JP6158714B2 - ナノ粒子デリバリーシステム、その製造および使用 - Google Patents
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Description
本発明の熱感受性リポソームは、生理学的pHの水性媒質中で測定した時に、表面静電気が好都合には−20mV以下または+20mV以上であるナノ粒子を封入する熱感受性脂質膜を含む。該封入されたナノ粒子は治療薬または診断薬として用いることができる。
本発明は、先に記載のナノ粒子デリバリーシステムを含む医薬組成物および診断用組成物、およびその使用にも関する。
目的部位に達する薬剤量を増加し、身体の他の健康な部分に送達される量も減少させる部位特異的薬剤送達ビークルの必要性が、特に毒性化学療法剤について永きにわたり認識されてきた。副作用を減少させるかまたは排除することができるそのようなビークルは、該治療を著しくより低毒性かつより有効にするだろう。リポソームは、治療薬または診断薬のためのナノスケールの送達ビークルとして10年におよび臨床的存在であった。
あらゆる薬剤送達ビークルが直面する最大の問題は、疾患部位に特異的に制御可能な速度で該ビークルからの封入した薬剤の完全な放出を可能にすることである。
特に、これらの系は、人体の深部構造中で外部活性型ナノ粒子の送達および放出を可能にする。診断および/または治療的手段として用いることができる効率的活性型ナノ粒子の例は、WO2007/118884、WO2009/147214、およびWO2011/003999に本発明者らが記載した。
本発明者らは、TmまたはTm以上で破壊される熱感受性リポソームであって、該リポソームがナノ粒子を封入する熱感受性脂質膜を含み、生理学的pH(6〜8)の水性溶媒中で測定したときにナノ粒子の「表面静電気」(本明細書では「荷電」または「表面荷電」ともいう)が−20mV以下または+20mV以上であり、該ナノ粒子が治療薬または診断薬として用いることができる、該リポソームを提供する。
ナノ粒子放出の正確で効率的な制御も(送達に加えて)今や可能である。本明細書に記載の熱感受性リポソームからのナノ粒子の放出は、Tmと等しいかまたはTm以上の温度Trで本発明者らにより証明された。リポソーム膜破壊(膜の物理的崩壊、断裂、または破壊)の原因となるナノ粒子と脂質二重層の相互作用は、この驚くべき結果を説明しうる(図4E、黒矢印参照)。
本明細書において本発明者らは、Tm(ゲル−液晶相転移温度)またはTm以上で破壊される熱感受性リポソームを提供する。このリポソームは、対象に治療薬または診断薬として用いることができるナノ粒子を封入する熱感受性脂質膜を含む。
用語「リポソーム」は、小胞内媒質を外部媒質から分離する膜を形成する両親媒性分子の少なくとも1の二重層からなる球状小胞を表す。小胞内媒質は、該リポソームの内部水性コアを構成する。親水性分子または成分は、当業者に知られ、さらに本明細書で以下に記載の能動封入法を介してリポソームの内部水性コア内に封入することができる。疎水性分子または成分は、該膜の内側に取り込むことができる。
該二重層を構成する両親媒性分子は、脂質、より具体的にはリン脂質である。リン脂質分子の両親媒性特性は、リン酸基およびグリセロール基で構成される親水性頭部と1または2の脂肪酸で構成される疎水性尾部の存在による(図1参照)。
脂肪酸の鎖長の増加は、主相遷移温度を増加させる。例えば、炭素数9〜24の範囲の鎖長を有する飽和ジアシルホスファチジルコリンについては、Tmは、1/n(nは、脂肪アシル鎖中の炭素原子数である)に直線的に依存し、Tmは、n=16の41℃からn=24の80℃に増加する。
該ホスファチジルコリンは、ジパルミトイルホスファチジルコリン(DPPC)、ジステアリルホスファチジルコリン(DSPC)、水素添加ダイズホスファチジルコリン(HSPC)、モノパルミトイルホスファチジルコリン(MPPC)、モノステアリルホスファチジルコリン(MSPC)、およびそのあらゆる混合物から選ぶことができる。
好ましい態様において、コレステロールは、25 mol%より少ないモル比で加える。
特定の態様において、前記化合物のモル比は、好ましくは100:50:30:6または100:33:27:7である。
特定の態様において、前記化合物のモル比は、好ましくは100:12:5である。
特定の態様において、前記化合物のモル比は、好ましくは100:12:5である。
そのような生体適合性コーティングは、リポソームを表面処理剤で処理することにより得られる。
該コーティングは、好都合にはin vivoでのリポソームの完全性を維持し、その任意の機能化を促進する(例えばスペーサー分子、生体適合性ポリマー、ターゲッティング剤、タンパク質などによる)。
非生分解性コーティングの例には、糖(例えばアガロース)、飽和炭素ポリマー(例えばポリエチレンオキシド)(網状または非網状、修飾または非修飾(例えばポリメタクリレートまたはポリスチレン))、およびその組み合わせからなる群から選ばれる1またはそれ以上の物質もしくは表面処理剤がある。
ターゲッティング剤の立体配座はその標的との相互作用に関与するので、該ターゲッティング剤の密度は、当業者に知られた方法で注意深く調節すべきである。実際に、それが高密度であれば、ターゲッティング剤の立体配座を混乱させ、その結果、標的細胞による認識を混乱させうる(例えば、J A Reddy et al. Gene therapy 2002;9:1542;Ketan B. Ghaghada et al. Journal of Controlled Release 2005;104:113参照)。さらに、高標的剤密度は、血管系を循環中に細網内皮系(RES)によるリポソームクリアランスに有利に働きうる。
本発明の生成物および組成物は、多くの分野、特にヒトの医療および獣医学に用いることができる。
封入ナノ粒子は、熱感受性リポソームから放出されると治療薬または診断薬として用いることができ、その構造はその意図する機能に直接依存するだろう。
「コア」は、単一粒子(クリスタルまたは晶子)または粒子の凝集物(クリスタルまたは晶子の凝集物)を表しうる。
粒子の形状は標的部位に送達されるとその「生体適合性」が影響をうけうるので、全く均質な形状を有する粒子が好ましい。薬物動態的理由により、本質的に球状、丸、または卵形のナノ粒子が好ましい。球状または丸形が特に好ましい。
ナノ粒子を治療薬として用いる場合は、該サイズは、約5nm〜約100nm、例えば約5nm〜80nm、例えば約10nm〜約80nm、好都合には約10nmまたは20nm〜約70nm、好ましくは約15〜約60nm、または約10nmまたは15nm〜約50nmに含まれる。
ナノ粒子を診断薬として用いる場合は、該サイズは、好都合には、約2nm〜約10nm、例えば約4nm〜約8nmに含まれる。
磁性物質には、例えば、好ましくはオキシド、ヒドロキシド、または金属の形の、鉄、ニッケル、コバルト、ガドリニウム、サマリウム、ネオジミウム、およびそのあらゆる混合物が含まれる。
具体例において、コアを形成する物質は、酸化第一鉄および酸化第二鉄からなる群から選ばれる。本発明の好ましい態様において、オキシドナノ粒子は磁鉄鉱または磁赤鉄鉱でできている。
混合物質を用いて磁場とナノ粒子の相互作用を最適化することもできる。固体溶液形(種々の物質の無作為混合物として当業者に周知である)、例えばCoFe2O4を混合物質として用いることができる。さらに、分離(demixed)相の固体溶液、例えばFe2O3/Coを用いることができる。磁性物質を治療用物質として用いる場合は、強磁性物質が好ましい。
磁性物質を診断用物質として用いる場合は、超常磁性物質が好ましい。
原子番号(陽子数としても知られる)は、原子核中にみられる陽子の数である。原子番号は、伝統的に記号Zにより表される。原子番号は、化学元素を一意的に同定する。中性荷電の原子において、原子番号は電子数に等しい。
Zは、ナノ粒子の流入放射線吸収能に関与する。
本発明の文脈において、無機酸化物の混合物も可能である。
該金属は、以下から選ばれうる:金(Au − Z=79)、銀(Ag − Z=47)、プラチナ(Pt − Z=78)、パラジウム(Pd − Z=46)、スズ(Sn − Z=50)、タンタルム(Ta − Z=73)、イッテルビウム(Yb − Z=70)、ジルコニウム(Zr − Z=40)、ハフニウム(Hf − Z=72)、テルビウム(Tb − Z=65)、ツリウム(Tm − Z=69)、セリウム(Ce − Z=58)、ジスプロシウム(Dy − Z=66)、エルビウム(Er − Z=68)、ユーロピウム(Eu − Z=63)、ホルミウム(Ho − Z=67)、ランタヌム(La − Z=57)、ネオニジウム(Nd − Z=60)、プラセオジニウム(Pr − Z=59)、およびそのあらゆる混合物。
本発明の文脈において、ナノ粒子のコアは、無機酸化物および金属の混合物で構成されうる。
生理学的pHの水性媒質中で測定したときに、ナノ粒子の-20mV以下または+20mV以上の表面静電気の存在に関与するコーティングは、無機または有機表面コーティングでありうる。
例えば、マグネシウムおよびカルシウムからなる群から選ばれる無機物質は、pH7のナノ粒子表面に正荷電(+20mV以上)をもたらすだろう。
別の態様において、シリシウム基は、pH7のナノ粒子表面に負荷電(−20mV以下)をもたらすのに用いることができる。
表面をコーティングする有機分子は、2つの基RおよびXを有する。Xの機能は、ナノ粒子表面と相互作用することであり、Rの機能はナノ粒子表面にその特異的特性を与えることである。
Xは、例えば、カルボキシレート(R−COO−)、シラン(R−Si(OR)3)、ホスホニック(R−PO(OH)2)、ホスホリック(R−O−PO(OH)2)、ホスフェート(R−PO4 3−)、およびチオール(R−SH)基から選ぶことができる。
Rは、生理学的pHの水性サスペンジョン中のナノ粒子に少なくとも電子表面荷電をもたらす。
Rがナノ粒子表面に正荷電をもたらす場合は、Rはアミン(NH2−X)でありうる。Rがナノ粒子表面に負荷電をもたらす場合は、Rはホスフェート(PO4 3−−X)またはカルボキシレート(COO−−X)でありうる。
ナノ粒子表面に負荷電(−20mV以下)をもたらす有機コーティングは、例えば、ポリホスフェート、メタホスフェート、ピロホスフェートなどからか、または、例えば、クエン酸またはジカルボン酸(特にコハク酸)から選ばれうる。
また、静電コーティングは好都合に「フルコーティング」である。
Rは、タンパク質上に存在するアミン、カルボキシル、またはチオール基と共有結合的に相互作用することができる反応基、例えば、スクシンイミジルエステル基(アミン基と反応する)および/またはマレイミド基(カルボキシル基と反応する)でありうる。
そのようなターゲッティング基は、典型的には、ナノ粒子が標的部位に蓄積し、TmまたはTm以上の温度で熱活性化するとリポソームから放出されると作用する。
ナノ粒子は、さらに、スクシンイミジルエステルおよびマレイミド基から選ばれるカップリング基、および/またはペプチド、オリゴペプチド、ポリペプチド、タンパク質、核酸、ホルモン、ビタミン、酵素、腫瘍抗原のリガンド、ホルモンレセプター、サイトカインレセプター、および成長因子レセプターから選ばれるターゲッティング基を含むことができる。
ナノ粒子が標的細胞に取り込まれるかまたは接触すると、治療的ナノ粒子の効率は増大する。この目的を達成するために、典型的には、ナノ粒子表面特性を、標的細胞と相互作用するのに有利に働くように修飾する。例えば、ナノ粒子表面の電子荷電を修飾するか、または該表面を本明細書に記載のターゲッティング基またはターゲッティング剤と結合させることができる。
しかしながら、ほとんどの場合、そのような修飾は、ナノ粒子の生体内分布に有害である。
電離放射線は、典型的には5KeV〜約25000KeV、具体的には約5KeV〜約6000KeV(LINAC供給源)、または約5KeV〜約1500KeV(例えばコバルト60供給源)でありうる。X線供給源を用いる特に好ましい電離放射線は、典型的には約50KeV〜約12000KeV、例えば約50KeV〜約6000KeVである。
線量は、特に局所、ex vivoまたはin vivo適用では、約0.05Gray以上および約16もしくは30Gray以下を含む。
総電離放射線は、現在の慣例に従ってヒトにおいて、約1.5Grayから約85Gray以下である。約40Grayのさらなる照射ブーストを現在の慣例に従ってヒトに与えることもできる。
−表面標的組織に対して特に有効な50〜150keVのX線;
−6cmの組織圧を透過することができる200〜500keVのX線(慣用電圧);
−1000keV〜25,000keVのX線(メガボルト)。例えば、前立腺癌治療のためのナノ粒子の電離(イオン化)は、エネルギー15,000keVの5焦点X線により行うことができる。
適切な非振動または安定磁場は、典型的には0.5〜5Teslaの範囲の磁場を有する標準的MRI装置において利用可能である。
磁場に暴露する場合は、暴露の持続時間に応じて、磁性ナノ粒子は、細胞または組織破壊を可能にする(持続時間:数分間、例えば2または5分間〜120分間)。
熱感受性リポソームは、外科的に除去することができない進行腫瘍に用いることもできる。
ナノ粒子の制御送達は、in vivo画像化および/または診断目的にも望ましく、今や該ナノ粒子を本発明にしたがって熱感受性リポソームに封入することにより可能である。
ナノ粒子を異常組織または細胞を検出または可視化するための診断薬として用いる場合は、そのコアは好都合には画像化物質からなる。
そのような画像化物質は、好都合には、あらゆる磁性物質、例えば先に記載の酸化第一鉄および酸化第二鉄から選ぶことができる。例えば、本発明に用いるナノ粒子は、MRIで可視的なγ−Fe2O3(磁赤鉄鉱)またはFe3O4(磁鉄鉱)でできたコアを有する。
画像化物質も、断層像影装置(CTスキャナー)下で可視的なあらゆる高電子密度物質、例えばHfO2またはAuから選ぶことができる。
腫瘍塊がなければ、ナノ粒子は、腎臓を介して血流から排除され、シグナル増加や変動は検出または可視化されないだろう。
このアプローチは、伝統的バイオプシーに比べて好都合な非侵襲性技術を構成する。
本明細書に記載の熱感受性リポソームは、さらに、特定の治療に対する腫瘍の反応を評価し、患者の臨床的結果(進行無しの生存)を予測する情報を提供することができる。
TmまたはTm以上で熱感受性リポソームから放出されるナノ粒子は、標的部位のタンパク質と相互作用する。該タンパク質のポピュレーションで被われたナノ粒子は、尿中に回収することができる。次に、尿試料を処理してナノ粒子を濃縮し、次いで、タンパク質の酵素的消化およびペプチド断片の分析後に例えば質量分析を用いてタンパク質ポピュレーションを分析することができる。あるいはまた、磁性ナノ粒子を例えば磁気回収装置を用いて標的部位から回収することができる。
中心サイズ分布が5nmの酸化鉄ナノ粒子を、第一鉄および第二鉄イオンの共沈殿により合成する(出典:US4329241;Bacri et al.、J. Magn. Magn. Mat.、1986;62:36−46)。
簡単には、イオン強度が制御された反応媒質は、pH12に維持した硝酸ナトリウム3Mの溶液からなる。Fe(III)/Fe(II)のモル比が2に等しい第一鉄および第二鉄イオンの3M硝酸ナトリウム溶液を調製し、混合下で反応媒質に徐々に加えると、急速に黒色になる。次に、全溶液を混合下、周囲温度で一夜熟成させる。
実施例2:30nmサイズの酸化鉄ナノ粒子の製造
フェライトナノ粒子を磁石で沈殿させ、上清を除去した。ナノ粒子表面の過塩素酸(HClO4)によるペプチゼーションは、HClO4 1M溶液でペレットを希釈することにより行った。
実施例3:ナノ粒子の表面処理
ヘキサメタリン酸ナトリウムのサスペンジョンを実施例1から得られる酸化鉄ナノ粒子のサスペンジョンに加え(加えたヘキサメタリン酸ナトリウムの量はLD50/5以下である)、該サスペンジョンのpHを6〜8を含むpHに調整する。電子表面荷電(<−20mV)を、6〜8を含むpHの水性媒質中にナノ粒子を懸濁した0.2〜2g/Lの濃度のナノ粒子サスペンジョンを用い、633nm HeNeレーザーを用いるZetasizer NanoZS(Malvern Instruments)によるゼータ電位測定により測定する。
第一シリカ飽和(注入)を粒子溶液にケイ酸ナトリウムを加えて行う(240mL蒸留水中、実施例2由来の粒子1gを780μL)。残ったケイ酸ナトリウムを水に対して遠心分離して除去する。粒子125mgを、0.6mモルのテトラオルトシリケートを含む水/エタノール(1/4)溶液に分散させる。シリカ前駆体の加水分解および凝縮をバルクにアンモニウム溶液を加えて促進する。溶液を一夜インキュベーションし、次いで粒子を蒸留水中で遠心分離して洗浄する。コートした粒子を水中に保つ(pHを約7.4に調整する)。
電子表面荷電(<−20mV)を6〜8を含むpHの水性媒質中にナノ粒子を懸濁した0.2〜2g/Lの濃度のナノ粒子サスペンジョンを用い、633nm HeNeレーザーを用いるZetasizer NanoZS(Malvern Instruments)によるゼータ電位測定により測定する。
酸性媒質中で触媒された加水分解−縮合プロセスの結果、PEO−シランを、酸化鉄ナノ粒子表面(実施例1のナノ粒子)上に共有結合グラフトさせる。PEO−シランのサスペンジョンを、実施例1で得られる酸化鉄ナノ粒子に加える。典型的には、PEO−シラン(92%wt)溶液246μLを、酸化鉄、75g/Lのナノ粒子溶液2mLに加える。次に、該溶液のpHを6〜8を含むpHに調整する。
電子表面荷電(+8mV)を6〜8を含むpHの水性媒質中にナノ粒子を懸濁した0.2〜2g/Lの濃度のナノ粒子サスペンジョンを用い、633nm HeNeレーザーを用いるZetasizer NanoZS(Malvern Instruments)によるゼータ電位測定により測定する。
実施例4:ナノ粒子を含むリポソームの製造
ナノ粒子含有リポソームを、脂質フィルム再水和法を用いて製造する(Bangham et al.、J. Mol. Bio.、1965;13:238−252;Martina et al.、J. Am. Chem. Soc.、2005;127:10676−10685):
a) 脂質をクロロホルム中で可溶化する。最後にクロロホルムを窒素流下で蒸発させる。脂質フィルムの再水和を実施例3.1に記載の酸化鉄溶液2mLを用いて55℃で行い、脂質濃度を50mMとする。
以下の脂質組成物を用いる:ジパルミトイルホスファチジルコリン(DPPC)、水素添加ダイズホスファチジルコリン(HSPC)、コレステロール(Chol)、およびペグ化ジステアリルホスファチジルエタノールアミン(DSPE−PEG2000)(モル比100:33:27:7(DPPC:HSPC:Chol:DSPE−PEG2000))。
b) 試料を液体窒素および55℃に調節した水浴に連続的に入れることにより凍結−解凍サイクルを20回行う。
c) サーモバレル押出機(thermobarrel extruder)(LIPEX(登録商標)Extruder、Northern Lipids)を用いて、制御温度および圧下でナノ粒子含有リポソームのサイズを較正した。すべての場合で、押出は、2〜20barの範囲の圧下、55℃で行った。
d) 非封入粒子の分離は、Sephacryl S1000ろ過ゲルを用いるサイズ排除クロマトグラフィにより行う。
e) 溶出プロフィールは、第一鉄イオン/フェナントロリン比色反応(出典:Che et al.、Journal of Chromatography B、1995;669:45−51、およびNigo et al.、Talanta、1981;28:669−674)を介するUV可視分光法(Cary 100 Varian分光計)により磁性ナノ粒子を定量することにより決定する。リポソーム含有分画を回収する(図3、第一ピーク)。リポソーム中の酸化鉄濃度は1〜2.5g/Lの範囲である。
そのような組成物のTmは43℃である。
工程a)で以下の脂質組成物を用いる以外は先に記載の方法に従った:水素添加ダイズホスファチジルコリン(HSPC)、コレステロール(Chol)、およびペグ化ジステアリルホスファチジルエタノールアミン(DSPE−PEG2000)(モル比100:65:7(HSPC:Chol:DSPE−PEG2000))。
工程a)、b)、およびc)において、脂質フィルムの再水和、解凍サイクル、および押出プロセスは62℃で行う。
実施例3.3から得られるナノ粒子を用いる以外は先に実施例4.1に記載の方法に従った。
実施例5:ナノ粒子の放出
Claims (14)
- ゲル−液晶相転移温度(Tm)またはTm以上で破壊される熱感受性リポソームであって、該リポソームが少なくともホスファチジルコリンを含む熱感受性脂質膜を含み、該熱感受性脂質膜がナノ粒子を封入し、該ナノ粒子が治療薬または診断薬として用いることができ、
各ナノ粒子が、i)最大寸法が100nm未満の無機コアを含み、ii)該ナノ粒子の表面に−20mV以下または+20mV以上の静電気が存在する原因となる物質で完全にコートされており、該物質が、ヘキサメタリン酸ナトリウムまたはシリカであり、該静電気が、サスペンジョン中のナノ粒子の濃度が0.2〜8g/Lである場合にpH6〜8の水性媒質中でゼータ電位測定により測定される、熱感受性リポソーム。 - 該熱感受性脂質膜がさらにコレステロールを含む請求項1記載の熱感受性リポソーム。
- 該熱感受性脂質膜が、ジパルミトイルホスファチジルコリン、水素添加ダイズホスファチジルコリン、コレステロール、およびジステアリルホスファチジルエタノールアミン−メトキシポリエチレングリコールを含む請求項1または2に記載の熱感受性リポソーム。
- 該熱感受性脂質膜が、ジパルミトイルホスファチジルコリン、ジステアリルホスファチジルエタノールアミン−メトキシポリエチレングリコール、およびモノパルミトイルホスファチジルコリンもしくはモノステアリルホスファチジルコリンを含む、請求項1記載の熱感受性リポソーム。
- 該ナノ粒子が、さらにスクシンイミジルエステルおよびマレイミド基から選ばれるカップリング基を含む請求項1記載の熱感受性リポソーム。
- 該ナノ粒子が、さらに、ペプチド、オリゴペプチド、ポリペプチド、タンパク質、核酸、ホルモン、ビタミン、酵素、腫瘍抗原のリガンド、ホルモンレセプター、サイトカインレセプター、および成長因子レセプターから選ばれるターゲッティング基を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の熱感受性リポソーム。
- 該リポソームの最大サイズが50〜500nmである、請求項1〜6のいずれかに記載の熱感受性リポソーム。
- 該リポソームの最大サイズが50〜250nmである、請求項7に記載の熱感受性リポソーム。
- 該リポソームの破壊が該荷電ナノ粒子の放出をもたらす、請求項1〜8のいずれかに記載の熱感受性リポソーム。
- Tmが39℃〜45℃である、請求項1〜9のいずれかに記載の熱感受性リポソーム。
- ナノ粒子を治療薬として用いるときの、各ナノ粒子のコアの最大寸法が5nm〜100nmである、請求項1〜10のいずれかに記載の熱感受性リポソーム。
- ナノ粒子を治療薬として用いるときの、各ナノ粒子のコアの最大寸法が10nm〜50nmである、請求項11に記載の熱感受性リポソーム。
- ナノ粒子を診断薬として用いるときの、各ナノ粒子のコアの最大寸法が2nm〜10nmである、請求項1〜12のいずれかに記載の熱感受性リポソーム。
- 請求項1〜13のいずれかに記載の熱感受性リポソームおよび医薬的に許容される担体を含む治療または診断用組成物。
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