KR20080038440A

KR20080038440A - 퇴행성 신경질환의 치료

Info

Publication number: KR20080038440A
Application number: KR1020087007412A
Authority: KR
Inventors: 안톤 하셀벡; 프랭크 허팅; 요르그 후빌러; 미카엘 야르쉬
Original assignee: 에프. 호프만-라 로슈 아게
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2008-05-06
Also published as: CN101277715B; EP1940447B1; DK1940447T3; PL1940447T3; AU2006298826B2; AR055654A1; TW200727911A; JP2009510008A; IL189853A0; EP1940447A1; US20070072795A1; CN101277715A; SI1940447T1; IL189853A; RU2008116309A; US20100267632A1; WO2007039436A1; JP5096345B2; RU2467761C2; CA2622609A1

Abstract

본 발명은 유효량의 약물을 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환의 치료가 필요한 환자의 혈액관류로에 투여함으로써 상기 질환을 치료하기 위한 상기 약물의 제조를 위한 적혈구생성 분자의 용도 및 본 발명에 따른 적혈구생성 분자를 포함하는 키트에 관한 것으로서, 상기 적혈구생성 분자가, 1 내지 6 개의 글리코실화 부위의 첨가 또는 하나 이상의 글리코실화 부위의 재배열에 의해 개질된 인간 에리쓰로포이에틴 서열을 갖는 인간 에리쓰로포이에틴 및 그의 동족체로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 유리 아미노 그룹 함유 에리쓰로포이에틴 부분을 포함하며, 상기 에리쓰로포이에틴 부분이 화학식 -CO-(CH₂)_x-(OCH₂CH₂)_m-OR의 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹 n개에 공유 결합된다.

Description

퇴행성 신경질환의 치료{TREATMENT OF NEURODEGENERATIVE DISORDERS}

본 발명은 신규의 적혈구생성제(NEA)를 사용하는 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환의 치료 방법에 관한 것이다.

상업적으로 입수할 수 있는 단백질 치료제, 예를 들어 인간 에리쓰로포이에틴(EPO)의 생체이용률은 그의 짧은 혈장 반감기 및 프로테아제 분해에 대한 민감성에 의해 제한된다. 이러한 결점들은 상기가 최대의 임상 효능을 획득하지 못하게 한다. 신규의 적혈구생성제들이 EPO 및 그의 동족체의 화학적 개질을 통해 개발되었다. 이들 신규의 작용제들은 효능 있고 연장된 적혈구생성 활성을 제공하여 신장병에 걸린 환자 및 화학요법을 진행하고 있는 AIDS 및 암 환자에서 최적의 빈혈 관리를 허용한다.

본 발명은 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환의 치료가 필요한 환자에게 치료 유효량의 신규의 적혈구생성제(NEA)를 투여함으로써 상기 질환을 치료하는 방법에 관한 것이며, 이때 상기 NEA는 특정 분자량 및 링커 구조를 갖는 공유적으로 통합된 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹을 포함하는 화학적으로 개질된 인간 에리쓰로포이에틴 또는 화학적으로 개질된 인간 에리쓰로포이에틴 동족체이다.

도 1은 주사 후 2 및 6 시간째의 래트 혈청 중의 EPO 및 본 발명의 NEA의 농도를 도시하고,

도 2는 주사 후 2 및 6 시간째의 래트 리커(liquor) 중의 EPO 및 본 발명의 NEA의 농도를 도시하고,

도 3은 주사 후 2 및 6 시간째의 래트 혈청뿐만 아니라 래트 리커 중의 EPO 및 본 발명의 NEA의 농도를 도시한다.

구체적으로, 본 발명에 사용된 NEA는 바람직하게는 하나 이상의 유리 아미노 그룹을 갖고 1 내지 6 개의 글리코실화 부위의 첨가 또는 하나 이상의 글리코실화 부위의 재배열에 의해 개질된 인간 에리쓰로포이에틴 서열을 갖는 인간 에리쓰로포이에틴 및 그의 동족체로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 유리 아미노 그룹 함유 에리쓰로포이에틴 부분을 포함하는 화학적으로 개질된 적혈구생성 분자이며; 상기 에리쓰로포이에틴 부분은 화학식 -CO-(CH₂)_x-(OCH₂CH₂)_m-OR의 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹 n개에 각각의 상기 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹의 -CO(즉 카보닐)는 상기 아미노 그룹들 중 하나와 아미드 결합을 형성하며; 상기에서 R은 저급 알킬이고; x는 2 또는 3이고; m은 약 450 내지 약 900이고; n은 1 내지 3이고; n 및 m은 개질되지 않은 에리쓰로포이에틴 부분의 분자량을 차감한 상기 생성된 NEA의 분자량이 약 20 킬로달톤 내지 약 100 킬로달톤과 같도록 선택된다. 상기와 같은 NEA들은 예를 들어 미국 특허 제 6,583,272 호에 개시되어 있으며, 상기 특허를 필요한 정도로 본 발명에 참고로 인용한다.

본 발명에 유용한 NEA는 EPO와 생화학적으로 및 기능적으로 다르다. 이와 함께, 생체 내 및 시험관 내 데이터는 상기 NEA가 EPO에 비해, 상기 EPO 수용체에 대해 실질적으로 더 낮은 결합 친화성을 나타내며 보다 급속히 해리됨을 가리킨다. 인간 에리쓰로포이에틴(hEPO)에 비해, 상기 NEA는 증가된 순환 반감기 및 혈장 체류 시간, 감소된 제거율, 및 증가된 생체 내 임상 활성을 포함하여, 독특하고 유리한 임상 성질들을 나타낸다.

본 발명의 NEA의 독특한 성질들과 관련된 상기 관찰들 중 일부를 가능하게는 신규의 작용 방식에 의해 설명할 수 있다. 연장된 혈청 반감기와 함께 상기 에리쓰로포이에틴 수용체("EPO-R")로부터의 빠른 해리는 상기 수용체와의 다수의 상호작용을 통해 향상되고 지속된 적혈구생성 효과를 생성시킬 수 있다. 입체적(steric) 이유로, 상기 다수의 상호작용은 상기 EPO-R의 신호 연속단계(signal cascade)를 유도하기에 충분할 수 있지만 상기 수용체/분자 복합체가 내면화되고 변성될 만큼 강한 결합을 생성킬 정도로 충분히 타이트하지는 않다. 통계적으로, 상기 분자의 단지 몇 퍼센트만이 상기와 같은 타이트한 결합을 형성한다. 전체적으로, 상기 작용 방식은 하나의 분자가 변성되기 전에 하나보다 많은 수용체를 활성화시키는 효과를 도출할 것이다.

중요하게는, 상기 NEA의 유리한 성질들은 감소된 투여 회수 및 보다 안정한 헤모글로빈 조절을 허용하여, 신장병 환자 및 화학요법 중인 AIDS 또는 암 환자에서 최적의 빈혈 관리를 가능하게 한다. 이러한 이점은 치료 성과뿐만 아니라 환자의 삶의 질을 개선시킬 것으로 기대된다.

자연적 인간 에리쓰로포이에틴(hEPO)은 신체의 상이한 조직들(예를 들어 신장, 뇌 등)에서 생산되며 특히 적혈구 생산을 자극하는 체액 혈장 인자이다(Carnot, P and Deflandre, C(1906) C.R. Acad. Sci. 143:432; Erslev, AJ(1953 Blood 8:349; Reissmann, KR(1950) Blood 5: 372; Jacobson, LO, Goldwasser, E, Freid, W and Plzak, LF(1957) Nature 179:6331-4). 자연적 EPO는 골수 중의 수임 적혈구 원본세포의 분할 및 분화를 자극하며 적혈구 전구체 상의 수용체에 결합함으로써 그의 생물 활성을 발휘한다(Krantz, BS(1991) Blood 77:419).

EPO의 빈혈 치료를 위한 용도 이외에, 최근 상기 분자는 또한 신경 및 심근 보호 효과를 제공한다고 제안한다. 문헌[W. Jelkmann and K. Wagner, Ann. Hematol 83:673-686(2004)]을 참조하시오.

본 발명은 혈액관류로에 NEA를 도입시킴으로써 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환을 치료하기 위한 본 발명의 NEA의 용도를 제공한다. 본 발명은 본 발명의 NEA가 그의 비교적 큰 크기에도 불구하고 혈액 뇌 장벽을 횡단하여 상기 뇌 및 척수에서 발견되는 신경세포에 대한 신경보호제로서 작용할 수 있다는 발견을 기본으로 한다. 상기 NEA가 상술한 바와 같이 다른 환경들에서 나타내는 특유의 우수한 임상 성질들은 또한 EPO에 의한 치료에 비해, 퇴행성 신경질환의 치료에 사용될 때 상당한 치료 이점을 제공할 것으로 예상된다.

에리쓰로포이에틴은 재조합 DNA 기술을 사용하여 생합성적으로 제조되었으며(Egrie, JC, Strickland, TW, Lane, J et al.(1986) Immunobiol. 72:213-224) 차이니즈 햄스터의 난소 조직 세포(CHO 세포)에 삽입되어 발현된 클로닝된 인간 EPO 유전자의 산물이다. 우세한, 완전히 진행된 형태의 hEPO의 1 차 구조를 서열식별번호: 1로 예시한다. Cys⁷-Cys¹⁶¹와 Cys²⁹-Cys³³ 사이에는 2 개의 다이설파이드 가교가 존재한다. 당 부분이 없는 EPO의 폴리펩타이드 쇄의 분자량은 18,236 Da이다. 완전한 EPO 분자에서, 상기 분자량의 대략 40%는 단백질 상의 글리코실화 부위에서 상기 단백질을 글리코실화하는 탄수화물 그룹이 차지한다(Sasaki, H, Bothner, B, Dell, A and Fukuda, M(1987) J. Biol. Chem. 262:12059).

"에리쓰로포이에틴" 또는 "EPO"란 용어는 서열식별번호: 1 또는 서열식별번호: 2에 나타낸 아미노산 서열 또는 상기와 실질적으로 일치하는 아미노산 서열을 갖는 글리코실화된 단백질을 지칭하며, 그의 생물학적 성질들은 적혈구 생산의 자극, 및 골수 중의 수임 적혈구 원본세포의 분할 및 분화의 자극과 관련될 수 있다. 또한, "에리쓰로포이에틴"은 현 기술수준에 공지된 생물학적 성질들 중 하나 또는 결합 친화성을 나타내는 글리코실화된 단백질을 지칭한다. 따라서, 신경보호 효과만을 나타내는 분자들을 포함한다. 본 발명에 사용된 바와 같이, 상기 용어는 고의로, 예를 들어 부위 지향된(site-directed) 돌연변이 또는 우연히 돌연변이를 통해 변형된 상기와 같은 단백질을 포함한다. 상기 용어는 또한 글리코실화를 위한 1 내지 6 개의 추가적인 부위를 갖는 동족체(analog), 상기 당단백질의 카복시 말단 단부에서 하나 이상의 추가적인 아미노산을 갖는 동족체(이때 상기 추가적인 아미노산은 하나 이상의 글리코실화 부위를 포함한다), 및 글리코실화를 위한 하나 이상의 부위의 재배열을 포함하는 아미노산 서열을 갖는 동족체를 포함한다. 상기 용어는 인간 에리쓰로포이에틴으로부터 생성된 자연적인 것 및 재조합체 모두를 포함한다.

EPO는 특정한 막관통 수용체(EPO-R)에 결합한다. 기능성 인간 EPO-R은 사이토킨 I 부류 수용체 상과(superfamily)의 일원이며 484 개 아미노산으로 된 2 개의 동일한 당단백질 쇄의 동종이량체로서 존재한다. 각각의 쇄는 세포외 도메인, 소수성의 막관통 서열, 및 단백질 타이로신 키나제 JAK2와 관련된 세포질 도메인을 포함한다. 개질되지 않은 EPO는 상기 수용체 서브유닛에 결합하며, 이에 의해 상기 두 결합 부위들의 해리 상수는 크게 상이하다. EPO와 상기 수용체와의 결합은 형태 변화 및 상기 두 EPO-R 서브유닛의 보다 단단한 결합의 원인이 되며, 이는 상기 두 JAK 분자를 자동인산화로 이끌어 복잡한 신호전달 연속단계를 생성시킨다. 상기 EPO-유도된 신호전달 경로는 30 내지 60 분의 자극 후에 거의 기저 수준으로 돌아가는 것으로 나타났다. EPO의 효과는 상기 EPO/EPO-R 복합체의 내면화(internalization) 및 변성을 야기하는 조혈세포 포스페이트(HCP)의 작용에 의해 종결된다.

최근에 EPO는 처음 생각된 것보다 더 다면적인 생존 성장 인자인 것으로 나타났다. EPO는 신경영양 및 신경보호 기능(Cerami A et al.(2002) Nephrol. Dial. Transplant. 17:8-12; Chong, ZZ et al.(2003) Curr. Drug Targets Cardiovasc. Haematol. Disord. 3:141-154; Jumbe, NL(2002) Oncology 16:91-107; Marti, HH et al.(2000) News Physiol. Sci. 15:225-229), 혈관 기능(Masuda, S et al. (1999) Int. J. Hematol. 70:1-6; Smith, KJ et al.(2003) Cardiovas. Res. 59:538-548), 및 심장보호 기능(Smith, KJ et al.(2003) Cardiovasc. Res. 59:538-548; Parsa, CJ et al.(2003) J. Clin. Invest. 112:999-1007)을 갖는 것으로 여겨진다. EPO-R은 설치류 및 포유동물 뇌의 독특한 구역에 존재하는 것으로 나타났다(Digicaylioglu, M et al.(1995) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:3717-3720; Li, Y et al.(1996) Pediatr. Res. 40:376-380; Marti, HH et al.(1996) Eur. J. Neurosci. 8:666-676). EPO 결합 부위는 주로 마우스의 해마, 피막 내, 피질 및 중뇌에 위치하였다(Digicaylioglu, M et al.(1995) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:3717-3720). 또한, EPO는 신경세포 줄기 및 원본세포의 증식 및 분화를 자극하는 것으로 공지되어 있다(Shingo, T et al.(2001) J. Neurosci. 21:9733-9743; Studer, L et al.(2000) J. Neurosci. 20:7377-7383).

EPO의 신경보호 효과를, 무산소 1차 해마 신경세포 배양물에서 미토콘드리아 막 전위를 유지시킴으로써 EPO의 신경보호 작용에서의 PI-3K/Akt 경로의 근원적인 중요성에 대해 다시 조사할 수 있다(Chong, ZZ et al.(2003) Circulation 106:2973-2979). 상기 미토콘드리아 막 전위의 탈안정화는 시토크롬 C 방출의 원인이 되며, 이는 DNA 단편화를 촉진하는 카스파제 8, 1 및 3을 활성화시킨다.

뇌에서 EPO의 생체 내 신경보호 효과는 1998년에 사사키 그룹(Sadamoto, Y et al.(1998) Biochem. Biophys. Res. Commun. 253:26-32; Sakanak, M et al.(1998) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95:4635-4640)에 의해 처음으로 제공되었으며, 모래쥐에서 수행되었다. EPO의 측부 뇌실에의 주입은 허혈-유발된 학습 장애를 예방하고 해마 CA1 신경세포를 소멸로부터 구하는 것으로 나타났다. 래트를 사용한 유사한 실험은 허혈-유발된 장소 항해 장애, 피질 경색증, 및 시상 변성의 감소를 나타내었다(Sadamoto, Y et al.(1998) Biochem. Biophys. Res. Commun. 253:26-32). 또한, 공지된 저 산소 예비조정의 보호 효과는 마우스에서 EPO 신호전달이 용해성 EPO-R의 뇌실에의 주입에 의해 국소적으로 차단되는 경우 현저하게 감소한다(Prass, K et al.(2003) Stroke 34:1981-1986).

초기에는 전신 투여된 EPO가 혈액-뇌 장벽으로 인해 뇌로 들어갈 수 없을 것으로 추정되었다(Junk, AK et al.(2002) Proc. Natl. Acad. Sci USA 99:10659-10664; Juul, SE et al.(1999) Pediatr. Res. 46:543-547). 상기 혈액 뇌 장벽(blood brain barrier; BBB)은 뇌뿐만 아니라 뇌척수액(CSF, 액체)을 혈액과 분리시키며 상기 혈액과 뇌 사이의 물질 교환을 조절한다. 본 발명에 사용된 바와 같이, "BBB"란 용어는 혈액 뇌 장벽뿐만 아니라 혈액-CSF 장벽을 포함한다. 상기는 주로 뇌 모세혈관, 맥락막총 입방 상피, 및 거미막을 포함한다. 모든 BBB 부위는 인접한 세포들 간의 긴밀한 연접, 내피 기공의 부재, 및 세포흡수소포의 결핍을 특징으로 한다. 더욱이, 뇌 모세혈관은 신체의 다른 부위들로부터의 모세혈관에 비해 수치상 여러 배 증가된 내피 미토콘드리아 밀도를 갖는다. 상기 BBB를 구성하는 세포들은 인접 세포층으로서 유효하게 작용하여 주로 세포통과 경로에 의해서만 용질 교환을 허용한다. 따라서, 지질 용해성 용질들은 상기 BBB를 쉽게 통과하는 반면, 전해질, 지질 불용성 비전해질, 및 단백질은 이들이 비 신경 조직에 들어가는 것보다 더 느리게 혈액으로부터 뇌로 들어간다. 상기 장벽 기능은 상기 뇌를 유해한 물질로부터 보호하는데 도움이 된다.

용질 분자가 막을 통해 이동하는 4 가지 기본적인 기전이 존재한다. (1) 단순한 확산, (2) 촉진된 확산, (3) 수성 채널을 통한 단순한 확산, 및 (4) 단백질 담체를 통한 능동 수송. 세포주위 확산은 상기 BBB에서 타이트한 연접으로 인해 크게는 일어나지 않는다. 세포통과 확산의 경우에 일반적인 법칙은 물질의 친지성이 클수록 뇌로의 확산이 크다는 것이다. 글루코스, 알콜 및 다른 소 분자들은 단지 확산에 의해서 뇌에 들어간다. 대부분의 단백질들은 대개 능동 수송을 사용할 필요가 있다.

상기 혈액 뇌 장벽은 몇몇 용액들에 의해, 예를 들어 고장성 만니톨의 동맥 내 주입에 의해 "개방"될 수 있다. 만니톨은 내피 세포를 수축시킴으로써 삼투작용을 통해 상기 혈액 뇌 장벽을 개방하는 것으로 생각된다.

CSF는 뇌실, 척수관 및 거미막하 공간 내에 위치한다. CSF의 주 공급원은 측부, 제 3 및 제 4 뇌실의 맥락막총이며, 그 부피는 뇌 중량의 10 내지 20%로 변화한다. 인간에서 CSF의 부피는 140 내지 150 ㎖이며, 인간의 경우 5 시간(래트의 경우 1 시간)의 턴오버를 갖는다. CSF는 그의 생산에 의해 발생된 수압의 영향 하에서 상기 뇌실 및 거미막하 공간 내에서 이동한다. CSF는 뇌를 완충하며, 뇌 세포외액을 조절하고, 신경활성 물질의 분배를 허용하며, 뇌에 의해 생산된 폐 산물들을 수거하는 싱크(sink)이다.

점브(Jumbe NL(2002) Oncology 16:91-107)는 정맥 내로 래트에게 투여된(500 U/㎏) 재조합 인간 EPO의 뇌척수액 대 혈청 농도 비가 약 1 x 10^-3임을 보였다. 유사하게 다베포에틴 알파의 투여의 경우에도 그러하며 25 ㎍/㎏을 갖는다. 비구획화 분석에 의해 계산된 농도-시간 곡선 아래 평균 면적(AUC₀ _-8)은 뇌척수액에서 재조합 인간 EPO(rhEPO)의 경우 340 mU h/㎖이고 다베포에틴 알파의 경우 3.6 ng h/㎖이며, 혈청에서는 각각 370,000 mU h/㎖ 및 4500 ng h/㎖이었다.

뇌졸증(stroke) 실험에 대해서, 시험 동물에 고 용량의 rhEPO의 전신 투여는 중뇌 동맥 폐쇄 후 24 시간째에 경색 부피를 감소시키고(Siren, AL et al.(2001) Proc. Natl. Acad. Sci USA 98:4044-4049), 사망률을 감소시키며(Buemi, M et al.(2000) Eur. J. Pharmacol. 392:31-34), 신경세포 손상을 예방하고(Alafaci, C et al.(2000) Eur. J. Pharmacol. 406:219-225), 뇌 혈류를 증가시키며(Grasso, G(2001) J. Neurosurg. Sci. 45:7-14), 신경학적 결손을 감소시킨다(Grasso, G et al.(2002) J. Neurosurg. 96:565-570). EPO는 또한 운동 신경세포 세포자멸사 및 신경학적 장애를 예방하고(Cerami, A et al.(2002) Nephrol. Dial. Transplant 17:8-12), 운동 기능의 회복을 개선시키며(Gorio, A et al.(2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99:9450-9455), 저산소 뇌에서 염증 반응을 감소시킨다(Villa, P et al.(2003) J. Exp. Med. 198:971-975).

또한, 다발성 경화증(MS)에 에리쓰로포이에틴을 사용하는 것이 현재 고려 중에 있다. MS는 뇌와 척수인 중추 신경계(CNS)의 염증성 질병이다. MS에 걸린 사람들에서, 플라크 또는 병소(lesion)라 칭하는 작은 손상 구획들이 외관상 상기 CNS 백색질에서의 외형상 무작위적 구역에서 나타난다. 병소 부위에서는, 마이엘린이라 칭하는 신경 단절 물질이 자가면역 염증 동안에 소실되는 것 같다. 상기 마이엘린 초는 마이엘린제거로서 공지된 공정으로 측삭으로부터 벗겨진다. 상기 마이엘린 초는 핍지교세포(oligodendracyte)의 특정 부분에 의해 CNS에서 형성된다. 지금까지 무엇이 MS를 일으키는지 분명하지 않다. 다양한 이론들, 예를 들어 자가면역성, 병원체 매개, 유전자 성분, 자궁에서의 생화학적 사건들, 혈액 뇌 장벽의 손상, 음식물 및 비타민 결핍, 알러지 반응 등이 제안되었다. 또한, 상기 염증이 또한 측삭막에도 해롭다는 것이 논의되었다. 지금까지 MS에 이용할 수 있는 치유적인 치료가 없다. 그러나, 다수의 약물 치료들이 상기 질병을 증상에 따라(symptomatically) 치료하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 코르티코스테로이드, 다수의 면역억제 약물 및 인터페론 베타를 투여할 수 있다.

딤(Diem) 등(Brain(2005), 128:375-85)은 염증뿐만 아니라 신경변성 양상들을 표적화하기 위해 EPO를 적용하는 복합 스테로이드 치료를 개시한다. 따라서, 메틸프레드니솔론 및 에리쓰로포이에틴이 MS의 모델에 복합 요법으로서 성공적으로 사용된다.

뇌졸증 환자에 대해 에렌라이히 등(Ehrenreich, H et al.(2002) Mol. Med. 8:495-505)에 의해 수행된 인간 실험은 뇌졸증 후 1 개월째에 현저한 신경학적 회복 및 임상적 성과와 관련하여 rhEPO 치료된 환자의 경색 크기가 감소하는 경향이 큼을 입증하였다. 상기 환자들은 rhEPO를 뇌졸증 후 처음 기간 동안 매일 1 회 정맥 내(3.3 x 10⁴ U)로 수용하였다. 상기 환자의 뇌척수액 중의 EPO의 평균 농도는 17 U/l로 증가하였다(정상치는 약 1 U/l이다). 상기 환자에 대한 혈청 수준은 주입 후 3 시간째에 5,000 U/l에 근접하였다(정상 혈청 수준은 약 15 U/l이다). 더욱이, EPO를 또한 급성 뇌졸증 포함 부위(empassing region of the acute stroke)의 재관류 손상을 감소시키는데 성공적으로 사용할 수도 있다.

EPO 및 EPO-R은 인간 및 설치류 뇌 조직에서 발현되고(Siren AL et al.(2001) Acta Neuropathologica 101:271-276), 저산소증을 유발하며(Jelkmann, W(1994) Clin. Investig. 72:3-10), 현저한 신경보호 가능성을 갖는 것(Bernaudin, M et al.(1999) J. Cereb. Blood Flow Metab. 19:643-651; Genc, S et al.(2001) Neurosci. Lett. 298:139-141)으로 공지되어 있다. 성인 인간의 뇌에서, EPO 및 그의 수용체의 단지 약한 발현만이 신경세포 및 별아교세포에서 보고되었다(Siren AL et al.(2001) Acta Neuropathologica 101:271-276). 어쨌든, 허혈증 및/또는 저산소증 후의 인간 뇌에서 EPO가 혈관 조직 및 염증 세포에서 보였으며, EPO-R은 혈관 및 경색 및 경색 주변 대역 내의 신경세포 및 별아교세포 돌기에서 보였다. 보다 오래된 허혈성 경색에서, EPO 및 EPO-R은 반응성 아교세포에서 가장 강하였다. 상기 표적 세포에서 EPO-R 자극의 순 효과(net effect)는 증식, 세포자멸사의 억제, 및 적혈모구의 경우 분화이다.

상기 BBB는 큰 글리코실화된 분자, 예를 들어 EPO를 유효하게 제외시키는 것으로 추정되었다. 전통적인 관점에서 상기 BBB는 큰 분자에 불투과성인 것으로 간주되지만, 연구들은 일부 큰 분자들이 모세혈관 내피를 가로질러 뇌로 특이적으로 수송되어 뇌 기능에 영향을 미칠 수 있음을 입증하였다. 이는 상기 내피 세포의 관강 표면상에 존재하는 수용체에의 결합을 통해 일어난다. 이는 세포내이입에 이어서 상기 BBB를 통한 전위를 개시한다. EPO-R은 뇌 모세혈관에서 발현되므로, 상기 BBB를 통한 EPO의 수송은 수용체 매개된 수송을 통해 작용하는 것으로 추정된다.

현저하게는, 조직 보호에 필요한 EPO의 혈청 농도는 적혈구생성에 필요한 경우보다 더 높다. 이에 대한 한 가지 이유는 조직 보호를 위한 수용체가 적혈구 원본세포에 비해 더 낮은 친화성(대략 1000 배)을 나타낸다는 것이다(Masuda, S et al.(1993) J. Biol. Chem. 268:11208-11216). 또 다른 이유는 상기 BBB의 존재일 수 있다. 임상전 데이터는 조직 손상에 대한 보호에 필요한 EPO의 최소 치료 수준이 300 내지 500 ㎖U/㎏ 체중의 정도인 것으로 보임을 암시한다. EPO의 단위는 래트에서 15 μ몰 CoCl₂(염화 코발트)와 동일한 적혈구생성 반응을 유도하는 EPO의 양으로서 정의된다. 간단히, 따라서 EPO는 뇌 및 척수의 신경세포에 대해 신경보호 효과를 갖는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 상기와 같은 요법을 위한 EPO의 잠재적인 용도는 상기와 같은 효과를 성취하는데 필요한 실질적으로 높은 치료 수준의 필요성에 의해 제한된다. 개선된 반감기를 갖고 상기 BBB를 횡단하는 신규의 적혈구생성 자극 인자(ESA)가, 특히 상기와 같은 ESA가 부정적인 부작용을 피하기 위해 혈액관류로에 비교적 낮은 출발 농도로 투여될 수 있는 경우 바람직할 것이다.

현 기술수준의 문제점들은 첨부된 청구의 범위에 나타낸 바와 같은 특정 분자량 및 링커 구조를 갖는 공유적으로 통합된 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹을 포함하는 본 발명의 NEA의 사용에 의해 해결된다. 특히, 상기 NEA는 약물을 혈액관류로에 도입시킴으로써 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환을 치료하기 위한 상기 약물의 제조에 사용된다. 바람직한 실시태양에서 상기 NEA는 1 내지 6 개의 글리코실화 부위의 첨가 또는 하나 이상의 글리코실화 부위의 재배열에 의해 개질된 인간 에리쓰로포이에틴 서열을 갖는 인간 에리쓰로포이에틴 및 그의 동족체로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 유리 아미노 그룹 함유 에리쓰로포이에틴 부분을 포함하는 화학적으로 개질된 적혈구생성 분자이며; 상기 에리쓰로포이에틴 부분은 화학식 -CO-(CH₂)_x-(OCH₂CH₂)_m-OR의 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹 n개에 각각의 상기 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹의 -CO(즉 카보닐)는 상기 아미노 그룹들 중 하나와 아미드 결합을 형성하며; 상기에서 R은 저급 알킬이고; x는 2 또는 3이고; m은 약 450 내지 약 900이고; n은 1 내지 3이고; n 및 m은 개질되지 않은 에리쓰로포이에틴 당단백질의 분자량을 차감한 상기 생성된 NEA의 분자량이 약 20 킬로달톤 내지 약 100 킬로달톤이 되도록 선택된다.

바람직하게는, 상기 NEA는 하기 화학식 I을 갖는다:

P-[NHCO-(CH₂)_x-(OCH₂CH₂)_m-OR]_n

상기 식에서,

x, m, n 및 R은 제 1 항에 정의된 바와 같고,

P는 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹(들)과 함께 아미드 결합(들)을 형성하는 n개의 아미노 그룹(들)이 없는 에리쓰로포이에틴 부분의 잔기이다.

상기 나타낸 형태 내에서, R은 가장 바람직하게는 메틸이고, m은 약 650 내지 약 750이며, n은 1이다.

가장 바람직하게는, 본 발명의 방법에 사용된 NEA는 하기의 화학식을 갖는다:

[CH₃O(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂CH₂CO-NH]_n-P

상기 식에서,

m은 650 내지 750이고,

n은 1이며,

P는 에리쓰로포이에틴 부분의 잔기이다.

바람직하게는 상기 에리쓰로포이에틴 부분은 인간 에리쓰로포이에틴 당단백질이며, 상기는 내생 유전자 활성화에 의해 발현될 수 있고 서열식별번호: 1의 아미노산 서열을 갖는다.

한편으로 상기 에리쓰로포이에틴 부분은 1 내지 6 개의 글리코실화 부위의 첨가에 의해 개질된 인간 에리쓰로포이에틴의 서열을 갖는다.

또 다른 바람직한 실시태양에서 본 발명의 방법에 의해 치료 가능한 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환은 뇌졸증, TBI(외상성 뇌 손상) 및 척수 손상 중에서 선택된 급성 사건과 관련된다. 또한, 상기 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환은 뇌졸증, 정신분열증, 알쯔하이머병, 헌팅톤병, 치매, FXTAS(박약 X-관련 떨림/조화운동불능 증후군), 파킨슨병, 해면뇌병증, 다발성 경화증, 및 세균 또는 바이러스 감염과 관련된 신경변성을 포함한 만성 치료와 관련될 수 있다.

현행 방법에서, 상기 NEA를 퇴행성 신경질환의 치료 또는 개선에 충분한 양("치료 유효량")으로 투여한다. 상기 NEA를 EPO 요법에 사용되는 통상적인 방법에 의해 환자에게 투여할 수 있다. NEA의 정확한 양은 치료하려는 상태의 정확한 유형, 치료하려는 환자의 상태뿐만 아니라 상기 조성물 중의 다른 성분들에 따라 변한다. ㎍의 양은 오직 각각의 에리쓰로포이에틴(즉 단백질) 부분과 관련된다. 바람직하게는 환자에게 약 0.1 내지 약 100 ㎍/㎏ 체중, 바람직하게는 약 1 내지 약 10 ㎍/㎏ 체중의 본 발명의 ESA를 매주 1 회 투여한다.

필요에 따라, 상기 NEA를 보다 빈번히 투여할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따라 사용된 NEA를 또한 치료되는 질병 및 투여 종류에 따라 매 2 주마다, 매 3 주마다, 또는 한 달에 한번 또는 심지어 더 긴 시간 간격으로 투여할 수 있다. 상기 접합체를 함유하는 약학 조성물을, 신경세포 사를 특징으로 하는 퇴행성 신경질환을 겪고 있는 인간 환자에게 다양한 수단에 의해 투여하기에 유효한 농도로 제형화할 수 있다. 상기 접합체의 평균 치료 유효량을 변화시킬 수 있으며 이는 특히 자격 의사의 권장 및 처방에 근거해야 한다.

본 발명에 따른 NEA의 비 활성을 당해 분야에 공지된 다양한 분석에 의해 측정할 수 있다. 본 발명의 정제된 NEA의 생물 활성은 인간 환자에게 예를 들어 주사에 의해 NEA를 투여하여 뇌 및 척수의 신경세포를 보호하도록 하는 것이다.

본 발명의 약학 제제는 약학적으로 허용 가능한 담체 또는 비히클과 함께 제형화된 주사에 적합한 약학 조성물을 포함한다. 상기와 같은 약학 조성물의 제조는 당해 분야에 공지되어 있다. 예를 들어 US 2002/0037841 A1(WO 01/87329에 해당함)(상기 US 공보는 본 발명에 참고로 인용된다)을 참조하시오. 본 발명의 생성물을 제형화하기 위한 약학적으로 허용 가능한 담체는 인간 혈청 알부민, 인간 혈장 단백질 등을 포함한다.

또한, 상기 조성물의 분무 건조된 제제의 사용이 임의의 안정제 또는 충전 물질의 첨가와 함께 또는 첨가 없이 바람직할 수 있다.

본 발명에 사용되는 ESA를, 긴장제(tonicity agent), 예를 들어 132 mM 염화 나트륨을 함유하는 pH 7의 10 mM 나트륨/칼륨 포스페이트 완충제 중에서 제형화할 수 있다. 임의로 상기 약학 조성물은 보존제를 함유할 수 있다. 상기 약학 조성물은 다양한 양의 에리쓰로포이에틴 단백질, 예를 들어 10 내지 1000 ㎍/㎖, 바람직하게는 50 ㎍ 또는 400 ㎍을 함유할 수 있다.

상기 NEA를 바람직하게는 주사, 피부 패치, 피하 침착물 또는 흡입에 의해 혈액관류로에 도입시킬 것이다.

바람직하게는 상기 NEA를 급성 신경 변성의 경우 2 주 이하 동안 약 25 내지 약 500 ㎍/일의 용량으로 또는 만성적인 퇴행성 신경 질환 치료의 경우 약 25 내지 약 1,000 ㎍/주를 적용함으로써 개인에게 투여할 것이다. 후자의 경우 상기 투여를 또한 적용 유형 및 질병 유형에 따라 매달 또는 심지어 더 긴 시간 틀에서 1 회 적용 이하로 연장할 수 있다. 바람직한 실시태양에서, 상기 NEA를 급성의 경우 1 주일까지 약 165 ㎍/일로, 또는 만성의 경우 약 200 ㎍/주로 적용할 것이다.

또한, 본 발명은 상기 언급한 용도에 따라 유용한 NEA 및 혈액 뇌 장벽의 침투성을 개선시키는 물질을 포함하는 키트에 관한 것이며 상기 혈액 뇌 장벽의 침투성을 개선시키는 물질은 만니톨이다.

상기 정의한 바와 같은 인간 에리쓰로포이에틴 및 유사한 단백질은 내생 유전자 활성화에 의해 발현될 수 있다. 바람직한 인간 에리쓰로포이에틴 당단백질은 서열식별번호: 1 및 서열식별번호: 2의 것, 가장 바람직하게는 서열식별번호: 1의 것이다.

더욱이, P를 1 내지 6 개의 추가적인 글리코실화 부위를 갖는 인간 에리쓰로포이에틴 및 그의 동족체의 잔기로 이루어진 그룹 중에서 선택할 수 있다. 하기 상세히 나타낸 바와 같이, EPO의 제조 및 정제는 당해 분야에 널리 공지되어 있다. EPO는 조직, 단백질 합성, 자연적 또는 재조합 세포를 갖는 세포 배양물과 같은 임의의 통상적인 공급원으로부터 수득한 바와 같은 자연적 또는 재조합 단백질, 바람직하게는 인간의 것을 의미한다. EPO의 활성을 갖는 임의의 단백질, 예를 들어 뮤테인 또는 달리 개질된 단백질이 포함된다. 상기에 관하여 "임의의 활성"은 또한 신경세포상에만 존재하는 EPO 수용체에 대한 결합 특이성을 포함한다. 따라서, 적혈구생성 활성을 나타내지 않는 본 발명에 따른 NEA 유도체가 포함된다. 재조합 EPO를 재조합 DNA 기술 또는 내생 유전자 활성화에 의해 CHO-, BHK- 또는 HeLa 세포 주에서의 발현을 통해 제조할 수 있다. 내생 유전자 활성화에 의한, EPO를 포함한 단백질의 발현은 당해 분야에 널리 공지되어 있으며 예를 들어 미국 특허 제 5,733,761, 5,641,670 및 5,733,746 호, 및 국제 특허 공보 WO 93/09222, WO 94/12650, WO 95/31560, WO 90/11354, WO 91/06667, 및 WO 91/09955에 개시되어 있고, 이들 각각의 내용은 본 발명에 참고로 인용된다. 에리쓰로포이에틴 당단백질 생성물의 제조에 바람직한 EPO 종은 인간 EPO 종이다. 보다 바람직하게는, 상기 EPO 종은 서열식별번호: 1 또는 서열식별번호: 2, 보다 바람직하게는 아미노산 서열 서열식별번호: 1에 나타낸 아미노산 서열을 갖는 인간 EPO이다.

또한, P는 1 내지 6 개의 추가적인 글리코실화 부위를 갖는 당단백질 동족체의 잔기일 수 있다. 하나 이상의 올리고사카라이드 그룹을 갖는 단백질의 글리코실화는 폴리펩타이드 주쇄를 따라 특정한 위치들에서 발생하며, 상기 단백질의 물성, 예를 들어 단백질 안정성, 분비, 세포 아래 배치(subcellular localization), 및 생물 활성에 크게 영향을 미친다. 글리코실화는 대개 2 가지 유형을 갖는다. O-결합 올리고사카라이드는 세린 또는 쓰레오닌 잔기에 부착되고 N-결합 올리고사카라이드는 아스파라진 잔기에 부착된다. N-결합 및 O-결합 올리고사카라이드 모두에서 발견되는 한 가지 유형의 올리고사카라이드는 N-아세틸뉴라민산(사이알산)이며, 상기는 9 개 이상의 탄소 원자를 함유하는 아미노 당의 계열이다. 사이알산은 대개 상기 N-결합 및 O-결합 올리고사카라이드상의 말단 잔기이며, 음의 전하를 갖기 때문에 상기 당단백질에 산성 성질을 부여한다. 165 개 아미노산을 갖는 인 간 에리쓰로포이에틴은 3 개의 N-결합 및 하나의 O-결합 올리고사카라이드 쇄를 함유하며, 이들은 상기 당단백질의 전체 분자량의 약 40%를 차지한다. N-결합 글리코실화는 24, 38 및 83 번 위치에 위치한 아스파라진 잔기에서 발생하고 O-결합 글리코실화는 126 번 위치에 위치한 세린 잔기에서 발생한다. 상기 올리고사카라이드 쇄를 말단 사이알산 잔기에 의해 개질시킨다. 상기 글리코실화된 에리쓰로포이에틴으로부터의 모든 사이알산 잔기의 효소적 제거는 생체 내 활성을 상실시키지만 시험관 내 활성은 상실시키지 않는데 그 이유는 에리쓰로포이에틴의 사이알화가 간 결합 단백질에 의한 그의 결합 및 후속적인 제거를 방지하기 때문이다.

본 발명의 NEA의 화학 합성에 사용되는 당단백질은 인간 에리쓰로포이에틴의 아미노산 서열이 하나 이상 변화되어 사이알산 부착 부위의 수가 증가된 인간 에리쓰로포이에틴의 동족체를 포함한다. 상기 당단백질 동족체를, 글리코실화에 이용될 수 있는 부위를 증가시키거나 변경시키는 아미노산 잔기의 첨가, 결실 또는 치환을 갖는 부위 지향된 돌연변이에 의해 생성시킬 수 있다. 인간 에리쓰로포이에틴에서 발견되는 것보다 더 큰 사이알산 수준을 갖는 당단백질 동족체는 생물 활성에 필요한 2 차 또는 3 차 형태를 교란시키지 않는 글리코실화 부위의 첨가에 의해 생성된다. 본 발명의 NEA의 화학 합성에 사용되는 당단백질은 또한 대개 N-결합 또는 O-결합 부위에 근접하여 하나 이상의 아미노산의 치환을 수반하는, 글리코실화 부위에서 탄수화물 부착 수준이 증가된 동족체를 포함한다. 본 발명의 NEA의 화학 합성에 사용되는 당단백질은 또한 에리쓰로포이에틴의 카복시 말단 단부로부터 연장되는 하나 이상의 아미노산을 갖고 하나 이상의 추가의 탄수화물 부위를 제 공하는 동족체를 포함한다. 본 발명의 NEA의 화학 합성에 사용되는 당단백질은 또한 하나 이상의 글리코실화 부위의 재배열을 포함하는 아미노산 서열을 갖는 동족체를 포함한다. 글리코실화 부위의 상기와 같은 재배열은 인간 에리쓰로포이에틴 중의 하나 이상의 글리코실화 부위의 결실 및 하나 이상의 비-자연적 글리코실화 부위의 첨가를 수반한다. 추가적인 글리코실화 부위를 갖는 에리쓰로포이에틴 동족체는 1995년 3월 1일자로 공개된 엘리엇(Elliot)의 유럽 특허 출원 제 640 619 호에 보다 상세히 개시되어 있다.

또한, 본 발명의 NEA의 화학 합성에 사용되는 당단백질은 하나 이상의 추가적인 글리코실화 부위를 포함하는 아미노산 서열을 포함한다, 예를 들어 비 제한적으로 에리쓰로포이에틴은 하기 중에서 선택된 변경에 의해 개질된 인간 에리쓰로포이에틴의 서열을 포함한다:

아미노산 서열의 변경에 대해 본 발명에서 사용한 기호는 위첨자 수(들)로 나타낸 상응하는 개질되지 않은 단백질(예를 들어 서열식별번호: 1 또는 서열식별번호: 2의 hEPO)의 위치(들)가 각각의 위첨자 수(들)에 바로 선행하는 아미노산(들)으로 변함을 의미한다.

상기 당단백질은 또한 상기 당단백질의 카복시 말단 단부에 하나 이상의 추가적인 아미노산을 갖는 동족체일 수 있으며, 여기에서 상기 추가적인 아미노산은 하나 이상의 글리코실화 부위를 포함한다, 즉 상기 정의한 바와 같은 접합체는 또한 상기 당단백질이 인간 에리쓰로포이에틴의 서열을 포함하는 서열 및 상기 인간 에리쓰로포이에틴 서열의 카복시 말단의 제 2 서열을 가지며, 이때 상기 제 2 서열은 하나 이상의 글리코실화 부위를 함유하는 화합물을 지칭한다. 상기 추가적인 아미노산은 인간 융모막 고나도트로핀의 카복시 말단 단부로부터 유래된 펩타이드 단편을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 당단백질은 (a) 카복시 말단으로부터 연장되는 아미노산 서열 Ser Ser Ser Ser Lys Ala Pro Pro Pro Ser Leu Pro Ser Pro Ser Arg Leu Pro Gly Pro Ser Asp Thr Pro Ile Leu Pro Gln(서열식별번호: 3)을 갖는 인간 에리쓰로포이에틴; (b) (a)에서 Ser⁸⁷Asn⁸⁸Thr⁹⁰EPO를 추가로 포함하는 동족체; 및 (c) (a)에서 Asn³⁰Thr³²Val⁸⁷Asn⁸⁸Thr⁹⁰EPO를 추가로 포함하는 동족체로 이루어진 그룹 중에서 선택된 동족체이다.

상기 당단백질은 또한 글리코실화를 위한 하나 이상의 부위의 재배열을 포함하는 아미노산 서열을 갖는 동족체일 수 있다. 상기 재배열은 인간 에리쓰로포이 에틴에서 N-결합 탄수화물 부위들 중 임의의 부위의 결실 및 인간 에리쓰로포이에틴의 아미노산 서열의 88 번 위치에서 N-결합 탄수화물 부위의 첨가를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 당단백질은 Gln²⁴Ser⁸⁷Asn⁸⁸Thr⁹⁰EPO; Gln³⁸Ser⁸⁷Asn⁸⁸Thr⁹⁰EPO; 및 Gln⁸³Ser⁸⁷Asn⁸⁸Thr⁹⁰EPO로 이루어진 그룹 중에서 선택된 동족체이다.

본 발명에 사용된 바와 같이, "저급 알킬"은 탄소수 1 내지 6의 선형 또는 분지된 알킬 그룹을 의미한다. 저급 알킬 그룹의 예로는 메틸, 에틸 및 아이소프로필이 있다. 본 발명에 따라, R은 임의의 저급 알킬이다. R이 메틸인 접합체가 바람직하다.

기호 "m"은 폴리(에틸렌 옥사이드) 그룹 중의 에틸렌 옥사이드 잔기(OCH₂CH₂)의 개수를 나타낸다. 에틸렌 옥사이드의 단일 PEG 서브유닛은 약 44 달톤의 분자량을 갖는다. 따라서, 상기 접합체의 분자량(EPO의 분자량 제외)은 수 "m"에 따라 변한다. 본 발명의 접합체에서 "m"은 약 450 내지 약 900(약 20 kDa 내지 약 40 kDa의 분자량에 상응함), 바람직하게는 약 650 내지 약 750(약 30 kDa의 분자량에 상응함)이다. 수 m은 본 발명의 생성된 접합체가 개질되지 않은 EPO에 필적할만한 생리 활성을 갖도록 선택되며, 상기 활성은 개질되지 않은 EPO의 상응하는 활성과 같거나, 더 크거나 또는 그의 분획을 나타낼 수 있다. "약" 어떤 수의 분자량은 상기가 통상적인 분석 기법에 의해 측정된 바와 같은 상기 수의 타당한 범위 내에 있음을 의미한다. 수 "m"은 에리쓰로포이에틴 당단백질에 공유 결 합된 각각의 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹의 분자량이 약 20 kDa 내지 약 40 kDa이고, 바람직하게는 약 30 kDa이도록 선택된다.

본 발명의 접합체에서, 수 "n"은 아미드 결합(들)을 통해 에리쓰로포이에틴 단백질의 유리 아미노 그룹(리신 아미노산의 ε-아미노 그룹 및/또는 아미노 말단 아미노 그룹을 포함한다)에 공유 결합된 폴리에틸렌 글리콜 그룹의 개수이다. 본 발명의 접합체는 EPO의 분자당 1, 2 또는 3 개의 PEG 그룹을 가질 수 있다. "n"은 1 내지 3 범위의 정수이고, 바람직하게는 "n"은 1 또는 2이고, 보다 바람직하게는 "n"은 1이다.

화학식 I의 화합물을, 하기 화학식 II의 화합물을 에리쓰로포이에틴 당단백질과 축합시킴으로써 공지된 중합체성 물질로부터 제조할 수 있다:

상기 식에서,

R 및 m은 상술한 바와 같다.

x가 3인 화학식 II의 화합물은 폴리(에틸렌 글리콜)(저급 알콕시-PEG-SBA)의 알파-저급 알콕시, 부티르산 숙신이미딜 에스터이다. x가 2인 화학식 II의 화합물은 폴리(에틸렌 글리콜)(저급 알콕시-PEG-SPA)의 알파-저급 알콕시, 프로피온산 숙신이미딜 에스터이다. 활성화된 에스터를 아민과 반응시켜 아미드를 형성하는 임 의의 통상적인 방법을 사용할 수 있다. 상술한 반응에서, 예시된 숙신이미딜 에스터는 아미드 형성을 일으키는 이탈 그룹이다. 단백질과의 접합체를 제조하기 위한 화학식 II의 화합물과 같은 숙신이미딜 에스터의 용도가 1997년 9월 30일자로 허여된 미국 특허 제 5,672,662 호(Harris, et al.)에 개시되어 있다.

인간 EPO는 9 개의 유리 아미노 그룹, 아미노-말단 아미노 그룹 + 8 개 리신 잔기의 ε-아미노 그룹을 함유한다. peg화(pegylation) 시약을 화학식 II의 SBA 화합물과 결합시키는 경우, pH 7.5, 1:3의 단백질:PEG 비, 및 20 내지 25 ℃의 반응 온도에서 모노-, 다이- 및 미량의 트라이-peg화된 종들의 혼합물이 생성되는 것으로 밝혀졌다. 상기 peg화 시약이 화학식 II의 SPA 화합물인 경우, 상기 단백질:PEG 비가 1:2인 것을 제외하고 유사한 조건에서 주로 모노-peg화된 종들이 생성된다. 상기 peg화된 EPO를 혼합물로서, 또는 양이온 교환 크로마토그래피 분리된 상이한 peg화된 종들로서 투여할 수 있다. 반응 조건들(예를 들어 시약들의 비, pH, 온도, 단백질 농도, 반응 시간 등)을 조작함으로써, 상기 상이한 peg화된 종들의 상대량을 변화시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 접합체들을 포함하는 조성물의 용도를 제공한다. 90 퍼센트 이상의 모노-PEG 접합체, 즉 n이 1인 접합체를 함유하는 조성물을 실시예 5에 나타낸 바와 같이 제조할 수 있다. 대개 에리쓰로포이에틴 당단백질의 모노-PEG 접합체는 다이-PEG 접합체보다 더 큰 활성을 갖는 경향이 있으므로 바람직하다. 모노-PEG 접합체의 퍼센트뿐만 아니라 모노- 및 다이-PEG 종들의 비를, 용출 피크 주변의 보다 넓은 분획들을 모아 상기 조성물 중의 모노-PEG의 퍼센트를 감소시키거나 또는 보다 좁은 분획들을 모아 모노-PEG의 퍼센트를 증가시킴으로써 조절할 수 있다. 약 90 퍼센트의 모노-PEG 접합체가 수율 및 활성의 양호한 균형이다. 때때로 예를 들어 상기 접합체의 92 퍼센트 이상 또는 96 퍼센트 이상이 모노-PEG 종(n = 1)인 조성물들이 요구될 수도 있다. 본 발명의 실시태양에서 n이 1인 접합체의 퍼센트는 90 퍼센트 내지 96 퍼센트이다.

본 발명의 NEA는 매우 친수성이고 큰 분자량을 가지므로 본 발명에서 제공된 바와 같은 화학적으로 개질된 적혈구생성 단백질이 단순한 확산에 의해 BBB를 통과할 수 있음은 직관에 반한 것이다. 이는 파트리지 등(Partridge et al. Pharmaceutical Research, Vol. 15, No. 4, 1998)이 작은 PEG 분자(2000 달톤 분자량)를 사용한 peg화가 뇌-유래된 신경영양 인자와 같은 펩타이드의 수동 뇌 흡수를 감소시킴을 입증하였기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 하기 실시예들은 CSF 중의 NEA의 존재를 명백히 입증한다. 이러한 발견은 상기 분자의 구조에 통합된 폴리(에틸렌 글리콜) 부분을 포함하는 본 발명의 NEA가 촉진된 과정 또는 능동 수송 과정에 의해 BBB를 통과하는 것과 일치하며 따라서 우리는 그렇게 가정한다.

뇌졸증을 앓고 있는 환자들은 가능한 한 빨리 본 발명의 NEA로 치료되어야 한다. 만성 신경학적 질병에 관하여 상기 NEA를 혈액관류로 중의 그의 개선된 체류 시간(즉 보다 긴 반감기)으로 인해 주기적으로 투여할 것이다. 상기 NEA는 긴 체류 시간을 갖고 EPO 수용체에 대해 감소된 친화성을 나타내므로, 헤모글로빈 수준을 꽤 좁은 범위로 조절할 수 있다. 대개 EPO에서 발견되는 헤모글로빈 수준의 피크와 골은 상기 NEA의 투여에 의해 감소되기 때문에, 혈전증의 증가된 위험 및 혈액의 불필요한 농후화와 같은 부정적인 부작용들이 감소된다.

본 발명을 명시적인 실시예에 의해 하기에 추가로 개시한다. 이들 실시예는 본 발명의 다양한 실시태양들을 설명하지만, 그 용도를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1: mPEG-SBA에 의한 EPO의 Peg화

인간 EPO의 발효 및 정제는 예를 들어 US 6,583,272, 실시예 1에 개시되어 있다.

US 6,583,272, 실시예 1의 혈청 제거 과정에 따라 정제된 EPO(EPOsf)는 분석 방법에 의해 측정 시 균질하였으며 8 개의 아이소폼으로 이루어진 전형적인 아이소폼 패턴을 나타내었다. 상기는 정상적혈구혈액(normocythaemic) 마우스 분석에 의해 측정 시 190,000 IU/㎎의 특정한 생물 활성을 가졌다. 사용된 peg화 시약은 메톡시-PEG-SBA이었으며, 상기는 R이 메틸이고; x가 3이며; m이 650 내지 750(평균 약 680, 약 30 kDa의 평균 분자량에 상응한다)인 화학식 II의 화합물이다.

Peg화 반응

100 밀리그램의 EPOsf(10.3 ㎎/㎖ EPOsf 모액 9.71 ㎖, 5.48 μ몰)에 30 kDa의 메톡시-PEG-SBA(16.5 μ몰)(Shearwater Polymers, Inc., Huntsville, Alabama로부터 수득함) 506 ㎎을 함유하는 0.1M 칼륨 포스페이트 완충제(pH 7.5) 10 ㎖을 가하고 실온(20 내지 23 ℃)에서 2 시간 동안 혼합하였다. 최종 단백질 농도는 5 ㎎ /㎖이었고 단백질:PEG 시약비는 1:3이었다. 2 시간 후에, pH를 빙초산으로 4.5로 조절하여 상기 반응을 중지시키고 정제가 준비될 때까지 -20 ℃에서 보관하였다.

정제

1. 접합체 혼합물: 대략 28 ㎖의 SP-SEPHAROSE FF(설포-프로필 양이온 교환 수지)를 AMICON 유리 컬럼(2.2 x 7.5 ㎝)에 충전하고 150 ㎖/h 유속의 20 mM 아세테이트 완충제(pH 4.5)로 평형화시켰다. 단백질 30 ㎎을 함유하는 반응 혼합물 6 밀리리터를 평형 완충제로 5 배 희석하고 컬럼에 적용시켰다. 흡착되지 않은 물질을 상기 완충제로 세척하고 흡착된 PEG 접합체 혼합물을 상기 평형 완충제 중의 0.175 M NaCl로 상기 컬럼으로부터 용출시켰다. 여전히 상기 컬럼 상에 남아있는 개질되지 않은 EPOsf를 750 mM NaCl로 용출시켰다. 컬럼을 출발 완충제로 재평형화시켰다. 샘플들을 SDS-PAGE로 분석하고 그의 peg화 정도를 측정하였다. 상기 0.175M NaCl 용출물은 모노-뿐만 아니라 다이- 및 미량의 트라이-peg화된 종들을 함유한 반면, 상기 750 mM NaCl 용출물은 개질되지 않은 EPOsf를 함유한 것으로 밝혀졌다.

2. 다이-PEG 및 모노-PEG-EPOsf: 선행 단계에서 컬럼으로부터 용출된 정제된 접합체 혼합물을 완충제로 4 배 희석하고 컬럼에 재적용하였으며 개시된 바와 같이 세척하였다. 다이-PEG-EPOsf 및 모노-PEG-EPOsf를 각각 0.1M NaCl 및 0.175M NaCl로 상기 컬럼으로부터 별도로 용출시켰다. 용출을 또한 750mM NaCl로 수행하여 임의의 남아있는 개질되지 않은 EPOsf를 용출시켰다.

한편으로, 상기 반응 혼합물을 아세테이트 완충제로 5 배 희석하고 SP-세파 로스 컬럼(∼0.5 ㎎ 단백질/㎖ 젤) 상에 적용하였다. 컬럼을 세척하였으며 상기는 모노-PEG-EPOsf를 흡착하였고, 다이-PEG-EPOsf 및 개질되지 않은 EPOsf를 선행 부분에 개시된 바와 같이 용출시켰다.

결과

PEG-EPOsf를, 30 kDa의 수 평균 분자량을 갖는 선형 PEG 분자를 화학적으로 접합시킴으로써 합성하였다. PEG-EPOsf는 EPOsf의 1 차 아미노 그룹과 30 kDa PEG-부티르산의 숙신이미딜 에스터 유도체 간의 반응(아미드 결합을 생성시킨다)으로부터 유도되었다.

결과를 표 1에 요약한다. 정제된 접합체 혼합물은 SDS-PAGE 분석에 의해 측정 시 모노- 및 다이-PEG-EPOsf를 포함하였으며 개질되지 않은 EPOsf가 없었다. 접합체 혼합물은 23.4 ㎎ 또는 출발 물질의 78%를 차지한다. 모노- 및 다이-PEG-EPOsf의 양이온 교환 크로마토그래피 분리는 상기 접합체 혼합물 중의 모노- 대 다이-PEG 비가 거의 1:1임을 나타내었다. 상기 반응의 완료 후에, 모노:다이:개질되지 않은 개별적인 성분들의 비는 40:38:20(%)이었다. 전체 수율은 거의 정량적이었다.

EPOsf peg화의 결과 요약
샘플	단백질(㎎)	수율(%)
반응 혼합물	30	100
모노-	12.0	40
다이-	11.4	38
개질되지 않은 것	6.0	20
접합체 혼합물	23.4	78

실시예 2: mPEG-SPA에 의한 EPO의 Peg화

실시예 2에 사용된 상이한 분액의 EPOsf를 30 kDa 메톡시-PEG-SPA(Shearwater Polymers, Inc., Huntsville, Alabama)와 반응시켰다. 반응을 1:2의 단백질:시약비로 수행하였으며 정제 기법은 실시예 2에 따랐다. 주로 모노-peg화된 종들이 생성되었다.

개시된 EPO 접합체의 생체 내 활성은 US 6,583,272, 실시예 4에 개시되어 있다.

실시예 3: 생체 내 분석

생체 내 실험을 찰스 리버 RCC(Fullinsdorf, Switzserland)로부터의 수컷 위스타 래트에서 수행하였다. EPO 및 EPO 접합체(실시예 1에 따라 생성됨)를 모두 25 ㎍/㎏ 체중의 단일 투여량으로 상기 래트의 꼬리 정맥에 정맥 내로 투여하였다. 지시된 시점(주사 후 2 및 6 시간째)에서 뇌척수액(CSF) 샘플을 취한 다음 혈장(설하 또는 말단)을 수거하였다. CSF는 수거 침(0.7 x 19 ㎜)을 소뇌연수수조(거대수조)에 삽입하여 수득하였다. CSF를 모세관력에 의해 실리콘 튜빙(ID 0.5 ㎜)에 의해 배액시켰다. 상기 기법을 사용하여, 래트로부터 ∼0.1 ㎖의 CSF를 수득할 수 있다.

화합물:

EPO, 농도: 1.84 ㎎/㎖

투여 부피: 2 ㎖/㎏ 체중

조성: 수성 완충액

EPO 접합체, 농도: 6.2 ㎎/㎖

투여 부피: 2 ㎖/㎏ 체중

조성: 수성 완충액

상기 수거된 샘플 중의 화합물 농도를 효소 결합된 면역흡수 분석(ELISA)에 의해 측정하였다.

결과

도 1 내지 3은 본 발명에 따른 NEA가 혈액 뇌 장벽을 횡단할 수 있음을 나타낸다. 2 내지 6 시간의 기간 내에 리커 중의 접합체의 농도가 증가한다.

SEQUENCE LISTING <110> Hoffmann-La Roche <120> treatment of neurodegenerative disorders <130> 23251 <160> 3 <170> PatentIn version 3.3 <210> 1 <211> 165 <212> PRT <213> Homo sapiens <400> 1 Ala Pro Pro Arg Leu Ile Cys Asp Ser Arg Val Leu Glu Arg Tyr Leu 1 5 10 15 Leu Glu Ala Lys Glu Ala Glu Asn Ile Thr Thr Gly Cys Ala Glu His 20 25 30 Cys Ser Leu Asn Glu Asn Ile Thr Val Pro Asp Thr Lys Val Asn Phe 35 40 45 Tyr Ala Trp Lys Arg Met Glu Val Gly Gln Gln Ala Val Glu Val Trp 50 55 60 Gln Gly Leu Ala Leu Leu Ser Glu Ala Val Leu Arg Gly Gln Ala Leu 65 70 75 80 Leu Val Asn Ser Ser Gln Pro Trp Glu Pro Leu Gln Leu His Val Asp 85 90 95 Lys Ala Val Ser Gly Leu Arg Ser Leu Thr Thr Leu Leu Arg Ala Leu 100 105 110 Gly Ala Gln Lys Glu Ala Ile Ser Pro Pro Asp Ala Ala Ser Ala Ala 115 120 125 Pro Leu Arg Thr Ile Thr Ala Asp Thr Phe Arg Lys Leu Phe Arg Val 130 135 140 Tyr Ser Asn Phe Leu Arg Gly Lys Leu Lys Leu Tyr Thr Gly Glu Ala 145 150 155 160 Cys Arg Thr Gly Asp 165 <210> 2 <211> 166 <212> PRT <213> Homo sapiens <400> 2 Ala Pro Pro Arg Leu Ile Cys Asp Ser Arg Val Leu Glu Arg Tyr Leu 1 5 10 15 Leu Glu Ala Lys Glu Ala Glu Asn Ile Thr Thr Gly Cys Ala Glu His 20 25 30 Cys Ser Leu Asn Glu Asn Ile Thr Val Pro Asp Thr Lys Val Asn Phe 35 40 45 Tyr Ala Trp Lys Arg Met Glu Val Gly Gln Gln Ala Val Glu Val Trp 50 55 60 Gln Gly Leu Ala Leu Leu Ser Glu Ala Val Leu Arg Gly Gln Ala Leu 65 70 75 80 Leu Val Asn Ser Ser Gln Pro Trp Glu Pro Leu Gln Leu His Val Asp 85 90 95 Lys Ala Val Ser Gly Leu Arg Ser Leu Thr Thr Leu Leu Arg Ala Leu 100 105 110 Gly Ala Gln Lys Glu Ala Ile Ser Pro Pro Asp Ala Ala Ser Ala Ala 115 120 125 Pro Leu Arg Thr Ile Thr Ala Asp Thr Phe Arg Lys Leu Phe Arg Val 130 135 140 Tyr Ser Asn Phe Leu Arg Gly Lys Leu Lys Leu Tyr Thr Gly Glu Ala 145 150 155 160 Cys Arg Thr Gly Asp Arg 165 <210> 3 <211> 28 <212> PRT <213> Homo sapiens <400> 3 Ser Ser Ser Ser Lys Ala Pro Pro Pro Ser Leu Pro Ser Pro Ser Arg 1 5 10 15 Leu Pro Gly Pro Ser Asp Thr Pro Ile Leu Pro Gln 20 25

Claims

유효량의 약물을 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환의 치료가 필요한 환자의 혈액관류로(blood circuit)에 투여함으로써 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환을 치료하기 위한 상기 약물의 제조를 위한 적혈구생성(erythoropoietic) 분자의 용도로서, 상기 적혈구생성 분자가, 1 내지 6 개의 글리코실화 부위의 첨가 또는 하나 이상의 글리코실화 부위의 재배열에 의해 개질된 인간 에리쓰로포이에틴 서열을 갖는 인간 에리쓰로포이에틴 및 그의 동족체로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 유리 아미노 그룹 함유 에리쓰로포이에틴 부분을 포함하며, 상기 에리쓰로포이에틴 부분이 하기 화학식의 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹 n개에 각각의 상기 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹의 -CO가 상기 아미노 그룹들 중 하나와 아미드 결합을 형성하도록 공유결합되어 있는, 적혈구생성 분자의 용도:

-CO-(CH₂)_x-(OCH₂CH₂)_m-OR

상기 식에서,

R은 저급 알킬이고;

x는 2 또는 3이고;

m은 약 450 내지 약 900이고;

n은 1 내지 3이고;

n 및 m은, 생성된 적혈구생성 분자의 분자량이 상기 적혈구생성 부분의 분자 량을 차감한 후 약 20 킬로달톤 내지 약 100 킬로달톤이 되도록 선택된다.
제 1 항에 있어서,

하기 화학식 I을 갖는, 적혈구생성 분자의 용도:

화학식 I

P-[NHCO-(CH₂)_x-(OCH₂CH₂)_m-OR]_n

상기 식에서,

x, m, n 및 R은 제 1 항에 정의된 바와 같고,

P는 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹(들)과 아미드 결합(들)을 형성하는 n개의 아미노 그룹(들)이 없는 에리쓰로포이에틴 부분의 잔기이다.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

R이 메틸인, 적혈구생성 분자의 용도.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

m이 약 650 내지 약 750인, 적혈구생성 분자의 용도.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

n이 1인, 적혈구생성 분자의 용도.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

R이 메틸이고; m이 약 650 내지 약 750이고; n이 1인, 적혈구생성 분자의 용도.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

하기의 화학식을 갖는, 적혈구생성 분자의 용도:

[CH₃O(CH₂CH₂O)_mCH₂CH₂CH₂CO-NH]_n-P

상기 식에서,

m은 650 내지 750이고,

n은 1이며,

P는 제 1 항에서 정의한 바와 같다.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 에리쓰로포이에틴 부분이 인간 에리쓰로포이에틴인, 적혈구생성 분자의 용도.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 에리쓰로포이에틴 부분이 서열식별번호: 1의 서열을 갖는, 적혈구생성 분자의 용도.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 에리쓰로포이에틴 부분이 1 내지 6 개의 글리코실화 부위의 첨가에 의해 개질된 인간 에리쓰로포이에틴의 서열을 갖는, 적혈구생성 분자의 용도.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환이 뇌졸증(stroke), 외상성 뇌 손상 및 척수 손상 중에서 선택된 급성 사건(acute event)과 관련되는, 적혈구생성 분자의 용도.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 뇌의 퇴행성 신경질환이 만성 치료와 관련되고, 정신분열증, 알쯔하이머병, 헌팅톤병, 치매, 박약 X-관련 떨림/조화운동불능 증후군, 파킨슨병, 해면뇌병증, 다발성 경화증, 및 세균 또는 바이러스 감염과 관련된 신경변성 중에서 선택되는, 적혈구생성 분자의 용도.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 혈액관류로에의 상기 적혈구생성 분자의 투여가 주사, 피부 패치, 피하 침착물 또는 흡입에 의해 수행되는, 적혈구생성 분자의 용도.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

투여량이, 상기 에리쓰로포이에틴 부분의 양으로 측정 시, 급성의 경우 약 2 주 이하 동안 약 25 내지 약 500 ㎍/일이거나 또는 만성 치료의 경우 약 25 내지 약 1,000 ㎍/주인, 적혈구생성 분자의 용도.
제 14 항에 있어서,

급성의 경우 1 주일까지 165 ㎍/일을 적용하거나, 또는 만성 치료의 경우 약 200 ㎍/주를 적용하는, 적혈구생성 분자의 용도.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따라 사용되는 적혈구생성 분자를 포함하는 키트.
제 16 항에 있어서,

적혈구생성 분자 및 혈액 뇌 장벽의 투과성 개선 물질을 포함하는 키트.
제 16 항 또는 제 17 항에 따른 키트의 제조 방법.
치료 유효량의 적혈구생성 분자를 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환의 치료가 필요한 환자의 혈액관류로에 투여함을 포함하는, 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환의 치료 방법으로서, 상기 적혈구생성 분자가, 1 내지 6 개의 글리코실화 부위의 첨가 또는 하나 이상의 글리코실화 부위의 재배열에 의해 개질된 인간 에리쓰로포이에틴 서열을 갖는 인간 에리쓰로포이에틴 및 그의 동족체로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 유리 아미노 그룹 함유 에리쓰로포이에틴 부분을 포함하며, 상기 에리쓰로포이에틴 부분이 하기 화학식의 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹 n개에 각각의 상기 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹의 -CO가 상기 아미노 그룹들 중 하나와 아미드 결합을 형성하도록 공유 결합되어 있는, 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환의 치료 방법:

-CO-(CH₂)_x-(OCH₂CH₂)_m-OR

상기 식에서,

R은 저급 알킬이고;

x는 2 또는 3이고;

m은 약 450 내지 약 900이고;

n은 1 내지 3이고;

n 및 m은, 생성된 적혈구생성 분자의 분자량이 상기 에리쓰로포이에틴 부분의 분자량을 차감한 후 약 20 킬로달톤 내지 약 100 킬로달톤이 되도록 선택된다.
유효량의 약물을 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환의 치료가 필요한 환자의 혈액관류로에 투여함으로써 뇌 및 척수의 퇴행성 신경질환을 치료하기 위한 적혈구생성 분자를 포함하는 약물로서, 상기 적혈구생성 분자가, 1 내지 6 개의 글리코실화 부위의 첨가 또는 하나 이상의 글리코실화 부위의 재배열에 의해 개질된 인간 에리쓰로포이에틴 서열을 갖는 인간 에리쓰로포이에틴 및 그의 동족체로 이루어진 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 유리 아미노 그룹 함유 에리쓰로포이에틴 부분을 포함하며, 상기 에리쓰로포이에틴 부분이 하기 화학식의 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹 n개에 각각의 상기 폴리(에틸렌 글리콜) 그룹의 -CO가 상기 아미노 그룹들 중 하나와 아미드 결합을 형성하도록 공유 결합되어 있는, 약물:

-CO-(CH₂)_x-(OCH₂CH₂)_m-OR

상기 식에서,

R은 저급 알킬이고;

x는 2 또는 3이고;

m은 약 450 내지 약 900이고;

n은 1 내지 3이고;

n 및 m은, 생성된 적혈구생성 분자의 분자량이 상기 적혈구생성 부분의 분자량을 차감한 후 약 20 킬로달톤 내지 약 100 킬로달톤이 되도록 선택된다.
상기 정의된 바와 같은 발명.