JP7635149B2 - Nanostructures containing cobalt porphyrin-phospholipid conjugates and polyhistidine tags - Google Patents
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Description
この出願は、2019年4月30日に提出された米国特許出願16/399,581号に基づく優先権を主張し、その開示は参照により本明細書に包含される。 This application claims priority to U.S. Patent Application No. 16/399,581, filed April 30, 2019, the disclosure of which is incorporated herein by reference.
この発明は、国立衛生研究所によって付与された認可番号DP5OD017898及びR21AI122964の下で政府支援を受けて完成された。政府は本発明に所定の権利を有する。 This invention was made with Government support under Grant Nos. DP5OD017898 and R21AI122964 awarded by the National Institutes of Health. The Government has certain rights in this invention.
本開示は、一般的には機能性ナノ構造体の分野に関する。より具体的には、本開示は、コバルトポルフィリンを含むナノ構造体に関する。 The present disclosure relates generally to the field of functional nanostructures. More specifically, the present disclosure relates to nanostructures comprising cobalt porphyrins.
機能性ナノ粒子の分野において、課題の一つは、ペプチド及びタンパク質をより大きなスキャフォールドに容易に且つ確実に付着させることである。標的ナノ粒子は、有効なリガンドを必要とし、非コンジュゲート型ペプチドそれ自体は、弱免疫原性である。バイオコンジュゲート化学は、広範な戦略を提供してきたが、ほとんどのナノ粒子コンジュゲーションは、以下の1つ以上に関連する制限を受ける:1)低コンジュゲーション率及び必須の精製工程;2)インタクトなナノ粒子の標識を不可能にする、生理的緩衝液との不適合性、;3)有効性の異なる不均質な粒子集団を生成する、変化しやすい標識サイト及びコンジュゲートポリペプチド構造;4)複雑で外因的な化学アプローチの必要性。 In the field of functional nanoparticles, one of the challenges is to easily and reliably attach peptides and proteins to larger scaffolds. Targeted nanoparticles require effective ligands, and unconjugated peptides themselves are weakly immunogenic. Bioconjugate chemistry has offered a wide range of strategies, but most nanoparticle conjugations suffer from limitations related to one or more of the following: 1) low conjugation rates and mandatory purification steps; 2) incompatibility with physiological buffers, making labeling of intact nanoparticles impossible; 3) variable labeling sites and conjugated polypeptide structures, generating heterogeneous particle populations with differing efficacies; 4) the need for complex, exogenous chemical approaches.
水性ナノ粒子へリガンドを付着するための標準的なアプローチは、マレイミド、サクシニミジルエステル、及びカルボジイミド-活性化カルボン酸を使用する。これらは、ポリペプチドのアミン基及びチオール基と共有結合的に反応し得る。抗体-コンジュゲート型免疫リポソームのために、マレイミド-脂質の使用が広く探究されてきた。コンジュゲーション率は、一晩の反応で90%に達する可能性があるが、その後に遊離マレイミド基のクエンチング及びさらなる精製が必要となる。タンパク質は、コンジュゲーションの前に、チオール化及び精製の準備工程を必要とし得る。抗体の配向は、コンジュゲート型抗体標的結合の有効性に影響を与える主要な因子であるが、これらのアプローチは、多数の抗体標識サイト及び無差別配向を生じる。近年、クリック反応などの双直行合成戦略が、あらかじめ形成されたリポソームに応用されているが、これらは外因性触媒及び非従来型アミノ酸の使用を必要とする。 Standard approaches for attaching ligands to aqueous nanoparticles use maleimides, succinimidyl esters, and carbodiimide-activated carboxylic acids, which can covalently react with amine and thiol groups of polypeptides. For antibody-conjugated immunoliposomes, the use of maleimide-lipids has been widely explored. Conjugation rates can reach 90% in overnight reactions, but quenching of free maleimide groups and further purification are required afterwards. Proteins may require preparatory steps of thiolation and purification prior to conjugation. Although the orientation of the antibody is a major factor influencing the efficacy of conjugated antibody target binding, these approaches result in a large number of antibody labeling sites and indiscriminate orientation. Recently, bi-orthogonal synthetic strategies such as click reactions have been applied to preformed liposomes, but these require exogenous catalysts and the use of unconventional amino acids.
有機溶媒中で永続的変性を起こしにくいより小さなペプチドに適切な別のアプローチは、脂質アンカーにペプチドをコンジュゲートすることである。得られたリポペプチドは、その後、リポソーム形成プロセス中に他の脂質とともに取り込まれ得る。このアプローチは、非免疫原性ペプチドに対して抗体産生を誘起する合成ワクチンを産生するために使用されてきた。しかしながら、その両親媒性の性質に起因して、リポペプチドの精製が困難な場合、収率は5~10%であった。リポぺプチドが形成プロセスの間にリポソーム内に完全に取り込まれず、凝集をもたらすことも明らかになっている。 Another approach, suitable for smaller peptides that are less prone to permanent denaturation in organic solvents, is to conjugate the peptide to a lipid anchor. The resulting lipopeptide can then be incorporated with other lipids during the liposome formation process. This approach has been used to produce synthetic vaccines to elicit antibody production against non-immunogenic peptides. However, due to its amphiphilic nature, the yields were only 5-10% when purification of the lipopeptide was difficult. It has also been found that lipopeptides are not fully incorporated into liposomes during the formation process, leading to aggregation.
本開示は、機能性ナノ構造体を提供する。前記ナノ構造体は、カーゴ(積荷)の送達、標的化送達及び/又は提示分子の送達のために使用できる。前記ナノ構造体は、水性区画をその中に囲い込む単層又は二重層であってもよい。水性区画を囲い込む二重層構造は、本明細書においてリポソームと称される。前記ナノ構造体は、ナノ粒子上の単層又は二重層コーティングであってもよい。前記単層又は二重層は、コバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲート、任意でポルフィリンにコンジュゲートしていないリン脂質、任意でステロール、及び任意でポリエチレングリコール(PEG)を含む。ポリヒスチジン-タグを有する一以上の標的化ペプチド又はポリペプチド(本明細書において提示分子と称される)が、単層又は二重層内に取り込まれ、ポリヒスチジン-タグの一部が単層又は二重層に存在し、提示分子が単層又は二重層の外側に露出される。コバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲートの代わりに、又はコバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲートに加えて、コバルトポルフィリンを使用することができる。 The present disclosure provides functional nanostructures. The nanostructures can be used for cargo delivery, targeted delivery and/or presentation molecule delivery. The nanostructures can be monolayers or bilayers that enclose an aqueous compartment therein. A bilayer structure that encloses an aqueous compartment is referred to herein as a liposome. The nanostructures can be monolayer or bilayer coatings on nanoparticles. The monolayer or bilayer comprises a cobalt porphyrin-phospholipid conjugate, optionally a phospholipid not conjugated to a porphyrin, optionally a sterol, and optionally polyethylene glycol (PEG). One or more targeting peptides or polypeptides with a polyhistidine tag (referred to herein as presentation molecules) are incorporated within the monolayer or bilayer, such that a portion of the polyhistidine tag is present in the monolayer or bilayer and the presentation molecule is exposed to the outside of the monolayer or bilayer. Cobalt porphyrin can be used instead of or in addition to the cobalt porphyrin-phospholipid conjugate.
本開示のナノ構造体は、ポリヒスチジン-タグ化提示分子によって標的とされる部位へ送達するために、カーゴを積むことができる。例えば、リポソームは、ポリヒスチジン-タグ化提示分子を使用することによって所望の部位に送達するために、カーゴを積むことができる。 The nanostructures of the present disclosure can be loaded with cargo for delivery to a site targeted by a polyhistidine-tagged presentation molecule. For example, liposomes can be loaded with cargo for delivery to a desired site by using a polyhistidine-tagged presentation molecule.
本明細書で提示されるデータは、コバルトポルフィリン-リン脂質(CoPoP)のようなコバルトポルフィリンを含む二重層が、ポリヒスチジン-タグ化(本明細書において「Hisタグ化」とも称される)ポリペプチドに安定に結合できることを実証する(図1a)。亜鉛、ニッケル及び銅などの他の金属ポルフィリンは、Hisタグ化ポリペプチドに安定に結合できない。ポルフィリン自体は、二重層の疎水性部分を形成し、外部の水性環境に接近できないため、このことは、膜相に埋め込まれた少なくともいくつかのポリヒスチジンを用いた、新しい結合パラダイムを表す(図1b)。これは、より安定な結合をもたらし、ナノ粒子形成後に有意にシンプルな非共有結合性ポスト標識パラダイムを可能にし、リガンド配向に関する曖昧さを排除する。 The data presented herein demonstrate that bilayers containing cobalt porphyrins, such as cobalt porphyrin-phospholipid (CoPoP), can stably bind polyhistidine-tagged (also referred to herein as "His-tagged") polypeptides (Figure 1a). Other metalloporphyrins, such as zinc, nickel, and copper, cannot stably bind His-tagged polypeptides. Since the porphyrin itself forms the hydrophobic portion of the bilayer and is inaccessible to the external aqueous environment, this represents a new binding paradigm with at least some polyhistidine embedded in the membrane phase (Figure 1b). This results in more stable binding and allows for a significantly simpler non-covalent post-labeling paradigm after nanoparticle formation, eliminating ambiguity regarding ligand orientation.
我々は、他の金属ではなく、コバルトでキレート化したポルフィリン-リン脂質を含む脂質二重層が、Hisタグ化タンパク質及びペプチドを効率的に捕獲できることを示す。結合はCo(II)からCo(III)への遷移に従い、保護された疎水性二重層内で起こり、例えば、血清中で又は百万倍過剰の競合イミダゾール中で、本質的に不可逆性の付着をもたらす。このアプローチを使用して、我々は、あらかじめ形成された空のリポソーム及びカーゴを含むリポソームの二重層内に、ホーミングペプチドを挿入し、二重層の完全性を損なうことなく、部位ターゲティング(例えば、腫瘍を標的とする)を可能にした。ペプチド又は合成ペプチドは、他の非抗原性ペプチドのための抗体を産生するためのアジュバント(例えば、脂質モノホスホリルリピドA)を含むリポソームに結合させることができる。 We show that lipid bilayers containing porphyrin-phospholipids chelated with cobalt, but not other metals, can efficiently capture His-tagged proteins and peptides. Binding follows a Co(II) to Co(III) transition within the protected hydrophobic bilayer, resulting in essentially irreversible attachment, e.g., in serum or in a million-fold excess of competing imidazole. Using this approach, we inserted homing peptides into the bilayers of preformed empty and cargo-containing liposomes, allowing site targeting (e.g., tumor targeting) without compromising bilayer integrity. Peptides or synthetic peptides can be conjugated to liposomes containing adjuvants (e.g., lipid monophosphoryl lipid A) to generate antibodies for otherwise non-antigenic peptides.
本開示は、単層又は二重層構造を提供し、ここで当該単層又は二重層は、ポルフィリンとそれにキレート化したコバルトを含み、コバルト金属は単層又は二重層及びポルフィリン大環内に存在し、さらに、そこに非共有結合的に付着したヒスチジンタグを有する分子を有し、このHisタグの少なくとも1部は単層又は二重層内にあり、コバルト金属コアに配位している。前記提示分子は、免疫応答の標的化及び生成を含む様々な用途に使用可能である。この層で形成されたリポソーム又はミセルは、所望の位置で放出されるカーゴを装填していてもよい。前記コバルトポルフィリンは、コバルトポルフィリン-リン脂質(CoPoP)であってもよい。この層は、金属ナノ粒子、ナノチューブなどの他のナノ構造体のための、コーティングとして使用されてもよい。 The present disclosure provides a monolayer or bilayer structure, the monolayer or bilayer comprising a porphyrin and cobalt chelated thereto, the cobalt metal being present within the monolayer or bilayer and the porphyrin macrocycle, and further having a molecule having a histidine tag non-covalently attached thereto, at least a portion of the His tag being present within the monolayer or bilayer and coordinated to the cobalt metal core. The presentation molecule can be used for a variety of applications, including targeting and generating an immune response. Liposomes or micelles formed with this layer can be loaded with cargo for release at a desired location. The cobalt porphyrin can be cobalt porphyrin-phospholipid (CoPoP). This layer can be used as a coating for other nanostructures, such as metal nanoparticles, nanotubes, etc.
[図1]PoP-二重層へのHisタグの結合
(a)Hisタグ(緑色)を有するペプチドが、水溶液中で、あらかじめ形成されたCoPoPリポソームに結合することを示す図。
(b)CoPoPを含む二重層内への、Hisタグ化ポリペプチドの挿入。二重層の一片のみが示されている。
(c)本研究で使用された金属-PoPの化学構造。
FIG. 1. Binding of His-tag to PoP-bilayers. (a) Schematic showing that peptides bearing His-tags (green) bind to preformed CoPoP liposomes in aqueous solution.
(b) Insertion of a His-tagged polypeptide into a bilayer containing CoPoP. Only one piece of the bilayer is shown.
(c) Chemical structures of metal-PoPs used in this study.
[図2]Co(III)-PoPリポソームに結合するHisタグ化タンパク質
(a)ビーナス(V)に融合したセルリアン(C)を含むHisタグ(7)化蛍光タンパク質は、PoP二重層への結合を証明する。Cが励起すると、FRETが発生しVが蛍光を発する(左)が、これは、PoP-二重層に結合すると、FRETがフォトニック二重層と競合するため、阻害される(中央)。タンパク質が二重層に結合したときでさえ、C蛍光は直接的に探索できる(右)。
(b)表示の金属-PoPリポソームとインキュベーションした後の、融合タンパク質電気泳動移動度シフトのマルチスペクトル蛍光画像。
(c)CからV FRETへのロスに基づく、表示の金属-PoPリポソームへの融合タンパク質の結合キネティクス。
(d)CoPoPのビニル基の下線付きプロトンのNMRピーク幅は、重水素化クロロホルム(CDCl3)中でCo(II)の常磁性の幅広化を実証するが、重水中ではCoPoP-リポソーム形成後のCo(III)の非常磁性のピークを実証する。棒グラフの各セットは、左から右に、CoPoP、及び2H-PoPの棒グラフである。
(e)2Mの硫酸ナトリウムを添加した後の、CoPoPリポソームへのHisタグ化ペプチド結合の逆転。リポソームは10モル%のCoPoP又はNi-NTAリン脂質とともに形成された。棒グラフの各セットは、左から右に、水、及び+2M亜硫酸塩の棒グラフである。
[Figure 2] His-tagged proteins bound to Co(III)-PoP liposomes. (a) His-tagged (7) fluorescent proteins containing Cerulean (C) fused to Venus (V) demonstrate binding to the PoP bilayer. Upon excitation of C, FRET occurs, causing V to fluoresce (left), but this is inhibited upon binding to the PoP-bilayer, as FRET competes with the photonic bilayer (center). C fluorescence can be probed directly even when the protein is bound to the bilayer (right).
(b) Multispectral fluorescence images of the fusion protein electrophoretic mobility shift after incubation with the indicated metal-PoP liposomes.
(c) Binding kinetics of fusion proteins to the indicated metal-PoP liposomes based on loss of C to V FRET.
(d) NMR peak widths of the underlined protons of the vinyl groups of CoPoP demonstrate paramagnetic broadening of Co(II) in deuterated chloroform ( CDCl3 ), but paramagnetic peaks of Co(III) after CoPoP-liposome formation in deuterated water. Each set of bar graphs, from left to right, are those of CoPoP and 2H-PoP.
(e) Reversal of His-tagged peptide binding to CoPoP liposomes after addition of 2M sodium sulfate. Liposomes were formed with 10 mol% CoPoP or Ni-NTA phospholipids. Each set of bars, from left to right, are water and +2M sulfite bars.
[図3]CoPoPリポソームへのHisタグ化タンパク質の強固な結合
(a)表示した脂質を含むリポソームとインキュベートされた蛍光性レポータータンパク質のマルチスペクトル電気泳動移動度シフトの画像。
(b)表示のリポソームに結合したレポータータンパク質の結合安定性(1:1血清中)。
(c)表示のリポソームに結合したレポータータンパク質の結合安定性(過剰の遊離イミダゾール中)。平均値±標準偏差(n=3)
FIG. 3. Tight binding of His-tagged proteins to CoPoP liposomes. (a) Multispectral electrophoretic mobility shift images of fluorescent reporter proteins incubated with liposomes containing the indicated lipids.
(b) Binding stability of reporter proteins bound to the indicated liposomes (1:1 in serum).
(c) Binding stability of reporter proteins bound to the indicated liposomes (in excess free imidazole). Mean ± standard deviation (n = 3).
[図4]CoPoPリポソームへの短Hisタグ化RGDペプチドの結合
(a)FAMで標識された短ペプチドの、金属-PoPリポソームへの結合。
(b)CoPoPリポソームへの結合半減期に対する、Hisタグ長の影響。結合なし(N.B.)は、Hisタグ化されていないペプチドで観察された。
PBS中(c)又は5mg/mLのBSA中(d)でインキュベートした際の、表示組成のCoPoPリポソームへの結合半減期に対するリポソーム組成の影響。三回の測定に関する平均値±標準偏差。(c)及び(d)において、棒グラフの各セットは、左から右に、50及び0の棒グラフである。
FIG. 4 Binding of short His-tagged RGD peptides to CoPoP liposomes. (a) Binding of FAM-labeled short peptides to metal-PoP liposomes.
(b) Effect of His-tag length on binding half-life to CoPoP liposomes. No binding (N.B.) was observed with non-His-tagged peptides.
Effect of liposome composition on binding half-life to CoPoP liposomes of the indicated compositions upon incubation in PBS (c) or 5 mg/mL BSA (d). Mean values ± standard deviation for triplicate determinations. In (c) and (d), each set of bars is, from left to right, 50 and 0 bars.
[図5]カーゴを含むリポソームの、RGD-Hisターゲティング
(a)ペプチド結合の間の、POPリポソーム中に封入されたスルホローダミンBの放出。棒グラフの各セットは、左から右に、8時間及び24時間の棒グラフである。
(b)スルホローダミンBを含むリポソームの標的化取り込み。細胞を表示のコンディションでインキュベートし、スルホローダミンBの蛍光を試験することによって取り込みを評価した。棒グラフの各セットは、左から右に、MCF7細胞及びU87細胞の棒グラフである。
(c)リポソームの取り込みを示す共焦点顕微鏡写真。細胞を、表示のリポソーム溶液と2時間インキュベートし、洗浄し、画像化した。全ての画像は同じ設定で取得した。
(d)皮下U87腫瘍を有するヌードマウスへの注射後45分目の、CoPoPリポソームに封入されたスルホローダミンBの体内分布(Hisタグ化環状RGD標的指向性ペプチドの付着がある場合又は無い場合)。平均±標準偏差(n=3)。棒グラフの各セットは、左から右に、非標的化及び+cRGD-Hisの棒グラフである。
FIG. 5: Release of sulforhodamine B encapsulated in POP liposomes during RGD-His targeting (a) peptide conjugation of cargo-containing liposomes. Each set of bars, from left to right, are 8 and 24 hour bars.
(b) Targeted uptake of liposomes containing sulforhodamine B. Cells were incubated under the indicated conditions and uptake was assessed by examining the fluorescence of sulforhodamine B. Each set of bar graphs, from left to right, are bar graphs of MCF7 and U87 cells.
(c) Confocal micrographs showing liposome uptake. Cells were incubated with the indicated liposome solutions for 2 h, washed, and imaged. All images were acquired with the same settings.
(d) Biodistribution of sulforhodamine B encapsulated in CoPoP liposomes with or without His-tagged cyclic RGD targeting peptide attached 45 min after injection into nude mice bearing subcutaneous U87 tumors. Mean ± SD (n=3). Each set of bars, from left to right, is a non-targeted and +cRGD-His bar.
[図6]免疫原性CoPoPリポソームを用いたHIVペプチドワクチン接種
(a)BALB/c又は胸腺欠損ヌードマウスを、MPL25μgとHisタグ化MPERペプチド25μg(HIV gp41エンベロープタンパク質由来)を含むCoPoPリポソームを用いて免疫化した。血清力価は、Hisタグを欠くビオチン化MPERペプチドを使用するELISAを用いて評価し、抗-IgG二次抗体でプローブした。矢印は、ワクチン接種の時間を示す。
(b)表示のようにワクチン接種したBALB/cマウスにおける抗-MPER力価。0週目と2週目にマウスにワクチン接種を行い、4週目に血清を採取した。
(c)MPLを含むCoPoPリポソームをワクチン接種したマウスにおける、持続性の抗-MPER力価。平均値±標準偏差(グループあたりn=4マウス)。左側の最初の2つの棒グラフ(連結している)は、CoPoP及びNi-NTAである。
(d)表示の抗体の存在下における293細胞のHIV感染の中和。プロテインAを使用してマウス血清からIgGを精製した。平均値±標準偏差(n=3)。
FIG. 6: HIV peptide vaccination with immunogenic CoPoP liposomes. (a) BALB/c or athymic nude mice were immunized with CoPoP liposomes containing 25 μg MPL and 25 μg His-tagged MPER peptide (derived from HIV gp41 envelope protein). Serum titers were assessed by ELISA using biotinylated MPER peptide lacking the His tag and probed with anti-IgG secondary antibody. Arrows indicate the time of vaccination.
(b) Anti-MPER titers in BALB/c mice vaccinated as indicated. Mice were vaccinated at
(c) Persistent anti-MPER titers in mice vaccinated with CoPoP liposomes containing MPL. Mean ± SD (n = 4 mice per group). The first two bars on the left (connected) are CoPoP and Ni-NTA.
(d) Neutralization of HIV infection of 293 cells in the presence of the indicated antibodies. IgG was purified from mouse serum using protein A. Mean values ± standard deviation (n = 3).
[図7]リポソームへのRGD-Hisペプチド結合の安定性
(a)10モル%のNi-NTA-脂質、Co-NTA-脂質又はCoPoPを含むリポソームへのFAM-標識化RGD-Hisペプチド結合。
(b)ペプチド結合後のゲルろ過。CoPoPリポソームのみが、安定な結合を維持した。
(c)ウシ胎児血清による1:1希釈でインキュベーションした後のペプチド安定性。CoPoPリポソームのみが、安定な結合を維持した。
FIG. 7. Stability of RGD-His peptide conjugation to liposomes. (a) FAM-labeled RGD-His peptide conjugation to liposomes containing 10 mol % Ni-NTA-lipid, Co-NTA-lipid, or CoPoP.
(b) Gel filtration after peptide conjugation. Only CoPoP liposomes maintained stable conjugation.
(c) Peptide stability after incubation at 1:1 dilution with fetal bovine serum. Only CoPoP liposomes maintained stable association.
[図8]CoPoPを含むリポソームへのHisタグ化タンパク質の安定な結合
レポータータンパク質を、CoPoP、遊離Co-ポルフィリン又は2H-PoPを含むリポソームとともにインキュベートし、その後、血清中でインキュベートし、EMSAに供した。その後、前記タンパク質をFRETチャネル(ex:430 nm、em:525 nm)を使用して画像化した。CoPoPレーンにシグナルが無いことは、リポソームへの安定な結合を実証する。Co-ポルフィリンのレーンでの減弱したシグナルは、Hisタグ化タンパク質のリポソームへのいくらかの結合を実証する。
FIG. 8: Stable binding of His-tagged proteins to liposomes containing CoPoP. Reporter proteins were incubated with liposomes containing CoPoP, free Co-porphyrin or 2H-PoP, then incubated in serum and subjected to EMSA. The proteins were then imaged using the FRET channel (ex: 430 nm, em: 525 nm). The absence of signal in the CoPoP lane demonstrates stable binding to the liposomes. The diminished signal in the Co-porphyrin lane demonstrates some binding of the His-tagged proteins to the liposomes.
[図9]組成の異なるCoPoPリポソームに対するRGD-Hisの90%ペプチド結合時間
RGD-HisペプチドとともにPBS中でインキュベートした際の、表示した成分を含むCoPoPリポソーム(10モル%のCoPoP)への90%ペプチド結合時間に対するリポソーム組成の影響。棒グラフの各セットは、左から右に、(+)コレステロールと(-)コレステロールの棒グラフである。
Figure 9: RGD-His 90% peptide binding time to CoPoP liposomes of different composition. Effect of liposome composition on the 90% peptide binding time to CoPoP liposomes (10 mol % CoPoP) containing the indicated components upon incubation with RGD-His peptide in PBS. Each set of bars, from left to right, is for (+) cholesterol and (-) cholesterol.
[図10]血清又はアルブミンの存在下における、CoPoPリポソームへのRGD-His結合
表示の組成のリポソームを、50%ウシ胎児血清又は50mg/mLのウシ血清アルブミンの存在下で、RGD-Hisペプチドとともにインキュベートした。FAM-標識ペプチドの発光は、CoPoPリポソームへ結合したときのペプチド発光を、2H-PoPリポソームと比較することによって正規化した。
FIG. 10: RGD-His binding to CoPoP liposomes in the presence of serum or albumin. Liposomes of the indicated composition were incubated with RGD-His peptide in the presence of 50% fetal bovine serum or 50 mg/mL bovine serum albumin. Emission of FAM-labeled peptide was normalized by comparing peptide emission upon binding to CoPoP liposomes with 2H-PoP liposomes.
[図11]リポペプチドによる膜透過処理
スルホローダミンBを積んだリポソームを、表示のペプチド(5μg/mL)とともに、室温でインキュベートし、蛍光を使用して放出を評価した。棒グラフの各セットは、左から右に8時間及び24時間の棒グラフである。
FIG. 11. Membrane permeabilization by lipopeptides. Liposomes loaded with sulforhodamine B were incubated with the indicated peptides (5 μg/mL) at room temperature and release was assessed using fluorescence. Each set of bars are from left to right at 8 and 24 h.
[図12]1モル%のCoPoPを含むリポソームへのRGD-Hisペプチドの結合と細胞ターゲティング
(a)1モル%のCoPoPを含むCoPoPリポソームとともにインキュベートした際の正規化ペプチド蛍光。CoPoPサンプルと2H-PoPとを比較することによって発光を正規化した。(b)表示のように細胞とインキュベートされた、1モル%のCoPoPを含むスルホローダミンBリポソームの細胞取り込み。棒グラフの各セットは、左から右に、MCF7細胞及びU87細胞の棒グラフである。
FIG. 12: Binding and cell targeting of RGD-His peptide to liposomes containing 1 mol% CoPoP. (a) Normalized peptide fluorescence upon incubation with CoPoP liposomes containing 1 mol% CoPoP. Emission was normalized by comparing CoPoP samples to 2H-PoP. (b) Cellular uptake of sulforhodamine B liposomes containing 1 mol% CoPoP incubated with cells as indicated. Each set of bar graphs, from left to right, are for MCF7 and U87 cells.
[図13]CoPoP Hisタグ結合表面を有するコーティング金ナノ粒子
(a)金ナノ粒子を分散するコーティングプロトコルの写真。POPコーティングが無い場合、クエン酸塩で安定化した金は、遠心ステップを繰り返した後に凝集する(矢印)。(b)脂質コーティング前後のナノ粒子のサイズ。挿入図は、CoPoP金の透過型電子顕微鏡写真を50nmのスケールバーとともに示す。(c)クエン酸塩で安定化した金と、RGD-His結合後のCoPoP金の吸収スペクトル。(d)標的ナノ粒子の取り込みを示す共焦点反射画像。細胞を2時間、表示の金ナノ粒子とともにインキュベートし、洗浄し、その後画像化した。全ての画像は同じ設定で取得した。
FIG. 13: Coated gold nanoparticles with CoPoP His tag-bound surfaces. (a) Photograph of the coating protocol to disperse gold nanoparticles. In the absence of POP coating, citrate-stabilized gold aggregates after repeated centrifugation steps (arrows). (b) Size of nanoparticles before and after lipid coating. Inset shows transmission electron micrograph of CoPoP Gold with a scale bar of 50 nm. (c) Absorption spectra of citrate-stabilized gold and CoPoP Gold after RGD-His conjugation. (d) Confocal reflectance images showing uptake of targeted nanoparticles. Cells were incubated with the indicated gold nanoparticles for 2 h, washed and then imaged. All images were acquired with the same settings.
[図14](A)Psf25(Pfs25_B)結合を、遠心ろ過分析によって測定した。これらのデータは、Co-PoPリポソームに対するPsf25タンパク質の100%の結合を示す。(B)Psf25タンパク質結合の前後におけるCoPoPリポソームの粒子サイズ。 [Figure 14] (A) Psf25 (Pfs25_B) binding was measured by centrifugal filtration analysis. These data show 100% binding of Psf25 protein to Co-PoP liposomes. (B) Particle size of CoPoP liposomes before and after Psf25 protein binding.
[図15]CD-1マウスにおける抗-Psf25 IgGレベル
マウスに、筋肉内注射の後、CoPoP/MPL又はISA70中のPsf25をワクチン接種した。(A)追加免疫前及び(B)追加免疫後(三週間抗原刺激/三週間追加免疫[一注射あたり、5、0.5、又は0.05ugのPfs25) CoPoP(Psf25)リポソーム、又は遊離Psf25タンパク質(ISA70有り又は無し)をワクチン接種されたマウスから得た96ウェルプレートでELISAによってIgG価を測定した。データは平均値±標準偏差を示す(グループあたりn=5マウス)。
FIG. 15. Anti-Psf25 IgG levels in CD-1 mice. Mice were vaccinated with CoPoP/MPL or Psf25 in ISA70 after intramuscular injection. (A) Pre-boost and (B) post-boost (3-week prime/3-week boost [5, 0.5, or 0.05 ug Pfs25 per injection) IgG titers were measured by ELISA in 96-well plates from mice vaccinated with CoPoP(Psf25) liposomes, or free Psf25 protein (with or without ISA70). Data represent mean ± SD (n=5 mice per group).
[図16]抗-Psf25 IgG価
力価は、バックグラウンドに比べて0.5より大きい吸光度を生じる血清希釈率の逆数として定義される。
FIG. 16: Anti-Psf25 IgG titers. Titers are defined as the reciprocal of the serum dilution that produces an absorbance greater than 0.5 above background.
[図17]CoPoPリポソーム上の様々な長さのNANPペプチドのコーティングの説明及び特徴
(A)7×ヒスチジン(His)タグを含む、様々な数のNANP反復ペプチド。
(B)様々な長さのNANPペプチドとコンジュゲートしたCoPoPリポソームの平均径及び多分散性(PDI)を、動的光散乱で算出した(n=3)。エラーバー、標準偏差。
(C)CoPoPリポソーム及び2HCoPoPリポソームへのNANPペプチドのペプチド結合を、微量遠心ろ過プロセス及びBCA分析で測定した(n=3)。
FIG. 17: Description and characteristics of coating of NANP peptides of various lengths on CoPoP liposomes. (A) NANP repeat peptides of various numbers containing a 7× histidine (His) tag.
(B) The mean diameter and polydispersity (PDI) of CoPoP liposomes conjugated with NANP peptides of various lengths were calculated by dynamic light scattering (n=3). Error bars, standard deviation.
(C) Peptide binding of NANP peptide to CoPoP liposomes and 2HCoPoP liposomes was measured by a microcentrifuge filtration process and BCA analysis (n=3).
[図18]Hisタグ化MPERと結合したCoPoP/ホスファチジルセリン・リポソームで前処置したマウスにおける抗MPER IgG価。MPERに対する抗体応答を誘発するために、CoPoP/MPLAリポソーム中のMPERを注射する4週間前及び2週間前に、MPER/CoPoP/PSリポソームでマウスを前処置した。
[Figure 18] Anti-MPER IgG titers in mice pretreated with CoPoP/phosphatidylserine liposomes conjugated with His-tagged MPER. To induce antibody responses against MPER, mice were pretreated with MPER/CoPoP/
[図19]様々なHisタグ化CPPに結合したCoPoPリポソームとインキュベーションした後のU87細胞の蛍光 [Figure 19] Fluorescence of U87 cells after incubation with CoPoP liposomes bound to various His-tagged CPPs
[図20]
室温で2時間インキュベートした後、Hisタグを有するDS-Cav1は、CoPoPナノ粒子とのほぼ完全な結合を達成した(図20、左)。HisタグDS-Cav1は、コバルトを欠くPoP粒子(2HPoP)に有意に結合せず、Hisタグが存在しないDS-Cav1は、いずれの粒子とも有意な結合を達成しなかった。HisタグDS-Cav1は、リポソーム直径(図20、中央)又は多分散性(図20、右)に基づくと、結合の際、リポソーム凝集を誘導しなかった。
[Figure 20]
After 2 hours of incubation at room temperature, DS-Cav1 with a His tag achieved nearly complete binding to CoPoP nanoparticles (Figure 20, left). His-tagged DS-Cav1 did not significantly bind to PoP particles lacking cobalt (2HPoP), and DS-Cav1 without a His tag achieved no significant binding to either particle. His-tagged DS-Cav1 did not induce liposome aggregation upon binding, based on liposome diameter (Figure 20, center) or polydispersity (Figure 20, right).
[図21]
CoPoP/DS-Cav1ワクチン接種は、追加免疫注射の前後の両方でより高いIgG抗体価をもたらす。初回注射後35日で、CoPoPワクチンは、最大RSV中和を達成する。CD-1マウスに0日目と21日目に、100ngのDS-Cav1を筋肉注射し、42日目に血清を採取し、中和について評価した。
[Figure 21]
CoPoP/DS-Cav1 vaccination results in higher IgG antibody titers both before and after booster injections. At 35 days after the first injection, the CoPoP vaccine achieves maximum RSV neutralization. CD-1 mice were injected intramuscularly with 100 ng of DS-Cav1 on
[図22]
Hisタグ付きOspAの生成。
[Figure 22]
Generation of His-tagged OspA.
[図23]CoPoP/PHADリポソームを用いて形成されたOspAベースのプロテオリポソームの特性決定。
(A)天然PAGE(ヒスチジン-MOPS緩衝系、pH 6.8)によって評価したOspA:CoPoP/PHADリポソームの最適結合質量比。
(B)室温で1:4の質量比でインキュベートされたCoPoP/PHADリポソームへのOspA結合のキネティクス。
(C)リポソームの高速遠心分離から得られた上清のmicroBCAアッセイによって測定された、CoPoP/PHADリポソームへのHisタグ化OspAの特異的結合。
(D)動的光散乱を用いて測定されたリポソームの流体力学的直径と多分散度指数。
(E)Hisタグ化タンパク質の結合有り及び無しでの、CoPoP/PHADリポソームのTEM画像。リポソームとタンパク質とのインキュベーションの3時間後に、獲得した。エラーバーはn=3測定値の標準偏差を表す。
FIG. 23. Characterization of OspA-based proteoliposomes formed using CoPoP/PHAD liposomes.
(A) Optimal binding mass ratio of OspA:CoPoP/PHAD liposomes assessed by native PAGE (histidine-MOPS buffer system, pH 6.8).
(B) Kinetics of OspA binding to CoPoP/PHAD liposomes incubated at room temperature in a 1:4 mass ratio.
(C) Specific binding of His-tagged OspA to CoPoP/PHAD liposomes as measured by microBCA assay of the supernatant obtained from high-speed centrifugation of liposomes.
(D) Hydrodynamic diameter and polydispersity index of liposomes measured using dynamic light scattering.
(E) TEM images of CoPoP/PHAD liposomes with and without His-tagged protein binding, acquired 3 h after incubation of liposomes with protein. Error bars represent standard deviation of n=3 measurements.
[図24]抗原-機能化ナノリポソームのエピトープ利用能及び安定性の評価。
(A)蛍光消光アッセイに基づく20%(v/v)ヒト血清中のナノリポソーム-抗原粒子の安定性。
(B)OspA特異的モノクローナル抗体LA-2によるOspA結合リポソームの免疫沈降。
(C)表示のサンプルとの2時間のインキュベーション後の、マウスRAW 264.7マクロファージ細胞による、DY-490-OspA取り込み。サイトカラシンBを、インキュベーションの1時間前に培地に補充した。エラーバーはn=3実験の標準偏差を表す。
FIG. 24. Evaluation of epitope availability and stability of antigen-functionalized nanoliposomes.
(A) Stability of nanoliposome-antigen particles in 20% (v/v) human serum based on fluorescence quenching assay.
(B) Immunoprecipitation of OspA-bound liposomes with the OspA-specific monoclonal antibody LA-2.
(C) DY-490-OspA uptake by mouse RAW 264.7 macrophage cells after 2 hours of incubation with the indicated samples. Cytochalasin B was supplemented to the medium 1 hour prior to incubation. Error bars represent standard deviation of n=3 experiments.
[図25]OspAベースのナノリポソームワクチンの免疫原性の評価。
(A)他の市販のアジュバントと比較した、CoPoP/PHADリポソームによって誘導された抗OspA IgG価。(B)ヤギ抗-マウスIgG(H+L)二次抗体DyLight(登録商標)488コンジュゲートを用いた透過化B. burgdorferi B31の間接免疫蛍光アッセイによる抗-OspA IgG抗体の検出
(C)B. burgdorferi B31及びB. azfeliiの全細胞溶解物を用いたイムノブロットアッセイによる、抗-OspA IgG抗体の検出。
横線は幾何平均を表す。
FIG. 25. Evaluation of the immunogenicity of OspA-based nanoliposomal vaccines.
(A) Anti-OspA IgG titers induced by CoPoP/PHAD liposomes compared with other commercially available adjuvants. (B) Detection of anti-OspA IgG antibodies by indirect immunofluorescence assay of permeabilized B. burgdorferi B31 using goat anti-mouse IgG (H+L) secondary antibody DyLight® 488 conjugate. (C) Detection of anti-OspA IgG antibodies by immunoblot assay using whole cell lysates of B. burgdorferi B31 and B. azfelii.
The horizontal line represents the geometric mean.
[図26]OspA-結合CoPoP/PHADリポソームのTh1-バイアス免疫応答
(A)ELISAを用いた免疫後血清(42日目)のIgGアイソタイプ・プロファイリング
(B)OspAによる72時間刺激後のインターフェロンγ及びインターロイキン-4分泌を検出するための脾細胞刺激試験。エラーバーは、n=3の3重刺激実験からの標準偏差を表す。
横線は幾何平均を示す。
Figure 26: Th1-biased immune response of OspA-conjugated CoPoP/PHAD liposomes. (A) IgG isotype profiling of post-immunization sera (day 42) using ELISA. (B) Splenocyte stimulation assay to detect interferon-gamma and interleukin-4 secretion after 72 hours of stimulation with OspA. Error bars represent standard deviation from n=3 triple stimulation experiments.
The horizontal line indicates the geometric mean.
[図27]SNAP誘発OspA抗体の殺ボレリア菌活性の評価。
(A)モルモット補体を用いて実施した血清殺菌抗体アッセイ。生存率は、一晩の血清処理後のスピロヘータの数を、インキュベーション直後のスピロヘータの数で正規化することから得た。生き残ったB. burgdorferi B31-A3を、暗視野顕微鏡を用いてカウントした。
(B)3匹の異なるマウス血清からの平均50%の殺ボレリア菌活性(細菌の50%を効果的に排除する血清希釈率)。エラーバーは平均値の標準誤差を示す。NIは阻害なしを表す。殺菌力価間の差の統計的有意性(p<0.05、アスタリスクで示す)は、Dunn’s事後によるKruskal-Wallis検定により評価する。
FIG. 27. Evaluation of borreliacidal activity of SNAP-induced OspA antibodies.
(A) Serum bactericidal antibody assay performed with guinea pig complement. Viability was obtained by normalizing the number of spirochetes after overnight serum treatment with the number of spirochetes immediately after incubation. Surviving B. burgdorferi B31-A3 were counted using dark-field microscopy.
(B) Mean 50% borreliacidal activity (serum dilution effectively eliminating 50% of the bacteria) from three different mouse sera. Error bars indicate standard error of the mean. NI represents no inhibition. Statistical significance of differences between bactericidal titers (p<0.05, indicated by asterisks) is assessed by Kruskal-Wallis test with Dunn's post-hoc.
[図28]
SNAP免疫マウスにおける抗OspA IgGレベルの持続性。CoPoP/PHADリポソームを用いた100ngのOspAの初回及び追加免疫ワクチンを、それぞれ0日目及び21日目に接種した。終点力価は、0.5の吸光度カットオフ値での血清希釈の逆数として定義される。データ点は幾何平均を表し、エラーバーは95%信頼区間を表す。
[Figure 28]
Persistence of anti-OspA IgG levels in SNAP-immunized mice. Prime and boost vaccinations of 100 ng OspA in CoPoP/PHAD liposomes were administered on
[図29]
H3N2株Fr1478由来のHisタグ化HAタンパク質の、CoPoPリポソームへの結合。
[Figure 29]
Binding of His-tagged HA protein from H3N2 strain Fr1478 to CoPoP liposomes.
[図30]
(A)~(F)に示すように、3群のマウス(n=8)に、CoPoP/MPLA、2HPoP/MPLA、又はAlum(水酸化アルミニウム)をアジュバントとし、100ngのH3抗原Fr1478(flu株A/イヌ/イリノイ州/11613/2015由来)をワクチン接種し、次いでA/Hong Kong/1/1968を接種した。
(A)ワクチン接種期間を通して採取された血清サンプルを用いて実施されたIgG ELISA及び(B)HAIアッセイは、CoPoP/MPLA+Fr1478粒子が、ウイルスチャレンジの前に最良の抗体応答を達成することを示す。
(C~D)体重は8日間のチャレンジ期間を通じて安定しており、(E)ウイルス量及び(F)肺組織中の白血球数はいずれも、CoPoPワクチン接種マウスで最小であり、ウイルスに対する効果的な防御が示された。
(G~I)追跡チャレンジ試験を実施し、CoPoP/MPLA保護を、MPLAを含まないCoPoP及び別のアジュバントであるモンタニドISA720と比較した。ここでも、CoPoP/MPLAワクチン接種マウスは、最も一貫した体重保持と、肺における最小のウイルス量及び白血球数を示す。
[Figure 30]
As shown in (A)-(F), three groups of mice (n=8) were vaccinated with 100 ng of H3 antigen Fr1478 (derived from flu strain A/canine/Illinois/11613/2015) adjuvanted with CoPoP/MPLA, 2HPoP/MPLA, or Alum (aluminum hydroxide), followed by A/Hong Kong/1/1968.
(A) IgG ELISA and (B) HAI assays performed with serum samples collected throughout the vaccination period show that CoPoP/MPLA+Fr1478 particles achieve the best antibody responses prior to viral challenge.
(C-D) Body weight remained stable throughout the 8-day challenge period, and (E) viral load and (F) white blood cell counts in lung tissue were both minimal in CoPoP-vaccinated mice, indicating effective protection against the virus.
(GI) Follow-up challenge studies were performed comparing CoPoP/MPLA protection to CoPoP without MPLA and another adjuvant, Montanide ISA 720. Again, CoPoP/MPLA vaccinated mice show the most consistent weight retention and the lowest viral load and white blood cell counts in the lungs.
[図31]
ワクチン接種したマウス血清の受動的移行は、直接的ワクチン接種よりも低い防御をもたらすが、CoPoPをワクチン接種したマウスからの血清の移行は、(A)有意な体重減少の減少、(B)高い生存率、(C)低い臨床スコアをもたらす。このデータは、CoPoPワクチン接種に起因する免疫応答が、有意に抗体媒介性であるという仮説を裏付けるものである。
[Figure 31]
Although passive transfer of vaccinated mouse serum provides less protection than direct vaccination, transfer of serum from mice vaccinated with CoPoP results in (A) significantly reduced weight loss, (B) higher survival rates, and (C) lower clinical scores. This data supports the hypothesis that the immune response resulting from CoPoP vaccination is significantly antibody-mediated.
[図32]
(A)に示すように、種々のサブタイプからHisタグ化インフルエンザ抗原を得て、CoPoPとの結合親和性について試験した。Hisタグ化抗原の結合能は、サブタイプとは無関係であり、ほとんどの抗原は室温で3時間インキュベートすると、CoPoPと約100%の結合を達成する。(B)マウスに、10の選択された抗原の1つとインキュベートしたCoPoPをワクチン接種し、血清を回収し、ELISAを使用して、得られた血清抗体の結合反応を定量した。ワクチン抗原と相同であった抗原に対する抗体反応は、最も高いIgG結合をもたらし、他のサブタイプによって誘発された抗体の非特異的結合は、平均して1~2桁低い結合を示す傾向があった。
[Figure 32]
As shown in (A), His-tagged influenza antigens from various subtypes were obtained and tested for binding affinity with CoPoP. The binding capacity of His-tagged antigens was independent of subtype, with most antigens achieving approximately 100% binding with CoPoP after 3 hours of incubation at room temperature. (B) Mice were vaccinated with CoPoP incubated with one of the 10 selected antigens, serum was collected, and the binding response of the resulting serum antibodies was quantified using ELISA. Antibody responses against antigens that were homologous to the vaccine antigens yielded the highest IgG binding, while nonspecific binding of antibodies elicited by other subtypes tended to show, on average, 1-2 orders of magnitude lower binding.
[図33]
合成アジュバントのいくつかの例の構造。
[Figure 33]
Structures of some examples of synthetic adjuvants.
[図34]
リポソームは4:2:1:XのDPPC:コレステロール:CoP:MPLAで形成され、ここで、MPLAはこれらのタイプの合成バージョンの各々であり、Xは変化し、5,4,3,2,1のいずれかであった。CP(PHAD)、C3D6A(3D6A-PHAD)、CP504(PHAD-504)、及びCA(MPLAなし)についての抗-Pfs25力価についての結果を示す。
[Figure 34]
Liposomes were formed with 4:2:1:X DPPC:cholesterol:CoP:MPLA, where MPLA was each of the synthetic versions of these types and X was varied and was either 5, 4, 3, 2, or 1. Results are shown for anti-Pfs25 titers for CP (PHAD), C3D6A (3D6A-PHAD), CP504 (PHAD-504), and CA (no MPLA).
本開示は、少なくとも単層を含むナノ構造体を提供する。例えば、この構造は単層又は二重層を含むことができ、前記単層又は二重層はポルフィリン-リン脂質コンジュゲートを含み、コバルトが二重層内に存在するように、コバルトがそこにキレートされている。前記二重層構造はリポソームを形成することができる。前記構造は、2つの単層(二重層)を含むことができ、2つの単層の疎水性基が向い合せになり、親水性基が表面にさらされている。 The present disclosure provides a nanostructure comprising at least a monolayer. For example, the structure can comprise a monolayer or a bilayer, the monolayer or bilayer comprising a porphyrin-phospholipid conjugate to which cobalt is chelated such that the cobalt is present within the bilayer. The bilayer structure can form a liposome. The structure can comprise two monolayers (bilayers), the hydrophobic groups of the two monolayers facing each other and the hydrophilic groups exposed to the surface.
二重層に関する本明細書中の開示は、単層にも当てはめることができる。前記二重層又は単層は、本明細書において「膜(メンブラン)」と呼ばれることもある。 The disclosure herein regarding bilayers may also apply to monolayers. The bilayer or monolayer may also be referred to herein as a "membrane."
本明細書で提供される全ての範囲は、別段の記載がない限り、小数第10位までの範囲に含まれるすべての数値を含む。 All ranges provided herein include all numbers within the range to ten decimal places unless otherwise stated.
単層又は二重層中のコバルトポルフィリンの一部又は全てが、ポリヒスチジン-タグ化分子に非共有結合的に結合することができ、ポリヒスチジン-タグの少なくとも1部は、二重層内に存在し、タグ化分子は、二重層の表面に提示される。本発明の二重層又は単層において、ポリヒスチジン-タグ中の一以上のヒスチジン残基は、二重層内のコバルト金属コアに配位し、それによって構造に安定性を提供していると考えられる。ポリヒスチジン-タグのヒスチジン残基は、膜内のポルフィリンのコア中のコバルト金属に配位していてもよい。ヒスチジンタグ全体が、二重層内に存在してもよい。そこにコンジュゲートしたコバルト金属を有するポルフィリン-リン脂質コンジュゲートは、本明細書中でCoPoPと称される。その二重層がCoPoPを含むリポソームは、本明細書中でCoPoPリポソームと称される。CoPoPリポソームは、ヒスチジンタグ化分子で機能化されることができる。本明細書中で使用される「Hisタグ化分子」という用語は、例えば、ヒスチジンテールを有するペプチド、ポリペプチド、又はタンパク質等の分子を意味する。例えば、ヒスチジンテールを有するペプチドは、Hisタグ化分子である。このようなHisタグを含むCoPoPリポソームは、本明細書中で、Hisタグ化CoPoPリポソーム又はHisタグ化CoPoPと称される。 Some or all of the cobalt porphyrin in the monolayer or bilayer can be non-covalently bound to a polyhistidine-tagged molecule, with at least a portion of the polyhistidine tag being present in the bilayer, and the tagged molecule being presented on the surface of the bilayer. In the bilayers or monolayers of the invention, it is believed that one or more histidine residues in the polyhistidine tag coordinate to a cobalt metal core in the bilayer, thereby providing stability to the structure. The histidine residues of the polyhistidine tag may coordinate to the cobalt metal in the core of the porphyrin in the membrane. The entire histidine tag may be present in the bilayer. A porphyrin-phospholipid conjugate having a cobalt metal conjugated thereto is referred to herein as CoPoP. A liposome whose bilayer comprises CoPoP is referred to herein as a CoPoP liposome. CoPoP liposomes can be functionalized with histidine-tagged molecules. As used herein, the term "His-tagged molecule" refers to a molecule, such as a peptide, polypeptide, or protein, that has a histidine tail. For example, a peptide that has a histidine tail is a His-tagged molecule. CoPoP liposomes that contain such a His tag are referred to herein as His-tagged CoPoP liposomes or His-tagged CoPoP.
本開示のHisタグ化提示分子で機能化されたCoPoP単層又は二重層は、循環内で関心のある様々な分子を提示するため、又は所望の位置への送達のため、又はそれらのHisタグ化分子への特異的免疫応答を生じさせるためのプラットホームを提供する。これらの分子は、本明細書中で提示分子(PM:presentation molecule)と称される。ヒスチジンタグに付着したPMを有する、Hisタグ化CoPoP二重層を含む構造は、望ましい安定性を示す。前記Hisタグ化分子は、CoPoPに非共有結合的に付着し(配位し)、インキュベーションプロセスによって調製できる。それゆえ、このプロセスは、他の種類のコンジュゲーション化学で使用される反応性成分-例えば、マレイミドなど-又は外来性の触媒あるいは非天然アミノ酸の除去を必要としない。 CoPoP monolayers or bilayers functionalized with His-tagged presentation molecules of the present disclosure provide a platform for presenting various molecules of interest in the circulation, or for delivery to a desired location, or for generating a specific immune response to those His-tagged molecules. These molecules are referred to herein as presentation molecules (PMs). Structures comprising His-tagged CoPoP bilayers with PMs attached to histidine tags exhibit desirable stability. The His-tagged molecules are non-covalently attached (coordinated) to the CoPoP and can be prepared by an incubation process. Therefore, this process does not require the removal of reactive components used in other types of conjugation chemistries, such as maleimides, or exogenous catalysts or unnatural amino acids.
コバルトポルフィリンは、内部に水性区画を有する自己会合性リポソームの二重層内に存在してもよい。あるいは、それは他のナノ粒子を被覆する単層又は二重層コーティング中に存在してもよい。コバルトポルフィリン-リン脂質(CoPoP)は、両親媒性の性質に関して従来の脂質のように挙動する。それゆえ、CoPoPを含む単層又は二重層は、当業者に既知の方法によって、ナノ粒子をコーティングするために使用できる。一実施形態では、本開示の二重層又は単層は、他のナノ粒子上に存在してもよい(例えば、コーティングの形態で)。一実施形態では、コバルトポルフィリンを含む二重層又は単層(例えば、コバルトポルフィリン-リン脂質)は、金ナノ粒子又はシリカナノ粒子、あるいは親水性表面を有する他のナノ粒子上のコーティングとして存在する。一実施形態では、前記コーティングは単層の形態であってもよい。一実施形態では、コバルトポルフィリンを含む単層又は二重層は(例えば、コバルトポルフィリン-リン脂質)は、カーボンナノチューブのような疎水性表面上のコーティングとして存在する。一実施形態では、前記単層は、一以上の疎水性分子を取り囲むミセルを形成してもよい。 The cobalt porphyrin may be present in the bilayer of a self-assembled liposome with an internal aqueous compartment. Alternatively, it may be present in a monolayer or bilayer coating that coats other nanoparticles. Cobalt porphyrin-phospholipid (CoPoP) behaves like a conventional lipid with respect to its amphiphilic nature. Therefore, a monolayer or bilayer containing CoPoP can be used to coat nanoparticles by methods known to those skilled in the art. In one embodiment, the bilayer or monolayer of the present disclosure may be present on other nanoparticles (e.g., in the form of a coating). In one embodiment, a bilayer or monolayer containing cobalt porphyrin (e.g., cobalt porphyrin-phospholipid) is present as a coating on gold nanoparticles or silica nanoparticles, or other nanoparticles with hydrophilic surfaces. In one embodiment, the coating may be in the form of a monolayer. In one embodiment, a monolayer or bilayer containing cobalt porphyrin (e.g., cobalt porphyrin-phospholipid) is present as a coating on a hydrophobic surface, such as a carbon nanotube. In one embodiment, the monolayer may form micelles surrounding one or more hydrophobic molecules.
この開示は、単層又は二重層を含むナノ構造体を提供し、前記単層又は二重層は、i)任意でリン脂質、及びii)コバルトに配位して、コバルトポルフィリンを形成しているポルフィリン、を含む。任意で、前記ナノ構造体は、一以上のポリヒスチジン-タグ化提示分子も有する。当該ポリヒスチジン-タグの少なくとも一部は、前記単層又は二重層の疎水性部分に存在し、ポリヒスチジン-タグの一以上のヒスチジンは、コバルトポルフィリン中のコバルトに配位している。ポリヒスチジン-タグ化提示分子の少なくとも一部は、前記ナノ構造体の外側に露出している。前記ナノ構造体は、水性区画を取り囲むリポソームの形態をとることができる。しかしながら、前記ナノ構造体は、金又はシリカナノ粒子のような親水性又は疎水性物質を被覆していてもよい。前記コバルトポルフィリンは、リン脂質にコンジュゲートして、コバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲートを形成してもよい。前記コバルトポルフィリンは、前記単層又は二重層の1~100モル%を構成することができ、前記範囲は、その間の0.1モル%の値及び範囲を含む。例えば、前記コバルトポルフィリンは、前記単層又は二重層の1~20モル%、あるいは5~10モル%を構成することができる。コバルトポルフィリンが、前記単層又は二重層の100%を構成する場合、コバルトポルフィリンにコンジュゲートしていないリン脂質は存在しない。前記二重層又は単層は、ステロール及び/又はポリエチレングリコールを含んでもよい。前記ステロールはコレステロールであってもよい。 This disclosure provides a nanostructure comprising a monolayer or bilayer, the monolayer or bilayer comprising i) optionally a phospholipid, and ii) a porphyrin coordinated to cobalt to form a cobalt porphyrin. Optionally, the nanostructure also comprises one or more polyhistidine-tagged presentation molecules. At least a portion of the polyhistidine-tag is present in a hydrophobic portion of the monolayer or bilayer, and one or more histidines of the polyhistidine-tag are coordinated to cobalt in the cobalt porphyrin. At least a portion of the polyhistidine-tagged presentation molecule is exposed on the exterior of the nanostructure. The nanostructure may take the form of a liposome surrounding an aqueous compartment. However, the nanostructure may be coated with a hydrophilic or hydrophobic material, such as gold or silica nanoparticles. The cobalt porphyrin may be conjugated to a phospholipid to form a cobalt porphyrin-phospholipid conjugate. The cobalt porphyrin may comprise 1-100 mol % of the monolayer or bilayer, including all 0.1 mol % values and ranges therebetween. For example, the cobalt porphyrin may comprise 1-20 mol % or 5-10 mol % of the monolayer or bilayer. When the cobalt porphyrin comprises 100% of the monolayer or bilayer, there are no phospholipids that are not conjugated to the cobalt porphyrin. The bilayer or monolayer may include a sterol and/or polyethylene glycol. The sterol may be cholesterol.
前記単層又は二重層中のポリヒスチジン-タグにおけるヒスチジンの数は、2~20であってもよい。例えば、ポリヒスチジン-タグにおけるヒスチジンの数は、6~10であってもよい。例えば、ヒスチジンの数は、3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19、又は20であってもよい。 The number of histidines in the polyhistidine tag in the monolayer or bilayer may be between 2 and 20. For example, the number of histidines in the polyhistidine tag may be between 6 and 10. For example, the number of histidines may be 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, or 20.
前記リポソームは、球形であっても、非球形であってもよい。リポソームの大きさは、50~1000nm以上とすることができる。一実施形態では、前記リポソームは、50~1000nm(その間の全ての整数のnm値及び範囲を含む)の大きさ(例えば、最大寸法、例えば、直径など)を有する。例えば、その大きさは、50~200nm、あるいは20~1000nmであってもよい。リポソームが球形ではない場合、その最大寸法が50~1000nmであってもよい。これらの寸法は、二重層の単層のナノ構造幅を保ちながら達成することが可能である。前記リポソームは、その水性区画中にカーゴを保有することができる。前記カーゴあるいはその一部は、さらに又は代わりに、前記単層又は二重層内に取り込まれてもよい。 The liposomes may be spherical or non-spherical. The size of the liposomes may be 50-1000 nm or more. In one embodiment, the liposomes have a size (e.g., a maximum dimension, e.g., a diameter) of 50-1000 nm (including all integer nm values and ranges therebetween). For example, the size may be 50-200 nm, or 20-1000 nm. If the liposome is not spherical, its maximum dimension may be 50-1000 nm. These dimensions can be achieved while maintaining the nanostructure width of the monolayer of the bilayer. The liposomes can carry cargo in their aqueous compartments. The cargo, or a portion thereof, may also or instead be entrapped within the monolayer or bilayer.
一実施形態では、本開示は、単層又は二重層を含むリポソームを提供し、ここで当該単層又は二重層は、コバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲート、任意でコバルトポルフィリンにコンジュゲートしていないリン脂質、及びポリヒスチジン-タグ化提示分子を含み、ここで、当該ポリヒスチジン-タグの少なくとも一部は前記単層又は二重層の疎水性部分に存在し、且つ、ポリヒスチジン-タグの一以上のヒスチジンは、コバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲートのコバルトに配位している。前記ポリヒスチジン-タグ化提示分子の少なくとも一部は、ナノ構造体の外側に露出している。前記ナノ構造体(例えば、リポソーム)は、水性区画を囲い込むことができる。前記単層又は二重層は、コバルトポルフィリンにコンジュゲートしていないリン脂質を含む必要はなく、この場合、コバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲートのみを有する。カーゴは水性区画中に存在できる。前記カーゴは、水性区画だけに存在する必要はなく、その一部は単層又は二重層に存在してもよい。 In one embodiment, the present disclosure provides a liposome comprising a monolayer or bilayer, wherein the monolayer or bilayer comprises a cobalt porphyrin-phospholipid conjugate, optionally a phospholipid not conjugated to the cobalt porphyrin, and a polyhistidine-tagged presentation molecule, wherein at least a portion of the polyhistidine-tag is present in a hydrophobic portion of the monolayer or bilayer, and one or more histidines of the polyhistidine-tag are coordinated to the cobalt of the cobalt porphyrin-phospholipid conjugate. At least a portion of the polyhistidine-tagged presentation molecule is exposed to the exterior of the nanostructure. The nanostructure (e.g., liposome) can enclose an aqueous compartment. The monolayer or bilayer need not include a phospholipid not conjugated to the cobalt porphyrin, in which case it will only have a cobalt porphyrin-phospholipid conjugate. Cargo can be present in the aqueous compartment. The cargo need not be present exclusively in the aqueous compartment, but part of it may be present in the monolayer or bilayer.
本開示は、単層又は二重層も提供し、当該単層又は二重層は、リン脂質モノマー及びコバルトに配位しているポルフィリン(コバルトポルフィリンを形成している)を含む。前記単層又は二重層は、そこに会合した一以上のポリヒスチジン-タグ化提示分子を有し、当該ポリヒスチジン-タグの少なくとも一部は、前記単層又は二重層の疎水性部分に存在する。前記ポリヒスチジン-タグの一以上のヒスチジンは、コバルトポルフィリンのコバルトに配位しており、ポリヒスチジン-タグ化提示分子の少なくとも一部は、前記二重層又は単層の外側に存在する。様々な例において、前記単層又は二重層は水性区画を封入するか、あるいはナノ粒子(例えば、金ナノ粒子又はシリカナノ粒子)上のコーティングを形成する。 The present disclosure also provides a monolayer or bilayer comprising a phospholipid monomer and a porphyrin coordinated to cobalt (forming a cobalt porphyrin). The monolayer or bilayer has associated therewith one or more polyhistidine-tagged presentation molecules, at least a portion of the polyhistidine tag being present in a hydrophobic portion of the monolayer or bilayer. One or more histidines of the polyhistidine tag are coordinated to the cobalt of the cobalt porphyrin, and at least a portion of the polyhistidine-tagged presentation molecule is present on the exterior of the bilayer or monolayer. In various examples, the monolayer or bilayer encapsulates an aqueous compartment or forms a coating on a nanoparticle (e.g., a gold nanoparticle or a silica nanoparticle).
本開示は、コア、及び当該コア上の単層又は二重層コーティングを含むナノ構造体を提供し、ここで、前記単層又は二重層は、リン脂質、及びコバルトに配位してコバルトポルフィリンを形成しているポルフィリンを含む。前記ナノ構造体は、一以上のポリヒスチジン-タグ化提示分子を有することができ、ここで、当該ポリヒスチジン-タグの少なくとも一部は、単層又は二重層の疎水性部分に存在し、且つ、当該ポリヒスチジン-タグの一以上のヒスチジンは、コバルトポルフィリンのコバルトに配位している。前記ポリヒスチジン-タグ化提示分子の少なくとも一部は、前記ナノ粒子の外側に露出している。前記ナノ構造体のコアは、金ナノ粒子又はシリカナノ粒子等のナノ粒子であってもよい。 The present disclosure provides a nanostructure comprising a core and a monolayer or bilayer coating on the core, wherein the monolayer or bilayer comprises a phospholipid and a porphyrin coordinated to cobalt to form a cobalt porphyrin. The nanostructure can have one or more polyhistidine-tagged presentation molecules, wherein at least a portion of the polyhistidine-tag is present in a hydrophobic portion of the monolayer or bilayer and one or more histidines of the polyhistidine-tag are coordinated to the cobalt of the cobalt porphyrin. At least a portion of the polyhistidine-tagged presentation molecule is exposed on the exterior of the nanoparticle. The core of the nanostructure can be a nanoparticle, such as a gold nanoparticle or a silica nanoparticle.
前記リポソーム、又はコーティングもしくは単層もしくは二重層を有するナノ粒子は、本明細書に記載されるように、その上に提示分子を有することができ、これは抗原分子及び/又は標的指向性分子(ターゲティング分子)であってもよい。前記提示分子は、ターゲティング能力及び/又はイメージング機能又は他の機能を提供することもできる。 The liposomes, or nanoparticles having a coating or monolayer or bilayer, can have a presentation molecule thereon, which can be an antigenic molecule and/or a targeting molecule, as described herein. The presentation molecule can also provide targeting capability and/or imaging or other functionality.
Hisタグ化ポリペプチド及びCoPoP組成を含むリポソーム又は他のナノ構造体は、Hisタグ化ポリペプチドのリポソームへの結合に関して、高い血清安定性を示す。一実施形態では、室温で血清(例えば希釈血清)とインキュベートした際、Hisタグ化ペプチドの60%より多くが、24時間のインキュベーション後に、CoPoP含有二重層に結合したままである。一実施形態では、Hisタグ化ペプチドの85%より多くが、血清と24時間インキュベーションした後に、CoPoP層に結合したままである。 Liposomes or other nanostructures comprising His-tagged polypeptides and CoPoP compositions exhibit high serum stability with respect to binding of the His-tagged polypeptide to the liposome. In one embodiment, when incubated with serum (e.g., diluted serum) at room temperature, greater than 60% of the His-tagged peptide remains bound to the CoPoP-containing bilayer after 24 hours of incubation. In one embodiment, greater than 85% of the His-tagged peptide remains bound to the CoPoP layer after 24 hours of incubation with serum.
CoPoPリポソーム又はHisタグ化CoPoPリポソームは、カーゴを積み込むことができる。カーゴは典型的には水性区画に存在するが、それが疎水性であるか疎水性成分を有する場合は、完全に又は部分的に二重層中に埋め込まれた状態で存在してもよい。表面に提示分子を有することに加えて、これらの構造体は、当該構造内の水性区画中に、あるいは二重層中にカーゴを積むために使用することができる。CoPoPリポソームからのカーゴの放出は、近赤外線(NIR)光線によって誘発することができる。前記カーゴは所望の位置で放出させることが可能である(例えば、標的細胞中に内部移行させることによって、又は光誘発放出によって)。 CoPoP liposomes or His-tagged CoPoP liposomes can be loaded with cargo. The cargo typically resides in the aqueous compartment, but if it is hydrophobic or has a hydrophobic component, it may reside fully or partially embedded in the bilayer. In addition to having display molecules on the surface, these structures can be used to load cargo in the aqueous compartments within the structure or in the bilayer. Release of cargo from CoPoP liposomes can be triggered by near-infrared (NIR) light. The cargo can be released at the desired location (e.g., by internalization into the target cell or by light-triggered release).
単層又は二重層のコバルトポルフィリンは、ポルフィリンにコンジュゲートしたコバルト(Co)カチオンを有するポルフィリンである。前記ポルフィリンは、リン脂質にコンジュゲートできる(本明細書において、コバルトポルフィリン-リン脂質又はコバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲートと称する)。 A monolayer or bilayer cobalt porphyrin is a porphyrin having a cobalt (Co) cation conjugated to the porphyrin. The porphyrin can be conjugated to a phospholipid (referred to herein as a cobalt porphyrin-phospholipid or cobalt porphyrin-phospholipid conjugate).
リポソームの二重層又は他の構造の少なくとも一部を構成しているコバルトポルフィリン又はコバルトポルフィリンコンジュゲートのポルフィリン部分は、ポルフィリン、ポルフィリン誘導体、ポルフィリン類似体、又はそれらの組み合わせを含む。代表的なポルフィリンには、ヘマトポルフィリン、プロトポルフィリン、及びテトラフェニルポルフィリンが含まれる。代表的なポルフィリン誘導体には、ピロフェオホルビド類、バクテリオクロロフィル類、クロロフィルA、ベンゾポルフィリン誘導体、テトラヒドロキシフェニルクロリン類、プルプリン類、ベンゾクロリン類、ナフトクロリン類、ベルジン(verdin)類、ロジン(rhodin)類、ケトクロリン類、アザクロリン類、バクテリオクロリン類、トリポルフィリン類、及びベンゾバクテリオクロリン類が含まれる。代表的なポルフィリン類似体には、拡張ポルフィリン・ファミリーメンバー(例えば、テキサフィリン類、サフィリン類及びヘキサフィリン類)及びポルフィリン異性体(例えば、ポルフィセン類、反転ポルフィリン類、フタロシアニン類、及びナフタロシアニン類)が含まれる。例えば、コバルトポルフィリンは、ビタミンB12(コバラミン)又はその誘導体であってもよい。 The porphyrin portion of the cobalt porphyrin or cobalt porphyrin conjugate that constitutes at least a portion of the liposomal bilayer or other structure includes porphyrin, porphyrin derivative, porphyrin analog, or combinations thereof. Representative porphyrins include hematoporphyrin, protoporphyrin, and tetraphenylporphyrin. Representative porphyrin derivatives include pyropheophorbides, bacteriochlorophylls, chlorophyll A, benzoporphyrin derivatives, tetrahydroxyphenylchlorins, purpurins, benzochlorins, naphthochlorins, verdins, rhodins, ketochlorins, azachlorins, bacteriochlorins, triporphyrins, and benzobacteriochlorins. Representative porphyrin analogs include extended porphyrin family members (e.g., texaphyrins, sapphyrins, and hexaphyrins) and porphyrin isomers (e.g., porphycenes, inverted porphyrins, phthalocyanines, and naphthalocyanines). For example, the cobalt porphyrin may be vitamin B 12 (cobalamin) or a derivative thereof.
一実施形態では、前記POPはピロフェオホルビド(pyropheophorbide)-リン脂質である。ピロフェオホルビド-リン脂質の構造を以下に示す。
一実施形態では、前記層(単層あるいは二重層)は、その中に組み込まれたHisタグ化提示分子を有するCoPoPのみを有する。この実施形態では、前記層中の唯一のリン脂質はCoPoPである(すなわち、CoPoP100モル%)。一実施形態では、前記層(単層あるいは二重層)は、CoPoP及びポルフィリンコンジュゲート型リン脂質(POP)のみを含み、ここで、CoPoPはその中に埋め込まれたヒスチジンを有し、当該ヒスチジンはそこに付着したペプチドあるいは他の提示分子を有する。ある実施形態では、他のリン脂質は存在しないが、前記層(単層あるいは二重層)は、任意でステロール及び/又はPEG-脂質を含んでもよい。 In one embodiment, the layer (monolayer or bilayer) comprises only CoPoP having a His-tagged presentation molecule incorporated therein. In this embodiment, the only phospholipid in the layer is CoPoP (i.e., 100 mol % CoPoP). In one embodiment, the layer (monolayer or bilayer) comprises only CoPoP and porphyrin-conjugated phospholipids (POPs), where the CoPoP has a histidine embedded therein that has a peptide or other presentation molecule attached thereto. In some embodiments, no other phospholipids are present, but the layer (monolayer or bilayer) may optionally comprise a sterol and/or a PEG-lipid.
一実施形態では、前記CoPoPに加えて、前記二重層又は単層は、ポルフィリンにコンジュゲートしていない、それゆえCoに配位していないリン脂質も含む。そのようなリン脂質は、本明細書中で「さらなるリン脂質」とも呼ばれる。前記二重層又は単層は、ステロール及びPEG-脂質を含んでもよい。一実施形態では、前記二重層又は単層は、本質的に、CoPoP、ポルフィリンにコンジュゲートしていないリン脂質、及び任意でステロール及び/又はPEGのみからなるか、又はCoPoP、ポルフィリンにコンジュゲートしていないリン脂質、及び任意でステロール及び/又はPEGのみからなり、この際、PEGは脂質にコンジュゲートしていてもよい。一実施形態では、二重層中の唯一の金属-PoPはCoPoPであり、そこに埋め込まれたHisタグ化提示分子を有する。一実施形態では、二重層中の唯一の金属はCoである。 In one embodiment, in addition to the CoPoP, the bilayer or monolayer also includes a phospholipid that is not conjugated to a porphyrin and therefore not coordinated to Co. Such phospholipids are also referred to herein as "additional phospholipids". The bilayer or monolayer may include a sterol and a PEG-lipid. In one embodiment, the bilayer or monolayer consists essentially of CoPoP, phospholipids not conjugated to a porphyrin, and optionally a sterol and/or PEG, or consists of CoPoP, phospholipids not conjugated to a porphyrin, and optionally a sterol and/or PEG, where PEG may be conjugated to a lipid. In one embodiment, the only metal-PoP in the bilayer is CoPoP, with a His-tagged presentation molecule embedded therein. In one embodiment, the only metal in the bilayer is Co.
一実施形態では、前記リポソームの二重層は、CoPoP及びPoPを含む。CoPoPとPoPに加えて、前記二重層はさらなるリン脂質を含むことができる。前記二重層又は単層は、さらにステロール及び/又はPEGを含んでもよい。前記PEGは、脂質にコンジュゲートしていてもよい。一実施形態では、前記二重層は、本質的に、CoPoP、PoP、さらなるリン脂質、及び任意でステロール及び/又はPEGのみからなるか、あるいはCoPoP、PoP、さらなるリン脂質、及び任意でステロール及び/又はPEGのみからなり、この際、PEGは脂質にコンジュゲートしていてもよい。一実施形態では、前記二重層中の唯一の金属-PoPはCoPoPである。一実施形態では、前記二重層中の唯一の金属はCoである。 In one embodiment, the liposomal bilayer comprises CoPoP and PoP. In addition to CoPoP and PoP, the bilayer may comprise additional phospholipids. The bilayer or monolayer may further comprise a sterol and/or PEG. The PEG may be conjugated to a lipid. In one embodiment, the bilayer consists essentially of CoPoP, PoP, additional phospholipids, and optionally a sterol and/or PEG, or consists of CoPoP, PoP, additional phospholipids, and optionally a sterol and/or PEG, where PEG may be conjugated to a lipid. In one embodiment, the only metal-PoP in the bilayer is CoPoP. In one embodiment, the only metal in the bilayer is Co.
一実施形態では、前記CoPoPは、ナノ粒子中に0.1~10モル%存在し、残りの99.9~90モル%は、さらなる脂質によって構成されている(前記%は二重層の脂質全体に対するものである)。例えば、CoPoPの組み合わせは、0.1~10モル%で存在でき、ステロールは0.1~50モル%で存在でき、任意で、弱毒化リピドA誘導体(例えば、モノホスホリルリピドA、あるいは3-脱アシル化モノホスホリルリピドA)又は関連する類似体は0~20モル%又は0.1~20モル%存在でき、残りはさらなるリン脂質で構成されることができる。前記リン脂質は、DOPC,DSPC,DMPC又はそれらの組み合わせ、及びステロールである(ステロールが存在する場合;ステロールはコレステロールであってもよい)。 In one embodiment, the CoPoP is present in the nanoparticle at 0.1-10 mol %, with the remaining 99.9-90 mol % being made up of additional lipids (the percentages being relative to the total lipids in the bilayer). For example, the CoPoP combination can be present at 0.1-10 mol %, the sterol can be present at 0.1-50 mol %, and optionally an attenuated lipid A derivative (e.g., monophosphoryl lipid A, or 3-deacylated monophosphoryl lipid A) or related analogue can be present at 0-20 mol % or 0.1-20 mol %, with the remainder being made up of additional phospholipids. The phospholipids can be DOPC, DSPC, DMPC or combinations thereof, and a sterol (if present; the sterol can be cholesterol).
一実施形態では、CoPoPとPoPの組み合わせは、ナノ粒子中に0.1~10モル%存在してもよく、残りの99.9~90モル%は、さらなるリン脂質によって構成される。例えば、CoPoPとPoPの組み合わせは0.1~10モル%存在でき、ステロールは0~50モル%又は0.1~50モル%存在でき、任意でPEGが0~20モル%又は0.1~20モル%存在でき、残りはリン脂質によって構成されることができる。前記リン脂質は、DOPC,DSPC,DMPC又はそれらの組み合わせ、及びステロールであってもよい(ステロールが存在する場合;ステロールはコレステロールであってもよい)。 In one embodiment, the combination of CoPoP and PoP may be present in the nanoparticle at 0.1-10 mol %, with the remaining 99.9-90 mol % being constituted by additional phospholipids. For example, the combination of CoPoP and PoP may be present at 0.1-10 mol %, a sterol may be present at 0-50 mol % or 0.1-50 mol %, and optionally PEG may be present at 0-20 mol % or 0.1-20 mol %, with the remainder being constituted by phospholipids. The phospholipids may be DOPC, DSPC, DMPC or combinations thereof, and a sterol (if a sterol is present; the sterol may be cholesterol).
本明細書中で使用される「リン脂質」は、グリセロール骨格を介して疎水性の脂質テールに連結されたリン酸基を有する、親水性頭部を持つ脂質である。前記リン脂質は、炭素数6~22のアシル側鎖を含み、前記数値はその間の全ての整数値の炭素及びその間の範囲を含む。ある実施形態では、前記ポルフィリンコンジュゲート中のリン脂質は、1-パルミトイル-2-ヒドロキシ-sn-グリセロ-3-ホスホコリンである。ポルフィリンコンジュゲートのリン脂質は、ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン及び/又はホスファチジルイノシトールを含んでもよく、あるいは、本質的にそれらのみからなってもよく、又はそれらのみからなってもよい。 As used herein, a "phospholipid" is a lipid with a hydrophilic head having a phosphate group linked to a hydrophobic lipid tail via a glycerol backbone. The phospholipid comprises an acyl side chain having 6 to 22 carbon atoms, including all integer values of carbon and ranges therebetween. In one embodiment, the phospholipid in the porphyrin conjugate is 1-palmitoyl-2-hydroxy-sn-glycero-3-phosphocholine. The phospholipid of the porphyrin conjugate may comprise, consist essentially of, or consist of phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, and/or phosphatidylinositol.
ある実施形態では、前記ポルフィリンは、炭素数1~20(その間の全ての整数値の炭素を含む)の炭素鎖リンカーによって、前記リン脂質のグリセロール基にコンジュゲートしている。 In one embodiment, the porphyrin is conjugated to the glycerol group of the phospholipid by a carbon chain linker having 1 to 20 carbon atoms (including all integer values of carbon therebetween).
様々な実施形態において、リポソームの二重層は、本明細書に開示されているポルフィリンコンジュゲートに加えて、他のリン脂質も含む。これらのリン脂質の脂肪酸鎖は、二重層を形成するために適切な数の炭素原子を含んでもよい。例えば、脂肪酸鎖は、12,14,16,18又は20の炭素原子を含んでもよい。様々な実施形態において、前記二重層は、ホスファチジルコリン、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルセリン及び/又はホスファチジルイノシトールを含む。 In various embodiments, the liposome bilayer comprises other phospholipids in addition to the porphyrin conjugates disclosed herein. The fatty acid chains of these phospholipids may contain the appropriate number of carbon atoms to form a bilayer. For example, the fatty acid chains may contain 12, 14, 16, 18, or 20 carbon atoms. In various embodiments, the bilayer comprises phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine, phosphatidylserine, and/or phosphatidylinositol.
本発明の二重層及び単層は、ステロールを含んでもよい。前記ステロールは、動物性ステロール又は植物性ステロールであってもよい。ステロールの例には、コレステロール、シトステロール、スチグマステロール、及びコレステロールが含まれる。一実施形態では、コレステロールは、0モル%~50モル%、又は0.1~50モル%であってもよい。他の実施形態では、コレステロールは1~50モル%、5~45モル%、10~30モル%存在し得る。 The bilayers and monolayers of the present invention may include a sterol. The sterol may be an animal sterol or a plant sterol. Examples of sterols include cholesterol, sitosterol, stigmasterol, and cholesterol. In one embodiment, cholesterol may be 0 mol% to 50 mol%, or 0.1 to 50 mol%. In other embodiments, cholesterol may be present at 1 to 50 mol%, 5 to 45 mol%, or 10 to 30 mol%.
ある実施形態では、前記二重層又は単層は、さらに、PEG-脂質を含む。PEG-脂質は、DSPE-PEG(例えば、DSPE-PEG-2000、DSPE-PEG-5000又は他のサイズのDSPE-PEG)であってもよい。前記PEG-脂質は、0~20モル%の量(少数第10位までのその間の全ての%量を含む)で存在する。PEG成分の平均分子量は500~5000ダルトンの間及びその間の全ての整数値及び範囲であってもよい。 In some embodiments, the bilayer or monolayer further comprises a PEG-lipid. The PEG-lipid may be DSPE-PEG (e.g., DSPE-PEG-2000, DSPE-PEG-5000, or other sizes of DSPE-PEG). The PEG-lipid is present in an amount of 0-20 mol %, including all % amounts therebetween to the tenth decimal place. The average molecular weight of the PEG component may be between 500-5000 Daltons and all integer values and ranges therebetween.
ある実施形態では、前記二重層又は単層は、さらにアジュバント、例えばモノホスホリルリピドAあるいは3-脱アシル化モノホスホリルリピドAのような弱毒化リピドA誘導体を含む。 In one embodiment, the bilayer or monolayer further comprises an adjuvant, such as monophosphoryl lipid A or an attenuated lipid A derivative, such as 3-deacylated monophosphoryl lipid A.
前記ヒスチジンタグ(Hisタグ)は、様々な用途のために、関心のある多様な提示分子を保有してもよい。Hisタグの少なくとも一端又は両端は、リポソームの外表面近くに存在してもよい。一実施形態では、ポリヒスチジン-タグの少なくとも一端が、提示分子に共有結合的に付着している。一実施形態では、前記Hisタグは、少なくとも2つのヒスチジンからなる鎖である。一実施形態では、前記Hisタグは、2~20のヒスチジン鎖である。一実施形態では、前記Hisタグは、4~12のヒスチジン及びその間の全ての整数値のヒスチジンからなる鎖である。一実施形態では、それは6~10のヒスチジンからなる。一実施形態では、それは6,7,8,9又は10のヒスチジンである。一実施形態では、Hisタグの一端はフリーであり、他端にペプチドあるいは他の分子が付着している。Hisタグの少なくとも一部は、コバルト金属コアに配位するように、二重層内に位置していると考えられる。 The histidine tag (His tag) may carry a variety of presentation molecules of interest for various applications. At least one or both ends of the His tag may be near the outer surface of the liposome. In one embodiment, at least one end of the polyhistidine-tag is covalently attached to the presentation molecule. In one embodiment, the His tag is a chain of at least two histidines. In one embodiment, the His tag is a chain of 2-20 histidines. In one embodiment, the His tag is a chain of 4-12 histidines and all integer values of histidines therebetween. In one embodiment, it is 6-10 histidines. In one embodiment, it is 6, 7, 8, 9 or 10 histidines. In one embodiment, one end of the His tag is free and the other end has a peptide or other molecule attached. It is believed that at least a portion of the His tag is located within the bilayer so as to coordinate to the cobalt metal core.
本開示のリポソーム(Hisタグ化分子を有さないもの)は、実質的に球形であってもよく、30nm~250nm(その間のnmまでの全ての整数値及び範囲を含む)の大きさ(例えば、最大寸法、例えば直径など)を有し得る。一実施形態では、前記リポソームの大きさは100~175nmである。一実施形態では、組成物中のリポソームの少なくとも50%、60%、70%、80%、85%、90%、95%、99%又は100%が30~250nm又は100~175nmの大きさを有する。前記リポソーム又はナノ構造体は、200nmより大きくてもよい。一実施形態では、前記ナノ構造体は1000nmより大きい。一実施形態では前記ナノ構造体は200~1000nmである。前記リポソーム又はナノ構造体は、球形であっても、非球形であってもよい。一実施形態では、単層又は二重層のナノ構造幅を保ちつつ、前記ナノ構造体の最大寸法は200nm未満である。一実施形態では、単層又は二重層のナノ構造幅を保ちつつ、ナノ構造体の大きさは、ある寸法では200nmを超える。一実施形態では、単層又は二重層のナノ構造幅を保ちつつ、ナノ構造体の大きさは、ある寸法では1000nmを超える。 Liposomes of the present disclosure (without His-tagged molecules) may be substantially spherical and may have a size (e.g., a maximum dimension, such as a diameter) of 30 nm to 250 nm (including all integer values and ranges to nm therebetween). In one embodiment, the liposomes have a size of 100-175 nm. In one embodiment, at least 50%, 60%, 70%, 80%, 85%, 90%, 95%, 99% or 100% of the liposomes in the composition have a size of 30-250 nm or 100-175 nm. The liposomes or nanostructures may be larger than 200 nm. In one embodiment, the nanostructures are larger than 1000 nm. In one embodiment, the nanostructures are 200-1000 nm. The liposomes or nanostructures may be spherical or non-spherical. In one embodiment, the maximum dimension of the nanostructures is less than 200 nm while maintaining a monolayer or bilayer nanostructure width. In one embodiment, the nanostructure size exceeds 200 nm in one dimension while maintaining a monolayer or bilayer nanostructure width. In one embodiment, the nanostructure size exceeds 1000 nm in one dimension while maintaining a monolayer or bilayer nanostructure width.
一面では、本開示は、本開示のリポソーム又は他の構造体、あるいは異なるリポソーム又は他の構造体の混合物を含む組成物を提供する。前記組成物は、ヒトを含む個体に投与するための、無菌の適切なキャリア、例えば、生理学的バッファー、例えば、スクロース、デキストロース、生理食塩水、pHバッファリング成分(例えばpHを5~9、pHを7~8、pHを7.2~7.6(例えば7.4)にするための)(例えば、ヒスチジン、クエン酸塩、又はリン酸塩)等も含むことができる。一実施形態では、前記組成物は、少なくとも0.1%(w/v)の、CoPoPリポソーム又はHisタグ化-CoPoPリポソーム又は他の構造体を含む。様々な実施形態において、前記組成物は、0.1~100モル%の、CoPoPリポソーム又はHisタグ化-CoPoPリポソーム又は他の構造体(例えば、二重層で被覆されたナノ粒子)を含む。一実施形態では、前記組成物は、CoPoPリポソーム(それに会合しているHisタグ化提示分子を有する)を0.1~99モル%含む。 In one aspect, the disclosure provides compositions comprising the liposomes or other structures of the disclosure, or a mixture of different liposomes or other structures. The compositions can also include a sterile, suitable carrier for administration to an individual, including a human, such as a physiological buffer, such as sucrose, dextrose, saline, a pH buffering component (e.g., to achieve a pH of 5-9, a pH of 7-8, a pH of 7.2-7.6 (e.g., 7.4) (e.g., histidine, citrate, or phosphate), and the like. In one embodiment, the composition comprises at least 0.1% (w/v) CoPoP liposomes or His-tagged-CoPoP liposomes or other structures. In various embodiments, the composition comprises 0.1-100 mol % CoPoP liposomes or His-tagged-CoPoP liposomes or other structures (e.g., bilayer-coated nanoparticles). In one embodiment, the composition comprises 0.1-99 mol% CoPoP liposomes having His-tagged presentation molecules associated therewith.
一実施形態では、本開示の組成物は、マレイミド又はスクシンイミジル(succinimidyl)エステル反応基を有さない。一実施形態では、膜に付着するタグ化分子は、非天然アミノ酸を有さない。 In one embodiment, the composition of the present disclosure does not have a maleimide or succinimidyl ester reactive group. In one embodiment, the tagging molecule attached to the membrane does not have an unnatural amino acid.
Hisタグを有する提示分子は、低分子であっても高分子であってもよい。一実施形態では、前記分子はペプチド又はペプチド誘導体である。一実施形態では、前記分子は、ポリペプチド、ポリヌクレオチド、炭水化物又はポリマーである。Hisタグは、目的の分子に化学的にコンジュゲートしていてもよい。Hisタグは、ポリペプチドの一次アミノ酸配列内に取り込まれていてもよい。一実施形態では、前記分子は抗原、例えばペプチド(2~50のアミノ酸、及び2と50の間のアミノ酸長からなる全てのペプチド)又はポリペプチド(50~1000のアミノ酸及び50と1000の間のアミノ酸長からなる全てのポリペプチド)又はタンパク質(1000アミノ酸より大きい)である。前記ペプチド、ポリペプチド又はタンパク質は、天然に存在するアミノ酸のみを有してもよく、あるいは天然に存在するアミノ酸と天然に存在しないアミノ酸の混合からなってもよく、あるいは天然に存在しないアミノ酸のみを有してもよい。 A presentation molecule with a His tag may be a small molecule or a large molecule. In one embodiment, the molecule is a peptide or peptide derivative. In one embodiment, the molecule is a polypeptide, a polynucleotide, a carbohydrate or a polymer. The His tag may be chemically conjugated to the molecule of interest. The His tag may be incorporated into the primary amino acid sequence of the polypeptide. In one embodiment, the molecule is an antigen, such as a peptide (2-50 amino acids and all peptides between 2 and 50 amino acids in length) or a polypeptide (50-1000 amino acids and all polypeptides between 50 and 1000 amino acids in length) or a protein (greater than 1000 amino acids). The peptide, polypeptide or protein may have only naturally occurring amino acids, or may consist of a mixture of naturally occurring and non-naturally occurring amino acids, or may have only non-naturally occurring amino acids.
Hisタグに付着される提示分子は、抗原分子、標的指向性分子、治療用分子、診断用分子、又は他の種類の機能を提供する分子であってもよい。タグ化分子は、標的指向化のため、すなわち、単層又は二重層を有する構造体を、その標的部位に導くために使用されてもよい。例えば、ペプチドリガンドは、リポソーム(又は他の構造体)を、当該リガンドのための受容体又は認識分子を有する細胞に導くために、Hisタグに付着されてもよい。一実施形態では、付着ペプチドは、代わりの又は更なる機能を提供することができる。例えば、付着ペプチドは、治療、診断、又は免疫原性に関する機能を提供することができる。 The presentation molecule attached to the His tag may be an antigenic molecule, a targeting molecule, a therapeutic molecule, a diagnostic molecule, or a molecule that provides another type of function. The tagged molecule may be used for targeting, i.e., to guide a structure having a monolayer or bilayer to its target site. For example, a peptide ligand may be attached to the His tag to guide a liposome (or other structure) to a cell that has a receptor or recognition molecule for the ligand. In one embodiment, the attached peptide may provide an alternative or additional function. For example, the attached peptide may provide a therapeutic, diagnostic, or immunogenic function.
特定の実施形態では、前記提示分子は、標的指向性分子(例えば、抗体、ペプチド、アプタマー、又は葉酸等の他の分子)であってもよい。用語「標的指向性分子」は、特定の標的に、リポソーム等の二重層を有する構造体を向かわせることができる分子を指すために用いられる(例えば、標的細胞の表面上の受容体又は他の分子に結合することによって)。標的指向性分子は、タンパク質、ペプチド、核酸分子、糖類あるいは多糖類、受容体リガンド又は他の低分子であってもよい。特異性の程度は、標的指向性分子の選択を通じて調節することができる。例えば、抗体は通常高い特異性を示す。これらは、ポリクローナル、モノクローナル、フラグメント、組換体、単鎖、又はナノボディであってもよく、これらの多くは市場で入手可能であるか、標準技術を使用して容易に得ることができる。 In certain embodiments, the presentation molecule may be a targeting molecule (e.g., an antibody, a peptide, an aptamer, or other molecule such as folate). The term "targeting molecule" is used to refer to a molecule that can direct a bilayer structure, such as a liposome, to a specific target (e.g., by binding to a receptor or other molecule on the surface of a target cell). The targeting molecule may be a protein, peptide, nucleic acid molecule, sugar or polysaccharide, receptor ligand, or other small molecule. The degree of specificity can be modulated through the choice of the targeting molecule. For example, antibodies usually exhibit high specificity. They may be polyclonal, monoclonal, fragments, recombinant, single chain, or nanobodies, many of which are commercially available or can be easily obtained using standard techniques.
提示分子は、抗原分子(すなわち、抗原エピトープを有する分子)であってもよい。一実施形態では、前記分子はペプチドである。一実施形態では、前記ペプチドはRGD保有ペプチド配列である。このような配列は、エピトープを有する7~20アミノ酸又はより長いアミノ酸であり得る。前記ペプチドは、病原微生物のような微生物(例えば、ウイルス、細菌、寄生虫、又は真菌)の一部であるポリペプチド又はタンパク質のフラグメントであってもよく、又はそのようなポリペプチド又はタンパク質のエピトープを含んでもよい。例としては、呼吸器合胞体ウイルス(RSウイルス)、Borrelia burgdorferi(本明細書中ではライム病ボレリアと称する)、インフルエンザウイルスなどが挙げられる。ペプチドは、一般的に免疫原性ではないポリペプチド又はタンパク質(例えば、事実上免疫原性があることは知られていないウイルスタンパク質など)のフラグメントであってもよい。ペプチドは、例えばHIV外側エンベロープタンパク質等のHIV抗原のフラグメントであってもよく、又はHIV抗原のエピトープを含んでもよい。一実施形態では、HIV抗原はgp41である。例えば、ペプチドはgp41エンベロープの膜近位外部領域(MPER)であってもよい。抗原のさらなる例としては、RSVに対するDS-Cav1、ライム病に対するOspA、及びインフルエンザに対する赤血球凝集素及びノイラミニダーゼが挙げられるが、これらに限定されない。 The presentation molecule may be an antigenic molecule (i.e., a molecule having an antigenic epitope). In one embodiment, the molecule is a peptide. In one embodiment, the peptide is an RGD-containing peptide sequence. Such a sequence may be 7-20 amino acids or longer that have an epitope. The peptide may be a fragment of a polypeptide or protein that is part of a microorganism, such as a pathogenic microorganism (e.g., a virus, a bacterium, a parasite, or a fungus), or may include an epitope of such a polypeptide or protein. Examples include respiratory syncytial virus (RSV), Borrelia burgdorferi (referred to herein as Lyme disease Borrelia), influenza virus, and the like. The peptide may be a fragment of a polypeptide or protein that is not generally immunogenic (e.g., a viral protein that is not known to be immunogenic in nature). The peptide may be a fragment of an HIV antigen, such as the HIV outer envelope protein, or may include an epitope of an HIV antigen. In one embodiment, the HIV antigen is gp41. For example, the peptide may be the membrane proximal external region (MPER) of the gp41 envelope. Further examples of antigens include, but are not limited to, DS-Cav1 for RSV, OspA for Lyme disease, and hemagglutinin and neuraminidase for influenza.
一実施形態では、本開示は抗原性組成物を提供する。前記組成物は、二重層を有する構造体を含み、ここで、ヒスチジンテールを有する抗原が、コバルトポルフィリン(又はコバルトポルフィリン・リン脂質)に非共有結合的にコンジュゲートして、Hisタグが二重層に埋め込まれており、抗原の一以上のエピトープが、表面に露出している。前記組成物は、当該分野で既知のアジュバント及び他のキャリアを含んでもよい。アジュバントの例には、フロイント完全アジュバント、フロイント不完全アジュバント、モノホスホリルリピドA(MPL)、リン酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、アラム(alum)、リン酸化ヘキサアシル二糖(PHAD:phosphorylated hexaacyl disaccharide)、Sigmaアジュバントシステム(SAS)又はサポニンが含まれる。湿潤剤、乳化剤、フィラーなどの他のキャリアも使用可能である。AddaVax(Invitrogen)、又はサポニンが含まれる。湿潤剤、乳化剤、充填剤等のような他のキャリアも使用することができる。 In one embodiment, the present disclosure provides an antigenic composition. The composition includes a structure having a bilayer, in which an antigen having a histidine tail is non-covalently conjugated to a cobalt porphyrin (or a cobalt porphyrin phospholipid) such that the His tag is embedded in the bilayer and one or more epitopes of the antigen are surface exposed. The composition may include adjuvants and other carriers known in the art. Examples of adjuvants include Freund's complete adjuvant, Freund's incomplete adjuvant, monophosphoryl lipid A (MPL), aluminum phosphate, aluminum hydroxide, alum, phosphorylated hexaacyl disaccharide (PHAD), Sigma adjuvant system (SAS), or saponin. Other carriers, such as wetting agents, emulsifiers, and fillers, can also be used. AddaVax (Invitrogen), or saponin. Other carriers such as wetting agents, emulsifiers, fillers, etc. may also be used.
多種多様のカーゴを、本開示のリポソーム又は他の構造体に積み込むことが可能である。前記カーゴは、近赤外光を使用して所望の位置へ送達可能である。例えば、生理活性物質又は治療用物質、医薬物質、又は薬物を、CoPoPリポソームの内部に封入することができる。これには、水溶性薬物、及び化学勾配を介して装填され、リポソームの水性コア中に濃縮され得る弱酸又は弱塩基である薬物も含まれる。このように、様々な実施形態において、前記リポソームは、その中に被包された活性物質(例えば、治療用物質及び/又は診断用物質、ドキソルビシンのような化学療法剤であってもよい)を含む。化学療法剤であるドキソルビシンは、能動的に積み込まれて、NIR照射で放出されることができ、CoPoPリポソームを用いた、強く直接的な光誘発性放出を提供する。 A wide variety of cargoes can be loaded into the liposomes or other structures of the present disclosure. The cargoes can be delivered to a desired location using near infrared light. For example, bioactive or therapeutic agents, pharmaceutical agents, or drugs can be encapsulated inside CoPoP liposomes. This includes water-soluble drugs and drugs that are weak acids or bases that can be loaded via a chemical gradient and concentrated in the aqueous core of the liposome. Thus, in various embodiments, the liposomes contain an active agent encapsulated therein (e.g., a therapeutic and/or diagnostic agent, which may be a chemotherapeutic agent such as doxorubicin). The chemotherapeutic agent doxorubicin can be actively loaded and released with NIR irradiation, providing a strong and direct light-triggered release with CoPoP liposomes.
一実施形態では、脂質と薬物(あるいは他の任意のカーゴ物質)の比は、10:1~5:1である。様々な実施形態において、脂質と薬物/カーゴの比は、10:1、9:1、8:1、7:1.6:1、又は5:1である。前記比を計算するために使用される脂質は、ポルフィリン-リン脂質コンジュゲートの一部であるリン脂質、さらなるリン脂質、又はステロール、及びPEGにコンジュゲートした脂質(存在する場合)を含む、全ての脂質を含む。時には、本開示においてカーゴは薬物として記載されるが、その記載は、治療のため及び/又は所望の部位へ送達するために含まれるいかなる物質にも同じように当てはめることができ、用語「薬物」は、任意の物質を指すものである。前記物質は、その全体又は一部が、PoP-リポソームの内部又は中に含まれてもよく、それは水性区画、二重層又はその両方に存在してもよい。 In one embodiment, the lipid to drug (or any other cargo substance) ratio is 10:1 to 5:1. In various embodiments, the lipid to drug/cargo ratio is 10:1, 9:1, 8:1, 7:1.6:1, or 5:1. The lipids used to calculate the ratio include all lipids, including phospholipids that are part of the porphyrin-phospholipid conjugate, additional phospholipids, or sterols, and PEG-conjugated lipids (if present). Sometimes in this disclosure the cargo is described as a drug, but the description can equally apply to any substance included for treatment and/or delivery to a desired site, and the term "drug" refers to any substance. The substance may be included in whole or in part inside or within the PoP-liposome, which may be present in the aqueous compartment, the bilayer, or both.
一実施形態では、前記リポソーム内又は他のキャリアに積み込まれたカーゴは、治療剤である。用語「治療剤」は、当該分野において承認されている用語であり、生物学的、生理学的、又は薬理学的に活性な物質である任意の化学成分を指す。「薬物」とも称される治療剤の例は、「Merck Index」、「Physicians Desk Reference」、及び「Pharmacological Basis of Therapeutics」のような周知の参考文献に記載されており、それらには、医薬;ビタミン;ミネラルサプリメント;疾患又は病気の治療、予防、診断、治癒、緩和のために使用される物質;体の構造又は機能に影響を与える物質;又は生理環境に置かれた後、生物学的に活性又はより活性になるプロドラッグが含まれるが、これらに限定されない。被験者に投与された際、当該組成物から、隣接する組織や体液の中に放出される能力がある、様々な形態の治療剤を使用することができる。活性勾配によって積み込まれる既知の薬物には、ドキソルビシン、ダウノルビシン、ゲムシタビン、エピルビシン、トポテカン、ビンクリスチン、ミトキサントロン、シプロフロキサシン及びシスプラチンが含まれる。治療的カーゴには、様々な抗生物質(例えば、ゲンタマイシン)、又は、細菌、真菌、寄生虫、あるいは他の生物によって引き起こされる感染に対して効果的な他の物質も含まれる。これらの薬物は、CoPoPリポソームに積み込まれることができ、且つ、放出されることができる。 In one embodiment, the cargo loaded in the liposome or other carrier is a therapeutic agent. The term "therapeutic agent" is an art-recognized term and refers to any chemical moiety that is biologically, physiologically, or pharmacologically active. Examples of therapeutic agents, also referred to as "drugs", are described in well-known references such as the Merck Index, Physicians Desk Reference, and the Pharmacological Basis of Therapeutics, and include, but are not limited to, medicines; vitamins; mineral supplements; substances used to treat, prevent, diagnose, cure, or mitigate disease or illness; substances that affect the structure or function of the body; or prodrugs that become biologically active or more active after being placed in a physiological environment. Various forms of therapeutic agents can be used that are capable of being released from the composition into adjacent tissues or fluids upon administration to a subject. Known drugs that are loaded by activity gradient include doxorubicin, daunorubicin, gemcitabine, epirubicin, topotecan, vincristine, mitoxantrone, ciprofloxacin, and cisplatin. Therapeutic cargo also includes various antibiotics (e.g., gentamicin) or other substances that are effective against infections caused by bacteria, fungi, parasites, or other organisms. These drugs can be loaded into CoPoP liposomes and released.
一実施形態では、リポソームに積み込まれるカーゴは診断用薬である。「診断薬」又は「診断用薬」は、診断のために使用できる任意の化学成分である。例えば、診断用薬には、造影剤、例えば、インジウムやテクネチウムなどの放射性同位元素を含むもの等;ヨウ素やガドリニウムを含むコントラスト剤;酵素、例えば、西洋わさびペルオキシダーゼ、GFP、アルカリホスファターゼ、又はβガラクトシダーゼ等;蛍光物質、例えばユーロピウム誘導体等;発光性物質、例えばN-メチルアクリジウム誘導体等;が含まれる。 In one embodiment, the cargo loaded into the liposome is a diagnostic agent. A "diagnostic agent" or "diagnostic agent" is any chemical moiety that can be used for diagnosis. For example, diagnostic agents include imaging agents, such as those containing radioisotopes such as indium or technetium; contrast agents containing iodine or gadolinium; enzymes, such as horseradish peroxidase, GFP, alkaline phosphatase, or β-galactosidase; fluorescent substances, such as europium derivatives; and luminescent substances, such as N-methylacridium derivatives.
前記カーゴは2以上の物質であってもよい。例えば、カーゴは、診断用薬、治療用剤、免疫原性物質、及び/又は造影剤、及び/又は他の種類の物質の組み合わせを含んでもよい。同じ物質が複数の機能を有することも可能である。例えば、物質は診断用且つ治療用であってもよく、又は、物質は画像処理用であり且つ免疫原性を有するもの等であってもよい。 The cargo may be two or more substances. For example, the cargo may include a combination of diagnostic agents, therapeutic agents, immunogenic agents, and/or imaging agents, and/or other types of substances. It is also possible for the same substance to have multiple functions. For example, a substance may be diagnostic and therapeutic, or a substance may be imaging and immunogenic, etc.
本開示の層によって形成される構造は、血清に安定である。例えば、インビトロにおいて、CoPoP二重層に対するHisタグの結合安定性は、室温で24時間、50%ウシ血清中でインキュベートしたときでも、安定である。このように、これらの構造は、血清又は濃縮血清又は希釈血清コンディション下でも安定である。 The structures formed by the layers of the present disclosure are serum stable. For example, in vitro, the binding stability of the His tag to the CoPoP bilayer is stable even when incubated in 50% bovine serum at room temperature for 24 hours. Thus, these structures are stable under serum or concentrated serum or diluted serum conditions.
本開示は、本明細書に記載の二重層を有する構造体を使用する方法も提供する。一実施形態では、この開示は、ホストにおいて免疫応答を誘発する方法を提供する。前記免疫応答は、抗体を生成し得る。前記方法は、ヒスチジンタグ化抗原がコンジュゲートしたCoPoP二重層を有する構造体を含む組成物を、個体に投与することを含む。前記組成物は、皮下、皮内、筋肉内、腫瘍内又は任意の他のルートを含む、免疫化のための任意の標準的なルートによって投与することができる。前記組成物は、単回投与で投与されてもよく、あるいは、ブースターショットを含む複数回投与で投与されてもよい。抗体価を測定して、免疫応答をモニターすることができる。 The present disclosure also provides methods of using the structures having a bilayer described herein. In one embodiment, the disclosure provides a method of eliciting an immune response in a host. The immune response may generate antibodies. The method includes administering to an individual a composition comprising a structure having a CoPoP bilayer conjugated with a histidine-tagged antigen. The composition can be administered by any standard route for immunization, including subcutaneous, intradermal, intramuscular, intratumoral, or any other route. The composition can be administered in a single dose or in multiple doses, including booster shots. Antibody titers can be measured to monitor the immune response.
本発明のナノ構造体は、所望の抗原に対する抗体価を低下させるために使用できる。例えば、免疫原性を減らすことが望まれる場合、その中にPS(又はそれ以外)を含むリン脂質が存在するナノ構造体を使用することができる。これらのナノ構造体を含む組成物は、免疫原性を減らすために投与できる。 The nanostructures of the invention can be used to reduce antibody titers against a desired antigen. For example, where it is desired to reduce immunogenicity, nanostructures having phospholipids present therein, including PS (or otherwise), can be used. Compositions containing these nanostructures can be administered to reduce immunogenicity.
一面では、本開示は、リポソームあるいは他のナノ構造体中にカーゴとして含まれる物質を、所望の位置に送達する方法を提供する。前記物質は、その全体又は一部が、CoPoPリポソームの内部又は中に含まれてもよく、それは水性区画、二重層又はその両方に存在してもよい。前記方法は、1)カーゴ(活性剤など)を任意で含む本開示の二重層を有するリポソーム又は他の構造体を含む組成物を準備する;2)選択された場所又は所望の場所に前記リポソームを到達させる;3)少なくとも一部のカーゴがリポソームから放出されるようなコンディション下で、リポソームに、近赤外波長を有する放射線を照射する;ことを含む。その代わりに、又はそれに加えて、前記カーゴは、リポソームが内部移行し、その後細胞内プロセスの作用を受けてカーゴを放出することによって、細胞の内部に到達してもよい。 In one aspect, the present disclosure provides a method for delivering a substance contained as cargo in a liposome or other nanostructure to a desired location. The substance may be contained in whole or in part in or within a CoPoP liposome, which may be present in the aqueous compartment, the bilayer, or both. The method includes: 1) preparing a composition comprising a liposome or other structure having a bilayer of the present disclosure, optionally containing a cargo (such as an active agent); 2) allowing the liposome to reach a selected or desired location; and 3) irradiating the liposome with radiation having a near infrared wavelength under conditions such that at least a portion of the cargo is released from the liposome. Alternatively or additionally, the cargo may reach the interior of a cell by internalization of the liposome, followed by intracellular processes that release the cargo.
前記リポソームは、波長650~1000nm(その間のnmまでの全ての整数値及び範囲を含む)・出力50~1000mW/cm2(その間のmW/cm2までの全ての整数値及び範囲を含む)のレーザーからの近赤外光を照射されてもよい。別の実施形態では、波長は650~800nmであり、これにはその間のnmまでの全ての整数値及び全ての範囲が含まれる。前記リポソームは、30分まで又はそれ以下の時間照射されてもよい。様々な実施形態において、リポソームはインビトロ又はインビボで0.5~30分及びその間の小数点第10位までの全ての数値の時間照射されてもよい。一実施形態では、前記リポソームは、658nmのレーザーダイオードで、最大で10分間照射される。他の実施形態では、前記リポソームは、665nm又は671nmの波長で照射される。赤外線は、レーザー光線を所望のエリアにあてることによってそのエリアに直接送達されてもよく、又は光ファイバープローブが使用されてもよい。腫瘍の場合、局所に照射するために、光ファイバープローブを腫瘍内に挿入することができる(すなわち、カテーテル又は内視鏡装置によって)。 The liposomes may be irradiated with near infrared light from a laser with a wavelength of 650-1000 nm (including all integer values and ranges up to mW/cm2 in between) and a power output of 50-1000 mW/ cm2 (including all integer values and ranges up to mW/ cm2 in between). In another embodiment, the wavelength is 650-800 nm, including all integer values and ranges up to mW/cm2 in between. The liposomes may be irradiated for up to 30 minutes or less. In various embodiments, the liposomes may be irradiated in vitro or in vivo for a period of 0.5-30 minutes and all decimal points therebetween. In one embodiment, the liposomes are irradiated with a 658 nm laser diode for up to 10 minutes. In other embodiments, the liposomes are irradiated with a wavelength of 665 nm or 671 nm. Infrared light may be delivered directly to the desired area by directing a laser beam at the area or a fiber optic probe may be used. In the case of tumors, a fiber optic probe can be inserted (ie, by catheter or endoscopic device) into the tumor for localized irradiation.
一面では、本開示は、CoPoPを含む二重層を調製する方法を提供する。遊離塩基のPoPは、ピロフェオホルビド-aのようなモノカルボン酸ポルフィリンを、2-パルミトイル-2-ヒドロキシ-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(lyso-C16-PC、Avanti #855675P)によって、1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドと4-ジメチルアミノピリジンを使用して、クロロホルム中で、lyso-C16-PC:Pyro:EDC:DMAP=1:1:2:2のモル比で、室温で一晩撹拌することによって、エステル化して製造することができる。PoPはその後、シリカゲルクロマトグラフィーで精製される。CoPoPは、暗所にて、溶媒(例えば、メタノール)中で、モル過剰の(例えば、10倍モル過剰)のコバルト塩(例えば、酢酸コバルト(II)四水和物)とポルフィリン-リン脂質コンジュゲートを接触させることによって作製できる。 In one aspect, the disclosure provides a method for preparing a bilayer comprising CoPoP. Free base PoP can be prepared by esterification of a monocarboxylate porphyrin such as pyropheophorbide-a with 2-palmitoyl-2-hydroxy-sn-glycero-3-phosphocholine (lyso-C16-PC, Avanti #855675P) using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide and 4-dimethylaminopyridine in a molar ratio of lyso-C16-PC:Pyro:EDC:DMAP=1:1:2:2 in chloroform by stirring overnight at room temperature. The PoP is then purified by silica gel chromatography. CoPoP can be made by contacting a porphyrin-phospholipid conjugate with a molar excess (e.g., 10-fold molar excess) of a cobalt salt (e.g., cobalt(II) acetate tetrahydrate) in a solvent (e.g., methanol) in the dark.
一実施形態では本開示は、コバルトポルフィリン(例えば、CoPoP)二重層又は単層で、ナノ粒子を被覆する方法を提供する。当該方法は、一般的に、水中に粒子を分散させるために、脂質の溶液でナノ粒子を水和させることを含む。 In one embodiment, the present disclosure provides a method for coating nanoparticles with a cobalt porphyrin (e.g., CoPoP) bilayer or monolayer. The method generally involves hydrating the nanoparticles with a solution of lipids to disperse the particles in water.
カーゴを所望の位置に送達するため、又は通常の投与のために、適切なキャリア中に前記リポソームを含む組成物を、任意の適切なルートによって、個体に投与することができる。一実施形態では、それが脈管構造(循環系)に入るように、静脈内注入によって投与する。前記組成物は、全身的に投与されてもよく、あるいは特定の器官又は組織又は腫瘍への血液供給中に直接投与されてもよい。NIRで照射された際、PoPリポソームの内容物は、循環系内で放出されてもよく、及び、その後周辺の組織に入ってもよい。 To deliver the cargo to a desired location or for general administration, a composition comprising the liposomes in a suitable carrier can be administered to an individual by any suitable route. In one embodiment, it is administered by intravenous infusion so that it enters the vasculature (circulatory system). The composition may be administered systemically or directly into the blood supply to a specific organ or tissue or tumor. When irradiated with NIR, the contents of the PoP liposomes may be released in the circulatory system and then enter the surrounding tissues.
以下の記載において、本開示のナノ構造体、組成物及び方法の様々な例が開示される。
1.ナノ構造体(例えば、リポソーム)であって、
a)単層又は二重層であって、i)任意でリン脂質、及びii)コバルトに配位して、コバルトポルフィリンを形成しているポルフィリン、を有する単層又は二重層;及び
b)任意で、ポリヒスチジン-タグ化提示分子、ここで、当該ポリヒスチジン-タグの少なくとも一部は、単層又は二重層の疎水性部分に存在し、及びポリヒスチジン-タグの一以上のヒスチジンは、前記コバルトポルフィリンのコバルトに配位しており、ポリヒスチジン-タグ化提示分子の少なくとも一部は、ナノ構造体(例えば、リポソーム)の外側に露出しており、且つリポソームである場合、当該リポソームは水性区画を取り囲んでいる;
を含むナノ構造体。
2.前記コバルトポルフィリンがリン脂質にコンジュゲートして、コバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲートを形成している、上記1に記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
3.前記コバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲートが、単層又は二重層の1~25モル%を構成する、上記2に記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
4.前記コバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲートが、単層又は二重層の5~10モル%を構成する、上記3に記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
5.前記二重層が、ステロール(例えば、コレステロール)をさらに含む、上記1~4のいずれか1つに記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
6.前記二重層が、ホスファチジルセリン、及び、任意でコレステロールをさらに含む、上記1~4のいずれか1つに記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
7.前記ポリヒスチジン-タグが、6~10のヒスチジン残基を含む、上記1~4のいずれか1つに記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
8.前記リポソームの大きさが50nm~200nmである、上記1~4のいずれか1つに記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
9.前記ナノ構造体(例えば、リポソーム)がカーゴを含み、且つリポソームである場合、前記カーゴの少なくとも一部が、リポソームの水性区画内に存在する、上記1~4のいずれか1つに記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
10.前記提示分子が、4~50のアミノ酸からなるペプチドである(前記アミノ酸の数には、Hisタグのヒスチジンは含まれない)、上記1~9のいずれか1つに記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
11.前記提示分子が、4~500kDaのタンパク質である、上記1~10のいずれか1つに記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
12.前記提示分子が抗原分子であり、及び、前記単層又は二重層が、そこに取り込まれているアジュバントをさらに含む、上記1~11のいずれか1つに記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
13.前記アジュバントが、弱毒化リピドA誘導体である、上記12に記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
14.前記弱毒化リピドA誘導体が、モノホスホリルリピドA又は3-脱アシル化モノホスホリルリピドAである、上記13に記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)。
15.ナノ構造体であって、
a)コア;及び
b)前記コア上の単層又は二重層であって、i)任意でリン脂質モノマー、及びii)コバルトに配位して、コバルトポルフィリン(例えば、CoPoP)を形成しているポルフィリン、を有する単層又は二重層;及び
c)任意で、ポリヒスチジン-タグ化提示分子、ここで、当該ポリヒスチジン-タグの少なくとも一部は、単層又は二重層の疎水性部分に存在し、ポリヒスチジン-タグの一以上のヒスチジンは、前記コバルトポルフィリンのコバルトに配位しており、ポリヒスチジン-タグ化提示分子の少なくとも一部は、ナノ構造体の外側に露出している;
を含むナノ構造体。
16.前記コアが金ナノ粒子である、上記15に記載のナノ構造体。
17.カーゴの標的化送達方法であって、
a)医薬キャリア中に、上記9~16のいずれか1つに記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)、又は上記9~16のいずれか1つに記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)の組み合わせを含む組成物を、個体に投与すること;及び
b)ナノ構造体(例えば、リポソーム)を前記個体の所望の位置に到達させるために適切な時間が経過した後、前記リポソームを、波長650~1000nmの近赤外線にさらして、リポソームからカーゴを放出させること
を含む、方法。
18.前記個体が、ヒト又は非ヒト動物である、上記17に記載の方法。
19.宿主個体において免疫応答を生じさせる方法であって、医薬キャリア中に上記1~16のいずれか1つに記載のナノ構造体(例えば、リポソーム)、又は上記1~16のいずれか1つに記載の組み合わせナノ構造体(例えば、リポソーム)を含む組成物を個体に投与することを含み、前記提示分子が免疫原性エピトープを含むものである、方法。
20.前記提示分子が、病原微生物由来のペプチド、ポリペプチド又はタンパク質である、上記19に記載の方法。
21.前記個体が、ヒト又は非ヒト動物である、上記19又は20に記載の方法。
In the following description, various examples of the nanostructures, compositions and methods of the present disclosure are disclosed.
1. Nanostructures (e.g., liposomes),
a) a monolayer or bilayer having i) optionally a phospholipid, and ii) a porphyrin coordinated to cobalt to form a cobalt porphyrin; and b) optionally a polyhistidine-tagged presentation molecule, where at least a portion of the polyhistidine-tag is present in a hydrophobic portion of the monolayer or bilayer and one or more histidines of the polyhistidine-tag are coordinated to the cobalt of the cobalt porphyrin, where at least a portion of the polyhistidine-tagged presentation molecule is exposed to the exterior of the nanostructure (e.g., a liposome), and where the liposome is a liposome, the liposome surrounds an aqueous compartment;
A nanostructure comprising:
2. The nanostructure (eg, liposome) according to claim 1, wherein the cobalt porphyrin is conjugated to a phospholipid to form a cobalt porphyrin-phospholipid conjugate.
3. The nanostructure (eg, liposome) according to
4. The nanostructure (eg, liposome) according to
5. The nanostructure (eg, liposome) of any one of claims 1 to 4, wherein the bilayer further comprises a sterol (eg, cholesterol).
6. The nanostructure (eg, liposome) of any one of claims 1 to 4, wherein the bilayer further comprises phosphatidylserine and, optionally, cholesterol.
7. The nanostructure (eg, liposome) according to any one of claims 1 to 4, wherein the polyhistidine tag comprises 6 to 10 histidine residues.
8. The nanostructure (eg, liposome) according to any one of 1 to 4 above, wherein the size of the liposome is 50 nm to 200 nm.
9. The nanostructure (e.g., liposome) of any one of claims 1 to 4, wherein the nanostructure (e.g., liposome) comprises a cargo and, if a liposome, at least a portion of the cargo is present within an aqueous compartment of the liposome.
10. The nanostructure (e.g., liposome) according to any one of 1 to 9 above, wherein the presentation molecule is a peptide consisting of 4 to 50 amino acids (the number of amino acids does not include histidines of a His tag).
11. The nanostructure (eg, liposome) according to any one of 1 to 10 above, wherein the presentation molecule is a protein of 4 to 500 kDa.
12. The nanostructure (e.g., liposome) according to any one of claims 1 to 11, wherein the presentation molecule is an antigen molecule and the monolayer or bilayer further comprises an adjuvant incorporated therein.
13. The nanostructure (e.g., liposome) according to
14. The nanostructure (eg, liposome) according to claim 13, wherein the attenuated lipid A derivative is monophosphoryl lipid A or 3-deacylated monophosphoryl lipid A.
15. A nanostructure comprising:
a) a core; and b) a monolayer or bilayer on the core, the monolayer or bilayer having i) optionally phospholipid monomers, and ii) a porphyrin coordinated to cobalt to form a cobalt porphyrin (e.g., CoPoP); and c) optionally a polyhistidine-tagged presentation molecule, where at least a portion of the polyhistidine-tag is present in a hydrophobic portion of the monolayer or bilayer, one or more histidines of the polyhistidine-tag are coordinated to the cobalt of the cobalt porphyrin, and where at least a portion of the polyhistidine-tagged presentation molecule is exposed to the exterior of the nanostructure;
A nanostructure comprising:
16. The nanostructure according to
17. A method for targeted delivery of a cargo, comprising:
a) administering to an individual a composition comprising a nanostructure (e.g., liposome) as described in any one of
18. The method according to claim 17, wherein the individual is a human or a non-human animal.
19. A method of generating an immune response in a host individual, comprising administering to the individual a composition comprising a nanostructure (e.g., liposome) according to any one of 1 to 16 above, or a combination nanostructure (e.g., liposome) according to any one of 1 to 16 above, in a pharmaceutical carrier, wherein the presentation molecule comprises an immunogenic epitope.
20. The method according to claim 19, wherein the presentation molecule is a peptide, polypeptide or protein derived from a pathogenic microorganism.
21. The method according to claim 19 or 20, wherein the individual is a human or a non-human animal.
以下の実施例は、本開示を説明するために提示され、それらはいかなる方法による限定も意図していない。 The following examples are presented to illustrate the present disclosure and are not intended to be limiting in any way.
本実施例は、ヒスチジンタグ化リガンドと抗原を用いたコバルトポルフィリン-リン脂質(CoPoP)二重層の合成と機能付与を説明する。 This example describes the synthesis and functionalization of cobalt porphyrin-phospholipid (CoPoP) bilayers with histidine-tagged ligands and antigens.
材料と方法
材料は、特に断りの無い限り、Sigma社から入手した。ペプチドは商業ベンダーから入手し、HPLCで純度を測定し、質量分析で同一性を確認した。
Materials and Methods Materials were obtained from Sigma unless otherwise noted. Peptides were obtained from commercial vendors and purity was determined by HPLC and identity was confirmed by mass spectrometry.
タンパク質結合のために、組換えヘプタヒスチジン-タグ化セルリアン-ビーナス融合レポータータンパク質を、大腸菌中で産生し、精製し、前述したように特性を明らかにした。化学量論の概算は、各~100 nmのリポソームが、80,000の脂質を含むという仮定に基づく。 For protein binding, recombinant heptahistidine-tagged Cerulean-Venus fusion reporter proteins were produced in E. coli, purified, and characterized as previously described. Stoichiometry estimates are based on the assumption that each ∼100 nm liposome contains 80,000 lipid molecules.
PoP-脂質、PoP-リポソーム及びPoP-金の生成
遊離塩基(2H)PoP sn-1-パルミトイル sn-2-ピロフェオホルビド ホスファチジルコリンを、上述したように合成した。CoPoPは、100 mgの2H-PoPと、10倍モル過剰の酢酸コバルト(II)四水和物とを、4 mLのメタノール中で、17時間、暗所で撹拌することによって生成した。反応の完了と生成物の純度はTLCでモニターした(>90%純度)。その後溶媒を、回転エバポレーターによって除去し、PoPを、クロロホルム:メタノール:水(1:1.8:1)で三回抽出した。クロロホルム層を収集し、溶媒を回転エバポレーターによって除去し、tert-ブタノール中に20%の水を含む溶液中で生成物を凍結乾燥し、81.5 mgの生成物を得た(収率77%)(同一性は質量分析で確認した)。他の金属-PoPを、同じ方法を使用して合成した。Ni-PoPについては、酢酸Ni(II)四水和物を使用し、17時間インキュベートした。Zn-PoPについては、無水酢酸Zn(II)を使用し、17時間インキュベートした。Mn-PoPについては、酢酸Mn(II)を使用し、30時間インキュベートした。Cu-PoPについては、酢酸Cu(II)を使用し、テトラヒドロフラン中で、3時間インキュベートした。
Preparation of PoP-lipids, PoP-liposomes, and PoP-gold. Free base (2H)PoP sn-1-palmitoyl sn-2-pyropheophorbide phosphatidylcholine was synthesized as described above. CoPoP was prepared by stirring 100 mg of 2H-PoP with a 10-fold molar excess of cobalt(II) acetate tetrahydrate in 4 mL of methanol for 17 h in the dark. Completion of the reaction and purity of the product were monitored by TLC (>90% purity). The solvent was then removed by rotary evaporation and PoP was extracted three times with chloroform:methanol:water (1:1.8:1). The chloroform layer was collected, the solvent removed by rotary evaporation, and the product was lyophilized in a solution containing 20% water in tert-butanol to give 81.5 mg of product (77% yield) (identity was confirmed by mass spectrometry). Other metal-PoPs were synthesized using the same method. For Ni-PoP, Ni(II) acetate tetrahydrate was used and incubated for 17 hours. For Zn-PoP, Zn(II) acetate anhydride was used and incubated for 17 hours. For Mn-PoP, Mn(II) acetate was used and incubated for 30 hours. For Cu-PoP, Cu(II) acetate was used and incubated in tetrahydrofuran for 3 hours.
PoP-リポソームを1mgスケールで製剤化した。試験管内のクロロホルム中に脂質を溶解した後、溶媒を蒸発し、フィルムを真空下で一晩さらに乾燥した。脂質を、1 mLのリン酸緩衝食塩水(PBS)で再水和し、超音波処理し、10回の冷凍-解凍サイクルにかけ、その後、小型押出機を用いて(Avanti #610000)、100 nmのポリカーボネート膜(VWR #28157-790)を通して押し出した。タンパク質及びペプチドの結合分析のために、10モル%のPoP、85モル%のDOPC(Avanti #850375P)、及び5モル%のPEG-脂質(Avanti #880120P)を用いて、リポソームを形成した。Ni-NTAリポソームは、10モル%のNi-NTA脂質ジオレオイル-グリセロ-Ni-NTA(Avanti #790404P)及び10モル%の2H-PoPを含有した。遊離Co-ポルフィリンを取り込んだリポソームは、10モル%のCo-ピロフェオホルビドを、85モル%のDOPC及び5モル%のPEG-脂質とともに含んだ。Co-NTA-リポソームは、10モル%のジオレオイル-グリセロ-NTA(Avanti #790528P)を含むリポソームを使用して調製した。リポソームを、20 mg/mLの塩化コバルト(II)とともに、2時間インキュベートし、その後PBSで透析した。スルホローダミンBを積んだリポソームは、表記の通り、10モル%のPoP、35モル%のコレステロール(Avanti #700000P)、55モル%のDOPC及びPEG-脂質を含んだ。スルホローダミンBの溶液(VWR #89139-502)を用いて、脂質フィルムを水和し、その後凍結-解凍し、その後超音波処理した。封入されなかった色素は、10 mLのSephadex G-75(VWR #95016-784)カラム、その後のPBS中での透析によって除去した。二重層の完全性と定量的細胞結合研究のために50 mMの色素を使用し、顕微鏡研究では10 mMの色素を使用した。 PoP-liposomes were formulated at 1 mg scale. After dissolving lipids in chloroform in a test tube, the solvent was evaporated and the film was further dried under vacuum overnight. Lipids were rehydrated with 1 mL of phosphate-buffered saline (PBS), sonicated, subjected to 10 freeze-thaw cycles, and then extruded through a 100 nm polycarbonate membrane (VWR #28157-790) using a mini-extruder (Avanti #610000). For protein and peptide binding analysis, liposomes were formed using 10 mol% PoP, 85 mol% DOPC (Avanti #850375P), and 5 mol% PEG-lipid (Avanti #880120P). Ni-NTA liposomes contained 10 mol% Ni-NTA lipid dioleoyl-glycero-Ni-NTA (Avanti #790404P) and 10 mol% 2H-PoP. Liposomes incorporating free Co-porphyrin contained 10 mol% Co-pyropheophorbide with 85 mol% DOPC and 5 mol% PEG-lipid. Co-NTA-liposomes were prepared using liposomes containing 10 mol% dioleoyl-glycero-NTA (Avanti #790528P). Liposomes were incubated with 20 mg/mL cobalt(II) chloride for 2 hours and then dialyzed against PBS. Sulforhodamine B loaded liposomes contained 10 mol% PoP, 35 mol% cholesterol (Avanti #700000P), 55 mol% DOPC and PEG-lipid as indicated. A solution of sulforhodamine B (VWR #89139-502) was used to hydrate the lipid film, followed by freeze-thawing and sonication. Unencapsulated dye was removed by a 10 mL Sephadex G-75 (VWR #95016-784) column followed by dialysis in PBS. 50 mM dye was used for bilayer integrity and quantitative cell binding studies, and 10 mM dye was used for microscopy studies.
金コーティングのために、60 nmのクエン酸塩-安定化金ナノ粒子(Ted Pella #15709-20)を使用して、45モル%のジステアロイルホスホコリン(Avanti #850365P)、45モル%のジステアロイルホスホグリセロール(Avanti #840465X)及び10モル%のPoPからなる1 mgの脂質フィルムを水和した。短時間のボルテックス及び超音波処理の後、サンプルを15分間・相対遠心力1500(rcf)で繰り返し遠心分離した。上清を廃棄し、ペレットを二回以上、再懸濁及び再遠心分離した。さらなる分析のために、PoP金を水中に再懸濁した。 For gold coating, 60 nm citrate-stabilized gold nanoparticles (Ted Pella #15709-20) were used to hydrate a 1 mg lipid film consisting of 45 mol% distearoylphosphocholine (Avanti #850365P), 45 mol% distearoylphosphoglycerol (Avanti #840465X) and 10 mol% PoP. After brief vortexing and sonication, the sample was repeatedly centrifuged for 15 min at 1500 relative centrifugal force (rcf). The supernatant was discarded and the pellet was resuspended and recentrifuged two more times. The PoP gold was resuspended in water for further analysis.
ポリペプチド結合
1μgの蛍光レポータータンパク質を、96ウェルプレートで、200μLのPBS中のリポソーム20μgとともにインキュベートした。FRETチャネルの蛍光(ex:430 nm、em:525 nm)を、蛍光マイクロプレートリーダー(Tecan Infinite II)を用いて定期的に測定した。リポソームを添加していないタンパク質中のFRETシグナルを基準として、データを正規化した。2.5μgのタンパク質を50μgのリポソームとインキュベートし、続いて、0.75%アガロースゲル中で電気泳動し(50Vを90分間適用)、IVIS Lumina IIシステムによって表示の励起及び発光フィルターを用いて画像処理することにより、EMSA実験を行った。血清安定性試験のために、3 mgのタンパク質を、40ul PBS中のリポソーム60mgとともにプレインキュベートした。24時間のインキュベーション後、40uLのFBSを添加し、さらに8時間インキュベートした。イミダゾール置換実験のために、1μgのレポータータンパク質を、PBS中で20μgのリポソームに結合させた。その後イミダゾールを滴定し、蛍光により結合を評価した。血清安定性のために、1μgのレポータータンパク質を、100μLのPBS中で20μgのリポソームに結合させ、その後、等容積のウシ胎児血清(VWR #82013-602)を添加して、蛍光で結合をモニターした。500 ngのペプチドを20μgのリポソームとともにインキュベートした後、ペプチド結合を、RGD-His FAMフルオロフォア消光で評価した。
Polypeptide binding
1 μg of fluorescent reporter protein was incubated with 20 μg of liposomes in 200 μL of PBS in a 96-well plate. Fluorescence of the FRET channel (ex: 430 nm, em: 525 nm) was measured periodically using a fluorescence microplate reader (Tecan Infinite II). Data were normalized to the FRET signal in protein without added liposomes. EMSA experiments were performed by incubating 2.5 μg of protein with 50 μg of liposomes, followed by electrophoresis in a 0.75% agarose gel (applied 50V for 90 min) and imaging with the indicated excitation and emission filters by an IVIS Lumina II system. For serum stability studies, 3 mg of protein was pre-incubated with 60 mg of liposomes in 40 ul PBS. After 24 h of incubation, 40 uL of FBS was added and incubated for another 8 h. For imidazole displacement experiments, 1 μg of reporter protein was coupled to 20 μg of liposomes in PBS. Imidazole was then titrated and binding was assessed by fluorescence. For serum stability, 1 μg of reporter protein was coupled to 20 μg of liposomes in 100 μL of PBS, after which an equal volume of fetal bovine serum (VWR #82013-602) was added and binding was monitored by fluorescence. After incubation of 500 ng of peptide with 20 μg of liposomes, peptide binding was assessed by RGD-His FAM fluorophore quenching.
標的指向性実験
U-87及びMCF-7細胞株をATCCから入手し、供給者のプロトコルに従って培養した。2×104細胞を、96ウェルプレート中のウェルに一晩播種した。500 ngのRGD-Hisペプチドを、スルホローダミンBを積んだリポソーム20μgと結合させ、リポソームを細胞とともに2時間インキュベートした。培地を除去し、細胞をPBSで三回洗浄し、その後細胞とリポソームを、1%Triton X-100溶液で溶解した。リポソームの取り込みは、スルホローダミンBの蛍光を測定することによって評価した。
Targeting Experiments
U-87 and MCF-7 cell lines were obtained from ATCC and cultured according to the supplier's protocol. 2 × 104 cells were seeded overnight in a well of a 96-well plate. 500 ng of RGD-His peptide was conjugated to 20 μg of sulforhodamine B-loaded liposomes, and the liposomes were incubated with the cells for 2 h. The medium was removed, the cells were washed three times with PBS, and then the cells and liposomes were lysed with 1% Triton X-100 solution. Liposome uptake was assessed by measuring sulforhodamine B fluorescence.
共焦点画像解析のために、10%ウシ胎児血清(FBS)を含むDMEM中のNunc chamberスライド(Nunc #155411)に、104細胞を一晩播種した。20μgのリポソームを、血清を含む培地に添加して、2時間インキュベートした。培地を除去し、細胞をPBSで三回洗浄した。新しい培地を添加し、Zeiss LSM 710共焦点蛍光顕微鏡を用いた顕微鏡検査で細胞を画像化した。金のイメージングは、後方散乱イメージング用の励起と発光の両方に633 nmの光を使用した以外は、同じ方法で実施した。ペプチド結合後、金を遠心分離して、結合していないRGDペプチドを除去した。 For confocal imaging, 104 cells were seeded overnight on Nunc chamber slides (Nunc #155411) in DMEM containing 10% fetal bovine serum (FBS). 20 μg of liposomes were added to the serum-containing medium and incubated for 2 h. The medium was removed and cells were washed three times with PBS. Fresh medium was added and cells were imaged by microscopy using a Zeiss LSM 710 confocal fluorescence microscope. Gold imaging was performed in the same manner, except that 633 nm light was used for both excitation and emission for backscatter imaging. After peptide conjugation, the gold was centrifuged to remove unbound RGD peptide.
インビボ実験に関しては、バッファローにある大学のInstitutional Animal Care and Use Committee(IACUC)の方針と承認に従って、動物を扱った。5週齢のメスの胸腺欠損ヌードマウス(Jackson Labs)の側腹部に、U87細胞を接種し、腫瘍の成長が直径4~5 mmに達したときに、マウスを治療した。マウスに、cRGD-Hisで標的化した、あるいはcRGD-His無しの200μLのスルホローダミンB-搭載リポソーム(1 mg/mL脂質)を静脈注射した。注射後45分目にマウスを犠牲にし、臓器を抽出し、秤量し、0.2%Triton X-100溶液中で機械的にホモジナイズし、蛍光を評価して生体内分布を決定した。 For in vivo experiments, animals were treated in accordance with the policies and approval of the Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) of the University at Buffalo. Five-week-old female athymic nude mice (Jackson Labs) were inoculated with U87 cells in the flank and treated when tumor growth reached 4-5 mm in diameter. Mice were injected intravenously with 200 μL of sulforhodamine B-loaded liposomes (1 mg/mL lipid) targeted with or without cRGD-His. Mice were sacrificed 45 min after injection and organs were extracted, weighed, mechanically homogenized in 0.2% Triton X-100 solution, and fluorescence was assessed to determine biodistribution.
ワクチン接種
特に断わりのない限り、8週齢のメスのBALB/cマウス(Harlan Laboratories)に、0日目と14日目に、50μLの無菌PBS中に25μgのMPERペプチドを含む注射を、後腹側の足蹠に注射した。表記されている場合、注射は、リポソーム中に、25μgのMPL(Avanti #699800P)又はTDB(Avanti #890808P)も含み、リポソームはDOPC:コレステロール:MPL:PoPを、50:30:5:5のモル比で含んだ。フロイントアジュバントについては、ペプチドを、フロイント完全アジュバント(Fisher #PI-77140)中で直接混合し、注射した。最初の注射から4週間、又は表記の期間後、血液を顎下静脈から採取し、血液凝固と2000rcf・15分間の遠心分離後に血清を得て、-80℃で保存した。
Vaccination. Unless otherwise stated, 8-week-old female BALB/c mice (Harlan Laboratories) were injected with 25 μg of MPER peptide in 50 μL of sterile PBS in the posterior ventral footpad on
抗-MPER力価を、96-ウェル・ストレプトアビジン-被覆プレート(GBiosciences #130804)中で、ELISAによって評価した。0.1%Tween 20を含む100μLのPBS(PBS-T)中の1μgのHisタグ-フリーMPERビオチンを、37℃にて2時間、ウェル中でインキュベートした。ウェルをその後PBS-Tで五回洗浄し、0.1%のカゼインを含むPBS(PBS-C)で、マウスの血清を連続希釈し、37℃で30分間インキュベートした。ウェルをPBS-Tで五回洗浄し、その後PBS-Cで希釈した100μLのヤギ抗-マウスIgG-HRP(GenScript #A00160)をウェルに添加して、1μg/mLの二次抗体を含む最終濃度に調節し、37℃で30分間インキュベートした。ウェルをPBS-Tで五回洗浄し、その後、100μLのテトラメチルベンジジン基質溶液(Amresco #J644)を各ウェルに添加し、37℃で20分間インキュベートした。反応を100μLの1M HClで停止し、450 nmで吸収を測定した。力価は、450 nmでの吸光度が、非血清バックグラウンドの同一希釈を、0.05吸光度単位超えたときの、希釈度の逆数と定義した。全てのサンプルは、二回測定して平均した。 Anti-MPER titers were assessed by ELISA in 96-well streptavidin-coated plates (GBiosciences #130804). 1 μg His-tag-free MPER biotin in 100 μL PBS containing 0.1% Tween 20 (PBS-T) was incubated in the wells for 2 h at 37°C. The wells were then washed five times with PBS-T and serially diluted mouse serum was added in PBS containing 0.1% casein (PBS-C) and incubated for 30 min at 37°C. The wells were then washed five times with PBS-T, after which 100 μL of goat anti-mouse IgG-HRP (GenScript #A00160) diluted in PBS-C was added to the wells to a final concentration of 1 μg/mL secondary antibody and incubated for 30 min at 37°C. Wells were washed five times with PBS-T, after which 100 μL of tetramethylbenzidine substrate solution (Amresco #J644) was added to each well and incubated at 37°C for 20 min. The reaction was stopped with 100 μL of 1 M HCl and absorbance was measured at 450 nm. Titers were defined as the reciprocal of the dilution at which the absorbance at 450 nm exceeded the same dilution of non-serum background by 0.05 absorbance units. All samples were measured in duplicate and averaged.
ウイルス侵入実験
上述したようにして、ウイルス侵入実験を実施した。簡単に説明すると、HIV-1は、293T細胞にpHXB2-envとpNL4-3.HSA.R-Eを共トランスフェクションすることにより、産生した。トランスフェクションの2日後、細胞培地を、0.45μmのフィルターに通し、遠心分離した。ウイルスペレットを乾燥し、600μLのPBS中に再懸濁し、-80℃で貯蔵した。HIV-1ストックの感染力価を、既報のように、X-Gal染色によって決定した。
Viral entry experiments Viral entry experiments were performed as described above. Briefly, HIV-1 was produced by cotransfection of pHXB2-env and pNL4-3.HSA.RE into 293T cells. Two days after transfection, the cell medium was passed through a 0.45 μm filter and centrifuged. The viral pellet was dried, resuspended in 600 μL of PBS, and stored at −80°C. The infectious titer of HIV-1 stock was determined by X-Gal staining as previously described.
MPER及びCoPoPリポソームで免疫化した三匹のマウスの血清をプールし、固定化プロテインGビーズ(VWR #PI20398)を用いて、供給業者のプロトコルに従って、IgGを単離した。濃度はブラッドフォード分析による吸収で決定した。2F5を、フリーNIH AIDS試薬プログラムから入手した。ウェルあたり1×104 TZM-bl受容体細胞を、感染の前日に、96ウェルプレートに蒔いた。HIV(感染多重度0.1)を、抗体と共に37℃で30分間インキュベートし、細胞に添加し、25℃で1時間、1000 rcfでスピノキュレーションし、続いてさらに5%CO2インキュベーター中で、37℃で2日間インキュベートした。その後、細胞生存率をCellTiter-Fluor Assay(Promega)を使用して、製造者のプロトコルに従って測定した。その後、ウイルス侵入レベルを、ルシフェラーゼ分析システム(ONE-Glo, Promega)によって、製造者のプロトコルに従って測定し、ウイルスのみのサンプルを基準として正規化した。データをさらに、細胞生存率に対して正規化した(全てのグループが、コントロールの未処理細胞の10%内の生存率を示した)。 Sera from three mice immunized with MPER and CoPoP liposomes were pooled and IgG was isolated using immobilized protein G beads (VWR #PI20398) according to the supplier's protocol. Concentrations were determined by absorbance by Bradford assay. 2F5 was obtained from the Free NIH AIDS Reagent Program. 1x104 TZM-bl receptor cells per well were plated in 96-well plates the day before infection. HIV (multiplicity of infection 0.1) was incubated with antibodies for 30 min at 37°C, added to the cells, and spinoculated at 1000 rcf for 1 h at 25°C, followed by further incubation at 37°C in a 5% CO2 incubator for 2 days. Cell viability was then measured using the CellTiter-Fluor Assay (Promega) according to the manufacturer's protocol. Viral entry levels were then measured by a luciferase assay system (ONE-Glo, Promega) according to the manufacturer's protocol and normalized to virus-only samples. Data were further normalized to cell viability (all groups showed viability within 10% of control untreated cells).
結果result
Hisタグ化タンパク質はCoPoPリポソームに結合する
遷移金属であるCo、Cu、Zn、Ni及びMnを用いて、一連のsn-1-パルミトイルsn-2-ピロフェオホルビド ホスファチジルコリンのキレートを作製した(図1c)。その後、10モル%の金属PoPを用いて、85モル%のジオレオイルホスホコリン(DOPC)と5モル%のポリエチレングリコール-コンジュゲート型ジステアロイルホスホエタノールアミン(PEG-脂質)とともに、押し出しにより100 nmのリポソームとすることにより、PoP二重層を形成した。PoP二重層に結合しているHisタグ化タンパク質を、蛍光タンパク質レセプターを用いて評価した。図2aに示すように、このシステムは、2つの連結された蛍光タンパク質であるセルリアン(青色発光)及びビーナス(緑色発光)からなる融合タンパク質を含んだ。それらが近接して連結しており、スペクトルが重複していることにより、セルリアンは、ビーナスのフェルスター共鳴エネルギー転移(FRET)ドナーとして働き、セルリアンの励起がビーナスからのFRET発光をもたらす。セルリアンのC末端をヘプタヒスチジンタグで標識した。しかしながら、PoP二重層に結合した場合、セルリアンからのエネルギー転移は、二重層それ自体に回され(セルリアン発光範囲に吸収される)、それゆえビーナスへのFRETと競合する。他方、ビーナスは、フォトニック二重層に直接付着していないため、直接励起すると完全には消光せず、結合した融合タンパク質の追跡を可能にする。
His-tagged proteins bind to CoPoP liposomes A series of sn-1-palmitoyl sn-2-pyropheophorbide phosphatidylcholine chelates were prepared with the transition metals Co, Cu, Zn, Ni, and Mn (Fig. 1c). PoP bilayers were then formed by extrusion of 100 nm liposomes with 10 mol% metal PoPs together with 85 mol% dioleoylphosphocholine (DOPC) and 5 mol% polyethylene glycol-conjugated distearoylphosphoethanolamine (PEG-lipid). His-tagged protein binding to the PoP bilayer was assessed using a fluorescent protein receptor. As shown in Fig. 2a, the system contained a fusion protein consisting of two linked fluorescent proteins, Cerulean (blue emission) and Venus (green emission). Due to their close linkage and spectral overlap, Cerulean serves as a Förster resonance energy transfer (FRET) donor for Venus, and excitation of Cerulean results in FRET emission from Venus. Cerulean was labeled at its C-terminus with a heptahistidine tag. However, when bound to a PoP bilayer, energy transfer from Cerulean is diverted to the bilayer itself (absorbed in the Cerulean emission range) and therefore competes with FRET to Venus. On the other hand, Venus is not directly attached to the photonic bilayer and is therefore not fully quenched upon direct excitation, allowing tracking of the bound fusion protein.
様々なPoPリポソームへのレポーター融合タンパク質の結合を評価するために、三色電気泳動移動度シフト分析(EMSA)を開発した。2.5μgのタンパク質を、様々なPoPリポソーム50μgとともに、24時間インキュベートし、その後アガロースゲル電気泳動にかけた。図2bの上段の画像に示すように、PoPリポソームを画像化した場合、遊離塩基(2H)リポソームとZn-PoPのみが容易に可視化され、Zn-PoPリポソームの程度はより低かった。このことは、金属がPoPに対してクエンチング効果を有することを実証し、それらが二重層において安定にキレート化されたことを確認する。予期されたように、リポソームは、それらの比較的大きいサイズのために、最も小さい電気泳動移動度を示した。次に、FRETの阻害についてプローブするために、セルリアン励起とビーナス発光を使用して、同じゲルを画像化した(PoPリポソームへの融合タンパク質結合の指標となる)。全てのサンプルが、同じ量のFRETを示し、遊離タンパク質と同じ距離を移動したが、CoPoPリポソームとインキュベートされたタンパク質は例外であり、この場合FRETは完全に消滅した(中段の画像)。タンパク質の存在を検証するために、ビーナスを直接励起し、画像化した。CoPoPリポソームを用いたときだけ、レポータータンパク質は、リポソームと共局在化した。あわせて、これらの画像は、タンパク質がCoPoPリポソームに定量的に結合したことを実証する。溶液ベースの研究は、この発見を裏付けた(図2c)。試験した全ての種類のPoPリポソームのうち、CoPoPのみが、リポソームの結合に起因して、セルリアンとビーナス間のFRET効率に著しい減少をもたらした。この結合は、50%結合(t1/2)に達する時間はわずか三時間であったが、完全に完了するのにほぼ一日を必要とした。2H-PoP二重層の分子動態シミュレーションによって、ポルフィリンの中心(金属キレート化が生じる)は、二重層を取り囲む水相にアクセスできないことが示された。それゆえ、この遅い結合は、タンパク質の残り部分で部分的に覆い隠されているHisタグ、及び、保護された疎水性二重層内への進路を作らなければならないことに起因し得る。 A three-color electrophoretic mobility shift assay (EMSA) was developed to assess the binding of reporter fusion proteins to various PoP liposomes. 2.5 μg of protein was incubated with 50 μg of various PoP liposomes for 24 h and then subjected to agarose gel electrophoresis. As shown in the top image of Figure 2b, when PoP liposomes were imaged, only the free base (2H) liposomes and Zn-PoP were easily visualized, and to a lesser extent the Zn-PoP liposomes. This demonstrates that the metal has a quenching effect on PoP and confirms that they were stably chelated in the bilayer. As expected, the liposomes showed the smallest electrophoretic mobility due to their relatively large size. The same gel was then imaged using cerulean excitation and Venus emission to probe for inhibition of FRET (indicative of fusion protein binding to PoP liposomes). All samples showed the same amount of FRET and traveled the same distance as the free protein, with the exception of the protein incubated with CoPoP liposomes, where FRET disappeared completely (middle images). To verify the presence of the protein, Venus was directly excited and imaged. Only with CoPoP liposomes did the reporter protein colocalize with the liposomes. Together, these images demonstrate that the protein quantitatively bound to the CoPoP liposomes. Solution-based studies confirmed this finding (Fig. 2c). Of all types of PoP liposomes tested, only CoPoP caused a significant decrease in the FRET efficiency between Cerulean and Venus due to liposome binding. This binding took only three hours to reach 50% binding (t 1/2 ), but required almost a day to be fully completed. Molecular dynamics simulations of 2H-PoP bilayers showed that the porphyrin center (where metal chelation occurs) was inaccessible to the aqueous phase surrounding the bilayer. Therefore, this slow binding may be due to the His tag being partially buried by the rest of the protein and having to make its way into the protected hydrophobic bilayer.
ポリヒスチジンのCoPoPとの配位
固定化金属へのHisタグ結合の基礎となるメカニズムは、ヒスチジン残基の窒素含有イミダゾール基との金属配位を含む。Ni(II)、Cu(II)、Zn(II)及びMn(II)PoPを用いて形成されたリポソームへのHisタグ結合の欠如は、ポルフィリン内の軸配位子の結合親和性又は配位数に関係すると思われる。例えば、Ni(II)及びCu(II)ポルフィリンキレートは、軸配位子なしで、周囲の4つの大環状窒素原子に完全に配位できることが提唱されてきた。Zn(II)及びMn(III)ポルフィリンについては、配位子結合強度は、安定なポリヒスチジン結合を与えるのに不十分と思われる。
Coordination of Polyhistidine with CoPoP The mechanism underlying His-tag binding to immobilized metals involves metal coordination with the nitrogen-containing imidazole groups of histidine residues. The lack of His-tag binding to liposomes formed with Ni(II), Cu(II), Zn(II) and Mn(II)PoPs is likely related to the binding affinity or coordination number of the axial ligand in the porphyrin. For example, it has been proposed that Ni(II) and Cu(II) porphyrin chelates can fully coordinate to the four surrounding macrocyclic nitrogen atoms without an axial ligand. For Zn(II) and Mn(III) porphyrins, the ligand binding strength appears insufficient to provide a stable polyhistidine bond.
CoPoPの電子状態を決定するために、常磁性を評価した。Co(II)は常磁性であるが、Co(III)ポルフィリンは低スピンであり反磁性であるため、NMRを用いて、常磁性種によって誘発されるピークの広がりを調べた。図2dに示されるように、PoP内のビニル基の各炭素に結合した水素に基づいて、ピークの広幅化が、CoPoPについてのみ、及び有機溶媒中でのみ観察された。CoPoPが水性リポソーム内に形成された場合、ピークは狭くなり、二重層内での反磁性Co(III)への酸化の指標となった。このメカニズムをさらに検証するため、CoPoPリポソームが蛍光標識Hisタグ化ペプチドに定量的に結合した後、還元剤である亜硫酸ナトリウムをCoPoPリポソームに添加した。図2eに示すように、2 Mの亜硫酸塩は、CoPoPリポソームからのペプチド放出を誘発した。リポソームはまた、市場で入手できるNi-NTA脂質を用いて形成された。Hisタグ化ペプチドは、Ni-NTAリポソームに強く結合しなかった。容易に還元できないNi(II)から予測されるように、前記系への亜硫酸塩の添加により、ペプチドの放出は観察されなかった。共に、これらのデータは、CoPoPリポソームを形成する際に、CoPoPがCo(II)からCo(III)へ遷移し、ポリヒスチジン・イミダゾール基が、二重層内でPoP中のキレート化Co(III)と配位することを示唆する。 To determine the electronic state of CoPoP, paramagnetism was evaluated. Because Co(II) is paramagnetic, but Co(III) porphyrin is low spin and diamagnetic, NMR was used to examine the peak broadening induced by paramagnetic species. As shown in Figure 2d, peak broadening was observed only for CoPoP and only in organic solvents, based on the hydrogens attached to each carbon of the vinyl group in PoP. When CoPoP was formed in aqueous liposomes, the peak narrowed, indicative of oxidation to diamagnetic Co(III) within the bilayer. To further verify this mechanism, a reducing agent, sodium sulfite, was added to CoPoP liposomes after they quantitatively bound fluorescently labeled His-tagged peptide. As shown in Figure 2e, 2 M sulfite induced peptide release from CoPoP liposomes. Liposomes were also formed using commercially available Ni-NTA lipids. His-tagged peptides did not bind strongly to Ni-NTA liposomes. As expected from the non-reducible Ni(II), no peptide release was observed upon addition of sulfite to the system. Together, these data suggest that CoPoP undergoes a Co(II) to Co(III) transition during the formation of CoPoP liposomes, and that the polyhistidine imidazole group coordinates with the chelated Co(III) in PoP within the bilayer.
CoPoPリポソームへの安定なHisタグ結合
次いで、蛍光レポータータンパク質を使用して、CoPoP又はNi-NTA-脂質のどちらかを包含するリポソームへのHisタグ化タンパク質の結合を比較した(図3a)。FRETに基づくタンパク質結合測定を可能にするために、Ni-NTAリポソームは10モル%の2H-PoPを含んだ。EMSAによると、リポソーム無しでインキュベートされたとき、又は2H-PoPリポソームとともにインキュベートされたとき、タンパク質はFRETチャネル及びタンパク質チャネルの両方で、妨げられずに移動した。Ni-NTAリポソームとともにインキュベートしたとき、タンパク質の移動は、わずかに阻害されただけであり、タンパク質の結合が、電気泳動のコンディションに抵抗しないことを示唆した。FRETチャネルは消光されず、Ni-NTAリポソームへの結合がないことを確認した。これに対して、CoPoPリポソームとともにインキュベートした場合、タンパク質は安定に結合し、FRETチャネルは完全に消滅し、電気泳動移動度は減少した(これはリポソームに結合したままのタンパク質と一致する)。
Stable His-tag binding to CoPoP liposomes We then used fluorescent reporter proteins to compare the binding of His-tagged proteins to liposomes containing either CoPoP or Ni-NTA-lipids (Fig. 3a). To allow for FRET-based protein binding measurements, Ni-NTA liposomes contained 10 mol% 2H-PoP. By EMSA, the protein migrated unimpeded in both the FRET and protein channels when incubated without liposomes or with 2H-PoP liposomes. When incubated with Ni-NTA liposomes, protein migration was only slightly inhibited, suggesting that protein binding was not resistant to the electrophoretic conditions. The FRET channel was not quenched, confirming the absence of binding to Ni-NTA liposomes. In contrast, when incubated with CoPoP liposomes, the protein was stably bound, the FRET channel was completely abolished, and the electrophoretic mobility was reduced (consistent with the protein remaining bound to the liposomes).
生物医学的応用のために、Ni-NTA-脂質を使用することの解決困難な障壁は、それが血清のような生体媒体中で、安定なHisタグ結合を維持しないことである。リポソームが血清の存在下で結合を維持できるかどうか試験するために、Hisタグ化タンパク質と結合させたリポソームの溶液に、ウシ胎児血清を1:1の容積比で添加した。図3bに示すように、Ni-NTAリポソームは、全てのタンパク質を完全には捕捉せず、これはEMSAの結果で示された弱い結合と一致する。さらに、血清の添加後、全ての結合が24時間かけて消滅した。同じコンディション下で、CoPoPリポソームは、実質的なタンパク質の放出無しに、Hisタグ化レポータータンパク質を安定に捕捉した。 A challenging obstacle to using Ni-NTA-lipid for biomedical applications is that it does not maintain stable His-tag binding in biological media such as serum. To test whether liposomes can maintain binding in the presence of serum, fetal bovine serum was added at a 1:1 volume ratio to a solution of liposomes conjugated with His-tagged proteins. As shown in Figure 3b, Ni-NTA liposomes did not completely capture all proteins, which is consistent with the weak binding shown in the EMSA results. Moreover, after the addition of serum, all binding disappeared over a period of 24 h. Under the same conditions, CoPoP liposomes stably captured His-tagged reporter proteins without substantial protein release.
ヒスチジン側鎖はイミダゾール基を含むため、イミダゾール競合アッセイを使用して、Ni-NTAとCoPoPリポソームのHisタグ化ポリペプチドとの結合安定性を比較した。図3cに示すように、CoPoPリポソームは、1 Mに近いイミダゾール濃度でさえ、レポータータンパク質への75%を超える結合を維持した。これは、結合研究で使用した100 nMのタンパク質濃度を上回る約1000万倍のイミダゾール過剰を意味する。これに対して、Ni-NTAリポソームは、たった30 mMのイミダゾールの存在下で、90%を超えるHisタグを放出した。CoPoPリポソームのHisタグへの劇的に強い結合は、少なくとも2つの要因:Co(III)のイミダゾール基への優れた安定なキレート化、及びCoPoP二重層の保護された疎水性環境(競合する外部分子へのアクセスを制限する)に起因し得る。 Because histidine side chains contain imidazole groups, we used an imidazole competition assay to compare the binding stability of Ni-NTA and CoPoP liposomes to His-tagged polypeptides. As shown in Figure 3c, CoPoP liposomes maintained over 75% binding to the reporter protein even at imidazole concentrations approaching 1 M. This represents a roughly 10-million-fold excess of imidazole over the 100 nM protein concentration used in the binding studies. In contrast, Ni-NTA liposomes released over 90% of the His-tag in the presence of only 30 mM imidazole. The dramatically stronger binding of CoPoP liposomes to the His-tag can be attributed to at least two factors: the excellent and stable chelation of Co(III) to the imidazole groups and the protected hydrophobic environment of the CoPoP bilayer, which limits access to competing external molecules.
Ni-NTA-脂質、コバルト-キレート化Co-NTA-脂質、及びCoPoPを用いて形成されたリポソームは、溶液中で蛍光ペプチドに結合できた(図7a)。しかしながら、Co-NTA及びNi-NTAの結合は、ゲルろ過クロマトグラフィーの間に維持されなかった(図7b)。Co-NTA及びNi-NTAを用いて形成されたリポソームは、血清中でインキュベートした際、ペプチドを放出したが、CoPoPはしなかった(図7c)。このことは、二重層に閉じ込められたポリヒスチジン結合の有意性を実証する。我々は次に、CoPoPが血清中での安定な結合のために必要か否か、あるいは、単純なリポソームに挿入されたコバルトポルフィリン(Co-pyro)で十分なのかを試験した。最初の結合後、血清とのインキュベーションは、ポリペプチドをリポソームから追い出した(図8)。この結果は、膜に挿入されたポルフィリンが血清成分と容易に交換され、リポソームの外に出たが、PoPはそうではなかったという最近の実証と一致する。これらの結果を総合すると、Hisタグ化ポリペプチドと安定に結合するための、CoPoPの重要な役割が示唆される。 Liposomes formed with Ni-NTA-lipid, cobalt-chelating Co-NTA-lipid, and CoPoP were able to bind the fluorescent peptide in solution (Fig. 7a). However, the binding of Co-NTA and Ni-NTA was not maintained during gel filtration chromatography (Fig. 7b). Liposomes formed with Co-NTA and Ni-NTA released the peptide when incubated in serum, whereas CoPoP did not (Fig. 7c). This demonstrates the significance of the polyhistidine bond trapped in the bilayer. We next tested whether CoPoP was required for stable binding in serum or whether a simple cobalt porphyrin (Co-pyro) inserted into the liposome was sufficient. After initial binding, incubation with serum displaced the polypeptide from the liposome (Fig. 8). This result is consistent with recent demonstration that membrane-inserted porphyrins, but not PoP, were readily exchanged with serum components and moved out of the liposome. Taken together, these results suggest an important role for CoPoP in stably binding His-tagged polypeptides.
CoPoPリポソームへのペプチドの結合Binding of peptides to CoPoP liposomes
ペプチドの標的指向化は、疾患及び組織特異的な「郵便番号(zip codes)」としての使用のために、関心を集めている。フィブロネクチン及びビブロネクチン(vibronectin)に見られる短いRGDトリペプチドは、腫瘍血管内皮細胞上に発現するインテグリンαvβ3へのその効率的な結合のために、有望な標的指向性リガンドである。CoPoPリポソームを試験し、線状単鎖アミノ酸配列GRGDSPKGAGAKG-HHHHHHH(配列番号1)を用いるHisタグ化リガンドアプローチによって、CoPoPリポソームを標的細胞上の分子レセプターに送達できるかどうか検証した。カルボキシフルオレセイン(FAM)をN末端に標識し、FRETによってPoP-リポソームへの結合の検出を可能にした。線状RGDペプチドが、インテグリン結合を妨害することなく、フルオロフォアで標識できることが証明された。図4aに示すように、このペプチドを様々な金属-PoPリポソームとともにインキュベートすると、CoPoPのみが、ペプチドに結合した。タンパク質結合に比べて、ペプチド結合は約5倍速かった。おそらく、ペプチドのより小さいサイズ、より速い分子運動、及び減少した立体障害が、二重層へのより速い嵌合を可能にし、CoPoPと相互作用し、不可逆的に結合する。各~100 nmのリポソームが約80,000の脂質を含むという先の推定に基づくと、これはリポソームあたり、8000のCoPoP及び750のペプチドに等しい。各ペプチドが7つのヒスチジン残基を含むため、二重層におけるCoPoPとヒスチジンの比は1:0.66であった。Ni-NTAへの従来のHisタグ結合では、Hisタグの全ての残基のうち、i番目と、i+2番目又はi+5番目のヒスチジン残基のみが、金属との配位に関与すると考えられている。CoPoP二重層内のポルフィリンとポリヒスチジン密度はより高いと思われ、それゆえ配位メカニズムは異なるかもしれない。 Peptide targeting has attracted interest for use as disease- and tissue-specific "zip codes." The short RGD tripeptide found in fibronectin and vibronectin is a promising targeting ligand due to its efficient binding to integrin αvβ3 expressed on tumor vascular endothelial cells. CoPoP liposomes were tested to verify whether they could be delivered to molecular receptors on target cells by a His-tagged ligand approach using the linear single amino acid sequence GRGDSPKGAGAKG-HHHHHHH (SEQ ID NO: 1). Carboxyfluorescein (FAM) was labeled at the N-terminus, allowing detection of binding to PoP-liposomes by FRET. It was demonstrated that the linear RGD peptide can be labeled with a fluorophore without interfering with integrin binding. When the peptide was incubated with various metal-PoP liposomes, only CoPoP bound to the peptide, as shown in Figure 4a. Compared to protein binding, peptide binding was about 5 times faster. Presumably, the smaller size, faster molecular motion, and reduced steric hindrance of the peptides allowed them to fit faster into the bilayer, interact with CoPoP, and bind irreversibly. Based on previous estimates that each ∼100 nm liposome contains about 80,000 lipids, this equates to 8000 CoPoPs and 750 peptides per liposome. Since each peptide contains seven histidine residues, the ratio of CoPoP to histidine in the bilayer was 1:0.66. In conventional His-tag binding to Ni-NTA, only the i-th and i+2 or i+5-th histidine residues of all residues of the His-tag are thought to be involved in coordination with the metal. The porphyrin and polyhistidine density in the CoPoP bilayer is likely to be higher, and therefore the coordination mechanism may be different.
CoPoPリポソームへのペプチド結合に対するHisタグ長の影響を調べた。一連のN末端FAM標識ペプチドを、C末端に付着させるHisタグの長さを変えて合成した。図4bで実証されているように、Hisタグをペプチドから取り除いた場合、ペプチド結合は観察されなかった。二つのヒスチジン残基が付いている場合、結合は遅く、結合t1/2はほぼ10時間になった。Hisタグが長くなると、結合速度は急速に増加した。一般的なヘキサヒスチジンタグに相当する六つの残基を用いると、結合t1/2は1時間未満になった。Hisタグの長さを10残基まで増やすと、結合t1/2は20分に減少した。 The effect of His-tag length on peptide binding to CoPoP liposomes was examined. A series of N-terminally FAM-labeled peptides were synthesized with varying lengths of His-tag attached to the C-terminus. As demonstrated in Fig. 4b, no peptide binding was observed when the His-tag was removed from the peptide. With two histidine residues, binding was slow, with an association t 1/2 of approximately 10 h. As the His-tag was lengthened, the binding rate increased rapidly. With six residues, equivalent to a common hexahistidine tag, the binding t 1/2 was less than 1 h. Increasing the length of the His-tag to 10 residues reduced the binding t 1/2 to 20 min.
次に、Hisタグ結合に対する膜流動性の影響を判定するために、脂質組成を変化させた。リポソームを、90モル%のDSPC、DMPC又はDOPCのいずれかと、10モル%のCoPoPを用いて形成した。あるいは、50モル%のコレステロールを二重層に取り込み、それに応じて使用する標準脂質の量を減らした。DSPCが室温で、硬質のゲル相二重層を形成するのに対し、DMPC及びDOPCは、より低い転移温度を有し、液晶相にある。コレステロールは二重層中の空間を占め、膜流動性への緩和効果を有し得る。興味深いことに、コレステロールの有無に関わらず、組成の異なる膜について、ペプチド結合速度に大きな違いは観察されなかった(図4c)。ペプチド結合プロセスは、多段階プロセスで発生する可能性があり、一旦ペプチドの二重層への挿入が始まると、ポリヒスチジンの協同作用は、脂質組成によって影響されない。しかしながら、5 mg/mLのウシ血清アルブミン(BSA)中では、膜がコレステロールを有するか否かで、著しい違いが観察された(図4d)。コレステロールを含まないリポソームにおけるより遅い結合は、おそらく、ペプチド結合を妨害する膜とBSAとのより大きな相互作用によるものであった。50mg/mLのBSAでは結合半減期に達せず、血清は結合を完全に阻害した(図9、図10)。 Next, the lipid composition was varied to determine the effect of membrane fluidity on His-tag binding. Liposomes were formed with either 90 mol% DSPC, DMPC or DOPC and 10 mol% CoPoP. Alternatively, 50 mol% cholesterol was incorporated into the bilayer and the amount of standard lipid used was reduced accordingly. DSPC forms a rigid gel-phase bilayer at room temperature, whereas DMPC and DOPC have a lower transition temperature and are in the liquid crystalline phase. Cholesterol occupies space in the bilayer and may have a moderating effect on membrane fluidity. Interestingly, no significant differences in peptide binding kinetics were observed for membranes of different compositions with or without cholesterol (Figure 4c). The peptide binding process may occur in a multi-step process and once the peptide begins to insert into the bilayer, polyhistidine cooperativity is not affected by lipid composition. However, in 5 mg/mL bovine serum albumin (BSA), significant differences were observed whether the membrane had cholesterol or not (Figure 4d). The slower binding in cholesterol-free liposomes was likely due to greater interaction of BSA with the membrane, which interfered with peptide binding. The binding half-life was not reached at 50 mg/mL BSA, and serum completely inhibited binding (Figures 9 and 10).
カーゴを積んだリポソームのバイオターゲティング
リポソームへのHisタグ化ペプチドの結合効力を考慮して、二重層の完全性を評価して、ペプチド結合が膜の不安定化を誘発するかどうかを決定した。リポソームの水性コアに、フルオロフォアスルホローダミンB(水溶性色素)を自己消光濃度で積み込み、膜透過性を調べた。図5aに示すように、色素搭載リポソームは、8時間にわたって実質的な量の色素を放出せず、ペプチドはリポソームに完全に結合していた。24時間時点で、結合したペプチドを有するCoPoPリポソームは、10%未満の色素を放出した。このように、Hisタグの挿入と結合プロセスは、二重層の完全性及び封入したカーゴを無傷に保つのに十分に穏やかで非破壊的であった。類似のパルミトイル化リポペプチドは、インキュベーションすると、カーゴ-搭載リポソームの透過化をもたらし(図11)、Hisタグアプローチの頑強さをさらに実証した。
Biotargeting of Cargo-Laden Liposomes Given the binding efficacy of His-tagged peptides to liposomes, bilayer integrity was assessed to determine whether peptide binding induces membrane destabilization. The aqueous core of liposomes was loaded with the fluorophore sulforhodamine B (a water-soluble dye) at a self-quenching concentration and membrane permeabilization was examined. As shown in Figure 5a, dye-loaded liposomes did not release substantial amounts of dye over 8 hours, and the peptide was fully bound to the liposomes. At the 24 hour time point, CoPoP liposomes with bound peptide released less than 10% of the dye. Thus, the His-tag insertion and binding process was gentle and non-destructive enough to keep the bilayer integrity and encapsulated cargo intact. A similar palmitoylated lipopeptide resulted in permeabilization of cargo-loaded liposomes upon incubation (Figure 11), further demonstrating the robustness of the His-tag approach.
次に、U87膠芽腫細胞(RGD-結合)及びMCF7乳癌細胞(RGD非結合)の確立された細胞株ペアを用いて、RGD-装飾リポソームが、それらの分子標的に結合できるかどうかを評価した。スルホローダミンBの封入後、まずリポソームをHisタグ化RGDペプチドと、その後、両方の細胞株とインキュベートした。約550のペプチドが、各リポソームに付着した。リポソームの取り込みは、洗浄及び溶解(カーゴ自己消光作用を除去するため)後、細胞内の蛍光を試験することによって評価した。図5bに示すように、標的化CoPoPリポソームとインキュベートされたU87細胞では、高いリポソーム取り込みが観察されたのに対し、MCF7細胞で生じた結合は無視できるほどであった。予想通り、RGD標的指向性リガンドがなければ、どの細胞株でも取り込みは生じなかった。リポソーム製剤にPEG-脂質を含有させると、どの細胞株も標的としないリポソームが得られた。PEGの存在は、二重層表面に直接つながれているペプチドを妨害する効果を有していると思われる。過剰の遊離RGDペプチドの存在により結合を阻害することができ、このアプローチの標的特異性を確認した。共焦点顕微鏡法は、これらの結合結果を実証した(図5c)。FAM標識ペプチドは、PoPリポソームによって消光したが、標的指向性ペプチドとリポソームカーゴの両方の結合を検証するのに十分なシグナルが残った。カーゴとペプチドの両方が、U87細胞に内部移行し、共存した状態となった。CoPoPリポソームと標的指向性ペプチドを、U87細胞とのインキュベーションの直前に添加混合すると、標的指向性ペプチド自体はU87細胞に結合したが、リポソームに付着する時間はなく、標的化されないままであった。同じ結果が、ペプチドと結合していない2H-PoPリポソームで観察された。わずか1モル%のCoPoPとともにリポソームが形成された場合、ペプチド結合が維持され(図12a)、U87細胞への選択的結合が維持された(図12b)。Hisタグ化cRGD成分とインキュベートしたカーゴ搭載リポソームを、U87腫瘍を有するヌードマウスに静脈注射した。図5dに示すように、静脈注射後45分で、標的化リポソームが腫瘍内に蓄積し、非標的化リポソームと比べて2.5倍の活性を有した。これらのデータは、CoPoPリポソームは、リポソームのコアにカーゴを積み込むことができること、カーゴの漏出を引き起こすことなく、Hisタグ化標的指向性ペプチドで標識できること、インビトロ及びインビボで、特異的な表面タンパク質を発現している細胞に発現した分子レセプターに向かうことができることを示す。 Next, we evaluated whether RGD-decorated liposomes could bind to their molecular targets using an established cell line pair, U87 glioblastoma cells (RGD-conjugated) and MCF7 breast cancer cells (RGD-unconjugated). After encapsulation of sulforhodamine B, liposomes were first incubated with His-tagged RGD peptides and then with both cell lines. Approximately 550 peptides were attached to each liposome. Liposome uptake was assessed by examining intracellular fluorescence after washing and lysis (to remove cargo self-quenching effects). As shown in Figure 5b, high liposome uptake was observed in U87 cells incubated with targeted CoPoP liposomes, whereas negligible binding occurred in MCF7 cells. As expected, in the absence of RGD targeting ligand, no uptake occurred in any of the cell lines. Inclusion of PEG-lipids in the liposome formulation resulted in liposomes that did not target any of the cell lines. The presence of PEG appears to have an interfering effect on the peptide being tethered directly to the bilayer surface. The presence of excess free RGD peptide was able to inhibit binding, confirming the targeting specificity of this approach. Confocal microscopy verified these binding results (Fig. 5c). The FAM-labeled peptide was quenched by the PoP liposomes, but sufficient signal remained to verify binding of both the targeting peptide and the liposomal cargo. Both cargo and peptide were internalized and colocalized in U87 cells. When CoPoP liposomes and targeting peptide were added and mixed immediately prior to incubation with U87 cells, the targeting peptide itself bound to U87 cells, but did not have time to attach to the liposomes and remained untargeted. The same results were observed with 2H-PoP liposomes without peptide conjugation. When liposomes were formed with only 1 mol% CoPoP, peptide binding was maintained (Fig. 12a) and selective binding to U87 cells was maintained (Fig. 12b). Cargo-loaded liposomes incubated with His-tagged cRGD moieties were injected intravenously into nude mice bearing U87 tumors. As shown in Figure 5d, 45 min after intravenous injection, the targeted liposomes accumulated in the tumor and had 2.5-fold higher activity than nontargeted liposomes. These data indicate that CoPoP liposomes can be loaded with cargo in the liposomal core, can be labeled with His-tagged targeting peptides without causing cargo leakage, and can be directed to molecular receptors expressed on cells expressing specific surface proteins in vitro and in vivo.
リポソームは、生物医学的用途において使用される全ての種類のナノ物質の一部を代表するにすぎない。CoPoPを、Hisタグに対する選択的接着性を有する一般化された表面コーティングとして評価した。金ナノ粒子が、モデルナノ粒子として使用された。これは、金ナノ粒子が、多数の生物学的用途で使用されているためである。脂質-被覆金ナノ粒子のための確率されたプロトコルを使用して、クエン酸塩で安定化した60 nmの金分散系を用いて、PoP-脂質の薄膜を水和した。遠心分離と再懸濁を繰り返すと、クエン酸塩が取り除かれ、ナノ粒子の凝集が生じた(図13a)。しかしながら、PoP-脂質の存在下では、ナノ粒子は被覆され、分散性のままであった。クエン酸塩で安定化した金と比べて、PoP-被覆ナノ粒子は、金を覆う二重層コーティングに対応して、わずかに大きい流体力学的径を有した(図13b)。Hisタグ結合後のコーティングの存在は、540 nmでの金のプラズモンピークに影響を与えず、リガンド結合の温和な性質を実証した(図13c)。図13dに示すように、RGD-His CoPoP-被覆金ナノ粒子だけが、U87細胞を標的とし、遊離RGDは、後方散乱顕微鏡によって測定されるように、結合を阻害した。CoPoP金単独、及びRGD-Hisペプチドを伴う2H-PoP-被覆金は、U87細胞を標的とする効果を有さなかった。 Liposomes represent only a small fraction of the total class of nanomaterials used in biomedical applications. CoPoP was evaluated as a generalized surface coating with selective adhesion to His-tags. Gold nanoparticles were used as model nanoparticles because they are used in numerous biological applications. Using an established protocol for lipid-coated gold nanoparticles, a citrate-stabilized 60 nm gold dispersion was used to hydrate a thin film of PoP-lipids. Repeated centrifugation and resuspension removed the citrate and caused aggregation of the nanoparticles (Fig. 13a). However, in the presence of PoP-lipids, the nanoparticles remained coated and dispersible. Compared to citrate-stabilized gold, PoP-coated nanoparticles had a slightly larger hydrodynamic diameter, corresponding to a bilayer coating over the gold (Fig. 13b). The presence of a coating after His-tag attachment did not affect the gold plasmon peak at 540 nm, demonstrating the mild nature of ligand binding (Fig. 13c). As shown in Figure 13d, only RGD-His CoPoP-coated gold nanoparticles targeted U87 cells, and free RGD inhibited binding as measured by backscattering microscopy. CoPoP gold alone and 2H-PoP-coated gold with RGD-His peptide had no effect on targeting U87 cells.
抗原性リポソームの開発
HIVウイルス侵入を広く中和するモノクローナル抗体の多くが(例えば、2F5、Z13及び4E10)、gp41エンベロープタンパク質の膜近位外部領域(MPER)における保存された線状エピトープを標的とし、MPERをHIVペプチドワクチンの主要ターゲットにしている。しかしながら、それはウイルス侵入中にのみ露出し、中和抗体を産生するためにMPERペプチドを使用する試みは難題に直面している。これは、ワクチン接種戦略は、MPERが中に存在する脂質二重層と抗体の相互作用を考慮すべきだとするパラダイムを生じていた。我々は、リポソーム-結合MPERペプチド配列と組み合わせた、Toll様レセプター4(TLR-4)アゴニスト・モノホスホリルリピドA(MPL)を含むリポソームを使用した。しかしながら、Ni-NTAリポソームへのMPER Hisタグ化ポリペプチドの結合をベースとする単純なアンカー技術の使用は、低い抗体価を生じさせた。我々は、同じアプローチが、CoPoPリポソームを用いて増強できるかどうかを試験した。
Development of antigenic liposomes
Many of the monoclonal antibodies that broadly neutralize HIV viral entry (e.g., 2F5, Z13, and 4E10) target conserved linear epitopes in the membrane-proximal external region (MPER) of the gp41 envelope protein, making the MPER a primary target for HIV peptide vaccines. However, it is only exposed during viral entry, and attempts to use MPER peptides to generate neutralizing antibodies have faced challenges. This has given rise to the paradigm that vaccination strategies should consider antibody interactions with the lipid bilayer in which MPER resides. We used liposomes containing the Toll-like receptor 4 (TLR-4) agonist monophosphoryl lipid A (MPL) combined with liposome-bound MPER peptide sequences. However, the use of a simple anchoring technique based on the attachment of MPER His-tagged polypeptides to Ni-NTA liposomes generated low antibody titers. We tested whether the same approach could be enhanced using CoPoP liposomes.
リポソーム-ペプチドのワクチン接種システムを、MPER-His配列であるNEQELLELDKWASLWNGGKGG-HHHHHHH(配列番号11)とともに使用した。MPER-Hisペプチドを、MPLを含むCoPoPリポソームに結合した。25μgのMPER-His及び25μgのMPLを含む単回注射を、BALB/cマウスと胸腺欠損ヌードマウスに投与した。これは、BALB/cマウスとヌードマウスの両方に、104オーダーの力価を誘発し、強い液性免疫応答を実証した(図6a)。HIVはヘルパーT細胞集団に感染し、B細胞を介した応答を重要なものにしているので、このことは重要となり得る。ブースター注射の後、無胸腺ヌードマウスの抗MPER力価は影響を受けなかったが、健常マウスでは1桁の力価増加が認められ、T細胞媒介記憶効果が示された。それゆえ、ワクチン接種プロトコルは、B細胞性及びT細胞性免疫の両方を生じさせた。 A liposome-peptide vaccination system was used with the MPER-His sequence NEQELLELDKWASLWNGGKGG-HHHHHHH (SEQ ID NO: 11). The MPER-His peptide was conjugated to CoPoP liposomes containing MPL. A single injection containing 25 μg of MPER-His and 25 μg of MPL was administered to BALB/c and athymic nude mice. This induced titers on the order of 104 in both BALB/c and nude mice, demonstrating a strong humoral immune response (Figure 6a). This may be important since HIV infects helper T cell populations, making B cell-mediated responses important. After booster injections, anti-MPER titers in athymic nude mice were unaffected, whereas an order of magnitude increase in titers was observed in healthy mice, indicating a T cell-mediated memory effect. Therefore, the vaccination protocol generated both B cell- and T cell-mediated immunity.
次に、免疫応答の特異性をよりよく判定するために、各種のワクチン成分を試験した(図6b)。MPER-Hisペプチドは、それ自体で、フロイント完全アジュバント中で、又はMPLを含む2H-PoPリポソームとともに注射された場合、抗体を誘発しなかった。興味深いことに、ペプチドを、MPLを含まないCoPoPリポソームとともに投与すると、抗体は全く産生されなかった。別の脂質アジュバントである、トレハロースジベヘネート(TDB)も、抗体産生を誘発しなかった。TDBはTLR-4に作用しないことから、リポソームワクチンシステムの免疫活性化におけるMPLの重要性が強調される。Ni-NTAリポソームに結合したMPER-Hisを使用した場合、以前の報告と一致する、103未満の弱い抗体価が確認された。しかしながら、CoPoPリポソームを使用すると、二桁強い応答が観察された。おそらく、インビボにおける、リポソームへのペプチドの安定な結合は、この効果の直接の原因である。このCoPoP免疫化戦略は有効であり、抗体価は少なくとも3ヶ月間持続したが、Ni-NTAリポソームでは一か月を超えると抗体は検出されなかった(図6c)。 Next, various vaccine components were tested to better determine the specificity of the immune response (Fig. 6b). The MPER-His peptide did not elicit antibodies when injected by itself, in Freund's complete adjuvant, or together with 2H-PoP liposomes containing MPL. Interestingly, when the peptide was administered together with CoPoP liposomes without MPL, no antibodies were produced. Another lipid adjuvant, trehalose dibehenate (TDB), also did not elicit antibody production. TDB does not act on TLR-4, emphasizing the importance of MPL in immune activation in the liposomal vaccine system. When MPER-His bound to Ni-NTA liposomes was used, weak antibody titers of less than 10 3 were observed, consistent with previous reports. However, when CoPoP liposomes were used, a two-order-of-magnitude stronger response was observed. Presumably, the stable binding of the peptide to the liposomes in vivo is directly responsible for this effect. This CoPoP immunization strategy was effective, with antibody titers sustained for at least 3 months, whereas Ni-NTA liposomes produced no detectable antibodies beyond one month (FIG. 6c).
マウスのワクチン接種後の血清をプールし、プロテインGアガロースを使用して精製し、精製IgGを得た。その後、これを使用して、HIVによるウイルス侵入の阻害を評価した(図6d)。ワクチン接種マウスの精製IgGを、最終濃度0.2 mg/mLで使用した場合、ウイルス侵入は75%以上阻害された。この阻害効果は、2μg/mLの濃度でインキュベートされた広域中和モノクローナル抗体2F5の効果より大きかったが、20μg/mLの濃度でインキュベートされた2F5の効果よりは小さかった。これらのデータは、ウイルスの侵入を防止できる抗体産生を誘導するために、HIV-由来ペプチドとともにCoPoPリポソームを使用するワクチン接種アプローチのポテンシャルを示す。 Post-vaccination sera from mice were pooled and purified using protein G agarose to obtain purified IgG, which was then used to evaluate the inhibition of viral entry by HIV (Fig. 6d). When purified IgG from vaccinated mice was used at a final concentration of 0.2 mg/mL, viral entry was inhibited by more than 75%. This inhibitory effect was greater than that of the broadly neutralizing monoclonal antibody 2F5 incubated at a concentration of 2 μg/mL, but less than that of 2F5 incubated at a concentration of 20 μg/mL. These data demonstrate the potential of a vaccination approach using CoPoP liposomes together with HIV-derived peptides to induce antibody production that can prevent viral entry.
本実施例では、Hisタグ化Pfs25(熱帯熱マラリア原虫由来の組換えタンパク質)と、CoPoP及びMPLAを含むリポソームとを使用してワクチンを開発した。 In this example, a vaccine was developed using His-tagged Pfs25 (a recombinant protein derived from Plasmodium falciparum) and liposomes containing CoPoP and MPLA.
リポソームの調製
CoPoPと2H-PoPリポソームを生成するために、1,2-ジミリストイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DMPC)、コレステロール(CHOL)、モノホスホリルリピドA(MPLA)、及びCoPoP(あるいは2H-PoP)を、表示のモル比でクロロホルム中に溶解した(表2)。一晩のN2流と減圧後、乾燥脂質フィルムが形成され、これをPBS中で再水和し、最終脂質濃度を3 mg/mLとした。このリポソーム懸濁液を、氷冷CO2/アセトン及び水浴を使用して、11回の冷凍/解凍サイクルにかけ、続いて200 nmのポリカーボネート膜を通して、60℃で10回押し出した。
Preparation of liposomes
To generate CoPoP and 2H-PoP liposomes, 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC), cholesterol (CHOL), monophosphoryl lipid A (MPLA), and CoPoP (or 2H-PoP) were dissolved in chloroform at the molar ratios indicated (Table 2). After overnight N2 flow and vacuum, a dry lipid film was formed, which was rehydrated in PBS to a final lipid concentration of 3 mg/mL. The liposome suspension was subjected to 11 freeze/thaw cycles using ice-cold CO2 /acetone and water baths, followed by 10 extrusions at 60°C through 200 nm polycarbonate membranes.
Psf25昆虫タンパク質(super sf9細胞から精製した組換えサブユニットPfs25、BCA分析によって測定した濃度は1 mg/mL)を、4℃にて一晩(20時間)リポソームと併せた。H2O中でインキュベートしたPsf25をコントロールとした。ネガティブコントロールとして、BSAをリポソームと併せた。Psf25タンパク質とリポソームの結合は、微小遠心ろ過法で測定した。 Psf25 insect protein (recombinant subunit Pfs25 purified from super sf9 cells, concentration 1 mg/mL as determined by BCA analysis) was combined with liposomes overnight (20 h) at 4°C. Psf25 incubated in H2O served as a control. As a negative control, BSA was combined with liposomes. Binding of Psf25 protein to liposomes was measured by microcentrifuge filtration.
結合のための微小遠心ろ過
CoPoPとPsf25タンパク質、基準PoP(コバルト無し)とPsf25タンパク質、及び水とPsf25タンパク質を、Nanosep遠心装置(100K, OMEGA)内に置いた。使用前に装置をQH2Oですすぎ、1100 rpmで3分間遠心分離した。各サンプルを加え、1400 rpmで3分間回転した。装置をQH2Oで二回洗浄し、1400 rpmで3分間遠心分離した。底のろ液からサンプルを集め、562 nmでの吸光度を測定するBCA分析(Thermo cat.23235)で、タンパク質濃度を分析した。
Microcentrifugal filtration for binding
CoPoP and Psf25 protein, reference PoP (without cobalt) and Psf25 protein, and water and Psf25 protein were placed in a Nanosep centrifuge device (100K, OMEGA). Before use, the device was rinsed with QH2O and centrifuged at 1100 rpm for 3 min. Each sample was added and spun at 1400 rpm for 3 min. The device was washed twice with QH2O and centrifuged at 1400 rpm for 3 min. Samples were collected from the bottom filtrate and analyzed for protein concentration by BCA assay (Thermo cat.23235) measuring absorbance at 562 nm.
ワクチン接種
0日目及び21日目に、CD-1マウス(8週齢のメス、Envigo)に、5、0.5、0.05μgのPsf25タンパク質を筋肉内注射(i.m.)した。表示がある場合、この注射は、リポソーム内に取り込まれた20μgのMPLAも含んだ(Avanti No.699800P)。ISA720も、5μgのPsf25タンパク質とインキュベートされるアジュバントとして使用した。治療グループ及びフローチャートを表3に示す。
Vaccination
CD-1 mice (8 week old female, Envigo) were injected intramuscularly (im) with 5, 0.5, or 0.05 μg of Psf25 protein on
ELISAによる血清抗-Psf25 IgGレベル
抗-Psf25力価を、96-ウェルプレート(Thermo, Maxisorp)で、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)によって評価した。100μLのコーティングバッファー(3.03 g Na2CO3及び6.0 g NaHCO3/1L蒸留水、pH 9.6)中のHisタグ化Psf25(0.1μg)を、ウェル中で一晩4℃でインキュベートした。ウェルを0.1%のTweenを含むPBS(PBS-T)で三回洗浄し、0.1%のカゼインを含むPBS(PBS-C)でブロックし、その後2時間インキュベートした。ウェルをその後PBS-Tで三回洗浄し、ヤギ抗-マウスIgG-HRP(GenScript No.A00160)をPBS-Cで希釈して1μg/mLとし、各ウェルに添加した。ウェルを再度PBS-Tで六回洗浄し、その後テトラメチルベンジジン(Amresco No.J644)を添加した。
Serum anti-Psf25 IgG levels by ELISA Anti-Psf25 titers were assessed by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) in 96-well plates (Thermo, Maxisorp). His-tagged Psf25 (0.1 μg) in 100 μL of coating buffer ( 3.03 g Na2CO3 and 6.0 g NaHCO3 /1 L distilled water, pH 9.6) was incubated in the wells overnight at 4°C. The wells were washed three times with PBS containing 0.1% Tween (PBS-T) and blocked with PBS containing 0.1% casein (PBS-C) and then incubated for 2 h. The wells were then washed three times with PBS-T and goat anti-mouse IgG-HRP (GenScript No. A00160) was diluted in PBS-C to 1 μg/mL and added to each well. The wells were again washed six times with PBS-T, after which tetramethylbenzidine (Amresco No. J644) was added.
結果result
Psf25タンパク質被覆後の、リポソームとタンパク質結合能の特性決定
動的光散乱によって測定した、Psf25タンパク質が結合する前後のCoPoPリポソームの平均径は、それぞれ122.9及び139 nmであり(図14A)、多分散指標は約0.05で同程度であり、結合後も望ましいリポソームのサイズを高い単分散度とともに示した。さらに、Psf25タンパク質が、効率的及び特異的にCoPoPリポソームに結合するかどうかを調べるために、Pfs25をCoPoPリポソーム又は2H-PoPリポソームとともに4℃で一晩インキュベートし、続いて、リポソームへのタンパク質結合を微小遠心ろ過によって測定した。BCA分析によって検出されたろ液中のPfs25の量によると、Psf25の大部分がCoPoPリポソームに結合したが(99.27%)、2H-PoPリポソームには結合しなかった(12.33%)。CoPoPリポソームへのPfs25の結合は、~99%であった(図14A)。
Characterization of Liposomes and Protein Binding Ability after Psf25 Protein Coating The average diameters of CoPoP liposomes before and after Psf25 protein binding were 122.9 and 139 nm, respectively, as measured by dynamic light scattering (Figure 14A), with similar polydispersity indices of about 0.05, indicating desirable liposome sizes with high monodispersity after binding. To further examine whether Psf25 protein efficiently and specifically binds to CoPoP liposomes, Pfs25 was incubated with CoPoP or 2H-PoP liposomes overnight at 4°C, and then protein binding to liposomes was measured by microcentrifuge filtration. The amount of Pfs25 in the filtrate detected by BCA analysis showed that the majority of Psf25 bound to CoPoP liposomes (99.27%) but not to 2H-PoP liposomes (12.33%). Binding of Pfs25 to CoPoP liposomes was ∼99% (Fig. 14A).
抗-Pfs25 IgGレベル Anti-Pfs25 IgG levels
CD-1マウスに、i.m.により、Psf25(5、0.5及び0.05μg濃度)とコンジュゲートしたCoPoP/MPLA/Pfs25リポソームもしくはPsf25とコンジュゲートしていないものを、又は遊離Psf25(ISA70有り又は無し)を、0日目(初回刺激)及び21日目(追加免疫)にワクチン接種した。20日及び42日目に、血清を採取し、抗-Psf25 IgG力価をELISAで測定した(図15A及び図15B)。CoPoP/MPLA/Psf25リポソームによる追加免疫前のマウスは、5μgと0.5μgのPsf25コンジュゲート型グループの両方で、同程度の血清IgGレベルを示した。各治療グループについて、希釈の異なる(1/1000から開始)抗-Psf25 IgG-血清サンプルを、Psf25(プラント)ELISAで試験した(表3)。ここで、カットオフポイントは、0.5に等しいO.D.に設定した。データは、G1及びG2(5又は0.5μgのPsf25タンパク質とコンジュゲートしたCoPoP/MPLA/Pfs25リポソームを表す。表3)において、追加免疫後にIgG価が1/5000から1/45000まで変化したことを示す。他方、0.05μgのPsf25タンパク質とコンジュゲートしたCoPoP/MPLA/Pfs25リポソームのIgG価は、追加免疫後に、1/1000から1/15000に切り替わり、同様の結果がG6(ISA70とインキュベートされた5μgのPsf25タンパク質を表す)で示された。このデータは図16にも反映され、図16は、CoPoP/MPLAリポソーム中の0.05 ugのPfs25の力価が、ISA720中の5μgのPfs25より高い力価を生じさせたことを示す。
CD-1 mice were vaccinated i.m. with CoPoP/MPLA/Pfs25 liposomes conjugated to Psf25 (5, 0.5 and 0.05 μg concentrations), unconjugated to Psf25, or free Psf25 (with or without ISA70) on days 0 (prime) and 21 (boost). On
本実施例では、熱帯熱マラリア原虫のスポロゾイト周囲タンパクに由来するNANPの反復配列を含む合成Hisタグ化ペプチドを使用して、リポソームワクチンを開発した。リポソームは実施例1と同じ組成を有したが、タンパク質の代わりにペプチドを使用した。試験したペプチドを図17Aに示す。動的光散乱によって測定した、異なるNANPが結合する前後のCoPoPリポソームの平均径は、それぞれ122.9及び139 nmであり(図17B)、多分散指標は約0.05で同程度であり、結合後も望ましいリポソームのサイズを高い単分散度とともに示した。さらに、NANPペプチドが効率的及び特異的にCoPoPリポソームに結合するかどうかを調べるために、NANPペプチドをCoPoPリポソーム又は2H-PoPリポソームとともに4℃で一晩インキュベートし、続いて、リポソームへのペプチド結合を微小遠心ろ過によって測定した。BCA分析によって検出されたろ液中のペプチドの量によると、NANPの大部分がCoPoPリポソームに結合したが(様々なペプチド長で、~80%)、2H-PoPリポソームには結合しなかった(20%未満)。CoPoPリポソームへのNANPの結合は、異なるペプチド長のすべてにおいて~80%であった(図17C)。 In this example, a synthetic His-tagged peptide containing the repeat sequence of NANP derived from the circumsporozoite protein of Plasmodium falciparum was used to develop a liposomal vaccine. The liposomes had the same composition as in Example 1, but peptides were used instead of proteins. The peptides tested are shown in Figure 17A. The mean diameters of CoPoP liposomes before and after conjugation of different NANPs, measured by dynamic light scattering, were 122.9 and 139 nm, respectively (Figure 17B), and the polydispersity index was about 0.05, which was comparable, indicating the desired liposome size after conjugation along with high monodispersity. To further examine whether the NANP peptide efficiently and specifically binds to CoPoP liposomes, the NANP peptide was incubated with CoPoP liposomes or 2H-PoP liposomes overnight at 4°C, and peptide binding to liposomes was subsequently measured by microcentrifuge filtration. The amount of peptides in the filtrate detected by BCA analysis showed that the majority of NANP bound to CoPoP liposomes (~80% for various peptide lengths) but not to 2H-PoP liposomes (<20%). NANP binding to CoPoP liposomes was ~80% for all different peptide lengths (Figure 17C).
本実施例では、ホスファチジルセリン(PS)を含むCoPoPリポソームを使用して、Hisタグ化提示分子に対する抗体応答を減少させた。CoPoP:ホスファチジルセリン:DOPC:コレステロール=10:30:30:30で、薄膜水和と押出によって、リポソームを形成した。その後Hisタグ化MPERをリポソームに結合させた。これらのPSリポソームを、MPERで装飾したCoPoP/MPLAリポソームによるワクチン接種の4週間及び2週間前にマウスの足蹠から注射した。図18に示すように、PSリポソームを用いた前処置は、MPERに対するIgG価の減少をもたらした。
In this example, CoPoP liposomes containing phosphatidylserine (PS) were used to reduce antibody responses to His-tagged presentation molecules. Liposomes were formed by thin film hydration and extrusion with a CoPoP:phosphatidylserine:DOPC:cholesterol ratio of 10:30:30:30. His-tagged MPER was then conjugated to the liposomes. These PS liposomes were injected into the footpad of
本実施例では、CoPoPのリポソームは、Hisタグ化細胞透過性ペプチドにより、細胞を標的とした。以下のHisタグ化細胞透過性ペプチドが得られた:
HHHHHHHGRKKRRQRRRPPQ(配列番号13)(TATペプチド);
HHHHHHHRRRRRRRR(配列番号14)(R8ペプチド):
HHHHHHHRQIKIWFQNRRMKWKK(配列番号15)(PENペプチド)。
図19に示すように、[PoP:CoP:CHOL:DMPC][2:5:30:63]を含むCoPoPリポソームと直接水性インキュベーションした後、これらのリポソームは結合し、U87細胞との1時間のインキュベーション後に、取り込まれることができた。
In this example, CoPoP liposomes were targeted to cells by His-tagged cell-penetrating peptides. The following His-tagged cell-penetrating peptides were obtained:
HHHHHHHGRKKRRQRRRPPQ (SEQ ID NO: 13) (TAT peptide);
HHHHHHHRRRRRRRR (SEQ ID NO:14) (R8 peptide):
HHHHHHHRQIKIWFQNRRMKWKK (SEQ ID NO: 15) (PEN peptide).
As shown in Figure 19, after direct aqueous incubation with CoPoP liposomes containing [PoP:CoP:CHOL:DMPC][2:5:30:63], these liposomes were able to bind and be internalized after 1 hour of incubation with U87 cells.
この実施例では、CoPoPリポソームを、融合前RSV抗原(Hisタグ化抗原、RSVのためのDS-Cav1)と共に使用した。Hisタグ化抗原は、機能性抗体を生成するためにCoPoP/PHADシステムと共に使用することができる。 In this example, CoPoP liposomes were used with a pre-fusion RSV antigen (His-tagged antigen, DS-Cav1 for RSV). His-tagged antigens can be used with the CoPoP/PHAD system to generate functional antibodies.
抗原DS-Cav1は、RSVウイルスの表面上のFタンパク質の融合前の形態である。His標識DS-Cav1は、RSV A2に対する中和抗体を誘導することが明らかになっている。 The antigen DS-Cav1 is the pre-fusion form of the F protein on the surface of the RSV virus. His-tagged DS-Cav1 has been shown to induce neutralizing antibodies against RSV A2.
CoPoPリポソームは、抗原とリポソームとの単純な混合でHisタグ化タンパク質に結合し、その結果、得られるリポソームは、均一な配向で提示される立体構造的に無傷の抗原で装飾されるようになる。抗原結合は、生物学的環境において非共有結合的に安定である。CoPoPリポソームが、インビトロ及びインビボにて、抗原提示細胞への改善された抗原送達をもたらすことが示された(別のHisタグ化抗原、Pfs25、マラリア伝達遮断抗原を用いて)。 CoPoP liposomes bind His-tagged proteins by simple mixing of antigen with liposomes, such that the resulting liposomes become decorated with conformationally intact antigens that are presented in a uniform orientation. Antigen binding is non-covalently stable in biological environments. CoPoP liposomes have been shown to provide improved antigen delivery to antigen-presenting cells in vitro and in vivo (using another His-tagged antigen, Pfs25, a malaria transmission-blocking antigen).
Hisタグ化DS-Cav1が、CoPoPリポソームに効率的に結合することが示された。50μL容量の抗原-リポソーム溶液を、CoPoP及びPoP(2Hとも呼ばれる)を使用して調製し、200μLに希釈する。抗原無しのリポソーム、及びリポソーム無しの抗原の参照試料も調製した。試料を20,000 rcfで90分間遠心分離し、得られたリポソームペレットから上清を抽出した。等容量のBCAを添加して、400μLの総容量とした。次に、試料を水浴中で60℃にて10分間インキュベートした。100μL体積の各試料を、96ウェルプレートの3ウェルそれぞれに移し、吸光度を562nmで測定した。抗原-リポソーム上清とリポソームのみの参照試料との間の吸光度の差を使用して、結合パーセントを算出した。ここで、より高い吸光度は、上清中のより高いタンパク質濃度に対応し、ゆえに結合はより少ない。 His-tagged DS-Cav1 was shown to bind efficiently to CoPoP liposomes. A 50 μL volume of antigen-liposome solution was prepared using CoPoP and PoP (also called 2H) and diluted to 200 μL. Liposomes without antigen and antigen without liposomes reference samples were also prepared. Samples were centrifuged at 20,000 rcf for 90 min and the supernatant was extracted from the resulting liposome pellet. An equal volume of BCA was added to a total volume of 400 μL. Samples were then incubated at 60°C in a water bath for 10 min. A 100 μL volume of each sample was transferred to each of three wells of a 96-well plate and the absorbance was measured at 562 nm. The difference in absorbance between the antigen-liposome supernatant and the liposome-only reference sample was used to calculate the percent binding, where higher absorbance corresponds to higher protein concentration in the supernatant and therefore less binding.
次いで、マウスに、6つのアジュバント(PHAD有りのCoPoP、PHAD無しのCoPoP、PHAD有りの2HPoP、水酸化アルミニウム(Alum)、Sigma Adjuvant System(SAS)、及びAddaVax)のうちの1つと共にRSV抗原を注射した。マウスにRSVをワクチン接種した場合、CoPoP/PHAD粒子を含有するRSVワクチンを注射したすべてのマウスは、追加免疫ワクチン接種前に、検出可能なIgG抗体価を示した(図21A)。対照的に、残りの5群からは合計2匹のマウスのみが、検出可能なIgG価を示した。追加接種の2週間後、CoPoP、2HPoP、SASを接種したマウスのIgG価は、いずれも有意な上昇を示したが、PHAD有りのCoPoPが、依然として抗体産生の誘導に最も有効な製剤であった(図21B)。CoPoP/PHADグループの平均抗体価は他の5群を上回り、CoPoP/PHADは、追加免役注射後にワクチンに無反応であったマウスを含まない唯一のグループであった。 Mice were then injected with RSV antigen along with one of six adjuvants (CoPoP with PHAD, CoPoP without PHAD, 2HPoP with PHAD, aluminum hydroxide (Alum), Sigma Adjuvant System (SAS), and AddaVax). When mice were vaccinated with RSV, all mice injected with the RSV vaccine containing CoPoP/PHAD particles exhibited detectable IgG antibody titers prior to booster vaccination (Figure 21A). In contrast, only a total of two mice from the remaining five groups exhibited detectable IgG titers. Two weeks after booster vaccination, IgG titers in mice vaccinated with CoPoP, 2HPoP, and SAS all showed significant increases, but CoPoP with PHAD remained the most effective formulation for inducing antibody production (Figure 21B). The mean antibody titer in the CoPoP/PHAD group exceeded that of the other five groups, and CoPoP/PHAD was the only group that did not contain any mice that were unresponsive to the vaccine after the booster vaccination.
初回注射の35日後にマウスから採取した血清を用いて、RSV中和アッセイを行った(図21C、D)。このアッセイの結果は、CoPoP/PHADワクチンに応答して産生された抗体が、他のどのワクチングループよりも、RSVのA型及びB型を中和するのに有意に有効であることを示す。データから、CoPoP/PHADは、Alum、SAS、及びAddaVaxなどの代替アジュバントと比較して良好に機能すると結論付けられた。さらに、CoPoPリポソームも、CoPoPのPHADアジュバント成分単独も、有効性を増加させるのに十分ではなく、これらの結果は、新規なCoPoP/PHAD製剤の複合効果にのみ起因し得る。 An RSV neutralization assay was performed using serum collected from mice 35 days after the first injection (Figure 21C, D). The results of this assay indicate that antibodies generated in response to the CoPoP/PHAD vaccine were significantly more effective at neutralizing RSV types A and B than any other vaccine group. From the data, it was concluded that CoPoP/PHAD performed better than alternative adjuvants such as Alum, SAS, and AddaVax. Furthermore, neither CoPoP liposomes nor the PHAD adjuvant component of CoPoP alone were sufficient to increase efficacy, and these results can only be attributed to the combined effect of the novel CoPoP/PHAD formulation.
この実施例では、CoPoPリポソームを、ライム病抗原であるOspAと共に使用した。Hisタグ化抗原は、機能性抗体を生成するためにCoPoP/PHADシステムと共に使用することができる。 In this example, CoPoP liposomes were used with the Lyme disease antigen, OspA. His-tagged antigens can be used with the CoPoP/PHAD system to generate functional antibodies.
OspAはライム病抗原である。脂質テールのないB31株タンパク質配列に基づいてHisタグ付きOspAを生成し、図22に示すように精製した。 OspA is a Lyme disease antigen. His-tagged OspA was generated based on the B31 strain protein sequence without the lipid tail and purified as shown in Figure 22.
プロテオリポソームの自然形成は、疎水性二重層へのヒスチジンタグの挿入、及びその後の金属中心へのイミダゾール部分の配位を介して生じる。アクリルアミドゲルの限られた孔径により、リポソーム結合タンパク質と遊離タンパク質との物理的分離を可能にするネイティブ電気泳動を用いて、結合条件を評価した。PHAD:OspAの4:1の観察された最適結合質量比(図23A)は、マラリア抗原であるPfs25を用いた以前の研究と一致する。80μg/mLのOspAを、等量の320μg/mLのCoPoPリポソームと共にインキュベートするには、室温で3時間のインキュベーションが必要である(図23B)。アクリルアミドゲルの目視検査は、15分後に結合のキネティクスがプラトーになり始めたことを示したが、これはおそらく、近くの非結合部位へのその後の結合に対する立体障害に起因する。0分及び15分時点での相対的なバンド強度に基づくと、結合の初期段階は、速い速度で生じたことが推定される。粒子化条件では、特異的結合は、高速遠心分離から得られた上清のマイクロBCA分析に基づいて約80%と推定される(図23C)。同じ方法を用いて、キレート化金属を欠くPoP/PHADリポソームについて低い非特異的結合が観察された。非ヒスチジンタグ化タンパク質であるリゾチームは、CoPoP/PHADにもPoP/PHADリポソームにも結合しなかった。DLS測定に基づくと、インキュベーション後のリポソームサイズは、CoPoP/PHAD及びPoP/PHADリポソームの両方について本質的に同じままである(図23D)。さらに、透過型電子顕微鏡写真は、CoPoP/PHADリポソームが抗原結合後にその形状を保持することを明らかにした(図23E)。 Spontaneous formation of proteoliposomes occurs via insertion of a histidine tag into the hydrophobic bilayer and subsequent coordination of the imidazole moiety to the metal center. Binding conditions were evaluated using native electrophoresis, where the limited pore size of the acrylamide gel allows for physical separation of liposome-bound and free proteins. The observed optimal binding mass ratio of 4:1 PHAD:OspA (Figure 23A) is consistent with previous studies with the malaria antigen Pfs25. Incubation of 80 μg/mL OspA with an equal amount of 320 μg/mL CoPoP liposomes requires 3 h of incubation at room temperature (Figure 23B). Visual inspection of the acrylamide gel showed that the binding kinetics began to plateau after 15 min, likely due to steric hindrance to subsequent binding to nearby non-binding sites. Based on the relative band intensities at 0 and 15 min, it is estimated that the initial stage of binding occurred at a fast rate. In particulate conditions, specific binding is estimated to be about 80% based on microBCA analysis of the supernatant obtained from high-speed centrifugation (Figure 23C). Using the same method, low nonspecific binding was observed for PoP/PHAD liposomes lacking chelated metals. Lysozyme, a non-histidine tagged protein, did not bind to CoPoP/PHAD or PoP/PHAD liposomes. Based on DLS measurements, liposome size after incubation remains essentially the same for both CoPoP/PHAD and PoP/PHAD liposomes (Figure 23D). Furthermore, transmission electron micrographs revealed that CoPoP/PHAD liposomes retain their shape after antigen binding (Figure 23E).
血清安定性試験(図24A)は、37℃でのヒトとのプロテオリポソームのインキュベーションが、12日後に蛍光シグナルを有意に増加させなかったことを示した。これは基本的に、研究期間の間、金属キレート化リポソームにOspAが主に会合したままであることを示す。CoPoPリポソームは、疎水性二重層内の金属キレート結合の戦略的空間位置のために、ニッケルキレート化リポソームと比較して、安定性において100倍を超える増加を示した。血清安定性抗原結合は、流入領域リンパ節への輸送の間のプロテオリポソームの完全性を確実にする。 Serum stability studies (Figure 24A) showed that incubation of proteoliposomes with human at 37°C did not significantly increase the fluorescence signal after 12 days. This essentially indicates that OspA remains predominantly associated with the metal-chelated liposomes during the study period. CoPoP liposomes showed more than 100-fold increase in stability compared to nickel-chelated liposomes due to the strategic spatial location of the metal chelate bond within the hydrophobic bilayer. Serum stable antigen binding ensures the integrity of the proteoliposomes during transport to the draining lymph nodes.
類似のナノ粒子系を用いた以前の研究は、ナノ粒子スキャフォールドへの付着点による免疫原性及び保護効果の多様性を実証した。これは、粒子表面上の適切な抗原エピトープ提示の重要性を強調する。この研究では、ポリヒスチジンタグを保護エピトープの局所性と反対側のN末端に付加して、リポソーム表面上のエピトープ到達性を確実にし、重要なC末端エピトープの起こり得る閉塞を回避した。この立体配置は、基本的にライム病ボレリアの外膜へのリポタンパク質の組込みを模倣している。免疫沈降法を用いたエピトープ利用能の評価は、表面結合OspA上のLA-2エピトープの露出を示した(図24B)。非相同タンパク質に対するモノクローナル抗体である陰性対照は、低いPoP蛍光シグナルを示した。これらの結果は、組換えOspAの二次構造を解明するCD分光測定における発見を間接的に裏付けた。さらに、LA-2抗体-OspA認識は、結合抗原の構造的完全性が、リポソームに結合した後も維持されることを示唆した。 Previous studies with similar nanoparticle systems have demonstrated variability in immunogenicity and protective efficacy depending on the point of attachment to the nanoparticle scaffold. This highlights the importance of proper antigen epitope presentation on the particle surface. In this study, a polyhistidine tag was added to the N-terminus opposite the localization of the protective epitope to ensure epitope accessibility on the liposomal surface and avoid possible blockage of the important C-terminal epitope. This configuration essentially mimics the incorporation of lipoproteins into the outer membrane of Borrelia burgdorferi. Assessment of epitope availability using immunoprecipitation showed exposure of the LA-2 epitope on surface-bound OspA (Figure 24B). A negative control, a monoclonal antibody against a non-homologous protein, showed low PoP fluorescence signal. These results indirectly supported the findings in CD spectroscopy elucidating the secondary structure of recombinant OspA. Furthermore, LA-2 antibody-OspA recognition suggested that the structural integrity of the bound antigen was maintained after binding to liposomes.
抗原送達小胞としてのリポソームの実用性は、抗原提示細胞によるその増強された取り込みに起因する。マウスのマクロファージ様細胞を用いたナノ粒子内部移行研究(図24C)は、表面機能化リポソーム(CoPoP/PoPリポソーム)のみで高い抗原取り込みを示した。抗原の遊離非アジュバント形態又は混合非会合(すなわち、PoP/PHAD)形態では、最小の取り込みが観察された。これらの結果は、ナノ粒子形成における増強された抗原内部移行を実証する研究を裏付ける。混合形態におけるPoP/PHADリポソームのマクロファージ選択的取り込みは、リポソームへの抗原の物理的会合が、リポソームアジュバント作用に必要であり得ることをさらに意味する。表面露出抗原及び免疫刺激剤の免疫細胞への同時送達は、CoPoP/PHADリポソームの重要な側面である。食作用を介する細胞取り込みメカニズムは、サイトカラシンBの存在下で、抗原及びリポソームの両方の取り込みが減少することによって支持される。 The utility of liposomes as antigen delivery vesicles is due to their enhanced uptake by antigen-presenting cells. Nanoparticle internalization studies using mouse macrophage-like cells (Figure 24C) showed high antigen uptake only with surface-functionalized liposomes (CoPoP/PoP liposomes). Minimal uptake was observed with free non-adjuvanted or mixed non-associated (i.e., PoP/PHAD) forms of antigen. These results support studies demonstrating enhanced antigen internalization in nanoparticle formulations. Macrophage-selective uptake of PoP/PHAD liposomes in mixed form further implies that physical association of antigen to liposomes may be necessary for liposomal adjuvant action. Simultaneous delivery of surface-exposed antigen and immunostimulants to immune cells is an important aspect of CoPoP/PHAD liposomes. A phagocytosis-mediated cellular uptake mechanism is supported by the decreased uptake of both antigen and liposomes in the presence of cytochalasin B.
ELISAを用いた免疫原性の評価は、この新規ワクチンプラットフォームが、低抗原量で強い免疫応答を刺激できることを示す。CoPoP/PHADリポソームを用いた相同プライム-ブーストワクチン接種は、他の市販のアジュバントよりも高いOspA特異的IgG抗体価を誘発した(図25A)。さらに、B.burgdorferi B31細胞の表面標識(図25B)は、生成されたOspA特異的抗体が、細胞表面上のエピトープを認識できることを示唆し、免疫沈降アッセイから得られた結果を支持した。蛍光顕微鏡写真はさらに、アラム(alum)での免疫化から誘導された抗OspA抗体の低機能性を明らかにする。CoPoP/PHAD免疫由来の抗血清を用いたイムノブロットにより、OspA特異抗体はライム病ボレリアの異なる株を認識するが、その程度は異なることが示された(図25C)。異なるバンド強度は、異なる遺伝子種にわたるOspAの抗原性不均一性を示す。陰性対照のB.hermsii(ospa遺伝子を欠いている)では、明らかなバンドは認められない。ヒスチジンタグ化OspAを有する大腸菌溶解物について、最小の非特異的バンドが観察された。OspAバンドについて観察されたより低い分子量は、脂質付加シグナル配列をより短いポリヒスチジンセグメントで置換したことに起因する。 Immunogenicity assessment using ELISA indicates that this novel vaccine platform can stimulate a strong immune response at low antigen doses. Homologous prime-boost vaccination with CoPoP/PHAD liposomes elicited higher OspA-specific IgG antibody titers than other commercially available adjuvants (Figure 25A). Furthermore, surface labeling of B. burgdorferi B31 cells (Figure 25B) suggested that the generated OspA-specific antibodies could recognize epitopes on the cell surface, supporting the results obtained from the immunoprecipitation assay. Fluorescence microscopy further reveals the low functionality of anti-OspA antibodies induced from immunization with alum. Immunoblots using antisera derived from CoPoP/PHAD immunization showed that OspA-specific antibodies recognized different strains of Borrelia burgdorferi but to different extents (Figure 25C). Different band intensities indicate the antigenic heterogeneity of OspA across different genotypes. No obvious bands were observed in the negative control B. hermsii (lacking the ospa gene). Minimal non-specific bands were observed for the E. coli lysate with histidine-tagged OspA. The lower molecular weight observed for the OspA band is due to the replacement of the lipidation signal sequence with a shorter polyhistidine segment.
リポソーム製剤にモノホスホリルリピドAの合成バージョンであるPHAD(TLR-4アゴニスト)を含めると、免疫応答がTh1に偏り、アイソタイプがIgG2aに切り替わった。CoPoP/PHADリポソームは、IgG1よりも高レベルのOspA特異的IgG2a抗体を産生した(図26A)。他方、アラムは、より高いレベルのIgG1アイソタイプを誘導した。IgG2aアイソタイプの優性は、このアイソタイプが、IgG1アイソタイプよりもより高い殺菌活性及びより大きな補体活性化能力を示すため、重要である。CoPoP/PHADリポソームについて観察されたTh1に偏った免疫応答は、脾細胞研究における、インターロイキン-4よりもインターフェロン-γのより高い刺激と相関する(図26B)。 Inclusion of PHAD (a TLR-4 agonist), a synthetic version of monophosphoryl lipid A , in the liposomal formulation biased the immune response toward Th1 and switched the isotype to IgG2a. CoPoP/PHAD liposomes produced higher levels of OspA-specific IgG2a antibodies than IgG1 (Figure 26A). Alum, on the other hand, induced higher levels of the IgG1 isotype. The dominance of the IgG2a isotype is important because this isotype exhibits higher bactericidal activity and greater complement activation capacity than the IgG1 isotype. The Th1-biased immune response observed with CoPoP/PHAD liposomes correlates with a higher stimulation of interferon-γ than interleukin-4 in splenocyte studies (Figure 26B).
殺菌アッセイを用いて、スピロヘータを根絶するOspA特異的抗体の能力を実証した。CoPoP/PHAD-OspA免疫化から生成された抗体は、アラム又はPoP/PHADリポソームと比較して、より高い殺菌活性を示した(図27)。CoPoP/PHADリポソームについて計算された50%の殺ボレリア菌力価は、アラムよりも有意に高い。 Bactericidal assays were used to demonstrate the ability of OspA-specific antibodies to eradicate spirochetes. Antibodies generated from CoPoP/PHAD-OspA immunization showed higher bactericidal activity compared to alum or PoP/PHAD liposomes (Figure 27). The calculated 50% borreliacidal titer for CoPoP/PHAD liposomes was significantly higher than alum.
OspAベースの伝播阻止ワクチンは、循環抗体の高レベルに大きく依存している。異なる時点で計算されたELISA力価は、一年後にほとんど同じままであり、これは、抗体応答の高い耐久性を示す(図28)。 The OspA-based transmission blocking vaccine relies heavily on high levels of circulating antibodies. ELISA titers calculated at different time points remained almost the same after one year, indicating a high durability of the antibody response (Figure 28).
この実施例では、CoPoPリポソームを、インフルエンザのための赤血球凝集素抗原及びノイラミニダーゼと共に使用した。Hisタグ化抗原は、機能性抗体を生成するためにCoPoP/PHADシステムと共に使用することができる。 In this example, CoPoP liposomes were used with hemagglutinin antigen and neuraminidase for influenza. His-tagged antigens can be used with the CoPoP/PHAD system to generate functional antibodies.
インフルエンザ赤血球凝集素(HA:hemagglutinin)は、インフルエンザウイルス上の主要な表面抗原であり、主要なワクチン標的である。我々は、His標識H3株HAを得た。図29に示すように、Hisタグ化HAは、CoPoPリポソームに効率的に結合した。 Influenza hemagglutinin (HA) is the major surface antigen on influenza viruses and is a major vaccine target. We obtained His-tagged H3 strain HA. As shown in Figure 29, the His-tagged HA bound efficiently to CoPoP liposomes.
50μL容量の抗原-リポソーム溶液を、CoPoP及びPoP(2Hとも呼ばれる)を使用して調製し、200μLに希釈する。抗原を含まないリポソーム、及び、リポソームを含まない抗原(参照試料)も調製した。試料を20,000rcfで90分間遠心分離し、得られたリポソームペレットから上清を抽出した。等容量のBCAを添加して、総容量を400μLとした。次に、試料を水浴中で60℃にて10分間インキュベートした。各試料100μL容量を、96ウェルプレートの3ウェルのそれぞれに移し、吸光度を562nmで測定した。抗原-リポソーム上清と、リポソームのみの参照試料との間の吸光度の差を使用して、結合パーセントを計算した。ここで、より高い吸光度は、上清中のより高いタンパク質濃度(すなわち、より少ない結合)と相関する。 A 50 μL volume of antigen-liposome solution was prepared using CoPoP and PoP (also called 2H) and diluted to 200 μL. Liposomes without antigen and antigen without liposomes (reference sample) were also prepared. Samples were centrifuged at 20,000 rcf for 90 minutes and the supernatant was extracted from the resulting liposome pellet. An equal volume of BCA was added to a total volume of 400 μL. Samples were then incubated at 60°C in a water bath for 10 minutes. A 100 μL volume of each sample was transferred to each of three wells of a 96-well plate and absorbance was measured at 562 nm. The difference in absorbance between the antigen-liposome supernatant and the liposome-only reference sample was used to calculate the percent binding, where higher absorbance correlates with higher protein concentration in the supernatant (i.e., less binding).
図30に示すように、CoPoPリポソーム及びHisタグ化HAによる免疫化は非常に強力であった。 As shown in Figure 30, immunization with CoPoP liposomes and His-tagged HA was highly potent.
受動的血清移行実験は、ワクチンによる保護が、少なくとも部分的に抗体産生に起因することを確立した(図31)。 Passive serotransfer experiments established that vaccine protection was due, at least in part, to antibody production (Figure 31).
次いで、多重化の能力を、複数のHisタグ化HAを用いて評価した。図32Aに示されるように、種々のHA及びNAタンパク質が、CoPoPリポソームに結合した。免疫化された場合、全てのHAは、最小の交差反応性を有する特異的抗体を生成し得る(図32B)。 The ability to multiplex was then evaluated using multiple His-tagged HAs. As shown in Figure 32A, various HA and NA proteins were bound to CoPoP liposomes. When immunized, all HAs were able to generate specific antibodies with minimal cross-reactivity (Figure 32B).
この実施例は、PHAD、PHAD-504、及び3D6A-PHADを含む、異なるタイプの合成MPLAが、本組成物及び方法において使用できることを実証する。これらのアジュバントの構造を図33に示す。リポソームは4:2:1:XのDPPC:コレステロール:CoPoP:MPLAで形成され、この際、MPLAはこれらのタイプの合成バージョンのそれぞれであり、Xは変化し、5、4、3、2、1のいずれかであった。 This example demonstrates that different types of synthetic MPLA, including PHAD, PHAD-504, and 3D6A-PHAD, can be used in the present compositions and methods. The structures of these adjuvants are shown in Figure 33. Liposomes were formed with 4:2:1:X DPPC:cholesterol:CoPoP:MPLA, where MPLA was each of these types of synthetic versions and X was varied to be 5, 4, 3, 2, or 1.
図34に示されるように、全てのタイプのMPLAを含めてリポソームを生成することができ、MPLAの脱落(「CA」)よりも一般的に高い抗体生成を生じる。Hisタグ化Pfs25を、抗原:CoPoPの質量比1:4で混合し、0日目及び21日目にマウスを免疫した。42日目に血清を採取し、Pfs25結合IgG ELISAについて血清を評価した。
As shown in Figure 34, liposomes can be produced containing all types of MPLA, which generally result in higher antibody production than MPLA shedding ("CA"). His-tagged Pfs25 was mixed at a 1:4 mass ratio of antigen:CoPoP and mice were immunized on
本発明を、特定の実施例を通じて説明してきたが、通常の変更は当業者に自明であり、そのような変更は本開示の範囲内であることが意図される。 Although the present invention has been described through specific examples, routine modifications will be apparent to those skilled in the art, and such modifications are intended to be within the scope of this disclosure.
Claims (9)
a)以下のi)及びii)を有する二重層;
i)リン脂質、
ii)コバルトに配位して、コバルトポルフィリンを形成しているポルフィリン
b)ポリヒスチジン-タグ化提示分子、ここで、当該ポリヒスチジン-タグの少なくとも一部は、二重層の疎水性部分に存在し、ポリヒスチジン-タグの一以上のヒスチジンは、前記コバルトポルフィリンのコバルトに配位している;及び
c)リン酸化ヘキサアシル二糖(PHAD);
を含み、ここで、
前記コバルトポルフィリンが、リン脂質にコンジュゲートして、コバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲートを形成しており、
前記ポリヒスチジン-タグ化提示分子の少なくとも一部が、リポソームの外側に露出しており、
前記ポリヒスチジン-タグ化提示分子が微生物由来のエピトープを含んでおり、
前記エピトープが、DS-Cav1、OspA、赤血球凝集素(HA)、又はノイラミニダーゼに由来するものであり、及び
当該リポソームが水性区画を取り囲んでいる、
リポソーム。 A liposome comprising:
a) a bilayer having the following i) and ii)
i) phospholipids,
ii) Porphyrins that coordinate with cobalt to form cobalt porphyrins
b) a polyhistidine-tagged presentation molecule, where at least a portion of the polyhistidine tag is present in a hydrophobic portion of the bilayer and one or more histidines of the polyhistidine tag are coordinated to the cobalt of the cobalt porphyrin; and
c) phosphorylated hexaacyl disaccharides (PHADs);
where
the cobalt porphyrin is conjugated to a phospholipid to form a cobalt porphyrin-phospholipid conjugate;
at least a portion of the polyhistidine-tagged presentation molecule is exposed on the exterior of the liposome;
the polyhistidine-tagged presentation molecule comprises an epitope derived from a microorganism ;
the epitope is derived from DS-Cav1, OspA, hemagglutinin (HA), or neuraminidase; and
The liposome surrounds an aqueous compartment.
Liposomes.
a)コア;
b)以下のi)及びii)を有する、前記コア上の単層又は二重層;
i)リン脂質モノマー、
ii)コバルトに配位して、コバルトポルフィリンを形成しているポルフィリン
c)微生物由来のエピトープを含むポリヒスチジン-タグ化提示分子;及び
d)リン酸化ヘキサアシル二糖(PHAD);
を含み、ここで、
前記コバルトポルフィリンは、リン脂質にコンジュゲートして、コバルトポルフィリン-リン脂質コンジュゲートを形成しており、
前記ポリヒスチジン-タグの少なくとも一部は、単層又は二重層の疎水性部分に存在し、
前記ポリヒスチジン-タグの一以上のヒスチジンは、前記コバルトポルフィリンのコバルトに配位しており、
前記ポリヒスチジン-タグ化提示分子の少なくとも一部は、ナノ構造体の外側に露出しており、及び
前記エピトープは、DS-Cav1、OspA、赤血球凝集素(HA)、又はノイラミニダーゼに由来するものである、
ナノ構造体。 A nanostructure comprising:
a) core ;
b) a monolayer or bilayer on said core having: i) and ii) a polyimide layer;
i) phospholipid monomers,
ii) Porphyrins that coordinate with cobalt to form cobalt porphyrins
c) a polyhistidine-tagged presentation molecule that contains an epitope derived from a microorganism ; and
d) phosphorylated hexaacyl disaccharides (PHADs);
where
the cobalt porphyrin is conjugated to a phospholipid to form a cobalt porphyrin-phospholipid conjugate;
at least a portion of said polyhistidine-tag is present in a hydrophobic portion of the monolayer or bilayer,
one or more histidines of the polyhistidine tag are coordinated to the cobalt of the cobalt porphyrin;
At least a portion of the polyhistidine- tagged presentation molecule is exposed on the exterior of the nanostructure ; and
the epitope is derived from DS-Cav1, OspA, hemagglutinin (HA), or neuraminidase;
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