JP4366014B2 - 薬理学的に活性な化合物の細胞内送達のためのカチオン性脂質の調製のための、アルカノイルｌ−カルニチンのペルフッ素化エステル - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、アルカノイルＬ-カルニチンのペルフッ素化エステル類、およびこれを薬理学上活性な化合物の細胞内送達を助け、それらの膜を貫通する輸送を促進し、または特定の細胞膜部分(レセプター)とのそれらの相互作用を促進するのに適したカチオン性脂質として使用することに関する。
「細胞内送達」が意味するのは、治療作用を有するポリヌクレオチドの細胞形質移入および、抗ウイルス性薬物または免疫原性ポリペプチドの細胞内への導入である。
例えば、ポリペプチドおよびタンパク質または薬物のような薬理学上活性な物質の多くは、一般に、亜細胞レベルまたは分子レベルで細胞機能に影響を与えることによりその効果を発揮させるために細胞内に侵入させる必要がある。これらの分子に対して、細胞膜は選択的に不浸透性のバリアを構築する。細胞膜は実際、保護的機能を果たしており、潜在的に有毒な物質の流入だけでなく、治療活性を有する化合物の流入も妨げる。細胞膜の複雑な組成には、リン脂質、糖脂質およびタンパク質が含まれ、その機能はＣａ++や他のイオン、ＡＴＰ、微細繊維、微小管、Ｃａ++に結合する酵素およびタンパク質のような細胞質成分により影響を受ける。細胞の構造成分と細胞質成分の間の相互作用および細胞外シグナルに対する反応は、様々な種類の細胞によって示される選択性を司る。膜のバリア効果は、物質を、天然に存在する膜脂質の組成物を再生させる脂質製剤と複合体を形成させて結合させることにより克服することができる。これらの脂質は、膜と融合することができ、それら脂質と結合した物質を細胞内へ放出することができる。脂質複合体は膜との融合により細胞内輸送を促進するだけでなく、膜と細胞内へ侵入しなければならない分子の間の電荷の反発を減らすこともできる。膜リン脂質のような両親媒性脂質は、水系で脂質胞またはリポソームを形成する。
【０００２】
リポソームは、水容積が脂質分子、通常はリン脂質から成る１またはそれ以上の膜により完全に封じ込められている小胞である。親水性の頭部と１対の炭素鎖(疎水性尾部)から成るリン脂質は、生体膜の主要成分である。水溶液中で、疎水性尾部は自己会合し(autoassociate)、親水性頭部は媒質と相互作用し、自然発生的に様々な直径の小胞の集まりを形成する。脂質は一般に双イオン性、中性またはアニオン性である。このような小胞を薬物、小分子、タンパク質、ヌクレオチドおよびプラスミドの運搬体として使用することができる。
近来、カチオン性リポソーム、合成脂質から調製された陽性に荷電した小胞が遺伝的物質の細胞内への移送のために幅広く使用されてきた。ＤＮＡの陰電荷はカチオン性脂質の陽電荷と相互作用し、安定なＤＮＡ-リポソーム複合体を形成することができる。この技術が簡単で用途が広いことから、リポソームはヒト患者に対する遺伝子治療における遺伝子の送達のための重要な媒体となっている。現在、遺伝子治療に用いられ、ＮＩＨ組換え諮問委員会(NIH Recombinant Advisory Committee)により是認されているベクターのほとんどは、ウイルス系および合成系を含む。
【０００３】
ウイルスの感染は、特定細胞に到達し、ＤＮＡを核内に運び得るための、一連の複雑な機構が関わっている。遺伝子治療のためにウイルスベクターを使用する原理は、ウイルス遺伝子を治療機能をコードする遺伝子と置き換えことができること、その一方で、ウイルス粒子の細胞に感染する能力を排除することができることに基づいている。ウイルス治療の限界は、免疫原性、細胞壊死性および組換え原性である可能性のあるこれらのウイルス成分を用いて行うところにある。
遺伝子治療のためのカチオン性脂質の使用に大きな期待が寄せられている。これらのベクターはかなり安全で、毒性が少なく大きなサイズの遺伝子を組み込むことも可能であることから、生物起源のベクターに比べて大きな潜在能力を有する。しかし、生物タイプのベクターと比較して、これらの細胞内遺伝子転写収率は低い。しかし、そのような形質移入系の使用についての研究が初期段階にあることは心に留めておくべきである。カチオン性脂質は、ＤＮＡ-脂質複合体の形成、細胞-複合体相互作用、膜との融合、細胞内へのＤＮＡの放出および転写において非常に重要な役割を果たす。
【０００４】
カチオン性リポソームのインビボでの適用に関する重要な例がある。遺伝子治療への最初の臨床試験は、ヒトのリポソーム-複合ＨＬＡ-Ｂ７遺伝子を含む発現ベクターを黒色腫の治療のために導入することにより行われた。もう一つの重要な適用は、リポソーム-結合発現ベクターＳＶ-４０Ｃ-ＦＴＲの、肺経路による投与またはスプレー式点鼻薬としての投与による肺嚢胞性繊維症の治療に関するものである。癌に対する遺伝子治療におけるリポソームの使用を含む他の臨床的試みが、現在進行中である。
【０００５】
カチオン性脂質には、一般に４つの構成要素がある。:陽性に荷電したカチオン性頭部、スペーサー、アンカー脂質およびリンカー結合。
カチオン性頭部はカチオン性リポソームとＤＮＡ、ＤＮＡ-リポソーム複合体と細胞膜および細胞の他の成分の間の相互作用を司る。カチオン性頭部は(電荷の数により)モノ-またはポリカチオン基から成り、不定に置換することができる。
スペーサーは、カチオン性頭部を疎水性尾部から分かち、カチオン性頭部とＤＮＡリン酸の陰性電荷との最適の接触を確保することに関わっている。
アンカー脂質は分子の非極性炭化水素部分であり、二重脂質層の物理学的特性、例えばその剛性および膜脂質との交代速度を決定する。
「リンカー結合」が意味するものは、炭化水素鎖と分子の残部の間の結合である。この結合は、カチオン性脂質の化学的安定性と生物分解性を決定する。
【０００６】
リポソームの調製および使用に関しては、豊富な化学文献および特許文献があるが、特許出願ＥＰ０２７９８８７Ａ２のみがカルニチン誘導体、すなわちホスファチジルカルニチンを任意に他のリン脂質および脂質(コレステロール、ホスファチジルコリン、ホスファチジルセリン)と混合して、リポソームの調製のために使用することを開示する。
リポソームの調製に関する唯一の実施例において、抗高血圧剤、抗アンギナおよび抗不整脈剤として作用することが知られる薬物であるプロパノールオールを組み込むホスファチジルカルニチンのリポソームが製造されている。カルニチン誘導体は、この明細書では、カルニチンの懸著な心筋への親和性のために使用されている。この親和性により、リポソームが所望の標的部位に達しないで肝臓により代謝されるのを防ぐことが可能となる。
またホスファチジルカルニチンの存在により、リポソームが腸のリパーゼに対して耐性となり、リポソームを経口で投与することが可能となる。
【０００７】
今回、生物学的に活性な化合物の細胞内送達を助ける有効な活性を有するカチオン性脂質が、以下の式(Ｉ):
【０００８】
【化３】
【０００９】
(式中、
Ｒ1は、直鎖または分枝鎖の、２-２０および好ましくは４-１２の炭素原子を有する任意にペルフッ素化されたアルカノイルであり、
Ｒ2は、直鎖または分枝鎖の、４-２０および好ましくは５-１２の炭素原子を有するペルフッ素化されたアルキルであり、および
Ｘ-は、薬理学上許容される酸のアニオンである)
を有するアルカノイルＬ-カルニチンのペルフッ素化エステルであることが見出された。
【００１０】
それゆえ、式(Ｉ)のＬ-カルニチンのペルフッ素化エステルから成るカチオン性リポソームが、本発明の目的である。式(Ｉ)のエステルは新規であり、従って、カチオン性リポソームの調製におけるその使用と共に、本発明の更なる目的を表す。
本発明のもう一つの目的は、薬理学上活性な化合物の細胞内送達に有用な薬剤の調製のための、前に定義したようなカチオン性リポソームの使用である。該薬剤はまた、薬理学上活性な化合物の細胞膜レセプターとの相互作用を促進するのに有用である。特に本発明において、薬理学上活性な化合物は、任意に適当なベクターに包含される遺伝子である。それゆえ、本発明により提供される薬剤は遺伝子治療に有用であり、例えば該遺伝子はβ-ガラクトシダーゼである。
Ｒ1の例には、これらに制限されるものではないが、アセチル、プロピオニル、ブチリル、バレリル、イソバレリル、ウンデカノイル、ラウロイル、トリデカフルオロヘプタノイル、ヘプタデカフルオロノナノイル、ヘプタコサフルオロミリストイル、ペンタデカフルオロ-オクタノイルおよび５Ｈ-オクタフルオロペンタノイルがある。
【００１１】
本明細書中、「ペルフッ素化」Ｒ2が意味するのは、少なくとも４０％の水素原子がフッ素原子で置換されたアルキルである。そのようなアルキルの例は、こららに制限されるものではないが、
-１,１Ｈ-２,２Ｈ-トリデカフルオロ-オクチル;
-１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-ペンタフルオロペンチル;
-１,１Ｈ-２,２Ｈ-ノナフルオロヘキシル;
-１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-４,４Ｈ-５,５Ｈ-６,６Ｈ-ノナフルオロデシル;
-１,１Ｈ-２,２Ｈ-ヘプタデカフルオロデシル;
-１,１Ｈ-２,２Ｈ-ヘイニコサフルオロドデシル(heinicosafluorododecyl);および、
-１,１Ｈ-トリコサフルオロドデシルである。
薬理学上許容される酸が意味するものは、望ましくない毒性または副作用を引き起こさない酸のアニオンである。
これらの酸は、薬理学者および医薬技術における専門家によく知られる。
これらのアニオンの例は、制限されるものではないが、クロライド;ブロマイド;ヨーダイド;アスパルテート;酸アスパルテート;シトレート;酸シトレート;タートレート;ムケート;ホスフェート;酸ホスフェート;フマレート;酸フマレート;グリセロホスフェート;グルコース ホスフェート;ラクテート;マレエート;酸マレエート;オロテート;オキサレート;酸オキサレート;スルフェート;酸スルフェート;トリクロロアセテート;トリフルオロアセテートおよびメタン スルホネートである。
これ以下に、本明細書中に記載される発明による化合物の調製の、多くの無制限の例を提供する。
【００１２】
実施例１
ウンデカノイル - Ｌ - カルニチンクロライド１ , １Ｈ - ２ , ２Ｈ - ヘパトデカフルオロデシルエステル ( ＳＴ１２２３ ) の調製
予め４０℃で真空乾燥したウンデカノイル-Ｌ-カルニチンクロライド(６.６ｇ;０.０１８ｍｏｌ)を２０ｍＬの無水ＣＨ2Ｃｌ2に溶解した。チオニルクロライド(２.２ｍＬ;０.０３ｍｏｌ)をこうして得た溶液に、０℃攪拌下で添加した。
生じた混合物の温度を室温まで上げ、３時間攪拌し続けた。その後、溶液を真空濃縮し、残存物をＣＨ2Ｃｌ2を(５０ｍＬを３回)用いて回収し、溶液を再び真空濃縮した。
こうして得たウンデカノイル-Ｌ-カルニチン酸クロライドを２０ｍＬの無水メチレンクロライドに溶解し、生じた溶液を０℃で１,１Ｈ-２,２Ｈ-ヘパトデカフルオロデカノール-１(１３.９ｇ;０.０３ｍｏｌ)に滴下した。
生じた混合液を一晩室温下で攪拌し続けた。
その後、油状生成物の完全な沈殿が生じるまでペトロレウムエーテルを添加した。
粗反応生成物を、ＣＨＣｌ3:ＣＨＣｌ-ＭｅＯＨ ９５:５で抽出するシリコンゲルクロマトグラフィーで精製した。４ｇの滴定量の生成物を得た。収量:２７％。
【００１３】
【表１】
Ｃ28Ｈ39ＮＯ4Ｆ17Ｃｌに関する元素分析
[α]25 D＝-8.98(Ｃ＝１％ＭｅＯＨ)
ＨＰＬＣ
カラム:μBondapak-C18(10μｍ)3.9mm×300mm
温度:３０℃
溶離剤:CH3CN/NH4H2PO4 50mM 80/20 pH=3.0
流速:1.0 mL/分
Ｒｔ:19.42分
NMR CDCl3 δ 5.7(1H,m,CHOCO); 4.5-4.4(3H,d+t,N+-CHH+COOCH2);
4.0(1H,m,N+CHH); 3.5(9H,s,(CH3)3 +N); 3.0-2.8(2H,m,CH2COO);
2.5(2H,m,CH2-CF2);2.3(2H,t,OCOCH2);1.5(2H,m,OCOCH2 CH 2);
1.2(14H,s,(CH2)7); 0.9(3H,t,CH3).
【００１４】
実施例２ - ６
以下の化合物:
ラウロイル-Ｌ-カルニチン クロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-トリデカフルオロ-オクチルエステル(ＳＴ１２２１);
ラウロイル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-ペンタフルオロペンチルエステル(ＳＴ１２４５);
ウンデカノイル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-ノナフルオロヘキシルエステル(１２４６);
イソバレリル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-４,４Ｈ-５,５Ｈ-６,６Ｈ-ノナフルオロデシルエステル(ＳＴ１１９２);および、
ウンデカノイル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-４,４Ｈ-５,５Ｈ-６,６Ｈ-ノナフルオロデシルエステル(１１９３)を、実施例１に記載のごとく調製した。
以下の表は、これらの化合物に関する多くの重要な物理化学的データを示す。
【００１５】
【表２】
* 実施例１同様、溶離剤 CH3CH/NH4H2PO4 70/30
** カラム:SCX-SGE(5μm); 4.0 mm × 250 mm
温度:30 ℃
溶離剤:CH3CH/NH4H2PO4 25 mM 60/40 pH = 4
流速:0.75 mL / 分
***実施例１同様、溶離剤 CH3CH/NH4H2PO4 50mM 60/40
【００１６】
実施例７
形質移入アッセイにおいて用いられるＳＴ１２２３リポソームの調製
リポソームを２００ｍｇのＳＴ１２２３を出発物として、実施例１に記載する方法に従い合成し、５０ｍＬのクロロホルムに溶解した(可溶化相)。溶媒を次いで真空下で一晩かけて除去した(温度３０-４０℃;４００-７００ｍｍＨｇ)。サンプルを脱イオン水を用いて終濃度５ｍＭまで水和した(水和相)。次いでリポソームを、超音波浴槽を用いて１時間、１０秒間隔で超音波処理に供した。こうして調製したリポソームは、単層からなる小胞であった。
【００１７】
実施例８
ＳＴ１２２３ - ＤＮＡリポソーム複合体の形成
リポソーム-ＤＮＡ複合体を、これ以下に記載する２つの溶液ＡとＢを混合することにより調製した。
溶液Ａ:２.５μｇのプラスミドＤＮＡ(酵素β-ガラクトシダーゼの発現のために用いられるｐＣＭＶ/β-Ｇａｌ、７２００塩基対)を滅菌下で５０μｌのＨＢＳ(ＨＥＰＥＳ ２０ｍＭ;ＮａＣｌ １５０ｍＭ、ｐＨ７.４)中に希釈した。
溶液Ｂ:実施例７に従い調製したリポソームを１.２９ｍＭの濃度まで蒸留水で希釈し、１５μＬのこの溶液を５０μＬの蒸留水中に希釈した。
２つの溶液を穏やかに攪拌することにより混合し、１０-３０分間室温でインキュベートした。
このプロセスにより、正味の陰性電荷を有するＤＮＡを陽性に荷電したリポソームと複合させることが可能となり、こうしてリポソーム-ＤＮＡ複合体を形成した。
【００１８】
実施例９
形質移入プロトコール
カチオン性リポソームにより媒介される形質移入の効率は、インキュベーション培地中の血清の存在または不在および、セルラインおよび密度のような様々なパラメータにより影響を受ける。ＤＮＡ形質移入は、以下のパラメータに従い行った。
血清の存在:
インキュベーション培地中の血清の存在により、カチオン性リポソームが媒介する形質移入が阻害される可能性があることが文献中に開示されている。我々の実験は血清(牛胎児血清)の存在下で行ったが、血清(牛胎児血清)の存在下でも活性が立証された。
セルラインの選択
ｐＣＭＶ-β-ＧａｌプラスミドＤＮＡ形質移入を４つの異なるセルラインに関して行った。
ヒーラー ヒト子宮癌
ＭＣＦ-７ ヒト哺乳動物腺癌
Ｃａｃｏ２ ヒト結腸腺癌
Ｔ９８-Ｇ ヒト神経膠芽腫
細胞密度
様々なセルライン、ヒーラー、ＭＣＦ-７、Ｃａｃｏ２およびＴ９８-Ｇ中のカチオン性リポソームにより媒介されるｐＣＭＶ-β-Ｇａｌ ＤＮＡ形質移入を異なる細胞密度:１００,０００細胞/皿、２００,０００細胞/皿および３００,０００細胞/皿:で行った。最大の形質移入効果は、Ｃａｃｏ２に関しては１００,０００細胞/皿、ヒーラーおよびＭＣＦ-７に関しては２００,０００/皿およびＴ９８-Ｇに関しては３００,０００細胞/皿で観察された。
【００１９】
形質移入方法を以下に記載する。
ヒーラー、ＭＣＦ-７、Ｃａｃｏ２およびＴ９８-Ｇ細胞を４８時間(３７℃、５％ＣＯ2で)、以下の増殖培地中で成長させた。
ヒーラー細胞:ＲＰＭＩ-１６４０(ＨｙＱ カタログ)、１０％牛胎児血清、１％Ｌ-グルタミン、１％ストレプトマイシン、１％ペニシリン
ＭＣＦ-７細胞:ＤＭＥＭ(ダルベッコ改変イーグル培地、シグマカタログ)、１０％牛胎児血清、１％Ｌ-グルタミン、１％ストレプトマイシン、１％ペニシリン
Ｃａｃｏ２細胞:ＥＭＥＭ(必須最小イーグル培地、シグマカタログ)、１５％牛胎児血清、１％Ｌ-グルタミン、１％ストレプトマイシン、１％ペニシリン
Ｔ９８-Ｇ細胞:ＥＭＥＭ(必須最小イーグル培地、シグマカタログ)、１０％牛胎児血清、１％Ｌ-グルタミン、１％ストレプトマイシン、１％ペニシリン
【００２０】
細胞を異なる密度(１００,０００細胞/皿、２００,０００細胞/皿、３００,０００細胞/皿)で、直径約３ｃｍのペトリ皿(コーニング(Corning)またはファルコン)に延べ、処置前に１８時間、２ｍＬの培地中でインキュベートした。
培地を２ｍＬの新鮮な培地と交換した後、実施例８に記載するように調製した１００μＬのリポソーム-ＤＮＡ複合体を各皿に添加した。ゆっくりと攪拌後、皿を恒温槽中に５時間置いた(３７℃、５％ＣＯ2)。その後、細胞を３回、一皿あたり５ｍＬのＰＢＳバッファー(ギブコカタログ)で洗浄し、１６時間インキュベートした(３７℃、５％ＣＯ2)。
細胞を３回、一皿あたり５ｍＬのＰＢＳバッファー(ギブコカタログ)で洗浄した後、総タンパク質を抽出し、イムノアッセイによりβ-ガラクトシダーゼの産生を測定するために１穴につきその５０μｇを添加した(β-Ｇａｌ、ＥＬＩＳＡキット、ベーリンガー)。
【００２１】
実施例１０
表１と図１は、細胞密度に対する、ヒーラー細胞中の酵素β-ガラクトシダーゼ(β-Ｇａｌ)の発現データを示す。形質移入の方法は、実施例９に記載したものである。
【００２２】
【表３】
表１
表２と図１は、細胞密度に対する、ＭＣＦ-７細胞中の酵素β-ガラクトシダーゼ(β-Ｇａｌ)の発現データを示す。形質移入の方法は、実施例９に記載したものである。
【００２３】
【表４】
表２
表３と図１は、細胞密度に対する、Ｔ９８-Ｇ細胞中の酵素β-ガラクトシダーゼ(β-Ｇａｌ)の発現データを示す。形質移入の方法は、実施例９に記載したものである。
【００２４】
【表５】
表３
表４と図１は、細胞密度に対する、Ｃａｃｏ２細胞中の酵素β-ガラクトシダーゼ(β-Ｇａｌ)の発現データを示す。形質移入の方法は、実施例９に記載したものである。
【００２５】
【表６】
表４
本発明は、アルカノイルＬ-カルニチンのペルフッ素化エステル類、およびこれを薬理学上活性な化合物の細胞内送達を助け、それらの膜を貫通する輸送を促進し、または特定の細胞膜部分(レセプター)とのそれらの相互作用を促進するのに適したカチオン性脂質として使用することに関する。
「細胞内送達」が意味するのは、治療作用を有するポリヌクレオチドの細胞形質移入および、抗ウイルス性薬物または免疫原性ポリペプチドの細胞内への導入である。
例えば、ポリペプチドおよびタンパク質または薬物のような薬理学上活性な物質の多くは、一般に、亜細胞レベルまたは分子レベルで細胞機能に影響を与えることによりその効果を発揮させるために細胞内に侵入させる必要がある。これらの分子に対して、細胞膜は選択的に不浸透性のバリアを構築する。細胞膜は実際、保護的機能を果たしており、潜在的に有毒な物質の流入だけでなく、治療活性を有する化合物の流入も妨げる。細胞膜の複雑な組成には、リン脂質、糖脂質およびタンパク質が含まれ、その機能はＣａ++や他のイオン、ＡＴＰ、微細繊維、微小管、Ｃａ++に結合する酵素およびタンパク質のような細胞質成分により影響を受ける。細胞の構造成分と細胞質成分の間の相互作用および細胞外シグナルに対する反応は、様々な種類の細胞によって示される選択性を司る。膜のバリア効果は、物質を、天然に存在する膜脂質の組成物を再生させる脂質製剤と複合体を形成させて結合させることにより克服することができる。これらの脂質は、膜と融合することができ、それら脂質と結合した物質を細胞内へ放出することができる。脂質複合体は膜との融合により細胞内輸送を促進するだけでなく、膜と細胞内へ侵入しなければならない分子の間の電荷の反発を減らすこともできる。膜リン脂質のような両親媒性脂質は、水系で脂質胞またはリポソームを形成する。
【０００２】
リポソームは、水容積が脂質分子、通常はリン脂質から成る１またはそれ以上の膜により完全に封じ込められている小胞である。親水性の頭部と１対の炭素鎖(疎水性尾部)から成るリン脂質は、生体膜の主要成分である。水溶液中で、疎水性尾部は自己会合し(autoassociate)、親水性頭部は媒質と相互作用し、自然発生的に様々な直径の小胞の集まりを形成する。脂質は一般に双イオン性、中性またはアニオン性である。このような小胞を薬物、小分子、タンパク質、ヌクレオチドおよびプラスミドの運搬体として使用することができる。
近来、カチオン性リポソーム、合成脂質から調製された陽性に荷電した小胞が遺伝的物質の細胞内への移送のために幅広く使用されてきた。ＤＮＡの陰電荷はカチオン性脂質の陽電荷と相互作用し、安定なＤＮＡ-リポソーム複合体を形成することができる。この技術が簡単で用途が広いことから、リポソームはヒト患者に対する遺伝子治療における遺伝子の送達のための重要な媒体となっている。現在、遺伝子治療に用いられ、ＮＩＨ組換え諮問委員会(NIH Recombinant Advisory Committee)により是認されているベクターのほとんどは、ウイルス系および合成系を含む。
【０００３】
ウイルスの感染は、特定細胞に到達し、ＤＮＡを核内に運び得るための、一連の複雑な機構が関わっている。遺伝子治療のためにウイルスベクターを使用する原理は、ウイルス遺伝子を治療機能をコードする遺伝子と置き換えことができること、その一方で、ウイルス粒子の細胞に感染する能力を排除することができることに基づいている。ウイルス治療の限界は、免疫原性、細胞壊死性および組換え原性である可能性のあるこれらのウイルス成分を用いて行うところにある。
遺伝子治療のためのカチオン性脂質の使用に大きな期待が寄せられている。これらのベクターはかなり安全で、毒性が少なく大きなサイズの遺伝子を組み込むことも可能であることから、生物起源のベクターに比べて大きな潜在能力を有する。しかし、生物タイプのベクターと比較して、これらの細胞内遺伝子転写収率は低い。しかし、そのような形質移入系の使用についての研究が初期段階にあることは心に留めておくべきである。カチオン性脂質は、ＤＮＡ-脂質複合体の形成、細胞-複合体相互作用、膜との融合、細胞内へのＤＮＡの放出および転写において非常に重要な役割を果たす。
【０００４】
カチオン性リポソームのインビボでの適用に関する重要な例がある。遺伝子治療への最初の臨床試験は、ヒトのリポソーム-複合ＨＬＡ-Ｂ７遺伝子を含む発現ベクターを黒色腫の治療のために導入することにより行われた。もう一つの重要な適用は、リポソーム-結合発現ベクターＳＶ-４０Ｃ-ＦＴＲの、肺経路による投与またはスプレー式点鼻薬としての投与による肺嚢胞性繊維症の治療に関するものである。癌に対する遺伝子治療におけるリポソームの使用を含む他の臨床的試みが、現在進行中である。
【０００５】
カチオン性脂質には、一般に４つの構成要素がある。:陽性に荷電したカチオン性頭部、スペーサー、アンカー脂質およびリンカー結合。
カチオン性頭部はカチオン性リポソームとＤＮＡ、ＤＮＡ-リポソーム複合体と細胞膜および細胞の他の成分の間の相互作用を司る。カチオン性頭部は(電荷の数により)モノ-またはポリカチオン基から成り、不定に置換することができる。
スペーサーは、カチオン性頭部を疎水性尾部から分かち、カチオン性頭部とＤＮＡリン酸の陰性電荷との最適の接触を確保することに関わっている。
アンカー脂質は分子の非極性炭化水素部分であり、二重脂質層の物理学的特性、例えばその剛性および膜脂質との交代速度を決定する。
「リンカー結合」が意味するものは、炭化水素鎖と分子の残部の間の結合である。この結合は、カチオン性脂質の化学的安定性と生物分解性を決定する。
【０００６】
リポソームの調製および使用に関しては、豊富な化学文献および特許文献があるが、特許出願ＥＰ０２７９８８７Ａ２のみがカルニチン誘導体、すなわちホスファチジルカルニチンを任意に他のリン脂質および脂質(コレステロール、ホスファチジルコリン、ホスファチジルセリン)と混合して、リポソームの調製のために使用することを開示する。
リポソームの調製に関する唯一の実施例において、抗高血圧剤、抗アンギナおよび抗不整脈剤として作用することが知られる薬物であるプロパノールオールを組み込むホスファチジルカルニチンのリポソームが製造されている。カルニチン誘導体は、この明細書では、カルニチンの懸著な心筋への親和性のために使用されている。この親和性により、リポソームが所望の標的部位に達しないで肝臓により代謝されるのを防ぐことが可能となる。
またホスファチジルカルニチンの存在により、リポソームが腸のリパーゼに対して耐性となり、リポソームを経口で投与することが可能となる。
【０００７】
今回、生物学的に活性な化合物の細胞内送達を助ける有効な活性を有するカチオン性脂質が、以下の式(Ｉ):
【０００８】
【化３】
(式中、
Ｒ1は、直鎖または分枝鎖の、２-２０および好ましくは４-１２の炭素原子を有する任意にペルフッ素化されたアルカノイルであり、
Ｒ2は、直鎖または分枝鎖の、４-２０および好ましくは５-１２の炭素原子を有するペルフッ素化されたアルキルであり、および
Ｘ-は、薬理学上許容される酸のアニオンである)
を有するアルカノイルＬ-カルニチンのペルフッ素化エステルであることが見出された。
【００１０】
それゆえ、式(Ｉ)のＬ-カルニチンのペルフッ素化エステルから成るカチオン性リポソームが、本発明の目的である。式(Ｉ)のエステルは新規であり、従って、カチオン性リポソームの調製におけるその使用と共に、本発明の更なる目的を表す。
本発明のもう一つの目的は、薬理学上活性な化合物の細胞内送達に有用な薬剤の調製のための、前に定義したようなカチオン性リポソームの使用である。該薬剤はまた、薬理学上活性な化合物の細胞膜レセプターとの相互作用を促進するのに有用である。特に本発明において、薬理学上活性な化合物は、任意に適当なベクターに包含される遺伝子である。それゆえ、本発明により提供される薬剤は遺伝子治療に有用であり、例えば該遺伝子はβ-ガラクトシダーゼである。
Ｒ1の例には、これらに制限されるものではないが、アセチル、プロピオニル、ブチリル、バレリル、イソバレリル、ウンデカノイル、ラウロイル、トリデカフルオロヘプタノイル、ヘプタデカフルオロノナノイル、ヘプタコサフルオロミリストイル、ペンタデカフルオロ-オクタノイルおよび５Ｈ-オクタフルオロペンタノイルがある。
【００１１】
本明細書中、「ペルフッ素化」Ｒ2が意味するのは、少なくとも４０％の水素原子がフッ素原子で置換されたアルキルである。そのようなアルキルの例は、こららに制限されるものではないが、
-１,１Ｈ-２,２Ｈ-トリデカフルオロ-オクチル;
-１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-ペンタフルオロペンチル;
-１,１Ｈ-２,２Ｈ-ノナフルオロヘキシル;
-１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-４,４Ｈ-５,５Ｈ-６,６Ｈ-ノナフルオロデシル;
-１,１Ｈ-２,２Ｈ-ヘプタデカフルオロデシル;
-１,１Ｈ-２,２Ｈ-ヘイニコサフルオロドデシル(heinicosafluorododecyl);および、
-１,１Ｈ-トリコサフルオロドデシルである。
薬理学上許容される酸が意味するものは、望ましくない毒性または副作用を引き起こさない酸のアニオンである。
これらの酸は、薬理学者および医薬技術における専門家によく知られる。
これらのアニオンの例は、制限されるものではないが、クロライド;ブロマイド;ヨーダイド;アスパルテート;酸アスパルテート;シトレート;酸シトレート;タートレート;ムケート;ホスフェート;酸ホスフェート;フマレート;酸フマレート;グリセロホスフェート;グルコース ホスフェート;ラクテート;マレエート;酸マレエート;オロテート;オキサレート;酸オキサレート;スルフェート;酸スルフェート;トリクロロアセテート;トリフルオロアセテートおよびメタン スルホネートである。
これ以下に、本明細書中に記載される発明による化合物の調製の、多くの無制限の例を提供する。
【００１２】
実施例１
ウンデカノイル - Ｌ - カルニチンクロライド１ , １Ｈ - ２ , ２Ｈ - ヘパトデカフルオロデシルエステル ( ＳＴ１２２３ ) の調製
予め４０℃で真空乾燥したウンデカノイル-Ｌ-カルニチンクロライド(６.６ｇ;０.０１８ｍｏｌ)を２０ｍＬの無水ＣＨ2Ｃｌ2に溶解した。チオニルクロライド(２.２ｍＬ;０.０３ｍｏｌ)をこうして得た溶液に、０℃攪拌下で添加した。
生じた混合物の温度を室温まで上げ、３時間攪拌し続けた。その後、溶液を真空濃縮し、残存物をＣＨ2Ｃｌ2を(５０ｍＬを３回)用いて回収し、溶液を再び真空濃縮した。
こうして得たウンデカノイル-Ｌ-カルニチン酸クロライドを２０ｍＬの無水メチレンクロライドに溶解し、生じた溶液を０℃で１,１Ｈ-２,２Ｈ-ヘパトデカフルオロデカノール-１(１３.９ｇ;０.０３ｍｏｌ)に滴下した。
生じた混合液を一晩室温下で攪拌し続けた。
その後、油状生成物の完全な沈殿が生じるまでペトロレウムエーテルを添加した。
粗反応生成物を、ＣＨＣｌ3:ＣＨＣｌ-ＭｅＯＨ ９５:５で抽出するシリコンゲルクロマトグラフィーで精製した。４ｇの滴定量の生成物を得た。収量:２７％。
【００１３】
【表１】
Ｃ28Ｈ39ＮＯ4Ｆ17Ｃｌに関する元素分析
ＨＰＬＣ
カラム:μBondapak-C18(10μｍ)3.9mm×300mm
温度:３０℃
溶離剤:CH3CN/NH4H2PO4 50mM 80/20 pH=3.0
流速:1.0 mL/分
Ｒｔ:19.42分
NMR CDCl3 δ 5.7(1H,m,CHOCO); 4.5-4.4(3H,d+t,N+-CHH+COOCH2);
4.0(1H,m,N+CHH); 3.5(9H,s,(CH3)3 +N); 3.0-2.8(2H,m,CH2COO);
2.5(2H,m,CH2-CF2);2.3(2H,t,OCOCH2);1.5(2H,m,OCOCH2 CH 2);
1.2(14H,s,(CH2)7); 0.9(3H,t,CH3).
【００１４】
実施例２ - ６
以下の化合物:
ラウロイル-Ｌ-カルニチン クロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-トリデカフルオロ-オクチルエステル(ＳＴ１２２１);
ラウロイル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-ペンタフルオロペンチルエステル(ＳＴ１２４５);
ウンデカノイル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-ノナフルオロヘキシルエステル(１２４６);
イソバレリル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-４,４Ｈ-５,５Ｈ-６,６Ｈ-ノナフルオロデシルエステル(ＳＴ１１９２);および、
ウンデカノイル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-４,４Ｈ-５,５Ｈ-６,６Ｈ-ノナフルオロデシルエステル(１１９３)を、実施例１に記載のごとく調製した。
以下の表は、これらの化合物に関する多くの重要な物理化学的データを示す。
【００１５】
【表２】
** カラム:SCX-SGE(5μm); 4.0 mm × 250 mm
温度:30 ℃
溶離剤:CH3CH/NH4H2PO4 25 mM 60/40 pH = 4
流速:0.75 mL / 分
***実施例１同様、溶離剤 CH3CH/NH4H2PO4 50mM 60/40
【００１６】
実施例７
形質移入アッセイにおいて用いられるＳＴ１２２３リポソームの調製
リポソームを２００ｍｇのＳＴ１２２３を出発物として、実施例１に記載する方法に従い合成し、５０ｍＬのクロロホルムに溶解した(可溶化相)。溶媒を次いで真空下で一晩かけて除去した(温度３０-４０℃;４００-７００ｍｍＨｇ)。サンプルを脱イオン水を用いて終濃度５ｍＭまで水和した(水和相)。次いでリポソームを、超音波浴槽を用いて１時間、１０秒間隔で超音波処理に供した。こうして調製したリポソームは、単層からなる小胞であった。
【００１７】
実施例８
ＳＴ１２２３ - ＤＮＡリポソーム複合体の形成
リポソーム-ＤＮＡ複合体を、これ以下に記載する２つの溶液ＡとＢを混合することにより調製した。
溶液Ａ:２.５μｇのプラスミドＤＮＡ(酵素β-ガラクトシダーゼの発現のために用いられるｐＣＭＶ/β-Ｇａｌ、７２００塩基対)を滅菌下で５０μｌのＨＢＳ(ＨＥＰＥＳ ２０ｍＭ;ＮａＣｌ １５０ｍＭ、ｐＨ７.４)中に希釈した。
溶液Ｂ:実施例７に従い調製したリポソームを１.２９ｍＭの濃度まで蒸留水で希釈し、１５μＬのこの溶液を５０μＬの蒸留水中に希釈した。
２つの溶液を穏やかに攪拌することにより混合し、１０-３０分間室温でインキュベートした。
このプロセスにより、正味の陰性電荷を有するＤＮＡを陽性に荷電したリポソームと複合させることが可能となり、こうしてリポソーム-ＤＮＡ複合体を形成した。
【００１８】
実施例９
形質移入プロトコール
カチオン性リポソームにより媒介される形質移入の効率は、インキュベーション培地中の血清の存在または不在および、セルラインおよび密度のような様々なパラメータにより影響を受ける。ＤＮＡ形質移入は、以下のパラメータに従い行った。
血清の存在:
インキュベーション培地中の血清の存在により、カチオン性リポソームが媒介する形質移入が阻害される可能性があることが文献中に開示されている。我々の実験は血清(牛胎児血清)の存在下で行ったが、血清(牛胎児血清)の存在下でも活性が立証された。
セルラインの選択
ｐＣＭＶ-β-ＧａｌプラスミドＤＮＡ形質移入を４つの異なるセルラインに関して行った。
ヒーラー ヒト子宮癌
ＭＣＦ-７ ヒト哺乳動物腺癌
Ｃａｃｏ２ ヒト結腸腺癌
Ｔ９８-Ｇ ヒト神経膠芽腫
細胞密度
様々なセルライン、ヒーラー、ＭＣＦ-７、Ｃａｃｏ２およびＴ９８-Ｇ中のカチオン性リポソームにより媒介されるｐＣＭＶ-β-Ｇａｌ ＤＮＡ形質移入を異なる細胞密度:１００,０００細胞/皿、２００,０００細胞/皿および３００,０００細胞/皿:で行った。最大の形質移入効果は、Ｃａｃｏ２に関しては１００,０００細胞/皿、ヒーラーおよびＭＣＦ-７に関しては２００,０００/皿およびＴ９８-Ｇに関しては３００,０００細胞/皿で観察された。
【００１９】
形質移入方法を以下に記載する。
ヒーラー、ＭＣＦ-７、Ｃａｃｏ２およびＴ９８-Ｇ細胞を４８時間(３７℃、５％ＣＯ2で)、以下の増殖培地中で成長させた。
ヒーラー細胞:ＲＰＭＩ-１６４０(ＨｙＱ カタログ)、１０％牛胎児血清、１％Ｌ-グルタミン、１％ストレプトマイシン、１％ペニシリン
ＭＣＦ-７細胞:ＤＭＥＭ(ダルベッコ改変イーグル培地、シグマカタログ)、１０％牛胎児血清、１％Ｌ-グルタミン、１％ストレプトマイシン、１％ペニシリン
Ｃａｃｏ２細胞:ＥＭＥＭ(必須最小イーグル培地、シグマカタログ)、１５％牛胎児血清、１％Ｌ-グルタミン、１％ストレプトマイシン、１％ペニシリン
Ｔ９８-Ｇ細胞:ＥＭＥＭ(必須最小イーグル培地、シグマカタログ)、１０％牛胎児血清、１％Ｌ-グルタミン、１％ストレプトマイシン、１％ペニシリン
【００２０】
細胞を異なる密度(１００,０００細胞/皿、２００,０００細胞/皿、３００,０００細胞/皿)で、直径約３ｃｍのペトリ皿(コーニング(Corning)またはファルコン)に延べ、処置前に１８時間、２ｍＬの培地中でインキュベートした。
培地を２ｍＬの新鮮な培地と交換した後、実施例８に記載するように調製した１００μＬのリポソーム-ＤＮＡ複合体を各皿に添加した。ゆっくりと攪拌後、皿を恒温槽中に５時間置いた(３７℃、５％ＣＯ2)。その後、細胞を３回、一皿あたり５ｍＬのＰＢＳバッファー(ギブコカタログ)で洗浄し、１６時間インキュベートした(３７℃、５％ＣＯ2)。
細胞を３回、一皿あたり５ｍＬのＰＢＳバッファー(ギブコカタログ)で洗浄した後、総タンパク質を抽出し、イムノアッセイによりβ-ガラクトシダーゼの産生を測定するために１穴につきその５０μｇを添加した(β-Ｇａｌ、ＥＬＩＳＡキット、ベーリンガー)。
【００２１】
実施例１０
表１と図１は、細胞密度に対する、ヒーラー細胞中の酵素β-ガラクトシダーゼ(β-Ｇａｌ)の発現データを示す。形質移入の方法は、実施例９に記載したものである。
【００２２】
【表３】
表１
【００２３】
【表４】
表２
【００２４】
【表５】
表３
【００２５】
【表６】
表４
Claims (19)
- 式(Ｉ):
Ｒ1は直鎖または分枝鎖の、２-２０の炭素原子を有する、任意にペルフッ素化されたアルカノイルであり、
Ｒ2は直鎖または分枝鎖の、４-２０の炭素原子を有するペルフッ素化されたアルキルであり、
ここで、ペルフッ素化とは少なくとも４０％の水素原子がフッ素原子で置換されることを意味し、および、
Ｘ-は薬理学上許容される酸のアニオンである)を有するアルカノイル-Ｌ-カルニチンのペルフッ素化エステル。 - Ｒ1が、アセチル、プロピオニル、ブチリル、バレリル、イソバレリル、ウンデカノイル、ラウロイル、トリデカフルオロヘプタノイル、ヘプタデカフルオロノナノイル、ヘプタコサフルオロミリストイル、ペンタデカフルオロ-オクタノイルおよび５Ｈ-オクタフルオロペンタノイルから成る群から選択される請求項１記載のエステル。
- Ｒ2が、１,１Ｈ-２,２Ｈ-トリデカフルオロ-オクチル;１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-ペンタフルオロペンチル;１,１Ｈ-２,２Ｈ-ノナフルオロヘキシル;１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-４,４Ｈ-５,５Ｈ-６,６Ｈ-ノナフルオロデシル;１,１Ｈ-２,２Ｈ-ヘプタデカフルオロデシル;１,１Ｈ-２,２Ｈ-ヘイニコサフルオロドデシル;および、１,１Ｈ-トリコサフルオロドデシルから成る群から選択される請求項１または請求項２記載のエステル。
- Ｒ1が４-１２の炭素原子を有し、Ｒ2が５-１２の炭素原子を有する請求項１記載のエステル。
- Ｘ-が、クロライド;ブロマイド;ヨーダイド;アスパルテート;酸アスパルテート;シトレート;酸シトレート;タートレート;ムケート;ホスフェート;酸ホスフェート;フマレート;酸フマレート;グリセロホスフェート;グルコース ホスフェート;ラクテート;マレエート;酸マレエート;オロテート;オキサレート;酸オキサレート;スルフェート;酸スルフェート;トリクロロアセテート;トリフルオロアセテートおよびメタンスルホネートから成る群から選択される請求項１または請求項２記載のエステル。
- ウンデカノイル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-ヘプタデカフルオロ-デシルエステル。
- ラウロイル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-トリデカフルオロ-オクチルエステル。
- ラウロイル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-ペンタフルオロペンチルエステル。
- ウンデカノイル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-ノナフルオロヘキシルエステル。
- イソバレリル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-４,４Ｈ-５,５Ｈ-６,６Ｈ-ノナフルオロ-デシルエステル。
- ウンデカノイル-Ｌ-カルニチンクロライド１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-４,４Ｈ-５,５Ｈ-６,６Ｈ-ノナフルオロ-デシルエステル。
- リポソームの製造のための、請求項１-１１のいずれかに記載のエステルの使用。
- 式(Ｉ):
Ｒ1は直鎖または分枝鎖の、２-２０の炭素原子を有する任意にペルフッ素化されたアルカノイルであり、
Ｒ2は直鎖または分枝鎖の、４-２０の炭素原子を有するペルフッ素化されたアルキルであり、
ここで、ペルフッ素化とは少なくとも４０％の水素原子がフッ素原子で置換されることを意味し、および、
Ｘ-は薬理学上許容される酸のアニオンである)を有するアルカノイル-Ｌ-カルニチンのペルフッ素化エステルを含むリポソーム。 - Ｒ1が、アセチル、プロピオニル、ブチリル、バレリル、イソバレリル、ウンデカノイル、ラウロイル、トリデカフルオロヘプタノイル、ヘプタデカフルオロノナノイル、ヘプタコサフルオロミリストイル、ペンタデカフルオロ-オクタノイルおよび５Ｈ-オクタフルオロペンタノイルから成る群から選択され、Ｒ2が、１,１Ｈ-２,２Ｈ-トリデカフルオロ-オクチル;１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-ペンタフルオロペンチル;１,１Ｈ-２,２Ｈ-ノナフルオロヘキシル;１,１Ｈ-２,２Ｈ-３,３Ｈ-４,４Ｈ-５,５Ｈ-６,６Ｈ-ノナフルオロデシル;１,１Ｈ-２,２Ｈ-ヘプタ-デカフルオロデシル;１,１Ｈ-２,２Ｈ-ヘイニコサ-フルオロドデシル;および、１,１Ｈ-トリコサフルオロドデシルから成る群から選択され、Ｘ-が、クロライド;ブロマイド;ヨーダイド;アスパルテート;酸アスパルテート;シトレート;酸シトレート;タートレート;ムケート;ホスフェート;酸ホスフェート;フマレート;酸フマレート;グリセロホスフェート;グルコース ホスフェート;ラクテート;マレエート;酸マレエート;オロテート;オキサレート;酸オキサレート;スルフェート;酸スルフェート;トリクロロアセテート;トリフルオロアセテートおよびメタンスルホネートから成る群から選択される請求項１３記載のリポソーム。
- 薬理学上活性な化合物の細胞内送達に有用な薬剤の調製のための、請求項１３または請求項１４記載のカチオン性リポソームの使用。
- 薬理学上活性な化合物の細胞膜レセプターとの相互作用を促進するのに有用な薬剤の調製のための、請求項１３または請求項１４記載のカチオン性リポソームの使用。
- 該薬理学上活性な化合物が、適当なベクターに任意に包含されている遺伝子である請求項１５記載の使用。
- 該薬剤が遺伝子治療に有用である請求項１５記載の使用。
- 該遺伝子がβ-ｇａｌである請求項１７または請求項１８記載の使用。
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