KR20100085079A - 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(ＬＤＬ―ｌｉｋｅ) 양이온성 나노입자, 그의 제조방법 및 이를 이용한 핵산 유전자의 전달 방법 - Google Patents

핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(ＬＤＬ―ｌｉｋｅ) 양이온성 나노입자, 그의 제조방법 및 이를 이용한 핵산 유전자의 전달 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자연상 존재하는 저밀도 지단백질의 구성성분을 모방하여 표면개질 및 재구성됨으로써, 트랜스팩션 효율 및 안정성이 향상된 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자, 그의 제조방법 및 이를 이용하여 핵산유전자를 전달하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 양이온성 나노입자는 저밀도 저단백 수용체(LDLR)를 이용한 종양치료법에 효과적으로 적용될 수 있다.

Description

핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자, 그의 제조방법 및 이를 이용한 핵산 유전자의 전달 방법{LDL-LIKE CATIONIC NANOPARTICLES FOR DELIVERYING NUCLEIC ACID GENE, METHOD FOR PREPARING THEREOF AND METHOD FOR DELIVERYING NUCLEIC ACID GENE USING THE SAME}
본 발명은 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자, 그의 제조방법 및 이를 이용한 핵산 유전자의 전달 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자연상 존재하는 저밀도 지단백질의 구성성분을 모방하여 표면개질 및 재구성됨으로써, 트랜스팩션 효율 및 안정성이 향상된 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사 양이온성 나노입자, 그의 제조방법 및 이를 이용하여 핵산 유전자를 전달하는 방법에 관한 것이다.
RNA 간섭 현상의 조정자인 21-25bp 길이의 합성 소간섭 RNA(siRNA) 이합체가 포유동물 세포질에 함유된 상동성 메신저 RNA의 분할을 촉발(trigger)하여 특이 유전자 발현을 억제할 수 있다는 사실이 입증된 이래(A. Hamilton, D. Baulcombe, A species of small antisense RNA in posttranscriptional gene silencing in plants, Science 286 (1999) 950-2. ; S. Elbashir, J. Harborth, W. Lendeckel, A. Yalcin, K. Weber, T. Tuschl. Duplexes of 21-nucleotide RNAs mediate RNA interference in cultured mammalian cells Nature 411 (2001) 494-8.), mRNA 레벨에서 대상 유전자를 선택적으로 기능억제(knock-down)하는 siRNA의 능력 때문에, 유전자 치료법을 통한 선천적 혹은 후천적 질환의 치료에 관련하여 상기 siRNA에 대한 관심이 증폭되었다.
siRNA은 유전자 치료법에서 유망한 약물 후보이지만, 세포내 및 세포외 장벽이 실제의 치료에 제약이 된다. siRNA의 음전하는, 수동 확산 및 이에 따른 저트랜스팩션 효능 탓에 세포면 또는 세포막 단면에 결합할 수 없기 때문에 세포 흡수율 저하를 야기한다. 또한, 주요한 세포외적 장애는 혈청 핵산분해 효소에 의한 화학 분해성이며, 따라서 siRNA의 혈액내 불안정성은 특히 정맥투여에서 문제가 된다.
이러한 장애를 극복하기 위해, 양이온성 지질계 트랜스팩션제 (De Paula D, Bentley MV, Mahato RI. Hydrophobization and bioconjugation for enhanced siRNA delivery and targeting, RNA. 13 (2007) 431-56.) 또는 폴리양이온계 담체 (DJ. Gary, N. Puri, YY. Won, Polymer-based siRNA delivery: Perspectives on the fundamental and phenomenological distinctions from polymer-based DNA delivery, J Control Release. 2007 May 26,[Epub ahead of print])가 전하상보성을 통한 착염 형성에 따른 siRNA 전달에 이용되었다.
특히, 폴리양이온성 폴리에틸렌이민(PEI)은 혈청 핵산분해 효소를 막기 위한 다합체(polyplex) 제형에 널리 이용되는 것으로서, 혈장막에 결합되어 세포이물질 흡수(endocytose)의 대상이 될 수 있다.
그럼에도 불구하고, PEI는 세포타살(necrosis) 또는 세포자살(apoptosis)을 통해 다수의 세포주에서 세포사멸을 촉발하고 이 세포독성은 분자량이 커질수록 및 분기화도(branching degree)가 커질수록 증가하는 것으로 밝혀졌다.
저분자량의 PEI 또는 폴리에틸렌글리콜(PEG)-그라프트 PEI 공중합체는 세포독성이 낮은 것으로 나타났으나, 양이온 고분자의 아민 밀도가 낮아 착염 응축이 적은 탓에 이들의 세포내 트랜스팩션은 활발치 않으며, 따라서 배지내 효소 분해반응 및 불안정성이 증가하였다.
PEG 공액화된 siRNA 및 PEI(분자량 25K) 폴리전해질 착염(PEC) 마이셀은 원형의 siRNA보다 효소공격에 대한 안정성이 클 뿐만 아니라 유전자 침묵 효과도 훨씬 탁월함이 입증되었다는 사실을 주목한다.
천연 자원에서 유래된 비-합성 담체는 이의 세포독성을 낮출 수 있음과 동시에, 생체적합성 및 생분해성을 개선할 수 있기 때문에 siRNA 전달에 바람직하다.
자연계 담체의 구현예 중 하나는 면역반응을 촉발하지 않고 세망내피 체계(reticuloendothelial system: RES)가 인식하지 못하는 저밀도 지단백질(LDL)를 이용하는 것이다. 상기 LDL은 기본적으로 지질 및 단백질의 이동, 구체적으로는 계통순환 전체의 간외부 조직에 대한 콜레스테롤 전달에 관여한다.
실제로, 사이클로스포린 A 및 암포테리신 B 지질 착염(ABLC)같은 비친수성 약물은 전임상(pre-clinical) 또는 임상(clinical) 치료시 LDL 입자와 결합함으로써 효과적으로 전달되었다. 또한 LDL은 스테아릴-폴리(L-리신)(스테아릴-PLL), 소위 TerplexDNA 체계와 결합함으로써 유전자 전달에 이용되었다(DG. Affleck, L. Yu, DA. Bull, SH. Bailey, SW. Kim, Augmentation of myocardial transfection using TerplexDNA: a novel gene delivery system, Gene Ther. 8(5) (2001) 349-53.). 상기 제형에서, 음전하 DNA와 상호반응한 PLL 성분 및 스테아릴기는 LDL과 소수성 상호반응을 일으킨다.
한편, 혈액에서 자연 LDL을 분리하는 방법은 너무 복잡하고 시간 소모가 크기 때문에, LDL 모방 모델인 재조합 LDL-유사 마이크로에멀전(LDE)은 아포지질 단백질이 함유되지 않은 콜레스테롤 에스테르 및 인지질로부터 개발되었다. LDE는 동물 연구 및 임상 치료에서 혈류 속에 주입시 자연 LDL처럼 작용하는 것으로 확인되었다(RC. Maranhao, B. Garicochea, EL. Silva, P. Dorlhiac-Llacer, SM. Cadena, IJ. Coelho, JC. Meneghetti, FJ. Pileggi, DA. Chamone. Plasma kinetics and biodistribution of a lipid emulsion resembling low-density lipoprotein in patients with acute leukemia, Cancer Res. 54 (17) (1994) 4660-6.).
그러나, siRNAs 등과 같은 핵산 유전자에 기초한 방법을 실용화하기 위해서는 트랜스팩션 효율 및 안정성이 낮은 문제점을 해결해야 기술적 과제가 절실히 대두되어 왔다.
기술적 과제
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 자연상 존재하는 저밀도 지단백질의 구성성분을 모방하여 표면개질 및 재구성됨으로써, 트랜스팩션 효율 및 안정성이 향상된 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사 양이온성 나노입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 트랜스팩션 효율 및 안정성이 향상된 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사 양이온성 나노입자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 트랜스팩션 효율 및 안정성이 향상된 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사 양이온성 나노입자를 이용하여 핵산 유전자를 전달하는 방법을 제공하는 것이다.
기술적 해결방법
본 발명은 상기와 같은 목적을 해결하기 위한 수단으로, 본 발명의 제 1측면은 콜레스테릴 에스테르 및 트리글리세라이드를 함유하는 코어지질부; 및 상기 코어지질부의 상층면에 소수성 상호반응에 의해 결합되어 있으며, 콜레스테롤, 인지질 및 양이온성 지질을 함유하는 양이온성의 표면지질부; 를 포함하는 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자를 제공한다.
본 발명은 또한 본 발명의 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 저밀도 지단백질 유사 양이온성 나노입자를 이용하여 표적세포(target cell)에 핵산 유전자를 전달하는 방법을 제공한다.
유리한 효과
본 발명에 의한 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자는 자연상 존재하는 저밀도 지단백질의 구성성분을 모방하여 표면개질 및 재구성된 양이온성 나노입자로서, 트랜스팩션 효율 및 안정성이 높아, siRNA와 같은 핵산 유전자를 표적세포(target cell)에 효율적으로 전달할 수 있다.
도 1은 양이온성 지질 마이크로에멀전(CLM)의 제조를 위한 저밀도 지단백(LDL), DOPE 및 DC-콜의 지질 부분 배열에 관한 개략도로서, 양전하 CLM 표면 및 음전하 siRNA 간의 정전기 상호작용에 의한 siRNA-PEG/CLM 착염의 제형화 과정도 도시되었다.
도 2는 투과전자현미경(TEM)으로 관측한 CLM의 영상을 나타낸 것으로서, 눈금조정바는 500nm이다.
도 3은 투과전자현미경(TEM)으로 관측한 CLM의 영상을 나타낸 것으로서, 눈금조정바는 200nm이다.
도 4는 10％ 혈청의 존재 하에 MDAMB435 세포에서의 유전자 담체의 세포독성 분석 결과를 도시한 것으로서, 검은 사각형 및 하얀 삼각형은 각각 PEI 25K 및 CLM을 나타낸다.
도 5는 siRNA/CLM 착염의 특성화를 도시한 것으로서, siRNA-PEG/CLM 착염의 크기 및 제타 전위값 측정 결과는 DC-콜(CLM에 함유됨)/siRNA-PEG의 중량비와 함수적 관계에 있다.
도 6은 siRNA/CLM 착염의 특성화를 도시한 것으로서, 겔 지연 분석 결과는 DC-콜(CLM에 함유됨)/siRNA-PEG의 중량비와 함수적 관계에 있다. B 패널에서, M 및 0 중량비는 마커 및 대조군 siRNA-PEG 각각에 대응하며 완전 siRNA-PEG 코팅물의 중량비는 화살표로 표시하였다.
도 7은 10％ 혈청함유 RPM-1 배지 1640 내의 siRNA-PEG/CLM 착염의 크기 측정치를 나타낸다.
도 8은 2시간 배양후 PC-3 세포 내의 cy3 라벨화된 siRNA-PEG/CLM 착염의 유속 세포분석 결과를 나타낸다.
도 9 및 도 10은 유전자 발현 억제와 siRNA-PEG/CLM 착염의 트랜스팩션에 의한 DC-콜(CLM에 함유됨)/siRNA-PEG의 중량비가 함수 관계에 있음을 나타낸다.
발명의 실시를 위한 최선의 형태
본 발명의 제 1측면은 콜레스테릴 에스테르 및 트리글리세라이드를 함유하는 코어지질부; 및 상기 코어지질부의 상층면에 소수성 상호반응에 의해 결합되어 있으며, 콜레스테롤, 인지질 및 양이온성 지질을 함유하는 양이온성의 표면지질부; 를 포함하는 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자에 관한 것이다.
본 발명의 콜레스테릴 에스테르는 콜레스테롤에 탄소수 10 내지 24개의 포화 또는 불포화 지방산이 에스테르 결합된 것을 의미한다. 바람직하기로는, 올레인산 같은 탄소수 16 내지 18개의 불포화지방산의 에스테르일 수 있다. 본 발명의 나노입자는 단일 또는 여러 종류의 콜레스테릴 에스테르를 포함할 수 있다.
본 발명의 트리글리세라이드는 다양한 지방산의 조성을 가지는 정제 트리글리세라이드이거나, 다수 지방산으로 구성된 트리글리세라이드를 주성분으로 하는 식물유일 수 있다. 바람직하게는, 트리글리세라이드 동물성 또는 식물성 기름(oil)일 수 있으며, 대두유, 올리브유, 면실유, 참깨유, 간유 등을 포함한다. 상기 기름 은 단독 또는 여러 종류의 기름이 혼합되어 사용될 수 있다.
본 발명의 콜레스테릴 에스테르 및 트리글리세라이드는 소수성 결합을 통해 본 발명 저밀도 지단백질 유사 양이온성 나노입자의 코어 지질부를 형성한다.
본 발명의 인지질은 본 발명이 나노입자를 형성할 수 있는 어떠한 종류의 중성, 양이온성, 음이온성일 수 있으며, 단일 또는 다수 종류의 인지질의 혼합물일 수 있다. 상기 인지질은 포스파티딜콜린(PC), 포스파티딜에탄올아민, 포스파티딜세린, 포스파티딜글리세롤, 이들의 lyso형태, 탄소수 6 내지 24의 지방족 쇄를 가지는 완전히 포화된 또는 부분 경화된 형태일 수 있다. 본 발명의 인지질은 이에 한정되지는 않지만, dioleoylphosphatidylethanolamine (DOPE), palmitoyloleoylphosphatidylcholine (POPC), egg phosphatidylcholine (EPC), distearoylphosphatidylcholine (DSPC), dioleoylphosphatidylcholine (DOPC), dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), dioleoylphosphatidylglycerol (DOPG), 및 dipalmitoylphosphatidylglycerol (DPPG)으로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택된다.
본 발명의 인지질 및 콜레스테롤은 유전자 트랜스팩션 효율을 향상시키고, 조합된 양이온성 지질의 세포독성을 감소시키는 헬퍼 지질의 역할을 한다. 엔도솜(endosome) 파괴에 수반되는 세포간막 및 세포내막을 가진 양이온성 지질의 융해를 촉진하는 역상 육각형 구성을 채택함으로써, 인지질의 융해성은 높은 탈안정화 효과를 층상구조에 부여하여 헬퍼의 활성에 기여한다. 또한, 콜레스테롤은 지질 충전에 형태적 측면에서 견고성을 부여하며, 따라서 헬퍼의 활성과 함께 본 발명 나노 입자의 안정성도 향상시킨다.
본 발명의 양이온성 지질은 생리학적 pH와 같이 특정 pH에서 순 음전하를 띠는 양이온성 지질을 포함한다. 본 발명의 일실시예서, 상기 양이온성 지질은 3베타-[N-(N',N',N'-트리메틸아미노에탄)카바모일]콜레스테롤 (TC-콜레스테롤), 3베타[N-(N',N'-디메틸아미노에탄)카바모일]콜레스테롤 (DC-콜레스테롤), 3베타[N-(N'-모노메틸아미노에탄)카바모일]콜레스테롤 (MC-콜레스테롤), 3베타[N- (아미노에탄)카바모일]콜레스테롤 (AC-콜레스테롤), N-(N'-아미노에탄)카바모일프로파노익 토코페롤 (AC-토코페롤), N-(N'-메틸아미노에탄)카바모일프로파노익 토코페롤 (MC-토코페롤), N,N-디올레일-N,N-디메틸암모늄클로라이드 (DODAC), N,N-디스테아릴-N,N-디메틸암모늄브로마이드 (DDAB), N-(1-(2,3-디올레오일옥시)프로필-N,N,N-트리메틸암모늄클로라이드 (DOTAP), N,N-디메틸-(2,3-디올레오일옥시)프로필아민 (DODMA), N-(1-(2,3-dioleyloxy)propyl)-N,N,N-trimethylammonium chloride (DOTMA), 1,2-Dioleoyl-3-Dimethylammonium-propane (DODAP), 1,2-Dioleoylcarbamyl-3-Dimethylammonium-propane (DOCDAP), 1,2-Dilineoyl-3-Dimethylammonium-propane (DLINDAP), Dioleoyloxy-N-[2-sperminecarboxamido)ethyl}-N,N-dimethyl-1-propanaminiumt-rifluoroacetate (DOSPA), Dioctadecylamidoglycyl spermine (DOGS), 1,2-Dimyristyloxypropyl-3-dimethyl-hydroxyethyl ammonium bromide (DMRIE), 3-Dimethylamino-2-(Cholest-5-en-3-beta-oxybutan-4-oxy)-1-(cis,cis-9,12-oc-tadecadienoxy)propane (CLinDMA), 2-[5'-(cholest-5-en-3.beta.-oxy)-3'-oxapentoxy)-3-dimethyl-1-(cis,cis-9',12'-octadecadienoxy)propane (CpLinDMA), N,N-Dimethyl-3,4-dioleyloxybenzylamine (DMOBA), 1,2-N,N'-Dioleylcarbamyl-3-dimethylaminopropane (DOcarbDAP), 1,2-디아실-3-트리메틸암모늄-프로판(TAP), 및 1,2-디아실-3-디메틸암모늄-프로판(DAP)으로 이루어지는 군에서 하나이상 선택된다.
특히 DC-콜은 기타 양이온성 지질보다 그 독성이 약하며, DC-콜 계열의 유전자 담체가 흑색종, 낭포성 섬유종, 자궁경부암, 유방암 및 난소암 등 여러 질환의 임상 치료에 사용 승인을 받은 만큼, DC-콜을 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게는 본 발명의 일실시예에서, 콜레스테릴 에스테르 및 트리글리세라이드를 함유하는 코어지질부; 및 상기 코어지질부의 상층면에 소수성 상호반응에 의해 결합되어 있으며, 콜레스테롤, 디올레오일포스페파티딜에탄올아민(DOPE) 및 3β[N-(N',N'-디메틸아미노에탄)카르바모일]-콜레스테롤(DC-콜)을 함유하는 양이온성의 표면지질부; 를 포함하는 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자에 관한 것이다.
상기 양이온성 지질은 본 발명의 핵산과 정전기적 결합을 통하여 결합하여 핵산/지질 복합체를 형성할 수 있다.
본 발명의 나노입자는 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자이다. 자연 LDL은 두 개의 지질상 즉, 극성 구성분(인지질 및 아포지질 단백질) 및, 콜레스테롤 에스테르와 트리글리세라이드로 사전 구성된 비극성 중성 지질로 이루어지며, 조성 및 물리화학적 특성은 표 1과 같다. 인지질 및 아포지질 단백질은 비극성 지질을 유화시켜 표면의 안정성을 제공하며 따라서, 안정된 생물학적 마이크 로에멀전을 형성할 수 있다.
표 1
지역 LDL의 조성 및 물리화학적 특성
Figure 112010027656416-PCT00001
본 발명에 의한 상기 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자는 콜레스테릴 에스테르 30 내지 60 중량％, 트리글리세라이드 0.1 내지 10 중량％, 콜레스테롤 5 내지 20 중량％, 인지질 5 내지 30 중량％, 및 양이온성 지질 10 내지 50중량％를 포함하는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 콜레스테릴 에스테르 40 내지 50 중량％, 트리글리세라이드 1 내지 5 중량％, 콜레스테롤 8 내지 12 중량％, 인지질 12 내지 16 중량％, 및 양이온성 지질 25 내지 30 중량％를 함유하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 코어 지질부와 표면 지질부의 중량비는 나노 입자 캐리어의 중량을 기준으로 30:70 내지 70:30, 바람직하게는 40:60 내지 60:40, 더 바람직하게는 45:55 내지 55:45이다.
본 발명의 일실시예에서, CLM에서 인지질 : 콜레스테롤 : 양이온성 지질 간의 몰비는 9.4 : 13 : 26 이며 양이온성 지질/헬퍼 지질의 몰비는 등몰비를 제공하는 값인 1.16일 수 있다.
본 발명의 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자는 핵산 운반용으로 사용될 수 있다.
본 발명의 핵산은 소간섭 리보핵산(siRNA), 리보좀 리보핵산(rRNA), 리보핵산(RNA), 디옥시리보핵산(DNA), 상보성 디옥시리보핵산(cDNA), aptamer, 전령 리보핵산(mRNA), 운반 리보핵산(tRNA) 및 안티센스 올리고데옥시뉴클레오티드(AS-ODN)로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히 siRNA는 이중 가닥 RNA (duplex RNA), 혹은 단일 가닥 RNA 내부에서 이중 가닥의 형태를 띄는 단일 가닥 RNA를 지칭한다. 이중 가닥 사이의 결합은 뉴클레오티드 간의 수소 결합을 통해 이루어지고, 이중 가닥 내부의 모든 뉴클레오티드가 상보적으로 완전 결합해야 하는 것은 아니다. siSNA의 길이는 약 15 내지 60, 15 내지 50 또는 15 내지 40 (이중 가닥 RNA의 한쪽 뉴클레오티드의 갯수, 즉, 염기쌍의 갯수를 의미하며, 단일 가닥 RNA인 경우에는 단일 가닥 RNA 내부의 이중 가닥의 길이를 의미한다.) 뉴클레오티드이며, 전형적으로 약, 15 내지 30, 15 내지 25 또는 16 내지 25개의 뉴클레오티드, 바람직하게는 약 19 내지 25, 21 내지 25 또는 21 내지 23 개인 뉴클레오티드인 siRNA를 포함한다. 또한 siRNA는 혈중 안정성을 증가시키거나 면역 반응을 약화시키는 등의 목적을 위해 다양한 작용기를 도입한 뉴클레오티드로 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 siRNA는 전형적인 siRNA로부터 비변형 또는 변형된 형태일 수 있다. 예를 들어, siRNA의 한 쪽 말단이 폴리에틸렌글리콜로 수식될 수 있다. 폴리에틸렌글리콜(PEG)는 친수성, 유연성 및 비이온성 고분자이므로 단분자형 대식세포계(MPS)의 마크로파지가 인식하지 않도록, 입상계를 개질시키고 담체에 대해 장기순환성을 부여하는 가장 일반적인 재료 중 하나이다. (Xing X, Yujiao Chang J, Hung M. Preclinical and clinical study of HER-2/neu-targeting cancer gene therapy. Adv Drug Deliv Rev. 30(1-3) (1998) 219-227. ; S. Mao, M. Neu, O. Germershaus, O. Merkel, J. Sitterberg, U. Bakowsky, T. Kissel,. Influence of polyethylene glycol chain length on the physicochemical and biological properties of poly(ethylene imine)-graft-poly(ethylene glycol) block copolymer/SiRNA polyplexes. Bioconjug Chem. 17 (5) (2006) 1209-18.). 본 발명의 일실시예에서 PEG의 분자량이 5000달톤인 경우 RNase 소화에 대해 siRNA를 충분히 보호하는 동시에 siRNA의 효과적인 트랜스팩션 성능을 계속 유지할 수 있다.
본 발명에서 양이온성 지질과 핵산의 N/P 비율은 약 0.1 내지 128, 바람직하게는 0.5 내지 32, 보다 바람직하게는 1 내지 16일 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 양이온성 지질과 핵산의 중량비는 1.4 내지 32, 바람직하게는 2.8 내지 16.8이다.
본 발명의 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자는 단일 또는 다수 종류의 아포단백질을 포함할 수 있다. 상기 아포단백질은 천연 지단백질로부터 추출하거나 재조합 단백질의 방식으로 생산한 것일 수 있으며, 바람직하게는 B- 100, apo E 등이다. 상기 아포단백질은 본 발명의 나노입자가 수용체를 통해 세포 내로 효율적이며 특이적인 방식으로 도입이 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 제2측면은 본 발명의 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 제조방법에 있어 각 성분의 종류 및 함량은 위에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 일실시예에서,
(a) 본 발명의 콜레스테릴 에스테르, 트리글리세라이드, 인지질, 콜레스테롤 및 양이온성 지질을 유기용매에 용해하는 단계;
(b) 상기 용해액에서 유기용매를 제거하여 지질막을 형성하는 단계;
(c) 상기 지질막에 수용액을 가하여 수화시키는 단계를 포함하는 핵산유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사 양이온성 나노입자를 제조하는 방법을 제공한다.
상기 (a) 단계의 유기용매는 클로로포름, 메탄올 및 사이클로핵산으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는데, 예컨대 클로로포름, 메탄올 단독이나 상기 클로로포름과 메탄올을 일정비율로 혼합한 유기용매를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (b) 단계의 유기용매 제거는 콜레스테릴 에스테르의 융점 이상의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하며, 콜레스테릴 올레이트를 사용하는 경우, 52℃ 내지 60℃의 온도가 바람직하다.
본 발명의 또다른 일실시예에서, (a') 콜레스테릴 에스테르, 트리글리세라이드, 인지질, 콜레스테롤 및 양이온성 지질을 용해하는 단계; (b') 상기 용해액에 물을 첨가하여 혼합하는 단계; (c') 상기 혼합액을 균질화하는 단계;를 포함하는 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자의 제조방법을 제공한다.
상기 (a') 단계에서 지질 성분은 가열하거나 (a)단계에거 기술한 유기용매를 사용하여 용해시킬 수 있다. 유기용매를 사용하여 용해시키는 경우에는 (d') 상기 균질액 내 유기용매를 제거하는 단계를 추가로 포함한다. 유기 용매의 제거는 콜레스테릴 에스테르의 융점 이상의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하며, 콜레스테릴 올레이트를 사용하는 경우, 52℃ 내지 60℃의 온도가 바람직하다.
상기 (b') 단계에서, 물은 3 내지 7배(v/v)를 첨가할 수 있다.
상기 (c') 단계의 균질화는 초음파 처리(sonication), 고압호모게나이저(high pressure homogenization), 또는 막유화기 (membrane fluidizer) 등의 공지의 방법을 이용하여 입자를 균일하게 할 수 있다. 초음파 처리하는 경우에는 1∼5 분간 수행하는 것을 특징으로 하는데, 125W의 조건에서 수행하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는, 또한, 본 발명의 일실시예에서 상기 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자는 변형 용매 유화법 (modified solvent-emulsification)으로 제조될 수 있다.
본 발명의 제 3측면은 상기 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자를 이용하여 표적세포에 핵산 유전자를 전달하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에서, (1) 핵산과 상기 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자의 착염을 형성하는 단계; 및 (2) 상기 착염을 표적세포(target cell)에 트랜스팩션시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (1) 단계의 착염은 예를 들어, 인산완충 용액(phosphate buffered saline ; 이하, 'PBS'라 한다.) 또는 탈염수 내에서 핵산 유전자의 존재하에 상기 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자를 배양하여 형성되는 것을 특징으로 하는데, 상기 PBS는 pH 7.0∼8.0이고, 0.8％의 NaCl을 함유하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 상기 방법은, 상기 (1) 단계 후에 상기 핵산 유전자-PEG공액물과 상기 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자의 착염의 겔 지연처리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는데, 상기 겔 지연처리를 하는 이유는 음전하를 띠는 소간섭리보핵산과 양전하를 띠는 나노입자간의 정전기반응에 의하여, 이들이 안정된 착염을 형성하는지를 확인하기 위함이다.
본 발명의 일실시예에서, 핵산을 PEG로 수식하는 경우에는 단계 (1)에 앞서 (1') 핵산 유전자-PEG 공액물을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 (1') 단계의 공액물은 예를 들어, 핵산 유전자와 PEG 간의 이황화 결합을 이용할 수 있고, 보다 구체적으로, 핵산 유전자는 3'-헥실아민 작용기를 가진 것이 바람직하다. PBS(pH7.5) 상에서 과량의 SPDP(N-succinimidyl-3-(2-pyridylodithio) propionate)는 3'-헥실아민 소간섭리보핵산과 반응하여 핵산을 활성화 시킨다. 반응하지 않고 남은 과잉의SPDP는 탈염컬럼(desalting column)을 이용하여 제거된다. SPDP로 활성화된 소간섭리보핵산은 폴리에틸렌 글라이콜 (PEG, 분자량: 5000)-SH과 과잉으로 반응하여 이황화 결합을 형성하며 PEG에 컨쥬게이션된다. 반응하지 않고 남은 과잉의 PEG-SH는 투석(MWCO=10000)으로 제거하여 이황화 결합으로 PEG가 컨쥬게이션된 소간섭리보핵산을 정제할 수 있다.
예컨대, siRNA는 바람직한 유전자 발현 기능억제력으로 인해 유전자 치료에 사용할 수 있는 강력한 수단이지만, 안정성 및 트랜스팩션 효과에 관련한 문제로 인해 실제 응용에는 제약이 있다.
본 발명에 의한 양이온성 나노입자(CLM)는 혈청함유 배지 내에서의 정전기 상호작용을 통해 핵산과 안정된 착염을 형성하고, 상기 CLM은 핵산과 더불어 극저의 세포독성 및 효과적인 세포 흡수성을 나타내므로, 핵산을 전달하는데 효과적이다.
또는, 혈장 아포지질 단백질은 혈액에 대한 고친화력 때문에 CLM의 표면에 흡착되어 자연 아포지질 단백질 함유 지질단백질을 모방할 수 있다. 따라서, 체내 CLM은 자연 지질단백질 작용에 의해 생성되는 것으로 추측된다.
이하, 본 발명의 내용을 실시예 및 실험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
이하의 실시예 및 실험예에 사용된 콜레스테릴 올레이트, 글리세릴 트리올레이트(트리글리세라이드), 에스테르화 되지 않은 콜레스테롤은 각각 Sigma사에서 구입하였다.
L-알파-디올레오일 포스파티딜에탄올아민(DOPE) 및 3β-[N-(N',N'-디메틸아 미노에탄)카르바모일]-콜레스테롤 히드로클로라이드는 Avanti Polar lipids사의 제품이었다.
또한, VEGF siRNA 및 GFP siRNA는 Bioneer Co. (대전, 대한민국)사에서 구입하였다. GFP siRNA의 센스가닥으로서 5'-GCAAGCUGACCCUGAAGUUdTdT-3', 안티센스 가닥으로서 5'-AACUUCAGGGUCAGCUUGCdTdT-3'로 하였고, VEGF siRNA의 센스가닥으로서 5-GGAGUACCCUGAUGAGAUCdTdT-3, VEGF siRNA의 안티센스 가닥으로서 5-GAUCUCAUCAGGGUACUCCdTdT-3으로 하였다.
N-숙신이미딜-3-(2-피리딜디티오) 프로피오네이트(SPDP) 및, 술프히드릴기에 의해 유도체화된 메톡시-폴리(에틸렌글리콜)(mPEG-SH, 분자량 5000)은 Pierce사(록포드, 일리노이(IL)) 및 넥타르(헌츠빌, 알라바마(AL))에서 각각 구입하였다.
한편, 태아소 혈청(FBS) 및 로스웰파크 메모리얼 인스티튜트-1(RPM-1) 배지 1640 및 둘베코 개질 이글 배지(DMEM)는 Gibco BRL사(그랜드 아일랜드, 뉴욕(NY))에서 구입하였다. 기타 다른 모든 화학약품 및 시약은 분석용도로 이용하였다.
실시예 1 (양이온성 지질 마이크로에멀전의 조제)
양이온성 지질 마이크로에멀전(CLM)을 변형 용매 유화법으로 조제하였다.
즉, 22.5mg(45중량％)의 콜레스테릴 올레이트, 1.5mg(3중량％)의 글리세릴 트리올레이트, 7mg(14중량％)의 DOPE, 5mg(10중량％)의 에스테르화 되지 않은 콜레스테롤 및 14mg(28중량％)의 DC-콜레스테롤을 유리병에 담긴 2mL의 클로로포름 : 메탄올(2:1) 용액에 용해시켰다. CLM에서 DOPE : 콜레스테롤 : DC-콜 간의 몰비는 9.4 : 13 : 26 이며 양이온성 지질/헬퍼 지질의 몰비는 유효 조성물에 대해 거의 이상에 가까운 등몰비를 제공하는 값인 1.16 였다.
10mL의 증류수를 상기 병에 첨가하여 충분히 저어 주었다. 상기 현탁액을 Branson 초음파 처리기 450 (20kHz, 듀티 주기= 40, 출력 제어=3.5)로 3분간 초음파 처리하였다.
마이크로에멀전을 회전식 증발기로 옮기고, 용매는 콜레스테릴 올레이트의 융점인 52-60℃의 온도에서 제거하여, 상기 조제된 마이크로에멀전을 4℃에서 보관하였다.
실시예 2 (siRNA-PEG의 합성)
상기 siRNA-PEG는 이황화물 결합을 이용하여 공액 처리하였다. 즉, 감지 스트랜드(strand)(20nmol 의 VEGF 또는 GFP siRNA)의 3'에 있는 헥실아민기에 의해 개질된 300μg의 siRNA를 PBS(pH7.5)에 용해하였다.
이어서, DMSO에 녹인 20μL(400nmol)의 SPDP 원액(20mM)을 상기 siRNA 용액에 첨가하였다. 실온에서 3시간 반응 후, 겔투과 크로마토그래피(D-SaltTM 덱스트란 탈염 컬럼, Pierce, 록포드, IL)에 의해 과량의 SPD가 제거되었다.
4μmol의 mPEG-SH를 PBS(pH7.5)에 용해하여 정제된 siRNA-SPDP 용액에 첨가하였는데, 이때 반응은 실온에서 3일간 진행하였다. 미반응된 PEG를 탈염수에 대한 투석처리(MWCO 10,000)로 분리하고, siRNA-PEG 공액물은 고속진공 농축기로 농축하였다.
순도와 농도는 260 및 280nm 에서의 UV 흡광도를 측정하여 결정하였는데, 정제된 siRNA-PEG 공액화물을 -80℃에서 보관하였다.
실시예 3 (착염 형성)
각각 0, 1.4, 2.8, 4.2, 5.6 및 8.4 중량비의 DC-콜(CLM에 함유됨)/siRNA가 되도록 siRNA-PEG를 취하여 실온에서 15분간 PBS(7.4 및 150mM NaCl) 또는 탈염수 내에서 CLM을 배양하였다. 생성된 착염에 대해 겔 지연화, 크기 및 제타 전위를 측정하였다.
실시예 4 (siRNA-PEG/양이온성 마이크로에멀전 착염에 대한 겔 지연처리)
siRNA-PEG/CLM 착염(20μL)을 상술한 바와 같이, 상이한 중량비로 형성한 후, 2μL의 적하염료(loading dye)와 혼합하였다(10X). 22μL의 전체 현탁액을 트리스-아세테이트(TAE) 전개완충액(running buffer)과 함께, 2％ 아가로스겔 상의 전기영동 분해용 웰에 적하한 후, 100V에서 15분간 음극에서 양극으로 이동시켰다.
siRNA-PEG는 브롬화에티듐 염색으로 가시화하고, UV로 겔 영상을 얻었다.
실시예 5 (siRNA-PEG/CLM 착염의 트랜스팩션)
세포배양은 PC3(인간 전립선암 세포주)를 한국세포주은행(서울, 대한민국)에서 구하여, 가열 비활성화한 10％(v/v) 태아소 혈청, 페니실린(100UI/mL) 및 스트렙토마이신(100μg/mL)을 함유한 RPM-1 배지 1640 에서 성장시켰다.
GFP-과발현 및 안정적으로 트랜스팩트된 MDAMB 435(인간 유방암 세포)는 삼양사(대전, 대한민국)에서 구하여 10％ 혈청 및 상술한 항생제들이 보충된 DMEM 에서 성장시켰다.
배양물은 5％ CO2의 습윤 분위기하에 37℃로 유지했고, 융합이 이루어지자 트립신/EDPA를 이용하여 정상 분열시켰다.
cy3-라벨화된 siRNA-PEG를 착화 반응에 이용하여 10％ 혈청 함유 배지 안의 PC3 세포 에서 2시간 배양하여 트랜스팩션시켰다.
실험예 1 (양이온성 나노입자의 특성화)
실시예 3에서 제조된 CLM의 평균 직경은 레이저광 산란법으로 측정한 결과 103.6±4.5nm이었고, TEM 관측 결과 이 크기는 도 2에서 보는 바와 같이, 구형 형상을 나타내는 것으로 확인되었다. CLM의 제타 전위값은 +41.76±2.63mV이었다. 자연 LDL과 비교하여, DC-콜 및 DOPE의 결합으로 크기가 증가했고 또한 표면전하를 음의 값에서 양의 값으로 변화되었다. CLM은 조제 후 실온에서 수주간 응집하지 않고 안정성을 유지하였다.
주요 코어 조성물인 콜레스테릴 올레이트의 융점은 52℃이므로, CLM 코어는 보통의 생리적 온도에서 고체 상태를 유지하였다. 이는 CLM의 안정성이 장기간 유지되는 까닭이기도 하다. 고안정성 덕분에 종래의 DC-콜/DOPE 리포좀 제형보다 우수한 장점을 가진다.
따라서, CLM의 물리화학적 특성은 CLM이 siRNA 전달을 위해 양으로 개질된 지질 마이크로에멀전이면서 또한 치료 분야에서 안정된 LDL 모방체계임을 알 수 있다.
상기에서, CLM의 형태는 투과전자현미경(TEM)을 이용하여 육안으로 관찰하였다. 20μL의 마이크로에멀전(5mg/mL)을 300 메쉬의 폼바(Formvar)/탄소지지체망(grid)에 연속해서 3회 침적시킨 다음, 망을 2분간 건조한 후, 80kV에서 Zeiss Omega 912 TEM (Car Zeiss, Oberkochen, 독일)을 조작하여 상기 망을 관찰하였다.
또한, 크기 및 제타 전위 측정은 CLM 또는 이것과 siRNA-PEG의 착염에 관하여 직경 및 표면 제타 전위값을, 파장 632nm 및 검출각도 90°의 He-Ne 레이저가 탑재된 동적 광 산란기(DSL)(Zeta-Plus, 브룩헤븐 인스트루먼트사, NY)로 측정하였다.
크기 측정에 있어서, 각 시료를 탈염수로 적절히 희석하여 초당 104 내지 105의 (세포)개수를 유지하도록 하였고, 혈청내 착염에 관한 안정성 연구를 위하여, 10％ FBS 함유 RPM-1 배지 1640을 착염에 첨가하고 반응속도론적 측면에서 측정하였다.
실험예 2 (양이온성 나노입자의 세포독성 분석)
양이온성 나노입자의 세포독성을 측정하기 위하여, MDAMB435 세포를 분석 24시간 전에 96웰 플레이트(웰당 104 개의 세포)에 파종하였다.
상이한 농도(3, 6, 12, 18, 24, 36, 48 및 72μg/mL)의 CLM 및 PEI를 10％ FBS 함유 RPM-1 배지 1640 안에서 제조하였다. 배양 배지를 흡출하여 제거하고 제조된 현탁액 100μL를 플레이트 웰에 첨가하였다. 각 웰 속의 세포를 CLM 및 PEI 현탁액으로 37℃에서 24시간 배양한 후, 10μL의 Cell Counting Kit-8(CCK-8) 용액(Dojindo molecular technologies Inc. MD, 미국)을 각 웰에 가하였다. 세포를 37℃에서 추가로 4시간 배양한 후, 마이크로플레이트(BioRad Model 550)를 이용하여 450nm에서의 흡광도를 측정하였다.
체외 세포독성 분석은 MDAMB 435 세포의 세포질 탈수소효소를 배양 배지에 방출함으로써 정량화하였다. 10％ 혈청 배지의 존재 하에 CLM 및, 가장 우수한 무바이러스형 유전자 담체 중 하나인 폴리에틸렌이민(PEI) 25K을 추후 트랜스팩션 실험에 이용할 3μg/mL 내지 72μg/mL 범위의 양으로 사용함으로써 상기 분석을 행하였다. PEI 25K의 IC50은 9μg/mL로서 24시간 세포 배양 후 18μg/mL일 때 6.9±0.4％의 세포 생존율을 나타낸 반면, CLM은 최고 48μg/mL까지 아무 피해도 유발하지 않았다. 고약량 투여시, 72μg/mL의 CLM은 78±1％의 세포생존율을 나타내어, 동일한 조건에서 5.2±0.1％의 생존율을 나타낸 PEI 25K(도 3)와 크게 비교된다.
siRNA-무함유 PEI 25K 및 CLM의 세포독성 비교 결과, CLM은 세포에 대해 PEI 25K 보다 독성이 약한 것으로 나타났으며, 이는 CLM이 세포독성 측면에서 우수한 장점이 있고, 트랜스팩션 효율을 계속 유지하면서도 PEI 를 대신하기에 유리하다는 것을 제시한다.
실험예 3 (siRNA-PEG/CLM 착염의 특성화)
siRNA-PEG와 CLM의 착화 과정을 특성화하기 위하여, siRNA-PEG를 실온의 수용액에서 DC-콜(CLM에 함유됨)/siRNA 중량비와의 함수적 관계로 배양하였다. 정전기 상호작용을 통한 착염 형성도는, 동적 광 산란법(DLS)에 따라 마이크로에멀전 크기 및 제타 전위값을 관측하여 산출하였다.
도 5 에서 보는 바와 같이, DC-콜(CLM에 함유됨)/siRNA의 중량비가 1에서 4.67로 증가함에 따라, CLM의 제타 전위값은 -13.8±3.9 에서 +35.67±1.2mV로 증가하였고 그 후 4.7 중량비를 초과한 값에서 일정하게 유지되었다. 이들 데이터는, 모든 음전하 siRNA 포스페이트 잔사물이 4.7중량비에서 CLM 과 완전한 착염을 형성 하게 된다는 사실을 제시한다.
그 밖에, siRNA-PEG로 피복된 CLM의 크기는 DC-콜(CLM에 함유됨)/siRNA-PEG의 어떤 중량비에서도 거의 100nm에 가까운 일정한 수준을 유지했으며, 따라서 CLM은 siRNA-PEG로 배양한 후 크게 응집하지 않았음을 보여준다(도 5). 이들 크기 및 제타 전위 데이터는 siRNA-PEG/CLM 착염의 양전하 표면이 착염간에 전하반발력을 일으킬 수 있음을 제시하였다.
또한, 표면 상의 PEG 사슬은 보호 구름 역할을 하며 입체 반발력에 의해 응집을 방지하는 것으로 판단된다.
이와 병행하여, 겔 지연화 분석 역시 1.4 내지 8.4 중량비 범위의 DC-콜(CLM에 함유됨)/siRNA에 대하여 행하였다. 아가로스겔 전기영동 결과, CLM은 5.6 및 8.4 중량비에서 siRNA-PEG에 의해 충분히 지연되는 것이 확인되었다(도6).
상기의 결과는, 5.6중량부를 초과할 때 전하의 상호작용을 통해 siRNA-PEG/CLM 착염이 충분히 형성되었음을 입증한다. 제타 전위 데이터와 겔 지연 분석법은 모두, 착화 작용이 약 5 중량비에서 완전 달성됨으로써 상호연계성을 보여준다.
실험예 4 (10％ 혈청 배지 내에서의 siRNA-PEG/CLM의 안정성)
PEG 5K가 이황화물 결합을 통한 공액화에 의해 siRNA 전달계에 도입되었다. siRNA-PEG/CLM 착염 형성후, 10％ 혈청 함유 배지에서 DLS를 이용하여 그의 크기를 측정하였다.
도 7에서 보는 바와 같이, 혈장 단백질의 고속 및 저속 흡착이라는 두 종류 의 패턴이 반응속도론적으로 표현되었다. 급속 흡착은 크기를 47.6nm으로 증대시키는 2분간의 배양 시간보다 늦게 달성되었다. 혈청 내에서 행하는 2분 내지 20분의 배양 기간에, siRNA-PEG/CLM 착염의 크기가 천천히 그러나 점진적으로 19.3nm로 증가했으며(2분일 때 151.2±13.2nm 및 20분일 때 170.3±29.9nm) 변동 프로파일을 보여준다.
혈장 단백질의 흡착 및 폴리에틸렌글리콜화(PEGylated) 나노입자계 표면상의 재배열은 초기에 증가했고 20분 배양시 최대치에 도달했음이 입증되었다. 이러한 사실은 초기 20분 배양에서 siRNA-PEG/CLM 착염 상의 단백질 흡착에 대해 설명해준다. 한편, 20분 내지 60분 배양시 착염의 크기는 거의 일정해서 응집에 의한 크기의 증가 없이 착염의 안정성을 나타낸다.
이들 결과는, 표면이 개질되었어도 PEG 사슬에 의한 입체 반발력 및 LDL 모방기술은 혈장 단백질의 단속 흡착을 감소시키고 응집 현상을 나타내지 않는 혈청 배지에서의 고안정성에 기여한다는 사실을 제시한다.
실험예 5 (siRNA/CLM 착염의 세포 흡수)
siRNA/CLM 착염의 세포 흡수능력을 평가하기 위해, cy3-라벨화된 siRNA-PEG를 착화 반응에 이용하여 10％ 혈청 함유 배지 안의 PC3 세포 에서 2시간 배양하였다. Cy3-siRNA-PEG/CLM 착염의 세포 흡수 상대량을 유속 세포분석법으로 분석하였다.
즉, PC3 세포는 10％ FBS 및 항생제가 보충된 RPM-1 배지 1640에 담긴 상기 6개의 세포 플레이트에 웰당 세포수 5 X 105개의 밀도로 파종하고 37℃에서 24시간 동안 성장시켜 수확하였다. 배지를 제거하고 세포를 PBS(pH7.4)로 3회 세척하였다.
1μg의 siRNA-PEG 또는 siRNA-PEG/CLM 착염(8.4 중량비의 DC-콜(CLM에 함유됨)/siRNA)을 37℃에서 2시간 동안 배양하였다. 배지를 제거하여 세포 흡수를 중단시켰다. 세포를 차가운 PBS로 천천히 3회 세척한 뒤 1％(w/v)의 파라포름알데히드 용액으로 고정시켰다. 유속 세포분석법으로 세포 흡수를 관측하고(FACScan, Becton, Dickinson) CELLQUEST 소프트웨어로 분석하였다(PharMingon).
도 8는 cy3-siRNA-PEG/CLM 착염의 형광 강도 프로파일이 우측으로 이동했음을 보여준다. 상기의 결과는 세포 흡수가 대조군에 비해 현저히 높다는 사실을 제시한다.
cy3-siRNA-PEG 경우에서만 대조군에 비해 세포 흡수의 개선이 매우 느렸다. 따라서 cy3-siRNA-PEG가 자가 형성될 수도 있고. 마이셀이 세포 흡수의 소폭 증가를 유발했으리라고 추측하였다.
실험예 6 (siRNA-PEG/CLM 착염의 트랜스팩션 효과)
siRNA-PEG/CLM 착염의 siRNA 유전자 억제 효과를 혈청함유 배지에 담긴 GFP 과발현 및 트랜스팩트된 안정적인 MDAMB435 세포주를 이용하여 측정하였다.
즉, GFP-과발현 MDAMB 435 세포를 10％ FBS 및 항생제가 보충된 DMEM 배지에 담긴 상기 12개의 세포 플레이트에 웰당 세포수 2 X 105개의 밀도로 파종하였다. 트랜스팩션 실험 24시간 전에 세포를 배양하였다. 배지를 제거하고 세포를 PBS(pH7.4)로 3회 세척하였다.
상이한 농도(0, 1.4, 2.8, 5.6, 8.4 및 16.8)의 siRNA-PEG 또는 siRNA- PEG/CLM 착염(상이한 중량비의 DC-콜(CLM에 함유됨)/siRNA) 1μg을 37℃에서 2시간동안 10％ FBS 함유 배지에서 배양하였다. 세포 상청액을 새로운 혈청 보충 배지로 교환하였다.
그 뒤 트랜스팩트된 세포들을 42시간 동안 성장시켜 수확했고 세포는 PBS에 용해된 0.1％ 트리톤X100으로 처리하였다. 세포 용해물의 형광도를 525nm 파장에서 측정하였다 (488nm 에서 여기(excitation)함).
PC3 세포를 이용한 VEGF 방출 억제 실험에서, 상술한 바와 같이 시료를 트랜스팩트한 뒤 4시간 후 세포 배지를 새로운 혈청 보충 배지로 교환하였다. 트랜스팩션후 배양 6시간 뒤, 상기 배지는 10％ FBS 및 20μg/mL의 헤파린을 보충한 새로운 RPM-1 배지로 교체하였다. 추가로 16시간 배양 후, VEGF 함유 세포 상청액을 수거하였다.
세포로부터 방출된 VEGF의 농도는 제조자의 지침에 따라 Quantikine 인간 VEGF 면역분석 키트(R＆D 시스템, 미네아폴리스, MN)를 이용하여 측정하였다.
상기에서 GFP 또는 VEGF siRNA-PEG/CLM 착염은 10％ 혈청 RPM-1 배지에 담긴 GFP 과발현 MDAMB-435 세포 또는 VEGF 방출 PC-3 세포에서 각각 처리되었다.
상기 착염의 GFP 유전자 침묵 효과를 도 6b에 나타내었다. DC-콜(CLM에 함유됨)/siRNA의 중량비 증가와 더불어 상기 siRNA-PEG/CLM 착염의 GFP 유전자 발현은 1.4 내지 8.4 범위의 중량비에서 억제되었다. 5.6 및 8.4 중량비에서, GFP siRNA-PEG을 함유한 CLM 착염은 GFP 발현에 있어서 각각 41.2±3.7％ 및 58.9±4.9％의 하향조정률을 나타냈다. 이 결과는 5.6중량비 초과시 GFP siRNA-PEG/CLM 착염이 완 전히 형성되었다는 사실과 일치한다(도 9).
siRNA에 대한 담체의 화학량론적 유효성을 갖는 전달계 때문에, 완전 착염은 유전자 침묵능력이 개선되는 점을 설명할 수 있다. 트랜스팩션 효율은 또한 VEGF siRNA-PEG가 CLM과의 착화반응에 이용된 것을 제외하고 동일한 방식으로 VEGF 방출 PC3 세포에서 측정하였다. PC3 세포에서의 VEGF 억제 프로파일은 MDAMB435 세포에서의 GFP의 상기 프로파일과 매우 유사하였다(도 10).
5.6 및 8.4 중량비의 VEGF siRNA-PEG/CLM에 있어서, VEGF 발현 억제값은 37.6±1.2 및 53.8±0.9로 각각 PC3 세포에서 순서대로 나타냈다. 한편, GFP 및 VEGF siRNA-PEG만 세포 흡수량이 작은 탓에 이들의 유전자 침묵 효과는 각각 6.9±6.5％ 및 9.55±7.2％ 이었다(도 8).
16.8 중량비에서 타겟 단백질 발현의 억제율은 GFP siRNA-PEG/CLM 및 VEGF siRNA-PEG/CLM 착염 각각에서 38±0.3％ 및 22.8±13％ 이었고, 이 결과는 착화되지 않은 CLM 종류가 잔류하여 이들이 세포 흡수에 관하여 siRNA-PEG/CLM 착염과 경쟁할 가능성이 크다는 것을 제시한다. 16.8 중량비에서 유전자 침묵 효과의 소폭 감소가 관측되는 이유는 이 때문일 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상승 레벨의 저밀도 지단백질 수용체(LDLR)는 골수성 백혈병 세포, 장, 신장 및 뇌종양 같은 각종 종양에서 크게 과발현하므로, 본 발명에 의한 양이온성 나노입자는 LDLR를 이용한 종양치료법에 효과적으로 적용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 콜레스테릴 에스테르 및 트리글리세라이드를 함유하는 코어지질부; 및 상기 코어지질부의 상층면에 소수성 상호반응에 의해 결합되어 있으며, 콜레스테롤, 인지질 및 양이온성 지질을 함유하는 양이온성의 표면지질부; 를 포함하는 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 콜레스테릴 에스테르 30 내지 60 중량％, 트리글리세라이드 0.1 내지 10 중량％, 콜레스테롤 5 내지 20 중량％, 인지질 5 내지 30 중량％, 및 양이온성 지질 10 내지 50중량％를 함유하는 것을 특징으로 하는 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자.
  3. 제1항에 있어서, 코어 지질부와 표면 지질부의 중량비는 30:70 내지 70:30인 것을 특징으로 하는 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 인지질은 dioleoylphosphatidylethanolamine (DOPE), palmitoyloleoylphosphatidylcholine (POPC), egg phosphatidylcholine (EPC), distearoylphosphatidylcholine (DSPC), dioleoylphosphatidylcholine (DOPC), dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), dioleoylphosphatidylglycerol (DOPG), 및 dipalmitoylphosphatidylglycerol (DPPG)으로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택된 것을 특징으로 하는 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 양이온성 지질은 3베타-[N-(N',N',N'-트리메틸아미노에탄)카바모일]콜레스테롤 (TC-콜레스테롤), 3베타[N-(N',N'-디메틸아미노에탄)카바모일]콜레스테롤 (DC-콜레스테롤), 3베타[N-(N'-모노메틸아미노에탄)카바모일]콜레스테롤 (MC-콜레스테롤), 3베타[N- (아미노에탄)카바모일]콜레스테롤 (AC-콜레스테롤), N-(N'-아미노에탄)카바모일프로파노익 토코페롤 (AC-토코페롤), N-(N'-메틸아미노에탄)카바모일프로파노익 토코페롤 (MC-토코페롤), N,N-디올레일-N,N-디메틸암모늄클로라이드 (DODAC), N,N-디스테아릴-N,N-디메틸암모늄브로마이드 (DDAB), N-(1-(2,3-디올레오일옥시)프로필-N,N,N-트리메틸암모늄클로라이드 (DOTAP), N,N-디메틸-(2,3-디올레오일옥시)프로필아민 (DODMA), N-(1-(2,3-dioleyloxy)propyl)-N,N,N-trimethylammonium chloride (DOTMA), 1,2-Dioleoyl-3-Dimethylammonium-propane (DODAP), 1,2-Dioleoylcarbamyl-3-Dimethylammonium-propane (DOCDAP), 1,2-Dilineoyl-3-Dimethylammonium-propane (DLINDAP), Dioleoyloxy-N-[2-sperminecarboxamido)ethyl}-N,N-dimethyl-1-propanaminiumt- rifluoroacetate (DOSPA), Dioctadecylamidoglycyl spermine (DOGS), 1,2-Dimyristyloxypropyl-3-dimethyl-hydroxyethyl ammonium bromide (DMRIE), 3-Dimethylamino-2-(Cholest-5-en-3-beta-oxybutan-4-oxy)-1-(cis,cis-9,12-oc- tadecadienoxy)propane (CLinDMA), 2-[5'-(cholest-5-en-3.beta.-oxy)-3'-oxapentoxy)-3-dimethyl-1-(cis,cis-9',12'-octadecadienoxy)propane (CpLinDMA), N,N-Dimethyl-3,4-dioleyloxybenzylamine (DMOBA), 1,2-N,N'-Dioleylcarbamyl-3-dimethylaminopropane (DOcarbDAP), 1,2-디아실-3-트리메틸암모늄-프로판 (TAP), 및 1,2-디아실-3-디메틸암모늄-프로판(DAP)으로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 양이온성 나노입자.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 핵산이 소간섭 리보핵산(siRNA), 리보좀 리보핵산(rRNA), 리보핵산(RNA), 디옥시리보핵산(DNA), 상보성 디옥시리보핵산(cDNA), aptamer, 전령 리보핵산(mRNA), 운반리보핵산(tRNA) 및 안티센스 올리고데옥시뉴클레오티드(AS-ODN)로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자.
  7. (a) 콜레스테릴 에스테르, 트리글리세라이드, 인지질, 콜레스테롤 및 양이온성 지질을 유기용매에 용해하는 단계;
    (b) 상기 용해액에서 유기용매를 제거하여 지질막을 형성하는 단계;
    (c) 상기 지질막에 수용액을 가하여 수화시키는 단계를 포함하는 핵산유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사 양이온성 나노입자를 제조하는 방법.
  8. (a') 콜레스테릴 에스테르, 트리글리세라이드, 인지질, 콜레스테롤 및 양이 온성 지질을 용해하는 단계;
    (b') 상기 용해액에 물을 첨가하여 혼합하는 단계;
    (c') 상기 혼합액을 균질화하는 단계;를 포함하는 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자를 제조하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 콜레스테릴 에스테르, 트리글리세라이드, 인지질, 콜레스테롤 및 양이온성 지질을 가열하여 용해하는 것을 특징으로 하는 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자를 제조하는 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 콜레스테릴 에스테르, 트리글리세라이드, 인지질, 콜레스테롤 및 양이온성 지질을 유기용매를 가하여 용해하는 것을 특징으로 하는 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자를 제조하는 방법.
  11. 제 7항 또는 제 10항에 있어서, 상기 유기용매는 클로로포름, 메탄올 및 시클로핵산으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 핵산 유전자 전달용 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자의 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서, 단계 (c') 이후에 (d') 유기용매를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자를 제조하는 방법.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 단계 (c')의 균질화는 초음파 처리(sonication), 고압호모게나이저(high pressure homogenization), 또는 막유화기 (membrane fluidizsr)를 이용하는 것을 특징으로 하는 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자를 제조하는 방법.
  14. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 의한 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자를 이용하여 표적세포에 핵산 유전자를 전달하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 방법이
    (1) 상기 핵산 유전자 및 상기 저밀도 지단백질 유사(LDL-like) 양이온성 나노입자의 착염을 형성하는 단계; 및
    (2) 상기 착염을 표적세포(target cell)에 트랜스팩션시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 유전자를 전달하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 단계 (1) 이전에 (1') 핵산 유전자-PEG 공액물을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 유전자를 전달하는 방법.
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