KR20230094975A - 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 포함하는 백신 조성물 - Google Patents
불활화된 폐렴구균 변이 균주를 포함하는 백신 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 출원은 pep27 유전자의 일부 또는 전부가 결실되고, 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 포함하는 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물에 관한 것이다.
Description
본 출원은 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 포함하는 백신 조성물에 관한 것이다.
최근 코로나바이러스를 비롯한 감염 질환 유행으로 인해 백신의 중요성이 강조되고 있으며 특히 기후 온난화로 인해 백신 생산 경비 절감, 수송 및 보관 시의 백신 안정성에 대한 관심이 고조되고 있다.
이런 의학적 필요성을 위해 상온 안정한 백신 제형이 개발되고 있으나 대부분은 바이러스 백신이고, 일부 바이러스 백신 제조 과정에서 균주 자체는 내열성이어도 최종 백신 제제는 냉장이 요구된다(Osman 등, 2021). 세균 또한 불활화되면 다시 생존할 수 없고, 많은 단백질이 관여하는 세균은 상온 안정성을 구현하기 어려워 세균 백신도 상온에서 장기간 안정성을 유지할 수 없다.
따라서, 세균을 이용한 백신 제조시, 균을 불활화시켜 균체 백신(whole cell vaccine)으로 사용하고 있으나(Pace 등, 1998) 이러한 사균 백신 제품들은 불활화시, 단백질이 변성되고 세포막이 붕괴되어 병원균이 죽게 되므로 모두 냉장 또는 냉동 보관해야 한다는 문제가 있다.
한편, 바이러스나 세균과 같은 미생물이 침입하면 식균작용 (phagocytosis)으로 미생물 병원체를 섭취하여 미생물을 분해하면서 항원기(epitope)를 면역세포에 제시하여 선천성 면역 방어 및 항상성을 유지하게 된다(Lee 등, 2020). 식균작용으로 세균을 포획하면 phagosome(endosome)을 형성하고 phagosomes은 일련의 '성숙'단계를 거쳐 점차 산성화되어 결국 리소좀(lysosome)과 융합하여 포식 용해소체(phagolysosomes, endolysosome)로 발달하여 침입하는 병원체를 효과적으로 제거한다. 이런 기전을 통해 대식세포, 호중구 및 수지상 세포를 포함하는 식세포는 미생물 병원체 처리뿐만 아니라 T 세포에 항원을 제시함으로써 후천면역 반응을 시작한다. 따라서 식균작용은 선천면역과 후천면역 사이의 교량 역할을 한다 (Lee 등, 2020).
수지상세포, 대식세포와 같은 항원 제시세포 (antigen-presenting cells: APCs)는 항원제시 세포 타입에 관계없이 표면에 항원 특이적인 특정 T 세포 수용체를 발현하는 특이한 T 세포 subset 와 상호작용(interaction)한다. MHC 클래스 Ⅱ는 엔도솜과 리소솜에서 자기 (self)와 비자기 (non-self) 단백질이 분해되어 생성된 항원성 펩타이드와 결합하여, 항원 특이적 CD4+ T 세포에 펩타이드를 제시한다. CD4+ T 세포에 의해 펩타이드-MHC 클래스 Ⅱ가 인식되면 T 헬퍼 세포 subset 으로 활성화 및 분화가 촉진되면서, 항원 특이적 B 세포와 T 헬퍼 세포 간의 상호 작용을 매개한다. 수지상세포 상의 class I 복합체가 펩타이드-MHC 클래스 I 콤플렉스를 CD8+ T 세포에 의해 인식되면 CD8+ T 세포가 세포독성 T 세포 (cytotoxic T cell)로 분화되도록 촉진시킨다 (Ewanchuk 와 Yates, 2018)
바이러스는 결정화 시킨 후 다시 영양분이 보충되면 생장 가능하지만 병원균은 일단 불활성화 되면 다시 생존할 수 없다. 바이러스 또는 항원성 단백질을 이용한 subunit 백신은 몇 개의 단백질이 관여하지만 많은 단백질이 관여하는 세균은 상온 안정성을 구현하기 어렵다. 즉 병원균은 생장온도가 일정하기 때문에 일정 온도 이상이 되면 사멸하게 된다. 따라서 바이러스 백신과는 대조적으로 세균 백신은 어느 것도 상온에서 장기간 안정성을 달성하지 못했다. 따라서 세균을 이용한 사균 백신 제조 시 가열하거나 알코올, 아세톤 등의 용매 처리, 또는 glutaraldehyde 등을 이용하여 균을 불활성화시켜 균체 백신(whole cell vaccine)으로 사용하고 있으나(Pace 등, 1998) 이런 사균 백신 제품들은 모두 냉장 또는 냉동 보관하고 있다.
따라서, 냉장 또는 냉동 보관하지 않고, 상온에서 장기간 안정성을 달성할 수 있는 세균 백신의 개발이 필요하였다.
Osman N, Goovaerts D, Sultan S, Salt J, Grund C. Vaccine Quality Is a Key Factor to Determine Thermal Stability of Commercial Newcastle Disease (ND)Vaccines. Vaccines (Basel). 2021 Apr 9;9(4):363.
Pace JL, Rossi HA, Esposito VM, Frey SM, Tucker KD, Walker RI. Inactivated whole-cell bacterial vaccines: current status and novel strategies. Vaccine. 1998 Oct;16(16):1563-74.
Lee HJ, Woo Y, Hahn TW, Jung YM, Jung YJ. Formation and Maturation of the Phagosome: A Key Mechanism in Innate Immunity against Intracellular Bacterial Infection. Microorganisms. 2020 Aug 25;8(9):1298.
Ewanchuk BW, Yates RM. The phagosome and redox control of antigen processing.Free Radic Biol Med. 2018 Sep;125:53-61.
본 출원이 해결하고자 하는 과제는 pep27 유전자의 일부 또는 전부가 결실되고, 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 포함하는 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물을 제공하는 것이다.
본 출원이 해결하고자 하는 과제는 상온 및 실온에서 보관 안정 상태를 유지할 수 있는 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 출원이 해결하고자 하는 과제는 상온 및 실온에서 보관 안정 상태를 유지할 수 있는 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 출원이 해결하고자 하는 과제는 상온 및 실온에서 보관 안정 상태를 유지할 수 있는 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 출원의 하나의 실시예는, pep27 유전자의 일부 또는 전부가 결실되고, 하기 수학식 1을 만족하도록 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 포함하는 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물을 제공한다.
[수학식 1]
(상기 수학식 1에서, A는 불활화되기 전의 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값이고, B는 불활화된 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값이다.)
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 변이 균주의 몰 타원율(molar ellipticity) 값은, 하기 수학식 2 및 수학식 3을 만족하는 것일 수 있다.
[수학식 2]
[수학식 3]
(상기 수학식 2에서, CDA195는 195nm에서 불활화되기 전의 변이 균주의 몰 타원율 값이고, CDB195는 195nm에서 불활화된 변이 균주의 몰 타원율 값이며,
상기 수학식 3에서, CDA210은 210nm에서 불활화되기 전의 변이 균주의 몰 타원율값이고, CDB210은 210nm에서 불활화된 변이 균주의 몰 타원율 값이다.)
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 몰 타원율(molar ellipticity) 값은 불활화된 변이 균주의 단백질 2차 구조를 원편광이색성 측정장치에서 측정한 것일 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 불활화된 변이 균주의 세포 내 단백질 응집도는, 하기 수학식 4를 만족하는 것일 수 있다.
[수학식 4]
(상기 수학식 4에서, PA는 세포의 단면에서 응집된 단백질의 강도이고, PT는 세포 단면의 전체 면적이다.)
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 변이 균주는, 서열번호 1로 표시되는 pep27 유전자에서 적어도 1번 내지 53번의 핵산서열을 포함하는 일부 서열이 결실된 것일 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 변이 균주는, 서열번호 1로 표시되는 pep27 유전자 핵산서열의 1번 내지 53번이 결실된 것일 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 변이 균주는, 45℃ 내지 55℃에서 30분 내지 960분 동안 처리하여 불활화된 것일 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 변이 균주는, 상기 변이 균주를 유기용매 존재 하에서, 구체적으로, 에탄올, 이소프로필 및 아세톤으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 존재하에서, 10분 내지 240분 동안 처리하여 불활화된 것일 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 백신 조성물은, 1℃ 내지 65℃의 온도에서 24개월 이상 보관 안정 상태를 유지될 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 조성물은, 약제학적으로 허용가능한 담체, 희석제, 보존제, 안정화제, 완충액 및 면역 보조제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 안정화제는, 알라닌, 히스티딘, 아르기닌, 라이신, 이소류신, 발린, 메티오닌, 글리신 및 프롤린으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 아미노산 안정화제일 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 보존제는, 트레할로스(Trehalose), 탈지유(Skim milk), 소르비톨(Sorbitol), 덱스트란(Dextran), 아스코르브산(Ascorbic acid) 으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 백신 조성물은, 복강 내, 점막 내, 근육 내, 진피 내, 피하, 정맥 내, 직장 내, 폐 내, 경막 내, 경구, 경피 또는 비강 내로 투여하기 위한 것일 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예는, 상기 불활화된 폐렴구균 변이 균주에, 조성물 총 중량을 기준으로 5 내지 10중량% 트레할로스, 5 내지 15중량% 스킴밀크, 2 내지 5중량% 소르비톨 및 3 내지 5중량% 덱스트란으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상; 및 0.1 내지 10중량%의 아스코르브산;을 더 포함하는 보존제를 첨가하는 단계; -80℃ 내지 -70℃에서 24시간 내지 48시간 동안 동결시키는 단계; -50℃ 내지 -40℃, 15 Pa 내지 30 Pa 조건하에서 48시간 내지 60시간 동안 동결건조하는 단계;를 포함하는 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 출원의 하나의 실시예는, pep27 유전자의 일부 또는 전부를 결실시켜 변이 균주를 수득하는 단계; 상기 변이 균주를 배양하는 단계; 및 상기 변이 균주를 하기 수학식 1을 만족하도록 불활화시키는 단계; 를 포함하는 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 제조방법을 제공한다.
[수학식 1]
(상기 수학식 1에서, A는 불활화되기 전의 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값이고, B는 불활화된 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값이다.)
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 불활화시키는 단계는, 상기 변이 균주를 45℃ 내지 55℃에서 30분 내지 960분 동안 처리하거나, 상기 변이 균주를 유기용매 존재 하에서, 구체적으로, 에탄올, 이소프로필 및 아세톤으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 존재하에서, 10분 내지 240분 동안 처리하여 불활화시킬 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 배양하는 단계는, 배지 총 중량을 기준으로 0.5% 효모 추출물을 포함한 Todd-Hewitt 배지 또는 1% 우유 단백 추출물을 포함한 Casitone 배지를 사용하여 배양하는 것일 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 배양하는 단계는, 35℃ 내지 40℃에서 배양시, 균주 수준이 최대가 되는 정체기(stationary phase)에서 OD600 값이 0.3 내지 2.5가 될 때까지 배양되는 것일 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예는 상기 제조방법에 의해 제조된 것인, 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 제공한다.
본 출원의 하나의 실시예는, pep27 유전자의 일부 또는 전부가 결실되고, 하기 수학식 1을 만족하도록 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 제공한다.
본 출원의 하나의 실시예는, pep27 유전자의 일부 또는 전부가 결실되고, 상기 수학식 1을 만족하도록 불활화된 폐렴구균 변이 균주 또는 그를 포함하는 백신 조성물이 폐렴을 예방하거나 치료하는 방법을 제공한다.
본 출원의 하나의 실시예는, pep27 유전자의 일부 또는 전부가 결실되고, 상기 수학식 1을 만족하도록 불활화된 폐렴구균 변이 균주 또는 그를 포함하는 백신 조성물이 폐렴 예방 또는 치료에 사용하기 위한 용도를 제공한다.
본 출원의 하나의 실시예는, pep27 유전자의 일부 또는 전부가 결실되고, 상기 수학식 1을 만족하도록 불활화된 폐렴구균 변이 균주 또는 그를 포함하는 백신 조성물을 투여하여, 투여 대상과 폐렴구균에 대한 면역 반응을 유도하는 방법을 제공한다.
상기 불활화된 폐렴구균 변이 균주는 상기 수학식 2 및 수학식 3을 만족하는 것일 수 있다. 상기 불활화된 폐렴구균 변이 균주는 상기 수학식 4를 만족하는 것일 수 있다.
상기 투여대상은 면역 반응을 유도하기 위한 대상이면, 인간, 동물을 제한하지 않는다.
본 출원의 하나의 실시예에 따른 백신 조성물은 폐렴구균에 대한 면역 반응을 유도하면서도 상온에서 보관 안정성을 유지하는 효과가 있다.
도 1은 변이 균주 생균 및 열 처리로 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 나타낸 것이다.
도 2는 변이 균주 생균 및 화학 용매의 처리로 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4는 변이 균주 생균 및 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 소수성 형광 값을 형광분광광도계를 이용하여 측정하여 나타낸 것이다.
도 5는 생균 및 불활화된 살모넬라 균주의 소수성 형광 값을 형광분광광도계를 이용하여 측정하여 나타낸 것이다.
도 6은 생균 및 불활화된 백일해 균주의 소수성 형광 값을 형광분광광도계를 이용하여 측정하여 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 변이 균주 생균 및 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 원평광이색성분광계(Circular dichroism, CD)를 이용하여 측정한 몰 타원율 값을 나타낸 것이다.
도 9는 변이 균주 생균 및 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 단백질 불활화 정도를 Transmission Electron Microscope(TEM)으로 측정한 사진이다.
도 10은 도 9의 TEM 사진으로 단백질 불활화 정도를 세포 내 단백질 응집도로 나타낸 것이다.
도 11은 생균 및 불활화된 살모넬라 균주의 단백질 불활화 정도를 Transmission Electron Microscope(TEM)으로 측정한 사진이다.
도 12는 도 11의 TEM 사진으로 단백질 불활화 정도를 세포 내 단백질 응집도로 나타낸 것이다.
도 13은 생균 및 불활화된 백일해 균주의 단백질 불활화 정도를 Transmission Electron Microscope(TEM)으로 측정한 사진이다.
도 14는 도 13의 TEM 사진으로 단백질 불활화 정도를 세포 내 단백질 응집도로 나타낸 것이다.
도 15는 불활화된 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 D39 균주에 대한 감염 방어 효능을 나타낸 것이다.
도 16은 불활화된 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 WU2 균주에 대한 감염 방어 효능을 나타낸 것이다.
도 17은 불활화된 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 TIGR4 균주에 대한 감염 방어 효능을 나타낸 것이다.
도 18은 불활화된 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 D39 균주 비강 내 집락형성 억제 효능을 나타낸 것이다.
도 19는 불활화된 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 TIGR4 균주 비강 내 집락형성 억제 효능을 나타낸 것이다.
도 20은 불활화된 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 WU2 균주 비강 내 집락형성 억제 효능을 나타낸 것이다.
도 21은 불활화된 변이 균주 균수에 따른 D39 균주 specific IgG 항체 역가를 나타낸 것이다.
도 22는 열 또는 화학 용매의 처리로 불활화된 변이 균주 접종에 의한 D39 균주 specific IgG 항체 역가를 나타낸 것이다.
도 23은 불활화된 살모넬라 균주 접종에 의한 specific IgG 항체 역가 효능을 나타낸 것이다.
도 24는 불활화된 백일해 균주 접종에 의한 specific IgG 항체 역가 효능을 나타낸 것이다.
도 25는 열 또는 화학 용매의 처리로 불활화된 폐렴구균 변이 균주 접종에 의한 IL-17 유도 수준을 나타낸 것이다.
도 26은 불활화된 살모넬라 균주 접종에 의한 TNF-a 유도 수준을 나타낸 것이다.
도 27은 불활화된 백일해 균주 접종에 의한 TNF-a 유도 수준을 나타낸 것이다.
도 28은 상온(a), 냉장(b), 가속(c) 및 가혹(d) 조건하에서 수행한 불활화된 변이 균주의 안정성 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 29는 불활화된 변이 균주의 보존제에 따른 안정성 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 변이 균주 생균 및 화학 용매의 처리로 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4는 변이 균주 생균 및 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 소수성 형광 값을 형광분광광도계를 이용하여 측정하여 나타낸 것이다.
도 5는 생균 및 불활화된 살모넬라 균주의 소수성 형광 값을 형광분광광도계를 이용하여 측정하여 나타낸 것이다.
도 6은 생균 및 불활화된 백일해 균주의 소수성 형광 값을 형광분광광도계를 이용하여 측정하여 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 변이 균주 생균 및 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 원평광이색성분광계(Circular dichroism, CD)를 이용하여 측정한 몰 타원율 값을 나타낸 것이다.
도 9는 변이 균주 생균 및 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 단백질 불활화 정도를 Transmission Electron Microscope(TEM)으로 측정한 사진이다.
도 10은 도 9의 TEM 사진으로 단백질 불활화 정도를 세포 내 단백질 응집도로 나타낸 것이다.
도 11은 생균 및 불활화된 살모넬라 균주의 단백질 불활화 정도를 Transmission Electron Microscope(TEM)으로 측정한 사진이다.
도 12는 도 11의 TEM 사진으로 단백질 불활화 정도를 세포 내 단백질 응집도로 나타낸 것이다.
도 13은 생균 및 불활화된 백일해 균주의 단백질 불활화 정도를 Transmission Electron Microscope(TEM)으로 측정한 사진이다.
도 14는 도 13의 TEM 사진으로 단백질 불활화 정도를 세포 내 단백질 응집도로 나타낸 것이다.
도 15는 불활화된 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 D39 균주에 대한 감염 방어 효능을 나타낸 것이다.
도 16은 불활화된 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 WU2 균주에 대한 감염 방어 효능을 나타낸 것이다.
도 17은 불활화된 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 TIGR4 균주에 대한 감염 방어 효능을 나타낸 것이다.
도 18은 불활화된 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 D39 균주 비강 내 집락형성 억제 효능을 나타낸 것이다.
도 19는 불활화된 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 TIGR4 균주 비강 내 집락형성 억제 효능을 나타낸 것이다.
도 20은 불활화된 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 WU2 균주 비강 내 집락형성 억제 효능을 나타낸 것이다.
도 21은 불활화된 변이 균주 균수에 따른 D39 균주 specific IgG 항체 역가를 나타낸 것이다.
도 22는 열 또는 화학 용매의 처리로 불활화된 변이 균주 접종에 의한 D39 균주 specific IgG 항체 역가를 나타낸 것이다.
도 23은 불활화된 살모넬라 균주 접종에 의한 specific IgG 항체 역가 효능을 나타낸 것이다.
도 24는 불활화된 백일해 균주 접종에 의한 specific IgG 항체 역가 효능을 나타낸 것이다.
도 25는 열 또는 화학 용매의 처리로 불활화된 폐렴구균 변이 균주 접종에 의한 IL-17 유도 수준을 나타낸 것이다.
도 26은 불활화된 살모넬라 균주 접종에 의한 TNF-a 유도 수준을 나타낸 것이다.
도 27은 불활화된 백일해 균주 접종에 의한 TNF-a 유도 수준을 나타낸 것이다.
도 28은 상온(a), 냉장(b), 가속(c) 및 가혹(d) 조건하에서 수행한 불활화된 변이 균주의 안정성 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 29는 불활화된 변이 균주의 보존제에 따른 안정성 시험 결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 출원을 보다 상세히 설명한다.
이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 출원의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위하여 예시된 것으로, 본 출원의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 출원의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 출원의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 출원의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 출원을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "폐렴구균"은 폐구균 또는 폐렴쌍구균(Diplococcus pneumonia)이라고도 명명되는 그람양성(Gram-positive) 세균으로서, 시간이 지나 분열함에 따라 균들이 계속 이어져 사슬 모양이 되는 것이 관찰되어 연쇄상구균과로 분류되며, 폐렴의 주요 원인으로 알려져 있다.
본원 명세서 전체에서, "pep27" 은 27개의 폴리펩타이드로 구성되어 있으며 vex 전달체(transporter)에 의해 분비되어 생장억제 및 세포 사멸(apoptosis)을 유도하는데, 구체적으로는 막-결합 히스티딘 단백질 카이네이즈(membrane-bound histidine protein kinase)인 vncS 및 세포질 효과기(cytoplasmic effector)인 반응 조절자(response regulator) vncR에 의해 발현이 조절되어 세포 사멸을 유도하는 것으로 알려져 있다. pep27 유전자 또는 그로부터 코딩되는 단백질은 폐렴구균의 혈청형마다 다른 이름으로 명명되기도 하며, pep27의 유전자 서열 또는 이의 펩타이드 서열의 미차가 존재할 수 있으나, 상기 기술한 바와 같이 본 발명의 pep27 유전자는 실질적으로 pep27과 동일한 기능을 수행하는 유전자이면 혈청형에 제한되지 않고 이를 손상시킴으로서 본 발명의 약독화된 폐렴구균 균주를 제조할 수 있다. 바람직하게 상기 pep27 유전자와 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 폐렴구균의 유전자를 모두 포함한다. 더욱 바람직하게 본 발명의 pep27 유전자는 서열번호 1로 표시되는 pep27 펩타이드의 아미노산을 코딩하는 유전자가 돌연변이됨으로써 손상될 수 있다.
본원 명세서 전체에서, “변이” 또는 "돌연변이"는 유전자의 유전적 기능을 변화시키는 모든 행위를 의미하며, 구체적으로는 유전자의 돌연변이는 생물의 여러 가지 변이 중 유전자의 양적 또는 질적인 변화에 의해 생긴 변이를 말한다. 상기 돌연변이는 치환, 결실, 부가, 역위, 중복, 삽입 및 교체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 방법에 의한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원 명세서의 용어, "예방"이란 백신 조성물의 투여에 의해 질환의 발병을 억제 또는 지연시키는 모든 행위를 의미한다.
본원 명세서의 용어, "치료"란 백신 조성물의 투여에 의해 이미 유발된 질환의 증세가 호전되거나 이롭게 되는 모든 행위를 의미한다.
본원 명세서의 용어, "백신"이란 폐렴구균의 감염 또는 폐렴 질환을 예방하기 위한 면역을 위하여 쓰이는 항원으로써, 불활화시킨 폐렴구균 변이 균주로 제조되며, 특정 감염증에 대해 인공적으로 면역원성을 획득하기 위하여 약화시키거나 사멸시킨 병원성 미생물을 개체 내에 투여하는 것을 의미한다. 백신에 의해 자극을 받으면 개체 내의 면역 시스템이 작동하여 항체를 생성하게 되고, 그 감수성을 유지하다가 재감염이 일어나는 경우, 빠른 시간 내에 항체를 효과적으로 생성함으로써 질환을 극복할 수 있게 된다. 다만 본 출원에 따른 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 포함하는 백신은 면역관용 원리에 의하여 기존의 백신과 달리 특정 항원 성분에 대한 방어만이 아니라 폐렴을 일으킬 수 있는 2차 세균 감염성 질환을 포함하는 광범위한 질병의 예방 및 치료 효과를 가질 수 있다.
본원 명세서에서 “폐렴구균 변이 균주”는 pep27 유전자의 일부 또는 전부가 결실된 것일 수 있고, 예를 들어, 서열번호 1로 표시되는 pep27 유전자에서 적어도 1번 내지 53번의 핵산서열을 포함하는 일부 서열이 결실된 것일 수 있다. 상기 변이 균주는 서열번호 1로 표시되는 pep27 유전자 핵산서열의 1번 내지 53번이 결실된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
pep27 유전자 또는 그로부터 코딩되는 단백질은 폐렴구균의 혈청형마다 다른 이름으로 명명되기도 하며, pep27의 유전자 서열 또는 이의 펩타이드 서열의 차이가 존재할 수 있으나, 상기 기술한 바와 같이 본 발명의 pep27 유전자는 실질적으로 pep27과 동일한 기능을 수행하는 유전자이면 혈청형에 제한되지 않고 이를 손상시킴으로서 본 출원의 폐렴구균 변이 균주를 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 pep27 유전자와 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 폐렴구균의 유전자를 모두 포함할 수 있고, 더 구체적으로 본 출원의 pep27 유전자는 서열번호 1로 표시되는 pep27 유전자가 돌연변이됨으로써 손상될 수 있다.
본 명세서의 용어, "불활화"란 독성 있는 균주가 변형 전보다 증식 능력이 상실되는 조건을 의미하고, 사균을 포함한다. 상기 불활화된 균주는 숙주 안에서 복제 분열이 불가능한 상태를 말한다.
상기 불활화된 폐렴구균 변이 균주는 하기 수학식 1을 만족하도록 불활화된 것일 수 있고, 불활화 방법은 제한되지 않는다.
[수학식 1]
(상기 수학식 1에서, A는 불활화되기 전의 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값이고, B는 불활화된 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값이다.)
본 명세서의 용어, "소수성 형광 값"이란 단백질의 비극성 부분에 대한 형광 탐침(probe)으로 pep27 변이 균주의 불활화 조건에 따른 소수성 정도를 anisotropy로 측정한 형광 값이다. 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 소수성 형광 값이 상기 수학식 1의 범위를 만족할 때 면역 효과가 우수하다.
본 명세서의 용어, “몰 타원율(molar ellipticity)”값[θ]은, 원편광이색성(Circular dichroism, CD) 측정장치에서 측정한 불활화된 변이 균주의 단백질 2차 구조인 알파-헬릭스(a-helix) 구조와 베타-시트의 구조의 조성비를 나타내는 값이다. 불활화되기 전의 폐렴구균 변이 균주는 알파-헬릭스 구조 조성비가 높게 측정되어 불활화된 폐렴구균 변이 균주보다 몰 타원율 값이 크다.
상기 불활화된 변이 균주는 단백질 2차 구조가 안정적으로 고정되고 구속되어, 안정성이 우수하다는 장점이 있다.
상기 불활화된 변이 균주의 몰 타원율(molar ellipticity) 값은, 하기 수학식 2 및 수학식 3을 만족하는 것일 수 있다.
[수학식 2]
[수학식 3]
(상기 수학식 2에서, CDA195는 195nm에서 불활화되기 전의 변이 균주의 몰 타원율 값이고, CDB195는 195nm에서 불활화된 변이 균주의 몰 타원율 값이며, 상기 수학식 3에서, CDA210은 210nm에서 불활화되기 전의 변이 균주의 몰 타원율 값이고, CDB210은 210nm에서 불활화된 변이 균주의 몰 타원율 값이다.)
상기 몰 타원율(molar ellipticity) 값은 불활화된 변이 균주의 단백질 2차 구조를 원평광이색성 측정장치에서 측정한 것이고, 상기 195nm와 210nm에서의 조건을 모두 만족하였을 때, 면역 효과가 더 우수하다.
상기 불활화된 변이 균주의 세포 내 단백질 응집도는, 하기 수학식 4를 만족하는 것일 수 있다.
본 명세서의 용어, “세포 내 단백질 응집도”란 세포 내 전체 면적에 대한 세포 내에서 응집된 단백질의 면적 대비 강도의 비율을 의미하고, 하기 수학식 4로 나타낸다.
[수학식 4]
(상기 수학식 4에서, PA는 세포의 단면에서 응집된 단백질의 강도이고, PT는 세포의 단면을 기준으로 할 때 전체 면적이다.)
본 출원의 용어 “세포 내 단백질”은 변이 균주 세포 내 존재하는 모든 단백질을 의미한다. 세포의 단면은 가장 큰 직경을 가지는 단면을 의미할 수 있다. 세포 내 단백질 응집도가 상기 수학식 4의 범위를 만족할 때 면역 효과가 우수하다.
상기 수학식 4의 범위 내의 응집도를 가지는 불활화된 폐렴구균 변이 균주는 독성과 증식력을 없애면서 불활화되기 전의 폐렴구균 변이 균주처럼 우수한 항체 역가를 나타내 면역 효과가 우수하며 백신 효능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
상기 수학식 1을 만족하는 불활화된 폐렴구균 변이 균주가 면역 효과가 우수하다. 또한, 상기 수학식 1과 변이 균주의 몰 타원율 범위 값인 수학식 2 및 수학식 3을 모두 만족하는 불활화된 폐렴구균 변이 균주가 면역 효과가 더 우수하다. 또한, 상기 수학식 1과, 변이 균주의 몰 타원율 범위인 수학식 2 및 수학식 3과, 수학식 4의 값을 모두 만족하는 불활화된 폐렴구균 변이 균주가 면역 효과가 더 우수하다.
상기 불활화된 변이 균주는 상기 변이 균주를 45℃ 이상, 55℃ 이하의 온도에서 30분 내지 960분 동안 처리하여 불활화시킨 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 변이 균주가 45℃ 미만의 온도에서 처리하거나, 30분 미만으로 처리하면 일부 변이 생균이 불활화되지 않을 수 있어, 생균이 검출되는 문제가 있다. 상기 변이 균주가 55℃ 초과의 온도에서 처리하거나, 960분을 초과하여 처리하면 단백질 2차 구조에서 알파-헬릭스가 더 많이 베타-시트로 변형되어 몰 타원율 값이 더 줄어드는 문제가 있고, 세포 내 단백질의 응집도도 높아지는 문제가 있다. 그래서 항체 역가가 낮아져서 백신의 면역 효과가 좋지 않은 문제가 있다.
상기 불활화된 변이 균주는 상기 변이 균주를 45℃ 이상, 50℃ 미만의 온도에서 230분 내지 960분 동안, 50℃ 이상, 55℃ 이하의 온도에서 30분 내지 390분 동안, 50℃ 이상, 53℃ 이하의 온도에서 30 내지 360분 동안, 53℃ 초과, 55℃ 이하의 온도에서 30분 내지 300분 동안 열처리하였을 때 완전히 불활화될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 상기 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3, 또는 수학식 4를 만족시키는 범위에서 적절히 온도와 시간을 조절할 수 있다.
상기 불활화된 변이 균주는 상기 변이 균주를 유기 용매의 존재하에서 10분 내지 240분 동안 처리하여 불활화시킨 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 유기 용매는, 에탄올, 이소프로필, 프로판올, 부탄올, 아세톤, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 클로로포름, 벤젠, 톨루엔, 에틸아세테이트, 에테르, 헥산, 디클로로메탄, 포름알데하이드 및 이의 혼합용매로 구성되는 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 더 구체적으로, 상기 유기용매는, 에탄올, 이소프로필 알코올 및 아세톤으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 유기용매는 매우 낮은 농도에서 장시간 배양하거나 높은 농도에서 단시간 배양하여 세균을 불활화 시킬 수 있으며 통상적인 방법을 통해 여러 가지 변성제 중 본 목적을 달성하기 위해 사용될 수 있는 변성제를 사용하여 본 특허에서 구현하고자 하는 불활화 조건을 최적화할수 있다. 따라서 본 특허는 변성제 종류에 무관하게 최적의 불활화 조건을 도출할 수 있으므로 변성제 종류에 제한되지 않을 수 있다.
만약, 상기 변이 균주를 상기 유기 용매 존재 하에서 240분을 초과하여 처리하면 변이 균주의 세포막이 융해되어 녹아 변형되므로 면역효과가 떨어질 수 있다. 상기 유기 용매는 40% 내지 80% 의 농도로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 변이 균주를 40% 에탄올, 80% 이소프로필, 또는 40% 아세톤을 처리하여 불활화시킬 수 있다.
본 출원의 상기 백신 조성물은, 상온, 실온, 미온, 냉장 또는 냉동에서 보관 안정 상태를 유지할 수 있다. 본 명세서에서, 상온은 15~25℃, 실온은 1~35℃를 의미한다. "실온에서의 안정성"은 더운 지방에서는 일반적인 실온보다 더 높은 온도 범위에서의 안정성을 의미하며, 예를 들어, 이탈리아 또는 텍사스에서는 28℃ 내지 32℃의 범위를 의미한다.
구체적으로, 상기 백신 조성물은, 냉동 온도, 0℃ 이상, 1℃ 이상, 5℃ 이상, 15℃ 이상, 25℃ 이상, 35℃ 이상, 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 65℃ 이상의 온도에서도 보관 안정 상태를 유지할 수 있다. 상기 백신 조성물은, 상기 온도에서 1개월 이상, 3개월 이상, 6개월 이상, 12개월 이상, 24개월 이상, 36개월 이상의 기간에서 보관 안정 상태를 유지할 수 있다.
구체적으로, 상기 백신 조성물은, 냉동 온도, 0℃ 이상, 1℃ 이상, 5℃ 이상, 15℃ 이상, 25℃ 이상, 35℃ 이상, 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 65℃ 이상의 온도에서도 보관 안정 상태를 유지할 수 있다. 상기 백신 조성물은, 상기 온도에서 1개월 이상, 3개월 이상, 6개월 이상, 12개월 이상, 24개월 이상, 36개월 이상의 기간에서 보관 안정 상태를 유지할 수 있다.
구체적으로, 상기 백신 조성물은 0℃ 이상의 온도에서 24개월 이상 보관 안정 상태를 유지될 수 있고, 상기 백신 조성물은 1℃ 이상의 온도에서 24개월 이상 보관 안정 상태를 유지될 수 있다. 상기 백신 조성물은 5℃ 이상의 온도에서 24개월 이상 보관 안정 상태를 유지될 수 있으며, 상기 백신 조성물은 15℃ 이상의 온도에서 24개월 이상 보관 안정 상태를 유지될 수 있다. 상기 백신 조성물은 25℃ 이상의 온도에서 24개월 이상 보관 안정 상태를 유지될 수 있으며, 상기 백신 조성물은 35℃ 이상의 온도에서 24개월 이상 보관 안정 상태를 유지될 수 있다. 상기 백신 조성물은 40℃ 이상의 온도에서 24개월 이상 보관 안정 상태를 유지될 수 있으며 상기 백신 조성물은 50℃ 이상의 온도에서 24개월 이상 보관 안정 상태를 유지될 수 있고, 상기 백신 조성물은 60℃ 이상의 온도에서 24개월 이상 보관 안정 상태를 유지될 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 백신 조성물은, 약제학적으로 허용가능한 담체, 희석제, 보존제, 안정화제, 완충액 및 면역 보조제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 안정화제는, 제제의 안정성에 기여하는 아미노산 안정화제를 함유할 수 있으며, 안정화제는 비-이온성 및 염기성 아미노산로 이루어진 군 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 안정화제는, 알라닌, 히스티딘, 아르기닌, 라이신, 이소류신, 발린, 메티오닌, 글리신 및 프롤린으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 아미노산 안정화제일 수 있다.
비-극성 및 염기성 아미노산의 예시로 알라닌, 히스티딘, 아르기닌, 라이신, 오미틴, 이소류신, 발린, 메티오닌, 글리신 및 프롤린을 포함하며, 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 아미노산 안정화제는 글리신 또는 프롤린, 전형적으로는 글리신일 수 있다. 또한, 상기 안정화제는 단일 아미노산이거나 2 또는 그 이상 아미노산의 조합일 수 있다. 아미노산 안정화제는 천연 아미노산, 아미노산 유사체, 변형 아미노산 또는 아미노산 등가물일 수 있다. 일반적으로, 아미노산은 L-아미노산일 수 있다. 예를 들어, 프롤린이 안정화제로 사용될 경우, 이는 일반적으로 L-프롤린일 수 있으며, 아미노산 등가물, 예를 들어, 프롤린 유사체를 사용하는 것도 가능하다.
상기 아미노산 안정화제는 적어도 100 mM의 양으로 존재한다. 구체적으로, 아미노산 안정화제는 100 mM, 150 mM, 200 mM, 250 mM, 300 mM, 350 mM, 400 mM, 450 mM, 500 mM의 양 또는 적어도 그 이상으로 존재한다. 또한, 상기 안정화제의 아미노산 순도는 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 적어도 99.5% 또는 그 이상이 되어야 한다.
상기 보존제는, 트레할로스(Trehalose), 탈지유(Skim milk), 소르비톨(Sorbitol), 덱스트란(Dextran) 및 아스코르브산(Ascorbic acid)로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 보존제는, 상기 백신 조성물이 동결 건조되는 경우 동결보존제로서의 역할을 할 수 있다.
본 명세서에서 용어 "동결건조"는 세포, 조직, 기관, 유기체 등의 생물학적 재료가 0℃ 미만, 구체적으로는 고체 이산화탄소를 이용해 동결시킨 온도인 -80℃ 미만, 더욱 구체적으로는 액체 질소를 이용해 동결시킨 온도인 -130℃ 미만을 갖는 환경에서 건조되는 방법을 지칭한다.
생물학적 재료는 전형적으로 비조절된 생화학적 동역학에 의해 야기되는 손상에 민감하다. 동결건조 절차 동안, 냉각 또는 동결에 의해 건조되는 생물학적 재료는 전형적으로 하나 이상의 동결보존제와 접촉될 수 있다. 동결건조는 본 출원의 분야에 공지된 임의의 동결건조 절차에 의해 얻어질 수 있으며, 이는 본 출원의 다른 곳에서 기술된 바와 같은 느린 동결 및 다-단계 유리화 및 1-단계 유리화와 같은 과정을 포함한다.
본 명세서의 용어 "생물학적 재료"는 세포, 세포 집합체, 조직 샘플, 기관, 생물학적 유체, (다)세포 유기체 및 임의의 다른 막(예를 들어, 리포좀), 뉴클레오시드(DNA 또는 RNA), 뉴클레오시드(바이러스), 지질 또는 단백질성 개체를 의미한다.
따라서, 상기 동결보존제를 사용하면 변이 균주를 동결보존 또는 건조하는 데 있어서 그 광학/물리적 양태를 변경하지 않고 높은 효율을 가지는 효과가 있으며, 이의 표준화 및 품질 제어가 가능하다는 효과가 있다.
상기 약제학적 조성물에 포함될 수 있는 담체로는 락토오스, 덱스트로오스, 수크로오스, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 미정질 셀룰로오스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시벤조에이트, 프로필히드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유를 들 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 면역 보조제로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 면역 보조제가 제한 없이 사용될 수 있으며, cholera toxin binding unit, aluminum salts, lipid emulsion (MF-59), synthetic detergent (Tween), microspheres, liposomes, mucoadhesive polymers 등을 들 수 있으나 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 백신 조성물은 완충액을 더 포함할 수 있다. 완충액은 어떤 특정 성분으로 국한되지는 않으며 필요에 따라 의약학적으로 허용되는 다양한 완충액 중 어느 하나 또는 그 이상을 사용할 수 있다. 상기 완충액은 구체적으로는 식염수, 정제용 완충액 (예컨대 0.01M PBS), 완충식염수, 덱스트로스, 물, 글리세린, 등장 수성 완충액 및 이들의 조합일 수 있다.
상기 백신 조성물은 pH 조절제, 계면활성제 등을 더 포함할 수 있다
상기 백신 조성물의 제형은, 예를 들어 겔제(젤리제), 크림제, 연고제, 경고제 등의 반고형제, 액상 제제, 산제, 세립제, 과립제, 필름제, 정제, 좌제, 패치제, 마이크로니들용 제제, 구강 내 붕해정 등의 고형 제제, 에어졸제 등의 점막용 스프레이제, 및 흡인제 등으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 상기 약제학적 조성물이 인간 또는 동물의 점막에 투여되는 경우, 상기 반고형 제제 및 고형 제제는 체액 및/또는 체온에 의하여 용해되는 것일 수 있다.
백신 조성물의 제제는 경구 투여를 위한 제제이거나 비경구 투여 제제일 수 있다.
상기 경구형 제제는 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼, 시럽, 에어로졸 등의 제형으로 사용될 수 있다. 경구투여를 위한 고형 제제에는 적어도 하나 이상의 부형제, 예를 들면, 전분, 칼슘카보네이트, 수크로오스, 락토오스, 젤라틴 등을 섞어 조제될 수 있다. 또한, 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용될 수 있다. 경구투여를 위한 비고형 제제에는 단순 희석제인 물, 액체 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있으나 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 비경구형 제제는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제, 좌제, 멸균 주사제, 패치 제제, 스프레이 제제가 포함될 수 있으며, 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 오일, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있으나 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예에서, 상기 백신 조성물은, 복강 내, 점막 내, 근육 내, 진피 내, 피하, 정맥 내, 직장 내, 폐 내, 경막 내, 경구, 경피 또는 비강 내로 투여하기 위한 것일 수 있다.
상기 점막의 위치는 특별히 제한되지 않으며, 당업계에서 점막 투여를 위해 사용되는 신체 위치들. 예를 들어 코 점막, 비강 점막, 구강 내 점막, 눈 점막, 귀 점막, 생식기 점막, 인후 점막, 인두 점막, 기도 점막, 기관지 점막, 폐 점막, 위 점막, 장관 점막, 직장 점막 등으로부터 통상의 기술자가 적절히 선택할 수 있다.
백신의 비강 내 투여는 세균이 상(上)기도 및/또는 하(下 )기도의 점막 표면으로부터 숙주로 감염되는 특정 폐렴구균 감염증에 대해서 면역을 증강함에 유리하다는 효과가 있다.
백신의 경피 투여는 복수의 미소 돌기를 구비하는 패치, 마이크로니들 패치(microneedle patch) 또는 무-바늘성 패치(needle-free patch)를 통해 투여될 수 있다.
상기 백신 조성물은 사용 직전 재구성하는 것이 가능한 동결 건조 분말의 형태일 수 있으며, 안정성이 증대되고 미생물의 증식이 억제되는 효과가 있다.
상기 백신 조성물을 투여할 수 있는 개체는 제한이 없으며, 랫트, 마우스, 가축, 인간 등의 포유동물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본상기 백신 조성물의 유효 투여량의 범위는 성별, 체표면적, 체중, 질환의 종류 및 중증도, 연령, 약물에 대한 민감도, 투여경로 및 배출비율, 투여시간, 치료기간, 표적세포, 발현 수준, 상기 백신 조성물을 단일 약제로 사용하는지 보조 약제로 사용하는지, 병리학적 상태에 따른 폐렴 진행도를 비롯하는 등 기타 의학 분야에 잘 알려진 다양한 요인에 따라 달라질 수 있으며, 당 분야의 전문가들에 의해 적절하게 결정될 수 있다.
상기 백신 조성물은 몇 차례 또는 다수 회 투여할 수 있다. 예를 들면, 본 출원의 백신 조성물을 1회, 2회, 3회, 4회, 5회, 6회, 7회, 8회, 9회, 10회 또는 그 이상 투여할 수 있다. 투여는 약 1주간~ 약 16주간 간격, 어느 특정의 실시 형태에서는 약 1주간~ 약 4주간 간격일 수 있다. 본 발명의 백신이 표적으로 하는 특정의 폐렴구균에 의해 반복 감염 또는 2차 감염되는 경우, 정기적으로 재투여할 수 있다.
본 출원의 하나의 실시예는, pep27 유전자의 일부 또는 전부를 결실시켜 변이 균주를 수득하는 단계; 상기 변이 균주를 배양하는 단계; 및 상기 변이 균주를 상기 수학식 1을 만족하도록 불활화시키는 단계; 를 포함하는 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 제조방법을 제공한다. 상기 수학식 1과 상기 불활화된 폐렴구균 변이 균주에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 제조방법에서 상기 불활화시키는 단계는, 45℃ 내지 55℃의 온도에서 30분 내지 960분 동안 처리되거나, 상기 유매용매의 존재하에서 10분 내지 240분 동안 처리되어 불활화시킬 수 있다. 또한 여러 가지 변성제 및 유기 용매 중 하나 또는 복합 형태로 사용하여 본 특허의 목적을 달성할 수 있다.
상기 배양하는 단계는, 배지 총 중량을 기준으로 0.5% 효모 추출물(Yeast extract)을 포함한 Todd-Hewitt 배지 또는 1% 우유 단백 추출물을 포함한 Casitone 배지를 사용하여 배양하는 것일 수 있다. 상기 배지를 사용함으로써 균주의 생장이 증가하는 장점이 있으나 이에 국한되지 않는다.
상기 배양하는 단계는 35℃ 내지 40℃의 온도에서 배양 시 균주의 생장 주기인 지체기(Lag phase), 대수기(Logarithmic growth phase), 정체기(stationary phase) 및 사멸기(death phase) 중에서, 균주의 증식 속도와 사멸 속도가 동일하거나 휴지상태가 되어 균주량이 일정하게 최대로 유지되는 시기인 정체기(안정기)에서, OD600 값이 0.3 내지 2.5가 될 때까지 배양되는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 배양하는 단계는, seed 균주를 배양하는 하는 단계; 및 main 균주를 배양하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 seed 균주를 배양하는 단계는, 35℃ 내지 40℃에서 배양시, 균주 수준이 최대가 되는 정체기(stationary phase)에서 OD600 값이 0.3 내지 0.6이 될 때까지 배양되는 것일 수 있으며, 상기 main 균주를 배양하는 단계는, 35℃ 내지 40℃에서 배양시, 균주 수준이 최대가 되는 정체기(stationary phase)에서 OD600 값이 1.5 내지 2.5가 될 때까지 배양되는 것일 수 있다.
이하 본 발명을 실시예 및 비교예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1> 폐렴구균 변이 균주 배양 및 준비
1. Seed 균주 배양
pep27 변이 균주(D39 Δpep27)를 THY 혈액 한천배지 또는 CAT modified 배지 조건하에 대한민국특허 제10-2040665호에 기재된 방법으로 제조하고, 배양하여 사용하였다. 변이 균주는 37℃에서 혈액 한천 평판에서 하룻밤 동안 배양한 다음, 0.5 % 효모 추출물(THY; Difco Laboratories)을 첨가한 Todd-Hewitt 브로스 또는 1% 우유 단백 추출물 (Casitone; Difco Laboratories)을 첨가한 Casitone 브로스를 사용하여 37℃에서 3시간 동안 배양하였다. 이때 배지의 부피는 약 100 ml 내지 500 ml이며, 초기 글루코스 농도는 약 210 mg/L이며, 초기 pH는 약 7.0 내지 7.5 이다. 성장 진행은 600 nm에서 OD(optical density)를 측정함으로써 확인되며, 성장 진행은 샘플을 추출하고 한천 플레이트에 도말하여 CFU (colony forming unit) 값을 측정함으로써 확인하엿다. 변이 균주 배양물의 OD600값이 0.3 내지 0.6에 도달하면 Seed 배양물을 채취하였다.
2. Main 균주 배양
상기 변이 균주 seed 배양물을 0.5 % 효모 추출물(THY; Difco Laboratories)을 첨가한 Todd-Hewitt 브로스 또는 1% 우유 단백 추출물 (Casitone; Difco Laboratories)을 첨가한 Casitone 브로스를 사용하여 37℃에서 교반하여 (약 50 rpm) 배양하였다. 이때 배지의 부피는 약 10L 내지 50L이며, 초기 글루코스 농도는 약 210 mg/L이며, 초기 pH는 약 7.0 내지 7.5 이다. 성장 진행은 600 nm에서 OD(optical density)를 측정함으로써 확인하였다. 균주를 배양하여 발효가 일어나 안정기에 도달하면 글루코스 양 및 pH는 감소된다. 따라서 OD600 1.0 내지 1.5에서 글루코스 및 yeast extract를 첨가하여 글루코스 양을 초기 농도인 210 mg/L로 조정하며, 암모늄하이드록사이드를 첨가하여 pH를 7.0 내지 7.5로 조정하였다. 샘플을 추출하고 한천 플레이트에 도말하여 CFU (colony forming unit) 값을 측정함으로써 성장 진행을 확인하였다. 변이 균주 배양물의 OD600값이 1.5 내지 2.5에 도달하면 Main 배양물을 채취하여 폐렴구균 변이 균주를 준비하였다.
<제조예> 불활화된 균주 제조
1. 불활화된 폐렴구균 변이 균주 (inactivated-Δ
pep27
;inact-Δ
pep27
) 제조
(1) 열 처리
상기 제조예 1에서 제조한 폐렴구균 변이 균주를 항온 수조에서 온도와 시간을 다르게 처리하여 불활화시킨 폐렴구균 변이 균주를 제조하였다. 각각의 온도와 처리시간을 하기 표 1에 나타내었다.
| 제조예 | 온도(℃) | 처리시간(분) | 불활화 |
| 1 | - | - | - |
| 2 | 43.5 | 960 | X |
| 3 | 45 | 240 | O |
| 4 | 45 | 960 | O |
| 5 | 47 | 230 | O |
| 6 | 47 | 960 | O |
| 7 | 50 | 55 | O |
| 8 | 50 | 60 | O |
| 9 | 50 | 390 | O |
| 10 | 52 | 50 | O |
| 11 | 52 | 360 | O |
| 12 | 53 | 50 | O |
| 13 | 53 | 360 | O |
| 14 | 55 | 20 | X |
| 15 | 55 | 30 | O |
| 16 | 55 | 300 | O |
| 17 | 60 | 30 | O |
| 18 | 65 | 30 | O |
| 19 | 70 | 30 | O |
| 20 | 75 | 30 | O |
| 21 | 80 | 30 | O |
생균인 상기 제조예 1의 폐렴구균 변이 균주와 상기 제조예 2 내지 제조예 21 중 제조예 1, 2, 3, 5, 8, 10, 12, 15, 17, 18, 19, 20, 21의 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 각각 젠타마이신이 첨가된 혈액한천배지에 도말하여 생존력을 확인하여 도 1에 나타내었다. 43.5℃에서 960분 동안 처리한 제조예 2와 55℃에서 20분 동안 처리한 제조예 14를 제외하고 생균의 검출 없이 완전히 불활화된 것을 확인할 수 있었다.
(2) 화학 용매 처리
상기 제조예 1에서 제조한 폐렴구균 변이 균주를 40% 내지 80% ethanol 용매, 40% 내지 80% isopropyl 용매, 40% 내지 80% acetone 용매에서 상온에서 처리하여 불활화시킨 폐렴구균 변이 균주를 제조하였다. 각각의 조건을 하기 표 2에 나타내었다.
| 번호 | 유기용매 | 처리시간(분) | 불활화 |
| 1 | - | - | - |
| 22 | 40%에탄올 | 10 | O |
| 23 | 50%에탄올 | 10 | O |
| 24 | 60%에탄올 | 10 | O |
| 25 | 70%에탄올 | 10 | O |
| 26 | 80%에탄올 | 10 | O |
| 27 | 70%이소프로필알코올 | 10 | O |
| 28 | 80%이소프로필알코올 | 10 | O |
| 29 | 40%아세톤 | 40 | O |
| 30 | 50%아세톤 | 40 | O |
| 31 | 60%아세톤 | 40 | O |
| 32 | 70%아세톤 | 40 | O |
| 33 | 80%아세톤 | 40 | O |
| 34 | 40%이소프로필알코올 | 10 | O |
| 35 | 50%이소프로필알코올 | 10 | O |
| 36 | 60%이소프로필알코올 | 10 | O |
생균인 상기 제조예 1의 폐렴구균 변이균주와 상기 제조예 22 내지 제조예 36의 불활화된 폐렴구균 변이균주를 각각 젠타마이신이 첨가된 혈액한천배지에 도말하여 균의 생존력을 확인하여 도 2에 나타내었다. 불활화시킨 폐렴구균 변이 균주를 도말하였을 때 생균의 검출 없이 완전히 불활화된 것을 확인할 수 있었다.
2. 불활화된 살모넬라 균주 제조
살아있는 살모넬라 균주(비교예 1)를 항온 수조에서 항온 수조에서 온도와 시간을 다르게 처리하여 비교예 2 내지 5의 불활화시킨 살모넬라 균주를 제조하였다. 각각의 온도와 처리시간을 하기 표 3에 나타내었다.
| 비교예 | 온도(℃) | 처리시간(분) |
| 2 | 55 | 120 |
| 3 | 60 | 30 |
| 4 | 70 | 30 |
| 5 | 80 | 30 |
3. 불활화된 백일해 균주 제조
살아있는 백일해 균주(비교예 6)를 항온 수조에서 온도와 시간을 다르게 처리하여 비교예 7 내지 10의 불활화시킨 백일해 균주를 제조하였다. 각각의 온도와 처리시간을 하기 표 4에 나타내었다.
| 비교예 | 온도(℃) | 처리시간(분) |
| 7 | 55 | 90 |
| 8 | 56 | 30 |
| 9 | 60 | 30 |
| 10 | 70 | 30 |
<실험예 1> 불활화된 균주의 anisotropy 확인
상기 제조예들에서 불활화된 균주가 Bis-ANS 시약과 반응한 형광 정도를 형광분광광도계를 이용하여 소수성 형광 값을 측정하였다.
구체적으로, 각각의 조건에서 불활화된 1 x 108 내지 1 x 109 개의 균주와 10μM Bis-ANS(4,4′-Dianilino-1,1′-binaphthyl-5,5′-disulfonic acid dipotassium salt, Sigma Chemical Co., USA)를 최종 용량 2 ml이 되도록 PBS를 첨가하고 1시간 동안 상온에서 교반하여 반응시켰다.
불활화된 균주를 1시간 동안 Bis-ANS와 반응시킨 후 형광 강도를 측정하기 위해, 반응시킨 용액을 형광광도계용 석영 셀/큐벳에 옮겨 담은 후 형광분광광도계(Cary eclipse flouorescence spectrophotometer, Agilent Technologies Co., USA)를 이용하여 형광 값을 측정하였다. 이때 형광분광광도계 스캔 조건 중 excitation 파장은 350 nm, emission 파장 범위는 400 nm 내지 690 nm로 설정하였다. 형광분광광도계를 이용하여 스캔 후 485nm 내지 505nm 사이에서 나타나는 최대 수치를 측정하여 소수성(hydrophobicity intensity) 형광 값을 측정하였다.
불활화된 폐렴구균 변이 균주의 소수성(hydrophobicity intensity) 형광 값은 도 3, 도 4와 하기 표 5에 나타내었다. 도 3, 도 4 및 표 5를 참조하면, 상기 생균의 소수성 형광값은 31이었다. 제조예 3 내지 제조예17, 제조예 22 내지 제조예 32의 균주의 소수성 형광값은 수학식 1의 범위를 만족하는 것을 확인할 수 있었다.
| 제조예 | 온도(℃) 또는 유기용매 | 처리시간(분) | 불활화 | 소수성 형광값 | 수학식 1 |
| 1 | - | - | - | 31 | - |
| 3 | 45 | 240 | O | 64 | 2.06 |
| 4 | 45 | 960 | O | 63 | 2.03 |
| 5 | 47 | 230 | O | 71 | 2.29 |
| 6 | 47 | 960 | O | 82 | 2.65 |
| 7 | 50 | 55 | O | 82 | 2.65 |
| 8 | 50 | 60 | O | 84 | 2.71 |
| 9 | 50 | 390 | O | 139 | 4.48 |
| 10 | 52 | 50 | O | 101 | 3.26 |
| 11 | 52 | 360 | O | 163 | 5.26 |
| 12 | 53 | 50 | O | 94 | 3.03 |
| 13 | 53 | 360 | O | 162 | 5.23 |
| 15 | 55 | 30 | O | 134 | 4.32 |
| 16 | 55 | 300 | O | 161 | 5.19 |
| 17 | 60 | 30 | O | 164 | 5.29 |
| 18 | 65 | 30 | O | 191 | 6.16 |
| 19 | 70 | 30 | O | 191 | 6.16 |
| 20 | 75 | 30 | O | 229 | 7.39 |
| 21 | 80 | 30 | O | 217 | 7.00 |
| 22 | 40%에탄올 | 10 | O | 95 | 3.06 |
| 23 | 50%에탄올 | 10 | O | 110 | 3.55 |
| 24 | 60%에탄올 | 10 | O | 117 | 3.77 |
| 25 | 70%에탄올 | 10 | O | 120 | 3.87 |
| 26 | 80%에탄올 | 10 | O | 82 | 2.65 |
| 27 | 70%이소프로필알코올 | 10 | O | 63 | 2.03 |
| 28 | 80%이소프로필알코올 | 10 | O | 67 | 2.16 |
| 29 | 40%아세톤 | 40 | O | 74 | 2.39 |
| 30 | 50%아세톤 | 40 | O | 54 | 1.74 |
| 31 | 60%아세톤 | 40 | O | 59 | 1.90 |
| 32 | 70%아세톤 | 40 | O | 55 | 1.77 |
불활화된 살모넬라 균주의 소수성(hydrophobicity intensity) 형광 값은 도 5와 하기 표 6에 나타내었다. 도 5와 표 6을 참조하면, 상기 살모넬라 생균인 비교예 1의 살모넬라 균체의 소수성 형광값은 6.3이었다. 비교예 2 내지 5와 같이 불활화된 살모넬라 균주의 소수성 형광값은 각각 186.2, 171.5, 216.5, 232.7로 수학식 1의 범위를 벗어나는 것을 확인할 수 있었다. 상기 수학식 1에 따른 B/A(A는 불활화되기 전의 균주에서 측정한 소수성 형광 값이고, B는 불활화된 균주에서 측정한 소수성 형광 값)가 1.5 내지 5.3의 범위를 벗어남을 확인할 수 있다. 불활화된 살모넬라 균주는 상기 불활화된 폐렴구균 변이 균주와 달리 수학식 1에 따른 B/A 가 20 이상 35.5 이하의 범위일 때 면역원성 효능이 있다.
불활화된 백일해 균주의 소수성(hydrophobicity intensity) 형광 값은 도 6과 하기 표 6에 나타내었다. 도 6과 표 6을 참조하면, 상기 백일해 생균인 비교예 6의 균체의 소수성 형광값은 25이었다. 비교예 7 내지 10와 같이 불활화된 백일해 균주의 소수성 형광값은 각각 201, 146, 179, 247로 수학식 1의 범위를 벗어나는 것을 확인할 수 있었다. 상기 수학식 1에 따른 B/A(A는 불활화되기 전의 균주에서 측정한 소수성 형광 값이고, B는 불활화된 균주에서 측정한 소수성 형광 값)가 1.5 내지 5.3의 범위를 벗어남을 확인할 수 있다. 불활화된 백일해 균주는 상기 불활화된 폐렴구균 변이 균주와 달리 수학식 1에 따른 B/A 가 5.5 이상 10 이하의 범위일 때 면역원성 효능이 있다.
| 비교예 | 온도(℃) | 처리시간(분) | 소수성 형광 값 | 수학식 1 |
| 1 | - | - | 6.3 | - |
| 2 | 55 | 120 | 186.2 | 29.56 |
| 3 | 60 | 30 | 171.5 | 27.22 |
| 4 | 70 | 30 | 216.5 | 34.37 |
| 5 | 80 | 30 | 232.7 | 36.94 |
| 6 | - | - | 25 | - |
| 7 | 55 | 90 | 201 | 8.04 |
| 8 | 56 | 30 | 146 | 5.84 |
| 9 | 60 | 30 | 179 | 7.16 |
| 10 | 70 | 30 | 247 | 9.88 |
<실험예 2> 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 Circular dichroism (CD) 측정 및 2차 구조 확인
원편광이색성분광계 (Circular dichroism, CD)을 이용하여 상기 제조예 들에서 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 분자구조 변화를 관찰하여 알파-헬릭스 및 베타-시트의 2차 구조 조성비를 몰 타원율(Molar ellipticity)로 측정하였다.
구체적으로, 제조예 들에서 불활화시킨 1 x 108 내지 1 x 109 개의 변이 균주를 원심분리기를 사용하여 상등액 배지 성분을 제거하고 침전된 세균을 PBS로 세척해주고 다시 한번 원심분리기를 이용하여 균주를 세척한 후 사용했다. 불활화된 변이 균주를 인산염(phosphate 용액)에 현탁시킨 후 190 nm 내지 260 nm 파장에서 스펙트럼을 측정한 값과 수학식 2 및 수학식 3의 값을 하기 표 7, 도 7 및 도 8에 나타내었다.
불활화되기 전 폐렴구균 변이 균주인 생균(live)인 제조예 1의 경우 알파 헬릭스(a-helix) 구조의 패턴으로 195 nm에서의 molar ellipticity가 15.0935이고, 210 nm에서의 molar ellipticity가 -9.2289인 것을 확인하였다.
불활화된 폐렴구균 변이 균주의 수학식 2에 따른 값은 1/50 이상 1/4 이하의 범위를 만족하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 표 7과 도 7 및 도 8을 참조하면, 수학식 3에 따른 값은 제조예 3, 8, 15, 22, 28 및 29의 값은 0.152, 0.217, 0.163, 0.163, 0.152, 0.261로 1/7 이상 1/3 이하의 값을 만족하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 제조예 17, 18, 19, 20, 21의 값은 각각 0.12, 0.054, 0.054, 0.054, 0.063, 0.065로 수학식 3의 범위를 벗어나는 것을 확인할 수 있었다.
<실험예 3> 불활화된 균주의 Transmission Electron Microscope (TEM) 분석 및 단백질 응집도 확인
상기 제조예들에서 불활화된 균주의 1 x 108 내지 1 x 109 개 농도로 resin에 중합하여 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 사진과 세포 내 단백질 응집도를 수치화하여 도 9 및 도 10에 나타내었다.
구체적으로, 투과전자현미경 (Transmission Electron Microscope, TEM))을 이용하여 불활화된 균주의 특성 및 구조를 파악하기 위하여 비드 외 표면과 절단한 단면을 영상화하였으며, Image J를 이용하여 불활화된 균주 내부의 불활화된 단백질 조성비를 측정하였다. 이때, 불활화된 균주를 1차 고정, 2차 고정, 탈수 및 resin과의 중합과정을 거쳐 초박절편하여 단면 특성 분석 및 단백질 불활화 정도를 측정하였다.
각각 균체의 세포 내에서 단백질이 응집된 강도를 측정하기 위해 세포 단면을 기준으로 세포 내 단백질이 응집된 정도인 PA 값을 측정하였고, 이를 세포 단면의 전체 면적인 PT 값으로 나누었다. 각각의 불활화된 균체의 단백질이 응집된 강도인 PA값은 세포 단면 전체 면적의 응집된 단백질 강도를 의미한다. 단 이때, 불활화된 단백질의 면적 값에서 생균의 densitometer 측정시 나타나는 backgroud 값을 제거하였다. 생균의 경우 세포 내 단백질 응집이 일어나지 않았기에 응집된 단백질의 강도를 0으로 하였다. 그룹 간의 면적의 평균값을 비교하여 density로 나타내었고, 이를 토대로 단백질 응집도의 강도를 정량화하여 나타내었다. 각각 균체의 단백질 응집도 측정 시 n 수를 20 이상으로 하였다.
불활화된 폐렴구균 변이 균주의 수학식 4에 따른 세포 내 단백질 응집도는 도 10과 하기 표 7에 나타내었다. 도 10과 표 7을 참조하면, 상기 생균인 제조예 1은 세포 내부 구조를 확인하였을 때 단백질 변성이 일어나지 않아 세포 내 단백질 응집도(intracellular protein aggregation density)인 상기 수학식 4의 PA/PT(PA는 세포 내에서 응집된 강도, PT는 세포 내 전체 면적)값을 0으로 하였다. 제조예 3, 8, 15, 22, 28, 29의 불활화된 변이 균주의 PA/PT값은 각각 0.22, 0.06, 0.38, 0.41, 0.13과 0.05로 수학식 4의 범위를 만족하는 것을 확인할 수 있었다.
그러나, 제조예 17, 19, 21의 불활화된 변이 균주의 PA/PT값은 각각 0.53, 0.52, 0.71로 수학식 4의 범위를 벗어나는 것을 확인할 수 있었다.
| 제조예 | CD in 195㎚ | 수학식 2 | CD in 210㎚ | 수학식 3 | 단백질 응집도 (수학식 4) |
| 1 | 15.1 | - | -9.2 | - | 0 |
| 3 | 2.2 | 0.146 | -1.4 | 0.152 | 0.22 |
| 8 | 3.3 | 0.219 | -2 | 0.217 | 0.06 |
| 15 | 0.5 | 0.033 | -1.5 | 0.163 | 0.38 |
| 17 | -1 | 0.066 | -1.1 | 0.120 | 0.53 |
| 18 | -1.4 | 0.093 | -0.5 | 0.054 | - |
| 19 | -1.1 | 0.073 | -0.5 | 0.054 | 0.52 |
| 20 | -0.9 | 0.060 | -0.5 | 0.054 | - |
| 21 | -1.2 | 0.079 | -0.6 | 0.065 | 0.71 |
| 22 | 1 | 0.066 | -1.5 | 0.163 | 0.41 |
| 28 | 0.3 | 0.020 | -1.4 | 0.152 | 0.13 |
| 29 | 3.4 | 0.225 | -2.4 | 0.261 | 0.05 |
불활화된 살모넬라 균주의 수학식 4에 따른 세포 내 단백질 응집도는 표 8과 도 11, 12에 나타내었다. 표 8과 도 11, 12를 참조하면, 상기 생균인 비교예 1의 살모넬라 균체는 세포 내부 구조를 확인하였을 때 단백질 변성이 일어나지 않아 세포 내 단백질 응집도인 상기 수학식 4의 PA/PT(PA는 세포의 단면에서 응집된 단백질의 강도, PT는 세포 단면의 전체 면적)값을 0으로 하였다. 비교예 2 내지 4에서 불활화된 살모넬라 균주의 단백질 응집도는 각각 0.043, 0.036, 0.054, 0.059로 비교예 2 내지 4는 수학식 4의 범위를 벗어나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 불활화된 살모넬라 균주는 상기 불활화된 폐렴구균 변이 균주와 달리 수학식 4에 따른 PA/PT가 0.02이상 0.055이하의 범위일 때 면역원성 효능이 있다.
불활화된 백일해 균주의 수학식 4에 따른 단백질 응집도는 도 13, 14 와 하기 표 8에 나타내었다. 표 8과 도 13, 14를 참조하면, 상기 생균인 비교예 6의 백일해 균주는 세포 내 단백질 응집도인 상기 수학식 4의 PA/PT값이 0 이었다. 비교예 7 내지 10에서 불활화된 백일해 균주의 단백질 응집도는 각각 0.05, 0.047, 0.032, 0.017로 비교예 7 내지 10은 수학식 4의 범위를 벗어나는 것을 확인할 수 있었다. 불활화된 백일해 균주는 상기 불활화된 폐렴구균 변이 균주와 달리 수학식 4에 따른 PA/PT가 0.02이상 0.07이하의 범위일 때 면역원성 효능이 있다.
| 비교예 | 온도(℃) | 시간(분) | 불활화 | 단백질 응집도 (수학식 4) |
| 1 | - | - | X | 0 |
| 2 | 55 | 120 | O | 0.043 |
| 3 | 60 | 30 | O | 0.036 |
| 4 | 70 | 30 | O | 0.054 |
| 5 | 80 | 30 | O | 0.059 |
| 6 | - | - | X | 0 |
| 7 | 55 | 90 | O | 0.05 |
| 8 | 56 | 30 | O | 0.047 |
| 9 | 60 | 30 | O | 0.032 |
| 10 | 70 | 30 | O | 0.017 |
<실험예 4> 불활화된 폐렴구균 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 감염 방어 효능 확인
1. 준비
1.1 생균 및 불활화 폐렴구균 변이 균주의 접종
실험동물을 복강 내 주사로 케타민, 럼푼, PBS를 혼합(1 : 0.25 : 1.25)하여 마취시켰다. 마취된 실험동물을 눕히고 양쪽 코에 25 ul 씩 나눠서, 총 1 x 107 내지 1 x 109 CFU/50 ul 의 제조예 1의 생균 과 제조예 8의 불활화된 변이 균주를 1주 간격으로 3회 인후 접종하였다.
1.2 폐렴구균 균주 감염 후 생존율 측정
생쥐 인후에 제조예 1의 생균을 1주 간격으로 3회, 제조예 8의 불활화된 변이 균주를 2회 또는 3회 접종하였다. 최종 접종 7일 후 각각 5 x 107, 7 x 106, 2 x 108의 폐렴구균 D39, WU2, TIGR4를 하부기도 감염을 통하여 감염시켰다. 감염 후 2주간 24 h 간격으로 생존율을 측정하였다.
2. 결과
2.1. D39에 대한 감염 방어
불활화되기 전의 변이 균주인 제조예 1의 생균과 제조예 8의 불활화된 변이 균주를 접종한 후 독성 폐렴구균 감염으로부터 방어가 되는지 조사하기 위해, 상기 제조예 1의 생균 또는 제조예 8의 불활화된 변이 균주로 최종 접종하고 7일 후 독성 폐렴구균 D39 균주를 생쥐에 인후 감염시키고 생존율을 측정하여 도 15에 나타내었다.
그 결과, 백신을 접종하지 않은 대조군은 30% 생존하였으나 제조예 8의 불활화된 변이 균주 2회 접종군(Heat killed X2)은 80%, 제조예 1의 생균과 제조예 8의 불활화된 변이 균주 3회 접종군(Heat killed X3)은 100% 생존하였다. 이는 불활화된 변이 균주는 생균과 같은 수준으로 D39 감염으로부터 방어할 수 있음을 나타낸다.
2.2. WU2에 대한 감염 방어
불활화된 변이 균주의 접종이 혈청형 2번(D39) 전균 뿐만 아니라 혈청형 3번(WU2)의 감염도 방어할 수 있는지 조사하기 위해, 상기 제조예 1의 생균 또는 제조예 8의 불활화된 변이 균주로 최종 접종하고 7일 후 독성 폐렴구균 WU2 균주를 생쥐에 인후 감염시키고 생존율을 측정하여 도 16에 나타내었다.
백신을 접종하지 않은 대조군은 20% 생존하였으나 제조예 1의 생균과 제조예 8의 불활화된 변이 균주 접종군은 100% 생존하였다. 이는 불활화된 변이 균주 접종이 WU2감염을 생균 접종과 동등한 효율로 방어할 수 있음을 나타낸다.
2.3. TIGR4에 대한 감염 방어
불활화된 변이 균주의 접종이 혈청형 4번(TIGR4)의 감염도 방어할 수 있는지 조사하기 위해, 제조예 1의 생균과 제조예 8의 불활화된 변이 균주로 최종 접종하고 7일 후 독성 폐렴구균 TIGR4 균주를 생쥐에 인후 감염시키고 생존율을 측정하여 도 17에 나타내었다.
백신을 접종하지 않은 대조군은 감염후 13일 만에 모두 사망하였고, 제조예 1의 생균과 제조예 8의 불활화된 변이 균주 접종군은 100% 생존하였다. 이는 불활화된 변이 균주 접종이 TIGR4감염을 생균 접종과 동등한 효율로 방어할 수 있음을 나타낸다.
<실험예 5> 불활화된 폐렴구균 변이 균주 접종에 의한 폐렴구균 비강 내 집락형성 억제 효능 확인
1. 준비
1.1 생균 및 불활화된 변이 균주의 접종
실험동물을 복강 내 주사로 케타민, 럼푼, PBS를 혼합(1 : 0.25 : 1.25)하여 마취시켰다. 마취된 실험동물을 눕히고 양쪽 코에 25 ul 씩 나눠서, 총 1 x 107 내지 1 x 109 CFU/50 ul 의 제조예 1의 생균과 제조예 8의 불활화된 변이 균주를 1주 간격으로 3회 인후 접종하였다.
1.2 폐렴구균 균주 감염 후 방어력 확인 (비강 내 집락형성 확인)
생쥐 인후에 제조예 1의 생균 또는 제조예 8의 불활화된 변이 균주를 1 x 108 개로 1주 간격으로 3회 접종하였다. 감염 당일 폐렴구균 혈청형(D39(혈청형2번), WU2(혈청형 3번), TIGR4(혈청형 4번))를 각각 5 x 107, 7 x 106, 2 x 108 로 배양 배지에 희석하여 준비하였다. 1 ml 주사기(BD, REF301321)에 케타민(유한양행)과 럼푼(바이엘코리아), PBS 혼합액(마취제)을 담은 뒤 80~100 ㎕를 복강 내 투여 방법으로 주사하였다. 마취 후 생쥐의 복부가 위를 행하도록 눕혀두고 양쪽 비강에 각각의 혈청형을 25 ㎕씩 접종하였다.
생쥐 인후에 제조예 1의 생균 또는 제조예 8의 불활화된 변이 균주를 1 x 108 개로 1주 간격으로 3회 접종한 후 여러 가지 폐렴구균 혈청형을 각각 감염시켰다. 비강 내 집락형성 확인시험 하루 전에 생쥐의 비강에 있는 균 수를 측정하기 위해 젠타마이신이 첨가된 혈액 한천배지를 제조하였다. 굳힌 혈액 한천배지는 냉장 보관하였고 colonization 당일 사용하였다. D39 감염 후 24시간, 48시간, WU2 감염 후 96시간, TIGR4 감염 후 24시간, 48시간에 생쥐의 비강에 있는 균 수를 측정하였다. 생쥐를 CO2 가스를 이용해 희생시키고, 인후부를 무균적으로 제거한 후, 호모지나이저 (PRO Scientific Inc., Oxford, CT, USA, Model 200 Double insulated)를 사용하여 500 μl의 PBS(혈액을 제외하고)에서 얼음 위에서 최대 속도로 균질화시키고 멸균 PBS로 연속 희석하여 혈액 한천배지에 도말하여 폐렴구균을 선별하였다. 이어서, 플레이트를 37℃, 95% 공기 - 5% CO2를 함유하는 상태에서 약 18시간 ~ 20시간 동안 배양하여 집락 수를 세는 실험을 진행하였다.
2. 결과
2.1. D39 colonization
D39로 감염 시킨 후 24시간, 48시간 후에 비강에서 균 수를 확인하여 도 18에 나타내었다.
감염 24시간 후, 대조군 그룹에서는 D39 균 수가 현저히 증가한 반면, 제조예 1의 생균과 제조예 8의 불활화된 변이 균주로 3회 면역화(Heat killed X3)한 그룹에서는 균 수가 대략 80% 이상 억제되었다. 감염 48시간 후, 대조군 그룹에서는 D39 균 수가 감염 24시간 후 보다 증가하였으나, 제조예 1의 생균과 제조예 8의 불활화된 변이 균주 로 3회 면역화한 그룹에서는 균 수가 약 90% 이상 억제되었다. 감염 24시간, 48시간 후 모두 불활화된 변이 균주로 2회 접종한 실험군보다 3회 접종한 실험군에서 D39 집락형성이 더 억제되었고, 생균 과 불활화된 변이 균주로 3회 면역화 한 그룹에서는 차이가 없었다. 따라서 불활화된 변이 균주접종으로도 생균 접종과 유사하게 폐렴구균 D39 집락형성이 억제됨을 확인하였다.
2.2. TIGR4 colonization
폐렴구균에는 90가지 이상의 혈청형이 있으므로 폐렴구균 변이 균주 유래 혈청형 2 번과 다른 이종혈청형 TIGR4 (혈청형 4번)으로 감염시킨 후 24시간, 48시간 후에 비강에서 균 수를 확인하여 도 19에 나타내었다.
감염 24시간 후, 대조군 그룹에서는 TIGR4 균 수가 현저히 증가한 반면, 제조예 1의 생균과 제조예 8의 불활화된 변이 균주 접종 군에서는 균 수가 대조군보다 약 50% 억제되었다. 감염 48시간 후, 대조군 그룹에서는 TIGR4 균 수가 감염 24시간 후보다 약 2배 증가되었으나, 생균과 불활화된 변이 균주 접종 군에서는 균 수가 대조군보다 약 90% 억제되었다. 그러나 감염 24시간, 48시간 후 생균 및 불활화된 변이 균주 접종군 사이에서 유의미한 변화는 모두 관찰되지 않음을 확인하였다. 이는 불활화된 변이 균주 접종이 생균 접종과 동등한 효율로 TIGR4감염을 인후에서 방어할 수 있음을 나타낸다.
2.3. WU2 colonization
WU2 (혈청형 3번)로 감염 시킨 후 96시간 후에 비강에서 균 수를 확인하여 도 20에 나타내었다.
대조군 그룹에서는 WU2 균 수가 현저히 증가하였으나, 제조예 1의 생균 또는 제조예 8의 불활화된 변이 균주 접종 군에서는 대조군보다 약 70% 이상 억제되었다. 또한 생균 및 불활화된 변이 균주 접종군 간의 유의성은 없었으며, 불활화된 변이 균주 접종 균 수에 따른 집락형성 억제능에서도 유의성은 없음을 확인하였다. 이는 불활화된 변이 균주 접종이 생균 접종과 동등한 효율로 WU2 감염을 인후에서 방어할 수 있음을 나타낸다.
<실험예 6> 불활화 균주 접종에 의한 항체역가 증가 효능 확인
1. 생균 및 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 접종
실험동물을 복강 내 주사로 케타민, 럼푼, PBS를 혼합(1 : 0.25 : 1.25)하여 마취시켰다. 마취된 생쥐 인후에 1 x 108 개의 제조예 1의 생균 또는 1 x 107 ~ 1 x 109 개의 제조예 8의 불활화된 변이 균주를 1주 간격으로 3회 접종하였다. 최종 접종 7일 후 실험동물을 CO2로 질식시켜 희생시키고 개복하여 복대정맥에서 채혈하여 혈청을 얻어 -80℃에서 ELISA 할 때까지 보관하였다.
2 불활화된 폐렴구균 변이 균주 균수별 항체역가 측정
2.1 준비
D39 균주(OD600=1.0) 1 ml을 PBS washing 후 1/10로 희석하여 96 well immunoplate(SPL)의 모든 well에 100 ul씩 첨가하여 4℃ overnignt 배양한다. plate를 wash buffer로 3번 washing 한 후 blocking buffer를 이용하여 상온에서 1시간 배양하였다. 2번 washing 후 1/100으로 희석하여 준비한 serum sample을 plate 가장 위 A행에 125 ul씩 분주하고, 나머지 행에 blocking buffer를 100 ul씩 분주하였다. A행에서 H행까지 1/5 serial dilution한 뒤 상온에서 두 시간 배양하였다. 3번 washing 후 모든 well에 Secondary antibody (Goat anti mouse IgG HRP, BIO-RAD)를 100 ul씩 첨가 후 상온에서 1시간 배양하였다. 3번 washing 후 TMB substrate solution(R&D System)을 100 ul 씩 첨가 후 15분 배양하였다. 모든 well에 Stop solution(2N H2SO4, Duksan)을 50 ul 씩 첨가한 후 Micro plate spectrophotometer에 plate를 넣고 OD450을 측정하였다.
2.2 결과
1 × 108 CFU의 생균인 제조예 1의 생균과 1 × 107 ~ 1 × 109 CFU의 제조예 8의 불활화된 변이 균주로 3회 접종한 마우스 serum 내의 D39에 대한 IgG 항체 역가를 측정하여 도 21에 나타내었다.
그 결과, 1 × 107 CFU의 불활화된 변이 균주접종군의 항체 역가는 백신을 접종시키지 않은 대조군에 비해 유의하게 증가되지 않았으나 1 x 108과 1 × 109 CFU의 불활화된 변이 균주 접종군의 항체 역가는 생균 접종군과 동등한 수준으로 대조군에 비해 유의하게 증가되었다. 이는 마우스에 불활화된 변이 균주를 접종시키면 생균과 동등한 수준으로 D39에 대한 IgG 항체 역가를 증가시킬 수 있음을 확인하였다.
3. 폐렴구균 변이 균주 불활화 조건에 따른 항체역가 측정
3.1 준비
생쥐 인후에 1 x 108 개의 제조예 1의 생균 또는 제조예 3, 8, 15, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 28, 29 의 불활화된 변이 균주 1 x 108 개를 1주 간격으로 3회 접종하였다. 최종 접종 7일 후 실험동물을 CO2로 질식시켜 희생시키고 개복하여 복대정맥에서 채혈하여 혈청을 얻어 -80℃에서 ELISA 할 때까지 보관하였다. D39 균주(OD600=1.0) 1 ml을 PBS washing 후 1/10로 희석하여 96 well immunoplate(SPL)의 모든 well에 100 ul씩 첨가하여 4℃ overnignt 배양한다. plate를 wash buffer로 3번 washing 한 후 blocking buffer를 이용하여 상온에서 1시간 배양하였다. 2번 washing 후 1/100으로 희석하여 준비한 serum sample을 plate 가장 위 A행에 125 ul씩 분주하고, 나머지 행에 blocking buffer를 100 ul씩 분주하였다. A행에서 H행까지 1/5 serial dilution한 뒤 상온에서 두 시간 배양하였다. 3번 washing 후 모든 well에 Secondary antibody(Goat anti mouse IgG HRP, BIO-RAD)를 100 ul씩 첨가 후 상온에서 1시간 배양하였다. 3번 washing 후 TMB substrate solution(R&D System)을 100 ul 씩 첨가 후 15분 배양하였다. 모든 well에 Stop solution(2N H2SO4, Duksan)을 50 ul 씩 첨가한 후 Micro plate spectrophotometer에 plate를 넣고 OD450을 측정하였다.
3.2. 폐렴구균 변이 균주 불활화 조건에 따른 항체역가 증가
1 × 108 CFU의 제조예 1의 생균과 1 × 108 CFU의 제조예 3, 8, 15, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 28, 29의 불활화된 변이 균주로 3회 접종한 마우스 serum 내의 D39에 대한 IgG 항체 역가를 측정하여 도 22에 나타내었다.
그 결과, 제조예 3, 8, 15의 불활화한 변이 균주 접종군의 항체 역가는 생균 접종군과 동등한 수준으로 대조군보다 유의하게 증가되었고, 제조예 22, 28, 29의 불활화한 변이 균주 접종군의 항체 역가도 통계적으로 유의미하게 증가되었다.
제조예 3, 8, 15, 22, 28, 29를 살펴보면, 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3, 수학식 4의 범위를 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 제조예 17, 19, 21을 살펴보면, 수학식 3과 수학식 4의 범위를 벗어나는 것을 확인할 수 있고, 제조예 18, 20을 살펴보면 수학식 1과 수학식 3의 범위를 벗어나는 것을 확인할 수 있다.
4. 불활화된 살모넬라 균주 접종에 의한 항체역가 증가 효능 확인
4.1 불활화된 살모넬라 균주 접종 준비
생쥐에 5 x 107 내지 1 x 109 개의 비교예 1의 생균 또는 비교예 2 내지 5와 같이 불활화된 살모넬라 균주 3 x 107 개를 1주 간격으로 2회 경구 접종하였다. 최종 접종 7일 후 실험동물을 CO2로 질식시켜 희생시키고 개복하여 복대정맥에서 채혈하여 혈청을 얻어 -80℃에서 ELISA 할 때까지 보관하였다. 살모넬라 생균(OD600=1.0) 1 ml을 PBS washing 후 1/10로 희석하여 96 well immunoplate (SPL)의 모든 well에 100 ul씩 첨가하여 4℃ overnignt 배양한다. plate를 wash buffer로 3번 washing 한 후 blocking buffer를 이용하여 상온에서 1시간 배양하였다. 2번 washing 후 1/100으로 희석하여 준비한 serum sample을 plate 가장 위 A행에 125 ul씩 분주하고, 나머지 행에 blocking buffer를 100 ul씩 분주하였다. A행에서 H행까지 1/5 serial dilution한 뒤 상온에서 두 시간 배양하였다. 3번 washing 후 모든 well에 Secondary antibody (Goat anti mouse IgG HRP, BIO-RAD)를 100 ul씩 첨가 후 상온에서 1시간 배양하였다. 3번 washing 후 TMB substrate solution(R&D System)을 100 ul 씩 첨가 후 15분 배양하였다. 모든 well에 Stop solution (2N H2SO4, Duksan)을 50 ul 씩 첨가한 후 Micro plate spectrophotometer에 plate를 넣고 OD450을 측정하였다.
4.2 항체역가 증가 효능 확인 결과
5 x 107 개의 비교예 1의 생균과 1 x 109 개의 비교예 2 내지 5의 불활화된 살모넬라 균주로 2회 면역화 마우스 serum 내의 살모넬라 균주에 대한 IgG 항체 역가를 측정하여 도 23에 나타내었다.
그 결과, 비교예 2 내지 4의 불활화된 살모넬라 균주 접종군의 항체 역가는 생균 접종군과 동등한 수준으로 대조군보다 유의하게 증가되었다. 상기 수학식 1에 따른 B/A(A는 불활화되기 전의 균주에서 측정한 소수성 형광 값이고, B는 불활화된 균주에서 측정한 소수성 형광 값)가 20 내지 35.5의 범위 내에 있음을 확인할 수 있었다.
한편, 수학식 1에 따른 B/A가 20 내지 35.5의 범위를 벗어난 비교예 5의 불활화된 살모넬라 균주 접종군의 항체 역가는 비교예 2 내지 4에 비하여 떨어진 것을 확인할 수 있었다.
5. 불활화된 백일해 균주 접종에 의한 항체역가 증가 효능 확인
5.1 불활화된 백일해 균주 접종 준비
생쥐 복강에 3 x 107 개의 비교예 6의 생균 또는 비교예 7 내지 10과 같이 불활화된 백일해 균주 3 x 107 개를 1주 간격으로 2회 복강으로 접종하였다. 최종 접종 7일 후 실험동물을 CO2로 질식시켜 희생시키고 개복하여 복대정맥에서 채혈하여 혈청을 얻어 -80℃에서 ELISA 할 때까지 보관하였다. 백일해 생균(OD600=1.0) 1 ml을 PBS washing 후 1/10로 희석하여 96 well immunoplate(SPL)의 모든 well에 100 ul씩 첨가하여 4℃ overnignt 배양한다. plate를 wash buffer로 3번 washing 한 후 blocking buffer를 이용하여 상온에서 1시간 배양하였다. 2번 washing 후 1/100으로 희석하여 준비한 serum sample을 plate 가장 위 A행에 125 ul씩 분주하고, 나머지 행에 blocking buffer를 100 ul씩 분주하였다. A행에서 H행까지 1/5 serial dilution한 뒤 상온에서 두 시간 배양하였다. 3번 washing 후 모든 well에 Secondary antibody(Goat anti mouse IgG HRP, BIO-RAD)를 100 ul씩 첨가 후 상온에서 1시간 배양하였다. 3번 washing 후 TMB substrate solution(R&D System)을 100 ul 씩 첨가 후 15분 배양하였다. 모든 well에 Stop solution(2N H2SO4, Duksan)을 50 ul 씩 첨가한 후 Micro plate spectrophotometer에 plate를 넣고 OD450을 측정하였다.
2. 항체역가 증가 효능 확인 결과
3 x 107 개의 비교예 6의 생균과 3 x 107 개의 비교예 7 내지 10의 불활화된 백일해 균주로 2회 면역화 마우스 serum 내의 백일해 균주에 대한 IgG 항체 역가를 측정하여 도 24에 나타내었다.
그 결과, 비교예 7 내지 9의 불활화된 백일해 균주 접종군의 항체 역가는 생균 접종군과 동등한 수준으로 대조군보다 유의하게 증가되었다. 상기 수학식 1에 따른 B/A(A는 불활화되기 전의 균주에서 측정한 소수성 형광 값이고, B는 불활화된 균주에서 측정한 소수성 형광 값)가 5.5 내지 10의 범위 내에 있음을 확인할 수 있었다.
<실험예 7> 불활화된 폐렴구균 균주 접종에 의한 IL-17 유도 확인
1. 생균 및 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 접종
실험동물을 복강 내 주사로 케타민, 럼푼, PBS를 혼합(1 : 0.25 : 1.25)하여 마취시켰다. 마취된 실험동물을 눕히고 양쪽 코에 25 ul씩 나눠서, 총 1 x 108 내지 1 x 109 CFU/50 ul 의 제조예 1의 생균과 제조예 3, 8, 15, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 28, 29의 불활화된 변이 균주를 1주 간격으로 3회 인후 접종하였다.
2. 비장 세포 분리
비장을 적출하기 하루 전에 T 림프구를 자극하기 위해 항-CD3e(1 μg/ml; BioLegend) 및 항-CD28(3 μg/ml; BioLegend) 항체를 사용하여 비장 세포를 분주할 플레이트를 코팅하였다. 최종 접종 1주일 후 비장을 적출하고 차가운 PBS로 세척하여 시약이 맑아질 때까지 세척 하였다. 세척한 비장조직을 여과기(70μm cell strainer)를 이용하여 부스러뜨린 후 ACK buffer(Gibco, A10492-01)로 조직에 있는 적혈구(RBC)를 제거하였다. 배양 배지로 세척 후 비장 세포를 1 x 106 ~ 1 x 107/ml로 희석하여 항-CD3e(1 μg/ml; BioLegend) 및 항-CD28(3 μg/ml; BioLegend) 항체로 코팅된 12 well plate의 각 well에 2 ml 씩 분주하였다. 비장 세포 적출 당일 1 x 108 의 D39를 배양 배지에 준비하고, 비장 세포가 분주 된 well에 각각 1 x 106 개 ~ 25 x 107 개를 처리하였다. 24시간~48시간 배양 후 수확하여, 배양 배지의 사이토카인 수준을 측정하였다.
3. 사이토카인 측정
비장 세포에서 인터루킨(Interleukin: IL-17)을 측정하였고, IL-17의 농도는 시판중인 효소 결합 면역 흡착 분석(enzyme-linked immunosorbent assay; ELISA) 킷(Invitrogen, mouse IL-17 ELISA KIT)를 사용하여 제조사의 지시대로 측정하였다.
면역관용 반응을 뒷받침하기 위해 생쥐의 비장 세포에서 IL-17 사이토카인 수치의 변화를 시간별로 측정하여 도 25에 나타내었다. 비장세포에 D39 로 24시간 감염시키고 음성대조군에 비해 제조예 1의 생균과, 제조예 3, 8, 15, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 28, 29의 불활화된 변이 균주 접종군의 비장세포에서 IL-17 양이 약 3배 내지 10배 정도 증가하였다.
또한 불활화되기 전의 생균과 불활화된 변이 균주 접종군 사이에서 유의미한 변화는 관찰되지 않았다. 제조예 8의 불활화된 변이 균주접종으로도 제조예 1의 생균 접종에 의한 IL-17 유도 수준과 동등한 수준의 IL-17이 유도됨을 확인하였다.
제조예 8을 살펴보면, 수학식 1에 따른 B/A(A는 불활화되기 전의 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값, B는 불활화된 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값)가 2.71이어서 1.5 내지 5.3의 범위에 있음을 확인할 수 있다. 또한, 제조예 8은 195nm에서 몰 타원율 값이 3.3이어서 수학식 2의 범위인 1/50 내지 1/4를 만족하고, 210nm에서 몰 타원율 값이 -2이어서 수학식 3의 범위인 1/7 내지 1/3를 만족하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 제조예 8은 세포 내 단백질 응집도인 수학식 4에 따른 PA/PT값이 0.06이어서 수학식 4의 범위인 0.05 내지 0.5의 범위를 만족하는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 제조예 19의 불활화된 변이 균주 접종군의 IL-17 수준은 제조예 8에 비하여 감소된 것을 확인할 수 있었다.
제조예 19는 수학식 1에 따른 B/A(A는 불활화되기 전의 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값, B는 불활화된 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값)가 6.13으로 수학식 1의 범위인 1.5 내지 5.3을 벗어남을 확인할 수 있다. 또한, 제조예 19는 몰 타원율을 측정하였을 때 195nm와 210nm에서 음의 값을 나타내며 수학식 2와 수학식 3의 범위를 벗어나는 것을 확인할 수 있다. 또한 제조예 19는 수학식 4의 범위인 0.05 내지 0.5를 벗어남을 확인할 수 있다.
<실험예 8> 불활화 살모넬라 균주와 불활화 백일해 균주 접종에 의한 TNF-a 유도 확인
1. 불활화 살모넬라 균주 접종에 의한 TNF-a 유도 확인
1.1. 생균 및 불활화된 살모넬라 균주의 접종
생쥐에 5 x 107 내지 1 x 109 개의 비교예 1의 생균과 비교예 2 내지 5의 불활화된 살모넬라 균주를 1주 간격으로 2회 경구 접종하였다.
1.2. 비장 세포 분리
비장을 적출하기 하루 전에 T 림프구를 자극하기 위해 항-CD3e(1 μg/ml; BioLegend) 및 항-CD28(3 μg/ml; BioLegend) 항체를 사용하여 비장 세포를 분주할 플레이트를 코팅하였다. 최종 접종 1주일 후 비장을 적출하고 차가운 PBS로 세척하여 시약이 맑아질 때까지 세척 하였다. 세척한 비장조직을 여과기(70μm cell strainer)를 이용하여 부스러뜨린 후 ACK buffer(Gibco, A10492-01)로 조직에 있는 적혈구(RBC)를 제거하였다. 배양 배지로 세척 후 비장 세포를 5 x 105/ml로 희석하여 항-CD3e(1μg/ml; BioLegend) 및 항-CD28(3μg/ml; BioLegend) 항체로 코팅 된 12 well plate의 각 well에 2 ml 씩 분주하였다. 비장 세포가 분주 된 well에 살모넬라 균 각각 1.25 x 107 개를 처리하였다. 6시간 배양 후 수확하여, 배양 배지의 사이토카인 수준을 측정하였다.
1.3. 사이토카인 측정
비장 세포에서 종양괴사인자-a(Tumor necrosis factor-alpha: TNF-a)을 측정하였고, TNF-a의 농도는 시판중인 효소 결합 면역 흡착 분석(enzyme-linked immunosorbent assay; ELISA) 킷(Invitrogen, mouse TNF-a ELISA KIT)를 사용하여 제조사의 지시대로 측정하였다.
면역관용 반응을 뒷받침하기 위해 생쥐의 비장 세포에서 TNF-a 사이토카인 수치의 변화를 시간별로 측정하여 도 26에 나타내었다. 비장세포에 백일해 균주로 24시간 감염시키고 음성대조군에 비해 비교예 1의 생균과, 비교예 2 내지 5의 불활화된 살모넬라 균주 접종군의 비장세포에서 TNF-a 양이 증가한 것을 확인할 수 있다.
2. 불활화 백일해 균주 접종에 의한 TNF-a 유도 확인
1. 생균 및 불활화된 백일해 균주의 접종
총 3 x 107 CFU/100 ul 의 비교예 6의 생균과 비교예 7 내지 10의 불활화된 백일해 균주를 1주 간격으로 2회 복강 접종하였다.
2. 비장 세포 분리
비장을 적출하기 하루 전에 T 림프구를 자극하기 위해 항-CD3e(1 μg/ml; BioLegend) 및 항-CD28(3 μg/ml; BioLegend) 항체를 사용하여 비장 세포를 분주할 플레이트를 코팅하였다. 최종 접종 1주일 후 비장을 적출하고 차가운 PBS로 세척하여 시약이 맑아질 때까지 세척 하였다. 세척한 비장조직을 여과기(70 μm cell strainer)를 이용하여 부스러뜨린 후 ACK buffer(Gibco, A10492-01)로 조직에 있는 적혈구(RBC)를 제거하였다. 배양 배지로 세척 후 비장 세포를 5 x 105/ml로 희석하여 항-CD3e(1 μg/ml; BioLegend) 및 항-CD28(3 μg/ml; BioLegend) 항체로 코팅 된 12 well plate의 각 well에 2 ml 씩 분주하였다. 비장 세포가 분주 된 well에 백일해 균 각각 1.25 x 107 개를 처리하였다. 6시간 배양 후 수확하여, 배양 배지의 사이토카인 수준을 측정하였다.
3. 사이토카인 측정
비장 세포에서 종양괴사인자-a (Tumor necrosis factor-alpha: TNF-a)을 측정하였고, TNF-a의 농도는 시판중인 효소 결합 면역 흡착 분석(enzyme-linked immunosorbent assay; ELISA) 킷(Invitrogen, mouse TNF-a ELISA KIT)를 사용하여 제조사의 지시대로 측정하였다.
면역관용 반응을 뒷받침하기 위해 생쥐의 비장 세포에서 TNF-a 사이토카인 수치의 변화를 시간별로 측정하여 도 27에 나타내었다. 비장세포에 백일해 균주로 24시간 감염시키고 음성대조군에 비해 비교예 6의 생균과, 비교예 7 내지 10의 불활화된 백일해 균주 접종군의 비장세포에서 TNF-a 양이 증가한 것을 확인할 수 있다.
<실험예 9> 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 보관 효능 확인
1, 보존제 첨가
실온 보관 가능한 제형을 개발하기 위해 다음과 같은 물질을 보존제로 첨가하였다. 5% 내지 10% 트레할로오스(trehalose; Sigma aldrich), 5% 내지 15% 스킴밀크(skim milk; Difco Lavoratories), 2% 내지 5% 소르비톨(sorbitol; Sigma Aldrich) 또는 3% 내지 5% 덱스트란(dextran; Sigma Aldrich)에 1% 아스코르브산(ascorbic acid; Sigma Aldrich)을 첨가하였다. 각각의 보존제에 대한 pH는 약 7.2 내지 7.6이 되도록 조정하였다. pH가 상기 범위를 벗어나면 보관 효능이 떨어질 수 있다. 1 x 108 내지 1.5 x 109 개의 제조예 8의 불활화된 변이 균주에 보존제를 500 ㎕ 내지 1000 ㎕ 첨가하여 균일화하였다.
2.동결 건조 및 원료 제조
1 x 108 내지 1.5 x 109 개의 불활화된 변이 균주를 함유하는 바이알(vial)에 상기의 보존제를 0.5 ml 내지 1.5 ml 첨가하여 균일화한 다음 -80℃ 내지 -70℃에서 24시간 내지 48시간 동안 동결을 시키고 48시간 내지 60시간 동안 동결건조를 수행하였다. 동결건조는 -50℃ 내지 -40℃, 15 Pa 내지 30 Pa 조건하에서 동결건조를 수행하였다.
3. 안정성 확인
동결 건조된 제형의 안정성 확인을 위해서 상온, 냉장, 가속, 가혹 조건하에서 3개월 동안 보관 후 실온 보관 가능한 백신의 면역원성을 확인하였다.
상온의 경우 15 내지 25℃, 냉장의 경우 5±3℃, 가속의 경우 40±2℃/75±5%, 가혹의 경우 60±2℃/80±5% 조건하에서 3개월 동안 보관하여 안정성 시험을 진행하였다.
구체적으로, 생쥐 인후에 1 x 108 개의 불활화된 변이 균주를 3개월 동안 안정성 시험을 진행한 제형을 1 x 108 개로 1주 간격으로 3회 접종하였다. 최종 접종 7일 후 실험동물을 CO2로 질식으로 희생시키고 개복하여 복대정맥에서 채혈하여 혈청을 얻어 -80℃에서 ELISA 할 때까지 보관하였다. D39 균주(OD600=1.0) 1 ml을 PBS washing 후 1/10로 희석하여 96 well immunoplate(SPL)의 모든 well에 100 ul씩 첨가하여 4℃에서 overnignt 배양한다. plate를 wash buffer로 3번 washing 한 후 blocking buffer를 이용하여 상온에서 1시간 배양하였다. 2번 washing 후 1/100으로 희석하여 준비한 serum sample을 plate 가장 위 A행에 125 ul씩 분주하고, 나머지 행에 blocking buffer를 100 ul씩 분주하였다. A행에서 H행까지 1/5 serial dilution한 뒤 상온에서 두 시간 배양하였다. 3번 washing 후 모든 well에 Secondary antibody (Goat anti mouse IgG HRP, BIO-RAD)를 100 ul씩 첨가 후 상온에서 1시간 배양하였다. 3번 washing 후 TMB substrate solution(R&D System)을 100 ul 씩 첨가 후 15분 배양하였다. 모든 well에 Stop solution(2N H2SO4, Duksan)을 50 ul 씩 첨가한 후 Micro plate spectrophotometer에 plate를 넣고 OD450을 측정하였다.
그 결과, 1 × 108 CFU의 불활화된 변이 균주를 3개월 동안 안정성 시험을 진행한 시제품을 1 x 108 개 로 3회 접종한 마우스 serum 내의 D39에 대한 IgG 항체 역가를 측정하였다. 보존제의 종류를 다르게 한 상온(a), 냉장(b), 가속(c) 및 가혹(d) 조건에 따른 안정성 시험 결과와 보존제 종류에 따른 결과를 도 28과 도 29에 나타냈다.
도 28 및 도 29를 참조하면, 불활화된 변이 균주를 바로 접종한 군(Inact)과 불활화된 변이 균주를 상온, 냉장, 가속 및 가혹 조건하에서 안정성 시험을 진행한 시제품의 항체 역가 비교시 대조군(Con)에 비해 비슷한 수준으로 유의성있게 증가하였다. 이는 불활화된 변이 균주를 상온, 냉장, 가속 및 가혹 조건하에 3개월 동안 보관 후 마우스에 접종하여도 유의성있게 D39에 대한 IgG 항체 역가가 증가됨을 확인할 수 있다. 또한, 불활화된 변이 균주를 장기간 실온 보관하여도 면역원성을 유지되어 실온에서도 안정하다는 것을 확인 및 검증하였다.
이상으로 본 출원의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 출원의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
<110> Doknip Biopharm Co.
<120> VACCINE COMPOSITION COMPRISING INACTIVATED STREPTOCOCCUS
PNEUMONIAE MUTANT
<130> 21P1209T
<160> 1
<170> KoPatentIn 3.0
<210> 1
<211> 84
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> pep27 of Streptococcus pneumoniae D39
<400> 1
atgagaaagg aatttcacaa cgttttatct agtgatcagt tacttacaga caaaaggcca 60
gcaagagact ataatagaaa atag 84
Claims (18)
- pep27 유전자의 일부 또는 전부가 결실되고, 하기 수학식 1을 만족하도록 불활화된 폐렴구균 변이 균주를 포함하는 것인, 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물.
[수학식 1]
(상기 수학식 1에서, A는 불활화되기 전의 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값이고, B는 불활화된 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값이다.) - 청구항 1에 있어서,
상기 변이 균주의 몰 타원율(molar ellipticity) 값은,
하기 수학식 2 및 수학식 3을 만족하는 것인, 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물.
[수학식 2]
[수학식 3]
(상기 수학식 2에서, CDA195는 195nm에서 불활화되기 전의 변이 균주의 몰 타원율 값이고, CDB195는 195nm에서 불활화된 변이 균주의 몰 타원율 값이며,
상기 수학식 3에서, CDA210은 210nm에서 불활화되기 전의 변이 균주의 몰 타원율값이고, CDB210은 210nm에서 불활화된 변이 균주의 몰 타원율 값이다.)
- 청구항 1에 있어서,
상기 변이 균주의 세포 내 단백질 응집도는,
하기 수학식 4를 만족하는 것인, 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물.
[수학식 4]
(상기 수학식 4에서, PA는 세포의 단면에서 응집된 단백질의 강도이고, PT는 세포 단면의 전체 면적이다.) - 청구항 1에 있어서,
상기 변이 균주는,
서열번호 1로 표시되는 pep27 유전자에서 1번 내지 53번의 핵산서열을 포함하는 일부 서열이 결실된 것인, 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 변이 균주는,
서열번호 1로 표시되는 pep27 유전자 핵산서열의 1번 내지 53번이 결실된 것인, 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 변이 균주는,
45℃ 내지 55℃에서 30분 내지 960분 동안 처리하거나,
유기용매의 존재하에서 10분 내지 240분 동안 처리하여 불활화된 것인, 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 백신 조성물은,
1℃ 내지 65℃의 온도에서 24개월 이상 보관 안정 상태를 유지하는 것인, 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 백신 조성물은,
약제학적으로 허용가능한 담체, 희석제, 보존제, 안정화제, 완충액 및 면역 보조제로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것인, 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물. - 청구항 8에 있어서,
상기 안정화제는,
알라닌, 히스티딘, 아르기닌, 라이신, 이소류신, 발린, 메티오닌, 글리신 및 프롤린으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 아미노산 안정화제인 것인, 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물. - 청구항 8에 있어서,
상기 보존제는,
트레할로스(Trehalose), 탈지유(Skim milk), 소르비톨(Sorbitol), 덱스트란(Dextran) 및 아스코르브산(Ascorbic acid)으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것인, 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 백신 조성물은,
복강 내, 점막 내, 근육 내, 진피 내, 피하, 정맥 내, 직장 내, 폐 내, 경막 내, 경구, 경피 또는 비강 내로 투여하기 위한 것인, 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물. - 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항의 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물의 제조방법으로,
상기 불활화된 폐렴구균 변이 균주에, 조성물 총 중량을 기준으로
5중량% 내지 10중량% 트레할로오스, 5중량% 내지 15중량% 스킴밀크, 2중량% 내지 5중량% 소르비톨 및 3중량% 내지 5중량% 덱스트란으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상, 및
0.1중량% 내지 10중량%의 아스코르브산;을 더 포함하는 보존제를 첨가하는 단계;
-80℃ 내지 -70℃에서 24시간 내지 48시간 동안 동결시키는 단계; 및
-50℃ 내지 -40℃, 15 Pa 내지 30 Pa 조건하에서 48시간 내지 60시간 동안 동결건조하는 단계;를 포함하는 폐렴 예방 또는 치료용 백신 조성물의 제조방법. - 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항의 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 제조방법에 있어서,
pep27 유전자의 일부 또는 전부를 결실시켜 변이 균주를 수득하는 단계;
상기 변이 균주를 배양하는 단계; 및
상기 변이 균주를 하기 수학식 1을 만족하도록 불활화시키는 단계;
를 포함하는 것인, 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 제조방법.
[수학식 1]
(상기 수학식 1에서, A는 불활화되기 전의 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 수치이고, B는 불활화된 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 수치이다.) - 청구항 13에 있어서,
상기 불활화시키는 단계는,
상기 변이 균주를 45℃ 내지 55℃에서 30분 내지 960분 동안 처리하거나,
상기 변이 균주를 유기용매의 존재하에서 10분 내지 240분 동안 처리하는 것인, 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 제조방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 배양하는 단계는,
35℃ 내지 40℃에서 배양시,
균주 수준이 최대가 되는 정체기(stationary phase)에서 OD600 값이 0.3 내지 2.5가 될 때까지 배양되는 것인, 불활화된 폐렴구균 변이 균주의 제조방법. - pep27 유전자의 일부 또는 전부가 결실되고, 하기 수학식 1을 만족하도록 불활화된 것인, 불활화된 폐렴구균 변이 균주.
[수학식 1]
(상기 수학식 1에서, A는 불활화되기 전의 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값이고, B는 불활화된 변이 균주에서 측정한 소수성 형광 값이다.) - 청구항 16에 있어서,
상기 변이 균주의 몰 타원율(molar ellipticity) 값은,
하기 수학식 2 및 수학식 3을 만족하는 것인, 불활화된 폐렴구균 변이 균주.
[수학식 2]
[수학식 3]
(상기 수학식 2에서, CDA195는 195nm에서 불활화되기 전의 변이 균주의 몰 타원율 값이고, CDB195는 195nm에서 불활화된 변이 균주의 몰 타원율 값이며,
상기 수학식 3에서, CDA210은 210nm에서 불활화되기 전의 변이 균주의 몰 타원율값이고, CDB210은 210nm에서 불활화된 변이 균주의 몰 타원율 값이다.)
- 청구항 16에 있어서,
상기 변이 균주의 세포 내 단백질 응집도는,
하기 수학식 4를 만족하는 것인, 불활화된 폐렴구균 변이 균주.
[수학식 4]
(상기 수학식 4에서, PA는 세포의 단면에서 응집된 단백질의 강도이고, PT는 세포 단면의 전체 면적이다.)
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