JP5814363B2 - 細胞の原形質体に由来するマイクロベシクル及びその用途 - Google Patents

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Description

本発明は、細胞壁を持っている細菌(bacteria)、古細菌(archaea)、カビ(fungi)、植物(plants)細胞などの原形質体(protoplast)に由来するマイクロベシクル及び前記マイクロベシクルを用いて治療用物質、診断用物質及び／又はワクチン用物質をロード(loading)して特異の細胞及び特定の組織に伝達する方法などに関する。
疾病治療のために薬物を個体に投与する場合、投与される薬物が標的位置に伝達されてその効果を発揮することに役立てるために薬物伝達システム（Drug Delivery System、ＤＤＳ）が使用できる。薬物が生体に吸収又は利用される速度があまり遅くて吸収されなかった薬物があまり速く体外に消失してしまう場合には、薬物の放出速度を遅らせる薬物伝達システムが使われる。副作用の激しい薬物を使用する場合には、必要な組織又は細胞にのみ薬物を伝達する必要がある。例えば、癌治療のための抗癌剤の中には癌細胞だけでなく正常細胞に対しても強い毒性を示すものが多い。このような場合、癌細胞又は癌組織にのみ抗癌剤を伝達することができれば、癌治療過程における患者の苦痛及び不便を減らすことができる。
１９６０年代に初めて使用されたリポソームが薬物伝達システムとして広く研究されてきた。ポリエチレングリコール（polyethylene glycol、ＰＥＧ）などのポリマーをリポソームとコンジュゲート(conjugation)して、薬物を内包したリポソームが血液から容易に除去されないようにして薬物の血液内維持時間(circulatory half-life)を増加させたステルスリポソーム(stealth liposome)が開発された。この方法で抗癌剤のドキソルビシン(doxorubicin)を伝達するドキシル（ＤＯＸＩＬ）が商用化された。ところが、リポソームとステルスリポソームは特定の細胞を認識する能力がないため、特定の細胞又は特定の組織へ薬物を伝達する目的では使用することができない。特定の標的に結合することができるように単一標的抗体などを接合したリポソームも開発されているが、未だ臨床試験を通過して商用化されたものはない。
人工的に合成した脂質からなるリポソームの代わりに自然的な細胞膜を用いた伝達システムが開発されている。薬物を含む培養液で生育する形質転換微生物が分泌するミニセルを薬物の伝達に利用する方法が公開されている（ＷＯ２００５／０７９８５４の「Compositions and methods for targeted in vitro and in vivo drug delivery to mammalian cells via bacterially derived intact minicells」）。ところが、細菌細胞膜成分からなるミニセルには、グラム陰性菌の場合には細胞外膜に存在する内毒素(lipopolysaccharide)、グラム陽性菌の場合には細胞壁に存在するペプチドグリカン(peptidoglycan)などのように毒性をもたらす物質が含まれているため、体内に投与すると、人体において敗血症などの全身性炎症反応などの副作用をもたらすおそれがある。
原形質体は、細菌、古細菌、カビ、植物細胞などのように細胞壁を有する細胞から細胞壁が取り除かれたものをいい、細菌或いは古細菌細胞の場合にはリゾチーム(lysozyme)、カビ細胞の場合にはキチナーゼ(chitinase)、植物細胞の場合にはセルラーゼ(cellulase)、ペクチナーゼ(pectinase)、キシラナーゼ(xylanase)などの酵素を用いて細胞壁を取り除くことができる。原形質体は、巨大分子やウイルスなどの細胞内吸収などのように細胞膜の機能を研究することに利用できる。また、遺伝的に変形された生命体を作るための形質転換(DNA transformation)にも応用される。また、植物細胞に由来する原形質体は原形質体融合(protoplast fusion)技術によって植物の品種改良(breeding)のために利用されることもある。ところが、未だ原形質体に由来するマイクロベシクル及びこれを応用した事例はない。
そこで、本発明者は、前述した従来の技術の問題点を解決するために研究した結果、細菌、古細菌、カビ、植物細胞などの細胞壁を取り除いた原形質体に由来するマイクロベシクルを用いて疾病の治療及び診断のための物質或いはワクチン用物質をロードして特定の細胞又は組織などの標的に効果的に伝達することができることを見出し、本発明を完成した。
このため、本発明は、細胞の原形質体に由来するマイクロベシクルを含む組成物を提供する。また、本発明は、診断、治療、ワクチン、標的誘導、標的細胞との細胞膜融合、並びに生体内外における副作用の減少及び安定性の増進などの目的で必要な物質がロードされた前記マイクロベシクルを含む薬学的組成物などを提供する。また、本発明は、細胞の原形質体に由来するマイクロベシクルを含む治療用、診断用及び／又はワクチン用物質伝達用組成物を提供する。また、本発明は、前記マイクロベシクルを用いて物質を特定の標的に伝達する方法、前記マイクロベシクルを含む物質伝達システム、及び前記マイクロベシクルを含む疾病診断用キットなどを提供する。
ところが、本発明が解決しようとする技術的課題は上述した課題に限定されず、上述していない別の課題は以降の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
本発明のある観点は、細胞の原形質体に由来するマイクロベシクルを含む組成物を提供する。本発明で使用される細胞は、自然に存在する細胞又は形質転換された細胞を含み、細菌細胞、古細菌細胞、カビ細胞及び植物細胞よりなる群から選択できる。
本発明の他の観点は、細胞の原形質体に由来し且つ疾病の治療用又は診断用物質がロードされたマイクロベシクルを含む薬学的組成物を提供する。
本発明の別の観点は、細胞の原形質体に由来し且つワクチン用物質がロードされたマイクロベシクルを含む薬学的組成物を提供する。
前記本発明のマイクロベシクルを用いて疾病の治療用、診断用及び／又はワクチン用物質を特定の組織又は細胞に特異的に伝達することが可能であり、これにより特定の疾病を予防、治療及び／又は診断することに本発明のマイクロベシクルを使用することができる。前記マイクロベシクルにロードされる物質は特に限定されず、前記治療用、診断用及び／又はワクチン用物質は本発明で使用される細胞に自然に、或いは形質転換によって発現されるものであってもよく、細胞以外の外部から注入されたものであってもよい。
本発明の別の観点は、細胞の原形質体に由来するマイクロベシクルを含む、疾病の診断用、治療用及び／又はワクチン用物質伝達組成物を提供する。
本発明の別の観点は、細胞の原形質体に由来するマイクロベシクルを含む、疾病の診断用、治療用及び／又はワクチン用物質伝達システムを提供する。
本発明の別の観点は、細胞の原形質体由来マイクロベシクルの製造方法であって、下記の段階を含む方法を提供する：細胞から細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、前記原形質体を含む懸濁液からマイクロベシクルを製造する段階、及び前記懸濁液から製造されたマイクロベシクルを分離する段階。
本発明の別の観点は、疾病の治療用、診断用又はワクチン用物質がロードされた細胞原形質体由来マイクロベシクルの製造方法であって、下記の段階を含む方法を提供する：細胞に治療用、診断用又はワクチン用物質を外部からロードし、細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、前記原形質体を含む懸濁液からマイクロベシクルを製造する段階、及び前記懸濁液から製造されたマイクロベシクルを分離する段階。
本発明の別の観点は、疾病の治療用、診断用又はワクチン用物質がロードされた細胞原形質体由来マイクロベシクルの製造方法であって、下記の段階を含む方法を提供する：細胞から細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、前記原形質体に治療用、診断用又はワクチン用物質を外部からロードする段階、前記物質がロードされた原形質体を含む懸濁液からマイクロベシクルを製造する段階、及び前記懸濁液から製造されたマイクロベシクルを分離段階。
本発明の別の観点は、疾病の治療用、診断用又はワクチン用物質がロードされた細胞原形質体由来マイクロベシクルの製造方法であって、下記の段階を含む方法を提供する：細胞から細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、前記原形質体を含む懸濁液に治療用、診断用又はワクチン用物質を添加してマイクロベシクルを製造する段階、及び前記懸濁液から製造されたマイクロベシクルを分離する段階。
本発明の別の観点は、疾病の治療用、診断用又はワクチン用物質がロードされた細胞原型質体由来マイクロベシクルの製造方法であって、下記の段階を含む方法を提供する：細胞から細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、前記原形質体を含む懸濁液からマイクロベシクルを製造する段階、前記製造されたマイクロベシクル懸濁液に治療用、診断用又はワクチン用物質を添加してマイクロベシクルにロードする段階、及び前記懸濁液から治療用、診断用又はワクチン用物質がロードされたマイクロベシクルを分離する段階。
本発明の別の観点は、疾病の治療用、診断用又はワクチン用物質がロードされた細胞原形質体由来マイクロベシクルの製造方法であって、下記の段階を含む方法を提供する：細胞から細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、前記原形質体を含む懸濁液からマイクロベシクルを製造する段階、前記懸濁液から製造されたマイクロベシクルを分離する段階、及び前記分離されたマイクロベシクルを含む懸濁液に治療用、診断用又はワクチン用物質を添加してロードする段階。
本発明の別の観点は、細胞の原形質体に由来し且つ疾病の診断用、治療用又はワクチン用物質がロードされたマイクロベシクルを使用することを含む、疾病の診断用、治療用又はワクチン用物質を特異の細胞又は組織に伝達する方法を提供する。
本発明の別の観点は、疾病の診断用又は治療用物質がロードされた細胞原形質体由来マイクロベシクルを用いて前記物質を特異の細胞又は組織に伝達することを含む、疾病の治療及び／又は診断方法を提供する。
本発明の別の観点は、ワクチン用物質がロードされた細胞原形質体由来マイクロベシクルを用いて前記ワクチン用物質を特異の細胞又は組織に伝達することを含む、疾病の予防及び／又は治療方法を提供する。
本発明の別の観点は、細胞の原形質体に由来し、前記原形質体より小さいサイズであり、且つ疾病の診断に必要なプライマー、プローブ、アンチセンス核酸又は抗体がロードされたマイクロベシクルを含む、疾病診断用キットを提供する。
グラム陰性菌の場合には細胞外膜に存在する内毒素、細胞壁に存在するペプチドグリカン、リポタンパク質(lipoprotein)、グラム陽性菌の場合には細胞壁に存在するペプチドグリカン、リポタンパク質、古細菌の場合にはシュードペプチドグリカン(pseudopeptidoglycan)、カビと植物細胞の場合には細胞壁に存在するキチン(chitin)、セルロース(cellulose)などによって免疫反応が発生して深刻な副作用をもたらおそれがある。本発明の原形質体由来マイクロベシクルは、細菌、古細菌、カビ及び植物細胞から細胞壁を取り除いた原形質体に由来するものであって、細胞壁を取り除くことにより免疫反応による副作用がない。さらに、本発明の原形質体由来マイクロベシクルは、治療及び／又は診断用物質、或いはワクチン用物質の導入が容易であり、量産が可能であるという利点がある。
本発明に係る治療用、診断用及び／又はワクチン用物質がロードされた、本発明の原形質体由来マイクロベシクルを使用することにより、前記物質（ら）が標的細胞又は組織にのみ伝達され、他所に伝達されることを抑制することができる。具体的に、前記本発明の原形質体由来マイクロベシクルを使用することにより、薬物などの治療用物質の副作用を減らして疾病治療過程における患者の苦痛及び不便を減らすことができ、目標の細胞又は組織にのみ診断用物質が伝達されるようにすることにより、疾病に関連した細胞又は組織を容易に診断することができ、ワクチン用物質の効能を増加させ且つ副作用を減らすことができる。
また、前記治療用、診断用及び／又はワクチン用物質を発現する細胞の原形質体由来マイクロベシクルを使用する場合、前記物質の精製過程なしで原形質体由来マイクロベシクルに含有できるため、前記物質を精製して使用する場合より産業的、経済的に利点がある。
また、疾病治療用及び／又は診断用物質がロードされた本発明の原形質体由来マイクロベシクル及びその製造方法は、ｉｎ ｖｉｔｒｏ及び／又はｉｎ ｖｉｖｏで治療及び／又は診断用、又は実験用として使用できる。
原形質体に由来するマイクロベシクルを作る方法に対する模式図である。 原形質体がまともに作られたことを示す図である。 グラム陰性菌原形質体由来マイクロベシクルの透過電子顕微鏡写真である。 グラム陽性菌原形質体由来マイクロベシクルの透過電子顕微鏡写真である。 グラム陰性菌原形質体由来マイクロベシクルの大きさを示すグラフである。 グラム陽性菌原形質体由来マイクロベシクルの大きさを示すグラフである。 グラム陰性菌原形質体由来マイクロベシクルが副作用を持たないことを示すグラフである。 グラム陽性菌原形質体由来マイクロベシクルが副作用を持たないことを示すグラフである。 グラム陰性菌原形質体由来マイクロベシクルがマウスにおいて副作用を持たないことを示すグラフである。 グラム陰性菌原形質体由来マイクロベシクルがマウスにおいてＩＬ−６の生成を誘導しないことを示すグラフである。 原形質体由来マイクロベシクルにプラスミドをロードすることができることを示す図である。 原形質体由来マイクロベシクルにロードされたプラスミドが完全な状態を維持していることを示す図である。 原形質体由来マイクロベシクルを用いてプラスミドをバクテリアに伝達することができることを示す図である。 抗原をロードした原形質体由来マイクロベシクルがマウスにおいて抗原特異的ＩｇＧ抗体を誘導することができることを示すグラフである。 抗原をロードした原形質体由来マイクロベシクルがマウスにおいて抗原特異的ＩｇＥ抗体を誘導することができることを示すグラフである。 抗原をロードした原形質体由来マイクロベシクルがマウスにおいて抗原特異的記憶Ｔ細胞の生成を誘導することができることを示すグラフである。 原形質体由来マイクロベシクルに封入体をロードすることができることを示す図である。 原形質体由来マイクロベシクルの内部にＯｍｐタンパク質をロードすることができることを示す図である。 ＯｍｐＡ抗原をロードした原形質体由来マイクロベシクルがマウスにおいてＯｍｐＡ特異的ＩｇＧ抗体を誘導することができることを示すグラフである。 Ｏｍｐ抗原がロードされたマイクロベシクルがバクテリアに対するワクチンとなったことを示すグラフである。 黒色腫抗原「Ｍａｒｔ−１」が原形質体由来マイクロベシクルにロードされたことを示す図である。 Ｍａｒｔ−１がロードされた原形質体由来マイクロベシクルによって黒色腫に対するワクチン効果があることを示すグラフである。 原形質体由来マイクロベシクルにＥＧＦ融合タンパク質をロードしたことを示す図である。 ＥＧＦ融合タンパク質が原形質体由来マイクロベシクルの表面に正しいトポロジーに維持されていることを示す図である。 ＥＧＦ融合タンパク質をロードしたマイクロベシクルが細胞特異的に伝達されることを示すグラフである。 ＥＧＦ融合タンパク質をロードしたマイクロベシクルが細胞に伝達されるとき、ＥＧＦによる伝達であることを示す図である。 ＥＧＦ融合タンパク質をロードしたマイクロベシクルが細胞にＥＧＦシグナル伝達を誘導することができることを示す図である。 ＥＧＦ融合タンパク質をロードしたマイクロベシクルを用いてマウスにおいて癌組織へドキソルビシンを特異的に伝達することができることを示す図である。 ＥＧＦ融合タンパク質をロードしたマイクロベシクルがマウスにおいてＥＧＦ特異的抗体の生成を誘導することができることを示すグラフである。 原形質体由来マイクロベシクルにＥＧＦ受容体融合タンパク質をロードしたことを示す図である。 ＥＧＦ受容体融合タンパク質をロードしたマイクロベシクルがＥＧＦと結合することができることを示すグラフである。 原形質体由来マイクロベシクルにＨｉｓ−タグ融合タンパク質をロードしたことを示す図である。 ドキソルビシンがロードされた原形質体由来マイクロベシクルが血管内皮細胞において細胞死滅を誘導することができることを示すグラフである。 ドキソルビシンがロードされた原形質体由来マイクロベシクルがマウス大腸癌細胞において細胞死滅を誘導することができることを示すグラフである。 ドキソルビシンがロードされた原形質体由来マイクロベシクルがマウスにおいて癌組織の性状を阻害することができることを示すグラフである。
本発明は、細胞の原形質体に由来するマイクロベシクルを含む組成物を提供する。
本発明で使用される細胞は、細胞壁を有する細菌、古細菌、カビ及び植物細胞と、細胞壁のないＬ−ｆｏｒｍ細菌（Ｌ−ｆｏｒｍ細菌又はＣＷＤ(cell wall deficient)細菌）を含むが、これに限定されない。前記細菌はグラム陰性菌及びグラム陽性菌を含む。例えば、グラム陰性菌の大腸菌(Escherichia coli(E.coli))及びグラム陽性菌の黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus(S. aureus))が使用できる。
また、本発明で使用される細胞は、「自然に存在する細胞」又は「形質転換された細胞を含む。
前記「自然に存在する細胞」は、特異の細胞又は組織などへの誘導が可能な細胞や、特定の物質を発現する細胞などを含む。
前記「形質転換された細胞」は、毒性を弱化させる或いは細胞壁の合成が阻害されるように形質転換された細胞；治療、診断、ワクチン、標的誘導物質(targeting molecule)、又は細胞膜融合物質(fusogen)を発現するように形質転換された細胞；及びこれらの２つ以上の組み合わせからなる形質転換細胞を含むが、これに限定されない。
また、前記「形質転換された細胞」は、２回以上形質転換された細胞；特定のタンパク質の発現を抑制するように形質転換された細胞などを含む。
前記本発明の一具現例として、前記形質転換された細胞は細胞接合分子、抗体、標的誘導タンパク質、細胞膜融合タンパク質自体、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選ばれる一つ以上を発現するように形質転換されたものであってもよい。
また、前記「形質転換」に関連し、本発明に使用される細胞に物質処理、遺伝子導入、又は物理的／化学的／生物学的／電気的／機械的刺激を加えて形質転換させることができる。
本発明において、「原形質体」とは、細胞壁を有する細菌、古細菌、カビ、植物細胞などから細胞壁を一部或いは完全に取り除き、脂質二重膜に包まれた状態にした物質のことである。よって、本発明において、原形質体は、細胞壁が完全に取り除かれた原形質体(protoplast)だけでなく、細胞壁が完全に取り除かれていない原形質体（spheroplast）及び「Ｌ−ｆｏｒｍ細菌」を含むが、これに限定されない。
前記「Ｌ−ｆｏｒｍ細菌」は、自然に存在するものと、形質転換によって生成されたものを含むが、これに限定されない。
本発明の「原形質体由来マイクロベシクル」とは、細胞膜成分からなる脂質二重膜によって内部と外部が区分されるベシクルであって、細胞の細胞膜脂質、膜タンパク質及び細胞質成分を持っており、細胞膜成分を提供した原形質体より大きさが小さいベシクルをいう。
前記「原形質体由来マイクロベシクル」は、原形質体から自然に分泌されるもの、原形質体を多様な物理的、機械的、電気的、化学的方法で処理して製造した人工的なもの、及び特定の物質又は形質転換によって原形質体から分泌が誘導されたものを含むが、これに限定されない。
前記本発明の一具現例において、前記マイクロベシクルは、その起源となる原形質体の細胞膜とトポロジーが同一の膜を持つものであってもよいが、これに限定されない。
前記本発明の一具現例において、前記マイクロベシクルは、封入体(inclusion body)を含むものであってもよいが、これに限定されない。
本発明の別の具現例において、前記マイクロベシクルの膜が、その起源となる原形質体の細胞膜以外の成分をさらに含むことができる。
前記細胞膜以外の成分として、標的誘導物質、細胞膜融合物質、シクロデキストリン(cyclodextrin)、ポリエチレングリコールなどを含むことができるが、これに限定されない。また、前記細胞膜以外の成分は多様な方法によって追加でき、細胞膜の化学的変形などを含む。
前記本発明の別の具現例において、前記マイクロベシクルの膜成分を化学的に変形させるものをさらに含むことができるが、これに限定されない。例えば、前記マイクロベシクルの膜成分がチオール基（−ＳＨ）又はアミン基（−ＮＨ２）を用いた化学的方法で変形し、或いは前記マイクロベシクルに標的誘導物質、細胞膜融合物質、ポリエチレングリコールを化学的に結合させることにより前記マイクロベシクルの膜成分が化学的に変形したものであってもよい。
本発明の別の観点は、疾病の診断、治療、ワクチン、標的誘導、標的細胞との細胞膜融合、並びに生体内外における副作用減少及び安定性増進などの目的で必要な物質がロードされた前記マイクロベシクルを含む薬学的組成物などを提供する。
本発明において、原形質体由来マイクロベシクルに物質を「ロード」することは、診断、治療、ワクチン(vaccination)、標的誘導(targeting)、標的細胞との細胞膜融合(fusion)、並びに生体内外における副作用(adverse effect)減少及び安定性増進などの目的で必要な物質を単独で或いは２つ以上の組み合わせて原形質体由来マイクロベシクルの表面に露出(display)させ、或いは内部に内包(encapsulation)させることを意味するが、これに限定されない。
前記原形質体由来マイクロベシクルにロードされる物質は、本発明のマイクロベシクルの製造に用いられる細胞（自然に存在する細胞、及び形質転換された細胞を含む）に由来しうる。すなわち、本発明に用いられる細胞は疾病の治療用、診断用又はワクチン用物質などを自然に発現する細胞、及び前記物質を発現するように形質転換された細胞を含む。
前記本発明の一具現例において、原形質体由来マイクロベシクルに標的誘導タンパク質をロードするために細胞接合分子、抗体、細胞膜融合タンパク質、及び標的誘導タンパク質自体又はこれらの融合タンパク質よりなる群から選ばれる一つ以上を発現するように形質転換された細胞を用いることができるが、これに限定されない。前記標的誘導タンパク質は原形質体由来マイクロベシクルの表面に露出するようにしてもよく、内部に内包されるようにしてもよい。
細胞の形質転換は、細胞に刺激を与えてタンパク質などの物質の発現を増加又は変化させる方法と、遺伝子導入によるタンパク質発現増加又は発現抑制させる方法によって可能である。細胞に物質処理などの特定の刺激を与えてタンパク質発現の変化を誘導することができる。また、遺伝子導入による細胞の形質転換を介して特定のタンパク質を発現或いは抑制させることができる。
特定のタンパク質の発現を増加させる方法は、プラスミド(plasmide)ＤＮＡ、ＲＮＡ又はウイルス(virus)を用いることができ、リン酸カルシウム沈殿法(calcium phosphate precipitation)、リポフェクタミン誘導(lipofectamine mediated)、エレクトロポレーション(electroporation)、微量注射法(microinjection)などの方法だけでなく、一般に知られている全ての方法を使用することができる。癌血管を含む血管、癌組織又は炎症組織に特異的に結合することが可能なタンパク質又は抗体を原形質体の表面に直接発現させ或いは融合タンパク質として発現させ、この細胞の原形質体からマイクロベシクルを製造することができる。
特定のタンパク質の発現を抑制させるために、ｍｉＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、アンチセンス(antisense)ＲＮＡなどを用いることもでき、特定の遺伝子を細胞から除去することもできる。ある細胞の原形質体に由来するマイクロベシクルが２つの標的に誘導される場合、その細胞において１種又は多種の特定タンパク質の発現を抑制させて１種の標的への誘導を減少させることで物質伝達の特異性を高めることができる。２回以上形質転換された細胞の原形質体を用いることもできる。１次形質転換した細胞を２次形質転換して原形質体を作った後、マイクロベシクルを製造することができる。
単核球、マクロファージ、樹枝状細胞、幹細胞などが特定の組織に誘導されるとき、細胞膜に存在する多様な細胞膜タンパク質(plasma membrane protein)が関与する。例えば、単核球細胞の表面には、ＬＦＡ−１(leukocyte function-associated antigen-1)、Ｍａｃ−１(macrophage-1 antigen)などのインテグリン(integrin)を含む多様な細胞接合分子(cell adhesion molecule)が存在する。これらの細胞接合分子は、血管細胞の表面に存在するＩＣＡＭ−１(intercellular adhesion molecule-1)、ＶＣＡＭ−１(vascular cell adhesion molecule-1)などの細胞接合分子と結合することができる。単核球は、ＬＦＡ−１などの細胞接合分子を用いて、血管細胞の表面に発現したＩＣＡＭ−１のような細胞膜タンパク質と相互作用して、血管内皮細胞を通過して炎症組織及び癌組織に誘導される。また、細胞を形質転換して癌又は組織特異的細胞膜タンパク質を細胞の表面に発現させることにより、癌組織と炎症組織を含む多様な組織に誘導することができる。例えば、乳癌組織の細胞表面にはＥＲＢＢ２細胞膜タンパク質が過多発現される。Ｔ細胞に存在するＴ細胞受容体（T-cell receptor、ＴＣＲ）の形質転換を介して癌細胞特異的伝達が可能である。ＴＣＲの細胞外部部分に、ＥＲＢＢ２タンパク質を認知することが可能な抗体と、細胞内部部分にＴＣＲの細胞内シグナル伝達ができるようにＣＤ３ζ(zeta)タンパク質とを融合した融合タンパク質(fusion protein)を発現させるように形質転換したＴ細胞は、乳癌組織へ誘導される。また、大腸癌、膵臓癌、肺癌などで過多発現される癌胚芽抗原（carcinoembryonic antigen、ＣＥＡ）を認知する抗体とＣＤ３ζタンパク質とを融合した融合タンパク質を発現させるように形質転換したＴ細胞は、大腸癌、膵臓癌、肺癌組織へ誘導される。前述したタンパク質又は融合タンパク質を細胞に発現させて製造した原形質体由来マイクロベシクルは特定の組織に誘導することができるが、使用できる標的誘導物質はこれに限定されるものではない。
本発明の別の具現例において、前記マイクロベシクルは、サイトカイン、成長因子、細胞接合分子、抗体及び受容体の群から選ばれる一つ以上を発現する細胞又は発現するように形質転換された細胞から準備できるが、これに限定されるものではない。
前記細胞の原形質体由来マイクロベシクルにロードされる物質は、前記細胞に由来せず、細胞の外部から準備された物質であってもよい。また、ロードされる物質は、１種の物質であってもよく、２種以上の組み合わせ物質であってもよいが、これに限定されない。
前記細胞に由来せず、細胞の外部から準備された物質をロードする方法は、下記の方法を含む：１）細胞に直接物質をロードする方法、２）原形質体を作った後、ロードする方法、３）マイクロベシクル製造の際にロードする方法、及び４）原形質体由来マイクロベシクルを作った後、ロードする方法。
また、多様な物理的、化学的及び／又は生物学的方法で前記物質をロードすることができ、前記ロード方法は単独で或いは組み合わせて使用することができるが、これに限定されない。
より具体的に、細胞の外部から準備された多様な物質を次の様々な方法で本発明のマイクロベシクルにロードすることができる：
一つ目、治療、診断及び／又はワクチンのための多様な物質を既にロードした細胞からマイクロベシクルを製造する。例えば、治療及び診断のための多様な物質を培養液に含ませて細胞を培養すると、前記物質がロードされた細胞を収得することもでき、或いはエレクトロポレーション法で細胞に物質をロードすることもできる。このような細胞から得た原形質体から自然に分泌される、或いは超音波分解、押出、機械的分解などの方法で製造したマイクロベシクルには、前記物質がロードされている。
二つ目、治療、診断及び／又はワクチンのための多様な物質を既にロードした原形質体からマイクロベシクルを製造する。例えば、細胞から原形質体を製造した後、治療及び診断のための多様な物質を培養液に含ませて原形質体を培養すると、前記物質がロードされた原形質体を収得することもでき、或いはエレクトロポレーション法で原形質体に物質をロードすることもできる。このような原形質体から自然に分泌される、或いは超音波分解、押出、機械的分解などの方法で製造したマイクロベシクルには、前記物質がロードされている。
三つ目、原形質体由来マイクロベシクルの製造過程で前記物質をロードする。例えば、原形質体が含まれた溶液に前記物質を添加した後、原形質体より大きさが小さいフィルターを通過させる押出法でマイクロベシクルを製造すると、マイクロベシクルに前記物質がロードされる。
四つ目、原形質体由来マイクロベシクルを製造した後、前記物質をロードすることができる。例えば、多様な物質を懸濁液に含ませてマイクロベシクルと培養し、或いはエレクトロポレーション方法で既に製造したマイクロベシクルに物質をロードすることができる。
ところが、本発明で使用できる物質を原形質体由来マイクロベシクルにロードする方法は、これらの例に限定されない。
原形質体由来マイクロベシクルにロードすることが可能な治療用及び／又は診断用物質としては、当業界で通常使用される抗癌剤、抗炎症剤、血管新生阻害剤(angiogenesis inhibitor)、ペプチド、タンパク質、核酸、ビーズ、マイクロ粒子、ナノ粒子、脂質、細胞代謝産物などの多様な種類の物質が制限なく使用できる。
抗癌剤は癌の成長及び転移を抑制させるために使用される全ての薬剤を総称し、大部分の抗癌剤は癌細胞のＤＮＡの複製、転写及び翻訳過程を遮断する。本発明の治療用物質として使用できる抗癌剤の種類は特に限定されない。抗癌剤は、癌細胞の種類、抗癌剤の吸収速度（治療期間と抗癌剤の投与経路）、腫瘍の位置、腫瘍のサイズなど、抗癌剤選択の際に考慮すべき一般な原則の下で選択できる。具体的に、本発明で使用できる抗癌剤は、ＤＮＡアルキル化剤(DNA alkylating agent)としてのメクロルエタミン(mechlorethamine)、クロラムブシル(chlorambucil)、フェニルアラニン(phenylalanine)、マスタード(mustard)、シクロホスファミド(cyclophosphamide)、イホスファミド(ifosfamide)、カルムスチン(carmustine ：ＢＣＮＵ)、ロムスチン(lomustine ：ＣＣＮＵ)、ストレプトゾトシン(streptozotocin)、ブスルファン(busulfan)、チオテパ(thiotepa)、シスプラチン(cisplatin)、及びカルボプラチン(carboplatin)などが使用でき、抗癌抗生剤(anti-cancer antibiotics)としてのダクチノマイシン（dactinomycin：アクチノマイシンＤ(actinomycin D)）、ドキソルビシン(doxorubicin：アドリアマイシン(adriamycin))、イダルビシン(idarubicin)、ミトキサントロン(mitoxantrone)、プリカマイシン(plicamycin)、マイトマイシン(mitomycin)、及びＣブレオマイシン(C bleomycin)などが使用でき、植物アルカロイド（plant alkaloid）としてのビンクリスチン(vincristine)、ビンブラスチン(vinblastine)、パクリタキセル(paclitaxel)、ドセタキセル(docetaxel)、ダウノルビシン(daunorubicin)、タキソール(taxol)、オンコビン(oncovin)、プレドニゾン(prednisone)、シスプラチン(cisplatin)、ハーセプチン(herceptin)、リツキシマブ(rituximab)、エトポシド(etoposide)、テニポシド(teniposide)、トポテカン(topotecan)、及びイリドテカン(iridotecan)などよりなる群から選択できる。また、当業界で通常使用される放射性物質を用いることもできる。ところが、本発明で使用できる抗癌剤がこれらの例に限定されるものではない。
また、本発明の原形質体由来マイクロベシクルにロードすることが可能な抗炎症剤は、デキサメタゾン(dexamethasone)、ソルメドロール(solumedrol)、アスピリン(aspirin)、インドメタシン(indomethacin)、イブプロフェン(ibuprofen)、プロピオン酸クロベタゾール(clobetasol propionate)、酢酸ジフロラゾン(diflorasone diacetate)、プロピオン酸ハロベタゾール(halobetasol propionate)、アムシノニド(amcinonide)、フルオシノニド(fluocinonide)、フランカルボン酸モメタゾン(mometasone furoate)、デスオキシメタゾン(desoximetasone)、ジクロフェナク(diclofenac)、及びピロキシカム(piroxicam)などよりなる群から選択できるが、本発明で使用できる抗炎症剤がこれらの例に限定されない。
本発明における「癌」とは、正常な細胞死滅バランスが壊れる場合に細胞が過多増殖し、周辺組織に浸潤することが可能な特徴を持つ疾病群をいう。肺癌、喉頭癌、胃癌、大腸／直腸癌、肝癌、胆嚢癌、膵臓癌、乳癌、子宮頚癌、前立腺癌、腎臓癌、皮膚癌などの上皮細胞などに由来する癌腫(carcinoma)、骨肉腫、筋肉腫、脂肪肉腫、線維細胞肉腫などの結合組織細胞に由来する肉腫(sarcoma)、白血病、リンパ腫、多発性骨髄腫などの造血細胞に由来する血液癌、及び神経組織に発生する腫瘍などよりなる群から、本発明が治療しようとする標的が選択できるが、これに限定されない。
本発明における「血管疾患」は、血管内或いは血管壁に代謝性、感染性、毒性又は免疫性の原因によって血管内或いは血管壁に障害が発生する疾患群である。動脈硬化症（或いは粥状硬化症）、狭心症、急性心筋梗塞、脳卒中、血管性痴呆、その他の虚血性血管疾患などの代謝性血管疾患、敗血症、全身性播種性血管内凝固症候群(disseminated intravascular coagulation)、血栓／塞栓症、血管炎、糸球体腎炎、急性呼吸不全症候群、肺気腫などの感染性、毒性又は免疫性血管疾患などよりなる群から、本発明が治療しようとする標的が選択できるが、これに限定されない。
本発明における「炎症」は、体液が組織細胞の間に増加して現れる浮腫、血管拡張による充血、発熱物質と血管拡張による発熱、アラキドン酸代謝産物による疼痛現象などの症状又は症候として現われ、時間によって急性、亜急性、慢性炎症に分類することができ、病態生理によって感染性、アレルギー性、自己免疫性、毒性、代射性、外傷性炎症疾患に分類することができる。鼻炎、副鼻腔炎、中耳炎、鼻咽頭炎、喉頭炎、気管支炎、喘息、慢性閉塞性肺疾患、気管支拡張症、細気管支炎、肺炎、肺線維化症などの呼吸器系炎症疾患、口腔炎、食道炎、胃炎、消化性潰瘍、過敏性腸症候群、炎症性腸疾患、胆嚢炎、胆道炎、膵臓炎、肝炎などの消化器系炎症疾患、アトピー皮膚炎、乾癬などの皮膚炎症疾患、心内膜炎、心筋炎、心嚢炎、血管炎、動脈硬化症、敗血症などの心血管系炎症疾患、甲状腺炎、副甲状腺炎、糖尿病などの内分泌系炎症疾患、糸球体腎炎、腎症、癲癇性腎疾患、睾丸炎、卵巣炎、子宮内膜炎、膣炎などの泌尿生殖系炎症疾患、リウマチ性関節炎、脊椎関節病症、骨関節炎、通風、全身性紅斑性狼瘡、全身性硬化症、ミオパシー(myopathy)、シェーグレン症候群、ベーチェット病、抗リン脂質症候群などの筋骨格系炎症疾患、血管性痴呆、アルツハイマー病、退行性脳疾患、鬱症、精神分裂症などの脳精神系炎症疾患などよりなる群から、本発明が治療しようとする標的が選択できるが、これに限定されない。
血管新生阻害剤(angiogenesis inhibitor)は、既存の血管から新しい血管が作られる過程を抑制するために使用される全ての薬剤を総称する。大部分の血管新生阻害剤は、癌の成長及び転移を抑制し、炎症反応を抑制し、血管疾患を予防又は治療することができる。本発明の治療用物質として使用できる血管新生阻害剤の種類は特に限定されない。
原形質体由来マイクロベシクルにロードすることが可能な治療及び／又は診断用物質として、タンパク質又はペプチドを使用することができる。血管内皮細胞成長因子（vascular endothelial growth factor、ＶＥＧＦ）、ＥＧＦ(epidermal growth factor)などの成長因子、インターロイキン（interleukin、ＩＬ）−１、インターフェロン（interferon、ＩＦＮ）−γ、ＩＬ−１０などのサイトカイン（cytokine）類、各種抗体治療剤、多様なペプチド又はＤＮＡ分解酵素（ＤＮａｓｅ）以外に、癌の成長及び転移を抑制し且つ炎症反応を抑制することが可能な多様なタンパク質及びペプチドを制限なく使用することができる。
前記タンパク質又はペプチドは、細胞内に発現されることも、細胞膜にディスプレイされることもでき、全体又は活性を示す部位が単独で或いは融合タンパク質の形で発現されることもできる。特に、マイクロベシクルの表面にロードされたタンパク質又はペプチドは、局所濃度(local concentration)が高いため、単独で存在する場合より活性が高いことがよく知られている。よって、マイクロベシクルの表面にロードされた細胞接合因子、成長因子、サイトカインなどのリガンド自体又はこれらの融合タンパク質はリガンドディスプレイ(ligand display)用として利用されることもでき、或いは抗体、受容体自体又はこれらの融合タンパク質はリガンドの機能を阻害するリガンドトラップ(ligand trap)用として利用されることもできるが、リガンドディスプレイ及びリガンドトラップとして利用できるタンパク質又はペプチドは上述した例に限定されるものではない。
本発明に係る前記原形質体由来マイクロベシクルにロードすることが可能な治療用又は診断用物質として毒素を含ませることができる。毒素は、多様な生物体に由来するもので、体内に吸収されたときに毒性を示しうるものを総称し、毒素を介して細胞死滅を誘導することができる。本発明の治療用物質として使用できる毒素の種類は特に限定されない。
原形質体由来マイクロベシクルにロードすることが可能な核酸は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、アプタマー(aptamer)、ＬＮＡ(locked nucleic acid)、ＰＮＡ(peptide nucleic acid)、及びモルホリノ(morpholino)よりなる群から選択できる。具体的に、ＤＮＡ、ｍｉＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、アンチセンスＲＮＡ、センス（sense）ＲＮＡ、アプタマーを使用することができ、核酸類似体であるＬＮＡ、ＰＮＡ、モルホリノなどを使用することができるが、これに限定されない。このような核酸は、センス効果、アンチセンス効果、ＲＮＡ干渉及びタンパク質の機能阻害などの目的で利用できる。
蛍光タンパク質を暗号化(encode)する核酸又は多様な蛍光物質をロードした原形質体由来マイクロベシクルを診断に利用することができる。特定の細胞又は組織を標的とする原形質体由来マイクロベシクルに、蛍光タンパク質を暗号化しているプラスミド（plasmid）ＤＮＡをロードし、これを生体に注入すると、その標的細胞又は組織の存在を、蛍光タンパク質から放出される蛍光シグナルから分かることができる。また、特定の細胞又は組織を標的とする原形質体由来マイクロベシクルに蛍光放出量子ドット（quantum dot、Ｑ−ｄｏｔ）を含む多様な蛍光物質を含ませて生体に注入すると、その標的細胞又は組織の存在を蛍光シグナルから分かることができる。特定の標的細胞又は組織に発生する蛍光を診断に利用することができる。細胞死滅を誘導する蛍光放出量子ドットは治療目的でも利用することができる。
原形質体由来マイクロベシクルにロードすることが可能な他の治療及び／又は診断用物質の例として、蛍光物質以外に、他のマイクロ粒子又はナノ粒子を使用することができる。酸化鉄、金、炭素ナノチューブなどのマイクロ粒子又はナノ粒子を使用することができるが、これに限定されない。電磁ビーズ(magnetic bead)などのビーズをマイクロベシクルにロードして使用することもできる。酸化鉄などの磁性粒子は磁気共鳴映像（ＭＲＩ）を得る造影剤として利用できる。ナノ粒子と結合した核酸や、ナノ粒子と結合したタンパク質なども使用することができ、診断に有用な放射性物質も使用することができる。
本発明の別の観点は、細胞の原形質体に由来し且つワクチン用物質がロードされたマイクロベシクルを含む薬学的組成物を提供する。
前記本発明の原形質体由来マイクロベシクルにロードすることが可能なワクチン用物質は、当業界で通常使用される抗原、免疫補強剤、免疫調節物質などの多様な種類の物質が制限なく使用できる。
前記抗原として、特定のウイルス又は細菌に由来するタンパク質或いは脂質／炭水化物などの非タンパク質抗原をロードすることができる。また、特定の癌細胞に由来するタンパク質抗原をロードすることができる。また、抗原を単独で或いは２つ以上組み合わせて（combination）ロードすることができる。例えば、細菌に由来する２つ以上の抗原をロードすることができ、細菌由来抗原、癌細胞に由来する抗原、ウイルスに由来する抗原を同時にロードすることができる。
本発明において、前記細菌由来抗原は、エンテロバクター菌(Enterobacter aerogenes & Enterobacter cloacae)、ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)、肺炎桿菌(Klebsiella pneumonia)、アシネトバクター・バウマニ(Acinetobaceter baumannii)、緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)、大便連鎖球菌(Enterococcus faecalis)に由来するものでありうるが、これに限定されない。
また、本発明において、前記ウイルス由来抗原は、ＨＩＶ(Human immunodeficiency virus)、ＨＰＶ(Human papiloma virus)、ＨＢＶ(Hepatitis B virus)、ＨＣＶ(Hepatitis C virus)、インフルエンザウイルス(Influenza virus)に由来するものでありうるが、これに限定されない。
抗原は、原形質体由来マイクロベシクルを製造する細胞又は形質転換された細胞に由来してもよく、外部から準備された物質であってもよい。例えば、外部から準備した抗原として、特定のウイルス、細菌、癌細胞又は癌組織の構成物質全体又は一部をロードすることができる。
免疫補強剤としては、抗体反応を増加させるか或いは特定のＴ細胞免疫反応を増加させるために、二重螺旋ＲＮＡ（ｄｓＲＮＡ）、コレラ毒素(cholera toxin)、ミョウバン(alum)などの免疫補強剤をロードすることができる。免疫調節物質としては、抗原特異免疫反応を亢進させる目的でＩＬ−２、ＩＬ−４、ＩＬ−６、ＩＬ−１２、ＩＬ−１７、ＩＦＮ−γなどのサイトカイン、又はＶＥＧＦ、線維芽細胞成長因子（Fibroblast growth factor、ＦＧＦ）−２などの成長因子をロードすることができる。
本発明における前記薬学的組成物は、前記抗癌剤、抗炎症剤、血管新生阻害剤、ペプチド、タンパク質、毒素、核酸、ビーズ、マイクロ粒子及びナノ粒子のうち少なくとも１種の有効成分以外に、薬学的に許容される担体、すなわち食塩水、滅菌水、リンガー液、緩衝食塩水、シクロデキストリン、デキストロース溶液、マルトデキストリン溶液、グリセロール、エタノール、リポソーム、及びこれらの成分のうち１種以上を混合して使用することができ、必要に応じて他の通常の添加剤、例えば抗酸化剤、緩衝液などをさらに含むことができる。また、希釈剤、分散剤、界面活性剤、結合剤及び／又は潤滑剤を付加的に添加して水溶液、懸濁液、乳濁液などの注射用剤形、丸薬、カプセル、顆粒又は錠剤に製剤化することができる。ひいては、当該技術分野の適正の方法で、或いはレミントンの文献（Remington’s Pharmaceutical Science, Mack Publishing Company, Easton PA）に開示されている方法を用いて各成分に応じて望ましく製剤化することができる。本発明の薬学的組成物は、剤形に特別な制限はないが、注射剤又は吸入剤に製剤化することが好ましい。
本発明の薬学的組成物の投与方法は、特に限定されるものではないが、目的の方法に応じて静脈内、皮下、腹腔内、吸入又は局所適用などの非経口投与、又は経口投与することができる。投与量は、患者の体重、年齢、性別、健康状態、食事、投与時間、投与方法、排泄率及び疾患の重症度などによってその範囲が様々である。１日投与量は、治療を必要とする個体に投与されることにより軽減した疾病状態に対する治療に十分な本発明の治療用物質の量を意味する。治療用物質の効果的な量は特定の化合物、疾病状態及びその深刻度、治療を必要とする個体によって異なり、これは当業者によって通常決定できる。非制限的な例として、本発明に係る組成物の人体に対する投与量は、患者の年齢、体重、性別、投与形態、健康状態及び疾患の程度などによって異なる。例えば、体重７０ｋｇの成人患者を基準とするとき、一般には０．１〜１０００ｍｇ／日、好ましくは１〜５００ｍｇ／日であり、一定の時間間隔で１日１回〜数回に分割して投与することもできる。
本発明において、「個体」とは、癌、血管疾患、又は炎症性疾患の治療を必要とする対象を意味し、より具体的にはヒト、又は非ヒトである霊長類、マウス（mouse）、ラット（rat）、イヌ、猫、馬及び牛などの哺乳類を意味する。
本発明の別の観点は、前記本発明に係る原形質体由来マイクロベシクルを含む、疾病の治療用、診断用及び／又はワクチン用物質伝達用組成物を提供する。
本発明の別の観点は、前記本発明に係る原形質体由来マイクロベシクルを含む、疾病の治療用、診断用及び／又はワクチン用物質伝達システムを提供する。
前記疾病の治療用、診断用又はワクチン用物質は前述したとおりである。
本発明の別の観点は、疾病の治療用、診断用又はワクチン用物質がロードされた細胞原形質体由来マイクロベシクルの製造方法を提供する。
前記マイクロベシクルは、細胞から自然に分泌されるシェディング(shedding)マイクロベシクル及び人工マイクロベシクルを含む。
原形質体由来人工マイクロベシクルは原形質体に多様な機械的、電気的、化学的方法を加えて製造できる。浸透圧を用いた細胞溶解、エレクトロポレーション(electroporation)、超音波分解(sonication)、均質化(homogenization)、洗剤(detergent)処理、冷凍−解凍(freeze-thaw)、押出(extrusion)、機械的分解、化学物質処理などの方法を使用することができるが、本発明の製造方法はこれに限定されるものでない。原形質体が入っている溶液に金属、セラミック、又は十分に硬いプラスチック玉を入れ、揺らして原形質体を機械的方法で分解することもできる。押し出してマイクロベシクルを製造する場合には、孔径の大きいフィルターから孔径の小さいフィルターへ細胞含有溶液を順次通過させることにより、細胞が適正の大きさに砕かれるようにすることができる。例えば、孔径が１０μｍ→５μｍ→１μｍの順で小さくなるフィルター３つを順次使用してマイクロベシクルを製造することができる。
前記本発明に係る製造方法の一具現例は、下記の段階を含む：細胞から細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、前記原形質体を含む懸濁液からマイクロベシクルを製造する段階、及び前記懸濁液から製造されたマイクロベシクルを分離する段階。
前記本発明に係る製造方法の別の具現例は、下記の段階を含む：細胞に治療用、診断用又はワクチン用物質を外部からロードし、細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、前記原形質体を含む懸濁液からマイクロベシクルを製造する段階、及び前記懸濁液から製造されたマイクロベシクルを分離する段階。
前記本発明に係る製造方法の別の具現例は、下記の段階を含む：細胞から細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、前記原形質体に治療用、診断用又はワクチン用物質を外部からロードする段階、前記物質がロードされた原形質体を含む懸濁液からマイクロベシクルを製造する段階、及び前記懸濁液から製造されたマイクロベシクルを分離する段階。
前記本発明に係る製造方法の別の具現例は、下記の段階を含む：細胞から細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、前記原形質体を含む懸濁液に治療用、診断用又はワクチン用物質を添加してマイクロベシクルを製造する段階、及び前記懸濁液から製造されたマイクロベシクルを分離する段階。
前記本発明に係る製造方法の別の具現例は、下記の段階を含む：細胞から細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、前記原形質体を含む懸濁液からマイクロベシクルを製造する段階、前記製造されたマイクロベシクル懸濁液に治療用、診断用又はワクチン用物質を添加してマイクロベシクルにロードする段階、及び前記懸濁液から治療用、診断用又はワクチン用物質がロードされたマイクロベシクルを分離する段階。
前記本発明に係る製造方法の別の具現例は、下記の段階を含む：細胞から細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、前記原形質体を含む懸濁液からマイクロベシクルを製造する段階、前記懸濁液から製造されたマイクロベシクルを分離する段階、及び前記分離されたマイクロベシクルを含む懸濁液に治療用、診断用又はワクチン用物質を添加してロードする段階。
前記製造方法は、前記マイクロベシクルの含まれた懸濁液から、前記治療用、診断用又はワクチン用物質がロードされたマイクロベシクルを分離する段階をさらに含むことができる。
前記分離段階は、超遠心分離(ultracentrifugation)、密度勾配(density gradient)、濾過(filtration)、透析(dialysis)及び自由流動電気移動法(free-flow electrophoresis)よりなる群から選ばれた方法を用いて行われてもよい。
密度勾配は密度の異なる物質を区分するときに最も多く用いられる方法である。本発明のマイクロベシクルは、自由分子(free molecule)などと密度が区分されるため、密度勾配を介して分離することができる。この方法の具体的な例としては、フィコル(ficoll)、グリセロール(glycerol)、スクロース(sucrose)、オプティプレップ（ＯｐｔｉＰｒｅｐＴＭ）などの密度勾配を使用することができるが、本発明の密度選別方法がこれらに制限されない。治療及び診断のための分子がロードされたマイクロベシクルとロードされていないマイクロベシクルの密度が互いに異なるという性質を用いて、２種のマイクロベシクルを分離することができる。密度勾配は遠心分離又は電気泳動(electophoresis)などと共に使用することができる。マイクロベシクルを選別するために、ゲル濾過(gel filtration)又は限外濾過(ultrafiltration)を使用することもできる。大きさの小さい分子を除去するために濾過の代わりに透析を使用することができる。この他にも、自由流動電気移動法を使用することもできる。
目的に応じて、大きさが一定の範囲にあるマイクロベシクルを選別して使用することができる。マイクロベシクルの大きさを選別する段階は、治療用又は診断用物質をマイクロベシクルにロードする段階より先に行っても、同時に行っても、後で行ってもよい。
前記原形質体由来マイクロベシクルにロードされる治療用、診断用及び／又はワクチン用物質は、特に限定されず、前述したとおりである。
例えば、原形質体由来マイクロベシクルを製造する細胞又は形質転換された細胞に由来する物質、或いは細胞に由来せず細胞の外部から準備された物質でありうる。ロードされる物質は１種の物質であってもよく、２種以上の組み合わせ物質であってもよいが、これに限定されない。前記原形質体由来マイクロベシクルに治療油、診断用及び／又はワクチン用物質をロードすることは、原形質体由来マイクロベシクルの表面に露出させ或いは内部に内包させることを意味するが、これに限定されない。
本発明の別の具現例として、前記製造方法は、細胞膜の構成成分の一部を改質する段階をさらに含むことができる。前記細胞膜構成成分の改質は多様な方法で行われ得る。例えば、別途準備した融合タンパク質と細胞の混合液からマイクロベシクルを製造し、融合タンパク質が表面に露出されたマイクロベシクルを準備することができる。マイクロベシクルの表面にポリエチレングリコールを結合させてステルス−マイクロベシクルを製造することができる。また、マイクロベシクルにシクロデキストリンを添加する場合、不特異的ターゲッティングを減少させることができる。シクロデキストリンは、水溶性と脂溶性を同時に持っている物質であって、マイクロベシクルの表面に付いて脂質間の不特異的結合を阻害することができる。化学的にマイクロベシクルを改質して使用することもできる。例えば、システインを含むタンパク質の部分が細胞膜の表面に露出した細胞からマイクロベシクルを製造した後、システインのチオール基に化学的な方法で様々な分子を結合させてマイクロベシクルを改質することができる。また、細胞膜タンパク質に存在するアミン基に化学的な方法で様々な分子を結合させて改質することもできる。
前記本発明の製造方法は、その起源となる原形質体の細胞膜と比較してトポロジーが変形した膜を有するマイクロベシクルを除去する段階をさらに含むことができる。すなわち、マイクロベシクルを製造した後、目的に応じて元来細胞の細胞膜とトポロジーが同一のマイクロベシクルのみを選択して使用することができる。細胞膜タンパク質のうち、細胞質ドメイン(cytoplasmic domain)を認知する抗体などの物質を用いて、この細胞質ドメインが外部に露出されたしたマイクロベシクルを除去することができる。すると、細胞膜の内外が入れ替わったマイクロベシクルは除去され、残ったマイクロベシクルの外部には元来細胞の細胞膜の外部に露出された細胞膜タンパク質のみが存在する。
本発明の別の観点は、前記本発明に係る原形質体由来マイクロベシクルを含む治療用、診断用及び／又はワクチン用物質を特異細胞又は組織などに伝達する方法を提供する。
具体的に、前記治療用、診断用及び／又はワクチン用物質を特異の細胞又は組織などに伝達する方法は、原形質体由来細胞膜成分から膜が形成され、大きさが前記原形質体より小さく且つ前記物質がロードされた原形質体由来マイクロベシクルを使用することを含む。必要に応じて標的誘導物質及び／又は細胞膜融合物質がロードされた原形質体由来マイクロベシクルを用いて前記治療用、診断用及び／又はワクチン用物質を特異の細胞又は組織などに伝達することもできる。
前記特異の細胞又は組織には制限がない。例えば、前記特異の細胞は内皮細胞、癌細胞、炎症細胞又は免疫細胞であってもよく、前記特異の組織は血管、癌組織又は炎症組織であってもよい。また、前記治療用、診断用又はワクチン用物質は前述したとおりである。
前記本発明の一具現例において、２種以上の前記物質を特異の細胞又は組織に伝達することができる。
前記本発明の別の具現例において、１種の前記物質がロードされたマイクロベシクル、２種以上の前記物質がロードされたマイクロベシクル、及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれた２つ以上のマイクロベシクルを用いて前記物質を伝達することができる。例えば、前記２つ以上のマイクロベシクルを同時に投与することができる。
前記本発明の別の具現例において、１種の前記物質がロードされたマイクロベシクル、２種以上の前記物質がロードされたマイクロベシクル、及びこれらの組み合わせよりなる群から選ばれた２つ以上のマイクロベシクルを順次投与して前記物質を伝達することができる。
より具体的に、２種以上の物質を同時にロードしたマイクロベシクルを用いて２種以上の物質を伝達することができる。或いは、１種又は２種以上の物質がロードされたマイクロベシクルを複数個用いて２種以上の物質を伝達することができる。例えば、３種の物質を伝達する場合、各物質を含む第１、第２、第３マイクロベシクルを製造して使用することができる。第１、第２物質を含む第４マイクロベシクルと、第３物質を含む第５マイクロベシクルを準備し、第４、第５マイクロベシクルを用いて３種の物質を伝達することができる。第１、第２、第３マイクロベシクルを同時に投与することもでき、順次投与することもできる。第４、第５マイクロベシクルを同時に投与することもでき、順次投与することもできる。
必要な場合、原形質体由来マイクロベシクルを製造する過程で核酸分解酵素などを添加して、治療用、診断用及び／又はワクチン用物質の伝達に必要がない核酸などをマイクロベシクルの内部から除去することもできる。
本発明の別の観点は、疾病の診断用又は治療用物質がロードされた細胞原形質体由来マイクロベシクルを用いて前記物質を特異細胞又は組織に伝達することを含む、疾病の治療及び／又は診断方法を提供する。すなわち、前記マイクロベシクルを用いて疾病の診断用又は治療用物質を標的した細胞、組織又は血液に伝達することができる。
原形質体から製造されるマイクロベシクルは、既存のリポソームのように多様なサイズに容易に作ることができ、伝達しようとする多様な治療用、診断用又はワクチン用物質を容易にロードさせることができるため、１種又は多種の物質を伝達することができるので、単独治療、併合治療、診断だけでなく、診断及び治療の２つの目的で使用する診断−治療(theragnosis, pharmacodiagnosis)に利用することができる。この際、伝達しようとする多様な物質は、マイクロベシクルに内包(encapsulated)されてマイクロベシクルの二重膜の内側に存在してもよく、細胞膜タンパク質のように前記物質の全部又は一部がマイクロベシクルの二重膜に埋め込まれていても組み込まれて（embedded）いてもよく、マイクロベシクルの表面に結合してもよい。
例えば、癌の血管を介して癌組織にいずれの物質が伝達されるとき、一般に１００ｎｍ以上の物質はＥＰＲ(enhanced permeability and retention)効果によって癌組織に永らく留まることができる。よって、１００ｎｍより大きいベシクルにロードされた薬物は、癌組織に留まることが可能な時間が長くて薬物の効果を極大化することができるため、診断及び治療に有用である。また、肺組織は、その構造上、サイズ１μｍ以下の粒子のみが吸入を介して肺胞まで伝達できるので、サイズ１μｍ以下のマイクロベシクルに喘息などの治療のための炎症抑制剤などの物質をロードして肺組織に効果的に薬物を伝達することができる。このようにマイクロベシクルは診断用又は治療用物質が必要な組織に応じて多様なサイズに製造できる。好ましくは、本発明の原形質体由来マイクロベシクルのサイズは１０ｎｍ以上１０μｍ以下である。
本発明の別の観点は、細胞の原形質体に由来し且つワクチン用物質が含まれたマイクロベシクルを用いて前記ワクチン用物質を特異の細胞又は組織に伝達することを含む、疾病の予防及び／又は治療方法を提供する。前記ワクチン用物質は前述したとおりである。
本発明の別の観点は、細胞の原形質体に由来し、前記原形質体より小さいサイズであり、疾病の診断に必要なプライマー、プローブ、アンチセンス核酸、又は抗体がロードされたマイクロベシクルを含む疾病診断用キットを提供する。
本発明において、前記治療用物質、診断用物質又はワクチン用物質を含んで多様な物質（ら）がロードされた原形質体に由来するマイクロベシクル及びその製造方法は、特定物質の特定細胞又は組織などへの伝達のためにｉｎ ｖｉｔｒｏ及び／又はｉｎ ｖｉｖｏで治療用、診断用及び／又はワクチン用、又は実験用として使用できる。例えば、酵素、前記治療用、診断用又はワクチン用物質がロードされた原形質体由来マイクロベシクル及びその製造方法は、ｉｎ ｖｉｔｒｏ実験用として使用でき、また、ｉｎ ｖｉｔｒｏ実験を介してｉｎ ｖｉｖｏで治療可能な形態に細胞を変形させる用途としても使用することができるが、これに限定されるものではない。
以下、本発明の理解を助けるために好適な実施例を提示する。ところが、下記の実施例は本発明をより容易に理解するために提供されるものに過ぎず、本発明の内容を限定するものではない。
［実施例１：グラム陰性菌からのリゾチーム処理による原形質体(protoplast)の製造］
図１はグラム陰性菌からリゾチーム処理によって原形質体を作った後、原形質体に由来するマイクロベシクルに薬物をロードする方法を示す模式図である。
図１に示すように、まず、グラム陰性菌から原形質体を製造した。具体的に、グラム陰性菌であるＥ．ｃｏｌｉ ｗ３１１０ ｍｓｂＢ細菌をＬＢ培地でＯ．Ｄ６００＝１．０となるように生育させた後、３，０００×ｇで１０分間遠心分離を行って細菌細胞を沈殿させた後、細菌細胞を得た。予め作っておいたプロトプラスト用溶液(protoplasting buffer)１００ｍＬに懸濁(resuspension)した後、ＥＤＴＡを０．０１Ｍとなるようにゆっくり入れ、４０分間３７℃で１００ｒｐｍにて振盪しながら培養(incubation)した。さらに３,０００×ｇで１０分間遠心分離を行い、沈殿した細菌細胞を得、ＭｇＣｌ２０．０２Ｍが添加されたプロトプラスト用(protoplasting)溶液１００ｍＬに懸濁した。
前記懸濁溶液にリゾチーム（lysozyme）２ｍｇ／ｍＬを入れ、２時間３７℃で１００ｒｐｍにて振盪しながら培養（incubation）し、５,０００×ｇで１０分間遠心分離を行い、沈殿した原形質体を得、ＣａＣｌ２とＭｇＣｌ-２が０．０２Ｍ添加されたＴＢＳ(Tris Buffered saline)溶液３ｍＬに懸濁した。また、外膜及び細胞壁が取り外された上澄み液を得た。
原形質体が作られたことを確認するために、ビオチン（biotin）標識（labeling）された細菌と、ビオチン標識された細菌に由来する原形質体をそれぞれ準備した。５,０００×ｇで１０分間遠心分離を行い、壊れていない細菌細胞を除去し、タンパク質含有上澄み液を得た。各サンプルから得たタンパク質と原形質体を作るときに取り外れた外膜及び細胞壁を含む上澄み液をそれぞれ５ｘローディング染色剤（loading dye、２５０ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ、１０％ＳＤＳ、０．５％ブロモフェノールブルー(bromophenol blue)、５０％グリセロール）を最終的に１ｘとなるように仕込み、１００℃で５分間高温処理した。８％ポリアクリルアミドゲル(polyacrylamide gel)を準備し、サンプルをロードした。８０Ｖで２時間電気泳動した後、４００ｍＡで２時間タンパク質をＰＶＤＦ(polyvinylidene fluoride)メンブレインへトランスファー(transfer)した。スキムミルクをＰＢＳに３％となるように溶かした後、メンブレインをこの溶液で２時間ブロッキング(blocking)した。ペルオキシダーゼ(peroxidase)が付いているビオチン抗体を４℃で１２時間処理した。ＰＢＳで３０分洗浄した後、ＥＣＬ(enhanced chemiluminescence,Ａｍｅｒｓｈａｍ Ｃｏ．Ｎｏ．ＲＰＮ２１０６）基質（substrate）で確認して図２に示した。
図２に示すように、細菌の場合はビオチンに対する抗体反応が現れているが、原形質体の場合はビオチンに対する抗体反応が現れていない。また、ビオチン標識された外膜及び細胞壁のある上澄み液においてビオチンに対する抗体反応が現れた。この結果は、リゾチームを処理する場合、細菌に存在する外膜及び細胞壁が取り除かれ、外膜及び細胞壁に存在するタンパク質が取り除かれたことを意味する。前記結果より、リゾチームによって細菌の外膜及び細胞壁部分が取り除かれた原形質体が製造されたことが明白である。
［実施例２：押出法によるグラム陰性菌の原形質体由来マイクロベシクルの製造］
図１に示した模式図において、押出法と密度勾配法を用いて原形質体由来マイクロベシクルを製造した。
実施例１の方法によって得たグラム陰性菌の原形質体を、孔径１０μｍのメンブレインフィルター(membrane filter)を３回通過させた後、孔径５μｍのメンブレインフィルターを３回通過させ、次いで孔径１μｍのメンブレインフィルターを３回通過させた。容量５ｍＬの超遠心分離チューブ(ultracentrifuge tube)にそれぞれ５０％オプティプレップ１ｍＬ、５％オプティプレップ１ｍＬ、メンブレインフィルターを通過した原形質体懸濁液３ｍＬを順次入れた。その後、１００，０００×ｇで２時間超遠心分離（ultracentrifugation）した。５０％オプティプレップと５％オプティプレップとの間の層から原形質体由来マイクロベシクルを得た。
［実施例３：グラム陰性菌とグラム陽性菌の原形質体に由来するマイクロベシクルの特性］
実施例１及び実施例２の方法によって、グラム陰性菌としての大腸菌(E.coli)及びグラム陽性菌としての枯草菌(B.subtilis)の原形質体に由来するマイクロベシクルを製造し、それぞれの特性を分析した。
具体的に、それぞれのマイクロベシクルをグロー放電炭素コート銅グリッド(glow-discharged carbon-coated copper grid)で３分間吸着させた。グリッドを蒸留水で洗浄した後、２％酢酸ウラニル(uranylacetate)で染色（staining）した。ＪＥＭ１０１（Ｊｅｏｌ、日本）電子顕微鏡で観察し、その結果を図３及び図４に示した。
図３はグラム陰性菌としての大腸菌原形質体に由来するマイクロベシクルの透過電子顕微鏡（transmission electron microscope、ＴＥＭ）写真であり、図４はグラム陽性菌としての枯草菌の透過電子顕微鏡写真である。図３及び図４の透過電子顕微鏡イメージから分かるように、細菌から押出法で製造した原形質体由来マイクロベシクルは、脂質二重層から構成されており、略球状をしているものと確認された。グラム陰性菌由来原形質体はサイズが１００〜２００ｎｍであり、グラム陽性菌由来原形質体はこれよりさらに小さい５０〜１００ｎｍであることが分かる。
また、前記マイクロベシクルをそれぞれ５μｇ／ｍＬの濃度でＰＢＳ１ｍＬに希釈した。それぞれのマイクロベシクルが入っているＰＢＳ１ｍＬをキュベット(cuvette)に仕込み、動的光散乱粒度分析器で分析してその結果を図５及び図６に示した。
図５はガラム陰性菌としての大腸菌原形質体由来マイクロベシクルのサイズを測定したグラフであり、図６はグラム陽性菌としてのブドウ球菌原形質体由来マイクロベシクルのサイズを測定したグラフである。図５に示すように、グラム陰性菌由来原形質体はサイズが１００〜２００ｎｍであり、図６に示すように、グラム陽性菌由来原形質体はこれよりさらに小さい５０〜１００ｎｍであると確認された。
［実施例４：細菌由来マイクロベシクルと細菌の原形質体由来マイクロベシクルによるｉｎ ｖｉｔｒｏ副作用の比較］
実施例１及び実施例２の方法によって、グラム陰性菌としての大腸菌(E.coli)及びグラム陽性菌としてのブドウ球菌(S.aureus)の原形質体に由来するマイクロベシクルを製造した。また、グラム陰性菌由来マイクロベシクル[Proteomics. 2007 Sep; 7(17):3143-53.]とグラム陽性菌由来マイクロベシクル[Proteomics. 2009 Dec;9(24):5425-36.]を既存の公知の方法によって得た。
免疫反応を調べるために、マクロファージに細菌由来マイクロベシクルと細菌原形質体由来マイクロベシクルをそれぞれ処理し、マクロファージが分泌する炎症関連サイトカインＴＮＦ−αの量をＥＬＩＳＡ方法で測定した。
マウスマクロファージ（Ｒａｗ２６４．７）にそれぞれのマイクロベシクルを１０００ｎｇ／ｍＬで１６時間処理して炎症反応を誘導した。１６時間後、細胞の条件培地を得、５００×ｇで５分間遠心分離して上澄み液を得た。ＴＮＦ−α抗体がコートされた９６ウェルプレートを準備し、ウェルプレートに１％ＢＳＡ／ＰＢＳを１００μＬ仕込んで１時間固定(blocking)した。得た条件培地を１／１０希釈して仕込み、室温で２時間培養した後、ビオチンが付いているＴＮＦ−αに対する捕獲抗体(detection antibody)で２時間培養した。０．０５％Ｔｗｅｅｎ−２０が含まれたＰＢＳで洗浄した後、ストレプトアビジン−ＰＯＤ(streptavidin-POD)で２０分間培養し、ＢＭ−ＰＯＤ基質（substrate）を入れて発色を誘導した。
図７はグラム陰性菌由来マイクロベシクルとグラム陰性菌原形質体由来マイクロベシクルによるＴＮＦ−αの量を測定したグラフであり、図８はグラム陽性菌マイクロベシクルとグラム陽性菌原形質体由来マイクロベシクルによるＴＮＦ−αの量を測定したグラフである。
図７に示すように、グラム陰性菌である大腸菌に由来する外膜及び細胞壁のあるマイクロベシクルは炎症反応を誘導してＴＮＦ−αの分泌が増加するが、外膜及び細胞壁のない原形質体由来マイクロベシクルは炎症反応を誘導しないためＴＮＦ−αの分泌が対照群と類似であることを確認した。
また、図８に示すように、グラム陽性菌である枯草菌に由来する細胞壁のあるマイクロベシクルは炎症反応を誘導してＴＮＦ−αの分泌が増加するが、細胞壁のない原形質体由来マイクロベシクルは炎症反応によるＴＮＦ−αの分泌が細菌由来マイクロベシクルより減少したことを確認した。
上記結果より、細菌原形質体由来マイクロベシクルは、免疫反応による炎症反応が細菌由来マイクロベシクルより顕著に低いことを意味し、副作用を最小化することができることを意味する。
［実施例５：細菌由来マイクロベシクルと細菌原形質体由来マイクロベシクルによるｉｎ ｖｉｖｏ副作用の比較］
実施例１及び実施例２の方法によって、グラム陰性菌としての大腸菌(E.coli)の原形質体に由来するマイクロベシクルを製造した。また、グラム陰性菌由来マイクロベシクルを得た。
それぞれ細菌由来マイクロベシクル２５μｇと細菌原形質体由来マイクロベシクル５００μｇをマウスの腹腔に投与した後、時間による生存率(survival)を確認して図９に示した。
図９に示すように、細菌由来マイクロベシクルを投与する場合、４８時間後に１０匹のマウスのうち８匹が死んだが、細菌原形質体由来マイクロベシクルを投与したグループでは２０倍高い量を投与しても何らの変化も無かった。
また、細菌由来マイクロベシクル５μｇと細菌原形質体由来マイクロベシクル５μｇをマウスの腹腔に注射し、６時間後に血液を得て、血液内で炎症誘導サイトカインＩＬ−６が生成されたかを確認した。前記で得た血液から血清のみを分離するために室温で３０分間保管し、４℃で１時間保管して血清を分離し、１,３００×ｇで２０分間遠心分離して細胞を除去し、上澄み液を得た。前記上澄み液を、ＩＬ−６抗体がコートされた９６ウェルプレートに１％ＢＳＡ／ＰＢＳを１００μＬ入れて１時間固定(blocking)した。前記で得たマウスの血液を１／４希釈して仕込み、室温で２時間培養した後、ビオチンが付いているＩＬ−６に対する捕獲抗体(Detection antibody)で２時間培養した。０．０５％Ｔｗｅｅｎ−２０が含まれたＰＢＳで洗浄した後、ストレプトアビジン−ＰＯＤで２０分間培養し、ＢＭ−ＰＯＤ基質（substrate）を入れて発色を誘導した結果を図１０に示した。
図１０に示すように、細菌由来マイクロベシクルを投与したとき、６時間後に炎症誘導サイトカインＩＬ−６が血液内で増加したが、細菌原形質体由来マイクロベシクルを投与したグループでは何らの変化もないことを確認した。
上記結果は、細菌由来マイクロベシクルを投与した場合に全身的な炎症反応による副作用が激しいが、原形質体由来マイクロベシクルを体内に投与する場合には高濃度でも副作用が殆どないことを意味する。
［実施例６：細菌由来プラスミドがロードされたマイクロベシクルの製造］
ｐＭＳＣＶベクター（vector）にＥＧＦＰ遺伝子が融合されたｐＭＳＣＶ−ＥＧＦＰプラスミド（plasmid）を含むＤＨ５α大腸菌と、前記プラスミドを含まない大腸菌を培養して実施例１及び２と同様の方法で原形質体由来マイクロベシクルを製造した。製造された原形質体マイクロベシクルを鋳型としてＥＧＦＰプライマー（primer）を用いてＰＣＲ重合反応(polymerase chain reaction)を行った後、ＤＮＡをアガロースゲル（ＴＢＥ緩衝溶液、１％）電気泳動法で確認して図１１に示した。使用したＥＧＦＰプライマーは次のとおりである。
前方プライマー(Forward Primer)：５’−ＧＧＡＡＴＴＣＣＡＴＡＴＧＧＴＧＡＧＣＡＡＧＧＧＣＧＡＧＧＡ−３’（配列番号１）
後方プライマー(Reverse Primer)：５’−ＡＣＧＣＧＴＣＧＡＣＴＴＡＣＴＴＧＴＡＣＡＣＣＴＣＧＴＣＣＡＴ−３’（配列番号２）
図１１に示すように、ＥＧＦＰ遺伝子を含むプラスミドをロードしたマイクロベシクルは、ＥＧＦＰプライマーによって遺伝子が増幅されてアガロースゲル上で観察された。しかし、ＥＧＦＰ遺伝子がないマイクロベシクルでは観察されていない。
また、このマイクロベシクルにロードされたプラスミドが完全な形で入っているかを確認するために、Ｇｅｎｅａｌｌ ｍｉｎｉｐｒｅｐ ｋｉｔ（ＧＥＮＥＡＬＬ ｃａｔ．＃１０１−１０２）を用いて、プラスミドがロードされたマイクロベシクルからプラスミドを抽出した。このように抽出したプラスミドをさらに大腸菌ＢＬ２１に熱衝撃によって形質転換させ、形質転換された大腸菌菌株に１ｍＬのＬＢ培地を入れて３７℃で１時間生育させた後、アンピシリン(ampicillin)の混合されたＬＢ寒天培地プレートで３７℃で１６時間培養した。前記寒天培地プレートで生成された形質転換大腸菌コロニー（colony）のいずれか一つを２０ｍＬのＬＢ培地に入れ、アンピシリンの混合されたＬＢ培地で３７℃でＯ．Ｄ６００＝１．０となるように生育させた後、さらにＧｅｎｅａｌｌ ｍｉｎｉｐｒｅｐ ｋｉｔを用いてプラスミドを抽出した。抽出したプラスミドに、それぞれＥＧＦＰの前後を認識して切断する制限酵素を処理することにより、ｐＭＳＣＶベクターとＥＧＦＰを分離させ、アガロースゲル（ＴＢＥ緩衝溶液、１％）電気泳動法で確認して制限酵素マッピング(Enzyme mapping)した結果を図１２に示した。
図１２に示すように、ＥＧＦＰをコードしているｐＭＳＣＶプラスミド、及びバクテリアから抽出したｐＭＳＣＶプラスミドの両方ともＥＧＦＰ遺伝子を持っており、かつＥＧＦＰを除いたｐＭＳＣＶベクターを持っていることを確認した。
上記結果より、細菌由来プラスミドがロードされたマイクロベシクルを製造することができ、ロードされたプラスミドは既存の形態をそのまま保存していることが明白である。
［実施例７：細菌由来プラスミドがロードされたマイクロベシクルの製造及び細菌へのプラスミド伝達能力］
細菌の原形質体由来マイクロベシクルが細菌にプラスミドを伝達して形質転換させることが可能な能力を有するかを確認するために、次の実験を行った。まず、緑色蛍光を帯びる細菌を作るためにＥＧＦＰを発現するプラスミドを製作するために、ＥＧＦＰの公知のＤＮＡ塩基配列に基づいて特定の制限酵素を人為的に挿入して次のとおりプライマーを製作した。
前方プライマー：５’−ＧＧＡＡＴＴＣＣＡＴＡＴＧＧＧＴＧＡＧＣＡＡＧＧＧＣＧＡＧＧＡ−３’（配列番号３）
後方プライマー：５’−ＡＧＧＣＧＴＣＧＡＣＴＴＡＣＴＴＧＴＡＣＡＧＣＴＣＧＴＣＣＡＴ−３’（配列番号４）
（下線は制限酵素ＮｄｅＩとＳａｌＩの認識配列を意味する）
前記プライマー及びＧＦＰを発現する細胞のゲノムＤＮＡを鋳型としてＰＣＲ重合反応を行った後、得られたＰＣＲバンドを抽出してＱｕｉａｑｕｉｃｋゲル精製キット（ＱＩＡＧＥＮ、ｃａｔ．＃２８１０４）で精製した。精製された生成物を制限酵素ＮｄｅＩとＳａｌＩで３７℃で８時間処理した後、さらにＱｕｉａｑｕｉｃｋＰＣＲ精製キットで精製し、同一酵素で処理されたｐＨＣＥベクターと連結させて挿入した。製造された組み換えベクターを「ｐＨＣＥ−ＧＦＰ」と命名した。
大腸菌ＤＨ５αを熱衝撃形質転換によって前記ｐＨＣＥ−ＧＦＰ融合ベクターで形質転換させ、形質転換された大腸菌菌株に１ｍＬのＬＢ培地を入れて３７℃で１時間生育させた後、アンピシリン（ampicilin）の混合されたＬＢ寒天培地プレートで３７℃で１６時間培養した。前記寒天培地プレートで生成された形質転換大腸菌コロニーのうち、ｐＨＣＥ−ＧＦＰを含むコロニーを、コロニー−ＰＣＲと制限酵素マッピング(enzyme mapping)を介して選別して得た。
上記で製造したｐＨＣＥ−ＧＦＰベクターを有するグラム陰性菌としての大腸菌と前記ベクターを有しない大腸菌から、それぞれ実施例１及び実施例２の方法によってｐＨＣＥ−ＧＦＰプラスミドがマイクロベシクルとロードされたマイクロベシクルを製造した。
ｐＨＣＥベクター内にはアンピシリン抵抗遺伝子を持っており、ｐＨＣＥベクターで形質転換された細菌はアンピシリン入りの寒天培地で生育できる。また、ｐＨＣＥ−ＧＦＰプラスミドはＥＧＦＰ発現遺伝子を持っており、このプラスミドも形質転換された遺伝子は緑色蛍光を帯びる。
大腸菌ＤＨ５αを一般ＬＢ寒天培地プレートで３７℃で１６時間生育させた後、その上に、ｐＨＣＥ−ＧＦＰプラスミドがロードされたマイクロベシクルを１０μｇ落とした後、時間別にアンピシリン入りの寒天培地プレートにストリーキング(streaking)し、生育すること及び緑色蛍光を発現するかを確認した。
図１３に示すように、ｐＨＣＥ−ＧＦＰプラスミドが入っているマイクロベシクルを細菌に処理すると、細菌内にプラスミドが移されて形質転換が起こることを確認した。
上記結果は、細菌由来マイクロベシクルがプラスミドをロードすることができるだけでなく、これを他の細菌に移して形質転換させることができることを示す。
［実施例８：細菌由来抗原タンパク質がロードされたマイクロベシクルの抗原伝達能力及び免疫反応誘導］
細菌原形質体由来マイクロベシクルが抗原の運搬体として使用されて抗体生成を誘導するかを調べるために、下記の実験を行った。マイクロベシクルにより抗体生成が誘導されるかを調べるために、単一タンパク質自体では抗体生成誘導を行うことができないタンパク質としてのＥＧＦＰタンパク質を用いて、マイクロベシクルがＥＧＦＰ抗体を形成させることができるかを確認した。
具体的に、実施例７の方法で製造したｐＨＣＥ−ＧＦＰベクターを有するグラム陰性菌としての大腸菌と前記ベクターを有しない大腸菌から、それぞれ実施例１及び実施例２の方法によって、ＧＦＰタンパク質がロードされているマイクロベシクルとＧＦＰタンパク質がロードされていないマイクロベシクルを製造した。
製造したマイクロベシクルが抗体生成を誘導し免疫反応を引き起こすことができるかを確認するために、マウスにそれぞれＰＢＳ、５μｇのマイクロベシクル、５μｇのＥＧＦＰローディングマイクロベシクルに該当するＥＧＦＰ２．５μｇ、５μｇのＥＧＦＰローディングマイクロベシクルを７日間隔で３回腹腔に投与した。各グループ当たり５匹のマウスを使用した。投与７日後にマウスの目から血液を採取した後、室温で３０分間保管し、４℃で１時間保管し、１,３００×ｇで２０分間遠心分離して細胞を除去し、上澄み液を得た。
ＥＧＦＰ特異的抗体がマウスに生成されたかを確認するために、次のとおり実験を行った。ＥＧＦＰタンパク質１００ｎｇがコートされた９６ウェルプレートを準備し、ウェルプレートに３％ＢＳＡ／ＰＢＳを１００μＬ入れて１時間固定した。マウスから得た血液をそれぞれ１／１０００希釈して仕込み、室温で２時間培養した後、ＨＲＰが付いている抗−マウス ＩｇＧ抗体又は抗−マウス ＩｇＥ抗体で１時間培養した。０．０５％ Ｔｗｅｅｎ−２０の含まれたＰＢＳで洗浄した後、ＢＭ−ＰＯＤ基質を入れて発色を誘導した。
図１４はＩｇＧに対するＲＬＵ値を示し、図１５はＩｇＥに対するＲＬＵ値を示す。ＲＬＵ値はＥＧＦＰ特異的抗体の相対的な量を示す。図１４及び図１５に示すように、ＥＧＦＰタンパク質をロードした大腸菌原形質体由来マイクロベシクルをマウスに投与する場合にはＥＧＦＰに対するＩｇＧとＩｇＥ抗体が生成され、ＥＧＦＰ自体のみを入れた場合とＥＧＦＰのないマイクロベシクルを投与する場合にはＥＧＦＰに対する抗体が生成されないことを確認した。
また、記憶(memory)Ｔ細胞が生成されたことを確認するために、下記の実験を行った。マイクロベシクルの最終投与３日後にマウスの脾臓(spleen)を粉砕して細胞を２．５％ＦＢＳ入りのＤＭＥＭ緩衝溶液に溶かした後、１,０００ｒｐｍで５分間遠心分離して上澄み液を捨て、細胞のみを集めてＲＢＣ ｌｙｓｉｓ溶液（０．１５Ｍ ＮＨ４Ｃｌ、１０ｍＭ ＫＨＣＯ３、０．１ｍＭ Ｎａ２ＥＤＴＡ、ｐＨ７．２）５ｍＬに溶かした後、５分間培養して赤血球細胞を壊した。さらに１,０００ｒｐｍで５分間遠心分離して上澄み液を捨て、細胞のみを集めて前日予めＣＤ３とＣＤ２８抗体を１μｇ／ｍＬで敷いた４８ウェルプレートにそれぞれ１×１０５の細胞を敷いた。そして、３７℃で１２時間培養してＴ細胞サイトカインの発現を誘導した。培養の後、培養液を得て８００×ｇで１０分、さらに３０００×ｇで２０分間遠心分離して細胞を除去した後、上澄み液を得た。
前記上澄み液を用いて、ワクチンを接種したマウスに記憶Ｔ細胞が生成されたか否かを確認するために、下記の実験を行った。Ｔ細胞サイトカインＩＬ−４、ＩＦＮ−γ、ＩＬ−１０、ＩＬ−１７がコートされた９６ウェルプレートを準備し、ウェルプレートに１％ＢＳＡ／ＰＢＳを１００μＬ入れて１時間固定(blocking)した。得た条件培地を１／１０希釈して仕込み、室温で２時間培養した後、ビオチンが付いているサイトカインに対する捕獲抗体(detection antibody)で２時間培養した。０．０５％Ｔｗｅｅｎ−２０の含まれたＰＢＳで洗浄した後、ストレプトアビジン−ＰＯＤ(streptavidin-POD)で２０分間培養し、ＢＭ−ＰＯＤ基質（substrate）を入れて発色を誘導した。
図１６は発色後にＲＬＵ値を定量値に換算して得たサイトカインの量を示す。図１６に示すように、ＥＧＦＰタンパク質をロードした大腸菌原形質体由来マイクロベシクルをマウスに投与する場合、それぞれＩＬ−４、ＩＦＮ−γ、ＩＬ−１０、ＩＬ−１７を発現し、免疫反応を記憶することが可能な記憶Ｔ細胞が生成されることが分かった。
上記結果より、細菌由来抗原タンパク質をマイクロベシクルにロードすることができ、マイクロベシクルに内包されたタンパク質（抗原）を免疫細胞に伝達することができ、マウスに抗原特異的免疫反応が生成できることが明白である。
［実施例９：細菌由来封入体(inclusion body)がロードされたマイクロベシクルの製造］
細菌の外膜タンパク質の一つであるＯｍｐＡは、人為的に過発現させる場合、細菌内に存在する封入体(inclusion body)に存在する。そのため、人為的に過発現したＯｍｐＡタンパク質を確認する場合、マイクロベシクルに封入体がロードされたか否かを確認することができる。
ＯｍｐＡタンパク質を過発現するために、ｐＥＴ−３０ａ（＋）ベクターにＯｍｐＡ遺伝子を挿入した。このベクターを「ｐＥＴ−３０ａ（＋）−ＯｍｐＡ−Ｈｉｓ６」と命名した。
大腸菌ＢＬ２１を熱衝撃形質転換によって前記ｐＥＴ−３０ａ（＋）−ＯｍｐＡ−Ｈｉｓ６ベクターで形質転換させ、形質転換された大腸菌菌株に１ｍＬのＬＢ培地を入れ、３７℃で１時間生育した後、カナマイシン(Kanamycin)の混合されたＬＢ寒天培地プレートで３７℃で１６時間培養した。前記寒天培地プレートで生成された形質転換大腸菌コロニー（colony）のうち、ｐＥＴ−３０ａ（＋）−ＯｍｐＡ−Ｈｉｓ６を含むコロニーを得た。得たコロニーのいずれか一つを２０ｍＬのＬＢ培地に入れ、カナマイシンの混合されたＬＢ培地で３７℃でＯ．Ｄ６００＝０．４となるように生育させた後、１ｍＭ ＩＰＴＧ（イソプロピルβ−Ｄ−チオガラクトピラノシド）を培養培地に添加し、混合物を３７℃で３時間培養して融合タンパク質の発現を誘導することにより、ＯｍｐＡ−Ｈｉｓタグが過発現された細菌を得た。
実施例１及び実施例２の方法によって、ＯｍｐＡ−Ｈｉｓタグがロードされたマイクロベシクルとロードされていないマイクロベシクルを製造した。製造したマイクロベシクルをそれぞれ２０μｇ準備した後、５ｘローディング染色剤を最終的に１ｘとなるように仕込み、１００℃で５分間処理した。１２％ポリアクリルアミドゲルを準備し、サンプルをロードした。８０Ｖで２時間電気泳動した後、４００ｍＡで２時間タンパク質をＰＶＤＦメンブレインにトランスファーした。スキムミルクをＰＢＳに３％となるように溶かした後、メンブレインを該溶液で４℃で１２時間ブロッキングした。Ｈｉｓ−タグ抗体を常温で２時間処理した。ＰＢＳで２回洗浄した後、ペルオキシダーゼが付いている二次抗体を室温で１時間処理した。ＰＢＳで３０分間洗浄した後、ＥＣＬ基質で確認して図１７に示した。
図１７に示すように、ＯｍｐＡ−Ｈｉｓタグが過発現された細菌の原形質体に由来するマイクロベシクルは、Ｈｉｓタグ抗体によって確認されて黒色に表示されたことを確認した。これとは異なり、ＯｍｐＡ−Ｈｉｓタグがない細菌の原形質体に由来するマイクロベシクルは確認されていない。
上記結果より、封入体がマイクロベシクルにロードされたことが明白である。
［実施例１０：細菌外膜タンパク質がロードされたマイクロベシクルの製造］
実施例９と同様の方法でＯｍｐＡ、ＯｍｐＣ及びＯｍｐＦが過発現された大腸菌を製造した後、各大腸菌を１：１：１の比率で混ぜた後、実施例１及び実施例２の方法でＯｍｐＡ、ＯｍｐＣ及びＯｍｐＦがロードされた原形質体マイクロベシクルを製造した。
製造された原形質体マイクロベシクルが実際にＯｍｐＡ、ＯｍｐＣ及びＯｍｐＦをいずれも含んでおり、これがマイクロベシクルの内側に入っているかを確認するために、下記のような方法を使用した。細菌原形質体由来マイクロベシクルをトリプシン(trypsin)で処理して、細胞膜タンパク質のうちマイクロベシクルの外部に露出された領域を消化(digestion)させた。その後、高温で処理してトリプシンを変性させた後、マイクロベシクルを溶解（lysis）させて膜の内部と外部のタンパク質を全て溶液に露出させ、ＯｍｐＡ、ＯｍｐＣ、ＯｍｐＦに付いているＨｉｓ６を認知する抗体で処理した結果を図１８に示した。
トリプシンが原形質体を通過しないという事実に基づいてマイクロベシクルを溶解させた前後にトリプシンを処理してＯｍｐＡ、ＯｍｐＣ及びＯｍｐＦタンパク質の発現位置を確認した。もしタンパク質がマイクロベシクルの外に位置していると、トリプシン処理によって切断されて抗体に反応せず、もしタンパク質がマイクロベシクルの内側に位置していると、トリプシン処理を施しても切断されないため抗体との反応を行うことができる。
図１８に示すように、トリプシン処理を施しても抗体と反応をして黒色に表示されたもので、殆ど全てのＯｍｐＡ、ＯｍｐＣ及びＯｍｐＦタンパク質が原形質体マイクロベシクルの内側に位置していることを確認した。これは身体で外部として認知して炎症反応を誘導することが可能なＯｍｐＡ、ＯｍｐＣ、ＯｍｐＦが原形質体に包まれ、身体に投与されると、炎症反応を回避し、免疫反応のみを起こして安全なワクチン効果を示しうる可能性を提示する。
［実施例１１：細菌外膜タンパク質がロードされたマイクロベシクルのワクチン作用］
細菌外膜タンパク質がロードされたマイクロベシクルのワクチン作用を調べるために、ＯｍｐＡ、ＯｍｐＣ及びＯｍｐＦがロードされた原形質体由来マイクロベシクル４０μｇをマウスの腹腔にそれぞれＰＢＳと共に７日間隔で３回投与した。投与７日後、ＯｍｐＡタンパク質に特異的な抗体が生成されたことを確認するために、マウスの目から血液を採取した後、室温で３０分間保管し、４℃で１時間保管した。１３００×ｇで２０分間遠心分離して細胞を除去し、上澄み液を得た。
ＯｍｐＡタンパク質５０ｎｇがコートされた９６ウェルプレートを準備し、ウェルプレートに３％ＢＳＡ／ＰＢＳを１００μＬ入れて２時間固定した。マウスから得た血液をそれぞれ１／１００００希釈して仕込み、室温で２時間培養した後、ＨＲＰが付いている抗−マウス抗体で１時間培養した。０．０５％Ｔｗｅｅｎ−２０の含まれたＰＢＳで洗浄した後、ＢＭ−ＰＯＤ基質を入れて発色を誘導した。
図１９は発色後のＲＬＵ値を示す。ＲＬＵ値はＯｍｐＡ特異的抗体の相対的な量を示す。
図１９に示すように、Ｏｍｐタンパク質をロードした原形質体由来マイクロベシクルをマウスに投与する場合、ＯｍｐＡに対する抗体が生成されたことを確認した。
前記マイクロベシクルにより誘導された免疫反応が細菌に対するワクチン効果を有するかを確認するために、最終注射７日後０．Ｄ＝１．０に生育させた大腸菌(E.coli)Ｃ４バクテリアを１／１０希釈し、１００μＬのＰＢＳを１回腹腔注射して６時間毎に死亡マウスの数を確認した。
図２０はバクテリア注射後の時間別マウスの生存曲線を示す。図２０に示すように、マイクロベシクルで免疫を誘導したグループの場合は全てのマウスが生存したが、ＰＢＳグループは９０％が死亡したことを確認した。上記結果は、細菌の原形質体由来マイクロベシクルを、細菌に対する抗原を運搬する運搬体として用いることができることを提示しており、このように誘導された免疫反応が細菌に浸透したときに効果的なワクチン効果を示すことを意味する。
［実施例１２：黒色腫抗原がロードされたマイクロベシクルの製造］
細菌原形質体由来マイクロベシクルを、癌細胞に対する抗原を伝達する運搬体として用いて、癌細胞に対する免疫反応を誘導し、癌ワクチンとして使用できるかを確認するために、黒色腫癌を引き起こす抗原の一つとして知られているＭａｒｔ−１タンパク質を発現する細菌をクローニングを介して作った。
まず、Ｍａｒｔ−１を発現するプラスミドを製作するために、Ｍａｒｔ−１の公知のＤＮＡ塩基配列に基づいて特定の制限酵元素を人為的に挿入すると、次のとおりプライマーを製作した。
前方プライマー：５’−ＧＧＡＡＴＴＣＣＡＴＡＴＧＣＣＣＣＡＡＧＡＡＧＡＣ−３’（配列番号５）
後方プライマー：５’−ＡＧＧＣＧＴＣＧＡＣＴＣＡＧＧＧＴＧＡＡＴＡＡＧＧ−３’（配列番号６）
（下線は制限酵素ＮｄｅＩとＳａｌＩの認識配列を意味する）
前記プライマー及びＭａｒｔ−１を発現するマウス黒色腫細胞Ｂ１６ＢＬ６のゲノムＤＮＡを鋳型としてＰＣＲ重合反応を行った後、得られたＰＣＲバンドを抽出してＱｕｉａｑｕｉｃｋゲル精製キットで精製した。精製された生成物を制限酵素ＮｄｅＩとＳａｌＩで３７℃で８時間処理した後、さらにＱｕｉａｑｕｉｃｋ ＰＣＲ精製キットで精製し、同一酵素で処理されたｐＥＴ−３０ａ（＋）ベクターと連結させて挿入した。製造された組み換えベクターを「ｐＥＴ−３０ａ（＋）−Ｍａｒｔ−１−Ｈｉｓ６」と命名した。
大腸菌ＢＬ２１を熱衝撃形質転換によって前記ｐＥＴ−３０ａ（＋）−Ｍａｒｔ−１−Ｈｉｓ６ベクターで形質転換させ、形質転換された大腸菌菌株に１ｍＬのＬＢ培地を仕込み、３７℃で１時間生育させた後、カナマイシン(Kanamycin)の混合されたＬＢ寒天培地プレートで３７℃で１６時間培養した。前記寒天培地プレートで生成された形質転換大腸菌コロニーのうち、ｐＥＴ−３０ａ（＋）−Ｍａｒｔ−１−Ｈｉｓ６を含むコロニーを得た。得たコロニーのいずれか一つを２０ｍＬのＬＢ培地に入れ、カナマイシンの混合されたＬＢ培地で３７℃でＯ．Ｄ６００＝０．４となるように生育させた後、１ｍＭ ＩＰＴＧを培養培地に添加し、混合物を３７℃で３時間培養して、Ｍａｒｔ−１を発現する細菌を得た。
この細菌を用いて、実施例１及び実施例２の方法によって、Ｍａｒｔ−１タンパク質がロードされた原形質体マイクロベシクルを製造した。
製造されたマイクロベシクルにＭａｒｔ−１がまともに発現されるかを確認するために、Ｍａｒｔ−１を発現するＢ１６ＢＬ６癌細胞株の全体タンパク質(whole cell lysate)、Ｍａｒｔ−１がロードされたマイクロベシクル、マイクロベシクルをそれぞれ２０μｇ準備した後、５ｘローディング染色剤を最終的に１ｘとなるように入れ、１００℃で５分間処理した後、１２％ポリアクリルアミドゲルを準備し、サンプルをロードした。８０Ｖで２時間電気泳動した後、４００ｍＡで２時間タンパク質をＰＶＤＦメンブレインにトランスファーした。スキムミルクをＰＢＳに３％となるように溶かした後、メンブレインを該溶液で４℃で１２時間ブロッキングし、このメンブレインをＭａｒｔ−１に特異的に結合する抗体と常温で２時間処理した。ＰＢＳで２回洗浄した後、ペルオキシダーゼが付いている二次抗体を室温で１時間処理した。ＰＢＳで３０分間洗浄した後、ＥＣＬ基質で確認した結果を図２１に示した。
図２１に示すように、Ｍａｒｔ−１がロードされたマイクロベシクルはＭａｒｔ−１抗体によって確認され、黒色バンドとして現れるが、Ｍａｒｔ−１がロードされていないマイクロベシクルはバンドが現れていないことを確認した。
［実施例１３：黒色腫抗原がロードされたマイクロベシクルを用いた黒色腫ワクチンの効果］
実施例１２で製造したＭａｒｔ−１タンパク質がロードされたマイクロベシクル２５μｇを７日間隔で３回マウスの腹腔に投与した。３回目の投与７日後にマウス黒色腫細胞株（Ｂ１６ＢＬ６）１×１０６細胞をマウスの皮膚下に注射し、２０日後に癌組織を分離した後、その重量を測定した。
図２２に示すように、予めＭａｒｔ−１タンパク質がロードされたマイクロベシクルを注射したマウスの癌組織の重量が、ＰＢＳのみを注射したマウスのそれに比べて軽いことを確認した。
上記結果より、原形質体由来マイクロベシクルを用いて癌細胞に対する抗原を伝達して抗癌効果を示しうることが分かる。
［実施例１４：ＥＧＦ融合タンパク質をロードした細菌の原形質体由来マイクロベシクルの製造］
原形質体の表面にヒトＥＧＦをロードするために、バクテリア内膜タンパク質としてのＰｒｓＡを暗号化する塩基配列のＮ末端から２９０番目のアミノン酸のペプチド区域を暗号化する塩基配列と結合しようと思い、まずＰｒｓＡの公知のＤＮＡ塩基配列に基づいて終止コドン(stop codon)を除いて特定の制限酵素を人為的に挿入して、次のとおりプライマーを製作した。
前方プライマー：５’−ＣＡＴＡＴＧＡＡＧＡＡＡＡＴＣＧＣＡＡＴＡＧＣＡＧ−３’（配列番号７）
後方プライマー：５’−ＴＣＴＡＧＡＴＴＴＡＧＡＡＴＴＧＣＴＴＧＡＡＧＡＴＧＡＡＧ−３’（配列番号８）
（下線は制限酵素ＮｄｅＩとＸｂａＩの認識配列を意味する）
前記プライマー及び菌株Ｂ．サブチリス(B.subtilis）から得たゲノムＤＮＡを鋳型としてＰＣＲ重合反応を行った後、得られたＰＣＲバンドを抽出してＱｕｉａｑｕｉｃｋゲル精製キットで精製した。精製された生成物を制限酵素ＮｄｅＩとＸｂａＩで３７℃で８時間処理した後、さらにＱｕｉａｑｕｉｃｋ ＰＣＲ精製キットで精製し、同一酵素で処理されたｐＨＣＥベクターと連結させて挿入した。製造された組み換えベクターを「ｐＨＣＥ−ｐｒｓＡ」と命名した。
前記ｐＨＣＥ−ｐｒｓＡベクターに、ヒトＥＧＦを発現する遺伝子を融合させるために、公知のヒトＥＧＦのＤＮＡ塩基配列に基づいて特定の制限酵素を人為的に挿入して、プライマーを次のとおり製作した。
前方プライマー：５’−ＧＣＴＣＴＡＧＡＡＡＴＡＣＴＧＡＣＴＣＴＧＡＡＴＧＴＣＣＣ−３’（配列番号９）
後方プライマー：５’−ＣＡＡＧＣＴＴＴＣＡＧＣＧＣＡＧＴＴＣＣＣＡＣＣＡＣＴＴＣ−３’（配列番号１０）
（下線は制限酵素ＸｂａＩとＨｉｎｄＩＩの認識配列を意味する）
前記プライマー及びヒト非小細胞肺癌(human non-small cell lung cancer)のＡ５４９細胞から得たゲノムＤＮＡを鋳型としてＰＣＲ重合反応を行った後、得られたＰＣＲバンドを抽出してＱｕｉａｑｕｉｃｋゲル精製キットで精製した。精製された生成物を制限酵素ＸｂａＩとＨｉｎｄＩＩＩで３７℃で８時間処理した後、さらにＱｕｉａｑｕｉｃｋ ＰＣＲ精製キットで精製して、同一酵素で処理されたｐＨＣＥ−ｐｒｓＡベクターと連結させて挿入した。製造された組み換え融合ベクターを「ｐＨＣＥ−ｐｒｓＡ−ＥＧＦ」と命名した。
大腸菌ＤＨ５αを熱衝撃形質転換によって前記ｐＨＣＥ−ｐｒｓＡ−ＥＧＦ融合ベクターで形質転換させ、形質転換された大腸菌菌株に１ｍＬのＬＢ培地を入れて３７℃で１時間生育させた後、アンピシリン（ampicilin）の混合されたＬＢ寒天培地プレートで３７℃で１６時間培養した。前記寒天培地プレートで生成された形質転換大腸菌コロニーのうち、ｐＨＣＥ−ｐｒｓＡ−ＥＧＦを含むコロニーを、コロニー−ＰＣＲと制限酵素マッピングを介して選別して得た。
先立って製造したｐＨＣＥ−ｐｒｓＡ−ＥＧＦベクターを有するグラム陰性菌としての大腸菌と前記ベクターを有しない大腸菌から、それぞれ実施例１及び実施例２の方法によって、ＥＧＦ融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルとＥＧＦ融合タンパク質がロードされていないマイクロベシクルを製造した。製造したマイクロベシクルをそれぞれ２０μｇ準備した後、５ｘローディング染色剤を最終的に１ｘとなるように仕込み、１００℃で５分間処理した。１２％ポリアクリルアミドゲルを準備し、サンプルをロードした。８０Ｖで２時間電気泳動した後、４００ｍＡで２時間タンパク質をＰＶＤＦメンブレインにトランスファーした。スキムミルクをＰＢＳに３％となるように溶かした後、メンブレインを該溶液で２時間ブロッキングした。ＥＧＦ抗体を４℃で１２時間処理した。ＰＢＳで２回洗浄した後、ペルオキシダーゼが付いている二次抗体を室温で１時間処理した。ＰＢＳで３０分間洗浄した後、ＥＣＬ基質で確認して図２３に示した。
図２３に示すように、ＥＧＦ融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルはＥＧＦ抗体によって確認されて黒色に表示されていることを確認した。これとは異なり、ＥＧＦのないマイクロベシクルは確認されなかった。
上記結果より、ＥＧＦ融合タンパク質のロードされたマイクロベシクルがまともに作られたことが明白である。
また、ＥＧＦ融合タンパク質がマイクロベシクルの表面の外部に向かうように正しく位置するかを確認するために、トリプシンを用いて確認した。トリプシンが細菌の原形質体を通過しないということを活用して、マイクロベシクルにトリプシンを処理して細胞膜タンパク質のうちマイクロベシクルの外部に露出された領域を消化させ、ＥＧＦ融合タンパク質が残っているかを確認する実験を行った。まず、トリプシンを処理した後、高温で処理してトリプシンを変性させ、しかる後に、マイクロベシクルを溶解させて膜の内部と外部のタンパク質を全て溶液に露出させ、ＥＧＦを認知する抗体を処理した結果を図２４に示した。
図２４において、「＋」で表示したものはトリプシンを処理した結果を示し、「−」で表示したものはトリプシンで処理していない結果を示す。
図２４に示すように、トリプシンを処理した場合にＥＧＦ抗体の表示が全て無くなっていることから、ＥＧＦ融合タンパク質のＥＧＦ部分が全てマイクロベシクルの外部に向かっていることを推論することができる。これは、ＥＧＦ融合タンパク質を有するマイクロベシクルが、ＥＧＦ受容体を有する細胞に特異的に伝達できることを意味する。
［実施例１５：ＥＧＦ融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルの細胞特異的伝達の確認（ｉｎ ｖｉｔｒｏ）］
ＥＧＦ融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルの細胞特異的伝達をｉｎ ｖｉｔｒｏで確認するために、２４ウェルプレートにヒト非小細胞肺癌のＡ５４９細胞を２×１０４の量だけ接種した後、２４ウェルプレートで２４時間培養した。Ａ５４９細胞は細胞膜にＥＧＦ受容体を多量発現している細胞である。
実施例１及び実施例２の方法によって、実施例１０で製造したＥＧＦがロードされた大腸菌の原形質体とＥＧＦがない大腸菌の原形質体からマイクロベシクルを製造した。製造した大腸菌原形質体由来マイクロベシクルに５μＭとなるようにＤｉＩ（1,1’-dioctadecyl-3,3,3’,3’-tetramethylindocarbocyanine perchlorate、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ、Ｎｏ．Ｖ２２８８５）染色剤を入れ、室温で３０分間保管した。ＤｉＩ染色剤は赤色の蛍光を示す。
ＰＢＳで２回洗浄した後、細胞が敷いているプレートに培地５００μＬを仕込み、ＤｉＩ標識されたマイクロベシクルを１０μｇ／ｍＬの濃度で処理した後、２０分間培養した。
ＰＢＳで洗浄した後、血清(serum)のない培地５００μＬを入れ、セルトラッカー溶液(CellTracker solution)を５μＭとなるように入れた後、３０分間培養した。ＰＢＳで洗浄した後、血清のある培地を５００μＬ仕込み、さらに３０分間培養した。カバーガラスを４％パラホルムアルデヒド(paraformaldehyde)５００μＬに入れて室温で１０分間保管した。蛍光顕微鏡を用いて、ＦＩＴＣ波長で緑色を帯びる細胞を観察し、ローダミン(Rhodamine)波長で赤色を帯びるマイクロベシクルを観察した。細胞数とマイクロベシクルの個数を測定し、マイクロベシクルの個数を細胞数で割って１つの細胞当たりのマイクロベシクルの個数を計算した。結果を図２５に示した。
図２５に示すように、ＥＧＦのない大腸菌原形質体由来マイクロベシクルは１つのＡ５４９細胞と結合する個数が約１．２個であり、ＥＧＦがロードされた大腸菌原形質体由来マイクロベシクルは一つのＡ５４９細胞と結合する個数が約７．９個である。
上記結果は、ＥＧＦがロードされたマイクロベシクルは、Ａ５４９と共に、細胞膜に存在するＥＧＦを発現する細胞内に入ることができることを意味する。
また、このような結合がＥＧＦ−ＥＧＦ受容体間の特異的結合により生じたかを調べるために、１２ウェルプレートにマウス大腸癌細胞（ＣＴ２６）を２×１０６の量だけ接種した後、１２ウェルプレートで２４時間培養した。ＣＴ２６は細胞膜にマウスのＥＧＦ受容体を発現している細胞であるが、ヒトＥＧＦと結合することができる。ＰＢＳで２回洗浄した後、このウェルプレートに培地５００μＬを入れ、ＥＧＦタンパク質を１００ｎｇ／ｍＬで処理した後、３０分間培養してＣＴ２６細胞の表面にＥＧＦ受容体がそれ以上ＥＧＦと結合しないようにした。そして、ＰＢＳで洗浄して残ったＥＧＦタンパク質を無くし、ＤｉＩ標識されたマイクロベシクルを１０μｇ／ｍＬの濃度で処理した後、２０分間培養した。
ＰＢＳで洗浄した後、血清のある培地を５００μＬ仕込んでさらに３０分間培養した後、４％パラホルムアルデヒド５００μＬに入れて室温で１０分間保管した。蛍光顕微鏡を用いて、ローダミン波長で赤色を帯びるマイクロベシクルを観察した。
図２６に示すように、ＥＧＦタンパク質を予め処理してＥＧＦ受容体を遮断した場合、ＥＧＦタンパク質を処理していないときと比較して、細胞に結合して入ったマイクロベシクルを示す赤色のシグナルが全て無くなったことを確認することができた。
上記結果は、ＥＧＦ融合タンパク質を発現しているマイクロベシクルは細胞膜に存在するＥＧＦ受容体と結合して細胞内に入ることができることを意味する。
［実施例１６：ＥＧＦ融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルの細胞内シグナル伝達の確認］
６ウェルプレートにヒト非小細胞肺癌のＡ５４９細胞を１．５×１０５の量だけ接種した後、６ウェルプレートで１６時間培養した。ＰＢＳで２回洗浄した後、血清（serum）のない培地に変えた後、１６時間培養した。１６時間後、それぞれ１０μｇ／ｍＬの濃度で実施例１４の方法によって製造したグラム陰性菌原形質体由来ＥＧＦ融合タンパク質ローディングマイクロベシクルと、ロードしていないマイクロベシクルを処理した後、１０分間培養した。ＰＢＳで洗浄した後、ホスファターゼ阻害剤の含まれたＭ−ＰＥＲ（Ｐｉｅｒｃｅ）溶液を１５０μＬ入れ、細胞全体タンパク質(whole cell lysate)を得た。
細胞全体タンパク質をそれぞれ２０μｇ準備した後、５ｘローディング染色剤を最終的に１ｘとなるように仕込み、１００℃で５分間処理した。１０％ポリアクリルアミドゲルを準備し、サンプルをロードした。８０Ｖで２時間電気泳動した後、４００ｍＡで２時間タンパク質をＰＶＤＦメンブレインにトランスファーした。スキムミルクをＴＢＳに３％となるように溶かした後、メンブレインを該溶液で２時間ブロッキングした。それぞれＥＧＦ受容体抗体、リン酸化ＥＧＦ受容体抗体、Ｅｒｋ抗体、リン酸化Ｅｒｋ抗体を４℃で１２時間処理した。ＴＢＳで２回洗浄した後、ペルオキシダーゼが付いている二次抗体を室温で１時間処理した。ＴＢＳで３０分間洗浄した後、ＥＣＬ基質で確認して図２７に示した。
図２７に示すように、ＥＧＦ融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルを処理する場合、ＥＧＦシグナル伝達が行われ、ＥＧＦ受容体のリン酸化が促進され、かつＥＧＦ受容体の下流のシグナル伝達系(signaling cascade)の一つであるＥｒｋタンパク質のリン酸化を促進することを確認した。ＥＧＦ受容体とＥｒｋタンパク質は対照群として用いた。
上記結果より、ＥＧＦ融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルはＥＧＦ受容体と結合することができることが明白である。
［実施例１７：抗癌薬物がロードされたＥＧＦ融合タンパク質ローディングマイクロベシクルの製造及びｉｎ ｖｉｖｏ特異的伝達の確認］
実施例１４の方法によってＥＧＦ融合タンパク質ローディングマイクロベシクルを製造した後、前記マイクロベシクル懸濁溶液に抗癌薬物としてのドキソルビシンを４００μｇ／ｍＬの濃度で添加し、よく混ぜた後、４℃で１２時間培養した。１２時間後、培養液を１００，０００×ｇで２時間超遠心分離した。沈殿物をＴＢＳで懸濁し、ドキソルビシンがロードされたマイクロベシクルを得た。
ＥＧＦ受容体を過発現しているヒト肺癌細胞株（Ａ４３１）１×１０６細胞をマウスの皮膚下に注射し、７日間生育させた。癌細胞投与７日後、それぞれＰＢＳ、５０μｇのドキソルビシンがロードされたマイクロベシクル、５０μｇのドキソルビシンがロードされたＥＧＦ融合タンパク質ローディングマイクロベシクル、及びドキソルビシン８０μｇをマウスの尾静脈に注射し、６時間後にマウスから癌組織を分離した。分離した癌組織を４％パラホルムアルデヒドに浸して２４時間固定した。固定した癌組織を７０％エタノールに１時間ずつ１回、９５％エタノールに１時間ずつ４回、１００％エタノールに１時間ずつ３回、１００％キシレンに１時間ずつ３回浸して脱水反応(dehydration)を行った。その後、パラフィン（paraffin）に入れて固定した。パラフィンで固定された癌組織を４μｍの厚さに切り、スライドガラスに付着させた。付着した組織を６０℃で１時間保管してパラフィンを溶かした。溶かした組織を１００％キシレンに１分ずつ３回、１００％エタノールに１分ずつ４回、９５％エタノールに１分ずつ３回、最後に流水に５分間保管して水和反応(hydration)を行った。
水和反応が終わった組織を免疫組織化学法(immunohistochemistry)を行った。免疫組織化学法のために、組織を１０ｍＭクエン酸ナトリウム（Sodium citrate,Ｓｉｇｍａ、Ｎｏ．Ｓ４６４１）バッファに入れ、５分ずつ３回電磁レンジを用いて抗原再標識(antigen retrieval)を行った。組織を流水に入れて冷やした後、５％ウマ血清（horse serum）と０．０２％トリトン Ｘ−１００を入れたＴＢＳ(tris buffered saline)を仕込み、２時間ブロッキングした。５％ウマ血清と０．０２％トリトン Ｘ−１００を入れたＴＢＳに、血管マーカーＣＤ３１を認知する抗体（ＳａｎｔａＣｒｕｚ、Ｎｏ．ＳＣ１５０６）を１：２００の比率で仕込み、４℃で１２時間保管した。０．０２％ トリトン Ｘ−１００を入れたＴＢＳで３回洗浄した後、緑色蛍光を帯びるＡｌｅｘａ４８８が付いている二次抗体を室温で１時間処理した。０．０２％トリトン Ｘ−１００を入れたＴＢＳで３回洗浄した後、ホスト染色剤を５μＭとなるように仕込み、さらに１０分間染色した。ＴＢＳで５回洗浄した後、カバーガラスをスライドガラスに付着させ、共焦点顕微鏡上で観察し、写真上の緑色に染色された部分の領域を測定した。
図２８は各グループ当たりの癌組織の顕微鏡写真を示す。図２８に示すように、ＥＧＦ融合タンパク質ローディングマイクロベシクルを投与したとき、癌組織からドキソルビシンが観察された。これはＥＧＦ融合タンパク質によって癌細胞特異的にドキソルビシンが伝達されたことを意味する。
上記結果をまとめるとき、ＥＧＦ融合タンパク質ローディングマイクロベシクルが、ＥＧＦ受容体を発現する癌細胞に特異的な伝達を行うことができるという事実を推論することができる。
［実施例１８：ＥＧＦ融合タンパク質ローディングマイクロベシクルの抗体誘導能力］
実施例１４の方法によってＥＧＦ融合タンパク質ローディングマイクロベシクルを製造した後、マウスの腹腔にそれぞれＰＢＳと２０μｇのマイクロベシクルを投与した。投与７日後、ＥＧＦタンパク質に特異的な抗体が生成されたことを確認するために、マウスの目から血液を採取した後、室温で３０分間保管し、４℃で１時間保管した。１，３００×ｇで２０分間遠心分離して細胞を除去し、上澄み液を得た。
ＥＧＦタンパク質５０ｎｇがコートされた９６ウェルプレートを準備し、ウェルプレートに１％ＢＳＡ／ＰＢＳを１００μＬ入れて２時間固定した。マウスから得た血液をそれぞれ１／１０００希釈して仕込み、室温で２時間培養した後、ＨＲＰが付いている抗−マウス抗体に１時間培養した。０．０５％Ｔｗｅｅｎ−２０の含まれたＰＢＳで洗浄した後、ＢＭ−ＰＯＤ基質を入れて発色を誘導した。
図２９は発色後のＲＬＵ値を示す。ＲＬＵ値はＥＧＦ特異的抗体の相対的な量を示す。図２９に示すように、ＥＧＦ融合タンパク質をロードした原形質体由来マイクロベシクルをマウスに投与する場合、ＥＧＦに対する抗体が生成されることが分かる。
上記結果は、細菌原形質体由来マイクロベシクルを用いた抗原伝達が、細胞の内側にロードされているタンパク質ではなく、細胞の表面にロードされている融合タンパク質に対する抗体も形成することができることを示す。
［実施例１９：ＥＧＦ受容体融合タンパク質をロードした細菌原形質体由来マイクロベシクルの製造］
原形質体の表面にヒトＥＧＦ受容体の細胞外部分をロードするために、バクテリア内膜タンパク質であるＰｒｓＡを暗号化する塩基配列のＮ末端から２９０番目のアミノ酸のペプチド区域を暗号化する塩基配列と結合しようと思い、実施例１４で作られたｐＨＣＥ−ｐｒｓＡベクターを用いた。
前記ｐＨＣＥ−ｐｒｓＡベクターに、ヒトＥＧＦ受容体を発現する遺伝子を融合させるために、公知のヒトＥＧＦ受容体のＤＮＡ塩基配列に基づいて特定の制限酵素を人為的に挿入して、プライマーを次のとおり製作した。
前方プライマー：５’−ＧＣＣＴＣＴＡＧＡＣＴＧＧＡＧＧＡＡＡＡＧＡＡＡＧＴＴＴＧＣ−３’（配列番号１１）
後方プライマー：５’−ＣＣＡＡＧＣＴＴＣＡＧＧＡＣＧＧＧＡＴＣＴＴＡＧＧＣ−３’（配列番号１２）
（下線は制限酵素ＸｂａＩとＨｉｎｄＩＩの認識配列を意味する）
前記プライマー及びヒト非小細胞Ａ５４９から得たゲノムＤＮＡを鋳型としてＰＣＲ融合反応を行った後、得られたＰＣＲバンドを抽出してＱｕｉａｑｕｉｃｋゲル精製キットで精製した。精製された生成物を制限酵素ＸｂａＩとＨｉｎｄＩＩＩで３７℃で８時間処理した後、さらにＱｕｉａｑｕｉｃｋゲル精製キットで精製して、同一酵素で処理されたｐＨＣＥ−ｐｒｓＡベクターと連結させて挿入した。製造された組み換え融合ベクターを「ｐＨＣＥ−ｐｒｓＡ−ＥＧＦＲ」と命名した。
大腸菌ＤＨ５αを熱衝撃形質転換によって前記ｐＨＣＥ−ｐｒｓＡ−ＥＧＦＲ融合ベクターで形質転換させ、形質転換された大腸菌菌株に１ｍＬのＬＢ培地を入れて３７℃で１時間生育させた後、アンピシリンの混合されたＬＢ寒天培地プレートで３７℃で１６時間培養した。前記寒天培地プレートで生成された形質転換大腸菌コロニーのうち、ｐＨＣＥ−ｐｒｓＡ−ＥＧＦＲを含むコロニーを、コロニー−ＰＣＲと制限酵素マッピングを介して選別して得た。
先立って製造したｐＨＣＥ−ｐｒｓＡ−ＥＧＦＲベクターを有するグラム陰性菌としての大腸菌と前記ベクターを有しない大腸菌から、それぞれ実施例１及び実施例２の方法によって、ＥＧＦ受容体融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルとＥＧＦ受容体融合タンパク質がロードされていないマイクロベシクルを製造した。製造したマイクロベシクルをそれぞれ２０μｇ準備した後、５ｘローディング染色剤を最終的に１ｘとなるように入れ、１００℃で５分間処理した。１２％ポリアクリルアミドゲルを準備し、サンプルをロードした。８０Ｖで２時間電気泳動した後、４００ｍＡで２時間タンパク質をＰＶＤＦメンブレインにトランスファーした。スキムミルクをＰＢＳに３％となるように溶かした後、メンブレインを該溶液で２時間ブロッキングした。ＥＧＦ受容体に対する抗体を４℃で１２時間処理した。ＰＢＳで２回洗浄した後、ペルオキシダーゼが付いている二次抗体を室温で１時間処理した。ＰＢＳで３０分間洗浄した後、ＥＣＬ基質で確認して図３０に示した。
図３０に示すように、ＥＧＦ受容体融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルは、ＥＧＦ受容体抗体によって確認されて黒色に表示されていることを確認した。これとは異なり、ＥＧＦ受容体のないマイクロベシクルは確認されていない。
上記結果より、ＥＧＦ受容体融合タンパク質のロードされたマイクロベシクルがまともに作られたことが明白である。
［実施例２０：ＥＧＦ受容体融合タンパク質をロードした細菌原形質体由来マイクロベシクルを用いたＥＧＦ結合］
実施例１９で製造したＥＧＦ受容体融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルと、そのタンパク質がロードされていないマイクロベシクルを準備した。９６ウェルプレートを準備し、ウェルプレートにそれぞれ０、２５、１００ｎｇとなるようにそれぞれのマイクロベシクルを仕込み、常温で１２時間以上保管してコートした。１％ＢＳＡ／ＰＢＳを１００μＬ入れて１時間固定した。１時間後、ビオチンが付いているＥＧＦを１０ｎｇ／ｍＬとなるように仕込み、２時間培養した。０．０５％Ｔｗｅｅｎ−２０の含まれたＰＢＳで洗浄した後、ストレプトアビジン−ＰＯＤで２０分間培養し、ＢＭ−ＰＯＤ基質を入れて発色を誘導した。
図３１は発色後のＲＬＵ値を示す。ＲＬＵ値はマイクロベシクルに付いたＥＧＦの相対的な値を示す。図３１に示すように、ＥＧＦ受容体融合タンパク質をロードしたマイクロベシクルは、ＥＧＦと結合(binding)して、ＥＧＦ受容体融合タンパク質のないマイクロベシクルに比べて高いＲＬＵ値を示すことを確認した。
上記結果より、ＥＧＦ受容体融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルはＥＧＦと結合することができることを確認した。
［実施例２１：Ｈｉｇ−タグ融合タンパク質をロードした細菌原形質体由来マイクロベシクルの製造］
原形質体の表面にＨｉｓ−タグタンパク質をロードした細菌の原形質体由来マイクロベシクルを製造するために、ｐＨＣＥ−ｐｒｓＡベクターを用いた。前記ｐＨＣＥ−ｐｒｓＡベクターに制限酵素ＮｄｅＩとＨｉｎｄＩＩＩを用いて３７℃で８時間処理した後、Ｑｕｉａｑｕｉｃｋゲル精製キットで精製した。精製されたベクター挿入物を、既存のＨｉｓ−タグタンパク質が融合されているｐＥＴ−３０ａ（＋）ベクターに同一制限酵素を処理した後、精製して連結させて挿入した。このベクターを「ｐＥＴ−３０ａ（＋）−ｐｒｓＡ−Ｈｉｓ６」と命名した。
大腸菌ＤＨ５αを熱衝撃形質転換によって前記ｐＥＴ−３０ａ（＋）−ｐｒｓＡ−Ｈｉｓ６融合ベクターで形質転換させ、形質転換された大腸菌菌株に１ｍＬのＬＢ培地を入れて３７℃で１時間生育させた後、カナマイシンの混合されたＬＢ寒天培地プレートで３７℃で１６時間培養した。前記寒天培地プレートで生成された形質転換大腸菌コロニーのうち、 ｐＥＴ−３０ａ（＋）−ｐｒｓＡ−Ｈｉｓ６を含むコロニーを、コロニー−ＰＣＲと制限酵素マッピングを介して選別して得た。得た形質転換菌株をさらにＢＬ２１大腸菌に熱衝撃形質転換させ、形質転換された大腸菌菌株に１ｍＬのＬＢ培地を入れ、３７℃で１時間生育させた後、カナマイシンの混合されたＬＢ寒天培地プレートで３７℃で１６時間培養した。生育したコロニーを抽出して５ｍＬのＬＢ培地に接種してＯ．Ｄ６００＝０．４となるように生育させた後、１ｍＬのＩＰＴＧを培養培地に添加し、混合物を３７℃で４時間培養して融合タンパク質の発現を誘導し、融合ベクターが形質転換された細菌を得た。
実施例１及び実施例２の方法によってＨｉｓ−タグ融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルと、その融合タンパク質がロードされていないマイクロベシクルを、グラム陰性菌としての大腸菌から製造した。製造したマイクロベシクルをそれぞれ２０μｇ準備した後、５ｘローディング染色剤を最終的に１ｘとなるように仕込み、１００℃で５分間処理した。１２％ポリアクリルアミドゲルを準備し、サンプルをロードした。８０Ｖで２２時間電気泳動した後、４００ｍＡで２時間タンパク質をＰＶＤＦメンブレインにトランスファーした。スキムミルクをＰＢＳに３％となるように溶かした後、メンブレインを該溶液で４℃で１２時間ブロッキングした。Ｈｉｓ−タグ抗体を常温で２時間処理した。ＰＢＳで２回洗浄した後、ペルオキシダーゼが付いている二次抗体を室温で１時間処理した。ＰＢＳで３０分間洗浄した後、ＥＣＬ基質で確認して図３２に示した。
図３２に示すように、Ｈｉｓ−タグ融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルはＨｉｓ−タグ抗体によって確認されて黒色に表示されていることを確認した。これとは異なり、Ｈｉｓ−タグのないマイクロベシクルは確認されていない。
上記結果より、Ｈｉｓ−タグ融合タンパク質がロードされたマイクロベシクルがまともに作られたことが明白である。
［実施例２２：細菌原形質体由来マイクロベシクルを用いたｉｎ ｖｉｔｒｏ薬物伝達及び血管内皮細胞の死滅誘導］
６ウェルプレートに０．１％ゼラチン(gelatin)がコートされたカバーガラスを仕込み、カバーガラス上にヒト血管細胞としてのＨＵＶＥＣ細胞を１×１０５の量だけ接種した後、６ウェルプレートで１６時間培養した。ＰＢＳで２回洗浄した後、培地２ｍＬを仕込み、０、０．５、１、２μｇ／ｍＬの濃度で、実施例１及び実施例２の方法によって製造したグラム陰性菌原形質体由来マイクロベシクルと実施例１７の方法によって製造したドキソルビシンローディング原形質体由来マイクロベシクルをそれぞれ処理した後、２４時間培養した。ＰＢＳで洗浄し、血清のない培地２ｍＬを入れてセルトラッカー溶液(CellTracker solution)を５μＭとなるように入れた後、３０分間培養した。さらにＰＢＳで洗浄した後、血清のある培地を２ｍＬ仕込み、さらに３０分間培養した。カバーガラスを４％パラホルムアルデヒド２ｍＬに入れて室温で１０分間保管した。蛍光顕微鏡を用いて写真を撮り、生きている細胞の数を測定して図３３に示した。
図３３において、縦軸の「％ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ」は、マイクロベシクルを０μｇ／ｍＬで処理した対照群の生きている細胞の数を１００％、すなわち全ての細胞が生きているとしたときの各濃度での生きている細胞の数を示すものであって、％ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ＝｛各濃度で生きている細胞の数／（０μｇ／ｍＬの濃度で生きている細胞の数）｝＊１００の計算式で求めた。
マイクロベシクルを濃度別に入れたときに％ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ値が高いか或いは同様であるということは、０μｇ／ｍＬ、すなわちｃｏｎｔｒｏｌに比べて細胞死滅が誘導されていないことを意味する。
図３３に示すように、細菌原形質体に由来するマイクロベシクル自体は、血管内皮細胞（ＨＵＶＥＣ細胞）の死滅にあまり影響がないが、ドキソルビシンがロードされたマイクロベシクルは血管細胞の細胞死滅を誘導することを確認した。
上記結果より、原形質体由来マイクロベシクルにロードされたドキソルビシンが血管内皮細胞に伝達されて細胞死滅を誘導したことが明白である。
［実施例２３：ドキソルビシンがロードされた細菌原形質体由来マイクロベシクルを用いたｉｎ ｖｉｔｒｏ大腸癌細胞の死滅誘導］
２４ウェルプレートに０．１％ゼラチンがコートされたカバーガラスを入れ、カバーガラス上にマウス大腸癌２６細胞株(mouse colon 26)を２×１０４の量だけ接種した後、２４ウェルプレートで１６時間培養した。
ＰＢＳで２回洗浄した後、培地５００μＬを仕込み、実施例１及び実施例２の方法によって製造したグラム陽性菌原形質体由来マイクロベシクルと実施例１７の方法によって製造したドキソルビシンローディンググラム陽性菌原形質体由来マイクロベシクルをそれぞれ０、１．２５、２．５、５μｇ／ｍＬの濃度で処理した後、２４時間培養した。
ＰＢＳで洗浄した後、血清のない培地５００μＬを仕込み、セルトラッカー溶液を５μＭとなるように仕込んだ後、３０分間培養した。ＰＢＳで洗浄した後、血清のある培地を５００μｍ入れ、さらに３０分間培養した。カバーガラスを４％パラホルムアルデヒド５００μＬに入れ、室温で１０分間保管した。蛍光顕微鏡を用いて写真を撮り、生きている細胞の数を測定して図３４に示した。
図３４はそれぞれドキソルビシンがロードされていない原形質体由来マイクロベシクル、及びドキソルビシンがロードされた原形質体由来マイクロベシクルを濃度別に入れたときに生きている細胞の数を、％ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ＝｛各濃度で生きている細胞の数／（０μｇ／ｍＬの濃度で生きている細胞の数）｝＊１００の計算式で求めて表として示したものである。
図３４に示すように、ドキソルビシンがロードされた原形質体由来マイクロベシクルが、ドキソルビシンがロードされていない原形質体由来マイクロベシクル自体に比べて一層さらに効果的に大腸癌細胞の死滅を誘導していることが分かる。
上記結果より、原形質体由来マイクロベシクルにロードされたドキソルビシンが大腸癌細胞に伝達されて細胞死滅を誘導することが明白である。
［実施例２４：ドキソルビシンがロードされた細菌原形質体由来マイクロベシクルを用いたｉｎ ｖｉｖｏ癌死滅誘導］
マウス大腸癌２６細胞株１×１０６細胞をマウスの皮膚下に注射し、５日間生育させた。５日後、実施例１７の方法によって製造したドキソルビシンがロードされたグラム陰性菌原形質体由来マイクロベシクル０μｇ、１μｇ、５μｇを含むＰＢＳ溶液１００μＬを１週に２回ずつマウスの尾に注射し、癌組織の大きさを測定して図２１に示した。癌組織の体積は最も長い長さ（ｌ）とそれに垂直な長さ（ｓ）を測定し、ｖ＝ｌｓ２／２の式で計算した。
図３５に示すように、ドキソルビシンがロードされた原形質体由来マイクロベシクルを注射したマウスの癌組織成長が、ＰＢＳのみ注射したマウスのそれに比べて遅く、最終的に５μｇのドキソルビシンがロードされたマイクロベシクルを注射したマウスの癌組織の大きさが最も小さいことが分かる。
上記結果より、原形質体由来マイクロベシクルを用いて抗癌薬物のドキソルビシンを癌組織に伝達することができることが明白である。
前述した本発明の説明は例示のためのものに過ぎず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想又は必須的な特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形可能であることを理解することができる。よって、上述した実施例は全ての面で例示的なもので、限定的なものではないと理解すべきである。
本発明の原形質体由来マイクロベシクルは、細菌、古細菌、カビ及び植物細胞から細胞壁を取り除いた原形質体に由来するもので、細胞壁を取り除くことにより、免疫反応による副作用がない。また、本発明の原形質体由来マイクロベシクルは、治療及び／又は診断用物質、或いはワクチン用物質の導入が容易であり、量産が可能である。また、前記治療用、診断用及び／又はワクチン用物質を発現する細胞の原形質体由来マイクロベシクルを使用する場合、前記物質の精製過程なしで原形質体由来マイクロベシクルに含有できるため、前記物質を精製して使用する場合より産業的、経済的に長所がある。

Claims (7)

  1. 物質を供給するための薬学的組成物であって、
    細胞壁を有する細菌細胞の原形質体に由来するマイクロベシクルを含み、
    前記物質は、抗癌剤であって、
    前記マイクロベシクルが由来する前記細胞は、前記マイクロベシクルが癌細胞または癌組織を標的にすることが可能なように形質転換された薬学的組成物。
  2. 前記マイクロベシクルが、細胞接合分子、抗体、標的誘導タンパク質、細胞膜融合タンパク質自体、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選ばれる一つ以上を発現するように形質転換された細胞の原形質体に由来するものである、請求項１に記載の薬学的組成物。
  3. 前記マイクロベシクルが、リガンドディスプレイ用タンパク質、リガンドディスプレイ用ペプチド、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選ばれる一つ以上を発現するように形質転換された細胞の原形質体に由来するものである、請求項１に記載の薬学的組成物。
  4. 前記マイクロベシクルが、リガンドトラップ用タンパク質、リガンドトラップ用ペプチド、及びこれらの融合タンパク質よりなる群から選ばれる一つ以上を発現するように形質転換された細胞の原形質体に由来するものである、請求項１に記載の薬学的組成物。
  5. 前記マイクロベシクルが、封入体(inclusion body)を有するマイクロベシクルである、請求項１に記載の薬学的組成物。
  6. 抗癌剤がロードされた、細胞壁を有する細菌細胞の原形質体由来マイクロベシクルの製造方法であって、
    前記マイクロベシクルが由来する前記細胞は、前記マイクロベシクルが癌細胞または癌組織を標的にすることが可能なように形質転換されたものであり、
    下記の段階を含む方法：
    （ａ）細胞壁を有する細菌細胞に抗癌剤を外部からロードし、細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、
    （ｂ）前記原形質体を含む懸濁液からマイクロベシクルを製造する段階、及び
    （ｃ）前記懸濁液から製造されたマイクロベシクルを分離する段階。
  7. 抗癌剤がロードされた、細胞壁を有する細菌細胞の原形質体由来マイクロベシクルの製造方法であって、
    前記マイクロベシクルが由来する前記細胞は、前記マイクロベシクルが癌細胞または癌組織を標的にすることが可能なように形質転換されたものであり、
    下記の段階を含む方法：
    （ａ）細胞壁を有する細菌細胞から細胞壁を取り除いて原形質体を収得する段階、
    （ｂ）前記原形質体を含む懸濁液に抗癌剤を添加してマイクロベシクルを製造する段階、及び
    （ｃ）前記懸濁液から製造されたマイクロベシクルを分離する段階。
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