KR100718077B1 - Mannosylated chitosan derivative and gene delivery system using thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유전자전달체로서, 만노스기로 수식이 된 키토산 유도체에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 유전자 전달체와 DNA와의 복합체, 그리고 상기 복합체를 포함하는 유전자 치료제에 관한 것이다. The present invention relates to a chitosan derivative modified as a mannose group as a gene carrier. The present invention also relates to a complex of the gene carrier and DNA, and a gene therapy agent comprising the complex.

본 발명의 유전자전달체는, 기존의 바이러스성 유전자 전달체의 단점을 극복한 비바이러스성 유전자 전달체로서, 세포특이성이면서 고효율의 유전자 발현율을 나타낼 수 있다.The gene transporter of the present invention is a non-viral gene transporter that overcomes the disadvantages of the existing viral gene transporter, and can exhibit high cell expression and high gene expression rate.

유전자 전달체, 키토산, 만노스 수용체 Gene Carriers, Chitosan, Mannose Receptors

Description

만노스화 키토산 유도체 및 이를 이용한 유전자 전달체 {Mannosylated chitosan derivative and gene delivery system using thereof}Mannosylated chitosan derivative and gene delivery system using

도1은 만노스기를 갖는 키토산 유도체 (MC)의 1H-NMR 스펙트럼이다.1 is a 1 H-NMR spectrum of a chitosan derivative (MC) having a mannose group.

도2는 DNA 및 다양한 전하비율에 따른 MC/DNA (pGL3-Control) 복합체들의 전기영동 사진이다(도면에서 'K'는 '1,000'을 의미한다).FIG. 2 is an electrophoretic image of MC / DNA (pGL3-Control) complexes according to DNA and various charge ratios ('K' in the figure means '1,000').

도3은 전하비율 5에서의 MC100,000/DNA 복합체의 DNase I으로부터의 방어능력을 살핀 전기영동 사진이다.Figure 3 is an electrophoresis image of salping the protective ability from the DNase I of MC100,000 / DNA complex at charge ratio 5.

도4는 전하비율 5에서의 MC100,000/DNA 복합체로부터 DNA의 해리를 살핀 전기영동 사진이다.FIG. 4 is an electrophoresis photograph showing the dissociation of DNA from MC100,000 / DNA complex at charge ratio 5. FIG.

도5는 전하비율 5에서의 MC100,000/DNA 복합체를 원자현미경으로 관찰한 사진이다.5 is a photograph of an atomic force microscope of the MC100,000 / DNA complex at charge ratio 5;

도6은 키토산과 MC의 NCTC 3749 세포에 대한 세포독성에 대한 그래프이다(도면에서 'K'는 '1,000'을 의미한다).FIG. 6 is a graph of cytotoxicity of NCTC 3749 cells of chitosan and MC ('K' in the figure means '1,000').

도7은 전하비율 5에서의 MC100,000/DNA(pGL3-Control)복합체의 Raw 264.7 세포에 대한 유전자발현 효율을 나타내는 그래프이다(도면에서 'K'는 '1,000'을 의미한다).7 is a graph showing the gene expression efficiency of Raw 264.7 cells of MC100,000 / DNA (pGL3-Control) complex at charge ratio 5 ('K' means '1,000' in the figure).

도8은 수지상세포로부터 MC100,000/DNA (pmIL-12) 복합체에 의한 IL-12와 INF-γ의 생성능을 살펴 본 그래프이다(도면에서 'K'는 '1,000'을 의미한다).8 is a graph illustrating the ability of IL-12 and INF-γ to be produced by the MC100,000 / DNA (pmIL-12) complex from dendritic cells ('K' in the figure means '1,000').

도9는 종양조직으로부터 MC100,000/DNA (pmIL-12) 복합체를 처리한 후 IL-12와 INF-γ의 생성능을 살펴 본 그래프이다.9 is a graph showing the ability of IL-12 and INF-γ after treating MC100,000 / DNA (pmIL-12) complexes from tumor tissues.

도10은 날짜 별로 대조군과 처리군의 종양부피의 변화를 살펴본 그래프이다.10 is a graph illustrating changes in tumor volume of the control and treatment groups by date.

도11은 MC100,000/DNA (pmIL-12) 복합체 처리 후 아폽토시스 정도를 웨스턴 블럿으로 확인한 그래프이다.Figure 11 is a graph confirming the degree of apoptosis after treatment with MC100,000 / DNA (pmIL-12) complex by Western blot.

도12는 TUNEL 분석을 통해 아폽토시스 정도를 확인한 사진이다.12 is a photograph confirming the degree of apoptosis through TUNEL analysis.

도13은 세포분열주기 억제 정도를 웨스턴 블럿으로 확인한 그래프이다.Figure 13 is a graph confirming the degree of cell division cycle inhibition by Western blot.

도14는 젤라틴 자이모그라피 분석 (Gelatin zymography assay)을 통해 MMP-2와 MMP-9의 활성을 살펴본 사진이다.Figure 14 is a photograph showing the activity of MMP-2 and MMP-9 through gelatin zymography assay.

도15는 FGF-2를 면역염색하여 살펴본 사진이다.Figure 15 is a photograph taken by immunostaining FGF-2.

본 발명은 새로운 유전자 전달체로서 키토산 유도체에 관한 것이다. The present invention relates to chitosan derivatives as new gene carriers.

유전자 치료란, DNA 재조합 방법을 이용하여 만든 새로운 유전자나 유전물질을 환자의 세포안으로 주입시켜 유전자 결함을 교정시키거나 세포에 새로운 기능을 추가시켜 인체 세포의 유전적 변형에 의한 암, 감염성 질병, 그리고 자가 면역 질 환과 같은 모든 유전적 결함을 예방하거나 치료하는 방법을 말한다. 또한 최근에는 이와 같은 유전자 요법의 개념이 확장되어 자손에게 전달되는 선천성 유전병뿐만 아니라 인체면역결핍바이러스(HIV) 감염에 의한 후천성면역결핍증(AIDS)과 같은 후천성 질병의 치료에도 적용된다. Gene therapy involves the injection of new genes or genetic material created by DNA recombination into a patient's cell to correct genetic defects or add new functions to the cell to cause cancer, infectious diseases, and It is a method of preventing or treating all genetic defects such as autoimmune diseases. Recently, the concept of gene therapy has been expanded and applied to the treatment of acquired diseases such as AIDS caused by human immunodeficiency virus (HIV) infection as well as congenital genetic diseases transmitted to offspring.

이러한 유전자 치료에는 단백질을 직접 주입하는 방법에서부터 몸 안에 있는 특정 유전자 발현을 도와주거나 억제하는 약물치료법, 그리고 유전정보를 가진 DNA를 몸 안에 주입하여 주입된 유전자가 발현하게 하는 방법 등이 있다. 그러나 단백질을 직접 주입하는 방법과 약물치료법은 외부 물질에 대한 면역반응을 일으킬 위험성이 있고, 지속적인 주입이 필요하다는 것과 생산비용이 비싼 단점이 있다. 이러한 단백질 약품의 문제점을 극복하기 위하여 생각해 낸 개념이 유전자를 이용하는 방법이다. DNA는 생체내에서 단백질을 만들어 낼 수 있는 능력을 가지고 있다. 따라서 기존의 단백질을 직접 주입하는 방법에서 DNA를 생체내에 주입하여, 주입된 DNA가 지속적으로 단백질을 만들어 내게 한다는 것이 유전자 치료의 기본적인 개념이다. These gene therapy methods include direct injection of proteins, drug therapy to help or inhibit the expression of specific genes in the body, and injection of DNA with genetic information into the body to express the injected gene. However, direct protein injection and drug therapy have the risk of causing an immune response to foreign substances, the need for continuous infusion and expensive production costs. To overcome these problems with protein drugs, the idea was to use genes. DNA has the ability to produce proteins in vivo. Therefore, the basic concept of gene therapy is to inject DNA in vivo in the method of injecting the existing protein directly, so that the injected DNA continuously produces the protein.

이와 같은 새로운 차원의 치료 방법이 많은 의료기관에서 일반적이고 효과적인 치료방법으로 사용되기에는 몇 가지 해결해야 할 일들이 있다. 일단 어떤 특정한 단백질을 만들어 낼 수 있는 유전 암호를 가진 유전자가 필요하다. 그 다음으로 그 유전자를 발현시킬 수 있는 플라스미드(plasmid)라고 불리는 유전자 발현 체계가 있어야 한다. 마지막으로 특정 유전자가 포함된 발현체를 원하는 위치까지 안전하게 운반시킬 수 있는 전달체가 필요하다. DNA는 생체 중에서 가수분해를 받기 쉽 고 또한 세포 내로 들어가는 효율이 낮은 문제점을 가지고 있기 때문에 이러한 문제점을 해결하여 유전자 치료법을 실용화하기 위하여 유전자 전달체 (gene delivery system)에 대한 많은 연구가 활발히 진행되고 있다.There are some issues that need to be addressed before this new level of treatment can be used as a common and effective treatment in many medical institutions. Once you have a gene with a genetic code that can produce some specific protein. Next, there must be a gene expression system called a plasmid that can express the gene. Finally, there is a need for a carrier that can safely transport an expression containing a specific gene to a desired location. Since DNA has a problem of being easy to be hydrolyzed in vivo and having low efficiency of entering into cells, many studies on gene delivery systems have been actively conducted to solve these problems and to apply gene therapy.

최근까지 임상 실험에는 유전자 전달체로 트랜스펙션(transfection) 효율이 높은 바이러스성 벡터(viral vector)가 사용되고 있다. 그러나, 이는 제조과정이 복잡할 뿐만 아니라, 면역원성, 감염가능성, 염증생성, 비특이적 DNA의 삽입 등의 안전성 문제와 수용할 수 있는 DNA의 크기가 한정되어 있다는 문제로 사람에게 적용하기엔 한계가 많다. 따라서, 현재로는 비바이러스성 벡터(non-viral vector)가 바이러스성 벡터의 대용으로 각광을 받고 있다. Until recently, viral vectors with high transfection efficiency have been used as gene carriers in clinical trials. However, this is not only complicated in the manufacturing process, but also limited in safety issues such as immunogenicity, infectivity, inflammation, non-specific DNA insertion and the size of the acceptable DNA is limited to apply to humans. Therefore, non-viral vectors are currently in the spotlight as substitutes for viral vectors.

비바이러스성 벡터는 최소한의 면역반응으로 반복 투여할 수 있고, 특정세포로의 특이적 전달이 가능하며, 저장하는데 안정하고, 많은 양을 생산하기 쉽다는 장점을 가지고 있다. 현재 많이 사용되고 있는 것은 주로 양성의 리포좀(liposome)계로서 N-[1-(2,3-디올레일옥시)프로필]-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드{N-[1-(2,3-dioleyloxy)propyl]-N,N,N-trimethylammonium chloride (DOTMA)}, 알킬암모늄(alkylammonium), 양이온성 콜레스테롤 유도체(cationic cholesterol derivatives), 그라미시딘(gramicidin) 등이 있으며 이들이 DNA와 결합하여 효율적으로 세포막으로 들어간다고 보고 되고 있으나, 복잡한 제조과정, 큰 분자량을 갖는 DNA의 낮은 내포율, 인비보(in vivo ) 상에서의 혈청성분에 의한 트랜스펙션 활성 저하, 입자크기 등이 문제가 되고 있다. 또한 현재 가장 많이 이용되는 리포펙틴 (lipofectin)의 경우도 세포 독성이 크게 문제가 되고 있다. Nonviral vectors have the advantage of being able to be repeatedly administered with a minimum of immune response, capable of specific delivery to specific cells, being stable for storage, and easy to produce large quantities. It is mainly used as a positive liposome-based liposome-based N- [1- (2,3-dioleyloxy) propyl] -N, N, N-trimethylammonium chloride { N- [1- (2,3 -dioleyloxy) propyl] -N, N, N -trimethylammonium chloride (DOTMA)}, alkylammonium, cationic cholesterol derivatives, gramicidin, etc. Although it is reported to enter the cell membrane, there are problems such as complicated manufacturing process, low inclusion rate of DNA having a large molecular weight, decrease in transfection activity by serum components on in vivo ( in vivo ) , particle size and the like. In addition, lipofectin, which is currently used most, is also a cytotoxic problem.

최근 비바이러스성 벡터 중 양이온성 고분자가, 음전하를 띠는 DNA와 이온결합을 통한 복합체 형성이 가능하기 때문에 많은 관심을 불러일으키고 있다. 여기에는 폴리-L-라이신(PLL), 폴리(4-히드록시-L-프롤린 에스테르), 폴리에틸렌이민(PEI), 폴리[α-(4-아미노부틸)-L-글리콜산], 폴리아미도아민 덴드리머, 폴리[N,N'-(디메틸아미노)에틸]메타크릴레이트(PDMAEMA) 등이 있으며, 이들은 DNA를 압축하여 나노입자를 형성하여, 효소분해로부터 DNA를 보호하고, 빠르게 세포안으로 침투하여 엔도좀에서 빠져나올 수 있도록 도와준다. 그러나, 대부분의 비바이러스성 유전자 전달체는 바이러스성 유전자 전달체에 비하여 면역거절반응과 세포독성이 낮은 편이지만 상대적으로 유전자 발현률이 매우 낮기 때문에, 독성은 낮추면서 발현률을 높이는 것이 비바이러스성 유전자 전달체를 개발하는데 가장 중요한 문제라 하겠다.Recently, cationic polymers in non-viral vectors have attracted much attention because they can form complexes with negatively charged DNA and ionic bonds. These include poly-L-lysine (PLL), poly (4-hydroxy-L-proline ester), polyethyleneimine (PEI), poly [α- (4-aminobutyl) -L-glycolic acid], polyamidoamine Dendrimers, poly [N, N '-(dimethylamino) ethyl] methacrylate (PDMAEMA), which compress DNA to form nanoparticles, protecting DNA from enzymatic degradation, and rapidly penetrating into cells to endo Help get out of the moth. However, most non-viral gene carriers have lower immunorejection response and cytotoxicity than viral gene carriers, but the gene expression rate is relatively low. This is the most important problem.

키토산(chitosan) 또한 생체적합성, 생분해성, 낮은 독성 그리고 높은 양이온성 때문에 비바이러스성 유전자 전달체로서 충분한 가능성을 보이는 물질이다. 그러나, 낮은 트랜스펙션 효율 때문에 실질적인 응용에 많은 어려움을 가지고 있다. 효율적인 유전자 발현을 위해서는 다음과 같은 몇 가지 과정들을 거쳐야 한다. 일단 세포로의 효과적인 침투를 위해 DNA와 결합하여 이룬 복합체가 150nm 크기 이하로 축합되어야 하고, 여러 효소로부터 DNA의 분해를 막을 수 있어야 하며, 세포내로 들어가서는 복합체가 엔도좀에서 잘 빠져나와야 하고, 세포핵 내로 들어가야 하고, 운반체로부터 DNA의 해리가 이루어져야 한다. (M. Koeping-Hoeggaerd et. al.(2001) "Chitosan as a nonviral gene delivery system. Structure-property relationships and characteristics compared with polyethylenimine in vitro and after lung administration in vivo" Gene Therapy 8: 1108-1121)Chitosan is also a material that offers ample potential as a nonviral gene carrier because of its biocompatibility, biodegradability, low toxicity and high cationicity. However, due to the low transfection efficiency, there are many difficulties in practical applications. For efficient gene expression, there are several steps to be taken. For effective penetration into cells, complexes formed by binding to DNA must be condensed down to a size of 150 nm, prevent DNA degradation from various enzymes, enter the cell, and the complex must exit the endosomes well, and the cell nucleus It must enter and dissociate the DNA from the carrier. (M. Koeping-Hoeggaerd et. Al. (2001) "Chitosan as a nonviral gene delivery system.Structure-property relationships and characteristics compared with polyethylenimine in vitro and after lung administration in vivo" Gene Therapy 8: 1108-1121)

이에 본 발명자 등은, 독성이 없고 생체 적합성이 우수하지만 트랜스펙션 효율이 낮은 키토산의 단점을 보완하여, 엔도좀에서 빠르게 방출을 유도함으로써 유전자 발현율을 높일 수 있는 새로운 유전자 전달체의 개발에 성공하여 특허출원한 바 있다 (한국특허출원 10-2004-22301). 상기 유전자전달체는 키토산에 이미다졸링을 도입시킨 키토산 유도체를 이용한 것이다. 그러나, 상기 유전자 전달체는 세포특이성이 전혀 없는 것이었다.The present inventors, such as the non-toxic and excellent biocompatibility but low transfection efficiency, complement the shortcomings of the chitosan, and succeeded in the development of a new gene carrier that can increase the gene expression rate by inducing the rapid release from the endosomes patent It has been filed (Korean Patent Application 10-2004-22301). The gene carrier uses a chitosan derivative in which imidazoling is introduced into chitosan. However, the gene carrier was completely cell specific.

본 발명의 목적은, 기존의 바이러스성 유전자 전달체의 단점을 극복한 비바이러스성 유전자 전달체로서, 세포특이성이면서 고효율의 유전자 발현율을 나타낼 수 있는 비바이러스성 유전자 전달체를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a non-viral gene carrier that can overcome the disadvantages of existing viral gene carriers, which can exhibit cell specificity and high efficiency of gene expression.

본 발명은 유전자전달체로서, 만노스기로 수식이 된 키토산 유도체에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 유전자 전달체와 DNA와의 복합체, 그리고 상기 복합체를 포함하는 유전자 치료제에 관한 것이다. The present invention relates to a chitosan derivative modified as a mannose group as a gene carrier. The present invention also relates to a complex of the gene carrier and DNA, and a gene therapy agent comprising the complex.

더욱 구체적으로는, 본 발명은 하기 화학식1을 주반복단위로 포함하는 고분자 화합물에 관한 것이다. More specifically, the present invention relates to a polymer compound comprising the following general formula (1) as a main repeating unit.

Figure 112005050830803-pat00001
Figure 112005050830803-pat00001

식중, n>x이고, n은 57 이상의 정수이다.Wherein n> x and n is an integer of 57 or more.

바람직하게는, 상기 고분자 화합물은 분자량이 10,000 이상이며, 1,000,000정도 까지도 사용가능하다.Preferably, the polymer compound has a molecular weight of 10,000 or more, up to about 1,000,000 can be used.

본 발명에 있어서, 상기 화합물은 만노스 기를 키토산에 결합시킨 중합체(이하 본 발명의 고분자 화합물 또는 MC라 지칭한다.)이다.In the present invention, the compound is a polymer (hereinafter referred to as polymer compound or MC of the present invention) in which a mannose group is bonded to chitosan.

본 발명의 다른 태양은, 상기 고분자화합물을 포함하는 유전자 전달체에 관한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a gene carrier comprising the polymer compound.

또한, 본 발명은, 본 발명의 고분자 화합물과 DNA와의 복합체에 관한 것이다. 상기 복합체는 상기 고분자 화합물과 DNA의 이온결합 생성물이다. 이하에서, 본 발명의 전달체 및 복합체에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.Moreover, this invention relates to the complex of the high molecular compound of this invention and DNA. The complex is an ionic bond product of the polymer compound and DNA. Hereinafter, the carrier and the complex of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 유전자 전달체는, 천연고분자로서 독성이 없고 생체적합성이 우수한 양성의 다당물질인 키토산에, 만노스 수용체를 갖는 세포와 특이적으로 결합할 수 있는 만노스기를 도입함으로써 유전자 전달 효율을 높이고, 수용체 매개 세포 내 이입을 유도하기 위하여 제조된 양이온성 고분자 화합물이다.The gene delivery system of the present invention enhances gene delivery efficiency by introducing a mannose group capable of specifically binding to a cell having a mannose receptor in chitosan, a positive polysaccharide that is nontoxic and excellent in biocompatibility as a natural polymer. It is a cationic high molecular compound prepared to induce endocytosis.

상기 세포는, 만노스 수용체를 갖고 있는 세포라면 생체내 그 어떤 세포라도 될 수 있다. 유전자를 이용한 면역치료와 관련하여 예를 들면 항원제시세포 (antigen presenting cells : 이하 APC)를 들 수 있다. 만노스 수용체를 갖는 세포로서 알려진 것은 대식세포 (macrophage cell)와 수지상세포 (dendritic cell)가 있다. The cell may be any cell in vivo as long as the cell has a mannose receptor. Regarding immunotherapy using genes, for example, antigen presenting cells (APC) may be mentioned. Known cells with mannose receptors are macrophage cells and dendritic cells.

상기와 같은 본 발명의 고분자 화합물은 수용액 중에서 DNA와 혼합하게 되면, 양이온성 고분자인 본 발명의 고분자 화합물과 음이온성 고분자인 DNA와의 사이에 정전기적으로 보완적인 사슬간의 협력적 결합이 형성되어, 결국 복합체를 형성하게 되는 것이다. 이때 본 발명의 고분자 화합물/DNA 전하비율은 5 내지 20 정도가 바람직하다.When the polymer compound of the present invention as described above is mixed with DNA in an aqueous solution, a cooperative bond between electrostatically complementary chains is formed between the polymer compound of the present invention, which is a cationic polymer, and DNA, which is anionic polymer, and eventually, It will form a complex. In this case, the polymer compound / DNA charge ratio of the present invention is preferably about 5 to about 20.

상기 DNA는 그 어떤 유전자라도 될 수 있다. 유전자를 이용한 암 치료와 관련하여 예를 들면 인터루킨-12 유전자와 같은 사이토카인 유전자를 들 수 있다.The DNA can be any gene. Regarding cancer treatment using genes, there may be mentioned, for example, cytokine genes such as the interleukin-12 gene.

암 치료를 위한 사이토카인 유전자 치료의 목표는, 그 치료 효과가 오랜 시간 지속되면서도 암 조직에 특이적이며 암의 전이를 막을 수 있는 전신으로의 면역반응을 일으키는 것이다. 많은 종류의 사이토카인 중에서도 인터루킨-12는 항암 면역을 유도하는 가장 효과적인 물질로 알려져 있다. 인터루킨-12는 자연살해세포(NK)나 T세포의 분열을 유도하여 세포붕괴 작용 (cytolytic activity)을 증강하고, 인터페론-γ (INF-γ)와 어느 정도의 종양괴사인자 (TNF-α) 등을 유도하여 Th1-유 형의 면역반응을 증가시켜 종양의 성장과 전이, 혈관생성 등을 억제하고 아폽토시스 (apoptosis)를 유도하는 것으로 알려져 있다. The goal of cytokine gene therapy for cancer treatment is to produce an immune response to the systemic body that is specific to cancer tissues and can prevent cancer metastasis, even though the therapeutic effect lasts for a long time. Among many kinds of cytokines, interleukin-12 is known to be the most effective substance for inducing anticancer immunity. Interleukin-12 induces the division of natural killer cells (NK) or T cells, enhances cytolytic activity, interferon-γ (INF-γ) and some tumor necrosis factor (TNF-α). It is known to increase the immune response of the Th1-type by inhibiting tumor growth, metastasis, angiogenesis, and induce apoptosis.

인터루킨-12는 주로 수지상세포(DC)나 대식세포(macrophage)와 같은 항원제시세포(APC)에 의해 생성되며, 면역 작용 세포 (immune effector cell)에 대한 다면 발현성 (pleiotropic) 효과를 나타낸다. 특히, 수지상세포는 항원제시세포 중에서 유일하게 1차 면역반응 (primary immune response)을 유도할 수 있는 세포로, 면역 기억을 유도하는 것으로 알려져 있다. 또한 수지상 세포는 세포독성 T 림프구 (cytotoxic T cell)를 자극하는 능력이 있기에 암세포에 대한 세포 매개 면역 반응을 유도하는데 필수적인 세포로 알려져 있고, 이러한 이유로 암치료를 위한 백신과 면역치료제의 개발에 중요한 초점이 되는 세포이다. 흥미롭게도, 미성숙한 수지상 세포(immature DC)는 많은 수의 만노스 수용체를 가지고 있기에 만노스당을 표면에 노출하고 있는 항원들의 세포내 이입 등을 용이하게 한다. 이러한 이유로, 만노스 수용체를 가지고 있는 수지상 세포는 유전자 전달체로서 만노스가 도입된 양이온성 고분자가 표적하기에 좋은 대상이 된다. Interleukin-12 is produced mainly by antigen presenting cells (APCs), such as dendritic cells (DCs) or macrophages (macrophages), and exhibits a pleiotropic effect on immune effector cells. In particular, dendritic cells are the only antigen-presenting cells capable of inducing a primary immune response, and are known to induce immune memory. Dendritic cells are also known to be essential for inducing cell-mediated immune responses against cancer cells because of their ability to stimulate cytotoxic T lymphocytes, which is why they are an important focus for the development of vaccines and immunotherapeutic agents for the treatment of cancer. It is a cell. Interestingly, immature DCs (immature DC) have a large number of mannose receptors to facilitate the endocytosis of antigens that expose the mannose sugar surface. For this reason, dendritic cells with mannose receptors are good targets for cationic polymers to which mannose is introduced as gene carriers.

인터루킨-12의 항암 효과와 전신면역을 일으킬 수 있는 수지상 세포의 능력을 고려했을 때, 수지상 세포로부터의 지속적인 인터루킨-12의 분비는 종양항원을 인식하고 표식하는 수지상 세포의 기능과 더해져서 훨씬 더 효과적인 면역반응을 유도할 것으로 생각되어 진다. 최근에는 수지상 세포를 이용한 암 치료백신을 개발하여 환자의 혈구세포에서 분리해낸 세포를 수지상세포로 분화시킨 뒤, 암세포로부터 유래한 항원이나 인터루킨-12 같은 면역조절 사이토카인을 분비할 수 있도록 수 지상 세포에 유전자 단위로 주입한 후 다시 환자의 몸 안으로 다시 투여하는 방법 등이 연구되고 있다. 하지만, 수지상 세포의 ex vivo 처리는, 시간과 비용이 많이 들고, 환자에게 감염에 대한 위험 가능성이 있을 수 있다. 또한 독성과 빠른 생체내의 분해 등을 고려하였을 때, 단백질 자체를 생체내로 주입하는 방법보다는 유전자 전달 시스템을 이용하여 전달하는 방법이 더 효과적일 것으로 예상된다. Given the anticancer effects of interleukin-12 and the ability of dendritic cells to induce systemic immunity, sustained secretion of interleukin-12 from dendritic cells is much more effective in combination with the ability of dendritic cells to recognize and label tumor antigens. It is thought to induce an immune response. In recent years, cancer vaccines using dendritic cells have been developed to differentiate the cells isolated from the blood cells of the patient into dendritic cells, which are able to release antigens derived from cancer cells or immunoregulatory cytokines such as interleukin-12. Injecting genes into genes and then administering them back into the patient's body is being studied. However, ex vivo treatment of dendritic cells is time-consuming and expensive, and may present a risk of infection to the patient. In addition, considering the toxicity and rapid in vivo degradation, it is expected that the delivery method using a gene delivery system is more effective than the injection method of the protein itself in vivo.

최근까지 임상 실험에는 유전자 전달체로 트랜스펙션(transfection) 효율이 높은 바이러스성 벡터(viral vector)가 사용되고 있다. 그러나, 이는 제조과정이 복잡할 뿐만 아니라, 면역원성, 감염가능성, 염증생성, 비특이적 DNA의 삽입 등의 안전성 문제와 수용할 수 있는 DNA의 크기가 한정되어 있다는 문제로 사람에게 적용하기엔 한계가 많다. 따라서, 현재로는 비바이러스성 벡터(nonviral vector)가 바이러스성 벡터의 대용으로 각광을 받고 있다. 비바이러스성 벡터는 최소한의 면역반응으로 반복 투여할 수 있고, 특정세포로의 특이적 전달이 가능하며, 저장하는데 안정하고, 많은 양을 생산하기 쉽다는 장점을 가지고 있다. 그 중에서도 양이온성 고분자가 음전하를 띠는 DNA와 이온결합을 통한 복합체를 형성할 수 있기 때문에 많은 관심을 불러일으키고 있다. Until recently, viral vectors with high transfection efficiency have been used as gene carriers in clinical trials. However, this is not only complicated in the manufacturing process, but also limited in safety issues such as immunogenicity, infectivity, inflammation, non-specific DNA insertion and the size of the acceptable DNA is limited to apply to humans. Therefore, nonviral vectors are currently in the spotlight as substitutes for viral vectors. Nonviral vectors have the advantage of being able to be repeatedly administered with a minimum of immune response, capable of specific delivery to specific cells, being stable for storage, and easy to produce large quantities. Among them, cationic polymers are attracting much attention because they can form complexes through negatively charged DNA and ionic bonds.

특히 양이온성 고분자 중에서 키토산은 그 자체만으로도 생체적합성, 생분해성, 낮은 독성 그리고 높은 양이온성 때문에 비바이러스성 유전자 전달체로서 충분한 가능성을 보이는 물질이다. 본 발명은 여기에 세포특이성을 부여함으로써 유전자 전달효율을 크게 향상시켰다. 또한 키토산 자체가 항원 인식 등을 증가시켜주는 면역자극 물질로 알려져 있기에 특히 사이토카인을 전달하기 위한 유전자 전달체로 사용하기에 더 없이 적절한 물질이라 하겠다.Among cationic polymers, in particular, chitosan, by itself, is a material that shows sufficient potential as a non-viral gene carrier due to its biocompatibility, biodegradability, low toxicity and high cationicity. The present invention has greatly improved gene transfer efficiency by imparting cell specificity thereto. In addition, chitosan itself is known as an immune stimulating substance that increases antigen recognition, and therefore, it is particularly suitable for use as a gene carrier for delivering cytokines.

본 발명의 또 다른 태양은, 상기 복합체를 유효성분으로 포함하는 유전자 치료제이다. 상기의 치료 대상은, 유전자를 세포에 전달함으로써 치료할 수 있는 어떠한 질환이라도 가능하다. 그러한 치료의 예를 들면, 유전자 전달을 이용한 유전질환 치료, 유전자 전달을 이용한 면역질환 치료, 유전자 전달을 이용한 암 치료, 그 중에서도 유전자 전달을 이용하여 암을 면역적 접근방법으로 치료하는 암면역 치료 등을 들 수 있다.Another aspect of the present invention is a gene therapy agent comprising the complex as an active ingredient. The therapeutic target may be any disease that can be treated by delivering genes to cells. Examples of such treatments include genetic disease treatment using gene transfer, immune disease treatment using gene transfer, cancer treatment using gene transfer, cancer immunotherapy treatment of cancer using immunological approach, among others. Can be mentioned.

상기 암면역 치료에 적용할 수 있는 복합체를 구제적으로 예를 들면 본 발명의 고분자 화합물과 사이토카인 유전자 특히 인터루킨-12 유전자와의 복합체를 들 수 있으며 이때 목표 세포로서는 만노스 수용체를 가지고 있는 수지상세포(DC)나 대식세포(macrophage)와 같은 항원제시세포(APC)를 들 수 있다. 이 경우 본 발명의 복합체는 만노스 수용체를 통하여 표적세포로 들어가, 항원제시세포로부터의 인터루킨-12의 생성을 촉진시키고, 이에 따라 항암면역효과를 보인다. 즉 인터루킨-12 유전자를 암조직 주변의 항원표지세포에 특이적으로 전달하여 암을 면역적으로 치료는 것을 가능하게 해 준다.Specific examples of the complex applicable to the treatment of cancer immunity include a complex of the polymer compound of the present invention and a cytokine gene, particularly an interleukin-12 gene, wherein the target cell is a dendritic cell having a mannose receptor ( Antigen presenting cells (APC), such as DC) and macrophage. In this case, the complex of the present invention enters target cells through mannose receptors, promotes the production of interleukin-12 from antigen-presenting cells, and thus exhibits anticancer immune effects. In other words, the interleukin-12 gene is specifically delivered to antigen-labeled cells around cancer tissues, thereby making it possible to treat cancer immunologically.

이하에서, 실시예를 들어 본 발명에 대하여 상세하게 설명하기로 하되, 이는 본 발명의 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, which are merely illustrative of the present invention and do not limit the scope of the present invention.

pGL3pGL3 -Control-Control

상품명이 pGL3-Control이고 사이즈는 5.3kb, Promega (Madison, WI, USA) 에서 구입하였으며, SV40 promoter를 사용하여 강한 luc+( 루시퍼라아제 )를 발현할 수 있도록 하여 사용하였다.The brand name was pGL3-Control and the size was 5.3kb, purchased from Promega (Madison, WI, USA), and used to express strong luc + ( luciferase ) using the SV40 promoter.

pmILpmIL -12-12

CMV IE promotor를 사용하여 p35와 p40을 internal ribosome entry site를 통해 발현할 수 있도록 한 것이고, 상품명은 pUMVC3-mIL12이고 사이즈는 6.2kb, 구입은 Aldevron (Fargo, ND, USA)에서 하였다.The CMV IE promotor was used to express p35 and p40 through the internal ribosome entry site. The product name was pUMVC3-mIL12, size 6.2kb, and the product was purchased from Aldevron (Fargo, ND, USA).

<실시예 1: 만노스를 결합시킨 키토산 유도체 (MC)의 제조>Example 1 Preparation of Chitosan Derivatives (MC) Containing Mannose

18,000, 50,000, 100,000의 수용성 키토산(WSC)을 사용하였고, DMSO에 녹인 mannopyranosylphenylisothiocynate와 섞어 24시간 실온에서 반응시킨 후 isopropanol로 침전시켜 여러 번 수세한 후 원심분리를 하여 침전물을 진공 오븐에 건조시켜 얻었다. 키토산에 만노스의 도입 정도는 NMR 측정으로 확인하였고, 결합한 만노스는 전체의 8.6, 4.6, and 5.8 mol %를 차지하고 각각은 MC18,000, MC50,000, MC100,000으로 명명한다. 그리고 도 1에 MC100,000의 1H-NMR 스펙트럼을 도시하였다.A water-soluble chitosan (WSC) of 18,000, 50,000, 100,000 was used, mixed with mannopyranosylphenylisothiocynate dissolved in DMSO and reacted at room temperature for 24 hours, precipitated with isopropanol, washed with water several times, and centrifuged, and the precipitate was dried in a vacuum oven. The degree of introduction of mannose in chitosan was confirmed by NMR measurement. The bound mannose accounts for 8.6, 4.6, and 5.8 mol% of the total, and is named MC18,000, MC50,000, and MC100,000, respectively. 1 shows a 1 H-NMR spectrum of MC100,000.

<실시예 2: MC와 DNA와의 복합체 형성>Example 2 Complex Formation of MC and DNA

전하비율을 계산하기 위해서는 DNA는 330의 분자량 당 하나의 전하로 계산하였으며, MC는 만노스를 포함한 키토산의 반복단위 당 하나의 전하로 계산하였다. DNA는 에티디움 브로마이드를 사용하여 형광을 나타내게 하였다. 실시 예 1에서 제조한 MC와 DNA[루시퍼라아제(luciferase) 표지 유전자(pGL3-Control)](0.1㎍)를 10mM 인산 완충액 (PBS, pH 7.4)에서 다양한 전하비율로 30분간 자발적인 복합체를 형성한 후, 트리스-아세테이트 (TAE) 러닝 버퍼를 사용하여 1 % 아가로스 젤에서 100V, 40분 동안 전기 영동함으로써 복합체의 형성을 확인하였다. 그 결과는 도 2에 나타내었다. 키토산의 분자량에 크게 관계없이 전하비율이 MC(N)/DNA(P)가 3 이상일 때 완전한 복합체를 이루는 것으로 보인다.To calculate the charge ratio, DNA was calculated as one charge per molecular weight of 330, MC was calculated as one charge per repeat unit of chitosan including mannose. DNA was allowed to fluoresce using ethidium bromide. MC and DNA (luciferase marker gene (pGL3-Control)] (0.1 μg) prepared in Example 1 were spontaneously complexed for 30 minutes at various charge ratios in 10 mM phosphate buffer (PBS, pH 7.4). The formation of the complex was then confirmed by electrophoresis for 100 V for 40 minutes on a 1% agarose gel using Tris-Acetate (TAE) running buffer. The results are shown in FIG. Regardless of the molecular weight of chitosan, the charge ratio seems to form a complete complex when MC (N) / DNA (P) is 3 or more.

<실험예 1: MC/DNA 복합체의 디옥시리보뉴클레아제(DNase I)으로부터 DNA의 분해억제능과 복합체로부터 DNA의 해리능> Experimental Example 1: Inhibition of DNA Decomposition from Deoxyribonuclease (DNase I) of MC / DNA Complex and Dissociation of DNA from Complex>

실시예 2에서 형성된 복합체에 DNase I을 DNA 0.1g당 2 unit 첨가하여 37℃에서 30분간 반응시켰고, 그 결과는 도 3에 나타내었다. 또한 실시예 2에서 형성된 복합체에 sodium dodecyl sulfate (SDS)를 처리함으로써 복합체로부터 해리된 DNA가 분해되지 않고 원래의 형태 그대로 해리되는 지를 확인하였고, 이 결과는 도 4에 나타내었다. 키토산 분자량에 따라 비슷한 경향을 보였고, MC100,000의 경우 복합체를 완전히 이룬 전하비율 5에서부터 DNA가 분해되지 않고 남아있음을 확인하여 MC가 효소로부터 DNA를 보호해주는 역할을 하고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, SDS를 이용하여 강제로 복합체에서 DNA를 해리시켰을 때도 원래의 DNA 형태 그대로 유지됨을 확인할 수 있어서 DNA가 복합체 내에서 기능을 잃지 않고 안전하게 보호되고 있음을 알 수 있었다.   DNase I was added to the complex formed in Example 2, 2 units per 0.1 g of DNA was reacted at 37 ° C. for 30 minutes, and the results are shown in FIG. 3. In addition, by treating the complex formed in Example 2 with sodium dodecyl sulfate (SDS) it was confirmed that the DNA dissociated from the complex is not degraded, but in the original form, the results are shown in FIG. According to the chitosan molecular weight, there was a similar tendency, and in the case of MC100,000, it was confirmed that the DNA remained undecomposed from the charge ratio 5 which completely formed the complex, thereby confirming that MC plays a role of protecting DNA from enzymes. In addition, it was confirmed that even when the DNA was forcibly dissociated from the complex using SDS, the original DNA form was maintained intact, indicating that the DNA was safely protected without losing its function in the complex.

<실험예 2: MC/DNA 복합체의 입자크기 및 형태>Experimental Example 2: Particle Size and Shape of MC / DNA Complex

상기 제조방법과 같이 MC/DNA를 다양한 전하비율로 제조하여, 원자현미경(Atomic Force Microscopy)로 측정하였고, 그 결과는 도 5에 도시하였다. MC100,000/DNA 복합체의 경우 전하비율 (charge ratio)이 5 이상으로 증가할 때, 입자간의 뭉침현상이 보이고, 입자 크기도 크게 증가하는 것을 관찰할 수 있었기에, 이 후 세포 실험에서는 전하비율을 5로 고정하여 실험하였다. 전하비율 5일 때 입자 크기는 평균 136.7 ± 33.5 nm이었고, 도 5에 나타난 것과 같이 구형에 가까운 형태를 보이고 있음을 관찰할 수 있었다. 이는 세포내로의 빠른 유입을 위해서 입자의 크기가 150nm이하가 되어야 한다는 조건에 잘 부합한다.   MC / DNA was prepared at various charge ratios as in the preparation method, and measured by atomic force microscopy, and the results are shown in FIG. 5. In the case of MC100,000 / DNA complex, when the charge ratio was increased to 5 or more, agglomeration between particles was observed and the particle size was greatly increased. The experiment was fixed by. When the charge ratio was 5, the average particle size was 136.7 ± 33.5 nm, and as shown in FIG. This fits well with the requirement that the particle size be less than 150 nm for rapid entry into the cell.

AFM등을 이용하여 morphology를 보거나 하면 전하비율이 20이 넘어가면 사이즈도 커지고 많이 뭉치는 경향을 보인다. 특히 동물실험을 할 때는 첨가하는 DNA 양이 세포실험에서 사용하던 양보다 훨씬 많아지게 되는데, 전하비율이 커지게 되면 첨가하는 고분자 중합체 양이 증가함에 따라 그만큼 이온결합력도 함께 증가를 해서 고농도의 복합체를 만드는 데는 어려움이 많이 있다. 쉽게 뭉치는 현상을 보이기 때문이다. 그래서 세포실험에서의 효율은 전하비율가 증가하면 좋았지만 실제로 동물실험에 적용할 때는 전하비율이 20 초과에서는 곤란하였다. 따라서 MC/DNA 전하비율은 5 내지 20 정도가 바람직하다. If you look at the morphology using AFM, etc., when the charge ratio exceeds 20, the size increases and tends to aggregate a lot. Especially in animal experiments, the amount of DNA added is much higher than the amount used in cell experiments.As the charge ratio increases, the amount of polymer added increases as the amount of ionic bond increases, thereby increasing the complex concentration. There is a lot of difficulty in making it. This is because it shows an easy clustering phenomenon. Therefore, the efficiency of the cell experiment was good to increase the charge ratio, but when applied to animal experiments, it was difficult when the charge ratio was over 20. Therefore, the MC / DNA charge ratio is preferably about 5 to 20.

<실험예 3: MC의 세포독성실험> Experimental Example 3: Cytotoxicity Test of MC

NCTC 3749 세포주 (macrophage cell line의 일종)를 각각 96 웰-플레이트(well-plate)에 웰(well) 당 4×104 개의 농도로 분주하였고, RPMI 1640 배지를 이용하여 24시간동안 키웠다. 키토산과 실시예 1에서 제조한 MC를 농도별로 24시간동안 처리하여 셀타이터 96 수성 일용액 세포분열 검사[CellTiter 96 Aqueous One Solution Cell Proliferation Assay(Promega, Madison, USA)]를 이용해 세포 독성을 알아보았다. 세포독성 결과는 도 6에 나타내었다. 키토산(WSC) 자체보다 MC가 좀 더 세포활성에 좋은 것으로 나타났고, 이는 MC가 생체 적합한 물질임을 증명하는 것이다. NCTC 3749 cell lines (a type of macrophage cell line) were each dispensed in 96 well-plates at a concentration of 4 × 10 4 per well and grown for 24 hours using RPMI 1640 medium. Chitosan and MC prepared in Example 1 was treated by concentration for 24 hours Cell titer 96 Aqueous daily solution cell division test [CellTiter 96   Aqueous One Solution Cell Proliferation Assay (Promega, Madison, USA)] was used to determine the cytotoxicity. Cytotoxicity results are shown in FIG. 6. MC has been shown to be more cytotoxic than chitosan (WSC) itself, proving that MC is a biocompatible material.

<실험예 4: MC/DNA 복합체의 트랜스펙션 효율> Experimental Example 4: Transfection Efficiency of MC / DNA Complex

만노스 수용체를 가지고 있는 대식세포주 중 하나인 Raw 264.7 세포를 24 웰-플레이트에 각 웰당 3 x 105cell을 분주하여, 10% 우태아혈청(fetal bovine serum:FBS)을 넣은 DMEM 배지에서 18시간 동안 37℃, 5 % 이산화탄소 하에서 키운다. 그 다음, 실시 예 2와 같은 방법으로 루시퍼라아제(luciferase) 표지 유전자(pGL3-Control)와 복합체를 형성시킨 후 각 웰에 FBS가 없는 배지와 함께 넣어준다. 4 시간 동안 37℃, 5 % 이산화탄소 하에서 인큐베이션 후, 배지를 제거해 주고 신선한 10 % FBS를 넣은 DMEM 배지를 넣고 48시간 동안 37℃, 5 % 이산화탄소 하에서 인큐베이션 시켜준다. 배지를 제거한 후, 세포 라이시스 완충용액(cell lysis buffer)를 100 ㎕씩 넣고 -20℃에서 24 시간 둔다. 하루 지난 후 상온에서 녹인 다음 각 웰에서 이-튜브(e-tube)로 옮겨 담고 10000 rpm에서 15 분간 원심분리를 하여 상층액만 얻는다. 얻은 상층액을 루시페라제 분석 장치(luciferase assay kit)를 이용하여 그 활성을 측정하였다. 또한 만노스의 농도를 증가시킴에 따라 MC의 트랜스펙션 효율이 어느 정도 감소하는지를 확인하기 위하여, 위와 같은 트랜스펙션 실험이 진행되기 15분 전에 다양한 농도의 만노스를 세포에 먼저 처리하였다. (도면에서 RLU는 'relative light unit'의 약자임)그 결과는 도 7에 나타내었다. 여기서 알 수 있듯이, 키토산 자체에 비해서 MC는 유전자 발현율이 훨씬 우수함을 확인할 수 있었고, 만노스의 농도가 증가함에 따라 키토산 자체는 유전자 발현율이 크게 영향을 받지 않는 반면 MC의 경우는 지속적으로 트랜스팩션 효율이 감소하는 것을 확인할 수 있어, 어느 정도 만노스에 의한 수용체 매개 유전자 전달이 이루어지고 있음을 확인할 수 있었다. 또한 키토산의 분자량을 달리하여 실험하였을 때도 비슷한 결과를 얻을 수 있었고, 키토산 분자량이 작은 것 보다는 큰 MC100,000의 경우 유전자 전달 효율이 가장 우수하였기에 그 다음 세포실험과 동물실험은 MC100,000으로만 실험을 진행하였다.Raw 264.7 cells, one of the macrophage lines containing mannose receptors, were dispensed in 24 well-plates at 3 x 10 5 cells per well for 18 hours in DMEM medium containing 10% fetal bovine serum (FBS). Grow at 37 ° C. under 5% carbon dioxide. Then, in the same manner as in Example 2 to form a complex with luciferase (luciferase) marker gene (pGL3-Control) and put in each well with a medium without FBS. After incubation at 37 ° C. and 5% carbon dioxide for 4 hours, the medium is removed and placed in DMEM medium containing fresh 10% FBS and incubated at 37 ° C. and 5% carbon dioxide for 48 hours. After removing the medium, 100 μl of cell lysis buffer was added and placed at -20 ° C for 24 hours. After one day, it is dissolved at room temperature and then transferred to an e-tube in each well and centrifuged for 15 minutes at 10000 rpm to obtain only the supernatant. The obtained supernatant was measured for activity using a luciferase assay kit. In addition, in order to determine how much the transfection efficiency of MC decreases with increasing the concentration of mannose, various concentrations of mannose were first treated with cells 15 minutes before the transfection experiment. (In the figure, RLU stands for 'relative light unit') The results are shown in FIG. As can be seen, MC showed much better gene expression compared to chitosan itself, and as the concentration of mannose increases, chitosan itself is not significantly affected by gene expression, whereas MC has consistently improved transfection efficiency. It was confirmed that the decrease, it was confirmed that the receptor-mediated gene delivery by mannose to some extent. Similar results were obtained when the molecular weight of chitosan was varied, and the gene transfer efficiency was the highest in the case of MC100,000, which was higher than the molecular weight of chitosan. Proceeded.

다음으로 표지 유전자(reporter gene)가 아닌 실제 치료 유전자인 인터루킨-12 유전자를 쥐로부터 추출하여 수지상 세포로 분화시킨 세포에 전달하여 위와 같은 비슷한 결과를 얻을 수 있는지 확인하였다. 그 결과는 도 8에 나타내었다. 인터루킨-12 유전자만을 전달한 경우에 비해 키토산이나 MC를 이용하여 유전자를 전달한 경우 인터루킨-12를 생성정도가 월등하게 높은 것을 확인할 수 있었고, 루시페라제 유전자를 전달하여 얻었던 세포실험 결과와 마찬가지로 키토산 자체보다는 MC가 인터루킨-12를 수지상세포로부터 생성하는데 훨씬 효과적인 것을 확인할 수 있었고, 이에 따라 인터페론-γ도 MC에 의해 훨씬 효과적으로 유도됨을 확인할 수 있었다.Next, the interleukin-12 gene, which is not a reporter gene, but an actual therapeutic gene, was extracted from rats and transferred to cells differentiated into dendritic cells to determine whether similar results were obtained. The results are shown in FIG. When the gene was delivered using chitosan or MC compared to the case of delivering only the interleukin-12 gene, it was confirmed that the generation degree of interleukin-12 was much higher, and the cell experiment obtained by delivering the luciferase gene, rather than the chitosan itself. It was confirmed that MC is much more effective in generating interleukin-12 from dendritic cells, and thus, it was confirmed that interferon-γ was also more effectively induced by MC.

<실시예 5: 종양 유발과 MC/pmIL-12 복합체를 이용한 항암면역치료>Example 5 Tumor Induction and Anticancer Immunotherapy Using MC / pmIL-12 Complex

쥐에 암을 유발시키기 위해 8주된 BALB/c mice 등의 털을 제거한 후, CT-26 세포 (쥐의 대장암 세포주) 2 x 106cell을 피하주사를 통해 쥐의 등에 주입하였다. 종양 부피는 v=0.5× a × b2 (a와 b는 차례로 종양의 가장 짧고 긴 지름)의 공식을 이용하여 계산되었다. 종양의 치료는 대략 종양의 크기가 100-120mm3에 도달하는 일주일 후에 시작되었다. MC/pmIL-12 복합체는 실시예 2와 같은 방법으로 전하비율 5로 제조되었고, 처리한 DNA의 양은 쥐 한 마리 당 50 μg으로 하고, 3-4일 간격으로 총 4번을 2주 동안 종양부위에 국소적으로 주입하였다. 대조군은 normal saline을 주입하였다. 종양 크기는 일주일에 2번씩 측정하여 21일까지 측정되었다. 모든 처리군과 대조군은 21일날 희생되었고, 종양은 웨스턴 블럿 (Western blot), 면역염색, ELISA 측정을 위해 적출되었다. In order to cause cancer in rats, hairs of 8-week-old BALB / c mice were removed, and 2 x 10 6 cells of CT-26 cells (colon cancer cell lines of mice) were injected into the back of mice through subcutaneous injection. Tumor volume was calculated using the formula v = 0.5 × a × b 2 , where a and b in turn are the shortest and longest diameter of the tumor. Treatment of the tumor began about a week after the tumor size reached 100-120 mm 3 . MC / pmIL-12 complex was prepared in the same manner as in Example 2 charge ratio 5, the amount of treated DNA was 50 μg per mouse, a total of four tumor sites for 3 weeks every 3-4 days for 2 weeks Injected topically. The control group was injected with normal saline. Tumor size was measured twice a week for up to 21 days. All treatments and controls were sacrificed on day 21 and tumors were harvested for Western blot, immunostaining, and ELISA measurements.

<실험예 5-1: MC/pmIL-12 복합체에 의한 사이토카인 분비와 종양성장 억제효과> Experimental Example 5-1: Cytokine Secretion and Tumor Growth Inhibitory Effect by MC / pmIL-12 Complex>

적출해 낸 종양을 액체질소에 얼렸다가 녹인 후 라이시스 완충 용액 (lysis buffer)를 이용하여 균질화 한 후, 5분 동안 5000 rpm의 속도로 원심분리를 한 후, 상층액을 ELISA kit (R&D System, Minneapolis, MN)를 이용하여 mIL-12 p70과 mINF-γ를 정량하였다. 그 결과는 도 9에 나타내었다. 대조군과 비교하였을 때 MC/pmIL-12 복합체로 처리한 처리군의 경우 mIL-12 p70과 mINF-γ를 유도하는 데 훨씬 효과적인 것을 확인 할 수 있었다. 또한 실시예 3에 나타낸 것과 같이 종양의 부피를 측정한 결과 (도 10), 처리군의 경우 대조군에 비해 13일까지 종양의 성장이 크게 지연되고 있음을 확인할 수 있어, 이는 MC/pmIL-12 복합체에 유도된 사이토카인의 효과에 의한 것으로 사료된다. The extracted tumor was frozen in liquid nitrogen and dissolved, homogenized using a lysis buffer, centrifuged at 5000 rpm for 5 minutes, and then the supernatant was removed from the ELISA kit (R & D System, Minneapolis (MN) was used to quantify mIL-12 p70 and mINF-γ. The results are shown in FIG. Compared with the control group, the treatment group treated with MC / pmIL-12 complex was found to be much more effective in inducing mIL-12 p70 and mINF-γ. In addition, as shown in Example 3 as a result of measuring the volume of the tumor (FIG. 10), it can be seen that the growth of the tumor is significantly delayed until 13 days in the treated group compared to the control group, which is MC / pmIL-12 complex This may be due to the effects of cytokines induced on.

<실험예 5-2: MC/pmIL-12 복합체에 의한 종양 조직의 아폽토시스 유도> Experimental Example 5-2: Induction of Apoptosis of Tumor Tissue by MC / pmIL-12 Complex>

실험예5 에서와 같이 종양의 성장이 지연되는 효과가 종양조직의 아폽토시스에 의한 것인지를 확인하기 위하여 웨스턴 블럿을 이용하여, 아폽토시스에 관여하는 인자인 Bad, Bid, Apaf-1과 암활성인자인 Bcl-xL의 발현정도를 살펴보았다. 도 11에 도시한 결과에서와 같이, 대조군에 비해 처리군이 Bad, Bid, Apaf-1가 크게 증가하고 반대로 Bcl-xL이 감소하는 것을 확인할 수 있어 종양조직에 MC/pmIL-12 복합체에 의해 아폽토시스가 유도되었음을 알 수 있었다. 또한 TUNEL assay (terminal deoxy-U nick end labeling assay)를 통해 아폽토시스가 일어난 부위를 진한 갈색으로 염색하였을 경우 도 12에서와 같이 대조군에 비해 처리군이 훨씬 넓은 면적으로 아폽토시스가 일어났음을 재확인할 수 있었다. As in Experiment 5, Western blot was used to confirm whether the effect of delaying tumor growth was caused by apoptosis of tumor tissues, and the factors involved in apoptosis, Bad, Bid, Apaf-1 and cancer activator Bcl. The expression level of -xL was examined. As shown in FIG. 11, compared to the control group, the treatment group showed a significant increase in Bad, Bid, and Apaf-1, and conversely, Bcl-xL decreased, and apoptosis was induced by MC / pmIL-12 complex in tumor tissue. Was found to be induced. In addition, in the case of dark brown staining of the apoptosis site through the TUNEL assay (terminal deoxy-U nick end labeling assay), the treatment group was able to confirm that the apoptosis occurred in a much larger area than the control group. .

<실험예 5-3: MC/pmIL-12 복합체에 의한 종양 조직의 세포분열주기의 억제효과> Experimental Example 5-3: Inhibitory Effect of Cell Division Cycle of Tumor Tissue by MC / pmIL-12 Complex>

종양 조직의 성장의 억제가 세포 분열 주기의 억제와 관련이 있는지 확인하기 위하여 웨스턴 블럿을 통해 세포 분열주기억제인자인 p21, p27, p53의 발현 정도를 확인하였고 그 결과는 도 13에 나타내었다. 실험예 6의 결과와 같은 맥락으로 대조군에 비해 처리군에서 p21, p27, p53가 크게 증가함을 확인할 수 있었고, 반대로 cyclin D1의 경우 감소하는 것을 확인할 수 있어, G1 phase에서 S phase로 넘어가는 세포 분열 주기가 MC/pmIL-12 복합체의 투여로 인해 억제되고 있음을 확인할 수 있었다.In order to confirm whether the inhibition of tumor tissue growth is related to the inhibition of the cell division cycle, the expression level of the cell division cycle inhibitors p21, p27, and p53 was confirmed by Western blot, and the results are shown in FIG. 13. In the same context as the results of Experiment 6, p21, p27, and p53 were significantly increased in the treated group compared to the control group, and cyclin D1 was found to decrease, and thus the cells shifted from the G1 phase to the S phase. The cleavage cycle was confirmed to be inhibited by the administration of the MC / pmIL-12 complex.

<실험예 5-4: MC/pmIL-12 복합체에 의한 혈관생성 억제효과 >Experimental Example 5-4: Angiogenesis Inhibitory Effect by MC / pmIL-12 Complex>

암의 성장에 있어 새로운 신생혈관의 생성이 매우 중요한 인자라는 것을 고려했을 때, MC/pmIL-12 복합체의 처리 후 혈관 생성이 어느 정도 억제되었는지 확인하기 위하여 gelatin zymography assay를 시행하였고 그 결과는 도 14에 나타내었다. 암의 성장과 전이, 혈관 생성 등에 크게 관여하는 MMP-2, MMP-9의 활성은 대조군에 비해 처리군이 크게 떨어졌고, 특히 MMP-2의 경우 처리군에서는 활성이 거의 확인되지 않는 것으로 보아 혈관생성 억제 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 또한 도 15에 나타난 것과 같이 신생혈관생성 인자인 FGF-2 (Fibroblast growth factor)를 진한 갈색으로 염색하였을 때 대조군에 비해 처리군에서 FGF-2의 발현 면적이 크게 줄어든 것으로 보아 MC/pmIL-12 복합체의 처리로 인해 어느 정도 혈관생성 억제 효과가 있는 것을 재확인하였다.  Considering that new neovascularization is a very important factor in the growth of cancer, gelatin zymography assay was performed to determine the degree of inhibition of angiogenesis after treatment of MC / pmIL-12 complex. Shown in MMP-2 and MMP-9 activities, which are involved in cancer growth, metastasis, and blood vessel formation, were significantly lower in the treatment group than in the control group. Especially, MMP-2 showed little activity in the treatment group. It was confirmed that the production inhibitory effect. In addition, the MC / pmIL-12 complex was significantly reduced in FGF-2 expression in the treated group when stained with angiogenesis factor FGF-2 (Fibroblast growth factor) dark brown as shown in FIG. 15. It was confirmed again that there was some inhibitory effect on angiogenesis due to the treatment of.

본 발명에 따르는 만노스기가 도입된 MC가, 만노스기가 도입되지 않은 키토 산에 비해, 만노스 수용체를 갖는 세포에 유전자 전달하는 능력이 뛰어났으며, 대장암을 피하에 유발시킨 쥐에 MC/pmIL-12 복합체를 주입함으로써 인터루킨-12 및 인터페론-γ가 효과적으로 유도되었으며 이에 따라 암의 성장속도가 지연되고, 혈관형성이 억제되었으며, 세포분열주기의 진행이 억제되어, 결국 조직의 아폽토시스가 유도되었다. Compared to chitosan without mannose group, MC having a mannose group introduced therein was superior in gene transfer to cells having a mannose receptor, and MC / pmIL-12 was applied to a mouse subcutaneously induced colon cancer. Injecting the complex effectively induces interleukin-12 and interferon-γ, thereby slowing the growth rate of cancer, inhibiting angiogenesis, inhibiting the progress of the cell division cycle, and eventually inducing tissue apoptosis.

본 발명은, 기존의 바이러스성 유전자 전달체의 단점을 극복한 비바이러스성 유전자 전달체로서, 세포특이성이면서 고효율의 유전자 발현율을 나타낼 수 있는 유전자전달체를 제공하며, 아울러 이를 포함하는 유전자 치료제를 제공한다.The present invention is a non-viral gene carrier that overcomes the shortcomings of the existing viral gene carriers, and provides a gene carrier that can be expressed cell-specific and high efficiency gene expression, and also provides a gene therapy agent comprising the same.

특히 지금까지 생체내 암조직 주변의 면역세포로의 직접적인 수용체 매개를 통한 인터루킨-12 유전자의 전달을 시도한 연구는 없었으며, 본 연구의 결과를 토대로 앞으로 유전자 전달을 이용하여 항암치료나 면역계 질환 등을 치료하는데 있어서 괄목할 만한 성장이 기대된다.In particular, there have been no studies on the delivery of interleukin-12 genes through direct receptor mediation to immune cells around cancerous tissues in vivo. Significant growth is expected in treatment.

Claims (8)

하기 화학식을 주반복단위로 포함하는 고분자 화합물:A polymeric compound comprising the following formula as a major repeating unit:
Figure 112006083224324-pat00002
Figure 112006083224324-pat00002
식중, n>x이고, n은 57 이상의 정수이다.Wherein n> x and n is an integer of 57 or more.
제 1항에 있어서, 분자량이 10,000 내지 1,000,000인 고분자 화합물.The polymer compound according to claim 1, wherein the molecular weight is 10,000 to 1,000,000. 제 1항의 고분자화합물을 포함하는 유전자 전달체.Gene delivery system comprising the polymer compound of claim 1. 제 1항의 고분자화합물과 DNA와의 복합체.A complex of the polymer compound of claim 1 with DNA. 제 4항에 있어서, 고분자 화합물/DNA 전하비율이 5 내지 20인 복합체.The composite of claim 4 wherein the polymer compound / DNA charge ratio is 5-20. 제 4항의 복합체를 유효성분으로 포함하는 유전자 치료제.Gene therapy comprising the complex of claim 4 as an active ingredient. 제 6항에 있어서, 유전자를 이용한 치료 대상이 유전질환, 면역질환 또는 암인 것인 유전자 치료제.The gene therapy agent according to claim 6, wherein the subject to be treated using the gene is a genetic disease, an immune disease or a cancer. 제 6항에 있어서, 상기 복합체의 DNA가 인터루킨-12 유전자이고, 상기 치료제가 암의 면역적 치료용인 유전자 치료제.The gene therapy agent according to claim 6, wherein the DNA of the complex is an interleukin-12 gene, and the therapy agent is for immunological treatment of cancer.
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