JP6018667B2 - 水溶性長鎖分子を付加した修飾エリスロポエチン - Google Patents

水溶性長鎖分子を付加した修飾エリスロポエチン Download PDF

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Description

本発明は、水溶性長鎖分子が付加されたエリスロポエチンを含む医薬組成物に関する。
貧血改善のため、造血を亢進するホルモンであるエリスロポエチン(EPOと記載する事がある)が遺伝子組換え法で生産され、医薬品として貧血症の治療に実績を上げている。ヒト由来EPOに水溶性長鎖分子であるポリエチレングリコール(PEGと記載する事がある)を付加すると、EPOの肝臓での代謝が阻害され血中寿命が延びることが確認されている(特許文献1)。この血中滞留期間延長効果により、薬効持続時間が延長され投与頻度が少なくて済むとの利点から、EPOに限らずPEG修飾したタンパク製剤が次世代の医薬品として注目されており、一部は既に実用化されている。
タンパク質にPEG修飾を行う場合、付加するPEGの分子量が高いほど、また付加数が多いほど、タンパク質は代謝されにくくなる傾向がある。従って分子量の大きいPEG分子が多数付加したタンパク質は、体内に投与されたときに血中寿命が長くなることが予想される(非特許文献1)。その一方、受容体と結合することによって生理活性を発現するEPOなどのタンパク質の場合、付加する水溶性長鎖分子の分子量が大きく、付加数が多くなるほどインビトロでの生理活性が低下する。
先に述べたヒト由来配列を持つEPO(ヒトEPOと記載することがある)をPEGで修飾した場合、52位のリジンにPEGが1分子付加したPEG修飾EPO(モノPEG体と記載することがある)が、ラット尾静脈単回投与における造血活性(網状赤血球の増加を指標)の持続効果に優れているとの報告がある(特許文献1)。
一方、現在使用されているヒトEPO製剤は、静脈、皮下、筋肉内等の経路に投与される。また経口、経鼻吸収製剤等の工夫もなされている(特許文献2)。ヒトEPO製剤を血管内投与することは汎用性に欠き、より簡便な投与方法で、注射後の痛み等患者の負担が少なく、しかも薬効が持続するEPO製剤が望まれている。
ヒトで報告のある慢性腎不全又は化学療法剤又は外科手術等によって引き起こされる貧血症状は、愛玩動物であるイヌやネコにも見られ、これら動物の死亡原因の多くを占めている。例えばネコ(国内)では、1996年からの10年間で慢性腎不全は、0.64%から3.95%と大幅に増加し、疾病順位も28位から4位へ増加している(非特許文献2)。動物の貧血治療においてもヒトEPO製剤が治療に用いられている。しかし、EPOのような生理活性タンパク質は種固有のアミノ酸配列をもつので、ヒト以外の動物にヒト由来のEPO製剤を投与すると抗EPO抗体の発現を招く恐れがある。この事から、近年ネコやイヌの治療用に各々の固有のアミノ酸配列をもつEPO製剤の実用化が検討されている。
国際公開第02/32957号 特開昭62−89627号公報
Polyethylene glycol-conjugated pharmaceutical proteins; PSTT Vol.1, No.8, 1998, 352-356 多摩獣医臨床研究会調査報告(2006年度)
ヒト及び/又は動物に投与することにより、造血効果が7日以上持続することを特徴とし、EPOを有効成分として含有する、高い生理活性を有しながら生体内での安定性も高い医薬組成物を提供することを課題とする。
本発明者らは、EPOのPEGによる化学修飾を詳細に検討した結果、PEGの付加数、分子量または構造によって、造血効果が7日以上持続することを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、水溶性長鎖分子が2分子以上付加されたエリスロポエチンを、全エリスロポエチン中に50%以上含有することを特徴とする医薬組成物に関する。
また、本発明は、水溶性長鎖分子が付加されたエリスロポエチンを含有し、前記水溶性長鎖分子の分子量が30kDa以上であることを特徴とする医薬組成物に関する。
また、本発明は、水溶性長鎖分子が付加されたエリスロポエチンを含有し、前記水溶性長鎖分子が分岐鎖を有することを特徴とする医薬組成物に関する。
水溶性長鎖分子は、ポリエチレングリコール、ポリアミノ酸、及びポリプロピレングリコールからなる群から選ばれる1以上の化合物であることが好ましい。
ヒト及び/又は動物における造血効果が7日以上持続することが好ましく、前記動物がネコ科及び/又はイヌ科の動物であることが好ましい。
溶液又はゲルであり、前記溶液又はゲルのpHが4以上8以下であることが好ましい。
溶液組成が哺乳動物の体液浸透圧及びpHと実質的に同等であって、投与時に痛みがないことが好ましい。
エリスロポエチンが、ヒト、ネコ、又はイヌに由来するアミノ酸配列からなることが好ましい。
エリスロポエチンが、以下の(a)〜(c);
(a)配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(b)配列番号1に記載のアミノ酸配列と70%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドであって、BaF/EPOR細胞による細胞増殖アッセイでエリスロポエチン活性を有するポリペプチド、又は
(c)配列番号1に記載のアミノ酸配列に対して、1個又は複数個のアミノ酸を置換、欠失、挿入、及び/又は付加したポリペプチドであって、BaF/EPOR細胞による細胞増殖アッセイでエリスロポエチン活性を有するポリペプチド
であることが好ましい。
ポリエチレングリコールの付加部位の少なくとも1箇所は、リジン78残基であることが好ましい。
反復投与してもエリスロポエチンに対する抗体が産生しないことが好ましい。
また、本発明は、前記医薬組成物を含む貧血治療薬、及び造血薬に関する。
本発明の医薬組成物をヒト又は動物に投与することにより、造血効果が7日以上持続することが可能である。本発明の医薬組成物は、製剤を投与する際に、注射後の痛みなどの患者の負担が少なく、しかも薬効が持続する効果を有する。
分子量20,000の直鎖型PEGを様々な分子数付加したPEG修飾ネコEPOをラットに投与した場合の造血効果の比較。 分子量5,000の直鎖型PEGを様々な分子数付加したPEG修飾ネコEPOをラットに投与した場合の造血効果の比較(対照:分子量20,000の直鎖型PEGを1分子付加したモノPEG化ネコEPO)。 分子量40,000の直鎖型PEGを1および2分子付加したPEG修飾ネコEPOをラットに投与した場合の造血効果の比較(対照:分子量20,000の直鎖型PEGを1分子付加したモノPEG化ネコEPO)。 分子量20,000の分岐型PEGを1および2分子付加したPEG修飾ネコEPOをラットに投与した場合の造血効果の比較(対照:分子量20,000の直鎖型PEGを1分子付加したモノPEG化ネコEPO)。
1.本発明は3つの医薬組成物に関する。
第一の本発明は、水溶性長鎖分子が2分子以上付加されたエリスロポエチン(EPOと記載することがある)を、全エリスロポエチン中に50%以上含有する医薬組成物に関する。
第一の本発明において、EPOに付加される水溶性長鎖分子の数は、2分子以上であり、2分子であることが好ましい。水溶性長鎖分子が1分子付加されたEPOをさらに含有してもよいが、造血効果の持続性の観点から、水溶性長鎖分子が2分子以上付加されたEPOの、全EPO中の含有量は、主成分であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。
ここで、水溶性長鎖分子が2分子以上付加されたEPOの、全EPO中の含有量は、SDS−PAGEで分画後、蛍光染色によって得られるバンドの蛍光強度を測定することにより算出される。
水溶性長鎖分子が2分子以上付加されたEPOが全EPO中の主成分であるとは、水溶性長鎖分子が2分子以上付加されたEPOがSDS−PAGEにおいて最も濃いバンドを示すことをいう。ここで、SDS−PAGEにおいて最も濃いバンドを示すとは、SDS−PAGEにより電気泳動した試料に含まれるタンパク質を例えば、SYPRO Ruby等を利用した蛍光染色法で検出した時に、水溶性長鎖分子が2分子以上付加されたEPOに由来するシグナル強度が、他のシグナル強度よりも高いことをいう。
水溶性長鎖分子が2分子以上付加されたEPOが全EPO中の主成分であることは、HPLCによって確かめることも可能である。例えば、YMC Pack Diol−200(株式会社ワイエムシィ製)等のカラムを通過する試料を、吸光度測定により検出し、水溶性長鎖分子が2分子以上付加されたEPOに由来するシグナル強度が、他のシグナル強度よりも高いことにより確かめられる。
造血効果の持続性の観点から、水溶性長鎖分子の分子量は、10kDa以上であることが好ましく、20kDa以上であることがより好ましい。5kDa未満では造血効果が持続しなくなる傾向がある。
また、第二の本発明は、水溶性長鎖分子が付加されたEPOを含有し、前記水溶性長鎖分子の分子量が30kDa以上である医薬組成物に関する。
第二の本発明において、EPOに付加される水溶性長鎖分子の数は特に限定されず、1分子であってもよく、2分子以上でもよい。
造血効果の持続性の観点から、水溶性長鎖分子の分子量は、30kDa以上であることが好ましく、40kDa以上であることがより好ましい。20kDa未満では造血効果が持続しなくなる傾向がある。
また、第三の本発明は、水溶性長鎖分子が付加されたEPOを含有し、前記水溶性長鎖分子が分岐鎖を有する医薬組成物に関する。水溶性長鎖分子が分岐鎖を有するとは、分岐の枝の数が2以上であり、分岐点の数が1以上であることをいう。
水溶性長鎖分子が分岐鎖である場合には、EPOに付加される水溶性長鎖分子の分子数は特に限定されない。付加される水溶性長鎖分子の分子数が1分子であっても、医薬組成物を投与した時の造血効果が7日間以上持続するという効果を奏する。なお、分岐鎖をもつPEGの付加方法は特表平9−504299号公報に記載されている。
以下に、前記医薬組成物における水溶性長鎖分子、投与方法及び効果、容器ならびにエリスロポエチンについて説明する。
2.水溶性長鎖分子
水溶性長鎖分子は、代謝を阻害し、血中動態を延長する目的でEPOに付加する。水溶性長鎖分子としては特に限定されないが、例えば、PEG(ポリエチレングリコール)、ポリアミノ酸、ポリプロピレングリコール等が使用できる。これらは反応前駆体を作製し、合成反応によりタンパク質に付加することができる。遺伝子組換え法でこれらの分子が結合したタンパク質を生産することもできる。このうち、PEGは抗原性がなく無毒であるため、修飾タンパク質の抗原性を低下させ、副作用としての抗EPO抗体の発現を抑える点からも有効である。
一般に、PEGをタンパク質に共有結合させる方法としては、タンパク質、又は糖鎖の酸化活性可能な官能基であるポリオール、ラクトール、アミン、カルボン酸又はカルボン酸誘導体との化学反応がある。またスルホネートエステル活性化ポリマー、例えばスルホネートエステル活性化PEGを用いる方法などがある。EPOに付加する場合にもこれらの方法で付加することができる。
PEG化反応前駆体としては、長鎖分子の片末端をメトキシ化したものが使用できる。さらにメトキシ化されていない末端をスクシンイミジル脂肪酸エステル化したPEGが開発されており、なかでも脂肪酸がプロピオン酸もしくは酪酸であるものが反応性の点から好ましい。メトキシPEGのスクシンイミジルプロピオン酸エステル(SPA−PEGと称する)をヒトEPOと反応させると、リジン残基に選択的に付加することが知られている。EPOには複数のリジン残基が存在するため、反応が進むにつれPEGの付加数は増え、付加数の異なる異性体混合物となる。
ヒトEPOをラット尾静脈に単回投与した結果では、リジン52に単一のPEG(20kDa)が付加したモノPEG体が最も良好な造血持続効果があることが報告されているが、EPOの由来する動物種、投与経路により最適な異性体、もしくはその混合比は異なる。PEGの付加数が1のPEG修飾EPO、PEGの付加数が2以上のPEG修飾EPOは、各々単独で投与することもできるが、混合物として投与することもできる。
またPEGをEPOタンパクに付加する部位としては、EPOの由来する種や反応形式により異なることが考えられるが、複数個のPEGが付加する場合であっても、少なくとも1箇所が、ヒトEPOのリジン52に対応するリジン残基であることが好ましい。例えば、配列番号1からなるネコEPOにおいては、リジン78であることが好ましい。
3.投与方法及び効果
本願発明のEPOを含有する医薬組成物は、結果として、ヒト及び/又は動物における造血効果が7日以上持続する。
造血効果は、本発明の医薬組成物を投与したときの造血活性として、赤血球前駆体である網状赤血球の赤血球に占める割合を定量することで指標とすることができる。網状赤血球数は色素染色による塗沫試験、あるいは自動血球計数機で測定できる。
医薬組成物の投与対象は特に限定されず、ヒト及びヒト以外の動物にも投与可能である。ヒト以外の動物としては、特に限定されないが、ネコ科及び/又はイヌ科の動物であることが好ましい。後述のように、ネコ由来のEPOを使用する場合、ネコ科及びイヌ科の動物においてはEPOが抗原となる可能性が低く、副作用の発生を回避できる。
医薬組成物の投与方法としては、特に限定されないが、静脈内投与、皮下投与、経口投与、筋肉内投与、経皮投与、経鼻投与などが挙げられる。
本発明のPEG修飾されたEPOは、薬理学的に許容される賦形剤、崩壊剤、結合剤から選ばれる剤を使用できる。
賦形剤とは、澱粉、寒天、白糖、乳糖、ブドウ糖、デキストリン、ソルビトール、アラビアガム、コーンスターチ、マンニトール、結晶セルロース、レシチン、リン酸カルシウム、硫酸カルシウムを例示することができ、これら以外にも製薬的に許容される賦形剤であれば使用できる。
崩壊剤とは、澱粉、寒天、クエン酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、デキストリン、結晶セルロース、カルボキシメチルセルロース、トラガントであり、これら以外にも製薬的に許容される崩壊剤であれば使用できる。
結合剤とは、でんぷん及びその誘導体、セルロース及びその誘導体、アラビアゴム、トラガント、ゼラチン、糖類、エタノール、ポリビニルアルコールを例示することができ、これら以外にも製薬的に許容される結合剤であれば使用できる。
本発明におけるPEG修飾されたEPOは、安定化剤、pH調節剤及び浸透圧調節剤、界面活性剤から選ばれる剤を使用できる。
安定化剤としてアミノ酸を例示することができる。ここで、安定化剤として用いるアミノ酸は、結晶でもアモルファスでもよく、またこれらのアミノ酸を高率に含有する植物、動物成分など不純物を含むものを用いても良い。結晶としては、L体、D体もしくはDL混合体が使用できる。
pH調節剤としては、緩衝系には、例えば、酢酸/酢酸塩、リンゴ酸/リンゴ酸塩、クエン酸/クエン酸塩、酒石酸/酒石酸塩、乳酸/乳酸塩、リン酸/リン酸塩、グリシン/グリシネート、トリス、グルタミン酸/グルタミン酸塩、及び炭酸ナトリウムからなる群から選択された系が含まれる。EPOを含有するゲル又は溶液のpHの下限は4が好ましく、より好ましくは4.5であり、さらに好ましくは5である。pHの上限は8が好ましく、より好ましくは7.5であり、さらに好ましくは7である。
浸透圧調節剤としては、塩類、糖類、アルコール類、及びアミノ酸類を包含するが、これらに限らない。特に塩化ナトリウム、多価アルコール類、一価アルコール類、単糖類、二糖類、オリゴ糖及びアミノ酸類又はそれらの誘導体などを好適に用いることができる。
前記の多価アルコール類としては、例えば、グリセリン等の三価アルコール類、アラビトール,キシリトール,アドニトール等の五価アルコール類、マンニトール,ソルビトール,ズルシトール等の六価アルコール類などが用いられる。なかでも、六価アルコール類が好ましく、特にマンニトールが好適である。
前記の一価アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどが挙げられ、このうちエタノールが好ましい。
前記の単糖類としては、例えば、アラビノース,キシロース,リボース,2−デオキシリボース等の五炭糖類、ブドウ糖,果糖,ガラクトース,マンノース,ソルボース,ラムノース,フコース等の六炭糖類が用いられ、このうち六炭糖類が好ましい。
前記のオリゴ糖としては、例えば、マルトトリオース,ラフィノース糖等の三糖類、スタキオース等の四糖類などが用いられ、このうち三糖類が好ましい。
前記の単糖類、二糖類及びオリゴ糖の誘導体としては、例えば、グルコサミン、ガラクトサミン、グルクロン酸、ガラクツロン酸などが用いられる。
本発明のPEG修飾EPOは、さらに界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤としては、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤及び陽イオン界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。陰イオン界面活性剤としては、例えば脂肪酸系陰イオン界面活性剤、直鎖アルキルベンゼン系陰イオン界面活性剤、高級アルコール系陰イオン界面活性剤、アルファオレフィン系陰イオン界面活性剤及びノルマルパラフィン系陰イオン界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。非イオン界面活性剤としては、例えば脂肪酸系非イオン界面活性剤、高級アルコール系非イオン界面活性剤、アルキルフェノール系非イオン界面活性剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また非イオン界面活性剤の例としては、例えばポリソルベート及び/又はポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。両性界面活性剤としては、例えばアミノ酸系、ベタイン系及びアミンオキシド系が挙げられるが、これらに限定されるものではない。陽イオン界面活性剤としては、例えば第4級アンモニウム塩系が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
上記の賦形剤、崩壊剤、結合剤、安定化剤、pH調節剤、浸透圧調節剤及び界面活性剤は任意に組み合わせることができる。さらに、賦形剤、崩壊剤、結合剤、安定化剤、pH調節剤、浸透圧調節剤及び界面活性剤以外の製薬的に許容される添加剤を添加することができる。例えば、滑沢剤、コーティング剤、着色剤、凝集防止剤、吸収促進剤、溶解補助剤、健康食品素材、栄養補助食品素材、ビタミン、香料、甘味剤、防腐剤、保存剤、抗酸化剤などが挙げられる。
製剤としては、溶液、ゲル、又は、粉末として加工した後、溶液製剤、凍結乾燥製剤、プレフィルドシリンジ、皮下埋め込み型除放製剤、ミセル製剤、ゲル化製剤、リポソーム製剤などにすることができる。
EPOを含有する医薬組成物を溶液で用いる場合、溶液組成が哺乳動物の体液(浸透圧:280mOsm/KgHO、pH:7.4)の浸透圧、pHと実質的に同等であって、皮下投与時に痛みがないことが重要である。EPOを含有する医薬組成物を溶液で用いる場合の浸透圧は400mOsm/KgHO以下のものを本発明に好適に用いることができる。また、200mOsm/KgHO以上のものを好適に用いることができる。
4.容器
EPOは微量の投与でも生体内で効果があるため、製剤の容器壁への吸着によるロスが生体投与時の実効活性に大きな影響を与える。そのため本剤の容器にはタンパク質の吸着が少ない樹脂製品が好ましい。よって容器へのEPO吸着量が、容器中EPO総量の1%以下になるような素材を選択することが望ましい。好ましくは0.7%以下、より好ましくは0.5%以下になるような素材を選択する事が好ましい。
タンパク質吸着が少ない事が知られている樹脂材料としては特に限定されないが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリエチルメタクリレートなどの医用容器材料が含まれる。タンパク質吸着が少ない事が知られている樹脂材料として好ましいのは、例えばノルボルネンもしくはテトラシクロドデセン又はそれらの誘導体などのシクロオレフィン類開環重合体及びその水素添加物、ノルボルネンもしくはテトラシクロドデセン又はその誘導体などのシクロオレフィンと、エチレン又はプロピレンとの重合により分子鎖にシクロペンチル残基や置換シクロペンチル残基が挿入された共重合体である樹脂である。さらにテトラシクロドデセンとエチレン等のオレフィンを原料とした共重合体であるシクロオレフィンコポリマー(COC)は吸着が少ない点でより好ましく、またノルボルネンを開環重合し、水素添加した重合物であるシクロオレフィンポリマー(COP)も同様に好ましい(特開平5−300939号公報あるいは特開平5−317411号公報を参照)。
5.EPOのアミノ酸配列
EPOのアミノ酸配列はいかなる生物に由来する配列であってもよい。EPOのcDNAクローニングは、ヒト以外にもマウス、ラット、イヌ、ネコなどで行われており(ヴェンら:Blood, 82, 1507 (1993))、それぞれがコードするアミノ酸配列が解明されている。本発明には、ヒトEPOだけでなく、ヒト以外の種固有のアミノ酸配列をもつEPOを使用することができる。
本発明におけるEPOのアミノ酸配列は、ヒトや食肉目に由来するアミノ酸配列であることが好ましい。食肉目としては、ネコ科やイヌ科であることが好ましく、ネコ科であることがより好ましい。
ネコEPOはヒトEPOと配列同一性が83.4%である事が知られている。また、CHO細胞で発現させたネコEPOはネコに対して造血活性がある(Am. J. Vet. Res. 64, 1465-71 (2003))。
貧血の原因には、大量の出血、ビタミン不足、自己免疫疾患、悪性腫瘍、慢性炎症、慢性腎不全、溶血および造血異常などが知られている。これらを原因とする貧血はヒトのみならず、愛玩動物であるイヌ、ネコ、あるいは家畜であるウシ、ウマ、ヒツジ、ヤギ、ブタ、あるいは生態研究用に動物園などで飼育・展示公開されるライオン、トラ、カンガルー、ゾウ、キリン、シマウマ、コアラ、パンダ等でも発症するが、本発明のEPOによってこれらの貧血を治療することができる。ネコEPOは、ネコ、ライオン、及びトラ等のネコ科動物(Felidae)の貧血の治療に使用可能である。また、ネコEPOは、イヌEPOに対する配列同一性も高く、分類学上ネコ目(食肉目)であるイヌ及びイヌ科動物(Canidae)にも有効である。
上記の動物はヒトと異なり、輸血用血液のバンクシステムを持たないため、事故、手術時等の失血に対して輸血措置を施すことは困難である。しかし、本発明の造血効果が長期間持続するEPO製剤は、上記動物に対し、輸血代替あるいは点滴時にも使用できる。投与時に動物が疼痛を感じると投与に支障が生じ、また大型動物の場合に獣医師に危険が及ぶ可能性があるが、投与対象動物の体液組成に近い浸透圧、pHに調製することで疼痛を最小にすることができる。
ネコ科に由来するEPOのアミノ酸配列としては、配列番号1に示したアミノ酸配列であることが好ましい。
また、配列番号1に示したEPOを構成するアミノ酸配列と70%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドも、本発明のEPOに含まれる。
EPOポリペプチドの、配列番号1に示したアミノ酸配列との配列同一性は、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、85%以上であることがさらに好ましく、90%以上であることがさらにより好ましく、95%以上であることが最も好ましい。
また、EPOは、造血活性を損なわないように1個又は複数個のアミノ酸を置換、欠失、挿入、及び/又は付加したポリペプチドでもよい。導入する変異等の数は50を超えないことが好ましく、40を超えないことがより好ましく、30を超えないことがさらに好ましく、20を超えないことがさらにより好ましく、10を超えないことが最も好ましい。
EPOの製造方法としては、一般的に入手可能な動物細胞(例えばCHO細胞)、原核生物、酵母を宿主として製造される組換え品のほか、天然物から取得されたもの、組換え動物で製造されたもの等が利用できるが、これらに限定されるものではない。EPOを製造する組み換え動物として、遺伝子組み換え鳥類を利用することも可能である。また精製品であっても未精製状態でも良いが、品質管理の点からは精製品が好ましい。
EPOの精製のためには、一般的なタンパク質の回収手段として、塩析法、吸着カラムクロマトグラフ法、イオン交換カラムクロマトグラフ法、ゲルろ過カラムクロマトグラフ法、抗体カラム法を単独、もしくは組み合わせて精製することができるが、これらのみに限定されるものではない。吸着カラムクロマトグラフ法としては、ブルーセファロースクロマトグラフ、ヘパリンクロマトグラフ等があり、イオン交換カラムクロマトグラフ法としては、陽イオン交換クロマトグラフや陰イオン交換クロマトグラフ法等がある。
以下実施例により本発明を詳述するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。商品名を記載している場合は特に記述のない限り添付の説明書の指示に従った。
ネコ由来エリスロポエチンの合成は、特開2007−89578号公報に記載の方法により行ったが、その工程を改めて以下に記載する。
(製造例1)ニワトリ胚へのレトロウイルスベクターのマイクロインジェクションと人工孵化
ネコ由来エリスロポエチン発現用レトロウイルスベクターを、ニワトリ胚へマイクロインジェクションし、ネコ由来エリスロポエチンを発現するトランスジェニックニワトリを作製した。マイクロインジェクションと人工孵化は無菌条件下でおこなう。ニワトリ受精卵(城山種鶏場製)の外側を消毒液(株式会社昭和フランキ製)及びエタノールで除菌する。孵卵機P−008(B)型(株式会社昭和フランキ製)を38℃、湿度50〜60%の環境になるようセットし、電源を入れた時刻を孵卵開始時刻(0時間)とし、以後15分毎に90°転卵しながら孵卵を行った。
孵卵開始から約55時間経過後、孵卵機から卵を取り出し、その鋭端部を直径3.5cmの円形にダイヤモンド刃(刃先径20mm、シャフト径2.35mm)を付けたミニルーター(プロクソン製)で切り取った。ニワトリ二黄卵(城山種鶏場製)の鋭端部を直径4.5cmに切り取り、中身を捨てた卵殻に受精卵の中身を移し、注射器の内筒で胚を上方へ移動させた。実体顕微鏡システムSZX12(オリンパス株式会社製)下で、フェムトチップII(エッペンドルフ株式会社製)にウイルス液を注入し、フェムトジェット(エッペンドルフ株式会社製)を用い、特開2007−89578号公報に記載のネコ由来エリスロポエチン発現用レトロウイルスベクターを含む溶液約2μlをマイクロインジェクションした。
卵白を糊として約8×8cmに切ったサランラップ(登録商標)(旭化成株式会社製)でこの穴を塞ぎ、孵卵機に戻し孵卵を続けた。孵卵機の転卵を30分毎に30°転卵に変更した。孵卵開始から20日目にサランラップ(登録商標)に20Gの注射針で20個程度穴を開け、孵卵機に60cc/minで酸素を供給し孵卵を行った。雛がハシ打ちを始めたら卵殻を割って孵化させた。誕生した雛を飼育して成長させた。飼料として、幼雛SXセーフティー及びネオセーフティー17(豊橋飼料株式会社製)を用いた。トランスジェニックニワトリにおけるネコ由来エリスロポエチンの血中および卵中の発現を、後述のBaF/EPORによる細胞増殖アッセイにより確認した。
(製造例2)卵白からのネコ由来エリスロポエチンの精製
卵白中にネコ由来エリスロポエチン活性が確認されたニワトリ個体の卵を回収し、卵白よりネコ由来エリスロポエチンを後述のカラムを使用して回収・精製した。
カラムにアプライするサンプルは全て、使用直前に孔径0.45μmのMillex−HV(日本ミリポア株式会社製)にてシリンジろ過を行った。ろ過困難な場合には、孔径2μmのプラディスク25(ワットマン製)により予めろ過した後、Millexによるろ過を行った。
精製過程でのネコ由来エリスロポエチン含有量の測定は、Bicore3000(GEヘルスケア・ジャパン株式会社・BIACORE製)にて行った。Sensor Chip CM5 reserch grade(GEヘルスケア・ジャパン株式会社・BIACORE製)に抗ヒトエリスロポエチンモノクローナル抗体(R&D Systems社製)をアミンカップリングキット(GEヘルスケア・ジャパン株式会社・BIACORE製)でNHS固定化して測定用チップとし、エポジンを標準物質として、装置の定量用プログラムを用いて濃度を測定した。
卵白をカラムにアプライするために、粘性を低下させる前処理を行った。冷蔵保存しておいた卵を室温に戻して割卵し、卵の殻等を用いて卵黄と卵白を分離した後、卵白のみを回収して重量を測定した。卵白をスターラーで攪拌して濃厚卵白を解きほぐし、5倍量の超純水を加え更に攪拌した。この時点で卵白液のpHは9.0〜9.3程度であった。これに1N HClを適宜加えてpH5.0に調整し、15分間以上攪拌した後、9,500G×30分間、4℃で遠心分離した。上清に1M NaOHを加えてpH7.0に調整し、1M Trisバッファー、pH7.0を終濃度50mMとなるよう加えた。このステップにおけるネコ由来エリスロポエチン回収率は最大95%であった。
次いで、ブルーセファロースクロマトグラフィーを行った。前処理後の卵白液500ml(卵白2〜3個分)を、50mM Tris、pH7.0で平衡化した50mlのBlue Sepharose 6 Fast Flow カラム(GEヘルスケア・ジャパン株式会社・アマシャム製)にアプライした。カラムを50mM Tris、pH7.0で十分洗浄した後、200mlの1M NaCl、50mM Tris、pH7.0で溶出した。溶出画分を、4℃の低温室で20mM MES、pH6.2で常法にて一晩透析し、バッファー交換を行った。このステップにおけるネコ由来エリスロポエチン回収率は最大98%であった。
次いで、ヘパリンクロマトグラフィーを行った。20mM MES、pH6.2で平衡化したHiPrep 16/10 Heparin FFカラム(GEヘルスケア・ジャパン株式会社・アマシャム製)に、ブルーセファロース溶出画分(透析後)を2回に分けてアプライし、それぞれ20mM MES、pH6.2でカラムを十分に洗浄した後、NaCl濃度を80mMまで上昇させるグラジエント溶出を行った。カラムは毎回1M NaClおよび0.1M NaOHで再生した。Biacoreにてネコ由来エリスロポエチンの存在が確認された画分を回収した。このステップでのネコ由来エリスロポエチンの回収率は最大80%であった。
次いで、脱塩カラムによるバッファー交換を行った。ヘパリンセファロース溶出画分を分画分子量5,000のビバスピン20(ザルトリウス・メカトロニクス・ジャパン株式会社製)により総量30〜40ml程度に濃縮し、25mM Tris、pH7.0で平衡化したHiPrep 26/10 Desalting(GEヘルスケア・ジャパン株式会社・アマシャム製)に10mlずつアプライし、同バッファーで溶出し、タンパク質を含む画分を回収した。1M NaOHでpH9.0に調整し、さらに1M NaClで電気伝導度が3.0〜3.2mS/cmとなるよう調整した。このステップにおけるネコ由来エリスロポエチン回収率は最大95%であった。
次いで、陰イオン交換カラムクロマトグラフィーを行った。バッファー交換後のサンプルを、25mM Tris、pH9.0、電気伝導度3.0〜3.2mS/cmで平衡化した5mlのHiTrap DEAE FF カラム(GEヘルスケア・ジャパン株式会社・アマシャム製)に2回に分けてアプライし、それぞれ素通り画分を回収した。カラムは毎回1M NaClで再生した。分画分子量5,000のビバスピン20により、総量2〜3ml程度まで濃縮した。このステップでのネコ由来エリスロポエチン回収率は、最大92%であった。
ゲルろ過クロマトグラフィーを行った。濃縮後のサンプルを、50mM ホウ酸バッファー、pH9.0もしくは他の適当なバッファーで平衡化したSuperdex 200 10/300 GLカラム(GEヘルスケア・ジャパン株式会社・アマシャム製)にアプライして同バッファーで溶出した。Biacoreにてネコ由来エリスロポエチンの存在が確認された画分を回収し、分画分子量5,000のビバスピン6にて総量1〜2ml程度にまで濃縮した。このステップでのネコ由来エリスロポエチン回収率は最大93%であった。
精製各ステップでの回収画分について、SDS−PAGEを行った。サンプルはe・パジェル12.5%を用いて、変性条件で泳動し、Bio−Safe Coomassie Stain(バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社製)で検出した。
卵白から精製したネコ由来エリスロポエチンについて、後述の方法により、Baf/EPOR細胞増殖アッセイを行った。その結果比活性は160,000〜290,000IU/mgであった。
ネコ由来エリスロポエチンへのPEG付加は、以下のように行った。
(実施例1)PEGを付加したネコ由来エリスロポエチン(PEG化ネコEPO)の合成反応
精製したネコEPO溶液(20mMリン酸緩衝液 pH=7.0)を用いて、以下のPEG試薬を添加した。
分子量5,000直鎖PEG(日油株式会社製:ME−050HS)
分子量20,000直鎖PEG(日油株式会社製:ME−200HS)
分子量40,000直鎖PEG(日油株式会社製:ME−400HS)
分子量2,0000分岐PEG、分岐数1(日油株式会社製:GL2−200GS2)
ネコEPOとPEG試薬とをモル比で1:5の割合で混合後、4℃で混和しながら反応させた。PEGの付加により、まずモノPEG体が生成し、次にジPEG体が生成し、その後オリゴPEG体が生成するため、HPLC(株式会社島津製作所製)により各PEG体の生成状態をモニタリングして十分量得られた段階で反応を停止させた。なお、カラムには、YMC Pack Diol−200(順相系、株式会社ワイエムシィ製)を用いた。
各PEG体が充分量生成したところで、反応停止剤として、100mMグリシン溶液を1/10量加え、4℃で1時間混和しながら反応を停止させ、反応液を透析(50mM酢酸緩衝液、pH=4.5)した。
(実施例2)PEG反応液の精製によるPEG化ネコEPOの分離精製
PEG反応により生成した、モノPEG体、ジPEG体、オリゴPEG体および未反応PEG、未反応EPOを分離回収するため、陽イオン交換カラムにより分離精製を行った。
反応液を陽イオン交換カラム(MacroCapSP:GEヘルスケア・ジャパン株式会社製)により分離精製した(結合:50mM酢酸緩衝液(pH=4.5)、溶出:1M NaClグラジエント)。オリゴPEG体、ジPEG体、モノPEG体の順に塩濃度により単離溶出されるピークを分取し、それぞれを透析(20mMリン酸緩衝液(pH=7.5)、150mM NaCl)した。分散剤として、ポリソルベート80(和光純薬工業株式会社製)を0.05%(V/V)添加し、投与サンプルとした。
(評価1)ネコEPO及びPEG付加ネコEPOの活性測定
実施例2で合成した各種PEG化ネコEPOのin vitro活性測定を行った。
ネコEPOの活性は、EPO依存性細胞株であるBaF/EPOR細胞((財)化学及血清療法研究所)による細胞増殖アッセイ(特開平10−94393号公報)により行った。細胞増殖アッセイはエポジン(中外製薬株式会社製)を標準エリスロポエチンとして、増殖の検量線を描きそれを元に未知サンプルのEPO活性を測った。BaF/EPOR細胞用培地として5%の牛胎児血清(Fetal Bovine Serum,FBS)と50units/mlのペニシリン、及びストレプトマイシンを含むRPMI1640リキッド培地(日水製薬株式会社製)を用いた。通常のBaF/EPOR細胞の培養の際には終濃度1U/mlとなるようにエポジンを加えた。細胞増殖アッセイには対数増殖期にある細胞を用いた。
BaF/EPOR細胞で細胞増殖アッセイを行うため、まず培地中のエポジンを除去した。培養したBaF/EPOR細胞を1000rpmで5分間遠心分離した。上清を取り除き、沈殿にエポジンを含まない培地を10ml加え懸濁した。同様の操作を3度行い培地中のエポジンを除去した。細胞を計数し、エポジンを含まない培地で55555Cells/mlの濃度になるように希釈した。96穴マイクロタイタープレートの各ウェルに90μLずつ播種した。これに、培地で25、16、10、6.4、4.0、2.5、1.6、1.0U/mLとなるよう希釈したエポジンを10μLずつ加え、一様になるよう懸濁した(EPOの終濃度はそれぞれ2.5、1.6、1.0、0.64、0.4、0.25、0.16、0.1U/mLとなる)。
アッセイに用いるサンプルは培地で2〜4倍程度ずつ段階希釈し、検量線の測定範囲内に入るようにし、播種した細胞中に10μLずつ加え、一様になるよう懸濁した。標準サンプル、未知サンプル共に同じものを3点測った。2日間培養し、Cell Counting Kit−8(株式会社同仁化学研究所製)溶液を各ウェルに10μLずつ添加した。1〜4時間呈色反応を行った後、0.1mol/Lの塩酸を10μL加え反応を停止し、マイクロプレートリーダーを用い、450nmの吸光度を測定した。標準サンプルの測定結果を対数近似し、近似式を求めた。求めた近似式よりサンプルの活性を換算した。
測定結果を表1に示した。
Figure 0006018667
(評価2)ラットへの皮下投与試験
実施例2で調製されたサンプルをラットに皮下投与した。
雄性ラット(日本チャールス・リバー株式会社製、SPF、7週齢)に303μg/kgとなるようにサンプル溶液を単回皮下投与した。実験の群および投与サンプルを表2に示した。
Figure 0006018667
(評価3)ラット網状赤血球数の測定
皮下投与前をDay0とし、皮下投与後、4、7、10、14日に経時的に頚静脈より採血した。採血した全血を用いて、末梢血における網状赤血球数を測定した(メチレンブルー染色法:株式会社ランス)。網状赤血球数の変化を図1〜図4に示した。
(評価4)水溶性長鎖分子が付加されたエリスロポエチンの含量の測定方法
水溶性長鎖分子が付加されたエリスロポエチン溶液は、20mMリン酸緩衝液(pH=7.5)により透析を行う。分光光度計(Gene Quant pro:GEヘルスケア・ジャパン株式会社・アマシャム製 code 80−2114−98)およびUVセルを用いて20mMリン酸緩衝液(pH=7.5)をブランクとして、280nmの波長での吸光度が0.1となるようにリン酸緩衝液を用いて調製する。
この溶液に等量のLaemmli sample buffer(バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社製 code 161−0737に終濃度350mMとなるようDTTを加える)を添加し、95℃ 5分熱変性を行った後、氷上で急冷したものをサンプルとし、2μlを電気泳動する。電気泳動は、ゲルとしてe−PAGEL(アトー株式会社製 E−R12.5L)を用い、泳動装置としては、PAGERUN(アトー株式会社製 Model AE−6531)を用いて、ゲル1枚あたり20mAに設定のあと、80分間電気泳動する。電気泳動が終了したら、ゲル板からゲルをはがし、超純水(Milli−Q:日本ミリポア株式会社製 MILLIPORE ZMQS7V0T1)に30分浸漬する。超純水を除き、固定化溶液に30分浸漬し、ゲルを固定化処理する。固定化溶液を除き、染色液を加えて3時間以上6時間未満の時間浸漬する。染色液を除き、固定化溶液に浸漬し、ゆるやかに振とうしながら60分洗浄し、洗浄に用いた固定化溶液を除く。新しい固定化溶液を加え、ゆるやかに振とうしながら60分洗浄を行う。
2回の洗浄のあと、ChemiDoc XRS(バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社製)により、紫外線照射を行いながらゲルのイメージを取り込む。ソフトウェアとしてはQuantity One ver.4.6(バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社製)を用いて、イメージ中のバンドの蛍光強度を測定する。Frame Laneによりレーン指定を行った後、Lane Backgroundで表示されるIntensityのエリア比率により含有量を算出する。複数のバンドが確認される場合、目的とする分子量のバンドの蛍光強度の全バンドの蛍光強度に占める割合を含有率と規定する。
なお、20mMリン酸緩衝液(pH=7.5)、固定化溶液、染色液はそれぞれ以下のものを用いた。
(i)20mMリン酸緩衝液(pH=7.5)
1Lの超純水に対し、以下の試薬を溶解させたものとする。
リン酸二水素ナトリウム2水和物(和光純薬工業株式会社製 192−0825)0.59g
リン酸水素二ナトリウム12水和物(和光純薬工業株式会社製 196−02835)5.8g
塩化ナトリウム(ナカライテスク株式会社製 31320−05)8.76g
(ii)固定化溶液
超純水を用いて以下の割合となるように調製された水溶液とする。
10%メタノール(ナカライテスク株式会社製 21915−93)
7%酢酸(ナカライテスク株式会社製 00212−85)
(iii)染色液
SYPRO Ruby Protein Gel Stain(Lonza cat.50564)

Claims (7)

  1. 下記工程(A)および(B):
    (A)配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するポリペプチド、
    配列番号1に記載のアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなるポリペプチドであって、BaF/EPOR細胞による細胞増殖アッセイでエリスロポエチン活性を有するポリペプチド、又は
    配列番号1に記載のアミノ酸配列に対して、1個又は複数個のアミノ酸を置換、欠失、挿入、及び/又は付加したポリペプチドであって、BaF/EPOR細胞による細胞増殖アッセイでエリスロポエチン活性を有するポリペプチド
    のいずれかをコードする遺伝子を含む、動物細胞、原核生物、酵母、または組換え動物である宿主においてエリスロポエチンを製造する工程、
    (B)全エリスロポエチン中の50%以上に、分子量が20〜40kDaの直鎖のポリエチレングリコール、前記エリスロポエチンのリジン78残基を含めた2箇所に付加する工程
    を含む、ポリエチレングリコールでリジン78残基が修飾されたエリスロポエチンを含む医薬組成物の製造方法。
  2. 宿主がCHO細胞または遺伝子組み換え鳥類である、請求項1に記載の製造方法。
  3. 医薬組成物がヒト及び/又は動物において7日以上持続する造血効果を有する、請求項1または2に記載の製造方法。
  4. 動物がネコ科及び/又はイヌ科の動物であることを特徴とする、請求項3に記載の製造方法。
  5. 医薬組成物が溶液又はゲルであり、前記溶液又はゲルのpHが4以上8以下である、請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。
  6. 溶液組成が哺乳動物の体液浸透圧およびpHと実質的に同等であって、投与時に痛みがないことを特徴とする請求項5に記載の製造方法。
  7. 医薬組成物が、前記宿主において反復投与してもエリスロポエチンに対する抗体が産生しないものである、請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。
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