JP6781712B2 - 心臓へ治療用/診断用化合物を送達するための生成物 - Google Patents

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Description

本発明は心臓病の治療のための革新的な治療戦略である。具体的には、本発明は、1種以上の診断用/治療用化合物を封入した1つ以上のリン酸カルシウムの粒子を含有する生成物の調製方法およびそのような方法によって得られた生成物に関する。本発明はまた、本発明の生成物の吸入投与による心臓病の治療における使用に関する。
最近の医学の研究では、特定の病的状態の治療のために選択的かつ有効な治療アプローチを規定する目的で、選択された器官に薬物を特異的に送達するための多機能性ナノ粒子(NP)を設計および開発することに焦点が当てられている。しかしながら、それらの薬理学的用途は、i)用いられるナノ材料の物理化学的性質、それらの生分解性、生体適合性および固有の潜在的細胞毒性、ii)投与の有効性、iii)副作用の発現に関連する、組織に特異的な送達の非選択性、iv)血流中への非制御の薬物放出、v)遅い細胞溶解/蓄積、vi)生物学的バリアの通過における低い効率のようないくつかの重大な課題により、依然として制限されている。従って、適当な投与経路の規定によって目的の器官に選択的に到達することができる適当なNPの開発は依然として重要である。
リン酸カルシウム(CaP)に基づく物質は、該物質の生体適合性および生分解性により、様々な生物医学的用途に広く用いられている。CaPに基づく物質によるトランスフェクションは、40年以上の間、インビトロで様々な細胞タイプに対して遺伝子を放出するために用いられてきた(非特許文献1および非特許文献2)。一般的な方法は、適当な濃度のカルシウムとリン酸イオンとを特定のpH値(7超)で混合した後に自発的に形成する沈澱物中に遺伝子を封入することである。この方法は、製造し易く、低コストであり、ヌクレオチドおよび核酸を結合する効率が高いなどの多くの利点を有する。さらに、CaPに基づく物質は、pH感受性が安定しており、よって酸性環境(すなわちエンドソーム、リソソーム)において迅速な溶解を提供する。CaPのそのイオン成分における完全な溶解は、他の無機化合物および金属化合物によってしばしば遭遇する不都合である細胞内および組織内における望ましくない物質の蓄積を防止する。このように、CaP粒子は、内部に取り込んだ薬剤を細胞内移行後のみに選択的かつ安全に放出することができる。
しかしながら、CaP粒子の生成における最も大きな問題は、合成における再現性の深刻な問題の原因となり、それらの最適なコロイド安定性を妨げる、それらの粒子の凝集および成長の傾向である。これらの厄介な問題は、CaP粒子の開発、よってそれらのインビトロおよびインビボの使用を遅らせてきた。実際、大きな(マイクロメートルスケールの)CaPの粒子はまた、細胞内カルシウムの量への干渉をもたらし、その細胞自体のその後の死を伴う(非特許文献3)。従って、核酸または他の化合物を送達することができ、それらを外的環境から保護し、かつそれらの時期尚早の放出または分解を防止するCaPのNPの調製に成功することは非常に興味深い。CaPのNPを安定させて、それらの無制御成長を防止するため、および治療薬をコンジュゲートすることを可能にするためには、合成ポリマー材料によるコーティングが用いられてきた(ポリエチレングリコール(PEG)(非特許文献4);ポリエチレンイミン(PEI)(非特許文献5);キトサン(非特許文献6)、ビスホスホネート(非特許文献7)、または脂質(非特許文献8))。しかしながら、そのような合成ポリマー材料は、通常、完全な生分解性ではなく、アレルギー反応を引き起こすことがある。
腫瘍の治療において、ミクロRNAの長連鎖のコンジュゲーションのために、CaPに基づくNPが調製され、ポリエチレンイミンで被覆された(非特許文献9)。これらのコンジュゲートは、前立腺癌細胞においてインビトロで成功裡に放出された。
循環器疾患は主要な死亡原因であり、NPの使用によるそれらの治療の試みもなされてきた。しかしながら、循環器疾患の治療処置に対して有効なNPの開発および使用は依然としてその開始段階にある。実際、これまでに非生体模倣合成ポリマーに基づくデンドリマー、リポソームまたはNPのみが、心筋細胞への様々な治療用分子のインビボ送達のために調査されている。この制限は、NPの臨床への移行を妨げているいくつかの懸念、例えば、i)低い生分解性および生体適合性、ii)有毒な副生物、iii)不十分な封入効率、iv)不十分な保存安定性、v)血流中における非制御の薬物放出、vi)限られた細胞標的特異性、vii)遅い細胞溶解/蓄積、viii)全身投与アプローチの不十分な効率、ix)生物学的バリアの通過における低い効率などに起因する。従って、安全で、効率的で、心臓に特異的な治療薬剤の送達のための新たなアプローチが強く必要とされている。最近(非特許文献10)、ポリスチレンラテックスNP(50nm寸法)が、それらの表面電荷に応じて、どのように分極した心臓細胞(心筋細胞)と相互作用することができるかが述べられた。具体的には、正に帯電したNPの使用によってトリガされるアポトーシス反応およびそれに続く細胞死とは対照的に、負の表面電荷を有するNPの使用が、細胞生存に適合した一時的なナノ細孔の形成によって、心筋細胞内におけるNP自身の進入をどのように促進するかが示された。しかしながら、インビトロ投与での部分的な効果にもかかわらず、これらの負に帯電したポリスチレンラテックスNPの潜在的な薬物担体としての可能性は、電気生理学的プロファイルの変化および不整脈に対する増感のような主な副作用のために、長期投与について大幅に制限される。よって、これはインビボにおける前記NPの可能な治療的使用に対して相当な制限となる。
グレアム、エフ.エル.(Graham, F.L);エルプ、エー.ジェイ.ブイ.ディー.(Erb,A.J.V.d.)、「A new technique for the assay of infectivity of human adenovirus 5 DNA」、Virology、1973年、第52巻、p.456−467 ブイ.ソコローワ(V.Sokolova)、エム.エップル(M.Epple)、「Inorganic nanoparticles as carriers of nucleic acids into cells」、Angew Chem Int Ed Engl、第47巻(8)(2008年)、pp.1382−1395 ノイマン、エス.(Neumann, S.)ら、「The use of size−defined DNA−functionalized calcium phosphate nanoparticles to minimize intracellular calcium disturbance during transfection」、Biomaterials、2009年、第30巻(35)、p.6794−802) カキザワ、ワイ.;カタオカ、ケイ.、「Block Copolymer Self−Assembly into Monodispersive Nanoparticles with Hybrid Core of Antisense DNA and Calcium Phosphate」、Langmuir、2002年、第18巻(12)、p.4539−4543) ティー.デヴァラス(T.Devarasu)ら、「Potent calcium phosphate nanoparticle surface coating for in vitro and in vivo siRNA delivery: a step toward multifunctional nanovectors」 ギーガー、イー.ブイ.(Giger,E.V.)ら、「Gene delivery with bisphosphonatestabilized calcium phosphate nanoparticles」、Journal of controlled release:official journal of the Controlled Release Society、2011年、第150巻(1)、p.87−93 リー、ケイ.(Lee,K.)ら、「Stabilized calcium phosphate nano−aggregates using a dopachitosan conjugate for gene delivery」、International journal of pharmaceutics、2013年、第445巻(1−2)、p.196−202 リ、ジェイ.(Li,J);ヤン、ワイ.(Yang,Y.);ホアン、エル.(Huang,L.)、「Calcium phosphate nanoparticles with an asymmetric lipid bilayer coating for siRNA delivery to the tumor」、 Journal of controlled release: official journal of the Controlled Release Society、2012年、第158巻(1)、p.108−14 ヒョスク ジョン(Hyosook Jung)ら、「Long chain microRNA conjugates in calcium phosphate nanoparticles for efficient formulation and delivery」、Arch. Pharm. Research、2014年 ミッシェル ミラゴリ(Michele Miragoli)ら、「Functional interaction between charges nanoparticles and cardiac tissue: a new paradigm for cardiac arrhythmia?」、Nanomedicine(2013年)、第8巻(5)、p.725−737
本発明の目的は、従来技術の不都合、なかでも心臓の電気生理学的プロファイルの変調を有さない、心臓病の治療のためのリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)に基づくアプローチを提供することにある。
本発明の発明者らは、驚いたことに、不整脈または心臓細胞の電気生理学的プロファイルの変化を引き起こすことなく、循環器疾患の治療のための治療アプローチであり得ることが判明している1種以上の診断用/治療用を封入することができ、かつ/または前記1種以上の診断用/治療用によって表面機能化することができ、かつ非侵襲性の吸入投与経路を介した心筋への直接送達を特徴とする、1つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)からなる生成物の調製方法を見出した。加えて、他の経腸投与および非経口(すなわち、静脈内、腹腔内、経口、舌下、直腸、眼内、局所的、または経皮的)投与経路が提供され得る。加えて、非心臓細胞に特異的な診断用/治療用化合物によって表面機能化された場合、本発明は心臓以外の他の組織のターゲッティングを意図する。
従って、本発明は、−41.0mV〜−27.0mVの範囲にあるζ電位を有する負の表面電荷を備えた1つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)を含有する生成物の調製方法に関する。前記方法は、
a)7〜10の範囲にあるpHを有し、かつカルシウムの水溶液、リン酸塩(phosphate)の水溶液およびクエン酸イオンの溶液を含有する混合物を20℃〜40℃の範囲の温度で30秒間〜10分間の範囲の時間にわたって維持する工程と、
b)工程a)の得られた溶液から未反応のイオンを除去し、それによって1つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)の懸濁液を得る工程と、
c)工程b)の懸濁液から1つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)の生成物を回収する工程とを含む。
本発明の方法は、−41.0mV〜−27.0mVの範囲にあるζ電位を備え、かつ多くとも1.76の分裂因子(splitting factor:SF)を有する1つ以上のCaP−NPから製造された生成物を得ることを可能にし、前記1つ以上のCaP−NPが心臓細胞中に進入することができるようにし、かつ心臓の電気生理学的プロファイルの変調を引き起こさないようにする。本発明の生成物は、球状のモルフォロジー(spheroidal morphology)を有するナノ粒子の形態において有利であることが判明した。
本発明の好ましく有利な態様において、本発明のプロセスは、工程a)において、1種以上の治療用/診断用化合物の水溶液を添加する工程を含む。
驚いたことに本発明の好ましい方法において、本発明の好ましく有利な態様に従って得られる本発明の生成物は、1種以上の診断用/治療用化合物を封入する1つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)からなる。また1種以上の診断用/治療用化合物を封入する本発明の生成物は、驚いたことに、−41.0mV〜−27.0mVの範囲にあるζ電位を備え、かつ150〜231nmの範囲にある平均流体力学的径(average mean hydrodynamic diameter)(Z平均として測定)を有する1つ以上の負に帯電したCaP−NPからなることが判明した。本発明の生成物は、球状のモルフォロジーを有するNPの形態において有利であることが判明した。
従って、有利には、本発明は工程a)の混合物に1種以上の治療用/診断用化合物の溶液を添加する工程を提供する。前記1種以上の診断用/治療用化合物の溶液の添加を有する本発明は、規定された寸法および電荷を有し、1種以上の診断用/治療用化合物を内部に封入したNPを得ることを可能にする。
従って、本発明者らは、驚いたことに、非晶質のCaPに対する結晶構造と類似した低い結晶化度で、かつ150〜231nmの範囲の寸法のCaPの即時の形成を保証する、1種以上の診断用/治療用化合物を封入するNPの形成の低い温度を見出した。いかなる理論に縛られるものでもないが、本発明の発明者らは、温度および時間条件の選択、並びに従来技術に用いられているものと比較してより「生物に優しい(bio−friendly)」安定化剤であるクエン酸イオンの存在によって、1種以上の診断用/治療用化合物を封入するCaP−NPを安定させることが可能となり、これは特に表面上で結合することによって前記CaP−NPのさらなる成長を防止し、それらを一定のコロイドレベル(colloidal level)で安定させる前記混合物のクエン酸イオンに起因すると考える。加えて、実験部に掲載するような表面上におけるクエン酸塩の存在は、負に帯電したCaP−NPの表面を形成することができ、それらの表面電位を、前記CaP−NPを一定のコロイドレベルで安定させることができる広い負の値にシフトさせることができる。さらに、本発明の方法によって得ることができるCaP−NPは、多くとも1.76の分裂因子(SF)を有することによって、低い結晶化度を有することを証明し、より大量の診断用/治療用化合物の封入/表面機能化を可能にした。本発明者らによれば、実際、結晶化度が低いことにより、より大きな構造破壊がもたらされ、よって治療用/診断用化合物を結合することができるより大量の自由なイオンサイトが生じる。さらに、本発明の好ましく有利な実施形態のCaP−NPは、心臓病の治療における前記CaP−NPの使用を有利に可能にする150〜231nmの範囲にある平均流体力学的径(Z平均として測定)を有することが判明した。
本発明の別の有利な特徴は、CaP−NPの合成中に、前記治療用/診断用化合物を直接混合することにある。
さらに、この手順によって得られた低レベルの結晶化度(多くとも1.76の分裂因子(SF)として表現)は、CaP−NPの分解性の時間(time of degradability)を増大し、よって治療用/診断用化合物のより迅速な放出に有利に働く。さらに、この手順によって得られた結晶化度のレベルを増大することにより、CaP−NPの分解性の時間は減少し、よって治療用/診断用化合物の徐放に有利に働く。
本発明の別の有利な特徴は、最終的なCaP−NP生成物の可能な表面機能化にあり、よって薬物ターゲティングの特異性の特有の要求(すなわち細胞特異的な誘導および/または受容体の活性化/阻害のための細胞外標的の結合)に有利に働く。
本発明において、用語/定義は以下の通りである。
− 「治療用/診断用化合物(複数可)」は、目標の器官に対して放出するための1種以上の医療用化合物、例えば、核酸、ペプチド、合成化合物、または診断プローブを意味する。
− 150〜231nmの範囲にある「Z平均」は、動的光散乱(Dynamic Light Scattering:DLS)によって測定された平均流体力学的径を意味する。
− 「−27.0mV〜−41.0mVの範囲にあるζ電位を有する負に帯電したCaP−NP」とは、電気泳動光散乱(Electrophoretic Light Scattering:ELS)によって測定されたζ電位を有するCaP−NPを意味する。
− 「分裂因子(SF)」は、ウェイナー エス.(Weiner S.)およびバール−ヨセフ オー.(Bar−Yosef O.)(1990年)、「States of preservation of bones from prehistoric sites in the Near East: a survey」、Journal of Archaeological Science、第17巻、p.187−196に従ってNPのFT−IRスペクトルから計算される結晶化度を測るものである。
本発明の別の態様において、本発明は、吸入投与による循環器疾患の治療におけるベヒクルとして使用するための本発明の方法により得られる生成物に関する。
本発明のさらなる有利な態様において、本発明は、吸入投与による循環器疾患の治療に用いるための、1つ以上のCaP−NPに封入された1種以上の化合物を有する、その好ましく有利な実施形態において本発明の方法によって得られる生成物に関する。
従って、本発明は、吸入投与による循環器疾患の非侵襲性治療に適用されるナノ医療の分野において特に有利である。
本発明の発明者らは、驚いたことに、本発明の生成物が心臓−肺軸線を通って心筋に到達することを可能にした吸入投与を通じて本発明の生成物によって循環器疾患を治療するという直観的知識を有していた。結果として、驚いたことに、本発明の生成物の吸入による治療は、肺バリアの通過および血液循環への移行を可能にし、それにより右心血液循環に進入して心臓に到達し、そこで前記生成物は心臓の組織/細胞を標的とし、分極した心筋細胞と相互作用し、分極した心筋細胞によって内部移行された。これは、心筋への治療用/診断用化合物の放出を容易にした。
加えて、本発明は、他の経腸および非経口(すなわち、静脈内、腹腔内、経口、舌下、直腸、眼内、局所的、または経皮的)投与経路によって投与可能な本発明の方法によって得られる生成物に関する。
本発明の発明者らはまた、心筋に放出される化合物を封入するためにリン酸カルシウムナノ粒子(CaP−NP)を用いる直観的知識を有していた。本発明につながった研究において、本発明の方法のCaP−NPがインビトロでの心臓細胞およびインビボでの心筋の双方において前記化合物を内部移行することは驚きに値した。いかなる理論にも縛られるものではないが、本発明者らは、特定の用途において、本発明に従って調製され、かつ負に帯電したCaP−NPは細胞に対する毒性が低く、細胞生存性に適合したエンドサイトーシス依存性の内部移行を促進したことを立証した。驚いたことに、負電荷の存在は、CaP−NPそれ自体または心筋に放出される1種以上の化合物を封入したCaP−NPを、過分極した膜(例えば心筋細胞など)を有する細胞における内部移行の生存性に適合させ、不整脈の発症のような副作用を有さないようにした。本発明の別の態様において、CaP−NPは、所望の器官への機能性治療薬剤の直接の細胞特異的結合、内部移行、および細胞内放出のために、ターゲッティングリガンド(すなわち抗体、ペプチド、アプタマー)によって表面機能化されることができ、よって全身性の薬物曝露および心筋以外の組織における有害な副作用を最小限にしながら、薬物の有効性を向上する。
これより本発明について詳細に説明し、以下で実験部において例示する。
本発明に従って調製されたCaP−NPに対するクエン酸塩の効果を示す。(A,B)クエン酸塩なしで、および増大する量のクエン酸塩とともに、合成されたCaP−NPのコロイド安定性および寸法の評価;(A)平均流体力学的径の尺度としてのZ平均、および(B)DLSによって1時間にわたって連続的に測定した1秒当たりの光子数の計数。 生成されたCaP−NPに対する成熟時間(maturation time)の効果を示す。80mMに相当するクエン酸塩の濃度を用いた異なる合成時間のCaP−NPのフーリエ変換赤外分光分析(FTIR)。560および603におけるピークは結晶化度に関連する。 (A)時間の関数としての透析液の伝導度、および(B)DLSによってZ平均の測定を通じて評価した6時間の透析後の溶液中におけるCaP−NPの安定性を示す。 80mMに相当するクエン酸塩の濃度を用いて合成されたCaP−NPの(A)透析なし、(B)6時間の透析後の透過型電子顕微鏡(TEM)の分析、および(C)EDX(エネルギー分散型X線分析)分光法による図2Bに示したCaP−NPの分析を示す。 10μg/mLに相当するmiRの初期濃度を用いたCaP−NP−miRの透過型電子顕微鏡(TEM)の分析を示す。 (A)死細胞のみを選択的にマークすることができる染料であるトリパンブルーによる除外アッセイによって分析された細胞の細胞毒性の評価を示す。クラスリン阻害剤またはダイナミン阻害剤はCaP−NPの内部移行に関わるエンドシトーシスプロセスを強調するために用いられた。(B)カスパーゼ3−7アッセイによって分析された細胞アポトーシスレベルの評価。(C)CaP−NP−FITCで処置したHL−1細胞の共焦点顕微鏡によって分析した蛍光画像。CaP−NP−FITCシグナルは、細胞内区画におけるCaP−NP−FITCの内部移行を確認する。DAPI=核。 20μg/mLのCaP−NPの曝露の24時間後におけるHL−1の電気生理現象に対するCaP−NPの効果を示す。具体的には、未曝露のHL−1細胞(黒)および、20g/mLのCaP−NPに曝露したHL−1細胞(灰色)に対する受動的特性[静止膜電位(上段)、膜容量(中段)および膜抵抗(下段)]のボックスプロットを示す。 20μg/mLのCaP−NPの曝露の24時間後におけるHL−1の電気生理現象に対するCaP−NPの効果を示す。具体的には、(A)対照(左、黒色:平均+SD;SDは帯として表示)および曝露条件(右、灰色)のHL−1細胞においてランププロトコルによって得られたI−V曲線を示す。下段は、2つの曲線の重ね合わせ(左)および平均差純膜電流曲線(average difference net membrane current curve)(右)。(B)双方の状態についての代表的なナトリウム電流トレース。下段は、対照(黒)および曝露されたHL−1細胞(灰色)についてのピークナトリウム電流I−Vおよびナトリウムチャネル活性化の電圧依存性(g/gmax、右)。 20μg/mLのCaP−NPの曝露の5時間後における成体マウスの心室心筋細胞の電気生理現象に対するCaP−NPの効果を示す。具体的には、(A)対照(左、黒色:平均+SD;SDは帯として表示)および曝露条件(右、灰色)の成体心室筋細胞においてランププロトコルによって得られたI−V曲線、(B)2つの曲線の重ね合わせ(左)および平均差純膜電流曲線(右)。 20μg/mLのCaP−NPの曝露の5時間後における成体マウスの心室心筋細胞の電気生理現象に対するCaP−NPの効果を示す。具体的には、(A)対照条件および20μg/mLのCaP−NPの適用後における「全細胞電流クランプ構成(whole cell current clamp configuration)」で記録した代表的活動電位、(B)成体心筋細胞の膜電位(Vm)、膜容量(Cm)および膜抵抗(Rm)に対するCaP−NPの効果(上段)。活動電位閾値(APth)およびAP振幅(APA)(中段)、AP(dV/dtmax)の最大上昇率および90%再分極におけるAP持続時間(APD90)(下段)に対するCaP−NPの効果。 20μg/mLのCaP−NPの曝露の5時間後における成体マウスの心室心筋細胞の電気生理現象に対するCaP−NPの効果を示す。具体的には、(A)対照条件および20μg/mLのCaP−NPによる介入後における「全細胞電圧クランプ構成」で記録した代表的ナトリウム電流(上段)。対照電位(「電圧ステップ」プロトコル)の関数としてのナトリウム電流ピークの平均密度のオーバーラッピング、および対照条件(黒色)および20μg/mLのCaP−NP(灰色)の適用後に得られた定常状態活性化曲線の電圧依存性(下段)。(B)対照条件および20μg/mLのCaP−NPによる介入後における「全細胞電圧クランプ構成」で記録した代表的カルシウム電流(上段)。対照電位(「電圧ステップ」プロトコル)の関数としてのカルシウム電流ピークの平均密度のオーバーラッピング、並びに対照条件(黒色)および20μg/mLのCaP−NP(灰色)の適用後に得られた定常状態活性化曲線の電圧依存性(下段)。 20μg/mLのCaP−NPに24時間曝露した後の、HL−1細胞の細胞質カルシウムレベル(カルシウム移行)に対するCaP−NPの効果を示す。カルシウム移行は、心筋細胞の収縮期/拡張期の交番におけるイオンの循環的変動を反映する。lonOptixシステムによって分析された細胞は、カルシウム感受性の発蛍光団Fura2を担持していた。 HEK293細胞に対して増大する投与量のCaP−NP−miRを投与した後のmiR−133の内部移行の結果を示す。内部移行したmiR−133の量は全RNA抽出物に対する定量的PCRによって測定された。リポフェクタミン(Lipofectamine)(登録商標)は、リポソームによるmiR−133のトランスフェクションの陽性対照である。 塩水単独(対照)または本発明のナノ粒子(CaP−NP)の気管投与後に成体ラットにおいて実施された電位図のプロファイルを示す。 気管内注入によってCaP−NP−FICTで処置した動物の心筋組織上における2つの光子に対する顕微鏡分析を示す。画像は、CaP−NP−FITCが心室組織に実際に到達したことを示す。下段の組織標本の画像では、CaP−NP−FITCは血管の内側にも存在している。 糖尿病性心筋症のマウスモデルにおける、特許協力条約に基づく出願第PCT/EP2015/051376号に記載されている模倣ペプチド(mimetic peptide:MP)の治療電位を示す。MPは、新規なクラスの陽性変力物質に入る短い9aaペプチドである。従来にない機構によって作用すること(すなわちカルシウム依存性の収縮期収縮をもたらすトリガ要素であり、かつチャネルゲート特性を変えることがない電圧依存性L型カルシウムチャネルの細胞表面密度の正常化)により、MPは心拍の力を回復し、以前のクラスの変力物質の有害な不都合(すなわち不整脈原性および心筋酸素の浪費)を回避する。(A)エコー、心エコー検査。ストレプトゾトチン(streptozotocin:STZ)、およびCaP−NP中に封入されていないMP(MP)、スクランブル担持されたCaP−NP(CaP−NP−HA)またはMPを担持したCaP−NP(CaP−NP−MP)で治療したマウスにおいて超音波心臓検査法によって測定された短縮率(Fractional shortening)(%)。(n=10)(B)治療したマウスから分離された成体心筋細胞におけるCa2+電流測定値。I/V関係が示されている(n>16)。データは平均±SEMとして示される、P<0.0001。
従って、本発明は、−41.0mV〜−27.0mVの範囲にあるζ電位を有する負の表面電荷を備えた1つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)を含有する生成物の調製方法に関し、該方法は、
a)7〜10の範囲にあるpHを有し、かつカルシウムの水溶液、リン酸塩の水溶液およびクエン酸イオンの溶液を含有する混合物を20℃〜40℃の範囲の温度で30秒間〜10分間の範囲の時間にわたって維持する工程と、
b)工程a)の得られた溶液から未反応のイオンを除去し、それによって1つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)の懸濁液を得る工程と、
c)工程b)の懸濁液から1つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)の生成物を回収する工程とを含む。
本発明によれば、工程a)の混合物中のカルシウムの水溶液は、好ましくは20〜200mMの範囲のモル濃度を有する塩化カルシウムの溶液である。
本発明によれば、工程a)の混合物中のリン酸塩の水溶液は、好ましくは24〜140mMの範囲のモル濃度を有するNaHPOの溶液である。
工程a)の温度は20℃〜40℃の範囲にある。好ましくは、前記温度は、35〜40℃の範囲にあり、より好ましくは、前記温度は約37℃である。
工程a)における前記混合物の20〜40℃の範囲の温度での維持時間は、30秒間〜10分間の範囲にあり、好ましくは約5分間である。
前記クエン酸イオンの溶液は、好ましくは40〜800mMの範囲のモル濃度を有するクエン酸ナトリウムの水溶液である。
工程a)の混合物は7〜10の範囲のpHを有し、より好ましくは前記混合物のpHは10である。
工程a)が終わると、前記混合物は未反応イオンの除去のプロセスに供される。好ましくは、前記工程は透析膜によって行なわれる。これに代わって、電気泳動堆積または分子排除クロマトグラフィーが用いられてもよい。
本発明が透析膜を用いる場合、3500ダルトンのカットオフを有するセルロース膜が好ましい。透析膜によって実施される除去工程b)は、好ましくは5〜24時間、より好ましく6時間にわたって行われる。
未反応イオンの除去の工程b)が終わると、ナノ粒子の懸濁液が得られ、該懸濁液は、再蒸留水の添加を受け、凍結乾燥されて、工程c)のCaP−NPを得ることができる。これに代わって、工程b)の生成物を凍結乾燥して粉末を得ることができる。
本発明の方法は、実験部に示すように、心臓細胞中に進入することができ、かつ心臓の電気生理学的プロファイルの変調を引き起こさない、−41.0mV〜−27.0mVの範囲のζ電位を有する1種以上のCaP−NPから形成される生成物を得ることを可能にする。本発明の生成物は、球状のモルフォロジーを有するNPの形態において有利であることが判明した。さらに、本発明の方法によって得られるNPは、より大量の診断用/治療用化合物を封入することを可能にする、NPの分裂因子として測定される低い結晶化度を有することが判明した。本発明の方法から得られるNPは、(以下の実験部から明らかであろうように)非晶質リン酸カルシウムのそれに匹敵する低い結晶化度を有し、その低い結晶化度は、実際、より大きな構造破壊をもたらし、よって治療用/診断用化合物を結合することができるより大量の自由なイオンサイトを生じる。本発明の好ましく有利な態様において、本発明の方法は、工程a)において1種以上の治療用/診断用化合物の水溶液の添加を含む。これに代わって、本発明のさらに好ましく有利な態様において、本発明の方法は、1種以上の治療用/診断用化合物による最終生産物の表面機能化の追加を含む。CaP−NPの診断用/治療用化合物による表面機能化は、例えば、CaP−NPの懸濁液を診断用/治療用化合物の溶液と異なる時間にわたって混合し、その後に洗浄手順を続けることによって行われ得る。診断用/治療用化合物とCaP−NPとの間の安定した結合は、主に静電相互作用の形成によって生じ得る。
1種以上の治療用/診断用化合物は、好ましくは核酸、ペプチド、合成化合物および診断プローブからなる群から選択される。
工程a)において対象の1種以上の診断用/治療用化合物の溶液が存在することにより、工程c)の終わりに、構造内に封入された治療用/診断用化合物を有するCaP−NPを得ることが可能となる。
従って、驚いたことに、本発明の好ましく有利な態様に従って得られる本発明の生成物は、1種以上の診断用/治療用化合物を封入する1つ以上のCaP−NPを含み、かつ/または1種以上の表面機能化された治療用/診断用化合物を含む。前記1種以上の診断用/治療用化合物を封入する本発明の生成物は、驚いたことに、−41.0mV〜−27.0mVの範囲のζ電位と、150〜231nmの範囲のZ平均とを有する1つ以上の負に帯電したCaP−NPを含有することが判明した。前記治療用/診断用化合物が構造内に封入された本発明の生成物は、有利には球状のモルフォロジーを有するCaP−NPの形態にあることが判明した。
本発明は、その別の態様において、吸入投与による循環器疾患の治療におけるベヒクルとして使用するための本発明の方法によって得られた生成物に関する。
本発明における循環器疾患は、心不全、心筋収縮の低下、細動、糖尿病性心筋症、拡張型心筋症、遺伝子疾患(ブルガダ症候群、ティモシー症候群またはQT短縮症候群、筋ジストロフィーなど)、心臓肥大、低血圧症、甲状腺機能亢進症、甲状腺機能低下症、急性心不全、慢性心不全、心筋梗塞を含む。
本発明は、さらなる有利なその態様において、上記で説明し、実験部に示すように、吸入投与による循環器疾患の治療において用いるための1つ以上のCaP−NP中に封入された1種以上の化合物を有する、本発明の好ましく有利な実施形態において本発明の方法によって得られる生成物に関する。加えて、本発明は、他の経腸および非経口(すなわち、静脈内、腹腔内、経口、舌下、直腸、眼内、局所的、経皮的)投与経路によって投与可能な本発明の方法によって得られる生成物に関する。
実験部
実施例1A. 本発明のリン酸カルシウムナノ粒子(CaP−NP)の調製。
12.5体積のCaCl(10〜50mM)およびNa(C)(40〜200mM)の溶液、1体積のNaOH(0.1〜0.5M)の溶液、および12.5体積のNaHPO(12〜60mM)の溶液を含有する溶液を調製し、次いで37℃の水浴中に5分間入れた。
未反応の試薬を除去するために、前記CaP−NPの溶液を、3500ダルトンのカットオフを有し、かつ400mLの再蒸留水中に浸漬されたセルロース透析膜において6時間にわたって透析に供した。次に、その溶液を回収し、4℃の冷蔵庫内で保存した。その試料を凍結乾燥した後に無機残留物を秤量することによって、CaPの量を評価した。CaPの水性懸濁液の最終濃度は、試薬の濃度の関数として、60〜300μg/mLの範囲にあった。
ナノ粒子を調製するために、Ca2+とPO 3−との間の合成反応は、他の化学種の形成を防止すべく、NaOH(0.1〜0.5M)の溶液を添加することによってpHを調節して、pH10で実施した。カルシウムおよびリン酸塩と共に初期の溶液中に存在するクエン酸ナトリウムは、CaP粒子が、(Ca2+およびPO 3−の過飽和のレベルを変化させることにより)制御された方法で、結晶を形成するのを可能にする安定化剤であった。
前記NP懸濁液を動的光散乱(DLS)によって分析したところ、100〜200nmの範囲にある粒子のZ平均を示した。
工程b)のCaP−NPの水性懸濁液の最終濃度は、試薬の濃度の関数として、60〜300μg/mLの範囲にあった。本発明の生成物、すなわち前記CaP−NPの透過型電子顕微鏡(TEM)による分析は、直径において約50nmのZ平均を示した。
実施例1B:本発明のCaP−NPに対するクエン酸イオン、並びに温度および時間条件の効果。
工程a)におけるクエン酸イオンの存在の重要性を評価するために、CaP−NPの寸法およびコロイド安定性に対するクエン酸塩の効果をDLSによって予め評価した。
等量のNaHPO(24mM)およびCaCl(20mM)+NaCit(20mM、40mMおよび80mM)の溶液を使い捨てキュベット中で直接混合し、37℃で5分間維持し、クエン酸塩の不在下または存在下におけるCaP−NP沈殿物の大きさおよび安定性を評価するためにDLS測定に供した。異なる濃度のクエン酸ナトリウム(20mM、40mMおよび80mM)を用いた。
流体力学的径および1秒当たりの光子数をDLSによって60分間の連続期間にわたって測定した(図1A、図1B)。クエン酸塩の存在下および不在下で合成したCaP−NPのZ平均を結晶化時間の関数として測定した図1Aに示すデータは、結晶化の数秒後に既にクエン酸塩の不在下で結晶化したCaP−NPの平均流体力学的径は約2μmであり、60分間にわたって安定したままであったことを明らかに示している。一方、数秒後にクエン酸塩の存在下で合成されたCaP−NPのZ平均は、クエン酸塩の不在下で調製されたCaP−NPより著しく小さかった(約100nm)。クエン酸塩の存在下で合成されたCaP−NPの平均流体力学的径は、クエン酸塩を有さない対照試料よりも、時間とともにゆっくりと増大した。これはクエン酸塩がNPの大きさを安定させて、CaP−NPの凝集体を形成する傾向を低下させることを示している。さらに、これらのデータは、合成中にクエン酸塩の量を増大することによって、CaP−NPのZ平均はよりゆっくり増大し、また濃度にかかわらず、低い結晶化時間において、クエン酸塩はNPの大きさを安定させるその役割を発揮することを示している。
図1Bは、クエン酸塩なし、または20mMの量のクエン酸塩ありで合成されたCPCの1秒当たりの光子数の計数が経時的に減少し、よってキュベット中の物質の量は底部におけるその沈殿の後に減少することを示している。一方、40mMおよび80mMに相当する量のクエン酸塩の存在下で合成されたCaP−NPの場合に検出された光子数は経時的に安定したままであり、このように合成されたCaP−NPの優れたコロイド安定性を示している。結論として、クエン酸塩の存在下で結晶化したCaP−NPはより良好な寸法安定性およびコロイド安定性を示し、よってクエン酸塩の存在は粒子の安定性に必須であった。
クエン酸塩の効果を評価した後、最適な結晶化時間を評価した。80mMのクエン酸塩の存在下で結晶化したCaP−NPの試料を異なる結晶化時間(すなわち5、10、20および60分間)で調製した。反応生成物は、5000RPM(3.689×g)で10分間の遠心分離により水で3回洗浄し、DLS、フーリエ変換赤外分光法(FTIR)および透過型電子顕微鏡(TEM)によって特徴付けた。CaP−NPの量は、洗浄および凍結乾燥の後に無機残留物を秤量することにより評価した。
異なる時間で合成したCaP−NPのFTIRスペクトル(図2)を記録して、粒子の化学構造を評価した。すべての場合において、CaPに典型的なバンドを強調した。具体的には、この構造中に存在する主な官能基によるバンド、例えば、リン酸塩の伸縮振動による約1040cm−1および1100cm−1における2つのバンド、リン酸塩の変角振動に起因する603cm−1および560cm−1における2つのピーク、炭酸イオンの伸縮振動に起因する約1450cm−1における2つの小さなバンドなどを見ることが可能である。前記CaP−NPは非制御雰囲気中で調製されたので、炭酸イオンは物質の結晶性構造に自発的に進入し得る。この現象は、生体アパタイトにおいても一般に見られる。すべての物質において、より強力なバンドは、クエン酸塩のカルボキシル基の伸縮振動に起因する約1600cm−1において明らかである。このように、CaPの表面上に結合されたクエン酸塩が実際に存在することが確認され得る。結晶化時間が増大するにつれ、非晶質材料に類似した低い長距離秩序を有する物質からより結晶性の物質への明らかな変換が観察された。
結晶化時間が増大するにつれ、CaP−NPのZ平均は、60分後に合成されたCaP−NPにおいて約2μmの値に達するまで増大した。5分後および10分後に合成されたCaP−NPの場合においてのみ、前記平均流体力学的半径は本発明に使用するのに必要とされる特徴に合致した。
結晶化度は図2のFT−IRスペクトルから分裂因子(SF)を評価することにより計算した(ウェイナー エス.(Weiner S.)およびバール−ヨセフ オー.(Bar−Yosef O.)(1990年)、「States of preservation of bones from prehistoric sites in the Near East: a survey.」、Journal of Archaeological Science、第17巻、p.187−196)。前記SFは、それらの間の谷底点の高さによって分割された603cm−1および560cm−1におけるリン酸塩の伸張のピーク高さの合計によって測定された。高さはすべて、約780〜495cm−1に描かれたベースライン上において測定した。下記の表1に示すように、SFが高いほど、物質の結晶化度は高い。5分の結晶化後のCaP−NPのSFは、603cm−1および560cm−1におけるリン酸塩のバンドが分解していなかったために測定不能であった。これは非常に低い結晶化度を示す。一方、SFは結晶化時間が増大するにつれて増大した。これは結晶化時間が物質の結晶化度に影響を与えたことを示す。
結晶化時間が10分間より長いと、最終的に得られた結晶化度のレベルは高くなり過ぎ、従って、その生成物は意図した用途に適さなくなる。有利には、この手順によって得られる結晶化度のレベルの増大により、CaP−NPの分解性の時間は減少するとともに、CaP−NPの分解性の時間の減少は治療用/診断用化合物の徐放を得ることを可能にし、よって治療用/診断用化合物の徐放を決定した。
実施例1C:本発明の工程b)の効果。
結晶化の間に未反応のイオンを除去するために、実施例1Aにおいて示したように透析を用いた。
反応環境中の過剰なイオンすべてを透析によって除去することができるように最適な時間を試験するために、経時的な透析媒体の伝導度を評価したところ、プラトーは6時間後に観察された(図3A)。到達した伝導度プラトーは、反応媒体から透析媒体へのイオン交換が終了し、大部分の未反応のイオンは洗浄水中に移動したことを示した。以下の表2に示すように、透析時間後のCaP−NPのζ電位を測定した。
結果は、透析時間の増大により、CaP−NPの平均流体力学的径は低下したが、ζ電位は一定のままであったことを示した。6時間の透析後のCaP−NPの安定性をDLSによって確認した(図3B)。図3Bは、時間の関数として6時間の透析後におけるCaP−NPのZ平均の値を示す。CaP−NPの寸法の変化は300分まで観察されなかったことが分かり、実際、前記寸法の値は、経時的に一定のままであるように見える。図3B中の挿入図は、300分間までの期間にわたって1秒当たりに検出された光子数を示す。この分析は、前記光子数が300分間にわたって一定のままであったので、溶液中における6時間の透析後のCaP−NPの最適なコロイド安定性を認めることを可能にした。
図4は、透析なし(図4A)および6時間の透析後(図4B)のCaP−NPのTEM分析を示す。透析前には、CaP−NP(球状の様相およびより暗色によって認識可能であり、かつ直径約20〜30nmの寸法を有する)は、CaP−NPに物理的に結合されていない溶液中に残存するクエン酸塩である可能性が最も高い有機物の層で被覆されていることが分かる。反対に、この場合の6時間の透析後のCaP−NPもまた球状のモルフォロジーおよび約30〜50nmの寸法を有していたが、輪郭がより明瞭であり、目に見えて表面の有機部分を有していなかった。6時間の透析後のCaP−NPに対して選択領域におけるEDX分光分析(図4C)を実施した。前記EDX分光分析は、(サンプルホルダに由来するCuのシグナル、並びに試料および外的環境の双方に由来するOおよびCのシグナルに加えて)Ca元素、P元素に由来するシグナルを示し、CaP−NPは主にリン酸カルシウムからなり、かつ透析中に他の相は形成されていないことを確認した。
実施例2:本発明のCaP−NPの標識。
実施例1Aから得られたNPの細胞内移行を評価するために、NPをイソチオシアン酸フルオレセイン(FITC)で標識した。
実施例1Aにおけるように、しかし以下に記載するようにFITC化合物を含んで、CaP−NPを調製した。
12.5体積のCaCl(10〜50mM)およびNa(C)(40〜200mM)の溶液、1体積のNaOH(0.1〜0.5M)の溶液、および12.5体積のNaHPO(12〜60mM)の溶液を含有する溶液を調製し、次いで37℃の水浴中に5分間入れた。未反応の試薬を除去するために、CaP−NPの溶液を、3500ダルトンのカットオフを有し、400mLの再蒸留水中に浸漬されたセルロース透析膜において6時間にわたって透析に供した。その後CaP−NPの懸濁液を得た。
最初に、このプロトコルに従って、すなわちFITC(0.025mmol)および3−アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)(0.25mmol)を10mLのエタノールに添加し、暗所で24時間にわたって600rpmで撹拌し続けて、FITCをAPTSとコンジュゲートした(以後、この混合物をFITC−APTSと称する)。
次に、100μLのFITC−APTS、100μLの水酸化アンモニウム(HO中28重量%のNH)、および100μLのオルトケイ酸テトラエチル(etraethyl orthosilicate)(TEOS)をCaP−NPの水性懸濁液に添加した。この懸濁液を暗所で24時間にわたって600rpmで撹拌し続けた。未反応のFITCを除去するために、CaP−NP−FITCを遠心分離によって再蒸留水で3回洗浄した。
その結果得られたCaP−NP−FITCを後続の実施例において生物学的活性の評価に用いた。
実施例3:マイクロRNA(治療用化合物の例)を封入したCaP−NP(CaP−NP−miR)の調製。
マイクロRNAの封入を伴うCaP−NPの調製は、以下に記載するようにマイクロRNA化合物の含有によって行われる実施例1Aに記載したような調製プロトコルに詳細に従って実施した。マイクロRNA miR−133に対応するマイクロRNAは、合成ヌクレオチド配列(ドイツ国IBAによって合成)である。
12.5体積のCaCl(10〜50mM)およびNa(C)(40〜200mM)の溶液、1体積のNaOH(0.1〜0.5M)の溶液、および12.5体積のNaHPO(12〜60mM)の溶液を含有する溶液は、異なる濃度のマイクロRNA(0.5〜10)を含有する。次に前記溶液を37℃の水浴中に5分間入れた。続いて、その懸濁液を6時間にわたって透析し、4℃で保存した。結果として生じたmiR−133を封入したCaP−NP(以下、簡単にCaP−NP−miRと称する)を次いで、寸法、ζ電位およびモルフォロジーによって分析した。次に、前記溶液を回収し、4℃の冷蔵庫に保存した。
CaP−NP−miRの水性懸濁液の最終濃度は、60〜300μg/mLの範囲にあった(表3参照)。
CaP−NP−miR粒子の特性分析を下記の表3に示す。
CaP−NP−miRの懸濁液をDLSによって分析したところ、150〜231nmの範囲にある粒子のZ平均と、−41.0mV〜−27.0mVの範囲にあるζ電位とを示した。さらに、pdIは試料寸法の狭細な分布を示す0に近い値を有した。本発明の生成物、すなわちCaP−NP−miRのTEM分析は、すべての単一粒子の大きさは約50nmであることを示した(図5)。
実施例4:実施例3における本発明のCaP−NP−miRに封入されたmiR−133の量の評価。
CaP−NP−miRに封入されたmiR−133の正確な量を評価するために、CaP−NP−miRから抽出された全核酸に対して定量的PCR(qPCR)測定を実施した。実施例3に記載したような、合成中に用いられる異なる濃度(2μg、25μgおよび50μg)のmiR−133を用いたCaP−NP−miRの3つの調製物から、500μLのCaP−NP−miRの溶液をPurezol試薬(プロメガ(Promega))によるRNAの抽出に用いた。次いでCaP−NP−miRの各調製物について抽出した合計40ngのRNAをuniversal cDNA Synthesis II kit(エキシコン(Exiqon))を用いて逆転写した。次に、逆転写反応の1/40を後続のmiR−133に特異的なqPCRに用いた。前記qPCRは、Vila(商標)7 Real−Time PCR System(アプライド バイオシステム(Applied Biosystem))上でSYBR(登録商標) Select Master Mix(インビトロジェン(Invitrogen))を用いて、3回繰り返して実施した。次に、既知量のmiR−133の合成オリゴから導出されるcDNAの連続希釈法を用いた絶対的定量化法を用いて、miR−133の正確な量を求めた(40フェムトモルの出発点から1:10希釈)。CaP−NPに結合したmiR−133の量を、線形標準曲線において導出されるCtをトレースすることにより推定した。CaP−NPに結合したmiR−133aの量を表4に示す。結果は、反応中に用いられるマイクロRNAの50%超がCaP−NP内に封入されたことを示している。
実施例5:CaP−NPおよび毒性のインビトロ評価。
実施例1Aで得られたCaP−NPを生体適合性および毒性について、心臓の細胞系統HL−1を増大する投与量(0〜500ug/mL)のCaP−NPに曝露して、インビトロで試験した。第1工程として、死細胞のみを選択的にマークすることができる染料であるトリパンブルーによる除外アッセイによって、細胞毒性の評価を実施した。図6Aに示すように、HL−1系統は試験した量の投与に耐性を有したが、高投与量(>125ug/mL)のみにおいて細胞の死亡率の増大が観察された。続いて、CaP−NPの投与後に誘発される任意のアポトーシス反応の評価にカスパーゼ−3−7アッセイを用いた。図6Bに示すように、アポトーシス活性に関する有意差は、≧250ug/mLの高濃度のCaP−NPにおいてのみ観察された。従って、双方のアッセイは、CaP−NPを心筋に対する目的の化合物の内部移行のための可能な担体として選択した。
実施例6:CaP−NPの内部移行の評価。
CaP−NPの細胞内移行を評価するために、HL−1細胞を20μg/mLの濃度の実施例2のCaP−NP−FITCに曝露し、投与後24時間に共焦点顕微鏡分析を実施した。図6Cに示すように、別々の細胞内小胞区画におけるCaP−NP−FITCの明確な内部移行が得られた。この内部移行が実際に活性エンドサイトーシス機構によるものであったかを判定するために、原形質膜の陥入およびエンドサイトーシスに関わるタンパク質であるクラスリンまたはダイナミンに特異的な阻害剤を用いた。従って、HL−1細胞をこれらの阻害剤で前処置し、次いで増大する濃度のCaP−NPに曝露した。図6Aに示すように、クラスリン/ダイナミン媒介エンドサイトーシス阻害は、すべての投与量においてCaP−NPによって誘発される(トリパンブルーによる除外アッセイにおける)細胞毒性を著しく低減し、よって、CaP−NPの細胞吸収の阻害を反映する。
実施例7:CaP−NPおよび電気生理的特性のインビトロ評価。
心筋細胞のような興奮性細胞上でのカルシウムに基づいたナノ粒子の使用における主な問題の1つは、電気生理学的特性に対する潜在的影響である。従って、2つの細胞タイプ(HL−1および成体マウス心室心筋細胞)の生物物理学的特性について検討した。最初に、20μg/mLの実施例1AのCaP−NPの短期投与後および長期投与後のHL−1細胞における活動電位(AP)の特性を分析した。具体的には、投与後24時間に、HL−1を長期の実験(CaP−NPと共に24時間のインキュベーション)に用い、一方、マウス心筋細胞は短期の実験(CaP−NPと共に4時間のインキュベーション)に用いた。長期条件および短期条件の双方において、全細胞構成におけるパッチクランプ法によって実施した電気生理学的実験は、休止細胞の生物物理学的特性に関して、および閾値を超える電気刺激(図7〜図11)後に得られる活動電位特性について、処置した試料および対照試料の双方の間において有意差を示さなかった。よって、これらの細胞の電気的表現型を決定し、それらに興奮性の典型的な特性を与えるパラメータ、例えば、膜電位(Vm)、膜容量(Cm)、膜抵抗(Rm)、活動電位閾値(AP)、AP幅(APA)、AP(dV/dTmax)の最大上昇率およびAP(APD)の持続時間などは、上記の濃度のCaP−NPの投与後に、有意に変更されなかったことが示された。また、典型的な心臓の細胞AP特性に基づいて検討した前記2つの細胞タイプに通常存在する主なイオン電流(カリウム電流、ナトリウム電流およびカルシウム電流)の、またパッチクランプ法による、分析は、対照と、短期条件および長期条件の双方においてCaP−NPによって処置したものとの間において有意差を示さなかった。
最後に、心筋細胞の収縮期/拡張期の交番によるカルシウムの周期的な変化を反映する細胞質のカルシウムレベルにおける変化(カルシウムトランジェント)の評価を実施した。図12に示すように、異なる条件間における有意な変化は強調されなかった。結論として、上記のデータは、CaP−NPが、心筋細胞の生理学的性質を変化させることなく、細胞内の細胞質空間に効率的に進入したことを示す。
実施例8:封入された診断用/治療用化合物を有するCaP−NPの効果。
miR−133(実施例3で使用)を模倣する合成二本鎖オリゴ(synthetic duplex oligo)を内部に封入したCaP−NPの細胞内移行を評価した。従って、本発明の生成物をmiR−133にコンジュゲートされたCaP−NP(CaP−NP−miR)として、実施例3に従って合成miR−133の溶液を用いて調製した。筋肉に特異的なマイクロRNAであるmiR133は、陰性のβ−アドレナリン作動性受容体調節薬であることが知られていた。
次に、本発明の化合物の内部移行を、漸増的な投与量のCaP−NP−miRで予め処置した細胞から抽出した全RNAに対して実施したqPCRによって確認した。図13に示すように、増大する投与量のCaP−NP−miRによる各処置は、各細胞内miR−133の増分値に対応した。
これらのデータは、CaP−NP−miR粒子に封入されたmiR−133化合物が実際に細胞内に能動的に内部移行されたという証拠を提供した。従って、そのような証拠は、治療用/診断用化合物の効率的な細胞内送達のためのCaP−NPの使用を支援する。
実施例9:本発明の生成物の投与後の心機能に対する副作用の可能性のインビボ評価。
実施例1Aにおいて生成したCaP−NPが、心臓の活動に影響を与えることなく、成功裡に心筋に到達したかを評価するために、インビボの試験を成体ラットにおいて行なった。ロッシ(Rossi)ら、AJP、2008年の文献に記載されているように麻酔した動物に、気管経路によって生理食塩水そのもの(CTL)、または動物の体重1kg当たり3mgの濃度でCaP−NPを含有する生理食塩水を投与した。処置後4時間に、前記動物を電気生理学的分析に供した。心外膜表面に配置した電極装置から得られた電位図を図15に示す。図14および下記の表5に示すように、電位図はP、PQ、QRS、QT、ERP、RRに関して2つの実験群の間に定性的差異を示さなかった。
表5.生理食塩水そのもの(CTL)またはCaP−NPを含有する生理食塩水で処置した動物の電位図。
従って、心臓ECGパラメータが変化しなかったことにより、CaP−NPの投与が心興奮性のいかなる形の変調も引き起こさなかったことが確認され、よって、本発明の生成物に対する生理学的な心臓の耐性、および異なる性質のナノ粒子の使用によって予想される技術的問題の克服が期待される。
最後に、CaP−NPの心臓への実際の送達を評価するために、ラットを実施例1Bに示したように調製したCaP−NP−FITC(イソチオシアン酸フルオレセイン)(3mg/kg)を含有する生理食塩水の単回気管内投与に曝露した。投与後4時間に、心臓を分離して、2光子顕微鏡によって分析した。驚いたことに、前記心臓組織において、特に多くの量を左心室に有する本発明の生成物の広範囲の分布が観察され、よって、本発明の生成物が気管投与によって実際の心臓に到達したことを示唆した。この結果は、図15に示すような心臓組織の蛍光画像によって表わされる。さらに、多回投与アプローチ(1日1回を隔日毎に3回繰り返した)は、主に左心室腔において蛍光の増大を生じて、心臓組織に関連する心臓のバイオアベイラビリティーは用量依存的な増大に従うことを示唆した。
実施例10:心疾患(糖尿病性心筋症)のマウスモデルにおける本発明の生成物の治療電位。
治療用途の可能性をさらに調査するために、実施例3においてマイクロRNAについて記載したような模倣ペプチド(MP)の含有によって行われる実施例1Aにおけるように、CaP−NPを生成した。MPは、新規なクラスの陽性変力物質のうちに入る短い9aaペプチド(米国ジーンスクリプト(Genescript)により合成)である。従来にない機構によって作用すること(すなわち、カルシウム依存性の収縮期収縮をもたらすトリガ要素であり、かつチャネルゲート特性を変化させることがない、電圧依存性L型カルシウムチャネルの細胞表面密度の正常化)により、MPは、LTCC密度、従って心筋収縮能がダウンレギュレートされる心機能障害(すなわち糖尿病性心筋症、DM)の状態において心拍の力を回復する。DMを誘発するために、膵臓のインシュリンを生成するβ細胞に有害な化合物であるストレプトゾトチン(STZ)をマウスに注射した。興味深いことに、MP−CaP−NPによるDMマウスの10日間の吸入治療により、心機能は完全に回復し、一方、MP単体またはスクランブル−CaP−NP(CaP−NP−HA)を投与した場合には効果が得られなかった(図16A)。加えて、同一の治療されたマウスから分離した心筋細胞の機能分析により、MP−CaP−NPがカルシウム電流(Ica)を回復することが明らかとなった(図16B)。

Claims (17)

  1. −41.0mV〜−27.0mVの範囲にあるζ電位を有する負の表面電荷を備えた1つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)を含有する生成物の調製方法であって、該方法は、
    a)7〜10の範囲にあるpHを有し、かつカルシウムの水溶液、リン酸塩の水溶液、およびクエン酸イオンの溶液を含有する混合物を20℃〜40℃の範囲の温度で30秒間〜10分間の範囲の時間にわたって維持する工程と、
    b)工程a)の得られた溶液から未反応のイオンを除去し、それによって1つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)の懸濁液を得る工程と、
    c)工程b)の懸濁液から1つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)の生成物を回収する工程とを含む、方法。
  2. 工程a)の混合物中に、1種以上の治療用/診断用化合物の水溶液も存在する、請求項1に記載の方法。
  3. 工程c)から回収された前記1つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)は、1種以上の治療用/診断用化合物によって表面機能化されている、請求項1に記載の方法。
  4. 工程a)の混合物中のカルシウムの水溶液は、20〜200mMの範囲のモル濃度を有する塩化カルシウムの溶液である、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 工程a)の混合物中のリン酸塩の水溶液は、24〜240mMの範囲のモル濃度を有するNaHPOの溶液である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 工程a)の前記温度は35〜40℃の範囲にある、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 工程a)の混合物の維持時間は約5分間である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記クエン酸イオンの溶液は、40〜800mMの範囲のモル濃度を有するクエン酸ナトリウムの水溶液である、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 工程a)の混合物は約10のpHを有する、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 未反応のイオンを除去する工程b)は、透析膜によって実施される、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記透析膜は、3500ダルトンのカットオフを有するセルロース膜である、請求項10に記載の方法。
  12. 透析膜によって実施される除去工程b)は、5〜24時間にわたって行われる、請求項11に記載の方法。
  13. 前記リン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NP)の回収工程c)は、凍結乾燥によって実施される、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の方法。
  14. つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NPを含有する生成物であって、前記CaP−NP−41.0mV〜−27.0mVの範囲にあるζ電位を有する負の表面電荷と、多くとも1.76の分裂因子(SF)とを有するとともに、核酸、ペプチド、合成化合物および診断プローブからなる群から選択される1種以上の表面機能化された治療用/診断用化合物を含有する、生成物。
  15. つ以上のリン酸カルシウムのナノ粒子(CaP−NPを含有する生成物であって、前記CaP−NPは、1種以上の治療用/診断用化合物を封入し、−41.0mV〜−27.0mVの範囲にあるζ電位と、150〜231nmの範囲にある平均流体力学的径(average mean hydrodynamic diameter)(Z平均として測定)とを有する負の表面電荷を有するとともに、核酸、ペプチド、合成化合物および診断プローブからなる群から選択される1種以上の表面機能化された治療用/診断用化合物を含有する、生成物。
  16. 請求項14又は15に記載の生成物の、循環器疾患の治療用薬剤を製造するための使用。
  17. 前記治療は、吸入投与、経腸投与、非経口投与、静脈内投与、腹腔内投与、経口投与、舌下投与、噴霧投与、直腸内投与、眼内投与、局所投与および経皮的投与のうちから選択される投与経路を通じて実施される、請求項16に記載の使用。
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