JP6175080B2 - Jcv−vlpに基づく新規薬物送達系 - Google Patents

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Description

本発明は、薬物送達系としての使用のためのヒトポリオーマウイルスのタイプのウイルス様粒子(VLP)の使用に関する。
近代の医薬における主な課題の1つは、薬物送達である。選択される作用部位(たとえば選択される器官、組織、細胞型、または細胞の微小区画(microcompartment)など)への薬物送達は、薬物ターゲッティングと呼ばれる。薬物ターゲッティングによれば、この特定の部位での薬物濃度の増加が、薬物の全身的な適用でも可能になる。さらに、通常の全身的な適用と違って、身体の残りの部分は、薬物に曝露されないまたは軽い程度に曝露されるだけである。これは、有害な副作用の危険性の低下をもたらし、薬物のより多くの投薬を可能にすることができる。さらに、非常に毒性の薬物(たとえば、癌治療薬において使用される細胞傷害性剤)は、それらの毒性の副作用が薬物送達系によって最小限にされるので、初めて、ヒトに適用可能となり得る。いくつかの場合において、薬物ターゲッティングの他の利点は、薬物が送達の形態によって保護されることから、早い不活性化(代謝)、望まれない吸着、薬物の排泄または望まれない修飾の予防となる。
中枢神経系(CNS)の中への、特に脳の中への薬物送達は、活性成分が、初めに血液脳関門を横断しなければならず、次いで、標的細胞に達しなければならないので、大きな課題となる。
血液脳関門は、毛細血管の内皮によって形成される。これらの内皮細胞は、互いに、いわゆる「タイトジャンクション」によって密接に接続され、それと共に、CNSの中への、ある分子量サイズを超える物質の移行を妨げる。血液脳関門は、したがって、有効な防護壁としての機能を果たす。それは、一方では、CNSへの栄養素の供給を保証し、他方では、CNSからの代謝産物の除去を可能にする。
主な懸念は、血液脳関門を横切る親水性物質の輸送である。すべての有効なインビトロ薬物候補のほぼ95%は、薬理学的に活性な濃度でBBBを通過することができない。そのため、CNS内で薬理学的に適切な薬物の濃度に達するように、脳腫瘍またはCNS感染症などのような多くのCNS疾患の処置は、高度な血漿濃度の薬物を必要とする。これは、有害な副作用の危険性を伴う。そのため、医薬の研究において、BBBを越えてCNSの中への薬物、特に親水性薬剤の輸送を改善するための手段が、求められている。
いくつかのアプローチは、親油性粒子を使用し、これらは、血液脳関門を横切る受容体媒介性の輸送を可能にする。たとえば、この目的のために、特に、ナノ粒子の輸送系が、開発されている。ナノ粒子は、普通、ポリマーから構成され、10〜1000nmのサイズを有する。たいてい、それらは、表面が修飾されている。
これらのナノ粒子は、それらが、BBBにおいて発現される流出ポンプによってCNSから排出されるという問題に、多くの場合、直面する。さらに、それらが、BBBの完全性に影響を与えることが示された(Rempeら、Biochem Bioph Res Comm 2011,406(1):64−69)。したがって、BBBの保護機能は、CNSの中への、望まれない物質または感染性実体(infective entity)の移行による副作用の危険性を含む危険性にさらされる。この実質的な不利益は、薬物送達系としてのナノ粒子の臨床的な適用にとって重大である。
他の可能な薬物送達系は、議論中である。たとえば、β−ガラクトシダーゼコードDNAと結合した、マウスポリオーマウイルスのVP1タンパク質由来の偽カプシドを、静脈内投与の後に、脳の中にそのDNAを送達するために使用することができ、脳におけるβ−ガラクトシダーゼの発現をもたらすことが知られている(Krauzewiczら Gene Therapy 2000,7、1094−1102;国際公開第98/48841号A1もまた参照されたい)。しかしながら、これらの観察は、CNSに対する薬物送達系としての、VLP、特に、ヒトポリオーマウイルスに由来し、かつカーゴが装填されたVLPの適応性に対する合理的な洞察をもたらさない。
そのため、CNS細胞の中への薬物輸送、つまり、BBBを越える薬物送達を可能にする薬物送達系を提供することが本発明の目的である。
国際公開第98/048841号
Rempeら、Biochem Bioph Res Comm 2011,406(1):64−69 Krauzewiczら Gene Therapy 2000,7、1094−1102
本発明者らは、初代ブタ内皮細胞に基づくBBBモデルにおいて、レポータータンパク質をコードする核酸が装填された、ヒトJCV起源のVLPが、BBBを横断し、CNS細胞に核酸を送達することができ、ここで核酸が発現されることを発見した。このモデルは、インビボにおいて、生理学的に完全なBBBを代表するものであると考えられる。そのため、VLPが、活性物質単独ではなく、BBBを横断し、CNSの中に移行することが示される。したがって、ヒトポリオーマウイルスに由来し、カーゴ物質が装填されたVLPは、CNSの中への、特に脳の中への薬物送達系として適している。
本発明者らは、装填されたVLPの横断が、BBBの完全性の損失も、透過性の増加も必要とせず、かつそれらをもたらさないことをさらに発見した。よって、BBBの完全性は、VLPによって実質的に影響を与えられない。したがって、VLPは、CNSの中への望まれない物質または感染性実体の移行による有害な副作用の実質的な危険性を伴うことなく、CNSの中への薬物送達系として使用することができる。
本発明によれば、ヒトポリオーマウイルスに由来し、かつカーゴが装填されたVLPは、カーゴと一緒にBBBを横断するために使用される。重要なことには、VLPによるBBBの横断によって、VLPが、脳内の特異的な細胞集団を標的にするその機能を示し、つまり、標的細胞にカーゴを送達するのを可能にする。本発明との関連において、前記送達は、標的細胞への、標的細胞中の、または標的細胞の中への送達を含む。よって、本発明によれば、機能的VLPは、カーゴと一緒にBBBを横断する。
カーゴ、好ましくは活性物質は、好ましくは、VLPの殻中に完全にカプセル化される。しかしながら、これは、VLPが、たとえば、殻の外側の構造への活性物質の結合を介して、活性物質とさらに結合することができることを除外するものではない。活性物質のいくつかの分子は、さらに、殻内に不完全にカプセル化されてもよい。しかしながら、活性物質の分子の少なくとも1つの部分が、殻中に完全にカプセル化される。
よって、本発明によれば、ヒトポリオーマウイルスに由来するVLPの組成物および活性物質は、薬物送達系として提供され、活性物質(カーゴ)の総量の少なくとも1%、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも5%、少なくとも7%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、より好ましくは少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%、または100%が、VLPの殻中にカプセル化される。
本発明の最も好ましい実施形態において、組成物のVLPが、非凝集性である。非凝集性は、VLPが、水中に懸濁された場合に、別々の粒子を形成することができることを意味する。
したがって、本発明の一態様において、VLPおよび活性物質の同時輸送を可能にする、CNSに対する薬物送達系が、提供される。輸送は、能動的または受動的なものとすることができる。興味深いことに、本発明者らは、VLPが、BBBの流出輸送体によってCNSから除去されないまたは実質的に除去されないことをさらに発見した。
本発明のようなVLPは、BBBを効率的に横断し、かつCNSの中に移行するための表面処理または添加剤の使用を必要としない。よって、本発明の一態様において、薬物送達系が、任意のさらなる表面処理または修飾を伴わず、および添加剤の使用を伴わない粒子構造により提供される。薬物送達系は、好ましくは、無細胞である。
上記に概説されるように、本発明によれば、VLPは、CNSの中への、特に、脳の中への薬物送達のために使用される。脳の中への送達は、たとえば、ヒトポリオーマウイルスの(特にJCVの)天然の指向性を利用することによって、特異的な細胞の中への薬物ターゲッティングを可能にすることができる。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
(項目1)
CNS、特に生きているヒトのCNSに薬物を輸送するための、薬物送達系としての、治療または診断の手順における使用のための、該薬物が装填された、ヒトポリオーマウイルスに由来するVLP。
(項目2)
前記VLPが、JCVに由来する、項目1に記載のVLP。
(項目3)
前記薬物送達系が、前記VLPによってカプセル化された前記薬物と一緒に前記CNSに移行するために血液脳関門を横断する、項目1または2に記載のVLP。
(項目4)
薬物送達系が、生理学的に完全な血液脳関門を横断することを特徴とする、前記項目の少なくとも一項に記載のVLP。
(項目5)
前記VLPが、JCウイルスのVP1タンパク質から構成されることを特徴とする、前記項目の少なくとも一項に記載のVLP。
(項目6)
前記VLPが、静脈内投与のために調製されることを特徴とする、前記項目の少なくとも一項に記載のVLP。
(項目7)
前記VP1が、その全長にわたって、配列番号1によるアミノ酸配列と少なくとも80%同一なアミノ酸配列を含むおよび/または前記VP2が、その全長にわたって、配列番号3によるアミノ酸配列と少なくとも80%同一なアミノ酸配列を含むことを特徴とする、前記項目の少なくとも一項に記載のVLP。
(項目8)
前記薬物が、細胞傷害性剤、放射性核種などのような検出可能な薬剤、タンパク質、ペプチド、および、特に、mRNA、cDNA、プラスミド、またはベクターなどのような、所望のタンパク質をコードする核酸からなる群から選択される核酸、siRNAまたはmiRNAなどのような阻害性核酸、ならびにリボザイムなどのような触媒活性を有する核酸からなる群から選択されることを特徴とする、前記項目の少なくとも一項に記載のVLP。
(項目9)
薬物原料(カーゴ)の総量の少なくとも1%、好ましくは少なくとも15%、より好ましくは少なくとも50%、特に好ましくは少なくとも95%が、前記VLPの殻中に完全にカプセル化される、前記項目のいずれか一項に記載のVLPを含む医薬組成物。
(項目10)
前記VLPが、非凝集性である、項目9に記載の医薬組成物。
A、B−ウェル当たり5×10〜2×1012粒子の濃度でのVP1−VLPの追加の後の相対的な経内皮電気抵抗の推移(AおよびB)(n=3)を示す図である。 A、B−ウェル当たり5×10〜2×1012粒子の濃度でのVP1−VLPの追加の後の相対的な経内皮電気抵抗の推移(AおよびB)(n=3)を示す図である。 特異的なプライマーによりqPCRで測定した、インビトロモデルにおける血液脳関門を通してのDNAを装填したVP1−VLPの通過を示す図である。追加したVLP−BBBモデルにおいて頂端膜側に追加したVLPの数、検出されたVLP−BBBモデルにおいて頂端膜側および基底膜側のプラスミドについて検出された数(n=3)。
静脈内適用の後のマウス身体における生物発光シグナルを示す図である。5μg塩沈殿VLP;50μg塩沈殿VLP;5μgクロマトグラフィー精製VLP;DNAコントロール(レポーター遺伝子プラスミドのみ);VLPコントロール(VP1−VLPカプシドのみ)。例として、腹および背側のそれぞれの群のうちの1匹のマウス。
静脈内適用の後のマウス頭部における生物発光シグナルを示す図である。5μg塩沈殿VLP;50μg塩沈殿VLP;5μgクロマトグラフィー精製VLP;DNAコントロール(レポーター遺伝子プラスミドのみ)。VLPコントロール(バックグラウンドシグナルとして)を差し引いた群における平均の結果。
A、B:ルシフェラーゼプラスミドDNAを装填したVP1−VLPを利用したCos7細胞の形質導入を示す図である。RLU−相対発光量(Relative Light Unit);充填25μg VLP−ルシフェラーゼプラスミドを充填した25μg JC VP1−VLP;充填50μg VLP−ルシフェラーゼプラスミドを充填した50μg JC VP1−VLP;混合50μg VLP−ルシフェラーゼプラスミドと混合した50μg JC VP1−VLP;DNAコントロール−ルシフェラーゼプラスミドコントロール。 A、B:ルシフェラーゼプラスミドDNAを装填したVP1−VLPを利用したCos7細胞の形質導入を示す図である。RLU−相対発光量(Relative Light Unit);充填25μg VLP−ルシフェラーゼプラスミドを充填した25μg JC VP1−VLP;充填50μg VLP−ルシフェラーゼプラスミドを充填した50μg JC VP1−VLP;混合50μg VLP−ルシフェラーゼプラスミドと混合した50μg JC VP1−VLP;DNAコントロール−ルシフェラーゼプラスミドコントロール。
脳切片の免疫組織化学的分析を示す図である。左のカラムは、細胞核のDAPI染色を示し、右のカラムは、蛍光標識タンパク質を示す:A−ネガティブコントロール;B−VP1タンパク質のFITC蛍光染色;C−ルシフェラーゼタンパク質のFITC蛍光染色。
乏突起膠細胞マーカーOlig2とのVP1タンパク質の共存についてのネガティブコントロールを示す図である。左上のパネルは、DAPI染料による細胞核の染色を示す。右上のパネルは、抗VP1抗体を使用しない蛍光検出の後のシグナルを示す。左下のパネルは、抗Olig2抗体を使用しない蛍光検出の後のシグナルを示す。右下のパネルは、2つのコントロール染色についてのマージ写真を示す。
乏突起膠細胞マーカーOlig2とのVP1タンパク質の共存を示す図である。左上のパネルは、DAPI染料による細胞核の染色を示す。右上のパネルは、VP1タンパク質(FITC蛍光)の局在性を示す。左下のパネルは、抗Olig2抗体(TRITC蛍光)による染色を示す。右下のパネルは、Olig2マーカーおよびVP1タンパク質についての染色についてのマージ写真を示す。
ヒトポリオーマウイルス、特にJCVに由来するウイルス様粒子(VLP)は、好ましくは少なくとも1つのVP1を含む、本発明による薬物送達のために使用される。VLPは、好ましくは、五量体構造に構築されたVP1から組み立てられた殻から構成される。好ましくは、VLPは、いくつかのVP1、特に、いくつかのVP1五量体、とりわけ、72VP1五量体から構成される。しかしながら、VLPは、任意選択で、殻の中に組み込まれる分子をさらに含んでいてもよい。VLPを構築する構造分子を、天然のポリオーマウイルスタンパク質と同一とすることができるか、またはVLPの特徴を最適化するために修飾することができる。
さらに、本発明によるVLPは、カーゴ装填物をさらに含む。本発明の特定の好ましい実施形態において、カーゴの総量の大部分が、殻の中に完全に組み込まれる。VLPによるカーゴ分子の完全なカプセル化を説明するために、用語「装填された」が、使用される。よって、「装填されたVLP」は、完全にカプセル化されたカーゴを有するVLPである。
前記カーゴ装填物は、殻によって囲まれる空間の内部に適合する任意の分子または組成物であってもよい。好ましくは、カーゴ装填物は、細胞傷害性剤、放射性核種などのような検出可能な薬剤、タンパク質、ペプチド、または特に、mRNA、cDNA、プラスミド、もしくはベクターなどのような、所望のタンパク質をコードする核酸からなる群から選択される核酸、siRNAもしくはmiRNAなどのような阻害性核酸、およびリボザイムなどのような触媒活性を有する核酸である。カーゴ装填物は、場合によっては、以後、「活性物質」、「薬物原料」、または「活性成分」と称される。他に明確に述べられない限り、これらの用語は、同意語として使用される。
VLPは、溶液中で、所望の構成成分、特にVP1、任意選択でVP2、任意選択でVP3、またはその混合物および任意選択でカーゴ装填物を提供し、構成成分がVLPに構築されるのを可能にすることによって、産生されてもよい。たとえば、構成成分の混合は、低Ca2+濃度および/または還元条件でなどのように、VLP構築が起こらないか、または限られたVLP構築のみが起こる条件下で実行されてもよく、すべての所望の構成成分の追加の後に、条件は、より高いCa2+濃度および/または酸化条件などのように、VLP構築にとって好都合なものに変更される。しかしながら、VLP産生はまた、インビボにおいて起こってもよい。特に、VLPの構成成分は、宿主細胞において同時発現されてもよく、VLPは、宿主細胞の内部でまたは宿主細胞の溶解もしくは破壊と同時に構築される。
用語「ヒトポリオーマウイルス」は、JCV、BK、およびSV40を含む、ヒトポリオーマウイルスのファミリーを指す。特に好ましい実施形態において、ヒトポリオーマウイルスが、JCVである。
本発明による「VP1」または「ウイルスタンパク質1」は、配列番号1によるアミノ酸配列を有するJCウイルスの天然のVP1と同一のまたはそれに由来するタンパク質を指す。JCウイルスの天然のVP1に由来するタンパク質は、好ましくは、少なくとも100の隣接するアミノ酸、好ましくは少なくとも150、少なくとも200、少なくとも250、または少なくとも300の隣接するアミノ酸の配列にわたって、少なくとも60%、より好ましくは少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも97%、少なくとも98%、または少なくとも99%の、配列番号1によるアミノ酸配列とのアミノ酸配列相同性または同一性を有する。最も好ましくは、アミノ酸相同性または同一性は、天然のJCV−VP1の全長にわたって計算される。特に、用語「JCウイルスの天然のVP1に由来するVP1」および「JCウイルスに由来するVP1」もまた、JCウイルスの天然のVP1と同一であるVP1を含む。
本発明による用語「VP1」はまた、VLPを構築することができる天然のVP1の一部分および誘導体をも包含する。好ましくは、VP1の前記一部分および誘導体は、少なくとも、配列番号1によるアミノ酸配列のアミノ酸32〜316または少なくとも100の隣接するアミノ酸、好ましくは少なくとも150、少なくとも200、少なくとも250、もしくは少なくとも300の隣接するアミノ酸の配列にわたって、好ましくは全配列にわたって、少なくとも60%、より好ましくは少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも97%、少なくとも98%、もしくは少なくとも99%の、配列番号1のアミノ酸位置32〜316由来のアミノ酸配列との相同性もしくは同一性を有するその誘導体を含む。
本発明によるVP1はまた、異種核移行シグナル(NLS)を含んでいてもよい。好ましくは、このNLSは、NP1の前にまたはNP1のN−末端の中に、特に、VP1の最初の30、最初の25、最初の20、最初の15、もしくは最初の10アミノ酸の中に導入される。たとえば、国際公開第2009/036933号(たとえば10ページ、4〜13行および図4A)またはShishido−Haraら(Shishido−Hara,Y.、Hara,Y.、Larson,T.、Yasui,K.、Nagashima,K.&Stoner,G.L.Analysis of Capsid Formation of Human Polyomavirus JC(Tokyo−1 Strain)by a Eukaryotic Expression System:Splicing of Late RNAs,Translation and Nuclear Transport of Major Capsid Protein VP1,and Capsid Assembly.Journal of Virology 74、1840−1853(2000)において記載されるNLS。
一実施形態によれば、配列番号5によるアミノ酸配列が、VP1のN−末端部分の中に、特に、配列番号1のアミノ酸9および10に対応するアミノ酸の間に導入される。
本発明による「VP2」または「ウイルスタンパク質2」は、配列番号3によるアミノ酸配列を有するJCウイルスの天然のVP2と同一のまたはそれに由来するタンパク質を指す。JCウイルスの天然のVP2に由来するタンパク質は、好ましくは、少なくとも100の隣接するアミノ酸、好ましくは少なくとも150、少なくとも200、少なくとも250、または少なくとも300の隣接するアミノ酸の配列にわたって、少なくとも60%、より好ましくは少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも97%、少なくとも98%、または少なくとも99%の、配列番号3によるアミノ酸配列とのアミノ酸配列相同性または同一性を有する。最も好ましくは、アミノ酸相同性または同一性は、天然のJCV−VP2の全長にわたって計算される。特に、用語「JCウイルスの天然のVP2に由来するVP2」および「JCウイルスに由来するVP2」もまた、JCウイルスの天然のVP2と同一であるVP2を含む。
本発明による用語「VP2」はまた、VP1と一緒にVLPを構築することができる天然のVP2の一部分および誘導体をも包含する。好ましくは、VP2の前記フラグメントは、少なくとも、配列番号3によるアミノ酸配列のアミノ酸214〜318または少なくとも100の隣接するアミノ酸、好ましくは少なくとも150、少なくとも200、少なくとも250、もしくは少なくとも300の隣接するアミノ酸の配列にわたって、好ましくは全配列にわたって、少なくとも60%、より好ましくは少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも97%、少なくとも98%、もしくは少なくとも99%の、配列番号3のアミノ酸位置214〜318由来のアミノ酸配列との相同性もしくは同一性を有するその誘導体を含む。
本発明による「ペプチド」は、好ましくはペプチド結合によって連結される、任意のタイプの任意の数のアミノ酸、好ましくは天然に存在するアミノ酸から構成されてもよい。特に、ペプチドは、少なくとも3のアミノ酸、好ましくは少なくとも5、少なくとも7、少なくとも9、少なくとも12、または少なくとも15のアミノ酸を含む。さらに、ペプチドの長さについて、上限はない。しかしながら、好ましくは、本発明によるペプチドは、500アミノ酸、好ましくは300、250、200、150、または120アミノ酸長を上回らない。
本明細書において使用される語句「〜を含む」はまた、その文字どおりの意味に加えて、語句「〜から本質的になる」および「〜からなる」を含み、かつ明確に指す。したがって、語句「〜を含む」は、明確に列挙される要素「を含む」目的物がさらなる要素を含まない実施形態ならびに明確に列挙される要素「を含む」目的物がさらなる要素を包含し得る実施形態、および/または実際に包含する実施形態を指す。同様に、語句「〜を有する」は、語句「〜を含む」として理解され、これもまた、語句「〜から本質的になる」および「〜からなる」含み、かつ明確に指す。
投与方法
本発明のVLPは、様々なルートを介して投与することができる。特に、活性物質の全身的な効果を可能にする投薬形態が、好ましい。経口的にまたは非経口的に、特に静脈内に投与される投薬形態が、最も好ましい。
製造方法
ウイルス様粒子の製造
さらなる態様において、本発明は、本発明によるウイルス様粒子を産生するための方法を提供する。この方法は、特に、
(a)JCウイルスに由来するウイルスタンパク質VP1を提供するステップ、
(b)任意選択で、JCウイルスに由来するウイルスタンパク質VP2および/またはVP3、好ましくはVP2を提供し、VP1をVP2(および/またはVP3)と混合するステップ、
(c)VP1ならびに任意選択でVP2(および/またはVP3)がウイルス様粒子に構築されるのを可能にするステップを含む。
方法は、好ましくは、カーゴ装填物を提供するステップと、VP1ならびに任意選択でVP2および/またはVP3をカーゴ装填物と混合するステップとをさらに含む。VP1およびVP2の間の混合物が、好ましい。
VLPの構築に際して、カーゴ装填物は、好ましくは、VLPの内部にカプセル化される。好ましくは、少なくとも1つのVLPが、カーゴ装填物を運び、より好ましくは少なくとも1%、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも5%、少なくとも7%、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも97%、少なくとも98%、もしくは少なくとも99%または100%の、構築されたVLPが、カーゴ装填物を運ぶ。
ウイルス様粒子の構築は、好ましくは、溶液中で、より好ましくは水溶液中で起こる。VLPの構築を可能にすることは、好ましくは、VLPの構築が起こり得るレベルにまで溶液中のCa2+イオン濃度を調節することを含む。前記Ca2+イオン濃度は、特に、0.1mM〜5mM、好ましくは0.2mM〜3mM、より好ましくは0.5mM〜2mM、または0.8mM〜1.2mMの範囲にあり、最も好ましくは約1mMである。さらに、VLPの構築を可能にすることは、好ましくは酸化条件下で、特に、DTT、DTE、またはメルカプトエタノールなどのような、有意な濃度の還元剤の非存在下において起こる。
ウイルスタンパク質の提供およびVLP構築を可能にすることは、同時に実行されてもよい。特に、ウイルスタンパク質は、VLP構築が起こり得る条件下で提供される。好ましい実施形態において、ウイルスタンパク質の提供およびVLP構築が、インビボにおいて実行される。特に、VLPは、ウイルスタンパク質を発現する宿主細胞の内部でまたは宿主細胞の溶解もしくは破壊の際に構築される。
VLPの構築は、たとえば欧州特許第0 862 633号明細書において記載されるように実行されてもよく、この開示は、参照によって本明細書において組み込まれる。
送達方法
本発明は、本発明によるウイルス様粒子を使用して、中枢神経系における標的細胞の中に物質または組成物を送達するための方法をさらに提供する。方法は、好ましくは、
(a)カーゴ装填物として物質または組成物を含む、本発明によるウイルス様粒子を提供するステップ、および
(b)生体中に、好ましくはヒトの中に、ウイルス様粒子を投与するステップを含む。
標的細胞は、JCウイルスの天然の標的細胞であってもよい。
活性物質または組成物は、任意の種類または性質のものとすることができる。好ましい実施形態において、活性物質が、核酸、特にタンパク質もしくはペプチドをコードする核酸、またはsiRNAもしくはmiRNAなどのような阻害性核酸である。他の好ましい実施形態において、活性物質が、タンパク質またはペプチドである。本発明のさらに他の実施形態において、活性物質が、小分子、特に、負に荷電している小分子である。活性物質はまた、様々な活性物質の混合物とすることもできる。
活性物質は、好ましくは、細胞傷害性剤である。
さらに、本発明は、一般に、特に多発性硬化症、パーキンソン病、またはアルツハイマー病などのような神経学的、神経、または神経変性障害の処置または診断のために薬物送達系として使用することができるVLPに関する。
好ましい実施形態において、VLPが、乏突起膠細胞中に、乏突起膠細胞へと、または乏突起膠細胞の中に輸送される。
1.インビトロにおける血液脳関門(BBB)モデルにおけるVP1−VLP
このインビトロ実験は、VLPが、ヒトBBBの構成および特性と一致するモデル系において、BBBを横断する能力を示す。モデル系において、インビトロにおいて血液脳関門を形成することができるブタ初代脳内皮細胞(PBCEC)を使用した(Angelow S、Zeni P and Galla HJ 「Usefulness and limitation of primary cultured porine horoid plexus epithel cells as an in vitro model to study drug transport at the blood−CSF barrier」、Adv Drug Delivery 2004;56(12):1859−73)。
PBCECの調製および培養は、Rempeら、BBRC,2011:Transport of Poly−(n−butylcyano−acrylate)nanoparticles across the blood−brain−barrier in vitro and their influence on barrier integrityによって記載されるように行った。
Transwellフィルター系におけるPBCECに対するカーゴ含有VLPの効果は、相対的な経内皮電気抵抗測定(TEER)を利用して調査した(Rempeら、2011)。送達の定量的証拠を確立するために、本発明者らは、カーゴとしてプラスミドDNAを使用した。血液脳関門の完全性は、あらゆる状況および濃度下で、VP1−VLPによって影響を与えられなかった。
インビトロにおいて血液脳関門を通してのカーゴ輸送を検証するために、プラスミドDNAを、Goldmannら 1999(Journal of Virology:Molecular cloning and expression of major structural protein VP1 of the human polyoma virus:formation of virus like particles useful for immunological and therapeutic studies and measured quantitatively by specific qPCR)において記載されるように、VLPの中に充填した。プラスミドDNAのコピーは、BBBインビトロモデルにおいて頂端膜側および基底膜側で定量化した。頂端膜側は、VLPが追加される場所(インビボにおける血管内腔)であり、基底膜側は、脳を指す。基底膜側のプラスミドDNAの定量的証拠は、それぞれ、脳内皮細胞を通しての分子のVLP媒介性の通過、血液脳関門を通してのカーゴ送達を示す。
2.インビボにおけるレポーター遺伝子送達および発現
レポーター遺伝子送達実験を、JC VP1−VLPが、生きている生物における細胞および器官の中に物質を送達する能力を示すために計画した。この場合、レポーター遺伝子発現は、送達だけではなく、送達された物質の機能性もまた実証するための最善の方法のうちの1つである(Hoffman,R.M.、2005:THE MULTIPLE USES OF FLUORESCENT PROTEINS TO VISUALIZE CANCER IN VIVO.Nat.Rev.Cancer;5(10):796−806)。
材料
Cos7(ミドリザル腎臓細胞)細胞株が、JCV VLPによって形質導入可能であることが知られているので、様々な(deferent)VP1−VLPプローブを、インビトロにおいてレポータープラスミドを充填し、Cos7(ミドリザル腎臓細胞)細胞の中に送達する能力について、試験した。9つの塩沈殿VP1−VLPプローブおよび15のクロマトグラフィー精製VP1−VLPプローブを用いた。インビトロにおける形質導入実験を5回繰り返した。この実験において、インビボ実験のためのルシフェリン基質による最大の発光シグナルを送達する能力を、試験した。
塩沈殿VP1−VLPを、一晩沈殿させ、標準的なバッファー(150mM NaCl、10mM Tris−HCl、pH7.5)に対して24時間透析した。レポーター遺伝子プラスミドのパッケージは、Goldmannら、1999、Journal of Virology:Molecular cloning and expression of major structural protein VP1 of the human polyoma virus:formation of virus like particles useful for immunological and therapeutic studiesにおいて記載されるように、化学的解離および再会合によって実現した。
実験の設計
免疫応答性BALB/cマウスへのVLPの静脈内注射を、イソフルラン麻酔下で尾静脈において行った。
動物は、以下のようにグループ化した:
−5μg塩沈殿VLP(4匹の動物)
−50μg塩沈殿VLP(4匹の動物)
−5μgクロマトグラフィー精製VLP(4匹の動物)
−DNAコントロール(レポーター遺伝子プラスミドのみ)(3匹の動物)
−VLPコントロール(VP1−VLPカプシドのみ)(3匹の動物)
生物発光を、ルシフェリン基質の腹腔内注射の12分後に、2、4、7、14、および22日目に測定した。結果は、それぞれの群においてプールし、平均の結果および標準偏差について計算した。平均を、事後(posthoc)試験としてHolm−Sidak−Testを用いる2元配置分散分析(Two−Way−ANOVA)により分析した。
結果を図3および4に示す。
3.ルシフェラーゼプラスミド装填JC VP1−VLPおよびルシフェラーゼプラスミドと混合したJC VP1−VLPを利用する、Cos7細胞(アフリカミドリザル腎臓細胞)の形質導入の効能
1.形質導入の18時間前に、Cos7細胞を24ウェルプレートの中に継代した。
2.VP1−VLPを、DTTおよびEGTAにより解離し、ルシフェラーゼプラスミドと混合し、+4℃によって一晩、再会合バッファーに対して透析した。
3.翌日、充填されたVP1−VLPを、透析から採取した。
4.ルシフェラーゼプラスミドとの混合VP1−VLPを、Krauzewicz(Gene Therapy(2000)7、1094−1102)に従って調製した。
a.VLP対ルシフェラーゼプラスミド混合比は、30:1(w/w)とした。
b.この混合物を、RTで15分間インキュベートした。
c.混合物を、DMEM細胞培地により希釈し、24ウェルプレート中のCos7細胞にピペットで移した。
5.ルシフェラーゼプラスミドを充填したVP1−VLPを、Cos7細胞にピペットで移し、同じことを、ルシフェラーゼプラスミドと混合したVP1−VLPで行った。
6.72時間後、細胞を溶解し、ルシフェラーゼ活性を、Promegaのルシフェラーゼアッセイを利用して、3通り、測定した。
独立した形質導入実験の結果を、図5に示す。
4.ルシフェラーゼプラスミドを充填したVLPの静脈内適用後のマウス脳におけるルシフェラーゼおよびVP1タンパク質の免疫組織化学的検出
上記に示されるように、JC VP1−VLPは、プラスミドDNA(qPCRによる)またはルシフェラーゼ活性の検出によって証明されるように、生きている生物における細胞および器官の中に物質を送達することができる。これらの実験結果は、脳におけるルシフェラーゼタンパク質およびVP1タンパク質の免疫組織化学的検出によってさらに支持される。
脳組織は、記載されるように、免疫応答性BALB/cマウスの中にVLPを静脈内注射したマウス(上記に記載されるように処置)から単離し、PFA中で固定し、パラフィン中に包埋した(J.Jankowskiら、The Journal of comparative Neurology 472:87−99、2004:「Engrailed−2 negatively regulates the onset if prenatal Purkinje Cell differentiation」)。7〜10μmの薄さの切片をカットし、Histobondプラススライド上にマウントした。切片を再水和し、内因性ペルオキシダーゼを不活性化し、切片を透過処理した。遮断ステップを、3%ウシ血清アルブミン溶液中で実行した。ルシフェラーゼタンパク質またはVP1タンパク質は、それぞれ、モノクローナル抗体により検出した。シグナル強度を増加させるために、TSA増幅蛍光システム(TSA(商標) Plus Fluorescein System、Perkin Elmer)を使用した。
結果:図6Bの右のパネルにおいて示されるように、抗VP1抗体を使用する免疫組織化学的分析は、CNSの細胞におけるVP1タンパク質を検出することができた。脳切片は、不規則なサイズの散在性のスポットを示し、これは、脳実質内のVP1の細胞の局在性を示す。抗ルシフェラーゼ抗体を使用すると、ルシフェラーゼタンパク質もまた、CNSの細胞において検出することができた。VP1タンパク質についての結果と一致して、脳切片のルシフェラーゼに由来する染色もまた、不規則なサイズの散在性のスポットを示し、これは、脳実質内のルシフェラーゼの細胞の局在性を示す。
議論:脳におけるルシフェラーゼおよびVP1タンパク質の細胞の存在は、それが、VLPが、活性物質単独ではなく、BBBを横断し、CNSの中に移行することを実証するので、本発明の基本概念のさらなる支持を示す。
5.共存分析は、乏突起膠細胞におけるVP1タンパク質の存在を明らかにする
CNSにおけるVP1タンパク質の上記に記載される細胞の検出に基づいて、共存実験を、それぞれの標的細胞を同定するために実行した。この目的のために、検出されるVP1タンパク質を、乏突起膠細胞上に特異的に位置するマーカーOlig 2と共存させた(B.Mennら、「Origin of oligodendrocytes in the subventricular zone of the adult brain」、The Journal of Neuroscience,2006,26(30):7907−7918)。
結果:図8の左下のパネルにおいて示されるように、Olig2マーカーを使用することによって、いくつかの不規則なスポットを脳切片において検出することができ、これはまた、すべての症例において、核染色DAPIによっても染色され(図8の左上のパネル)、そのため、乏突起膠細胞を示す。これらの乏突起膠細胞のそれぞれはまた、図8の右下のパネルにおいて示されるように、VP1タンパク質についても陽性である。Olig2およびVP1について陽性である細胞を、白色の矢印によりマークする。よって、VP1タンパク質は、CNS乏突起膠細胞において局在化し、これは、静脈内に適用されたVLPによるこれらの細胞の感染を示す。
議論:脳乏突起膠細胞におけるVP1タンパク質の検出は、JCVウイルスの天然の指向性に基づくものである。その結果、本発明の主張されるVLPは、多発性硬化症などのような乏突起膠細胞と関連する疾患の治療上の処置にとりわけ適している。

Claims (16)

  1. CNS疾患を治療する方法またはCNS疾患のインビボ診断の方法における使用のための、薬を含むヒトポリオーマウイルスに由来するVLPを含む組成物
  2. 前記CNSが生きているヒトのCNSである、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記VLPが、JCVに由来する、請求項1に記載の組成物
  4. 前記組成物が、前記VLPによってカプセル化された前記薬物と一緒に前記CNSに移行するために血液脳関門を横断する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物
  5. 前記組成物が、生理学的に完全な血液脳関門を横断することを特徴とする、請求項1〜4いずれか一項に記載の組成物
  6. 前記VLPが、JCウイルスのVP1タンパク質から構成されることを特徴とする、請求項1〜5いずれか一項に記載の組成物
  7. 前記組成物が、静脈内投与のために調製されることを特徴とする、請求項1〜6いずれか一項に記載の組成物
  8. 前記VLPがVP1およびVP2を含み、前記VP1が、その全長にわたって、配列番号1によるアミノ酸配列と少なくとも80%同一なアミノ酸配列を含むおよび/または前記VP2が、その全長にわたって、配列番号3によるアミノ酸配列と少なくとも80%同一なアミノ酸配列を含むことを特徴とする、請求項1〜7いずれか一項に記載の組成物
  9. 前記薬物が、細胞傷害性剤、検出可能な薬剤、タンパク質、ペプチド、および核酸からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1〜8いずれか一項に記載の組成物
  10. 前記検出可能な薬剤が放射性核種である、請求項9に記載の組成物。
  11. 前記核酸が、所望のタンパク質をコードする核酸、阻害性核酸、および触媒活性を有する核酸からなる群から選択される、請求項9に記載の組成物。
  12. 前記所望のタンパク質をコードする核酸が、mRNA、cDNA、プラスミド、およびベクターからなる群から選択される、請求項11に記載の組成物。
  13. 前記阻害性核酸が、siRNAおよびmiRNAからなる群から選択される、請求項11に記載の組成物。
  14. 前記触媒活性を有する核酸がリボザイムである、請求項11に記載の組成物。
  15. 薬物原料(カーゴ)の総量の少なくとも1%が、前記VLPの殻中に完全にカプセル化される、請求項1〜14のいずれか一項に記載の組成物。
  16. 前記VLPが、非凝集性である、請求項15に記載の組成物。

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