KR20220040484A - 구속된 지질을 함유하는 나노물질 및 그의 용도 - Google Patents

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KR20220040484A
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lipid
nanoparticle composition
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ionizable
nucleic acid
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KR1020227006660A
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제임스 에버렛 달만
코리 데인 사고
주바오 간
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조지아 테크 리서치 코포레이션
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Abstract

세포 또는 조직 미세환경에 핵산을 전달하기 위한 조성물이 제공된다. 한 실시양태에서, 조성물은 감소된 비장 및 간 청소율을 갖도록 제제화된 지질 나노입자 조성물이다. 지질 나노입자의 화학적 조성이 지질 나노입자의 자연적 트래피킹에 상당히 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다. 보다 구체적으로, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질은 표적화 리간드의 필요 없이 지질 나노입자의 향성 및 청소율 프로파일을 변형시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 또한, 개시된 지질 나노입자의 향성은 크기-독립적이라는 것이 밝혀졌다.

Description

구속된 지질을 함유하는 나노물질 및 그의 용도
임의의 우선권 출원을 참조하여 포함
본 출원은 2019년 7월 29일에 출원된 "구속된 지질을 함유하는 나노물질 및 그의 용도(NANOMATERIALS CONTAINING CONSTRAINED LIPIDS AND USES THEREOF)"라는 명칭의 미국 가출원 번호 62/879,731을 우선권 주장하며, 이 가출원은 그 전문이 참조로 포함된다.
분야
본원에 기재된 주제는 일반적으로 약물 전달 시스템 및 그의 사용 방법에 관한 것이다.
서열 목록에 대한 참조
본 출원은 전자 서열 목록과 함께 출원된다. 전자 서열 목록은 2020년 7월 4일에 생성 및 최종 수정된 GUIDE005WO.txt라는 명칭의 파일로 제공되며, 크기는 6,977 바이트이다. 전자 서열 목록의 전자 형식의 정보는 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
T 림프구는 면역 반응을 조절하여 이들을 신약 개발을 위해 중요한 약물 표적이 되도록 한다. 예를 들어, 세포독성 T 림프구 연관 항원 4 (CTLA4), 프로그램화된 세포 사멸 단백질 1 (PD1), 또는 PD1 리간드 1 (PDL1)) 신호전달을 차단하는 항체 요법은 강력한 항종양 반응을 추진시켰다 (Khalil, D.N., et al., Nat Rev Clin Oncol, 13:273-290 (2016); Sharma, P. & Allison, J. P., Science, 348:56-61 (2015)). 그러나, 많은 수의 환자가 이들 작용제에 반응하지 않으며, 반응하는 환자 중 다수가 결국 재발한다 (Jenkins, T, et al., BJC, 118:9-16 (2018)). 게다가, 항체 요법은 총 단백질 코딩(coding) 게놈의 ~15%를 구성하는 것으로 생각되는, '약물화가능한(druggable)' 단백질의 활성만 억제할 수 있다 (Dixon, S. and Stockwell, B., Curr Opin Chem Biol, 13(5-6):549-555 (2009)).
질환 병리학에서 중요한 역할을 하는 일부 단백질은 "약물화 불가능한(undruggable)" 것이다. 약리학상 표적화될 수 없는 단백질을 기재하기 위해 용어 '약물화 불가능한'이 만들어졌다 (Cang, C.V., et al., Nature Reviews Cancer, 17:502-508 (2017)). 오늘날에는, 약물화 불가능한 것으로 간주되는 많은 암 표적이 있다 (Cang, C.V., et al., Nature Reviews Cancer, 17:502-508 (2017)). 약물화 불가능한 단백질의 예는 세포내 단백질 및 소분자 약물에 의해 쉽게 결합되는 도메인이 없는 단백질을 포함한다.
항체 요법은 그의 치료 효과를 발휘하기 위해 항체가 단백질에 결합할 수 있어야 하기 때문에 약물화 가능한 단백질에 제한된다. siRNA는 약물화 불가능한 단백질을 인코딩(encoding)하는 유전자를 포함한 임의의 유전자의 번역을 억제하는데 사용할 수 있다. T 세포 활성에서 몇몇 약물화 불가능한 단백질 표적이 확인되었다. 따라서, siRNA는 T 세포와 관련된 질환을 포함한 '약물화 불가능한' 단백질에 의해 야기된 많은 수의 질환을 치료하는데 유용할 수 있다. 불행히도, 헤파토사이트(hepatocyte) 이외의 세포로의 임상적으로 관련된 siRNA 전달 (Adams, D., et al., N Engl J Med, 379:11-21 (2018))은 여전히 도전과제로 남아 있다 (Lorenzar, C., et al., J Control Release, 203:1-15 (2015)). T 세포 siRNA 전달에서 몇몇 발전이 있었긴 하지만, 몇몇 장애물이 남아 있다. 예를 들어, siRNA는 양전하를 띤 펩티드에 연결된 단일쇄 항체를 사용하여 T 세포에 전달되었으며; 이는 높은 투여량인 5 mg/kg에서 표적 유전자 침묵화(silencing)를 야기하였다 (Kumar, P., et al., Cell, 134:577-586 (2008)). 두 번째 예에서, 나노입자는 항-CD4 항체로 코팅되어, 1 mg/kg 용량에서 생체내 표적 유전자 침묵화를 20% 야기하였다 (Ramishetti, S., et al., ACS Nano, 9:6706-6716 (2015)). 보다 최근에는, 헤파토사이트를 표적으로 하는 지질 나노입자 (LNP)를, 이들을 CD4 항체로 코팅함으로써 T 세포로 재표적화하여, 6 mg/kg 용량에서 생체내 T 세포 유전자 침묵화를 50% 야기하였다 (Kedmi, R., et al., Nat Nanotechnol, 13:214-219 (2018)). 모든 이들 요법은 두 가지 중요한 공통점을 공유한다. 첫째, 이들은 50% 유전자 침묵화를 달성하기 위해 1 mg/kg 초과의 siRNA를 필요로 하며, 이는 현재 인간이 사용하도록 승인된 siRNA 용량 초과이다 (Adams, D., et al., N Engl J Med, 379:11-21 (2018)). 둘째, 이들은 펩티드-, 단백질-, 또는 앱타머-기반 표적화 리간드(targeting ligand)를 사용하여 T 세포 전달을 달성한다.
나노의약품은 종종 표적화 리간드를 사용하여 세포에 트래피킹된다(trafficked) (Cheng, S., et al., Science, 338:903-910 (2012)). 그러나, FDA가 승인한 유일한 RNA 나노입자 요법은 간 세포에 자연적으로 트래피킹되는 지질의 단순한 혼합물을 이용한다 (Adams, D., et al., N Engl J Med, 379:11-21 (2018)). 자연적 트래피킹(Natural trafficking)이 면역 세포에 나노입자 전달을 촉진하는 것으로 나타나지 않았다. T 세포로의 나노입자 전달을 위한 현재 옵션은 유전자 침묵화를 달성하고 세포 전달을 위한 표적화 리간드에 의존하기 위해 고용량의 핵산을 필요로 하기 때문에, T 세포로의 전달을 위한 개선된 나노입자 조성물이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 면역 세포에 핵산을 전달할 수 있는 전달 비히클 및 그의 사용 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 면역 세포 기능을 조정하는 방법을 제공하는 것이다.
개요
특정 세포 또는 조직 미세환경에 핵산을 전달하기 위한 조성물이 제공된다. 한 실시양태에서, 조성물은 감소된 비장 및 간 청소율(clearance)을 갖도록 제제화된 지질 나노입자 조성물이다. 지질 나노입자의 화학적 조성이 지질 나노입자의 자연적 트래피킹에 상당히 영향을 미친다는 것이 밝혀졌다. 보다 구체적으로, 입체형태적으로 구속된(conformationally constrained) 이온화가능한 지질은 표적화 리간드의 필요 없이 지질 나노입자의 향성(tropism) 및 청소율 프로파일을 변형시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 또한, 개시된 지질 나노입자의 향성은 크기-독립적이라는 것이 밝혀졌다.
한 실시양태는 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질을 갖는 이온화가능한 지질, 인지질, 폴리에틸렌 글리콜-지질; 콜레스테롤, 및 임의로 핵산을 제공한다. 한 실시양태에서, 구속된 이온화가능한 지질은 화학식 I에 따른 구조를 갖는다:
Figure pct00001
화학식 I
여기서, R1은
Figure pct00002
, 또는
Figure pct00003
이고;
R2는
Figure pct00004
또는
Figure pct00005
이다.
또 다른 실시양태에서, 구속된 이온화가능한 지질은 아다만탄 테일(adamantane tail)을 함유한다. 일부 실시양태에서, 구속된 이온화가능한 지질은 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트이다.
일부 실시양태에서, 인지질은 1-2-디스테아로일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (DSPC) 또는 1-2-디올레오일-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민 (DOPE)이다. 일부 실시양태에서, PEG-지질은 C14PEG2000 또는 C18PEG2000이다. 일부 실시양태에서, 지질 나노입자는 스테롤을 함유한다. 일부 실시양태에서, 스테롤은 콜레스테롤이다. 핵산은 RNA, DNA, 단일-가닥(single-stranded) RNA, 단일-가닥 DNA, 이중-가닥 RNA, 이중 가닥 DNA, 삼중-가닥 DNA, siRNA, shRNA, sgRNA, mRNA, miRNA, 안티센스(antisense) DNA, 또는 그의 조합일 수 있다.
일부 실시양태에서, 핵산은 Cas9, CasX, CasY, Cas13, 또는 Cpf1을 포함하나 이에 제한되지는 않는, RNA-가이드된(guided) DNA 엔도뉴클레아제를 인코딩한다.
한 실시양태에서, 지질 나노입자는 약 30 mol% 내지 약 70 mol% 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질, 약 5 mol% 내지 약 25 mol% 인지질, 약 25 mol% 내지 약 45 mol% 콜레스테롤, 및 약 0.1 mol% 내지 약 5 mol% PEG-지질을 함유한다. 다른 실시양태에서, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질은 35, 45, 50, 또는 65 몰 퍼센트로 존재할 수 있다.
일부 실시양태에서, 나노입자는 약 30 nm 내지 약 170 nm의 유체역학적 직경을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 지질 나노입자는 50 nm 내지 100 nm의 평균 직경을 갖는다.
개시된 지질 나노입자는 제약상 허용되는 부형제 또는 제약상 허용되는 담체를 임의로 함유하는 제약 조성물로서 제제화될 수 있다.
한 실시양태는 C14PEG2000이 2.0 내지 3.0 몰 퍼센트로 존재하고, DSPC가 15 내지 17 몰 퍼센트로 존재하고, 콜레스테롤이 45 내지 47 몰 퍼센트로 존재하고, 구속된 지질이 33 내지 36 몰 퍼센트로 존재하는 지질 나노입자를 제공한다.
또 다른 실시양태는 치료제 또는 예방제의 전달을 필요로 하는 대상체(subject)에게 치료 핵산, 예를 들어 치료 단백질을 인코딩하는 핵산, 또는 억제성 또는 효소적 핵산이 로딩된 개시된 지질 나노입자 조성물 중 하나 이상을 투여함으로써 치료제 또는 예방제를 상기 대상체에게 전달하는 방법을 제공한다. 방법은 제2 치료제를 투여하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 나노입자는 카고(cargo)를 면역 세포에 우선적으로 전달한다. 면역 세포는 T 세포, 예컨대 CD8+ T 세포, CD4+ T 세포, 또는 T 조절 세포일 수 있다. 면역 세포는 또한 대식세포 또는 수지상 세포일 수 있다.
한 실시양태는 나노입자의 비장 또는 간 청소율을 감소시키거나 억제하기 위해 유효량의 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질로 나노입자를 제제화(formulating)함으로써 나노입자 조성물의 비장 또는 간 청소율을 감소시키는 방법을 제공한다.
또 다른 실시양태는 면역 세포에 핵산 전달을 필요로 하는 대상체에게 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 핵산으로 이루어진 지질 나노입자를 투여함으로써 상기 대상체에서 면역 세포에 핵산을 전달하는 방법이며, 여기서 지질 나노입자 조성물이, 임의로 표적화 리간드의 부재 하에 대상체에서 면역 세포에 핵산을 전달하는 것인, 상기 대상체에서 면역 세포에 핵산을 전달하는 방법을 제공한다. 한 실시양태에서 T 세포는 CD8+ T 세포이다.
또 다른 실시양태는 면역 세포에서 유전자 발현의 감소를 필요로 하는 대상체에게 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 억제성 핵산으로 이루어진 지질 나노입자 조성물을 투여함으로써 상기 대상체에서 면역 세포에서 유전자 발현을 감소시키는 방법이며, 여기서 지질 나노입자 조성물이 억제성 핵산을 대상체에서 면역 세포에 전달하는 것인, 상기 대상체에서 면역 세포에서 유전자 발현을 감소시키는 방법을 제공한다.
또 다른 실시양태는 면역 세포에서 유전자의 편집(editing)을 필요로 하는 대상체에게 지질 나노입자의 제1 및 제2 집단(population)을 포함하는 지질 나노입자 조성물을 대상체에게 투여함으로써 상기 대상체에서 면역 세포에서 유전자를 편집하는 방법이며, 여기서 지질 나노입자의 제1 집단이 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 상기 유전자에 특이적인 sgRNA로 이루어지고, 여기서 지질 나노입자의 제2 집단이 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 RNA 가이드된 DNA 엔도뉴클레아제를 인코딩하는 mRNA로 이루어진 것인, 상기 대상체에서 면역 세포에서 유전자를 편집하는 방법을 제공한다.
도 1A는 테일 변이체(tail variant) (도 1B에 표시된 구조) 및 헤드 기(head group) 변이체 (도 1C에 표시된 구조)가 첨가된 이온화가능한 지질 스캐폴드의 구조이다. 도 1D는 이온화가능한 지질, 콜레스테롤, 지질-PEG, 및 104개의 별개의 LNP를 제제화하는데 사용되는 DSPC 또는 DOPE의 4 몰비를 나타내는 개략도이다. 도 1E는 개별적으로 측정된, 모든 제제화된 LNP의 유체역학적 직경 (nm)을 나타내는 도트 플롯(dot plot)이다. 도 1F는 개별적으로 측정된, 모든 제제화된 LNP의 다분산도 지수(polydispersity index)를 나타내는 도트 플롯이다. 도 1G 내지 도 1I는 이온화가능한 지질 유형 (도 1G), 이온화가능한 지질의 몰 퍼센트 (도 1H), 및 인지질 유형 (도 1I)의 함수로서 플롯팅된 LNP의 유체역학적 직경을 나타내는 막대 그래프이다.
도 2A는 별개의 DNA 바코드 및 siGFP를 보유하도록 제제화된 나노입자를 나타내는 개략도이다. 도 2B는 100개의 안정적인 LNP를 함께 풀링하는 단계, 이들을 GFP를 발현하는 마우스에 투여하는 단계, 3일 후에 GFP저(Low) 세포를 단리하는 단계, 및 그 집단 내에서 DNA 바코드를 시퀀싱하는 단계를 포함하는, 실험 워크플로우를 나타내는 개략도이다. 도 2C는 9가지 세포 유형에서 퍼센트 GFP저 세포를 나타내는 막대 그래프이다. 도 2D는 9가지 세포 유형에서 퍼센트 GFP MFI를 나타내는 막대 그래프이다. 도 2E는 폐 내피 세포, 비장 B 및 T 세포, 뿐만 아니라 간 면역 세포에서 정규화된 DNA 전달을 나타내는 도트 플롯이다. 도 2F는 비장 T 세포에서 DSPC-함유 LNP의 농축화(enrichment)를 나타내는 개략도이다. 도 2G는 인지질의 함수로서 플롯팅된 LNP의 정규화된 DNA 전달을 나타내는 도트 플롯이다. 이원(2-way) T 검정, **P<0.01. 도 2H는 DSPC 또는 DOPE를 함유하는 LNP의 정규화된 DNA 전달의 쌍형성 분석(paired analysis)이다. 쌍형성 이원 T 검정, *P<0.05. 도 2I는 13종의 이온화가능한 지질 각각에 대한 농축화를 나타내는 막대 그래프이다. 도 2J는 헤드 기 (11) 및 테일 L, S, 또는 A로 제제화된 LNP의 정규화된 DNA 전달을 나타내는 막대 그래프이다. 일원(one-way) ANOVA, *P<0.05, **P<0.01.
도 3A는 이온화가능한 지질 11-A의 구조를 나타낸다. 도 3B는 최고 성능의 cLNP의 몰 조성을 나타낸다. 도 3C는 1.5 mg/kg 용량의 siLuc 또는 0.5 mg/kg 및 1.5 mg/kg 용량의 siGFP를 보유하는 cLNP의 처리 후 72시간에 비장 CD3+ T 세포에서 GFP 발현을 나타내는 유세포 분석 히스토그램이다. 도 3D는 다양한 용량에서 siLuc 또는 siGFP를 보유하는 cLNP의 처리 후 72시간에 비장 CD3+ T 세포에서 정규화된 GFP MFI를 나타내는 막대 그래프이다. 도 3E는 2.0 mg/kg의 용량에서 siGFP를 보유하는 cLNP의 처리 후 72시간에 비장 CD8+ 및 CD4+ T 세포에서 정규화된 GFP MFI를 나타내는 막대 그래프이다. 도 3F는 2.0 mg/kg의 용량에서 sgRNA를 보유하는 cLNP의 처리 후 비장 CD3+ T 세포뿐만 아니라 CD8+ 및 CD4+ T 세포에서 정규화된 GFP MFI를 나타내는 막대 그래프이다. 도 3G는 2.0 mg/kg의 용량에서 sgRNA를 보유하는 cLNP의 처리 후 퍼센트 GFP저 CD8+ T 세포를 나타내는 막대 그래프이다.
도 4A는 이온화가능한 지질의 헤드기의 분자량을 T-세포에서 농축화와 관련시키는 그래프를 나타낸다. 도 4B는 이온화가능한 지질의 헤드기의 LogP를 T-세포에서의 농축화와 관련시키는 그래프를 나타낸다. 도 4C는 이온화가능한 지질에 대한 헤드기의 극성 표면적의 LogP를 T 세포에서의 농축화와 관련시키는 그래프를 나타낸다. 도 4D는 한쪽 테일만 상이한 이온화가능한 지질과 DSPC를 함유하는 LNP의 쌍형성 분석을 나타낸다. 도 4E는 정규화된 DNA 전달과 LNP 직경의 비교를 나타낸다.
도 5A 내지 5F는 PBS-처리된 마우스뿐만 아니라 헤파토사이트, 간 면역 세포, 간 쿠퍼(Kupffer) 세포, 간 내피 세포, 비장 단핵구, 및 비장 B 세포에 si루시퍼라제 및 siGFP (1.5 mg/kg 및 0.5 mg/kg에서)를 전달하는 구속된 지질을 함유하는 LNP가 투여된 마우스에서 정규화된 GFP 단백질 MFI이다. 도 5G는 sgGFP에 대한 서열 및 화학적 변형이다.
상세한 설명
I. 정의
본 개시내용은 본원에 기재된 조성물 및 방법뿐만 아니라 기재된 실험 조건에 제한되지는 않으며, 그와 같이 다양할 수 있음을 인식하여야 한다. 또한, 본원에 사용된 용어는 단지 특정 실시양태를 기재하기 위한 것이며, 본 개시내용의 범위가 첨부된 청구범위에 의해서만 제한될 것이기 때문에, 제한하려는 의도는 아님을 이해하여야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용되는 모든 과학기술 용어는 본 개시내용이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기재된 것들과 유사하거나 등가인 임의의 조성물, 방법 및 물질이 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있다. 언급된 모든 간행물은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
현재 청구된 발명을 기재하는 맥락에서 (특히 청구범위의 맥락에서) 용어 "a", "an", "the", 및 유사한 지시대상은, 본원에 달리 명시되지 않거나 문맥상 분명히 모순되지 않는 한, 단수 및 복수를 둘 다 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
하나 이상의 키랄 중심을 갖는 본원에 기재된 임의의 화합물에서, 절대 입체화학이 명시적으로 표시되지 않으면, 각각의 중심은 독립적으로 R-배위 또는 S-배위 또는 그의 혼합물일 수 있는 것으로 이해된다. 따라서, 본원에 제공된 화합물은 거울상이성질체적으로 순수하거나, 거울상이성질체적으로 농축화되거나, 라세미 혼합물이거나, 부분입체이성질체적으로 순수하거나, 부분입체이성질체적으로 농축화되거나, 입체이성질체 혼합물일 수 있다. 게다가, E 또는 Z로서 정의될 수 있는 기하이성질체를 생성하는 하나 이상의 이중 결합(들)을 갖는 본원에 기재된 임의의 화합물에서, 각각의 이중 결합은 독립적으로 E 또는 Z 그의 혼합물일 수 있는 것으로 이해된다.
본원에서의 값의 범위에 대한 언급은 본원에서 달리 명시되지 않는 한, 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 참조하는 약식 방법으로서 역할을 하고자 하는 것일 뿐이며, 각각의 개별 값은 그것이 마치 개별적으로 본원에 언급된 것처럼 본 명세서에 포함된다.
용어 "약"의 사용은 대략 +/- 10%의 범위에서 명시된 값 초과 또는 미만의 값을 기재하고자 하는 것이며; 다른 실시양태에서 값은 약 +/- 5%의 범위에서 명시된 값보다 높거나 낮은 값의 범위일 수 있으며; 다른 실시양태에서 값은 약 +/- 2%의 범위에서 명시된 값보다 높거나 낮은 값의 범위일 수 있으며; 다른 실시양태에서 값은 약 +/- 1%의 범위에서 명시된 값보다 높거나 낮은 값의 범위일 수 있다. 선행되는 범위는 문맥에 따라 명확하게 하고자 하기 위한 것이며, 더 이상의 제한은 암시되지 않는다. 본원에 기재된 모든 방법은 본원에 달리 명시되지 않거나 문맥상 분명히 모순되지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 그리고 모든 예, 또는 예시적인 언어 (예를 들어, "예컨대")의 사용은 단지 본 발명을 더 잘 밝히기 위한 것이며 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 명세서에서의 어떤 언어도 본 발명의 실시에 필수적인 것으로서 임의의 청구되지 않은 요소를 나타내는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본원에 사용된 바와 같이, "RNA"는 천연 또는 비-천연 발생일 수 있는 리보핵산을 지칭한다. 예를 들어, RNA는 하나 이상의 핵염기, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 또는 링커와 같은 변형된 및/또는 비-천연 발생 성분을 포함할 수 있다. RNA는 캡 구조, 쇄 종결 뉴클레오시드, 스템 루프(stem loop), 폴리A 서열, 및/또는 폴리아데닐화 신호를 포함할 수 있다. RNA는 관심 폴리펩티드를 인코딩하는 뉴클레오티드 서열을 가질 수 있다. 예를 들어, RNA는 메신저 RNA (mRNA)일 수 있다. 특정한 폴리펩티드를 인코딩하는 mRNA의 번역, 예를 들어 포유동물 세포 내부의 mRNA의 생체내 번역은 인코딩된 폴리펩티드를 생성할 수 있다. RNA는 소형 간섭(small interfering) RNA (siRNA), 마이크로RNA (miRNA), 다이서-기질(Dicer-substrate) RNA(dsRNA), 소형 헤어핀(small hairpin) RNA (shRNA), mRNA, 단일-가이드 RNA (sgRNA), cas9 mRNA, 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로 이루어진 비제한적 군으로부터 선택될 수 있다
용어 "폴리펩티드", "펩티드", 및 "단백질"은 펩티드 결합에 의해 함께 연결된 적어도 3개의 아미노산의 스트링을 지칭하기 위해 상호교환가능하게 사용될 수 있다. 펩티드는 개별 펩티드 또는 펩티드의 집합체를 지칭할 수 있다. 펩티드는 천연 아미노산, 비천연 아미노산 (즉, 자연에서 발생하지 않으나 폴리펩티드 쇄에 혼입될 수 있는 화합물), 및/또는 아미노산 유사체를 함유할 수 있다. 또한, 펩티드에서의 아미노산 중 하나 이상은, 예를 들어, 탄수화물 기, 포스페이트 기, 파르네실 기, 이소파르네실 기, 지방산 기, 접합을 위한 링커, 기능화, 또는 기타 변형 등의 첨가에 의해 변형될 수 있다. 변형은 펩티드의 고리화, D-아미노산의 혼입 등을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "치료하다", "치료하는", "치료" 및 "치료적 용도"는 질환 또는 장애의 하나 이상의 증상의 제거, 감소 또는 개선을 지칭한다. 본원에 사용된 바와 같이, "치료 유효량"은 이러한 증상의 임상적으로 관련된 제거, 감소 또는 개선을 매개하기에 충분한 치료제의 양을 지칭한다. 효과의 규모가 수용자 대상체의 건강이나 예후에 영향을 미치기에 충분한 경우 효과는 임상적으로 관련이 있다. 치료 유효량은 질환의 발병을 지연시키거나 최소화하기에, 예를 들어 암의 확산을 지연시키거나 최소화하기에 충분한 치료제의 양을 지칭할 수 있다. 치료 유효량은 또한 질환의 치료 또는 관리에서 치료적 이점을 제공하는 치료제의 양을 지칭할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "예방제"는 이러한 장애 또는 질환의 임의의 증상의 검출 전에 장애 또는 질환의 예방에 사용될 수 있는 작용제를 지칭한다. "예방 유효량"은 이러한 보호를 매개하기에 충분한 예방제의 양이다. 예방 유효량은 또한 질환의 예방에 있어서 예방적 이점을 제공하는 예방제의 양을 지칭할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "개체", "숙주", "대상체", 및 "환자"는 본원에서 상호교환가능하게 사용되며, 인간, 설치류, 예컨대 마우스 및 래트, 및 기타 질환을 포함하나 이에 제한되지는 않는 포유동물을 지칭한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "제약상 허용되는 담체"는 임의의 표준 제약 담체의 임의의 것, 예컨대 인산염 완충 식염수 용액, 물 및 에멀젼, 예컨대 오일/물 또는 물/오일 에멀젼, 및 다양한 유형의 습윤제를 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "입체형태적으로 구속된 지질"은 분자 구조가 형상이 '암체어(armchair)'와 비슷한, 아다만탄과 같은 하나의 구조에 주로 있는 지질을 지칭한다.
용어 "PEG-지질"은 폴리에틸렌 글리콜로 변형된 지질을 지칭한다. 예시적인 PEG-지질은 C14PEG350, C14PEG1000, C14PEG2000, C14PEG3000, 및 C18PEG2000을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
용어 "올리고뉴클레오티드"는 짧은 DNA, RNA, 또는 DNA/RNA 분자 또는 비교적 적은 수의 뉴클레오티드를 함유하는 올리고머를 지칭한다.
본원에 기재된 일부 실시양태는 화학식 (I)의 화합물에 관한 것이다:
Figure pct00006
여기서, R1은,
Figure pct00007
Figure pct00008
, 또는
Figure pct00009
이고;
R2는,
Figure pct00010
Figure pct00011
, 또는
Figure pct00012
이고;
여기서 X는
Figure pct00013
또는
Figure pct00014
이고;
R3 및 R4는 각각 독립적으로
Figure pct00015
또는
Figure pct00016
이다;
일부 실시양태는 화학식 (III)의 화합물에 관한 것이다:
Figure pct00017
여기서,
R8은 -H 또는
Figure pct00018
이고;
R5, R6, R7, 및 R9는 각각 독립적으로: -C8H17, -C10H21, -C12H25, -C13H27, -C14H29, C16H33, 또는 아다만타닐이고,
m 및 n은 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3, 또는 4이고;
A는
Figure pct00019
-O-,
Figure pct00020
Figure pct00021
, -S-,
Figure pct00022
, 또는
Figure pct00023
이고;
R10 및 R11은 각각 독립적으로 -H 또는
Figure pct00024
이고;
R12는 -C10H21이다.
일부 실시양태는 R2가
Figure pct00025
또는
Figure pct00026
인 화합물에 관한 것이다.
일부 실시양태는 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질; 인지질; 폴리에틸렌 글리콜-지질; 콜레스테롤; 및 임의로 핵산을 포함하는 지질 나노입자에 관한 것이다. 일부 실시양태는 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질이 본원에 기재된 구조에 따른 구조를 포함하는 것인 지질 나노입자에 관한 것이다. 일부 실시양태는 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질의 양이 총 몰(total mole)을 기준으로 하여, 약 35 내지 약 65 몰 퍼센트의 범위로 존재하는 것인 지질 나노입자 조성물에 관한 것이다.
일부 실시양태는 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질이 하기에 따른 구조를 갖는 것인 지질 나노입자 조성물에 관한 것이다
Figure pct00027
.
일부 실시양태는 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질이 하기에 따른 구조를 갖는 것인 지질 나노입자 조성물에 관한 것이다
Figure pct00028
.
일부 실시양태는 인지질이 1-2-디스테아로일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (DSPC)인 지질 나노입자 조성물에 관한 것이다. 일부 실시양태는 폴리에틸렌 글리콜-지질이 C14PEG2000 또는 C18PEG2000인 지질 나노입자 조성물에 관한 것이다.
일부 실시양태는 약 30 mol% 내지 약 70 mol% 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질, 약 5 mol% 내지 약 25 mol% 인지질, 약 25 mol% 내지 약 45 mol% 콜레스테롤, 및 약 0.1 mol% 내지 약 5 mol% 폴리에틸렌 글리콜-지질인 지질 나노입자 조성물에 관한 것이다.
일부 실시양태는 핵산이 RNA, DNA, 단일-가닥 RNA, 단일-가닥 DNA, 이중-가닥 RNA, 이중 가닥 DNA, 삼중-가닥 DNA, siRNA, shRNA, sgRNA, mRNA, miRNA, 안티센스 DNA, 또는 그의 조합을 포함하는 것인 지질 나노입자 조성물에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 지질 나노입자 조성물은 핵산이 단백질을 인코딩하는 것인 조성물이다. 일부 실시양태에서, 지질 나노입자 조성물은 핵산이 RNA-가이드된 DNA 엔도뉴클레아제를 인코딩하는 것인 조성물이다. 일부 실시양태에서, 지질 나노입자 조성물은 RNA-가이드된 DNA 엔도뉴클레아제가 Cas9, CasX, CasY, Cas13, 또는 Cpf1인 조성물이다.
일부 실시양태에서, 나노입자 조성물은 지질 나노입자가 약 30 nm 내지 약 170 nm의 범위의 유체역학적 직경을 갖는 것인 조성물이다.
일부 실시양태에서, 지질 나노입자는 아다만탄 테일을 포함하는 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질; 1-2-디스테아로일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (DSPC); C14PEG2000; 콜레스테롤; 및 siRNA를 포함한다. 지질 나노입자의 일부 실시양태에서, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질은 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트이다.
지질 나노입자의 일부 실시양태에서, C14PEG2000은 약 2.0 내지 약 3.0 몰 퍼센트로 존재하고, DSPC는 약 15 내지 약 17 몰 퍼센트로 존재하고, 콜레스테롤은 약 45 내지 약 47 몰 퍼센트로 존재하고, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질은 약 33 내지 약 36 몰 퍼센트로 존재하고, siRNA는 siRNA에 대한 총 지질의 5 내지 20 질량비로 존재한다. 일부 실시양태에서, C14PEG2000은 약 2.5 몰 퍼센트로 존재하고, DSPC는 약 16 몰 퍼센트로 존재하고, 콜레스테롤은 약 46.5 몰 퍼센트로 존재하고, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질은 약 35 몰 퍼센트로 존재한다.
일부 실시양태는 본원에 기재된 바와 같은 지질 나노입자 조성물 및 제약상 허용되는 부형제를 포함하는 제약 조성물에 관한 것이다.
일부 실시양태는 핵산 전달을 필요로 하는 대상체에게 본원에 기재된 바와 같은 지질 나노입자 조성물 또는 제약 조성물을 투여하는 것을 포함하는, 상기 대상체에게 핵산을 전달하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시양태는 제2 치료제를 대상체에게 투여하는 것을 추가로 포함한다.
일부 실시양태는 면역 세포에 핵산의 전달을 필요로 하는 대상체에게 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트; DSPC; 폴리에틸렌 글리콜-지질; 콜레스테롤; 및 핵산으로 로 이루어진 지질 나노입자 조성물을 투여하는 것을 포함하는, 상기 대상체에서 면역 세포에 핵산을 전달하는 방법이며, 여기서 지질 나노입자 조성물이 대상체에서 면역 세포에 핵산을 전달하는 것인 상기 대상체에서 면역 세포에 핵산을 전달하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 지질 나노입자 조성물은 지질 나노입자 조성물을 면역 세포에 표적화하는 표적화 리간드를 함유하지 않는다. 일부 실시양태에서, 면역 세포는 T 세포이다. 일부 실시양태에서, T 세포는 CD8+ T 세포이다. 일부 실시양태에서, T 세포는 T 조절 세포이다. 일부 실시양태에서, T 세포는 CD4+이다. 일부 실시양태에서, 면역 세포는 대식세포, 수지상 세포, 또는 간 면역 세포이다.
일부 실시양태는 대상체에게 투여시 나노입자의 비장 또는 간 청소율을 감소시키거나 억제하는데 효과적인 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질의 양으로 나노입자 조성물을 제제화하는 것을 포함하는, 나노입자 조성물의 비장 또는 간 청소율을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질은 본원에 기재된 바와 같은 구조를 포함한다. 일부 실시양태는 대상체에게 투여시 비-헤파토사이트 세포(non-hepatocyte cell)로의 나노입자 조성물의 전달을 증가시키는데 효과적인 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질의 양을 포함하도록 나노입자 조성물을 제제화하는 것을 포함하는, 대상체에서 비-헤파토사이트 세포로의 나노입자 조성물의 전달을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질은 본원에 기재된 바와 같은 구조를 포함한다. 일부 실시양태에서, 나노입자 조성물은 지질 나노입자 제약 조성물을 포함한다. 일부 실시양태에서, 지질 나노입자 제약 조성물은 인지질, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 임의로 제1 핵산을 포함한다. 일부 실시양태에서, 비-헤파토사이트 세포는 비장 B 세포, 비장 T 세포, 폐 내피 세포, 및 간 면역 세포 중 적어도 하나이다. 일부 실시양태에서, 나노입자 조성물은 약 0.5 mg/kg 내지 약 2.0 mg/kg의 범위의 양으로 대상체에게 전달되는 제2 핵산을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 대상체에게 전달되는 제2 핵산의 양은 약 1.0 mg/kg 미만이다.
일부 실시양태는 면역 세포에서 유전자 발현의 감소를 필요로 하는 대상체에게, 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트; DSPC; 폴리에틸렌 글리콜-지질; 콜레스테롤; 및 억제성 핵산으로 이루어진 지질 나노입자 조성물을 투여하는 것을 포함하는, 상기 대상체에서 면역 세포에서 유전자 발현을 감소시키는 방법이며, 여기서 지질 나노입자 조성물이 억제성 핵산을 대상체에서 면역 세포에 전달하는 것인 상기 대상체에서 면역 세포에서 유전자 발현을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 억제성 핵산은 siRNA이다. 일부 실시양태에서, 대상체에게 투여되는 억제성 핵산의 양은 약 1.0 mg/kg 미만이다. 일부 실시양태에서,대상체에게 투여되는 억제성 핵산의 양은 약 0.5 mg/kg이다.
일부 실시양태는 면역 세포에서 유전자의 편집을 필요로 하는 대상체에게 지질 나노입자의 제1 및 제2 집단을 포함하는 지질 나노입자 조성물을 투여하는 것을 포함하는, 상기 대상체에서 면역 세포에서 유전자를 편집하는 방법이며, 여기서 지질 나노입자의 제1 집단이 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 상기 유전자에 특이적인 sgRNA로 이루어지고, 여기서 지질 나노입자의 제2 집단이 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 RNA 가이드된 DNA 엔도뉴클레아제를 인코딩하는 mRNA로 이루어진 것인, 상기 대상체에서 면역 세포에서 유전자를 편집하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, RNA 가이드된 DNA 엔도뉴클레아제는 Cas9, CasX, CasY, Cas13, 및 Cpf1로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 대상체에게 투여되는 sgRNA 및 mRNA 중 하나 또는 둘 다의 양은 약 1.0 mg/kg 미만이다. 일부 실시양태에서, 대상체에게 투여되는 sgRNA 및 mRNA 중 하나 또는 둘 다의 양은 약 0.5 mg/kg이다.
II. 지질 나노입자
소분자 약물, 단백질, 및 핵산과 같은 생물학적 활성 물질의 효과적이고 표적화된 전달은 의학 분야에서 계속되는 도전과제이다. 구체적으로 핵산의 전달은 핵산의 상대적인 불안정성 및 낮은 세포 투과성에 의해 곤란하게 된다. 구속된 지질을 갖는 지질 나노입자가 신체의 구체적 조직에 핵산을 보다 효과적으로 전달할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 한 실시양태에서, 지질 나노입자는 핵산을 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질, PEG-지질, 인지질, 콜레스테롤, 및 임의로 핵산과 혼합함으로써 제제화될 수 있다. 예시적인 지질 나노입자 제제는 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, PEG-지질, 1,2-디스테아로일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (DSPC), 및 콜레스테롤을 포함한다. 일부 실시양태에서, 지질 나노입자는 표적화 리간드는 함유할 수 있다. 일부 실시양태에서, 개시된 지질 나노입자는 표적화 리간드의 부재 하에 헤파토사이트보다 T 세포를 우선적으로 표적화한다.
지질 나노입자 크기는 다양하다. 한 실시양태에서, 지질 나노입자는 약 30 내지 약 170 nm의 흡습성 직경을 가질 수 있다. 지질 나노입자는 약 30 nm, 35 nm, 40 nm, 45 nm, 50 nm, 55 nm, 60 nm, 65 nm, 70 nm, 75 nm, 80 nm, 85 nm, 90 nm, 95 nm, 100 nm, 105 nm, 110 nm, 115 nm, 120 nm, 125 nm, 130 nm, 135 nm, 140 nm, 145 nm, 150 nm, 155 nm, 160 nm, 165 nm, 또는 170 nm의 직경을 가질 수 있다. 또 다른 실시양태에서 나노입자는 50 nm 내지 100 nm의 직경을 갖는다.
A. 이온화가능한 지질
한 실시양태에서, 개시된 지질 나노입자는 이온화가능한 지질을 포함한다. 이온화가능한 지질은 전형적으로 헤드 기 상에 아민-함유를 포함한다. 한 실시양태에서, 이온화가능한 지질은 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질이다. 일부 실시양태에서, 입체형태적으로 구속된 지질은 35, 45, 50, 또는 65 몰 퍼센트로 존재한다. 또 다른 실시양태에서, 입체형태적으로 구속된 지질은 약 33 mol% 내지 약 36 mol%로 존재한다. 또 다른 실시양태에서, 입체형태적으로 구속된 지질은 35 mol%로 존재한다. 한 실시양태는 화학식 I에 따른 구조를 갖는 지질을 함유하는 LNP를 제공한다:
Figure pct00029
화학식 I,
여기서 R1은,
Figure pct00030
L,
Figure pct00031
S, 또는
Figure pct00032
A
로 이루어진 군으로부터 선택된 지질 테일이고,
R2는,
Figure pct00033
또는
Figure pct00034
로 이루어진 군으로부터 선택된 헤드 기이다.
또 다른 실시양태는 화학식 II에 따른 구조를 갖는 이온화가능한 지질:
Figure pct00035
화학식 II
3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트 또는 화학식 II의 이온화가능한 지질을 함유하는 LNP를 제공한다.
또 다른 실시양태는 R1이 테일이고, R2가 화합물 (1)인 화학식 I에 따른 이온화가능한 지질 또는 상기 이온화가능한 지질을 함유하는 LNP를 제공한다.
또 다른 실시양태는 R1이 테일이고, R2가 화합물 (2)인 화학식 I에 따른 이온화가능한 지질 또는 상기 이온화가능한 지질을 함유하는 LNP를 제공한다.
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한 실시양태는 하기 구조식에 따른 이온화가능한 지질:
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한 실시양태는 하기 구조식에 따른 이온화가능한 지질:
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B. 스테롤
일부 실시양태에서, 개시된 지질 나노입자는 하나 이상의 스테롤을 포함한다. 한 실시양태에서, 스테롤은 콜레스테롤, 또는 그의 변이체 또는 유도체이다. 일부 실시양태에서, 콜레스테롤은 변형, 예를 들어 산화된다. 변형되지 않은 콜레스테롤은 효소에 의해 작용하여 측쇄 또는 고리 산화된 변이체를 형성할 수 있다. 콜레스테롤은 베타-고리 구조 또는 탄화수소 테일 구조 상에서 산화될 수 있다. 개시된 지질 나노입자에서 사용하기 위해 고려되는 예시적인 콜레스테롤은 25-히드록시콜레스테롤 (25-OH), 20α-히드록시콜레스테롤 (20α-OH), 27-히드록시콜레스테롤, 6-케토-5α-히드록시콜레스테롤, 7-케토콜레스테롤, 7β-히드록시콜레스테롤, 7α-히드록시콜레스테롤, 7β-25-디히드록시콜레스테롤, 베타-시토스테롤, 스티그마스테롤 또는 그의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 한 실시양태에서, 측쇄 산화 콜레스테롤은 다른 콜레스테롤 변이체에 비해 카고 전달을 향상시킬 수 있다. 한 실시양태에서, 콜레스테롤은 변형되지 않은 콜레스테롤이다.
C. PEG-지질
일부 실시양태에서, 개시된 나노입자 조성물은 또한 하나 이상의 PEG 또는 PEG-변형된 지질을 포함한다. 이러한 종은 대안적으로 PEG화된 지질(PEGylated lipid) 또는 PEG-지질로 지칭될 수 있다. PEG화 지질(PEGylating lipid)의 포함은 시험관내 지질 나노입자 콜로이드 안정성 및 생체내 순환 시간을 증진시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, PEG화는 PEG 모이어티가 혈액 순환에서 점진적으로 방출된다는 점에서 가역적이다. 예시적인 PEG-지질은 C6-C20의 길이를 갖는 포화 또는 불포화 알킬 쇄에 접합된 PEG를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. PEG-변형 포스파티딜에탄올아민, PEG-변형 포스파티드산, PEG-변형 세라미드 (PEG-CER), PEG-변형 디알킬아민, PEG-변형 디아실글리세롤 (PEG-DAG), PEG-변형 디알킬글리세롤, 및 그의 혼합물. 예를 들어, PEG 지질은 PEG-c-DOMG, PEG-DMG, PEG-DLPE, PEG-DMPE, PEG-DPPE, PEG-DSG 또는 PEG-DSPE 지질일 수 있다.
한 실시양태에서, PEG 지질은 DMPE-PEG2000 또는 DSPE-PEG2000이다.
D. 인지질
나노입자의 인지질 성분은 하나 이상의 인지질, 예컨대 하나 이상의 (다)불포화 지질을 포함할 수 있다. 인지질은 하나 이상의 지질 이중층으로 어셈블리될 수 있다. 일부 실시양태에서, 인지질은 인지질 모이어티 및 하나 이상의 지방산 모이어티를 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 인지질 모이어티는 포스파티딜 콜린, 포스파티딜 에탄올아민, 포스파티딜 글리세롤, 포스파티딜 세린, 포스파티드산, 2-리소포스파티딜 콜린, 및 스핑고미엘린을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시양태에서, 지방산 모이어티는 라우르산, 미리스트산, 미리스톨레산, 팔미트산, 팔미톨레산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 알파-리놀렌산, 에루크산, 피탄산, 아라키드산, 아라키돈산, 에이코사펜타엔산, 베헨산, 도코사펜타엔산, 및 도코사헥사엔산을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 분지화, 산화, 고리화 및 알킨을 포함한 변형 및 치환을 가진 천연 종을 포함하는 비천연 종이 또한 고려된다. 예를 들어, 인지질은 하나 이상의 알킨 (예를 들어, 하나 이상의 이중 결합이 삼중 결합으로 대체된 알케닐 기)으로 관능화되거나 그에 가교될 수 있다. 적절한 반응 조건 하에, 알킨 기는 아지드에 노출 직후 구리-촉매된 고리화첨가를 겪을 수 있다. 이러한 반응은 나노입자 조성물의 지질 이중층을 관능화하여 막 투과 또는 세포 인식을 촉진하거나 나노입자 조성물을 표적화 또는 영상화 모이어티 (예를 들어, 염료)와 같은 유용한 성분에 접합시키는데 유용할 수 있다.
예시적인 인지질은 1,2-디스테아로일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (DSPC), 1,2-디올레오일-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민 (DOPE), 1,2-디리놀레오일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (DLPC), 1,2-디미리스토일-sn-글리세로-포스포콜린 (DMPC), 1,2-디올레오일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (DOPC), 1,2-디팔미토일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (DPPC), 1,2-디운데카노일-sn-글리세로-포스포콜린 (DUPC), l-팔미토일-2-올레오일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (POPC), 1,2-디-0-옥타데세닐-sn-글리세로-3-포스포콜린 (18:0 디에테르(Diether) PC), 1-올레오일-2-콜레스테릴헤미숙시노일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (오켐스(OChems)PC), 1-헥사데실-sn-글리세로-3-포스포콜린 (C16 리소(Lyso) PC), 1,2-디리놀레노일-sn-글리세로-3-포스포콜린, 1,2-디아라키도노일-sn-글리세로-3-포스포콜린, 1,2-디도사헥사에노일-sn-글리세로-3-포스포콜린, 1,2-디피타노일-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민 (ME 16.0 PE), 1,2-디스테아로일-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민, 1,2-디리놀레오일-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민, 1,2-디리놀레노일-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민, 1,2-디아라키도노일-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민, 1,2-디도코사헥사에노일-글리세로-3-포스포에탄올아민, 1,2-디올레오일-sn-글리세로-3-포스포-rac-(1-글리세롤) 소듐 염 (DOPG), 디팔미토일포스파티딜글리세롤 (DPPG), 팔미토일올레오일포스파티딜에탄올아민 (POPE), 디스테아로일-포스파티딜-에탄올아민 (DSPE), 디팔미토일 포스파티딜 에탄올아민 (DPPE), 디미리스토일포스포에탄올아민 (DMPE), 1-스테아로일-2-올레오일-포스파티디 에탄올아민 (SOPE), 1-스테아로일-2-올레오일-포스파티딜콜린(SOPC), 스핑고미엘린, 포스파티딜콜린, 포스파티딜에탄올아민, 포스파티딜세린, 포스파티딜이노시톨, 포스파티드산, 팔미토일올레오일 포스파티딜콜린, 리소포스파티딜콜린, 리소포스파티딜에탄올아민 (LPE)를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 바람직한 실시양태에서, 인지질은 DSPC이다.
E. 카고
개시된 지질 나노입자 조성물은 대상체에 대한 치료제 또는 예방제를 포함한다. 일부 실시양태에서, 치료제 또는 예방제는 지질 나노입자에 의해 캡슐화된다. 한 실시양태에서, 지질 나노입자는 하나 이상의 핵산으로 로딩된다.
대표적인 핵산은 데옥시리보핵산 (DNA), 리보핵산 (RNA) RNA, DNA, 단일-가닥 RNA, 단일-가닥 DNA, 이중-가닥 RNA, 이중 가닥 DNA, 삼중-가닥 DNA, siRNA, shRNA, sgRNA, mRNA, miRNA, 및 안티센스 DNA를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
CRISPR (클러스터링된 규칙적으로 간격이 있는 짧은 회문 반복부(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) 기반 유전자 편집은 가이드-RNA 및 CRISPR-연관 엔도뉴클레아제 단백질 (Cas)의 두 가지 성분을 필요로 한다. 가이드 RNA는 Cas 뉴클레아제를 구체적 표적 DNA 서열로 지향하게 한다. 이어서, Cas는 그 부위에서 상기 DNA에 이중-가닥 파단을 생성한다. 한 실시양태에서, 개시된 지질 나노입자는 CRISPR-기반 유전자 편집에 필요한 성분을 운반하는데 사용될 수 있다. 한 지질 나노입자에서, 핵산 카고는 가이드-RNA이다. 이러한 실시양태에서, 제2 지질 나노입자는 RNA-가이드된 엔도뉴클레아제를 인코딩하는 핵산 카고를 함유할 수 있다. 두 가지 지질 나노입자는 함께 투여될 수 있다. 예시적인 RNA-가이드된 엔도뉴클레아제는 Cas9, CasX, CasY, Cas13, 또는 Cpf1을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
한 실시양태에서, 카고는 siRNA이다. 짧은 간섭(Short Interfering) RNA (siRNA)는 서열-특이적 전사 후 유전자 침묵화를 유도하여, 유전자 발현을 감소시키거나 심지어 억제할 수 있는 이중 가닥 RNA이다. 한 예에서, siRNA는 siRNA와 표적 RNA 둘 다 사이의 서열 동일성의 영역 내에서, mRNA와 같은 상동 RNA 분자의 특이적 분해를 촉발한다. 예를 들어, WO 02/44321은 3' 돌출 말단(overhanging end)과 염기-쌍을 형성하는 경우 표적 mRNA의 서열-특이적 분해가 가능한 siRNA를 개시하고 있으며, 이들 siRNA의 제조 방법에 대해 본원에 참조로 포함된다. 서열 특이적 유전자 침묵화는 효소 다이서(dicer)에 의해 생성된 siRNA를 모방하는 합성, 짧은 이중-가닥 RNA를 사용하여 포유동물 세포에서 달성될 수 있다 (Elbashir, et al. (2001) Nature, 411:494 498) (Ui-Tei, et al. (2000) FEBS Lett 479:79-82.
한 실시양태에서, 지질 나노입자는 1.0 mg/kg 미만의 억제성 핵산을 함유한다. 나노입자는 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 또는 0.5 mg/kg 억제성 핵산을 함유할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 지질 나노입자는 0.5 mg/kg 억제성 핵산을 함유한다. 이것은 나노입자가 유전자 침묵화를 달성하기 위해 고용량의 핵산 (> 1 mg/kg)을 필요로 하는 현재 기술에 비해 이점이며, 그의 투여량은 인간 전달에 대해 승인되지 않는다. 개시된 기술은 표적화 리간드를 포함하지 않는 지질 나노입자에서 0.5 mg/kg 억제성 핵산을 사용하여 유전자 침묵화를 달성할 수 있다.
일부 실시양태에서, 올리고뉴클레오티드를 포함하나 이에 제한되지는 않는 핵산은 안정성, 반감기, 및 뉴클레아제 민감도를 증가시키기 위해 변형되거나 하나 이상의 변형된 뉴클레오티드를 포함한다. 뉴클레아제 민감도를 제한하기 위해, 천연 포스포디에스테르 올리고데옥시리보뉴클레오티드, 천연 포스포디에스테르 올리고리보뉴클레오티드, 리보뉴클레오티드 중합체, 및 데옥시리보뉴클레오티드 중합체는 하나 이상의 상이한 변형을 포함할 수 있다. 예시적인 변형은 포스포로티오에이트 (PS) 결합, 2'-O 메틸 (2'OMe), 2' 플루오르 염기, 역위(inverted) dT 및 ddT, 올리고뉴클레오티드의 3' 말단의 인산화, 잠금(locked) 핵산, 및 포스포르아미다이트 C3 스페이서를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
포스포로티오에이트 결합은 올리고뉴클레오티드의 포스페이트 백본에서 비-가교(non-bridging) 산소를 황 원자로 대체한다. 시간의 대략 50% (형성할 수 있는 2개의 생성된 입체이성질체로 인해), PS 변형은 뉴클레아제 분해에 대한 뉴클레오타이드간 연결을 더 내성으로 만든다. 일부 실시양태에서, 핵산은 엑소뉴클레아제 분해를 억제하기 위해 5' 및 3' 올리고뉴클레오티드 말단에 1개 이상의 PS 결합, 예를 들어 적어도 3개의 PS 결합을 포함한다. 일부 핵산은 전체 올리고뉴클레오티드에 걸쳐 PS 결합을 포함하여 엔도뉴클레아제에 의한 공격 감소에 도움이 된다.
RNA의 자연적으로 발생하는 전사 후 변형인 2'OM은 tRNA 및 기타 소형 RNA에서 발견된다. 일부 실시양태에서, 핵산 또는 올리고뉴클레오티드는 2'OMe를 함유하도록 직접 합성된다. 이 변형은 RNA:RNA 듀플렉스(duplex)의 Tm을 증가시키나, RNA:DNA 안정성의 단지 작은 변화를 발생시킨다. 이는 단일-가닥 엔도뉴클레아제에 의한의 공격을 방지하나, 엑소뉴클레아제 소화는 방지하지 않는다. 일부 실시양태에서, 이들 핵산 또는 올리고뉴클레오티드는 또한 말단 차단된다. 이 변형을 포함하는 DNA 올리고뉴클레오티드는 전형적으로 변형되지 않은 DNA보다 DNase에 5배 내지 10배 덜 민감하다. 2'OMe 변형은 표적 전사체에 대한 안정성 및 결합 친화도를 증가시키는 수단으로서 안티센스 올리고뉴클레오티드에서 통상적으로 사용된다.
2'-플루오로 염기는 결합 친화도 (Tm)를 증가시키고 또한 천연 RNA와 비교하여 일부 상대적인 뉴클레아제 내성을 부여하는 플루오린-변형된 리보스를 갖는다. 일부 실시양태에서, 핵산 또는 올리고뉴클레오티드는 PS-변형 결합과 함께 2' 플루오로 염기를 포함한다.
역위 dT는 올리고뉴클레오티드의 3' 말단에 혼입되어 3' 엑소뉴클레아제에 의한 분해 및 DNA 중합체라제에 의한 확장을 억제하는 3'-3' 연결을 야기할 수 있다. 게다가, 올리고뉴클레오티드의 5' 말단에 역위, 2',3' 디데옥시-dT 염기 (5' 역위 ddT)를 배치하면 의사(spurious) 라이게이션을 방지하고 일부 형태의 효소 분해로부터 보호할 수 있다.
일부 실시양태는 포스포라미다이트 C3 스페이서를 포함하는 핵산 또는 올리고뉴클레오티드를 제공한다. 포스포라미다이트 C3 스페이서는 형광단 또는 기타 펜던트 기의 부착을 위해 긴 친수성 스페이서 아암(arm)을 도입하기 위해 내부적으로, 또는 올리고의 양쪽 말단에 혼입될 수 있다. C3 스페이서는 또한 3' 엑소뉴클레아제에 의한 분해를 억제하는데 사용할 수 있다.
일부 실시양태에서, 핵산 또는 올리고뉴클레오티드는 잠금 핵산을 포함한다. 잠금 핵산은 리보스의 2'-O 및 4'-C 원자가 메틸렌 브릿지를 통해 연결된 변형된 RNA 뉴클레오티드를 포함한다. 이 추가 브릿지는 통상 상기 고리와 연관된 가요성(flexibility)을 제한하여, 본질적으로 구조를 단단한 입체형태로 고정한다.
LNA는 RNA 및 DNA 올리고뉴클레오티드 모두에 삽입될 수 있다.
개시된 나노입자를 통해 전달될 수 있는 다른 유형의 카고는 화학요법제, 세포독성제, 방사성 이온, 소분자, 단백질, 폴리뉴클레오티드, 및 핵산을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
대표적인 화학요법제는 암사크린, 블레오마이신, 부술판, 카페시타빈, 카르보플라틴, 카르무스틴, 클로람부실, 시스플라틴, 클라드리빈, 클로파라빈, 크리스타스파제, 시클로포스파미드, 시타라빈, 다카르바진, 탁소르빅, 다우노루비신, 도세탁셀, 독소루비신, 에피루비신, 에토포시드, 플루다라빈, 플루오로우라실, 젬시타빈, 히드록시카르바미드, 이다루비신, 이포스파미드, 이리노테칸, 류코보린, 리포솜 독소루비신, 리포솜 다우노루비신, 로무스틴, 멜팔란, 메르캅토푸린, 메스나, 메토트렉세이트, 미토마이신, 미톡산트론, 옥살리플라틴, 파클리탁셀, 페메트렉세드, 펜토스타틴, 프로카바진, 랄티트렉세드, 사트라플라틴, 스트렙토조신, 트르메스탈리딘, 메토트레신, 사트라플라틴, 스트렙토조신, 테가푸르-우라실, 테모졸로미드, 테니포시드, 티오테파, 티오구아닌, 토포테칸, 트레오술판, 빈블라스틴, 빈크리스틴, 빈데신, 비노렐빈, 또는 그의 조합을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 대표적인 아폽토시스-유발제(pro-apoptotic agent)는 플루다라비네타우로스포린, 시클로헥시미드, 악티노마이신 D, 락토실세라미드, 15d-PGJ (2) 및 그의 조합을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
F. 예시적인 지질 나노입자 제제
한 실시양태에서, 지질 나노입자 제제는 약 30 mol% 내지 약 70 mol% 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질, 약 5 mol% 내지 약 25 mol% 인지질, 약 25 mol% 내지 약 45 mol% 콜레스테롤, 및 약 0 mol% 내지 약 5 mol% PEG-지질을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 지질 나노입자 제제는 약 35 mol% 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질, 약 16 mol% 인지질, 약 46.5 mol% 콜레스테롤, 및 약 2.5 mol% PEG-지질을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 지질 나노입자 제제는 약 50 mol% 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질, 약 10 mol% 인지질, 약 38.5 mol% 콜레스테롤, 및 약 1.5 mol% PEG-지질을 포함한다.
한 실시양태는, 이들 4가지 성분의 총 몰을 기준으로 하여, 약 33 mol% 내지 약 36 mol%의, 아다만탄 테일을 가진 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질, 약 15 mol% 내지 약 17 mol% 1-2-디스테아로일-sn-글리세로-3-포스포콜린, 약 2 mol% 내지 약 3 mol% C14PEG2000, 및 약 45 mol% 내지 약 47 mol% 콜레스테롤을 포함한 지질 나노입자 제제를 제공한다.
또 다른 실시양태는, 이들 4가지 성분의 총 몰을 기준으로 하여, 35 mol%의, 아다만탄 테일을 가진 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질, 16 mol% 1-2-디스테아로일-sn-글리세로-3-포스포콜린, 및 2.5 mol% C14PEG2000, 46 mol% 콜레스테롤을 포함한 지질 나노입자 제제를 제공한다.
또 다른 실시양태는 (이온화가능한 지질, 콜레스테롤, 지질-PEG, 및 인지질):siRNA의 질량비가 약 2:1 내지 20:1인 지질 나노입자 제제를 제공한다.
또 다른 실시양태에서 지질 나노입자 제제는 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 억제성 핵산을 포함한다.
한 실시양태는 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 유전자에 특이적인 sgRNA를 함유하는 지질 나노입자 조성물을 제공한다. 또 다른 실시양태는 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 RNA 가이드된 DNA 엔도뉴클레아제를 인코딩하는 mRNA를 포함한 지질 나노입자를 제공한다.
G. 제약 조성물
개시된 지질 나노입자를 포함하는 제약 조성물이 제공된다. 지질 나노입자 조성물은 전체적으로 또는 부분적으로 제약 조성물로서 제제화될 수 있다. 제약 조성물은 하나 이상의 나노입자 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제약 조성물은 상이한 작용제를 인코딩하거나 상이한 유형의 하나 이상의 핵산을 포함하나 이에 제한되지 않는 하나 이상의 상이한 치료제 및/또는 예방제를 포함하는 하나 이상의 나노입자 조성물을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서 제약 조성물은 제약상 허용되는 담체를 포함하나 이에 제한되지 않는 하나 이상의 제약상 허용되는 부형제 또는 보조 성분(accessory ingredient)을 포함한다.
나노입자를 함유하는 제약 조성물은 비경구 (근육내, 복강내, 정맥내 (IV) 또는 피하 주사), 경피 (수동적으로 또는 이온삼투요법(iontophoresis) 또는 전기천공을 사용하여), 또는 경점막 (비강, 질, 직장, 또는 설하) 투여 경로에 의해 또는 생침식성(bioerodible) 삽입물을 사용함으로써 투여를 위해 제제화될 수 있고 각각의 투여 경로에 적절한 투여 형태로 제제화될 수 있다.
일부 생체내 접근법에서, 본원에 개시된 나노입자 조성물은 치료 유효량으로 대상체에게 투여된다. 본원에 사용된 바와 같이 용어 "유효량" 또는 "치료 유효량"은 치료되는 장애의 하나 이상의 증상을 치료, 억제, 또는 완화하기에 또는 달리 원하는 약리학적 및/또는 생리학적 효과를 제공하기에 충분한 투여량을 의미한다. 정확한 투여량은 대상체-의존적 변수 (예를 들어, 연령, 면역 체계 건강 등), 질환, 및 수행되고 있는 치료와 같은 여러 가지의 요인에 따라 달라질 것이다.
개시된 나노입자에 대해, 추가 연구가 수행됨에 따라, 다양한 환자에서 다양한 병태의 치료를 위한 적절한 투여량 수준에 관한 정보가 출현할 것이고, 통상의 기술자는, 치료적 정황(therapeutic context), 연령, 및 수용자의 일반적인 건강을 고려하여, 적절한 투여를 확인할 수 있을 것이다. 선택된 투여량은 원하는 치료 효과, 투여 경로, 및 원하는 치료 지속기간에 따라 달라진다. 개시된 나노입자의 경우, 일반적으로 매일 체중 1 kg당 0.001 mg 내지 5 mg의 핵산의 투여량 수준이 포유동물에게 투여된다. 보다 구체적으로, 개시된 나노입자에 대한 바람직한 용량은 0.01 mg/kg 내지 0.25 mg/kg이다. 개시된 나노입자의 경우, 일반적으로 4가지 성분 (이온화가능한 지질, 콜레스테롤, PEG-지질, 및 인지질)의 0.2 mg 내지 100 mg/체중 kg의 투여량 수준이 포유동물에게 투여된다. 보다 구체적으로, 개시된 나노입자의 바람직한 용량은 4가지 성분의 0.05 mg/kg 내지 0.5 mg/kg/체중 kg이다.
특정 실시양태에서, 지질 나노입자 조성물은, 예를 들어 치료될 부위 내로 직접 주사에 의해 국소적으로 투여된다. 전형적으로, 주사는 전신 투여에 의해 달성될 수 있는 것보다 더 큰 증가된 국소화된 농도의 지질 나노입자 조성물을 야기한다. 지질 나노입자 조성물은 치료될 부위 밖으로 폴리펩티드의 수동적 확산을 감소시킴으로써 폴리펩티드 조성물의 증가된 국소화된 농도를 생성하는 것을 돕기 위해 상기에 기재된 바와 같은 매트릭스와 조합될 수 있다.
1. 비경구 투여용 제제
일부 실시양태에서, 지질 나노입자를 함유하는 것들을 포함한, 본원에 개시된 나노입자 조성물은 비경구 주사에 의해 수용액으로 투여된다. 제제는 또한 현탁액 또는 에멀젼의 형태일 수 있다. 일반적으로, 유효량의 지질 나노입자를 포함하는 제약 조성물이 제공되고, 임의로 제약상 허용되는 희석제, 보존제, 가용화제, 유화제, 아주반트 및/또는 담체를 포함한다. 이러한 조성물은 임의로 다음에 대해 하나 이상을 포함한다: 희석제, 멸균수, 다양한 완충제 내용물 (예를 들어, Tris-HCl, 아세테이트, 포스페이트), pH 및 이온 강도의 완충 식염수; 및 첨가제 예컨대 세정제(detergent) 및 가용화제 (예를 들어, TWEEN 20 (폴리소르베이트-20), TWEEN 80 (폴리소르베이트-80)), 항산화제 (예를 들어, 아스코르브산, 메타중아황산나트륨) 및 보존제 (예를 들어, 티메르솔(Thimersol), 벤질 알콜), 및 증량 물질(bulking substances) (예를 들어, 락토스, 만니톨). 비수성 용매 또는 비히클의 예는 프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 식물성유, 예컨대 올리브유 및 옥수수유, 젤라틴, 및 주사가능한 유기 에스테르 예컨대 에틸 올레이트이다. 제제는 사용 직전에 동결건조되고 재용해/재현탁될 수 있다. 제제는, 예를 들어, 박테리아 보유 필터를 통한 여과에 의해, 멸균제를 조성물에 혼입함으로써, 조성물에 방사선조사함으로써, 또는 조성물을 가열함으로써 멸균될 수 있다.
2. 제어 전달 중합체 매트릭스
본원에 개시된 지질 나노입자는 또한 제어 방출 제제로 투여될 수 있다. 제어 방출 중합체 장치는 중합체 장치 (막대, 실린더, 필름, 디스크) 또는 주입 (미세입자)의 이식 후에 전신적으로 장기간 방출을 위해 만들 수 있다. 매트릭스는 미세구체(microsphere)와 같은 미세입자의 형태일 수 있고, 여기서 작용제는 고체 중합체 매트릭스 또는 마이크로캡슐 내에 분산되고, 여기서 코어는 중합체 쉘과 상이한 물질이고, 펩티드는 액체 또는 고체일 수 있는 코어에 분산되거나 현탁된다. 본원에서 구체적으로 정의되지 않는 한, 미세입자, 미세구체 및 미세캡슐은 상호교환적으로 사용된다. 대안적으로, 중합체는 나노미터 내지 4 센티미터 범위의 얇은 슬래브(slab) 또는 필름, 그라인딩(grinding) 또는 기타 표준 기술에 의해 생성된 분말, 또는 심지어 겔 예컨대 히드로겔로서 주조될 수 있다.
비-생분해성 또는 생분해성 매트릭스가 지질 나노입자의 전달을 위해 사용될 수 있긴 하지만, 일부 실시양태에서 생분해성 매트릭스가 바람직하다. 이들은 천연 또는 합성 중합체일 수 있긴 하지만, 분해 및 방출 프로파일의 더 나은 특성화로 인해 합성 중합체가 일부 실시양태에서 바람직하다. 중합체는 방출을 원하는 기간에 따라 선택된다. 일부 경우에, 선형 방출이 가장 유용할 수 있긴 하지만, 다른 경우에는 펄스 방출(pulse release) 또는 "대량 방출(bulk release)"이 더 효과적인 결과를 제공할 수 있다. 중합체는 히드로겔의 형태일 수 있고 (전형적으로 최대 약 90 중량%의 물을 흡수함에 있어서), 임의로 다가 이온 또는 중합체와 가교될 수 있다.
매트릭스는 용매 증발, 분무 건조, 용매 추출 및 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 기타 방법에 의해 형성될 수 있다. 생분해성 미세구체는, 예를 들어, 문헌 [Mathiowitz and Langer, J. Controlled Release, 5:13-22 (1987)]; [Mathiowitz, et al., Reactive Polymers, 6:275-283 (1987)]; 및 [Mathiowitz, et al., J. Appl. Polymer Sci., 35:755-774 (1988)]에 의해 기재된 바와 같이, 약물 전달용 미세구체를 제조하기 위해 개발된 방법 중 임의의 것을 사용하여 제조될 수 있다.
장치는 이식 또는 주사 영역을 치료하기 위해 국소 방출용으로 제제화될 수 있으며 - 이는 전형적으로 전신의 치료 - 또는 전신 전달을 위한 투여량보다 훨씬 적은 투여량을 전달할 것이다. 이들은 근육, 지방으로, 피하로 이식 또는 주사되거나, 삼켜질 수 있다.
III. 지질 나노입자의 제조 방법
지질 나노입자의 제조 방법은 관련 기술분야에 공지되어 있다. 한 실시양태에서, 개시된 지질 나노입자는 미세유체공학(microfluidics)을 사용하여 제조된다. 지질 나노입자를 형성하기 위해 미세유체공학을 사용하는 예시적인 방법에 대해서는, 문헌 [Leung, A.K.K, et al., J Phys Chem, 116:18440-18450 (2012)], [Chen, D., et al., J Am Chem Soc, 134:6947-6951 (2012)], 및 [Belliveau, N.M., et al., Molecular Therapy-Nucleic Acids, 1: e37 (2012)]을 참조한다. 간단히 말해서, 올리고뉴클레오티드 또는 siRNA와 같은 카고는 하나의 완충제에서 준비된다. 다른 지질 나노입자 성분 (이온화가능한 지질, PEG-지질, 콜레스테롤, 및 DSPC)은 또 다른 완충제에서 준비된다. 주사기 펌프는 상기 두 용액을 미세유체 장치에 도입한다. 두 용액은 미세유체 장치 내에서 접촉하여 카고를 캡슐화하는 지질 나노입자를 형성한다.
개시된 지질 나노입자를 스크리닝하는 방법은 그 전문이 참조로 포함되는 국제 특허 출원 번호 PCT/US/2018/058171에 논의되어 있다. 스크리닝 방법은 원하는 향성을 갖고 특정 세포의 세포질에 기능적 카고를 전달하는 제제를 식별하기 위해 비히클 전달 제제를 특성화한다. 스크리닝 방식은 세포에 전달되는 경우 검출할 수 있는 기능을 가진 리포터를 사용한다. 세포에서 리포터의 기능을 검출하는 것은 전달 비히클의 제제가 기능적 카고를 세포에 전달할 것임을 나타낸다. 화학적 조성 식별자는 각각의 상이한 전달 비히클 제제에 특이적인 화학적 조성을 지속적으로 추적하기 위해 각각의 상이한 전달 비히클 제제에 포함된다. 한 실시양태에서, 화학적 조성 식별자는 핵산 바코드이다. 핵산 바코드의 서열은 핵산 바코드가 시퀀싱되는 경우 바코드를 전달한 전달 비히클의 화학적 조성이 식별되도록 로딩되는 전달 비히클을 제제화하는데 사용되는 화학 성분과 쌍을 형성한다. 대표적인 리포터는 siRNA, mRNA, 뉴클레아제 단백질, 뉴클레아제 mRNA, 소분자, 후성 유전학적 변형자, 및 표현형 변형자를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다.
IV. 사용 방법
특정 세포 또는 기관에 카고, 예를 들어 핵산을 전달하기 위해 개시된 지질 나노입자를 사용하는 방법이 본원에 개시되어 있다. 일부 실시양태에서, 나노입자는 표적화 리간드의 부재 하에 이를 필요로 하는 대상체에서 특정 세포 또는 기관에 치료제 또는 예방제를 전달한다. 또 다른 실시양태에서, 개시된 지질 나노입자는 이를 필요로 하는 대상체에서 질환을 치료 또는 예방하는데 유용하다.
일부 실시양태에서, 개시된 나노입자는 대상체에게 직접 전달된다. 다른 실시양태에서, 지질 나노입자는 생체외에서 세포와 접촉되고, 처리된 세포는 대상체에게 투여된다. 세포는 자가 세포, 예를 들어 T 세포 또는 T 세포로 분화하는 세포를 포함하나 이에 제한되지는 않는 면역 세포일 수 있다. 일부 실시양태에서, 개시된 지질 나노입자는 입양 세포 전달을 위한 비히클로서 사용될 수 있다.
A. 세포에 카고를 전달하는 방법
치료적 및/또는 예방적 핵산을 이를 필요로 하는 대상체에게 전달하는 방법이 본원에 제공된다.
일부 실시양태에서, 개시된 지질 나노입자 조성물은 특정 유형 또는 부류의 세포 (예를 들어, 특정 기관 또는 그의 시스템의 세포)를 표적으로 한다. 예를 들어, 관심 치료제 및/또는 예방제를 포함하는 나노입자 조성물은 대상체에서 면역 세포에 특이적으로 전달될 수 있다. 예시적인 면역 세포는 CD8+, CD4+ 또는 CD8+CD4+ 세포를 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 다른 실시양태에서, 지질 나노입자는 표적화 리간드의 부재 하에 포유동물 간 면역 세포, 비장 T 세포, 또는 폐 내피 세포에 전달되도록 제제화될 수 있다. 특정 부류 또는 유형의 세포에 대한 특이적 전달은 보다 높은 비율의 지질 나노입자가 표적 유형 또는 부류의 세포에 전달됨을 나타낸다. 일부 실시양태에서, 특이적 전달은 표적화된 목적지의 조직 1 g당 치료 및/또는 예방의 양에서 2배, 5배, 10배, 15배, 또는 20배 초과의 증가를 발생시킬 수 있다.
B. 유전자 조절 방법
유전자 조절을 위해 개시된 지질 나노입자를 사용하는 방법이 본원에 제공된다. 한 실시양태에서, 지질 나노입자는 이를 필요로 하는 대상체에서 표적 세포에서 유전자 발현을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 대상체는 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 억제성 핵산으로 이루어진 지질 나노입자 조성물을 투여받는다. 지질 나노입자는 표적화 리간드 없이 억제성 핵산을 대상체에서 표적 세포에 전달한다. 억제성 핵산은 siRNA일 수 있다.
또 다른 실시양태는 이를 필요로 하는 대상체에 세포에서 유전자를 편집하기 위해 개시된 지질 나노입자를 사용하는 방법을 제공한다. 이러한 실시양태에서, 대상체는 지질 나노입자의 2개 집단을 투여받는다. 제1 집단은 아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 표적화되는 유전자에 특이적인 sgRNA및 표적화되는 유전자에 특이적인 sgRNA를 포함하는 제제를 갖는 지질 나노입자를 포함한다. 지질 나노입자의 제2 집단은 아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 RNA-가이드된 DNA 엔도뉴클레아제를 인코딩하는 mRNA를 포함한 제제를 갖는 지질 나노입자를 포함한다. RNA-가이드된 DNA 엔도뉴클레아제는 Cas9, CasX, CasY, Cas13, 또는 Cpf1일수 있다.
한 실시양태에서, 유전자 조절을 위해 표적화되는 세포는 면역 세포이다. 면역 세포는 CD8+ T 세포, CD4+ T 세포, 또는 T 조절 세포와 같은 T 세포일 수 있다. 유전자 편집을 위한 다른 예시적인 면역 세포는 대식세포, 수지상 세포, 또는 간 면역 세포를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
표적화될 수 있는 예시적인 유전자는 T 세포 수용체, B 세포 수용체, CTLA4, PD1, FOXO1, FOXO3, AKTs, CCR5, CXCR4, LAG3, TIM3, 킬러 면역글로불린-유사 수용체, GITR, BTLA, LFA-4, T4, LFA-1, Bp35, CD27L 수용체, TNFRSF8, TNFRSF5, CD47, CD52, ICAM-1, LFA-3, L-셀렉틴, Ki-24, MB1, B7, B70, M-CSFR, TNFR-II, IL-7R, OX-40, CD137, CD137L, CD30L, CD40L, FasL, TRAIL, CD257, LIGHT, TRAIL-R1, TRAILR2, TRAIL-R4, TWEAK-R, TNFR, BCMA, B7DC, BTLA, B7-H1, B7-H2, B7-H3, ICOS, VEGFR2, NKG2D, JAG1, GITR, CD4, CCR5, GATA-3, MTORC1, MTORC2, RAPTOR, GATOR, FOXP3, NFAT, IL2R, 및 IL7을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
T 세포에 의해 인식될 수 있고 표적화를 위해 고려되는 예시적인 종양-연관 항원은 MAGE1, MAGE3, MAGE6, BAGE, GAGE, NYESO-1, MART1/멜란 A, MC1R, GP100, 티로시나제, TRP-1, TRP-2, PSA, CEA, Cyp-B, Her2/Neu, hTERT, MUC1, PRAME, WT1, RAS, CDK-4, MUM-1, KRAS, MSLN 및 β-카테닌을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
C. 치료되는 대상체
일부 실시양태에서, 치료되는 대상체는 암, 자가면역 질환, 감염 질환, 기관 이식, 기관 부전, 또는 이들의 조합을 경험하는 포유동물이다. 일부 실시양태에서, 본원에 기재된 방법은 T 세포가 암 또는 자가면역 질환의 치료를 위한 특이적 항원을 제시하도록 할 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에 기재된 방법을 T 세포 프라이밍에 사용할 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에 기재된 방법을 사용하여 T 세포가 MHC-펩티드 복합체를 제시하도록 하는 DNA 또는 mRNA를 전달할 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에 기재된 방법을 사용하여 DNA, siRNA 또는 mRNA 중 하나 이상을 T 세포에 전달하여 에너지를 피할 수 있다.
실시예
실시예 1. 구속된 지질의 제조
Figure pct00096
질소 대기 하에 무수 CH2Cl2 (40 mL) 중 리놀레산 1 (4.0 g, 14.2 mmol), 4-디메틸아미노피리딘 (DMAP) (0.4 g, 2.9 mmol), N,N-디이소프로필에틸아민 (DIPEA) (3.7 mL, 20.5 mmol) 및 2-(히드록시메틸)프로판-1,3-디올 (1.5 g, 14.2 mmol)의 용액에 25℃에서 N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카르보디이미드 히드로클로라이드 (EDCI) (4.1g, 20.5 mmol)를 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반하고 리놀레산 1을 TLC에 의해 모니터한 바와 같이 완전히 소모시켰다. 이어서, 반응 혼합물을 감압 하에 직접 농축하였다. 실리카겔 플래시 컬럼 크로마토그래피 (구배 용리액: EtOAc/헥산의 1-30%)를 통해 조 잔류물을 정제하여 화합물 2 (2.3 g, 44% 수율) 및 화합물 3 (1.7 g, 30% 수율)을 무색 오일로서 수득하였다.
질소 대기 하에 무수 CH2Cl2 (20 mL) 중 화합물 2 (150 mg, 0.41 mmol), DMAP (10 mg, 0.1 mmol), DIPEA (0.1 mL, 0.6 mmol) 및 아다만탄 (79 mg, 0.41 mmol)의 용약에 EDCI (114 mg, 0.6 mmol)를 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반하고, 화합물 2를 TLC에 의해 모니터한 바와 같이 완전히 소모시켰다. 이어서, 반응 혼합물을 감압 하에 직접 농축하였다. 실리카겔 플래시 컬럼 크로마토그래피 (구배 용리액: EtOAc/헥산의 1-30%)를 통해 조 잔류물을 정제하여 화합물 4 (103 mg, 53% 수율)를 무색 오일로서 수득하였다.
무수 CH2Cl2 (2 mL) 중 화합물 4 (76 mg, 0.16 mmol) 및 DMAP (45 mg, 0.37 mmol)의 용액에. 질소 대기 하에 4-니트로페닐클로로포르메이트 (65 mg, 0.32 mmol)를 첨가하였다. 실온에서 1시간 동안 교반한 후, 3-디에틸아미노-1-프로판올 (0.44 mL, 0.96 mmol)을 반응 혼합물에 첨가한 다음에, 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 감압 하에 직접 농축하였다. 실리카겔 플래시 컬럼 크로마토그래피 (구배 용리액: MeOH/DCM의 0-4%)를 통해 조 잔류물을 정제하여 화합물 1-1 (32 mg, 29% 수율)를 무색 오일로서 수득하였다. HRMS (ESI, m/z) C42H72NO7 [M + H]+에 대해 계산치: 702.5303, 실측치 702.5277.
본 실시예에 기재된 단계와 유사한 방법에 의해 다른 지질을 제조하였다.
실시예 2. 입체형태적으로 구속된 지질을 함유하는 지질 나노입자는 안정한 LNP를 형성할 수 있다.
물질 및 방법:
나노입자 제제. 나노입자는 이전에 기재한 바와 같이 미세유체 장치를 사용하여 제제화되었다. 간단히 말해서, 핵산 (siRNA 및 DNA 바코드)을 시트레이트 완충제에 희석하였으며, 한편 지질-아민 화합물, 알킬 테일화(tailed) PEG, 콜레스테롤, 및 DSPC는 에탄올에 희석하였다. PEG, 콜레스테롤, 및 DSPC는 아반티 리피즈(Avanti Lipids)로부터 구매하였다. 시트레이트 및 에탄올 상을 주사기 펌프에 의해 미세유체 장치에서 합하였다.
나노입자 특성화. LNP 유체역학적 직경을 플레이트 판독기 포맷화(formatted) 동적 광산란 기계 (와이어트(Wyatt))를 사용하여 측정하였다. LNP를 멸균 1X PBS에서 ~0.06 ㎍/mL의 농도로 희석하고 분석하였다. LNP는 이들이 20 내지 200 nm의 직경을 가진 단분산 집단을 형성하는 경우에만 포함되었다. 이들 기준을 충족하는 입자를 1X 인산염 완충 식염수 (PBS, 인비트로겐(Invitrogen))로 투석하고, 0.22 μm 필터로 멸균 여과하였다.
결과:
아민을 함유하는 13종의 화학적으로 다양한 지질을 합성하였다. 라이브러리는 (i) 아민 및 (ii) 지질 테일의 구조가 전달에 영향을 미치는지 여부를 조사하기 위해 구축되었다. 불포화 지질 리놀레이트 및 두 개의 에스테르 결합을 포함하는 '스캐폴드' 지질을 정제하였다 (도 1A). 이 스캐폴드는 어떤 아민도 갖지 않았다. 아민 변이체는 화학적 다양성을 생성하기 위해, 반응성 부위에 부착되었다 (도 1A). 반응성 부위 (1)에서, 다양한 구조를 가진 3개의 지질 테일 (도 1B)을 에스테르화를 통해 첨가하였다. 대조군 테일 (L)은 2개의 동일한 지질 테일을 가진 구축물을을 생성한 리놀레이트였다. 지질 (S)는 2개의 지질 테일을 함유하여, 테일의 총 수를 3으로 만들었다. 마지막으로, 테일 (A)는 정의된 '암체어' 구조를 가진 구속된 지질인 아다만탄을 함유하였다. 반응성 부위 (2)에서, 11개의 아민 함유 헤드 기가 에스테르화를 통해 첨가되어, 각각 에스테르 또는 카르보네이트 연결에 의해 연결된 헤드 기를 발생시켰다. 헤드 기는 유사한 구조를 가진 소분자가 생물학적 활성을 갖는다는 이전 보고서를 기반으로 선택되었다. 합성 후 고분해능 질량 분석법 또는 1H-NMR을 이용하여 모든 13종의 지질의 화학 구조를 확인하였다. 명확성을 위해, 각각의 이온화가능한 지질은 명명법, 헤드 기 번호 - 테일 문자 (예를 들어, 1-L, 11-A)로 명명되었다.
안정한 LNP를 형성하는 13종의 이온화가능한 지질 (도 1A-C)의 능력을 조사하였다. 화학적으로 변형된 siRNA 표적화 GFP (siGFP) (Paunovska, et al., ACS Nano, 12:8341-8349 (2018)) 뿐만 아니라 DNA 바코드 (Sago et al., Nano Lett, (2018))를 보유하는 LNP의 유체역학적 직경을 측정하였다. LNP는 미세유체공학을 사용하여 제제화하였다 (Chen, D., et al., J Am Chem Soc, 134:6948-6951 (2012)). LNP에 첨가된 다른 성분에 의해 결과가 영향을 받을 가능성을 줄이기 위해 이전에 검증된 화합물을 첨가하였다. 이전에 검증된 화합물은 C14PEG2000, 변형되지 않은 콜레스테롤, 및 1-2-디스테아로일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (DSPC) or 1-2-디올레오일-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민 (DOPE)이었다 (도 1D). 결과가 4가지 성분의 몰비에 영향을 받지 않도록 하기 위한 대조군으로서, 각각의 지질은 2개의 인지질 및 4개의 몰비로, 총 104개의 LNP로 제제화하였다 (도 1D). 특히, LNP 중 100개는 유체역학적 직경 및 다분산도 지수 둘 다에 의해 입증된 바와 같이, 작은 단분산 집단을 형성하였다. 개별 LNP의 직경은 평균 76 nm (도 1E) 및 평균 PDI 0.15 (도 1F)로, 30 내지 170 nm로 다양하였다. 유체역학적 직경은 이온화가능한 지질 (도 1G), 4가지 성분의 몰비 (도 1H), 제제에 첨가된 인지질의 유형 (DSPC/DOPE) (도 1I)의 함수로서 분석되었다. 모든 경우에, 평균 직경은 50 내지 100 nm로 다양하였다. 이들 데이터는 비전통적인 지질이 지단백질 및 천연 바이러스와 유사한 유체역학적 직경을 가진 LNP를 형성하였음을 나타낸다.
실시예 3. 생체내 활성에 대한 고처리량 siRNA 스크리닝은 구속된 지질을 가진 LNP가 T 세포에서 생물학적 활성을 갖는다는 것을 밝혀낸다.
물질 및 방법:
DNA 바코딩. 각각의 화학적으로 별개의 LNP는 그의 고유한 DNA 바코드 및 siRNA를 보유하도록 제제화되었다. 예를 들어, LNP1은 DNA 바코드 1 및 siICAM2를 보유하였으며, 한편 화학적으로 별개의 LNP2는 DNA 바코드 2 및 siGFP를 보유하였다. 단일 가닥 DNA 서열은 인테그레이티드 DNA 테크놀로지즈(Integrated DNA Technologies) (IDT)로부터 구매하였다. 각각의 서열의 동일한 증폭을 보장하기 위해, 우리는 범용 정방향 및 역방향 프라이머 영역을 포함시켰다. 각각의 바코드는 고유한 8개의 뉴클레오티드 서열을 사용하여 구별되었다. 8개의 뉴클레오티드 서열은 65,536개의 고유한 바코드를 생성할 수 있다. 일루미나(Illumina) MiniSeq 시퀀싱 기계에서 서열 '표백(bleaching)'을 방지하도록 설계된 156개의 별개의 서열이 사용되었다.
동물 실험. 모든 동물 실험은 조지아 공과 대학(Georgia Institute of Technology)의 IACUC에 따라 수행하였다. C57BL/6J (#000664), GFP (#003291), 및 구성적 SpCas9 (#026179) 마우스는 잭슨 연구소(The Jackson Laboratory)로부터 구매하여 5-12주령에 사용하였다. 모든 실험에서, N=3-5 마리의 마우스/군을 사용하였다. 마우스를 측면 꼬리 정맥을 통해 정맥내 주사하였다. 나노입자 농도는 나노드롭(NanoDrop) (써모 사이언티픽(Thermo Scientific))을 사용하여 결정하였다.
세포 단리 및 염색. 세포는 달리 언급되지 않는 한, LNP 주사 후 72시간 (스크린의 경우) 또는 120시간 (생체내 유전자 편집의 경우)에 단리하였다. 마우스는 우심방을 통해 20 mL의 1X PBS로 관류하였다. 이전에 기재된 바와 같이 (Dahlman, et al., Nat Nano, 9:648-655 (2014); Paunovska, K., et al., Nano Lett, 18:2148-2157 (2018)), 조직을 커팅하고 콜라게나제 유형 I (시그마 알드리치(Sigma Aldrich)), 콜라게나제 XI (시그마 알드리치) 및 히알루로니다제 (시그마 알드리치)를 가진 소화 효소 용액에 37℃에서 45분 동안 배치하였다. 심장을 위한 소화 효소는 콜라게나제 IX를 포함하였다. 세포 현탁액을 70 ㎛ 메쉬를 통해 여과하고 적혈구를 용해시켰다. 세포를 염색하여 집단을 식별하고 생체내 실험을 위해 조지아 공과 대학의 세포 분석 본부(Cellular Analysis Core)에서 BD FacsFusion을 사용하여 분류하였다. 사용된 항체 클론은, 항-CD31 (390, 바이오레전드(BioLegend)), 항-CD45.2 (104, 바이오레전드), 항-CD19 (6D5, 바이오레전드), 항-CD3 (17A2, 바이오레전드), 항-CD8a (53-6.7, 바이오레전드), 및 항-CD4 (GK1.5, 바이오레전드)이었다.
일루미나 시퀀싱을 위한 PCR 증폭. 모든 샘플을 중첩(nested) PCR을 사용하여 시퀀싱을 위해 증폭시키고 준비하였다. 2 μL의 프라이머를 5 μL의 Kapa HiFi 2X 마스터 믹스(master mix) 및 3 μL의 템플릿(template) DNA/물에 첨가하였다. 두 번째 PCR은 넥스테라(Nextera) XT 화학, 인덱스 및 i5/i7 어댑터 영역을 첨가하였다. 이중-인덱스화(Dual-indexed) 샘플을 2% 아가로스 겔 상에서 시행하여 풀링 및 겔 정제 전에 PCR 반응이 발생하는 것을 보장하였다.
딥 시퀀싱. 일루미나 시퀀싱은 조지아 공과 대학의 분지 진화 본부(Molecular Evolution core)에서 수행하였다. 시행은 일루미나 Miniseq에서 수행하였다. 프라이머는 넥스테라 XT 어댑터 서열(adapter sequence)을 기반으로 설계되었다.
바코드 시퀀싱 정규화. 세포 유형당, 각각의 입자의 카운트를 세포에 적용되거나 마우스에 주사된 바코드 LNP 혼합물에 대해 정규화하였다.
TNS 검정 . 7C1 및 BM1의 pKa를 이전에 기재된 바와 같이 측정하였다 (Dahlman, J.E., et al., Nat Nano, 9:648-655 (2014)). 간단히 말해서, 10 mM HEPES (시그마), 10 mM MES (시그마), 10 mM 아세트산나트륨 (시그마), 및 140 nM 염화나트륨 (시그마)의 스톡 용액을 제조하고 염화수소 및 수산화나트륨으로 pH를 4 내지 10의 범위로 조정하였다. 각각의 pH에서 각각의 나노입자에 대해 4회 반복을 사용하여, 96웰 플레이트에 140 μL pH 조정-완충제를 첨가한 후, 5 μL의 2-(p-톨루이디노)-6-나프탈렌 술폰산 (60 μg/mL)을 첨가하였다. 5 uL의 각각의 나노입자를 각각의 웰에 첨가하였다. 부드럽게 진탕하면서 5분 인큐베이션 후에, 여기 파장 325 nm 및 방출 파장 435 nm를 사용하여 형광 흡광도를 측정하였다.
RNA 간섭. siRNA를 안정성을 증가시키고 면역자극을 무효화하기 위해 2' 위치에서 화학적으로 변형시켰다. 주사 후 72 시간에, 조직을 단리하고 유세포 분석을 통해 단백질 발현을 측정하였다. PBS-처리 마우스에서 GFP 평균 형광 강도는 100 퍼센트로 정규화하였다.
생체내 Cas9 편집. SpCas9를 구성적으로 발현하는 마우스에 2 mg/kg의 sgGFP를 보유하는 cLNP를 주사하였다. 주사 후 5일에, 세포를 FACS를 통해 단리하였다. 삽입결실(Indel)을 TIDES에 의해 측정하였다.
결과:
생체내 표적 세포 (이 경우에, T 림프구) 뿐만 아니라 8가지 오프-타겟(off-target) 세포 유형으로의 siRNA의 LNP 전달을 평가하였다. 면역자극을 감소시키고 우선적인 안티센스 RISC 로딩을 통해 온-타겟(on-target) 침묵화를 증진시키기 위해 화학적으로 변형된 siGFP (도 S2A)를 사용하였다. 군당 1개의 LNP를 연구하고 5 마리의 마우스/군을 사용하는 경우, 이 스크린은 >500 마리의 마우스 및 상당한 시간/유세포 분석 자원을 필요로 할 것이다. 따라서 단일 마우스에서, 100개 초과의 LNP가 표적 세포의 임의의 조합에서 siGFP를 기능적으로 전달하는 방법을 평가하기 위해 DNA 바코드-기반 스크린이 개발되었다 (도 2A). 화학 구조가 1인 LNP-1은 siGFP 및 DNA 바코드 1을 보유하도록 제제화하였다. 화학 구조가 N인 LNP-N은 siGFP 및 DNA 바코드 N을 보유하도록 별도로 제제화하였다. 네이키드(Naked) 바코드를 또한 실험 대조군으로서 포함시켰는데 (Paunovska, K., et al., Nano Lett, 18:2148-2157 (2018)), 그 이유는 DNA가 세포 이중층을 쉽게 가로지르지 않기 때문이다. LNP를 함께 풀링하고, CAG 프로모터 하에 GFP를 구성적으로 발현하는 마우스에 정맥내 주사하였다 (도 2B). GFP는 기능적 전달 판독으로 작용하였다. 기능적으로 siGFP를 세포질로 전달한 LNP는 더 낮은 GFP 단백질 발현을 가질 것이라고 가정되었다. 따라서, 마우스를 주사한 지 3일 후, GFP저 세포를 형광 활성화 세포 분류 (FACS)를 사용하여 단리하였고, 모든 N LNP가 세포에 바코드를 전달하는 효율성을 정량화하기 위해 딥 시퀀싱하였다. 정규화된 전달, 즉 그 샘플 내의 총 바코드 카운트의 총 수에 의해 정규화된, 각각의 개별 바코드에 대한 바코드 수를 사용하였다. 정규화된 전달은 바코드화(barcoded) LNP 데이터세트를 분석하는데 사용할 수 있으며 RNAseq 실험에서 백만당 카운트와 유사하다 (Lokugamage, M.P., et al., Current Opinion in Biomedical Engineering, 7:1-8 (2018)). GFP는 모든 세포 유형에서 발현되기 때문에, 이 분석은 (i) 온-/오프- 타겟 세포의 임의의 조합에서 GFP 녹다운을 비교하고 (ii) 단일 동물에서 모두, GFP저 세포에 공동-국소화된 LNP를 신속하게 식별할 수 있다.
1.5 mg/kg의 총 용량을 마우스에 주사한 후 3일에 (100개의 별개의 LNP, 평균 0.015 mg/kg/입자), GFP 침묵화를 9개의 세포 유형에서 정량화하였다. PBS 처리된 마우스와 비교하여, GFP저 비장 B 세포 및 비장 T 세포의 수가 증가하였다 (도 2C). 평균 형광 강도에 의해 정량화된 평균 GFP 단백질 침묵화는, 비장 T 세포에서 가장 높았고, 간 면역 세포, 비장 B 세포, 및 폐 내피 세포가 그 뒤를 이었다(도 2D). 놀랍게도, 대부분의 LNP에 의해 우선적으로 표적화되는 세포 유형인 헤파토사이트에서 침묵화의 어떤 증거도 발견되지 않았다 (도 2C,D). 이 데이터세트의 품질을 점검하기기 위해, GFP저 폐 비장 T 세포를 시퀀싱하고, 추가 점검으로서, 폐 내피 세포, 비장 B 세포 및 간 면역 세포를 또한 시퀀싱하였다. 모든 4가지 세포 유형에서, 두 음성 대조군 (네이키드 바코드) 모두의 정규화된 전달은 예상된 바와 같이, LNP에 의해 전달된 바코드보다 더 낮았다 (도 2E).
이어서, DNA 시퀀싱 데이터를 사용한 대규모 생체내 구조 기능 분석을 수행하여 임의의 나노입자 물질 특성이 비장 T 세포로의 전달을 촉진하는지 여부를 평가하였다. 상이한 나노입자 특성에 대한 농축화가 계산되었다. 농축화는 특정 특성을 가진 나노입자가 (i) 상위 10%에서 수행되고, 별도로, (ii) 하위 10%에서 수행된 입자가 계산된 입자에서 우연히 나타날 확률(odds)이다. DSPC로 제제화된 나노입자는 효과적인 입자가 농축화되며, 한편 DOPE로 제제화된 나노입자는 성능이 좋지 않은 입자가 농축화되었다 (도 2F). 이들 결과를 확인하기 위해, DSPC 및 DOPE로 각각 제제화된 모든 LNP에 대한 정규화된 전달을 비교하였다. DSPC-함유 LNP는 DOPE-함유 LNP를 능가하였다 (도 2G). 마지막으로, '쌍형성된' LNP의 정규화된 전달, 즉 동일한 몰비 및 이온화가능한 지질 (그러나 상이한 인지질)을 갖는 LNP를 계산하였다. 그의 쌍형성된 DOPE 함유 LNP를 상당히 능가한 구체적인 DSPC LNP가 확인되었다 (도 2H). 이들 데이터를 기반으로 하여, LNP 내에 함유된 인지질이 비장 T 세포 전달에 영향을 미치는 것으로 결론지었다. 인지질의 영향을 관찰한 후, 미래의 화학 분석은 DSPC 함유 제제에 제한되었다.
지질 테일 및 헤드 기 둘 다에 대해, 13종의 이온화가능한 지질에 대해 동일한 농축화 분석을 수행하였다. 3종의 이온화가능한 지질이 농축화되었다 (도 2I). 이온화가능한 지질의 헤드기가 농축화에 영향을 미치는지 설명하기 위해, 헤드기 분자량, 소수성 (LogP), 및 극성 표면적에 대한 각각의 헤드기의 농축화를 플롯팅하였다 (도 4A-4C, 표 1). 이들 화학적 특성과 농축 사이에는 어떤 상관관계도 관찰되지 않았다. 가장 농축화된 지질인 11-A는 입체형태적으로 구속된 아다만탄 테일을 함유하였다. 11-A의 농축화는 11-L 및 11-S, 동일한 헤드기 (11)를 가지나, 상이한 두 번째 지질 테일을 가진 두 개의 지질과 비교하였다. 농축화에서의 차이가 두 번째 지질 테일의 구조적 변형으로 인한 것인지를 확인하기 위해, 각각의 지질의 정규화된 DNA 전달을 분석하였다. 11-A는 11-L 및 11-S보다 상당히 더 많은 전달을 발생시켰다 (도 2J). 동일한 몰비를 가진 화합물을 사용하여 쌍형성 분석을 수행하였다. 테일을 함유하는 아다만탄은 다른 테일 구조를 능가하였다 (도 4D). 정규화된 T 세포 전달은 LNP 크기에 대해 플롯팅되었고, 어떤 관계도 발견되지 않았다 (도 4E). 종합하면, 이들 데이터는 30 내지 170 nm의 유체역학적 직경을 가진 단분산 LNP의 경우에, LNP 화학 구조가 크기보다 더 전달에 영향을 미친다는 것을 시사한다.
<표 1> 다양한 헤드기로 LNP의 농축화
Figure pct00097
실시예 4. cLNP는 CD8+ T 세포에서 유전자 발현을 변화시키는 소형 RNA를 전달한다.
물질 및 방법:
상기 물질 및 방법 섹션을 참조한다.
결과:
모든 고처리량 스크리닝 시스템과 마찬가지로, siGFP/DNA 바코드 검정의 값은 예측하는 그의 능력과 관련이 있다. 시퀀싱 데이터를 기반으로 하여, 나노입자를 추가 조사를 위해 선택하였다 (도 3A-3B). 농축화 분석을 기반으로 하여, 이 cLNP는 구속된 지질뿐만 아니라 DSPC를 함유하였다. 몇몇 실험의 과정에 걸쳐, LNP는 루시퍼라제 (siLuc) 또는 siGFP를 표적으로 하는 대조군 siRNA로 제제화되었고, 0.5 mg/kg 내지 2.0 mg/kg의 용량으로 마우스에 정맥내 주사하였다 (도 3C, D). PBS 또는 siLuc로 처리된 마우스로부터 단리된 T 세포와 비교하여, siGFP로 처리된 마우스로부터 단리된 T 세포는 GFP 발현이 감소하였다. 특히, 0.5 mg/kg 만큼의 낮은 용량에서 강력한 단백질 침묵화가 관찰되었다 (도 3C, D). GFP 단백질 발현은 T 세포의 하위집합, 즉 CD4+ 및 CD8+에서 측정되어, CD8+ T 세포에서 보다 강력한 단백질 침묵화를 관찰하였다 (도 3E). 게다가, GFP 침묵화는 간 및 비장에서의 6가지 오프-타겟 세포 유형에서 정량화되었다. 0.5 mg/kg 및 1.5 mg/kg의 용량에서 어떤 유의한 침묵화도 관찰되지 않았는데 (도 S4A-F), 이는 이들 cLNP가 비장 CD8+ T 세포에서 유전자를 우선적으로 침묵시킨다는 것을 시사한다.
유전자 편집 페이로드(payload)를 가진 신규 cLNP의 효능을 확인하기 위해, GFP를 표적으로 하는 sgRNA를 보유하는 리드(lead) cLNP를 Cas9 및 GFP를 구성적으로 발현하는 마우스에 2.0 mg/kg의 용량으로 주사하였다 (Platt, R.J., et al., Cell, 159:440-445 (2014)). 5일 후, GFP 발현을 CD3+ T 세포뿐만 아니라 CD4+ 및 CD8+ T 세포에서 측정하였다. siRNA로 관찰된 CD8+ 향성과 유사하게, CD4+ T 세포에서보다 CD8+에서 더 강력한 단백질 침묵화가 관찰되었다 (도 3F). 게다가, GFP 발현의 이러한 감소는 % GFP저 CD8+ T 세포의 증가와 결합되었다 (도 3G). 종합하면, 이들 데이터는 표적화 리간드가 없는 cLNP가 1 mg/kg 미만의 용량으로 siRNA를 비장 T 세포에 전달할 수 있다는 결론을 야기하였다. cLNP는 투여 후 24시간 어떤 관찰된 체중 감소도 없는 것에 의해 나타난 바와 같이 모든 실험에서 siRNA 및 sgRNA의 용량에서 내약성이 양호하였다.
비-헤파토사이트를 표적으로 하는 나노입자는 설계하기가 어려운 것로 악명이 높은데 (Lorenzer, C., et al., J Control Release, 203:1-15 (2015)), 이는 대부분 생체내 나노입자 siRNA 전달을 연구하는 어떤 고처리량 방법이 없기 때문이다. 생체내 나노의학에서 이러한 보편적인 문제는, 세포 배양이 생체내 전달에 영향을 미치는 모든 요인 (이질 혈관계(heterogenous vasculature) (Augustin, H.G., et al., Science, 357 (2017), 복잡한 미세 환경 (MacParland, S.A., et al., ACS Nano, 11:2428-2443 (2017), 오프-타겟 세포 (Tavares, A.J., et al., PNAS, 114:E10871-e10880 (2017), 차등 혈류량(differential blood flow rate) (Tsoi, K.M. et al., Nat Mater, 15:1212-1221 (2016))을 요약하지 않더라도, 과학자들은 시험관내에서 고처리량의 나노입자 검정을 수행해야 하기 때문에, 모든 RNA 요법의 개발을 둔화시킨다. 특히, 스크린으로부터의 결과는 우선적인 T 세포 전달이 발생할 것으로 예측하였으며; 이들 데이터는 라이브러리로부터 선택된 LNP로 확인되었다. 이들 데이터는 고처리량의 생체내 siRNA 스크린이 신규 향성(tropism)을 가진 나노입자를 신속하게 식별할 수 있다는 강력한 증거를 제공한다.
전술한 명세서에서 본 발명은 그의 특정 실시양태와 관련하여 기재되었고, 실례의 목적으로 많은 세부사항이 제시되었지만, 본 발명이 추가적인 실시양태에 영향을 받을 수 있고 본원에 기재된 특정 세부사항은 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않고 상당히 변경될 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
본원에 인용된 모든 참고문헌은 그 전문이 참고로 포함된다. 본원에 기재된 주제는 그 사상 또는 본질적인 속성을 벗어나지 않으면서 다른 구체적인 형태로 구체화될 수 있으며, 따라서 기재된 주제의 범위를 나타내는 바와 같이, 전술한 명세서보다는 첨부된 청구범위를 참조하여야 한다.
SEQUENCE LISTING <110> Georgia Tech Research Corporation <120> NANOMATERIALS CONTAINING CONSTRAINED LIPIDS AND USES THEREOF <130> GUIDE.005WO <160> 1 <170> Patentin version 3.5 <210> 1 <211> 101 <212> RNA <213> artificial sequence <220> <223> synthetic; sgGFP <220> <221> misc_feature <222> (1)..(1) <223> 2'-O-methyl guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (2)..(2) <223> 2'-O-methyl guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (3)..(3) <223> 2'-O-methyl guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (6)..(6) <223> adenosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (7)..(7) <223> guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (8)..(8) <223> 2'-fluoro guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (9)..(9) <223> 2'-fluoro adenosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (10)..(10) <223> 2'-fluoro guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (11)..(11) <223> 2'-fluoro cytidine <220> <221> misc_feature <222> (13)..(13) <223> 2'-fluoro guanosine <220> <221> misc_feature <222> (14)..(14) <223> 2'-fluoro uridine <220> <221> misc_feature <222> (17)..(17) <223> 2'-fluoro adenosine <220> <221> misc_feature <222> (18)..(18) <223> 2'-fluoro cytidine <220> <221> misc_feature <222> (21)..(21) <223> 2'-O-methyl guanosine <220> <221> misc_feature <222> (28)..(28) <223> 2'-O-methyl adenosine <220> <221> misc_feature <222> (29)..(29) <223> 2'-O-methyl guanosine <220> <221> misc_feature <222> (30)..(30) <223> 2'-O-methyl cytidine <220> <221> misc_feature <222> (31)..(31) <223> 2'-O-methyl uridine <220> <221> misc_feature <222> (32)..(32) <223> 2'-O-methyl adenosine <220> <221> misc_feature <222> (33)..(33) <223> 2'-O-methyl guanosine <220> <221> misc_feature <222> (34)..(34) <223> 2'-O-methyl adenosine <220> <221> misc_feature <222> (35)..(35) <223> 2'-O-methyl adenosine <220> <221> misc_feature <222> (36)..(36) <223> 2'-O-methyl adenosine <220> <221> misc_feature <222> (37)..(37) <223> 2'-O-methyl uridine <220> <221> misc_feature <222> (38)..(38) <223> 2'-O-methyl adenosine <220> <221> misc_feature <222> (39)..(39) <223> 2'-O-methyl guanosine <220> <221> misc_feature <222> (40)..(40) <223> 2'-O-methyl cytidine <220> <221> misc_feature <222> (41)..(41) <223> 2'-O-methyl adenosine <220> <221> misc_feature <222> (42)..(42) <223> 2'-O-methyl adenosine <220> <221> misc_feature <222> (46)..(46) <223> 2'-O-methyl adenosine <220> <221> misc_feature <222> (48)..(48) <223> 2'-O-methyl adenosine <220> <221> misc_feature <222> (50)..(50) <223> 2'-O-methyl uridine <220> <221> misc_feature <222> (52)..(52) <223> 2'-O-methyl adenosine <220> <221> misc_feature <222> (53)..(53) <223> 2'-O-methyl guanosine <220> <221> misc_feature <222> (54)..(54) <223> 2'-O-methyl guanosine <220> <221> misc_feature <222> (55)..(55) <223> 2'-O-methyl cytidine <220> <221> misc_feature <222> (56)..(56) <223> 2'-O-methyl uridine <220> <221> misc_feature <222> (57)..(57) <223> 2'-O-methyl adenosine <220> <221> misc_feature <222> (60)..(60) <223> 2'-O-methyl cytidine <220> <221> misc_feature <222> (61)..(61) <223> 2'-O-methyl cytidine <220> <221> misc_feature <222> (66)..(66) <223> 2'-O-methyl uridine <220> <221> misc_feature <222> (67)..(67) <223> 2'-O-methyl cytidine <220> <221> misc_feature <222> (70)..(70) <223> 2'-O-methyl cytidine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (71)..(71) <223> 2'-O-methyl uridine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (72)..(72) <223> 2'-O-methyl uridine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (73)..(73) <223> 2'-O-methyl guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (74)..(74) <223> 2'-O-methyl adenosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (75)..(75) <223> 2'-O-methyl adenosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (76)..(76) <223> 2'-O-methyl adenosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (77)..(77) <223> 2'-O-methyl adenosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (78)..(78) <223> 2'-O-methyl adenosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (79)..(79) <223> 2'-O-methyl guanosine <220> <221> misc_feature <222> (80)..(80) <223> 2'-O-methyl uridine <220> <221> misc_feature <222> (81)..(81) <223> 2'-O-methyl guanosine <220> <221> misc_feature <222> (82)..(82) <223> guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (83)..(83) <223> 2'-O-methyl cytidine <220> <221> misc_feature <222> (84)..(84) <223> 2'-O-methyl adenosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (85)..(85) <223> 2'-O-methyl cytidine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (86)..(86) <223> 2'-O-methyl cytidine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (87)..(87) <223> 2'-O-methyl guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (88)..(88) <223> 2'-O-methyl adenosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (89)..(89) <223> 2'-O-methyl guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (90)..(90) <223> 2'-O-methyl uridine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (91)..(91) <223> 2'-O-methyl cytidine <220> <221> misc_feature <222> (92)..(92) <223> 2'-O-methyl guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (93)..(93) <223> 2'-O-methyl guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (94)..(94) <223> 2'-O-methyl uridine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (95)..(95) <223> 2'-O-methyl guanosine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (96)..(96) <223> 2'-O-methyl cytidine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (97)..(97) <223> 2'-O-methyl uridine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (98)..(98) <223> 2'-O-methyl uridine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (99)..(99) <223> 2'-O-methyl uridine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (100)..(100) <223> 2'-O-methyl uridine with phosphorothioate <220> <221> misc_feature <222> (101)..(101) <223> 2'-O-methyl uridine <400> 1 nnncgnnnnn nunnucnncg nuuuuagnnn nnnnnnnnnn nnguunanan annnnnngun 60 nguuannaan nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn nnnnnnnnnn n 101

Claims (47)

  1. 화학식 (I)의 화합물:
    Figure pct00098

    여기서, R1은,
    Figure pct00099

    Figure pct00100
    또는
    Figure pct00101
    이고;
    R2는,
    Figure pct00102

    Figure pct00103

    Figure pct00104
    또는
    Figure pct00105
    이고;
    여기서 X는
    Figure pct00106
    또는
    Figure pct00107
    이고;
    R3 및 R4는 각각 독립적으로
    Figure pct00108
    또는
    Figure pct00109
    이다;
  2. 화학식 (III)의 화합물:
    Figure pct00110

    여기서,
    R8은 -H 또는
    Figure pct00111
    이고;
    R5, R6, R7, 및 R9는 각각 독립적으로: -C8H17, -C10H21, -C12H25, -C13H27, -C14H29, C16H33, 또는 아다만타닐이고,
    m 및 n은 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3, 또는 4이고;
    A는
    Figure pct00112
    -O-,
    Figure pct00113
    Figure pct00114
    , -S-,
    Figure pct00115
    , 또는
    Figure pct00116
    이고;
    R10 및 R11은 각각 독립적으로 -H 또는
    Figure pct00117
    이고;
    R12는 -C10H21이다.
  3. 제1항에 있어서, R2가
    Figure pct00118
    또는
    Figure pct00119
    인 화합물.
  4. 입체형태적으로 구속된(conformationally constrained) 이온화가능한 지질;
    인지질;
    폴리에틸렌 글리콜-지질;
    콜레스테롤; 및 임의로
    핵산
    을 포함하는 지질 나노입자 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질이 제1항 또는 제2항에 따른 구조를 포함하는 지질 나노입자 조성물.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질의 양이 총 몰(total mole)을 기준으로 하여, 약 35 내지 약 65 몰 퍼센트의 범위로 존재하는 지질 나노입자 조성물.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질이 하기에 따른 구조를 갖는 지질 나노입자 조성물
    Figure pct00120
    .
  8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질이 하기에 따른 구조를 갖는 지질 나노입자 조성물
    Figure pct00121
    .
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 인지질이 1-2-디스테아로일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (DSPC)인 지질 나노입자 조성물.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리에틸렌 글리콜-지질이 C14PEG2000 또는 C18PEG2000인 지질 나노입자 조성물.
  11. 제4항, 제5항 또는 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 약 30 mol% 내지 약 70 mol% 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질, 약 5 mol% 내지 약 25 mol% 인지질, 약 25 mol% 내지 약 45 mol% 콜레스테롤, 및 약 0.1 mol% 내지 약 5 mol% 폴리에틸렌 글리콜-지질을 포함하는 지질 나노입자 조성물.
  12. 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 핵산이 RNA, DNA, 단일-가닥(single-stranded) RNA, 단일-가닥 DNA, 이중-가닥 RNA, 이중 가닥 DNA, 삼중-가닥 DNA, siRNA, shRNA, sgRNA, mRNA, miRNA, 안티센스 DNA, 또는 그의 조합을 포함하는 지질 나노입자 조성물.
  13. 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 핵산이 단백질을 인코딩(encoding)하는 지질 나노입자 조성물.
  14. 제4항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 핵산이 RNA-가이드된(guided) DNA 엔도뉴클레아제를 인코딩하는 지질 나노입자 조성물.
  15. 제14항에 있어서, RNA-가이드된 DNA 엔도뉴클레아제가 Cas9, CasX, CasY, Cas13, 또는 Cpf1인 지질 나노입자 조성물.
  16. 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 지질 나노입자가 약 30 nm 내지 약 170 nm의 범위의 유체역학적 직경을 갖는 나노입자 조성물.
  17. 아다만탄 테일(adamantane tail)을 포함하는 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질;
    1-2-디스테아로일-sn-글리세로-3-포스포콜린 (DSPC);
    C14PEG2000;
    콜레스테롤; 및
    siRNA
    를 포함하는 지질 나노입자 조성물.
  18. 제17항에 있어서, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질이 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트인 지질 나노입자.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, C14PEG2000이 약 2.0 내지 약 3.0 몰 퍼센트로 존재하고, DSPC가 약 15 내지 약 17 몰 퍼센트로 존재하고, 콜레스테롤이 약 45 내지 약 47 몰 퍼센트로 존재하고, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질이 약 33 내지 약 36 몰 퍼센트로 존재하고, siRNA가 siRNA에 대한 총 지질의 5 내지 20 질량비로 존재하는 지질 나노입자.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, C14PEG2000이 약 2.5 몰 퍼센트로 존재하고, DSPC가 약 16 몰 퍼센트로 존재하고, 콜레스테롤이 약 46.5 몰 퍼센트로 존재하고, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질이 약 35 몰 퍼센트로 존재하는 지질 나노입자.
  21. 제4항 내지 제20항 중 어느 한 항의 지질 나노입자 조성물, 및 제약상 허용되는 부형제를 포함하는 제약 조성물.
  22. 핵산 전달을 필요로 하는 대상체(subject)에게 제4항 내지 제20항 중 어느 한 항의 지질 나노입자 조성물 또는 제21항의 제약 조성물을 투여하는 것을 포함하는, 상기 대상체에게 핵산을 전달하는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 제2 치료제를 대상체에게 투여하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  24. 면역 세포에 핵산의 전달을 필요로 하는 대상체에게
    3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트;
    DSPC;
    폴리에틸렌 글리콜-지질;
    콜레스테롤; 및
    핵산
    으로 이루어진 지질 나노입자 조성물을 투여하는 것
    을 포함하는, 상기 대상체에서 면역 세포에 핵산을 전달하는 방법이며,
    여기서 지질 나노입자 조성물이 대상체에서 면역 세포에 핵산을 전달하는, 상기 대상체에서 면역 세포에 핵산을 전달하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 지질 나노입자 조성물이 지질 나노입자 조성물을 면역 세포에 표적화하는 표적화 리간드를 함유하지 않는 방법.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 면역 세포가 T 세포인 방법.
  27. 제26항에 있어서, T 세포가 CD8+ T 세포인 방법.
  28. 제26항에 있어서, T 세포가 T 조절 세포인 방법.
  29. 제26항에 있어서, T 세포가 CD4+인 방법.
  30. 제24항 또는 제25항에 있어서, 면역 세포가 대식세포, 수지상 세포, 또는 간 면역 세포인 방법.
  31. 대상체에게 투여시 나노입자 조성물의 비장 또는 간 청소율(clearance)을 감소시키거나 억제하는데 효과적인 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질의 양으로 나노입자 조성물을 제제화(formulating)하는 것을 포함하는, 나노입자 조성물의 비장 또는 간 청소율을 감소시키는 방법.
  32. 제31항에 있어서, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질이 제1항 또는 제2항에 따른 구조를 포함하는 방법.
  33. 대상체에게 투여시 비-헤파토사이트 세포로의 나노입자 조성물의 전달을 증가시키는데 효과적인 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질의 양을 포함하도록 나노입자 조성물을 제제화하는 것을 포함하는, 대상체에서 비-헤파토사이트 세포로의 나노입자 조성물의 전달을 증가시키는 방법.
  34. 제33항에 있어서, 입체형태적으로 구속된 이온화가능한 지질이 제1항 또는 제2항에 따른 구조를 포함하는 방법.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서, 나노입자 조성물이 지질 나노입자 제약 조성물인 방법.
  36. 제35항에 있어서, 지질 나노입자 제약 조성물이 인지질, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 임의로 제1 핵산을 포함하는 방법.
  37. 제33항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 비-헤파토사이트 세포가 비장 B 세포, 비장 T 세포, 폐 내피 세포, 및 간 면역 세포 중 적어도 하나인 방법.
  38. 제33항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 나노입자 조성물이 약 0.5 mg/kg 내지 약 2.0 mg/kg의 범위의 양으로 대상체에게 전달되는 제2 핵산을 추가로 포함하는 방법.
  39. 제38항에 있어서, 대상체에게 전달되는 제2 핵산의 양이 약 1.0 mg/kg 미만인 방법.
  40. 면역 세포에서 유전자 발현의 감소를 필요로 하는 대상체에게,
    3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트;
    DSPC;
    폴리에틸렌 글리콜-지질;
    콜레스테롤; 및
    억제성 핵산
    으로 이루어진 지질 나노입자 조성물을 투여하는 것
    을 포함하는, 상기 대상체에서 면역 세포에서 유전자 발현을 감소시키는 방법으로서,
    여기서 지질 나노입자 조성물이 억제성 핵산을 대상체에서 면역 세포에 전달하는, 상기 대상체에서 면역 세포에서 유전자 발현을 감소시키는 방법.
  41. 제40항에 있어서, 억제성 핵산이 siRNA인 방법.
  42. 제40항 또는 제41항에 있어서, 대상체에게 투여되는 억제성 핵산의 양이 약 1.0 mg/kg 미만인 방법.
  43. 제42항에 있어서, 대상체에게 투여되는 억제성 핵산의 양이 약 0.5 mg/kg인 방법.
  44. 면역 세포에서 유전자의 편집을 필요로 하는 대상체에게 지질 나노입자의 제1 및 제2 집단을 포함하는 지질 나노입자 조성물을 투여하는 것
    을 포함하는, 상기 대상체에서 면역 세포에서 유전자를 편집하는 방법으로서,
    여기서 지질 나노입자의 제1 집단이 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 상기 유전자에 특이적인 sgRNA로 이루어지고,
    여기서 지질 나노입자의 제2 집단이 3-[(1-아다만타닐)아세톡시]-2-{[3-(디에틸아미노)프로폭시카르보닐옥시]메틸}프로필 (9Z,12Z)-9,12-옥타데카디에노에이트, DSPC, 폴리에틸렌 글리콜-지질, 콜레스테롤, 및 RNA 가이드된 DNA 엔도뉴클레아제를 인코딩하는 mRNA로 이루어지는, 상기 대상체에서 면역 세포에서 유전자를 편집하는 방법.
  45. 제44항에 있어서, RNA 가이드된 DNA 엔도뉴클레아제가 Cas9, CasX, CasY, Cas13, 및 Cpf1로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  46. 제44항 또는 제45항에 있어서, 대상체에게 투여되는 sgRNA 및 mRNA 중 하나 또는 둘 다의 양이 약 1.0 mg/kg 미만인 방법.
  47. 제46항에 있어서, 대상체에게 투여되는 sgRNA 및 mRNA 중 하나 또는 둘 다의 양이 약 0.5 mg/kg인 방법.


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