8に示す。
表8に示すように、siHPV16_E6/E7が封入されたLNPは、naked siRNAに比べて薬物投与後に最高血中濃度(Cmax)が高く、薬物の消失半減期(T1/2)がさらに長く維持し、薬物の掃除率(CL)が低いので体内に長時間維持し、薬物が消失する程度が低くて生体内安定性(in vivo stability)が向上した。
実施例5-4.癌組織へのsiRNA-LNPsの移行確認
脂質ナノ粒子に含まれる脂質-PEGの含有量を5.0モル%にしてCy5.5 labeled siGFP(配列番号4および5;表3)が封入された脂質ナノ粒子(246-C10 LNP)を製造した。脂質ナノ粒子に含まれているイオン化可能な脂質:siRNAの重量比は7.5:1であり、LNPに含まれるイオン化可能な脂質(246-C10):リン脂質(DSPC):コレステロール:脂質-PEG(C16-PEG2000セラミド)のモル比は42.5:13:39.5:5.0であった。上記で製造した脂質ナノ粒子の直径およびPDIを前記実施例4-1と同様の方法で測定して下記表9に示す。
脂質ナノ粒子に含まれる脂質-PEGの含有量を5.0モル%にしてCy5.5 labeled siGFP(配列番号4および5;表3)が封入された脂質ナノ粒子(246-C10 LNP)を製造した。脂質ナノ粒子に含まれているイオン化可能な脂質:siRNAの重量比は7.5:1であり、LNPに含まれるイオン化可能な脂質(246-C10):リン脂質(DSPC):コレステロール:脂質-PEG(C16-PEG2000セラミド)のモル比は42.5:13:39.5:5.0であった。上記で製造した脂質ナノ粒子の直径およびPDIを前記実施例4-1と同様の方法で測定して下記表9に示す。
C57BL/6 femaleで7週齢、20gのマウスに5×106個のHeLa細胞を皮下接種した。マウスの腫瘍体積および体重を週2回モニターした。腫瘍の大きさはデジタルカリパスを用いて測定した。腫瘍の体積はV=0.5×W2×L(V=腫瘍体積、W=腫瘍幅、L=腫瘍長)を使用して計算した。腫瘍の大きさが100mm3である時、脂質ナノ粒子をマウスに注入し、注入48時間後にIvISによって生体分布を確認した。癌組織、肝臓、腎臓での蛍光を測定し、その結果を図5aに示す。図5aに示すように、一例による脂質ナノ粒子の投与時、癌組織への移行に優れていることを確認することができた。
実施例5-5.Xenograft tumor mouseモデルでのin vivo siRNA伝達および遺伝子調節確認
前記実施例5-2で確認した通り、インビトロで優れた遺伝子発現効果(遺伝子伝達効果)を示す246-C10 LNPの生体内薬物伝達効率および生体分布(biodistribution)を本実施例で確認した。
前記実施例5-2で確認した通り、インビトロで優れた遺伝子発現効果(遺伝子伝達効果)を示す246-C10 LNPの生体内薬物伝達効率および生体分布(biodistribution)を本実施例で確認した。
前記実施例5-4と同様の方法でsiLuc(配列番号2および3;表3)を246-C10 LNP(脂質-PEGを1.5モル%含み)を製造し、各ナノ粒子をPBSで16時間透析してエタノールを除去した。C57BL/6 Femaleで7週齢、20gのマウス(オリエンタルバイオ)に5×106個のHeLa-Luc癌細胞を皮下接種した。マウスの腫瘍体積および体重を週2回モニターした。腫瘍の大きさはデジタルカリパスを用いて測定した。腫瘍の体積はV=0.5×W2×L(V=腫瘍体積、W=腫瘍幅、L=腫瘍長)を使用して計算した。腫瘍の大きさが100mm3である時、siLuc脂質ナノ粒子とNegative control siRNAをマウスに注入し、注入48時間後、IvIS(PerkinElmer、米国)装置を用いて生体発光(bioluminescence)強度を図5bに示す。図5bに示すように、HeLa-Luc xenograftマウスの生体内で相補的なsiLuc脂質ナノ粒子を投与したグループがNegative control siRNA脂質ナノ粒子を投与したグループより発光強度が減少することを確認することができた。これにより、一例による脂質ナノ粒子の伝達および保存力に優れていることを確認することができた。
前記実施例5-4と同様の方法でsiLuc(配列番号2および3;表3)を246-C10 LNP(脂質-PEGを1.5モル%含み)を製造し、各ナノ粒子をPBSで16時間透析してエタノールを除去した。図5bと同様の方法でXenograftマウスモデルを製作して注射方法による生体発光強度を測定した。
siLucが封入された脂質ナノ粒子を静脈注射(Iv(intravenous) injection)または腫瘍内注射(IT(intratumoral))方法で注射後、3時間後にIvIS(PerkinElmer、米国)装置を用いて生体発光(bioluminescence)を確認し、その結果を図5cに示す。図5cに示すように、siLucを含む脂質ナノ粒子が投与された注射方法による生体発光を図表で表し、静脈注射、腫瘍内注射方法いずれも発光強度を減少させることを確認することができた。
実施例6.Anti-HPV16 E6/E7 siRNAを利用した癌治療の効果確認
実施例6-1.HPV16 E6/E7遺伝子をターゲットとするsiRNAを封入した脂質ナノ粒子の製造
前記実施例2-2と同様の方法でHPV16 E6/E7遺伝子をターゲットとするsiRNA(配列番号6および7;表3)が封入された246-C10脂質ナノ粒子(脂質-PEGを1.5モル%含み)を製造した。
実施例6-1.HPV16 E6/E7遺伝子をターゲットとするsiRNAを封入した脂質ナノ粒子の製造
前記実施例2-2と同様の方法でHPV16 E6/E7遺伝子をターゲットとするsiRNA(配列番号6および7;表3)が封入された246-C10脂質ナノ粒子(脂質-PEGを1.5モル%含み)を製造した。
実施例6-2.癌細胞死滅効果測定
癌細胞の死滅効果を測定するために頭頸部扁平上皮癌(head and neck squamous carcinoma carcinoma(HNSCC)細胞株であるUM-SCC-47(Meark Cat No.SCC071)細胞と、子宮頸癌細胞株であるCa Ski(ATCC Cat No.CRL-1550)細胞株に前記実施例6-1で製造したAnti-HPV16 E6/E7 siRNAが封入されたLNPを形質注入(Transfection)させた。
癌細胞の死滅効果を測定するために頭頸部扁平上皮癌(head and neck squamous carcinoma carcinoma(HNSCC)細胞株であるUM-SCC-47(Meark Cat No.SCC071)細胞と、子宮頸癌細胞株であるCa Ski(ATCC Cat No.CRL-1550)細胞株に前記実施例6-1で製造したAnti-HPV16 E6/E7 siRNAが封入されたLNPを形質注入(Transfection)させた。
頭頸部扁平上皮癌細胞株であるUM-SCC-47は10%ウジ胎児血清と抗生物質が含まれているDMEM培地(Hyclone社製Cat:SH30243.01)で37℃、5%CO2および100%湿度条件で培養した。子宮頸癌細胞株であるCa Skiは、10%ウジ胎児血清と抗生物質が含まれているRPMI(Hyclone社製Cat:SH30027.01)培地で37℃、5%CO2および100%湿度条件で培養した。
形質注入24時間前、6well plateに1×105細胞を入れて培養した後、Anti HPV16 E6/E7 siRNAが封入された246-C10 LNP(脂質-PEGを1.5モル%含み)を単独投与群および併用投与群でUM-SCC-47で10~30nMの濃度に処理し、Ca Ski細胞で10~40nMの濃度に処理し、シスプラチン(CDDP)の場合、単独投与群および併用投与群でUM-SCC-47に1~5uMの濃度に、Ca Skiに5~10uMの濃度に処理し、Apoe4 1.5ug/mlと常温で15分間結合させた後、6well plateに処理した。形質注入後、48時間後に血球計数板(hemocytometer)を用いて位相差顕微鏡で、細胞内のtrypan blueの染色程度を確認して細胞生存率を確認し、その結果を図6aに示す。
図6aに示すように、一例によりsiRNA行って封入された脂質ナノ粒子による癌細胞の死滅効果に優れ、抗がん剤(CDDP)と併用時に死滅効果がさらに向上した。
実施例6-3.mRNA発現の測定
本実施例で一例による脂質ナノ粒子による薬物(siRNA)伝達効率を測定するためにHPV16 E6/E7のmRNA発現を測定し、一例による脂質ナノ粒子による癌の予防または治療効果を確認するためにp21 mRNA発現を測定した。
本実施例で一例による脂質ナノ粒子による薬物(siRNA)伝達効率を測定するためにHPV16 E6/E7のmRNA発現を測定し、一例による脂質ナノ粒子による癌の予防または治療効果を確認するためにp21 mRNA発現を測定した。
mRNA発現程度を測定するために頭頸部扁平上皮癌(head and neck squamous carcinoma carcinoma(HNSCC)細胞株であるUM-SCC-47(Meark Cat No.SCC071)細胞、子宮頸癌細胞株であるCa Ski(ATCC Cat No.CRL-1550)細胞株に前記実施例6-1で製造したAnti-HPV16 E6/E7 siRNAが封入されたLNPを形質注入(Transfection)させた。頭頸部扁平上皮癌細胞株であるUM-SCC-47と子宮頸癌細胞株であるCa Skiは実施例6-2と同様に培養した。
形質注入24時間前、6well plateに1×105細胞を入れて培養した後、Anti HPV16 E6/E7 siRNAが封入された246-C10 LNP(脂質-PEGを1.5モル%含み)を単独投与群および併用投与群でUM-SCC-47で10~30nMの濃度に処理し、Ca Ski細胞で10~40nMの濃度に処理した。シスプラチン(CDDP)の場合、単独投与群および併用投与群でUM-SCC-47で1~5uMの濃度に、Ca Skiで5~10uMの濃度に処理し、Apoe4 1.5ug/mlと常温で15分間結合させた後、6well plateに処理した。
形質注入後、48時間後に細胞を溶解してRiboEXTM(GeneAll、Cat no 301-001)を用いて製造会社の指示に伴ってRNAを抽出して、HPV16 E6/E7(Forward primer:配列番号8/Reverse primer:配列番号9/Probe:UPL#63(Roche))、P21(Forward primer:配列番号10/Reverse primer:配列番号11/Probe:UPL#82(Roche))、HPRT1(Forward primer:配列番号12/Reverse primer:配列番号13/Probe:UPL#73(Roche))のmRNAの発現程度を確認できるQuantitative Real time-Polymerase chain Reaction(qRT-PCR)を行い、その結果を図6bに示す。HPRT1はHouse keeping geneとして使用され、使用されたプライマー配列は下記表10に記載した。
図6bに示すように、Anti-HPV16 E6/E7 siRNAが封入された脂質ナノ粒子の処理時、HPV16 E6/E7のmRNAの発現が顕著に減少し、腫瘍抑制遺伝子p53の下位遺伝子であるp21 mRNAの発現は顕著に増加したことを確認でき、化学抗がん剤(Cisplatin、CDDP)と併用時、HPV16 E6/E7のmRNAの発現の減少およびp21 mRNAの発現の増加がさらに向上した。
実施例6-4.タンパク質発現測定
本実施例で、一例による脂質ナノ粒子による癌の予防または治療効果を確認するためにp21およびp53タンパク質の発現を測定した。
本実施例で、一例による脂質ナノ粒子による癌の予防または治療効果を確認するためにp21およびp53タンパク質の発現を測定した。
タンパク質の発現程度を測定するために頭頸部扁平上皮癌(head and neck squamous carcinoma carcinoma(HNSCC))細胞株であるUM-SCC-47(Meark Cat No.SCC071)細胞、子宮頸癌細胞株であるCa Ski(ATCC Cat No.CRL-1550)細胞株に前記実施例6-1で製造したAnti-HPV16 E6/E7 siRNAが封入されたLNPを形質注入(Transfection)させた。頭頸部扁平上皮癌細胞株であるUM-SCC-47と子宮頸癌細胞株であるCa Skiは実施例6-2と同様に培養した。
形質注入24時間前、6well plateに1×105細胞を入れて培養した後、Anti HPV16 E6/E7 siRNAが封入された246-C10 LNP(脂質-PEGを1.5モル%含み)を単独投与群および併用投与群でUM-SCC-47で10~30nMの濃度に処理し、Ca Ski細胞で10~40nMの濃度に処理した。シスプラチン(CDDP)の場合、単独投与群および併用投与群でUM-SCC-47で1~5uMの濃度に、Ca Skiで5~10uMの濃度に処理し、Apoe4 1.5ug/mlと常温で15分間結合させた後、6well plateに処理した。
形質注入48時間後にウェスタンブロット分析方法を用いてp21、p53、House keepingタンパク質であるb-actinの発現水準を測定した。RIPA細胞溶解緩衝液(RIPA Cell lysis buffer:150mM NaCl、10mM Tris-HCl(Ph7.4)、5mM EDTA、0.1% SDS、0.5% deoxycholateおよび1% NP-40)を添加して溶解し、タンパク質量を定量できるBCA assayを用いて同じタンパク質量でウェスタンブロットを行った。1次抗体Anti-P21(Santacruz Cat no.SC-817)は1:2000に希釈して使用し、Anti-p53(Santacruz Cat no.SC-47698)は1:2000に希釈して使用し、Anti-B-actin(Santacruz Cat no.SC-47778)は1:3000に希釈して使用した。2次抗体としては、IgG-Mouse-HRPが結合した抗体を1:5000に希釈して行い、その結果を図6cに示す。
図6cに示すように、Anti-HPV16 E6/E7 siRNAが封入された脂質ナノ粒子の単独または抗がん剤(CDDP)と併用処理時、p21およびp53のタンパク質発現が顕著に増加した。
実施例7.PMVK siRNAを利用した癌治療の効果確認
実施例7-1.PMVKをターゲットとするsiRNAを封入した脂質ナノ粒子の製造
前記実施例2-2の方法と同様にPMVKをターゲットとするsiRNA(配列番号14および15;表3)が封入された246-C10脂質ナノ粒子(脂質-PEGを1.5モル%含み)を製造した。
実施例7-1.PMVKをターゲットとするsiRNAを封入した脂質ナノ粒子の製造
前記実施例2-2の方法と同様にPMVKをターゲットとするsiRNA(配列番号14および15;表3)が封入された246-C10脂質ナノ粒子(脂質-PEGを1.5モル%含み)を製造した。
実施例7-2.癌細胞の死滅効果の測定
癌細胞の死滅効果を測定するために膵臓癌細胞株であるMiapaca-2(ATCC Cat.no CL-1420)、肺癌細胞株A549(ATCC Cat.no CCL-185)、乳癌細胞株であるMCF-7(ATCC Cat.no HTB-22)、および子宮頸癌細胞株であるHela(ATCC Cat.no CCL-2)細胞株に前記実施例7-1で製造したAnti-PMVK siRNAが封入されたLNPを形質注入(Transfection)させた。
癌細胞の死滅効果を測定するために膵臓癌細胞株であるMiapaca-2(ATCC Cat.no CL-1420)、肺癌細胞株A549(ATCC Cat.no CCL-185)、乳癌細胞株であるMCF-7(ATCC Cat.no HTB-22)、および子宮頸癌細胞株であるHela(ATCC Cat.no CCL-2)細胞株に前記実施例7-1で製造したAnti-PMVK siRNAが封入されたLNPを形質注入(Transfection)させた。
膵臓癌細胞株であるMiapaca-2、子宮頸癌細胞株であるHelaは、10%ウジ胎児血清と抗生物質が含まれているDMEM培地(Hyclone社製Cat:SH30243.01)で37℃、5%CO2および100%湿度条件で培養した。
肺癌細胞株A549、乳癌細胞株であるMCF-7は、10%ウジ胎児血清と抗生物質が含まれているRPMI(Hyclone社製Cat:SH30027.01)培地で37℃、5%CO2および100%湿度条件で培養した。
形質注入24時間前、6well plateに0.5~1×105細胞を入れて培養した後、Anti PMVK siRNAが封入された246-C10 LNP(脂質-PEGを1.5モル%含み)を単独投与群および併用投与群で20~40nMの濃度に処理し、シスプラチン((CDDP)Sigma、Cat no.P4394)の場合、単独投与群および併用投与群で1~5uMの濃度に処理し、Apoe4 1.5ug/mlを常温で15分間結合させた後、6well plateに処理した。形質注入後、48時間後に血球計数板(hemocytometer)を用いて位相差顕微鏡で、細胞内のtrypan blueの染色程度を確認して細胞生存率を確認し、その結果を図7aに示す。
図7aに示すように、一例による薬物が封入された脂質ナノ粒子によってsiRNAによる癌細胞の死滅効果が増加した。
実施例7-3.mRNAの発現の測定
本実施例で一例による脂質ナノ粒子による薬物(siRNA)伝達効率を測定するために肺癌、膵臓癌、乳癌、子宮頸癌細胞でPMVK mRNAの発現を測定した。
本実施例で一例による脂質ナノ粒子による薬物(siRNA)伝達効率を測定するために肺癌、膵臓癌、乳癌、子宮頸癌細胞でPMVK mRNAの発現を測定した。
mRNAの発現程度を測定するために膵臓癌細胞株であるMiapaca-2(ATCC Cat.no CL-1420)、肺癌細胞株A549(ATCC Cat.no CCL-185)、乳癌細胞株であるMCF-7(ATCC Cat.no HTB-22)、および子宮頸癌細胞株であるHela(ATCC Cat.no CCL-2)細胞株に前記実施例7-1で製造したAnti-PMVK siRNAが封入されたLNPを形質注入(Transfection)させた。膵臓癌細胞株であるMiapaca-2、子宮頸癌細胞株であるHela、肺癌細胞株A549、乳癌細胞株であるMCF-7は実施例7-2と同様に培養した。
形質注入24時間前、6well plateに0.5~1×105細胞を入れて培養した後、Anti PMVK siRNAが封入された246-C10 LNP(脂質-PEGを1.5モル%含み)を単独投与群および併用投与群で20~40nMの濃度に処理し、シスプラチン((CDDP)Sigma、Cat no.P4394)の場合、単独投与群および併用投与群で1~5uMの濃度に処理し、Apoe4 1.5ug/mlを常温で15分間結合させた後、6well plateに処理した。形質注入後、48時間後に細胞を溶解してRiboEXTM(GeneAll、Cat no 301-001)を用いて製造会社の指示に伴ってRNAを抽出し、PMVK(Forward::配列番号16/Reverse:配列番号17/Probe:UPL#49(Roche))、B-ACTIN(Forward:配列番号18/Reverse:配列番号19/Probe:UPL#64(Roche))のmRNAの発現程度を確認できるQuantitative Real time-Polymerase chain Reaction(qRT-PCR)を行い、その結果を図7bに示す。B-ACTINはHouse keeping geneとして使用され、使用されたプライマー配列は下記表11に記載した。
図7bに示すように、PMVK siRNAが封入された脂質ナノ粒子を癌細胞に処理時、PMVKのmRNAの発現が顕著に減少した。
実施例7-4.タンパク質の発現の測定
本実施例で一例による脂質ナノ粒子による薬物(siRNA)伝達効率を測定するために肺癌、膵臓癌、乳癌、子宮頸癌細胞でPMVKのタンパク質の発現を測定した。
本実施例で一例による脂質ナノ粒子による薬物(siRNA)伝達効率を測定するために肺癌、膵臓癌、乳癌、子宮頸癌細胞でPMVKのタンパク質の発現を測定した。
タンパク質の発現程度を測定するために膵臓癌細胞株であるMiapaca-2(ATCC Cat.no CL-1420)、肺癌細胞株A549(ATCC Cat.no CCL-185)、乳癌細胞株であるMCF-7(ATCC Cat.no HTB-22)、および子宮頸癌細胞株であるHela(ATCC Cat.no CCL-2)細胞株に前記実施例7-1で製造したAnti-PMVK siRNAが封入されたLNPを形質注入(Transfection)させた。膵臓癌細胞株であるMiapaca-2、子宮頸癌細胞株であるHela、肺癌細胞株A549、乳癌細胞株であるMCF-7は実施例7-2と同様に培養した。
形質注入24時間前、6well plateに0.5~1×105細胞を入れて培養した後、Anti PMVK siRNAが封入された246-C10 LNP(脂質-PEGを1.5モル%含み)を単独投与群および併用投与群で20~40nMの濃度に処理し、シスプラチン((CDDP)Sigma、Cat no.P4394)の場合、単独投与群および併用投与群で1~5uMの濃度に処理し、Apoe4 1.5ug/mlを常温で15分間結合させた後、6well plateに処理した。形質注入48時間後にウェスタンブロット分析方法を用いてPMVKの発現水準を測定した。RIPA細胞溶解緩衝液(RIPA Cell lysis buffer:150mM NaCl、10mM Tris-HCl(pH7.4)、5mM EDTA、0.1% SDS、0.5% deoxycholateおよび1% NP-40)を添加して溶解し、タンパク質量を定量できるBCA assayを用いて同じタンパク質量でウェスタンブロットを行った。1次抗体Anti-PMVK(Atlas antibody Cat no.HPA029900)は1:2000に希釈して使用した。2次抗体としてはIgG-Mouse-HRPが結合した抗体を1:5000に希釈して行い、その結果を図7cに示す。
図7cに示すように、Anti-PMVK siRNAが封入された脂質ナノ粒子を癌細胞に処理時、PMVKタンパク質の発現が顕著に減少した。
実施例7-5.癌細胞主でPMVKのノックダウン時、放射線敏感度による生存率測定
本実施例で一例による脂質ナノ粒子による薬物(siRNA)伝達効率を測定するために肺癌、膵臓癌、子宮頸癌細胞で放射線治療抵抗性関連因子として知られるPMVKのノックダウン時の細胞生存率を測定した。
本実施例で一例による脂質ナノ粒子による薬物(siRNA)伝達効率を測定するために肺癌、膵臓癌、子宮頸癌細胞で放射線治療抵抗性関連因子として知られるPMVKのノックダウン時の細胞生存率を測定した。
細胞生存率を測定するために膵臓癌細胞株であるMiapaca-2(ATCC Cat.no CL-1420)、肺癌細胞株A549(ATCC Cat.no CCL-185)、子宮頸癌細胞株であるHela(ATCC Cat.no CCL-2)およびCa Ski(ATCC Cat.no CRL-1550)細胞株に前記実施例2-2と同様の方法でPMVK遺伝子をターゲットとするsiRNA(配列番号14および15;表3)が封入された246-C10脂質ナノ粒子(脂質-PEGを1モル%含み)を製造して形質注入(Transfection)させた。膵臓癌細胞株であるMiapaca-2、子宮頸癌細胞株であるHela、Ca Ski、肺癌細胞株A549は実施例7-2と同様に培養した。
形質注入24時間前、Miapaca-2、A549、HeLa、Ca Ski細胞を0.3×104個で96ウォールプレートにシーディングした後、24時間培養した。培養した細胞に前記実施例7-5で製造したAnti-PMVK siRNAが封入された246-C10脂質ナノ粒子(脂質-PEGを1モル%含み)を形質注入(Transfection)させた。また、6-MV光子線線型加速器(6-MV photon beam linear accelerator)を用いて10Gyの放射線を処理した。放射線処理後、2日目にCCK-8アッセイを用いて細胞の生存率を確認した。その結果を図7dに示す。
図7dに示すように、Anti-PMVK siRNAが封入された246-C10脂質ナノ粒子と放射線を癌細胞に処理時、細胞死滅が顕著に増加した。
実施例7-6.癌細胞主でPMVKナノ粒子によるノックダウン時、放射線敏感度によるタンパク質の発現の測定
本実施例で一例による脂質ナノ粒子による薬物(siRNA)伝達効率を測定するために肺癌、膵臓癌、子宮頸癌細胞で放射線治療抵抗性関連印字として知られるPMVKをノックダウン時のタンパク質の発現を測定した。
本実施例で一例による脂質ナノ粒子による薬物(siRNA)伝達効率を測定するために肺癌、膵臓癌、子宮頸癌細胞で放射線治療抵抗性関連印字として知られるPMVKをノックダウン時のタンパク質の発現を測定した。
タンパク質の発現を測定するために膵臓癌細胞株であるMiapaca-2(ATCC Cat.no CL-1420)、肺癌細胞株A549(ATCC Cat.no CCL-185)、子宮頸癌細胞株であるHela(ATCC Cat.no CCL-2)およびCa Ski(ATCC Cat.no CRL-1550)細胞株に前記実施例7-5で製造したAnti-PMVK siRNAが封入されたLNPを形質注入(Transfection)させた。膵臓癌細胞株であるMiapaca-2、子宮頸癌細胞株であるHela、Ca Ski、肺癌細胞株A549は実施例7-2と同様に培養した。
形質注入24時間前、Miapaca-2、A549、HeLa、Ca Ski細胞を1.0×105個で6ウォールプレートにシーディングした後、24時間培養した。培養した細胞に前記実施例7-5で製造したAnti-PMVK siRNAが封入された246-C10 LNP(脂質-PEGを1.0モル%含み)を形質注入(Transfection)させた。また、6-MV光子線線型加速器(6-MV photon beam linear accelerator)を用いて10Gyの放射線を処理した。放射線処理後、2日目にタンパク質を抽出した後、PMVK抗体を利用したウェスタンブロットを行うことによってタンパク質の発現を確認した。その結果を図7eに示す。
図7eに示すように、Anti-PMVK siRNAが封入された246-C10脂質ナノ粒子と放射線を癌細胞に処理時、PMVK siRNAによるタンパク質の発現が減少することを確認することができた。
実施例7-7.Xenograft tumor mouseモデルでのsiRNAを含むナノ粒子によるin vivo siRNA伝達および遺伝子調節確認
本実施例で一例による脂質ナノ粒子による薬物(siRNA)伝達効率を測定するために肺癌、膵臓癌のXenograft mouseモデルで放射線治療抵抗性関連因子として知られるPMVKのノックダウン時の腫瘍の大きさの変化を測定した。
本実施例で一例による脂質ナノ粒子による薬物(siRNA)伝達効率を測定するために肺癌、膵臓癌のXenograft mouseモデルで放射線治療抵抗性関連因子として知られるPMVKのノックダウン時の腫瘍の大きさの変化を測定した。
BALB/c maleで5週齢の20gのヌードマウス(オリエンタルバイオ)の右太ももに3×106個のMiapaca-2癌細胞(ATCC、Cat.No.CRL-1420)と1×106個のA549癌細胞(ATCC、Cat.No.CCL-185)を皮下接種した。マウスの腫瘍体積および体重を週3回モニターした。腫瘍の大きさはデジタルカリパスを用いて測定した。腫瘍の体積はV=0.5×W2×L(V=腫瘍体積、W=腫瘍幅、L=腫瘍長)を用いて計算した。前記実施例7-5と同様の方法でPMVK遺伝子をターゲットとするsiRNA(配列番号14および15;表3)が封入された246-C10脂質ナノ粒子(脂質-PEGを1モル%含み)を製造した。腫瘍の大きさが100mm3±20である時、PMVKが封入された246-C10脂質ナノ粒子とVehicle LNPをMiapaca-2 XenograftヌードマウスでIv(Intravenouse)で1週目、3週目にQD×3で3mg/kgを注入し、ナノ粒子の注入後、主1回、6-MV光子線線型加速器(6-MV photon beam linear accelerator)を用いて4Gyの放射線を処理した。その結果を7fに示す。
前記実施例7-5と同様の方法でPMVK遺伝子をターゲットとするsiRNA(配列番号14および15;表3)が封入された246-C10脂質ナノ粒子(脂質-PEGを1モル%含み)を製造した。腫瘍の大きさが100mm3±20である時、PMVKが封入されたLNPと、Vehicle LNPをA549 XenograftヌードマウスでIv(Intravenouse)で1週目、3週目にQD×3で3mg/kgを注入し、また、ナノ粒子の注入後、主1回、6-MV光子線線型加速器(6-MV photon beam linear accelerator)を用いて2Gyの放射線を処理した。その結果を7gに示す。図7fおよび図7gに示すように、Anti-PMKV siRNAを含む246-C10脂質ナノ粒子が投与されたマウスモデルでPMVK遺伝子の発現の減少が、放射線処理を行う場合さらに減少することを確認することができた。
Claims (16)
- (1)1,4-ビス(3-アミノプロピル)ピペラジン(1,4-bis(3-aminopropyl)piperazine)およびアルキル-エポキシドが結合したイオン化可能な脂質(ionizable lipid);リン脂質;コレステロール;および脂質-PEG(polyethyleneglycol)複合体を含む脂質ナノ粒子、および
(2)第1抗がん剤を含み、
前記第1抗がん剤は、陰イオン性薬物、核酸、またはその組み合わせである、癌の予防または治療用薬学組成物。 - 前記アルキル-エポキシドは1,2-エポキシドデカン(1,2-epoxydodecane)である、請求項1に記載の薬学組成物。
- 前記リン脂質は、DOPE、DSPC、POPC、EPC、DOPC、DPPC、DOPG、DPPG、DSPE、Phosphatidylethanolamine、dipalmitoylphosphatidylethanolamine、1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine、POPE、POPC、DOPS、および1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-[phospho-L-serine]からなる群より選択される1種以上である、請求項1に記載の薬学組成物。
- 前記脂質-PEG複合体内脂質は、セラミド(ceramide)、ジミリストイルグリセロール(dimyristoylglycerol、DMG)、スクシニルジアシルグリセロール(succinoyl-diacylglycerol、s-DAG)、ジステアロイルホスファチジルコリン(distearoylphosphatidylcholine、DSPC)、ジステアロイルホスファチジルエターノルアミン(distearoylphosphatidylethanolamine、DSPE)、およびコレステロールからなる群より選択される1種以上である、請求項1に記載の薬学組成物。
- 前記脂質-PEG複合体を0.25~10モル%で含む、請求項1に記載の薬学組成物。
- 前記脂質ナノ粒子は、イオン化可能な脂質:リン脂質:コレステロール:脂質-PEG複合体を20~50:10~30:10~60:0.25~10のモル比で含む、請求項1に記載の薬学組成物。
- 前記脂質ナノ粒子はpKaが6.0~7.0である、請求項1に記載の薬学組成物。
- 前記第1抗がん剤は、前記脂質ナノ粒子内部に封入されている、請求項1に記載の薬学組成物。
- 前記脂質ナノ粒子は、平均直径が30nm~150nmである、請求項1に記載の薬学組成物。
- 前記陰イオン性薬物は、ペプチド、タンパク質薬物、タンパク質-核酸構造体、および陰イオン性生体高分子-薬物複合体からなる群より選択される1種以上である、請求項1に記載の薬学組成物。
- 前記核酸は、小干渉リボ核酸(siRNA)、リボソームリボ核酸(rRNA)、リボ核酸(RNA)、ジオキシリボ核酸(DNA)、相補性ジオキシリボ核酸(cDNA)、アプタマー(aptamer)、伝令リボ核酸(mRNA)、運搬リボ核酸(tRNA)、アンチセンスオリゴヌクレオチド、shRNA、miRNA、リボザイム(ribozyme)、PNA、およびDNAzymeからなる群より選択される1種以上である、請求項1に記載の薬学組成物。
- 前記癌は、HPV(human papilloma virus)感染によって誘発された癌である、請求項1に記載の薬学組成物。
- 前記癌は、子宮頸癌、子宮体癌、膣がん(vaginal cancer)、外陰癌(vulvar cancer)、肛門癌(anal cancer)、陰茎癌(penis cancer)、扁桃癌(tonsil cancer)、咽頭癌(pharynx cancer)、喉頭癌(larynx cancer)、頭頸部癌、頭頸部扁平上皮癌、肺腺癌(lung adenocarcinoma)、非小細胞肺癌、肺扁平上皮癌、肺癌、胃癌、肉腫、リンパ腫、ホジキンリンパ腫、慢性または急性白血病、胸腺癌、上皮癌、唾液腺癌、肝癌、胃癌、甲状腺癌、副甲状腺癌、卵巣癌、乳癌、前立腺癌、食道癌、膵臓癌、神経膠腫、多発性骨髄腫、腎細胞癌、膀胱癌、絨毛膜癌、結腸癌、口腔癌、皮膚癌、黒色腫、骨癌、直腸癌、小腸癌、内分泌腺癌、副腎癌、軟部組織肉腫、尿道癌、脊髄腫瘍、脳幹神経膠腫および下垂体腺腫からなる群より選択される、請求項1に記載の薬学組成物。
- 請求項1~13のいずれか一項に記載の薬学組成物を含む、放射線治療に併用するための癌治療用薬学組成物。
- 請求項1~13のいずれか一項に記載の薬学組成物および第2抗がん剤をさらに含む、抗がん剤併用投与用薬学組成物。
- 前記第2抗がん剤は、シスプラチン、パクリタキセル、ドセタキセル、ゲムシタビン、ドキソルビシン、フルオロウラシル、およびカルボプラチンからなる群より選択される1種以上である、請求項15に記載の抗がん剤併用投与用薬学組成物。
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