JP7090034B2 - 化学療法、標的療法、光線力学療法、免疫療法及びそれらの任意の組み合わせのためのナノ粒子 - Google Patents
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Description
本発明は、国立衛生研究所によって付与された助成金番号U01 CA198989の下での米国政府の支援によってなされた。そのため米国政府は本発明に一定の権利を有する。
(c)生分解性結合を含む二価リンカー部分、から成り、該一価薬物部分と該一価脂質部分とが該リンカー部分を介して結合するプロドラッグを提供する。任意に、該一価薬物部分は抗癌剤化合物の一価誘導体である。より任意に該一価薬物部分はエトポシド(ET)、パクリタキセル(PTX)、OTS964、NLG919、OTS167、OTSC41、ジヒドロアルテミシニン、カンプトテシン(CPT)、ドキソルビシン、ドセタキセル、ビンクリスチン、ミトキサントロン、アーテスネート及びカペシタビンから成る群から選択される薬剤化合物の一価誘導体である。任意に該生分解性結合はジスルフィド結合である。
いくつかの実施態様において、この一価脂質部分はコレステロール誘導体であり、一価脂質部分と二価リンカー部分とが一緒になって下記の構造を有する。
いくつかの実施態様において、この一価脂質部分はホスホコリン誘導体であり、この一価脂質部分と二価リンカー部分とが一緒になって下記の構造を有する。
いくつかの実施態様において、このサイトカインは、インターフェロン及びインターロイキンから成る群から選択される。いくつかの実施態様において、このサイトカインは、IFN-α、IFN-γ、IL-2、IL-12、及びTNF-αから成る群から選択される。
いくつかの実施態様において、この疾患は転移性癌である。
いくつかの実施態様において、この発明は、(a)一価薬物部分、(b)一価脂質部分、及び(c)生分解性結合を含む二価リンカー部分から成るプロドラッグ並びにナノスケール配位ポリマーを含む組成物であって、該ナノスケール配位ポリマーがシスプラチン及び/又はオキサリプラチンのプロドラッグを含む、組成物を提供する。いくつかの実施態様において、この組成物は、更に、siRNAを含む。
いくつかの実施態様において、このナノスケール粒子は、更に、少なくとも1つの核酸化学療法剤を含む。いくつかの実施態様において、この核酸化学療法剤は、siRNA、miRNA、又はAS ODNである。いくつかの実施態様において、この少なくとも1つの核酸化学療法剤は、この核酸上のリン酸基とこのコアの外表面上の金属イオンとの間の配位結合を介して、金属-有機マトリックス材料のコアに結合している。いくつかの実施態様において、この少なくとも1つの核酸化学療法剤は、サバイビンsiRNA、ERCC-1 siRNA、P-糖タンパク質siRNA(P-gp siRNA)、Bcl-2 siRNA、又はこれらの混合物から成る群から選択される。
いくつかの実施態様において、このナノスケール粒子は、更に、少なくとも1つの光増感剤を含む。
いくつかの実施態様において、このナノスケール粒子は約20nm~約140nmの間の平均直径を有する。
いくつかの実施態様において、この脂質二重層は、チオール-又はジチオール-官能化1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン(DSPE)、1,2-ジオレオイル -3-トリメチルアンモニウムプロパン(DOTAP)、及び1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DOPC)のうちの1又はそれ以上を含む混合物から成る。
いくつかの実施態様において、この金属-有機マトリックス材料コアは、多価金属イオン及びビスホスホネートから成る金属ビスホスホネート配位ポリマーを含む。
いくつかの実施態様において、この多価金属イオンは、Ca2+、Mg2+、Mn2+、Zn2+、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される。
いくつかの実施態様において、このビスホスホネートは、化学療法プロドラッグであり、任意に、シスプラチン又はオキサリプラチンのプロドラッグである。いくつかの実施態様において、このプロドラッは、DHAの一価誘導体を含む。いくつかの実施態様において、このビスホスホネートは、シス、シス-トランス-[Pt(NH3)2Cl2(OH)2](シスプラチンプロドラッグ)又はシス、トランス-[Pt(dach)Cl2(OH)2]のビスホスホネートエステルである。いくつかの実施態様において、この多価金属イオンは、Zn2+である。いくつかの実施態様において、この金属-有機マトリックス材料コアは、ビスホスホネートを約40~約50重量%含む。
いくつかの実施態様において、本発明は、ピロリン酸亜鉛及び脂質複合プロドラッグを含む組成物、シスプラチン及び/又はオキサリプラチンのプロドラッグ及び脂質複合プロドラッグを含むナノスケール配位ポリマー、又は金属-有機マトリックス材料を含むコア及び脂質複合プロドラッグを含むナノスケール粒子を含む組成物、を患者に投与する段階を含む、治療を必要とする患者の癌を治療する方法を提供する。いくつかの実施態様において、この癌は、肺癌、膵臓癌、卵巣癌、乳癌、及び結腸癌から選択される。いくつかの実施態様において、この癌は、卵巣癌、任意に、シスプラチン耐性卵巣癌である。
いくつかの実施態様において、この方法は、更に、光増感剤を患者に投与する段階を含む。いくつかの実施態様において、この光増感剤は脂質であり、この脂質は、ポルフィリン又はその誘導体又はその類似体に共有結合した脂質である。
いくつかの実施態様において、本発明は、治療を必要とする患者の癌を治療する方法であって、脂質複合プロドラッグ及び金属-有機マトリックス材料コアを含むナノスケール粒子及び光増感剤を含む組成物を患者に投与する段階と、この光増感剤を活性化するのに適した波長を有する放射線をこの患者又はこの患者の治療領域に照射する段階とを含む方法を提供する。
いくつかの実施態様において、この癌は頭頸部癌であり、任意に、この頭頸部癌はシスプラチン耐性頭頸部癌である。いくつかの実施態様において、この方法は、更に、患者に免疫療法剤を投与する段階を含む。
ここに開示された発明の目的は、本明細書に開示された発明によって全体的又は部分的に達成され、添付の図面や以下で最良に記載された実施例を参照しながら説明が進むにつれて明らかになるであろう。
したがって、いくつかの実施態様において、本発明は、免疫原性細胞死を引き起こすこと又は免疫刺激性であることが知られているような化学療法剤を含むナノ粒子を提供する。いくつかの実施態様において、このナノ粒子は、複数のタイプの癌を治療するための複数の化学療法剤を含むことができる。このナノ粒子は、光線力学療法(PDT)と組み合わせて、又は単独使用されて免疫刺激を引き起こして、効果的な癌療法をもたらすことができる。このようなナノ粒子は、更に免疫療法剤と組み合わせることができる。この免疫療法剤には、例えば、CTLA-4、PD-1/PD-L1、IDO、LAG-3、CCR-7又は他の経路などを標的とする免疫抑制剤や、これらの複数の経路の組み合わせを標的として全身性抗腫瘍免疫を誘発する免疫抑制阻害剤などがある。
他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載されたものと類似又は等価な任意の方法、デバイス、及び材料は、ここに開示される発明の実施又は試験に使用することができるが、ここで開示されているのでは代表的な方法、デバイス及び材料である。本明細書で言及される全ての刊行物、特許出願、特許及び他の参考文献は、その全体が参照により組み込まれる。
本明細書及び特許請求の範囲において、記載された化学式又は化学名は、すべての光学異性体及び立体異性体、ならびにそのような異性体及び混合物が存在するラセミ混合物を包含する。
℃=摂氏;%=パーセンテージ;μl=マイクロリットル;μM=マイクロモル;Chol =コレステロール;cm =センチメートル;CPT =カンプトテシン;CRT =カルレティキュリン;DCM =ジクロロメタン;DHA =ジヒドロアルテミシニン;DLS =動的光散乱;DMF =ジメチルホルムアミド;DOPA =ジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸;DOPC = 1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸ナトリウム塩;DSPE-PEG2k = 1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N- [アミノ(ポリエチレングリコール)2000];ET =エトポシド;EtOH =エタノール;g =グラム;h =時間;IC50 = 50%阻害濃度;ICP-MS =誘導結合プラズマ質量分析法;kg =キログラム;M =モル;mg =ミリグラム;min=分;mL =ミリリットル;mM =ミリモル;mmol =ミリモル;MOF =金属-有機骨格;MTX =ミトキサントロン;MW =分子量;NCP =ナノスケール配位ポリマー;NIR =近赤外線;nm =ナノメートル;nmol =ナノモル;NMR =核磁気共鳴;OA =オレイン酸;OX =オキサリプラチン;PBS =リン酸緩衝食塩水;PDI =多分散指数;PD-L1 =プログラム死リガンド1;PDT =光線力学療法;PEG =ポリエチレングリコール;pmol =ピコモル;PS =光増感剤;Pt =白金;PTX =パクリタキセル;PVP =ポリビニルピロリドン;RES =細網内皮系;rpm =回転数/分;SBU =二次建築単位;sec=秒;SOSG =一重項酸素センサー緑;TEM =透過型電子顕微鏡;TFA =トリフルオロ酢酸;THF =テトラヒドロフラン;Zn =亜鉛
以下の用語は、当業者によってよく理解されると考えられるが、以下の定義は、本発明の説明を促進するために説明される。
別段示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される、サイズ、反応条件などの量を表す全ての数は、全ての場合において、「約」という用語によって修飾されるものとして理解されたい。したがって、それに反して示されない限り、本明細書及び添付の特許請求の範囲において説明される数的パラメータは、本発明によって得ることが求められる所望される特性によって変動し得る近似値である。
本明細書で両端によって示される数値範囲は、その範囲内に包含される全ての数及び分数を含む。(例えば、1~5の数値範囲は、1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.90, 4及び5を含むが、これに限定されない。)
「ジスルフィド」という用語は、-S-S-基を指す。
「ヒドロキシル」及び「ヒドロキシ」という用語は、-OH基を指す。
「メルカプト」又は「チオール」という用語は、-SH基を指す。
「カルボキシレート」及び「カルボン酸」という用語はそれぞれ、基-C(=O)O-及び基-C(=O)OHを指し得る。「カルボキシル」という用語もまた、-C(=O)OH基を指し得る。いくつかの実施形態において、「カルボキシレート」又は「カルボキシル」は、-C(=O)O-基又は-C(=O)OH基のいずれかを指し得る。
「ホスフェート」は、-OP(=O)(OR')2基を指し、式中、R'は、H又は負電荷である。
本明細書で使用される「二価」という用語は、別の一つの化学的部分また複数の化学部分へ化学結合するために利用可能な2つの部位を有する化学的部分を指す。
プロドラッグの親化合物への変換は、特定の酵素(例えば、エステラーゼ)の存在下又は特定の生物学的条件下(例えば、生理学的に関連するpH、又は生理学的環境に存在する還元剤の存在下)で行うことができる。いくつかの実施態様において、プロドラッグはまず別のプロドラッグに変換され、その後、親化合物に変換される(しばしばはるかにゆっくりと)。プロドラッグは、親化合物に比べて、バイオ利用可能性が広く、及び/又は生物学的区画(例えば、リソソーム、脳又はリンパ系など)への送達が促進されることが可能である。いくつかの実施形態において、プロドラッグは、親化合物よりも、特定の送達プラットフォームや配合物により適合することができる。
ポリマーは、有機であっても、無機であっても、これらの組み合わせであってもよい。本明細書で使用される場合、「無機」という用語は、炭素、水素、窒素、酸素、硫黄、亜リン酸塩、又はハロゲン化物のうちの1つ以外の、少なくともいくつかの原子を含有する化合物もしくは組成物を指す。したがって、例えば、無機化合物もしくは組成物は、1つ以上のケイ素原子及び/又は1つ以上の金属原子を含有し得る。
「MRI造影剤」という用語は、試料中の水プロトンの誘導緩和速度の変化をもたらす部分を指す。
「リゾ脂質」という用語は、1又はそれ以上のアシル基が除去された脂質を指す。
癌の具体的な種類としては、皮膚癌(例えば、黒色腫)、結合組織癌(例えば、肉腫)、脂肪癌、乳癌、頭頸部癌、肺癌(例えば、中皮腫)、胃癌、膵臓癌、卵巣癌、子宮頸癌、子宮癌、肛門生殖器癌(例えば、精巣癌)、腎臓癌、膀胱癌、結腸癌、前立腺癌、中枢神経系(CNS)癌、網膜癌、血液、神経芽細胞腫、多発性骨髄腫、及びリンパ癌(例えば、ホジキンリンパ腫及び非ホジキンリンパ腫)が挙げられるが、これらに限定されない。
「転移性癌」という用語は、患者の体内のその初期部位(すなわち、一次部位)から伝播している癌を指す。
ナノスケール配位ポリマー(NCP)は、自己集合した複合ナノ物質の新興クラスであり、その特性は、分子構築ブロックを変化させることによって調整可能である。NCPは、疾患を治療するための望ましい薬物送達プラットフォームを提供することができる。例えば、PCT国際公開WO2013/009701及びWO2015/069926を参照されたい。これらの開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。例えば、ナノスケール配位ポリマー(NCP)は、腫瘍における漏出性血液血管系及び減少したリンパ排液を利用して、高い透過性及び保持(EPR)効果により、小分子薬物及び生物製剤の腫瘍部位への送達を促進するために使用することができる。ナノスケール配位ポリマー(NCP)は、粒子の金属-有機マトリックスコア材料の一部として薬物化合物又は類似体を組み込むことによって(例えば、マトリックス成分への共有結合又は配位によって、又は、追加的若しくは代替的に、薬物又は薬物類似体をマトリックス材料コア中の細孔に埋め込むことによって)、薬物送達を提供することができる。いくつかの実施態様において、この粒子は、この粒子のコアの全部又は一部を囲むコーティング層を含むことができ、このコーティング層に、治療剤(例えば、治療用小分子又は生物剤、例えば核酸又はタンパク質又は抗体)、光増感剤、標的化剤、不働態化剤、及び/又は検出/造影剤を組み込むことができる。
例えば、いくつかの実施態様において、インビボで分解する結合を介して薬物化合物を脂質部分に結合させることによって、適切なプロドラッグを提供することができる。いくつかの実施態様において、この結合はジスルフィド結合である。したがって、いくつかの実施態様において、このプロドラッグは薬物-脂質結合体であり、この薬物-脂質結合体はジスルフィドを含むリンカー部分を含む。いくつかの実施態様において、この薬物化合物は、化学療法剤又は免疫療法のための小分子阻害剤である。いくつかの実施態様において、この薬物化合物は水酸基又はフェノール基を含み、この薬物化合物は水酸基又はフェノール基の酸素原子を含む結合を介してリンカーに共有結合することができる。あるいは、この薬物化合物は、プロドラッグを形成する一部としてリンカー基への結合部位として使用することができるチオール、1級若しくは2級のアミン、又はカルボン酸基を含むことができる。
光線力学療法(PDT)は、3つの非毒性成分(光増感剤(PS)、光源、及び組織酸素)を組み合わせて、悪性細胞及び他の疾患細胞に対する毒性を引き起こす光線療法である。最も広く受け入れられている光線力学療法のメカニズムは、光で励起された光増感剤(PS)から組織中の酸素分子へエネルギーを移転して、細胞内毒性を誘発する反応性酸素種(ROS)、特に一重項酸素(1O2)を生成することを含む。光線力学療法(PDT)は、光増感剤(PS)の選択的取り込み及び/又は光への局所曝露を介して疾患組織の局在的破壊をもたらし、低侵襲癌治療を提供することができる。
代替の手法は、ナノキャリヤーを用いて、浸透及び保持効果(EPR)を増強することによって、場合によっては癌の過剰発現レセプターに結合する小分子又は生物学的配位子を用いて活性腫瘍を標的とすることによって、腫瘍に治療剤又は光線力学療法剤を選択的に送達することである。
ナノスケール配位ポリマー(NCP)から構築され、脂質又は他のコーティング層を含むようなナノスケール粒子は、治療剤及び光線力学療法剤のためのナノキャリアープラットフォームとして使用することができる。ナノスケール配位ポリマー(NCP)は、他のナノキャリアと比較して、単一の送達プラットフォームに多くの有益な特徴を組み合わせることができる。この特徴には、化学組成及び結晶構造が調整可能であること、高い気孔率、生分解性等が含まれる。
いくつかの実施態様において、この方法は、患者に(すなわち、光増感剤又はシンチレータ及び免疫療法剤に加えて)追加の治療を施す段階を含む。例えば、いくつかの実施態様において、この追加の治療は、癌の副作用のための癌治療又は処置(例えば、鎮痛薬)である。いくつかの実施態様において、この追加の治療又は追加の癌治療は、手術、放射線療法、化学療法、毒素療法、免疫療法、凍結療法及び遺伝子療法から選択されるが、これらに限定されない。この化学療法は、オキサリプラチン、ドキソルビシン、ダウノルビシン、ドセタキセル、ミトキサントロン、パクリタキセル、ジギトキシン、ジゴキシン、ジヒドロアルテミシニン、及びセプタシジンから成る群から選択される薬物を投与する段階を含むことができる。いくつかの実施態様において、この化学療法は、ポリマーミセル配合物、リポソーム配合物、デンドリマー配合物、ポリマーベースのナノ粒子配合物、シリカベースのナノ粒子配合物、ナノスケール配位ポリマー(NCP)製剤、及び無機ナノ粒子配合物などの薬物配合剤で投与することができる。したがって、いくつかの実施態様において、本発明は、複数のタイプの癌の治療のための、ナノ粒子光増感剤(PS)に基づく光線力学療法、化学療法及び免疫療法の組み合わせを提供する。
本発明のいくつかの実施態様によれば、適応免疫応答(例えば、細胞傷害性T細胞)を用いて確立された腫瘍を全身拒絶させるために、光線力学療法を、阻害剤ベースの免疫療法及び/又は他の免疫療法と組み合わせることができる。免疫療法剤と併用すると、ナノ粒子(例えば、NCP粒子)に基づく光線力学療法効果を利用して、原発腫瘍の有効な根絶だけでなく、遠隔転移腫瘍又は腫瘍の抑制/根絶をも達成することができる。いくつかの実施態様において、免疫原性細胞死を引き起こすことが知られている化学療法剤を追加することによって、抗腫瘍効率を増強することができる。
本発明の脂質に基づくプロドラッグは、任意の適切な追加の薬物送達プラットフォームと組み合わせることができる。いくつかの実施態様において、本発明は、ピロリン酸亜鉛(すなわち、Zn2+カチオン及びピロリン酸陰イオンを含む無機化合物)及び脂質結合プロドラッグ(例えば、ジスルフィド結合を含むリンカーを介して脂質部分に結合した薬物部分を含むプロドラッグ)を含む組成物を提供する。いくつかの実施態様において、このピロリン酸亜鉛は、ナノ粒子の形態で提供されることができる。いくつかの実施態様において、このピロリン酸亜鉛ナノ粒子は、脂質コーティング層で被覆され、この脂質コーティング層が脂質結合プロドラッグを含むことができる。
いくつかの実施態様において、本発明は、シスプラチン及び/又はオキサリプラチン類似体又はプロドラッグ(例えば、NCP中の架橋配位子として)及び脂質結合プロドラッグを含むナノスケール配位ポリマー(NCP)を含む組成物を提供する。このナノスケール配位ポリマー(NCP)は、ピロリン酸亜鉛と同様に、ナノ粒子の形態で提供することができる。いくつかの実施態様において、このNCP粒子は、プロドラッグを含む脂質コーティング層で被覆することができる。いくつかの実施態様において、この組成物は、更にsiRNA、miRNA又はAS ODNのような核酸治療剤を含むことができる。
このナノ粒子は、任意の適切な金属-有機マトリックスを含むことができる。いくつかの実施態様において、この金属-有機マトリックスは、配位ポリマー(例えば、ナノスケール配位ポリマー(NCP))を含む。
いくつかの実施態様において、このナノスケール粒子は、約500nm未満又は約250nm未満の平均直径を有する。いくつかの実施態様において、この粒子は、約20nm~約200nmの平均直径を有する。いくつかの実施態様において、このナノスケール粒子は、約20nm~約140nm (例えば、約20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 及び約140 nm)の平均直径を有する。
いくつかの実施態様において、このナノスケール粒子は、約20nm~約180nmの直径を有する。いくつかの実施態様において、このナノスケール粒子は、約90nm~約180nm(例えば、約90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 又は約180nm)の直径を有する。
いくつかの実施態様において、本明細書中に開示される組成物は、単独で、又は1又はそれ以上の更なる治療剤、例えば、1又は複数の化学療法剤(又はその類似体又はプロドラッグ)、1又は複数の化学療法剤1又はそれ以上の標的剤、1又はそれ以上の造影剤、1又はそれ以上のシンチレータ、1又はそれ以上の光増感剤、又はそれらの任意の混合物と組み合わせて使用するために提供される。
いくつかの実施態様において、本発明は、本明細書に記載のナノスケール粒子を含む組成物を患者に投与する段階を含む、治療を必要とする患者の癌を治療する方法を提供する。いくつかの実施態様において、この癌を治療する方法は、金属-有機マトリックス材料を含むコアと、薬物-脂質結合体を含むプロドラッグとを含むナノスケール粒子を含む組成物を患者に投与する段階を含む。
この癌は、皮膚癌(例えば、黒色腫)、結合組織癌(例えば、肉腫)、脂肪癌、乳癌、頭頸部癌、肺癌(例えば、中皮腫)、胃癌、膵臓癌、卵巣癌、子宮頸癌、子宮癌、肛門癌(例えば、精巣癌)、腎臓癌、膀胱癌、結腸癌、前立腺癌、前立腺癌、中枢神経系(CNS)癌、網膜癌、血液癌、神経芽腫、多発性骨髄腫、又はリンパ系癌(例えば、ホジキン又は非ホジキンリンパ腫)などの(但し、これらに限定されない)治療が必要な如何なる癌であってもよい。いくつかの実施態様において、この癌は、肺癌、膵臓癌、卵巣癌、乳癌又は結腸癌である。いくつかの実施態様において、この癌は、転移性癌及び/又は化学療法耐性癌及び/又は放射線耐性癌である。いくつかの実施態様において、この癌は卵巣癌である。いくつかの実施態様において、この卵巣癌はシスプラチン耐性癌である。
ナノ粒子が光増感剤(PS)を含む場合、この癌を治療する方法は、更に、光増感剤を活性化するのに適した波長を有する放射線(例えば、可視光又は近赤外光)で患者又は患者の治療領域を照射する段階を含むことができる。例えば、このナノ粒子がピロリピドを含む場合、この方法は、約630nm~約740nm(例えば、630, 640, 650, 660, 670, 680, 690, 700, 710, 720, 730,又は約740 nm)の波長の光を患者に照射する段階を含むことができる、
この光増感剤(PS)含有ナノ粒子は、上記の癌のうちの1つのような、任意の癌を治療するために使用することができる。いくつかの実施態様において、この癌は頭頸部癌、任意にシスプラチン耐性頭頸部癌である。
したがって、本発明は、複数の化学療法剤を、単独で、又は1又はそれ以上の免疫療法剤と組み合わせて含むことができるナノ粒子を提供する。本発明はまた、単独の、又は1又はそれ以上の免疫療法剤及び/又は1又はそれ以上の化学療法剤と組み合わせる、光線力学療法に使用するための光増感剤(PS)を含むナノ粒子を提供する。これらナノ粒子に基づく治療法は、複数のタイプの癌を治療し、複数の経路を標的とすることにより癌をより効果的に治療するために使用することができる。
いくつかの実施形態において、本発明の組成物は、薬学的に許容される担体を含む組成物を含む。任意の好適な医薬製剤を使用して、患者に投与するための組成物を調製することができる。いくつかの実施形態において、組成物及び/又は担体は、ヒトにおいて薬学的に許容される。
例えば、好適な配合物としては、酸化防止剤、緩衝剤、静菌剤、殺菌性抗生物質、及び患者の体液によって配合物を等張にする溶質を含有し得る水溶性又は非水溶性無菌注射溶液、ならびに懸濁剤及び増粘剤を含み得る水溶性又は非水溶性無菌懸濁液を挙げることができる。配合物は、単位用量又は複数用量容器(例えば、密封アンプル及びバイアル)中に存在し得、使用直前に無菌液体担体(例えば、注射用水)の添加のみを必要とする、凍結又はフリーズドライ(凍結乾燥)条件で貯蔵され得る。いくつかの例示的な成分は、一例において0.1~10mg/ml、別の例において約2.0mg/mlの範囲内のドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、及び/又は例えば10~100mg/ml、別の例において約30mg/mlの範囲内のマンニトールもしくは別の糖、及び/又はリン酸緩衝食塩水(PBS)である。
具体的に上述される成分に加えて、本発明の配合物は、当該配合物の種類に関して当該技術分野において慣習的である他の薬剤を含み得ることを理解されたい。例えば、無菌無発熱物質水溶液及び非水溶液が使用されてもよい。
本明細書に開示される方法及び組成物は、インビトロ(例えば、単離された細胞もしくは組織上)又は患者においてインビボ(すなわち、患者などの生きた生物)のいずれかで、試料上で使用することができる。いくつかの実施形態において、本発明の原理は、本発明が、「患者」及び「対象」という用語に含まれる、全ての脊椎動物種(哺乳動物を含む)に関して有効であることを示すことが理解されるものの、患者又は対象は、ヒト患者である。更に、哺乳動物は、本明細書に開示される組成物及び方法を用いることが望ましい、任意の哺乳動物種、特に農業及び家畜哺乳動物種を含むことが理解される。
したがって、本発明の方法は、温血脊椎動物種において特に有用である。したがって、本発明は、哺乳動物及び鳥類に関する。より具体的には、ヒトなどの哺乳動物、ならびにヒトにとって、絶滅の危機に瀕しているために重要である(シベリアトラなど)、経済的に重要である(ヒトによる消費のために農場で飼育される動物)、及び/又は社会的に重要である(ペットとして、もしくは動物園で飼育される動物)哺乳動物、例えば、ヒト以外の肉食動物(ネコ及びイヌなど)、ブタ類(ブタ、オスブタ、及びイノシシ)、反芻動物(ウシ、オスウシ、ヒツジ、キリン、シカ、ヤギ、バイソン、及びラクダなど)、ならびにウマのための方法及び組成物が提供される。絶滅の危機に瀕している、動物園でもしくはペットとして飼育される(例えば、オウム)種類の鳥類、ならびに家禽、及びより具体的には家畜家禽(例えば、シチメンチョウ、ニワトリ、アヒル、ガチョウ、ホロホロチョウなどの家禽類であるが、これは、それらもまた、ヒトにとって経済的に重要であるためである)の治療を含む、鳥類の治療もまた、提供される。したがって、家畜ブタ類(ブタ及びオスブタ)、反芻動物、ウマ、家禽類などを含むが、これらに限定されない家畜の治療もまた、提供される。
本発明の組成物の投与のための好適な方法としては、静脈内及び腫瘍内注射、経口投与、皮下投与、腹腔内注射、頭蓋内注射、ならびに直腸投与が挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、組成物は、任意の他の様式で、例えば、肺経路内に組成物を噴霧することによって、治療を必要とする部位に堆積され得る。本発明の組成物を投与する具体的な様式は、治療される細胞の分布及び存在量、ならびに組成物のその投与部位からの代謝又は除去の機構を含む様々な要因に依存する。例えば、比較的表在性の腫瘍は、腫瘍内注射され得る。対照的に、内部腫瘍は、静脈内注射に従って治療され得る。
一実施形態において、投与方法は、領域化された送達又は治療される部位での集積の特徴を網羅する。いくつかの実施形態において、組成物は、腫瘍内に送達される。いくつかの実施形態において、標的への組成物の選択的送達は、組成物の静脈内注射、その後、標的の光線力学治療(光照射)によって達成される。
組成物を肺経路に送達するために、本発明の組成物は、エアロゾル又は粗噴霧として製剤化されてもよい。エアロゾル又は噴霧配合物の調製及び投与の方法は、例えば、米国特許第5,858,784号、同第6,013,638号、同第6,022,737号、及び同第6,136,295号に見出すことができる。
有効な用量の本発明の組成物が患者に投与される。「有効な量」とは、検出可能な治療をもたらすのに十分な組成物の量である。本発明の構成物の実際の投薬レベルは、特定の患者及び/又は標的に所望の果を達成するのに有効な組成物の量を投与するように変更することができる。選択される投薬レベルは、組成物の活性(例えば、細胞傷害性又は光線力学療法(PDT)活性又は化学療法の積載量)及び投与経路に依存し得る。
本明細書における本発明についての開示を概観した後、当業者は、具体的な配合物、本組成物に使用される投与方法、及び治療される標的の性質を考慮して、個々の患者に対して投薬を適合させることができる。そのような調節又は変動、及びいつどのようにしてそのような調節又は変動を行うかについて評価することは、当業者にとって良く知られたことである。
プロドラッグの合成
エトポシド(ET)、パクリタキセル(PTX)、ジヒドロアルテミシニン(DHA)、及びNLG919などのいくつかの抗癌剤をコレステロールに結合させ、カンプトテシン(CPT)をジスルフィドリンカーを介してオレイン酸(OA)に結合させた。このプロドラッグの合成は、脂質(Chol)又は抗癌剤(CPT)中のいずれかの水酸基を塩化アシルに変換し、続いてまた水酸基を有する薬物(ET、PTX、NLG919)又は脂質(OA )と直接反応させることを含む。このジスルフィド結合は、まず抗癌剤(CPT)をビス(2-ヒドロキシエチル)ジスルフィド(OH-SS-OH)で官能化し、続いて脂質結合(Chol-ET、Chol-PTX、及びChol-NLG919)させ、又はこの脂質(OA)をOH-SS-OHで変性させることにより、プロドラッグに導入することができ、続いて抗癌剤結合(OA-CPT)を行うことができる。
上記のスキーム3に示すように、氷浴上で、無水ジクロロメタン(DCM)中のコレステロール(1当量)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、4当量)の混合物に、無水DCM中のトリホスゲン(0.35当量)の溶液を、撹拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに20分間撹拌し、次いで氷浴上で無水DCM中のビス(2-ヒドロキシエチル)ジスルフィド(2当量)の溶液に滴加した。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。溶媒を除去した後、残留物を酢酸エチル/ヘキサン(1:2、v/v)を用いてシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーにより精製した。典型的な収率:60%、1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.65 (s, 3H), 0.83 (d, 3H), 0.84-1.15 (m, 13H), 1.22-1.66 (m, 13H), 1.75-2.02 (m, 5H), 2.37 (m, 2H), 2.85 (m, 3H), 2.92 (t, 2H), 3.83 (t, 2H), 4.34 (t, 2H), 4.44 (m, 1H), 5.37 (d, 1H).
上記のスキーム4に示すように、氷浴上で、無水ジクロロメタン(DCM)中のChol-SS-OH(1当量)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、4当量)の混合物に、無水DCM中のトリホスゲン(0.35当量)の溶液を撹拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに1時間撹拌し、次いで氷浴上で無水DCM中のET(3当量)の溶液に滴下した。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。溶媒を除去した後、残留物をメタノール/DCM(3:97、v/v)を用いてシリカゲル上のカラムクロマトグラフィーにより精製し、収率65%でChol-ETを得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.66 (s, 3H), 0.84-1.65 (m, 32H), 1.75-2.02 (m, 6H), 2.37 (m, 2H), 2.85 (s, 2H), 2.95 (t, 2H), 2.98 (t, 2H), 3.21 (s, 2H), 3.30 (m, 3H), 3.38 (t, 1H), 3.54 (t, 1H), 3.64 (m, 3H), 3.67 (s, 6H), 4.15 (d, 1H), 4.22 (t, 1H), 4.35 (t, 2H), 4.39 (d, 1H), 4.45 (t, 2H), 4.58 (m, 2H), 4.72 (d, 1H), 4.91 (s, 1H), 5.37 (d, 1H), 5.97 (d, 2H), 6.25 (s, 2H), 6.52 (s, 1H), 6.82 (s, 1H), 7.95 (s, 1H).
氷浴上で、無水ジクロロメタン(DCM、6mL)中のChol-SS-OH(362mg、0.64mmol、1当量)(上記スキーム5中の構造を参照されたい)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、140mg、1.2mmol 2当量)の混合物に、無水DCM(3mL)中のトリホスゲン(65mg、0.21mmol、0.33当量)の溶液を撹拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに1時間撹拌し、次いで氷浴上でこれを無水DCM(15mL)中のPTX(500mg、0.59mmol、0.9当量)の溶液に滴加した。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。溶媒を除去した後、残留物をメタノール/ DCM(3:97、v/v)を用いてシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーにより精製して、408mgのChol-PTXを得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.65 (s, 3H), 0.87-2.01 (m, 53H), 2.25-2.49 (m, 11H), 2.95 (m, 4H), 3.82 (d, 1H), 4.25 (q, 1H), 4.34 (m, 3H), 4.43 (m, 3H), 4.97 (d, 1H), 5.38 (d, 1H), 5.42 (s, 1H), 5.70 (d, 1H), 6.01 (d, 1H), 6.32 (m, 2H), 7.04 (d, 1H), 7.43 (m, 7H), 7.54 (m, 3H), 7.63 (m, 1H), 7.77 (d, 2H), 8.16 (d, 2H). ESI-MS: m/z=1468.8 ([M+Na]+).
氷浴上で、無水ジクロロメタン(DCM、6mL)中のChol-SS-OH(480mg、0.84mmol、1当量)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、140mg、1.2mmol、1.5当量)の混合物に、無水DCM(3mL)中のトリホスゲン(85mg、0.28mmol、0.33当量)の溶液を攪拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに1時間撹拌し、次いで氷浴上でこれを無水DCM(50mL)中のCPT(200mg、0.57mmol、0.7当量)の懸濁液に滴加した。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。溶媒を除去した後、残留物をヘキサン/酢酸エチル/トリエチルアミン(1:2:0.03、v/v)を用いてシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーにより精製して、150mgのChol-CPTを得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.65 (s, 3H), 0.85-1.21 (m, 12H), 1.25-1.65 (m, 13H), 1.85-2.05 (m, 6H), 2.13 (m, 1H), 2.32 (m, 1H), 2.36 (d, 1H), 2.95 (m, 4H), 4.29 (d, 2H), 4.36 (t, 2H), 4.42 (m, 1H), 5.28 (d, 2H), 5.38 (d, 2H), 5.70 (d, 1H), 7.34 (s, 1H), 7.67 (dd, 1H), 7.83 (dd, 1H), 7.93 (d, 1H), 8.22 (d, 1H), 8.40 (s, 1H). ESI-MS: m/z=941.6 ([M+H]+).
氷浴上で、無水ジクロロメタン(DCM、2mL)中のChol-SS-OH(83.5mg、0.15mmol、1当量)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、54mg、0.44mmol 3当量)の混合物に、無水DCM(1mL)中のトリホスゲン(15mg、0.05mmol、0.33当量)の溶液を攪拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに1時間撹拌し、次いでこれを氷浴上で無水DCM(5mL)中のDHA(50mg、0.17mmol、1.1当量)の溶液に滴下して加えた。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。溶媒を除去した後、残留物をヘキサン/酢酸エチル(7:1、v/v)を用いてシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーにより精製して53mgのChol-CPTを得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.65 (s, 3H), 0.88-1.20 (m, 29H), 1.30-1.75 (m, 20H), 1.80-2.08 (m, 8H), 2.37 (m, 3H), 2.61 (m, 1H), 3.00 (m, 4H), 4.41 (m, 4H), 4.52 (m, 1H), 5.42 (d, 1H), 5.47 (s, 1H), 5.60 (d, 1H). ESI-MS: m/z=899.5 ([M+Na]+).
氷浴上で、無水ジクロロメタン(DCM、2mL)中のChol-SS-OH(109mg、0.19mmol、1当量)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、45mg、0.38mmolの2当量)の混合物に、無水DCM(1mL)中のトリホスゲン(20mg、0.07mmol、0.35当量)の溶液を攪拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに1時間撹拌し、次いでこれをNLG919(100mg、0.38mmol、2当量)の無水DCM(5mL)溶液を氷浴上で滴下した。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。溶媒を除去した後、残留物をヘキサン/酢酸エチル(2:1、v/v)を用いてシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーにより精製して96mgのChol-NLG919を得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.65 (s, 3H), 0.85-1.75 (m, 43H), 1.85-2.05 (m, 6H), 2.20 (m, 1H), 2.42(m, 3H), 2.96 (m, 4H), 4.28 (m, 2H), 4.38 (t, 2H), 4.81 (m, 1H), 5.23 (m, 1H), 5.41 (d, 2H), 7.28 (t, 2H), 7.40 (t, 1H), 7.55 (dd, 2H), 7.75 (s, 1H). ESI-MS: m/z=875.6 ([M+H]+).
氷浴上で、無水N、N-ジメチルホルムアミド(DMF、2mL)中のChol-SS-OH(35mg、0.06mmol、1当量)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、16mg、0.12mmol 2当量)の混合物に、無水DMF(1mL)中のトリホスゲン(8mg、0.02mmol、0.33当量)の溶液を撹拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに1時間撹拌し、次いでこれを無水DMF(5mL)中のOTS167(20mg、0.04mmol、0.67当量)の溶液に滴加した。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。次いで、この溶液を酢酸エチル30mlで希釈し、飽和塩化アンモニウム溶液(20mL×3)で洗浄した。真空下で溶媒を除去した後、残留物をDCM /メタノール(10:1、v/v)を用いてシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーにより精製し、20mgのChol-OTS167を得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3, 1対の回転異性体): 0.65 (s, 3H), 0.86-1.65 (m, 35H), 1.75-2.05 (m, 6H), 2.17-2.40 (m, 8H), 2.70 (d, 3H), 2.95 (m, 9H), 3.02 (d, 2H), 3.10 (d, 2H), 4.40 (m, 2H), 4.45 (m, 1H), 4.61 (m, 2H), 5.38 (m, 1H), 7.96 (m, 2H), 8.07 (m, 2H), 8.23 (d, 1H), 8.98 (s, 1H), 11.22 (s, 1H). ESI-MS: m/z=1079.6 ([M+H]+).
氷浴上で、無水N、N-ジメチルホルムアミド(DMF、2mL)中のChol-SS-OH(45mg、0.08mmol、1当量)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、20mg、0.16mmol 2当量)の混合物に、無水DMF(1mL)中のトリホスゲン(6mg、0.02mmol、0.33当量)の溶液を撹拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに1時間撹拌し、次いでこれを無水DMF(5mL)中のOTSC41(20mg、0.04mmol、0.5当量)の溶液に氷浴上で滴加した。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。次いで、この溶液を酢酸エチル30mlで希釈し、飽和塩化アンモニウム溶液(20mL×3)で洗浄した。真空下で溶媒を除去した後、残留物をDCM /メタノール/トリエチルアミン(200:10:2、v/v)を用いてシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーにより精製し、20mgのChol-OTSC41を得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.65 (s, 3H), 0.88-1.62 (m, 36H), 1.78-2.05 (m, 9H), 2.40 (m, 2H), 2.89 (m, 4H), 3.13 (m, 3H), 3.27 (m, 2H), 3.44 (t, 2H), 3.67 (s, 1H), 4.05 (dd, 2H), 4.33 (t, 1H), 4.40 (t, 2H), 4.49 (m, 1H), 5.40 (d, 2H), 5.95 (s, 1H), 6.02 (s, 1H), 6.25 (s, 1H), 7.35 (t, 3H), 7.62 (d, 2H), 7.78 (s, 1H), 7.89 (d, 2H).
氷浴上で、無水テトラヒドロフラン(THF、4ml)中のDHA(200mg、0.7mmol、1当量)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、200mg、1.64mmol、2.3当量)の混合物に、無水DMF(1mL)中のトリホスゲン(70mg、0.24mmol、0.34当量)の溶液を撹拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに0.5時間撹拌し、次いでこれを無水DCM(5mL)中のビス(2-ヒドロキシエチル)ジスルフィド(215mg、1.4mmol、2当量)の溶液に氷浴上で滴加した。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。溶媒を除去した後、残渣をヘキサン/酢酸エチル(2:1、v/v)を用いてシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーにより精製して80mgのDHA-S-S-OHを得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.93 (d, 3H), 0.98 (d, 3H), 1.25-1.55 (m, 6H), 1.62-1.95 (m, 6H),2.07 (m, 1H), 2.38 (td, 1H), 2.65 (m, 1H), 2.93 (m, 4H), 3.73 (m, 1H), 3.90 (m, 2H), 4.11 (m, 1H), 4.85 (s, 1H), 5.32 (s, 1H), 5.51 (s, 1H). ESI-MS: m/z=465.2 ([M+H]+).
氷浴上で、無水ジクロロメタン(DCM、4ml)中のDHA-SS-OH(500mg、1.07mmol、1当量)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、160mg、1.2mmol、1.1当量)の混合物に、無水DCM(1mL)中のトリホスゲン(110mg、0.36mmol、0.33当量)の溶液を撹拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに0.5時間撹拌し、次いで、これを無水DCM(2mL)、無水DMF(3mL)及びトリエチルアミン(0.2mL)の混合物中のオレイル-lyso-PC(500mg、0.96mmol、0.9当量)の溶液に氷浴上で滴加した。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。溶媒を除去した後、残留物をDCM/タノール(10:1、v/v)を用いてジオールシリカでのカラムクロマトグラフィーにより精製して、215mgのオレイル-PC-S-S-DHAを得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.90 (t, 3H), 0.93 (d, 3H), 0.98 (d, 3H), 1.20-1.33 (m, 22H), 1.45-1.70 (m, 9H), 1.75-1.95 (m, 4H), 2.03 (m, 4H), 2.36 (m, 3H), 2.66 (m, 1H), 2.97 (m, 4H), 3.46 (s, 9H), 3.50 (d, 1H), 3.73 (m, 1H), 4.10 (m, 3H), 4.27 (m, 3H), 4.39 (dd, 1H), 4.44 (t, 2H), 4.65 (s, 2H), 4.85 (d, 1H), 5.11 (t, 1H), 5.37 (m, 1H), 5.46 (s, 1H). ESI-MS: m/z=1012.5 ([M+H]+).
氷浴上で、5mLの無水トルエン及び0.2mLのトリエチルアミン中のDHA-SS-OH(200mg、0.43mmol、1当量)の溶液に、エチレングリコールクロロホスフェート(80mg、0.56mmol、1.3当量)の溶液を攪拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに2時間撹拌し、次いで真空下で乾燥した。この生成物を2mLの無水THFにより圧力管に移し、ドライアイス-アセトン浴で冷却した。この溶液に無水トリメチルアミン0.5mLを添加し、圧力管を密閉し、70℃で24時間加熱した。真空下で溶媒を除去した後、DCM /メタノール(5:1、v/v)を用いてジオールシリカでのカラムクロマトグラフィーにより精製して、生成物PC-S-S-DHA を50%収率(137mg)で得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.93 (d, 3H), 0.98 (d, 3H), 1.25-1.55 (m, 6H), 1.62-1.95 (m, 6H),2.07 (m, 1H), 2.38 (td, 1H), 2.65 (m, 1H), 2.93 (m, 4H), 3.45 (s, 9H), 3.73 (m, 1H), 3.95 (m, 2H), 4.15 (m, 1H), 4.20 (m, 2H), 4.45 (m, 2H), 4.85 (s, 1H), 5.32 (s, 1H), 5.44 (s, 1H). ESI-MS: m/z=630.2 ([M+H]+).
アーテスネート(500mg、1.3mmol、1当量)、コレステロール(1g、2.6mmol、2当量)、4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、16mg、0.13mmol、0.1当量)及び1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド・HCl(EDCI、350mg、1.8mmol、1.4当量)を、乾燥DCM(6mL)に溶解し、12時間撹拌した。次いで、この混合物を50mLのEtOAcで希釈し、1M HCl(50mL、2回)及びブライン(50mL)で洗浄した。その有機層を無水硫化ナトリウム上で乾燥させた。真空下で溶媒を除去した後、得られた生成物を、更に、EtOAc/ヘキサン(1:5、v/v)を用いてシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーにより精製した。収量:832mg、83%。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.65 (s, 3H), 0.88-1.20 (m, 29H), 1.30-1.75 (m, 20H), 1.80-2.08 (m, 8H), 2.37 (m, 3H), 2.72 (m, 5H), 4.52 (m, 1H), 5.39 (d, 1H), 5.46 (s, 1H), 5.83 (d, 1H). ESI-MS: m/z=753.5 ([M+H]+).
下記のスキーム6に示すように、ミトキサントロン(MTX、300mg、0.68mmol、1当量)を2mLのNa2CO3溶液(2mg/mL)に溶解し、4mLの1,4-ジオキサン中のジ-tert-ブチルジカーボネート(Boc2O、500mg、2.3mmol、3.3当量)の溶液と混合した。この混合物を室温で12時間撹拌し、次いでDCM(20mL×3)により抽出した。その有機相を合わせて濃縮した。その残渣をDCM/メタノール(20:1、v/v)を用いてシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーにより精製して、435mgのBoc-MTXを得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 1.51 (s, 18H), 3.45 (d, 4H), 3.56 (s, 8H), 3.79 (s, 4H), 7.05 (s, 3H), 7.12 (s, 2H), 10.32 (s, 1H), 13.36 (s, 2H). ESI-MS: m/z=645.4 ([M+H]+).
氷浴上で、無水ジクロロメタン(DCM、10ml)中のChol-SS-OH(500mg、0.88mmol、1当量)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、430mg、3.5mmol、4当量)の混合物に、無水DCM(5mL)中のトリホスゲン(90mg、0.3mmol、0.34当量)の溶液を撹拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに1時間撹拌し、次いでこれを無水DCM(20mL)中のBoc-MTX(435mg、0.68mmol、0.77当量)の溶液に氷浴上で滴下した。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。真空下で溶媒を除去した後、残留物をDCM/メタノール/トリエチルアミン(200:10:2、v/v)を用いてシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーにより精製し、410mgのChol-Boc-MTXを得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.65 (s, 3H), 0.87-1.65 (m, 53H), 1.75-2.40 (m, 10H), 2.93 (m, 6H), 3.03 (m, 4H), 3.58 (m, 4H), 3.64 (m, 4H), 4.37 (m, 4H), 4.42 (m, 1H), 5.70 (d, 1H) 7.15 (d, 2H), 7.28 (d, 2H), 10.45 (s, 2H), 13.35 (s, 2H). ESI-MS: m/z=1237.8 ([M+H]+).
以下のスキーム7に示すように、Chol-Boc-MTX(410mg、0.33mmol)を20mLのトリフルオロ酢酸(TFA)に溶解し、室温で30分間撹拌した。過剰のTFAを窒素流により除去した。残渣をテトラヒドロフラン/ヘキサン中で再結晶して300mg のChol-MTX TFA塩を得た。更に、この塩をDCMに溶解し、飽和NaHCO3溶液1M HClで洗浄し、溶媒を除去することによって、この塩をHCl塩に変換することができた。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.65 (s, 3H), 0.87-1.65 (m, 35H), 1.75-2.40 (m, 12H), 2.93 (m, 6H), 3.03 (m, 4H), 3.45 (dd, 4H), 3.72 (m, 4H), 4.37 (m, 4H), 4.42 (m, 1H), 5.33 (d, 1H), 6.90 (m, 2H), 7.05 (m, 2H), 10.34 (d, 2H), 13.42 (s, 2H). ESI-MS: m/z=1037.6 ([M+H]+).
以下のスキーム8に示すように、オレイン酸(OA、1当量)をOH-SS-OH(2当量)、N、N'-ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC、1.2当量)及び4-ジメチルアミノピリジン(DMAP)と一晩反応させ、OA-SS-OHを生成し、酢酸エチル/ヘキサン(2:3、v/v)で精製した。1H-NMR (CDCl3, 500MHz): 0.87 (t, 3H), 1.23-1.30 (m, 20H), 1.60 (t, 2H), 1.98 (q, 4H), 2.30 (t, 2H), 2.35 (t, 1H), 2.86 (t, 2H), 2.91 (t, 2H), 3.87 (t, 2H), 4.33 (t, 2H), 5.33 (m, 2H).
氷浴上で、無水ジクロロメタン(DCM)中のカンプトテシン(CPT)(1当量)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、4当量)の混合物に、無水DCM中のトリホスゲン(0.35当量)の溶液を撹拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに1時間撹拌し、次いでこれを無水DCM中のOA-S-S-OH(2当量)の溶液に氷浴上で滴加した。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。溶媒を除去した後、残渣をメタノール/DCM(3:97、v/v)を用いてシリカゲルでのカラムクロマトグラフィーにより精製して、収率65%でOA-CPTを得た。1H-NMR (CDCl3, 500MHz): 0.88 (t, 3H), 1.02 (t, 3H), 1.23-1.31 (m, 20H), 1.59 (t, 2H), 2.00 (q, 4H), 2.17 (m, 1H), 2.27 (m, 3H), 2.88 (t, 2H), 2.95 (t, 2H), 4.27 (t, 2H), 4.38 (m, 2H), 5.32 (m, 2H), 5.34 (m, 2H), 5.40 (d, 1H), 5.61 (d, 1H), 7.35 (s, 1H), 7.69 (t, 1H), 7.85 (t, 1H), 7.96 (d, 1H), 8.24 (d, 1H), 8.42 (s, 1H).
小細胞肺癌の治療のためのエトポシド(ET)を担持するナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
Zn-ピロリン酸塩粒子の合成
まず、2つの別個の界面活性剤系の混合物(100mL、シクロヘキサン中の0.3M TritonX-100と1.5Mヘキサノール)に、4mLのNa4P2O7・10H2O(25mg/mLの水溶液)と4mLのZn(NO3)2・6H2O(100mg/mLの水溶液)とを添加して、2つのマイクロエマルションを形成した。この別個のマイクロエマルションを室温で15分間激しく撹拌し、Na4P2O7・10H2O溶液にDOPA溶液(CHCl3中に200mg/mL)400μLを加え、透明な溶液が形成されるまで15分間撹拌を続けた。次に、Zn(NO3)2・6H2O溶液を攪拌しながらNa4P2O7・10H2O溶液にゆっくりと加え、これらを合わせた溶液を室温で30分間反応させた。400mLのエタノールを加えた後に粒子を沈殿させ、12000rpmで30分間遠心分離した。得られたペレットをさらに50%EtOH/シクロヘキサンで1回、50%EtOH/THFで2回洗浄し、THFに再分散させた。粒子を、200nmのシリンジフィルターによる濾過により精製した。
60℃で、500μLの30%(v/v)EtOH/H2Oに、1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DSPC)、コレステロール、Chol-ET(モル比1:1:0.3, 1:1:0.5又は1:1:1)、DSPE-PEG2k(20mol%)及びZn-ピロリン酸粒子のTHF溶液80μLを加えて、Zn/ETを得た。THF及びEtOHを蒸発させ、溶液を室温に冷却して、次で使用した。粒径及び分布を動的光散乱(DLS)により決定し、エトポシドの積載を、紫外-可視分光器(UV-Vis)により決定した(表1参照)。
H82細胞を2000細胞/ウェルの密度で96ウェルプレート上に播種し、Zn/ET及び遊離エトポシド(ET)により、様々なエトポシド濃度で、96時間処理した。細胞生存率をMTSアッセイ(Promega, Madison, Wisconsin, USA)により検出し、それに応じてIC50値を算出した。96時間のインキュベーション後に、エトポシドはH82細胞に対して8.83±0.13μMのIC50値を示し、Zn/ETは9.50±0.63μMのIC50を示した。エトポシドは、下記のスキーム9に示すように、内因性チオール基による細胞内還元を介してZn/ETから放出されるようである。
非小細胞肺癌の治療のためのパクリタキセル(PTX)を担持したナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
Zn/PTXの調製とキャラクタリゼーション
60℃で、500μLの30%(v/v)EtOH/H2Oに、1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DSPC)、コレステロール、Chol-PTX(モル比1:1:0.3)、DSPE-PEG2k(20mol%)及びZn-ピロリン酸粒子のTHF溶液80μLを加えて、Zn/PTXを得た。THF及びEtOHを蒸発させ、溶液を室温に冷却して、次で使用した。粒径及び分布を動的光散乱(DLS)により決定し、Z-平均直径は94.15±0.61nm、数-平均直径は55.83±6.20nm、多分散指数(PDI)は0.119±0.01、ゼータ電位は-0.67±1.02mVであった。このZn/PTX粒子の薬物積載量は7.14%である。
2000細胞/ウェルの密度で96ウェルプレート上に播種したH460細胞及びA549細胞を、Zn/PTX及び遊離パクリタキセルにより、種々のエトポシド濃度で、72時間処理した。次いで、細胞生存率をMTSアッセイ(Promega、USA)によって検出し、それに応じてIC50値を算出した。72時間のインキュベーション後に、パクリタキセル(PTX)は、H460細胞及びA549細胞に対して、それぞれIC50が10.79±0.44μM及び10.09±0.06μMであった。Zn/PTXは、それぞれ12.03±0.43μM及び11.07±0.13μMであり、遊離PTXと同様のIC50を示した。
卵巣癌治療のためのナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子ジヒドロアルテミシニン(DHA)
Zn/DHA粒子の合成とキャラクタリゼーション
まず、2つの別個の界面活性剤系の混合物(5mL、シクロヘキサン中の0.3M TritonX-100と1.5Mヘキサノール)に、0.2mLのNa4P2O7・10H2O(25mg/mLの水溶液)と0.2mLのZn(NO3)2・6H2O(100mg/mLの水溶液)とを添加して、2つのマイクロエマルションを形成した。この別個のマイクロエマルションを室温で15分間激しく撹拌し、Na4P2O7・10H2O溶液にDOPA溶液(CHCl3中に200mg/mL)20μLを加え、透明な溶液が形成されるまで15分間撹拌を続けた。次に、Zn(NO3)2・6H2O溶液を攪拌しながらNa4P2O7・10H2O溶液にゆっくりと加え、これらを合わせた溶液を室温で30分間反応させた。20mLのエタノールを加えた後に粒子を沈殿させ、12000rpmで30分間遠心分離した。得られたペレットをさらに50%EtOH/シクロヘキサンで1回、50%EtOH/THFで2回洗浄し、THFに再分散させた。粒子を、200nmのシリンジフィルターによる濾過により精製した。
50℃で、500μLの30%(v/v)EtOH/H2Oに、1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DSPC)、コレステロール、20mol%DSPE-PEG2k及びZn-ピロリン酸粒子のTHF溶液80μLを添加して、Zn/DHAを得た。THF及びEtOHを蒸発させ、溶液を室温に冷却して、次で使用した。粒径及び分布を動的光散乱(DLS)により決定した。表2を参照されたい。
A2780、A2780/CDDP及びSKOV-3細胞を、2000細胞/ウェルで96ウェルプレートに24時間播種した。その後、細胞を様々な濃度の遊離ジヒドロアルテミシニン(DHA)又はZn/DHAで処理し、さらに72時間インキュベートした。次いで、細胞生存率を、マイクロプレートリーダーによるMTSアッセイによって決定した。DHAは、高い細胞傷害性を示し、特にA2780細胞に対して高かった。ジヒドロアルテミシニン(DHA)は、A2780、A2780/CDDP及びSKOV-3において、それぞれ0.30±0.11、2.61±0.18及び9.90±0.34μMのIC50を示した。Zn/DHAは、A2780、A2780/CDDP及びSKOV-3について、それぞれ0.96±0.15、3.71±0.55及び11.88±3.22のIC50値を示した。
小細胞肺癌の治療のためのシスプラチンとエトポシドを組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
NCP-1/ET及びNCP-1/ET/siRNAの調製とキャラクタリゼーション
NCP-1の固体コアは、ジオレイル-sn-グリセロ-3-リン酸(DOPA)キャッピング層を有し、シクロヘキサン中の0.3M TritonX-100及び1.5Mヘキサノールの混合物中の逆相マイクロエマルション中で、1,2-シス,シス,トランス-[Pt(NH3)2Cl2(OCONHP(O)(OH)2)2] (PtBp)及びZn2+イオンから形成された。1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸ナトリウム塩(DOPA)は、裸のNCP-1上に脂質層を提供し、他のリン脂質又は脂質含有薬物の取り込みを促進する。
NCP-1/ETは、0.25mgの裸のNCP粒子に、84μLの1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-ホスファチジルコリン(DOPC)(5mg/mL)、42μLのChol(5mg/mL)、16μLのChol-ET(15mg/mL)及び150μLの1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N-[アミノ(ポリエチレングリコール)2000](DSPE-PEG2K)(5mg/mL)を塗工することにより自己集合を介して形成され、シスプラチン対ETのモル比は1:1であった。動的光散乱(DLS)測定により、NCP-1/ETのZ平均直径及び多分散指数(PDI)はそれぞれ106.8±1.05nm及び0.121±0.01であった。
小細胞肺癌(SCLC)細胞系のH82細胞及びH69細胞を、2000細胞/ウェルで96ウェルプレートに24時間播種した。その後、様々な濃度のシスプラチン、エトポシド(ET)、シスプラチン+ ET、NCP-1、NCP-1/ET、及びNCP-1/ET/siRNAで細胞を処理し、さらに72時間インキュベートした。次いで、細胞生存率を、マイクロプレートリーダーによるMTSアッセイによって決定した。SCLC細胞上のNCP-1/ET/siRNAのIC50を下表4に示す。
2つのシスプラチン耐性卵巣癌(A2780/CDDP及びSKOV-3)、2つの非小細胞肺癌(H460及びA549)並びに1つの小細胞肺癌(H82)の5つの腫瘍モデルについて、NCP-1/ET/siRNAのインビボ抗腫瘍活性を評価した。NCP-1/ET/siRNAは、5つの腫瘍モデルのすべてにおいて、特にSKOV-3、A549及びH82腫瘍モデルにおいて、有意な阻害効果を示した。図1A~1Cを参照されたい。腫瘍は第1段階で完全に阻害されたが、治療を停止した後の最終段階では腫瘍が増殖し始めた。
シスプラチンとパクリタキセル(PTX)とを組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
NCP-1含有Chol-PTX(NCP-1/Chol-PTX)のキャラクタリゼーション
シスプラチン-ビスホスホネート、Zn2+イオン及びジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸(DOPA)を含む裸のNCP-1は、シクロヘキサン中の0.3MのTritonX-100及び1.5Mのヘキサノールの混合物中で調製され、DOPAはこの溶媒中に出る。これにより、裸のNCP上に脂質層が形成され、他のリン脂質又は脂質含有薬物の取り込みを容易にする。次いで、この裸のNCP-1粒子を2倍量のEtOHと混合し、12000rpmで30分間遠心分離して溶媒を除去する。この粒子ペレットをさらに50%EtOH /シクロヘキサンで1回、50%EtOH/THFで2回洗浄して過剰量のDOPAを除去し、THFに再分散させる。最後に、裸のNCP-1粒子を、更に200nmシリンジフィルターで濾過して、次で使用する。
30%(v/v)EtOH/H2Oに、DOPC(0.5mg)、Chol(0.25mg)及びChol-PTX(146μg)、DSPE-PEG2K(20mol%)(0.9mg)及び裸のNCP-1粒子(0.25mg)の混合物を,激しく攪拌しながら添加することにより、NCP-1/Chol-PTX粒子を得た。THF及びEtOHを蒸発させ、溶液を室温に冷却して、次で使用した。この配合物(シスプラチン/PTX = 2.1:1(モル比))において、積載した薬物は、パクリタキセル(PTX)(4.3%、853g/mol、Chol-PTXについて7.3%)とシスプラチン(3.13%、300g/mol)である。NCP-1/Chol-PTXのz平均サイズは94.1±1.2nmであり、多分散指数(PDI)は0.164であり、リン酸緩衝食塩水中で中性電荷(-1.5mV)である。このNCP-1/Chol-PTX粒子は、リン酸緩衝食塩水(PBS)中及びPBS含有10%FBS溶液中の両方において10日間安定であった。この優れた製剤安定性は、そのコア内部の強い配位結合及びコレステロールとリン脂質との間の疎水性相互作用から生じ得る。
シスプラチンとOTS167を組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
NCP-1/OTS167の調製とキャラクタリゼーション
シスプラチン-ビスホスホネート、Zn2+イオン及びジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸(DOPA)を含む裸のNCP-1は、シクロヘキサン中の0.3MのTritonX-100及び1.5Mのヘキサノールの混合物中で調製され、DOPAはこの溶媒中に出る。これにより、裸のNCP上に脂質層が形成され、他のリン脂質又は脂質含有薬物の取り込みを容易にする。30%(v/v)EtOH/H2Oに、DOPC、Chol及びChol-OTS167、DSPE-PEG2K(20mol%)及び裸のNCP-1粒子の混合物を,激しく攪拌しながら添加することにより、NCP-1/ OTS167粒子を得た。THF及びEtOHを蒸発させ、溶液を室温に冷却して、次で使用した。OTS167に対するシスプラチンのモル比が1:1、5:1及び10:1の粒子が作製された。このNCP-1/OTS167のz平均サイズは、モル比が異なる異なる配合物について同様であり、110~120nmであり、多分散指数(PDI)は0.15~0.18の範囲であった。表5を参照されたい。
まず、単独又は組み合わせて、遊離薬物細胞毒性を比較することによって、シスプラチン耐性卵巣癌細胞株A2780/CDDPに対する、シスプラチンとOTS167との相乗効果を調べた。シスプラチンのIC50は、10:1及び100:1のモル比でOTS167と組み合わせると有意に減少した。表6を参照されたい。
シスプラチンとOTSC41を組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
NCP-1/OTSC41の調製とキャラクタリゼーション
シスプラチン-ビスホスホネート、Zn2+イオン及びジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸(DOPA)を含む裸のNCP-1は、シクロヘキサン中の0.3MのTritonX-100及び1.5Mのヘキサノールの混合物中で調製され、DOPAは、この媒体は、裸のNCP上に脂質層を提供し、他のリン脂質又は脂質含有薬物の取り込みを容易にする。シスプラチン-ビスホスホネート、Zn2+イオン及びジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸(DOPA)を含む裸のNCP-1は、シクロヘキサン中の0.3MのTritonX-100及び1.5Mのヘキサノールの混合物中で調製され、DOPAはこの溶媒中に出る。これにより、裸のNCP上に脂質層が形成され、他のリン脂質又は脂質含有薬物の取り込みを容易にする。30%(v/v)EtOH/H2Oに、DOPC、Chol及びChol-OTSC41、DSPE-PEG2K(20mol%)及び裸のNCP-1粒子の混合物を,激しく攪拌しながら添加することにより、NCP-1/OTSC41粒子を得た。THF及びEtOHを蒸発させ、溶液を室温に冷却して、次で使用した。シスプラチンに対するOTSC41モル比1:1、5:1及び10:1を有する粒子を作製した。NCP-1/OTSC41のz平均サイズは、異なるモル比を有する異なる配合物について同様であり、これは約100nmであり、多分散指数(PDI)は0.14~0.16の範囲であった。表8を参照されたい。
まず、単独又は組み合わせて、遊離薬物細胞毒性を比較することによって、
シスプラチン感受性A2780細胞及びシスプラチン耐性A2780/CDDP細胞の2つの卵巣癌細胞に対する、シスプラチンとOTSC41との相乗効果を調べた。シスプラチンOTSC41の単独又は組み合わせのIC50を表9に示す。
卵巣癌の治療のためのシスプラチンとジヒドロアルテミシニンを組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
これまでの研究により、ジヒドロアルテミシニン(DHA)及び他のアルテミシニンベースのエンドペルオキシド化合物は、鉄によって媒介されるフェントン反応で切断され、フリーラジカル反応性酸素種(ROS)を産生して腫瘍細胞を損傷させることが示唆されている。ジヒドロアルテミシニン(DHA)は、様々な癌細胞及び異種移植腫瘍の増殖を阻害し、シスプラチン耐性卵巣癌におけるシスプラチンの抗癌効果を増強することが報告されている。ここでは、シスプラチン耐性卵巣癌を治療するために、シスプラチン及びDHAを同時送達するためのナノスケール配位ポリマー(NCP)ベースのコア-シェルナノ粒子を調製した。
NCP-1/DHA粒子の調製とキャラクタリゼーション
先の報告と同様にして、シスプラチンプロドラッグを担持するNCP-1粒子を調製した。簡単に述べると、Zn(NO3)2とシスプラチンプロドラッグ(1,2-シス,シス,トランス-[Pt(NH3)2Cl2(OCONHP(O)(OH)2)2] (PtBp))との混合物を、室温で1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸ナトリウム塩(DOPA)と共に、Triton X-100/1-ヘキサノール/シクロヘキサン/水の逆マイクロエマルジョン中で30分間激しく撹拌して、球状DOPA被覆NCP -1粒子を得た。このNCP-1粒子の、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)によって測定された、シスプラチン積載量は25重量%であった。
次いで、このDOPA-NCP-1粒子を、コレステロール、DOPC、Chol-DHA結合体、及び20mol%DSPE-PEG2kでコーティングして、シスプラチンを担持する固体コア及びDHAを含む脂質層を有するコア-シェルナノ構造を得た。脂質コーティング中のDHAの量を変化させることによって、シスプラチンとDHAとのモル比が異なる粒子を調整した。表10を参照されたい。
A2780、A2780/CDDP及びSKOV-3細胞を、2000細胞/ウェルで96ウェルプレートに24時間播種した。その後、これらの細胞を様々な濃度の異なる配合物で処理し、さらに72時間インキュベートした。次いで、細胞生存率を、マイクロプレートリーダーによるMTSアッセイによって決定した。DHAと併用すると、IC50が有意に減少したことに示されるように、シスプラチンの細胞傷害性は有意に低下した。これらの粒子は、遊離薬物と比較して、同様の細胞傷害性を示した。表11を参照されたい。
大腸癌の治療のためのオキサリプラチン類似体及びパクリタキセルを組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
免疫原性細胞死の2つの化学療法阻害剤を担持するナノスケール配位ポリマー(NCP)ベースのコア-シェルナノ粒子は、結腸直腸癌の治療において実質的な抗癌効果を示すことが示されている。2つの同系ネズミ結腸直腸癌モデルCT26及びMC38に対して、NCP-2/PTXの有効な抗癌治療が実証された。効率的な抗腫瘍免疫がNCP-2/PTXにより引き起こされ、細胞表面上の早期カルレティキュリン(CRT)曝露、抗腫瘍ワクチン接種、及び腫瘍成長の遅延により示された。
先の報告と同様にして、オキサリプラチンプロドラッグを担持するNCP-2粒子を調製した。簡単に述べると、Zn(NO3)2とオキサリプラチン類似体プロドラッグ(Pt(dach)Cl2(OH)2 (式中、dachはR, R-ジアミノシクロヘキサンを表す。)との混合物を、室温で1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸ナトリウム塩(DOPA)と共に、Triton X-100/1-ヘキサノール/シクロヘキサン/水の逆マイクロエマルジョン中で30分間激しく撹拌して、球状DOPA被覆NCP -2粒子を得た。動的光散乱(DLS)によるこのNCP-2粒子のZ平均は55.33±0.18nmであり、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)により測定したこのNCP-2粒子のオキサリプラチン積載量は27.6重量%であった。
NCP-2粒子のコアにchol-PTX及びPEGを含有する非対称脂質二重層をコーティングすることにより、NCP-2/PTXナノ粒子を調製した。Pt(dach)Cl2:パクリタキセルのモル比が1:1又は2:1の粒子を調製し、キャラクタリゼーションを行った。1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DOPC)、コレステロール、1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N- [メトキシ(ポリエチレングリコール)-2000](DSPE-PEG2k)、chol-PTX(オキサリプラチン:パクリタキセルの比が2:1及び1:1の製剤であって、DOPC:コレステロール:chol-PTX:-DSPE-PEG2kの比が 2:2:0.26:1又は2:2:0.52:1)、及びDOPAでキャップされたNCP-2のTHF溶液を、500μLの30%(v/v)エタノール/水に加え、50℃で1700rpmで1分間攪拌した。このナノ粒子懸濁液中のTHF及びエタノールを完全に蒸発させ、その後のインビトロ及びインビボ実験で使用した。
TEM画像は、NCP-2/PTXの両配合物が球状ナノ粒子であることを示した。緩衝生理食塩水(PBS)中に再懸濁したもののDLS測定により、モル比が1:1のNCP-2/PTXの、Z平均直径、数平均直径及び多分散指数(PDI)は、それぞれ121.7±0.95nm、81.98±4.45nm及び0.139±0.01であった。モル比が2:1の粒子について、これらはそれぞれ112.0±0.51nm、74.26±3.60nm及び0.151±0.01であり、類似の特性を示した。
マウス結腸直腸腺癌CT26及びネズミ結腸直腸癌MC38の2つの結腸直腸癌細胞に対するNCP-2/PTXの細胞傷害性を評価した。NCP-2/PTXは、大幅に異なる溶解度要件を持つ2つの化学療法剤と組み合わせることにより、これら薬物の相乗効果により実質的な抗癌効果を示した。
まず、遊離薬物の細胞傷害性を単独又は組み合わせて比較することにより、オキサリプラチンとパクリタキセルの相乗効果を調べた。オキサリプラチンのMTSアッセイによるIC50は、パクリタキセルが疎水性であるため、パクリタキセルのIC50よりも実質的に低かった。パクリタキセルは、遊離薬物用量を調製するために希釈する前に、1mg/mlのエタノール:水の比3:1の原液中で調製された。2つの薬剤の併用指数(IC 50)は、モル比2:1と比較して、オキサリプラチン用量が等しいモル比1:1の方がはるかに有利であった。オキサリプラチン類似体又はオキサリプラチン類似体及びパクリタキセルをモル比1:1で含むNCP配合物(NCP-2)は、遊離薬物と同様の細胞死滅効果を示した。表12を参照されたい。
NCP-2/PTXによって誘発された免疫原性細胞死を、免疫蛍光法及びフローサイトメトリーによって評価した。
免疫蛍光分析のために、6ウェルプレートにCT26細胞を5×105細胞/ウェルで播種し、さらに24時間培養した。この培養培地を、10%FBSを含有する2mLの新鮮培地で置換した。細胞にオキサリプラチン、パクリタキセル、chol-PTX、NCP-2、及びNCP-2/PTX(1:1)をそれぞれ5μMの等価オキサリプラチン及びパクリタキセル用量で添加した。対照としてリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)と共にインキュベートした細胞を用いた。4時間のインキュベーションの後、細胞をPBSで3回洗浄し、4%パラホルムアルデヒドで固定し、AlexaFluor 488-カルレティキュリン(CRT)抗体と共に2時間インキュベートし、DAPIで染色し、405nm及び488nmのレーザーを用いた共焦点レーザー走査顕微鏡(CLSM)で、核を可視化し、細胞膜上のCRT発現を観察した。
フローサイトメトリー分析のために、6ウェルプレートにCT26細胞を1×106細胞/ウェルで播種し、さらに24時間培養した。培養培地を、10%FBSを含有する2mLの新鮮培地で置換した。細胞に、それぞれ5μMの等価Pt及び/又はパクリタキセル用量で、オキサリプラチン、パクリタキセル、chol-PTX、NCP-2及びNCP-2/PTX(1:1)を添加した。対照としてリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)と共にインキュベートした細胞を用いた。4時間のインキュベーション後、細胞を回収し、A6lexaFluor 488-CRT抗体とともに2時間インキュベートし、ヨウ化プロピジウム(PI)で染色した。これらのサンプルを、フローサイトメーター(LSRII Orange, BD, Franklin Lakes, New Jersey, USA)で分析し、細胞表面のCRTを同定した。染色した細胞の蛍光強度をPI陰性細胞についてゲーティングを行った。図2を参照されたい。
NCP-2/PTXの薬物動態学的(pK)及び体内分布の研究を、腹腔内注射後のCT26腫瘍を有するBALB/cマウスで行った。誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)によりオキサリプラチン分布を定量した。さらに、亜鉛及びオキサリプラチン類似体コア及びコレステロール変性パクリタキセルを含む脂質コーティング層を含むNCP粒子(NCP-2/PTX)の、CT26ネズミ結腸直腸腺癌腫瘍を有するマウスに用量1mg/kgで静脈内(iv)注射した後の、薬物動態及び生体内分布を調べたところ、肝臓、肺、脾臓、腎臓、膀胱及び腫瘍と比較して、血液中により多く存在していることが分かった。5分、1, 3, 5, 8, 24及び48時間後に、誘導結合血漿質量分析(ICP-MS)により白金(Pt)濃度(μg)を分析した。薬物動態及び生体内分布の結果を、初期用量に対する割合(%ID)で表した。図3を参照されたい。
ナノ粒子の投与量と動物の大きさとの関係をよりよく理解するために、ビーグル犬についてNCP-2/PTXの静脈注射による薬物動態学的研究を行った。誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)によりオキサリプラチン分布を定量した。図4を参照されたい。
結腸直腸腺癌CT26を有するBALB/cマウス及び結腸直腸癌MC38を有するC57Bl/6マウスの2つの結腸直腸マウスモデルを用いて、NCP-2/PTXのインビボ抗癌活性を評価した。図5及び6を参照されたい。5×106細胞を右脇腹に注射し、全ての腫瘍の大きさが100~150mm3に達した後、7日目に処理を開始した。CT26及びMC38を有するマウスに、(1)PBS、(2)NCP-2/PTX、又は(3)NCP-2/PTX+ PD-L1抗体を、2.24mg/kgパクリタキセル用量と1mg/kgの等価オキサリプラチン用量で腹腔内注射することを、指示された日に合計6~10回行った。
一定したオキサリプラチン類似体低用量のNCP-2/PTXの投与は、CT26及びMC38マウスマウスモデルの両方において腫瘍増殖を有意に遅延させた。
NCP-2/PTXの抗癌効果における異なる免疫細胞の役割を調べるために、成熟T細胞を欠損した免疫無防備状態の無胸腺ヌードマウス又はT細胞及びB細胞の両方を欠損したRag-/-BALB/cマウスの右脇腹領域に5×106個のCT26細胞を移植した。図7を参照されたい。オキザリプラチン類似体用量1mg/kg及びパクリタキセル用量2.24mg/kgのNCP-2/PTX投与は、免疫応答性BALB/cマウスに対して抗癌効果を顕著に増強したのに比べて、免疫無防備状態モデルのいずれにおいてもCT26の治療に対して効果的ではなかった。
結腸直腸癌のより代表的なマウスモデルを確立するために、C57BL/6マウスの右脇腹領域により少ない細胞(1×106個のMC38細胞)を注入し、治療を開始する前に、免疫抑制腫瘍環境を確立するために長期間増殖させた。MC38腫瘍を有するマウスに、(1)PBS、(2)NCP-2、(3)NCP-2/PTX(1:1)、(4)NCP-2/PTX(2:1)、(5)NCP-2/PTX(1:1)+PD-L1抗体、又は(6)NCP-2/PTX(2:1)+PD-L1抗体を、2mg/kgの等価オキサリプラチン類似体用量及び75gの抗体用量で腹腔内注射することを、4日毎に計5回行った。図8を参照されたい。
NCP-2/PTXにより誘発された強力な免疫原性応答を考慮して、更に、NCP-2/PTXの抗腫瘍ワクチン接種能力を評価した。PBS又はNCP-2/PTXで処理された合計5×105個のCT26細胞を、BALB/cマウスの右脇腹領域に皮下接種した。更に、1週間後、これらのマウスの反対側の脇腹に1×105個のCT26細胞を注射した(再曝露)。これらのマウスについて、ノギスを用いて腫瘍の進展と体重の変化を毎日調べた。図9A及び9Bを参照されたい。PBS群の右腫瘍サイズが2cm3を超えたとき、全てのマウスを殺処分した。
大腸癌の治療のためのオキサリプラチン類似体及びミトキサントロンを組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
2つの免疫原性細胞死の化学療法阻害剤を担持するノスケール配位ポリマー(NCP)ベースのコア-シェルナノ粒子が、結腸直腸癌の治療において実質的な抗癌効果を示すことを示す。
調製とキャラクタリゼーション
これまでと同様にして、オキサリプラチンプロドラッグを担持するNCP-2粒子を調製した。NCP-2コアを、chol-MTX及びPEGを含有する非対称脂質二重層でコーティングすることにより、NCP-2/MTXナノ粒子を調製した。モル比2:1又は1:1のオキサリプラチン:ミトキサントロンを含む粒子を調製して、キャラクタリゼーションを行った。1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DOPC)、コレステロール、1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N- [メトキシ(ポリエチレングリコール)-2000](DSPE-PEG2k)、chol-PTX(オキサリプラチン類似体:ミトキサントロンのモル比が2:1及び1:1であって、DOPC:コレステロール:chol-PTX:-DSPE-PEG2kの比が 2:2:0.30:1又は2:2:0.60:1)、及びDOPAでキャップされたNCP-2のTHF溶液を、500μLの30%(v/v)エタノール/水に加え、50℃で1700rpmで1分間攪拌した。このナノ粒子懸濁液中のTHF及びエタノールを完全に蒸発させ、その後のインビトロ及びインビボ実験で使用した。粒径及び分布を動的光散乱(DLS)により決定した。表13を参照されたい。
結腸直腸腺癌CT26及び結腸直腸癌腫MC38の2つの同系の癌細胞系に対して、NCP-2/MTXの細胞傷害性を評価した。NCP-2/MTXは、大幅に異なる溶解度要件を有する2つの化学療法剤と組み合わせることにより、これら薬物間の相乗効果により実質的な抗癌効果を引き起こした。まず、オキサリプラチンとミトキサントロンとの相乗効果を、遊離薬物の細胞傷害性について、単独で又は組み合わせて比較することにより、調べた。2つの薬物の併用指数(CI50)は、Ptの投与量が等しい場合に、モル比1:1のものよりモル比2:1のもののほうがはるかに有利であった。モル比1:1でオキサリプラチン類似体(NCP-2)又はオキサリプラチン類似体及びミトキサントロンを含むNCP製剤(NCP-2/MTX)は、遊離薬物と同様の細胞死滅効果を示した。表14を参照されたい。
ネズミ結腸直腸腺癌CT26の結腸直腸マウスモデルを用いて、NCP-2/MTXのインビボ抗癌活性を評価した。5×106個のCT26細胞を右脇腹に注射し、全ての腫瘍の大きさが100~150mm3に達した後、7日目に処理を開始した。CT26腫瘍を有するマウスに、(1)PBS、(2)NCP-2/MTX(2:1)、又は(3)NCP-2/MTX(2:1)+75μgのPD-L1抗体を、等価オキサリプラチン類似体用量1mg/kg及びパクリタキセル用量0.58mg/kgで、4日毎に計6回腹腔内注射した。NCP-2/MTXによる一定の低用量化学療法剤の投与は、CT26マウスモデルにおける腫瘍増殖を有意に遅延させ、腫瘍成長阻害を維持するために免疫チェックポイント阻害療法との相乗作用を示した。図10を参照されたい。
ネズミ結腸直腸癌MC38の結腸直腸マウスモデルを用いて、NCP-2/MTXのインビボ抗癌活性を評価した。1×106個のMC38細胞を右脇腹に注射し、全ての腫瘍のサイズが50~70mm3に達した後、12日目に処理を開始した。MC38腫瘍を有するマウスに、(1)PBS、(2)NCP-2/MTX(2:1)、又は(3)NCP-2/MTX(2:1)+75μgのPD-L1抗体を、等価オキサリプラチン用量2mg/kg及びミトキサントロン用量1.16mg/kgで、4日毎に計5回腹腔内注射した。図11を参照されたい。
オキサリプラチン類似体とジヒドロアルテミシニン(DHA)とを組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
NCP-2/DHAの調製とキャラクタリゼーション
オキサリプラチン-ビスホスホネート、Zn2+イオン、及びジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸(DOPA)を含む裸のNCP-2を、シクロヘキサン中の0.3MのTritonX-100及び1.5Mのヘキサノールの混合物中で調製し、媒体にDOPAを出した。これにより、裸のNCP上に脂質層が形成され、他のリン脂質又は脂質含有薬物の取り込みを容易にする。次いで、この裸のNCP-2粒子を2倍量のEtOHと混合し、12000rpmで30分間遠心分離して溶媒を除去する。この粒子ペレットをさらに50%EtOH/シクロヘキサンで1回、50%EtOH/THFで2回洗浄して過剰量のDOPAを除去し、THFに再分散させた。最後に、この裸のNCP-2粒子を、200nmシリンジフィルターで濾過して、次段で使用した。このNCP-2粒子のZ平均直径は78.56±1.03nmであり、多分散指数(PDI)は0.147±0.01である。30%(v/v)のEtOH/H2Oに、DOPC、Chol、Chol-DHA、DSPE-PEG2K及び裸のNCP-2粒子の混合物を、激しく攪拌しながら添加することにより、NCP-2/DHAを処方した。THF及びEtOHを蒸発させ、この溶液を室温に冷却して、次段で使用した。オキサリプラチン/DHA = 1:2(モル比)を有するこの配合物において、このNCP-2/DHA粒子は数平均直径、Z平均直径、及び多分散指数(PDI)は、それぞれ51.90±1.06nm、80.74nm±0.79nm、及び0.152である。
大腸癌細胞株に対するインビトロ細胞毒性
2つの結腸癌細胞株CT26及びMC38に対するNCP-2/DHAの細胞傷害性を評価した。まず、オキサリプラチンとジヒドロアルテミシニン(DHA)との相乗効果を、遊離薬物の細胞傷害性について、単独で又は組み合わせて比較することにより、調べた。2つの薬物の併用指数(CI50)は、いくつかの薬物効果レベルにおいて1未満であり、2つの薬物間の相乗効果を示している。オキサリプラチン類似体(NCP-2)、DHA又はオキサリプラチン及びDHAを1:1のモル比で含むNCP配合物は、遊離薬物と同様の細胞死滅効果を示した。表15を参照されたい。
ジヒドロアルテミシニン(DHA)により誘発された免疫原性細胞死を、免疫蛍光及びフローサイトメトリーにより評価した。
免疫蛍光分析のために、6ウェルプレートにCT26及びMC38細胞を5×105細胞/ウェルで播種し、さらに24時間培養した。この培養培地を、10%FBSを含有する2mLの新鮮培地で置換した。細胞にジヒドロアルテミシニン(DHA)を1μMの用量で添加した。対照としてリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)と共にインキュベートした細胞を用いた。24時間のインキュベーションの後、細胞をPBSで3回洗浄し、4%パラホルムアルデヒドで固定し、AlexaFluor 488-カルレティキュリン(CRT)抗体と共に2時間インキュベートし、DAPIで染色し、405nm及び488nmのレーザーを用いた共焦点レーザー走査顕微鏡(CLSM)で、核を可視化し、細胞膜上のCRT発現を観察した。
フローサイトメトリー分析のために、6ウェルプレートにCT26及びMC38細胞を1×106細胞/ウェルで播種し、さらに24時間培養した。培養培地を、10%FBSを含有する2mLの新鮮培地で置換した。細胞にジヒドロアルテミシニン(DHA)を1μMの用量で添加した。対照としてリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)と共にインキュベートした細胞を用いた。24時間のインキュベーション後、細胞を回収し、A6lexaFluor 488-CRT抗体とともに2時間インキュベートし、ヨウ化プロピジウム(PI)で染色した。これらのサンプルを、フローサイトメーター(LSRII Orange, BD, USA)で分析し、細胞表面のCRTを同定した。染色した細胞の蛍光強度をPI陰性細胞についてゲーティングを行った。
フローサイトメトリー及び共焦点画像の両方とも、DHAが有意な免疫原性細胞死を引き起こしたことを示した。図12A及び12Bを参照されたい。
インビボ有効性
ネズミ結腸直腸腺癌CT26の結腸直腸マウスモデルを用いて、NCP-2/DHAのインビボ抗癌活性を評価した。5×106個のCT26細胞を右脇腹に注射し、全ての腫瘍の大きさが100~150mm3に達した後、7日目に処理を開始した。CT26を有するマウスに、オキサリプラチン類似体用量2mg/kgでNCP-2/DHAを腹腔内注射した。NCP-2/DHA粒子は、CT26腫瘍モデルの増殖を阻害した。図13を参照されたい。
オキサリプラチンとジヒドロアルテミシニン(DHA)とを組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
ホスホコリン結合DHA(PC-DHA)の合成
氷浴上で、5mLの無水トルエン及び0.2mLのトリエチルアミン中のDHA-SS-OH(200mg、0.43mmol、1当量)の溶液に、エチレングリコールクロロホスフェート(80mg、0.56mmol、1.3当量)の溶液を攪拌しながら滴下して加えた。得られた溶液を室温まで温め、さらに2時間撹拌し、次いで真空下で乾燥させた。その生成物を2mLの無水THFにより圧力管に移し、ドライアイス-アセトン浴で冷却した。この溶液に無水トリメチルアミン0.5mLを添加し、圧力管を密閉し、70℃で24時間加熱した。真空下で溶媒を除去した後、DCM/メタノール(5:1、v/v)を用いたジオールシリカでのカラムクロマトグラフィー精製により生成物を50%収率(137mg)で得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.93 (d, 3H), 0.98 (d, 3H), 1.25-1.55 (m, 6H), 1.62-1.95 (m, 6H),2.07 (m, 1H), 2.38 (td, 1H), 2.65 (m, 1H), 2.93 (m, 4H), 3.45 (s, 9H), 3.73 (m, 1H), 3.95 (m, 2H), 4.15 (m, 1H), 4.20 (m, 2H), 4.45 (m, 2H), 4.85 (s, 1H), 5.32 (s, 1H), 5.44 (s, 1H). ESI-MS: m/z=630.2 ([M+H]+).
氷浴上で、無水ジクロロメタン(DCM、4ml)中のDHA-SS-OH(500mg、1.07mmol、1当量)及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、160mg、1.2mmol、1.1当量)に、無水DCM(1mL)中のトリホスゲン(110mg、0.36mmol、0.33当量)の溶液を撹拌しながら滴下した。得られた溶液を室温まで温め、さらに0.5時間撹拌し、次いで、
氷浴上で、これを、無水DCM(2mL)、無水DMF(3mL)及びトリエチルアミン(0.2mL)の混合物中のOleyl-lyso-PC(500mg、0.96mmol、0.9当量)の溶液に加えた。次いで、この反応混合物を室温まで温め、12時間撹拌した。溶媒を除去した後、残渣をDCM/タノール(10:1、v/v)を用いるジオールシリカのカラムクロマトグラフィーにより精製して、215mgのオレイル-PC-S-S-DHAを得た。1H-NMR (500MHz, CDCl3): 0.90 (t, 3H), 0.93 (d, 3H), 0.98 (d, 3H), 1.20-1.33 (m, 22H), 1.45-1.70 (m, 9H), 1.75-1.95 (m, 4H), 2.03 (m, 4H), 2.36 (m, 3H), 2.66 (m, 1H), 2.97 (m, 4H), 3.46 (s, 9H), 3.50 (d, 1H), 3.73 (m, 1H), 4.10 (m, 3H), 4.27 (m, 3H), 4.39 (dd, 1H), 4.44 (t, 2H), 4.65 (s, 2H), 4.85 (d, 1H), 5.11 (t, 1H), 5.37 (m, 1H), 5.46 (s, 1H). ESI-MS: m/z=1012.5 ([M+H]+).
オキサリプラチンプロドラッグを有するNCP-3粒子を調製した。簡単に説明すると、
Zn(NO3)2とオキサリプラチン類似体プロドラッグ(Pt(dach)(シュウ酸塩)Cl2(OH)2 (式中、dachはR, R-ジアミノシクロヘキサンを表す。)との混合物を、室温で1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸ナトリウム塩(DOPA)と共に、Triton X-100/1-ヘキサノール/シクロヘキサン/水の逆マイクロエマルジョン中で30分間激しく撹拌して、球状DOPA被覆NCP -3粒子を得た。動的光散乱(DLS)によるこのNCP-3粒子のZ平均は60.53±0.69nm であり、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)により測定したこのNCP-3粒子のオキサリプラチン積載量は28.2重量%であった。
この裸のNCP-3粒子は、使用する前に、200nmのシリンジフィルターによりさらに濾過される。30%(v/v)のEtOH/H2Oに、DSPC、Chol、DHA結合体、DSPE-PEG2K及び裸のNCP-3粒子の混合物を、激しく攪拌しながら添加することにより、NCP-3/DHAを処方した。THF及びEtOHを蒸発させ、この溶液を室温に冷却して、次段で使用した。この配合物はオキサリプラチン/DHA = 1:2(モル比)を有する。多分散指数(PDI) 0.156を有する小さいサイズの粒子(92.94nm±0.30)が観察された。このNCP-3/DHAは今後、NCP-3/chol-S-S-DHAとして参照される。NCP-3/DHA-OA-DHAは、chol-S-S-DHAとOA-DHA結合体の1:1混合物を指す。この粒子のキャラクタリゼーションを表16に示す。
2つの結腸癌細胞株CT26及びMC38に対するNCP-3/DHAの細胞傷害性を評価した。ジヒドロアルテミシニン(DHA)、chol-S-S-DHA、OA-DHA、及びPC-DHAは、かなり近似のIC50値を示した。まず、オキサリプラチンとジヒドロアルテミシニン(DHA)との相乗効果を、遊離薬物の細胞傷害性を単独で又は組み合わせて比較することにより調べた。オキサリプラチン含有NCP(NCP-3)、DHA又はオキサリプラチン及びDHAをモル比1:1で含むNCP配合物は、これらの遊離薬物と同様の細胞死滅効果を示した。表17及び図14, 15を参照されたい。
まず、24ウェルプレートに1×105細胞/ウェルで播種したCT26細胞を、NCP-3/DHA又は適当な対照と共に24時間、10μMのオキサリプラチン濃度でインキュベートした。浮遊細胞及び接着細胞を回収し、Alexa Fluor 488 AnnexinV/死細胞アポトーシスキット(Invitrogen、USA)で製造元の指示に従って染色した。このアポトーシス及びネクローシスをフローサイトメトリー(LSRII Blue, BD, Franklin Lakes, New Jersey, USA)により調べた。個々のオキサリプラチンとジヒドロアルテミシニン(DHA)の両方ともネクローシスを引き起こしたが、併用療法は高レベルのアポトーシスを誘発した。図16を参照されたい。
NCP-3/DHAにより誘発された免疫原性細胞死を、フローサイトメトリー及びELISAにより評価した。
フローサイトメトリー分析のために、6ウェルプレートにCT26細胞を1×106細胞/ウェルで播種し、さらに24時間培養した。培養培地を、10%FBSを含有する2mLの新鮮培地で置換した。細胞に、それぞれ10μM及び20μMの等価オキサリプラチン及び/又はDHA用量で、オキサリプラチン、ジヒドロアルテミシニン(DHA)、chol-DHA、オキサリプラチン+DHA、NCP-3、Zn/DHA及びNCP-3/DHAを添加した。対照としてリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)と共にインキュベートした細胞を用いた。24時間のインキュベーション後、細胞を回収し、A6lexaFluor 488-CRT抗体とともに2時間インキュベートし、ヨウ化プロピジウム(PI)で染色した。これらのサンプルを、フローサイトメーター(LSRII Orange, BD, Franklin Lakes, New Jersey, USA)で分析し、細胞表面のCRTを同定した。染色した細胞の蛍光強度をPI陰性細胞についてゲーティングを行った。オキサリプラチン及びジヒドロアルテミシニン(DHA)は両方とも、細胞表面CRT発現を引き起こし、NCP-3/DHAで処理した細胞におけるCRT曝露は、Zn/DHAの処理と比較して僅かに多かった。
ICD後の高移動度群ボックス-1(HMGB-1)タンパク質の放出をELISAにより評価した。CT26細胞を、6ウェルプレートにウェルあたり1×106細胞で播種し、さらに24時間培養した。この培養培地を、10%FBSを含有する2mLの新鮮培地で置換した。細胞に、それぞれ10μM及び20μMの等価オキサリプラチン及び/又はDHA用量で、オキサリプラチン、ジヒドロアルテミシニン(DHA)、chol-DHA、オキサリプラチン+DHA、NCP-3、Zn/DHA、NCP-3/DHA及びNCP-3/OA-DHAを添加した。対照としてリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)でインキュベートした細胞を用いた。48時間のインキュベーション後、上清を回収し、マイクロプレートリーダーによりELISAキット(Chondrex, Inc., Redmond, Washington, USA)により分析した。オキサリプラチンとDHAの両方ともICDにより引き起こされたHMGB-1放出をもたらし、Zn/DHAで処理した細胞は顕著な放出を示した。図17を参照されたい。
NCP-3/DHAのpK試験をSD/CDラットで行った。オキサリプラチン分布を誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)により定量し、血中のchol-DHA濃度をTHF抽出後に液体クロマトグラフィー質量分析(LC-MS)により定量した。時間に対するオキサリプラチン及びchol-DHAの血液中の濃度は、1-コンパートメントモデルに適合した。オキサリプラチン及びchol-DHAの血液循環半減期は、それぞれ11.8±0.6時間及び13.3±1.2時間であり、統計的に有意な差は認められなかった。図18A及び図18Bを参照されたい。NCP-3/OA-DHAに適合した1-コンパートメントモデルは、オキサリプラチンについて18.1±3.1時間の血液循環半減期を示した。
NCP-3/DHAの予備生体内分布試験をCT26腫瘍を有するBALB/cマウスで行った。図19を参照されたい。オキサリプラチン分布を誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)により定量した。単核食細胞系(MPS)によるNCP-3/DHAの取り込みは低く、これは 肝臓(<2.7±0.3%)、脾臓(<7.6±2.2%)、及び腎臓(<3.0±1.0%)における低%ID/g(組織1g当たりの注入用量%)によって証明される。
腹腔内(i.p.)注射によるNCP-3/DHAの毒性試験を、BALB/c及びC57BL/6マウスに対して行った。50及び60mgのオキサリプラチン/ kgのNCP-3/DHAの単回用量の注射は、BALB/c及びC57BL/6マウスにおいてそれぞれ最小の体重減少を示した。C57BL/6マウスへの1週間に1回の60mgオキサリプラチン/kgのNCP-3/DHAの反復投与は、マウスが顕著な毒性を示さずに少なくとも4回の反復投与に耐えることができることを示した。C57BL/6マウスにオキサリプラチン24mg/kgのNCP-3/OA-DHAを3日に1回合計8回腹腔内注射したところ、体重減少及び毒性は最小限であった。
ネズミ結腸直腸腺癌CT26及びMC38の2つの結腸直腸マウスモデルを用いて、NCP-3/DHAのインビボ抗癌活性を評価した。1×106個のCT26又はMC38細胞を右脇腹に注射し、全ての腫瘍が80~100mm3の大きさに達した後、12日目に処理を開始した。CT26又はMC38腫瘍保有マウスを、NCP-3/DHA及び適切な対照を腹腔内注射した。NCP-3/DHA粒子は、CT26及びMC38腫瘍モデルの両方の増殖を阻害した。図20A及び図20Bを参照されたい。免疫チェックポイント阻害療法と組み合わせて、NCP-3/DHAは、8mg/kgのオキサリプラチン用量でCT26腫瘍モデルを有する全てのマウスを効果的に根絶することができた。16mg/kgのオキサリプラチン用量でNCP-3/DHAで処理したMC38担癌マウスは、最大60%の腫瘍撲滅を示した。8mg/kgの等価オキサリプラチン用量のNCP-3/DHAもまた、LL/2腫瘍を有するマウスで腫瘍増殖阻害を引き起こすことができた。
最初の処理後12日目に、脾臓を回収し、単細胞懸濁液に粉砕した。この脾細胞をACK溶解緩衝液で処理し、次いで、酵素結合ImmunoSpot (ELISPOT, eBioscience, San Diego, California, USA)で分析した。化学療法及び免疫療法の単独では、腫瘍特異的T細胞は増加したが、NCP-3/DHA及びNCP-3/DHA+PD-L1は腫瘍特異的免疫応答の最大の増加を示した。図21を参照されたい。
免疫療法と組み合わせたNCP-3/DHAのインビボ有効性を評価するために、更にトリプルネガティブ乳癌4T1及び非小細胞肺癌LL/2腫瘍モデルを使用した。図22A及び22Bを参照されたい。全ての腫瘍が80~100mm3の大きさに達した後、2×104個の4T1細胞又は1.5×106個のLL/2細胞を右脇腹に注射し、それぞれ10日目又は12日目に処理を開始した。マウスに、8mg/kgの等価オキサリプラチン用量で腹腔内注射した。反復投与量のNCP-3/DHAは、4T1及びLL/2腫瘍モデルの両方の腫瘍増殖を有意に阻害した。等価のオキサリプラチン及びDHA用量でのNCP-3/OA-DHAもまた、LL/2腫瘍を有するマウスで腫瘍増殖阻害を引き起こすことができた。
オキサリプラチン類似体及びIDO阻害剤NLG919を組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
コレステロール結合NLG919(Chol-NLG919)の化学合成
まず、室温でDCM中でコレステロール(1当量)、トリホスゲン(0.35当量)、及び4-N、N-ジメチルアミノピリジン(DMAP、4当量)を20分間攪拌しながら混合することにより、コレステロール中の水酸基を塩化アシルに変換した。次いで、得られたChol-COCl(1当量)をDCM中のOH-SS-OH(2当量)中に滴下し、その反応混合物を一晩撹拌してChol-SS-OHを生成し、これをこれを酢酸エチル/ヘキサン(1:2、v/v)を用いたカラムクロマトグラフィーにより精製した。次いで、DCM中のトリホスゲン(0.35当量)及びDMAP(4当量)と20分間反応させることによりChol-SS-OH(1当量)中の水酸基部分をさらに塩化アシルに変換し、Chol-SS-COClを得た。次いで、この混合物をDCM中のNLG919(1.7当量)中に滴下して、Chol-NLG919を生成させ、続いてこれをメタノール/DCM(3:97、v/v)を用いたカラムクロマトグラフィーにかけた。収率は62.2%であった。Chol-NLG919は、1H-NMR、13C-NMR及びエレクトロスプレーイオン化MS(ESI-MS)によって確認した。活性NLG919は、GSH及び/又はシステインによる細胞内のジスルフィド結合の切断後に容易に放出されるであろう。
シスプラチン-ビスホスホネート、Zn2+イオン及びジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸(DOPA)を含む裸のNCP-2は、シクロヘキサン中の0.3MのTritonX-100及び1.5Mのヘキサノールの混合物中で調製され、DOPAはこの溶媒中に出る。これにより、裸のNCP上に脂質層が形成され、他のリン脂質又は脂質含有薬物の取り込みを容易にする。次いで、この裸のNCP-1粒子を2倍量のEtOHと混合し、12000rpmで30分間遠心分離して溶媒を除去する。この粒子ペレットをさらに50%EtOH /シクロヘキサンで1回、50%EtOH/THFで2回洗浄して過剰量のDOPAを除去し、THFに再分散させる。最後に、裸のNCP-2粒子を、更に200nmシリンジフィルターで濾過して、次で使用する。30%(v/v)EtOH/H2Oに、DOPC(0.5mg)、Chol(0.25mg)及びChol- NLG919(62μg)、DSPE-PEG2K(20mol%)(0.9mg)及び裸のNCP-2粒子(0.25mg)の混合物を,激しく攪拌しながら添加することにより、NCP-1/Chol- NLG919粒子を得た。THF及びEtOHを蒸発させ、溶液を室温に冷却して、次で使用した。
この配合物において、オキサリプラチン/NLG919のモル比は2.18:1、薬物積載量はNLG919(1.02%、282.17g/mol、Chol-NLG919について3.16%);オキサリプラチン(3.13%、397.3g/mol)であった。多分散指数(PDI)が0.152でほぼ中性の電荷(-2.1mV)を有する小サイズの粒子(85.2nm±0.8)が観察された。さらに、このNCP-2/Chol-NLG919粒子は、PBS及びPBS含有10%FBS溶液の両方において14日間、顕著なサイズ、多分散指数(PDI)及びゼータ電位に変化がなく、安定であった。この配合物の増強された安定性は、コア内部の強い配位結合及びコレステロールとリン脂質との間の疎水性相互作用に起因するようである。
シスプラチン、カンプトテシン、エトポシド、及びパクリタキセルを組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
オレイン酸結合カンプトテシン(OA-CPT)の合成
OA-CPTは以下のようにして合成した。まず、オレイン酸(OA、1当量)をDCM中でOH-SS-OH(2当量)と一晩反応させて、OA-SS-OHを生成し、これを酢酸エチル/ヘキサン(2:3、v/v)で精製した。これと並行して、室温でDCM中でCPT(1当量)、トリホスゲン(0.35当量)及びDMAP(4当量)を20分間攪拌して、CPT中の水酸基を塩化アシルに変換した。次いで、得られたCPT-COCl(1当量)をDCM中のOA-S-S-OH(2当量)に滴下し、その反応混合物を一晩撹拌してOA-CPTを得た。OA-CPTの構造を以下のスキーム10に示す。メタノール/ DCM(3:97、v/v)を用いたカラムクロマトグラフィーにより、OA-CPTを精製した。収率は65%であった。OA-CPTは、1H-NMR、13C-NMR及びエレクトロスプレーイオン化MS(ESI-MS)によって確認した。活性CPTは、GSH及び/又はシステインによる細胞内のジスルフィド結合の切断後に容易に放出されるであろう。
シスプラチン-ビスホスホネート、Zn2+イオン及びジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸(DOPA)を含む裸のNCP-2は、シクロヘキサン中の0.3MのTritonX-100及び1.5Mのヘキサノールの混合物中で調製され、DOPAはこの溶媒中に出る。これにより、裸のNCP上に脂質層が形成され、他のリン脂質又は脂質含有薬物の取り込みを容易にする。次いで、この裸のNCP-1粒子を2倍量のEtOHと混合し、12000rpmで30分間遠心分離して溶媒を除去する。この粒子ペレットをさらに50%EtOH /シクロヘキサンで1回、50%EtOH/THFで2回洗浄して過剰量のDOPAを除去し、THFに再分散させる。最後に、裸のNCP-2粒子を、更に200nmシリンジフィルターで濾過して、次で使用する。30%(v/v)EtOH/H2Oに、DOPC(0.5mg)、Chol(0.25mg)、OA-CPT(57.2μg)及びChol-PTX(106.2μg)、DSPE-PEG2K(20mol%)(0.9mg)及び裸のNCP-1粒子(0.25mg)の混合物を,激しく攪拌しながら添加することにより、NCP-1/OA-CPT/Chol-PTX粒子を得た。THF及びEtOHを蒸発させ、溶液を室温に冷却して、次で使用した。
この粒子は、サイズが71.2±0.6nm 、多分散指数(PDI)が0.113、及びPBS中でゼータ電位が0.15mVであることが判明した。この配合物において、シスプラチン積載量は3.38%、CPT積載量は1.25%、OA-CPT積載量は2.86%、ET積載量は2.14%及びChol-ET積載量は5.49%、PTX積載量は3.13%、Chol-PTXについては5.31%であった。TEMにより球形及び単分散ナノ粒子が確認された。このNCP-1/OA-CPT/Chol-PTXは、PBS及びPBS含有10%FBS溶液の両方において10日間安定であり、有意なサイズ、多分散指数(PDI)及びゼータ電位の変化はなかった。
A549細胞を96ウェルプレートに2000細胞/ウェルで播種し、24時間インキュベートした。その後、細胞をシスプラチン、エトポシド(ET)及びChol-ET、パクリタキセル(PTX)及びChol-PTX、カンプトテシン(CPT)及びOA-CPT、NCP-1、NCP-1/OA-CPT/Chol-PTX、NCP-1/OA-CPT/Chol-ET、及びNCP-1/OA-CPT/Chol-ET/Chol-PTXを様々な濃度で加、さらに72時間インキュベートした。次いで、細胞生存率を、マイクロプレートリーダーによるMTSアッセイにより決定した。図23A及び23Bに示されるように、Chol-ET、Chol-PTX及びOA-CPTは、A549細胞において遊離ET、PTX及びCPTと同様の細胞傷害性を示した。これは、活性ET、PTX及びCPTが、脂質結合プロドラッグから容易に遊離され得ることを示唆している。シスプラチン、OA-CPT及びChol-ETの組み合わせは、そのCI50が0.73であることで証明されるように、有意な相乗効果をもたらした。同様に、CP-1/OA-CPT/Chol-ET/Chol-PTXは、そのCI50は0.41であり、強力な相乗効果が得られた。しかし、最高の相乗効果は、シスプラチン、OA-CPT、Chol-ET及びChol-PTXを組み合わせて単一のナノ粒子配合物とすることにより達成された(CI50 = 0.28)。これらのデータは、ジスルフィド結合を含むリンカーを用いて抗癌剤を脂質(Chol又はOA)と結合させることを含むプロドラッグ戦略が、活性が親薬物と同程度のままであるプロドラッグをもたらすことを明確に示している。
強力な抗腫瘍免疫を引き出すための化学療法と光線力学療法を組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
米国では毎年約15万人の患者が結腸直腸癌と診断され、その3分の1が転移性疾患で死亡する。局在化した結腸直腸癌の5年生存率は約89%であるが、肝臓、肺、又は腹膜に転移した癌では約12%にしかすぎない。進行した結腸直腸癌に対する有効な治療法は、初期段階では検出され得ない原発腫瘍及び転移性腫瘍の両方の治療を必要とする。多くの研究により、宿主免疫系の刺激が、転移性腫瘍増殖を制御することができる抗腫瘍免疫応答の生成をもたらし得ることが示されている。進行結腸直腸癌患者の結腸直腸癌の転移性が高いこと及び5年生存率が低いことを考慮すると、原発性腫瘍増殖を制御し、転移性疾患及びその後の腫瘍増殖を制御するための抗腫瘍免疫を刺激する、結腸直腸癌の有効な治療法の開発に明確な臨床的関心がもたれている。
先の報告と同様にして、オキサリプラチン類似体プロドラッグを担持するNCP-2粒子を調製した。簡単に述べると、Zn(NO3)2とオキサリプラチンプロドラッグ(Pt(dach)Cl2(OH)2 (式中、dachはR, R-ジアミノシクロヘキサンを表す。)との混合物を、室温で1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-リン酸ナトリウム塩(DOPA)と共に、Triton X-100/1-ヘキサノール/シクロヘキサン/水の逆マイクロエマルジョン中で30分間激しく撹拌して、球状DOPA被覆NCP -2粒子を得た。動的光散乱(DLS)によるこのNCP-2粒子のZ平均は55.33±0.18nmであり、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)により測定したこのNCP-2粒子のオキサリプラチン類似体積載量は27.6重量%であった。
NCP-2粒子のコアにピロリピド及びPEGを含有する非対称脂質二重層をコーティングすることにより、NCP-2@Pyrolipidナノ粒子を調製した。ピロリピド、コレステロール、1,2-ジステアリル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DSPC)、1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N- [メトキシ(ポリエチレングリコール)-2000](DSPE-PEG2k)(DSPC:コレステロール:ピロリピド:DSPE-PEG2kの比が 2:2:0.8:1)、及びDOPAでキャップされたNCP-2のTHF溶液(80μL)を、500μLの30%(v/v)エタノール/水に加え、60℃で1700rpmで1分間攪拌した。このナノ粒子懸濁液中のTHF及びエタノールを完全に蒸発させ、その後のインビトロ及びインビボ実験で使用した。
NCP-2@Pyrolipidの透過型電子顕微鏡(TEM)像は、均一で球形のナノ粒子の形成を示した。動的光散乱(DLS)測定により、PBS中のNCP-2@Pyrolipid分散物のZ平均直径、数平均直径、多分散指数(PDI)、及びゼータ電位は、それぞれ83.00±0.98nm、51.19±0.11nm、0.143±0.011及び-3.67±0.85mVであった。NCP-2@Pyrolipidのサイズが小さいこと及び表面電荷が中性付近であることは、それのインビボ適用の可能性を示唆している。
NCP-2ピロリピドの脂質二重層は、THF中に分散された場合、溶解し、ピロリピドは、約400nmの広いソレットバンド及び669nmの明瞭なQバンドを示す。
インキュベーション時間を1~24時間として、CT26細胞におけるNCP-2@Pyrolipidの取り込みの時間依存性を評価した。遊離オキサリプラチン、ポルフィゾーム、及びシスプラチンプロドラッグを担持し1,2-ジオレオイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DOPC)で被覆されたオリジナルのNCP-2、コレステロール、及びDSPE-PEG2kを比較した。NCP粒子、オキサリプラチン、又はポルフィゾームと共にインキュベートした後の細胞中のPt及びピロリピド濃度を、それぞれ誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)及び蛍光測定法により測定した。図24A及び24Bに示されるように、オキサリプラチン類似体及びピロリピドの両方に関してNCP-2@Pyrolipidの細胞取り込みは迅速であり、大部分は1時間以内に完了する。これは、24時間までの時間にわたってオキサリプラチン類似体及びピロリピドの取り込み量が一定であることによって証明される。細胞摂取量が時間と共に著しく低下した遊離オキサリプラチンを除いて、オキサリプラチン類似体及びピロリピドの細胞取り込みは、24時間の実験を通して安定しており、これは、いずれかの理論に拘束されることを望むものではないが、NCP-2@Pyrolipidの内部移行が、細胞膜の動態、多孔性及び透過性を変化させて、オキサリプラチン類似体の流出を減少させることを示唆する。
マウス結腸直腸腺癌CT26及びヒト結腸直腸腺癌HT29細胞を含む2つの結腸直腸癌細胞に対するNCP-2@Pyrolipidの細胞傷害性を評価した。NCP-2@Pyrolipidは、オキサリプラチンの化学療法と光線力学療法を1つの単一ナノ粒子に組み合わせることにより、アポトーシス/ネクローシスを誘発し、LED光照射時に免疫原性細胞死を誘発する。表18に示されるように、遊離オキサリプラチン、NCP-2、及びNCP-2@PyrolipidのオキサリプラチンIC50は、両細胞系において有意差を示さない。これは、理論に縛られることなく、ピロリピドは、光による活性化なしでは、細胞毒性を引き起こさないことを示唆する。しかし、54J/cm2の光照射(670nm)すると、NCP-2@PyrolipidのオキサリプラチンIC50は、CT26細胞及びHT29細胞でそれぞれ約4倍及び約5倍減少した。ピロリピドIC50値も、それに応じて照射されたNCP-2@Pyrolipidについて有意に低下した。ポルフィゾームについては、試験されたピロリピド濃度範囲では、両方の細胞株において、光照射の有り無しで、毒性は観察されなかった。
カルレティキュリン(CRT)は、免疫原性細胞死(ICD)の細胞の表面に露出する明瞭なバイオマーカーである。NCP-2@Pyrolipidにより誘発された免疫原性細胞死を、免疫蛍光法及びフローサイトメトリーにより評価した。
免疫蛍光分析のために、6ウェルプレートにCT26細胞を5×105細胞/ウェルで播種し、さらに24時間培養した。この培養培地を、10%FBSを含有する2mLの新鮮培地で置換した。細胞にオキサリプラチン、NCP-2、NCP-2@Pyrolipid及びポルフィゾームをそれぞれ5μMのPt用量及び1.6μMのピロリピド用量で添加した。対照としてリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)と共にインキュベートした細胞を用いた。24時間のインキュベーションの後、細胞に100mW/cm2のLED光(670nm)を15分間照射した(90J/cm2)。4時間の更なるインキュベーション後、細胞をPBSで3回洗浄し、4%パラホルムアルデヒドで固定し、AlexaFluor 488-カルレティキュリン(CRT)抗体と共に2時間インキュベートし、DAPIで染色し、405nm及び488nmのレーザーを用いた共焦点レーザー走査顕微鏡(CLSM)で、核を可視化し、細胞膜上のCRT発現を観察した。
フローサイトメトリー分析のために、6ウェルプレートにCT26細胞を1×106細胞/ウェルで播種し、さらに24時間培養した。培養培地を、10%FBSを含有する2mLの新鮮培地で置換した。細胞にオキサリプラチン、NCP-2、NCP-2@Pyrolipid及びポルフィゾームをそれぞれ5μMのPt用量及び1.6μMのピロリピド用量で添加した。対照としてリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)と共にインキュベートした細胞を用いた。24時間のインキュベーションの後、細胞に100mW/cm2のLED光(670nm)を15分間照射した(90J/cm2)。4時間の更なるインキュベーション後、4時間のインキュベーション後、細胞を回収し、A6lexaFluor 488-CRT抗体とともに2時間インキュベートし、ヨウ化プロピジウム(PI)で染色した。これらのサンプルを、フローサイトメーター(LSRII Orange, BD, Franklin Lakes, New Jersey, USA)で分析し、細胞表面のCRTを同定した。染色した細胞の蛍光強度をPI陰性細胞についてゲーティングを行った。
CT26ネズミ結腸直腸腺癌細胞を、光照射有り無しで、リン酸緩衝食塩水(PBS)、遊離オキサリプラチン、亜鉛(Zn)及びオキサリプラチン類似体を含むNCP(NCP-2)、ポルフィゾーム、又は脂質コーティング層中にピロリピドを含むNCP-2(NCP-2@Pyrolipid)で処理した。細胞上に発現するカルレティキュリン(CRT)をフローサイトメトリー分析で測定した。光照射なしでPBSで処理した細胞及びポルフィゾームは表面CRTを発現しなかったが、光照射有り又は無しで、オキサリプラチン、NCP-2及びNCP-2@Pyrolipidで処理した細胞と、光照射有りのポルフィゾームで処理した細胞は、細胞の表面に顕著な量のCRTが検出された。
この結果は、オキサリプラチンと光線力学療法の両方とも、免疫原性細胞死(ICD)を効果的に誘発することを示唆する。
CT26腫瘍を有するBALB/cマウスにおいて、NCP-2@Pyrolipidの薬物動態(pK)及び生体分布の研究を行った。Pt分布は、誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)により定量し、血中のピロリピド濃度は、以前に報告したように、メタノール抽出後、UV-vis分光法により定量した。図25A及び図25Bを参照されたい。時間に対する血液中のPt濃度及びピロリピド濃度の両方を1-コンパートメントモデルに適合させた。Ptとピロリピドの血液循環半減期は、それぞれ11.8±1.9時間、8.4±2.6時間であり、統計的に有意な差は認められなかった。NCP-2@Pyrolipidは、血液循環が長いことに加えて、単核食細胞系(MPS)による低い摂取を示し、肝臓(<7.1±2.5%)、脾臓(<10.4±4.3%)及び腎臓(<9.1±2.5%)において低%ID/g(1g組織当たりの注射された投与量%)であった。
ネズミ結腸直腸癌CT26を有するBALB/cマウス及びヒト結腸直腸癌HT29の皮下異種移植を有するヌードマウスの2つの結腸直腸腺癌マウスモデルを用いて、NCP-2@Pyrolipidのインビボ抗癌活性を評価した。すべての用量は、遊離オキサリプラチン又はピロリピド相当量である。CT26又はHT29腫瘍保有マウスに、オキサリプラチン類似体用量2mg/kgで(1)PBS、(2)NCP-2@Pyrolipidを、また、オキサリプラチン用量2mg/kgで(3)及び(4)NCP-2@Pyrolipidを4日ごとに、CT26モデルでは合計2回、HT29モデルでは4回、静脈内注射した。注射の24時間後、(1)~(3)群のマウスを2%(v/v)イソフルランで麻酔し、腫瘍に670nmのLEDを100mW/cm2の放射照度で30分間照射した。図26及び27に示すように、光照射と組み合わせたNCP-2@Pyrolipidは、CT26及びHT29皮下腫瘍マウスモデルの両方において効率的な腫瘍阻害をもたらした。
NCP-2@Pyrolipid及び光線力学療法の処理を受けたCT26腫瘍を有するマウスにおける免疫原性応答を評価するために、7, 8, 9及び10日目に血液を採取し、血清TNF-α、IFN-γ及びIL-6産生をELISA(R&D Systems, Minneapolis, Minnesota, USA)により測定して、
この処理により誘発された免疫原性応答を評価した。NCP-2@Pyrolipid及び光線力学療法で処理したマウスの血清中のTNF-α、IFN-γ及びIL-6レベルは、有意に上昇し、処理により誘発された強い免疫原性応答を確認した。図28A~図28Cを参照されたい。いずれの理論にも拘束されることは望まないが、NCP-2(+)及びNCP-2@Pyrolipid(-)で処理したマウスにおける炎症誘発性サイトカイン産生レベルのわずかな増加は、オキサリプラチン類似体により誘発された免疫原性応答による可能性がある。
インビボのNCP-2@Pyrolipid及び光線力学療法により誘発された強力な免疫原性応答に影響されて、更に、NCP-2@Pyrolipidの抗腫瘍ワクチン接種能力を評価した。PBS又はNCP-2@Pyrolipidで処理し光照射した計5×105のCT26細胞を、6週齢雄BALB/cマウスの右脇腹領域に皮下接種した。1週間後、反対側の脇腹に1×105個のCT26細胞を注射した(再曝露)。これらのマウスについて、ノギスを用いて腫瘍の進展と体重の変化を毎日調べた。最初の腫瘍注射の1日後に血液を採取し、ELISA (R&D Systems, Minneapolis, Minnesota, USA)により血清TNF-α、IFN-γ及びIL-6産生を測定して、免疫原性応答を評価した。PBS群の右腫瘍サイズが2cm3を超えたとき、全てのマウスを殺処分した。図29A~29Cに示すように、NCP-2@Pyrolipid及び光線力学療法は、健康な腫瘍細胞の再曝露に対する抗腫瘍ワクチン接種において100%の成功を達成した。
光照射したNCP-2@Pyrolipidのアブスコパル効果を、BALB/cマウスを有する皮下CT26腫瘍について評価した。CT26細胞懸濁液を右脇腹領域に皮下接種し(1マウスあたり2×106個の細胞)、同じマウスの左脇腹領域にCT26細胞懸濁液を皮下接種することにより(1マウスあたり4×105細胞)、腫瘍保有マウスを確立した。(1)リン酸緩衝食塩水(PBS)+光照射、(2)NCP-2@Pyrolipid+光照射、(3)NCP-1@Pyrolipid(シスプラチン及びピロリピドを担持するNCP)+光照射、(4)対照として光照射なしのNCP-2@Pyrolipidの4グループを比較した。右の腫瘍が約100mm3に達したとき、これらのナノスケール配位ポリマーを2mg/kgのオキサリプラチン類似体用量で腫瘍内注射した。注射の12時間後、マウスを2%(v/v)イソフルランで麻酔し、腫瘍にLED光を100mW/cm2で30分間照射した(180J/cm2)。これらのナノスケール配位ポリマーは3日ごとに合計2回注射した。LED光照射は6日連続して毎日行った。治療効果を評価するために、腫瘍増殖をモニターした。腫瘍の大きさを毎日デジタルキャリパーで測定した。腫瘍体積は次のように計算した:(幅2×長さ)/ 2。
NCP-2@Pyrolipidの局所注射に加えてLED光照射を行った場合、治療された右腫瘍の腫瘍退縮/根絶をもたらしただけでなく、遠隔左腫瘍の増殖をも阻害した。このことは、いずれかの理論に縛られることを望むものではないが、この併用療法が結腸直腸癌の免疫適合性マウスモデルにおいて免疫応答を首尾よく引き起こすことを示唆する。NCP-1@Pyrolipidによる治療は、右腫瘍を首尾よく抑制/根絶したが、左腫瘍の増殖に対しては限定された阻害しか示さなかった。図30A及び30Bを参照されたい。この結果は、オキサリプラチン類似体及び光線力学療法により誘発された複合免疫原性応答は、アブスコパル効果を誘発することを示す。
抗腫瘍免疫のための化学療法、光線力学療法及びPD-L1抗体を組み合わせたナノスケール配位ポリマー(NCP)コア-シェルナノ粒子
光活性化存在下のNCP-2@Pyrolipidの免疫療法効果をさらに高めるために、発明者らは、その治療計画に免疫チェックポイント阻害剤を加えた。NCP-2@Pyrolipidと光照射によるアブスコパル効果に、チェックポイント遮断PD-L1抗体を組み合わせて、皮下MC38腫瘍を生じているマウスについて評価した。C57BL/6マウスに対して、5×105個のMC38細胞をその右脇腹(原発腫瘍)に、そして1×105個のMC38細胞をその左脇腹(二次腫瘍)に皮下(s.c.)移植した。原発腫瘍が約100mm3に達したとき、マウスを無作為に5群(n = 6)に分けた。その5群とは、即ち、対照としての光照射ありのPBS;光照射なしのNCP@Pyrolipid;光照射ありのNCP @Pyrolipid;光照射なしのNCP@Pyrolipid+抗PD-L1;光照射ありのNCP@Pyrolipid+抗PD-L1である。マウスに、NCP @Pyrolipidを2mg/kgのオキサリプラチン類似体用量で、3日ごとに合計3回の腹腔内(i.p.)注射した。注射から24時間後、マウスに2%(v/v)イソフルランで麻酔をかけ、原発腫瘍に670nmのLEDを180mJ/cm2の光量で照射した(100mW/cm2)。照射後直ちに、マウスにPD-L1抗体を50μg/マウスの用量で腹腔内(i.p.)注射した。一次及び二次腫瘍サイズを、デジタルキャリパーで測定し、次のように計算した:(幅2×長さ)/ 2。
結腸直腸癌CT26の別の両側同系マウスモデルでのNCP@ pyrolipid+光線力学療法と抗PD-L1との組み合わせによりもたらされるアブスコパル効果もまた研究された。原発腫瘍が約100mm3に達したとき、マウスに、2mg/kgのオキサリプラチン用量でNCP@Pyrolipidを、1日おきに計2回ip注射した。注射の24時間後に、原発腫瘍を180J/cm2の光量で照射した(670nm、100mW/cm2)。照射後直ちに、マウスに抗PD-L1を75μg/マウスの用量で腹腔内(i.p.)注射した。この併用療法は、2回の治療後に、原発腫瘍だけでなく、遠隔腫瘍の有効な腫瘍退縮を再び引き起こした。図32A及び図32Bを参照されたい。
抗腫瘍免疫のための光力学療法とPD-L1抗体とを組み合わせたZn-ピロリン酸コア-シェルナノ粒子
ピロリピド積載Zn-ピロリン酸粒子(Zn@Pyrolipid)の調製
500μLの30%(v/v)EtOH/H2Oに、1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DSPC)、コレステロール、ピロリピド(モル比1:1:0.5)、DSPE-PEG2k(20mol%)及びZn-ピロリン酸粒子のTHF溶液80μLを加えて(60℃)、ピロリピド積載Zn-ピロリン酸粒子(Zn@Pyrolipid)を得た。THF及びEtOHを蒸発させ、溶液を室温に冷却して、次で使用した。粒径及び分布を動的光散乱(DLS)により決定した。表19を参照されたい。
ピロリピド積載量を、UV-Vis分光光度計(UV-2401PC、株式会社島津製作所)を用いて定量した。脂質コーティングの後、Zn@Pyrolipidを13000rpmで30分間遠心分離した。Zn@Pyrolipidの沈殿物をテトラヒドロフラン(THF)に再分散させ、669nmにおけるUV-Vis吸収によりナノ粒子懸濁液中のピロリピド量を決定した。ピロリピド積載量は、10.6±0.8重量%であった。
無傷の又は破壊された脂質層を有するZn@Pyrolipid の蛍光を測定して、蛍光消光効率を計算した。Zn@Pyrolipidをリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)に希釈して無傷のサンプルとし、これを0.5%Triton X-100を含有するPBSに希釈して脂質層を破壊した。これらのサンプルを分光蛍光光度計(RF-5301PC、株式会社島津製作所)にかけて、蛍光測定(励起:427nm、発光:600~750nm)を行った。無傷の脂質層を有するZn@Pyrolipidの675nmにおける蛍光強度を、脂質層を破壊したZn@Pyrolipidに対して正規化して、消光効率を計算した。無傷のZn@Pyrolipidの蛍光強度は、脂質層を破壊したZn@Pyrolipidの蛍光強度の2.7%であった。
一重項酸素センサー緑(SOSG)試薬(Life Technologies、USA)を用いて、Zn@Pyrolipidにより生成された一重項酸素(1O2)を検出した。脂質をコーティングした後、Zn@Pyrolipidを13000rpmで30分間遠心分離した。その上清を捨て、ペレットをPBSに再懸濁した。新たに調製したメタノール(5mM)中のSOSG溶液5μlを、PBS中の無傷のZn@Pyrolipid 2mg又は0.5%TritonX-100で脂質層を破壊したZn@Pyrolipid 2mgと混合した。Zn @ pyrolipidと同じピロリピド濃度の遊離ピロリピドを対照とした。これらのサンプルを、波長660nm及びエネルギー放射照度60mW/cm2のLEDで、10秒、20秒、30秒、40秒、50秒、75秒、100秒及び250秒処理し、504nmで励起し、525nmで発光させて、SOSG蛍光を測定した。この発光には、ピロリピドの蛍光寄与はなかった。脂質二重層が無傷である場合には、Zn@Pyrolipidは一重項酸素をほとんど生成しなかった。これはおそらく、ピロリピドの励起状態が高度に消光され、三重項酸素にエネルギーを移動しなかったことによるものである。脂質二重層を破壊するためにTriton X-100を添加した後、Zn@Pyrolipid の1O2生成効率は、同じ濃度の遊離ピロリピドの1O2生成効率と同様であった。
4T1トリプルネガティブ乳癌細胞及びB16F10ネズミ黒色腫細胞を24ウェルプレートに1×105細胞/ウェルの密度で播種し、24時間インキュベートした。Zn@Pyrolipid及び遊離ピロリピドをそれぞれ2μMのピロリピド用量で細胞に添加した。1, 2, 4及び24時間インキュベートした後、細胞を回収し、PBSで3回洗浄し、血球計数器で計数した。これらの細胞を3,000rpmで5分間遠心分離し、細胞ペレットを0.5%(w/v)SDS(pH8.0)で溶解した。ピロリピドの蛍光強度を蛍光測定法(励起波長:427nm、発光波長:675nm)により決定した。結果を、105細胞あたりのピロリピドの量(pmol)として表す。両方の細胞株におけるZn@Pyrolipidの細胞内取り込みは迅速であり、1時間以内に大部分が完了した。これは24時間まで脂質の取り込み量が安定していることにより示される。
ピロリピドの流出は、次のようにして定量した。Zn@Pyrolipidを遊離ピロリピドと共に4時間インキュベートした後、培地を捨て、細胞をPBSで3回洗浄した。5μLの新鮮培地を各ウェルに添加し、細胞をさらに1, 2, 4及び24時間インキュベートした。0.5%Triton X-100を添加した後、培養液中のピロリピド量を蛍光測定法(励起波長:427nm、発光波長:675nm)により定量した。結果を、4時間の細胞摂取量に対する、流出したピロリピドの量の割合(%)として表す。Zn@Pyrolipidは、両方の細胞株で24時間のインキュベーションの間に無視できる流出(<2%)を示した。遊離ピロリピドの流出は時間とともに少し増加したが、依然として3%未満であった。
4T1及びB16F10細胞を2500細胞/ウェルの密度で96ウェルプレート上に播種し、様々なピロリピド濃度のZn@Pyrolipid 及び遊離ピロリピドで処理した。24時間のインキュベーション後、細胞に60mW/cm2のLED光(660nm)を15分間照射した(54J/cm2)。照射処理をしていない細胞を対照とした。さらに48時間のインキュベーション後、細胞生存率を3-(4,5-ジメチルチアゾール-2-イル)-5-(3-カルボキシメトキシフェニル)-2-(4-スルホフェニル)-2H-テトラゾリウムを用いて測定し(MTSアッセイ、Promega, Madison, Wisconsin, USA)、それに応じてIC50値を算出した。照射された又は照射されなかったZn粒子は、両方の細胞株に毒性を示さず、Zn粒子が薬物送達のための安全で信頼性のあるナノキャリアとして働くことができることを示唆している。照射なしのZn@Pyrolipid 及び遊離ピロリピドは、両方の細胞に細胞傷害性を誘導せず、Zn@Pyrolipidが安全であり、この粒子が毒性に関して懸念することなく注入できることを示した。照射後、IC50値の顕著な低下により示されるように、Zn@Pyrolipid及び遊離ピロリピドは非常に高い細胞傷害性を示した。表20を参照されたい。
4T1及びB16F10細胞を24ウェルプレートに1×105細胞/ウェルで播種し、まずZn@Pyrolipid及び遊離ピロリピドとともに、0.2μMのピロリピド濃度で24時間インキュベートし、次にこれら細胞にLED光(660nm)を60mW/cm2で15分間照射した(54J/cm2)。48時間の更なるインキュベーション後、浮遊細胞及び接着細胞を回収し、Alexa Fluor 488 AnnexinV/死細胞アポトーシスキット(Invitrogen, Carlsbad, California, USA)で製造者の指示に従って染色した。アポトーシス及びネクローシスをフローサイトメトリー(LSRII Blue, BD, Franklin Lakes, New Jersey, USA)で調べた。Zn@Pyrolipid及び遊離ピロリピドは、照射なしではアポトーシスを誘導しなかったが、照射ありでは、照射なしと比較して、高レベルのアポトーシスを誘発した。照射後のZn@Pyrolipid及び遊離ピロリピドは、4T1細胞でそれぞれ71.61%及び90.18%のアポトーシスを誘導し、B16F10細胞でそれぞれ63.72%及び85.79%のアポトーシスを誘導した。
Balb/c雌マウスの乳房脂肪パッドに5×104細胞の同所性注射して、4T1腫瘍モデルとし、腫瘍を100mm3まで増殖させた後、それらに6mg/kgのピロリピド用量でZn@Pyrolipidを静脈内投与した。投与の5分後、3時間後及び24時間後にマウスを殺処分し(n = 3)、その血液、心臓、肝臓、脾臓、肺、腎臓、膀胱及び腫瘍を採取した。その血液を直ちに5000rpmで10分間遠心分離して、血漿サンプルを採取した。メタノールを用いた脱蛋白により血漿からピロリピドを抽出し、13000rpmで10分間遠心分離した。器官及び腫瘍をメタノール1mL中でホモジナイズし、続いて13000rpmで10分間遠心分離した。次にその上清中のピロリピド含量を蛍光マイクロプレートリーダー(励起波長:427nm、発光波長:675nm)で測定した。この方法の有効性を確認するために、ブランクマウスから摘出した血液、器官及び腫瘍を上記と同じ抽出方法を用いて処理した。同じ励起波長でブランクの血液、器官及び腫瘍の発光スペクトル(600~750nm)を分光蛍光光度計(RF-5301PC、株式会社島津製作所)に記録した。
時間に対する血液中のピロリピドの濃度は、非線形消去を伴う1-コンパートメントモデルに最も良く適合した。ピロリピドの血液循環半減期は、14.8±1.9時間であった。血液循環時間が長いことに加えて、Zn@Pyrolipidは肝臓、脾臓、及び腎臓において低い分布を示し、Zn@Pyrolipidが単核食細胞系(MPS)による取り込みを回避できることを示唆した。血液クリアランスが遅いこと及びMPS摂取が低いことは、高い腫瘍蓄積をもたらし、静脈内(i.v.)投与の24時間後に、15.6%±2.5ID/gの最も高い腫瘍摂取を示した。
4T1腫瘍を有するマウスを無作為に4群(n = 6)に分けた。この4群とは、対照として照射ありのリン酸緩衝化生理食塩水(PBS);照射なしのZn@Pyrolipid +抗PD-L1;照射ありのZn@Pyrolipid; 照射ありのZn@Pyrolipid + PD-L1、である。マウスに、Zn@Pyrolipidを6mg / kgのピロリピド用量で2日ごとに合計3回の静脈内(i.v.)注射を行った。注射の24時間後、マウスを2%(v/v)イソフルランで麻酔し、腫瘍に670nmのLEDを180mJ/cm2の光量で照射した(100mW/cm2)。照射後直ちに、マウスにPD-L1抗体を50μg/マウスの用量で腹腔内(i.p.)注射した。腫瘍サイズを毎日デジタルキャリパーで測定し、次のように計算した:(幅2×長さ)/2。最後にマウスを殺処分し、腫瘍を摘出し、秤量し(図33B)、写真撮影した。
また、肺を採取し、10μm厚で切片にし、ヘマトキシリン・エオジン(H&E)染色し、光学顕微鏡で転移の組織学的検査を行った。図33Aに示すように、原発性腫瘍はZn@Pyrolipid (+)+ PD-L1抗体による処理後13日目に消失し、再発しなかった。Zn@Pyrolipid+光照射で処理した腫瘍の増殖は、最初の数日間は阻害されたが、腫瘍は最後の数日で急速に増殖し始めた。PD-L1抗体で処理したものの腫瘍体積は、PBS対照群と比較して、少しの減少を示したが、有意差はなかった。
Balb/cマウスに対して、右脇腹(原発腫瘍)に5×104個の4T1細胞又は1×106個のTUBO細胞、及び左脇腹(二次腫瘍)に1×104個の4T1細胞又は2×105個のTUBO細胞を皮下(s.c.)注入した。原発腫瘍が約100mm3に達したとき、マウスを無作為に4群(n = 6)に分けた。その4群とは、対照としての照射ありのPBS;照射なしのZn@Pyrolipid +抗PD-L1;照射ありのZn@Pyrolipid;照射ありのZn@Pyrolipid +抗PD-L1である。マウスに、Zn@Pyrolipidを6mg/kgのピロリピド用量で2日毎に合計3回静脈内(i.v.)注射した。注射の24時間後、マウスを2%(v/v)イソフルランで麻酔し、原発腫瘍に、670nmのLEDを180mJ/cm2の光量でで照射した(100mW/cm2)。照射後直ちに、マウスにPD-L1抗体を50μg/マウスの用量で腹腔内注射した。原発腫瘍及び二次腫瘍の大きさを毎日デジタルキャリパーで測定し、次のように計算した:(幅2×長さ)/ 2。対照群の原発腫瘍の大きさが2cm3を超えたとき全てのマウスを殺処分し、腫瘍を摘出して撮影して秤量した。
血清接種後10日目(最初のZn@Pyrolipid注射を受けた日)から13日目まで、TUBO腫瘍保有マウスから採血した。血清を分離し、ELISAで分析し、IL-6、TNF-α、及びIFN-γのサイトカイン産生を測定した。
このようなサイトカインの放出は、抗腫瘍免疫を誘導する重要な機序である急性炎症を示す。12日目に照射ありのZn@Pyrolipid+ PD-L1抗体で処理したマウスでは、有意に高いIL-6、TNF-α及びIFN-γレベルが認められ、生存免疫応答及び急性炎症の活性化が成功したことを示唆する。照射ありのZn@Pyrolipid、及び照射なしのZn@Pyrolipid +PD-L1もまた、PBS群と比較して、サイトカインレベルが上昇したが、照射ありのZn@Pyrolipid+ PD-L1抗体よりも有意に低かった。図36A~図36Cを参照されたい。
最初の治療後12日目に、腫瘍排液リンパ節を採取し、注射器のゴム端を用いて粉砕した。腫瘍を採取し、1mg/mLのコラゲナーゼI(GIBCOTM, Thermo Fisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA)を用いて1時間処理し、注射器のゴム端を用いて粉砕した。細胞をナイロンメッシュフィルターで濾過し、PBSで洗浄した。この単一細胞懸濁液を抗CD16/32 (clone 93; eBiosciences, San Diego, California, USA)と共にインキュベートし、Fc受容体(FcR)への非特異的結合を減少させた。更に、細胞を、CD45(30-F11)、CD3e(145-2C11)、CD4(GK1.5)、CD8(53-6.7)、Foxp3(FJK-16s)、CD11b(M1/70)、Ly6C(HK1.4)、Ly6G(RB6-8C5)、F4/80(BM8)、B220(RA3-6B2)及びPI染色溶液(いずれもeBiosciences, San Diego, California, USA)などの蛍光色素結合抗体で染色した。細胞獲得にLSR FORTESSA (BD Biosciences, Franklin Lakes, New Jersey, USA)を用い、データ解析をFlowJoソフトウェア(TreeStar, Ashland, Oregon, USA)を用いて行った。
抗PD-L1と組み合わせて照射ありのZn@Pyrolipidは、左腫瘍に浸潤するCD8+T細胞の割合を有意に増加させた。これは、アブスコパル効果を誘導するための必須工程である、左腫瘍に浸潤するCD45+白血球、CD4+T細胞、及びB細胞の割合も有意に増加した。図37A~図37Dを参照されたい。興味深いことに、リンパ節におけるCD8+及びCD4+ T細胞は、最初の処理後12日目に減少した(図38A及び38B参照)。これは、おそらくCD8+及びCD4+ T細胞が腫瘍細胞を殺すためにリンパ節から腫瘍部位に移動したためである。これらの全ての結果は、光線力学療法とPD-L1遮断との併用療法により免疫系が活性化されたことを示す。
ここに開示される発明の様々な詳細は、本発明の範囲から逸脱することなく変更可能であることが理解されるであろう。さらに、上記の説明は、説明のためのものであって、限定を目的とするものではない。
Claims (8)
- 癌を治療する方法に使用するための、組成物と免疫療法剤との組み合わせであって、該組成物が、ナノスケール粒子を含み、該ナノスケール粒子が、(i) 金属-有機マトリックス材料を含むコア、及び(ii) プロドラッグを含み、
該金属-有機マトリックス材料が、多価金属イオン及びビスホスホネートから成る金属ビスホスホネート配位ポリマーを含み、該ビスホスホネートが、シスプラチン又はオキサリプラチンのプロドラッグであり、
該(ii)プロドラッグが、
(a)一価薬物部分、
(b)一価脂質部分、及び
(c)生分解性結合を含む二価リンカー部分、
から成り、
該一価薬物部分が、エトポシド(ET)、パクリタキセル(PTX)、OTS964、NLG919、OTS167、OTSC41、ジヒドロアルテミシニン(DHA)、カンプトテシン(CPT)、ドキソルビシン、ドセタキセル、ビンクリスチン、ミトキサントロン(MTX)、アーテスネート及びカペシタビンから成る群から選択される抗癌剤化合物の一価誘導体であり、
該一価薬物部分と該一価脂質部分とが該リンカー部分を介して結合し、該生分解性結合がジスルフィド結合であり、該一価脂質部分が、コレステロール、オレイン酸、リゾ脂質又はホスホコリンの一価誘導体であり、
該免疫療法剤が、PD-1阻害剤、PD-L1阻害剤、CTLA-4阻害剤、IDO阻害剤、CCR7阻害剤、OX40阻害剤、TIM3阻害剤及びLAG3阻害剤から成る群から選択される、
組み合わせ。 - (i) 前記一価脂質部分がコレステロール誘導体であり、前記一価脂質部分と前記二価リンカー部分とが一緒になって下記の構造を有する、又は
(iv)前記一価脂質部分がホスホコリン誘導体であり、前記一価脂質部分と前記二価リンカー部分とが一緒になって下記の構造を有する、請求項1に記載の組み合わせ。
- 更に、siRNAを含む、請求項1又は2に記載の組み合わせ。
- 更に、少なくとも1つの核酸化学療法剤を含む、請求項1又は2に記載の組み合わせ。
- 前記少なくとも1つの核酸化学療法剤が、該核酸化学療法剤上のリン酸基と前記金属-有機マトリックス材料コアの外表面上の金属ビスホスホネート配位ポリマーの多価金属イオンとの間の配位結合を介して、前記金属-有機マトリックス材料のコアに結合している、請求項4に記載の組み合わせ。
- 前記ナノスケール粒子が、更に、金属-有機マトリックス材料コアの外表面の少なくとも一部を覆う1又はそれ以上のコーティング剤又はコーティング層を含み、該1又はそれ以上のコーティング剤又はコーティング層が、 金属酸化物、ポリマー、単一脂質層、脂質二重層、及びそれらの組み合わせから選択される、請求項4又は5に記載の組み合わせ。
- 前記金属-有機マトリックス材料コアが、ビスホスホネートを40~50重量%含む、請求項4~6のいずれか一項に記載の組み合わせ。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の組み合わせ、及び医薬的に許容される担体を含む、癌治療用の医薬配合物。
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