JP4765061B2 - Method for producing molecular complex for gene transfer - Google Patents

Method for producing molecular complex for gene transfer Download PDF

Info

Publication number
JP4765061B2
JP4765061B2 JP2005052965A JP2005052965A JP4765061B2 JP 4765061 B2 JP4765061 B2 JP 4765061B2 JP 2005052965 A JP2005052965 A JP 2005052965A JP 2005052965 A JP2005052965 A JP 2005052965A JP 4765061 B2 JP4765061 B2 JP 4765061B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
molecular complex
gene
cells
polymer
complex
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2005052965A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006230343A (en
Inventor
晶夫 岸田
剛 木村
秀和 吉澤
Original Assignee
国立大学法人 東京医科歯科大学
国立大学法人 岡山大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立大学法人 東京医科歯科大学, 国立大学法人 岡山大学 filed Critical 国立大学法人 東京医科歯科大学
Priority to JP2005052965A priority Critical patent/JP4765061B2/en
Publication of JP2006230343A publication Critical patent/JP2006230343A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4765061B2 publication Critical patent/JP4765061B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)

Description

本発明は、培養細胞もしくは生体を構成する細胞に対しDNA等の遺伝子を導入するための分子複合体(非ウイルス性ベクター)の技術分野に属する。   The present invention belongs to the technical field of molecular complexes (non-viral vectors) for introducing genes such as DNA into cultured cells or cells that make up living organisms.

遺伝子を細胞へ導入する技術は、構造遺伝子や、アンチセンスヌクレオチド、デコイ型ヌクレオチド、リボザイム等を細胞に導入する遺伝子治療等の臨床応用において極めて重要であり、そのため安全性、安定性に優れ、かつ高効率な遺伝子の細胞への導入法の開発が強く望まれている。   The technology for introducing genes into cells is extremely important in clinical applications such as gene therapy in which structural genes, antisense nucleotides, decoy-type nucleotides, ribozymes, etc. are introduced into cells. Therefore, it is excellent in safety and stability, and Development of a method for introducing a highly efficient gene into cells is strongly desired.

従来、遺伝子を細胞へ導入する際には、アデノウイルスやレトロウイルス等のウイルス性ベクターが多く用いられている。特に、in vivoでは、感染という自然現象を転用した導入効率の高さ、再現性の高さによってウイルスベクターは有用な材料となっている。しかし、遺伝子治療に用いる場合、サイズの大きい遺伝子の導入に適用できなかったり、ウイルスの安定性、免疫機構による頻回投与の制限などに問題があり、またウイルス自体の安全性にも改良すべき点が残されている。そこで、デンドリマーに代表される高分子化合物や、脂質の会合体であるリポソームなどのポリカチオンと遺伝子との複合体からなるナノパーティクルを用いる非ウイルス性ベクターの開発が進められている。   Conventionally, when a gene is introduced into a cell, many viral vectors such as adenovirus and retrovirus have been used. In particular, in vivo, viral vectors have become useful materials due to their high introduction efficiency and reproducibility by diverting the natural phenomenon of infection. However, when it is used for gene therapy, it cannot be applied to the introduction of large genes, there are problems with stability of the virus, restriction of frequent administration by the immune mechanism, etc. Also, the safety of the virus itself should be improved The point is left. Therefore, development of non-viral vectors using nanoparticles composed of a complex of a polycation such as a dendrimer and a polycation such as a liposome, which is an aggregate of lipids, and a gene is underway.

上記の非ウイルス性ベクターの例として、(特許文献1)には、リン脂質及び第4級アンモニウム塩を主要膜構成成分とし、当該膜中にN-アシル化アシアロフェツインを含有し、肝疾患治療ペプチド発現遺伝子を内包してなる肝疾患治療用リポソームベクターが記載されている。   As an example of the above-mentioned non-viral vector, (Patent Document 1) includes phospholipid and quaternary ammonium salt as main membrane constituents, N-acylated asialofetin is contained in the membrane, liver disease A liposome vector for treatment of liver disease comprising a therapeutic peptide expression gene is described.

また、(特許文献2)には、カチオン性ポリマーを担持した磁性粒子よりなる非ウイルス性ベクターと核酸とを混合して複合体を形成する技術が開示されている。この核酸含有複合体は、生体内へ投与した後、体外又は体内へ挿入したデバイスからの磁力印加によって血管の特定の部位へ集合させて血管内疾患等の治療を行うものである。さらに、ポリリジンと遺伝子の複合体も細胞への遺伝子導入に効果的であることが知られている。   (Patent Document 2) discloses a technique for forming a complex by mixing a non-viral vector composed of magnetic particles carrying a cationic polymer and a nucleic acid. This nucleic acid-containing complex is administered into a living body, and then is collected at a specific site of a blood vessel by applying a magnetic force from a device inserted outside or inside the body to treat an intravascular disease or the like. Furthermore, it is known that a complex of polylysine and a gene is also effective for gene introduction into a cell.

上述のようなリポソーム等の非ウイルス性ベクターを用いる方法は、一般に遺伝子の導入効率が低いという問題がある。ベクターの効率を向上させるためには、外部遺伝子を細胞内に導入するまでは安定な複合体を形成し、細胞内では逆に安定性を低下させ遺伝子を核内へリリースするという相反する機能が要求されるが、この要求を十分満たすような非ウイルス性ベクターは未だ提案されていない。   The method using a non-viral vector such as a liposome as described above generally has a problem that gene introduction efficiency is low. In order to improve the efficiency of the vector, there is a conflicting function of forming a stable complex until an external gene is introduced into the cell, and reducing the stability and releasing the gene into the nucleus. Although required, a non-viral vector that sufficiently satisfies this requirement has not been proposed yet.

特開平7−69933号公報JP 7-69933 A 特開2004−129602号公報JP 2004-129602 A

そこで本発明は、上記従来の状況に鑑み、安定性、安全性に優れ、また高い遺伝子導入効率を有する非ウイルス性ベクター(分子複合体)を提供することを目的とする。   In view of the above-described conventional circumstances, an object of the present invention is to provide a non-viral vector (molecular complex) that is excellent in stability and safety and has high gene transfer efficiency.

上記課題を解決するため、本発明は、請求項1として、培養細胞又は生体を構成する細胞に対し遺伝子を導入するための分子複合体の製造方法であって、最初に、水素結合性の官能基又は結合を有し、遺伝子と水素結合を形成し得る高分子と、ハイドロキシアパタイト(水酸化リン酸カルシウム)の結晶を混合して両者を結合させ、その後に遺伝子を加えて、これらの混合物を10000〜15000気圧の高圧で処理することにより、ナノあるいはマイクロメートルサイズの分子複合体を形成することを特徴とする分子複合体の製造方法を提供するものである。 To solve the above problems, the present invention provides, as claimed in claim 1, a method for producing a molecular complex for transferring genes to cells constituting the cultured cell or organism, initially, the hydrogen-bonding functional It has a group or a bond, and a polymer capable of forming a gene and hydrogen bonds, by mixing the crystals of hydroxyapatite (calcium phosphate hydroxide) to bind the two, followed by the addition of genes, mixtures thereof 10000 by treatment with high pressure ~15000 atm, there is provided a method for producing a molecular complex you and forming a molecular complex of a nano or micrometer size.

上記構成によれば、高圧処理によって遺伝子を含有する安定な分子複合体が形成される。この分子複合体はゲル状又は微粒子状であり、エンドサイトーシス等により細胞内に取り込まれた際には無機塩の作用によって遺伝子が分離し易くなる。   According to the above configuration, a stable molecular complex containing a gene is formed by high-pressure treatment. This molecular complex is in the form of a gel or fine particles, and when it is taken into cells by endocytosis or the like, the gene is easily separated by the action of an inorganic salt.

上記構成によれば、超高圧下で処理することにより水素結合性が強調され、官能基周囲の水和状態が変化して強い構造体が形成される。   According to the above configuration, the hydrogen bonding property is emphasized by the treatment under ultra high pressure, and the hydration state around the functional group is changed to form a strong structure.

上記構成によれば、ハイドロキシアパタイトは結晶表面に極性基を有しており、高分子との相互作用によって安定な分子複合体を形成する。また、細胞内ではカルシウムイオン、及びリン酸イオンとなり、浸透圧が変化して分子複合体が不安定化する。   According to the above configuration, hydroxyapatite has a polar group on the crystal surface and forms a stable molecular complex by interaction with the polymer. Moreover, in the cell, it becomes calcium ion and phosphate ion, and the osmotic pressure changes to destabilize the molecular complex.

上記構成によれば、細胞への遺伝子導入に用いることが可能なナノあるいはマイクロメートルサイズの安定な分子複合体を形成するため、混合物を処理する圧力の範囲が最適化される。   According to the above configuration, in order to form a stable molecular complex of nano or micrometer size that can be used for gene introduction into cells, the range of pressure for treating the mixture is optimized.

本発明により、遺伝子導入効率が高く、非ウイルス性ベクターとして利用可能な分子複合体を得ることができる。この分子複合体は、核酸酵素耐性を有し、また長時間にわたり遺伝子発現性を示すため、「持続型」のベクターとして機能し得るものである。
また、血清存在下においても細胞内への遺伝子導入が可能であり、それゆえ遺伝子治療に応用することが可能である。
According to the present invention, a molecular complex that has high gene transfer efficiency and can be used as a non-viral vector can be obtained. Since this molecular complex has nucleic acid enzyme resistance and exhibits gene expression over a long period of time, it can function as a “persistent” vector.
In addition, the gene can be introduced into cells even in the presence of serum, and therefore can be applied to gene therapy.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の分子複合体は、高分子と、細胞内でイオン化し得る無機塩と、遺伝子との混合物を高圧で処理することにより形成される。この高圧処理により、分子周囲の水和構造が破壊され、全体のエントロピーが減少してゲル状又は微粒子状の安定な分子複合体が得られる。
Embodiments of the present invention are described in detail below.
The molecular complex of the present invention is formed by treating a mixture of a polymer, an inorganic salt that can be ionized in a cell, and a gene with high pressure. By this high-pressure treatment, the hydration structure around the molecule is destroyed, the entire entropy is reduced, and a stable molecular complex in the form of gel or fine particles is obtained.

高分子としては、水素結合性の官能基又は結合を有する高分子を用いることが好ましい。これらは、高圧処理によって遺伝子との間の水素結合が強調され、常圧に戻しても安定であるかもしくは崩壊の半減期が非常に長い安定な構造体を形成する。   As the polymer, a polymer having a hydrogen bonding functional group or bond is preferably used. These form a stable structure in which hydrogen bonds between genes are emphasized by high-pressure treatment and are stable even when the pressure is returned to normal pressure, or the half-life of decay is very long.

上記の水素結合性の官能基又は結合を有する高分子としては、合成及び天然高分子を用いることができ、また水溶性、非水溶性のいずれも適用可能である。ここで水素結合性の官能基とは、ヒドロキシル基、アミド基、カルボキシル基、アミノ基、スルホン基、アシル基、アルデヒド基、アセチル基、ニトリル基等であり、水素結合性の結合とは、アミド結合、エーテル結合、エステル結合等をいう。これらを有する高分子の他、アルカロイド(窒素)を含む高分子、求電子及び求核性部位を有する高分子、共役部位を有する高分子、ヘテロ原子を主鎖に有する高分子等を用いることもできる。   Synthetic and natural polymers can be used as the above-described polymer having a hydrogen bonding functional group or bond, and both water-soluble and water-insoluble are applicable. Here, the hydrogen bondable functional group is a hydroxyl group, an amide group, a carboxyl group, an amino group, a sulfone group, an acyl group, an aldehyde group, an acetyl group, a nitrile group, etc., and the hydrogen bondable bond is an amide A bond, an ether bond, an ester bond or the like. In addition to polymers having these, polymers containing alkaloids (nitrogen), polymers having electrophilic and nucleophilic sites, polymers having conjugated sites, polymers having heteroatoms in the main chain may be used. it can.

具体的には、合成高分子として、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリ乳酸−ポリエチレングリコール共重合体、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリビニルアセトアミド、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニルアミン、ポリビニル硫酸、ポリビニルスルホン酸、ポリメチルメタクリレート、ナイロン類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリフォスファゼン、ポリ乳酸、ポリグリコール類、ポリεカプロラクタム、ポリ-N-イソプロピルアクリルアミド、ポリ-γ-ベンジル-L-グルタメート、ポリオルソエステル、ポリ酸無水物、ポリアクリロニトリル、ポリスルフォン、ポリアリルアミン、ポリメタクリロイルホスファチジルコリン、ポリグルコシルオキシエチルメタクリレート、ポリ-N-パラビニルベンジル-4-o-β-ガラクトピラノシル-D-グルコンアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。特に、ポリビニルアルコールは形成する分子複合体が安定であり、かつ細胞内に取り込まれた後の遺伝子の発現効率に優れるため好適に用いられる。また、ポリエチレングリコールは人体への投与が認められており、遺伝子治療への応用に当たり安全性に優れる物質として好適に用いられる。   Specifically, as a synthetic polymer, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polylactic acid-polyethylene glycol copolymer, polyhydroxyethyl methacrylate, polyvinyl acetamide, polyacrylamide, polyacrylic acid, polyvinyl amine, polyvinyl sulfate, polyvinyl sulfonic acid, Polymethylmethacrylate, Nylon, Polyamide, Polyimide, Polyphosphazene, Polylactic acid, Polyglycols, Polyεcaprolactam, Poly-N-isopropylacrylamide, Poly-γ-benzyl-L-glutamate, Polyorthoester, Poly Acid anhydride, polyacrylonitrile, polysulfone, polyallylamine, polymethacryloylphosphatidylcholine, polyglucosyloxyethyl methacrylate, poly-N-paravinylbenzyl- Examples include 4-o-β-galactopyranosyl-D-gluconamide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, silicone resin, and fluororesin. In particular, polyvinyl alcohol is preferably used because the molecular complex to be formed is stable and the gene expression efficiency after incorporation into cells is excellent. Polyethylene glycol has been approved for administration to the human body, and is suitably used as a substance with excellent safety when applied to gene therapy.

さらに、天然高分子としては、タンパク質、糖、微生物由来粘質物、植物由来粘質物、デンプン質等が挙げられ、具体的には、デキストラン、IgG等の抗体、コラーゲン、ゼラチン、アガロース、アルギニン酸、デンプン、ペクチン、フィブロイン、セルロース、γ-ポリグルタミン酸、フィブリン、リグニン、エラスチン、キチン、キトサン等が挙げられる。また、半合成高分子としては、セルロース系、デンプン系等が挙げられ、具体的には、再生セルロース、酸化セルロース、セルロースアセテート、ショ糖エステル等を挙げることができる。
なお、本発明では、上述のように水素結合性の高分子を用いることが好ましいが、それ以外にも、分子鎖の屈曲性に優れ、高圧処理によって遺伝子もしくは無機塩と相互作用してエントロピーが減少し易い高分子であれば適宜採用することができる。具体例として、ポリエチレン等のポリオレフィンが挙げられる。
Furthermore, examples of natural polymers include protein, sugar, microorganism-derived mucilage, plant-derived mucilage, starch, and the like. Specifically, antibodies such as dextran and IgG, collagen, gelatin, agarose, arginic acid, Starch, pectin, fibroin, cellulose, γ-polyglutamic acid, fibrin, lignin, elastin, chitin, chitosan and the like can be mentioned. Examples of the semi-synthetic polymer include cellulose and starch, and specific examples include regenerated cellulose, oxidized cellulose, cellulose acetate, and sucrose ester.
In the present invention, it is preferable to use a hydrogen-bonding polymer as described above, but besides that, it is excellent in molecular chain flexibility, and interacts with a gene or an inorganic salt by high-pressure treatment to cause entropy. Any polymer that tends to decrease can be used as appropriate. Specific examples include polyolefins such as polyethylene.

高分子の分子量は、混合物に加える圧力や高分子の種類によって最適値が異なり特に限定されるものではないが、形成する分子複合体のサイズに影響するため、分子複合体の用途等を考慮して適宜設定される。一般に、分子量が大きいと複合体のサイズは大きくなり、逆に分子量が小さくなると複合体のサイズは小さくなる。例えば、ポリビニルアルコールを10000気圧程度で処理する場合、鹸化度や液体媒体中に溶解させる濃度によっても異なるが、最終的な分子複合体を毛細血管に入るようなサイズ(200nm以下)に形成するには分子量を1〜5万、分子複合体を1μm以下程度のサイズに形成するには分子量を10〜30万程度とすることが好ましい。   The molecular weight of the polymer is not particularly limited and varies depending on the pressure applied to the mixture and the type of polymer, but it affects the size of the molecular complex to be formed. Is set as appropriate. In general, when the molecular weight is large, the size of the complex increases. Conversely, when the molecular weight decreases, the size of the complex decreases. For example, when polyvinyl alcohol is treated at about 10,000 atmospheres, the final molecular complex is formed into a size (200 nm or less) that can enter a capillary vessel, depending on the degree of saponification and the concentration dissolved in the liquid medium. Preferably has a molecular weight of about 100,000 to 300,000 in order to form a molecular weight of 1 to 50,000 and a molecular complex with a size of about 1 μm or less.

次に、本発明では無機塩を添加することを特徴とする。この無機塩は、高分子の分子鎖と相互作用することによって分子複合体を安定化させるものである。例えば、ハイドロキシアパタイト(水酸化リン酸カルシウム)を添加した場合には、ハイドロキシアパタイトの結晶におけるリン酸の面と高分子(特にPVA等の水素結合性の高分子)との相互作用によって、より安定な複合体を形成する。また本発明者は、無機塩を添加した場合に、遺伝子の発現効率が高まることを知見している。これは、分子複合体がエンドサイトーシス等の作用によって細胞内に取り込まれ、その後エンドソームによって運搬される際に、エンドソーム内が酸性(pH5程度)であるため、ハイドロキシアパタイトがカルシウムイオンとリン酸イオンとにイオン化し、それによって分子複合体に水分が流入し、浸透圧が変化して分子複合体が崩壊し、その結果として遺伝子をリリースし易くなることが原因であると考えられる。このような無機塩の具体例としては、細胞内でのpH変化(pH7からpH5への環境変化)に伴ってイオン化し得る無機塩であれば適用可能であり、具体的には、ハイドロキシアパタイトの他、塩化ナトリウム、硫酸アンモニウム、リチウムブロマイド等を挙げることができる。   Next, the present invention is characterized in that an inorganic salt is added. This inorganic salt stabilizes the molecular complex by interacting with the molecular chain of the polymer. For example, when hydroxyapatite (calcium hydroxide phosphate) is added, a more stable composite is obtained by the interaction between the surface of phosphoric acid in a hydroxyapatite crystal and a polymer (particularly a hydrogen-bonding polymer such as PVA). Form the body. The present inventor has also found that gene expression efficiency increases when an inorganic salt is added. This is because when the molecular complex is taken into the cell by an action such as endocytosis and then transported by the endosome, the endosome is acidic (about pH 5), so hydroxyapatite has calcium ions and phosphate ions. This is thought to be caused by the fact that water is flown into the molecular complex, whereby water flows into the molecular complex, the osmotic pressure changes and the molecular complex collapses, and as a result, the gene is easily released. As a specific example of such an inorganic salt, any inorganic salt that can be ionized with intracellular pH change (environmental change from pH 7 to pH 5) can be applied. Specifically, hydroxyapatite Other examples include sodium chloride, ammonium sulfate, and lithium bromide.

また、本発明における遺伝子とは、DNA、RNA、あるいはDNA、RNAとハイブリッドを形成する合成ヌクレオチド、及びそれらの修飾されたものをいう。また、これらの2つ以上の混合物であっても良い。さらに、遺伝子には、構造遺伝子の他、アンチセンス遺伝子、デコイ型遺伝子、リボザイム等の遺伝子が含まれる。   Further, the gene in the present invention refers to DNA, RNA, or synthetic nucleotides that form a hybrid with DNA or RNA, and their modified ones. Also, a mixture of two or more of these may be used. Furthermore, genes include genes such as antisense genes, decoy-type genes, and ribozymes in addition to structural genes.

上記各物質の混合物を高圧処理する際には、通常、所定の高分子、無機塩、及び遺伝子を液体媒体中に加え、その溶液に圧力を加えることにより行う。液状媒体としては特に制限はなく、水又は有機溶媒を用いることができる。また、有機溶媒は極性又は非極性溶媒のいずれも適用可能である。有機溶剤の具体例としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素、DMF、アセトニトリル、DMSO、MEK、アセトン、低級アルコール、THF等を挙げることができる。   When a mixture of the above substances is subjected to high pressure treatment, it is usually performed by adding a predetermined polymer, inorganic salt, and gene into a liquid medium and applying pressure to the solution. There is no restriction | limiting in particular as a liquid medium, Water or an organic solvent can be used. As the organic solvent, either a polar or nonpolar solvent can be applied. Specific examples of the organic solvent include benzene, toluene, xylene, chloroform, methylene chloride, carbon tetrachloride, DMF, acetonitrile, DMSO, MEK, acetone, lower alcohol, THF and the like.

液体媒体中の高分子及び無機塩の濃度は、分子複合体のサイズに影響を与えるため、用途等を勘案して適宜設定される。一般的には、濃度を高くすると分子複合体のサイズは大きくなる傾向がある。具体的な濃度としては、高分子や液体媒体の種類によって異なり特に限定されるものではないが、例えば高分子として分子量17万程度のポリビニルアルコール、無機塩としてハイドロキシアパタイト、液体媒体として水を用いた場合、10000気圧を加えてサイズが200nm以下の分子複合体を形成しようとする場合には、ポリビニルアルコールを0.005〜0.015wt%、無機塩を0.0005〜0.0015wt%程度とすることが適当である。   The concentration of the polymer and the inorganic salt in the liquid medium affects the size of the molecular complex, and is appropriately set in consideration of the application. In general, when the concentration is increased, the size of the molecular complex tends to increase. The specific concentration differs depending on the type of polymer or liquid medium and is not particularly limited. For example, polyvinyl alcohol having a molecular weight of about 170,000 is used as the polymer, hydroxyapatite is used as the inorganic salt, and water is used as the liquid medium. In this case, when a molecular complex having a size of 200 nm or less is to be formed by applying 10,000 atmospheres, the polyvinyl alcohol is about 0.005 to 0.015 wt% and the inorganic salt is about 0.0005 to 0.0015 wt%. Is appropriate.

混合物に加える圧力は、液体媒体に溶解させた状態で1000〜15000気圧、好ましくは3000〜15000気圧、より好ましくは4000〜15000気圧が適当であり、超高圧処理装置等を用いて行う。液体媒体に混合物を加える際には、高分子、無機塩、及び遺伝子を同時に加えても良いが、まず最初に高分子と無機塩の結晶とを混合し、超音波振動等を加えて両者を結合させ、その後に目的の遺伝子を加えて高圧処理すると、複合体の安定性が増すため好ましい。高圧処理により形成される分子複合体の形態は、ゲル又は微粒子であり、混合物の濃度が低い場合には微粒子が生成する。高圧処理する際の温度は、常温〜50℃程度が好ましいが、必要に応じて、より高温あるいは低温で処理しても良い。   The pressure applied to the mixture is suitably 1000 to 15000 atm, preferably 3000 to 15000 atm, and more preferably 4000 to 15000 atm in a state dissolved in a liquid medium, and is performed using an ultra-high pressure treatment apparatus or the like. When adding a mixture to a liquid medium, a polymer, an inorganic salt, and a gene may be added at the same time. First, the polymer and the inorganic salt crystal are mixed, and ultrasonic vibration is applied to both. It is preferable to bind them, and then add the gene of interest followed by high-pressure treatment because the stability of the complex increases. The form of the molecular complex formed by the high-pressure treatment is gel or fine particles, and fine particles are generated when the concentration of the mixture is low. The temperature during the high-pressure treatment is preferably from room temperature to about 50 ° C., but may be treated at a higher or lower temperature as necessary.

以上の手順により目的の分子複合体が得られる。この分子複合体を細胞に作用させることにより遺伝子を導入することができる。遺伝子を導入する対象である細胞としては、導入する遺伝子に応じて適宜選択される。具体的には、血管内皮細胞、骨髄細胞、血球幹細胞、血球細胞、骨細胞、心筋細胞、平滑筋細胞、繊維芽細胞、骨格筋細胞等を挙げることができるがこれに限定されるものではない。   The target molecular complex is obtained by the above procedure. Genes can be introduced by allowing this molecular complex to act on cells. The cell into which the gene is to be introduced is appropriately selected according to the gene to be introduced. Specific examples include, but are not limited to, vascular endothelial cells, bone marrow cells, blood stem cells, blood cells, bone cells, cardiomyocytes, smooth muscle cells, fibroblasts, skeletal muscle cells, and the like. .

本発明の分子複合体を用いた細胞の形質転換方法は、培養細胞に導入する場合、適切な培養液で培養した培養細胞の培地に分子複合体を加え、適切な温度で適切な時間、適切な条件下で処理(インキュベート)することによって行われる。この際、本発明では培地としてFCS(ウシ胎仔血清)等を用いた場合であっても高い遺伝子発現性を示すことが分かっている。血清存在下においても細胞内への遺伝子送達が可能であることから、抗原性が低く、頻回投与に耐えることができ、遺伝子治療に有効であることが示唆される。   In the method for transforming cells using the molecular complex of the present invention, when introduced into cultured cells, the molecular complex is added to the medium of cultured cells cultured in an appropriate culture solution, and the cells are appropriately cultured at an appropriate temperature for an appropriate time. By treatment (incubation) under various conditions. At this time, in the present invention, it is known that even when FCS (fetal calf serum) or the like is used as a medium, high gene expression is exhibited. Since gene delivery into cells is possible even in the presence of serum, the antigenicity is low, it can withstand frequent administration, suggesting that it is effective for gene therapy.

なお、遺伝子自体は一般に生体内において不安定であり、核酸酵素によって分解されるが、本発明の分子複合体は、高分子及び無機塩によって遺伝子が保護されており、十分な遺伝子発現性を保ちながら高い核酸酵素耐性をも有している。したがって、「持続型」の非ウイルス性ベクターとして好適に利用することができる。   The gene itself is generally unstable in vivo and is degraded by nucleic acid enzymes. However, the molecular complex of the present invention is protected by a polymer and an inorganic salt, and maintains sufficient gene expression. However, it also has high nucleic acid enzyme resistance. Therefore, it can be suitably used as a “persistent” non-viral vector.

また、本発明の分子複合体は、上記培養細胞だけでなく、直接生体に接種して、生体を構成する細胞に対し遺伝子を導入することができる。生体へ投与するに際しては任意の方法を採用することができるが、持続的かつ局所的な遺伝子発現のためには非経口的な投与が好ましい。すなわち、本発明の分子複合体に、必要に応じて安定化剤、保存剤、可溶化剤、pH調整剤、増粘剤等の製剤上許容し得る担体を加え、これを生体に注入することにより行うことができる。静脈内又は動脈内への注入が好ましいが、筋肉内、脂肪組織内、リンパ節内、皮下、体腔(心膜腔、胸腔、腹腔、脳脊髄腔)内、骨髄内への投与の他、病変組織内に直接投与することも可能である。なお、投与量は、遺伝子の種類、治療する部位等に応じて適宜設定される。   In addition, the molecular complex of the present invention can be directly inoculated not only into the above cultured cells but also directly into a living body and introduce a gene into cells constituting the living body. Although any method can be adopted for administration to a living body, parenteral administration is preferred for sustained and local gene expression. That is, if necessary, a pharmaceutically acceptable carrier such as a stabilizer, a preservative, a solubilizer, a pH adjuster, or a thickener is added to the molecular complex of the present invention, and this is injected into a living body. Can be performed. Intravenous or intraarterial injection is preferred, but intramuscular, adipose tissue, intralymph node, subcutaneous, body cavity (pericardial cavity, thoracic cavity, abdominal cavity, cerebrospinal cavity), intramuscular administration, lesions It can also be administered directly into the tissue. The dose is appropriately set according to the type of gene, the site to be treated, and the like.

非経口的に投与する際には、液状の薬剤を調製して投与する場合のみならず、固形、半固形状の製剤としても良い。この場合は、遺伝子導入する部位に製剤を直接埋め込む方法、ペースト状製剤を注射器にて注入する方法、粒子状の製剤を懸濁注射により注入する方法、経皮経管的にカテーテルを挿入し、ステントに付着させた分子複合体を血管内に留置する方法、分子複合体の微粒子をカテーテルにより注入し、遺伝子発現を期待する部位に局在させる方法等を挙げることができる。   When administered parenterally, not only when a liquid drug is prepared and administered, it may be a solid or semi-solid preparation. In this case, the method of directly embedding the preparation at the site for gene transfer, the method of injecting the paste preparation with a syringe, the method of injecting the particulate preparation by suspension injection, the catheter is inserted percutaneously transluminally, Examples thereof include a method of indwelling a molecular complex attached to a stent in a blood vessel, a method of injecting fine particles of the molecular complex with a catheter, and a method of localizing the site where gene expression is expected.

本発明の分子複合体は、非ウイルス性のベクターとして、培養細胞の形質転換の他、遺伝子治療に好適に応用することができる。適用可能な疾患としては、癌(脳腫瘍、転移性悪性腫瘍、乳癌等)、HIV等の感染症、遺伝性疾患、循環器領域での疾患等が挙げられるが、これに限定されるものではない。   The molecular complex of the present invention can be suitably applied as a non-viral vector to gene therapy in addition to transformation of cultured cells. Applicable diseases include, but are not limited to, cancer (brain tumor, metastatic malignant tumor, breast cancer, etc.), infectious diseases such as HIV, genetic diseases, diseases in the cardiovascular region, etc. .

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
(実施例1)
ポリビニルアルコール(PVA117、クラレ(株)製、けん化度99.3%、分子量74800)と、約50nmのハイドロキシアパタイト(HAp)の結晶とを水に加え、3分間超音波振動を行った。PVA及びHApの濃度はそれぞれ1重量%、0.1重量%とした。その後、1kbラダーDNAマーカーを加え、超高圧処理装置(Dr.CHEF;(株)神戸製鋼所)を用いて40℃、10000気圧の条件で10分間処理した。得られた超高圧処理溶液を目視および顕微鏡下で観察した。
実験の結果、高圧処理後の溶液のSEM観察により約200nmの粒子が認められたことから、PVA−HAp−DNAの分子複合体の形成が示唆された。
また得られた分子複合体の相互作用が水素結合性であることを確認するために、尿素を用い相互作用阻害実験を行った。尿素を添加して超高圧処理を行った場合には複合化は確認できなかった。これは尿素による水素結合阻害の結果であり、分子複合体の相互作用が水素結合性であることが示唆された。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
Example 1
Polyvinyl alcohol (PVA117, manufactured by Kuraray Co., Ltd., saponification degree 99.3%, molecular weight 74800) and crystals of hydroxyapatite (HAp) of about 50 nm were added to water and subjected to ultrasonic vibration for 3 minutes. The concentrations of PVA and HAp were 1% by weight and 0.1% by weight, respectively. Thereafter, a 1 kb ladder DNA marker was added, and treatment was performed for 10 minutes at 40 ° C. and 10,000 atmospheres using an ultrahigh pressure treatment apparatus (Dr. CHEF; Kobe Steel, Ltd.). The obtained ultrahigh pressure treatment solution was observed visually and under a microscope.
As a result of the experiment, particles of about 200 nm were observed by SEM observation of the solution after high pressure treatment, suggesting the formation of a molecular complex of PVA-HAp-DNA.
In addition, in order to confirm that the interaction of the obtained molecular complex is hydrogen bonding, an interaction inhibition experiment was conducted using urea. When urea was added and the ultra-high pressure treatment was performed, complexation could not be confirmed. This is the result of the inhibition of hydrogen bonding by urea, suggesting that the interaction of the molecular complex is hydrogen bonding.

(実施例2)
遺伝子として蛍光剤(ローダミン)ラベル化pEGFPを用いて遺伝子発現の効率を評価した。細胞内に取り込ませる分子複合体は、DNAラダーに代えて上記Rhラベル化pEGFPを用いた以外は上記実施例1と同様の手法により形成した。また、遺伝子導入する細胞としてはサル由来の腎臓細胞(COS7)を用いた。
比較例として、(1)DNA(Rh−pEGFP)のみを高圧処理したもの、(2)PVAとDNAのみを高圧処理したもの、(3)従来のリポソームベクター(Lipofectamine2000)とDNAとを混合したもの(圧力加えず)、(4)HApとDNAのみを混合したもの(圧力加えず)、(5)PVAとHApとDNAとを混合したもの(圧力加えず)、のそれぞれ細胞に取り込ませ遺伝子発現を評価した。遺伝子発現させた後の蛍光顕微鏡観察の結果を、実施例2については図1に、上記(3)の比較例について図2に示す。
図に示すように、本発明の分子複合体は、従来のリポソームベクターと同等以上の遺伝子発現効率を示すことが明らかとなった。なお、その他の比較例は遺伝子発現能を示さないか又は非常に効率が低いものであった。
(Example 2)
The efficiency of gene expression was evaluated using a fluorescent agent (rhodamine) labeled pEGFP as a gene. A molecular complex to be incorporated into cells was formed by the same method as in Example 1 except that the Rh-labeled pEGFP was used instead of the DNA ladder. In addition, monkey-derived kidney cells (COS7) were used as cells for gene transfer.
As comparative examples, (1) DNA (Rh-pEGFP) alone was treated with high pressure, (2) PVA and DNA alone were treated with high pressure, (3) Conventional liposome vector (Lipofectamine 2000) and DNA were mixed (No pressure applied), (4) a mixture of HAp and DNA only (no pressure applied), and (5) a mixture of PVA, HAp and DNA (no pressure applied), which is incorporated into cells and gene expression Evaluated. The results of fluorescence microscope observation after gene expression are shown in FIG. 1 for Example 2 and FIG. 2 for the comparative example (3).
As shown in the figure, it was revealed that the molecular complex of the present invention exhibits a gene expression efficiency equal to or higher than that of a conventional liposome vector. In addition, the other comparative examples did not show gene expression ability or were very low in efficiency.

実施例2における蛍光顕微鏡観察の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the fluorescence microscope observation in Example 2. FIG. 比較例における蛍光顕微鏡観察の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the fluorescence microscope observation in a comparative example.

Claims (1)

培養細胞又は生体を構成する細胞に対し遺伝子を導入するための分子複合体の製造方法であって、
最初に、水素結合性の官能基又は結合を有し、遺伝子と水素結合を形成し得る高分子と、ハイドロキシアパタイト(水酸化リン酸カルシウム)の結晶を混合して両者を結合させ、その後に遺伝子を加えて、これらの混合物を10000〜15000気圧の高圧で処理することにより、ナノあるいはマイクロメートルサイズの分子複合体を形成することを特徴とする分子複合体の製造方法
A method for producing a molecular complex for introducing a gene into cultured cells or cells constituting a living body,
First, a polymer that has a hydrogen bonding functional group or bond and can form a hydrogen bond with a gene and a hydroxyapatite (calcium hydroxide phosphate) crystal are mixed together, and then the gene is bound. in addition, by treating these mixtures with a high pressure of 10,000 to 15,000 atmospheres, method for producing a molecular complex you and forming a molecular complex of a nano or micrometer size.
JP2005052965A 2005-02-28 2005-02-28 Method for producing molecular complex for gene transfer Active JP4765061B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005052965A JP4765061B2 (en) 2005-02-28 2005-02-28 Method for producing molecular complex for gene transfer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005052965A JP4765061B2 (en) 2005-02-28 2005-02-28 Method for producing molecular complex for gene transfer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006230343A JP2006230343A (en) 2006-09-07
JP4765061B2 true JP4765061B2 (en) 2011-09-07

Family

ID=37038661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005052965A Active JP4765061B2 (en) 2005-02-28 2005-02-28 Method for producing molecular complex for gene transfer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4765061B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009047928A1 (en) * 2007-10-09 2009-04-16 National University Corporation, Tokyo Medical And Dental University Method of producing functional dna, transformant and remedy for disease
US20090324725A1 (en) * 2008-01-25 2009-12-31 Ebara Corporation Peg-modified hydroxyapatite, pharmaceutical using the same as base material and production process thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003261777A (en) * 2002-03-07 2003-09-19 Japan Science & Technology Corp Molecular complex formed under high pressure

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006230343A (en) 2006-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
He et al. Tumor microenvironment responsive drug delivery systems
Madkhali et al. Modified gelatin nanoparticles for gene delivery
Lu et al. Bioresponsive materials
Huh et al. pH-sensitive polymers for drug delivery
Ramamoorth et al. Non viral vectors in gene therapy-an overview
Eckmann et al. Nanogel carrier design for targeted drug delivery
Lale et al. AS1411 aptamer and folic acid functionalized pH-responsive ATRP fabricated pPEGMA–PCL–pPEGMA polymeric nanoparticles for targeted drug delivery in cancer therapy
Shim et al. Stimuli-responsive polymers and nanomaterials for gene delivery and imaging applications
Cheng et al. Advances in nanomaterial-based targeted drug delivery systems
Yavvari et al. Emerging biomedical applications of polyaspartic acid-derived biodegradable polyelectrolytes and polyelectrolyte complexes
Zuo et al. A facile way of modifying layered double hydroxide nanoparticles with targeting ligand-conjugated albumin for enhanced delivery to brain tumour cells
He et al. Peptide-induced self-assembly of therapeutics into a well-defined nanoshell with tumor-triggered shape and charge switch
Huseynov et al. NOVEL NANOMATERIALS FOR HEPATOBILIARY DISEASES TREATMENT AND FUTURE PERSPECTIVES.
KR102315368B1 (en) Magnetic actuated drug delivery microstructure and manufacturing method thereof
Mogoşanu et al. Natural and synthetic polymers for drug delivery and targeting
Xu et al. Improved cell transfection of siRNA by pH-responsive nanomicelles self-assembled with mPEG-b-PHis-b-PEI copolymers
Mu et al. Stimuli-responsive peptide assemblies: Design, self-assembly, modulation, and biomedical applications
Ali et al. Multifunctional stimuli-responsive hybrid nanogels for cancer therapy: Current status and challenges
Ni et al. Artificial cell-mediated photodynamic therapy enhanced anticancer efficacy through combination of tumor disruption and immune response stimulation
Gafur et al. Transforming stealthy to sticky nanocarriers: a potential application for tumor therapy
CN105327362B (en) A kind of preparation method of the graphene targetable drug carriers of amphipathic nature polyalcohol brush modification
JP4765061B2 (en) Method for producing molecular complex for gene transfer
Ma et al. Recent advances in stimuli-responsive polymeric carriers for controllable CRISPR/Cas9 gene editing system delivery
Zhu et al. Breast tumor‐targeted drug delivery via polymer nanocarriers: Endogenous and exogenous strategies
EP3060255B1 (en) Sonosensitive therapeutic or diagnostic agent

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101026

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101217

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110517

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150