RU2190018C2 - Molecular vector for delivering genes to target cells - Google Patents

Molecular vector for delivering genes to target cells Download PDF

Info

Publication number
RU2190018C2
RU2190018C2 RU2000121671/13A RU2000121671A RU2190018C2 RU 2190018 C2 RU2190018 C2 RU 2190018C2 RU 2000121671/13 A RU2000121671/13 A RU 2000121671/13A RU 2000121671 A RU2000121671 A RU 2000121671A RU 2190018 C2 RU2190018 C2 RU 2190018C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cells
plasmid
target cells
dna
antibodies
Prior art date
Application number
RU2000121671/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000121671A (en
Inventor
А.А. Сизов
Л.Р. Лебедев
В.И. Масычева
Е.Д. Даниленко
Original Assignee
Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор" filed Critical Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор"
Priority to RU2000121671/13A priority Critical patent/RU2190018C2/en
Publication of RU2000121671A publication Critical patent/RU2000121671A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2190018C2 publication Critical patent/RU2190018C2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/50Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates
    • A61K47/69Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit
    • A61K47/6905Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit the form being a colloid or an emulsion
    • A61K47/6911Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit the form being a colloid or an emulsion the form being a liposome
    • A61K47/6913Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the conjugate being characterised by physical or galenical forms, e.g. emulsion, particle, inclusion complex, stent or kit the form being a colloid or an emulsion the form being a liposome the liposome being modified on its surface by an antibody
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/50Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates
    • A61K47/51Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the non-active ingredient being a modifying agent
    • A61K47/62Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient the non-active ingredient being chemically bound to the active ingredient, e.g. polymer-drug conjugates the non-active ingredient being a modifying agent the modifying agent being a protein, peptide or polyamino acid
    • A61K47/64Drug-peptide, drug-protein or drug-polyamino acid conjugates, i.e. the modifying agent being a peptide, protein or polyamino acid which is covalently bonded or complexed to a therapeutically active agent
    • A61K47/645Polycationic or polyanionic oligopeptides, polypeptides or polyamino acids, e.g. polylysine, polyarginine, polyglutamic acid or peptide TAT

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)

Abstract

FIELD: medicine; biological engineering. SUBSTANCE: molecular structure is a set of particles with recombinant DNA and gene to be delivered being disposed in its center and antibodies to target cells being spaced over its surface. The antibodies make part of spermidinepolyglucin-conjugate capable of retaining the conjugate on the negatively charged DNA owing to positive charge of spermidine taking place and of stimulating DNA molecules to penetrate into eukaryotic cells. EFFECT: enhanced effectiveness in producing means for delivering genes to target cells. 4 dwg, 6 tbl

Description

Изобретение относится к области биотехнологии, медицины, иммунологии; оно может быть использовано в фармацевтической промышленности и молекулярной фармакологии и представляет собой способ целенаправленной доставки генов в клетки-мишени. The invention relates to the field of biotechnology, medicine, immunology; it can be used in the pharmaceutical industry and molecular pharmacology and is a method for targeted gene delivery to target cells.

Достижения в области генетики, молекулярной биологии и биотехнологии определяют разработку стратегии и тактики введения ДНК в клетки как для целей генной терапии, так и при создании ДНК-вакцин. ВОЗ в начале 90-х годов составила и утвердила рекомендации по проведению работ в этих направлениях. В постановлении восьмой сессии общего собрания Российской академии медицинских наук в плане развития приоритетных направлений фундаментальных медицинских исследований на первом месте стоит генодиагностика и генотерапия [1] . Большое внимание созданию и развитию ДНК-вакцин было отведено на международной конференции "Вакцины и иммунизация" 1998 г. [2]. Обсуждались как созданные препараты, так и механизмы их действия. Advances in genetics, molecular biology and biotechnology determine the development of strategies and tactics for introducing DNA into cells for both gene therapy and the development of DNA vaccines. In the early 1990s, WHO compiled and approved recommendations for work in these areas. In the decision of the eighth session of the general meeting of the Russian Academy of Medical Sciences in terms of the development of priority areas of basic medical research, genetic diagnostics and gene therapy are in the first place [1]. Much attention was paid to the creation and development of DNA vaccines at the 1998 Vaccines and Immunization international conference [2]. Both created drugs and their mechanisms of action were discussed.

Из числа основных проблем, связанных с безопасностью этих методов, две являются основными: возможное мутагенное действие ДНК, встроенной в геном клеток человека, и иммунопатология, которая может возникать при длительной выработке антигена в организме [3]. Эти проблемы решаются как созданием специальных рекомбинантных векторов, содержащих гены, так и разработкой способов доставки генов в клетки. На сегодняшний день одним из перспективных и исследуемых направлением является разработка способов целенаправленной доставки генов в клетки-мишени организма. Суть заключается в том, чтобы доставить ген именно в те клетки, в которых он и должен функционировать. Of the main problems associated with the safety of these methods, two are the main ones: the possible mutagenic effect of DNA embedded in the human cell genome, and immunopathology, which can occur during prolonged production of antigen in the body [3]. These problems are solved both by creating special recombinant vectors containing genes, and by developing methods for delivering genes to cells. Today, one of the promising and researched areas is the development of methods for targeted gene delivery to target cells of the body. The bottom line is to deliver the gene precisely to those cells in which it must function.

Известны способы создания рекомбинантных векторов и введения их в организм [4] . Первоначально вводили "незащищенные" рекомбинантные ДНК, которые быстро инактивировались под действием нуклеаз крови и эффективность доставки ДНК в клетки была низкой [5-7]. Known methods for creating recombinant vectors and their introduction into the body [4]. Initially, “unprotected” recombinant DNAs were introduced, which were rapidly inactivated by blood nucleases and the efficiency of DNA delivery to cells was low [5-7].

В настоящее время разрабатываются способы защиты вводимых ДНК (липосомы и т.п.) и способы доставки ДНК к клеткам-мишеням и проникновения в них. Так в работе [8] (прототип) описывается использование комплекса белка с поликатионными нуклеиновыми кислотами. В качестве белка авторы использовали трансферритин и показали, что комплекс взаимодействует с рецепторами трансферритина, проникает в клетки посредством пиноцитоза и происходит экспрессия ДНК в клетках. Недостатком этого способа является отсутствие универсальности доставки ДНК (в другие клетки-мишени) и относительно низкая эффективность проникновения ДНК в клетки. Currently, methods are developed for the protection of introduced DNA (liposomes, etc.) and methods for the delivery of DNA to target cells and penetration into them. So in [8] (prototype) describes the use of a complex of protein with polycationic nucleic acids. The authors used transferritin as a protein and showed that the complex interacts with transferritin receptors, penetrates cells through pinocytosis, and DNA is expressed in cells. The disadvantage of this method is the lack of universality of DNA delivery (to other target cells) and the relatively low efficiency of DNA penetration into cells.

Технической задачей изобретения является создание высокоэффективного молекулярного вектора как средства целенаправленной доставки генов в клетки-мишени. Для генной терапии и ДНК-вакцинации людей перспективным представляется создание такой конструкции вектора, который защищал бы рекомбинантную плазмиду с встроенным геном от действия нуклеаз крови, и, в то же время, имел бы стимулятор для проникновения ДНК в клетки. В качестве стимуляторов проникновения ДНК в эукариотические клетки применяются: ДЕАЕ-декстран, кальций-фосфат и некоторые другие [9]. An object of the invention is the creation of a highly efficient molecular vector as a means of targeted gene delivery to target cells. For gene therapy and DNA vaccination of people, it seems promising to create such a vector construct that would protect a recombinant plasmid with an integrated gene from the action of blood nucleases, and, at the same time, would have a stimulator for the penetration of DNA into cells. The following are used as stimulators of DNA penetration into eukaryotic cells: DEAE-dextran, calcium phosphate, and some others [9].

Поставленная задача решается путем создания молекулярного вектора - конструкции, которая представляет собой вирусоподобные частицы, в центре которых находится рекомбинантная плазмидная ДНК с доставляемым геном, а на поверхности антитела - к клеткам-мишеням. Антитела входят в состав конъюгата: спермидин-полиглюкин, который несет две функции: удерживает конъюгат на отрицательно заряженной ДНК за счет положительного заряда спермидина и в то же время является аналогом ДЕАЕ-декстрана, стимулятора проникновения молекул ДНК в эукариотические клетки. The problem is solved by creating a molecular vector - a construct that is virus-like particles, in the center of which is a recombinant plasmid DNA with a delivered gene, and on the surface of the antibody to target cells. Antibodies are part of the conjugate: spermidine-polyglucin, which has two functions: it holds the conjugate on negatively charged DNA due to the positive charge of spermidine and at the same time is an analogue of DEAE-dextran, a stimulator of the penetration of DNA molecules into eukaryotic cells.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

Молекулярный вектор для доставки генов в клетки-мишени представляет собой частицы, в центре которых находится рекомбинантная плазмидная ДНК, содержащая доставляемые гены, а на поверхности - антитела к клеткам-мишеням. The molecular vector for delivering genes to target cells is a particle in the center of which is a recombinant plasmid DNA containing the delivered genes, and antibodies to the target cells on the surface.

Для сборки молекулярного вектора создают рекомбинантную плазмидную ДНК, содержащую доставляемый ген, очищают ее известными способами [10]. Антитела к клеткам-мишеням получают, используя стандартные способы иммунизации антигенами (клетками-мишенями или их компонентами) с последующей очисткой антител из сыворотки крови [11]. To assemble the molecular vector, a recombinant plasmid DNA containing the delivered gene is created, and it is purified by known methods [10]. Antibodies to target cells are obtained using standard methods of immunization with antigens (target cells or their components), followed by purification of antibodies from blood serum [11].

Плазмидную ДНК с доставляемым геном покрывают слоем конъюгата (фиг.1):
- полиглюкин с молекулярной массой около 60000 Д активируют периодатом натрия, который затем удаляют гель-фильтрацией на колонке с сефадексом G-50 в калий-фосфатном буфере;
- к активированному полиглюкину добавляют спермидин и антитела в отношении на 10 молекул полиглюкина 100 молекул спермидина и 1 - антител;
- после инкубации несвязавшиеся компоненты удаляют гель-фильтрацией на сефадексе G-50 в буфере: 0,1 М Tpис-НCl, pH 8,3;
- полученный конъюгат в избытке добавляют к плазмидной ДНК и после инкубации освобождаются от избытка конъюгата гель-фильтрацией на колонке с сефарозой CL-6В в физиологическом растворе.
The plasmid DNA with the delivered gene is coated with a conjugate layer (FIG. 1):
- polyglucin with a molecular weight of about 60,000 D is activated with sodium periodate, which is then removed by gel filtration on a Sephadex G-50 column in potassium phosphate buffer;
- spermidine and antibodies are added to activated polyglucin in the ratio of 100 spermidine molecules and 1 antibody to 10 polyglucin molecules;
- after incubation, unbound components are removed by gel filtration on Sephadex G-50 in buffer: 0.1 M Tris-HCl, pH 8.3;
- the resulting conjugate is added in excess to plasmid DNA and, after incubation, the conjugate is removed from excess by gel filtration on a CL-6B Sepharose column in physiological saline.

Процесс получения молекулярного вектора для доставки генов в клетки-мишени представлен на фиг.2. Стабильность плазмиды в клетках и экспрессию гена определяют по известным методикам (картирование плазмидной ДНК рестриктазами, методами ИФА, ПЦР и др.). The process of obtaining a molecular vector for gene delivery to target cells is presented in figure 2. Stability of the plasmid in cells and gene expression is determined by known methods (mapping of plasmid DNA with restriction enzymes, ELISA, PCR, etc.).

Новыми, по сравнению с известными конструкциями, признаками являются: использование для доставки генов молекулярного вектора, содержащего в центре рекомбинантную плазмидную ДНК с доставляемым геном, а на поверхности антитела - к клеткам-мишеням. Антитела удерживаются на поверхности за счет вхождения их в состав конъюгата: спермидин-полиглюкин, который несет две функции: удерживает конъюгат на отрицательно заряженной ДНК за счет положительного заряда спермидина и в то же время является аналогом ДЕАЕ-декстрана, стимулятора проникновения молекул ДНК в эукариотические клетки. New features, compared with the known constructions, are: the use of a molecular vector for gene delivery containing recombinant plasmid DNA with the delivered gene in the center, and on the antibody surface to target cells. Antibodies are retained on the surface due to their incorporation into the conjugate: spermidine-polyglucin, which has two functions: it holds the conjugate on negatively charged DNA due to the positive charge of spermidine and at the same time is an analogue of DEAE-dextran, a stimulator of the penetration of DNA molecules into eukaryotic cells .

Именно эта совокупность признаков обеспечивает целенаправленную доставку ионов в клетки-мишени и более высокую степень трансформации клеток рекомбинантной ДНК. Согласно предложенной схеме была создана конструкция молекулярного вектора, которая представляет собой вирусоподобные частицы, в центре которых находится рекомбинантная плазмидная ДНК с доставляемым геном, а на поверхности - антитела к клеткам-мишеням и проверена ее биологическая активность. Показано, что вводимый ген доставляется и накапливается в тех клетках организма, антитела к которым находятся на поверхности конструкции. Таким образом можно сделать вывод, что предлагаемое техническое решение позволяет целенаправленно доставлять гены к клеткам-мишеням, защищать их от действия нуклеаз крови и, кроме того, комплекс полиглюкин-спермидин, являясь аналогом ДЕАЕ-декстрана, используемого in vitro для стимуляции трансформации эукариотических клеток, аналогично способствует проникновению доставляемых генов в клетки. It is this combination of features that provides targeted delivery of ions to target cells and a higher degree of transformation of recombinant DNA cells. According to the proposed scheme, a molecular vector design was created, which is a virus-like particle, in the center of which there is a recombinant plasmid DNA with a delivered gene, and on the surface - antibodies to target cells and its biological activity is checked. It was shown that the introduced gene is delivered and accumulates in those cells of the body for which antibodies are located on the surface of the structure. Thus, we can conclude that the proposed technical solution allows targeted delivery of genes to target cells, protects them from the action of blood nucleases and, in addition, the polyglyukin-spermidine complex, which is an analogue of DEAE-dextran used in vitro to stimulate the transformation of eukaryotic cells, similarly facilitates the penetration of delivered genes into cells.

Перечень графических материалов:
фиг.1. Молекулярный вектор для доставки генов в клетки-мишени:
1 - плазмидная ДНК, содержащая доставляемый ген, 2 - конъюгат: спермидин-полиглюкин - антитела к клеткам-мишеням.
The list of graphic materials:
figure 1. Molecular vector for gene delivery to target cells:
1 - plasmid DNA containing the delivered gene; 2 - conjugate: spermidine-polyglucin - antibodies to target cells.

фиг.2. Гель-фильтрация на колонке с сефарозой CL-6B:
1 - плазмидная ДНК, 2 - то же, после инкубации с конъюгатом: спермндин-полиглюкин - антитела.
figure 2. Gel filtration on a column with sepharose CL-6B:
1 - plasmid DNA, 2 - the same, after incubation with the conjugate: spermndine-polyglucin - antibodies.

фиг. 3. Рестрикциоиный анализ (Нinf I) плазмидных ДНК. Дорожки электрофореграммы агарозного геля: 1 - исходная плазмидная ДНК, 2 - плазмидная ДНК после пассирования в лимфоцитах, 3 - то же, в кератиноцитах. Н - ДНК плазмиды pBR322+Hinf I. FIG. 3. Restriction analysis (Hinf I) of plasmid DNA. Pathways of agarose gel electrophoregrams: 1 - initial plasmid DNA, 2 - plasmid DNA after passage in lymphocytes, 3 - the same, in keratinocytes. H - DNA plasmid pBR322 + Hinf I.

фиг. 4. Анализ белков лимфоцитов, полученных на 10-ые сутки после иммунизации мышей молекулярным вектором. А - электрофореграмма в 15%-ном поликриламидном геле, Б - иммуноблотинг с использованием поликлональных анти-α-ФНО-антител, В - то же, с использованием поликлональных анти-γ-ИФН-антител. FIG. 4. Analysis of lymphocyte proteins obtained on the 10th day after immunization of mice with a molecular vector. A - electrophoregram in a 15% polycrylamide gel, B - immunoblotting using polyclonal anti-α-TNF antibodies, C - the same, using polyclonal anti-γ-IFN antibodies.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения. The invention is illustrated by the following examples of specific performance.

Пример 1. Плазмиды для доставки генов. Example 1. Plasmids for gene delivery.

Используют плазмиду, содержащую ген, кодирующий биосинтез гибридного белка ннтерферон-гамма - фактор некроза опухолей-альфа [12]. A plasmid containing the gene encoding the biosynthesis of the hybrid protein interferon-gamma - tumor necrosis factor-alpha is used [12].

Пример 2. Получение и очистка антител к клеткам-мишеням. Example 2. Obtaining and purification of antibodies to target cells.

Антитела получают стандартным способом [11]. Для этого выделяют мышиные лимфоциты, очищают их центрифугованием в градиенте гипак-фиколл. Антигены, по 105 клеток в 0,1 мл физ. раствора, вводят трехкратно внутрибрюшинно с интервалом в две недели. Забор крови проводят через 10 дней после последней иммунизации. Для очистки антител из сывороток применяют фракционирование сульфатом аммония с последующей хроматографией на колонке с ДЕАЕ-целлюлозой. В качестве антител к лимфоцитам человека используют аптечный препарат антилимфоцитарного иммуноглобулина (лошадиный против лимфоцитов человека), дополнительно очищенный на колонке с ДЕАЕ-целлюлозой.Antibodies are obtained in a standard manner [11]. To do this, murine lymphocytes are isolated, and they are purified by centrifugation in a gradient of hypakicoll. Antigens, 10 5 cells in 0.1 ml of physical. solution, administered three times intraperitoneally with an interval of two weeks. Blood sampling is carried out 10 days after the last immunization. Ammonium sulfate fractionation followed by chromatography on a DEAE cellulose column is used to purify antibodies from sera. As antibodies to human lymphocytes, a pharmacy preparation of anti-lymphocyte immunoglobulin (equine against human lymphocytes) is used, additionally purified on a DEAE cellulose column.

Пример 3. Создание молекулярного вектора для доставки генов в клетки-мишени. Example 3. The creation of a molecular vector for gene delivery to target cells.

В центре вектора находится интактная плазмидная ДНК, содержащая доставляемый ген, а на поверхности - антитела к клеткам-мишеням или белки, имеющие сродство к рецепторам клеток-мишеней. Для связи используют конъюгат полиглюкина со спермидином и антителом или белком. Положительно заряженный спермидин обеспечивает связывание конъюгата с плазмидной ДНК. Схематично вид конструкции представлен на фиг.1. At the center of the vector is an intact plasmid DNA containing the delivered gene, and on the surface are antibodies to target cells or proteins having affinity for receptors of target cells. For communication, a polyglucin conjugate with spermidine and an antibody or protein is used. A positively charged spermidine binds the conjugate to plasmid DNA. Schematic view of the structure shown in figure 1.

Для получения полисахаридной вставки 50 мг (0,8 мкМ) полиглюкина (60000 Д) обрабатывают 0,5 М раствором периодата натрия в течение 20-30 мин и затем проводят гель-фильтрацию на колонке с сефадексом G-50 в 20 мМ фосфатном буфере (рН 7,6). После этого в раствор активированного полиглюкина вносят 1,3 мг спермидина (8 мкМ) и 22 мг (0,17 мкМ) антител или белков. Смесь инкубируют в течение ночи, затем добавляют боргидрид натрия, перемешивают еще 2 ч и непрореагировавшие компоненты удаляют гель-фильтрацией на сефадексе G-50, используя 100 мМ Трис-НС1 (рН 8,3). Полученный таким образом препарат содержит 23,2 мг белка. Так как исходные компоненты (спермидин и антитела) вносятся в определенном соотношении, то можно предположить, что и полученный конъюгат содержит их в том же соотношении, т.е. около 1:10:0,1. To obtain a polysaccharide insert, 50 mg (0.8 μM) of polyglucin (60,000 D) are treated with a 0.5 M sodium periodate solution for 20-30 min and then gel filtration is performed on a Sephadex G-50 column in 20 mM phosphate buffer ( pH 7.6). After that, 1.3 mg of spermidine (8 μM) and 22 mg (0.17 μM) of antibodies or proteins are added to the activated polyglucin solution. The mixture was incubated overnight, then sodium borohydride was added, stirred for another 2 hours, and unreacted components were removed by gel filtration on Sephadex G-50 using 100 mM Tris-HCl (pH 8.3). Thus obtained preparation contains 23.2 mg of protein. Since the initial components (spermidine and antibodies) are introduced in a certain ratio, it can be assumed that the resulting conjugate contains them in the same ratio, i.e. about 1: 10: 0.1.

Для сборки конструкции к раствору, содержащему 400 мкг нуклеотидного материала (около 0,12 нМ) в физиологическом растворе добавляют конъюгат (200 мкг по белку), смесь инкубируют 2 ч при 4oC и полученную конструкцию отделяют от несвязавшихся компонентов гель-фильтрацией на сефарозе CL-6B (фиг. 2).To assemble the construct, a conjugate (200 µg protein) is added to a solution containing 400 μg of nucleotide material (about 0.12 nM) in physiological saline, the mixture is incubated for 2 hours at 4 ° C, and the resulting structure is separated from unbound components by gel filtration on Sepharose CL-6B (Fig. 2).

Исследование свойств молекулярной конструкции. Investigation of the properties of molecular construction.

Конечные конструкции содержали примерно по 80 мкг белка (около 0,6 нМ антител при их мол. массе около 130000 Д на 0,12 нМ плазмиды). Таким образом они имели примерное соотношение: на 1 молекулу плазмиды - 50 молекул полисахаридной вставки - 5 молекул антител. Их мол. масса около 6700000 Д и при гель-хроматографии на колонке с сефарозой CL-6B они элюировались в свободном объеме (фиг.2). The final constructs contained approximately 80 μg of protein (about 0.6 nM antibodies with a molar mass of about 130,000 D per 0.12 nM plasmid). Thus, they had an approximate ratio: for 1 molecule of the plasmid - 50 molecules of the polysaccharide insert - 5 molecules of antibodies. They say. a mass of about 6,700,000 D, and when gel chromatography on a CL-6B Sepharose column, they eluted in free volume (FIG. 2).

Из теоретических расчетов на поверхности суперскрученной молекулы плазмиды мол. массой около 3000000-4000000 Д шарообразной формы может поместиться около 50-60 молекул полиглюкина (мол. массой 60000 Д). Так как в эксперименте это соотношение составляло 1:50, то можно предположить, что материал ДНК полностью "упакован". From theoretical calculations on the surface of a supercoiled plasmid molecule, mol. weighing about 3000000-4000000 D of a spherical shape can fit about 50-60 polyglucin molecules (mol. mass of 60,000 D). Since in the experiment this ratio was 1:50, it can be assumed that the DNA material is completely “packed”.

Для проверки полноты упаковки нуклеотидного материала в собранной конструкции проводили ее обработку смесью ДНКазы и РНКазы (10 мкг/мл). Опыт показал, что если для исходной плазмидной ДНК полная деградация наблюдалась уже через 30 мин инкубации, то в собранной конструкции нуклеотидный материал сохранялся интактным в течение суток. При хранении конструкции в стерильных условиях при температуре 4oC ее свойства не изменялись по крайней мере в течение 1 мес.To check the completeness of the packaging of the nucleotide material in the assembled construct, it was processed with a mixture of DNase and RNase (10 μg / ml). Experience has shown that while for the initial plasmid DNA complete degradation was observed after 30 min of incubation, the nucleotide material remained intact for 24 hours in the assembled construct. When storing the structure in sterile conditions at a temperature of 4 o C, its properties did not change for at least 1 month.

Пример 4. Биологические испытания молекулярной конструкции. Example 4. Biological tests of molecular construction.

А) Испытания in vitro. Первоначально исследования по доставке плазмидной ДНК, ее стабильности, способности проникать в клетки были проведены в опытах in vitro. При этом использовались клетки: лимфоциты, макрофаги, гепатоциты, кардиомиоциты, фибробласты, клетки мозга, легких. Использовались клетки двух видов животных: мышиные и 15-суточных эмбрионов кур. A) In vitro tests Initially, studies on the delivery of plasmid DNA, its stability, and its ability to penetrate cells were carried out in in vitro experiments. In this case, the following cells were used: lymphocytes, macrophages, hepatocytes, cardiomyocytes, fibroblasts, brain cells, and lungs. The cells of two animal species were used: mouse and 15-day-old chicken embryos.

К 0,3 мл клеточных суспензий с концентрацией 106 кл/мл вносили по 5 мкг препаратов чистой плазмиды и по 5 мкг "упакованной" в конструкции с двумя видами антител на поверхности. Первые - кроличьи антитела против мышиных лимфоцитов, вторые - антилимфоцитарный иммуноглобулин (лошадиный против лимфоцитов человека). Через различные периоды времени инкубации клетки собирали центрифугированием и анализировали на наличие в них плазмидного материала как описано выше. Клетки E.coli выросли на чашках с ампициллином только после контакта с нуклеотидным материалом, полученным из лимфоцитов, макрофагов и культуральной среды при использовании молекулярного вектора. Данные представлены в таблицах 1, 2. При использовании в опыте чистой плазмиды для введения гена роста клеток E.coli на селективной среде не наблюдали, выросло только несколько колоний из культуральной среды после 30-ти минутной инкубации.To 0.3 ml of cell suspensions with a concentration of 10 6 cells / ml, 5 μg of pure plasmid preparations and 5 μg of "packed" in a construct with two types of antibodies on the surface were added. The first - rabbit antibodies against murine lymphocytes, the second - anti-lymphocyte immunoglobulin (equine against human lymphocytes). After various incubation time periods, cells were harvested by centrifugation and analyzed for the presence of plasmid material as described above. E. coli cells grew on plates with ampicillin only after contact with nucleotide material obtained from lymphocytes, macrophages and culture medium using a molecular vector. The data are presented in Tables 1, 2. When using pure plasmid for the introduction of the E. coli cell growth gene on a selective medium, no observation was made; only a few colonies from the culture medium grew after 30 minutes of incubation.

Как видно из таблиц 1 и 2, если за первые 3 ч накопление плазмиды в лимфоцитах и макрофагах идет примерно с одинаковой скоростью, то в последующем в лимфоцитах плазмидного материала оказывается больше. К 72 ч инкубации в макрофагах плазмидного материала остается около 35% от максимального значения, тогда как в лимфоцитах его уровень сохраняется. Из таблиц также видно, что динамики накопления плазмидного материала в клетках при использовании молекулярных векторов с антителами против лимфоцитов, полученных из разных источников, кореллируют. Схожие данные были получены при использовании культур клеток эмбрионов кур для инкубации с плазмидным материалом. As can be seen from tables 1 and 2, if in the first 3 hours the accumulation of plasmids in lymphocytes and macrophages proceeds at approximately the same rate, then in the lymphocytes there is more plasmid material. By 72 hours of incubation in macrophages of the plasmid material, about 35% of the maximum value remains, while its level in lymphocytes remains. The tables also show that the dynamics of the accumulation of plasmid material in cells using molecular vectors with antibodies against lymphocytes obtained from different sources correlate. Similar data were obtained using chicken embryo cell cultures for incubation with plasmid material.

Аналогичные эксперименты были проведены с молекулярным вектором, содержащим на поверхности антитела морской свинки к кератиноцитам мыши. При использовании чистой плазмиды для введения гена роста клеток E.coli на селективной среде также как в предыдущих опытах не наблюдали. Но наблюдался рост трансформированных клеток E.coli после инкубации с нуклеотидным материалом, полученным из фибробластов. Данные представлены в таблице 3. Similar experiments were carried out with a molecular vector containing guinea pig antibodies to mouse keratinocytes on the surface. When using a pure plasmid to introduce the E. coli cell growth gene on selective medium, as in previous experiments, was not observed. But growth of transformed E. coli cells was observed after incubation with nucleotide material derived from fibroblasts. The data are presented in table 3.

Б) Испытания in vivo. Животным вводили внутрибрюшинно по 10 мкг, как препарата чистой плазмиды, так и по 10 мкг в конструкциях. Через определенные промежутки времени животных забивали цервикальной дислокацией, извлекали органы, отмывали от остатков крови, клетки тканей гомогенизировали, клетки макрофагов и лимфоцитов разделяли методами, описанными в [11]. Из культур клеток извлекали нуклеотидный материал, как описано выше, и анализировали его на наличие плазмиды. При иммунизации мышей препаратами чистой плазмиды роста клеток E.coli на селективной среде в последующем не наблюдали. Распределение плазмидного материала при иммунизации препаратами молекулярного вектора с антителами против лимфоцитов на своей поверхности представлено в таблице 4. B) In vivo tests. Animals were injected intraperitoneally with 10 μg, both pure plasmid preparation, and 10 μg in the constructs. At certain time intervals, the animals were sacrificed with a cervical dislocation, organs were removed, they were washed from blood residues, tissue cells were homogenized, macrophage and lymphocyte cells were separated by the methods described in [11]. Nucleotide material was extracted from cell cultures as described above and analyzed for the presence of a plasmid. When mice were immunized with preparations of a pure E. coli cell growth plasmid on selective medium, they were not subsequently observed. The distribution of the plasmid material upon immunization with the preparations of a molecular vector with antibodies against lymphocytes on its surface is presented in table 4.

В клетках сердца, мышц, мозга, кожного покрова плазмидного материала не обнаружили. Наличие же плазмид в органах, приведенных в таблице 4 вероятно можно объяснить наличием лимфоцитов и макрофагов. Было исследовано распределение плазмидного материала среди компонентов крови. Результаты представлены в таблице 5. No plasmid material was found in the cells of the heart, muscles, brain, skin integument. The presence of plasmids in the organs shown in table 4 can probably be explained by the presence of lymphocytes and macrophages. The distribution of plasmid material among blood components was investigated. The results are presented in table 5.

Из таблицы 5 видно, что плазмидный материал накапливается и депонируется в основном в клетках лимфоцитов. Обнаружение его в макрофагах объясняется фагоцитозом, а снижение его уровня в макрофагах соответствующим киллингом попавшего в клетки материала. Снижение уровня плазмидного материала в фракции лимфоцитов крови к 60-ым и 90-ым суткам можно объяснить депонированием лимфоцитов в селезенке и лимфатических узлах, а также элиминацией части лимфоцитов из организма при их обновлении. Данные таблицы 4 показывают, что накопление плазмидного материала происходит в селезенке, месте депонирования лимфоцитов. From table 5 it is seen that the plasmid material accumulates and is deposited mainly in the cells of the lymphocytes. Its detection in macrophages is explained by phagocytosis, and a decrease in its level in macrophages is due to the corresponding killing of material that has entered the cells. The decrease in the level of plasmid material in the fraction of blood lymphocytes by the 60th and 90th days can be explained by the deposition of lymphocytes in the spleen and lymph nodes, as well as the elimination of part of the lymphocytes from the body when they are renewed. The data in table 4 show that the accumulation of plasmid material occurs in the spleen, the place of deposition of lymphocytes.

Динамика распределения плазмидного материала при использовании молекулярного вектора с антителами к кератиноцитам на своей поверхности в крови мышей сходна с отображенной в таблице 3. Распределение плазмидного материала в этом случае по органам представлено в таблице 6. The dynamics of the distribution of plasmid material when using a molecular vector with antibodies to keratinocytes on its surface in the blood of mice is similar to that shown in table 3. The distribution of plasmid material in this case by organs is presented in table 6.

Из таблицы 6 видно, что плазмидный материал в процессе эксперимента накапливается в кожном покрове и к 60-ым, 90-ым суткам его уровень стекается. From table 6 it is seen that the plasmid material during the experiment accumulates in the skin and by the 60th, 90th day its level flows.

Пример 5. Определение стабильности плазмиды с доставляемым геном после трансформации эукариотических клеток
Для проявления экспрессии доставляемого гена в эукариотические клетки существенную роль играет стабильность самой плазмиды, несущей ген. Известно, что чужеродный генетический материал в клетках может элиминироваться (удаляться) или подвергаться деградации, в том числе - с сохранением "маркеров", но с потерей доставляемого гена (делецией). Так как выделенные из эукариотических клеток плазмидный материал позволял расти трансформированным им клеткам Е. coli на селективной среде, то можно сделать вывод о наличии плазмиды и сохранении маркера. Для проверки сегрегационной стабильности плазмид проводили их физическое картирование (рестрикционный анализ). На фиг. 3 представлены элeктpoфopeграммы гидролиза образцов плазмиды, выделенных из клеток E.coli, трансформированных нуклеотидным материалом, полученным из лимфоцитов и фибробластов в процессе испытаний in vivo. Прямой рестрикционный анализ образцов плазмиды, выделенных из эукариотических клеток был затруднен, возможно из-за частичного метилирования ДНК. Как видно из фиг. 3 образцы плазмидной ДНК гидролизуются мелкощепящей эндонуклеазой рестрикции Нinf I на одинаковое количество фрагментов, размеры которых совпадают с аналогичными для фрагментов исходной плазмидной ДНК. Таким образом, можно сделать вывод, что плазмидная ДНК, используемая для экспериментов, в эукариотических клетках достаточно стабильна
Пример 6. Определение экспрессии доставленных генов в клетках
Так как в эксперименте использовался ген, встроенный под контроль прокариотических промоторов, то его экспрессии мы особо не ожидали. Тем не менее, при постановке иммуноблота с антителами к ФНО-α и γ-интерферону обнаружили, что в лимфоцитах, полученных из мышей на 10-ый день после введения молекулярной конструкции на иммуноблоте наблюдается полоса с мол. массой около 32000 Д, взаимодействующая с антителами как против ФНО, так и против интерферона (фиг. 4). При исследовании сыворотки соответствующие полосы визуально не обнаруживались. Таким образом, использование предлагаемого молекулярного вектора для доставки генов в клетки-мишени позволяет:
- целенаправленно доставлять гены в клетки-мишени, сводя до минимума их попадание в другие виды клеток;
- использовать гены инфекционных агентов в составе рекомбинантных плазмидных ДНК ("центральное ядро" частиц) в качестве ДНК-вакцины;
- использовать положительно заряженный комплекс полиглюкин-спермидин (аналог ДЕАЕ-декстрана) в качестве стимулятора проникновения ДНК в клетки.
Example 5. Determination of the stability of the plasmid with the delivered gene after transformation of eukaryotic cells
For the expression of the delivered gene in eukaryotic cells, the stability of the plasmid itself carrying the gene plays a significant role. It is known that foreign genetic material in cells can be eliminated (removed) or subjected to degradation, including with the preservation of “markers”, but with the loss of the delivered gene (deletion). Since the plasmid material isolated from eukaryotic cells allowed the E. coli cells transformed by it to grow on selective medium, we can conclude that the plasmid is present and the marker is preserved. To verify the segregation stability of plasmids, they were physically mapped (restriction analysis). In FIG. Figure 3 shows the electrophoresis of hydrolysis of plasmid samples isolated from E. coli cells transformed with nucleotide material obtained from lymphocytes and fibroblasts during in vivo tests. Direct restriction analysis of plasmid samples isolated from eukaryotic cells was difficult, possibly due to partial methylation of DNA. As can be seen from FIG. 3, plasmid DNA samples are hydrolyzed by the finely chopped restriction endonuclease Hinf I to the same number of fragments, the sizes of which coincide with those for the fragments of the original plasmid DNA. Thus, we can conclude that the plasmid DNA used for experiments in eukaryotic cells is quite stable
Example 6. Determination of expression of delivered genes in cells
Since the gene used in the experiment was integrated under the control of prokaryotic promoters, we did not particularly expect its expression. Nevertheless, when setting up an immunoblot with antibodies to TNF-α and γ-interferon, it was found that in the lymphocytes obtained from mice on the 10th day after the introduction of the molecular construct on the immunoblot, a band with mol. weighing about 32,000 D, interacting with antibodies against both TNF and against interferon (Fig. 4). In the study of serum, the corresponding bands were not visually detected. Thus, the use of the proposed molecular vector for gene delivery to target cells allows you to:
- purposefully deliver genes to target cells, minimizing their entry into other types of cells;
- use the genes of infectious agents in recombinant plasmid DNA (the "central core" of the particles) as a DNA vaccine;
- use a positively charged polyglucin-spermidine complex (analogue of DEAE-dextran) as a stimulator of DNA penetration into cells.

Литература
1. Постановление восьмой (LXXI) сессии Общего собрания Российской академии медицинских наук "Новые технологии в медицине XXI века". //Вестник РАМН. - 1999. - 10. - С. 32-34.
Literature
1. Resolution of the eighth (LXXI) session of the General Meeting of the Russian Academy of Medical Sciences "New technologies in medicine of the XXI century." // Bulletin of RAMS. - 1999. - 10. - S. 32-34.

2. Бектимиров Т.A., Баринский И.Ф. "Международная конференция "Вакцины и иммунизация" //Вопросы вирусологии. - 1999. - 2. - С. 95-96. 2. Bektimirov T.A., Barinsky I.F. "International Conference" Vaccines and Immunization "// Issues of Virology. - 1999. - 2. - P. 95-96.

3. Воробьев А.А., Медуницин Н.В. Новые принципы и методы создания иммунобиологических препаратов. //Вестник РАМН. - 1999. - 10. - С. 16-17. 3. Vorobiev A.A., Medunitsin N.V. New principles and methods for creating immunobiological preparations. // Bulletin of RAMS. - 1999. - 10. - S. 16-17.

4. Ann. N.Y. Acad. Sci. V. 772: Vaccines. A New Era in Vaccinology./ Eds M.A. Lin, M.R., Hilleman, R. Kurth. New York, 1995. 4. Ann. N.Y. Acad Sci. V. 772: Vaccines. A New Era in Vaccinology./ Eds M.A. Lin, M. R., Hilleman, R. Kurth. New York, 1995.

5. Wolff J. A. , Malone R.W., Williams P. et al. //Science.-1990. - V. 247. - P. 1465-1468. 5. Wolff J. A., Malone R. W., Williams P. et al. //Science.-1990. - V. 247. - P. 1465-1468.

6. Tang D. C. , Devit M., Jonston S.A. //Nature - 1992. - V. 356. - P. 152-154. 6. Tang D. C., Devit M., Jonston S.A. // Nature - 1992. - V. 356. - P. 152-154.

7. Ulmer J.B., Donnelly J.J., Parker S.F. et al. //Science. - 1993. - V. 259. - P. 1745-1748. 7. Ulmer J. B., Donnelly J. J., Parker S. F. et al. // Science. - 1993. - V. 259. - P. 1745-1748.

8. Патент США 5792645A. Beug, Yartmut; Birnstiel, Max L. et al. "Комплексы белков с поликатионными нуклеиновыми кислотами и способы их использования". Опубликован 06.06.1994 г. 8. US patent 5792645A. Beug, Yartmut; Birnstiel, Max L. et al. "Complexes of proteins with polycationic nucleic acids and methods for their use." Published on June 6, 1994

9. Щелкунов С.Н. Клонирование генов. //Новосибирск. - "Наука". - 1986. - 228 С. 9. Schelkunov S.N. Cloning of genes. // Novosibirsk. - "The science". - 1986.- 228 S.

10. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. //Молекулярное клонирование. - М.: Мир., 1984. - 479 с. 10. Maniatis T., Fritsch E., Sambrook J. // Molecular cloning. - M .: Mir., 1984. - 479 p.

11. Иммунологические методы. Под ред. Г. Фримеля. - М. "Медицина". - 1987. 11. Immunological methods. Ed. G. Frimel. - M. "Medicine". - 1987.

12. Коробко В.Г., Давыдов И.В., Шингарова Л.Н. и др. Гены гибридных лимфокинов человека. 1. Конструирование рекомбинантных плазмид, кодирующих гибриды иммунного интерферона и факторов некроза опухолей человека. //Биоорган. химия. - 1991. - Т. 17. - 2. - С. 189-196. 12. Korobko V.G., Davydov I.V., Shingarova L.N. and other genes of human hybrid lymphokines. 1. Construction of recombinant plasmids encoding hybrids of immune interferon and human tumor necrosis factors. // Bioorgan. chemistry. - 1991. - T. 17. - 2. - S. 189-196.

Claims (1)

Молекулярный вектор для доставки гена в клетки-мишени, представляющий собой молекулярную конструкцию, содержащую в центре плазмиду, включающую доставляемый в клетки-мишени ген, покрытую конъюгатом: спермидин-полиглюкин - антитела к клеткам-мишеням. A molecular vector for delivering a gene to target cells, which is a molecular construct containing a plasmid in the center, including a gene delivered to the target cells coated with a conjugate: spermidine-polyglucin - antibodies to target cells.
RU2000121671/13A 2000-08-14 2000-08-14 Molecular vector for delivering genes to target cells RU2190018C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000121671/13A RU2190018C2 (en) 2000-08-14 2000-08-14 Molecular vector for delivering genes to target cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000121671/13A RU2190018C2 (en) 2000-08-14 2000-08-14 Molecular vector for delivering genes to target cells

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000121671A RU2000121671A (en) 2002-08-27
RU2190018C2 true RU2190018C2 (en) 2002-09-27

Family

ID=20239187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000121671/13A RU2190018C2 (en) 2000-08-14 2000-08-14 Molecular vector for delivering genes to target cells

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2190018C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WAGNER et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1991, v. 88, р.4255-4259. ЩЕЛКУНОВ С.Н. Клонирование генов. - Новосибирск: Наука, 1986, с. 228. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11510977B2 (en) Nucleic acid vaccines for coronavirus
JP3250802B2 (en) Expression of exogenous polynucleotide sequences in vertebrates
US20220347307A1 (en) Messenger rna vaccines and uses thereof
US20060153800A1 (en) DNA immunization with recombinase/transposase
PT1009413E (en) Use of immunostimulatory oligonucleotides for preventing or treating asthma
CN104220599A (en) Artificial nucleic acid molecules
EA027315B1 (en) Nucleic acid molecule and protein for inducing immune response against prostate cancer antigen, plasmid, expression vector, method of treatment and pharmaceutical composition
EA010056B1 (en) Nucleic acid constructs
AU745805B2 (en) Compositions and methods for delivery of genetic material
KR20150058139A (en) Cationic lipid vaccine compositions and methods of use
US6656481B1 (en) Vaccinal preparations
US20040219164A1 (en) Advanced antigen presentation platform
JPH10500128A (en) Vaccines against mycobacterial infections
WO2023137550A1 (en) Compositions and methods for the prevention and/or treatment of covid-19
JP2003520568A (en) Advanced antigen presentation platform
RU2190018C2 (en) Molecular vector for delivering genes to target cells
EP0689596B1 (en) Stimulation of immune response by viral protein
WO2023076977A1 (en) Norovirus vaccine and methods of use
CN87102457A (en) The permanence of primary cell
US20220153820A1 (en) Compositions and methods for treating and suppressing allergic responses
WO2006073503A1 (en) Therapeutic calcium phosphate particles for use in inhibiting expression of a gene
CN114181907B (en) Cell microvesicles targeting inflammatory factors based on CRISPR/CasRx RNA editing system
WO2024125597A1 (en) Compositions and methods for infectious diseases
WO2023050003A1 (en) Compositions and methods for the prevention and/or treatment of covid-19
CA3220605A1 (en) Methods of treating or preventing autoimmune diseases

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20100805

PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160815