JPWO2016027699A1 - 核酸送達のためのカチオン性脂質 - Google Patents

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Abstract

本発明の目的は、機能性核酸を送達するためのキャリアである脂質膜構造体として用いた場合に、従来のカチオン性脂質よりも、高い細胞内送達効率を達成できるカチオン性脂質を提供することにある。式(1)で表されるカチオン性脂質。(式中、各記号は、本明細書で定義したとおりである。)

Description

本発明は核酸送達のためのカチオン性脂質、これを含む脂質膜構造体、及びこれらの用途に関する。
核酸医薬品は、機能性核酸を細胞質内に送達して病原タンパク質の発現を抑制するものであり、次世代の医薬品として注目され、多くの研究が行われてきた。機能性核酸は血中での安定性が低く速やかに分解される問題点があるためキャリアが不可欠となっている。核酸を送達するキャリアとしては、ウィルス、ポリマーミセル、リポソーム等の脂質膜構造体が挙げられる。
ウィルスキャリアは発現効率の高さから最も汎用されているが、病原性や抗原性を有し、さらに機能性の付与が難しいといった問題点がある。そのため、より安全性の高い非ウィルスキャリアの開発が求められており、ポリマーミセル、脂質膜構造体等の研究が進められている。ポリマーミセルはポリエチレングリコール(以下、「PEG」と称する)やポリアミノ酸等から構成されるキャリアであるが、臨床開発例は未だ少ない。
脂質膜構造体は、カチオン性脂質やリン脂質等で構成されるキャリアである。キャリアを構成する成分の組成変更や、構造改変による機能性付与が容易であることが利点である。これまでに複数の臨床開発が行われており、最も一般的に用いられている非ウィルスキャリアである。
脂質膜構造体をキャリアとして用い、効果的に機能性核酸を細胞内に送達するには、脂質膜構造体の血中安定性や腫瘍集積性等、体内動態を改善する他に、細胞への取り込みや、エンドソーム脱出能等、細胞内動態を向上させることが必要となる。
脂質膜構造体の構成成分の1つであるカチオン性脂質は、脂質膜構造体にpH応答性を付与する目的で使用される。カチオン性脂質の使用により、血中等の生理的環境下においては脂質膜構造体を安定に存在させる一方で、細胞内のような酸性環境下においては脂質膜構造体を崩壊させることで、薬物の細胞質内への放出が可能になる。
カチオン性脂質は、大別して疎水性部と親水性部から構成されており、疎水性部は脂肪酸残基やステロール残基等の疎水性基、親水性部はアミノ基またはアンモニウム基等のカチオン性基である。特に、疎水性部に疎水性基を2つ、親水性部にアミノ基またはアンモニウム基等のカチオン性基を1つ含む構造(2鎖型カチオン性脂質)が多く知られている。
脂質膜構造体に用いられるカチオン性脂質としては、公知化合物である1,2−Dioleoyl−3−dimethylaminopropane(以下、「DODAP」と称する)や、1,2−Dilinoleoyl−3−dimethylaminopropane(以下、「DLinDAP」と称する)等が挙げられる。
カチオン性脂質に含まれるアミノ基が周辺のpHの低下に伴ってプロトン化されカチオン性に変化することで、脂質膜構造体にpH応答性が付与される。
生体に投与された脂質膜構造体はエンドソームに取り込まれる。初期エンドソームはゴルジ体近傍へ移動していくに従い、多数の小胞体を内部に含んだ後期エンドソームへと成熟し、リソソームと結合することが知られている。後期エンドソームとリソソームが結合すると、リソソーム内の分解酵素により機能性核酸が分解されるため、機能性核酸を効率的に細胞内に送達するには、初期エンドソームから、後期エンドソームとリソソームが結合するまでの間に機能性核酸を細胞質内へ放出する必要がある。
しかし非特許文献1では、機能性核酸を封入した脂質膜構造体が細胞質内へ機能性核酸を放出するのは初期エンドソームの段階のみであり、その上放出量は数%であることが主張されている。
このように、当該分野での技術進歩にも関わらず、従来のカチオン性脂質を用いた脂質膜構造体により達成される細胞内への核酸送達能は十分に満足できるものではない。
Nature Biotechnology, 31, 638−646 (1 July 2013)
本発明の課題は、機能性核酸を送達するためのキャリアである脂質膜構造体として用いた場合に、従来のカチオン性脂質よりも、高い細胞内送達効率を達成できるカチオン性脂質を提供することである。
一般的に、親水性部が小さく疎水性部の大きい円錐型構造を有した脂質は、ラメラ相から逆ヘキサゴナル相へ転移し易いことが知られている。これに対し、従来の2鎖型カチオン性脂質は、生体内でアミノ基がプロトン化されて正に帯電し、アミノ基同士が反発しあうことで親水性部が広がり、脂質膜がラメラ相から逆ヘキサゴナル相へ相転移しにくくなっていると考えられる。よって、従来の2鎖型カチオン性脂質を含む脂質膜構造体では、脂質膜が相転移しにくく脂質膜構造体とエンドソーム膜との膜融合能に乏しいために、該脂質膜構造体を含む核酸導入剤は、細胞質内への機能性核酸送達能が低くなる。
本発明者らは上記課題について鋭意研究した結果、静電的反発による親水性部の広がりを抑えるために、1つ又は2つのカチオン性基を有し、さらに疎水性部を大きくするために、疎水性基を1つ乃至4つ導入したカチオン性脂質を開発した。本発明のカチオン性脂質を含む脂質膜構造体は、生体内のような酸性条件下での膜融合能が高く、該脂質膜構造体を用いた核酸導入剤は、従来の2鎖型カチオン性脂質を含む脂質膜構造体を用いた核酸導入剤よりも、細胞質内への機能性核酸の送達能が顕著に高いことを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、以下の内容を包含する。
[1]式(1):
(式中、X〜Xは、そのいずれか4個が、独立して、式(X)で表される基、式(X)で表される基または水酸基を示し(但し、該4個の全てが水酸基である場合を除く)、残り2個が、独立して、式(X)で表される基または水酸基を示す(但し、該2個の全てが水酸基である場合を除く)。)で表されるカチオン性脂質。
(式中、Rは、炭素数8〜22の脂肪族炭化水素基または炭素数8〜22のアシル基を示し;Yは、−O−または−NH−を示す。)
(式中、Rは、ステロール残基または脂溶性ビタミン残基を示し;Zは、炭素数2または3のアルキレン基を示し;Yは、−O−CO−または−NH−CO−を示す。)
(式中、RおよびRは、独立して、炭素数1〜6のアルキル基を示し、RとRは互いに結合して環を形成していてもよく;Zは、炭素数1〜6のアルキレン基を示し;Yは、−O−、−O−CO−または−NH−CO−を示し;nは、0または1である。)
[2]X〜Xのいずれか4個が独立して式(X)で表される基または式(X)で表される基であり、残り2個が独立して式(X)で表される基である、[1]記載のカチオン性脂質。
[3]X〜Xのいずれか4個が独立して式(X)で表される基であり、残り2個が独立して式(X)で表される基である、[1]記載のカチオン性脂質。
[4]Rが、炭素数10〜20の脂肪族炭化水素基または炭素数10〜20のアシル基である、[1]〜[3]のいずれかに記載のカチオン性脂質。
[5]Rが、不飽和結合を含む炭素数10〜20の脂肪族炭化水素基または炭素数10〜20のアシル基である、[1]〜[3]のいずれかに記載のカチオン性脂質。
[6]Yが、−O−である、[1]〜[5]のいずれかに記載のカチオン性脂質。
[7]X〜Xのいずれか4個が独立して式(X)で表される基であり、残り2個が独立して式(X)で表される基である、[1]記載のカチオン性脂質。
[8][1]〜[7]のいずれかに記載のカチオン性脂質を含む脂質膜構造体。
[9][8]記載の脂質膜構造体および核酸を含む核酸導入剤。
本発明は、1つ乃至4つの疎水性基を含む疎水性部と、1つ又は2つのカチオン性基を含む親水性部からなるカチオン性脂質、当該カチオン性脂質を含む脂質膜構造体、当該脂質膜構造体および核酸を含む核酸導入剤に関するものである。本発明のカチオン性脂質は、安定な脂質膜構造体を形成でき、脂質膜構造体としての酸解離定数(以下、「pKa」と称する)を中性付近に調整できる。さらに、本発明のカチオン性脂質を用いた核酸導入剤によって機能性核酸の導入を行うと、エンドソーム内のような弱酸性環境下においてのみエンドソーム膜との高い膜融合能を示し、効率的に機能性核酸を細胞質内に放出させることができる。即ち、本発明のカチオン性脂質を用いた核酸導入剤によって機能性核酸の導入を行うことにより、細胞質内に送達した機能性核酸を介した効率的な遺伝子ノックダウンを達成することができる。
TLM−C2−DMA MEND、TLM−C3−DMA MEND、TLM−C4−DMA MEND、TDM−C3−DMA MEND、TLMES−C3−DMA MEND、DLinDAP MEND、DODAP MENDのヘモライシス活性を示したグラフである。 第1〜第4MEND、TLM−C3−DMA MEND、TLM−C4−DMA MENDのヘモライシス活性を示したグラフである。 TLM−C2−DMA MEND、TLM−C3−DMA MEND、TLM−C4−DMA MEND、DLinDAP MEND、DODAP MENDによる、FVIIノックダウン活性を示したグラフである。 TLM−C3−DMA MEND、TDM−C3−DMA MEND、TLMES−C3−DMA MENDによる、FVIIノックダウン活性を示したグラフである。 第1〜第4MEND、TLM−C3−DMA MEND、TLM−C4−DMA MENDによる、FVIIノックダウン活性を示したグラフである。 TLM−C3−DMA mMEND、TDM−C3−DMA mMENDによる、mRNA発現活性を示したグラフである。
以下、本発明の実施形態を説明する。
1.本発明のカチオン性脂質
本発明は、式(1)で表されるカチオン性脂質を提供する。
(式中、X〜Xは、そのいずれか4個が、独立して、式(X)で表される基、式(X)で表される基または水酸基を示し(但し、該4個の全てが水酸基である場合を除く)、残り2個が、独立して、式(X)で表される基または水酸基を示す(但し、該2個の全てが水酸基である場合を除く)。)
(式中、Rは、炭素数8〜22の脂肪族炭化水素基または炭素数8〜22のアシル基を示し;Yは、−O−または−NH−を示す。)
(式中、Rは、ステロール残基または脂溶性ビタミン残基を示し;Zは、炭素数2または3のアルキレン基を示し;Yは、−O−CO−または−NH−CO−を示す。)
(式中、RおよびRは、独立して、炭素数1〜6のアルキル基を示し、RとRは互いに結合して環を形成していてもよく;Zは、炭素数1〜6のアルキレン基を示し;Yは、−O−、−O−CO−または−NH−CO−を示し;nは、0または1である。)
式(1)において、X〜Xは、そのいずれか4個が、独立して、式(X)で表される基、式(X)で表される基または水酸基であり(但し、該4個の全てが水酸基である場合を除く)、残り2個が、独立して、式(X)で表される基または水酸基であればよい(但し、該2個の全てが水酸基である場合を除く)が、好ましくは、X〜Xは、そのいずれか4個が、独立して、式(X)で表される基または式(X)で表される基であり、残り2個が、独立して、式(X)で表される基または水酸基であり(但し、該2個の全てが水酸基である場合を除く)、より好ましくは、X〜Xは、そのいずれか4個が、独立して、式(X)で表される基または式(X)で表される基であり、残り2個が、独立して、式(X)で表される基である。
式(1)の一態様として、X〜Xのいずれか4つが、独立して、式(X)で表される基または式(X)で表される基であり、残り2個が、独立して、式(X)で表される基である場合、そのX〜Xにおける式(X)で表される基、式(X)で表される基および式(X)で表される基の組合せは任意であるが、当該組合せの具体例としては、以下(1)〜(8)の組合せが挙げられる。
(1)X、X、XおよびXが、独立して、式(X)で表される基であり、且つXおよびXが、独立して、式(X)で表される基である。
(2)X、X、XおよびXが、独立して、式(X)で表される基であり、且つXおよびXが、独立して、式(X)で表される基である。
(3)X、X、XおよびXが、独立して、式(X)で表される基であり、且つXおよびXが、独立して、式(X)で表される基である。
(4)X、X、XおよびXが、独立して、式(X)で表される基であり、且つXおよびXが、独立して、式(X)で表される基である。
(5)X、X、XおよびXが、独立して、式(X)で表される基であり、且つXおよびXが、独立して、式(X)で表される基である。
(6)X、X、XおよびXが、独立して、式(X)で表される基であり、且つXおよびXが、独立して、式(X)で表される基である。
(7)X、X、XおよびXが、独立して、式(X)で表される基であり、且つXおよびXが、独立して、式(X)で表される基である。
(8)X、X、XおよびXが、独立して、式(X)で表される基であり、且つXおよびXが、独立して、式(X)で表される基である。
中でも原料調達や製造のしやすさの観点から、(1)の組合せが好ましく、特に、X、X、XおよびXの式(X)で表される基が全て同一であり、且つXおよびXの式(X)で表される基が同一である(1)の組合せが好ましい。
また、原料調達や製造のしやすさの観点から、(3)の組合せが好ましく、特に、X、X、XおよびXの式(X)で表される基が全て同一であり、且つXおよびXの式(X)で表される基が同一である(3)の組合せが好ましい。
式(1)の一態様として、X〜Xのいずれか4個が、独立して、式(X)で表される基または式(X)で表される基である場合、残り2個は、例えば、一方が式(X)で表される基であり、他方が水酸基であってよく、あるいは残り2個がいずれも式(X)で表される基であってもよい。
式(1)において、水酸基を示すX〜Xの数は、好ましくは3以下であり、より好ましくは1以下であり、特に好ましくは0である。
式(X)、式(X)および式(X)における各基の定義について、以下に詳述する。
[式(X)]
式(X)は−Y−Rの構造を呈する。
は、炭素数8〜22の脂肪族炭化水素基または炭素数8〜22のアシル基を表す。当該脂肪族炭化水素基およびアシル基に含まれる炭素数は、好ましくは10〜20である。当該脂肪族炭化水素基およびアシル基は、直鎖状であっても分岐または環を有していてもよいが、好ましくは直鎖状である。当該脂肪族炭化水素基およびアシル基は、飽和であっても不飽和結合を含んでいてもよいが、好ましくは不飽和結合を含む。当該脂肪族炭化水素基およびアシル基が不飽和結合を含む場合、これらに含まれる不飽和結合の数は通常1〜6個であり、好ましくは1〜3個であり、より好ましくは1〜2個である。これらに含まれる不飽和結合は炭素−炭素二重結合が好ましい。
炭素数8〜22の脂肪族炭化水素基としては、例えば、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、イコシル基、ヘンイコシル基、ドコシル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル基、ノナデセニル基、イコセニル基、ヘンイコセニル基、ドコセニル基、オクタジエニル基、ノナジエニル基、デカジエニル基、ウンデカジエニル基、ドデカジエニル基、トリデカジエニル基、テトラデカジエニル基、ペンタデカジエニル基、ヘキサデカジエニル基、ヘプタデカジエニル基、オクタデカジエニル基、ノナデカジエニル基、イコサジエニル基、ヘンイコサジエニル基、ドコサジエニル基、オクタデカトリエニル基、イコサトリエニル基、イコサテトラエニル基、イコサペンタエニル基、ドコサヘキサエニル基、イソステアリル基、テトラメチルヘキサデセニル基(フィチル基)等が挙げられ、好ましくはデシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、イコシル基、デセニル基、ドデセニル基、テトラデセニル基、ヘキサデセニル基、オクタデセニル基、イコセニル基、デカジエニル基、ドデカジエニル基、テトラデカジエニル基、ヘキサデカジエニル基、オクタデカジエニル基、イコサジエニル基等の飽和又は不飽和結合を含む炭素数10〜20の脂肪族炭化水素基であり、より好ましくはデセニル基、ドデセニル基、テトラデカジエニル基、ヘキサデカジエニル基、オクタデカジエニル基等の不飽和結合を含む炭素数10〜20の脂肪族炭化水素基である。
炭素数8〜22のアシル基としては、例えば、オクタノイル基、ノナノイル基、デカノイル基、ウンデカノイル基、ドデカノイル基、トリデカノイル基、テトラデカノイル基、ペンタデカノイル基、ヘキサデカノイル基、ヘプタデカノイル基、オクタデカノイル基、ノナデカノイル基、イコサノイル基、ヘンイコサノイル基、ドコサノイル基、オクタエノイル基、ノナエノイル基、デカエノイル基、ウンデカエノイル基、ドデカエノイル基、トリデカエノイル基、テトラデカエノイル基、ペンタデカエノイル基、ヘキサデカエノイル基、ヘプタデカエノイル基、オクタデカエノイル基、ノナデカエノイル基、イコサエノイル基、ヘンイコサエノイル基、ドコサエノイル基、オクタジエノイル基、ノナジエノイル基、デカジエノイル基、ウンデカジエノイル基、ドデカジエノイル基、トリデカジエノイル基、テトラデカジエノイル基、ペンタデカジエノイル基、ヘキサデカジエノイル基、ヘプタデカジエノイル基、オクタデカジエノイル基、ノナデカジエノイル基、イコサジエノイル基、ヘンイコサジエノイル基、ドコサジエノイル基、オクタデカトリエノイル基、イコサトリエノイル基、イコサテトラエノイル基、イコサペンタエノイル基、ドコサヘキサエノイル基、イソステアロイル基、テトラメチルヘキサデカノイル基(フィタノイル基)、レチノイル基等が挙げられ、好ましくはデカノイル基、ドデカノイル基、テトラデカノイル基、ヘキサデカノイル基、オクタデカノイル基、イコサノイル基、デカエノイル基、ドデカエノイル基、テトラデカエノイル基、ヘキサデカエノイル基、オクタデカエノイル基、イコサエノイル基、デカジエノイル基、ドデカジエノイル基、テトラデカジエノイル基、ヘキサデカジエノイル基、オクタデカジエノイル基、イコサジエノイル基等の飽和又は不飽和結合を含む炭素数10〜20のアシル基であり、より好ましくはデカエノイル基、ドデカエノイル基、テトラデカジエノイル基、ヘキサデカジエノイル基、オクタデカジエノイル基等の不飽和結合を含む炭素数10〜20のアシル基である。
式(1)が式(X)で表される基を2個以上含む場合、各Rは同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは全て同一である。
は、−O−または−NH−であり、好ましくは−O−である。式(1)が式(X)で表される基を2個以上含む場合、各Yは同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは全て同一である。
好適な式(X)で表される基としては、Rが、不飽和結合を含む炭素数10〜20の脂肪族炭化水素基またはアシル基であり、Yが、−O−である式(X)で表される基である。
式(1)が式(X)で表される基を2個以上含む場合、各式(X)で表される基は同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは全て同一である。
[式(X)]
式(X)は−Y−Z−CO−Rの構造を呈する。
は、ステロール残基または脂溶性ビタミン残基を示し、好ましくは脂溶性ビタミン残基である。
ステロール残基としては、例えば、コレステリル基(コレステロール残基)、コレスタリル基(コレスタノール残基)、スチグマステリル基(スチグマステロール残基)、β−シトステリル基(β−シトステロール残基)、ラノステリル基(ラノステロール残基)、およびエルゴステリル基(エルゴステロール残基)等が挙げられる。ステロール残基は、好ましくはコレステリル基またはコレスタリル基である。
脂溶性ビタミン残基としては、例えば、レチノール残基、レチナール残基、エルゴステロール残基、7−ヒドロキシコレステロール残基、7−デヒドロコレステロール残基、カルシフェロール残基、コルカルシフェロール残基、ジヒドロエルゴカルシフェロール残基、ジヒドロタキステロ−ル残基、トコフェロール残基、トコトリエノール残基等を挙げることができる。脂溶性ビタミン残基は、好ましくはレチノール残基またはトコフェロール残基である。
式(1)が式(X)で表される基を2個以上含む場合、各Rは、同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは全て同一である。
は、炭素数2または3のアルキレン基を示し、該アルキレン基は直鎖状であっても分岐を有していてもよいが、好ましくは直鎖状である。炭素数2または3のアルキレン基としては、例えばエチレン基、トリメチレン基等が挙げられ、好ましくはトリメチレン基である。
式(1)が式(X)で表される基を2個以上含む場合、各Zは、同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは全て同一である。
は、−O−CO−または−NH−CO−であり、好ましくは−O−CO−である。Yの結合の向きは制限されないが、例えばYが−O−CO−である場合、式(X)は好ましくは−O−CO−Z−CO−Rの構造を呈する。また、例えばYが−NH−CO−である場合、式(X)は好ましくは−NH−CO−Z−CO−Rの構造を呈する。
式(1)が式(X)で表される基を2個以上含む場合、各Yは、同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは全て同一である。
好適な式(X)で表される基としては、Rが、ステロール残基(好ましくはコレステリル基またはコレスタリル基)または脂溶性ビタミン残基(好ましくはレチノール残基またはトコフェロール残基)であり、Zが、炭素数2または3のアルキレン基(好ましくはエチレン基またはトリメチレン基、より好ましくはトリメチレン基)であり、Yが、−O−CO−である式(X)で表される基である。
式(1)が式(X)で表される基を2個以上含む場合、各式(X)で表される基は同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは全て同一である。
[式(X)]
式(X)は−(Y−Z−NRの構造を呈する。
およびRは、独立して、炭素数1〜6のアルキル基を示す。RおよびRは、直鎖状、分岐鎖状および環状のいずれであってもよく、さらにRとRは互いに結合して環を形成してもよい。該アルキル基の炭素数は、好ましくは1〜3である。直鎖状または分岐鎖状の、炭素数1〜6のアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、t−ペンチル基、1,2−ジメチルプロピル基、2−メチルブチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、2,2−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。RとRが互いに結合して環を形成する場合における−NRの例としては、具体的にはアジリジル基、アゼチジル基、アゾリジル基、ピペリジル基等が挙げられる。RおよびRは好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基またはイソプロピル基であり、より好ましくはメチル基である。
とRとは同一であっても異なっていてもよいが、好ましくはRとRとは同一である。
式(1)が式(X)で表される基を2個含む場合、各Rは同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
式(1)が式(X)で表される基を2個含む場合、各Rは同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
は、炭素数1〜6のアルキレン基を示す。Zは、直鎖状であっても分岐を有していてもよいが、好ましくは直鎖状である。炭素数1〜6のアルキレン基としては、例えばメチレン基、エチレン基、トリメチレン基、イソプロピリデン基、テトラメチレン基、イソブチレン基、ペンタメチレン基、ネオペンチレン基、ヘキサメチレン基等が挙げられる。Zは好ましくはメチレン基、エチレン基、トリメチレン基、イソプロピリデン基、テトラメチレン基、ヘキサメチレン基であり、より好ましくはエチレン基、トリメチレン基である。
式(1)が式(X)で表される基を2個含む場合、各Zは同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
は、−O−、−O−CO−または−NH−CO−を示し、好ましくは−O−CO−である。Yの結合の向きは制限されないが、例えばYが−O−CO−である場合、式(X)は好ましくは−(O−CO−Z−NRの構造を呈する。また、例えばYが−O−である場合、式(X)は好ましくは−(O−Z−NRの構造を呈し、Yが−NH−CO−である場合、式(X)は好ましくは−(NH−CO−Z−NRの構造を呈する。
式(1)が式(X)で表される基を2個含む場合、各Yは同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
nは、0または1であり、好ましくは1である。nが1である場合、式(X)は、−Y−Z−NRの構造を呈し、nが0である場合、式(X)は、−NRの構造を呈する。
式(1)が式(X)で表される基を2個含む場合、各nは、同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
好適な式(X)で表される基としては、RおよびRが、独立して、炭素数1〜3のアルキル基(好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基またはイソプロピル基、より好ましくはメチル基)であり、Zが、炭素数1〜6のアルキレン基(好ましくはメチレン基、エチレン基、トリメチレン基、イソプロピリデン基、テトラメチレン基、ヘキサメチレン基、より好ましくはエチレン基、トリメチレン基)であり、Yが、−O−CO−であり、nが1である、式(X)で表される基である。
式(1)が式(X)で表される基を2個含む場合、各式(X)で表される基は同一であっても異なっていてもよいが、好ましくは同一である。
本発明のカチオン性脂質の具体例として、表1記載のTLM−C2−DMA(1,2,5,6−テトラリノレイル−3,4−ジ(ジメチルアミノアセチル)−D−マンニトール)、TLM−C3−DMA(1,2,5,6−テトラリノレイル−3,4−ジ(3−ジメチルアミノプロパノイル)−D−マンニトール)、TLM−C4−DMA(1,2,5,6−テトラリノレイル−3,4−ジ(4−ジメチルアミノブタノイル)−D−マンニトール)、TDM−C3−DMA(1,2,5,6−テトラキス(デセニル)−3,4−ジ(3−ジメチルアミノプロパノイル)−D−マンニトール)、TLMES−C3−DMA(テトラリノレオイル−ジ(3−ジメチルアミノプロパノイル)−D−マンニトール)等が挙げられる。
次に本発明のカチオン性脂質の製造方法について説明する。
本発明のカチオン性脂質の製造方法としては、例えば、水酸基を6つ有する式(1’)で表される化合物に、式(X)で表される基および/または式(X)で表される基、並びに式(X)で表される基を、(i)Xおよび/またはXを導入した後にXを導入する方法、(ii)Xを導入した後にXおよび/またはXを導入する方法、(iii)Xおよび/またはXとXとを同時に導入する方法、またはこれらに準ずる方法等が挙げられる。
本発明のカチオン性脂質の製造方法は特に制限されないが、好ましくは上記(i)の方法である。当該(i)の方法の具体例を以下に挙げるが、本発明のカチオン性脂質の製造方法は、この方法に特に限定されない。
出発化合物としては、例えば、水酸基を6個有する式(1’)で表される化合物において、2個の水酸基を保護基によって保護した化合物、または式(1’)で表される化合物において、4個の水酸基を保護基によって保護した化合物等が挙げられる。
尚、これらの出発化合物は、市販されているものを容易に入手でき、あるいは自体公知の方法またはそれに準ずる方法に従って製造することもできる。
式(1’)に導入する保護基としては、例えばイソプロピリデン基、ベンジリデン基、ベンゾイル基、ベンジル基、トリチル基、4−メトキシトリチル基、4,4’−ジメトキシトリチル基、トリアルキルシリル基(例、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、tert−ブチルジメチルシリル基、tert−ブチルジフェニルシリル基等)等が挙げられる。該保護基の導入方法は特に制限されず、自体公知の方法またはこれに準じた方法により行うことができる。
本発明のカチオン性脂質として、例えば、式(1)におけるX、X、XおよびXが、式(X)で表される基(R:脂肪族炭化水素基、Y:−O−、それ以外の記号は式(X)で定義されるとおり)であり、XおよびXが、式(X)で表される基(Y:−CO−O−、n:1)である式(5)で表される化合物を製造する場合、該式(5)で表される化合物は、出発化合物として式(1a)で表される化合物を用い、以下の工程1(エーテル化)、工程2(脱保護)、工程3(エステル化)、あるいは工程1(エーテル化)、工程2(脱保護)、工程4(エステル化)、工程5(アミノ化)を経て製造することができる。
式中、Aは保護基(例えばイソプロピリデン基、ベンジリデン基、ベンゾイル基、ベンジル基、トリチル基、4-メトキシトリチル基、4,4’−ジメトキシトリチル基、トリアルキルシリル基など)を示し、Bは脱離基(例えば、ヨウ素原子、臭素原子、塩素原子、メタンスルホニルオキシ基、p−トルエンスルホニルオキシ基、トリフルオロメタンスルホニルオキシ基等)を示し、Dは水酸基、またはハロゲン原子(例えば、ヨウ素原子、臭素原子、塩素原子など)を示し、Eは、式(E)で表される基またはビニル基を示す。
(式中、Zは炭素数1〜6のアルキレン基を示し、Bは、脱離基(例えば、ヨウ素原子、臭素原子、塩素原子、メタンスルホニルオキシ基、p−トルエンスルホニルオキシ基、トリフルオロメタンスルホニルオキシ基など)を示す。)
工程1(エーテル化)
式(1a)で表される化合物とR−B(式中、RおよびBは前記と同義である。)で表される化合物とを反応させることにより、式(2)で表される化合物を得る。
反応には水酸化カリウム、水素化ナトリウム、t−ブトキシカリウム等の塩基触媒を使用してもよく、無触媒で行ってもよい。好ましくは水酸化カリウムが触媒として用いられる。使用する触媒量としては、式(1a)で表される化合物に対して通常6〜20モル当量であり、好ましくは8〜12モル当量である。
反応は溶媒を使用しても、無溶媒で行ってもよいが、式(1a)で表される化合物は高極性の固体であり、反応系中で分散させる必要があるため、溶媒の使用が好ましい。溶媒としては、反応を阻害せず、式(1a)で表される化合物が分散するものが使用でき、例えばヘキサン、トルエン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド(以下、「DMSO」と称する)等が挙げられる。これらの中ではトルエンが好ましい。
反応温度は通常20〜150℃であり、好ましくは40〜100℃である。反応時間は通常1〜50時間であり、好ましくは10〜30時間である。
得られた式(2)で表される化合物は、抽出、再結晶、吸着処理、再沈殿、カラムクロマトグラフィー等の手段によって、適宜精製することができる。
工程2(脱保護)
式(2)で表される化合物の保護基を脱保護し、2つの遊離の水酸基を含む式(3)で表される化合物を得る。
反応には酸触媒を使用する。酸触媒としては、塩酸、酢酸、硫酸、リン酸、p−トルエンスルホン酸一水和物等が挙げられるが、好ましくは塩酸である。
使用する触媒量としては式(2)で表される化合物に対して通常1〜50モル当量であり、好ましくは5〜20モル当量である。
反応には溶媒を使用する。溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、水等が挙げられるが、好ましくは、メタノール、エタノールである。
反応温度は通常20〜70℃であり、好ましくは40〜60℃である。反応時間は通常1〜12時間であり、好ましくは4〜8時間である。
得られた式(3)で表される化合物は、抽出、再結晶、吸着処理、再沈殿、カラムクロマトグラフィー等の手段によって、適宜精製することができる。
工程3(エステル化)
式(3)で表される化合物と式(p)(式中、R、R及びZは前記と同義である。)で表される化合物とを反応させることにより、本発明の式(5)で表される化合物を得ることができる。
反応には、ジシクロヘキシルカルボジイミド(以下、「DCC」と称する)、ジイソプロピルカルボジイミド(以下、「DIC」と称する)、1−エチル−3−(ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(以下、「EDC」と称する)等の縮合剤を使用する。
反応には塩基触媒を加える。塩基触媒としては4−ジメチルアミノピリジン(以下、「DMAP」と称する)、ピリジン、トリエチルアミンなどが挙げられるが、好ましくは、DMAPである。
式(p)で表される化合物の仕込み量は、式(3)で表される化合物に対して通常2〜10モル当量であり、好ましくは4〜8モル当量である。
反応は溶媒を使用しても、無溶媒で行ってもよいが、式(p)で表される化合物は高極性の固体であり、反応系中で溶解または分散させる必要があることから、溶媒の使用が好ましい。式(p)で表される化合物を溶解または分散させ得る溶媒としては、例えばクロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、酢酸エチル等が挙げられ、これらの中ではクロロホルムが好ましい。
反応温度は通常10〜60℃であり、好ましくは20〜40℃である。反応時間は通常1〜20時間であり、好ましくは2〜10時間である。
得られた式(5)で表される化合物は、抽出、再結晶、吸着処理、再沈殿、カラムクロマトグラフィー等の手段によって、適宜精製することができる。
工程4(エステル化)
式(3)で表される化合物と式(q)(式中のD、Eは前記と同義である。)で表される化合物とを反応させることにより、式(4)で表される化合物を得ることができる。
式(q)で表される化合物中のDが水酸基の場合、反応には、DCC、DIC、EDC等の縮合剤を使用する。式(3)で表される化合物と式(q)で表される化合物とを直接反応させてもよく、又は式(q)で表される化合物の酸無水物を形成後に式(3)で表される化合物と反応させてもよい。
式(q)で表される化合物中のDがハロゲン原子の場合、副生するハロゲン化水素を中和するために塩基を加える。塩基としては、トリエチルアミン、ピリジンなどが挙げられる。
反応は溶媒を使用する。溶媒としては、クロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、酢酸エチル等が挙げられるが、好ましくはトルエンである。
式(q)で表される化合物の仕込み量は、式(3)で表される化合物に対して通常2〜10モル当量であり、好ましくは2〜5モル当量である。
反応温度は通常0〜60℃、好ましくは10〜40℃であり、反応時間は通常1〜10時間であり、好ましくは1〜5時間である。
得られた式(4)で表される化合物は、抽出、再結晶、吸着処理、再沈殿、カラムクロマトグラフィー等の手段によって、適宜精製することができる。
工程5(アミノ化)
およびRを含む2級アミンと式(4)で表される化合物とを反応させることにより、本発明の式(5)で表される化合物を得ることができる。
反応は炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、t−ブトキシカリウム等の塩基触媒を使用しても、無触媒で行ってもよい。
反応は溶媒を使用しても、無溶媒で行ってもよい。溶媒には、例えば酢酸エチル、ジクロロメタン、クロロホルム、ベンゼン、トルエン、テトラヒドロフラン(以下、「THF」と称する)等が使用でき、これらの中ではトルエンが好ましい。
およびRを含む2級アミンの仕込み量は、式(4)で表される化合物に対して通常1〜20モル当量であり、好ましくは5〜10モル当量である。
反応温度は通常10〜100℃であり、好ましくは60〜80℃である。反応時間は通常1〜10時間であり、好ましくは2〜6時間である。
得られた式(5)で表される化合物は、抽出、再結晶、吸着処理、再沈殿、カラムクロマトグラフィー等の手段によって適宜精製することができる。
当業者であれば、適宜原料を選択し、本明細書の実施例の方法に準じて反応を行うことにより、所望の本発明のカチオン性脂質を製造することができる。
また、例えば、式(1)におけるX、X、XおよびXが、式(X)で表される基(R:アシル基、Y:−O−)であり、XおよびXが、式(X)で表される基(n:1、Y:−CO−O−、それ以外の記号は式(X)で定義されるとおり)である式(9)で表される化合物を製造する場合、該式(9)で表される化合物は、出発化合物として式(1b)で表される化合物を用い、以下の工程6(エステル化)、工程7(脱保護)、工程8(エステル化)、あるいは工程6(エステル化)、工程7(脱保護)、工程9(エステル化)、工程10(アミノ化)を経て製造することができる。
式中、Aは保護基(例えばイソプロピリデン基、ベンジリデン基、ベンゾイル基、ベンジル基、トリチル基、4−メトキシトリチル基、4,4’−ジメトキシトリチル基、トリアルキルシリル基など)を示し、Dは水酸基、またはハロゲン原子(例えば、ヨウ素原子、臭素原子、塩素原子など)を示し、Eは、式(E)で表される基またはビニル基を示す。
(式中、Zは炭素数1〜6のアルキレン基を示し、Bは脱離基(例えば、ヨウ素原子、臭素原子、塩素原子、メタンスルホニルオキシ基、p−トルエンスルホニルオキシ基、トリフルオロメタンスルホニルオキシ基など)を示す。)
工程6(エステル化)
式(1b)で表される化合物とR−D(式中、RおよびDは前記と同義である。)で表される化合物とを反応させることにより、式(6)で表される化合物を得る。
−DのDが水酸基の場合、反応には、DCC、DIC、EDCなどの縮合剤を使用する。使用量は、式(1b)で表される化合物に対して通常4〜10モル当量であり、好ましくは5〜8モル当量である。
反応には塩基触媒を加える。塩基触媒としてはDMAP、ピリジン、トリエチルアミンなどが挙げられるが、好ましくは、DMAPである。
反応には溶媒を使用する。溶媒としては、反応を阻害せず、基質が溶解するものであれば特に限定されない。具体的にはクロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、酢酸エチルなどが挙げられるが、好ましくはクロロホルムである。
反応温度は通常0〜60℃であり、好ましくは10〜40℃である。反応時間は通常1〜50時間であり、好ましくは10〜30時間である。
得られた式(6)で表される化合物は、抽出、再結晶、吸着処理、再沈殿、カラムクロマトグラフィーなどの手段によって、適宜精製することができる。
工程7(脱保護)
式(6)で表される化合物の保護基を脱保護し、2つの遊離の水酸基を含む式(7)で表される化合物を得る。
Aがトリアルキルシリル基である場合、反応にはフッ化物を使用する。フッ化物としては、テトラブチルアンモニウムフルオリド、テトラプロピルアンモニウムフルオリド、テトラエチルアンモニウムフルオリド、テトラメチルアンモニウムフルオリド、フッ化水素酸、フッ化セシウムなどが挙げられるが、好ましくはテトラブチルアンモニウムフルオリドである。
フッ化物の使用量としては、式(6)で表される化合物に対して通常2〜10モル当量であるが、好ましくは4〜8モル当量である。
トリアルキルシリル基の脱保護の過程では、強塩基であるアルコキシドが生成する。アルコキシドが存在すると、エステルの分解や転位が起きるため、速やかに中和する必要がある。よって反応系中にはプロトン源となる酸を加えた方が好ましい。酸は強すぎるとエステルを分解してしまうため弱酸である方が好ましい。具体的には酢酸、シュウ酸、クエン酸、リン酸、安息香酸、ホウ酸、トリエチルアミン塩酸塩などが挙げられるが、好ましくは酢酸である。
酸の使用量としては、式(6)で表される化合物に対して通常2〜10モル当量であるが、好ましくは4〜8当量である。
反応には溶媒を使用する。溶媒としては、テトラヒドロフラン、クロロホルム、酢酸エチル、エタノール、メタノールなどが挙げられるが、好ましくは、テトラヒドロフランである。
反応温度は通常0〜70℃であり、好ましくは10〜60℃である。反応時間は通常1〜12時間であり、好ましくは4〜8時間である。
得られた式(7)で表される化合物は、抽出、再結晶、吸着処理、再沈殿、カラムクロマトグラフィーなどの手段によって、適宜精製することができる。
工程8(エステル化)
式(7)で表される化合物と式(p)(式中、R、R及びZは前記と同義である。)で表される化合物とを反応させることにより、本発明の式(9)で表される化合物を得ることができる。
反応には、DCC、DIC、EDCなどの縮合剤を使用する。反応時は、式(7)で表される化合物と式(p)で表される化合物とを直接反応させてもよく、又は式(p)で表される化合物の酸無水物を形成後に式(7)で表される化合物と反応させてもよい。
反応には塩基触媒を加える。塩基触媒としてはDMAP、ピリジン、トリエチルアミンなどが挙げられるが、好ましくは、DMAPである。
式(p)で表される化合物の仕込み量は、式(7)で表される化合物に対して通常2〜10モル当量であり、好ましくは4〜8モル当量である。
反応は溶媒を使用しても、無溶媒で行ってもよいが、式(p)で表される化合物は高極性の固体であり、反応系中で分散させる必要があることから、溶媒の使用が好ましい。式(p)で表される化合物を分散させ得る溶媒としては、例えばクロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、酢酸エチルなどが挙げられ、これらの中ではクロロホルムが好ましい。
反応温度は通常10〜60℃であり、好ましくは20〜40℃である。反応時間は通常1〜20時間であり、好ましくは2〜10時間である。
得られた式(9)で表される化合物は、抽出、再結晶、吸着処理、再沈殿、カラムクロマトグラフィーなどの手段によって、適宜精製することができる。
工程9(エステル化)
式(7)で表される化合物と式(q)(式中のD、Eは前記と同義である。)で表される化合物とを反応させることにより、式(8)で表される化合物を得ることができる。
式(q)で表される化合物中のDが水酸基の場合、反応には、DCC、DIC、EDCなどの縮合剤を使用する。式(7)で表される化合物と式(q)で表される化合物とを直接反応させてもよく、又は式(q)で表される化合物の酸無水物を形成後に式(7)で表される化合物と反応させてもよい。
反応には塩基触媒を加える。塩基触媒としてはDMAP、ピリジン、トリエチルアミンなどが挙げられるが、好ましくは、DMAPである。
式(q)で表される化合物中のDがハロゲン原子の場合、副生するハロゲン化水素を中和するために塩基を加える。塩基としては、トリエチルアミン、ピリジンなどが挙げられる。
反応は溶媒を使用する。溶媒としては、クロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、酢酸エチルなどが挙げられるが、好ましくはトルエンである。
式(q)で表される化合物の仕込み量は、式(7)で表される化合物に対して通常2〜10モル当量であり、好ましくは2〜5モル当量である。
反応温度は通常0〜60℃、好ましくは10〜40℃であり、反応時間は通常1〜10時間、好ましくは1〜5時間である。
得られた式(8)で表される化合物は、抽出、再結晶、吸着処理、再沈殿、カラムクロマトグラフィーなどの手段によって、適宜精製することができる。
工程10(アミノ化)
およびRを含む2級アミンと式(8)で表される化合物とを反応させることにより、本発明の式(9)で表される化合物を得ることができる。
反応は炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、t−ブトキシカリウムなどの塩基触媒を使用しても、無触媒で行ってもよい。
反応は溶媒を使用しても、無溶媒で行ってもよい。溶媒には、例えば酢酸エチル、ジクロロメタン、クロロホルム、ベンゼン、トルエン、THFなどが使用でき、これらの中ではトルエンの使用が好ましい。
およびRを含む2級アミンの仕込み量は、式(8)で表される化合物に対して通常1〜20モル当量であり、好ましくは5〜10モル当量である。
反応温度は通常10〜100℃であり、好ましくは60〜80℃である。反応時間は通常1〜10時間であり、好ましくは2〜6時間である。
得られた式(9)で表される化合物は、抽出、再結晶、吸着処理、再沈殿、カラムクロマトグラフィーなどの手段によって適宜精製することができる。
当業者であれば、適宜原料を選択し、本明細書の実施例の方法に準じて反応を行うことにより、所望の本発明のカチオン性脂質を製造することができる。
2.本発明の脂質膜構造体
次に本発明の脂質膜構造体について説明する。本発明の脂質膜構造体は、上記式(1)で表されるカチオン性脂質(即ち、本発明のカチオン性脂質)を膜の構成脂質として含有するものである。ここで、本発明における「脂質膜構造体」とは、膜の構成脂質の親水基が界面の水相側に向かって配列した脂質膜構造体を意味する。
本発明の脂質膜構造体の形態は特に限定されないが、例えば、水系溶媒に本発明のカチオン性脂質が分散した形態として、リポソーム(例えば、一枚膜リポソーム、多重層リポソーム等)、O/W型エマルション、W/O/W型エマルション、球状ミセル、ひも状ミセル、または不特定の層状構造物等を挙げることができる。本発明の脂質膜構造体の形態は、好ましくはリポソームである。
本発明の脂質膜構造体は、本発明のカチオン性脂質に加え、それ以外のその他の構成成分をさらに含有してよい。当該その他の構成成分としては、例えば、脂質(例えば、リン脂質(例えば、ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルイノシトール、ホスファチジルセリン、ホスファチジン酸、ホスファチジルグリセロール、ホスファチジルコリン等)、糖脂質、ペプチド脂質、コレステロール、本発明のカチオン性脂質以外のカチオン性脂質、PEG脂質等)、界面活性剤(例えば、CHAPS、コール酸ナトリウム塩、オクチルグリコシド、N−D−グルコ−N−メチルアルカンアミド類、Poloxamer類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類等)、PEG、タンパク質等が挙げられる。本発明の脂質膜構造体における当該その他の構成成分の含有量は、通常5〜90重量%であり、好ましくは10〜30重量%である。
本発明の脂質膜構造体に含まれる本発明のカチオン性脂質は1種類のみであっても、2種類以上を併用してもよい。本発明のカチオン性脂質を2種類以上併用することで、本発明の脂質膜構造体のpKaを4〜7の範囲において任意に調整することができる。本発明の脂質膜構造体のpKaを目的に適した値に調整することで、機能性核酸を高効率に細胞内に送達することが可能である。
本発明の脂質膜構造体に含まれる本発明のカチオン性脂質の含有量は特に限定されないが、例えば、本発明の脂質膜構造体を後述の核酸導入剤において用いた場合、本発明の脂質膜構造体は、核酸を導入するのに十分な量の本発明のカチオン性脂質を含むことが好ましい。本発明の脂質膜構造体に含まれる本発明のカチオン性脂質の含有量は、通常、本発明の脂質膜構造体に含まれる総脂質量の5〜100mol%、好ましくは30〜90mol%、より好ましくは50〜70mol%である。
本発明の脂質膜構造体は、本発明のカチオン性脂質及びその他の構成成分(脂質等)を適当な溶媒または分散媒、例えば、水性溶媒やアルコール性溶媒中に溶解または分散させ、必要に応じて組織化を誘導する操作を行うことにより調製することができる。
「組織化を誘導する操作」としては、例えば、エタノール希釈法、単純水和法、超音波処理、加熱、ボルテックス、エーテル注入法、フレンチ・プレス法、コール酸法、Ca2+融合法、凍結−融解法、逆相蒸発法等の自体公知の方法が挙げられる。
3.本発明の核酸導入剤
本発明のカチオン性脂質を含む脂質膜構造体に核酸を導入させ、それを生体内および/又は生体外の細胞に接触させることにより、該細胞内へ核酸を導入することができる。従って、本発明は、核酸導入剤(以下、「本発明の剤」と称する)も提供する。
本発明の剤は、上述の本発明のカチオン性脂質を含む脂質膜構造体および核酸を含むことを主たる特徴とする。
本発明の剤は、一態様として、本発明の脂質膜構造体及び核酸を含むものであってよく、その場合、当該核酸は、本発明の脂質膜構造体に導入されていることが好ましい。ここで、核酸を本発明の脂質膜構造体に「導入する」とは、脂質二重膜から形成される空間に核酸を封入することを意味する。
本発明の脂質膜構造体に導入し得る核酸は特に制限されず、任意の核酸を使用できる。核酸の種類としては、例えば、DNA、RNA、DNAとRNAのキメラ核酸、DNA/RNAのハイブリッド等を挙げることができるがこれらに限定されない。また、核酸は1〜3本鎖のいずれも用いることができるが、好ましくは1本鎖又は2本鎖である。核酸は、例えば、プリンまたはピリミジン塩基のN−グリコシドであるその他のタイプのヌクレオチド、あるいは非ヌクレオチド骨格を有するその他のオリゴマー(例えば、市販のペプチド核酸(PNA)等)または特殊な結合を含有するその他のオリゴマー(但し、該オリゴマーはDNAやRNA中に見出されるような塩基のペアリングや塩基の付着を許容する配置をもつヌクレオチドを含有する)等であってもよい。さらに該核酸は、例えば、公知の修飾の付加された核酸、当該分野で知られた標識のある核酸、キャップの付いた核酸、メチル化された核酸、1個以上の天然のヌクレオチドを類縁物で置換した核酸、分子内ヌクレオチド修飾のされた核酸、非荷電結合(例えば、メチルホスホネート、ホスホトリエステル、ホスホルアミデート、カルバメート等)を持つ核酸、電荷を有する結合または硫黄含有結合(例えば、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエート等)を持つ核酸、例えば蛋白質(例えば、ヌクレアーゼ、ヌクレアーゼ・インヒビター、トキシン、抗体、シグナルペプチド、ポリ−L−リジン等)や糖(例えば、モノサッカライド等)等の側鎖基を有している核酸、インターカレント化合物(例えば、アクリジン、プソラレン等)を持つ核酸、キレート化合物(例えば、金属、放射活性をもつ金属、ホウ素、酸化性の金属等)を含有する核酸、アルキル化剤を含有する核酸、修飾された結合を持つ核酸(例えば、αアノマー型の核酸等)等であってもよい。
本発明において使用できるDNAの種類は特に制限されず、使用の目的に応じて適宜選択することができ、例えばプラスミドDNA、cDNA、アンチセンスDNA、染色体DNA、PAC、BAC等が挙げられ、好ましくはプラスミドDNA、cDNA、アンチセンスDNAであり、より好ましくはプラスミドDNAである。プラスミドDNA等の環状DNAは適宜制限酵素等により消化され、線形DNAとして用いることもできる。
本発明において使用できるRNAの種類は特に制限されず、使用の目的に応じて適宜選択することができ、例えばsiRNA、miRNA、shRNA、アンチセンスRNA、メッセンジャーRNA(mRNA)、一本鎖RNAゲノム、二本鎖RNAゲノム、RNAレプリコン、トランスファーRNA、リボゾーマルRNA等が挙げられ、好ましくはsiRNA、miRNA、shRNA、mRNA、アンチセンスRNA、RNAレプリコンである。
本発明において用いられる核酸は、当業者が通常用いる方法により精製されていることが好ましい。
本発明の剤は、例えば、疾患の予防および/または治療を目的として、生体内(in vivo)投与することができる。従って、本発明において用いられる核酸は、ある所定の疾患に対して予防および/又は治療活性を有するもの(予防・治療用核酸)が好ましい。そのような核酸としては、例えば、いわゆる遺伝子治療に用いられる核酸等が挙げられる。
本発明の脂質膜構造体に核酸を導入する方法は特に制限されないが、例えば、本発明の脂質膜構造体を形成する際に、本発明の脂質膜構造体の構成成分と所望の核酸とを共存させることにより、本発明の脂質構造体に核酸を導入できる。例えば、エタノール希釈法により本発明の脂質膜構造体を形成する場合は、核酸の水溶液と、本発明の脂質膜構造体の構成成分(脂質等)のエタノール溶液とをボルテックス等で激しく混合した後で、混合物を適切な緩衝液で希釈することにより、核酸が導入された本発明の脂質膜構造体の懸濁液が得られる。単純水和法により本発明の脂質膜構造体を形成する場合は、本発明の脂質膜構造体の構成成分(脂質等)を適切な有機溶媒に溶解し、該溶液をガラス容器に入れ、減圧乾燥することにより溶媒を留去し、脂質薄膜を得た後、ここに、核酸の水溶液を加え、水和させた後に、ソニケーターで超音波処理することにより、核酸が導入された本発明の脂質膜構造体の懸濁液が得られる。
本発明の剤の一形態として、例えば、多機能性エンベロープ型ナノ構造体(Multifunctional envelope−type nano device、以下、「MEND」と称する)が挙げられる。該MENDは、例えば、核酸とポリカチオン(例えば、プロタミン等)との間の静電的複合体を本発明の脂質膜構造体に導入すること等により調製できる(Kogure K et al., Multifunctional envelope−type nano device (MEND) as a non−viral gene delivery system. Adv. Drug Deliv. Rev., 60, 559−571(1 March 2008)。この構造体(MEND)は、核酸等を特定の細胞内に選択的に送達するためのドラッグデリバリーシステムとして用いることができ、例えば、樹状細胞への抗原遺伝子導入によるDNAワクチンや腫瘍の遺伝子治療等に有用である。
核酸が導入された本発明の脂質膜構造体の表面電荷(ゼータ電位)は、好ましくは−10〜+10mVであり、さらに好ましくは−10〜+5mVである。従前の遺伝子導入においては、表面電荷が正に荷電された粒子が主に用いられてきた。これは、負電荷を有する細胞表面のヘパリン硫酸との静電的相互作用を促進し、細胞への取り込みを促進するための方法としては有用であるが、正の表面電荷は、細胞内において導入遺伝子との相互作用による転写抑制やmRNAとの相互作用による翻訳抑制を生み出す可能性がある。表面電荷を上記の範囲内に調整することによりこの問題を解決し得る。表面電荷の測定は、Metasizer Nano(Malvern instruments Ltd.)を用いて行うことができる。表面電荷は、本発明の脂質膜構造体の構成成分の組成を、本発明の目的を損なわない範囲内で適宜調整することにより、所望の値に調整することができる。
本発明の剤と細胞とを接触させることで、本発明の剤に含まれる核酸を細胞内へ導入することができる。当該「細胞」の種類は、特に限定されず、原核生物及び真核生物の細胞を用いることができるが、好ましくは真核生物の細胞である。当該真核生物の種類も、特に限定されず、例えば、ヒトを含む哺乳類(例えば、ヒト、サル、マウス、ラット、ハムスター、ウシ等)、鳥類(例えば、ニワトリ、ダチョウ等)、両生類(例えば、カエル等)、魚類(例えば、ゼブラフィッシュ、メダカ等)等の脊椎動物;昆虫(例えば、蚕、蛾、ショウジョウバエ等)等の非脊椎動物;植物;微生物(例えば、酵母等)等が挙げられる。より好ましくは、本発明で対象とされる細胞は、好ましくは動物細胞(例えば、脊椎動物細胞等)もしくは植物細胞であり、さらに好ましくは哺乳動物細胞である。当該細胞は、癌細胞を含む培養細胞株であっても、個体や組織より単離された細胞、あるいは組織もしくは組織片の細胞であってもよい。また、当該細胞は接着細胞であっても、非接着細胞であってもよい。
生体外(in vitro)において本発明の剤と細胞とを接触させる方法を以下において具体的に説明する。
細胞は本発明の剤との接触の数日前に適当な培地に懸濁し、適切な条件で培養する。本発明の剤との接触時において、細胞は増殖期にあってもよいし、そうでなくてもよい。
当該接触時の培養液は、血清含培地であっても血清不含培地であってもよいが、培地中の血清濃度は30重量%以下が好ましく、20重量%以下であることがより好ましい。培地中に過剰な血清等の蛋白質が含まれていると、本発明の剤と細胞との接触が阻害される可能性がある。
当該接触時の細胞密度は、特に限定されず、細胞の種類等を考慮して適宜設定することが可能であるが、通常1×10〜1×10細胞/mLの範囲である。
このように調製された細胞に、例えば、上述の核酸が導入された本発明の脂質膜構造体の懸濁液を添加する。該懸濁液の添加量は、特に限定されず、細胞数等を考慮して適宜設定することが可能である。細胞へ接触させる際の、該懸濁液における本発明の脂質膜構造体の濃度は、目的とする核酸の細胞内への導入が達成可能な限り特に限定されないが、脂質濃度として、通常1〜100nmol/mL、好ましくは10〜50nmol/mLであり、核酸の濃度として、通常0.01〜100μg/mL、好ましくは0.1〜10μg/mLである。
上述の懸濁液を細胞に添加した後、該細胞を培養する。培養時の温度、湿度、CO濃度等は、細胞の種類を考慮して適宜設定できる。細胞が哺乳動物由来の細胞である場合は、通常、温度は約37℃、湿度は約95%、CO濃度は約5%である。また、培養時間も用いる細胞の種類等の条件を考慮して適宜設定できるが、通常0.1〜24時間の範囲であり、好ましくは0.25〜4時間の範囲であり、より好ましくは0.5〜2時間の範囲である。上記培養時間が短すぎると、核酸が十分細胞内へ導入されず、培養時間が長すぎると、細胞が弱ることがある。
上記培養により、核酸が細胞内へ導入されるが、好ましくは培地を新鮮な培地と交換するか、または培地に新鮮な培地を添加して更に培養を続ける。細胞が哺乳動物由来の細胞である場合は、新鮮な培地は血清又は栄養因子を含むことが好ましい。
また、上記の通り、本発明の剤を用いることで、生体外(in vitro)のみならず、生体内(in vivo)においても核酸を細胞内へ導入することが可能である。即ち、本発明の剤を対象に投与することにより、例えば、核酸が導入された本発明の脂質膜構造体が標的細胞へ到達・接触し、生体内で該脂質膜構造体に導入された核酸が細胞内へ導入される。本発明の剤を投与可能な対象は、特に限定されず、例えば、ヒトを含む哺乳類(例、ヒト、サル、マウス、ラット、ハムスター、ウシ等)、鳥類(例、ニワトリ、ダチョウ等)、両生類(例、カエル等)、魚類(例、ゼブラフィッシュ、メダカ等)等の脊椎動物、昆虫(例、蚕、蛾、ショウジョウバエ等)等の無脊椎動物、植物等を挙げることが出来る。本発明の剤の投与対象は、好ましくはヒトまたは他の哺乳動物である。
標的細胞の種類は特に限定されず、本発明の剤を用いることで、種々の組織(例、肝臓、腎臓、膵臓、肺、脾臓、心臓、血液、筋肉、骨、脳、胃、小腸、大腸、皮膚、脂肪組織等)中の細胞へ、核酸を導入することが可能である。
また、本発明の剤に含まれる脂質膜構造体は、核酸以外の化合物が導入されたものであってよい。本発明の剤が、核酸以外の化合物が導入された脂質膜構造体を含む場合、本発明の剤の対象(例えば、脊椎動物、無脊椎動物等)への投与方法は、標的細胞へ該脂質膜構造体が到達・接触し、該脂質膜構造体に導入された化合物を細胞内へ導入可能な方法であれば特に限定されず、導入化合物の種類、標的細胞の種類や部位等を考慮して、自体公知の投与方法(例えば、経口投与、非経口投与(例えば、静脈内投与、筋肉内投与、局所投与、経皮投与、皮下投与、腹腔内投与、スプレー等)等)を適宜選択することができる。本発明の剤の投与量は、化合物の細胞内への導入を達成可能な範囲であれば、特に限定されず、投与対象の種類、投与方法、導入化合物の種類、標的細胞の種類や部位等を考慮して適宜選択することができる。本発明の脂質膜構造体に化合物を導入する方法は特に制限されず、例えば、上述の本発明の脂質膜構造体に核酸を導入する方法と同様の方法またはこれに準じた方法により製造できる。
本発明の剤の剤形は特に制限されないが、例えば、注射剤(例えば、皮下注射剤、静脈内注射剤、筋肉内注射剤、腹腔内注射剤、点滴剤等)等が挙げられる。
本発明の剤は、本発明の脂質膜構造体を、用途(例えば、研究用試薬、医薬等)に応じた常套手段に従って製剤化することにより製造できる。
本発明の剤が研究用試薬として提供される場合、当該本発明の剤は、本発明の脂質膜構造体をそのままで、あるいは例えば水もしくはそれ以外の生理学的に許容し得る液(例えば、水溶性溶媒(例えば、リンゴ酸緩衝液等)、有機溶媒(例えば、メタノール、エタノール、DMSO等)もしくは水溶性溶媒と有機溶媒との混合液等)との無菌性溶液もしくは懸濁液を用いて提供され得る。本発明の剤は適宜、自体公知の生理学的に許容し得る添加剤(例えば、賦形剤、ベヒクル、防腐剤、安定剤、結合剤等)を含むことが出来る。
また、本発明の剤が医薬として提供される場合、当該本発明の剤は、本発明の脂質膜構造体をそのままで用いて、あるいは医薬上許容される公知の添加剤(例えば、担体、香味剤、賦形剤、ベヒクル、防腐剤、安定剤、結合剤等)とともに用い、一般に認められた製剤実施に要求される単位用量形態で混和することによって、経口剤(例えば、錠剤、カプセル剤等)あるいは非経口剤(例えば注射剤、スプレー剤等)として、好ましくは非経口剤(より好ましくは、注射剤)として製造することができる。
本発明の剤は、成人用に加えて、小児用の製剤とすることもできる。
本発明の剤はキットの態様で提供することも可能である。当該キットには、本発明の脂質膜構造体および核酸に加えて、細胞への核酸導入の際に使用する試薬を含むことができる。一態様において、本発明の剤(又はキット)は、ポリカチオン(例えば、プロタミン等)を更に含むことができる。本発明の剤(又はキット)は、ポリカチオン(例えば、プロタミン等)を更に含むことにより、容易に核酸とポリカチオン(例えば、プロタミン等)との間の静電的複合体を、本発明の脂質膜構造体に導入し、MENDを調製できる。当該MENDは、核酸の細胞内導入に利用できる。
以下、実施例を挙げて本発明を詳しく説明するが、本発明は当該実施例に何ら限定されない。
実施例の説明において使用している略語の意味は、それぞれ以下のとおりである。
Lin−Ms:リノレイルメタンスルホネート
MIM:3,4−O−イソプロピリデン−D−マンニトール
TLMIM:1,2,5,6−テトラリノレイル−3,4−O−イソプロピリデン−D−マンニトール
TLM:1,2,5,6−テトラリノレイル−D−マンニトール
TLM−C2−Br:1,2,5,6−テトラリノレイル−3,4−ジ(ブロモアセチル)−D−マンニトール
DMAP:4−ジメチルアミノピリジン
Chol:コレステロール
PEG2000−DMG:1,2−ジミリストイル−sn−グリセロール,メトキシポリエチレングリコール(PEG 分子量:2000)
Decenyl−Ms:デセニルメタンスルホネート
TDMIM:1,2,5,6−テトラキス(デセニル)−3,4−O−イソプロピリデン−D−マンニトール
TDM:1,2,5,6−テトラキス(デセニル)−D−マンニトール
TBDPS−Cl:tert−ブチルジフェニルクロロシラン
DIPEA:ジイソプロピルエチルアミン
DTBDPS−M:1,6−ジ−(tert−ブチルジフェニルシリル)−D−マンニトール
DTBDPS−TLMES:1,6−ジ−(tert−ブチルジフェニルシリル)−2,3,4,5−テトラリノレオイル−D−マンニトール
TLMES:テトラリノレオイル−D−マンニトール
TBAF:テトラブチルアンモニウムフルオリド
表2及び表3に、以下の実施例及び比較例において製造したカチオン性脂質の名称と構造を示した。
[製造例1]
<シリル基保護> DTBDPS−Mの合成
D−マンニトール(東京化成工業株式会社製)3.0g(16.5mmol)にN,N−ジメチルホルムアミド48mL、およびDIPEA(関東化学株式会社製)6.4g(49.4mmol)を加え、攪拌しながら0〜10℃まで冷却した。そこへTBDPS−Cl(東京化成工業株式会社製)13.6g(49.4mmol)をN,N−ジメチルホルムアミド16mLに溶解させた溶液を、10℃を超えないように滴下により加えた。滴下終了後、20℃まで昇温し、2.5時間攪拌した。TLC分析(展開溶媒:クロロホルム/メタノール=9/1(v/v)、過マンガン酸カリウムで発色)により、D−マンニトールおよびモノシリル体が消失していることを確認し、反応を終了した。反応溶液にイオン交換水120mLおよびトルエン60mLを加えて、10分間攪拌子した後、10分間静置し、分層させた。得られたトルエン層をイオン交換水40mLで再度水洗した後、トルエン層を濃縮した。得られた濃縮物をアセトニトリル170mLに溶解させた後、ヘキサン170mLで5回抽出精製を行った。得られたアセトニトリル層の溶媒を留去し、DTBDPS−M9.2gを得た。
得られたDTBDPS−MをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ1.03ppm(s, 18H, (C −)C−)、δ3.79−3.89ppm(m, 8H, −O−C −CH(−OH)−CH(−OH)−)、δ7.25−7.72ppm(m, 20H, tBu−Si(−Ph)−)
[実施例1](TLM−C2−DMAの合成)
<メシル化> Lin−Msの合成
リノレイルアルコール100g(日油株式会社製、純度≧99%)(0.38mol)、トリエチルアミン(関東化学株式会社製)46g(0.45mol)を脱水トルエン500gに加えて溶解させ、窒素雰囲気下で撹拌しながら10℃に冷却した。温度が30℃以下になるように塩化メタンスルホニル(関東化学株式会社製)47g(0.41mol)を2時間かけて滴下した。滴下終了後、TLC分析(展開溶媒:クロロホルム、リン酸硫酸銅発色)によりリノレイルアルコールのスポットが消失したことを確認した。エタノール5.2g(0.11mol)を加え、ろ紙にて不溶物をろ別除去した。ろ液をイオン交換水150gで洗浄し、水層を廃棄した。水洗を再度行った後、得られた有機層に無水硫酸マグネシウム20gを加えて脱水処理を行った。ろ紙にて不溶物をろ別除去し、エバポレーターを用いてろ液の溶媒を留去してLin−Msを120g得た。
得られたLin−MsをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89ppm(t, 3H, C −CH− )、δ1.41−1.26ppm(m, 16H, CH−C −C −C −、−CH=CH−CH−C −C −C −C −C −)、δ1.75ppm(quint, 2H, −C −CH−O−)、δ2.05ppm(q, 4H, −C −CH=CH−CH−CH=CH−C −)、δ2.77ppm(t, 2H, −CH=CH−C −CH=CH−)、δ3.00ppm(s, 3H, −SO−C )、δ4.22ppm(t, 2H, −C −O−)、δ5.41−5.31ppm(m, 4H, −C=C−CH−C=C−)
<エーテル化> TLMIMの合成
MIM(東京化成工業株式会社製)2.0g(9.00mmol)にトルエン40gを加え、さらに水酸化カリウム(関東化学株式会社製)4.2g(74.50mmol)、Lin−Ms18.6g(54.00mmol)を加え、25℃で5分間撹拌した。その後80℃に昇温し、14時間撹拌した。H−NMR分析により、反応生成物由来のピークが出現したこと、Lin−Ms由来のピークの積分値の減少が止まったことを確認し反応を停止した。反応溶液にトルエン60mLとイオン交換水100mLを加え20℃で10分間撹拌した後に10分間静置し分層させた。水層を除去後、水洗を再度行った。次に25wt%食塩水100mLを加え10分間撹拌した後に10分間静置して分層させ、水層を除去した。得られた有機層に無水硫酸マグネシウム2.0gを加え脱水処理を行った。ろ紙にて不溶分をろ別除去しエバポレーターを用いてろ液の溶媒を留去して褐色液体11.5gを得た。
得られた褐色液体10gをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製(溶離液:ヘキサン/酢酸エチル=100/0〜98/2(v/v))し、TLMIMを3.0g得た。 得られたTLMIMをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89ppm(t, 12H, C −CH−)、δ1.38−1.29ppm(m, 64H, CH−C −C −C −, −CH=CH−CH−C −C −C −C −C −)、δ1.38ppm(s, 6H, −O−C(C −O−)、δ1.56ppm(m, 8H, −C −CH−O−)、δ2.05ppm(q, 16H, −C −CH=CH−CH−CH=CH−C −)、δ2.77ppm(t, 8H, −CH=CH−C −CH=CH−)、δ3.54−3.41ppm(m, 10H, −CH−C −O−, −O−CH−C−CH−O−C(CH−)、δ3.67ppm(m, 4H, −O−C −CH−CH−O−C(CH−)、δ4.06ppm(d, 2H, −O−CH−CH−C−O−C(CH−)、δ5.40−5.31ppm(m, 16H, −C=C−CH−C=C−)
<脱保護> TLMの合成
TLMIM6.7g(5.51mmol)にエタノール67mL、イオン交換水4.0g(220.40mmol)、塩酸(4.0M ジオキサン溶液)(東京化成工業株式会社製)13.8mL(塩酸として55.10mmol)を加え、60℃で6h撹拌した。TLC分析(展開溶媒:クロロホルム/メタノール=99.5/0.5(v/v)、リン酸硫酸銅発色)により、TLMIMのスポットが消失したことを確認し反応を終了した。反応液を5℃に冷却しながら13h静置して分層させ、有機層を回収した。回収した有機層は窒素バブリングにより溶媒を留去し、微褐色液体5.1gを得た。
得られた微褐色液体4.6gをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製(溶離液:ヘキサン/酢酸エチル=98/2〜9/1(v/v))し、TLMを3.5g得た。
得られたTLMをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89ppm(t, 12H, C −CH−)、δ1.38−1.28ppm(m, 64H, CH−C −C −C −, −CH=CH−CH−C −C −C −C −C −)、δ1.56ppm(m, 8H, −C −CH−O−)、2.05ppm(q, 16H, −C −CH=CH−CH−CH=CH−C −)、2.77ppm(t, 8H, −CH=CH−C −CH=CH−)、3.30ppm(d, 2H, −O)、3.51−3.42ppm(m, 6H, −O−C −CH−CH−OH, −O−CH−C−CH−OH)、3.68−3.52ppm(m, 8H, −CH−C −O−)、3.82ppm(d, 2H, −O−CH−CH−C−OH)、5.39−5.31ppm(m, 16H, −C=C−CH−C=C−)
<エステル化> TLM−C2−Brの合成
TLM1.0g(0.85mmol)とブロモ酢酸(東京化成工業株式会社製)354.5mg(2.55mmol)をクロロホルム10mLに溶解させた後、DMAP(広栄化学工業株式会社製)51.9mg(0.43mmol)、DIC(東京化成工業株式会社製)321.8mg(2.55mmol)を加え、25℃にて1時間撹拌した。TLC分析(展開溶媒:クロロホルムのみ、リン酸硫酸銅発色)により、TLMのスポットが消失したことを確認した。その後、反応液をイオン交換水10mL、25wt%食塩水10mLで洗浄し、有機層を回収した。回収した有機層に無水硫酸マグネシウム1.0gを加え脱水処理を行い、ろ紙にて不溶分を濾別した。エバポレーターを用いてろ液の溶媒を留去し、微褐色液体を1.6g得た。
得られた微褐色液体をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製(溶離液:ヘキサン/酢酸エチル=100/0〜97/3(v/v))し、TLM−C2−Brを980mg得た。
得られたTLM−C2−BrをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89ppm(t, 12H, C −CH− )、1.38−1.27 ppm (m, 64H, CH−C −C −C −, −CH=CH−CH−C −C −C −C −C −)、1.52 ppm (m, 8H, −C −CH−O−)、2.05 ppm (q, 16H, −C −CH=CH−CH−CH=CH−C −)、2.77 ppm (t, 8H, −CH=CH−C −CH=CH−)、3.51−3.37 ppm (m, 10H, −CH−C −O−−O−CH−C−CH−O−CO−)、3.60 ppm (m, 4H, −O−C −CH−CH−O−CO−)、3.84 ppm (s, 4H, −O−CO−C −)、5.40−5.31 ppm (m, 16H, −C=C−CH−C=C−)、5.51 ppm (d, 2H, −O−CH−CH−C−O−CO−)
<アミノ化> TLM−C2−DMAの合成
TLM−C2−Br300mg(0.21mmol)をTHF2.2mLに溶解させた後、ジメチルアミン(2.0M THF溶液)(東京化成工業株式会社製)846μL(ジメチルアミンとして1.68mmol)を加えて、25℃にて4時間撹拌した。TLC分析(展開溶媒:クロロホルム/メタノール=96/4(v/v)、リン酸硫酸銅発色)により、反応生成物のスポットが出現したこと、並びに原料であるTLM−C2−Brのスポットが消失したことを確認した。反応溶液にクロロホルム8mL、イオン交換水10mLを加えて10分間撹拌を行った後に10分間静置して分層させ、水層を除去した。その後、イオン交換水10mLによる水洗を計3回、25wt%食塩水10mLによる水洗を一回行い、有機層を回収した。回収した有機層に無水硫酸マグネシウム0.5gを加え脱水処理を行った。ろ紙にて不溶分をろ別し除去し、エバポレーターを用いてろ液の溶媒を留去してTLM−C2−DMAを260mg得た。
得られたTLM−C2−DMAをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89ppm(t, 12H, C −CH−)、1.38−1.27ppm(m, 64H, CH−C −C −C −, −CH=CH−CH−C −C −C −C −C −)、1.52ppm(m, 8H, −C −CH−O−)、2.05ppm(q, 16H, −C −CH=CH−CH−CH=CH−C −)、2.35ppm(s, 12H, −N−(C )、2.77ppm(t, 8H, −CH=CH−C −CH=CH−)、3.16ppm(q, 4H、−O−CO−C −)、3.49−3.35ppm(m, 10H, −CH−C −O−−O−CH−C−CH−O−CO−)、3.55ppm(m, 4H, −O−C −CH−CH−O−CO−)、5.40−5.31ppm(m, 16H, −C=C−CH−C=C−)、5.47ppm(d, 2H, −O−CH−CH−C−O−CO−)
[実施例2](TLM−C3−DMAの合成)
<エステル化>
TLM1.0g(0.85mmol)とジメチルアミノプロピオン酸塩酸塩(東京化成工業株式会社製)783.8mg(5.10mmol)をクロロホルム10mLに溶解させた後、DMAP51.9mg(0.43mmol)、DCC(タマ化学工業株式会社製)1.1g(5.10mmol)を加え、25±5℃にて1時間撹拌した。TLC分析(展開溶媒:クロロホルム/メタノール=85/15(v/v)、リン酸硫酸銅発色)により、TLMのスポットが消失したことを確認した。ろ紙にて反応液中の不溶物をろ別除去し、得られたろ液にクロロホルム10mL、イオン交換水20mL、メタノール30mLを加えて洗浄し有機層を回収した。さらに有機層にイオン交換水20mL、メタノール40mLを加えて洗浄し、有機層を回収した。回収した有機層に無水硫酸マグネシウム1.0gを加え脱水処理を行った。ろ紙にて不溶分をろ別除去し、エバポレーターを用いてろ液の溶媒を留去し、微褐色液体を1.6g得た。
得られた微褐色液体をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製(溶離液:クロロホルム/メタノール=98/2〜96/4(v/v))し、TLM−C3−DMAを102mg得た。
得られたTLM−C3−DMAをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89(t, 12H, C −CH−)、δ1.38−1.27(m, 64H, CH−C −C −C −, −CH=CH−CH−C −C −C −C −C −)、δ1.52(m, 8H, −C −CH−O−)、δ2.05(q, 16H, −C −CH=CH−CH−CH=CH−C −)、δ2.23(s, 12H, −N−(C )、δ2.49(t, 4H, −O−CO−C −CH−)、δ2.60(m, 4H, −O−CO−CH−C −)、δ2.77(t, 8H, −CH=CH−C −CH=CH−)、δ3.43(m, 8H, −CH−C −O−)、δ3.53(m, 6H, −O−C −CH−CH−O−CO−, −O−CH−C−CH−O−CO−)、δ5.39−5.30(m, 18H, −C=C−CH−C=C−, −O−CH−CH−C−O−CO−)
[実施例3](TLM−C4−DMAの合成)
<エステル化>
TLM0.5g(0.43mmol)とジメチルアミノ酪酸塩酸塩(ACROS ORGANICS;Thermo Fisher Scientific社製)427.6mg(2.55mmol)をクロロホルム5mLに溶解させた後、DMAP51.9mg(0.43mmol)、DIC321.8mg(2.55mmol)を加え、25℃にて4時間撹拌した。TLC分析(展開溶媒:クロロホルム/メタノール=85/15(v/v)、リン酸硫酸銅発色)により、TLMのスポットが消失したことを確認した。その後、反応液をイオン交換水5mL、エタノール5mLを加えて洗浄し、有機層を回収した。同様の洗浄を再度行い、回収した有機層に硫酸マグネシウム0.5gを加えることで脱水処理を行った。ろ紙にて不溶分をろ別除去し、エバポレーターを用いてろ液の溶媒を留去し、微褐色液体を515.8mg得た。
得られた微褐色液体のうち400mgをシリカゲルクロマトグラフィーにより精製(溶離液:クロロホルム/メタノール=96/4〜8/2(v/v))し、TLM−C4−DMAを244mg得た。
得られたTLM−C4−DMAをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89 ppm (t, 12H, C −CH−)、δ1.38−1.27 ppm (m, 64H, CH−C −C −C −, −CH=CH−CH−C −C −C −C −C −)、δ1.53 ppm (m, 8H, −C −CH−O−)、δ1.77 ppm (quint, 4H、−CH−C 2−CH−N(CH)、δ2.05 ppm (q, 16H, −C −CH=CH−CH−CH=CH−C −)、δ2.21 ppm (s, 12H, −N−(C )、δ2.28 ppm (t, 4H, −C −CH2−CH−N(CH)、δ2.34 ppm (m, 4H, −CH−CH−C −N(CH)、δ2.77 ppm (t, 8H, −CH=CH−C −CH=CH−)、δ3.54−3.38 ppm (m, 14H, CH−C −O−, −C −CH−CH−O−CO−, −CH−C−CH−O−CO− ), δ5.40−5.32 ppm (m, 18H, −C=C−CH−C=C−, −CH−CH−C−O−CO−)
[実施例4](TDM−C3−DMAの合成)
<メシル化> Decenyl−Msの合成
デセニルアルコール(ALDRICH社製)10.0g(64.0mol)、トリエチルアミン7.8g(76.8mol)を脱水トルエン50gに加えて溶解させ、窒素雰囲気下で撹拌しながら10℃に冷却した。温度が30℃以下になるように塩化メタンスルホニル8.1g(70.4mol)を30分かけて滴下した。滴下終了後、TLC分析(展開溶媒:クロロホルム、リン酸硫酸銅発色)によりデセニルアルコールのスポットが消失していることを確認した。エタノール0.9g(19.2mol)を加え、ろ紙にて不溶物をろ別除去した。ろ液をイオン交換水20gで洗浄し、水層を廃棄した。水洗を再度行った後、得られた有機層に無水硫酸マグネシウム5gを加えて脱水処理を行った。ろ紙にて不溶物をろ別除去し、エバポレーターを用いてろ液の溶媒を留去してDecenyl−Msを14.5g得た。
得られたDecenyl−MsをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89ppm(t, 3H, C −CH−)、δ1.26−1.36ppm(m, 6H, CH−C −C −C −)、δ1.81ppm(quint, 2H, −C −CH−O−)、δ2.02ppm(q, 2H, CH−CH−CH−C −CH=)、δ2.16ppm(q, 2H,=CH−C −CH−CH−O−)、δ3.00ppm(s, 3H, −SO−C )、δ4.23ppm(t, 2H, −C −O−)、δ5.32ppm、δ5.45ppm(q, 2H, −C=C−)
<エーテル化> TDMIMの合成
MIM1.8g(8.1mmol)にトルエン36gを加え、さらに水酸化カリウム3.6g(64.8mmol)、Decenyl−Ms11.4g(48.6mmol)を加え、25℃で5分間撹拌した。その後80℃に昇温し、14時間撹拌した。TLC分析(展開溶媒:クロロホルム、リン酸硫酸銅発色)により、Decenyl−Msの残存量が10%未満となったことを確認し、反応を終了した。反応溶液にトルエン42mLとイオン交換水72mLを加え20℃で10分間撹拌した後に10分間静置し分層させた。水層を除去後、水洗を再度行った。次に20wt%食塩水72mLを加え10分間撹拌した後に10分間静置して分層させ、水層を除去した。得られた有機層に無水硫酸マグネシウム3.6gを加え脱水処理を行った。ろ紙にて不溶分をろ別除去しエバポレーターを用いてろ液の溶媒を留去して褐色液体7.5gを得た。
得られた褐色液体7.5gをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製(溶離液:ヘキサン/酢酸エチル=100/0〜98.5/1.5(v/v))し、TDMIMを5.3g得た。
得られたTDMIMをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89ppm(t, 12H, C −CH−)、δ1.26−1.38ppm(m, 24H, CH−C −C −C −)、δ1.38ppm(s, 6H, −O−C(C −O−)、δ1.63ppm(m, 8H, −C −CH−O−)、δ2.02ppm(q, 8H, CH−CH−CH−CH−C −)、δ2.77ppm(t, 8H, −C −CH−CH−O−)、δ3.54−3.41ppm(m, 10H, −CH−C −O−, −O−CH−C−CH−O−C(CH−)、δ3.67ppm(m, 4H, −O−C −CH−CH−O−C(CH−)、δ4.06ppm(d, 2H, −O−CH−CH−C−O−C(CH−)、δ5.40−5.31ppm(m, 16H, −C=C−CH−C=C−)
<脱保護> TDMの合成
TDMIM5.0g(6.5mmol)にエタノール50mL、イオン交換水4.6g(258.0mmol)、塩酸(4Mジオキサン溶液)16.1mL(64.5mmol)を加え、60℃で3時間撹拌した。TLC分析(展開溶媒:クロロホルム/メタノール=99.5/0.5(v/v)、リン酸硫酸銅発色)により、TDMIMと中間体であるモノイソプロピリデン体が消失していることを確認し、反応を終了した。反応液にヘキサン50mLを加えて、25℃で10分攪拌した後、10分間静置し分層させた。上層(ヘキサン層)を回収し、そこへアセトニトリル50mLを加えた。25℃で10分攪拌した後、10分間静置し分層させた。アセトニトリル層を除去した後、再度アセトニトリル洗浄を行った。得られたヘキサン層の溶媒を留去し、微褐色液体4.1gを得た。
得られた微褐色液体4.0gをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製(溶離液:ヘキサン/酢酸エチル=98/2〜95/5(v/v))し、TDMを2.6g得た。
得られたTDMをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89ppm(t, 12H, C −CH−)、δ1.25−1.35ppm(m, 24H, CH−(C −)、δ1.63ppm(m, 8H, −C −CH−O−)、2.01ppm(q, 8H, CH−(CH−C −)、δ2.77ppm(t, 8H, −C −CH−CH−O−)、3.26−3.84ppm(m, 18H, −O−C −C−C−O, −C −C −O−)、5.33−5.38ppm(m, 8H, −C=CH−)
<エステル化> TDMジアクリレート体の合成
TDM500mg(0.68mmol)、トリエチルアミン275mg(2.72mmol)を脱水トルエン5.0gに加え、攪拌した。そこに、脱水トルエン1.0gに溶解したアクリロイルクロリド246mg(2.72mmol)を滴下した。25℃で1h攪拌した後、析出物をろ過し、TDMジアクリレート体のトルエン溶液を得た。
<アミノ化>
TDMジアクリレート体のトルエン溶液に、2.0Mジメチルアミン/テトラヒドロフラン溶液1.7ml(ジメチルアミン3.40mmol)を加え70℃で1h攪拌した。反応溶液を25℃まで冷却し、10wt%食塩水5.0gを加えて10分間攪拌した後、10分間静置し分層させた。下層(水層)を除去し、上層(トルエン層)に、25wt%食塩水5.0gを加えて10分間攪拌した後、10分間静置し分層させた。下層(水層)を除去し、上層(トルエン層)を無水硫酸マグネシウム500mgで脱水、ろ過した後、ろ液を濃縮し、微黄色液体406mgを得た。
得られた微黄色液体のうち300mgをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製(溶離液:ヘキサン/酢酸エチル=99/1〜95/5(v/v))し、TDM−C3−DMAを241mg得た。
得られたTDM−C3−DMAをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89ppm(t, 12H, C −CH−)、δ1.27−1.38ppm(m, 24H, CH−(C −)、δ1.63ppm(m, 8H, −C −CH−O−)、δ2.01ppm(q, 8H, CH−(CH−C −)、δ2.23ppm(s, 12H, −N−(C )、δ2.49ppm(t, 4H, −O−CO−C −CH−)、δ2.60ppm(m, 4H, −O−CO−CH−C −)、δ2.77ppm(t, 8H, −C −CH−CH−O−)、δ3.43(m, 8H, −CH−C −O−)、δ3.53ppm(m, 6H, −O−C −CH−CH−O−CO−)、δ5.39−5.30ppm(m, 10H, −C=C−, −O−CH−CH−C−O−CO−)
[実施例5](TLMES−C3−DMAの合成)
<エステル化> DTBDPS−TLMESの合成
DTBDPS−M4.0g(6.1mmol)、リノール酸(日油社製、純度≧99%)9.4g(33.4mmol)、DMAP0.7g(6.1mmol)をクロロホルム45mLに加え、溶解させた。そこへEDC7.6g(39.5mmol)を加え、30℃で5時間攪拌した。TLC分析(展開溶媒:クロロホルム、過リン酸硫酸銅発色)により、DTBDPS−Mおよび中間体のモノ〜トリエステル体が消失していることを確認し、反応を終了した。反応溶液から溶媒を留去した後、ヘキサン60mLに溶解させた。ヘキサン溶液にアセトニトリル30mLを加え、25℃で10分間攪拌した後、10分間静置し、分層させた。ヘキサン層を回収し、溶媒を留去することで、微黄色液体11.1gを得た。
得られた微黄色液体10.0gをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製(溶離液:ヘキサン/酢酸エチル=99.5/0.5〜99/1(v/v))し、DTBDPS−TLMESを6.8g得た。
得られたDTBDPS−TLMESをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89ppm(t, 12H, C −CH−)、δ1.03ppm(s, 18H, (C −)C−)、δ1.25−1.37ppm(m, 64H, CH−(C −, =CH−(C −CH−CH−)、δ1.47−1.54ppm(m, 8H, −C −CH−CO−O−)、δ2.04ppm(q, 16H, −CH−C −CH=CH−)、δ2.11−2.32(m, 8H, C −CO−O−)、δ2.77ppm(t, 8H, =CH−C −CH=)、δ3.62−3.74ppm(m, 4H, −O−C −CH−)、δ4.99ppm(m, 2H, −O−CH−C−CH−)、δ5.32−5.39ppm(m, 16H, −C=C−CH−C=C−)、δ5.57ppm(m, 2H, −O−CH−CH−C−)、δ7.33−7.63ppm(m, 20H, tBu−Si(−Ph)−)
<脱保護> TLMESの合成
DTBDPS−TLMES3.00g(1.8mmol)をテトラヒドロフランに溶解させ、攪拌しながら5℃まで冷却した。酢酸(関東化学株式会社製)0.7g(12.3mmol)、およびTBAF(1M テトラヒドロフラン溶液)(東京化成工業株式会社製)10.5mL(10.5mmol)を10℃を超えないように滴下により順次加えた。滴下後、25℃で7時間攪拌した。TLC分析(展開溶媒:クロロホルム、リン酸硫酸銅発色)により、DTBDPS−TLMESおよび中間体であるモノシリル体が消失したことを確認し、反応を終了した。反応溶液をクロロホルム30mLで希釈した後、5wt%炭酸水素ナトリウム水溶液30mLを加え、25℃で10分間攪拌した。攪拌後、10分間静置し、分層させ、有機層を回収した。得られた有機層をさらにイオン交換水30mLで水洗した後、溶媒を留去し、微黄色液体3.0gを得た。
得られた微黄色液体2.8gをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製(溶離液:ヘキサン/酢酸エチル=97/3〜80/20(v/v))し、TLMESを1.9g得た。
得られたTLMESをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89ppm(t, 12H, C −CH−)、δ1.25−1.37ppm(m, 64H, CH−(C −, =CH−(C −CH−CH−)、δ1.61ppm(m, 8H, −C −CH−CO−O−)、δ2.04ppm(q, 16H, −CH−C −CH=CH−)、δ2.26−2.37(m, 8H, −C −CO−O−)、δ2.77ppm(t, 8H, =CH−C −CH=)、δ2.90−5.23ppm(m, 8H, −O−C −C−C−)、δ5.32−5.39ppm(m, 16H, −C=C−CH−C=C−)
<エステル化> TLMESジアクリレート体の合成
TLMES1.7g(1.4mmol)、トリエチルアミン0.6g(5.5mmol)を脱水トルエン17gに加え、25℃で攪拌した。そこに脱水トルエン3.4gに溶解したアクリロイルクロリド0.5g(5.5mmol)を滴下した。25℃で1h攪拌した後、析出物をろ過し、TLMESジアクリレート体のトルエン溶液を得た。
<アミノ化> TLMES−C3−DMAの合成
TLMESジアクリレート体のトルエン溶液に、2.0Mジメチルアミン/テトラヒドロフラン溶液6.9mL(13.8mmol)を加え、70℃で1h攪拌した。反応溶液を25℃まで冷却し、10wt%食塩水17gを加えて10分間攪拌した後、10分間静置し分層させた。下層(水層)を除去し、上層(トルエン層)に、25wt%食塩水17gを加えて10分間攪拌した後、10分間静置し分層させた。下層(水層)を除去し、上層(トルエン層)を無水硫酸マグネシウム1.0gで脱水、ろ過した後、ろ液を濃縮し、微黄色液体1.4gを得た。
得られた微黄色液体1.4gをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製(溶離液:ヘキサン/酢酸エチル=99/1〜97/3(v/v))し、TLMES−C3−DMAを0.5g得た。
得られたTLMES−C3−DMAをH−NMR(600MHz、CDCl)にて分析し、目的物であることを確認した。
δ0.89ppm(t, 12H, C −CH−)、δ1.25−1.37ppm(m, 64H, CH−(C −, =CH−(C −CH−CH−)、δ1.61ppm(m, 8H, −C −CH−CO−O−)、δ2.06ppm(q, 16H, −CH−C −CH=CH−)、δ2.22−2.36(m, 20H, −(CH−C −CO−O−, (C −N−)、δ2.47−2.64ppm(m, 8H, (C −N−(C −CO−O−)、δ2.78ppm(t, 8H, =CH−C −CH=)、δ4.04ppm,δ4.30ppm,δ5.11ppm,δ5.47ppm(m, 8H, −O−C −C−C−)、δ5.32−5.39ppm(m, 16H, −C=C−CH−C=C−)
[実施例6] 各種MENDの調製
(1)siRNAとプロタミンからなる核酸静電的複合体の形成
Ultrapure DNase/RNase−Free distilled water(Invitrogen;Thermo Fischer Scientific社)に、siRNA(北海道システム・サイエンス株式会社)を2mg/mL、4mg/mLとなるように溶解させ、siRNA溶液を調製した。
ベクターのコアとして、当該siRNA溶液、プロタミン溶液(CALBIOCHEM;Merck Millipore社)を、10mM HEPES緩衝液でそれぞれ0.3mg/mL、0.2mg/mLに希釈し、0.3mg/mL siRNA 250μLを攪拌しながら0.2mg/mL プロタミン 250μLを少量ずつ滴下して、siRNAとプロタミンの静電的複合体(以下、「siRNA複合体」と称する)を調製した(N/P比=1.0)。
Factor VII(以下、「FVII」と称する)に対するsiRNAの配列としては、Akinc et al., Molecular Therapy, 17(5), 872−879(May 2009)に記載のもの(但し化学修飾のないもの)を用いた。
(2)siRNA封入MENDの調製(カチオン性脂質としてTLM−C2−DMA、TLM−C3−DMA、TLM−C4−DMA、TDM−C3−DMA、TLMES−C3−DMA、DLinDAP、DODAPを単独で使用)
カチオン性脂質(TLM−C2−DMA(実施例1)、TLM−C3−DMA(実施例2)、TLM−C4−DMA(実施例3)、TDM−C3−DMA(実施例4)、TLMES−C3−DMA(実施例5)、DLinDAP(比較例1)、DODAP(比較例2))の90%ブタノール溶液とChol溶液を、カチオン性脂質:Chol=7:3のモル比で、総脂質3000nmolとなるように1.7mLチューブに混合した。さらに、PEG脂質としてPEG2000−DMG溶液を総脂質に対して3mol%相当添加し、それぞれ全量で400μLとなるように90%ブタノールを加え脂質溶液とした。これとは別の1.7mLチューブに、siRNA複合体(siRNA含量:160μg)と、130mM NaClを含む20mM クエン酸緩衝液(pH4)とを混合して計114μLとし、siRNA溶液を調製した。脂質溶液をボルテックスミキサーによって撹拌しながら、siRNA溶液を加えて混合した。この混合溶液全量を1mLシリンジ(27G)にとり、クエン酸緩衝液2mLを激しく攪拌しているところ(5mLチューブ)へゆっくり注入した。リン酸緩衝生理食塩水(以下、「PBS」と称する)で希釈し、Amicon Ultra−15 100K device(Merck Millipore社)を用い、限外濾過(1000g、15分、30℃)を行い濃縮した。その後、PBSで希釈し、再び限外濾過を行い濃縮した。最後に、PBSで目的の脂質濃度となるよう調整し、siRNA封入MENDを得た。この操作により調製したMENDは、用いたカチオン性脂質により、以下「TLM−C2−DMA MEND」、「TLM−C3−DMA MEND」、「TLM−C4−DMA MEND」、「TDM−C3−DMA MEND」、「TLMES−C3−DMA MEND」、「DLinDAP MEND」、「DODAP MEND」と呼称する。
(3)siRNA封入MENDの調製(カチオン性脂質としてTLM−C2−DMA、TLM−C3−DMA、TLM−C4−DMAのうち2種類を混合して使用)
TLM−C2−DMA(実施例1)、TLM−C3−DMA(実施例2)、TLM−C4−DMA(実施例3)を、表4記載のモル比で混合した脂質の90%ブタノール溶液(TLM−CX−DMA mix)を、それぞれTLM−CX−DMA mix:Chol=7:3のモル比で、総脂質3000nmolとなるように1.7mLチューブに混合した。さらに、PEG脂質としてPEG2000−DMGを総脂質に対して3mol%相当量添加し、それぞれ全量で400μLとなるように90%ブタノールを加え、脂質溶液とした。これとは別の1.7mLチューブに、siRNA複合体(siRNA含量:160μg)と10mM リンゴ酸緩衝液(pH7.4)とを混合して計50μLとし、siRNA溶液を調製した。脂質溶液を、ボルテックスミキサーを用いて撹拌しながら、siRNA溶液を加えて混合した。この混合溶液全量を1mLシリンジ(27G)にとり、リンゴ酸緩衝液2mLを激しく攪拌しているところ(5mLチューブ)へゆっくり注入した。PBSで希釈し、Amicon Ultra−15 100K device(Merck Millipore社)を用い、限外濾過(1000g、10分、30℃)を行い濃縮した。その後、PBSで希釈し、再び限外濾過を行い濃縮した。最後に、溶液をPBSで目的の脂質濃度となるよう調整し、siRNA封入MENDを得た。この操作により調製したMENDは、表4に記載するとおりに、使用したカチオン性脂質の比率に応じて、以下「第1MEND」、「第2MEND」、「第3MEND」、「第4MEND」と呼称する。
(4)エタノール希釈法によるmRNA封入MENDの調製(TLM−C3−DMA、TDM−C3−DMAを単独で使用)
カチオン性脂質(TLM−C3−DMA(実施例2)、TDM−C3−DMA(実施例4))の99.5%エタノール溶液をカチオン性脂質:DOPE:Chol=3:3:4の比率で総脂質量131nmolとなるように5mlチューブに混合した。またPEG脂質としてPEG2000−DMGを総脂質量に対して3mol%相当添加し、全量で30mLとした。これを4本分用意した。またこれとは別に用意した1.5mlチューブに、luciferaseをコードしたmRNA(mMessage mMachine T7 Ultra Transcription kit(Life Technologies社)を用いて調製)を3mg分加え、ここに30mM NaClを含む20mMリンゴ酸緩衝液(pH3.0)を全量が45mlとなるように加え、これも脂質溶液同様4本分用意した。
脂質溶液をボルテックスしながらmRNA溶液を混合し、続けて925mlの100mM 2−モルホリノエタンスルホン酸(以下、「MES」と称する)緩衝液(pH5.5)を加えて混合し、あらかじめ2mlのMES緩衝液を加えておいたVivaspin turbo 15(sartorius社製。以下、「Vivaspin」と称する。)にデカントで加えた。さらにこの5mlチューブに2mlのMES緩衝液を加えてボルテックスして洗いこみ、同様にVivaspinにデカントで加えた。この操作を4回繰り返し、最後にVivaspinに直接2mlのMES緩衝液を加え、25℃、1000gで遠心し限外濾過した。さらにPBSを加えて十分希釈し、同条件で限外濾過した。この溶液をPBSで目的の濃度になるように調整し、mRNA封入MENDを得た。この操作により調製したMENDは、用いたカチオン性脂質により、以下「TLM−C3−DMA mMEND」、「TDM−C3−DMA mMEND」と呼称する。
luciferaseをコードしたmRNAの配列としては、Miura et al., Nucleic Acids Research, 43(3), 1317−1331 (2015)の“SUPPLEMENTARY DATA”に記載のものを用いた。
[実施例7] 各種MENDの粒子径、多分散度、表面電位、siRNA封入率、siRNA回収率の測定
各種MENDの粒子径、多分散度並びに表面電位は、動的光散乱法(ZetasizerNano;Malvern instruments Ltd.)を用いて測定した。
siRNA封入率およびsiRNA回収率は、RiboGreen(Invitrogen;Thermo Fischer Scientific社)を用いて測定した。実施例6(2)または(3)で調製した各種MENDを10mM HEPES緩衝液(pH7.4)で1000ng/mLとなるように希釈し、これをサンプル溶液とした。また、MENDの調製に用いたsiRNA複合体を10mM HEPES緩衝液(pH7.4)で0〜2000ng/mLに段階希釈し、これを検量線溶液とした。これら溶液とは別に、デキストラン硫酸、Triton X−100、Ribogreenをそれぞれ0.08mg/mL、0.4%、5μL/mLとなるように10mM HEPES緩衝液で希釈した測定溶液を用意した。また、Triton X−100を10mM HEPES緩衝液で置き換えたものも用意した。96ウェルプレートに検量線溶液またはサンプル溶液を50μL加え、さらにTriton X−100を含むもしくは含まない測定溶液をそれぞれ50μL混合し、700rpmで5分間撹拌した後、励起波長500nmおよび観測波長525nmで蛍光強度を測定した。Triton X−100を含んだ条件で測定した時のsiRNA量を1000ng/mLで除することによりsiRNA回収率を算出した。またTriton X−100を含んだ条件で測定したときのsiRNA量からTriton X−100を含まない条件で測定したときのsiRNA量を引き、この値を、Triton X−100を含んだ条件で測定したときのsiRNA量で徐することによりsiRNA封入率を算出した。
結果を表5および表6に示した。
[実施例8] MENDのpKa評価
pH3.0〜10.0の範囲で種々のpHに合わせた、終濃度150mMのNaClを含む20mMのクエン酸緩衝液、リン酸ナトリウム緩衝液およびトリスHCl緩衝液を用意した。これらの緩衝液に、実施例6(2)または(3)で調製したMENDを脂質濃度が30μMとなるよう加え、さらに6−(p−トルイジノ)−2−ナフタレンスルホン酸ナトリウム塩を6μMとなるよう加えて、最終容量を100μLとした。その後、37℃において励起波長321nmおよび観測波長447nmで蛍光強度を測定した。各MENDにおける蛍光強度の最大値を100%、最小値を0%として、相対蛍光強度を百分率で算出した。また、相対蛍光強度が50%であるpHをpKaとした。結果を表7および表8に示した。
[実施例9] TLM−C2−DMA MEND、TLM−C3−DMA MEND、TLM−C4−DMA MEND、TDM−C3−DMA MEND、TLMES−C3−DMA MENDの膜融合能試験
雄性ICRマウスより血液を採取して赤血球を回収し、生理食塩水に懸濁した。一定量の赤血球を含む生理食塩水を、PBS(pH7.4)または10mMリン酸−10mMリンゴ酸緩衝生理食塩水(pH6.5、5.5)に添加した。続いて、実施例6(2)で調製したMEND含むPBS溶液を、脂質終濃度が300μmol/Lとなるように添加した。また、MENDを含まない同量のPBSを添加したものをネガティブコントロール(NC)とし、MENDを含まない同量のPBSを添加した後、終濃度0.02%(w/v)となるようTriton X−100を添加して赤血球を溶解させたものをポジティブコントロール(PC)とした。これらを37℃で45分間インキュベートした後、4℃、400×gの条件で5分間遠心分離を行い、上清を回収して、545nmにおける吸光度を測定することにより、赤血球からのヘモグロビン漏出量を定量した。続いて、PCの測定値を100%として各サンプルの測定値を百分率で表した(ヘモライシス活性)。当該百分率が高い程、膜融合能が高いことを示している。
結果を図1に示した。TLM−C2−DMA MEND、TLM−C3−DMA MEND、TLM−C4−DMA MEND、TDM−C3−DMA MEND、TLMES−C3−DMA MENDは、DODAP MEND、DLinDAP MENDと比較して高い膜融合能を示した。特にTLM−C3−DMA MEND、TLMES−C3−DMA MENDはpH5.5のみで高い膜融合能を示した。
[実施例10] 第1MEND、第2MEND、第3MEND、第4MENDによる膜融合能試験
雄性ICRマウスより血液を採取して赤血球を回収し、生理食塩水に懸濁した。PBSをpH7.4、6.5、5.5に調整した後、一定量の赤血球を含む生理食塩水を添加した。続いて、実施例6(2)で調製したTLM−C3−DMA MENDおよびTLM−C4−DMA MENDと、実施例6(3)で調製したMENDを含むPBSとを、3.3μL、10μLおよび30μL添加した。また、MENDを含まない同量のPBSを添加したものをネガティブコントロール(NC)とし、MENDを含まない同量のPBSを添加した後、0.5%(w/v)となるようTriton X−100を添加して赤血球を溶解させたものをポジティブコントロール(PC)とした。これらを37℃で30分間インキュベートした後、4℃、400×gの条件で5分間遠心分離を行い、上清を回収して、545nmにおける吸光度を測定することにより、ヘモグロビンの量を測定した。続いて、PCの測定値を100%として各測定値を百分率で表した(ヘモライシス活性)。当該百分率が高い程、膜融合能が高いことを示している。
結果を図2に示した。第2MEND、第3MEND、第4MENDにおいて、TLM−C3−DMA MENDよりも高い膜融合能を示した。特に第2MENDは、第3MEND、第4MENDと比較し、pH5.5のみで高い膜融合能を示した。
[実施例11] TLM−C2−DMA MEND、TLM−C3−DMA MEND、TLM−C4−DMA MEND、DLinDAP MEND、DODAP MENDのin vivoノックダウン活性試験
実施例6(2)で示した方法で調製したMENDを含む溶液を、4週齢の雄性マウスに、0.5mg/kgで尾静脈投与した。24時間後に血液を採取し、本血液サンプルを1000g、10分、4℃で遠心し、上清を回収することで血漿を得た。血漿中のFactor VII(FVII)量を、BIOPHEN FVII CHROMOGENIC ASSAY(Sysmex BioMed社)を用いて定量し、未処理群(NT)のFVII発現量を1として、MEND投与群のFVII発現量を相対値(相対血漿中FVII量)で示した。
結果を図3に示した。TLM−C3−DMA MEND、TLM−C4−DMA MENDは、DLinDAP MEND、DODAP MENDと比較し、FVII発現量の低下が見られた。特にTLM−C3−DMA MENDが最も高いノックダウン活性を示した。
[実施例12] TLM−C3−DMA MEND、TDM−C3−DMA MEND、TLMES−C3−DMA MENDのin vivoノックダウン活性試験
実施例6(2)で示した方法で調製したMENDを含む溶液を、4週齢の雄性マウスに、0.1mg/kgで尾静脈投与した。24時間後に血液を採取し、本血液サンプルを1000g、10分、4℃で遠心し、上清を回収することで血漿を得た。血漿中のFactor VII(FVII)量を、BIOPHEN FVII CHROMOGENIC ASSAY(HYPHEN BioMed社)を用いて定量し、未処理群(NT)のFVII発現量を1として、MEND投与群のFVII発現量を相対値(相対血漿中FVII量)で示した。
結果を図4に示した。TDM−C3−DMA MEND、TLMES−C3−DMA MENDについてもFVII発現量の低下がみられ、TLM−C3−DMA MENDと比較し、ほぼ同等のノックダウン活性を示した。
[実施例13] TLM−C3−DMA MEND、TLM−C4−DMA MEND、および第1MEND、第2MEND、第3MEND、第4MENDの、in vivoノックダウン活性試験
実施例6(2)で示した方法で調製したTLM−C3−DMA MEND溶液およびTLM−C4−DMA MEND溶液と、実施例6(3)で示した方法で調製したMEND溶液とを、4週齢の雄性マウスに、0.1mg/kgで尾静脈投与した。24時間後に血液を採取し、本血液サンプルを1000g、10分、4℃で遠心し、上清を回収することで血漿を得た。血漿中のFactor VII(FVII)量を、BIOPHEN FVII CHROMOGENIC ASSAY(Sysmex BioMed社)を用いて定量し、未処理群(NT)のFVII発現量を1として、MEND投与群のFVII発現量を相対値(相対血漿中FVII量)で示した。
結果を図5に示した。第1MEND、第2MENDにおいて、TLM−C3−DMA MENDよりも高いノックダウン活性を示し、第2MENDが高い大きいノックダウン活性を示した。
[実施例14]in vivoにおけるmRNA発現試験
実施例6(4)で示した方法で調製したTLM−C3−DMA mMEND溶液、TDM−C3−DMA mMEND溶液をmRNAが1mg/100mlとなるようにPBSで希釈し、これを6週齢の雌性ICRマウスの頸部に皮下投与した。5.5時間後にあらかじめ3mg/200ml/匹となるように調製しておいたルシフェリン(VivoGloTM Luciferin, In Vivo Grade、Promega社製)の生理食塩水溶液を各マウスに腹腔内投与し、この30分後、IVISTM LuminaII(Caliper Life Sciences社)によりmRNA投与部位の発光を観察、定量した。
結果を図6に示した。TLM−C3−DMA mMEND及びTDM−C3−DMA mMENDのいずれにおいても発光が確認され、mRNA発現活性を示した。中でもTDM−C3−DMA mMENDにおいて最も強い発光量を示し、mRNA発現活性が高いことを示した。
本発明の剤は、高効率で機能性核酸を細胞質内へ送達することが可能であるので、核酸医薬品開発や生化学実験に有用である。
本出願は、日本で出願された特願2014-166041(出願日:2014年8月18日)を基礎としており、その内容は本明細書に全て包含されるものである。

Claims (9)

  1. 式(1):
    (式中、X〜Xは、そのいずれか4個が、独立して、式(X)で表される基、式(X)で表される基または水酸基を示し(但し、該4個の全てが水酸基である場合を除く)、残り2個が、独立して、式(X)で表される基または水酸基を示す(但し、該2個の全てが水酸基である場合を除く)。)で表されるカチオン性脂質。
    (式中、Rは、炭素数8〜22の脂肪族炭化水素基または炭素数8〜22のアシル基を示し;Yは、−O−または−NH−を示す。)
    (式中、Rは、ステロール残基または脂溶性ビタミン残基を示し;Zは、炭素数2または3のアルキレン基を示し;Yは、−O−CO−または−NH−CO−を示す。)
    (式中、RおよびRは、独立して、炭素数1〜6のアルキル基を示し、RとRは互いに結合して環を形成していてもよく;Zは、炭素数1〜6のアルキレン基を示し;Yは、−O−、−O−CO−または−NH−CO−を示し;nは、0または1である。)
  2. 〜Xのいずれか4個が独立して式(X)で表される基または式(X)で表される基であり、残り2個が独立して式(X)で表される基である、請求項1記載のカチオン性脂質。
  3. 〜Xのいずれか4個が独立して式(X)で表される基であり、残り2個が独立して式(X)で表される基である、請求項1記載のカチオン性脂質。
  4. が、炭素数10〜20の脂肪族炭化水素基または炭素数10〜20のアシル基である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のカチオン性脂質。
  5. が、不飽和結合を含む炭素数10〜20の脂肪族炭化水素基または炭素数10〜20のアシル基である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のカチオン性脂質。
  6. が、−O−である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のカチオン性脂質。
  7. 〜Xのいずれか4個が独立して式(X)で表される基であり、残り2個が独立して式(X)で表される基である、請求項1記載のカチオン性脂質。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載のカチオン性脂質を含む脂質膜構造体。
  9. 請求項8記載の脂質膜構造体および核酸を含む核酸導入剤。
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